(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂面及び底面を有する複数のコイルストランドと、
前記複数のコイルストランドの頂面及び底面に、該頂面及び底面の不連続性を平滑にするように配置された充填材と、
前記充填材と前記複数のコイルストランドとの間の絶縁層と、
前記複数のコイルストランドの頂面及び底面の各々の上方に配置された導電性キャップと、
前記充填材と各導電性キャップとの間に配置された導電性ストリップとを備えた絶縁固定子コイルであって、
前記導電性ストリップが、部分放電が該絶縁固定子コイルにおいて生じないように前記導電性キャップの抵抗率を低下させる、絶縁固定子コイル。
【請求項２】
前記導電性キャップを取り囲み、前記絶縁固定子コイルの外側層を形成する接地壁絶縁層を更に備えた請求項１に記載の絶縁固定子コイル。
【請求項３】
前記充填材が、エポキシ樹脂バインダで含浸された繊維材料から形成された複合材を備える、請求項１に記載の絶縁固定子コイル。
【請求項４】
前記導電性ストリップが、銅又は銅合金から形成されている、請求項１に記載の絶縁固定子コイル。
【請求項５】
前記導電性ストリップが、６〜８ｍｍの幅及び略１ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載の絶縁固定子コイル。
【請求項６】
前記導電性ストリップの第一の端部が前記複数のコイルストランドのうちの少なくとも一つに電気的に接続されていて、第二の端部が自由端である、請求項１に記載の絶縁固定子コイル。
【請求項７】
前記導電性ストリップが、前記複数のコイルストランドの幅よりも小さな幅を有するサイズにされている、請求項１に記載の絶縁固定子コイル。
【請求項８】
固定子コイル用の絶縁アセンブリであって、
複数のコイルストランドの頂面及び底面に、該頂面及び底面の不連続性を平滑にするように配置された充填材と、
前記充填材と前記複数のコイルストランドとの間の絶縁層と、
前記複数のコイルストランドの頂面及び底面の各々の上方に配置された導電性キャップと、
前記充填材と各導電性キャップとの間に配置された導電性ストリップとを備え、
前記導電性ストリップが、部分放電が絶縁固定子コイルにおいて生じないように前記導電性キャップの抵抗率を低下させる、絶縁アセンブリ。
【請求項９】
前記導電性キャップを取り囲み、絶縁固定子コイルの外側層を形成する接地壁絶縁層を更に備えた請求項８に記載の絶縁アセンブリ。
【請求項１０】
前記充填材が、エポキシ樹脂バインダで含浸されたファイバ材料から形成された複合材を備える、請求項８に記載の絶縁アセンブリ。
【請求項１１】
前記導電性ストリップが銅又は銅合金から形成されている、請求項８に記載の絶縁アセンブリ。
【請求項１２】
前記導電性ストリップが、６〜８ｍｍの幅及び略１ｍｍの厚さを有する、請求項８に記載の絶縁アセンブリ。
【請求項１３】
前記導電性ストリップの第一の端部が前記複数のコイルストランドのうちの少なくとも一つに電気的に接続されていて、第二の端部が自由端である、請求項８に記載の絶縁アセンブリ。
【請求項１４】
前記導電性ストリップが、前記複数のコイルストランドの幅よりも小さな幅を有するサイズにされている、請求項８に記載の絶縁アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧固定子コイルに係り、特に固定子コイル内部の放電を抑制するための方法及び装置に関する。以下の説明は、タービン発電機用の固定子コイルに向けられたものであるが、本発明は、電気モータ等の他の発電電動機械にも適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
