(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットが形成された固定子鉄心と、前記スロットに収納されたコイル導体と、前記コイル導体の外側に配置された絶縁層と、前記絶縁層の外側に配置された半導電性層を有し、前記半導電性層と前記固定子鉄心との間に半導電性熱硬化樹脂層を備え、前記コイル導体がスロットに収納された後に前記半導電性層と前記固定子鉄心の間に半導電性熱硬化樹脂を流し込み、当該流し込んだ半導電性熱硬化樹脂を加熱して硬化させることにより前記半導電性熱硬化樹脂層を形成され、半導性熱硬化樹脂層と前記固定子鉄心が接触し、前記半導電性熱硬化樹脂層が形成された後に前記固定子鉄心と前記半導電性層の間に樹脂を含侵し当該樹脂を硬化させていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１において、前記絶縁層はマイカを有し、前記半導電性層は炭化珪素，酸化亜鉛あるいは酸化チタンを備えることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
固定子鉄心のスロットにコイルを収納する工程と、前記コイルの外側に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層の外側に半導電性層を形成する工程と、前記半導電性層を形成する工程の後に前記半導電性層と前記固定子鉄心との間に半導電性熱硬化樹脂を含浸して、当該熱硬化樹脂を加熱して硬化させることにより半導電性熱硬化樹脂層を形成する工程と、前記半導電性硬化樹脂層を形成する工程の後に前記コイルと前記固定子鉄心との間に樹脂層を含浸し、当該樹脂層を硬化する工程を有することを特徴とする回転機製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はインバータで駆動される回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導電動機や発電機などの高電圧回転電機の固定子コイルにおいて、その絶縁層を形成する方式には、固定子コイル単体で樹脂含浸する方法と、未含浸状態の固定子コイルをスロットに収納し、さらにコイル相互の電気的接続を行った後樹脂含浸を行う一体注入方式とに大別される。ことに、全含浸方式の固定子コイルは固定子コイルと鉄心スロットとの隙間が含浸樹脂の硬化物により充填され、鉄心とコイルとが一体化されてコイル−鉄心間の熱伝導率が高く、冷却性能に優れるとともに、樹脂含浸，加熱硬化過程を簡素化できる利点があり、幅広く適用されている。
【０００３】
従来は例えば特開平10−257707号にあるように、表面コロナ防止層を１箇所で鉄心と電気的に接続する方法を用いる等、電位をコロナ放電開始電圧以下にする対策が実施されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような表面コロナ防止層にはコイル主絶縁層が形成する静電容量を充電する電流が流れる。この充電電流は絶縁層の静電容量，印加電圧の電圧及び周波数に比例して増大する。従来の商用周波数の交流電圧で運転されている場合は、この電流値は、全コイルでも高々数十ｍＡ程度であり、何ら問題はなかった。しかし、インバータで駆動されるような回転電機では、この電圧に含まれる高い周波数成分のためにこの充電電流がピークで数十Ａときわめて大きくなることがある。
【０００５】
樹脂が含浸されて表面コロナ防止層と鉄心との接触部分で接触抵抗の大きな部分が生じると、その部分での損失が大きくなり温度が上昇することになる。そして、ついには焼損に至る課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、インバータで駆動される回転電機で安定な表面コロナ防止層を持つものを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面コロナ防止層と鉄心との接触部の損失をその部分の焼損レベル以下にした回転電機を提供するものである。本発明の一態様によれば、樹脂含浸前に表面コロナ表面防止層と鉄心とを接着、又は密着させる手段，表面コロナ防止層の抵抗率を低くする手段，表面コロナ防止層に高誘電率の半導電性粒子を添加した手段及びこれらを組み合わせた手段を組み合わせたものである。
【０００８】
