(57)【要約】【課題】樹脂の含浸性及び電気的特性の向上を図ることができ、しかも環境的、コスト的にも有利に１本から複数本まで絶縁コイルを最適に製造することにある。【解決手段】導体１の周囲に所定の絶縁層２を形成し、その上に離型テープ３を巻回したコイルを柔軟で気密性を有するコイル挿入チューブ４に挿入し、このチューブの少なくとも２側面に温度制御可能な加熱手段を有する当て板５を設置し、さらにこの当て板の外層部に加圧手段を具備したチューブ７を設置し、これら全体を柔軟で強度の高い外装８で覆う構成とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体周囲に所定の絶縁層を形成し、その上に離型テープを巻回したコイルを柔軟で気密性を有するコイル挿入チューブに挿入し、このコイル挿入チューブの少なくとも２側面に温度制御手段により加熱温度が制御される加熱手段を有する当て板を設置し、さらにこの当て板の外層部に加圧系に接続される加圧用チューブを設置し、これら全体を柔軟で強度の高い外装で覆う構成としたことを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、前記コイル挿入チューブは、薄く柔軟性を有する熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造装置。
【請求項３】
請求項１記載の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、前記加熱手段を有する当て板は、鉄板とこの鉄板にシート状ヒータ又は線状或いは面状発熱体を配線したヒータで構成されたことを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造装置。
【請求項４】
請求項１記載の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、前記加圧用チューブは、フッ素系ゴムに繊維状などの耐熱性のゴム状、クロス状の補強材を複合した材料で構成されたことを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造装置。
【請求項５】
請求項１記載の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、柔軟で強度の高い外装は、ガラスクロス、カーボン繊維クロス材で構成され、且つ緊密に固定可能なテープであることを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造装置。
【請求項６】
請求項１記載の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、柔軟で強度の高い外装材料は、ガラスクロス、カーボン繊維クロスで構成されたテープで固定されていることを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回転電機における絶縁コイルの製造装置を用いて、前記導体周囲に形成される絶縁層がプリプレグの絶縁コイルを製造するに際して、前記コイル挿入チューブの少なくとも一端を真空系に接続して、コイル全体を減圧可能な状態にし、次いで前記当て板を所定の温度にコントロールすると同時に前記加圧チューブに前記加圧系の加圧媒体により所定の圧力を加えて、前記絶縁層を加熱と加圧によって硬化することで所定の寸法に成形することを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の回転電機における絶縁コイルの製造装置を用いて、前記導体周囲に形成される絶縁層が樹脂含浸型の絶縁コイルを製造するに際して、前記コイル挿入チューブの少なくとも一端を真空系に接続し、他端を樹脂槽の含浸樹脂注入口に接続し、この状態で前記真空系により前記コイル挿入チューブを減圧にして他端から含浸樹脂を注入し、この状態で前記当て板の温度を前記温度制御手段によりコントロールして含浸に適した状態とし、含浸終了後、前記当て板を所定の硬化温度にコントロールすると同時に前記加圧チューブに加圧媒体により所定の圧力を加えて、絶縁層を加熱と加圧によって硬化させ、所定の寸法に成形することを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造方法。
【請求項９】