従来のタービン発電機は回転子及び固定子を有する。回転子には界磁巻線が巻かれ、その界磁巻線は回転子の本体のスロット内に配置される。固定子には固定子コイルが巻かれ、その固定子コイルは固定子の本体のスロット内に配置される。回転子が、蒸気タービンやガスタービン等の機械的エネルギーの外部源によって回転させられて、励磁電流が界磁巻線に提供されると、固定子コイル内に電気エネルギーが誘起される。
【０００３】
固定子コイルは、一般的に、複数の個々の導体（ストランド（素線）と称される）から構築される。ストランドは互いに積層されて、高電圧及び電流を流すことができる大型導体（つまり、コイル）が形成される。多くの固定子コイルにおいて、ストランドは、互いに単純に積層されるのではなくて、ウィービングパターン（編物形状）で編まれる。このウィービング法は、レーベリング（Ｒｏｅｂｅｌｌｉｎｇ）として知られている。レーベリングは、回転子に最も近い固定子コイルの内側ストランドが、回転子から離れた外側ストランドよりも多くの電流を流すこと（そしてより多くの熱を発生させること）を防止するのに役立つ。レーベリングは、各ストランドが同じ量の電流を流して、同じ量の熱を発生させることを保証するのに役立つ。
【０００４】
レーベル充填材は、レーベリングされたストランドによって形成された不規則な表面を充填及び平滑化するのに用いられる絶縁体である。レーベル充填材は一般的に、樹脂含浸フェルト材料又は雲母破片を備え、含浸された材料を同時に加熱及び圧縮して、熱硬化性樹脂を液化させ、不規則なコイル表面の空隙を充填して、硬化させるプロセスによって、不均一なコイル表面に結合される。この製造段階において形成及び結合されたコイルは、“ベークライト（登録商標）処理されたコイル（ｂａｋｅｌｉｚｅｄ  ｃｏｉｌ）”と称される。結合段階の完了後、雲母テープ接地壁が、固結されたコイルの周囲に形成されて、エポキシ樹脂で真空含浸される。そして、コイルが、絶縁構造の最終的な硬化に向けて圧縮及び焼成される。
【０００５】
レーベル充填材は、大気条件下でコイル表面に対して処理及び硬化されるので、気泡が充填材の中に混入し得て、硬化した樹脂内に空隙が形成される。高電圧固定子コイルの絶縁システム内部の空隙は、電気試験中、又は電気機械中でのコイルの作動中における放電源となり得る。コイルの絶縁システム内部での放電又はコロナ現象は、絶縁の完全性にとって悪影響をもたらして、コイルの初期故障につながり得る。空冷コイルでは、高電圧コイル内部での部分放電は、固定子巻線全体の初期故障にもつながり得る。
【０００６】
高電圧コイルの製造後、各コイルは一組の電気試験を受ける。全てのコイルが合格しなければならない一試験は、力率チップアップ（ｔｉｐ−ｕｐ）の測定である。力率チップアップの試験結果は、コイルの固結の程度、及びコイル内部の空隙の影響を示す。試験においては、高電圧がコイルに印加され、力率ブリッジを用いて、力率が測定される。コイル内で生じる内部放電は、コイルの力率チップアップの増大をもたらす。最も考えられる部分放電の原因は、含浸不可能な閉じた空隙であり、典型的には、上述のレーベル充填材に関連したエポキシ樹脂内に閉じ込められた気泡である。コイルは、大気圧（１気圧）でベークライト（登録商標）処理されるので、硬化したエポキシ樹脂は、或る程度の空気を閉じ込める。硬化したエポキシ樹脂内に閉じ込められた空気が、力率試験電圧の印加の際の電場経路にあると、部分放電現象が生じて、高い力率チップアップを引き起こし得る。力率チップアップの大きさは、印加電圧のレベル、空隙のサイズ、及び、レーベル充填材内での空隙の位置の関数である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高電圧固定子コイルの絶縁構造内での放電を防止して、力率チップアップを低減する最も効果的な方法は、理論的には、空隙のない絶縁構造を生成することである。大抵の空隙は、レーベル充填材内に閉じ込められた気泡によって形成されるので、一つの解決策は、真空内で充填コイルを処理することである。しかしながら、この方法は、典型的には、真空／加熱含浸に関連するコストの高さにより許容できない。
