(57)【要約】【課題】安定したコロナ防止機能を有して課電寿命特性および耐熱性の優れた回転電機のコイルを提供すること。【解決手段】絶縁被覆が施された絶縁電線を複数本集束してなるコイル導体７と、コイル導体７の外周に形成されたマイカ絶縁層５と、マイカ絶縁層５の外周に形成された低抵抗コロナ防止層６とを備え、低抵抗コロナ防止層６は、導電性のテープあるいはシートと、前記導電性のテープあるいはシートに含浸され硬化した含浸樹脂とを備え、前記導電性のテープあるいはシートは無機繊維からなる基材に少なくとも不飽和ポリエステル樹脂を一成分として有する導電性塗料を塗布または含浸してなり、前記含浸樹脂としてポリイミド変成エポキシ樹脂が用いられている構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁被覆が施された絶縁電線を複数本集束してなるコイル導体と、前記コイル導体の外周に形成されたマイカ絶縁層と、前記マイカ絶縁層の外周に形成された低抵抗コロナ防止層とを備え、前記低抵抗コロナ防止層は、導電性のテープあるいはシートと、前記導電性のテープあるいはシートに含浸され硬化した含浸樹脂とを備え、前記導電性のテープあるいはシートは無機繊維からなる基材に少なくとも不飽和ポリエステル樹脂を一成分として有する導電性塗料を塗布または含浸してなり、前記含浸樹脂としてポリイミド変成エポキシ樹脂が用いられていることを特徴とする回転電機のコイル。
【請求項２】
前記低抵抗コロナ防止層の表面抵抗率が50Ω〜10,000Ωであることを特徴とする請求項１記載の回転電機のコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低抵抗コロナ防止層を備え、同期機や直流機の電機子コイル、誘導電動機の固定子コイル等として用いられる回転電機のコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
おおよそ定格電圧3000V以上の高電圧回転電機においては、コイル絶縁外面と鉄心との間に生じる空隙による放電劣化の抑制、あるいはコイル絶縁内の電界を均一化するために、電機子コイル最外層にコロナ防止層と呼ばれる導電性の層を設けている。こうすると、電界のべき乗で作用する放電劣化による絶縁特性の劣化を低減してコイル絶縁厚さを薄くでき、機器の小型軽量化、高出力密度化を達成することができる（特許文献１参照）。
【０００３】
一方、定格電圧が1500Ｖ以下である車両用主電動機では、電圧が低く放電劣化の影響がより少ないのでコロナ防止層を採用しない場合が多い。しかし、高電圧回転電機の多くが運転温度155℃以下であるのに対し、車両用主電動機では220℃で運転される場合があり、より耐熱性の高い絶縁システムが採用されている。
【０００４】
近年、海外の一部の地域では3000Vで駆動される車両用主電動機の需要が増加している。電圧が高くなるため放電劣化の影響が懸念され、例えば220℃以上で運転可能な耐熱性に優れたコロナ防止層と、それを用いた回転電機が望まれている。
【特許文献１】特開平２−１０６８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
目的の運転温度以上、例えば上述のように220℃以上で運転可能な耐熱性に優れたコロナ防止層を得るにはいくつかの方法が考えられる。一つは、目的の運転温度以上の耐熱性を有する材料のみを使って導電性テープおよびシートを構成する方法、もう一つは含浸樹脂との組み合わせでシステムとして耐熱性を確保する方法である。このうち後者については、現状以上の耐熱性を有する含浸樹脂を用いて、耐熱性の低いコロナ防止テープを補う方法、そして現行の含浸樹脂と現行の耐熱性の低いコロナ防止テープとを組み合わせることによって、システムとして耐熱性を確保する方法に分けられる。
【０００６】
