JPH06165449A - 巻線体の絶縁処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 巻線を通電加熱してワニスを硬化させるもの
でありながら、鉄心スロット内に充填されるワニス量を
多くし得、しかも、鉄心表面に多量のワニスが付着する
ことを防止する。 【構成】 固定子１をワニス８中に浸漬させると共に、
固定子１の巻線３を通電加熱することにより、ワニス８
を硬化させる絶縁処理方法において、ワニス８は、硬化
温度特性が二つのピークを有すると共に、これら二つピ
ークのうちの低い温度に対応するピークの反応開始温度
が巻線３の通電加熱時におけるスロット２ａ内の巻線３
の温度にほぼ等しいものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転電機の固定子など
の巻線体に対する絶縁処理の方法を改良した巻線体の絶
縁処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機器例えば回転電機においては、鉄
心に巻線を巻装してなる固定子に、ワニスを含浸させる
と共に、該ワニスを硬化させることにより、固定子に絶
縁処理を施し、固定子の絶縁性、耐熱性の向上や強度の
向上などを図ることが行われている。この場合、巻線の
素線として例えばエナメル線を巻回するものでは、エナ
メル線に規格上許されたピンホールや、巻回作業中等に
エナメル線に加えられたストレスによりエナメル線の被
膜に生じた損傷を絶縁ワニス被膜で完全に覆う必要があ
る。

【０００３】ところで、産業用回転電機においては、外
部の空気を回転電機内に吸入し、吸入した空気を巻線に
当てて冷却する構成のものが多い。このようなもので
は、外部の汚損物が巻線の表面に付着する。ここで、上
記した絶縁処理が不完全であると、即ち、絶縁ワニス被
膜で覆われていないピンホールや被膜の損傷が存在する
と、汚損物の吸湿、塩分の潮解現象により巻線表面の絶
縁抵抗が著しく低下し、回転電機の運転時にこの巻線表
面から鉄心（アース）に向かって表面トラッキングを発
生せしめ、対地或は巻線間が短絡して焼損事故に至るこ
とがある。

【０００４】これの対策として、従来より、巻線に特別
付着量の多いワニス処理を施す構成がある。この構成に
よれば、耐環境性効果も大きくなることから、多く使用
されている。しかし、この構成では、作業工数が多くな
ると共に、作業に要する時間が長くなるという問題点が
ある。

【０００５】このような問題点を解消する構成として、
特願昭６０−５１７１０に記載された構成がある。この
ものでは、鉄心及び巻線からなる固定子をワニス中に浸
漬すると共に、巻線を通電加熱することにより、巻線か
ら発生する熱によりワニスを硬化させるようにしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成では、鉄心のスロット内に収納された巻線から発
生する熱は鉄心に伝わって放熱されることから、鉄心の
スロット内の巻線の温度が巻線のコイルエンド部の温度
よりも低くなる。このため、コイルエンド部ではワニス
が厚く付着するのに対して、鉄心のスロット内では、温
度が低いためにワニスがほとんどゲル化せず、後工程で
行う加熱硬化の際に更にワニスの粘度が低下して、ワニ
スが鉄心のスロット内から流出してしまい、スロット内
に充填されるワニスの量が少ないという欠点がある。ス
ロット内のワニスの充填量が少なくなると、巻線と鉄心
スロットとの間に空気が介在することから、巻線の熱が
鉄心に伝達され難くなり、巻線の冷却性能が劣化すると
いう不具合が生ずる。

【０００７】これに対して、低い温度で硬化が開始する
ワニスを用いることが考えられるが、このようなワニス
を用いると、鉄心の内外周の表面にも多量のワニスが付
着してしまい、この付着したワニスを除去する作業を行
わなければならないという問題点が生じる。このため、
実際には、低い温度で硬化が開始するワニスを用いるこ
とはできなかった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、巻線を通電加熱
しながらワニスを硬化させるものでありながら、鉄心の
スロット内に充填されるワニスの量を多くし得、しか
も、鉄心の表面に多量のワニスが付着することを防止で
きる巻線体の絶縁処理方法を提供するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の巻線体の絶縁処
理方法は、鉄心及びこの鉄心のスロット内に収納された
巻線からなる巻線体にワニスを含浸させると共に、前記
巻線を通電加熱することにより、前記ワニスを硬化させ
て成る巻線体の絶縁処理方法において、前記ワニスは、
硬化温度特性が複数のピークを有すると共に、これら複
数のピークのうちの最も低い温度に対応するピークの反
応開始温度が前記巻線の通電加熱時における前記スロッ
ト内の巻線の温度にほぼ等しいところに特徴を有する。

