JP2004201417A - 回転電機の固定子コイル - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂漏れを防いで低抵抗コロナシールド層直下のボイド形成を抑制するとともに、表面の低抵抗コロナシールド層の傷つきに伴う絶縁露出による放電を抑制できる信頼性の高い回転電機の固定子コイルを提供する。
【解決手段】コイル導体１１のまわりに巻回された対地主絶縁層１２の外周部にコロナシールド層１３を備えたものにおいて、上記コロナシールド層は上記対地主絶縁層の外周部に巻回された第１の低抵抗コロナシールド層１３ａと、この第１の低抵抗コロナシールド層の外周部に巻回された第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂからなり、これら第１および第２の低抵抗コロナシールド層の一方を低抵抗フィルムテープ１３Ｆによって構成した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機の固定子コイルに係り、特に高電圧回転電機における固定子鉄心のスロット部に対応する位置に設けられる低抵抗コロナシールド装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固定子鉄心のスロット部に収納して使用される回転電機の固定子コイルは、コイル導体の外周部に、耐部分放電特性に優れた例えばマイカテープなどを巻回して対地主絶縁層を形成し、さらにこの対地主絶縁層の外周部におけるスロット部に収納される部分に、固定子鉄心との間の放電を防ぐ低抵抗コロナシールド層を設け、しかる後、全体をエポキシ樹脂などの絶縁樹脂を真空加圧含浸し、さらに、加熱硬化処理を行って形成される。
【０００３】
上記コイル導体に印加される高電圧を鉄心との間で絶縁している対地主絶縁層に空隙やボイドなどの欠陥が存在すると、これらの欠陥部分で放電が発生し、対地主絶縁層の絶縁破壊や絶縁寿命に悪影響を及ぼす恐れがある。このため、上記低抵抗コロナシールド層として、液状の樹脂を透過しないフィルムテープ材を対地主絶縁層の外周部に半重ね巻きにして巻回し、加熱硬化処理するときに含侵樹脂の流出を防ぎ、対地主絶縁層にボイドなどの欠陥が極力生じないようにしている。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２７６９５号公報（第４頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の低抵抗コロナシールド装置を施した回転電機の固定子コイルでは、加熱硬化処理するときに含侵樹脂が貫通できない低抵抗フィルムテープを用いていることにより、対地主絶縁層の樹脂漏れによるボイドの発生は低減される。しかしながら、低抵抗コロナシールド層を形成するフィルムテープはクロスや不織布に比較して引き裂きなどに弱いため、スロット部へのコイル収納時や移動時、コイル結線時などの組立作業時に、フィルムテープ層表面やフィルムテープそのものが傷つき易い。
【０００６】
このため、低抵抗層が傷ついたり剥がれたりすることがあるほか、フィルムテープの低抵抗コロナシールド層や低抵抗フィルム自身が傷ついて絶縁部が露出した場合には、鉄心との間で放電が発生し、この放電によって絶縁露出部周囲の低抵抗コロナシールド層もダメージを受けて低抵抗コロナシールド層が消失し、さらに大きな放電が発生する恐れがあるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上述のような従来の高電圧回転電機における固定子コイルの樹脂漏れや低抵抗コロナシールド層の傷つきによって発生する放電の課題を解決するためになされたものであり、加熱硬化時の樹脂漏れを防いで低抵抗コロナシールド層直下のボイド形成を抑制するとともに、表面の低抵抗コロナシールド層の傷つきに伴う絶縁露出による放電を抑制できる信頼性の高い回転電機の固定子コイルを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機の固定子コイルは、コイル導体のまわりに巻回された対地主絶縁層の外周部にコロナシールド層を備えたものにおいて、上記コロナシールド層は上記対地主絶縁層の外周部に巻回された第１の低抵抗コロナシールド層と、この第１の低抵抗コロナシールド層の外周部に巻回された第２の低抵抗コロナシールド層からなり、これら第１および第２の低抵抗コロナシールド層の何れか一方を低抵抗フィルムテープとするようにしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１、図２、および図３は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子コイルを示すもので、図１は表面コロナシールド装置の部分を模式的に示す要部斜視図、図２はスロット部における絶縁構造を模式的に示す要部断面図、図３は図２における最外層の重ね代を変えた場合を模式的に示す要部断面図である。なお、各図を通じて、同一もしくは相当部分には同一符号を付している。
【００１０】
図に示すように、固定子コイル１は、固定子鉄心２に設けられたスロット部３に収容され、その端部はスロット部３の外側に延びている。上記固定子コイル１は、素線導体が複数束ねられた（詳細図示省略）コイル導体１１と、このコイル導体１１の周囲を覆うように巻回された対地主絶縁層１２と、この対地主絶縁層１２のスロット部３に納められる部分の外周部に巻回された低抵抗コロナシールド層１３と、上記対地主絶縁層１２のスロット部３から突出した部分に低抵抗コロナシールド層１３と連接するように巻回された高抵抗コロナシールド層１４からなっている。
【００１１】
