(57)【要約】【課題】絶縁コイル形成時に行なわれる含浸樹脂の硬化時に於て、ボイドの発生を抑制することを目的とした。【解決手段】絶縁コイル１を加熱する加熱手段と、絶縁コイル１に樹脂を送出する配管３３ａを冷却する冷却手段とを有し、配管３３ａを絶縁コイル１の温度以下にする温度分布制御手段を備えた硬化装置および絶縁コイル１への樹脂の供給経路を絶縁コイル１の温度以下に冷却しつつ、樹脂に圧力を加えながら絶縁コイル１を加熱して樹脂を硬化させる硬化方法。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁コイルを加熱する加熱手段と、前記絶縁コイルに樹脂を送出する配管を冷却する冷却手段とを有し、前記絶縁コイルを前記樹脂が硬化する温度に加熱しつつ、前記配管を前記絶縁コイルの温度以下にする温度分布制御手段を備えたことを特徴とする硬化装置。
【請求項２】
前記樹脂を加熱硬化させる際に、前記樹脂に圧力を加えることができる加圧手段を有することを特徴とする請求項１記載の硬化装置。
【請求項３】
絶縁コイルへの樹脂の供給経路を絶縁コイルの温度以下に冷却しつつ、絶縁コイルを加熱して樹脂を硬化させることを特徴とする硬化方法。
【請求項４】
前記樹脂を加熱硬化させる際に、前記樹脂に圧力を加えながら硬化させることを特徴とする請求項３記載の硬化方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項の硬化方法を用いて得られた絶縁コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁コイル、樹脂の硬化装置および樹脂の硬化方法に関し、特に、電気機器に用いられる絶縁コイルや超電導コイルなどに樹脂を効率よく注入する場合に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気機器や超電導機器などに用いられる絶縁コイルでは、絶縁強度や機械的強度を向上させるために、絶縁コイルの巻線を絶縁する絶縁物に樹脂を注入含浸し、その樹脂を加熱硬化することが行われている。
【０００３】
樹脂を含浸する場合、絶縁された被含浸物を圧力容器に収納した後、温度を調整しながら真空度２０〜５０Ｐａで水分等を脱気する。そして、真空を保ったまま、被含浸物が埋没するレベルまで樹脂を注入し、含浸の難易によって真空引きの時間を調整する。その後、真空を破り、加圧に切り替えることにより、樹脂含浸を実施する。樹脂含浸が終了すると、圧力を開放し、絶縁された被含浸物を樹脂から取り出し、乾燥機などで加熱硬化を行った後、成形する。この方法は、真空・加圧含浸法（ＶＰＩ法）と称され、従来の樹脂の含浸方法では、最も重用されている。
【０００４】
このＶＰＩ法では、適度なことにより、被含浸物内の残留気体を押し潰すと同時に樹脂を浸透させ、絶縁物中の気体（ボイド）を小さくすることで含浸率を向上させている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のＶＰＩ方式では、減圧含浸の後、加圧に切り替えるために、絶縁物中に気体が残存している場合、その気体が含浸樹脂に包み込まれる。このため、絶縁物中の微細な部分では、樹脂の粘性により気体と樹脂との置換が妨げられ、気体と樹脂との置換を十分に行わせることが困難であった。このため、従来のＶＰＩ方式は、絶縁物中のボイドを完全に除去することができないという問題があった。絶縁物中にボイドがあると、高電圧で使用されるコイルのような場合は、ボイドを起点とした部分放電が容易に発生し、コイル寿命に大きく影響して機器の信頼性を損なうことがある。
【０００６】
また、従来のＶＰＩ方式では、厚い絶縁層に覆われているコイル、絶縁物の体積の大きなコイル、フィルムテープなどを多量に使用した絶縁層、圧縮力を受けた絶縁物、密度の高い絶縁物になどに適用した場合、実用上の真空程度では、絶縁物中の気体を完全に排出し、絶縁物中の気体を含浸樹脂に置き換えることがより一層困難になる。このため、従来のＶＰＩ方式では、厚い絶縁層に覆われているコイル、絶縁物の体積の大きなコイル、フィルムテープなどを多量に使用した絶縁層を有するコイルなどでは、十分な樹脂含浸を行うことができず、ボイドの残留はより深刻な問題であった。
