(57)【要約】  本発明は、絶縁部（１）が帯状絶縁体を有し、該帯状絶縁体は、内部に充填物質を含みかつ導体部材（２）の周囲に巻回される、電動機用の導体部材（２）の絶縁部（１）の製造方法に関する。本発明によれば、絶縁部（１）の外側に接するように少なくとも１つの電極プレート（３，４）が配置されており、導体部材（２）と電極プレート（３，４）とのあいだに電圧を印加することにより絶縁部に所定量の熱が生じ、内部の充填物質へ作用する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機用の導体部材（２）の絶縁部（１）が少なくとも１つの帯状絶縁体を有し、該帯状絶縁体が内部に硬化可能な樹脂を含み、かつ、前記導体部材（２）の周囲に巻回される、
電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法において、
前記絶縁部（１）の外側に接するように少なくとも１つの電極プレート（３，４）を配置し、前記導体部材（２）と前記電極プレート（３，４）とのあいだに電圧を印加することにより、前記絶縁部に所定量の熱を生じさせる
ことを特徴とする電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項２】
前記導体部材、前記絶縁部および前記電極プレートによってコンデンサを形成し、前記絶縁部が前記帯状絶縁体に含まれる前記硬化可能な樹脂によって誘電体特性を有する、請求項１記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項３】
前記導体部材の前記絶縁部をＵ字形の第１の電極プレート（３）内に配置し、空隙補償部材（５）によって前記第１の電極プレート内の中央に位置決めする、請求項１または２記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項４】
前記空隙補償部材を前記電極プレートの輪郭および前記帯状絶縁体の巻回された前記導体部材の輪郭に適合させ、前記電極プレートと前記導体部材とのあいだの自由空間を完全に充填する、請求項３記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項５】
前記導体部材の周囲を閉鎖するために前記Ｕ字形の前記第１の電極プレートの開放側に対して平坦な第２の電極プレート（４）を位置決めし、続いて、電圧コンタクト（６）の設けられた第１の端部カバー（７）を前記導体部材の延在方向に位置する端部領域に取り付ける、請求項１から４までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項６】
前記電極プレートと前記第１の端部カバーとによって形成される内室を真空にしたうえで前記電圧を印加して前記所定量の熱を生じさせることによって、前記帯状絶縁体に含まれる湿分を前記帯状絶縁体から蒸発させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項７】
前記電極プレートおよび／または前記端部カバーに充填用開口部（８）を設け、該充填用開口部を通して前記絶縁部の乾燥後に樹脂の形態の充填物質を充填して前記帯状絶縁体に浸みこませ、続いて前記電圧を印加して前記所定量の熱を生じさせる、請求項１から６までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項８】
前記電圧は前記導体部材と前記電極プレートとのあいだに印加される高電圧および高周波数の交流電圧であって、電圧値は１００Ｖ〜４ｋＶ、有利には７００Ｖ〜２ｋＶ、特に有利には１ｋＶであり、周波数値は５０ｋＨｚ〜４０ＭＨｚ、有利には少なくとも０．３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ、特に有利には０．５ＭＨｚである、請求項１から７までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項９】
前記樹脂としてエポキシド樹脂、フェノール樹脂またはポリエステル樹脂を用い、前記電圧を印加して前記所定量の熱を生じさせることによって当該の樹脂を硬化する、請求項１から８までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項１０】
前記樹脂の硬化後、前記第１の端部カバーを、シール可能な開口部を有する前記第２の端部カバーと交換し、前記内室に油またはアスファルトを含む高粘性流体を所定の圧力で流入させ、該圧力の値は少なくとも１００ｂａｒ、有利には少なくとも３００ｂａｒであり、同時に高電圧による大きな熱を生じさせて硬化を行い、残留樹脂を前記内室から取り出す、請求項１から９までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項１１】