請求項７又は請求項８記載の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、前記加圧媒体は、空気又は窒素ガスであることを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造方法。
【請求項１０】
請求項７又は請求項８記載の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、前記加圧媒体は、シリコーンオイル又は耐熱オイルで加温して、絶縁コイルに温度と圧力を同時に加えることを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造方法。
【請求項１１】
請求項８記載の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、樹脂注入口の反対側に少なくとも１個以上の含浸樹脂検知センサ或いは静電容量測定電極を具備したことを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造方法。
【請求項１２】
請求項８記載の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、１個の樹脂槽に対してバルブを介して複数のコイルに樹脂を供給する機構と１個の真空系にバルブを介して複数のコイルを減圧できる機構を備え、１個又は複数のコイルを自在に含浸処理可能にしたことを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造方法。
【請求項１３】
請求項８記載の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、樹脂槽には、気体で樹脂を加圧可能な機構を備え、含浸時に樹脂を加圧することを特徴とする回転電機における絶縁コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車発電機やタービン発電機などの大型回転電機に用いられる絶縁コイルのプリプレグ絶縁及び含浸絶縁の硬化成形を行う製造装置及びこの装置を用いた製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、大型回転電機コイルの絶縁は、プリプレグ法と樹脂含浸法の２つの方法が主流で行われている。
【０００３】
プリプレグ法は、例えばガラステープにマイカ片を多めの樹脂により半硬化状態で固定したマイカテープをコイル導体に巻回して、所定の当て板などを施した後、液状の加熱・加圧媒体で絶縁層を硬化・成形する液圧硬化成形法が知られている。
【０００４】
その一例として、絶縁コイルの表面に金属板や積層板などの硬い材料を当てて硬化し、平滑性とコイル寸法精度を高めるようにした液圧硬化成形法がある（例えば、特許文献１）。この時の加熱・加圧媒体としては、アスファルトコンパウンドが使用されている。
【０００５】
また、他の例として、加熱・加圧媒体としてポリオレフィン、ポリエチレンを使用した液圧硬化成形法がある（例えば、特許文献２）。
【０００６】
前者は、刺激臭、粉塵、作業性に劣るなどのいくつかの環境的な課題はあるが、後者はこれらの課題を解決している。
【０００７】
しかし、両者とも、加熱・加圧媒体を高温に貯蔵する大型タンクと絶縁コイルを硬化する真空・加熱・加熱用の大型タンクが必要であり、その設備投資に多額の費用がかかる。
【０００８】
また、プレスモールドと称して絶縁コイルに機械的な加熱・加圧を行って硬化成形する方法もあるが、コイルエンドの曲線部分の成形が均質にできないという課題がある。この場合も、絶縁コイルが収納できる加熱プレス装置が必要で、且つ１本１本成形するので生産効率が低いという課題がある。
【０００９】
一方、樹脂含浸方法は、絶縁コイルを大型タンクに収納してタンク内を減圧後、絶縁コイルが含浸樹脂中に収まるまで含浸樹脂を注入する。さらに、減圧を継続して絶縁コイル中に含まれる空気と含浸樹脂の置換を進める。その後、タンク内を減圧から加圧に切替えて残存気体を押しつぶすことにより絶縁物中への樹脂の含浸率を向上させると同時に欠陥の発生を抑制させることが行われている。これをＶＰＩ法と称している。
【００１０】