【００１０】この場合、ワニスを、低温硬化触媒と高温
硬化触媒とを添加することにより、硬化温度特性が二つ
のピークを有するように構成することが考えられる。

【００１１】また、ワニスを、硬化触媒を複数の温度で
溶けるカプセル内に収容した状態で添加することによ
り、硬化温度特性が複数のピークを有するように構成す
ることも好ましい。

【００１２】

【作用】上記手段によれば、ワニスの硬化温度特性が複
数のピークを有すると共に、これら複数のピークのうち
の最も低い温度に対応するピークの反応開始温度が巻線
の通電加熱時における鉄心のスロット内の巻線の温度に
ほぼ等しく設定されているので、巻線を通電加熱したと
きに、鉄心のスロット内に配置された巻線の温度が低く
ても、ワニスは硬化が速やかに進行してその粘度が高く
なる。このため、後工程で行う加熱硬化の際において、
ワニスが鉄心のスロット内から流出することがなくな
り、スロット内に充填されるワニスの量が十分多くな
る。従って、巻線の冷却性能も向上する。

【００１３】そして、鉄心の内外周の表面の温度は、鉄
心のスロット内の巻線の温度よりも更に低いことから、
鉄心の表面において硬化するワニスの量が少なくなり、
最適な量のワニスが鉄心の表面に付着するようになる。
また、巻線のコイルエンド部の温度は十分高くなり、そ
の高い温度に対応する硬化温度特性のピークによって、
硬化が速やかに進行するので、巻線のコイルエンド部に
はワニスが十分厚く付着するようになる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。まず、図４を参照して、電気機器の
巻線体として例えば回転電機の固定子１の概略構成につ
いて述べる。上記固定子１は、固定子鉄心２に複数個の
巻線３を巻装して構成され、全体として略円環状をなし
ている。このうち、固定子鉄心２は、例えばリング状で
内径側に開放形のスロット２ａを複数個穿設した薄鋼板
を複数枚積層して形成されている。また、このスロット
２ａの内面には、スロット絶縁物４が設けられている。

【００１５】一方、巻線３は、エナメル線などの素線を
巻回して形成され、複数個が固定子鉄心２の所定のスロ
ット２ａ内に収容されて楔（図示しない）により固定さ
れた状態で固定子鉄心２に巻装されている。

【００１６】このように構成された固定子１は、後述す
るようにしてワニス含浸硬化処理がなされ、これによ
り、全体の表面、並びに巻線３の素線同士間、及び巻線
３とスロット２ａ（スロット絶縁物４）との間などに、
ワニスによる絶縁層が形成されるようになっている。こ
の結果、巻線３の耐熱強度や耐振強度の向上、固定子鉄
心２への固着力強化、絶縁劣化の防止、冷却性能の向上
等が図られるようになっている。

【００１７】さて、上記固定子１に対するワニス含浸硬
化処理の手順について、図１ないし図３並びに図５も参
照して述べる。

【００１８】まず、図２に示すように、固定子１の巻線
３の口出端子５と、通電加熱装置６の電源出力端子６ａ
とを接続すると共に、通電加熱装置６の温度検出信号入
力端子６ｂに接続された温度センサ７を巻線３のコイル
エンド部３ａに取付ける。上記通電加熱装置６は、通電
開始スイッチ６ｃをオンされると、巻線３に三相交流電
流を通電し、ジュール熱により巻線３の温度を上昇させ
る。そして、通電加熱装置６は、温度センサ７からの温
度検出信号を受けて、巻線３のコイルエンド部３ａの温
度が設定温度に保持されるように巻線３を通断電制御、
または、巻線３に流す電流（或いは電圧）の大きさを可
変制御する構成となっている。

【００１９】上記通電加熱装置６の設定温度は、通電加
熱装置６の温度設定ダイヤル６ｄを回動操作することに
より、所望の温度に設定可能に構成されている。この場
合、設定温度は例えば１３０℃に設定されている。