前記導体部材を発電所発電機の形態で構成されたジェネレータのステータ巻線および／またはロータ巻線の構成要素として用いる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項１２】
乾燥および／または硬化の度合を監視する監視装置を設け、高電圧を遮断した際に前記導体部材、前記絶縁部および前記電極プレートによって形成されるコンデンサのキャパシタンスを測定するか、あるいは、高周波数発生器のエネルギ消費量を自己制御することにより、前記乾燥および／または硬化の度合を求める、請求項１から１１までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項１３】
前記電圧を印加して前記絶縁部に所定量の熱を生じさせることにより前記樹脂が重合される所定の温度を形成し、該所定の温度の値は６０℃〜２５０℃、有利には１００℃〜１８０℃、特に有利には１４０℃である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法。
【請求項１４】
高い樹脂圧を持続的に印加しながら高周波数硬化を行う
ことを特徴とする
請求項１から１３までのいずれか１項記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法に対するプレス機、注入機および硬化機の既存の型の使用。
【請求項１５】
前記持続的に印加される高い樹脂圧は少なくとも１００ｂａｒであり、有利には少なくとも３００ｂａｒである、請求項１３記載の電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法に対するプレス機、注入機および硬化機の既存の型の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機用の導体部材の絶縁部が帯状絶縁体を有し、この帯状絶縁体が内部に硬化可能な樹脂を含みかつ導体部材の周囲に巻回される、電動機用の導体部材の絶縁部の製造方法に関する。
【０００２】
従来技術
こうした導体部材は、大型の電気機械の巻線、特に発電所発電機のステータ巻線を形成するために用いられ、たいてい、剛性の金属部材から形成される。こうした導体部材はその形状が設定され、電気機械の巻線全体を形成するために相互に接続される。導体部材どうしの電気的絶縁は各導体部材を包囲するように絶縁部を形成することによって達成されるが、こうした特別な構成部材は電気機械の損失値に重大な影響を与える。当該の損失値は絶縁部の厚さおよびその性質によって定まる。こうした絶縁部は、たいていの場合、導体部材を包囲するように巻回された帯状絶縁体から形成される。続いて、帯状絶縁体に、後に硬化すべき樹脂が浸みこまされる。電気機械の効率に直接に影響する巻線の損失値は、帯状絶縁体の内部に収容された樹脂の成分に依存して変化する。また、硬化度、特に、帯状絶縁体内の樹脂の重合の度合および樹脂密度も、損失値に影響する。
【０００３】
導体部材の絶縁部を製造するために、帯状絶縁体から形成される絶縁部に硬化可能な樹脂を注入し、続いて硬化する複数の手法が存在している。絶縁部の加熱もその手法の１つであり、帯状絶縁体から湿分を蒸発させ、また、帯状絶縁体内の樹脂を硬化させるように作用する。湿分の蒸発および樹脂の硬化という一連のステップは、公知のプロセスによれば煩雑でエネルギコストもかかる。
【０００４】
欧州公開第０９７８９２９号明細書から、電気機械のステータ巻線用の導体部材を注入成形する方法が公知である。ここでは、導体部材の長さ全体にわたって圧力密かつ流体密のカバーが設けられ、被覆されたロッド状の導体部材にプレス機で全面から所定の圧力が印加される。カバーと導体部材とのあいだの空間には、カバーの外側にかかるプレス機の圧力よりも小さい圧力で、注入流体が充填される。このようにして、その長さ全体にわたってカバーを有し、内部に樹脂の注入された導体部材が得られ、この導体部材が続いて硬化温度に曝され、またプレス機でその形状および大きさが整えられる。この場合、帯状絶縁体内部の樹脂は硬化されるが、プレス機において従来の手段で加熱を行わなくてはならないため、大きなエネルギコストがかかる。ここでは、導体部材も複数のプレス部材から形成されるプレス機も硬化温度まで加熱されるので、当該の工程にはエネルギも時間もかかり、また、得られる形状および大きさについての精度に問題が生じやすい。さらに、前述したように、再利用できないカバーが必要となる。
【０００５】
こうした従来技術の欠点から、導体部材に対する絶縁部の製造方法の改善、特にエネルギコストが低く必要時間の短い製造方法が望まれている。また、帯状絶縁体の乾燥、帯状絶縁体に浸みこまされた樹脂の硬化などの種々のステップを簡単化するかあるいは相互に組み合わせることのできる単純な構造への要求も大きい。
