(57)【要約】【課題】この発明は、ボイドや主絶縁層の露出に起因するコロナ放電の発生を抑制して、電気絶縁性を向上させ、コイルの長寿命化を可能とした回転電機の固定子コイルを得る。【解決手段】主絶縁層１０がマイカテープ１１を亀甲型コイルの外周に半重ね巻きで多層に巻き付けて構成されている。また、低抵抗コロナシールド層１２が導電性テープ１３を亀甲型コイルのスロット収納部に相当する領域の主絶縁層１０の外周に半重ね巻きで１回巻きして構成されている。さらに、コロナシールド保護層１６が、電気絶縁性テープ１７を低抵抗コロナシールド層１２の外周に互いに重ならないように、かつ、接続片１８を交互に巻き込むように１回巻きして構成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロット収納部を固定子鉄心のスロット内に収納して該固定子鉄心に装着される回転電機の固定子コイルにおいて、
上記スロット収納部は、コイル導体の外周に配設された主絶縁層と、上記主絶縁層の外周に配設されたコロナシールド層と、上記コロナシールド層の外周に配設された電気絶縁性を有するコロナシールド保護層と、上記コロナシールド層に電気的に接続され、かつ、一部が露出されるように上記コロナシールド保護層を貫通して配設された接続片とを有し、
上記コロナシールド層および上記コロナシールド保護層の一方がプラスチックフィルムを基材とするフィルムテープを巻回して構成されていることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
【請求項２】
上記フィルムテープは導電性が付与された導電性テープであり、上記コロナシールド層が上記導電性テープを巻回して構成されてい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】
上記導電性テープが抵抗層を上記基材の両面に形成して構成されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項４】
上記導電性テープが抵抗層を上記基材の一面に形成して構成され、該抵抗層を外側に向けて巻回されていることを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項５】
上記コロナシールド保護層がクロスおよび不織布の一方を基材とする電気絶縁性テープを巻回して構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項６】
上記フィルムテープは電気絶縁性テープであり、上記コロナシールド保護層が上記電気絶縁性テープを巻回して構成され、上記コロナシールド層がクロスおよび不織布の一方を基材とし、かつ、導電性が付与された導電性テープを巻回して構成されてい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７】
上記接続片が、上記スロット収納部の上記スロットの内壁面に相対する両側面の少なくとも一方に配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の固定子コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として中・大形回転電機に適用される固定子コイルに関し、特にコロナ放電の発生を抑制する固定子コイルのコロナシールド構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の回転電機の固定子コイルは、素線を巻回して亀甲型コイルを形成し、この亀甲型コイルにマイカテープを所定回巻回して主絶縁層を形成し、半導電層がフィルム層の両面に形成された低抵抗半導電性テープを亀甲型コイルの直線部分の中間部に半重ね巻きで１回巻きし、さらに高抵抗半導電性テープを亀甲型コイルの直線部分の端部に半重ね巻きで１回巻きして構成されている。これにより、亀甲型コイルには、マグネットワイヤを巻回したコイル導体、主絶縁を構成するマイカテープ層、半導電性コロナ防止テープ層が形成されている。そして、固定子コイルを固定子鉄心のスロットに装着し、真空加圧含浸により加熱硬化型無溶剤ワニスを各テープ層に含浸し、その後ワニスを加熱硬化している。この時、半導電性コロナ防止テープ層の基材にフィルムを用いていることから、加熱により粘度低下したワニスが半導電性コロナ防止テープ層を通って漏れたり、流出したりせず、ボイドのない絶縁層を形成できるとしている。（例えば、特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２７６９５号公報（段落００１６〜段落００２０、図１、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転電機の固定子コイルにおいては、半導電性コロナ防止テープ層が最外周層を構成し、かつ、半導電性コロナ防止テープ層を構成する半導電性テープがカーボンやグラファイト等の低抵抗材料を原料とする塗料をフィルム基材の両面に塗布して形成されているので、コイル搬送時、コイルの固定子鉄心のスロットへの装着時、さらにはコイルの結線時に、半導電層やテープ自体を損傷させる恐れがあった。そして、半導電層の損傷は、コロナシールド性の悪化をもたらすことになる。また、テープ自体まで損傷すると、主絶縁層を露出させてしまい、固定子鉄心と主絶縁層の露出部との間でコロナ放電が発生させることになる。さらに、このコロナ放電によって、主絶縁層の露出部周辺の半導電性コロナ防止テープ層がダメージを受けて消失し、さらに大きなコロナ放電を発生させてしまうことになる。