このようにして含浸された絶縁コイルをタンクから取出した後、当て板や収縮テープなど成形手段を施工し、大型の熱風乾燥炉で加熱硬化して仕上げている。このような絶縁コイルの成形では、生樹脂が付着した状態での作業を余儀なくされるので、作業環境が悪いという課題がある。
【００１１】
ＶＰＩ法において、タンク内に注入される樹脂量は、コイルを十分に浸漬するため、コイル絶縁物中に含浸される必要樹脂量の数十倍にも達する。このとき余った含浸樹脂は、含浸樹脂が終了すると貯蔵タンクに戻される。
【００１２】
このように含浸樹脂が循環して使用されるので、含浸タンクやコイル表面に付着した汚れや不純物が含浸樹脂中に混入し、特性の低下をきたす恐れがある。また、粘度上昇が速くなり、貯蔵寿命が本来よりも短くなるので樹脂廃棄量が増大して環境的、コスト的にも大きな課題である。さらに、樹脂硬化をする大型熱風乾燥炉は、温度分布や風量のバラツキが大きく絶縁コイルの硬化度合いに差が生じて電気特性を低下させるなどの課題がある。
【特許文献１】米国特許  第３０５０７８７号公報
【特許文献２】特開平１０−５８５４５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように従来の回転電機における絶縁コイルの製造方法においては、大型設備が不可欠で作業性や樹脂廃棄に伴う環境的な課題があり、また大型熱風乾燥炉における絶縁コイルにおける硬化程度のバラツキから電気特性を低下させるという課題があった。
【００１４】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、樹脂の含浸性及び電気的特性の向上を図ることができ、しかも環境的、コスト的にも有利に１本から複数本まで絶縁コイルを最適に製造できる回転電機における絶縁コイルの製造装置及びこの装置を用いた製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような装置及び方法により回転電機における絶縁コイルを製造するものである。
【００１６】
請求項１に対応する発明は、導体周囲に所定の絶縁層を形成し、その上に離型テープを巻回したコイルを柔軟で気密性を有するコイル挿入チューブに挿入し、このコイル挿入チューブの少なくとも２側面に温度制御手段により加熱温度が制御される加熱手段を有する当て板を設置し、さらにこの当て板の外層部に加圧系に接続される加圧用チューブを設置し、これら全体を柔軟で強度の高い外装で覆う構成とする。
【００１７】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、前記コイルを挿入するチューブは、薄く柔軟性を有する熱可塑性樹脂で形成されている。
【００１８】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、前記温度制御可能な加熱手段を有する当て板は、鉄板にシート状ヒータ又は線状或いは面状発熱体を配線したヒータである。
【００１９】
請求項４に対応する発明は、請求項１に対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、前記加圧手段を具備したチューブは、フッ素系ゴムに繊維状などの耐熱性のゴム状、クロス状の補強材を複合した材料から構成されたものである。
【００２０】
請求項５に対応する発明は、請求項１に対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、柔軟で強度の高い外装材料は、ガラスクロス、カーボン繊維クロスで緊密に固定可能な固定手段を備えている。
【００２１】
請求項６に対応する発明は、請求項１に対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造方装置において、柔軟で強度の高い外装材料は、ガラスクロス、カーボン繊維クロスで構成されたテープで固定されている。
【００２２】
請求項７に対応する発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造装置を用いて、前記導体周囲に形成される絶縁層がプリプレグの絶縁コイルを製造するに際して、前記コイルを挿入したチューブの少なくとも片端を真空系に接続して、コイル全体を減圧可能な状態にし、次いで前記当て板を所定の温度にコントロールすると同時に前記加圧チューブに加圧媒体により所定の圧力を加えて、前記絶縁層を加熱と加圧によって硬化することで所定の寸法に成形する。
【００２３】
