(57)【要約】【課題】アスペクト比の小さい縦断面を有する電気絶縁バーにおいても充填物の厚さを抑えつつ角部にかかる電界ストレスを効果的に抑制すること。【解決手段】断面形状が角丸四角形で第１の角部曲率半径を有する素線束１３の側面に充填物１４が充填され、その外周に半導電性の内部シールドを備えた、断面形状が角丸四角形で前記第１の角部曲率半径よりも大きい第２の角部曲率半径を有する導体１６と、導体１６を外部と電気的に絶縁するための絶縁体１７とから成る電気絶縁バー１において、充填物１４が素線束１３の長手方向の側面と幅方向の側面のそれぞれに充填され、電気絶縁バー１の縦断面積から素線束１３の縦断面積Ｓ０を引いた無効断面積Ｓ２が、素線束１３の長手方向の側面にのみ充填物１１４が充填される場合の電気絶縁バー１０１における無効断面積Ｓ１よりも小さくなるように構成されている。【選択図】図３
2011078232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が角丸四角形で第１の角部曲率半径を有する素線束の側面に充填物が充填され、その外周に半導電性の内部シールドを備えた、断面形状が角丸四角形で前記第１の角部曲率半径よりも大きい第２の角部曲率半径を有する導体と、前記導体を外部と電気的に絶縁するための絶縁体とから成る電気絶縁バーにおいて、
前記充填物が前記素線束の長手方向の側面と幅方向の側面のそれぞれに充填され、
前記電気絶縁バーの縦断面積から前記素線束の縦断面積を引いた無効断面積が、前記素線束の長手方向の側面にのみ充填物が充填される場合の電気絶縁バーにおける無効断面積よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする電気絶縁バー。
【請求項２】
断面形状が角丸四角形で第１の角部曲率半径を有する素線束の側面に充填物が充填された、断面形状が角丸四角形で前記第１の角部曲率半径よりも大きい第２の角部曲率半径を有する導体と、前記導体を外部と電気的に絶縁するための絶縁体とから成る電気絶縁バーにおいて、
前記充填物が前記素線束の長手方向の側面と幅方向の側面のそれぞれに厚さｔを有するように充填され、
前記電気絶縁バーは、高さＬ３，幅Ｌ４を有し、当該電気絶縁バーの縦断面積から前記素線束の縦断面積Ｓ０を引いた無効断面積Ｓ２が、前記素線束の長手方向の側面にのみ充填物が充填される場合の高さＬ１，幅Ｌ２を有する電気絶縁バーの縦断面積から前記素線束の縦断面積Ｓ０を引いた無効断面積Ｓ１よりも小さくなるように構成され、
前記Ｓ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｓ１，Ｌ３，Ｌ４，Ｓ２，およびｔは、
【数１】
2011078232.tif 000005
但し、
Ｗ０：素線束の幅
Ｈ０：素線束の高さ
ｒ’：素線束の角部曲率半径
ｒ０：導体の角部曲率半径
ｔｉｎｓ：絶縁体の厚さ
で表されることをことを特徴とする電気絶縁バー。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気絶縁バーにおいて、
前記絶縁体は、当該絶縁体の内部に少なくとも１つの半導電性の中間シールド層を備えていることを特徴とする電気絶縁バー。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気絶縁バーにおいて、
前記絶縁体は、マイカテープを複数回巻回し、加熱硬化処理して形成したものであることを特徴とする電気絶縁バー。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電気絶縁バーにおいて、
前記絶縁体は、熱可塑性樹脂もしくは熱硬化性樹脂を含む誘電体を押出成形して前記導体上に形成したものであることを特徴とする電気絶縁バー。
【請求項６】
請求項３乃至５に記載の電気絶縁バーにおいて、
前記中間シールド層の配置位置、前記中間シールド層の角部曲率半径、及び前記絶縁体の角部曲率半径が、前記絶縁体の角丸形状部での最大電界が最小値をとるように定められ、
当該絶縁体を構成する各絶縁層の最大電界は、
【数２】
2011078232.tif 000006
但し、
ｉ：導体側から数えたｉ番目の絶縁層
Ｅｍａｘｉ：ｉ層目の最大電界
Ｖｉ：ｉ層目の電位差
ｒｉ：ｉ層目の外側角部曲率半径
ｒ０：導体の角部曲率半径
ｄｉ：ｉ層目の角部絶縁厚さ
ｄ０：総絶縁厚さ
で表されることをことを特徴とする電気絶縁バー。
