JP2000287401A - 高圧回転機の固定子コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高圧回転機固定子の素線コイルに関し、各素線
絶縁電線の周辺における硬化含浸樹脂中の空隙の発生を
防止しコイル絶縁性能の維持を図る。 【解決手段】固定子コイルを構成する素線コイル２にお
ける積層材７に調整可能な樹脂溶融温度を有し且つそれ
ぞれの溶融温度の異なる複数のプリプレグ層としてプリ
プレグ層７ａとプリプレグ層７ｂの両層を設け、且つ、
基材層７ｃを中心としその両外側へ向けて順次その樹脂
溶融温度が高くなる如くプリプレグ層７ｂ、同層７ａの
順に配置するものである。この構成により、前記素線コ
イルの高温加圧成形時に、溶融樹脂の流動性調整とその
拡散状態の一層正確な推定とによって溶融樹脂の硬化を
急ぐ必要は無くなり、急速な硬化反応に伴う発泡による
空隙の発生は防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高圧回転機の固
定子コイル、特にこの固定子コイルの構成要素であって
素線絶縁電線束の高温加圧により成形された素線コイル
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の高圧回転機の固定子コイル
としては、その断面構成を図４の高圧回転機の固定子コ
イルの断面図に例示するものが知られている。因みに、
高圧回転機の固定子コイルの形成方式としてはコイル単
体含浸方式とコイル全含浸方式とがあり、先ず、コイル
単体含浸方式は、素線導体に素線絶縁を施した素線絶縁
電線を複数回巻回し整列させた後に高温加圧成形を行っ
て素線コイルを形成し、この素線コイルに樹脂未含浸の
マイカテープ等の主絶縁テープを複数回巻回して対地絶
縁層となす樹脂未含浸のコイルを形成すると共にこれを
型にセットし熱硬化性樹脂の含浸とその加熱硬化とを行
って所定のコイルを形成するものであり、大型機の固定
子コイルの形成に多用されている。

【０００３】また、コイル全含浸方式は、使用する樹脂
未含浸コイルの全てを固定子鉄心のスロット内に挿入し
層間絶縁と楔等を配置した後に前記の固定子鉄心とコイ
ルとを一体として熱硬化性樹脂の含浸とその加熱硬化と
を行うものであり、大型機か小型機まで幅広く採用され
ている。なお、本発明の対象とする固定子コイルは前記
コイル単体含浸方式に拠るものである。

【０００４】ここに、図４において、図４（ａ）は高圧
回転機の固定子コイルを含む固定子鉄心スロット部の全
体的な断面構成を例示するものであり、１は固定子コイ
ル、２は素線絶縁電線を複数回巻回し整列させた後に高
温加圧成形を行って形成した素線コイル、３は絶縁樹脂
が含浸硬化され対地絶縁層として機能する主絶縁層、５
は鉄心スロット内に収納される上下両固定子コイル間に
挿入された層間絶縁、１５は固定子鉄心、１６は楔であ
る。

【０００５】また、図４（ｂ）は固定子コイル１におけ
る素線コイル２の断面構成を例示するものであり、４は
素線絶縁電線、６は隣り合う各素線電線間に巻線スロッ
トの縦方向にて配置された積層材、１０は硬化した含浸
樹脂中に発生した空隙である。ここに、素線絶縁電線４
については素線導体に施した素線絶縁層の表示は省略し
ている。

【０００６】なお、積層材６は、巻回された各素線絶縁
電線相互の並びにおける凹凸即ち各電線間不整列の発生
を回避させるための各電線整列用の絶縁性の中間隔壁と
して機能すると共に、前記各素線電線の角部が突き合わ
されて形成される空間に絶縁樹脂の充分な充填を図るた
めの広く分散された樹脂供給源としても機能するもので
あり、中心に配置された基材層を有してその両側に使用
絶縁樹脂を予め含有させて形成したプリプレグ層をそれ
ぞれ１層づつ設けて形成されたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記の如きコイル単体
含浸方式により形成される高圧回転機の固定子コイルに
おいては、図４（ｂ）に示す素線コイル２の形成に関
し、素線絶縁電線４の周辺における硬化した含浸樹脂中
の空隙１０の発生回避と、前記各素線電線間の並びにお
ける不整列の発生回避とは素線コイル形成過程における
重要事項である。

