(57)【要約】【課題】固定子コイルを確実に固定し、コイル導体に発生した熱による固定子コイルの温度上昇を防止し、固定子コイルと固定子鉄心スロット間でのスロット放電を防止する回転電機の固定子コイルおよびその固定方法を提供すること目的とする。【解決手段】固定子コイル１０のコロナ防止層１３は、所定の温度で膨張する熱膨張粒子３３を分散して含有したゴム弾性を有する樹脂３２をシート状に形成したもので構成される。そして、このコロナ防止層１３は、絶縁層１２上に巻回して固定されている。これによって、固定子コイル１０の側面を固定子鉄心スロット２１の内側面に密接させることができるので、固定子コイル１０の側面と固定子鉄心スロット２１の内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素線束上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたコロナ防止層とを備え、固定子鉄心に設けられた固定子鉄心スロット内に固定される回転電機の固定子コイルにおいて、
前記コロナ防止層は、所定の温度で膨張する熱膨張粒子を分散して含有した樹脂をシート状に形成してなることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
【請求項２】
前記熱膨張粒子は、中空の微粒子中に４０〜１５０℃で気化する液体を包含してなることを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項３】
前記コロナ防止層は、導電性材料からなる導電性粒子を分散して含有し、表面抵抗が１Ω〜１００ＭΩであることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項４】
前記導電性粒子の、前記導電性粒子含む前記樹脂中における体積比率をＰ、体積抵抗率をρとしたときに、
ｌｏｇρ／ｌｏｇ（Ｐ−ＰＣ）＝−２
の関係を満たすようにＰＣを定め、このＰＣ値以上の前記体積比率になるように前記導電性粒子の含有量が定められることを特徴とする請求項３記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項５】
前記コロナ防止層は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導性充填材を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項６】
前記コロナ防止層は、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の第１の熱伝導性充填材と、熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の第２の熱伝導性充填材を含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項７】
素線束上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたコロナ防止層とを備え、固定子鉄心に設けられた固定子鉄心スロット内に固定される回転電機の固定子コイルにおいて、
前記コロナ防止層は、表面抵抗が１Ω〜１００ＭΩである半導電性シートを積層し、その間に所定の温度で膨張する熱膨張粒子を分散して含有した樹脂からなる樹脂シートを介在させてなることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
【請求項８】
素線束上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたコロナ防止層とを備え、固定子鉄心に設けられた固定子鉄心スロット内に固定される回転電機の固定子コイルにおいて、
前記コロナ防止層は、表面抵抗が１Ω〜１００ＭΩであり、所定の温度で膨張する熱膨張粒子を分散して含有した樹脂からなる半導電性シートを積層し、その間に樹脂シートを密接させてなることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
【請求項９】
前記樹脂シートは、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導性充填材を含有することを特徴とする請求項７または８記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項１０】
前記樹脂シートは、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の第１の熱伝導性充填材と、熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の第２の熱伝導性充填材を含有することを特徴とする請求項７または８記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項１１】
前記熱膨張粒子の膨張時において、前記コロナ防止層における前記熱膨張粒子の体積比率が５〜３０％であることを特徴とする請求項１、７および８のいずれか１項記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項１２】
前記樹脂は、ゴム弾性を有する樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項１３】
前記樹脂は、半硬化樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項１４】
前記樹脂は、前記熱膨張粒子が膨張する温度で軟化する熱可塑性樹脂からなることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項１５】
回転電機の固定子鉄心に設けられた固定子鉄心スロット内に請求項１乃至１４のいずれか１項記載の固定子コイルを固定する回転電機の固定子コイルの固定方法において、
１つのまたは複数積層された固定子コイルを、前記固定子鉄心スロット内に挿入する固定子コイル挿入工程と、
