JPH11354316A - 電磁コイル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイカガラステープを巻回する作業を不要に
して、電磁コイルの外周部に絶縁層をほぼ均一に形成す
ると共に、製造作業の自動化を実現する。 【解決手段】 本発明の電磁コイル１１は、絶縁被覆さ
れた導体１４を巻回してなる導体コイル１２を備えると
共に、この導体コイル１２の外周部を均一に覆うように
設けられ、粉体状の無機絶縁物１５を含有した樹脂１６
により形成された絶縁層１３を備え、そして、絶縁層１
３のうちの導体コイル１２側の部分の無機絶縁物１５の
含有率が、絶縁層１３のうちの反導体コイル１２側の部
分の無機絶縁物１５の含有率よりも高くなるように構成
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転電機や変圧器
等に使用される電磁コイルとして好適する電磁コイル及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば高圧回転電機に使用される電磁コ
イル１の一例を、図７に示す。この図７に示すように、
マイカガラステープやガラス被覆等により絶縁被覆され
た導体２を所定回数巻回すると共に、この巻回した導体
コイル３を例えば亀甲状に成形し、更に、この成形した
導体コイル３の外周部を絶縁層で覆っている。この場
合、導体コイル３の外周部には、次のようにして絶縁層
が形成されている。

【０００３】まず、図７に示すように、マイカガラステ
ープ４を導体コイル３の外周部に巻回する。続いて、こ
の導体コイル３を鉄心に組み込んだ後、導体コイル３の
外周部にエポキシ樹脂を真空加圧含浸法によって含浸さ
せる。そして、硬化炉等を使用して、上記含浸させた樹
脂を加熱硬化させるように構成されている。これによ
り、導体コイル３の外周部に、マイカガラステープ４と
エポキシ樹脂とから構成された固体の絶縁層が形成さ
れ、もって電磁コイル１が製造されるように構成されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成におい
て、マイカガラステープ４を導体コイル３の外周部に巻
回する場合、導体コイル３のうちの直線部分や緩やかに
湾曲した部分には、マイカガラステープ４を均一に巻回
することができる。しかし、導体コイル３のうちの複雑
に曲がったループ部や接続部には、マイカガラステープ
４を均一に巻回することが困難であり、巻きぶくれやし
わ等が発生することがあった。このような巻きぶくれや
しわ等が発生すると、絶縁層の厚み寸法が不均一になる
と共に、含浸させた樹脂（レジン）が流出することによ
りボイド等の欠陥部が発生するという問題点があった。
このため、電磁コイルのループ部が大きくなったり、レ
ジン流出防止テープを更に巻回しなければならなかっ
た。

【０００５】また、導体コイル３のうちの複雑に曲がっ
たループ部や接続部に対しては、マイカガラステープ４
を機械により自動的に巻回することは困難であった。こ
のため、上記ループ部や接続部に対してはマイカガラス
テープ４を手巻きしており、製造作業性が劣っていた。

【０００６】そこで、本発明の目的は、マイカガラステ
ープを巻回する作業を不要にして、電磁コイルの外周部
に絶縁層を均一に形成することができ、また、製造作業
を自動化し得る電磁コイル及びその製造方法を提供する
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電磁コイルは、
絶縁被覆された導体を巻回してなる導体コイルを備える
と共に、この導体コイルの外周部を均一に覆うように設
けられ、粉体状の無機絶縁物を含有した樹脂により形成
された絶縁層を備え、そして、前記絶縁層のうちの前記
導体コイル側の部分の前記無機絶縁物の含有率を、前記
絶縁層のうちの反導体コイル側の部分の前記無機絶縁物
の含有率よりも高くするように構成したところに特徴を
有する。

【０００８】上記構成によれば、導体コイルの外周部を
均一に覆う絶縁層を、粉体状の無機絶縁物を含有した樹
脂により形成したので、従来構成のマイカガラステープ
を巻回する作業を不要にすることができる。従って、導
体コイル（電磁コイル）の形状が複雑であっても、その
外周部に絶縁層を均一に形成することができ、また、製
造作業を自動化することが可能となる。また、絶縁層の
うちの導体コイル側の部分の無機絶縁物の含有率を、絶
縁層のうちの反導体コイル側の部分の無機絶縁物の含有
率よりも高くしたので、十分な絶縁性能を得ることがで
き、電気的特性が向上する。