【０００８】
本発明を図面を参照して以下説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の態様を実現する複数の固定子コイルを示す典型的な従来技術の電動機械の部分斜視図である。
【図２】本発明の一態様に係る導電性ストリップを有する典型的な従来技術のコイルの断面図である。
【図３】本発明の一態様に係る導電性ストリップを有する他のコイルの断面図である。
【図４】本発明の一態様に係る導電性レーベル充填材の上方の銅ストリップの接続部を示す。
【図５】本発明の一態様に係る１０個の試作コイルについての力率試験結果を示す。
【図６】本発明の一態様に係る銅ストリップを有する一つのコイルとと、銅ストリップを有さない一つのコイルについての電圧破壊を示す。
【図７】本発明の他の態様に係る試作コイルについての０．０３（３％）の上限よりも十分に低いタンデルタの初期値を示す。
【図８】本発明の他の態様に係る０．２５（０．２５％）の上限を有する複数のコイルについての力率チップアップデータを示す。
【図９】本発明の他の態様に係る試作コイルについての力率チップアップデータを示す。
【図１０】一つの頂部コイル及び一つの底部コイルという二つの試作コイルに対する電圧耐久性試験結果を示す。コイルを、二倍の定格電圧、つまり２Ｅで試験した。コイル０１５は５６２．３８時間後に故障し、コイル０５１は１０７３．４２時間後に故障した。
【図１１】本発明の一態様に係る多様な試作コイルについての発電を示す。
【図１２】本発明の一態様に係る試作コイルの頂部コイルについての正規分布力率チップアップ結果のプロットを示す。
【図１３】本発明の他の多様に係る試作コイルの底部コイルについての正規分布力率チップアップ結果のプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の態様は、レーベル充填材内部の空隙が、電圧の印加時に放電することを防止する構造を提供するものである。特に驚くべきことに、本発明者は、各固定子コイルの頂部及び底部の導電性キャップの上において固定子コイルの長さ方向に沿って導電性銅ストリップを適用することが、導電性キャップの抵抗率を効果的に低下させて、部分放電が積層されたコイルアセンブリにおいて生じないようにすることを見出した。このようにして、積層されたコイルアセンブリのコイルに関連する力率チップアップが実質的に改善可能である。
【００１１】
図面を参照すると、図１は、本発明の態様の利点を受けることができる例示的な電動機械１０（例えば、発電機、モータ）を示す。当業者には理解されるように、電動機械１０は、回転子１２と、回転子１２を取り囲むように配置された固定子１４とを備える。図２により詳細に示されるように、固定子１４は、複数の高電圧（例えば、略＞４ｋＶ）固定子コイル１６を含む。例示的な固定子コイル１６により図２に示されるように、複数の固定子コイル１６の各々は、例えば銅又は銅合金で形成されたコイルストランド１８の一つ又は複数の積層体を含む。更に、各固定子コイル１６は、直線部２０（図２に示される）と、インボリュート（内巻）部２２（図４に示される）とを含む。直線部２０は、対象となる固定子スロット（図示せず）と略同じ長さである。インボリュート部２２は、直線部２０の両端に位置し、複数の固定子コイル１６を完全な発電機固定子コイルに相互接続するのに役立つ。
【００１２】