【請求項７】
断面形状が角丸四角形で第１の角部曲率半径を有する素線束の側面に充填物が充填された、断面形状が角丸四角形で前記第１の角部曲率半径よりも大きい第２の角部曲率半径を有する導体と、前記導体を外部と電気的に絶縁するための絶縁体とから成る電気絶縁バーを備えたコイルにおいて、
前記充填物が前記素線束の長手方向の側面と幅方向の側面のそれぞれに充填され、
前記電気絶縁バーの縦断面積から前記素線束の縦断面積を引いた無効断面積が、前記素線束の長手方向の側面にのみ充填物が充填される場合の電気絶縁バーにおける無効断面積よりも小さくなるように構成されていることを特徴とするコイル。
【請求項８】
請求項７に記載のコイルを備えたことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素線束の側面に充填物が充填された導体と当該導体を外部と電気的に絶縁するための絶縁体とを有する電気絶縁バー、当該電気絶縁バーを備えたコイル、および当該コイルを備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機などの高電圧回転電機の固定子コイルを構成する電気絶縁バーは、矩形鉄心スロットの中に収められており、導体の占積率を最大にするためにほぼ四角い断面形状を有し、バー状に形成されている。
【０００３】
導体は、エナメル線やガラス巻線などの素線を所定の数束ねてレーベル転移させた素線束と、素線束の中間列に支持材であるセパレータとを有し、素線束の上下部の転移面に充填物を充填し、さらにその外側に半導電性内部シールドを巻回して、断面形状が角丸四角形となるように成形された構造を有する。
【０００４】
導体の形状は様々で、極数の多い水車発電機であればスロット数を多くするために電気絶縁バーの縦断面のアスペクト比が大きく、極数の少ないタービン発電機であれば電気絶縁バーの縦断面のアスペクト比が小さくなる。
【０００５】
導体の外側にはマイカテープを巻回後硬化させた絶縁体を形成することで、運転中の鉄心と導体の間の電気的絶縁を保証している。このとき固定子コイル絶縁に生じる電界ストレスは一様ではなく、導体断面の角部において最大となる。
【０００６】
導体角部の電界が最大となることで、絶縁物の絶縁破壊電圧や課電寿命特性は平等電界下に比べて低下する。この課題を解決するために次の二つの方法が実施されている。一つ目は導体の外周に半導電性のテープを内部シールドとして巻回することで角部の曲率半径を大きくする方法（例えば、非特許文献１）であり、二つ目は導体の内部に中間シールド層を設けることで導体角部の電界分布を外側に広げる方法（例えば、特許文献１）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３４１７２８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】IEEE Transactions on Power Apparatus and System, Vol. PAS-102, No.1, January 1983 pp.74-82
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一つ目の方法では転位面に半導電性の充填物を配置し、その外側に素線と同電位に保たれた半導電性の内部シールドを配置することで、導体角部曲率を大きくしている。しかしながら、この方法においては導体の角部配置を有効に活用できていないため、アスペクト比の小さい断面をもつ電気絶縁バーの場合、充填物を無駄に配置することになり、発電機効率の低下につながる。
【００１０】
二つ目の方法は絶縁体中に半導電性の中間シールドを配置することで導体角部の電界集中係数を小さくしている。しかしながら、この方法においては絶縁体のモールド時に電気絶縁バーの角部への皺寄せが生じるため、中間シールドの角部曲率半径が導体角部のそれよりも小さくなり、絶縁体中の最大電界が導体角部又は中間シールド角部に律則してしまう。