【０００９】また、上記構成の場合、前記無機絶縁物に
帯電付与剤を加えるように構成することが好ましい。更
に、前記絶縁層のうちの前記導体コイル側の部分に含有
される前記無機絶縁物の粒径を、前記絶縁層のうちの反
導体コイル側の部分に含有される前記無機絶縁物の粒径
よりも小さくするように構成することがより一層好まし
い。更にまた、前記無機絶縁物として複数種類の無機絶
縁物を備え、前記絶縁層内において前記複数種類の無機
絶縁物がほぼ種類毎に層状をなすように構成することが
良い構成である。

【００１０】一方、本発明の電磁コイルの製造方法は、
粉体状の無機絶縁物を含有した液体状の樹脂の中に、絶
縁被覆された導体を巻回してなる導体コイルを浸漬する
工程と、前記導体コイルを前記樹脂の中から引き上げる
工程と、前記導体コイルの外周部に付着した前記樹脂を
硬化することにより前記導体コイルの外周部に均一な絶
縁層を形成する工程とを備えたところに特徴を有する。

【００１１】また、上記製造方法の場合、前記樹脂の中
に前記導体コイルを浸漬する工程において、前記導体コ
イルに直流電源を接続することにより、前記無機絶縁物
が前記導体コイルに近付く方向に移動するような電界を
印加することが好ましい。更に、前記樹脂に混合する前
の前記無機絶縁物に高速空気を噴射することがより一層
好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
いて、図１ないし図４を参照しながら説明する。まず、
図２に示すように、本実施例の電磁コイル１１は、導体
コイル１２とこの導体コイル１２の外周部を覆う絶縁層
１３とから構成されている。このうち、導体コイル１２
は、マイカガラステープやガラス被覆等により絶縁被覆
された導体１４を所定回数巻回すると共に、この巻回し
たコイルを例えば亀甲状（図３参照）に成形して構成さ
れている。

【００１３】そして、絶縁層１３は、図１に示すよう
に、粉体状の無機絶縁物１５を含有する樹脂（例えばエ
ポキシ樹脂等）１６で形成されている。この絶縁層１３
は、ほぼ均一な厚み寸法を有しており、導体コイル１２
の外周部をほぼ均一に覆っている。また、上記無機絶縁
物１５は例えばマイカ粉から成る。そして、絶縁層１３
のうちの導体コイル１２側の部分の無機絶縁物１５の含
有率が、絶縁層１３のうちの反導体コイル１２側の部分
の無機絶縁物１５の含有率よりも高くなるように構成さ
れている。具体的には、導体コイル１２の導体１４の外
周面からの距離と、無機絶縁物１５の含有率（即ち、マ
イカ含有率）との関係は、図４に示すような関係となっ
ている。尚、図４において、含有率の単位ｐｈｒは、樹
脂１００重量部当たりのマイカの重量部を表わしてい
る。

【００１４】次に、上記電磁コイル１１の製造方法につ
いて、図３も参照して説明する。まず、前記絶縁被覆さ
れた導体１２を所定回数巻回すると共に、この巻回した
導体コイル１２を亀甲状（図３参照）に成形する。続い
て、金属製の樹脂処理槽１７内に貯留している樹脂１６
の液の中に上記導体コイル１２を浸漬する。尚、樹脂１
６の液の中には、無機絶縁物１５を予め混入しておく。
また、本実施例では、樹脂１６の液として、例えば脂環
式エポキシ樹脂と酸無水物硬化剤とイミダゾール系触媒
とを混合した混合物を用いると共に、無機絶縁物１５と
して例えば４〜２０μｍの粒度のマイカ粉を用いた。