請求項８に対応する発明は、請求項１乃至請求項６のいずれかに対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造装置を用いて、前記導体周囲に形成される絶縁層が樹脂含浸型の絶縁コイルを製造するに際して、前記コイル挿入チューブの少なくとも一端を真空系に接続し、他端を樹脂槽の含浸樹脂注入口に接続し、この状態で前記真空系により前記コイル挿入チューブを減圧にして他端から含浸樹脂を注入し、この状態で前記当て板の温度を前記温度制御手段によりコントロールして含浸に適した状態とし、含浸終了後、前記当て板を所定の硬化温度にコントロールすると同時に前記加圧チューブに加圧媒体により所定の圧力を加えて、絶縁層を加熱と加圧によって硬化させ、所定の寸法に成形する。
【００２４】
請求項９に対応する発明は、請求項７又は請求項８に対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、前記加圧媒体は、空気又は窒素ガスである。
【００２５】
請求項１０に対応する発明は、請求項７又は請求項８に対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、前記加圧媒体は、シリコーンオイル又は耐熱オイルで加温して、絶縁コイルに温度と圧力を同時に加える。
【００２６】
請求項１１に対応する発明は、請求項８記載の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、樹脂注入口の反対側に少なくとも１個以上の含浸樹脂検知センサ或いは静電容量測定電極を具備する。
【００２７】
請求項１２に対応する発明は、請求項８に対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、１個の樹脂槽に対してバルブを介して複数のコイルに樹脂を供給する機構と１個の真空系にバルブを介して複数のコイルを減圧できる機構を備え、１個又は複数のコイルを自在に含浸処理可能にする。
【００２８】
請求項１３に対応する発明は、請求項８に対応する発明の回転電機における絶縁コイルの製造方法において、樹脂槽には、気体で樹脂を加圧可能な機構を備え、含浸時に樹脂を加圧する。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、プリプレグ絶縁の硬化成形においては、大型の圧力容器設備が不要で、熱効率が高く、電気特性に優れたコイル絶縁とすることができ、含浸硬化成形においては、含浸時間を速く、しかもボイド等の欠陥を少なくでき樹脂の含浸性と共に電気特性の向上を図ることができ、また環境的、コスト的にも有利に１本から複数本まで絶縁コイルを最適に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下本発明の実施形態を図面により説明する。
【００３１】
図１は本発明による回転電機における絶縁コイルの製造装置の模式図である。
【００３２】
図１において、１は平角の絶縁被覆線を束ねて構成される断面が正方形あるいは長方形のコイル導体で、このコイル導体１にはテーピングマシンでプリプレグマイカテープを所定回数巻き付けてコイル絶縁層２が形成されている。ここで、コイル絶縁層２の外周面にシールド層を形成する場合もある。
【００３３】
また、コイル絶縁層２の外周あるいは最内層の少なくともいずれかに熱収縮性を有する離型テープ３を巻き付ける。このように形成したコイルを薄く柔軟性を有する熱可塑性樹脂で形成されたコイル挿入チューブ４内に収め、幅広の二面に温度制御可能な加熱手段を有する当て板５をチューブ４の上から当て、また、幅の狭い２面にはガラス繊維強化プラスチック板６を配置する。
【００３４】
この場合、コイル挿入チューブ４の材質としては、ポリアミド系が優れており、ナイロン６やナイロン６６などが好ましい。また、温度制御可能な加熱手段を有する当て板５としては、鉄板にシート状ヒータ或いは線状或いは面状発熱体を配線したヒータを一体化したものである。ヒータとしては、細いシーズ線、薄いテープ状やカーボンを塗布化した導電性材料等があり、当て板との密着性や熱効率を考慮すると、シリコーンゴムＦＲＰやポリイミドフィルムなどで絶縁した平面形状が良い。ここでは当て板５にシーズ線ヒータを貼り付けたものを使用する。
【００３５】
勿論、プラスチック板６に同様の加熱手段を施したものでも良い。
【００３６】