【００１１】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、アスペクト比の小さい縦断面を有する電気絶縁バーにおいても充填物の厚さを抑えつつ角部にかかる電界ストレスを効果的に抑制することが可能な電気絶縁バー、コイル、および回転電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様による電気絶縁バーは、断面形状が角丸四角形で第１の角部曲率半径を有する素線束の側面に充填物が充填され、その外周に半導電性の内部シールドを備えた、断面形状が角丸四角形で前記第１の角部曲率半径よりも大きい第２の角部曲率半径を有する導体と、前記導体を外部と電気的に絶縁するための絶縁体とから成る電気絶縁バーにおいて、前記充填物が前記素線束の長手方向の側面と幅方向の側面のそれぞれに充填され、前記電気絶縁バーの縦断面積から前記素線束の縦断面積を引いた無効断面積が、前記素線束の長手方向の側面にのみ充填物が充填される場合の電気絶縁バーにおける無効断面積よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、アスペクト比の小さい縦断面を有する電気絶縁バーにおいても充填物の厚さを抑えつつ角部にかかる電界ストレスを効果的に抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転電機の固定子コイルを構成する電気絶縁バーの内部構成を示す縦断面図。
【図２】同本実施形態の押出成形による絶縁体の成形方法を示す説明図。
【図３】同実施形態の電気絶縁バーと従来の電気絶縁バーとの寸法の違いを対比させて示す図。
【図４】同本実施形態の電気絶縁バーと従来の電気絶縁バーの各無効断面積を計算式を用いて計算した結果を対比させて示すグラフ。
【図５】素線束のアスペクト比を大きくして作製した同実施形態の電気絶縁バーと従来の電気絶縁バーの各無効断面積を計算式を用いて計算した結果を対比させて示すグラフ。
【図６】素線束のアスペクト比を変えたときの無効断面積の差を計算式を用いて計算した結果を示すグラフ。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る回転電機の固定子コイルを構成する電気絶縁バーの内部構成を示す縦断面図。
【図８】同実施形態における絶縁体を構成する内側絶縁体、中間シールド層、および外側絶縁体の各部の寸法を示す断面図。
【図９】同実施形態における絶縁体の電位分布を示す図。
【図１０】同本実施形態において中間シールド層を挿入する位置を変えたときの電気絶縁バーの最大電界を示すグラフ。
【図１１】同本実施形態において中間シールド層の挿入位置を導体側面から５０％の絶縁厚の位置に配置したときの電気絶縁バーの角部最大電界の角部曲率半径ｒ１，ｒ２依存性を示すグラフ。
【図１２】角部曲率半径ｒ１，ｒ２を所定の条件にして中間シールド挿入位置を変えたときの電気絶縁バーの角部最大電界を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
（第１の実施形態）
最初に、図１〜図６を参照して、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転電機の固定子コイルを構成する電気絶縁バーの内部構成を示す縦断面図である。
【００１８】
図１に示される電気絶縁バー１は、図示しない発電機や電動機などの回転電機の固定子コイルを構成するものである。この電気絶縁バー１は、矩形鉄心スロットの中に収められて使用され、導体の占積率を最大にするためにほぼ四角い断面形状を有し、バー状に形成されている。
【００１９】
図１には、電気絶縁バー１を構成する要素として、素線１０、角部素線１１、セパレータ１２、素線束１３、充填物１４、内部シールド１５、導体１６、および絶縁体１７が図示されている。
【００２０】
ここで、素線１０、角部素線１１、およびセパレータ１２は、素線束１３に含まれる。また、素線束１３、充填物１４、および内部シールド１５は、導体１６に含まれる。要するに、この導体１６と絶縁体１７とにより、電気絶縁バー１が構成されている。
【００２１】
なお、図１では、電気絶縁バー１の内部構造を模式的に示しているため、角部素線１１によって素線束１３の上下端部に大きな段差が生じているように見えるが、実際にはそれほど目立った段差は生じない。
【００２２】
導体１６は、エナメル線やガラス巻線などの素線１０を所定の数束ねてレーベル転移させた素線束１３と素線束１３の中間列に支持材であるセパレータ１２を有し、素線束１３側面を充填する充填物１４、およびその外周に巻回された半導電性の内部シールド１５により、断面形状が角丸四角形となるように成形された構造を有する。
【００２３】