【０００８】ここに、前記空隙は前記素線コイルにおけ
る絶縁特性と放熱特性の両者を悪化させる原因をなすも
のである。即ち、前記空隙と樹脂充填部との熱伝導率の
差による局部加熱を発生させ、また、電磁振動の影響で
空隙部に発生した素線コイル内部の損傷が徐々に拡大し
て対地絶縁層に近い高電界部分で部分放電が発生すれ
ば、絶縁機能の低下を来して遂にはコイル絶縁破壊に至
る事がある。

【０００９】更に、前記各素線電線間の並びに凹凸ので
きる電線間不整列の発生は、各素線電線の角部が突き合
わされる所要の樹脂充填部に生じる前記空隙の近辺に電
界の集中部を拡大させて前記の如き空隙部位における部
分放電発生の機会を増大させ、コイル絶縁機能の低下を
加速するものとなる。

【００１０】上記の諸問題に対して従来技術において
は、図４（ｂ）に例示する如く、その基材層の両側に使
用樹脂を予め含有させて形成したプリプレグ層をそれぞ
れ一層づつ設けて形成した積層材６を、素線コイルを構
成する各素線電線の角部が突き合わされて形成される空
間部への充分な樹脂充填を図るための絶縁性樹脂の分散
された供給源として、更に、前記各素線電線整列用の絶
縁性中間隔壁として、隣り合う前記各素線電線間に配置
していた。

【００１１】しかしながら、前記の如き従来のプリプレ
グ層１層の積層材による樹脂充填においてはプリプレグ
層含浸樹脂の融点に関する次の様な問題があった。即
ち、 １）プリプレグ層の融点を低くした場合 樹脂が流れ易く、流れ過ぎ防止のために樹脂の速やかな
硬化を要するが、このための即硬化樹脂は硬化時に自己
加熱し急速な硬化反応を行って発泡する。この発泡が冷
却後に前記空隙を形成する。また、溶融樹脂の流れる方
向が不定となり且つ流れ易いために、樹脂流れ過ぎに対
する補修或いは清掃を要して所要工数の増大を招く。

【００１２】２）プリプレグ層の融点を高くした場合 発泡は少なくなるが、所要の細部まで充分な樹脂充填を
行うためには処理温度を高くする必要があり、加熱温度
と加熱時間との兼ね合いにより前記各素線電線或いは他
の周辺材料への熱的な悪影響が大となる恐れがある。

【００１３】また、処理温度を下げると、絶縁樹脂の流
動性の不足により絶縁未充填部分における空隙の発生
や、所要の細部への充填が行われず前記各素線電線同士
の接着力が低下して素線崩れによる前記の如き素線電線
の不整列を招く一因となる恐れがある。

【００１４】上記の如く各素線絶縁電線の周辺における
硬化含浸樹脂中に発生する空隙は、前記素線コイルの高
温加圧成形時に前記積層材のプリプレグ層から流れ出た
絶縁樹脂に混合された硬化樹脂の急速な硬化反応時の発
泡により、或いは、前記成形時における絶縁樹脂の流動
性の過大又は過少による所要充填部における充填不足等
により生成されるものであり、一旦形成された前記空隙
には樹脂の浸透経路が無いため、前記素線コイルに主絶
縁層を形成する熱硬化性樹脂の含浸とその加熱硬化処理
時においても樹脂が再度含浸される事は無く前記空隙を
消滅させる事は困難となる。また、前記プリプレグ層の
融点は高温加圧成形時における絶縁樹脂の浸透域の拡散
に関連し前記素線電線不整列に大きく関連するものとな
る。