【０００５】
この発明は、上記の課題を解消するためになされたもので、ボイドのない絶縁層を形成でき、かつ、コロナシールド層の損傷発生を抑えることができるコロナシールド構造を実現し、ボイドや主絶縁層の露出に起因するコロナ放電の発生を抑制して、電気絶縁性を向上させ、コイルの長寿命化を可能とした回転電機の固定子コイルを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機の固定子コイルは、スロット収納部を固定子鉄心のスロット内に収納して該固定子鉄心に装着される回転電機の固定子コイルにおいて、上記スロット収納部は、コイル導体の外周に配設された主絶縁層と、上記主絶縁層の外周に配設されたコロナシールド層と、上記コロナシールド層の外周に配設された電気絶縁性を有するコロナシールド保護層と、上記コロナシールド層に電気的に接続され、かつ、一部が露出されるように上記コロナシールド保護層を貫通して配設された接続片とを有し、上記コロナシールド層および上記コロナシールド保護層の一方がプラスチックフィルムを基材とするフィルムテープを巻回して構成されているものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子コイルを固定子鉄心に巻装した状態を模式的に示す要部斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子コイルを構成する亀甲型コイルを示す斜視図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す上面図である。
【０００８】
各図において、固定子鉄心１は、多数枚の磁性鋼板を積層して構成され、溝方向を軸心方向とするスロット２が周方向に所定ピッチで形成されている。固定子コイル４は、導体６を所定回巻回して亀甲形状に形成されたコイル導体としての亀甲型コイル５をベースとしている。そして、亀甲型コイル５は、その直線部分７の中央部である２つのスロット収納部２３を所定スロット数離れたスロット２の対にそれぞれ収納して固定子鉄心１に装着されている。このように固定子鉄心１に装着された亀甲型コイル５の端部同士が接合され、固定子鉄心１に巻装された固定子コイル４が構成される。また、ウエッジ３が、スロット２の開口部に装着され、固定子コイル４のスロット２からの脱落を防止するようになっている。
【０００９】
ついで、固定子コイル４のコロナシールド構造について説明する。
対地主絶縁層１０が、マイカテープ１１を亀甲型コイル５の外周に半重ね巻きで多層に巻き付けて構成されている。また、低抵抗コロナシールド層１２が、導電性テープ１３を亀甲型コイル５のスロット収納部８に相当する領域の対地主絶縁層１０の外周に半重ね巻きで１回巻きして構成されている。また、高抵抗コロナシールド層１４が、導電性テープ１５を亀甲型コイル５の直線部分７の両端部に相当する領域の対地主絶縁層１０の外周に半重ね巻きで１回巻きして構成されている。この時、高抵抗コロナシールド層１４は、低抵抗コロナシールド層１２の端部に電気的に接するように形成されている。さらに、コロナシールド保護層１６が、電気絶縁性テープ１７を低抵抗コロナシールド層１２の外周に互いに重ならないように１回巻きして構成されている。この時、電気絶縁性テープ１７は、長尺の接続片１８を交互に巻き込むように低抵抗コロナシールド層１２の外周に巻き付けられる。そこで、接続片１８の電気絶縁性テープ１７に巻き込まれている領域は低抵抗コロナシールド層１２に接触し、接続片１８の電気絶縁性テープ１７に巻き込まれていない領域は外部に露出している。また、接続片１８は、スロット２の内壁面に面するスロット収納部８の一側面に配設されている。
【００１０】
ここで、低抵抗コロナシールド層１２を構成する導電性テープ１３には、例えばカーボンやグラファイトの粉末を混入した塗料（抵抗層１３ｂ）が基材１３ａの表面に塗布されたフィルムテープを用いている。そして、テープ１３の基材１３ａには、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエチレンナフタレート等のプラスチックフィルムが用いられる。