一般に回転電機のコイル絶縁については長期にわたる評価を必要とし、また新規に開発した材料は、想定外の原因により使用時に問題を生じるケースもある。よって、新規に絶縁材料を開発するのではなく、これまで実績のある含浸樹脂や低抵抗コロナ防止材料を用い、その組み合わせによって所定の特性を備え、目的の運転温度で運用可能な耐熱性を有するコロナ防止層およびそれを用いた回転電機のコイルが望まれている。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑み、安定したコロナ防止機能を有して課電寿命特性および耐熱性の優れた回転電機のコイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、絶縁被覆が施された絶縁電線を複数本集束してなるコイル導体と、前記コイル導体の外周に形成されたマイカ絶縁層と、前記マイカ絶縁層の外周に形成された低抵抗コロナ防止層とを備え、前記低抵抗コロナ防止層は、導電性のテープあるいはシートと、前記導電性のテープあるいはシートに含浸され硬化した含浸樹脂とを備え、前記導電性のテープあるいはシートは無機繊維からなる基材に少なくとも不飽和ポリエステル樹脂を一成分として有する導電性塗料を塗布または含浸してなり、前記含浸樹脂としてポリイミド変成エポキシ樹脂が用いられている構成とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、安定したコロナ防止機能を有して課電寿命特性および耐熱性の優れた回転電機のコイルを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施の形態に係る回転電機のコイルは、図１に示すように、絶縁被覆が施された絶縁電線を複数本集束してなるコイル導体７に、剥がしマイカあるいは集成マイカの少なくとも一つから構成されるマイカ層と、有機繊維、有機フィルムあるいは無機繊維の少なくとも一つから構成されるマイカ層の補強材と、これらを一体化せしめる熱硬化性あるいは熱可塑性の高分子樹脂とを必要最低限の構成材料としたマイカテープあるいはマイカシートを少なくとも巻回してマイカ絶縁層５を形成し、さらに最外層に導電性を有するテープあるいはシートを巻回して低抵抗コロナ防止層６を形成する。低抵抗コロナ防止層６を形成する導電性テープあるいはシートは、無機繊維からなる基材に少なくとも不飽和ポリエステル樹脂を一成分として有する導電性塗料を塗布あるいは含浸することによって形成し、マイカ絶縁層５および低抵抗コロナ防止層６の含浸樹脂としてポリイミド変成エポキシ樹脂を用いる。
【００１１】
このような構成によって、例えば220℃、20000時間相当の熱劣化後においても、低抵抗コロナ防止層６の構成材料の熱分解・劣化が少なくその機能を失うことの少ない回転電機のコイルを提供することができる。
【００１２】
また本実施の形態においては、低抵抗コロナ防止層６の表面抵抗率を50Ω〜10,000Ωとすることにより、熱劣化後においても鉄心とコイル表面を同電位に保ってコロナ防止機能を有するだけではなく、運転中の回転電機に生じる磁束によってコイル表面の低抵抗コロナ防止層６に発生する渦電流損を抑制することができる。
【００１３】
以下、本実施の形態の回転電機のコイルを実施例と比較例とを対比して説明する。
【００１４】
（実施例）
図１，２，３を参照して説明する。
図２に示すように、本実施の形態に係る回転電機のコイルの構成材料の一つである硬質無焼成集成マイカテープ１（ｔ（厚さ）1.0mm×ｗ（幅）17mm）は、マスコバイトを原料とした硬質無焼成集成マイカペーパー２とポリイミドフィルム３（東レ・デュポン製  公称厚さ25μｍ、type H）に、マイカテープ接着剤４としてシリコーン樹脂を含浸・硬化して貼り合わせて製造される。
【００１５】
このようにして得られた硬質無焼成集成マイカテープ１を、図１に示すように、ポリイミドフィルムで巻回された絶縁被覆平角電線を束ねてなるコイル導体７（12×16×400mm）の全長にわたって、当該マイカテープ１がテープ幅の1/2分だけ重なるようにして４回巻回し、その上に幅17mmのポリイミドテープ（東レ・デュポン製  公称厚さ25μｍ、typeH）を同じく1/2重ねで４回巻回してポリイミドテープ絶縁層８を形成する。
【００１６】
次に、図３に示すようなガラスクロス１４に不飽和ポリエステル樹脂１５とカーボン粒子１６からなる導電性塗料を塗布して形成した導電性テープ１７(ｔ0.1×ｗ25)を、コイル中央部の230mmの範囲に、1/2重ねで１回巻回し、鉄心１０が導電性テープ１７の巻回範囲になるように鉄心１０に収め、楔１１で固定した後、イミド変成エポキシ樹脂組成物１２（ＴＶＢ２７１１、京セラケミカル製）を真空加圧含浸した。導電性テープ１７の巻回部分が低抵抗コロナ防止層６を形成する。真空引きの条件は10.0Paで１時間、加圧は0.5MPaで0.5時間である。