【００１５】上記に鑑みこの発明は、高圧回転機の固定
子コイルの構成要素であり素線絶縁電線束の高温加圧に
より成形される素線コイルに関して、前記素線電線の周
辺における硬化した含浸樹脂中の空隙の発生と前記素線
電線不整列の発生とを回避して固定子コイルの絶縁性能
を維持し、回転機運転の安定性と信頼性とを向上させ得
る高圧回転機の固定子コイルの提供を目的とするもので
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の高圧回転機の固定子コイルにおいて、 １）請求項１の発明は、素線導体に素線絶縁を施した素
線絶縁電線を複数回巻回すると共に、隣り合う前記各素
線電線間に巻線スロットの縦方向にて絶縁性の積層材を
中間隔壁として配置形成した素線絶縁電線束に高温加圧
成形を施して素線コイルを形成し、この素線コイルに樹
脂未含浸の主絶縁層を設けて形成した樹脂未含浸コイル
に対して熱硬化性の樹脂を含浸させると共にこれを加熱
硬化させて形成した高圧回転機の固定子コイルにおい
て、前記積層材が溶融温度の異なる使用樹脂をそれぞれ
予め含有させて形成した複数のプリプレグ層を備えて成
るものとする。

【００１７】２）請求項２の発明は、請求項１記載の高
圧回転機の固定子コイルにおいて、前記積層材に設けた
複数のプリプレグ層は、前記積層材の基材層を中心とし
てその両外側へ向けて順次にその樹脂溶融温度が高くな
る如く配置されて成るものとする。

【００１８】３）請求項３の発明は、請求項１記載の高
圧回転機の固定子コイルにおいて、前記積層材は、前記
の基材層と各プリプレグ層とを貫通して溶融樹脂の通路
をなす適当な面積の貫通孔を前記素線コイルを構成する
各素線電線の配置位置に対応する適当な位置に適当数設
けて成るものとする。

【００１９】上記の如くこの発明は、基材層を有して巻
回された前記複数の素線電線の整列用絶縁性中間隔壁と
して機能すると共に、散在する各素線電線間の所要の充
填部に対する絶縁樹脂の分散された供給源として使用絶
縁樹脂を予め含有させて形成したプリプレグ層を前記基
材層の両側に配置形成した積層材に関して、前記プリプ
レグ層に含有された絶縁樹脂が低溶融温度の積層材中央
側から高溶融温度部の未溶融プリプレグ層に沿い順次溶
融流出する如く各プリプレグ層を配置すると共に、基材
層と各プリプレグ層とを貫通する溶融樹脂の通路を適宜
設ける事により溶融樹脂の流出量調整と所要位置への確
実な誘導とを図るものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施例を図１〜図
３の各図面により説明する。ここに、図１は請求項１と
請求項２とに対応するこの発明の第１の実施例を示す高
圧回転機の固定子コイルにおける素線コイルと積層材両
者の断面図、図２は請求項１と請求項３とに対応するこ
の発明の第２の実施例を示す積層材の断面図、図３は高
圧回転機の固定子コイルのヒートサイクルに対する残存
破壊電圧特性図である。

【００２１】先ず、図１において、図１（ａ）は高圧回
転機の固定子コイルを構成する素線コイル２の断面図で
ある。ここに、素線絶縁電線４に対する積層材７の配置
位置等は図４（ｂ）に例示した従来の場合と同様であ
り、同様の高温加圧成形により素線コイルへの形成が行
われる。なお、素線絶縁電線４については素線導体に施
した素線絶縁層の表示は省略している。

【００２２】また、図１（ｂ）は積層材７の断面構成を
例示するものであり、樹脂溶融温度の異なる複数のプリ
プレグ層として、プリプレグ層７ａとプリプレグ層７ｂ
の両層を配置した場合を例示するものである。

【００２３】ここに、その含有樹脂の溶融温度について
プリプレグ層７ａは同層７ｂよりも高くなる様に調整さ
れており、基材層７ｃを中心としその両外側へ向けて順
次その樹脂溶融温度が高くなる如くプリプレグ層７ｂ、
同層７ａの順に配置されている。例えば、プリプレグ層
７ａは融点が９０°Ｃ〜１１０°Ｃ程度のもの、プリプ
レグ層７ｂは融点が６０°Ｃ〜８０°Ｃ程度のものが考
えられる。