本発明者らの実験結果によると、カーボン粒子とエポキシ樹脂を主体とする表面コロナ防止層では、その抵抗率の如何にかかわらず、接触部の周辺の長さ１mm当たりの損失が１Ｗ以下であれば焼損しないことが確認された。この条件は、表面コロナ防止層の抵抗率が５ｋΩ以下の場合、少なくとも４０mmの範囲内に、抵抗率が１ｋΩ以下の場合には６０mmの範囲内に良好な接触部を１点以上確保しておけば満たされることがわかった。従って、この条件を満たすよう、樹脂含浸前にコロナ表面防止層と鉄心とを接着、又は密着させると、その後の樹脂含浸により、接着及び密着部以外の部分で接触抵抗が増大しても、その接触抵抗が増大した接触部へ流れ込む電流は低い値に維持できるので、この部分の損失は焼損しないレベルに抑制できる。表面コロナ防止層の抵抗を低くすると、同じ接触面積でも接触抵抗を小さくすることができるので、損失を小さくできる効果がある。また、表面コロナ防止層に炭化珪素，酸化亜鉛あるいは酸化チタン等の高誘電率の粒子を添加すると、半導電性コロナ防止層を静電容量的な結合によりコイル充電電流が分流される。従って、損失を発生する表面コロナ防止層の抵抗分を介する電流を低減でき、良好な接触部の必要な範囲を広げることができる効果がある。なお、本発明は、以下の記載により更に説明される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を示す。
【００１０】
比較例
まず、本発明の比較例を図６〜図９を用いて説明する。
【００１１】
図６は一体注入含浸方式による比較例の高圧回転機の固定子コイルの様子を示す断面図である。図６において、固定子コイル２０はその直方体状のコイル辺部分（スロット部とよぶ）を固定子鉄心４０に放射状かつ回転軸方向へ伸びるように形成されたスロット６０２に挿入するに先立ち、絶縁被覆された素線を複数回巻き回するかレーベル転移した整列導体を用いたコイル導体１の上にガラス基材集成マイカ，フィルム基材集成マイカなどのマイカテープを所定回数巻き回した対地主絶縁層の基材層を形成し、さらにその外周に半導電性ガラステープ，半導電性フイルムテープ、あるいは半導電性不織布テープなどの半導電性テープを所定の厚みで巻き回した表面コロナ防止層３の基材層を形成する。このように形成された未含浸状態の固定子コイルは上下二条をコイル間にコイル間絶縁材を介在させてスロット６０２に収納し、スロット６０２の開口部をくさび下絶縁材１１を介してくさび４１でふさぎ、コイルを固定子鉄心４０に固定し、コイル相互の電気的接続を行った後、全含浸方式による樹脂含浸処理が行われる。
【００１２】
樹脂含浸処理は固定子コイル２０を巻いた固定子鉄心４０を真空含浸槽に収納して真空乾燥し、その後所定温度でエポキシ樹脂などの熱硬化性の含浸樹脂を真空含浸し、さらに含浸槽を加圧状態にして加圧含浸し、しかる後含浸槽から所定温度の硬化槽に移して含浸樹脂を加熱硬化する。この方法により、ボイドレスに含浸された主絶縁層２を有する固定子コイル２０が形成され、鉄心４０との隙間に含浸された含浸樹脂層の硬化物によりスロット６０２の内壁面に結合され、固定子鉄心４０と固定子コイル２０が一体化した高電圧回転電機の固定子巻き線が形成される。しかし、主絶縁層の外側に形成された表面コロナ防止層３と鉄心
４０間に樹脂が含浸されて両者の電気的接触が不良になると、表面コロナ防止層３の電位が高くなり、コロナ放電が発生する。
【００１３】
表面コロナ防止層３のコイルの引出し部側にはエンドコロナ防止層５０がある。
【００１４】
このような表面コロナ防止層３にはコイル主絶縁層２が形成する静電容量を充電する電流が流れる。この充電電流は絶縁層の静電容量，印加電圧の電圧及び周波数に比例して増大する。従来の商用周波数の交流電圧で運転されている場合は、この電流値は、全コイルでも高々数十ｍＡ程度であり、何ら問題はなかった。しかし、インバータで駆動されるような回転電機では、この電圧に含まれる高い周波数成分のためにこの充電電流がピークで数十Ａときわめて大きくなることがある。このような大電流は表面コロナ防止層３を通して固定子鉄心４０に流れることになるが、特に表面コロナ防止層３と固定子鉄心４０との接触部では電流密度が高くなり、過熱して表面コロナ防止層３が焼損するという問題が発生した。従って、表面コロナ防止層３およびその固定子鉄心４０との接触部の通電性の評価が重要となるが、従来このような課題があることは不明であったため、検討は行われていなかった。単に通電性を評価するには、接触部を模擬したモデルを作り、表面コロナ防止層から固定子鉄心に所要の電流を通電し、接触部分の面積を考慮して単位表面積当たりの許容充電電流が決定する方法で行われるのが一般的である。しかし、このような方法では等価回路的に考えると、接触部に形成される接触抵抗が、並列に接続された回路の通電特性を評価することになる。この場合、通電電流は接触抵抗の逆数に比例して分布する。接触の良いところがあれば、その部分での電流が大きくなり、全体の通電性はこの特性で評価されることになる。このような評価方法の問題点は以下のところにある。すなわち、接触抵抗は、半導電性及び表面コロナ防止層の表面抵抗率をＲとして、固定子鉄心との接触部が半径ａの円形状になっているとモデル化して考えると、Ｒ・（２πａ）に比例した値となる。従って、例えば１０mmの間隙をおいて半径ａ１，ａ２で接触し、ａ１，ａ２の比が１００：１とした場合を考えると、接触抵抗の比は１：