【００１５】そして、図３に示すように、導体コイル１
２と樹脂処理槽１７とに直流電源１８を接続し、樹脂１
６の液に対して後述するような電界を予め決められた設
定時間印加するように構成した。この場合、樹脂１６の
液中の無機絶縁物１５は、混入時の摩擦やコロイド状態
となっているために、正または負に帯電している。この
ため、無機絶縁物１５は、その帯電電荷により、印加さ
れている電界の方向に沿って移動する。そこで、無機絶
縁物１５が正に帯電している場合には、導体コイル１２
側が負極となるように、また、無機絶縁物１５が負に帯
電している場合には、導体コイル１２側が正極となるよ
うに前記直流電源１８を接続すれば、無機絶縁物１５は
導体コイル１２側へ移動するようになる。

【００１６】本実施例では、無機絶縁物１５が導体コイ
ル１２側へ移動するような方向の電界であって、例えば
６５０Ｖ／ｍｍの強さの電界を例えば３０分間印加する
ように構成した。これにより、導体コイル１２の形状が
複雑であっても、該導体コイル１２の外周部に、無機絶
縁物１５を含む樹脂１６がほぼ均一に付着するようにな
る。

【００１７】この後、上述した電界の印加が完了した
ら、樹脂処理槽１７内の樹脂１６の中から導体コイル１
２を引き上げる工程を実行する。このとき、無機絶縁物
１５を含む樹脂１６の表面張力と帯電による吸引力とに
より、導体コイル１２の外周部に付着した樹脂１６は、
流れ落ちることがない。

【００１８】続いて、引き上げた導体コイル１２を加熱
硬化炉内に収容して加熱し、樹脂１６を硬化させる工程
を実行する。この場合、例えば１２０℃で３時間加熱硬
化するように構成した。この結果、導体コイル１２の外
周部に、厚さ寸法が例えば約１．５ｍｍのほぼ均一な絶
縁層１３が形成された。そして、この絶縁層１３内にお
ける無機絶縁物１５の含有率は、図４に示すような分布
となった。即ち、導体コイル１２の表面に近い側に無機
絶縁物（マイカ粉）１５が多い絶縁層１３を得ることが
できた。

【００１９】尚、樹脂処理槽１７内に貯留しておく樹脂
１６の液の中に配合するマイカ粉の量は、樹脂１６の液
の粘度、即ち、温度と関係すると共に、樹脂１６の組成
や配合するマイカの粒度分布とも関係する。従って、樹
脂１６の液の温度を高くすれば、マイカの含有量をあげ
ることができる。本発明者らによる実験によれば、温度
が１５〜２５℃程度の室温の場合、試験時間（浸漬及び
電界印加時間）を１時間程度に想定すると、マイカ含有
率を１０ｐｈｒ〜５０ｐｈｒの範囲に設定すると、絶縁
層１３を十分形成することができた。

【００２０】このような構成の本実施例によれば、粉体
状の無機絶縁物１５を含有した樹脂１６により形成され
た絶縁層１３で導体コイル１２の外周部をほぼ均一に覆
うように構成すると共に、絶縁層１３のうちの導体コイ
ル１２側の部分の無機絶縁物１５の含有率を、絶縁層１
３のうちの反導体コイル１２側の部分の無機絶縁物１５
の含有率よりも高くするように構成した。そして、上記
絶縁層１３を形成するに際して、粉体状の無機絶縁物１
５を含有した樹脂１６により形成した。このため、上記
実施例によれば、従来構成（図７参照）のマイカガラス
テープ４を巻回する作業を不要にすることができると共
に、導体コイル１２の形状が複雑であっても、絶縁層１
３をほぼ均一に形成することができる。これにより、絶
縁層１３、即ち、電磁コイル１１の絶縁性能が向上す
る。

【００２１】また、上記実施例においては、マイカガラ
ステープ４を巻回する作業が不要であるから、製造作業
を自動化することが可能となる。また、絶縁層１３のう
ちの導体コイル１２側の部分の無機絶縁物１５の含有率
を、絶縁層１３のうちの反導体コイル１２側の部分の無
機絶縁物１５の含有率よりも高くしたので、十分な絶縁
性能を得ることができると共に、電気的特性を向上させ
ることができる。

【００２２】図５は本発明の第２の実施例を示すもので
あり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第
１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。第
２の実施例では、無機絶縁物１５として、２０μｍ以下
の粒度のマイカ粉と、８０μｍ以上の粒度のマイカ粉と
を混合したものを用い、この混合したマイカ粉を樹脂１
６の液の中に混入させた。これ以外の第２の実施例の構
成は、第１の実施例の構成とほぼ同じである。