前記固定子鉄心スロットの開口部に楔を打ち込む楔打ち込み工程と、
少なくとも、前記固定子コイルにおけるコロナ防止層の熱膨張粒子の温度を、該熱膨張粒子が膨張する所定の温度になるよう加熱する加熱工程と、
前記熱膨張粒子を含有する樹脂を硬化させ、前記固定子コイルを前記固定子鉄心スロット内に密着固定させる樹脂硬化工程と
を具備することを特徴とする回転電機の固定子コイルの固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン発電機などの回転電機の固定子コイルおよびその固定方法に係り、特に固定子コイルを固定子鉄心スロット内に挿入して固定子鉄心で支持して固定する回転電機の固定子コイルおよびその固定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン発電機等の回転電機では、固定子鉄心の固定子鉄心スロット内に挿入配置された固定子コイルが、そのコイル導体自身に流れる電流と、固定子鉄心を磁路とした磁束の内のスロットを横切る成分との相互作用により、機械軸の半径方向に発生する電源周波数の２倍の電磁力を受けて振動する。そのため、この電磁振動を抑制するための固定子コイルの固定方法が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。この従来の固定子コイルを用いたその固定方法の一例を図１４を参照して説明する。
【０００３】
図１４に示すように、断面矩形状の固定子鉄心スロット２００内の上下に、コイル導体２０１の外周部を絶縁層２０２を介してコロナ防止層２０３で覆う断面矩形状の２つの固定子コイル２０４ａ、２０４ｂが、コイル間スペーサを２０５を介して積層されている。また、下側の固定子コイル２０４ｂは、コイル底スペーサ２０６上に配置され、上側の固定子コイル２０４ａの上部には、楔下スペーサ２０７が設置され、その楔下スペーサ２０７を介して固定子鉄心スロット２００の開口部に楔２０８が堅く打ち込まれている。さらに、図１４に示すように、固定子鉄心スロット２００の内側面と固定子コイル２０４ａ、２０４ｂの側面との隙間には、図１５に示すような半導電性の波形積層板２０９が打ち込まれている。なお、波形積層板２０９の替わりに、半導電性の平板積層板が打ち込まれることもある。
【０００４】
このような回転電機では、コイル間スペーサを２０５、コイル底スペーサ２０６、楔下スペーサ２０７などのスペーサ、および楔２０８を使用して、２つの固定子コイル２０４ａ、２０４ｂを固定子鉄心スロット２００内の上下方向の所定位置に固定するとともに、その両固定子コイル２０４ａ、２０４ｂを波形積層板２０９により固定子鉄心スロット２００の内側面に押し付け、そのばね力と圧接面の摩擦力とを用いて上記した半径方向の振動を抑制し、固定子コイル２０４ａ、２０４ｂと固定子鉄心スロット２００との間のスロット放電を防止している。
【特許文献１】特開平６−２３７５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の回転電機の固定子コイルおよびその固定方法では、固定子コイル２０４ａ、２０４ｂと固定子鉄心スロット２００の内側面との間に熱伝導性の悪い空気層が形成され、固定子鉄心スロット２００内の熱放散が悪くなり、運転中のコイル温度により長期間にコイルの馴染みや、楔および積層板などの有機材料に枯れが生じ、電磁振動の抑制効果が低下することがあった。これにより、固定子コイル２０４ａ、２０４ｂのコロナ防止層２０３の摩耗が進行し、固定子コイル２０４ａ、２０４ｂと固定子鉄心スロット２００間でスロット放電が発生して、固定子コイル２０４ａ、２０４ｂが損傷を受け、絶縁特性を低下させるなどの問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、固定子コイルを確実に固定し、コイル導体に発生した熱による固定子コイルの温度上昇を防止し、固定子コイルと固定子鉄心スロット間でのスロット放電を防止する回転電機の固定子コイルおよびその固定方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の回転電機の固定子コイルは、素線束上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたコロナ防止層とを備え、固定子鉄心に設けられた固定子鉄心スロット内に固定される回転電機の固定子コイルにおいて、前記コロナ防止層は、所定の温度で膨張する熱膨張粒子を分散して含有した樹脂をシート状に形成してなることを特徴とする。
【０００８】
この回転電機の固定子コイルによれば、固定子コイルのコロナ防止層を、所定の温度で膨張する熱膨張粒子を分散して含有したゴム弾性を有する樹脂をシート状に形成したもので構成することで、固定子コイルの側面を固定子鉄心スロットの内側面に密接させることができるので、固定子コイルの側面と固定子鉄心スロットの内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。これによって、素線束に発生した熱を効率良く固定子鉄心へ伝導し放熱することができる。さらに、固定子コイルを固定子鉄心スロット内に強固に固定することができる。
【０００９】
また、本発明の回転電機の固定子コイルは、素線束上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたコロナ防止層とを備え、固定子鉄心に設けられた固定子鉄心スロット内に固定される回転電機の固定子コイルにおいて、前記コロナ防止層は、表面抵抗が１Ω〜１００ＭΩである半導電性シートを積層し、その間に所定の温度で膨張する熱膨張粒子を分散して含有した樹脂からなる樹脂シートを介在させてなることを特徴とする。
【００１０】
この回転電機の固定子コイルによれば、半導電性シート間に熱膨張粒子を分散して含有した樹脂からなる樹脂シートを密接して介在させる構成とすることで、熱膨張粒子が熱膨張して、樹脂シートの体積が増加し、コロナ防止層全体の体積が増加する。この樹脂シートの体積が増加することによって、コロナ防止層を固定子コイルの側面と固定子鉄心スロットの内側面とに密接させるとともに、固定子コイルの側面と固定子鉄心スロットの内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。