１００、接触点を流れる電流の比は１００：１となり、接触部の半径の大きなａ１部に大きな電流が流れる。接触部の損失は電流の２乗と接触抵抗の逆数の積に比例するので、両接触点での損失の比は１００：１となる。すなわち、ａ１部分での損失が大きくなる。例えばａ１部分の接触長さは２πａ１で表され、ａ１に比例する。従って、接触部の単位長さ当たりの損失、すなわち損失密度の比を比較すると１：１となる。これらをまとめると、表１のようになる。すなわち、各接触部の損失密度は接触抵抗の差によらず同じであり、特にどの部分の損失密度が大きくなると言うことはない。
【００１５】
【表１】
0003711800.tif 000002
【００１６】
ところが、表面コロナ防止層に流れる電流の分布を詳細に検討した結果、このような方法では表面コロナ防止層の通電性を評価できないことがわかった。図７のように、固定子鉄心４０との接触部６０が半径ａの円板状の絶縁層について考えると、絶縁層の静電容量を充電する電流により表面コロナ防止層３の電位は
0003711800.tif 000003
【００１７】
で表される。
【００１８】
これを図示すると図８のようになり、接触部から離れるに従い表面コロナ防止層３の電位が高くなる。それぞれの接触部６０の半径がａ１，ａ２で接触抵抗が異なる隣接した接触部がある場合、それぞれの接触部近傍の絶縁層の充電電流はそれぞれの接触部に流れる。そして、その分岐は図９のように表面コロナ防止層３の電位が同じになる位置と考えられる。上述と同様１０mm離れている接触部分で、ａ１，ａ２の比を１００：１の場合を例として解析すると、通電電流の比は３.７：１となった。接触抵抗の逆数には比例しないため、損失の比は１：７.２と接触部の半径が小さな部分の方が大きくなる。接触部の長さは接触抵抗の大きい部分の方が小さいので、接触部の単位長さ当たりの損失密度に至っては１：７２４になることがわかった。これらを纏めると表２のようになる。すなわち、接触部の半径が小さな部分での損失が相対的に大きくなり、半径が小さくなるほど、すなわち接触抵抗が大きくなるほどこれが大きくなると言える。これは接触部近傍の絶縁層が形成する静電容量を充電する電流は接触抵抗の大きさによらずその接触部分に流れ込むため、接触部の面積が小さい部分では接触抵抗が大きいだけ損失が大きくなるということである。従って、樹脂が含浸されて表面コロナ防止層３と鉄心４０との接触部分で接触抵抗の大きな部分が生じると、その部分での損失が大きくなり温度が上昇することになる。そして、ついには焼損に至ることになる。
【００１９】
【表２】
0003711800.tif 000004
【００２０】
本発明は、表面コロナ防止層と鉄心との接触部の損失をその部分の焼損レベル以下にした回転電機を提供するものである。
【００２１】
実施の形態１
図１は本発明の一実施形態を示す。図１において、絶縁被覆された素線を複数回巻き回するかレーベル転移した整列導体を用いたコイル導体１の表面上にガラスとフィルムとを基材とする集成マイカテープを所定回数巻き回した対地主絶縁層の基材層を形成し、さらにその周囲にプリプレグ状の半導電性テープを２回巻き回し表面コロナ防止層３とした。この半導電性テープには、ガラス基材にカーボンを混入したプリプレグ状のエポキシ樹脂を用いた。この樹脂はエポキシに限らず、ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂でも可能である。また基材にはポリエステル等のフイルムテープ、あるいはポリアミド等の不織布テープなども適用できる。このように形成された未含浸状態の固定子コイル（白コイルとも称す。）は上下二条をコイル間に半導電性積層板４を介在させてスロットに収納し、スロットの開口部をくさび下絶縁材１１を介してくさび４１でふさぎ白コイルを固定子鉄心４０に固定した。そして、コイル相互の電気的接続を行った後、含浸前の加熱乾燥処理を実施した。この加熱時に半導電性のプリプレグ状エポキシ樹脂を軟化させ、固定子鉄心４０との間隙を充填する状態で硬化せしめ、良好な電気的接続状態を得た。その後固定子コイルを巻き線した後の固定子鉄心を真空含浸槽に収納して真空乾燥の後、所定温度でエポキシ樹脂などの熱硬化性の含浸樹脂を真空含浸した。さらに含浸槽を加圧状態にして加圧含浸し、しかる後含浸槽から所定温度の硬化槽に移して含浸樹脂を加熱硬化した。以上の手順でボイドレスに含浸された主絶縁層からなるコイル絶縁層２を有する固定子コイル２０が形成される。同時に表面コロナ防止層３と鉄心４０との接触部分は樹脂含浸前に接着しているのでこの部分に樹脂が含浸されることはなく、樹脂含浸により接触抵抗が大きくなることはない。
【００２２】
実施の形態２