【０００７】
特に、超電導コイルの場合は、運転時に強大な電磁力が働き、その電磁力に対して超電導線が正常に固定されていることが要求される。そのため、コイルの巻き線張力は非常に高くなり、超電導線が絶縁物に対して強い圧縮力を加えた状態のものが多い。そのような絶縁コイルに含浸するには、非常に長時間を要するとともに、十分な樹脂含浸を行うことはさらにより一層困難となる。
【０００８】
また、超電導機器におけるボイドの存在は、部分放電の発生、機械的強度の低下という問題だけでなく、極低温に冷却された時の応力集中によってクラックが発生するなどの問題が発生する。クラックが発生する場合、これによる発熱によって超電導機器としては超電導が破れるという致命的な状態となり、超電導から常伝導に転移するクエンチ現象が発生する。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、ボイドを減らしつつ、樹脂含浸にかかる時間を短縮することが可能な絶縁コイル、樹脂の含浸装置、樹脂の硬化装置、樹脂の含浸方法および樹脂の硬化方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、本発明の絶縁コイルによれば、樹脂の含浸経路を生成する含浸経路生成手段が絶縁層に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、絶縁コイルの絶縁層が強い圧縮力を受けた絶縁物や密度の高い絶縁物で構成される場合においても、それらの絶縁物に対して樹脂の浸透経路を確保して、それらの絶縁物の中に樹脂を効率よく浸透させることが可能となり、樹脂の含浸にかかる時間を短縮することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイルを浸漬している樹脂面の高さを、前記絶縁コイルの樹脂の含浸面以下に制御する樹脂面制御手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、絶縁コイルの樹脂含浸が上下から行われることを防止することが可能となり、絶縁コイル内の樹脂の未含浸部が含浸樹脂で囲まれて、未含浸部に存在する空気の逃げ道が塞がれることを防止することが可能となることから、樹脂含浸の際のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイルに含浸させる樹脂を前記絶縁コイルよりも高い位置で脱泡する脱泡手段を備えることができる。
【００１５】
これにより、樹脂の比重と高さに比例した圧力を絶縁コイルにかけながら、含浸を行うことが可能となり、含浸速度を向上させることが可能となる。
【００１６】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイルに含浸させる樹脂を前記絶縁コイルの下方から供給する樹脂供給手段を備えることができる。
【００１７】
これにより、絶縁コイルを浸漬している樹脂面の高さを、前記絶縁コイルの樹脂の含浸面以下に制御することが可能となり、樹脂含浸時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００１８】
また、前記樹脂供給手段は、前記絶縁コイルに樹脂が浸透する速度以下で、前記樹脂を前記絶縁コイルに供給することが好ましい。
【００１９】
これにより、樹脂の含浸方向に沿って絶縁コイル内に存在する空気を追い出しながら、含浸を行うことが可能となり、樹脂含浸時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００２０】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイルを浸漬する樹脂の真空引きを行う真空引き手段と、前記樹脂にかかる圧力を制御する圧力制御手段と、前記絶縁コイルの含浸時に前記樹脂の圧力制御と真空引きとの切り替え制御を行う切り替え制御手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