【００１１】
さらに、本発明の回転電機の固定子コイルは、素線束上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成されたコロナ防止層とを備え、固定子鉄心に設けられた固定子鉄心スロット内に固定される回転電機の固定子コイルにおいて、前記コロナ防止層は、表面抵抗が１Ω〜１００ＭΩであり、所定の温度で膨張する熱膨張粒子を分散して含有した樹脂からなる半導電性シートを積層し、その間に樹脂シートを密接させてなることを特徴とする。
【００１２】
この回転電機の固定子コイルによれば、半導電性シートを、熱膨張粒子を分散して含有した樹脂で構成することで、熱膨張粒子が熱膨張して、半導電性シートの体積が増加し、コロナ防止層全体の体積が増加する。この半導電性シートの体積が増加することによって、コロナ防止層を固定子コイルの側面と固定子鉄心スロットの内側面とに密接させるとともに、固定子コイルの側面と固定子鉄心スロットの内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。
【００１３】
本発明の回転電機の固定子コイルの固定方法は、回転電機の固定子鉄心に設けられた固定子鉄心スロット内に、上記した固定子コイルを固定する回転電機の固定子コイルの固定方法において、１つのまたは複数積層された固定子コイルを、前記固定子鉄心スロット内に挿入する固定子コイル挿入工程と、前記固定子鉄心スロットの開口部に楔を打ち込む楔打ち込み工程と、少なくとも、前記固定子コイルにおけるコロナ防止層の熱膨張粒子の温度を、該熱膨張粒子が膨張する所定の温度になるよう加熱する加熱工程と、前記熱膨張粒子を含有する樹脂を硬化させ、前記固定子コイルを前記固定子鉄心スロット内に密着固定させる樹脂硬化工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
この回転電機の固定子コイルの固定方法によれば、固定子コイルのコロナ防止層に、所定の温度で膨張する熱膨張粒子を分散して含有しているので、加熱工程において、固定子コイルの側面を固定子鉄心スロットの内側面に密接させることができ、固定子コイルの側面と固定子鉄心スロットの内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。これによって、素線束に発生した熱を効率良く固定子鉄心へ伝導し放熱することができる。さらに、樹脂硬化工程によって、熱膨張粒子を含有する樹脂を硬化させることで、固定子コイルを固定子鉄心スロット内に強固に固定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の回転電機の固定子コイルおよびその固定方法によれば、固定子コイルを確実に固定し、コイル導体に発生した熱による固定子コイルの温度上昇を防止し、固定子コイルと固定子鉄心スロット間でのスロット放電を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、固定子コイル１０の断面図を示している。図２は、固定子鉄心２０の固定子鉄心スロット２１内に固定子コイル１０ａ、１０ｂが設置された回転電機の一部断面図を示している。
【００１８】
図１に示すように、固定子コイル１０は、素線束からなるコイル導体１１と、このコイル導体１１上、即ち外側に形成された絶縁層１２と、この絶縁層１２上、即ち外側に形成されたコロナ防止層１３で構成されている。
【００１９】
また、図２に示すように、固定子コイル１０ａおよび固定子コイル１０ｂは、積層された状態で固定子鉄心スロット２１の底部上に設置され、各固定子コイル１０ａ、１０ｂの側面は、固定子鉄心スロット２１の内側面と密接している。さらに、固定子鉄心スロット２１の開口部には、固定子コイル１０ａの上面にその底面を密接させて、楔２２が打ち込まれ、固定子鉄心スロット２１内の上下方向の所定位置に固定子コイル１０ａ、１０ｂを固定している。
【００２０】
なお、図２には、固定子鉄心スロット２１内に２つの積層された固定子コイル１０ａ、１０ｂが固定された一例を示したが、固定子鉄心スロット２１内には、１つまたは３つ以上の固定子コイルが固定されることもある。
【００２１】
次に、固定子コイル１０の構成、特にコロナ防止層１３の構成について詳細に説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の固定子コイル１０について図１〜５を参照して説明する。
【００２３】
図３および４には、熱膨張粒子３３を分散して含有したコロナ防止層１３の断面図を示す。
【００２４】
図１に示す固定子コイル１０のコロナ防止層１３は、図３に示すように、所定の温度で膨張する熱膨張粒子３３を分散して含有したゴム弾性を有する樹脂３２をシート状に形成したもので構成される。そして、このコロナ防止層１３は、絶縁層１２上に巻回して固定されている。
【００２５】
熱膨張粒子３３は、中空の微粒子、例えばマイクロカプセルの中に、４０〜１５０℃で気化する液体を包含したものである。図３に示すように、この熱膨張粒子３３は、平均粒径が３０μｍ程度の中空粒子３０中に、４０〜１５０℃で気化する低沸点の液体３１を包含して形成されている。また、マイクロカプセルは、例えば、ポリエチレンなどで形成され、液体の気化による体積膨張に追従して変形する。この熱膨張粒子３３として、例えば、ＡＤＶＡＮＣＥＬＬ  ＥＭ（積水化学製）などを用いることができる。また、熱膨張粒子３３の代わりに、所定の温度などで発泡する発泡性粒子を用いてもよい。ここで、液体の沸点を４０〜１５０℃としたのは、沸点が４０℃よりも低い場合には、使用前にマイクロカプセルが膨らみ、固定子コイル１０の固定子鉄心スロット２１に挿入できなくなる可能性があり、１５０℃よりも高い場合には、マイクロカプセルを膨張させるときに他の絶縁部材をいためる可能性があるからである。
【００２６】