【００２４】従って、前記素線コイルの高温加圧成形時
に、プリプレグ層７ｂからの溶融樹脂はその外層をなす
プリプレグ層７ａに妨げられて各素線絶縁電線のなすコ
イルの長さ方向と上下方向とに誘導されて流れる事にな
り、溶融樹脂拡散状態のより正確な推定が可能となる。
また、前記含有樹脂の溶融温度調整と加熱状態の調整と
による溶融樹脂の流動性の適度な調整により溶融樹脂の
硬化を急ぐ必要は無くなり、マイクロカプセル化潜在性
硬化促進剤や反応性の低い金属塩類硬化促進剤の使用が
可能となり、急速な硬化反応に伴う樹脂発泡は防止され
る。

【００２５】なお、前記プリプレグ層はエポキシ系の固
形タイプと液状タイプの樹脂を溶剤を介して混合させこ
れを前記基材層に塗布して形成するものであり、プリプ
レグ層含有樹脂の溶融温度はエポキシ系樹脂における融
点の高い固形タイプと融点の低い液状タイプ両者の混合
比の変更により調整される。

【００２６】また、基材層７ｃは積層材７の中心にあっ
てその強度を負担するものであり、ガラスクロスにエポ
キシ系樹脂等を浸透硬化させた積層板，はがしマイカシ
ート，芳香族ポリアミド不織布の熱カレンダーシート等
から形成される。

【００２７】次に、図２の積層材の断面図において、図
２（ａ）は前記の図１（ｂ）に例示した積層材７に溶融
樹脂の通路をなす貫通孔を適宜配置して形成した積層材
８の外観を示す斜視図である。

【００２８】また、図２（ｂ）は積層材８の断面構成を
例示するものであり、樹脂溶融温度の異なるプリプレグ
層８ａとプリプレグ層８ｂの両層と基材層８ｃとを貫通
して溶融樹脂の通路をなす調整部８ｄを設けた状態を例
示する。

【００２９】ここに、調整部８ｄは素線コイルを構成す
る各素線電線の配置位置に対応する適当な位置に適当な
面積を有して適当数が設けられるものであり、貫通孔の
網目状配置を含めて種々の配置状態があるが、図示の場
合は円形状に貫通孔を設けた場合の例示である。

【００３０】次に、図３は本発明に従う高圧回転機の固
定子コイルの残存破壊電圧特性図であり、横軸は固定子
コイルに加えるヒートサイクル数（回）を示し、縦軸は
残存破壊電圧（％）を示す。

【００３１】図示丸印の特性線ＬA は図１に示すこの発
明の第１の実施例によるコイルのものであり、図示三角
印の特性線ＬB は図２に示すこの発明の第２の実施例に
よるコイルのものであり、また、図示四角印の特性線Ｌ
C は図４に示す従来技術によるコイルのものであ。

【００３２】図示の如く、従来技術によるコイルにおい
てはヒートサイクル数の増大と共に残存破壊電圧は急速
に低下しているが、本発明による両コイルにおいて残存
破壊電圧の低下は殆ど見られず極めて良好な特性を維持
している。

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、素線導体に素線絶縁
を施した素線絶縁電線を複数回巻回すると共に隣り合う
前記各素線電線間に絶縁性積層材を中間隔壁として配置
形成した素線絶縁電線束に高温加圧成形を施して素線コ
イルを形成し、この素線コイルに樹脂未含浸の主絶縁層
を設けこれに熱硬化性樹脂を含浸し加熱硬化させて形成
した高圧回転機の固定子コイルに関して、 １）請求項１の発明による如く、前記積層材を、溶融温
度の異なる使用樹脂をそれぞれ予め含有させて形成した
複数のプリプレグ層を備えたものとなす事により、ま
た、 ２）請求項２の発明による如く、前記積層材に設けた複
数のプリプレグ層を、基材層を中心としてその外側へ向
け順次にその樹脂溶融温度が高くなる如く配置する事に
より、 前記素線コイルの高温加圧成形時に、樹脂溶融温度の低
い内層側プリプレグ層からの溶融樹脂はその外層をなす
樹脂溶融温度の高いプリプレグ層に妨げられて各素線絶
縁電線のなすコイルの長さ方向と上下方向とに誘導され
て流れる事になり、調整された溶融温度を有するプリプ
レグ層含有樹脂の溶融拡散状態のより正確な推定が可能
となり、溶融樹脂の流れ方向と流動性とが不定であった
従来技術による場合に比して所要樹脂量は少なくて済
み、また、溶融樹脂の硬化を急ぐ必要も無くなって反応
性の低い硬化促進剤の使用が可能となり、従来技術によ
る場合の如き硬化樹脂の自己加熱による急速な硬化反応
に伴う発泡による空隙の発生を防止する事が可能とな
る。