【００２３】上記第２の実施例によれば、図５に示すよ
うに、絶縁層１３のうちの導体コイル１２側の部分に含
有される無機絶縁物１５の粒径が、絶縁層１３のうちの
反導体コイル１２側の部分に含有される無機絶縁物１５
の粒径よりも小さくなるように構成されている。このよ
うな構成が得られる理由は、樹脂１６の液の中に含まれ
る粒度の小さい無機絶縁物１５は、粒度の大きい無機絶
縁物１５よりも、電界の方向に沿って移動し易いためで
ある。この結果、粒度の小さい無機絶縁物１５が先に移
動して、導体コイル１２の外周部に沿って粒度の小さい
無機絶縁物１５を主として含有する絶縁層１３が形成さ
れるのである。

【００２４】この第２の実施例においても、第１の実施
例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第２
の実施例によれば、粒度が小さい無機絶縁物１５と導体
コイル１２の外周部との接触面積が大きくなるから、両
者の密着性が向上する。また、導体コイル１２の近傍の
絶縁層として、無機絶縁物１５の含有量が多い、緻密な
絶縁層を形成することができる。これにより、絶縁性能
及び電気的特性がより一層向上する。

【００２５】図６は本発明の第３の実施例を示すもので
あり、第１の実施例と異なるところを説明する。尚、第
１の実施例と同一部分には、同一符号を付している。第
３の実施例では、無機絶縁物１５として、例えば２種類
の無機絶縁物である例えばマイカ粉と例えばシリカ粉と
を用い、これら２種類の無機絶縁物１５を樹脂１６の液
の中に混入した。これ以外の第３の実施例の構成は、第
１の実施例の構成とほぼ同じである。

【００２６】上記第３の実施例の場合、シリカ粉は負に
帯電しているため正極側に移動し、マイカ粉は正に帯電
しているため負極側に移動する。この結果、図６に示す
ように、絶縁層１３のうちの導体コイル１２側の部分に
含有される無機絶縁物１５はマイカ粉（図６中白丸で示
す粒）となり、反導体コイル１２側の部分に含有される
無機絶縁物１５はシリカ粉（図６中斜線の丸で示す粒）
となる。尚、印加する電界の方向を逆に設定すれば、絶
縁層１３のうちの導体コイル１２側の部分に含有される
無機絶縁物１５がシリカ粉となり、反導体コイル１２側
の部分に含有される無機絶縁物１５はマイカ粉となる。

【００２７】そして、第３の実施例においても、第１の
実施例とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、
第３の実施例によれば、絶縁層１３内における導体コイ
ル１２側に含まれる無機絶縁物１５の種類と、反導体コ
イル１２側に含まれる無機絶縁物１５の種類が異なるよ
うに構成した。この構成の場合、例えば絶縁層１３の線
膨脹率を厚み方向に沿って傾斜化させるように構成する
ことも可能となり、このように構成すると、熱応力に強
い絶縁層１３を形成することができる。また、導電率の
異なる２種類の無機絶縁物１５を使用して、絶縁層１３
内における反導体コイル１２側に含まれる無機絶縁物１
５として導電率の高いものを配置させるように構成する
こともできる。この構成によれば、電界緩和効果を得る
ことができる。

【００２８】尚、上記第３の実施例では、無機絶縁物１
５を２種類の無機絶縁物から構成したが、３種類以上の
無機絶縁物から構成し、絶縁層１３内に３層以上の絶縁
層（即ち、３種類以上の無機絶縁物が種類毎にほぼ層状
をなすような構成）を設けるように構成しても良い。

【００２９】また、上記各実施例において、無機絶縁物
１５に帯電付与剤を加えるように構成することが好まし
い。この帯電付与剤としては、例えばガラスの微粉末
や、塩基性イオンや、焦電効果があるＰｂＴｉＯ等があ
り、これらの物質を無機絶縁物（マイカ粉）１５と接触
させるように微量添加すれば良い。また、無機絶縁物１
５を帯電し易くする方法として、無機絶縁物（マイカ
粉）１５の表面に例えばセラミックコーティングを施す
ことにより、電気二重層の部分の空間電荷を高めるよう
に構成する方法も好ましい。