図２は本発明の他の実施形態を示す。図２において、絶縁被覆された素線を複数回巻き回するかレーベル転移した整列導体を有するコイル導体１の表面上にガラスとフィルムとを基材とする集成マイカテープを所定回数巻き回した対地主絶縁層の基材層を形成し、さらにその周囲にゴム弾性を有する半導電性テープ状材料を１回巻き回し表面コロナ防止層３とした。この半導電性テープは、ガラス基材の上にカーボン粉を練り込んだシリコーンゴムを塗布して形成したものである。このゴムにはシリコーンに限らずアクリル，エチレンプロピレンエラストマ等にカーボン粒子，カーボン繊維，鉄などの金属粒子及びその混合物を練り込で形成したものも適用できる。このように形成された未含浸状態の固定子コイルは上下二条をコイル間に半導電性積層板４を介在させてスロットに収納しスロットの開口部をくさび下絶縁材１１を介してくさび４１でふさぎ白コイルを固定子鉄心４０に固定した。コイル相互の電気的接続を行った後、含浸前の加熱乾燥処理を実施した。その後固定子コイルを巻いた後の固定子鉄心を真空含浸槽に収納して真空乾燥の後、所定温度でエポキシ樹脂などの熱硬化性の含浸樹脂を真空含浸し、さらに含浸槽を加圧状態にして加圧含浸した。しかる後含浸槽から所定温度の硬化槽に移して含浸樹脂を加熱硬化することにより、ボイドレスに含浸された主絶縁層を有するコイル絶縁層２を有する固定子コイル２０が形成される。表面コロナ防止層３はゴムの弾性力により固定子鉄心４０に密着しているので、樹脂含浸によりこの部分の接触抵抗が大きくなることはない。一方、固定子コイル２０の温度が上昇し熱膨張して固定子コイル２０と固定子鉄心４０との間に熱応力が働いた場合、熱応力が小さいうちは、このゴム状弾性体の変形で吸収される。更に熱応力が大きくなった場合、このゴム状弾性体の内部で切断される。ゴム状弾性体でない場合や半導電性表面コロナ防止層以外の部分で切断された場合、切断面の近傍は絶縁性の皮膜がついているので、切断部が少し変位してもこの部分の電気的な接触が損なわれる。しかし本案によれば切断面に半導電性のゴム状弾性体の部分が露出しているので、熱膨張により、表面コロナ防止層３と固定子鉄心４０との接触位置が相対的に変位しても、新しい接触位置で電気的な接触が維持されるので、運転条件の内容にかかわらず接触密度を大きく保つことができる。
実施の形態３
図３は他の実施形態を示す。図３において、絶縁被覆された素線を複数回巻き回するかレーベル転移した整列導体を有するコイル導体１の表面上にガラスとフィルムとを基材とする集成マイカテープを所定回数巻き回した対地主絶縁層を有するコイル絶縁層２の基材層を形成し、さらにその周囲に半導電性テープを所定の厚みで巻き回した表面コロナ防止層３の基材層を形成する。この半導電性テープには、ガラス基材にカーボンを混入したエポキシ樹脂を用いた。この樹脂にはエポキシに限らず、ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂でも可能である。また、基材にはポリエステル等のフイルムテープ、あるいはポリアミド等の不織布テープなどが適用できる。このように形成された未含浸状態の固定子コイルを半導電性積層板４を介してスロット６０２に収納した。この挿入後かかる半導電性テープと鉄心間との間にカーボン粉を混入した半導電性の熱硬化性樹脂を流し込んだ。その後スロット内に収納したスロットの開口部をくさび下絶縁材１１を介してくさび４１でふさぎ白コイルを固定子鉄心に固定し、コイル相互の電気的接続を行った後、加熱乾燥処理を行い、半導電性テープと鉄心間の半導電性熱硬化性樹脂を硬化せしめ、この部分で良好な電気的接触状態を得た。その後固定子コイルを巻いた後の固定子鉄心を真空含浸槽に収納して真空乾燥の後、所定温度でエポキシ樹脂などの熱硬化性の含浸樹脂を真空含浸し、さらに含浸槽を加圧状態にして加圧含浸した。しかる後含浸槽から所定温度の硬化槽に移して含浸樹脂を加熱硬化することにより、ボイドレスに含浸された主絶縁層２を有する固定子コイル２０が形成される。表面コロナ防止層３は樹脂含浸前に半導電性の熱硬化樹脂を有する半導電性樹脂５で固定子鉄心４０に接着しているので、この樹脂部分に樹脂が含浸されることはない。また、半導電性熱硬化樹脂層がない部分では、コイル２０は鉄心４０との隙間に含浸された含浸樹脂の硬化物によりスロットの内壁面に結合され、固定子鉄心４０と固定子コイル２０が一体化した高電圧回転電機の固定子巻き線が形成できた。
【００２３】
なおこの実施例において、半導電性の熱硬化性樹脂を流し込むかわりに、コイル表面半導電性テープと鉄心間にＵ字型または、短冊状のプリプレグ状半導電性シートを挿入し、硬化せしめた場合にも同様の効果が得られた。このプリプレグ状半導電性シートはガラス，ポリエステル等のフイルムテープ、あるいはポリアミド等の不織布テープ基材にカーボンを混入したプリプレグ状のエポキシ樹脂を塗布したものを用いた。またこの樹脂はエポキシに限らず、ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂も適用できる。