上記低抵抗コロナシールド層１３は、固定子コイル１の表面のコロナ放電を防止するための表面コロナシールド装置として設けられたものであり、対地主絶縁層１２のまわりに巻回された第１の低抵抗コロナシールド層１３ａと、さらにその外周部に巻回された第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂからなっている。なお、４は固定子コイル１をスロット部３内に保持するための楔である。
【００１２】
表面コロナシールド層である上記第１および第２の低抵抗コロナシールド層１３ａ、および１３ｂの一方には、液状の樹脂を透過しないフィルムを基材とするテープ材が用いられ、他方には液状の樹脂の透過を許す例えばクロス、不織布などの一般的な液体透過性の薄葉材を基材とするテープ材が用いられる。
【００１３】
上記フィルム材として好ましく用いることができるものとしては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレンなどの絶縁性、耐熱性に優れた一般的なフィルム材を上げることができる。また、上記液体透過性の薄葉材としては、例えばガラスクロス、およびポリアミドなどの織布あるいは不織布などの一般的な絶縁材料を上げることができる。
【００１４】
また、上記液状の樹脂を透過しないフィルム材、および液状の樹脂の透過を許す薄葉材は、例えばカーボンやグラファイトなどの導電性ないしは半導電性を有する材料の粉末を混入した塗料を塗布もしくは含侵し、あるいは鉄粉、酸化鉄など鉄を主原料とした粉末などを分散させた樹脂を塗布するなどの処理を行なうことにより、導電性が付与され、低抵抗フィルムテープ、低抵抗クロステープ、および低抵抗不織布テープなどに加工して用いられる。例えば含鉄テープなども上記フィルムテープとして用いられるものである。なお、高抵抗コロナシールド層１４としては、例えば炭化珪素混入塗料などを用いて形成された従来と同様のものが特別な制限なく用いることができる。
【００１５】
次に上記構成の回転電機の固定子コイルに樹脂を真空加圧含浸および加熱硬化させるときの絶縁層について、全含浸方式による製造例について説明する。回転機固定子のコイル導体１１の周囲にマイカテープを所定回数巻回して所定の厚さにし、しかる後、固定子鉄心２のスロット部３に相当する部位に第１および第２の低抵抗コロナシールド層１３ａ、および１３ｂを形成する。またコイル端部には第１または第２の低抵抗コロナシールド層１３ａ、および１３ｂと連接して高抵抗コロナシールド層１４を形成する。
【００１６】
このように形成された固定子コイル１を固定子鉄心２のスロット部３に納め、コイル端の導体をそれぞれ接続した後、固定子鉄心２および固定子コイル１全体を一括して含浸タンク（図示省略）に入れ、含浸樹脂を真空加圧含浸する。絶縁層に充分樹脂が含浸してから含浸タンクから取り出し、加熱硬化のために乾燥炉（図示省略）に入れて全体を加熱する。乾燥炉で加熱されると固定子全体の温度が上昇するが、このとき含浸樹脂の温度も上昇する。樹脂は一般的に温度が上がると粘度が低下して流動し易くなる。含侵した樹脂の粘度が低下すると、下層部の対地主絶縁層１２に含侵された樹脂が低抵抗コロナシールド層１３を通して外部に漏れやすくなる。
【００１７】
しかし、図１、図２に示した表面コロナシールド装置によれば、第１および第２の低抵抗コロナシールド層１３ａ、および１３ｂの何れか一方が、液状の樹脂を透過しない低抵抗フィルムテープからなるため、温度が上昇して粘度が低下した樹脂は、この低抵抗フィルムテープを貫通する方向への流出が防止される。そのため、低抵抗フィルムテープからなる低抵抗コロナシールド層の下層部の少なくとも対地主絶縁層１２からは樹脂がほとんど漏れず、従って対地主絶縁層１２にボイドのない固定子コイルを得ることができる。
【００１８】
なお、図３に示すように、対地主絶縁層１２、および表面コロナシールド層１３の厚さが厚くなり過ぎないように、第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂのテープ相互の重なり幅ｗを従来の半重ねの場合より小さくして、厚さの増加を抑える構造にしても同様の樹脂漏れの効果は得られる。なおテープは、さらに具体的には例えば２５〜３８ｍｍ程度の幅のものが通常使われるが、工作の信頼性から図示の重なり幅ｗは少なくとも５ｍｍ程度を確保することが望ましい。また、同様に第１の低抵抗コロナシールド層１３ａを形成するテープ相互の重なりを小さくしても効果を損なうことはない。
【００１９】
さらに、第１および第２の低抵抗コロナシールド層１３ａ、１３ｂともにテープ相互間の重なりを小さくしても同様の効果が期待できる。なお、ここで第１、および第２の低抵抗コロナシールド層の双方をフィルムテープ層とすると、一度に両層ともに傷ついて絶縁が露出する恐れがあること、および、真空加圧含浸時には、導体近傍とともにフィルムテープの重なり部を経由しても樹脂が含浸されるが、二層のフィルムテープ層とした場合は、むしろ表面からの含浸性が著しく阻害されるため好ましくない。
【００２０】
上記のように、実施の形態１によれば、加熱硬化過程での樹脂漏れを防ぎ、低抵抗コロナシールド層直下のボイド形成を抑制するとともに、コイル表面の低抵抗コロナシールド層の傷つきに伴う絶縁露出による放電を抑制した信頼性の高い回転電機の固定子コイルを得ることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２になる高電圧回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。この実施の形態２では、第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂを、液体樹脂を実質的に透過しない低抵抗フィルムテープ１３Ｆによって構成し、第１の低抵抗コロナシールド層１３ａはガラスクロス、ポリアミド織布など樹脂の透過を許す基材を用いた低抵抗クロステープ、または低抵抗不織布テープによって構成したものである。