【０００６】
発明の開示
したがって、本発明の基礎とする課題は、従来技術の欠点を回避し、小さなエネルギコストおよび短い必要時間で電動機用の導体部材の絶縁部を製造できる製造方法を提供することである。
【０００７】
この課題は、請求項１の特徴を有する製造方法により解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。
【０００８】
すなわち、本発明では、絶縁部の外側に接するように少なくとも１つの電極プレートが配置され、導体部材と少なくとも１つの電極プレートとのあいだに電圧を印加することにより絶縁部に所定量の熱が形成される。これにより、帯状絶縁体内に存在する樹脂が硬化される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】導体部材、絶縁部および電極プレートの構造を示す断面図である。
【図２】大きな導体部材の構造を示す図である。
【図３】小さな導体部材と複数の空隙補償部材とを用いた構造を示す図である。
【図４】電極プレートの端部領域に端部カバーが設けられる様子を示す図である。
【図５】電圧コンタクトの取り付けられた第１の端部カバーを示す図である。
【図６】シール可能な開口部を有する第２の端部カバーを示す図である。
【００１０】
本発明は、絶縁部の内部に硬化温度を形成するためのエネルギを電圧印加によって形成することを着想の基礎としている。導体部材、絶縁部および電極プレートを配置することによってコンデンサが形成され、絶縁部は帯状絶縁体内に含まれる流体または帯状絶縁体内に含まれる樹脂によって誘電体特性を有する。誘電体とは、第１には帯状絶縁体内の湿分であり、第２には後のステップで封入され硬化される所定量の樹脂である。特に高電圧かつ高周波数の電圧が印加されると、コンデンサの内部に熱が形成される。有利には、誘電体のみが加熱され、電極プレートおよび導体部材は全く加熱されないかまたは最小限にしか加熱されない。結果として、効率の高いエネルギ印加が達成され、加熱されるデバイスに温度勾配が生じるという問題が回避される。絶縁部が高温の圧力板によって加熱される場合、熱は加熱部材に接する絶縁部に大きく作用し、そこから離れると作用の度合が小さくなる。こうした温度勾配は、高周波数の高電圧による熱の形成では認められず、絶縁部の均等な加熱が達成される。このため、帯状絶縁体内部の樹脂の硬化が確実に達成される。
【００１１】
本発明の有利な実施形態によれば、本発明の製造方法を行う装置が提案される。ここでは、絶縁部を備えた導体部材がＵ字形の第１の電極プレートに挿入され、空隙補償部材によって中央に位置決め（センタリング）される。空隙補償部材は絶縁部に注入される樹脂の量を低下させる役割を担っている。空隙補償部材がＵ字形の内室の所定の空間を占めるので、Ｕ字形の電極プレートの内室が導体部材の幾何学的形状に適合化される。空隙補償部材は有利には不導体、特にポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥから成るか、あるいは、金属から成る。
【００１２】
さらに、導体部材の周囲をＵ字形の電極プレートの開放部に対して閉鎖するために、平坦な電極プレートが配置され、電圧コンタクトを備えた端部カバーが導体部材の延在方向に存在する端部領域に取り付けられる。このようにして、２つの電極プレートおよび２つの端部カバーを備え、閉鎖された内室を有する装置が形成される。当該の内室には、絶縁部を備えた導体部材とこれに接する空隙補償部材とが存在する。端部カバーは電極プレートに対してシール部材により圧力密にシールされる。ここで、Ｕ字形の電極プレートと平坦な電極プレートとのあいだに相応のシール部材が設けられる。端部領域の電圧コンタクトにより導体部材が接触接続され、後に高電圧を印加することができる。さらに、端部領域の電圧コンタクトは絶縁部材によって電気的に絶縁された状態でプレートに取り付けられる。このようにして形成される装置では、導体部材が電極プレート内部に位置する。この場合、絶縁部は製造プロセスに由来する残留湿分を含むので、この残留湿分を後のステップで絶縁部から除去しなければならない。
【００１３】
このために、帯状絶縁体内部の湿分を、電極プレートおよび端部カバーによって形成される内室へ真空のもとで導入される熱によって、帯状絶縁体から蒸発させることが提案される。本発明によれば、導体部材と電極プレートとのあいだに高電圧を印加することによって所定量の熱が生じる。なぜなら、残留湿分は帯状絶縁体内部で誘電体特性を有するからである。当該の帯状絶縁体内の湿分は加熱され、蒸発する。湿分の気化温度は圧力が低くなるにつれて低下するので、負圧を形成すると蒸発にとって都合が良い。真空形成と加熱とを同時に行うことにより、帯状絶縁体内の湿分を蒸発させるためのエネルギコストをさらに低減できる。こうした乾燥プロセスは、従来のプロセス、例えば、帯状絶縁体の巻回された導体部材に金属から成る圧力密かつ流体密のカバーを設けるプロセス、すなわちいわゆるＴＶＰＩ（管真空圧力注入）プロセスにも適用可能である。
