(57)【要約】【課題】  本発明は、絶縁ステータバー（２０）を形成するために裸ステータバー（２２）に外部絶縁体（２４）を施工する方法を提供する。【解決手段】  外部絶縁体（２４）は、裸バー（２２）の周囲を囲みかつバー（２２）の長手方向長さに沿って延びる。外部絶縁体（２４）は、電気絶縁材（３４）を含む少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）、例えば単一の押出し部材（１２６、２２６）、２つの個別の押出し部材（２６、２８）等を含む。少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）は、バーの長手方向長さに平行な対向する縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）の対を含む。縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）は、バー（２２）の周囲が少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）によって完全に包み込まれるように互いに接合される。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その周囲を囲みかつその長手方向長さに沿って延びる外部絶縁体（２４）を有する、電気機械用のステータバー（２０）であって、前記外部絶縁体（２４）が、
電気絶縁材（３４）を含みかつ該ステータバー（２０）の長手方向長さに平行な対向する縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）の対を有する少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）を含み、
前記縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）が、該ステータバー（２０）の周囲が前記少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）によって完全に包み込まれるように互いに接合されている、
ステータバー（２０）。
【請求項２】
前記対向する縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）の対が、該縁部を互いに物理的に固定する相互連結形状部（４４、４６、４８、５０）を含む、請求項１記載のステータバー（２０）。
【請求項３】
前記対向する縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）の対が、互いに溶着されている、請求項１記載のステータバー（２０）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）が、互いに接合される前記対向する縁部（１４０、１４２、２４０、２４２）の対の各々を形成した単一の押出し部材（１２６、２２６）を含む、請求項１記載のステータバー（２０）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）が、互いに接合される前記対向する縁部（４０、４２）の対の対応する１つをその各々が形成した２つの押出し部材（２６、２８）を含む、請求項１記載のステータバー（２０）。
【請求項６】
電気機械用のステータバー（２０）に外部絶縁体（２４）を施工する方法であって、
電気絶縁材（３４）を含みかつその長手方向長さだけ延びる内部空洞（１２８、２２８）とその長手方向長さに平行な対向する縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）の対とを有する少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）を含むように外部絶縁体（２４）を押出す段階と、
前記外部絶縁体（２４）が前記ステータバー（２０）の周囲を囲みかつその長手方向長さに沿って延びるように、該外部絶縁体（２４）の内部空洞（１２８、２２８）内に該ステータバー（２０）を挿入する段階と、次に、
前記ステータバー（２０）の周囲が前記少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）によって完全に包み込まれるように、前記少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）の対向する縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）の対を互いに接合する段階と、
を含む方法。
【請求項７】