【００２２】
上記のように、第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂを低抵抗フィルムテープ１３Ｆによって形成した場合には、真空加圧含侵後の加熱硬化過程で、該低抵抗フィルムテープ１３Ｆ層に覆われる第１の低抵抗コロナシールド層１３ａと、その下層の対地主絶縁層１２からの樹脂漏れが防止される。このため、テープの重ね部に段差で形成される略三角形状の多数の小さな空間は含浸樹脂によって略完全に充填された樹脂充填部１５となり、ボイドは形成されない。
【００２３】
一方、第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂと鉄心２との間の樹脂は、やや漏れてボイド１６が形成される恐れがあるが、このボイド１６は同電位である鉄心２と第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂとで囲まれるため放電が発生することはない。また、作業時に第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂが若干傷つくようなことがあったとしても、その下層に低抵抗クロステープや低抵抗不織布テープからなる第１の低抵抗コロナシールド層１３ａが設けられているため、対地主絶縁層１２の表面が直接露出することはなく、鉄心２との間で放電が発生することは防止される。
【００２４】
また、第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂが若干傷ついた場合、傷ついた部位の直下の第１の低抵抗コロナシールド層１３ａでは、他の部位に比較して若干樹脂漏れが懸念され、樹脂漏れ防止の効果がやや減ずる恐れがあるが、低抵抗コロナシールド層が一層しかない場合に比較すると、絶縁が剥き出しにならないため、部分放電特性は大きく改善される。
【００２５】
なお、上記低抵抗フィルムテープ１３Ｆの表面に設けられる低抵抗層１７は、第１および第２の低抵抗コロナシールド層１３ａ、１３ｂの電位を固定子鉄心２と同電位とする必要があるため、図に示すように低抵抗フィルムテープ１３Ｆの両面に形成したものを用いる必要がある。なお、フィルムテープの基材は、上記実施の形態１と全く同様の、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレンなどのフィルム材を好ましく使用できる。
【００２６】
実施の形態３．
上記図４に示す第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂを、熱収縮性を有する低抵抗フィルムテープ１３Ｆを用いて形成した他は、実施の形態２と全く同様にして回転電機の固定子コイルを得た。なお、上記熱収縮性の低抵抗フィルムテープ１３Ｆとしては、樹脂が硬化を開始する温度よりも低い温度で熱収縮が開始する特性を持つフィルムテープ、例えば収縮性のポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、シリコンなどのフィルムテープを好ましく用いることができる。
【００２７】
上記実施の形態３によれば、含侵樹脂の硬化処理過程で固定子コイルの温度が上昇したときに、第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂとしての熱収縮性の低抵抗フィルムテープ１３Ｆが収縮することにより、テープとテープの間が密着し、第１の低抵抗コロナシールド層１３ａとその下にある対地主絶縁層１２からの樹脂漏れが実施の形態２よりもさらに効果的に防止できるという効果が得られる。
【００２８】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４になる高電圧回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。この実施の形態４では、第１の低抵抗コロナシールド層１３ａを、積層方向に液状樹脂を透過しない低抵抗フィルムテープ１３Ｆによって形成し、最外層である第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂを、ガラスクロスなどを基材とする低抵抗クロステープまたはポリアミド不織布などを基材とする低抵抗不織布テープなどの積層方向に液状樹脂の透過を許すテープ層としたものである。
【００２９】
この実施の形態４においては、第１と第２の低抵抗コロナシールド層１３ａ、１３ｂ間、および第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂと鉄心２間の樹脂は、やや樹脂漏れが生じて若干のボイド１６を形成するが、第１、および第２の低抵抗コロナシールド層１３ａ、１３ｂともに鉄心２と同じ電位となるため、第１、および第２の低抵抗コロナシールド層１３ａ、１３ｂと鉄心２間に形成されたボイド１６は同電位で囲まれることになり、このボイド１６により放電が発生することはない。
【００３０】
また、上記第１の低抵抗コロナシールド層１３ａより下部の対地主絶縁層１２は、該第１の低抵抗コロナシールド層１３ａがフィルムテープで構成されているため樹脂漏れは防止される。このため、テープの段差で形成される略三角形状の多数の小さな空間は含浸樹脂によって充填された樹脂充填部１５となり、ボイドは形成されないため、この部分では部分放電は発生しない。