【００２４】
実施の形態４
図４は他の実施形態を示す。図４において、絶縁被覆された素線を複数回巻き回するかレーベル転移した整列導体を有するコイル導体１の表面上にガラスとフィルムとを基材とする集成マイカテープを所定回数巻き回した対地主絶縁層を有するコイル絶縁層２の基材層を形成した。さらにその周囲に半導電性テープを所定の厚みで巻き回した表面コロナ防止層３の基材層形成する。この半導電性テープには、ガラス基材にカーボンを混入したエポキシ樹脂を用いた。この樹脂にはエポキシに限らず、ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂でも可能である。また、基材にはポリエステル等のフイルムテープ、あるいはポリアミド等の不織布テープなどが適用できる。このように形成された未含浸状態の固定子コイルは半導電性の弾性を有する波板状半導電性積層板６とともにスロット６０２に挿入した。また、同時に上下二条をコイル間には半導電性積層板４を介在させてスロットに収納し、スロットの開口部をくさび下絶縁材１１を介してくさび４１でふさぎ白コイルを固定子鉄心４０に固定した。コイル相互の電気的接続を行った後、含浸前の加熱乾燥処理を実施した。その後固定子コイルを巻いた固定子鉄心を真空含浸槽に収納して真空乾燥の後、所定温度でエポキシ樹脂などの熱硬化性の含浸樹脂を真空含浸し、さらに含浸槽を加圧状態にして加圧含浸した。しかる後含浸槽から所定温度の硬化槽に移して含浸樹脂を加熱硬化することにより、ボイドレスに含浸された主絶縁層２を有する固定子コイル２０が形成される。樹脂含浸された後も表面コロナ防止層３や固定子鉄心４０と弾性のある波板状半導電性積層板６の接触部では、良好な電気的接触状態が保たれる。コイル２０は鉄心４０との隙間に含浸された含浸樹脂の硬化物によりスロットの内壁面に結合され、固定子鉄心４０と固定子コイル２０が一体化した高電圧回転電機の固定子巻き線が形成できた。
【００２５】
更にまた、弾性を有する波板状半導電性６積層板のコイル側面に半導電性の積層板を配置すれば、弾性による応力集中を防止でき対地主絶縁の基材層への樹脂含浸性が向上する。
【００２６】
実施形態５
図５は本発明の他の実施形態を示す。図５において、絶縁被覆された素線を複数回巻き回するかレーベル転移した整列導体を有するコイル導体１の表面上にガラスとフィルムとを基材とする集成マイカテープを所定回数巻き回した対地主絶縁層を有するコイル絶縁層２の基材層を形成し、さらにその周囲にカーボン粒子と炭化珪素を含むエポキシ樹脂と基材からなる半導電性テープ状材料を１回巻き回し、表面コロナ防止層８の基材とした。この半導電性テープの樹脂はエポキシに限らず、ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂でも可能である。また基材にはポリエステル等のフイルムテープ、あるいはポリアミド等の不織布テープなども適用できる。また炭化珪素にかわり、酸化亜鉛あるいは酸化チタン等の高誘電率の粒子も適用できる。このように形成された未含浸状態の固定子コイルは上下二条をコイル間に半導電性積層板４を介在させてスロットに収納し、スロットの開口部をくさび下絶縁材１１を介してくさびでふさぎ白コイルを固定子鉄心４０に固定した。コイル相互の電気的接続を行った後、含浸前の加熱乾燥処理を実施した。その後固定子コイルを巻いた後の固定子鉄心を真空含浸槽に収納して真空乾燥の後、所定温度でエポキシ樹脂などの熱硬化性の含浸樹脂を真空含浸し、さらに含浸槽を加圧状態にして加圧含浸した。しかる後含浸槽から所定温度の硬化槽に移して含浸樹脂を加熱硬化することにより、ボイドレスに含浸された主絶縁層２を有する固定子コイル２０が形成される。表面コロナ防止層となる高誘電率粒子含有半導電性ライナ８を流れる電流は高誘電率の粒子が形成する静電容量分を通しても流れるので、抵抗分を通して流れる電流を低減でき、表面コロナ防止層となる高誘導電率粒子含有導電性ライナ８と鉄心４０との接触部の損失を低減できる。
【００２７】
実施形態６