これにより、真空引きによるボイドの抑制と、加圧による含浸速度の向上という両方の要請を満たしつつ、樹脂含浸を行うことが可能となり、いずれか一方を犠牲にして含浸する必要がなくなることから、ボイドを最少に押さえつつ、含浸速度を向上させることが可能となる。
【００２２】
また、本発明の含浸装置によれば、静電容量法または抵抗法を用いた液面計と、静電容量法または抵抗法を用いた含浸位置検出器とを備えることができる。
【００２３】
これにより、樹脂液面や含浸面の連続測定を行うことが可能となるとともに、測定精度の向上を図ることが可能となる。
【００２４】
また、本発明の硬化装置によれば、硬化中の樹脂の温度分布を制御する温度分布制御手段を備えることを特徴とする。
【００２５】
これにより、樹脂の供給に寄与しない部分の樹脂の硬化を速め、樹脂の供給に寄与する部分の樹脂の硬化を遅らせることが可能となり、硬化時の収縮分の樹脂をその収縮部分へ供給しながら、樹脂の硬化を進めることが可能となることから、硬化に伴う樹脂の収縮時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００２６】
また、前記温度分布制御手段は、絶縁コイルを加熱する加熱手段と、前記絶縁コイルに樹脂を送出する配管を前記絶縁コイルの温度以下に冷却する冷却手段とを備えることが好ましい。
【００２７】
これにより、樹脂の硬化により絶縁コイルへの樹脂の供給経路が絶たれることを防止しつつ、樹脂を絶縁コイルに供給することが可能となり、硬化時の収縮分の樹脂を補充しながら、樹脂の硬化を進めることが可能となることから、硬化時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００２８】
また、本発明の含浸方法によれば、樹脂と反応せず離型性のある埋め草を絶縁コイルの周りに配置してから、樹脂の含浸を行うことを特徴とする。
【００２９】
これにより、埋め草の体積分だけ樹脂の使用量を低減させることが可能となるとともに、絶縁コイルの周りに固着した樹脂の剥離を容易に行うことが可能となり、コストの低減および作業性の改善を図ることが可能となる。また、樹脂の充填量が減少することから、樹脂の硬化時の反応熱による硬化温度の不均一性を減少させることが可能となり、絶縁コイルの品質を向上させることが可能となる。
【００３０】
また、前記樹脂を通過させ、かつ前記埋め草を通過させない固定手段を用いて、前記埋め草を所定の範囲内に閉じ込めることが好ましい。
【００３１】
これにより、樹脂を注入した際に埋め草が移動し、樹脂の送出管が詰まることを防止することが可能となる。
【００３２】
また、樹脂の含浸前に、前記樹脂の硬化温度以下で前記絶縁コイルの乾燥を行うことが好ましい。
【００３３】
これにより、絶縁コイルの絶縁物の熱膨張差による変形やひずみを抑制することが可能なるとともに、絶縁コイルへの樹脂の注入を絶縁コイルの乾燥終了後に即座に行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明の絶縁コイルによれば、樹脂含浸時のボイドの発生を抑制するため、製品信頼性の高い絶縁コイルとすることができる。
【００３５】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイル内の樹脂の未含浸部が含浸樹脂で囲まれて、未含浸部に存在する空気の逃げ道が塞がれることを防止することが可能となり、樹脂含浸のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、樹脂の比重と高さに比例した圧力を絶縁コイルにかけながら、含浸樹脂を行うことが可能となり、含浸速度を向上させることが可能となる。
【００３７】
また、絶縁コイルを浸漬している樹脂面の高さを、前記絶縁コイルの樹脂の含浸面以下に制御することが可能となり、樹脂含浸時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００３８】
また、樹脂の含浸方向に沿って絶縁コイル内に存在する空気を追い出しながら、含浸を行うことが可能となり、樹脂含浸時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、真空引きによるボイドの抑制と加圧による含浸速度の向上という両方の要請を満たしつつ、樹脂含浸を行うことが可能となり、いずれか一方を犠牲にする必要がなくなることから、ボイドを最少に押さえつつ、含浸速度を向上させることが可能となる。