さらに、幅広の二面に配置されたそれぞれの当て板５の外側に耐熱性のゴム状、例えばフッ素系ゴムに繊維状やクロス状の補強材を複合した材料からなる加圧用チューブ７を当て、その外側にカーボン繊維クロスで形成された外装８により緊密に固定する。
【００３７】
上記加圧用チューブ７は、絶縁コイルの硬化のための温度に設定される当て板のヒータに接すると同時に内部に加圧媒体が注入されるので、耐熱性と耐圧力が必要となる。硬化温度が低ければ、ＥＰＤＭ等耐熱性の低い材料でも良い。
【００３８】
次にこのような構成の絶縁コイルの製造装置を用いて、絶縁コイルを製造する方法について説明する。
【００３９】
先ず、第１の実施形態として、コイルの絶縁がプリプレグ絶縁の場合について述べる。
【００４０】
上記構成のコイルシステム１１において、図２に示すように真空ポンプ１３をコイル挿入チューブ４の末端にバルブ１０を介して接続し、加圧用チューブ７には窒素又は空気などの気体加圧系１２を接続する。さらに、ヒータ制御手段１４を当て板５に貼り付けたシーズ線ヒータにヒータ制御が個別に行えるように接続する。
【００４１】
かかる接続構成において、バルブ１０を開き、真空ポンプ１３によりコイル挿入チューブ４内を一定時間の真空乾燥を経てコイル全体を減圧できる状態とし、この状態で窒素加圧系１２により加圧用チューブ７内に所定の圧力を加えると同時に、ヒータ制御手段１４により当て板５に貼り付けたヒータに電流を流して加熱する。この場合、ヒータによる加熱温度としては、プリプレグマイカテープの樹脂が流れ、且つ硬化反応時間を長く取れる温度に設定される。
【００４２】
このようにコイル挿入チューブ４内の減圧と加圧用チューブ７内に所定の圧力を加えながら当て板５により加熱すると、マイカテープ間が樹脂の流れによって融合されると同時にテープ中の空気が押し出されるので、ボイドの少ない絶縁層が形成できる。その後、さらに温度を高くして最適な硬化温度で所定時間硬化する。
【００４３】
このように第１の実施形態では、柔軟で強度の高い外装８でコイル全体を固定し、その内部に設けた加圧用チューブ７内に加圧系１２より加圧媒体として窒素ガス又は空気などの気体を送込むことによって当て板５を介してコイル絶縁層に押し圧力を加えることができる。また、コイル絶縁層２に加熱による硬化と寸法を制御できる圧力を加えることで、所定の形状に成形することができる。また、本方式では温度分布に優れ、加圧チューブが断熱的な働きをするので、無駄なエネルギーが少なく、効率に優れた絶縁コイルの製造ができる。
【００４４】
また、プリプレグによる絶縁コイルの製造方法においては、減圧によって絶縁層中の気体の低減と共に、樹脂の流動する温度で加圧して樹脂の溶融、気体の除去が充分行われた後に樹脂の硬化温度に設定し、加圧・加熱硬化成形をすることで、ボイドの無い絶縁層を成形することができる。したがって、設備として大型の圧力容器が不用で、熱効率が高く、電気特性に優れた絶縁コイルを製造することができる。
【００４５】
なお、上記では加圧系１２より加圧用チューブ７に加圧媒体として窒素ガス又は空気などの気体を送り込むようにしたが、加圧系１２よりシリコーンオイル又は耐熱オイルで加熱した加圧媒体を加圧用チューブ７に送り込んで熱と圧力を同時に加えるようにしても良い。
【００４６】
このような加圧媒体を用いると、当て板５にヒータがなくても良い。
【００４７】
ここで、第１の実施形態における絶縁コイルの具体的な製造方法の実施例と比較例について述べる。
【００４８】
（実施例１）
長さ１．２ｍの転移したコイル導体にガラス裏打ちのプリプレグマイカテープを１／２重ね１０回巻き付けてコイル絶縁層を成形したコイルとした。このコイルの外装に離型を兼ねたポリエステルの熱収縮テープを１／２重ねて１回巻き付けた。このコイルをナイロン６製のコイル挿入チューブに入れて、一端を密封し、他端を真空ポンプから繋がるパイプに接続した。その上に第１の実施形態で示したようにヒータ付きの当て板、加圧用チューブを設置し、全体をカーボン繊維クロスからなる外装で覆った。
【００４９】
ヒータを６０℃にセットすると同時に真空引きを行い、コイルの絶縁層中に含まれている水分などの減圧乾燥を行った。１時間経過後、加圧チューブに窒素ガスを導入して０．６ＭＰａにして、約１時間で１５０℃まで温度を上げる。この間真空引きと加圧は継続され、プリプレグテープの樹脂は７０℃程度から流動性を持つので、テープ間の空隙や絶縁層中の気体と置換して行き、ボイドが少なくなる。この真空引きは、樹脂のゲル化前に止め、コイル絶縁層を大気圧に戻した。さらに、加熱と加圧は継続して、温度が１５０℃に到達して５時間経過した後に温度及び圧力を徐々に下げ、室温まで冷却する。その後、コイルの外装を取り去り、絶縁コイルとする。