上記導体１６の角部曲率半径は、素線束１３の角部曲率半径（即ち、角部素線１１の角部曲率半径）よりも大きくする必要がある。本実施形態では、素線束１３の角部曲率半径（即ち、角部素線１１の角部曲率半径）を０．８ｍｍ、導体の１６の角部曲率半径を０．８〜３．０ｍｍとし、素線束１３の寸法（高さ×幅）を５０ｍｍ×３０ｍｍとしている。角部素線１１の角部の弧の接線と、その外側に配置する内部シールド１５の角部内側の弧の接線が一致するように形成する。
【００２４】
特に本実施形態では、充填物１４は、素線束１３の長手方向の側面と幅方向の側面のそれぞれに同一の厚さを有するように充填する。充填物１４の材料としては、数十から数ＭΩｃｍの体積抵抗率を有する熱硬化性プリプレグフィラーを使用する。
【００２５】
充填物１４は、熱プレスにより、素線束１３を一体成形しながら加熱硬化して、断面形状が角丸四角形で角部曲率半径２ｍｍを有するように仕上げ、次に配置する内部シールド１５と素線１０を同電位とするため、角部素線１１の角部絶縁被覆を剥がしておく。
【００２６】
導体１６には内部シールド１５を配置する。内部シールド１５としては、数十から数ＭΩｃｍの体積抵抗率を持つテープ、シート又は塗料などを使用する。
【００２７】
内部シールド１５としてテープを使用する場合、半導電性テープを導体１６長手方向にラップさせながら、充填物１４表面が表に出ないように一回巻回する。好ましくは、半導電性テープにはアラミド繊維と炭素繊維とを混抄したシートをテープ状にスリットしたものやカーボン粉を混入して抵抗率を調整した半導電性ワニスを不織布に均一に塗布し半硬化させたものを用いて、厚さが一様になる１／２ラップで巻回する。
【００２８】
内部シールド１５としてシートを使用する場合、半導電性シートを充填物１４表面が表に出ないようにすし巻き状に一回巻回する。好ましくは、半導電性テープにはアラミド繊維と炭素繊維とを混抄したシートをテープ状にスリットしたものやカーボン粉を混入して抵抗率を調整した半導電性ワニスを不織布に均一に塗布し半硬化させたものを用いる。
【００２９】
内部シールド１５として塗料を使用する場合、半導電性塗料を気泡が出来ないよう刷毛などを用いて静かに塗布して形成する。この際、塗料の厚さが均等になるように塗布する。好ましくは、半導電性塗料にはカーボン粉を混入して抵抗率を調整した半導電性ワニスを用いる。
【００３０】
こうして得られた内部シールド１５を有する導体１６の外側に絶縁体１７を形成する。
【００３１】
絶縁体１７の形成方法には、マイカテープを複数巻回後、加熱硬化処理して絶縁体１７を形成する方法と、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を構成樹脂とした誘電体を押出成形して絶縁体１７を形成する方法とがある。
【００３２】
（マイカテープを用いた絶縁体１７の形成方法）
前者のマイカテープを用いた絶縁体１７形成方法を説明する。
【００３３】
絶縁テープは電気絶縁特性が優れるマイカをシート状にして、それを補強材であるガラス基材の片側にエポキシ樹脂を接着剤として貼り付けたマイカテープが使用される。最近では回転電機固定子コイルの効率的な冷却を目的として、マイカテープに窒化ホウ素（ＢＮ）、水和アルミナ（Ａｌ（ＯＨ）３）、マグネシア（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリカ（ＳｉＯ）などの高熱伝導フィラーを混入したものもある。本実施形態で使用するマイカテープはこのうちのどれであっても良い。マイカテープを使用した絶縁形成方法には、ドライマイカテープを使用した樹脂を巻回後含浸させる手法とプリプレグマイカテープを使用した含浸工程を省略した手法がある。
【００３４】
ドライマイカテープは接着剤量を全体重量の１５％以下程度にしたマイカテープである。内部シールド１５を有する導体１６の外側にドライマイカテープを１／２ラップで複数巻回後、その電気絶縁バーを真空引きした容器の中でエポキシ樹脂を主成分とする含浸樹脂を送り込みで含浸する。含浸性を高めるため層内部に不活性ガスを流し込み０．７ＭＰａで加圧する。容器内を減圧後、電気絶縁バーを容器内から取り出し、成形冶具を用いて熱プレス成形することで作製する。成形時の圧力は０．５ＭＰａとする。
【００３５】