【００２０】さて、本実施例では、固定子１をワニスに
浸漬する前に、巻線３への通電加熱装置６による通電を
開始し、巻線３の温度を予め上昇させておく。そして、
巻線３のうちの固定子鉄心２のスロット２ａ内の温度が
ほぼ９０℃（即ち温度センサ７による巻線３のコイルエ
ンド部３ａの検出温度が設定温度１３０℃）に達した
ら、図２に示すように、ワニス８を収容したワニス容器
９内に上記固定子１を入れる。この場合、固定子１の軸
方向が上下方向に沿うようにして、固定子１をワニス容
器９内に設置する（このような固定子１のワニス浸漬方
法を、縦置き浸漬と称しておく）。

【００２１】ここで、上記ワニス８は、硬化温度特性
（即ち硬化発熱特性）が複数例えば二つのピークを有す
ると共に、これら二つのピークのうちの低い温度に対応
するピークの反応開始温度が巻線３の通電加熱時におけ
るスロット２ａ内の巻線３の温度にほぼ等しく設定され
ている。本実施例で使用したワニス８の硬化温度特性
を、具体的に図１に実線Ａにて示す。この図１のグラフ
は、ＤＳＣ（示差走査熱分析）によって測定した結果で
あり、縦軸は硬化発熱速度を示し、横軸は温度（時間）
を示している。尚、上記測定実験は、１分で温度が５℃
上昇する条件で測定したものである。

【００２２】上記図１の実線Ａから明らかなように、ワ
ニス８の硬化温度特性は、ほぼ９０℃付近で小さなピー
クがあると共に、ほぼ１５０℃付近で大きなピークがあ
る。本実施例の場合、ワニス８は、例えばエポキシ樹脂
を主成分としており、これに低温硬化触媒と高温硬化触
媒とを添加することにより、上記した二つのピークを生
成するようにしている。また、上記実施例では、低温硬
化触媒の量を比較的少なくすることにより、ワニス８の
トータルとしての反応性を低くしている。尚、従来構成
のワニスの硬化温度特性を、図１に破線Ｂにて示す。こ
の破線Ｂからわかるように、従来構成のワニスの硬化温
度特性は、１２０〜１３０℃付近で一つの大きなピーク
があるだけである。

【００２３】また、固定子１をワニス８内に浸漬すると
きは、固定子１をゆっくり下降させて浸漬させる。この
ときの固定子１の下降速度は、三相誘導電動機（４Ｐ−
２．２ｋＷ）に適用した場合、具体的には、３０〜５０
ｃｍ／分にしている。このように低速度にすることによ
って、固定子鉄心２のスロット２ａ内に存在する空気が
ワニス８の浸入により上方へ押し出されてワニス８と置
換されるようになっており、もって、スロット２ａ内に
ワニス８が十分に充填される。尚、固定子１の下降速度
の具体的な値は、スロット２ａ内の巻線３の占積率等に
よって適宜設定するものである。

【００２４】この後、固定子１をワニス８中に完全に浸
漬させてから例えば１０分間経過させた後、固定子１を
ワニス８中から引き上げる。この１０分間の浸漬時間に
より、必要な量のワニス８が固定子１に付着する。具体
的に説明すると、巻線３を通電加熱開始した後における
固定子１の各部の温度が、図３に示すように変化する。
この図３のグラフで、実線Ｃは固定子鉄心２の温度を示
し、実線Ｄは固定子鉄心２のスロット２ａ内の巻線３の
温度を示し、実線Ｅは巻線３のコイルエンド部３ａの温
度を示している。

【００２５】上記図３のグラフからわかるように、固定
子１を１０分間ワニス８に浸漬した状態で巻線３を通電
加熱することにより、固定子鉄心２の温度は約８０℃に
なり、スロット２ａ内の巻線３の温度は約１００℃にな
り、巻線３のコイルエンド部３ａの温度は約１３０℃に
なる。この場合、各部の温度の差が生じる理由は、固定
子鉄心２の熱容量が大きいためである。