図１０は本発明の他の実施形態を示す。図１０において、絶縁被覆された素線を複数回巻き回するかレーベル転移した整列導体を有するコイル導体１の表面上にガラスとフィルムとを基材とする集成マイカテープを所定回数巻き回した対地主絶縁層を有するコイル絶縁層２の基材層を形成し、さらにその周囲にカーボン粒子を含むエポキシ樹脂と基材からなる半導電性テープ状材料を１回巻き回し表面コロナ防止層３の基材とした。この半導電性テープの樹脂はエポキシに限らず、ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂でも可能である。また基材にはポリエステル等のフイルムテープ、あるいはポリアミド等の不織布テープなども適用できる。このように形成された未含浸状態の固定子コイルを表面突起無しの半導電性ライナ９を介して上下二条をコイル間に半導電性積層板４を介在させてスロットに収納しスロットの開口部をくさび下絶縁材１１を介してくさびでふさぎ白コイルを固定子鉄心４０に固定した。半導電性のライナは、少なくともカーボン粒子をエポキシ，ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂に充填した半導電性樹脂を、適度の間隔でパンチングにより穴をあけたポリエステルやポリアミド等のフイルムや不織布に塗布したもの、あるいは繊維状のカーボン繊維をポリエステルやポリアミドの繊維と混梳した不織布に少なくともカーボン粒子をエポキシ，ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂に充填した半導電性樹脂を塗布したもので、表面及び貫層方向の抵抗値を所要値以下とした材料である。また、同時に表面の突起がない材料で、コイル鉄心間の隙間を少なくしたコイルをスロット内に挿入することを可能ならしめている。コイル相互の電気的接続を行った後、含浸前の加熱乾燥処理を実施した。その後固定子コイルを巻いた後の固定子鉄心を真空含浸槽に収納して真空乾燥の後、所定温度でエポキシ樹脂などの熱硬化性の含浸樹脂を真空含浸し、さらに含浸槽を加圧状態にして加圧含浸した。しかる後含浸槽から所定温度の硬化槽に移して含浸樹脂を加熱硬化することにより、ボイドレスに含浸された主絶縁層２を有する固定子コイル２０が形成される。突起のないライナを介してコイルと鉄心間の隙間の小さなコイルをスロット内に挿入できるので、コイル最外層の表面コロナ防止層３は表面突起無し半導電性ライナ９を介して樹脂含浸前に鉄心に密着しているので、この部分に樹脂が含浸されることはなく、樹脂含浸により接触抵抗が大きくなることはない。また、この半導電性のライナをクレープ状に凹凸を多くした場合、多くの突部分で半導電性ライナと鉄心とを接触させることができる。表面突起無し半導電性ライナ９は表面全体が半導電性であるため、接触位置により電流が偏ることはない。また、使用時に回転電機の温度が上昇して、スロット幅が大きくなった場合には、相対的に接着強度の低いマイカ主絶縁層内のフイルムとの界面が剥離されるため、この表面コロナ防止層３と固定子鉄心４０との電気的接触部が剥離することはない。
【００２８】
実施形態７
図１１は本発明の他の実施形態を示す。図１１において、絶縁被覆された素線を複数回巻き回するかレーベル転移した整列導体を有するコイル導体１の表面上にガラスとフィルムとを基材とする集成マイカテープを所定回数巻き回した対地主絶縁層を有するコイル絶縁層２の基材層を形成し、さらにその周囲にカーボン粒子を含むエポキシ樹脂と基材からなる半導電性テープ状材料を１回巻き回し、表面コロナ防止層３の基板層とした。この半導電性テープの樹脂はエポキシに限らず、ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂でも可能である。また基材にはポリエステル等のフイルムテープ、あるいはポリアミド等の不織布テープなども適用できる。このように形成された未含浸状態の固定子コイルを半導電性のライナを有する離型性半導電性ライナ１０を介して上下二条をコイル間に半導電性積層板４を介在させてスロットに収納しスロットの開口部をくさび下絶縁材１１を介してくさびでふさぎ白コイルを固定子鉄心４０に固定した。半導電性のライナは、少なくともカーボン粒子をエポキシ，ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂に充填した半導電性樹脂を、適度の間隔でパンチングにより穴をあけたポリエステルやポリアミド等のフイルムや不織布に塗布したもの、あるいは繊維状のカーボン繊維をポリエステルやポリアミドの繊維と混梳した不織布に少なくともカーボン粒子をエポキシ，ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂に充填した半導電性樹脂を塗布したもので、表面及び貫層方向の抵抗値を所要値以下とした材料である。また、同時に表面の突起がない材料で、コイル鉄心間の隙間を少なくしたコイルをスロット内に挿入することを可能ならしめている。更に、この半導電性のライナ１０はそのコイル側の表面でかつスロットの鉄心端近傍に位置する表面に離型性の半導電性樹脂１５を塗布した。離型性の半導電性樹脂はシリコーン又はフッ素樹脂にカーボン粒子等の半導電性粒子を充填したものである。コイル相互の電気的接続を行った後、含浸前の加熱乾燥処理を実施した。その後固定子コイルを巻いた後の固定子鉄心を真空含浸槽に収納して真空乾燥の後、所定温度でエポキシ樹脂などの熱硬化性の含浸樹脂を真空含浸し、さらに含浸槽を加圧状態にして加圧含浸した。