前記少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）が、前記対向する縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）の対が前記接合する段階により該縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）を互いに物理的に固定する相互連結形状部（４４、４６、４８、５０）を含むように、押出しされている、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記接合する段階が、前記対向する縁部（４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２）の対を互いに溶着する段階を含む、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）が、前記対向する縁部（１４０、１４２、２４０、２４２）の対の各々を形成するように押出しされた単一の押出し部材（１２６、２２６）を含む、請求項６記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの押出し部材（２６、２８、１２６、２２６）が、前記対向する縁部（４０、４２）の対の対応する１つをその各々が形成するように押出しされた２つの押出し部材（２６、２８）を含む、請求項６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には電気絶縁材に関する。より具体的には、本発明は、電気機械のステータバー用の押出し接地壁絶縁材及びそのようなステータバーに絶縁材を施工する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、高電圧交流電流の発電に使用する発電機のような発電電動機械内に取付けるタイプのステータ（アーマチュア）バー１０の端部を示す。ステータバー１０は、所定の発電機設計、電圧及び電力に適した本質的に任意の長さ、形状及び断面を有するように製造できる。殆どの高電圧用途の場合、ステータバー１０は、単純な直線形状ではなく、むしろ屈曲部及び方向転換部を備えた複雑な形状を有することになる。
【０００３】
図示するように、ステータバー１０は、ストランド絶縁体１３によって互いに絶縁された多数の導電性銅ストランド１２で構成される。ストランド１２は、ストランド隔離板１４によって分離された２つの積層を形成するように配列され、それら全体をまとめて「裸バー」と呼ぶことができる。積層を囲むのは、マイカ紙テープ１６の多重巻き付けによって形成したステータバー（接地壁）絶縁体１５である。典型的には、テープの多重層は、通常はテープ幅の半分が重なった、すなわち「半重ね巻き」方式で、導電体の周りに緊密に巻き付けられる。接地壁絶縁体１５は、ステータバー１０をその内部に取付けたステータから該ステータバーを絶縁する働きをする。
【０００４】
図１に示すタイプの接地壁絶縁体は、発電業界において広く使用されている。マイカ紙テープ１６は、典型的には１枚又は１対のウーブンバッキング（裏当て）によって裏当てしたマイカ紙で構成したプリプレグ材である。樹脂組成物をマイカ紙に含浸させて各裏当てをマイカ紙に接着させ、それによってプリプレグテープが形成される。このタイプの接地壁絶縁体の例には、本出願と同一出願人の、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４が含まれる。テープを保護しかつ汚染を防止するために使い捨て剥離フィルムで包んだ後に、ステータバー１０は、真空熱処理とそれに続くそのテープ１６の硬化のためにオートクレーブ内に置かれる。真空熱処理は、テープ１６の樹脂結合剤中に含まれた空気、水分及びあらゆる溶剤又は揮発性成分を除去するために実施されるが、加圧下における硬化は、樹脂結合剤がマイカ紙と裏当ての各々とを結合させて空隙のない中実絶縁体を形成するようにテープ絶縁体を固化させる働きをする。結合剤からの空気、水分及び揮発性成分の除去は、硬化した絶縁体内での空隙の形成を防止するために必要であり、さもなければこれらの空隙は、絶縁体の品質に悪影響を与え、電気的ストレスによる絶縁体破壊によって早期の絶縁損傷を生じさせることになる。絶縁体の破壊についての特性は、「電圧耐久性」と呼ばれ、通常は放電及び電気化学的腐食によるものである。
【０００５】
上に述べたタイプの接地壁絶縁体は、労働集約的であって、大きな製造コスト招くことが理解できる。さらに、適正な制御が行われない場合には、テープ巻き付け作業中に空隙が生じて、性能に対する信頼性が低下するおそれがある。従って、改善した接地壁絶縁体及びその方法について研究が行われてきた。例えば、様々な押出し接地壁絶縁体が提案されており、その幾つかの例には、本出願と同一出願人の、特許文献５及び特許文献６が含まれる。これら方法では、押出し金型の中に裸ステータバーを通し、押出し金型によって裸ステータバーの全長に沿ってその場で接地壁絶縁体を付着させる。複雑な形状を有するステータバーを金型の中に通すことの難しさを含む押出し接地壁絶縁体に関連した技術的課題は大きく、従って押出し絶縁体を備えたステータバーは、現在のところ生産されていない。
【特許文献１】米国特許第３，５６３，８５０号
【特許文献２】米国特許第５，６１８，８９１号
【特許文献３】米国特許第６，０４３，５８２号
【特許文献４】米国特許第６，３５９，２３２号
【特許文献５】特表平１０−５１０４９３号
【特許文献６】米国特許第５，７１０，４７５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、マイカ紙テープを多重巻き付けすることにより形成される接地壁絶縁体の欠点を克服した接地壁絶縁体に対する要求が、未だに存在している。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電気機械用の絶縁ステータバー及びそのような絶縁ステータバーを形成するために裸ステータバーに外部絶縁体を施工する方法を提供する。本発明は特に、配電網に送られる交流電流（例えば、典型的には約１３．８〜１９ｋＶの範囲内の）を発電するための発電機のような、高電圧で作動する発電電動機械内で使用するステータバー用の接地壁絶縁体に関する。