【００２６】そして、固定子１の各部の温度が上述した
ようになると共に、ワニス８が図１に示すような硬化温
度特性を有することから、固定子鉄心２の内外周の表面
には１０〜３０μｍ程度の厚さのワニス８の膜が付着形
成され、スロット２ａ内には十分な量のワニス８が充填
されてゲル状に硬化し、コイルエンド部３ａにはゲル状
に硬化しながらワニス８が比較的厚く付着するようにな
る。

【００２７】この後、固定子１をワニス８中から引き上
げた後は、熱風乾燥炉又は誘導加熱炉（いずれも図示し
ない）によって固定子１を加熱し、固定子１に付着した
ワニス８を完全に硬化させる。この場合、スロット２ａ
内に充填されたワニス８は、既にゲル状に硬化してお
り、流動性がほとんどなくなっているので、上記炉によ
る加熱硬化時にスロット２ａ内からワニス８が流出する
ことはなくなる。従って、スロット２ａ内へのワニス８
の充填率は、ほぼ１００％程度に向上するようになる。

【００２８】また、コイルエンド部３ａの温度がほぼ１
３０℃程度であるのに対して、ワニス８の硬化温度特性
の第２のピークの温度がほぼ１５０℃程度であることか
ら、コイルエンド部３ａにはゲル状に硬化しながらワニ
ス８が比較的厚く付着するだけであり、必要以上に付着
し過ぎることはない。

【００２９】更に、固定子鉄心２の温度は約８０℃程度
であり、ワニス８の硬化温度特性の第１のピークの温度
（ほぼ９０℃）に比べて低いことから、固定子鉄心２の
表面ではワニス８の硬化反応はほとんど進行せず、１０
〜３０μｍ程度の厚さのワニス８の膜が付着するだけで
ある。従って、固定子鉄心２の内外周の表面に付着した
ワニスの除去作業は全く不要である。

【００３０】ここで、本実施例においてスロット２ａ内
へのワニス８の充填率をほぼ１００％程度に向上させた
ことによる効果を、従来構成と比較して説明する。即
ち、スロット２ａ内のワニス８の充填量が十分になった
ので、巻線３とスロット２ａとの間に空気が介在しなく
なり、巻線３の熱が固定子鉄心２に伝達され易くなっ
て、巻線３の冷却性能が向上する。具体的には、実験に
より、長時間定格負荷運転を実行することによる温度上
昇の飽和値を求め、従来区政の温度上昇の飽和値との差
を算出すると、その差が１０〜２０℃になることがわか
った。この実験結果から、電動機の小形化、低コスト化
に効果があることがわかる。

【００３１】また、上記実施例では、コイルエンド部３
ａにワニス８が必要十分に厚く付着することにより、耐
環境性が従来構成に比べて向上する。耐環境性の試験と
して、例えばとの粉とカーボンと塩とを混合して水でと
いたものを汚損物として巻線３のコイルエンド部３ａに
塗布して乾燥させた後、４０℃８５％ＲＨの湿度中に暴
露し、対地メグ（対地絶縁抵抗）の変化を測定してみ
た。この測定結果を、図５のグラフに示す。この図５に
おいて、実線Ｆは本実施例の巻線３を示し、実線Ｇは従
来構成の巻線を示している。

【００３２】上記図５のグラフから明らかなように、本
実施例の巻線３では、コイルエンド部３ａ等に発生する
加工傷を１００％カバーして絶縁することができること
から、対地メグが従来構成よりも１００〜１０００倍高
くなることがわかる。

【００３３】また、上記実施例では、固定子１をワニス
８に浸漬する前に、巻線３への通電加熱装置６による通
電を開始し、巻線３の温度を予め上昇させておく構成で
あるので、次の各効果が生ずる。即ち、巻線３が大気中
で加熱されてその加熱温度により巻線３の素線の絶縁被
膜がアニールされるため、ワニス８によって、絶縁被膜
にクレージングやクラック（これを一般にソルベントシ
ョックと称す）が発生することを防止できる。

【００３４】また、巻線３を大気中で加熱するので、ワ
ニス８に奪われる熱量を少なくでき、設定温度まで上昇
させるのに要する加熱時間を短縮できる。更に、ワニス
容器９内における巻線３の加熱時間を短縮できることか
ら、ワニス容器９内のワニス８の温度上昇を最低限に押
さえることができ、いわゆるポットライフを長くするこ
とが可能になる。更にまた、ワニス８の温度上昇を押さ
えることができることから、ワニス８を冷却装置で冷却
する時間を短くでき、ワニス処理サイクルを向上させる
ことができる。