しかる後含浸槽から所定温度の硬化槽に移して含浸樹脂を加熱硬化することにより、ボイドレスに含浸された主絶縁層２を有する固定子コイル２０が形成される。突起のないライナを介してコイルと鉄心間の隙間の小さなコイルをスロット内に挿入できるので、コイル最外層の表面コロナ防止層３は離型性半導電性ライナ１０を介して樹脂含浸前に鉄心に密着しているので、この部分に樹脂が含浸されることはなく、樹脂含浸により接触抵抗が大きくなることはない。離型性半導電性ライナ１０は表面全体が半導電性であるため、接触位置により電流が偏ることはない。また、使用時に回転電機の温度が上昇して、スロット幅が大きくなった場合には、相対的に接着強度の低いマイカ主絶縁層内のフイルムとの界面が剥離されるため、この表面コロナ防止層３と鉄心４０との電気的接触部が剥離することはない。更に、固定子コイルが鉄心より膨張した場合、大きなせん断力が働く鉄心端の部分では離型性の半導電樹脂部１５で切断されるが、切断面が半導電性であるので、電気的接触が保たれ、接触抵抗が大きくなることはない。
【００２９】
実施形態８
図１２に本発明になる他の実施例を示す。半導体スイッチング素子を用いた回路にて発生した低周波交流電圧が回転子コイルに印加される可変速発電機の固定子に適用したものである。固定子コイルは単体に対地主絶縁層１２等を形成した。コイル導体１の外周に存在する対地絶縁層２は、マイカを主体とする樹脂含浸層である。この外周には半導電性の表面コロナ防止層３を配置している。このコイル表面コロナ防止層３はガラステープ基材またはポリアミド不織布にカーボン粒子又はカーボン粒子とカーボン繊維混合物をコーティングした構成になる半導電性テープで形成した。下コイルの底面とスロット壁間及び上下コイル間に半導電性積層板４を配置し、スロットに上下二条に納めた。この半導電性積層板４の抵抗率は８ｋΩである。スロットにコイルを挿入したのち、片側のスロット壁とコイルとの間隙に半導電性の樹脂１６を塗布した半導電性の積層板１２を挿入した。この積層板１２の抵抗率は８ｋΩ、半導電性樹脂１６の抵抗率は５ｋΩであった。反対側のスロット壁とコイルとの間隙には波板状の半導電性弾性積層板１３を挿入した。この半導電性弾性積層板１３の弾性率は３kg／cm2 、抵抗率は８ｋΩである。更に、くさびと上コイルとの間にくさび側より波板状の絶縁性弾性積層板１４，くさび下絶縁性積層板１１を配置したのち、くさび４１を打ち込んだ。その後コイルエンド部を接続した。
【００３０】
実施の形態９
図１３に本発明になる他の実施例を示す。半導体スイッチング素子を用いた回路にて発生した低周波交流電圧が回転子コイルに印加される可変速発電機の固定子に適用したものである。固定子コイルは導体コイル１の単体の外周に対地主絶縁層２等を形成した。対地絶縁層２は、マイカを主体とする樹脂含浸層である。この外周には半導電性の表面コロナ防止層３を配置している。このコイルの表面コロナ防止層３を毛羽たてたガラステープ基材にカーボン粒子又はカーボン粒子とカーボン繊維混合物をコーティングした構成になる半導電性テープで形成した。下コイルの底面とスロット６０２の壁間及び上下コイル間に半導電性積層板４を配置し、スロットに上下二条に納めた。この半導電性積層板４の抵抗率は８ｋΩである。スロットにコイルを挿入したのち、片側のスロット壁とコイルとの間隙には波板状半導電性弾性積層板１３を挿入した。この半導電性弾性積層板１３の弾性率は３kg／cm2 、抵抗率は８ｋΩである。更に、くさびと上コイルとの間にくさび４１側より波板状の絶縁性弾性積層板１４，くさび下絶縁性積層板１１を配置したのち、くさび４１を打ち込んだ。その後コイルエンド部を接続した。
【００３１】
実施形態１０
図１４は本発明の他の実施形態を示す。図１４において、絶縁被覆された素線を複数回巻き回するかレーベル転移した整列導体を有するコイル導体１の表面上にガラスとフィルムとを基材とする集成マイカテープを所定回数巻き回した対地主絶縁層を有するコイル絶縁層２の基材層を形成し、さらにその周囲にカーボン粒子を含むエポキシ樹脂と基材からなる半導電性テープ状材料を１回巻き回し表面コロナ防止層３の基材とした。この半導電性テープの樹脂はエポキシに限らず、ポリエステル，変性ポリイミド等の樹脂でも可能である。また基材にはポリエステル等のフイルムテープ、あるいはポリアミド等の不織布テープなども適用できる。このように形成された未含浸状態の固定子コイルをゴム弾性を有する半導電性ライナ７を介して上下二条をコイル間に半導電性積層板４を介在させてスロットに収納しスロットの開口部をくさび下絶縁材１１を介してくさびでふさぎ白コイルを固定子鉄心４０に固定した。この半導電性ライナ７は、ガラス基材の上にカーボン粉を練り込んだシリコーンゴムを塗布して形成したものである。