一実施形態では、コイルストランド１８は、レーベリングされたコイルストランドであり、当該分野において既知のようなウィービングパターンに編まれて、頂面２４及び底面２６を有する。ストランド１８の積層体がレーベリングされると、積層体の頂面及び底面は平滑ではなくなる。このように、頂面２４及び底面２６は、ストランド１８のレーベリングによって生じた顕著な不連続性を有する。こうした不連続性は、接地壁絶縁（後述する）と称される絶縁の外側層を適用することを難しくする。特定の実施形態では、図２に示されるように、特定の実施形態では、固定子コイル１６は、複数の金属ベント管２８を更に含み、各ベント管２８は、水素や空気等の冷却ガスを伝えるが、本発明はこれに限定されるものではない。ベント管２８は、ストランド１８の冷却に役立つように、固定子コイル１６と一体であり得る。典型的には、ベント管２８は、互いに積層されて、ストランド１８の二つ以上の積層体の間に挟まれる。ベント管２８が、銅ストランドの隣接するコラムの間に配置されていない場合、ストランド積層体セパレータ２９が、銅ストランド１８の各コラムの間に配置され得て、各コラムの銅ストランド１８を隣接する各コラムの銅ストランド１８から絶縁する。
【００１３】
図３を参照すると、例えば図２に示されるような対応する固定子コイル１６用の絶縁アセンブリ２５が示されている。絶縁アセンブリ２５は、充填材３０の層を備え、その充填材３０は、硬化されて、コイルストランド１８の頂面２４及び底面２６の各々に結合されて、頂面２４及び底面２６における不連続性を平滑化する。一実施形態では、充填材３０は、樹脂含浸フェルトを備え、例えば、デュポン社のノーメックス（登録商標）アラミド繊維や、ダクロン（登録商標）ポリエステル繊維製であり得る。充填材３０は、ストランドのレーベリング（ウィービング）に典型的には起因する頂面及び底面の不連続性を実質的に平滑化する。樹脂は、任意の適切な樹脂又はエポキシ樹脂であり得て、変性エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド、ビスマレイミド、シリコーン、ポリシロキサン、ポリブタジエン、シアン酸エステル、炭化水素等、そしてこれらの樹脂の組み合わせが挙げられる。
【００１４】
図３に更に示されるように、絶縁アセンブリ２５は、ストランド１８の頂面２４の上方に配置された頂部導電性キャップ３２と、コイルストランド１８の底面２６の上方に配置された底部導電性キャップ３４とを更に含む。導電性キャップ３２、３４の目的は、電圧が回転子１２から充填材３０（充填材３０の硬化樹脂内の空隙の存在の結果として放電が生じ得る）に伝達することを防止することである。上述のように、固定子コイル１６内部の空隙は、電気試験中、又はコイル１６の動作中の放電源であり得る。一実施形態では、キャップ３２、３４の各々は、コイルストランド１８の積層体の各側部３８、４０に対する側方延長部３６（例えば、例示的な一実施形態では、略０．２５インチから略１インチの間の長さを有する）を含み得る。
【００１５】
特定の実施形態では、図３に示されるように、絶縁アセンブリ２５は、充填材３０とストランド１８との間に、樹脂の豊富な雲母テープ絶縁層４２を更に含み得る。一実施形態では、絶縁層４２は、コイル１６の幅方向に沿って延在するように構成される。特定の実施形態では、絶縁層４２は、コイルストランド１８の積層体の各側部３８、４０に対する側方延長部４４（例えば、例示的な一実施形態では、略０．２５インチから略１インチの間の長さを有する）を提供するように更に構成され得る。驚くべきことに、本発明者は、コイルストランド１８と充填材３０との間の絶縁層４２の存在が、頂部キャップ３２及び底部キャップ３４をコイル１６の各表面から絶縁するのに役立つことを見出した。更に、絶縁層４２の存在は、コイル１６に対する誘電性能の改善をもたらす。
【００１６】