【００４０】
また、樹脂液面や含浸面の連続測定および測定精度の向上を図ることが可能となる。
【００４１】
また、本発明の硬化装置によれば、樹脂の供給に寄与しない部分の樹脂の硬化を速め、樹脂の供給に寄与する部分の樹脂の硬化を遅らせることが可能となり、硬化時の収縮分の樹脂をその収縮部分へ供給しながら、樹脂の硬化を進めることが可能となることから、硬化時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００４２】
また、絶縁コイルへの樹脂の供給経路が絶たれることを防止することが可能となり、硬化時の収縮分の樹脂を絶縁コイル内へ供給しながら、樹脂の硬化を進めることが可能となることから、硬化時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００４３】
また、本発明の含浸方法によれば、埋め草の体積分だけ樹脂の使用量を低減させることが可能となるとともに、絶縁コイルの周りに固着した樹脂の剥離を容易に行うことが可能となり、コストの低減および作業性の改善を図ることが可能となる。また、樹脂の充填量が減少することから、樹脂の硬化時の反応熱による硬化温度の不均一性を減少させることが可能となり、絶縁コイルの品質を向上させることが可能となる。
【００４４】
また、樹脂を注入した際に埋め草が移動し、樹脂の送出管が詰まることを防止することが可能となる。
【００４５】
また、絶縁コイルの絶縁物の熱膨張差による変形やひずみを抑制することが可能なるとともに、絶縁コイルへの樹脂の注入を絶縁コイルの乾燥終了から即座に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の一実施例に係わる絶縁コイルおよびその含浸・硬化方法について図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図１は、本発明の一実施例に係わる絶縁コイルの概略構成を示す切り欠き外観図である。なお、図１に示した絶縁コイルでは、超伝導コイルを例にとったが、本発明は、それ以外の絶縁コイルにも適用可能である。図１において、超伝導線を円筒状に巻いたソレノイドを同心円状に何層にも重ねることにより、絶縁コイル１が形成され、絶縁コイル１の上下面には、口出し部２ａ、２ｂが設けられている。
【００４８】
図２（ａ）は、図１のＡの部分の拡大図である。図２（ａ）において、撚った超伝導線１２がコンジット１３の内部に封入されており、コンジット１３は巻線絶縁層１４で覆われている。
【００４９】
図２（ｂ）は、図２（ａ）のコンジットタイプの超伝導巻線の拡大図である。図２（ｂ）において、巻線絶縁層１４は、例えば、ガラステープ１４ａおよび貼り合わせテープ１４ｂから構成することができる。例えば、巻線絶縁層１４の最内層には、ガラステープ１４ａを１／２重ね巻し、巻線絶縁層１４の２層目〜４層目には、貼り合わせテープを１／２重ね巻きすることができる。なお、貼り合わせテープ１４ｂとしては、ポリイミドフィルムとガラステ−プとを貼り合わせたものを用いることができる。
【００５０】
図２（ａ）において、図２（ｂ）のコンジットタイプの超電導線１２が円筒状に巻かれたソレノイド１９ａ、１９ｂが同心円状に何層にも積層され、各ソレノイド１９ａ、１９ｂの間には、層間絶縁層１６、１７が設けられている。最外層のソレノイド１９ａの周囲には、対地絶縁層１５が設けられ、対地絶縁層１５の外側には、離型層１８が設けられている。
【００５１】
層間絶縁層１６、１７は、例えば、ガラステープ１６ａ、１７ａを円周方向に１／２重ねで３層巻きとして構成することができる。対地絶縁層１５は、例えば、ガラステープ１５ａを円周方向に１／２重ねで１０層巻きとして構成することができる。離型層１８は、例えば、テフロン（登録商標）テープを１／４重ねで１層巻きとして構成することができる。
【００５２】