ゴム弾性を有する樹脂３２は、熱膨張粒子３３が膨張し始める温度において、熱膨張粒子３３が十分に膨張できる粘度となり、さらに高温に加熱することでゲル化する樹脂が好ましい。このような特性を持つ樹脂として、例えば、シリコーンゴムＴＳＥ３３３１（東芝ＧＥシリコーン製）、エチレンプロピレンゴムなどが挙げられる。
【００２７】
ここで、ゴム弾性を有する樹脂３２の代わりに、例えば、半硬化の樹脂を用いてもよい。半硬化の樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイミド樹脂などが挙げられるが、これらに限られるものではない。また、半硬化の樹脂として、ゲル化する温度が熱膨張粒子３３が膨張し始める温度よりも高いものが選択される。さらに、ゴム弾性を有する樹脂３２、半硬化の樹脂以外にも、例えば、熱可塑性樹脂を用いることも可能である。熱可塑性樹脂を用いる場合には、熱膨張粒子３３が膨張し始める温度付近およびその温度よりも低い温度で軟化する樹脂が選択される。
【００２８】
次に、図３および４を参照して、樹脂３２内における熱膨張粒子３３の膨張工程について説明する。
【００２９】
コロナ防止層１３が加熱され、中空粒子３０中の液体３１が沸点に達すると、図４に示すように、液体３１が気化して体積が増大し、中空粒子３０が膨張する。この際、中空粒子３０を含有する樹脂３２は、熱膨張粒子３３が十分に膨張できる程度の粘度になり、中空粒子３０の膨張に伴って、コロナ防止層１３全体の体積が増加する。このように、コロナ防止層１３全体の体積が増加することによって、図２に示すように、各固定子コイル１０ａ、１０ｂの側面を固定子鉄心スロット２１の内側面に密接させることができるので、固定子コイル１０ａ、１０ｂの側面と固定子鉄心スロット２１の内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。
【００３０】
ここで、熱膨張粒子３３の体積膨張時の、コロナ防止層１３全体における熱膨張粒子３３の体積比率は、固定子コイル１０の寸法精度との絡みもあるが、５％以上３０％以下であることが好ましい。熱膨張粒子３３の体積比率をこの範囲に設定するのが好ましいのは、体積比率が５％より小さい場合には、固定子コイル１０と固定子鉄心スロット２１との間の隙間を十分に埋めることができず、体積比率が３０％より大きい場合には、断熱性が高くなるためである。また、体積比率が３０％より大きい場合には、膨張した熱膨張粒子３３が繋がり、コロナ防止層１３の強度が低下することがある。なお、熱膨張粒子３３の平均粒径は、上記した３０μｍ程度に限られるものではなく、この熱膨張粒子３３の体積膨張時の体積比率を満たす範囲で、熱膨張粒子３３の膨張率、熱膨張粒子３３の含有量などを加味した上で変更することもできる。
【００３１】
上記の体積比率の設定範囲の最大値（３０％）は、パーコレーション理論に基づいて決められた値であり、次のような理論に基づくものである。
【００３２】
粒子を空間中に分散していく場合の体積比率と、その場合の粒子が形成するクラスターの大きさの関係を示すと図５のようになる。図５に示すように、粒子がある体積（パーコレーション閾値）以上になると空間を通して粒子が繋がり、クラスターの大きさが無限大に発散する。粒子が空間を通して繋がった部分をパーコレーションパスと呼ぶが、パーコレーションパスの数は、パーコレーション閾値を越えると指数関数的に増大する。熱膨張粒子３３のマイクロカプセルは強度が低いため、このようなパーコレーションパスが増大すると、コロナ防止層１３の強度の低下を招来する。また、パーコレーション理論によれば、ランダム配置された質点が無限クラスターを形成する体積比率は、３次元では３０％程度であるとされている。そのため、体積比率の設定範囲の最大値を３０％とした。
【００３３】
次に、第１の実施の形態の回転電機の固定子コイル１０の固定子鉄心スロット２１への固定方法について、図２を参照して説明する。なお、ここでは、２つの積層された固定子コイル１０ａ、１０ｂを固定する場合を一例として説明する。
【００３４】
まず、固定子鉄心スロット１２の開口部から、積層された固定子コイル１０ａ、１０ｂの側面を、固定子鉄心スロット２１の内側面に摺接させながら挿入し、固定子鉄心スロット２１の底面上に設置する。
【００３５】
続いて、固定子コイル１０ａの上面に、楔２２の底面を密接させて、固定子鉄心スロット２１の開口部に楔１９が打ち込こむ。これによって、固定子鉄心スロット２１内の上下方向の所定位置に固定子コイル１０ａ、１０ｂが固定される。
【００３６】
続いて、コロナ防止層１３の熱膨張粒子３３の温度を、該熱膨張粒子が膨張する所定の温度になるよう、例えば、固定子鉄心２０、固定子コイル１０ａ、１０ｂの表面またはコイル導体１１などを加熱する。これによって、上記したように、熱膨張粒子３３が膨張し、コロナ防止層１３全体の体積が増加する。このようにコロナ防止層１３全体の体積が増加することによって、各固定子コイル１０ａ、１０ｂの側面を固定子鉄心スロット２１の内側面に密接させることができ、固定子コイル１０ａ、１０ｂの側面と固定子鉄心スロット２１の内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。なお、熱膨張粒子３３の膨張工程の間は、熱膨張粒子３３の温度は、熱膨張粒子が膨張する所定の温度に維持されている。
【００３７】
熱膨張粒子３３の膨張工程が終了後、コロナ防止層１３の温度を、樹脂３２がゲル化する温度まで上昇させて樹脂３２を硬化させる。これによって、固定子コイル１０ａ、１０ｂをを固定子鉄心スロット２１内に強固に固定することができる。
【００３８】
上記したように、第１の実施の形態の固定子コイル１０によれば、固定子コイル１０のコロナ防止層１３を、所定の温度で膨張する熱膨張粒子３３を分散して含有した樹脂３２をシート状に形成したもので構成することで、固定子コイル１０の側面を固定子鉄心スロット２１の内側面に密接させることができ、固定子コイル１０の側面と固定子鉄心スロット２１の内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。これによって、コイル導体１１に発生した熱を効率良く固定子鉄心２０へ伝導し放熱することができる。さらに、固定子コイル１０を固定子鉄心スロット２１内に強固に固定することができる。