また、決定的なことに、本発明者は、各キャップ３２、３４と充填材３０との間の導電性ストリップ４６を追加することが、導電性キャップ３２、３４の抵抗率を低下させて、部分放電がコイル１６で生じないようにすることに有効であることを見出した。導電性ストリップ４６は、銅や、他の適切な導電性金属や金属合金等の導電性材料製であり得る。一実施形態では、導電性ストリップ４６の一方の端は、溶接、蝋付け、はんだ付け、接着テープ（例えば、ノーメックス（登録商標）接着テープ）の適用等の適切な固定方法によって、少なくとも一つのストランド１８に電気的に接続されるのに十分長いものである。他方の端は電気的にフローティング状態であり得る。
【００１７】
図４に示されるように、導電性ストリップ４６は、ストランド１８の頂部２４及び底部２６の両方に適用され得る。銅ストリップ４６の自由端は、短いノーメックス（登録商標）テープ（図示せず）で押し下げられ得る。また、導電性ストリップ４６の反対側の端４７は、コイル１６の前端５２におけるインボリュート領域２２又はセル屈曲領域５０において、コイルストランド１８にはんだ付けされ得る。
【００１８】
一実施形態では、導電性ストリップ４６の追加は、頂部キャップ３２及び底部キャップ３４の電位を、関連する銅ストランド１８の電位に等しく又は実質的に等しくするのに効果的である。更に、キャップ３２、３４の抵抗率が導電性ストリップ４６の結果として低下するので、導電性ストリップ４６は、充填材３０内の空隙又はコイル１６の他の構成要素にわたる電圧を低下させるのに効果的である。導電性ストリップ４６は、導電性キャップ３２、３４に対する抵抗量を取り除くのに十分な幅及び厚さのものであり得る。一実施形態では、例えば、導電性ストリップ４６は、コイル１６の長手方向（長さ方向）に沿って延在し、典型的には、コイル１６の幅よりも小さな幅を有する。特定の実施形態では、銅ストリップは、幅６〜８ｍｍであり、厚さ１〜２ｍｍである。
【００１９】
図３を再び参照すると、界面テープ４９が、導電性キャップ３２、３４の上方でコイル１６の頂面２４及び底面２６の周りに巻かれる。界面テープ４９はテープ層を互いに結合する。絶縁アセンブリ２５は、接地壁絶縁層４８を更に備え得て、その層４８は、適切なラップ構成で導電性カップ３２、３４の上方に適用可能な雲母テープ５４を備える。雲母テープ５４は、典型的には、ガラス裏地層等の裏地層に界面で結合された雲母紙層を備える。樹脂は、任意の適切な樹脂又はエポキシ樹脂であり得て、変性エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド、ビスマレイミド、シリコーン、ポリシロキサン、ポリブタジエン、シアン酸エステル、炭化水素等、そしてこれらの樹脂の均質な混合物が挙げられる。
【００２０】
樹脂は、架橋剤、促進剤、他の触媒及び加工助剤等の添加物を更に含み得る。液晶硬化性樹脂（ＬＣＴ，ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｔｈｅｒｍｏｓｅｔ）及び１，２ビニルポリブタジエン等の特定の樹脂では、低分子量の特性と優れた架橋性とが組み合わさっている。また、架橋剤は、熱伝導性にプラスの効果を有し得る最終的な架橋ネットワークの構造及びセグメント長さ分布を操作するために、樹脂に添加され得る。任意で、雲母テープ及び／又は含浸樹脂は、その中に分散した高熱伝導性材料を更に含み得て、そうした材料として、ナノ、メソ及び／又はミクロサイズの無機充填材や、ダイヤモンドライクコーティングや、ダイヤモンドライクコーティングを備えたナノ、メソ及び／又はミクロサイズの充填材が挙げられる。
【００２１】
以下の例は、本発明の態様を例示するために与えられるものであり、態様を限定するものではない。
【００２２】
上述の導電性キャップ３２、３４及び導電性ストリップ４６の追加の結果としての性能の改善を例示するため、以下のように、７つの頂部試作コイル及び７つの底部試作コイルを製造した。
【００２３】
［コイルの構成］
【００２４】