【００５０】
（比較例１）
長さ１．２ｍの転移した素線コイルにガラス裏打ちのプリプレグマイカテープを１／２重ね１０回巻き付けてコイル絶縁層を成形したコイルとした。このコイルの外装に離型を兼ねたポリエステルの熱収縮テープを１／２重ねて１回巻き付けた。コイルの幅の広い対峙する２面に鉄板を、幅の狭い対峙する２面にガラス繊維強化ＦＲＰを所定寸法に揃えて当て、熱収縮製ポリエステルテープを１／２重ね２回巻きで当て板を固定した。このコイルを圧力容器にセットして次の工程で硬化成形した。始めに約７０℃程度で減圧乾燥し、温度を１５０℃に予熱しておいた液圧媒体を導入してコイルを浸漬する。直ちに窒素ガスを導入して０．７ＭＰａに圧力を上げ、コイル絶縁層に加熱と加圧を加えて硬化成形する。硬化後、液圧媒体を貯蔵槽に、圧力を大気圧に戻し冷却後にコイルを取り出して装着された冶具類を除去した。
【００５１】
上述したプリプレグマイカテープの実施例１と比較例１とを対比すると、後者（比較例１）は大型コイルを収納する大型の圧力容器と貯蔵タンクが必要であり、コイルを設置して真空乾燥後加熱媒体を導入して先ず温度、次に圧力を加えるが、大量の加熱媒体の温度コントロールは熱容量の関係から時間遅れが生じ、加圧も液体媒体導入後に加圧に切替えて所定の圧力に達するのにかなりの時間が必要になる。
【００５２】
このように温度・圧力の順序が決まっており、それぞれに時間遅れが生じるので、プリプレグレジンの硬化特性はプロセスに合わせている。
【００５３】
これに対して前者（実施例１）は、真空引き、加圧、加熱ともそれぞれにコントロールできる特徴を有している。先ず所定の真空度に達した頃、加圧用チューブに窒素ガスを加えてコイル絶縁層に所定圧力を加え、プリプレグレジンが流動性を持つ程度に温度を上げ、コイル絶縁層内部の気体を押し出し、次に真空引きを大気に戻して硬化温度まで温度を上げボイドを極小に押しつぶし硬化成形する。
【００５４】
このようにして製造されたコイル絶縁層の電気特性の内、ボイドに最も影響のある電圧―誘電体損（Ｖ−ｔａｎδ）で定格電圧の１．５倍まで測定したが、すべての電圧において実施例１によるｔａｎδ値が低く優れていた。
【００５５】
次に本発明の第２の実施形態として、絶縁層のマイカテープを樹脂含浸法で含浸硬化する方法について図１及び図３を用いて説明する。
【００５６】
図１において、コイル導体１にテーピングマシンで含浸用ドライマイカテープを所定回数巻き付けてコイル絶縁層２を形成する。ここで、このコイル絶縁層２の外周面にシールド層を形成する場合もある。さらに、コイル絶縁層２の外周に離型テープ３を巻くが、この離型テープ３としては熱収縮性を有するテープが好ましい。
【００５７】
このように形成したコイルをナイロン６製のコイル挿入チューブ４に収め、その上の対峙する幅広の２面にガラス繊維強化シリコーンゴムでシーズ線ヒータが埋め込まれたシートを貼り付けてなる鉄製当て板５を当てる。また、幅の狭い対峙する２面にはガラス繊維強化プラスチック板６を当てその外側にカーボン繊維クロスからなる外装７により全体を緊密に覆うように配置して固定する。
【００５８】
このような構成のコイルシステム１１において、コイルの絶縁層を樹脂含浸及び硬化するには、図３に示すような接続で行われる。
【００５９】
コイル挿入チューブ４の一端を樹脂槽９の注入口にバルブ１０ａを介して接続し、コイル挿入チューブ４の他端を真空ポンプ１３にバルブ１０ｂを介して接続する。窒素加圧系１２とヒータ制御手段１４への接続は第１の実施形態と同じである。
【００６０】
かかる接続構成において、予めバルブ１０ａを閉じた状態で樹脂槽９に含浸樹脂を入れておく。この状態でバルブ１０ｂを開き、真空ポンプ１３によりコイル挿入チューブ４内を一定時間の真空乾燥を経てコイル全体を減圧乾燥する。充分乾燥した後、バルブ１０ａを開き、樹脂をコイル挿入チューブ４内のコイルの絶縁層に注入する。この場合、樹脂含浸中は常に真空ポンプ１３を動作させておく。
【００６１】