【００１４】
乾燥された絶縁部の帯状絶縁体に樹脂を浸みこませ、後に硬化させるには、次のステップで、電極プレートまたは端部カバーが設けられた充填用開口部を通して、樹脂を帯状絶縁体内へ充填し、持続的な高い圧力のもとで電圧を印加して加熱を行う。このステップでは、樹脂が導体部材と電極プレートとのあいだの誘電体を形成しており、加熱によって樹脂が蒸発せずに硬化または重合する。当該の硬化ステップは、他の従来のプロセス、例えば、帯状絶縁体の巻回された導体部材に金属から成る圧力密かつ流体密のカバーを設けるＴＶＰＩプロセスにも適用可能である。残留樹脂の脱滴後の導体部材は、硬化温度での硬化に代えてまたはこれに加えて、高周波数の電圧により処理される。
【００１５】
高電圧のパラメータは湿分の蒸発率および樹脂の硬化度に対して種々に選定可能であり、例えばそのつどのプロセスのあいだに変化させることもできる。電圧は、１００Ｖ〜４ｋＶ、有利には７００Ｖ〜２ｋＶ、特に有利には１ｋＶの高電圧として、導体部材と電極プレートとのあいだに印加される。交流電圧の形態の当該の電圧の周波数は、５０ｋＨｚ〜４０ＭＨｚ、有利には少なくとも０．３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ、特に有利には０．５ＭＨｚの高周波数に選定される。樹脂の濃密度および種類に依存して、硬化過程が最適化されるように、上述したパラメータウィンドウ内で電圧および／またはその周波数が選定される。樹脂は、有利には、エポキシド樹脂、フェノール樹脂またはポリエステル樹脂から成るが、選択的に所定量の硬化剤が混入されていてもよい。その後、当該の樹脂は充填用開口部を通して内室に充填され、帯状絶縁体に浸みこまされる。
【００１６】
導体部材の絶縁率値に関して良好な特性が得られるように絶縁部の樹脂を硬化するには、樹脂の硬化後に第１の端部カバーをシール可能な開口部を有する第２の端部カバーと交換するとよい。ここで、高粘性流体、有利には油またはアスファルトを有する内室には少なくとも１００ｂａｒ、有利には少なくとも３００ｂａｒの圧力が印加され、同時に高電圧の適切なパラメータによる大きな熱が加えられて、硬化が進行し、残留樹脂を内室から取り出すことができる。高周波数の交流電圧によるエネルギ入力と最大圧力とを組み合わせることにより樹脂の重合が改善される。こうして、残留樹脂は電極プレートのあいだの内室には存在しなくなる。さらに帯状絶縁体内の樹脂量が小さい場合の損失値も改善され、巻線を備えたジェネレータの出力が本発明によって注入された導体部材によって改善される。
【００１７】
有利には、導体部材はジェネレータのステータ巻線および／またはロータ巻線の構成要素として用いられる。ここで、ジェネレータは発電所発電機の種類にしたがって構成される。
【００１８】
本発明の方法の別の有利な実施形態によれば、硬化過程および帯状絶縁体の湿分を取り除く乾燥過程の進行を監視する監視装置が設けられている。監視の際には高電圧が遮断され、乾燥および／または硬化の度合が、導体部材、絶縁部および電極プレートによって形成されるコンデンサのキャパシタンス測定によって、あるいは、自己制御式の高周波数発生器のエネルギ消費量の測定によって、求められる。このようにすれば簡単な手段で硬化過程を監視することができ、予め定められたキャパシタンス値と比較して、硬化過程の特性の推論または帯状絶縁体内の樹脂の密度を確実に得ることができる。
【００１９】
本発明の方法の別の有利な実施形態によれば、絶縁部内の温度を有利にガイドするために、電圧印加による加熱で絶縁部内に６０℃〜２５０℃の温度、有利には１００℃〜１８０℃の温度、特に有利には１４０℃の温度を形成する。さらに、形成される温度は帯状絶縁体内の樹脂の種類および樹脂の所望の密度に合うように調整される。
【００２０】
本発明の方法の別の有利な実施形態によれば、高周波数の硬化プロセスが、プレス機、注入機および硬化機の既存の型において高い樹脂圧を持続的に印加しながら行われる。従来技術の方法、特にＴＶＰＩプロセスを本発明の方法に組み合わせることもできる。
【００２１】
本発明の方法の別の有利な実施形態によれば、高周波数の硬化プロセスが、プレス機、注入機および硬化機において、高い樹脂圧、例えば少なくとも１００ｂａｒ、有利には少なくとも３００ｂａｒの圧力を持続的に印加しながら行われる。従来技術の方法、特にＴＶＰＩプロセスを本発明の方法に組み合わせることもできる。
【００２２】
本発明の他の特徴を図示の有利な実施例に則して詳細に説明する。
【００２３】
実施例の説明