プリプレグマイカテープは接着剤量を全体重量の３０％以上にしたマイカテープである。半導電性材料５を有する導体１６の外側にプリプレグマイカテープを１／２ラップで複数巻回後、ポリプロピレンテープなどの離型テープを絶縁表面が隠れるように一回巻回し、電気絶縁バー１の幅広の面に鉄板と幅狭の面にガラスエポキシ板を這わせ、さらにその上からポリエステルテープなどの熱収縮テープを１／２ラップで２〜３回巻回し当て板を保持する。このとき収縮テープで絶縁表面を完全に覆うように電気絶縁バーの端から端までしっかりと巻く。その電気絶縁バーを真空引きした容器の中で９０℃まで過熱する。その後、１５０℃のポリエチレンワックスを容器内に流し込みながら不活性ガスで０．７ＭＰａまで加圧し、定常状態から１０時間保持する。その後、常温常圧に戻すことで作製する。
【００３６】
（押出成形による絶縁体１７の成形方法）
後者の押出成形による絶縁体１７の成形方法を説明する。
【００３７】
図２の（ａ），（ｂ）に示されるように、押出機５１で加熱混合された誘電体５２を金型の内部に流し込み、金型内部を連続的に通過する導体１９に被覆する。金型は主に誘電体５２を支えるための支持冶具５３と金型の形状を決定する成形金型５４からなる。成形金型５４と支持冶具５３とで形成された流路に押出された誘電体５２が流れ込み導体１９の表面で冷却されて絶縁体が成形される。
【００３８】
使用される誘電体５２は、好ましくは熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を構成樹脂とするものが良い。例えば、熱硬化性樹脂ではフェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アリル樹脂、フラン樹脂、不飽和ポリエステル、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ポリイミドが好ましい。熱可塑性樹脂では、ポリイミドアミド、アクリル樹脂、ポリスチレン、ＡＢＳ、ブタジエンスチレン共重合体、ビニル樹脂、ポリフェニレンオキシド基礎樹脂、ポリアロマー、ポリユーランスルフォン、ポリスルフォン、ポリウレタン、ポリアリルエーテル、ポリアリルスルフォン、アイオノマー樹脂、スチレンブタジエン、ブタジエン、ポリブチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、フッ化樹脂、ポリエステル、ポリメチルペンテン、ポリフェニレンサルファイド、、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリサルホンなどが好ましい。
【００３９】
また、機械特性・熱特性・電気絶縁特性を向上させるために誘電体５２にフィラーを混入させても良い。好ましくは、雲母（Ｍｉｃａ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、水和アルミナ（Ａｌ（ＯＨ）３）、マグネシア（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ベリリウム（ＢｅＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、シリカ（ＳｉＯ）などがある。
【００４０】
絶縁体１７の厚さは、例えば３ｍｍとする。
【００４１】
図３は、同実施形態の電気絶縁バーと従来の電気絶縁バーとの寸法の違いを対比させて示す図である。なお、図３中では、内部シールド１５の図示を省略している。
【００４２】
図３（ａ）は、本実施形態と従来とに共通する素線束の寸法を示す縦断面図である。図３（ｂ）は、従来の電気絶縁バーの寸法を示す縦断面図である。図３（ｃ）は、本実施形態の電気絶縁バーの寸法を示す縦断面図である。
【００４３】
図３（ａ）に示される素線束１３は、高さＨ０，幅Ｗ０，縦断面積Ｓ０を有する。
【００４４】
図３（ｂ）に示される従来の電気絶縁バー１０１は、素線束の長手方向の側面にのみ充填物１１４が充填されている。この従来の電気絶縁バー１０１は、高さＬ１，幅Ｌ２を有し、当該電気絶縁バー１０１の縦断面積から素線束１３の縦断面積Ｓ０を引いた無効断面積はＳ１である。
【００４５】
図３（ｃ）に示される本実施形態の電気絶縁バー１は、充填物１４が素線束１３の長手方向の側面と幅方向の側面のそれぞれに厚さｔを有するように充填されている。この本実施形態の電気絶縁バー１は、高さＬ３，幅Ｌ４を有し、当該電気絶縁バー１の縦断面積から素線束１３の縦断面積Ｓ０を引いた無効断面積はＳ２である。特に、本実施形態の電気絶縁バー１は、無効断面積Ｓ２が、従来の電気絶縁バー１０１における無効断面積Ｓ１よりも小さくなるように構成されている。