【０００８】
本発明の外部絶縁体は、ステータバーの周囲を囲みかつバーの長手方向長さに沿って延びて、好ましくはバーの周囲を囲む空隙のない障壁を形成する。この外部絶縁体は、電気絶縁材を含む少なくとも１つの押出し部材（例えば、単一の押出し部材、２つの個別の押出し部材等）を含む。少なくとも１つの押出し部材は、バーの長手方向長さに平行な対向する縁部の対を含む。縁部は、バーの周囲が少なくとも１つの押出し部材によって完全に包み込まれるように互いに接合される。
【０００９】
本発明の方法は一般的に、外部絶縁体を形成することになる少なくとも１つの押出し部材を押出す段階を伴う。少なくとも１つの押出し部材は、該少なくとも１つの押出し部材の長手方向長さに平行な対向する縁部の対を含む。さらに押出し工程は、少なくとも１つの押出し部材の長手方向長さだけ延びる内部空洞を形成する。次に、裸ステータバーが、外部絶縁体がバーの周囲を囲みかつその長手方向長さに沿って延びるように、該外部絶縁体の内部空洞内に挿入される。次ぎに、少なくとも１つの押出し部材の対向する縁部の対が、バーの周囲が該少なくとも１つの押出し部材によって完全に包み込まれるように互いに接合される。
【００１０】
本発明の重要な態様は、外部絶縁体を押出し、次に外部絶縁体を裸ステータバーと組み立てることが、先行技術のマイカテープ法やその場での押出し絶縁体を形成するこれまでの方法よりも単純でありかつ低コストなことである。熱成形のような公知の方法を利用して、絶縁体をバーの外周に密着させ、それによってバーを囲む空隙のない障壁の形成を可能にすることもできる。
【００１１】
本発明のその他の目的及び利点は、以下の詳細な説明から一層良く理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図２は、配電又は送電網に送られる高電圧交流電流の発電に使用するタイプの発電機用の絶縁ステータバー２０の断面を概略的に示す。ステータバー２０は、裸バー２２を囲むステータバー（接地壁）絶縁体２４を含む。裸バー２２の構造は、図１に示すステータバー１０の裸バー（１２、１３、及び１４）と同一又は類似なもとすることができるが、いずれの適当な裸バー構造も本発明の技術的範囲内に含まれる。
【００１３】
図２のステータバー２０は、その接地壁絶縁体２４の構造に関して図１のステータバー１０と異なる。マイカ紙テープ１６を多重巻き付けすることによって形成される図１に示す絶縁体１５と対照的に、図２の接地壁絶縁体２４は、２つの押出し部材２６、２８を含む。各押出し部材２６、２８はほぼＣ字形又はＵ字形であり、本明細書ではこのほぼＣ字形又はＵ字形というのを、図２に示す押出し部材２６、２８の断面形状、すなわち基部３０と各々が該基部３０に対して垂直な２つの平行側部３２とを含むものとして使用する。このような形状は、容易に押出し可能であり、押出し後に裸バー２２と組み立てて、図２に示すステータバー２０を形成することができる。
【００１４】
各押出し部材２６、２８は、図２においては、それぞれ内側及び外側層３６、３８の対間に挟まれた電気絶縁層３４を含む多層構造を有するものとして表されている。絶縁層３４用の適当な材料には、十分に高い電気抵抗を有するエレクトロメトリックかつ充填型の熱可塑性材料が含まれる。絶縁材の任意選択的ではあるが好ましい性質は、バー２２により緊密に密着させるために熱成形を行うことができることである。適当な充填熱可塑性材料の例には、約１〜約５０重量パーセントのセラミック及び／又は酸化物粒子を充填したポリスルホン類、ポリイミド類、ビスマレイミド類、シアン酸エステル類、ポリサルファイド類及びシリコーン類が含まれる。絶縁層３４の適当な厚さは、該絶縁層を形成する特定の物質に応じて決まることになる。
【００１５】
内側及び外側層３６、３８は、絶縁層３４と同時押出しすることができ、或いは押出し後に絶縁層３４上に積層又は塗布することもできる。内側及び外側層３６、３８用の適当な材料には、ステータバー接地壁絶縁体のための導電性スロット外装及び内部グレーディングを形成するために使用する導電性材料ような様々な導電性材料が含まれる。導電性内側及び外側層３６、３８を設けることは、任意選択的であるが、裸バー２２の導電体と絶縁層との間の小さな相対運動を可能にして、バー２２と絶縁体２４との接合面に生じるあらゆる電気的ストレスを減少させる利点がある。これに代えて又はこれに加えて、押出し絶縁層３４の内側及び／又は外側に、薄い半導電性テープを貼付けることもできる。層３６及び３８の適当な厚さは、それらを形成する特定の材料に応じて決まることになる。
【００１６】
図２から明らかなように、各押出し部材２６、２８は、縁部４０、４２の対を有し、その各対向する対は、相補形の相互連結形状部４４、４６を有するものとして示されている。形状部４４、４６は、図２には、相互連結タング部及び溝部４４、４６として示しているが、突合せ継手、重合わせ継手等のようなその他の構成も可能である。相互連結形状部４４、４６は、押出し部材２６、２８の対向する縁部４０、４２を互いに機械的に連結する働きをする。相互連結形状部４４、４６は、それぞれの押出し部材２６又は２８の全長に沿って連続しているのが好ましいが、相互連結形状部４４、４６は、不連続なものとしてもよいことが予測できる。
【００１７】