【００３９】
次に、コロナ防止層１３を作製し、そのコロナ防止層１３を備えた固定子コイル１０を固定子鉄心スロット２１に固定した具体例を示す。
【００４０】
（実施例１）
まず、低沸点の液体（低沸点炭化水素）を含有する平均粒径１５μｍのマイクロカプセルを、シリコーン樹脂に対して１５ｐｈｒ混練してＡ液を作製した。続いて、Ａ液に触媒である白金触媒を１ｐｈｒ混練してＢ液を作製した。
【００４１】
続いて、ロールコータを用いて、Ｂ液を厚さが約０．５ｍｍ、幅が３００ｍｍのシートに形成した。さらに、このシートをスリッタに通して、幅が５０ｍｍのテープを作製した。そして、２０ｍｍ×５０ｍｍのアルミバーからなるコイル導体の外周にマイカテープを巻回して含浸硬化して作製したバーモデルコイルの外周に、上記の製造したテープを、テープどうしが重なり合わないように、約３ｍｍのギャップをあけて巻回した。なお、このバーモデルコイルの絶縁層の厚みは３ｍｍである。
【００４２】
また、図２に示すように、バーモデルコイルを幅が２７．５ｍｍ、深さが５７ｍｍの固定子鉄心スロットに差し込み、固定子コイル１０の開口部に楔１９を打ち込こんで、約１２０℃で加温した。このときマイクロカプセルの体積膨張率は２００％であった。
【００４３】
その結果、シリコーン樹脂の見かけ上の体積が増大し、固定子鉄心と固定子コイルとの間を密に埋めることができた。なお、シリコーン樹脂のゲルタイムは、１２０℃で少なくとも１日以上とした。これは、シリコーン樹脂の硬化が早いと、マイクロカプセルが膨張する以前に硬化してしまい、マイクロカプセルが十分に体積膨張することができないからである。
【００４４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態の固定子コイル１０について図１、６〜８を参照して説明する。なお、第１の実施の形態の固定子コイル１０の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、その説明を簡略または省略する。
【００４５】
図６には、熱膨張粒子３３および導電性粒子４０を分散して含有したコロナ防止層１３の断面図を示す。
【００４６】
図１に示す固定子コイル１０のコロナ防止層１３は、図６に示すように、導電性粒子４０および所定の温度で膨張する熱膨張粒子３３を分散して含有したゴム弾性を有する樹脂３２をシート状に形成したもので構成される。また、このコロナ防止層１３の表面抵抗は、１Ω〜１００ＭΩである。そして、このコロナ防止層１３は、絶縁層１２上に巻回して固定されている。なお、第１の実施の形態の場合と同様に、ゴム弾性を有する樹脂３２の代わりに、例えば、半硬化の樹脂、熱可塑性樹脂を用いることも可能である。
【００４７】
導電性粒子４０は、例えば、銅、鉄、アルミニウムなどの金属、カーボン、カーボンブラック、四三酸化鉄などで構成され、例えば、キシダ化学製の四三酸化鉄や、三菱化学製のアセチレンブラックなどが用いられる。また、樹脂３２中における導電性粒子４０の含有率は、コロナ防止層１３の表面抵抗が１Ω〜１００ＭΩになるように設定されている。なお、表面抵抗の測定は、二瑞子、三端子法、四端子法などによって測定される。
【００４８】
ここで、一般に、固定子コイル１０に電圧を印加すると固定子コイル１０の絶縁層１２の表面に高電圧が発生し、アース電位である固定子鉄心２０と絶縁層１２の表面との間に放電が発生する。このため、絶縁層１２の表面に半導電性のテープやペイントを用いることは良く知られており、低抵抗コロナ防止層（本発明のコロナ防止層１３に相当）と呼ばれている。そして、この低抵抗コロナ防止層の表面抵抗率が１Ωより小さくなると、低抵抗コロナ防止層内で渦電流が発生するため好ましくない。また、表面抵抗率が１００ＭΩより大きくなると、十分なコロナ防止能力を発揮できない。そこで、コロナ防止層１３の表面抵抗を１Ω〜１００ＭΩに調整した。
【００４９】
上記したように、コロナ防止層１３に導電性粒子４０を含有する構成を用いる場合、表面抵抗率の安定性がコロナ防止能力の安定性に繋がるため、表面抵抗率が安定な特性を有することは重要となる。
【００５０】
図７に示した、導電性粒子４０の、コロナ防止層１３中における体積比率と、表面抵抗率との関係から明らかなように、これらの関係は、２つの屈曲点を持つ曲線で描かれることが一般的に知られている。
【００５１】
第２の実施の形態におけるコロナ防止層１３の場合、樹脂３２中に熱膨張粒子３３と導電性粒子４０を加えた、いわゆる２粒子系の複合体になる。このような２粒子系の複合体の導電特性は、発明者らによって、例えば、Tetsushi Okamoto et al.によって、Proceedings of 2001 International Symposium on Electrical Insulating Materials  （２００１年）のp８３〜p８６（Percolation phenomena of field grading materials made of two kinds of filler）などに開示された２粒子系複合体のパーコレーション理論によって説明することができる。
【００５２】
図８は、熱可塑性弾性体であるイソプロピレン系エラストマー（クラレ製セプトン２００７）中に窒化ホウ素（水島合金鉄製ＨＰ−１ＣＡＷ）とカーボンブラック（旭カーボン製アサヒサーマル）を添加したときの体積抵抗率の変化を示す。
ここで、図８において、横軸は、窒化ホウ素を除く全体積中でのカーボンブラックの体積比率（Ｐ）を示している。また、縦軸は、体積抵抗率（ρ）を示し、対数表示されている。
【００５３】
発明者らは、２粒子系複合体の体積抵抗率は、２つ目（高充填側）の屈曲点ＰＣを基準として、次の式（１）で表されることを明らかにした。
ρ＝（Ｐ−ＰＣ）−２  …式（１）
【００５４】
そして、式（１）は、両辺に対数をとって変形すると、次の式（２）となる。
ｌｏｇρ／ｌｏｇ（Ｐ−ＰＣ）＝−２  …式（２）
【００５５】