１．  絶縁ワイヤを提供した。
【００２５】
２．  厚さ０．０１５インチのノーメックス（登録商標）フェルトを備えた二枚のＶｏｔａｆｉｘ（登録商標）から成る中心コイル積層体セパレータを、二枚のＶｏｔａｆｉｘ（登録商標）の間に挟んだ。ノーメックス（登録商標）を、コイルの直線部の長さ全体に対して設けた。Ｖｏｔａｆｉｘ（登録商標）を、底部コイルのクリンプの端と、頂部コイルの直線部の長さ方向の端から３．７５インチのところとに設けた。
【００２６】
３．  ワイヤと共に、コイルは、フラットタイプ及びバタフライタイプのストランドクロスオーバー絶縁を用いた。クロスオーバー絶縁用の材料は、ケブラー（登録商標）製であった。
【００２７】
４．  コイルの頂部及び底部セルのレーベル充填材は、一枚の導電性層と一枚の非導電性層という二枚の層を含んでいた。非導電性レーベル充填材は、コイル表面に隣り合って配置された。導電性レーベル充填材は、ダクロン（登録商標）フェルト及び導電性テープから製造された。非導電性レーベル充填材は、ダクロン（登録商標）フェルトのみから製造された。
【００２８】
５．  直線部のレーベル充填材の端は、四箇所においてコイルスタンドへの平滑な移行部を有していた。
【００２９】
６．  銅ストリップを、レーベル充填材の頂部及び底部の両方に適用した。銅ストリップの自由端は、コイルの後端のコイル直線部の端で終端していた。自由端を、長さの短いノーメックス（登録商標）テープで押し下げた。銅ストリップは、コイル表面の適所に保持され、コイルの幅方向に中心が置かれて、コイル表面に対して平坦であり、ノーメックス（登録商標）裏面接着テープをその長さ方向に備え、コイルの長さ方向に沿って１８インチ毎に配置された。銅ストリップの自由端にはノーメックス（登録商標）テープが貼られた。銅ストリップは、セルコイル屈曲部の一枚の雲母テープ層の下の頂部及び底部キャップの下に配置された。コイルに対する銅ストリップの端部接続（はんだ付け）は、コイルの前端のセル屈曲部の始点においてなされた。
【００３０】
７．  銅ストリップはんだ接続は、ストランド間の短絡を防止するために確実に絶縁された。はんだ接続は、３巻の雲母テープで絶縁された。持ち上がったストランドを元の位置に戻した。銅ストリップの自由端は、コイルの端の巻きが始まるコイルの屈曲部の直前の、コイルの直線部の端で終端していた。自由端も、銅ストリップの端において丸められて、周囲の絶縁に対する切断損傷を防止するように銅ストリップの鋭さを低下させた。端部を、一枚のノーメックス（登録商標）接着テープで更に覆った。
【００３１】
８．  銅ストリップを適用して、一方の端部に対して適所ではんだ付けを行った後で、一枚の半周の雲母テープを、両コイル屈曲部に対して、直線部のクリンプの端から、コイルのインボリュートの直線部（屈曲部の後にある）までのセル屈曲領域に適用した。
【００３２】
９．  非導電性レーベル充填材をインボリュート領域に用いた。導電性テープをレーベル充填材の上に用いた。導電性接続部を、コイルの直線部の上の導電性レーベル充填材に設けた。接続部を低電圧オーム計で調べた。
【００３３】
１０．  コイル界面テープを、セル屈曲部に手で貼ったマイカテープの開始部で終わるインボリュート領域に適用した。間隔の空いたラップ層を、１インチの最大ラップ間距離で用いた。界面テープを、コイル表面に対して可能な限り平坦にした。導電性フェルト材製の導電性キャップを、コイルの直線部のコイルの頂部及び底部の両方に適用した。界面テープを、キャップに対する接着テープとして用いた。
【００３４】
１１．  導電性キャップをコイルの頂部及び底部に配置した後、硬いコイル界面テープをセル領域に適用して、セル屈曲部に手で貼った雲母テープの開始部で終端させた。間隔の空いたラップ層を１インチの最大ラップ間距離で用いた。界面テープをコイルに対して可能な限りに平坦にした。