層間絶縁層１６、１７および対地絶縁層１５を構成するガラステープ１５ａ〜１７ａの層間には、所定幅のスペーサ１５ｂ〜１７ｂが一定の間隔を置いて縦方向に挿入される。このスペーサ１５ｂ〜１７ｂをガラステープ１５ａ〜１７ａの層間に挿入して、ガラステープ１５ａ〜１７ａを各ソレノイド１９ａ、１９ｂの周りに巻きつけることにより、各スペーサ１５ｂ〜１７ｂの両脇には、隙間１５ｃ〜１７ｃを形成することができる。
【００５３】
ガラステープ１５ａ〜１７ａの各層間に隙間１５ｃ〜１７ｃを形成することにより、層間絶縁層１６、１７および対地絶縁層１５に下から樹脂を注入する際の樹脂の通路を形成することが可能となり、層間絶縁層１６、１７および対地絶縁層１５の樹脂含浸を容易にすることが可能となる。
【００５４】
すなわち、フィルム材や体積の大きいコイルなどに樹脂を含浸させると、含浸時間が長くなる。特に、超伝導コイルの場合、コイルの巻き線張力は非常に高くなり、超電導線が絶縁物に対して強い圧縮力を加えた状態のものが多い。そのような絶縁コイルに含浸するには、非常に長時間を要するとともに、十分な樹脂含浸を行うことは困難となる。
【００５５】
そこで、含浸を容易にするために、帯状または棒状の挿入物を絶縁テープと交差する方向に適当な絶縁層ごとに挿入しつつ、絶縁テープの巻き付けを行う。これにより、挿入物と絶縁テープとの間に若干のスペースを生成することができ、絶縁層に樹脂の含浸パスを生成することができる。このため、含浸パスに先導的に樹脂が注入され、含浸パスの両側に樹脂を含浸浸透させることが可能となることから、樹脂含浸面積が増加し、含浸時間を短縮することが可能となる。
【００５６】
なお、スペーサ１５ｂ〜１７ｂは、例えば、テープ、クロス、セラミックスペーパ、帯状のＦＲＰ（ガラス強化積層板）などを用いることができる。
【００５７】
また、絶縁コイル１の外径が３６００ｍｍ、高さが３０７５ｍｍであるものとすると、スペーサ１５ｂ〜１７ｂの厚さは０．２〜０．５ｍｍ程度、幅は３２ｍｍ程度、間隔は５００ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００５８】
図３は、本発明の一実施例に係わる樹脂含浸コイルの製造装置の概略構成を示すブロック図である。図３において、恒温槽２５には恒温槽２５内の温度を制御する温度制御装置３１ｃが設けられ、恒温槽２５内には圧力容器２４が設けられている。圧力容器２４には、絶縁コイル１が設置され、絶縁コイル１の横には、液面計２２および含浸位置検出器２３が設置される。
【００５９】
ここで、液面計２２および含浸位置検出器２３において、含浸の際の樹脂液面および絶縁コイル１の絶縁物中への浸透面の計測は、静電容量法または抵抗法を用いることができる。
【００６０】
静電容量法では、静電容量法に用いる対向電極の構成は、幾何学的に電極板を固定できればよく、電極板をＦＲＰなどに固定するのが簡便で有効である。また、電極間にガラスクロスや不織布などを挟むことにより、含浸樹脂を検知することもできる。
【００６１】
抵抗法は、絶縁された２本のリード線の先端に配置された電極間の抵抗を計測する方法で、電極を絶縁板に固定するか、あるいはリード線先端の絶縁被覆を剥して対向させるように配置することができる。この抵抗法は、絶縁層の樹脂の有無で３桁〜５桁の抵抗差があるので、非常に感度がよい。
【００６２】
図４は、抵抗法を用いた含浸位置検出器の概略構成を示す側面図である。図４において、固定板４３ａ〜４３ｃにはリード線４１ａ、４１ｂが固定され、リード線４１ａ、４１ｂの先端には電極として金属導体４２ａ、４２ｂが設けられている。
【００６３】
図３において、圧力容器２４の上方には、攪拌脱泡機２６および樹脂貯留槽２７が設けられ、攪拌脱泡機２６は配管３３ａを介して圧力容器２４の下面と接続され、樹脂貯留槽２７は配管３３ｂを介して圧力容器２４の上面と接続されている。ここで、攪拌脱泡機２６を圧力容器２４の上方に設け、攪拌脱泡機２６を絶縁コイル１よりも高い位置に設置することにより、含浸速度を速くすることができる。すなわち、通常、脱泡は真空攪拌でも行なわれるが、含浸の直前に薄膜脱泡をすることも多くの場合行なわれる。この時、攪拌脱泡機２６の位置が絶縁コイル１よりも高いと、含浸樹脂の比重と高さに比例した圧力を絶縁コイル１に作用させることが可能となり、含浸速度を速くすることができる。
【００６４】