そして、安定した体積抵抗率を得るためには、上記式（２）の関係を満たすようにＰＣを定め、このＰＣ値以上の体積比率になるように導電性粒子であるカーボンブラックの含有量を定めることが必要となる。
【００５６】
また、窒化ホウ素の代わりに、熱膨張粒子３３を用いた本発明の構成の場合においても導電性粒子の体積比率をＰＣ値以上とすることで、体積抵抗率の安定、つまり導電特性の安定化を図ることができる。
【００５７】
上記したように、第２の実施の形態の固定子コイル１０によれば、第１の実施の形態における、コロナ防止層１３に熱膨張粒子３３を含有することによって得られる効果に加えて、さらに、コロナ防止層１３に導電性粒子４０を含有し、表面抵抗を１Ω〜１００ＭΩとすることで、高熱伝導性、コロナ放電防止能力が得られる。
【００５８】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の固定子コイル１０について図１および９を参照して説明する。なお、第１または第２の実施の形態の固定子コイル１０の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、その説明を簡略または省略する。
【００５９】
図９には、熱膨張粒子３３および熱伝導性充填材５０を分散して含有したコロナ防止層１３の断面図を示す。
【００６０】
図１に示す固定子コイル１０のコロナ防止層１３は、図９に示すように、熱伝導性充填材５０および所定の温度で膨張する熱膨張粒子３３を分散して含有したゴム弾性を有する樹脂３２をシート状に形成したもので構成される。そして、このコロナ防止層１３は、絶縁層１２上に巻回して固定されている。なお、第１の実施の形態の場合と同様に、ゴム弾性を有する樹脂３２の代わりに、例えば、半硬化の樹脂、熱可塑性樹脂を用いることも可能である。
【００６１】
熱伝導性充填材５０は、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料からなる粒子で構成される。１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料として、例えば、カーボン、アルミナ、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、液晶エポキシなどが挙げられる。ここで、熱伝導性充填材５０の熱伝導率を１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上としたのは、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）未満の充填剤を使用すると熱伝導性を向上できないからである。
【００６２】
また、上記した熱伝導性充填材５０の材料の中でも、窒化ホウ素、酸化ケイ素、液晶エポキシは、次の理由から熱伝導性充填材５０として使用するのが特に好ましい。
【００６３】
固定子コイル１０と固定子鉄心スロット１２との間に配置されるコロナ防止層１３において、導電性が十分に確保されない場合に、固定子コイル１０と固定子鉄心スロット１２との間にギャップが発生したときに電位が発生する。このとき、コロナ防止層１３の誘電率が高いとギャップに掛かる電界が高くなり、放電が発生しやすい状態になる。しかしながら、窒化ホウ素、酸化ケイ素および液晶エポキシは、それ以外の熱伝導性充填材５０と比較して誘電率が低いため、上述のような導電性が十分に確保されない場合でも、ギャップの電界が上がり難く、優れた電気絶縁能力を有する。そのため、熱伝導性充填材５０として、窒化ホウ素、酸化ケイ素、液晶エポキシの使用が特に好ましい。
【００６４】
また、熱伝導性充填材５０の粒子の平均粒径は、０．２μｍ〜５００μｍとすることが好ましい。この範囲に平均粒径を設定するのは、平均粒径が０．２μｍより小さい場合には、十分な熱伝導性の向上が見込めないためであり、５００μｍより大きい場合には、成型するシートが厚くなり、固定子コイル１０を固定子鉄心スロット２１に挿入できなくなるからである。
【００６５】
また、樹脂３２に含有される熱伝導性充填材５０の含有率は、コロナ防止層１３全体の熱伝導率が０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となるように含有する。これは、それ以下の熱伝導率では十分な冷却性の向上に貢献できないためである。
【００６６】
また、熱伝導性充填材５０は、著者らが特開２００４−３５７８２号公報で開示したように、２種類の熱伝導性の粒子で構成してもよい。この２種類の熱伝導性の粒子として、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する粒子と、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する粒子が挙げられる。１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料として、例えば、窒化ホウ素、アルミナ、窒化珪素、窒化アルミニウム、カーボンなどが挙げられ、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料として、例えば、カーボン、アルミナなどが挙げられる。ここで、熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の粒子と、熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の粒子とを混在させたのは、優れた熱伝導性を得ることができるからである。
【００６７】
また、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する粒子は、樹脂３２と０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の粒子の体積和に対して、１％以上３０％以下の割合で混在させるのが好ましい。樹脂３２と０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）の粒子の体積和に対して、０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する粒子の割合を１％以上３０％以下としたのは、１％より小さい場合には、優れた熱伝導性を得ることができず、３０％より大きい場合には、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する粒子の粒子間隔が大きくなり、優れた熱伝導性を得ることができないからである。なお、熱伝導率は、例えば、レーザフラッシュ法などによって測定することができる。