【００３４】また、プリプレグ層含有樹脂の溶融温度の
調整を含む溶融樹脂の流動性調整と加熱時間調整等によ
り各素線絶縁電線の角部を突き合わせる所要の樹脂充填
部への充分な樹脂充填が可能となり、樹脂未充填による
空隙の発生は防止されると共に素線コイルを構成する各
素線電線同士の接着力を確保する事が可能となり、各素
線電線間の中間隔壁としての積層材の使用と相まって素
線コイル高温加圧成形時における素線崩れによる素線電
線不整列の発生を防止する事が出来る。また、 ３）請求項３の発明による如く、前記積層材にその基材
層と各プリプレグ層とを貫通して溶融樹脂の通路をなす
適当な面積の貫通孔を前記素線コイルの各素線電線の配
置位置に対応する適当な位置に適当数設ける事により、
前記素線電線の寸法の大小により変化する所要の樹脂充
填部への適量の樹脂の正確な充填が可能となる。

【００３５】即ち、この発明によれば、前記素線コイル
を構成する各素線絶縁電線の周辺での含浸樹脂中の空隙
の発生と各素線電線間の不整列の発生とを共に回避する
事が可能となり、高圧回転機固定子コイルの絶縁性能を
維持する事による回転機運転の安全性を向上させると共
に、所要の絶縁樹脂量の低減と絶縁樹脂の過大な流出に
伴う修復と清掃作業を減少させて前記固定子コイルの製
作工数の低減を計る事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す高圧回転機の固
定子コイルにおける素線コイルと積層材とを示し、
（ａ）は素線コイルの断面図、（ｂ）は積層材の断面図

【図２】この発明の第２の実施例を示す積層材を示し、
（ａ）は積層材の外観を示す斜視図、（ｂ）は積層材の
断面図

【図３】高圧回転機の固定子コイルの残存破壊電圧特性
図

【図４】従来技術の実施例を示す高圧回転機の固定子コ
イル部を示し、（ａ）は固定子固定子コイル断面図、
（ｂ）は素線コイルの断面図

【符号の説明】

１ 固定子コイル ２ 素線コイル ３ 主絶縁層 ４ 素線絶縁電線 ５ 層間絶縁 ６ 積層材 ７ 積層材 ７ａ プリプレグ層 ７ｂ プリプレグ層 ７ｃ 基材層 ８ 積層材 ８ａ プリプレグ層 ８ｂ プリプレグ層 ８ｃ 基材層 ８ｄ 調整部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】素線導体に素線絶縁を施した素線絶縁電線
   を複数回巻回すると共に、隣り合う前記各素線電線間に
   巻線スロットの縦方向にて絶縁性の積層材を中間隔壁と
   して配置形成した素線絶縁電線束に高温加圧成形を施し
   て素線コイルを形成し、この素線コイルに樹脂未含浸の
   主絶縁層を設けて形成した樹脂未含浸コイルに対し熱硬
   化性の樹脂を含浸させると共にこれを加熱硬化させて形
   成した高圧回転機の固定子コイルにおいて、前記積層材
   が溶融温度の異なる使用樹脂をそれぞれ予め含有させて
   形成した複数のプリプレグ層を備えて成る事を特徴とす
   る高圧回転機の固定子コイル。
2. 【請求項２】請求項１記載の高圧回転機の固定子コイル
   において、前記積層材に設けた複数のプリプレグ層は、
   前記積層材の基材層を中心としてその両外側へ向けて順
   次にその樹脂溶融温度が高くなる如く配置されて成る事
   を特徴とする高圧回転機の固定子コイル。
3. 【請求項３】請求項１記載の高圧回転機の固定子コイル
   において、前記積層材は、前記の基材層と各プリプレグ
   層とを貫通して溶融樹脂の通路をなす適当な面積の貫通
   孔を前記素線コイルを構成する各素線電線の配置位置に
   対応する適当な位置に適当数設けて成る事を特徴とする
   高圧回転機の固定子コイル。