配管３３ａには、配管３３ａの温度を独自に制御する温度制御装置３１ａが設けられるとともに、攪拌脱泡機２６の樹脂を圧力容器２４に注入するためのバルブ３２ｅが設けられている。また、配管３３ｂには、配管３３ｂの温度を独自に制御する温度制御装置３１ｂが設けられている。
【００６５】
ここで、配管３３ａ、３３ｂの温度を制御する温度制御装置３１ａ、３１ｂを恒温槽２５内の温度を制御する温度制御装置３１ｃとは別個に設けることにより、樹脂の収縮状態や樹脂の流動性を局所的に制御することが可能となり、絶縁コイル１内に存在する気体を効率よく外部に排出しつつ、樹脂の含浸や硬化を進めることができる。
【００６６】
攪拌脱泡機２６は、攪拌脱泡機２６内の圧力を制御する圧力制御装置２８にバルブ３２ａを介して接続されるとともに、攪拌脱泡機２６内の真空引きを行う真空ポンプ２９にバルブ３２ｂを介して接続されている。
【００６７】
樹脂貯留槽２７は、樹脂貯留槽２７内の圧力を制御する圧力制御装置３０にバルブ３２ｄを介して接続されるとともに、樹脂貯留槽２７内の真空引きを行う真空ポンプ２９にバルブ３２ｃを介して接続されている。
【００６８】
ここで、攪拌脱泡機２６および樹脂貯留槽２７に真空ポンプ２９を設けるとともに、圧力制御装置２８、３０を設けることにより、加圧と真空引きとを繰り返しながら、絶縁コイル１の樹脂の含浸を行うことができ、絶縁コイル１に対する樹脂の濡れ性をある程度維持しつつ、絶縁コイル１内に存在する気体を効率よく外部に排出することが可能となる。なお、圧力制御装置２８、３０は、例えば、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを攪拌脱泡機２６および樹脂貯留槽２７に供給することにより、攪拌脱泡機２６内および樹脂貯留槽２７内の圧力を制御することができる。
【００６９】
図５は、本発明の一実施例に係わる樹脂含浸コイルの各工程の製造条件を示すタイムチャートである。図５において、樹脂含浸コイルの製造は、主に、乾燥工程、含浸工程、硬化工程および離型工程の四工程を経て行われる。
【００７０】
乾燥工程では、樹脂含浸前の絶縁コイルを樹脂硬化温度以下の温度に保ち、減圧と併用するか、あるいは不活性ガスを流しながら、絶縁コイルの絶縁物を乾燥する。
【００７１】
例えば、図３および図５において、絶縁コイル１を圧力容器２４内に配置するとともに、液面計２２および含浸位置検出器２３を絶縁コイル１の横に設置する。そして、バルブ３２ｃを開き、真空ポンプ２９により、樹脂貯留槽２７を介して圧力容器２４内を真空引きしながら、恒温槽２５内を樹脂硬化温度以下の範囲で加熱することにより、絶縁コイル１の乾燥を行う。
【００７２】
このように、乾燥時の絶縁コイル１の温度を樹脂硬化温度以下とすることにより、絶縁コイル１の絶縁物の熱膨張差による変形やひずみを最少に押さえることが可能なるとともに、絶縁コイル１への樹脂の注入を絶縁コイル１の乾燥終了から即座に行うことが可能となる。
【００７３】
含浸工程では、容器に収められた絶縁コイルに樹脂を含浸する場合、容器の下部から樹脂を注入し、樹脂の注入速度を、絶縁物に樹脂が浸透する速度以下とする。
【００７４】
例えば、図３および図５において、樹脂硬化温度より低い温度の含浸樹脂を攪拌脱泡機２６に所定量注入し、真空バルブ３２ｂを開いて攪拌と同時に真空引きを行うことにより、樹脂を十分に脱泡する。そして、真空バルブ３２ｂを閉じ、攪拌脱泡機２６に窒素ガスを供給するためにバルブ３２ａを開けることにより、攪拌脱泡機２６内の圧力を大気圧近傍まで上げる。その後、攪拌脱泡機２６の下部の樹脂注入用のバルブ３２ｅを開け、絶縁コイル１の下部から所定の注入速度で樹脂を注入するとともに、絶縁コイル１の上部から真空引きを行うことにより、絶縁コイル１の樹脂含浸を行う。
【００７５】
ここで、恒温槽２５内の温度は、樹脂の反応が始まらない温度以下であって、かつ、なるべく高い温度に設定することが好ましい。樹脂の温度が高くなると、樹脂の粘度が低下し、絶縁コイル１内への含浸が速く進むからである。一方、樹脂の反応が始まる温度を超えると、樹脂のゲル化が促進され、樹脂の粘度が却って増加するので、樹脂の反応が始まらない温度以下に設定する必要がある。
【００７６】