【００３０】更に、上記各実施例において、樹脂１６に
混合する前の無機絶縁物１５に高速空気を噴射するよう
に構成しても良い。高速空気としては、ノズル部の空気
圧力が例えば５ｋｇ／ｃｍ^２程度までの圧力の空気を用
いることが好ましい。このような高速空気を無機絶縁物
１５に噴射すると、無機絶縁物１５が十分帯電するよう
になる。

【００３１】また、上記各実施例では、高圧回転電機に
用いる亀甲状の電磁コイル１１に適用したが、これに限
られるものではなく、変圧器に用いる電磁コイルに適用
しても良い。更に、受配電盤等に使用される母線等の導
体に絶縁層を形成する構成に適用しても良い。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、粉体状の無機絶縁物を含有した樹脂により形成され
た絶縁層で導体コイルの外周部を均一に覆うように構成
すると共に、絶縁層のうちの導体コイル側の部分の無機
絶縁物の含有率が、絶縁層のうちの反導体コイル側の部
分の無機絶縁物の含有率よりも高くなるように構成した
ので、マイカガラステープを巻回する作業を不要にし得
て、電磁コイルの外周部に絶縁層を均一に形成すること
ができると共に、製造作業を自動化することができると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す電磁コイルの部分
縦断面図

【図２】電磁コイルの縦断面図

【図３】電磁コイルの製造工程を説明する図

【図４】絶縁層内におけるマイカ含有率の分布を示す特
性図

【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【図６】本発明の第３の実施例を示す図１相当図

【図７】従来構成を示す電磁コイルの縦断面図

【符号の説明】

１１は電磁コイル、１２は導体コイル、１３は絶縁層、
１４は導体、１５は無機絶縁物、１６は樹脂、１７は樹
脂槽、１８は直流電源を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁被覆された導体を巻回してなる導体
   コイルと、 この導体コイルの外周部をほぼ均一に覆うように設けら
   れ、粉体状の無機絶縁物を含有した樹脂により形成され
   た絶縁層とを備え、 前記絶縁層のうちの前記導体コイル側の部分の前記無機
   絶縁物の含有率を、前記絶縁層のうちの反導体コイル側
   の部分の前記無機絶縁物の含有率よりも高くするように
   構成したことを特徴とする電磁コイル。
2. 【請求項２】 前記無機絶縁物に帯電付与剤を加えるよ
   うに構成したことを特徴とする請求項１記載の電磁コイ
   ル。
3. 【請求項３】 前記絶縁層のうちの前記導体コイル側の
   部分に含有される前記無機絶縁物の粒径を、前記絶縁層
   のうちの反導体コイル側の部分に含有される前記無機絶
   縁物の粒径よりも小さくするように構成したことを特徴
   とする請求項１または２記載の電磁コイル。
4. 【請求項４】 前記無機絶縁物として複数種類の無機絶
   縁物を備え、前記絶縁層内において前記複数種類の無機
   絶縁物がほぼ種類毎に層状をなすように構成したことを
   特徴とする請求項１記載の電磁コイル。
5. 【請求項５】 粉体状の無機絶縁物を含有した液体状の
   樹脂の中に、絶縁被覆された導体を巻回してなる導体コ
   イルを浸漬する工程と、 前記導体コイルを前記樹脂の中から引き上げる工程と、 前記導体コイルの外周部に付着した前記樹脂を硬化する
   ことにより前記導体コイルの外周部に均一な絶縁層を形
   成する工程とを備えて成る電磁コイルの製造方法。
6. 【請求項６】 前記樹脂の中に前記導体コイルを浸漬す
   る工程において、前記導体コイルに直流電源を接続する
   ことにより、前記無機絶縁物が前記導体コイルに近付く
   方向に移動するような電界を印加することを特徴とする
   請求項５記載の電磁コイルの製造方法。
7. 【請求項７】 前記樹脂に混合する前の前記無機絶縁物
   に高速空気を噴射することを特徴とする請求項５記載の
   電磁コイルの製造方法。