このゴムにはシリコーンに限らずアクリル，エチレンプロピレンエラストマ等にカーボン粒子，カーボン繊維，鉄などの金属粒子及びその混合物を練り込で形成したものも適用できる。コイル相互の電気的接続を行った後、含浸前の加熱乾燥処理を実施した。その後固定子コイルを巻いた後の固定子鉄心を真空含浸槽に収納して真空乾燥の後、所定温度でエポキシ樹脂などの熱硬化性の含浸樹脂を真空含浸し、さらに含浸槽を加圧状態にして加圧含浸した。しかる後含浸槽から所定温度の硬化槽に移して含浸樹脂を加熱硬化することにより、ボイドレスに含浸された主絶縁層２を有する固定子コイル２０が形成される。コイル最外層の表面コロナ防止層３はゴム弾性を有する半導電性ライナ７を介して固定子鉄心４０に密着しているので、樹脂含浸によりこの部分の接触抵抗が大きくなることはない。一方、固定子コイル２０の温度が上昇し熱膨張して固定子コイル２０と固定子鉄心４０との間に熱応力が働いた場合、熱応力が小さいうちは、このゴム状弾性体の変形で吸収される。更に熱応力が大きくなった場合、このゴム状弾性体の内部で切断される。ゴム状弾性体でない場合や半導電性表面コロナ防止層以外の部分で切断された場合、切断面の近傍は絶縁性の皮膜がついているので、切断部が少し変位してもこの部分の電気的な接触が損なわれる。しかし本案によれば切断面に半導電性のゴム状弾性体の部分が露出しているので、熱膨張により、表面コロナ防止層３と固定子鉄心４０との接触位置が相対的に変位しても、新しい接触位置で電気的な接触が維持されるので、運転条件の内容にかかわらず接触密度を大きく保つことができる。
【００３２】
図１〜図５，図１０〜図１４は、回転電機、例えば高圧回転電機の固定子の要部を示す部分断面図である。各図では、固定子鉄心４０は、断面がスロットを有する長方形により表されるが、これは、回転電機の態様に合わせて種々の形状をとる。回転電機の回転子，回転子の軸受，ケーシングなどの他の構成は、周知の構成を用いることができる。
【００３３】
インバータ電源に含まれる高調波電圧に対し、比較例では波高値１ｋＶのサージ電圧で表面コロナ防止層が焼損したが、上記実施例ではいずれも波高値４ｋＶを印加してもその表面コロナ防止層が焼損することはなかった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、高圧回転電機の焼損を防止できる。
【００３５】
また、本発明によれば、安定した表面コロナ防層を有する固定子コイルを有する高圧回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【図２】本発明の他の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【図３】本発明の他の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【図４】本発明の他の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【図５】本発明の他の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【図６】比較例のコイル構造を示す図。
【図７】固定子コイル表面コロナ防止層と固定子鉄心の接触部のモデルを示す図。
【図８】固定子コイル表面コロナ防止層の電位を示す図。
【図９】隣接して接触部があった場合の固定子コイル表面コロナ防止層の電位を示す図。
【図１０】本発明の他の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【図１１】本発明の他の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【図１２】本発明の他の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【図１３】本発明の他の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【図１４】本発明の他の実施例のスロット部コイルの断面構造を示す図。
【符号の説明】
１…コイル導体、２…コイル絶縁層、３…表面コロナ防止層、４…半導電性積層板、５…半導電性樹脂、６…波板状半導電性積層板、７…ゴム状半導電性ライナ、８…高誘電率粒子含有半導電性ライナ、９…表面突起無し半導電性ライナ、１０…離型性半導電性ライナ、１１…絶縁性積層板、１２…半導電性樹脂塗布半導電性積層板、１３…波板状半導電性積層板、１５…離型樹脂、２０…コイル、２２…ライナ、４０…固定子鉄心、４１…くさび、５０…エンドコロナ防止層、６０…接触部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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