また、高抵抗コロナシールド層１４を構成する導電性テープ１５には、例えば例えば炭化珪素を混入した塗料が基材の両面に塗布されたフィルムテープを用いている。そして、テープ１５の基材にも、基材１３ａと同様なプラスチックフィルムが用いられる。
【００１１】
コロナシールド保護層１６を構成する電気絶縁性テープ１７には、ガラスクロスを基材とするクロステープや、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の不織布を基材とする不織布テープを用いることができる。
接続片１８には、表裏が電気的に接続されていればよく、例えばカーボンやグラファイトの粉末を混入した塗料を長尺のガラスクロスに塗布したものや、カーボンやグラファイトのファイバをポリアミドの不織布に混抄したものを用いることができる。さらには、プラスチック材料にカーボンやグラファイトを混ぜてフィルム状に形成した低抵抗プラスチックフィルムでもよい。しかし、プラスチックフィルムの表面に抵抗層を形成したものは、その表裏が電気的に接続されないので、接続片１８として用いることができない。
【００１２】
ついで、固定子コイル４の絶縁処理方法について全含浸方式による製造方法に基づいて説明する。
まず、導体６を所定回巻回して亀甲状に成形し、亀甲型コイル５を作製する。ついで、マイカテープ１１を亀甲型コイル５に半重ね巻きに巻回して所定厚みの主絶縁層１０を形成する。そして、導電性テープ１３をスロット収納部８に相当する領域の主絶縁層１０の外周に半重ね巻きに１回巻いて低抵抗コロナシールド層１２を形成し、導電性テープ１５を低抵抗コロナシールド層１２の両側に、かつ、低抵抗コロナシールド層１２の端部に電気的に接するように、主絶縁層１０の外周に半重ね巻きに１回巻いて高抵抗コロナシールド層１４を形成する。その後、電気絶縁性テープ１７をテープ端部が重ならないように、かつ、接続片１８を交互に巻き込むように、低抵抗コロナシールド層１２の外周に１回巻いてコロナシールド保護層１６を形成する。
【００１３】
そして、各層が形成された亀甲型コイル５を、２つのスロット収納部８を所定スロット数離れたスロット２の対にそれぞれ収納して固定子鉄心１に装着する。このようにして、亀甲型コイル５がそれぞれのスロット２の対に収納された後、亀甲型コイル５の端部同士を接合し、固定子コイル４を作製する。
ついで、固定子コイル４が固定子鉄心１に巻装されてなる固定子を含浸タンク内に浸漬し、例えばエポキシ樹脂等の含浸樹脂を真空加圧含浸する。これにより、含浸樹脂は、コロナシールド保護層１６を構成する電気絶縁性テープ１７のクロスの目あるいは不織布の糸間を通って低抵抗コロナシールド層１２に至り、さらに低抵抗コロナシールド層１２を構成する導電性テープ１３の重ね部のテープ間を通って主絶縁層１０に至る。また、含浸樹脂は、高抵抗コロナシールド層１４を構成する導電性テープ１５の重ね部のテープ間を通って主絶縁層１０に至る。そして、含浸樹脂は、主絶縁層１０を構成するマイカテープ１１間を通って導体６に至り、主絶縁層１０の全体に含浸される。
そして、含浸樹脂が主絶縁層１０に十分含浸された後、固定子を含浸タンクから引き上げ、乾燥炉内に入れて含浸樹脂の加熱硬化処理を行い、含浸樹脂を硬化させる。
【００１４】
この実施の形態１によれば、低抵抗コロナシールド層１２がプラスチックフィルムを基材１３ａとする導電性テープ１３を巻回して構成されている。そこで、含浸樹脂の加熱硬化処理において、固定子全体の温度が上昇し、含浸樹脂の温度が上昇し、含浸樹脂の粘度が低下して流動しやすくなるが、流動性を増した含浸樹脂は、導電性テープ１３の基材１３ａを貫通できないので、低抵抗コロナシールド層１２の下部の含浸樹脂が低抵抗コロナシールド層１２から上部に漏れ出したり、流出することが抑えられ、低抵抗コロナシールド層１２の下部近傍にはボイドが形成されない。これにより、主絶縁層１０の表面近傍でのコロナ放電の発生が抑制され、電気絶縁性が向上し、コイルの長寿命化が実現される。
また、抵抗層１３ｂが基材１３ａの一面に形成されているので、低抵抗コロナシールド層１２が安価に得られる。
【００１５】
また、低抵抗コロナシールド層１２の外周にコロナシールド保護層１６が形成されているので、コイル搬送時、コイルの固定子鉄心のスロットへの装着時、さらにはコイルの結線時に、コロナシールド保護層１６が低抵抗コロナシールド層１２の損傷の発生を抑える。即ち、低抵抗コロナシールド層１２の損傷に起因する抵抗層１３ｂの損傷や主絶縁層１０の露出が防止される。そこで、従来装置で発生していた固定子鉄心１と主絶縁層１０の露出部との間でのコロナ放電がないので、電気絶縁性が向上し、コイルの長寿命化が実現される。
また、コロナシールド保護層１６を構成する電気絶縁性テープ１７には、フィルム基材に比べて引き裂き強度が大きいクロス基材や不織布基材を用いているので、コイル搬送時、コイルの固定子鉄心のスロットへの装着時、さらにはコイルの結線時に、低抵抗コロナシールド層１２を損傷させるに至る事態の発生を抑制できる。その結果、低抵抗コロナシールド層１２が損傷して、主絶縁層１０を露出させるようなことも防止される。