【００４６】
ここで、前述のＳ０，Ｌ１，Ｌ２，Ｓ１，Ｌ３，Ｌ４，Ｓ２，およびｔは、
【数１】
2011078232.tif 000003
【００４７】
但し、
Ｗ０：素線束の幅
Ｈ０：素線束の高さ
ｒ’：素線束の角部曲率半径，絶縁体のの角部曲率半径
ｒ０：導体の角部曲率半径
ｔｉｎｓ：絶縁体の厚さ
で表される。
【００４８】
図４は、作製した本実施形態の電気絶縁バー１と従来の電気絶縁バー１０１の各無効断面積を上記計算式を用いて計算した結果を対比させて示すグラフである。ここでは、素線束高さを５０ｍｍとし、素線束幅を３０ｍｍとしている。
【００４９】
計算結果には、参考のため導体１６の角部曲率半径ｒ０を変えたときの無効断面積を示した。その結果、本実施形態の電気絶縁バー１は従来の電気絶縁バー１０１よりも無効断面積が小さく出来ることが証明された。
【００５０】
図５は、素線束のアスペクト比を大きくして作製した本実施形態の電気絶縁バー１と従来の電気絶縁バー１０１の各無効断面積を上記計算式を用いて計算した結果を対比させて示すグラフである。ここでは、素線束高さを５０ｍｍとし、素線束幅を１０ｍｍとしている。
【００５１】
計算結果には、参考のため導体１６の角部曲率半径ｒ０を変えたときの無効断面積を示した。その結果、本実施形態の電気絶縁バー１は従来の電気絶縁バー１０１よりも無効断面積が大きくなり、アスペクト比によって有利な構造を有することがわかった。
【００５２】
図６は、素線束のアスペクト比（Ｗ０／Ｈ０）を変えたときの無効断面積の差（Ｓ１−Ｓ２）を上記計算式を用いて計算した結果を示すグラフである。
【００５３】
計算結果には、導体１６の角部曲率半径ｒ０がそれぞれ２ｍｍ、２．５ｍｍ、３ｍｍの３通りの場合を示した。その結果、アスペクト比（Ｗ０／Ｈ０）が０．３５以上であれば、本実施形態の電気絶縁バー１は従来の電気絶縁バー１０１よりも無効断面積を小さくできることがわかった。
【００５４】
このように、第１の実施形態によれば、アスペクト比の小さい縦断面を有する電気絶縁バーにおいても、無効断面積を小さくでき、充填物の厚さを抑えつつ、角部にかかる電界ストレスを効果的に抑制することが可能な電気絶縁バー１、当該電気絶縁バーを備えたコイル、および当該コイルを備えた回転電機を提供することができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
次に、図７〜図１２を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。
【００５６】
なお、この第２の実施形態においては、前述の第１の実施形態の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００５７】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る回転電機の固定子コイルを構成する電気絶縁バーの内部構成を示す縦断面図である。
【００５８】
この第２の実施形態では、前述の第１の実施形態における絶縁体１７がその内部に少なくとも１つの半導電性の中間シールド層を備えたものとなっている。例えば、図７に示されるように、絶縁体１７は、内側絶縁体３１、中間シールド層３２、および外側絶縁体３３から成る。
【００５９】
図８は、同実施形態における絶縁体１７を構成する内側絶縁体３１、中間シールド層３２、および外側絶縁体３３の各部の寸法を示す断面図である。なお、寸法の詳細については、後で詳しく述べる。
【００６０】
基本的な構成は第１の実施形態の場合と同様であるが、導体１６の角部曲率半径が例えば２ｍｍとなるようにフィラーを配置し、絶縁体１７中の任意の位置に中間シールド層３２を形成した構成とする。
【００６１】
導体１６を形成するところまでは第１の実施形態で示したので省略する。その後、第１の実施形態で示した方法により絶縁を形成する。ただし、一度に所定の絶縁厚を形成するのではなく、始めに形成される内側絶縁体３１は所定の絶縁厚より薄めに形成し、続いて中間シールド層３２として第１の実施形態で示した半導電性テープ、シート又は塗料を配置し、さらにその外側に第１の実施形態と同様の方法で外側絶縁体３３を形成する。
【００６２】