【００１７】
その後、熱風循環式恒温槽にて加熱硬化し、低抵抗コロナ防止層６を有する回転電機のコイルを得た。加熱硬化は熱風循環式恒温槽にて180℃、20時間で実施した。
【００１８】
（比較例）
図４に示すように、上記実施例における導電性テープ１７の代りにガラスクロス（ｔ0.1×ｗ0.25）を1/2重ねで１回巻回してガラスクロス絶縁層９を形成し、鉄心１０のスロット内にコイルを収めた。その後は上記実施例と同様に処理し、コロナ防止層を有しない回転電機のコイルを得た。
【００１９】
このようにして得られた比較例と実施例の両コイルについて、それぞれ鉄心１０を接地し、コイル導体７に３種類の交流電圧（50Hz）を常温にて印加した。そして、地絡するまでの時間、つまり課電寿命を測定し、比較した。その結果を図５に示す。比較例と実施例それぞれのコイルにつき、測定電圧毎にそれぞれ１０本のコイルで評価している。そしてそれぞれのコイルの課電寿命をワイブル分布によって統計処理した50％破壊確率値を、最小二乗法で処理した近似曲線を示している。図５から、不飽和ポリエステル樹脂を用いて作製した導電性テープ１７を用いた実施例は、導電性テープ１７を用いない比較例に比較して約３倍課電寿命が増加していることを確認できる。
【００２０】
次に、熱風循環式恒温槽にて実施例のコイルに220℃、20000時間相当の熱劣化を加えた。そして、コイル表面にあるコロナ防止層の表面抵抗率の経時変化を測定した。その結果を図６に示す。図６から、所定の熱劣化をさせても、不飽和ポリエステルを用いた導電性テープ１７を巻回し、イミド変成エポキシ樹脂組成物１２を含浸樹脂として用いた実施例のコイルは、コイル表面のコロナ防止層の表面抵抗率は安定していることが確認できる。
【００２１】
最後に、比較例と実施例の両コイルについて、220℃、20000時間相当の熱劣化を加えた後に、所定の電圧で課電試験を実施し、課電寿命を測定した。その結果を図７に示す。図７から、熱劣化後の課電劣化においても、実施例は比較例に比較して約３倍の寿命延長の効果があることを確認できる。
【００２２】
以上のように、無機繊維からなる基材に少なくとも不飽和ポリエステル樹脂を一成分として有する導電性塗料を塗布してなる導電性テープあるいはシートと、ポリイミド変成エポキシ樹脂からなる含浸樹脂とを組み合わせて用いることにより、構成材料の熱分解と劣化が少なくその機能を失うことの少ない低抵抗コロナ防止層が得られ、コイルの課電寿命が延長され、ひいては回転電機の小型軽量化や出力密度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例の回転電機のコイルを示す断面図。
【図２】本発明の実施例の回転電機のコイルに用いるマイカテープの断面図。
【図３】本発明の実施例の回転電機のコイルに用いる導電性テープの断面図。
【図４】比較例の回転電機のコイルの断面図。
【図５】本発明の実施例および比較例の回転電機のコイルの課電寿命を示すグラフ。
【図６】本発明の実施例の回転電機のコイルに220℃、20000時間相当の熱履歴を加えたときの表面抵抗率の経時変化を示すグラフ。
【図７】本発明の実施例および比較例の回転電機のコイルに220℃、20000時間相当の熱履歴を加えたときの課電寿命を示す表。
【符号の説明】
【００２４】
１…硬質無焼成集成マイカテープ、２…硬質無焼成集成マイカペーパー、２ａ…マイカ片、３…ポリイミドフィルム、４…マイカテープ接着剤、５…マイカ絶縁層、６…低抵抗コロナ防止層、７…コイル導体、８…ポリイミドテープ絶縁層、９…ガラスクロス絶縁層、１０…鉄心、１１…楔、１２…イミド変成エポキシ樹脂組成物、１４…ガラスクロス、１５…不飽和ポリエステル樹脂、１６…カーボン粒子、１７…導電性テープ。
【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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