図１には本発明の方法の適用される、絶縁部１、導体部材２および第１の電極プレート３および第２の電極プレート４から成る構造体が示されている。本発明によれば、導体プレート２と電極プレート３，４とのあいだに高電圧が印加される。この高電圧は、有利には、電圧レベル１ｋＶ、周波数０．５ＭＨｚを有する。絶縁部１は樹脂の浸みこまされた帯状絶縁体から成る。当該の帯状絶縁体は導体部材２の周囲に巻回されており、このことは、図１に絶縁部１および導体部材２の構造として示されている。導体部材２の電気コンタクトは、当該の導体部材の端部で形成され、第１の電極プレート３および第２の電極プレート４の双方が第２の電圧極を通してコンタクトされる。電極プレート３，４は金属導体から形成され、相互に電気コンタクトを形成する。
【００２４】
図２には、図１の装置の第１の実施例が示されている。ここでは、第１の電極プレート３がＵ字状の断面を有し、その開放側に平坦な電極プレート４が取り付けられる。Ｕ字状の開放部内には導体部材２が位置しており、これがさらに絶縁部１によって包囲されている。導体部材２および絶縁部１の大きさはＵ字状の電極プレート３の内室に適合化されており、溢れた樹脂が流入して集まる空隙が発生しない。絶縁部１と電極プレート３，４とのあいだに空隙が生じないように導体部材２および絶縁部１が配置されるので、絶縁部１，導体部材２および電極プレート３，４からコンデンサが形成される。
【００２５】
図３には、図１の装置の第２の実施例が示されている。ここでは、導体部材２が図２の実施例の導体部材よりも小さな断面積を有している。導体部材２またはこれを包囲する絶縁部１とＵ字形の電極プレート３とのあいだの空隙を補償するために、複数の空隙補償部材５が設けられている。空隙補償部材５の幾何学的形状は、導体部材２の幾何学的形状と共通に、電極プレート３，４によって形成される内室が完全に充填されるように選定される。帯状絶縁体は樹脂を収容するために残される中空室のみを有する。ここでは帯状絶縁体は有利には雲母を含む帯状体として構成される。圧力変化も、充填された物質も、蒸発した湿分も、Ｕ字形の電極プレート３の内部に残った絶縁部１の容積内へ制限される。
【００２６】
図４には、電極プレート３，４の端部領域が示されている。電極プレート３は所定の幾何学的形状のジョイント１０を有しており、このジョイント１０はねじ止め部１１によって外部支承装置へ取り付けられる。また、電極プレート３，４の内側には絶縁部１を備えた導体部材２が示されている。
【００２７】
図５には、断面の幾何学的形状に適合された第１の端部カバー７が示されており、当該の断面の幾何学的形状は相互に取り付けられる電極プレート３，４の輪郭として得られる（図２を参照）。導体部材２が第１の端部カバー７に接する領域には電圧コンタクト６が取り付けられており、この電圧コンタクト６は絶縁部材１２を介して第１の端部カバー７から絶縁されている。電圧コンタクト６により導体部材２は高電圧源に接続可能となり、これにより、高電圧が導体部材２へ供給され、電極プレート３，４によってコンデンサ装置が形成される。
【００２８】
図６には、シール可能な開口部１３を有する第２の端部カバー９の実施例が示されている。第２の端部カバー９は圧力密に構成されており、電極プレート３，４の内室に３００ｂａｒを超える高圧を形成できるようになっている。こうして、最後のステップにおいて、きわめて高い圧力のもとで高周波数のエネルギが印加され、高粘性の流体が電極プレート３，４の内室に導入される。これにより重合が促進される。不要な加熱や、電極プレート３，４または導体部材２のオーバーヒートは、導体部材２，絶縁部１および電極プレート３，４から形成されるコンデンサのキャパシタンスを監視することによって、あるいは、高周波数発生器の自己制御によって、回避される。
【００２９】
本発明を有利な実施例に則して説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の課題を解決する手段を別様に適用することにより、複数のバリエーションが考えられる。
【符号の説明】
【００３０】
１  絶縁部、  ２  導体部材、  ３，４  電極プレート、  ５  空隙補償部材、  ６  電圧コンタクト、  ７  第１の端部カバー、  ８  充填用開口部、  ９  第２の端部カバー、  １０  所定の幾何学的形状のジョイント、  １１  ねじ止め部、  １２  絶縁部材、  １３  開口部
【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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【国際調査報告】
2011517923.tif 000009
2011517923.tif 000010
2011517923.tif 000011
2011517923.tif 000012