【００３５】
１２．  界面テープを、セル屈曲領域には適用しなかった。接地壁テープは、Ｉｓｏｖｏｌｔａ  １８０ｇｍ／ｍｅｔｅｒ  ｓｑ．  Ｐｏｒｏｂａｎｄ４１０であった。接地壁テープは機械で貼られた。テープの張りを、各ロールについて調べて、通常の張りに維持した。
【００３６】
１３．  外側電極に対する導電性（接地壁）テープは、一枚の半周の導電性テープであった。末端の巻きの電圧勾配テープ（ｅｃｐ）は、炭化ケイ素を含んだ半導電性電圧勾配テープである。コイルの末端の巻きをダクロン（登録商標）バインダでテーピングした。一枚の半周のラップ層をｅｃｐテープと共に、１．０インチの最大値で適用した。バインダテープを、ｅｃｐの長さ全体には適用しなかった。
【００３７】
１４．  １２０℃の温度の通常の予熱及びＶＰＩサイクルを用いた。プレス機で、コイルを二重に積層した。全てのコイルに対する最終的な硬化を、１３５℃で二時間の保持時間、及び１６７℃で８時間の保持時間での加熱で達成した。５０°に達するまで、最終焼成プレス機を開かなかった。
【００３８】
図５を参照すると、１０個の試作コイルに対する力率試験結果が示されている。見て取れるように、試験されたコイル（銅ストリップを有する）は、全てのコイルに対して同様のタンデルタ値を与えた。
【００３９】
図６を参照すると、銅ストリップを備えた一つのコイルと、銅ストリップを備えない一つのコイルという選択されたコイル設計を用いた二つの試作コイルの電圧破壊試験を行った。二つのコイルに対して電圧破壊の結果は非常に高いものであった。コイルに対する典型的な電圧破壊は６７ｋＶｒｍｓ程度である。銅ストリップを備えたコイルは、銅ストリップと関係のない箇所において故障した。銅ストリップを備えていないコイルは、セル領域のコイル中心線から６インチのところで故障した。どちらも電圧破壊故障はセル屈曲領域で生じたものではなかった。
【００４０】
図７を参照すると、試作コイルについての初期力率チップアップの結果が示されている。決定的なことに、力率の初期値は全て、０．０３の限界よりも十分に低い。図８〜図９を参照すると、それぞれ、０．００２５及び０．００５の上限を有する試作コイルに対する力率チップアップのデータが示されている。
【００４１】
［二つのコイルに対する電圧耐久性試験結果］
【００４２】
長期間電圧耐久性試験を、銅ストリップを用いた二つのコイルに対して行った。二つのコイルを、コイル番号１５２６２９６０‐０５１  Ｔ０１及びコイル番号１５２５３０１８‐０１５  Ｂ０２で識別した。二つのコイルを加熱プレートの上に固定して、コイル部分を１１０℃に加熱し、４０ｋＶの電圧試験を行った。結果としてのＶＥデータが図１０にプロットされて示されている。試験コイルは両方とも、４００時間の２Ｅ電圧耐久性要求に合格した。コイル０１５は５６２．３８時間後に故障し、コイル０５１は１０７３．４２時間後に故障した。これは、動作ストレスレベルにおける４０年間の電気的寿命を意味する。
【００４３】
［固定子コイルに対する更なる試験（ＥＣＰ抵抗試験）］
【００４４】
試作コイルは長時間で硬化させたものであったので、コイルが受けた長期間焼成時間に起因して、高性能の範囲外となっていないことを確かめるために、ｅｃｐ抵抗を調べた。一つのコイルを選択して、高電圧ＤＣ電圧源を用いて、コイルの両端におけるｅｃｐ抵抗を測定する試験を行った。試験したコイルは、コイル番号１５２５３００８‐００５  Ｂ０１であった。ｅｃｐのＤＣ抵抗は、前端で１９２７メガオーム／ｓｑ．であり、後端で１４５５メガオーム／ｓｑ．であった。値は両方とも許容可能であった。
【００４５】
［ＥＣＰ  ＡＣ電圧分布］
【００４６】