【００３５】尚、上記実施例では、ワニス８の硬化温度
特性を図１に示すように設定するに際して、ワニス８に
低温硬化触媒と高温硬化触媒とを添加することにより実
現したが、これに限られるものではなく、例えば硬化触
媒を二つの温度で溶けるカプセル内に収容した状態で添
加することにより、硬化温度特性が二つのピークを有す
るように構成しても良い。

【００３６】また、２種類以上のワニス（レジン）を混
合することにより構成しても良い。具体的には、低温度
で硬化反応が開始する不飽和ポリエステルと、高温で反
応するエポキシとを適当な割合で混合する構成が考えら
れる。更に、エポキシに必要な硬化触媒を例えば２０％
程度通常通り添加し、残り８０％程度として高温で溶け
るカプセルに入れた硬化触媒を添加する構成としても良
い。

【００３７】更にまた、上記実施例では、ワニス８の硬
化温度特性が二つのピークを有する構成に適用したが、
これに代えて、三つ以上のピークを有する構成に適用し
ても良い。この場合、例えば硬化触媒を複数の温度で溶
けるカプセル内に収容した状態で添加するように構成す
れば、複数のピークを有する構成を容易に実現すること
ができる。この他、二つのピークが重なった幅の広いピ
ークを有する構成に適用しても良い。

【００３８】また、上記実施例では、巻線３を通電加熱
する場合に、三相交流電源により加熱したが、直流電源
や商用交流電源周波数より高い周波数の交流電源等によ
り加熱しても良い。更に、上記実施例では、温度センサ
７により巻線３のコイルエンド部３ａの温度を検出する
構成としたが、これに限られるものではなく、巻線の抵
抗やインピーダンスを測定して温度を検出する構成とし
たり、放射温度計などで非接触で温度を検出する構成と
しても良い。更にまた、上記実施例では、ワニス８をエ
ポキシ樹脂から構成したが、アクリル系樹脂などの他の
樹脂により構成しても良いことは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、ワニスは、その硬化温度特性が複数のピークを有す
ると共に、これら複数のピークのうちの最も低い温度に
対応するピークの反応開始温度が巻線の通電加熱時にお
ける固定子鉄心のスロット内の巻線の温度にほぼ等しい
ものであるので、巻線を通電加熱しながらワニスを硬化
させるものでありながら、鉄心のスロット内に充填され
るワニスの量を多くし得、しかも、鉄心の表面に多量の
ワニスが付着することを防止できるという優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すワニスの硬化温度特性
を示すグラフ

【図２】固定子をワニス容器内に収容したすると共に、
巻線を通電加熱する状態を概略的に示す縦断正面図

【図３】巻線を通電加熱開始した後における固定子の各
部の温度の変化を示すグラフ

【図４】固定子の概略縦断正面図

【図５】対地絶縁抵抗の変化を示すグラフ

【符号の説明】

１は固定子、２は固定子鉄心、２ａはスロット、３は巻
線、６は通電加熱装置、７は温度センサ、８はワニス、
９はワニス容器を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄心及びこの鉄心のスロット内に収納さ
   れた巻線からなる巻線体にワニスを含浸させると共に、
   前記巻線を通電加熱することにより、前記ワニスを硬化
   させて成る巻線体の絶縁処理方法において、 前記ワニスは、硬化温度特性が複数のピークを有すると
   共に、これら複数のピークのうちの最も低い温度に対応
   するピークの反応開始温度が前記巻線の通電加熱時にお
   ける前記スロット内の巻線の温度にほぼ等しいことを特
   徴とする巻線体の絶縁処理方法。
2. 【請求項２】 前記ワニスは、低温硬化触媒と高温硬化
   触媒とを添加することにより、硬化温度特性が二つのピ
   ークを有するように構成されていることを特徴とする請
   求項１記載の巻線体の絶縁処理方法。
3. 【請求項３】 前記ワニスは、硬化触媒を複数の温度で
   溶けるカプセル内に収容した状態で添加することによ
   り、硬化温度特性が複数のピークを有するように構成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の巻線体の絶縁
   処理方法。