【００１６】
また、テープ端部が重ならないように、かつ、接続片１８を交互に巻き込むように、電気絶縁性テープ１７を低抵抗コロナシールド層１２の外周に１回巻いてコロナシールド保護層１６を形成している。そして、接続片１８の表裏が電気的に接続されている。そこで、コロナシールド保護層１６から露出する接続片１８の部位が固定子鉄心１に電気的に接続され、コロナシールド保護層１６に巻き込まれた接続片１８の部位が導電性テープ１３の表面に形成されている抵抗層１３ｂに電気的に接続されるので、低抵抗コロナシールド層１２が固定子鉄心１と同じ接地電位となる。これにより、固定子鉄心１と低抵抗コロナシールド層１２との間でのコロナ放電の発生が防止される。
【００１７】
また、テープ端部が重ならないように、かつ、接続片１８を交互に巻き込むように、電気絶縁性テープ１７を低抵抗コロナシールド層１２の外周に１回巻いてコロナシールド保護層１６を形成しているので、コロナシールド保護層１６から露出する接続片１８の部位と、コロナシールド保護層１６に巻き込まれた接続片１８の部位とがほぼ同じ面積となる。そこで、接続片１８と固定子鉄心１との接触面積と、接続片１８と低抵抗コロナシールド層１２との接触面積とがほぼ等しくなり、固定子鉄心１と低抵抗コロナシールド層１２との接続片１８を介しての電気的接触が安定して確保される。
【００１８】
なお、上記実施の形態１では、テープ端部が重ならないように、かつ、接続片１８を交互に巻き込むように、電気絶縁性テープ１７を低抵抗コロナシールド層１２の外周に１回巻いてコロナシールド保護層１６を形成するものとしているが、接続片１８が部分的に固定子鉄心１および低抵抗コロナシールド層１２の抵抗層１３ｂと接触できればよく、必ずしも接続片１８を交互に巻き込むように電気絶縁性テープ１７を巻回する必要はない。
また、上記実施の形態１において、低抵抗コロナシールド層１２およびコロナシールド保護層１６の両者の基材をプラスチックフィルムとすることは、両層とも引き裂き等に弱くなるので、一度に両層とも傷ついて主絶縁層１０を露出させる恐れがあること、および、含浸樹脂の真空加圧含浸処理におけるフィルムテープの重なり部を経由しての含浸樹脂の含浸は少ないので、含浸樹脂の含浸性が著しく阻害されることから好ましくない。
【００１９】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。
図５において、低抵抗コロナシールド層２０が、カーボンやグラファイトの粉末を混入した塗料（抵抗層２１ｂ）を基材２１ａの表面に塗布してなる導電性テープ２１を半重ね巻きに１回巻いて構成されているものとしている。そして、基材２１ａは上述の基材１３ａと同様なプラスチックフィルムを用いている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２０】
従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、この実施の形態２によれば、低抵抗コロナシールド層２０が抵抗層２１ｂを両面に有する導電性テープ２１を半重ね巻きに巻回して構成されているので、導電性テープ２１の重なり部でテープ２１の表裏の抵抗層２１ｂが接触する。そこで、低抵抗コロナシールド層２０の全体が接続片１８を介して固定子鉄心１と同一電位となり、固定子鉄心１と低抵抗コロナシールド層２０との間でのコロナ放電の発生が確実に防止される。
【００２１】
実施の形態３．
図６はこの発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。
図６において、低抵抗コロナシールド層２２を構成する導電性テープ２３には、カーボンやグラファイトのファイバをポリアミドの不織布に混抄したもの、即ち不織布を基材とし、導電性が付与されているものが用いられている。また、コロナシールド保護層２４を構成する電気絶縁性テープ２５には、上述の基材１３ａと同様なプラスチックフィルムを基材とするフィルムテープが用いられている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２２】
この実施の形態３では、真空加圧含浸処理においては、含浸樹脂は、電気絶縁性テープ２５の隙間から低抵抗コロナシールド層２２に含浸され、導電性テープ２３の不織布の糸間を通って主絶縁層１０に含浸される。
また、加熱硬化処理においては、流動性を増した含浸樹脂は、コロナシールド保護層２４を構成する電気絶縁性テープ２５のプラスチックフィルムからなる基材を貫通できないので、コロナシールド保護層２４の下部の含浸樹脂がコロナシールド保護層２４から上部に漏れ出したり、流出することが抑えられ、結果として低抵抗コロナシールド層２２の下部近傍におけるボイドの形成が抑制される。さらに、低抵抗コロナシールド層２４が接続片１８を介して固定子鉄心１と同じ接地電位となる。