【００６８】
ここで、上記したコロナ防止層１３は、第１の実施の形態の熱膨張粒子３３を分散して含有したコロナ防止層１３に、さらに、熱伝導性充填材５０を分散して含有した場合を示したが、第２の実施の形態の熱膨張粒子３３および導電性粒子４０を分散して含有したコロナ防止層１３に、さらに、熱伝導性充填材５０を分散して含有してもよい。
【００６９】
上記したように、第３の実施の形態の固定子コイル１０によれば、第１の実施の形態における、コロナ防止層１３に熱膨張粒子３３を含有することによって得られる効果に加えて、さらに、コロナ防止層１３が高い熱伝導率を有するので、固定子コイル１０からの熱を効率よく、固定子鉄心２０に伝導することができ、固定子コイル１０の優れた冷却特性を得ることができる。
【００７０】
また、第３の実施の形態の固定子コイル１０によれば、第２の実施の形態のコロナ防止層１３に導電性粒子４０を含有することによって得られる効果に加えて、さらに、コロナ防止層１３が高い熱伝導率を有するので、固定子コイル１０からの熱を効率よく、固定子鉄心２０に伝導することができ、固定子コイル１０の優れた冷却特性を得ることができる。
【００７１】
次に、上記した２種類の熱伝導性の粒子で熱伝導性充填材５０を構成した場合の熱伝導率と、１種類の熱伝導性の粒子で熱伝導性充填材５０を構成した場合の熱伝導率とを比較した具体例を示す。
【００７２】
（実施例２）
実施例２では、第１の試料と第２の試料を作製し、２種類の熱伝導性の粒子で熱伝導性充填材５０を構成した場合の熱伝導率と、１種類の熱伝導性の粒子で熱伝導性充填材５０を構成した場合の熱伝導率とを比較した。
【００７３】
第１の試料は、イソプロピレン系ポリマーに、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する平均粒径が１６μｍの窒化ホウ素（水島合金鉄製ＨＰ−１ＣＡＷ）を６０体積％分散させ、その後プレス機によって、縦が１００ｍｍ、横が１００ｍｍ、厚さが０．３ｍｍになるようにプレス硬化して作製された。
【００７４】
第２の試料は、体積比率で、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する平均粒径が１６μｍの窒化ホウ素（水島合金鉄製ＨＰ−１ＣＡＷ）６０体積％に対して０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する平均粒径が７０ｎｍのアルミナ（シーアイ化成製ＮａｎｏＴｅｋＨＴＡｌ２Ｏ３）１５体積％を攪拌機にて均一になるように攪拌し、イソプロピレン系ポリマーに分散させ、窒化ホウ素とアルミナを併せた体積比率が全体の６４体積％になるように調合し、その後プレス機によって、縦が１００ｍｍ、横が１００ｍｍ、厚さが０．３ｍｍになるようにプレス硬化して作製された。
【００７５】
そして、上記した第１の試料および第２の試料について、レーザフラッシュ法を用いて、熱伝導率を測定した。
【００７６】
図１０は、その測定結果を示すものであり、アルミナの体積比率と熱伝導率の関係が示されている。なお、横軸のアルミナの体積比率は、アルミナの、アルミナを含む樹脂中における体積比率である。
【００７７】
図１０から明らかなように、アルミナの粒子を添加した場合には、添加しない場合に比べて、熱伝導率が高い値を示している。これは、窒化ホウ素が充填された材料のイソプロピレン系ポリマー分にアルミナ粒子が入り込み、窒化ホウ素間の熱伝導性を補完する働きをきたためと考えられる。
【００７８】
この結果から、窒化ホウ素のみからなる試料と比較して、アルミナをわずかに添加するだけで、熱伝導率を２倍以上に向上させることができることがわかった。
【００７９】
さらに、図１１に、上記したアルミナの粒子の代わりに、平均粒径が９０ｎｍのカーボンブラック（旭カーボン製アサヒサーマル）の粒子を用いた場合のカーボンブラックの体積比率と熱伝導率の関係を示す。なお、横軸のカーボンブラックの体積比率は、カーボンブラックの、カーボンブラックを含む樹脂中における体積比率である。
【００８０】
図１１から明らかなように、アルミナの場合と同様に、カーボンブラックの粒子を添加した場合には、添加しない場合に比べて、熱伝導率が高い値を示している。この場合にも、カーボンブラックが、上記したアルミナと同様の働きをし、アルミナを添加した場合と同様の効果が得られることがわかった。また、カーボンブラックを用いる場合には、高い熱伝導率が得られるとともに、導電性も向上させることができる。
【００８１】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態の固定子コイル１０について図１、１２、１３を参照して説明する。なお、第１〜第３の実施の形態の固定子コイル１０の構成と同一の構成部分には同一の符号を付して、その説明を簡略または省略する。
【００８２】
図１２には、半導電性シート間に、熱膨張粒子３３を分散して含有した樹脂シート６３を介在させたコロナ防止層１３の断面図を示す。
【００８３】
図１に示す固定子コイル１０のコロナ防止層１３は、図１２に示すように、半導電性シート６０間に熱膨張粒子３３を分散して含有した樹脂３２からなる樹脂シート６３を密接して介在させて形成されている。
【００８４】