なお、この時含浸樹脂槽９に加圧気体口９ａから適度な窒素ガスによる圧力を加えることにより、圧力の程度によって含浸速度が速くなり、作業効率が高くなる。また、当て板５のヒータで温度を調整しても樹脂の含浸速度が速くなり、作業効率を高くすることができる。
【００６２】
コイル末端まで含浸が進むと樹脂が樹脂溜め１５に流出して溜まるので、適当な樹脂量になったところで真空ポンプ１３側のバルブ１０ｂを閉じる。この樹脂溜め１５はコイルより高い位置に置かれているので、コイルの樹脂層内部の含浸斑があっても、樹脂溜め１５からの樹脂逆流による含浸もある。したがって、一定時間経過することで均一にコイルの絶縁層が含浸される。また、この含浸レベルは、コイルに設置した静電容量の測定や樹脂検知装置によって検出できる。
【００６３】
このようにして含浸が終了した後にバルブ１０ａを閉じ、加圧用チューブ７に窒素ガスを導入して所定の圧力を加えると同時に当て板５に配設されたヒータを含浸樹脂の硬化プロセスに合わせて温度制御をすることにより、コイルの絶縁層が硬化成形できる。
【００６４】
上記では１本のコイルを含浸硬化する場合について述べたが、複数本のコイルを含浸硬化する場合には、図４に示すように各コイルのコイル挿入チューブ４の一端をパイプ１６ａにバルブ１０ａをそれぞれ介して接続すると共に、このパイプ１６ａに樹脂槽９を接続し、各コイルのコイル挿入チューブ４の他端をパイプ１６ｂにバルブ１０ｂをそれぞれ介して接続すると共に、このパイプ１６ｂに真空ポンプ１３を接続することにより、前述同様に複数個のコイルの含浸処理が自在にできる。すなわち、複数のコイルに対して個々の条件で温度及び加圧をコントロールしながら同時に含浸・硬化による製造ができ、利便性に優れた方法である。
【００６５】
また、大きな設備を必要とせず、任意に必要数の絶縁コイルが製造できるので、省エネルギーで経済的である。このような特性から、交通不便な発電所等での現地製造、組立にも容易に対応可能な優れた絶縁コイルの製造ができる。
【００６６】
ここで、絶縁コイルの具体的な製造方法の実施例と比較例について述べる。
【００６７】
（実施例２）
長さ１．２ｍの転移した素線コイルにガラス裏打ちの含浸用ドライプリプレグマイカテープを１／２重ね１０回巻き付けてコイル絶縁層を成形したコイルとした。このコイルの外装として離型を兼ねたポリエステルの熱収縮テープを１／２重ねて１回巻き付けた。このコイルをナイロン６製のチューブに入れて、一端を含浸樹脂側に、他端を真空ポンプから繋がるパイプに接続した。その上に第２の実施形態で示したようにヒータ付きの当て板、加圧用のチューブ、カーボン繊維クロスからなる外装により全体を覆うように設置して固定した。
【００６８】
このようなコイルシステムにおいて、図３の略図で示したような接続構成にして第２の実施形態で述べた方法で樹脂を含浸した。先ず、真空ポンプを稼動してコイル絶縁を減圧乾燥し、バルブを開いて含浸樹脂を注入する。この含浸樹脂を窒素ガスで適度に加圧し、当て板に配設されたヒータで温度を上げておくことで含浸速度を調整できる利便性に優れたものとなる。
【００６９】
上記実施例２の含浸速度の結果例を図５のグラフに実線にて示した。
【００７０】
（比較例２）
長さ１．２ｍの転移した素線コイルにガラス裏打ちの含浸用ドライマイカテープを１／２重ね１０回巻き付けてコイル絶縁層を成形したコイルとした。このコイルの外装に離型を兼ねたポリエステルの熱収縮テープを１／２重ねて１回巻き付けた。このコイルを含浸タンクに入れ真空乾燥した後、含浸樹脂を導入して真空含浸を行い、その後加圧に切替えて含浸をする。所定時間経過後タンク圧力を大気圧力に戻してコイルを取り出し、所定の当て板を当ててスプリング法で絶縁層に圧力を加えて熱風乾燥炉で所定の温度プロセスで硬化成形する。
【００７１】
上記比較例２の含浸速度の結果例を図５のグラフに点線にて示した。
【００７２】
上述した含浸における実施例２と比較例２とを対比すると、後者（比較例２）は真空加圧含浸法と言われる最も一般的で、優れた方法と言われている。
【００７３】
これに対して、前者（実施例２）は、第２の実施形態で述べたように絶縁されたコイルをチューブに挿入してチューブの一端を真空ポンプ側に、他端を含浸樹脂側に接続する。含浸樹脂側に圧力を加えることで、コイル絶縁には圧力差が常に加わり樹脂の含浸速度、ボイドの生成が大幅に向上する。これらの一例を図５に示した。
【００７４】
この結果、コイルの電気特性は、特にＶ−ｔａｎδ特性において従来の方法に比べて優れている。
【００７５】