マイカテープによる絶縁体形成方法の場合、好ましくは上記の構成を組んだ後に一度に加熱硬化処理を行う。一方、押出成形による絶縁体形成方法の場合、好ましくは一度目の押出成形により内側絶縁体３１を形成し、その後その外側に中間シールド層３２を配置して、さらにその外側に外側絶縁体３３を形成する。絶縁体厚は例えば３ｍｍとする。
【００６３】
上記の構造とすることにより、図９に示されるように、中間シールド層３２が電気絶縁バー１角部の電位分布を外側に引っ張り、かつ中間シールド層３２を隔てて内側絶縁体３１と外側絶縁２７で絶縁全体にかかる電界が分担されるため、角部にかかる電界ストレスが小さくなる。
【００６４】
図１０は、中間シールド層３２を挿入する位置を変えたときの電気絶縁バーの最大電界を示すグラフである。
【００６５】
この図１０から、導体１６側面から約５０％の絶縁厚の位置に中間シールド層３２を形成することにより、最大電界を従来構造よりも約１８％小さくできることがわかった。
【００６６】
ここまでは、中間シールド層３２での角部曲率半径にはこだわらずに形成する場合を例示した。しかしながら、特にマイカテープモールドによる手法は、絶縁層のモールド時に角部への皺寄せのために中間シールド層３２での角部曲率半径が導体１６の角部曲率半径よりも小さくなり、絶縁体１７中の最大電界は導体１６角部或いは中間シールド層３２角部に律則してしまい、制御が難しいという課題もある。以降では、寸法精度の高い押出成形による絶縁形成方法を用いて絶縁体を形成することで、中間シールド層３２の角部曲率制御を行った例を示す。
【００６７】
本実施形態の電気絶縁バー１は、図８に示される中間シールド層３２の配置位置、中間シールド層３２の角部曲率半径ｒ１、及び外側絶縁体３３外側の角部曲率半径ｒ２などが、絶縁体１７の角丸形状部での最大電界が最小値をとるように定められる。
【００６８】
ここで、当該絶縁体１７を構成する各絶縁層の最大電界は、
【数２】
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【００６９】
但し、
ｉ：導体側から数えたｉ番目の絶縁層
Ｅｍａｘｉ：ｉ層目の最大電界
Ｖｉ：ｉ層目の電位差
ｒｉ：ｉ層目の外側角部曲率半径
ｒ０：導体の角部曲率半径
ｄｉ：ｉ層目の角部絶縁厚さ
ｄ０：総絶縁厚さ
で表される。
【００７０】
更に、絶縁体１７の角丸形状部において最大電界が最小値をとるように中間シールド層３２の配置位置が定められる。
【００７１】
これにより、中間シールド層３２の角部曲率半径、外側絶縁体３３外側の角部曲率半径、中間シールド層３２挿入位置などを最適な条件とした構成とすることができる。
【００７２】
ここで、中間シールド層３２の挿入位置を導体１６側面から５０％の絶縁厚の位置に配置したときの電気絶縁バー１の角部最大電界の角部曲率半径ｒ１，ｒ２依存性を、図１１に示す。
【００７３】
この図１１から、（ｒ１，ｒ２）＝（１．６，０．８）としたときに電気絶縁バーの角部最大電界が最小となることがわかる。
【００７４】
さらに（ｒ１，ｒ２）＝（１．６，０．８）の条件で中間シールド挿入位置を変えたときの電気絶縁バー１の角部最大電界を、図１２に示す。
【００７５】
この図１２から、中間シールド挿入位置５２％で電気絶縁バー１の角部最大電界を最小にでき、従来構造に比べて約２０％、電気絶縁バー１の角部電界を低減できることが証明された。
【００７６】
以上の結果は一例であり、前述の数式を用いることにより、あらゆるケースにおける最適な角部形状や中間シールド挿入位置を決定することができる。また、最適な角部形状を与えるためには押出成形による角部曲率制御を行うことが有効である。
【００７７】
この第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態で得られる効果に加え、絶縁体の角部にかかる電界ストレスを、より一層効果的に抑制することが可能となる。
【００７８】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１…電気絶縁バー、１０…素線、１１…角部素線、１２…セパレータ、１３…素線束、１４…充填物、１５…内部シールド、１６…導体、１７…絶縁体、３１…内側絶縁体、３２…中間シールド層、３３…外側絶縁体、５１…押出機、５２…誘電体、５３…支持冶具、５４…成形金型。
【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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