また、絶縁コイル１の下部から樹脂を注入する場合、絶縁コイル１への樹脂の浸透速度より、圧力容器２４への樹脂の注入速度が遅くなるように、樹脂の圧力容器２４への注入量を制御する。樹脂の注入速度が樹脂の浸透速度より速いと、樹脂の未含浸部の上に樹脂が浸透し、未含浸部を樹脂が覆う状態となる。このような状態になると、未含浸部の残存空気が抜けにくくなり、絶縁コイル１内にボイドが発生する可能性が高くなる。そこで、樹脂の浸透速度より樹脂の注入速度が遅くなるようにして、絶縁コイル１内に存在する空気を樹脂の浸透によって追い出しながら、絶縁コイル１の含浸を進めることにより、絶縁コイル１のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００７７】
図６は、本発明の一実施例に係わる含浸工程での樹脂の注入方法を示す断面図である。ここで、図６（ａ）は、絶縁コイル１内への樹脂の浸透速度より、圧力容器２４内への樹脂の注入速度が遅くなるように、樹脂の注入を行った場合を示す。図６（ａ）において、攪拌脱泡機２６の未含浸樹脂５１が圧力容器２４の下部から注入されると、絶縁コイル１の下から上に向かって樹脂の含浸が進行し、絶縁コイル１に含浸樹脂５２が浸透する。ここで、未含浸樹脂５１の樹脂液面５１ａが含浸樹脂５２の含浸面５２ａよりも下になるように、未含浸樹脂５１の注入量を制御する。これにより、絶縁コイル１の未含浸部５３に存在する気泡５４を上方へ追い出しつつ、絶縁コイル１の含浸を進めることが可能となり、絶縁コイル１のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【００７８】
一方、図６（ｂ）は、絶縁コイル１内への樹脂の浸透速度より、圧力容器２４内への樹脂の注入速度が速くなるように、樹脂の注入を行った場合を示す。図６（ｂ）において、未含浸樹脂５１が圧力容器２４の下部から注入された時に、未含浸樹脂５１の樹脂液面５１ａが含浸樹脂５２の含浸面５２ａよりも上になると、未含浸部５３への樹脂の含浸が、未含浸部５３の周囲全体から進行する。このため、未含浸部５３が含浸樹脂５２で囲まれ、未含浸部５３に存在する気泡５４の逃げ場がなくなる。このため、この気泡５４が絶縁コイル１内に閉じ込められ、絶縁コイル１にボイドが発生する。
【００７９】
また、絶縁コイルに樹脂を真空含浸し、樹脂液面が絶縁コイルの上部の樹脂貯留槽の所定な位置に達すると、真空を破って常圧または加圧にする。所定時間経過後、再度真空に引く。このように、真空と常圧または加圧を複数回繰り返すことにより、ボイドを最少にする。
【００８０】
例えば、図３および図５において、絶縁コイル１の下部からの含浸が、絶縁コイル１全体に行き渡った予定時間を経過後さらに、樹脂液面５１ａが樹脂貯留槽２７の所定の高さになるまで樹脂を注入する。そして、真空ポンプ２９を止め、樹脂貯留槽２７内の圧力を大気圧にする。この時、樹脂貯留槽２７を真空引きしている場合に比べて、絶縁コイル１への樹脂の濡れ性が向上し、絶縁コイル１への樹脂の含浸が進行する。その後、再度、樹脂貯留槽２７内の真空引きを行い、絶縁コイル１に含浸する樹脂の脱泡を行いながら、樹脂液面５１ａが樹脂貯留槽２７の所定の高さになるまで樹脂を注入する。この作業を所定の回数繰り返す。
【００８１】
図７は、本発明の一実施例に係わる含浸工程での樹脂の含浸方法を示す断面図である。図７（ａ）において、樹脂液面５１ａが樹脂貯留槽２７の所定の高さに達すると、攪拌脱泡機２６および樹脂貯留槽２７に窒素ガスを導入することにより、圧力容器２４内の圧力を高くする。これにより、絶縁コイル１への樹脂５１の濡れ性が向上し、絶縁コイル１への樹脂５１の含浸がさらに進行する。
【００８２】
次に、攪拌脱泡機２６および樹脂貯留槽２７の真空引きを行うことにより、絶縁コイル１に含浸する樹脂５１の脱泡を行いながら、樹脂液面５１ａが樹脂貯留槽２７の所定の高さになるまで樹脂５１を注入する。
【００８３】
ここで、一般に広く行なわれているＶＰＩ含浸法では、絶縁コイル１を真空乾燥し、真空状態を保ったまま樹脂を注入する。この真空状態での樹脂は、絶縁層にあまり含浸しない。一方、真空を破り、加圧に切り換えると、内圧との差で急激に樹脂が含浸して行く。しかしながら、加圧状態では、気体が樹脂内に残存したままになるので、ボイドが発生する。そこで、真空引きと常圧あるいは加圧を繰り返しながら、樹脂を含浸させる。これにより、ボイドを最少に押さえつつ、濡れ性を向上させることが可能となり、含浸性を向上させることが可能となる。