半導電性シート６０には、表面抵抗率が１Ω〜１００ＭΩとなるように調整した、例えばポリエチレンからなる不織布などが用いられる。この不織布を、例えば２つ折りにし、図１２に示すような、上下の半導電性シート６０を形成してもよい。また、２枚の不織布を用いて、図１２に示すような、上下の半導電性シート６０を形成してもよい。さらに、樹脂シート６３の表裏面に、例えば、半導電性材料をバインダなどとともに塗布し、表面抵抗率が１Ω〜１００ＭΩとなるように調整してもよい。また、半導電性シート６０を所定の形状を有するチューブ状に形成し、その中に、樹脂シート６３を構成する材料を充填してもよい。なお、半導電性シート６０には、不織布に限らず、例えば、ポリエステルからなる織布などを用いてもよい。また、樹脂シート６３に、第３の実施の形態で説明した熱伝導性充填材５０を含有してもよい。
【００８５】
また、樹脂シート６３は、熱膨張粒子３３を分散して含有した樹脂３２をシート状に形成することで構成されるが、この樹脂３２に、さらに第３の実施の形態で説明した熱伝導性充填材５０を含有させて、樹脂シート６３を形成してもよい。
【００８６】
この第４の実施の形態の固定子コイル１０によれば、半導電性シート６０間に熱膨張粒子３３を分散して含有した樹脂３２からなる樹脂シート６３を密接して介在させる構成とすることで、熱膨張粒子３３が熱膨張して、樹脂シート６３の体積が増加し、コロナ防止層１３全体の体積が増加する。この樹脂シート６３の体積が増加することによって、コロナ防止層１３を固定子コイル１０の側面と固定子鉄心スロット２１の内側面とに密接させるとともに、固定子コイル１０の側面と固定子鉄心スロット２１の内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。また、樹脂３２に、熱伝導性充填材５０を含有させて、樹脂シート６３を形成した場合には、固定子コイル１０からの熱をさらに効率よく、固定子鉄心２０に伝導することができ、固定子コイル１０の優れた冷却特性を得ることができる。
【００８７】
また、コロナ防止層１３の構成は、図１２に示した構成に限られるものではなく、例えば、図１３に示す構成を採ることもできる。
【００８８】
図１３には、熱膨張粒子３３を分散して含有した半導電性シート７０間に、樹脂シート７１を介在させたコロナ防止層１３の断面図を示す。
【００８９】
半導電性シート７０は、熱膨張粒子３３を分散して含有した樹脂３２をシート状に形成することで構成され、その表面抵抗率は、１Ω〜１００ＭΩとなるように調整されている。このシートを、例えば２つ折りにし、図１３に示すような、上下の半導電性シート７０を形成してもよい。また、２枚のシートを用いて、図１３に示すような、上下の半導電性シート７０を形成してもよい。さらに、樹脂シート７１の表裏面に、例えば、熱膨張粒子３３を分散して含有した樹脂３２を塗布してもよい。また、半導電性シート７０を所定の形状を有するチューブ状に形成し、その中に、樹脂シート７１を構成する材料を充填してもよい。ここで、表面抵抗率を調整する方法として、例えば、樹脂３２に、第２の実施の形態で説明した導電性粒子４０を含有させることなどが挙げられる。
【００９０】
樹脂シート７１は、第３の実施の形態で説明した熱伝導性充填材５０を分散して含有した樹脂３２をシート状に形成することで構成される。そして、樹脂シート７１は、半導電性シート７０間に、半導電性シート７０と密接されて配置される。
【００９１】
この固定子コイル１０によれば、半導電性シート７０を、熱膨張粒子３３を分散して含有した樹脂３２で構成することで、熱膨張粒子３３が熱膨張して、半導電性シート７０の体積が増加し、コロナ防止層１３全体の体積が増加する。この半導電性シート７０の体積が増加することによって、コロナ防止層１３を固定子コイル１０の側面と固定子鉄心スロット２１の内側面とに密接させるとともに、固定子コイル１０の側面と固定子鉄心スロット２１の内側面との間に、熱伝導性の悪い空気層が形成されるのを抑制することができる。また、樹脂３２に、熱伝導性充填材５０を含有させて、樹脂シート７１を形成することで、固定子コイル１０からの熱をさらに効率よく、固定子鉄心２０に伝導することができ、固定子コイル１０の優れた冷却特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の固定子コイルの断面図。
【図２】本発明の固定子鉄心の一部を示す断面図。
【図３】第１の実施の形態の固定子コイルにおけるコロナ防止層の断面図。
【図４】第１の実施の形態の固定子コイルにおけるコロナ防止層の断面図。
【図５】粒子の体積比率とクラスターの大きさとの関係を示す図。
【図６】第２の実施の形態の固定子コイルにおけるコロナ防止層の断面図。
【図７】導電性粒子４０の体積比率と体積抵抗率との関係を示す図。
【図８】カーボンブラックの体積比率と体積抵抗率との関係を示す図。
【図９】第３の実施の形態の固定子コイルにおけるコロナ防止層の断面図。
【図１０】アルミナの体積比率と熱伝導率との関係を示す図。
【図１１】カーボンブラックの体積比率と熱伝導率との関係を示す図。
【図１２】第４の実施の形態の固定子コイルにおけるコロナ防止層の断面図。
【図１３】第４の実施の形態の他の固定子コイルにおけるコロナ防止層の断面図。
【図１４】従来の固定子鉄心の一部を示す断面図。。
【図１５】従来の波形積層板の断面図。
【符号の説明】
【００９３】
１０，１０ａ，１０ｂ…固定子コイル、１１…コイル導体、１２…絶縁層、１３…コロナ防止層、３０…中空粒子、３１…液体、３２…樹脂、３３…熱膨張粒子。
【図１】
2006109600.tif 000003
【図２】
2006109600.tif 000004
【図３】
2006109600.tif 000005
【図４】
2006109600.tif 000006
【図５】
2006109600.tif 000007
【図６】
2006109600.tif 000008
【図７】
2006109600.tif 000009
【図８】
2006109600.tif 000010
【図９】
2006109600.tif 000011
【図１０】
2006109600.tif 000012
【図１１】
2006109600.tif 000013
【図１２】
2006109600.tif 000014
【図１３】
2006109600.tif 000015
【図１４】
2006109600.tif 000016
【図１５】
2006109600.tif 000017