【００３１】
なおこのとき、第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂはガラスクロスや不織布で形成されており、フィルムテープより引き裂きなどに強いので、第１の低抵抗コロナシールド層１３ａである低抵抗フィルムテープ１３Ｆ層の機械的な保護層としても機能している。
【００３２】
上記のように、実施の形態４によれば、低抵抗フィルムテープ１３Ｆからなる第１の低抵抗コロナシールド層１３ａにより、対地主絶縁層１２のボイド発生が防止され、第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂにより、第１の低抵抗コロナシールド層１３ａを形成する低抵抗フィルムテープ１３Ｆが保護された信頼性の高い回転電機の固定子コイルが得られる効果がある。
【００３３】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５になる高電圧回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。図に示すように、この実施の形態５では、第１の低抵抗コロナシールド層１３ａとして、片面のみに低抵抗層１７が施された低抵抗フィルムテープ１３Ｆが用いられている。なお、片面のみに低抵抗層１７を形成したフィルムテープを用いるときは、低抵抗層１７を第２の低抵抗コロナシールド層１３ｂと接触する向きに、すなわち、低抵抗層１７を外側にして巻回する必要がある。
【００３４】
上記のように、実施の形態５によれば、第１の低抵抗コロナシールド層１３ａとして用いる、低抵抗フィルムテープ１３Ｆが、片面のみに低抵抗層１７を施したものでよいので、上記実施の形態４の効果に加え、材料費を安価にできるという更なる効果が期待できる。
【００３５】
ところで上記実施の形態の説明では、液体樹脂を透過し得るコロナシールド層の基材として、ガラスクロスや不織布を用い、液体樹脂を透過させないコロナシールド層の基材として、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリテトラフルオロエチレンなどのフィルム材を例示したが、これらのみに限定されるものではない。また、熱収縮性のフィルム材、導電性ないしは半導電性を付与する材料なども、上記例示したものに限定されるものでないことは言うまでもない。その他、この発明の精神の範囲内で種々の変形や変更ができることは当然である。
【００３６】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、対地主絶縁層の外周部に第１および第２の低抵抗コロナシールド層を順次設け、何れか一方を液状樹脂を透過しないフィルムテープによって形成するようにしたことにより、対地主絶縁層の樹脂漏れを防いでボイド形成を抑制するとともに、コイル表面部の低抵抗コロナシールド層の傷つきに伴う絶縁露出による放電を抑制した信頼性の高い回転電機の固定子コイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す要部斜視図である。
【図２】実施の形態１による回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。
【図３】実施の形態１における最外層のテープの重ね代を小さくした回転電機の固定子コイルを模式的に示す要部断面図である。
【図４】実施の形態２による回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。
【図５】実施の形態４による回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。
【図６】実施の形態５による回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ 固定子コイル、 ２ 固定子鉄心、 ３ スロット部、 ４ 楔、 １１コイル導体、 １２ 対地主絶縁層、 １３ 低抵抗コロナシールド層、 １３ａ 第１の低抵抗コロナシールド層、 １３ｂ 第２の低抵抗コロナシールド層、 １３Ｆ 低抵抗フィルムテープ、 １４ 高抵抗コロナシールド層、 １５ 樹脂充填部、 １６ ボイド、 １７ 低抵抗層。

Claims (4)

1. コイル導体のまわりに巻回された対地主絶縁層の外周部にコロナシールド層を備えたものにおいて、上記コロナシールド層は上記対地主絶縁層の外周部に巻回された第１の低抵抗コロナシールド層と、この第１の低抵抗コロナシールド層の外周部に巻回された第２の低抵抗コロナシールド層からなり、これら第１および第２の低抵抗コロナシールド層の何れか一方は低抵抗フィルムテープからなることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
2. 上記第２の低抵抗コロナシールド層として、低抵抗フィルムテープを用いてなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子コイル。
3. 上記低抵抗フィルムテープは、熱収縮性の低抵抗フィルムテープであることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子コイル。
4. 上記第１の低抵抗コロナシールド層として、低抵抗フィルムテープを用い、上記第２の低抵抗コロナシールド層として、低抵抗クロステープまたは低抵抗不織布テープを用いてなることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子コイル。

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