従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００２３】
なお、上記実施の形態３では、低抵抗コロナシールド層２２を構成する導電性テープ２３に、不織布基材に導電性を付与したものを用いるものとしているが、カーボンやグラファイトの粉末を混入した塗料をガラスクロスやテトロンクロス等のクロス基材の両面に塗布したものを用いてもよい。
【００２４】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係る回転電機の固定子コイルの構成を模式的に示す断面図である。
図７において、接続片１８がスロット２の内壁面に相対するスロット収納部８の両側面に配設されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２５】
従って、この実施の形態４においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
また、接続片１８がスロット２の内壁面に相対するスロット収納部８の両側面に配設されているので、低抵抗コロナシールド層１２と固定子鉄心１との接続片１８を介しての電気的に接触が確実なものとなり、電気絶縁性の信頼性が向上される。
【００２６】
なお、上記各実施の形態では、固定子コイルの絶縁処理方法として全含浸方法による製造方法により説明したが、固定子コイルのみを樹脂含浸処理後硬化させ、しかるのちスロットに収納する単体含浸方式によるコイルを用いてもよい。
また、上記各実施の形態では、コイル導体として亀甲型コイル５を用いるものとしているが、本願のコロナシールド構造をスロット収納部８に施していれば、コイル導体として亀甲型コイル５を用いる必要はなく、例えばＵ字状のコイル導体やバー状のコイル導体を用いてもよい。この場合、これらのコイル導体をスロットに装着し、コイル導体の端部を接合して固定子コイルを作製することになる。
【００２７】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように、スロット収納部を固定子鉄心のスロット内に収納して該固定子鉄心に装着される回転電機の固定子コイルにおいて、上記スロット収納部は、コイル導体の外周に配設された主絶縁層と、上記主絶縁層の外周に配設されたコロナシールド層と、上記コロナシールド層の外周に配設された電気絶縁性を有するコロナシールド保護層と、上記コロナシールド層に電気的に接続され、かつ、一部が露出されるように上記コロナシールド保護層を貫通して配設された接続片とを有し、上記コロナシールド層および上記コロナシールド保護層の一方がプラスチックフィルムを基材とするフィルムテープを巻回して構成されているので、含浸樹脂の加熱硬化時でのボイド発生やコロナシールド層の損傷発生を抑えることができる。従って、ボイドや主絶縁層の露出に起因するコロナ放電の発生が抑制され、電気絶縁性が向上し、コイルの長寿命化が図られる回転電機の固定子コイルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子コイルを固定子鉄心に巻装した状態を模式的に示す要部斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子コイルを構成する亀甲型コイルを示す斜視図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す上面図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３に係る回転電機の固定子コイルの要部を模式的に示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態４に係る回転電機の固定子コイルの構成を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  固定子鉄心、２  スロット、４  固定子コイル、５  亀甲型コイル（コイル導体）、８  スロット収納部、１０  主絶縁層、１２  低抵抗コロナシールド層（コロナシールド層）、１３  導電性テープ、１３ａ  基材、１３ｂ  抵抗層、１６  コロナシールド保護層、１７  電気絶縁性テープ、１８  接続片、２０低抵抗コロナシールド層、２１  導電性テープ、２１ａ  基材、２１ｂ  抵抗層、２２  低抵抗コロナシールド層、２３  導電性テープ、２４  コロナシールド保護層、２５  電気絶縁性テープ。
【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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