含浸樹脂について言えば、ＶＰＩ法では、貯槽タンクと含浸タンク内を巡回しながら消費され、汚れと貯蔵寿命が大きな問題となるが、実施例２では１回だけの使用になるので、汚れと貯蔵寿命については必要が無い特性になる。したがって、貯蔵槽の必要がなく、数種類の含浸樹脂を用意しておくことも可能であり、発電機などの要求特性に応じた含浸樹脂を用意しておくことができる。
【００７６】
加熱などのエネルギー的には、コイル絶縁層に接してヒータが配設され、且つ加熱用のチューブで断熱されるので、熱効率、コントロール性に優れ、含浸樹脂に合わせた硬化プロフィールを容易に付与することができる。
【００７７】
このように第２の実施形態では、コイルを挿入したチューブ４の一端を真空ポンプ１３に接続し、他端を樹脂槽９の含浸樹脂注入口に接続して、真空ポンプ１３によりコイルを減圧した状態で他端から含浸樹脂を注入している。このとき、含浸樹脂槽９の加圧気体口９ａから、例えば窒素などの気体圧力を加えることで、含浸に要する時間を短縮することができる。
【００７８】
また、真空ポンプ１３側のコイル端に樹脂溜め１５をセットしておくことで、含浸樹脂がコイル端まで達していることが確認できると同時に含浸樹脂の真空ポンプ１３への流入を防止できる。このとき当て板５の温度をコントロールして含浸に適した温度状態にしておくことで含浸性を高めることが可能となり、短時間で含浸ができる。
【００７９】
含浸が完了後、当て板５を所定の硬化温度にコントロールすると同時に加圧用チューブ７に気体による所定の圧力を加えて、絶縁層を加熱と加圧によって硬化させ、所定の寸法に成形する。
【００８０】
この方式での含浸樹脂は、使い切りになるので貯蔵時間が問題になることは殆どなく、そのため、含浸中のコイル温度も高くできるので、樹脂粘度が低下して含浸時間を短縮できる。また、樹脂溜め１５をコイル末端より高くすることで良好に含浸できると共に、廃棄する樹脂量も少なくすることができる。
【００８１】
一方、絶縁コイルの含浸時において、樹脂注入口の反対側に少なくとも１個以上の含浸樹脂検知センサ或いは静電容量測定電極を設けて含浸の程度を検出するようにしている。
【００８２】
含浸樹脂は、注入口側コイルの素線の凹凸への浸入が最も速く、長さ方向と共に絶縁層の外側に向って浸透していく現象が見られる。したがって、樹脂注入口の反対側にセンサを設けておけば、樹脂含浸の状況が判断できる。これらは１本毎に確認できるので、確実に含浸され、大きな含浸タンクで複数本を同時に含浸するよりもコイル特性のバラツキを小さく抑えることができる。
【００８３】
また、樹脂槽９には、気体で樹脂を加圧できる機構を備えており、含浸時に樹脂を加圧することができる。最も一般的で優れた含浸法であるＶＰＩ法は、真空中で樹脂含浸して加圧に切替えて残留ボイドを押しつぶしてさらに含浸を押し進める方法である。
【００８４】
本実施形態では、一方で真空引きをしながら含浸樹脂を加圧する方法で、樹脂にかかる圧力はある範囲で任意に調整できるので、含浸速度を速くできと同時に樹脂と絶縁層中に存在する気体の置換を順序良くでき、残留ボイドを極めて少なくできる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明による回転電機における絶縁コイルの製造装置を示す模式図。
【図２】本発明の第１の実施形態として、プリプレグによる絶縁コイルの製造方法を説明するためのプリプレグ絶縁硬化装置を示す模式図。
【図３】本発明の第２の実施形態として、樹脂含浸による絶縁コイルの製造方法を説明するための樹脂含浸・硬化装置を示す模式図。
【図４】同じく複数本の絶縁コイルの樹脂含浸・硬化装置を示す模式図。
【図５】本発明方法により製造された絶縁コイルの実施例を従来例と対比して示す含浸特性図。
【符号の説明】
【００８６】
１…コイル導体、２…コイル絶縁層、３…離型テープ、４…コイル挿入チューブ、５…当て板、６…ガラス繊維強化プラスチック板、７…加圧用チューブ、８…外装、９…樹脂槽、９ａ…加圧気体口、１０．１０ａ，１０ｂ…バルブ、１１…コイルシステム、１２…窒素加圧系、１３…真空ポンプ、１４…ヒータ制御手段、１５…樹脂溜め、１６ａ，１６ｂ…パイプ。
【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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