上に述べたように、部材２６、２８のＣ字形断面により、これら部材２６、２８を押出しによって形成することが可能になる。１つの適当な押出し法は、特別に設計した金型ヘッド内に給送する複数の押出し機を用いて、異なる材料層を同時押出しする輪郭押出し法であろう。押出し部材２６、２８をバー２２と組み立てた後に、熱可塑性材料で形成した部材２６、２８に熱成形処理を施すが、この処理においては、押出し部材２６、２８に熱及び圧力の両方を加えて、押出し部材２６、２８を軟化させ、押出し部材２６、２８をバー２２の外周に密着させ、かつ押出し部材２６、２８とバー２２との間の空隙を閉鎖させる。さらに、熱成形を施すことによって、押出し工程中に空孔などの欠陥が形成されたような万一の場合に押出し部材２６、２８内のあらゆる空孔を減少させてより高い密度の材料を得ることもできる。適当な熱成形法及びパラメータは、押出し部材２６、２８を形成するために使用した特定の材料に応じて決まり、一般的に熱成形法に習熟した技術者の技能知識範囲内にあるといえる。
【００１８】
図３及び図４は、図２の絶縁体２４の別の実施形態及びそれらの絶縁体を裸バー２２と組み立てる方法を示している。図３では、絶縁体２４は、中心通路１２８を形成した矩形形状を有しかつ該矩形形状の角部の１つに設置した対向する縁部１４０、１４２の単一対を有する単一の押出し部材１２６によって形成される。図4はさらに、中心通路２２８を形成した矩形形状を有しかつ該矩形形状の側面の１つに沿って設置した対向する縁部１４０、１４２の単一対を有する単一の押出し部材２２６で形成されたものとして絶縁体２４を示している。図３及び図４の実施形態では、縁部１４０／１４２及び２４０／２４２は、バー２２をそれらの通路１２８、２２８内に挿入する際又は挿入した後に、溶着又は相互連結形状部（図示せず）によって互いに接合することができる。
【００１９】
図５及び図６は、押出し部材２６、２８、１２６、１２６の縁部４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２を機械的に固定するために、図２〜図４の実施形態のいずれにも組み込むことができる特徴形状部を示している。図５は、図２の押出し部材２６、２８の１つの縁部４０の一部分を示しており、該縁部はその中に形成したスロット４６を有するように変更されている。図６は、押出し部材２６、２８の対向する縁部４０、４２によって形成された継目を示す平面図であって、各縁部４０、４２は、図５に示すタイプの対向するスロット４６を含むように変更されている。図６はさらに、対向するスロット４６の対内に部分的に受けられたペグ４８の存在を示している。ペグ４８とスロット４６との間の締りばめにより、押出し部材２６、２８の対向する縁部４０、４２間に機械的な相互連結効果が生じる。この相互連結効果は、前述したように縁部４０、４２を互いに溶着することによって補強できる。
【００２０】
押出し部材２６、２８、１２６、１２６の縁部４０、４２、１４０、１４２、２４０、２４２に沿って置かれた相互連結形状部と共に又は該相互連結形状部の代わりに、溶着を使用することができる。図７は、溶着処理を実施している、図４の方法で製造した絶縁ステータバー２０を示しており、プラスチック継目溶着法を使用して、溶着部５２が継手（押出し部材２２６の側面の１つに沿って設置した）に沿って形成されている。溶着材料は、充填又は非充填樹脂とすることができ、その適当な例には、絶縁層３４について前に挙げた材料が含まれる。図７には、可動溶着ヘッド５４と固定したステータバー２０とを用いて実施されているものとして、溶着工程を概略的に示している。図７に示すように複雑な幾何学形状を有するステータバー２０の長さに沿って溶着部５２を正確に形成できるように、溶着ヘッド５４は、多軸ロボットアーム（図示せず）上に支持されるのが好ましい。
【００２１】
本発明を好ましい実施形態に関して説明してきたが、その他の形態が当業者によって採用可能なことは明らかである。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】先行技術による、プリプレグテープで巻かれたステータバーの断面斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態による、ステータバーを囲むツーピース型押出し絶縁体の端面斜視図。
【図３】本発明の第２の実施形態によるワンピース型押出し絶縁体内に挿入されようとしているステータバーを示す斜視図。
【図４】本発明の第３の実施形態によるワンピース型押出し絶縁体内に挿入されようとしているステータバーを示す斜視図。
【図５】本発明の第４の実施形態による、縁部によってかつ該縁部間に形成された継手を強化するために機械的支持体が押出し絶縁体の対向する縁部内に挿入された実施形態の部分端面図。
【図６】本発明の第４の実施形態による、縁部によってかつ該縁部間に形成された継手を強化するために機械的支持体が押出し絶縁体の対向する縁部内に挿入された実施形態の部分平面図。
【図７】本発明による、押出し絶縁体の当接した縁部を溶着する方法を示す図。
【符号の説明】
【００２３】
２０  ステータバー
２２  裸バー
２４  接地壁絶縁体
２６、２８  押出し部材
３０  押出し部材の基部
３２  押出し部材の側部
３４  絶縁層
３６  内側層
３８  外側層
４０、４２  押出し部材の縁部
４４、４６  相互連結形状部
【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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【図７】
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