完全な巻線の高電位試験中における隣接するコイル間の電圧を推定することができるようにするため、ＡＣ電圧分布を、コイルの前端及び後端の両方に対して測定した。試験したコイルは、コイル番号１５２５３００８‐００５  Ｂ０１であった。データと、隣同士のコイルｅｃｐプロファイルとを用いると、１．１５（２Ｅ＋１）ｋＶｒｍｓ＝４７．１５ｋＶの試験電圧をコイルに印加した際のコイル間の推定最大電圧は、１６ｋＶｒｍｓ程度である。鉄心モデルにおける５つのＳ４Ｒ３  ２１６コイルと、要求毎のコイル端部の設定では、隣接するコイル間のベント間隔は、ｅｃｐ領域において、両端に対して０．５０インチから０．９０インチの間であると測定された。０．５０インチの最小測定ギャップに対する１６ｋＶの最大電圧では、ハイポット（ｈｉ‐ｐｏｔ）試験中において隣接するコイル間にフラッシュオーバーが生じない。
【００４７】
隣同士の三つのコイルで、三つのコイル全てに印加される４８ｋＶｒｍｓでの実際の試験では、目に見える又は耳に聞こえる沿面放電は、隣接するコイル間でも、コイルの長さ方向に沿っても生じなかった。Ｃｏｒｏｎａ  Ｓｃｏｐｅを用いて、或る程度のコロナ現象が、ｅｃｐの外側端で観測された。フラッシュオーバーは、隣接するコイル間に生じなかった。一つの頂部コイル及び二つの底部コイルを、頂部を、ｅｃｐ領域において底部とクロスオーバーさせて、モデル内に配置した。試験を、４８ｋＶの電圧レベルで繰り返した。沿面放電又はフラッシュオーバーは、コイル間で生じなかった。或る程度のコロナ現象が、Ｃｏｒｏｎａ  Ｓｃｏｐｅを用いて、ｅｃｐ領域の外側端で観測された。隣同士及び頂部／底部のコイルは、必要とされる高電位試験レベルに合格する。
【００４８】
１１０個の製造コイルを試験したところ、全てのコイルがＩＴＳ４７４６２６力率要求に合格した。図１１は、１１０個のコイルのうちの１９個のコイルのサンプルに対してプロットされた力率データを示す。
【００４９】
図１２〜図１３は、１０８個の製造コイルの完全な組に値する力率チップアップの正規分布を示す。図１２は、その設計の頂部コイルについての力率チップアップの結果のプロットを示す。見て取れるように、５４個のコイル全てが要求に合格した。同様に、図１３は、その設計の底部コイルについての力率チップアップの結果のプロットを示す。見て取れるように、５４個のコイル全てが要求に合格した。
【００５０】
本発明の多様な実施形態について示して説明してきたが、こうした実施形態が例示目的のためのみに提供されていることは明らかである。多様な修正、変更及び置換が、本発明から逸脱せずになされ得る。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５１】
１０  電動機械
１２  回転子
１４  固定子
１６  固定子コイル
１８  コイルストランド
２０  直線部
２２  インボリュート部
２４  頂面
２５  絶縁アセンブリ
２６  底面
２８  ベント管
２９  ストランド積層体セパレータ
３０  充填材
３２  頂部導電性キャップ
３４  底部導電性キャップ
４２  絶縁層
４６  導電性ストリップ
４８  接地壁絶縁層
４９  界面テープ
【図１】
0005969052.tif 000002
【図２】
0005969052.tif 000003
【図３】
0005969052.tif 000004
【図４】
0005969052.tif 000005
【図５】
0005969052.tif 000006
【図６】
0005969052.tif 000007
【図７】
0005969052.tif 000008
【図８】
0005969052.tif 000009
【図９】
0005969052.tif 000010
【図１０】
0005969052.tif 000011
【図１１】
0005969052.tif 000012
【図１２】
0005969052.tif 000013
【図１３】
0005969052.tif 000014