【００８４】
硬化工程では、攪拌脱泡機および樹脂貯留槽から圧力を加え、所定の温度条件で含浸樹脂を硬化する。この時、コイル絶縁層に含浸された樹脂が少なくともゲル化を始めるまでの間、恒温槽への樹脂注入配管、圧力容器から樹脂貯留槽までの配管を絶縁コイルの温度未満に冷却する。
【００８５】
例えば、図３および図５において、配管３３ａ、３３ｂを冷却したままの状態で、真空バルブ３２ｂ、３２ｃを閉じ、バルブ３２ａ、３２ｄを開くことにより、攪拌脱泡機２６および樹脂貯留槽２７に窒素ガスを導入する。これにより、攪拌脱泡機２６内および樹脂貯留槽２７内の圧力を上昇させる。そして、配管３３ａ、３３ｂを冷却したままの状態で、恒温槽２４の温度を樹脂の硬化温度まで上げ、樹脂の硬化を所定時間実施する。
【００８６】
図８は、本発明の一実施例に係わる硬化工程での樹脂の硬化方法を示す断面図である。図８において、含浸工程が終了すると、攪拌脱泡機２６および樹脂貯留槽２７に窒素ガスを導入することにより、攪拌脱泡機２６内および樹脂貯留槽２７内を加圧する。また、絶縁コイル１を加熱するとともに、配管３３ａ、３３ｂを冷却する。なお、を絶縁コイル１を加熱する方法として、恒温槽２４の温度を上昇させる方法の他に、絶縁コイル１の超伝導線１２に電流を流す方法や絶縁コイル１の内部にヒータを設置して絶縁コイル１を加熱する方法などを用いてもよい。
【００８７】
ここで、樹脂５１に圧力を加えることにより、絶縁コイル１内に残存している気体の体積を小さくすることが可能となり、この状態を維持したままで樹脂を硬化させることにより、ボイドを小さくすることができる。
【００８８】
また、樹脂は温度が高いほど硬化時間が短くなり、硬化と共に体積が収縮する。このため、絶縁コイル１内部に浸透した含浸樹脂５２の温度を高くして樹脂の反応を促進するとともに、絶縁コイル１の外側の未含浸樹脂５１の温度を低くして樹脂の反応を抑制することにより、絶縁コイル１内部の樹脂５２の硬化が絶縁コイル１の外部の樹脂５１よりも速く進行するようにする。これにより、絶縁コイル１の外部の未含浸樹脂５１の流動性を保ちながら、絶縁コイル１内部の含浸樹脂５２の硬化を進めることが可能となり、絶縁コイル１内部の含浸樹脂５２の収縮に伴ってできた空間を絶縁コイル１の外部の未含浸樹脂５１で補いながら、樹脂の硬化を進めることが可能となる。この結果、絶縁コイル１に含浸された含浸樹脂５２の硬化によるボイドの発生を抑制することができる。
【００８９】
離型工程では、樹脂の硬化完了後、絶縁コイル１全体を室温まで冷却し、絶縁コイル１を圧力容器２４から取り出す。そして、絶縁コイル１の側面に固着した未含浸樹脂５１を離型層１８の部分で剥離する。
【００９０】
このように、上述した実施例では、絶縁コイル１に樹脂を含浸する方法において、絶縁コイル１を温度制御装置３１ｃを具備した金型または圧力容器２４に収納し、あるいは温度を調節できる恒温槽２５に収納する。また、樹脂貯留槽２７樹脂の攪拌脱泡機２６、および樹脂含浸のための複数の配管３３ａ、３３ｂを具備し、恒温槽２５の温度を制御する温度制御装置３１ｃ以外に温度制御装置３１ａ、３１ｂを別個に設け、配管３３ａ、３３ｂの温度を恒温槽２５の温度と独立に制御できるようにする。そして、真空ポンプ２９を接続した樹脂含浸装置により含浸を行い、含浸終了後、常圧ないし加圧に切り替えて、恒温槽２５内の温度を調節して樹脂を硬化させる。
【００９１】
これにより、要素機器ごとに温度調整することが可能となり、含浸樹脂の粘度や可使時間に合わせて最適な条件を選択することが可能となることから、ボイドを最少にする含浸条件を設定できる。
【００９２】
なお、上述した実施例では、絶縁コイル１を圧力容器２４内に設置した際に、絶縁コイル１を圧力容器２４との間に隙間が生じ、この隙間にも樹脂が充填される。このため、絶縁コイル１を圧力容器２４との間にできた隙間分だけ樹脂が無駄に消費される。そこで、この隙間部分に埋め草を予め充填し、その後に樹脂の注入を行うようにする。これにより、埋め草の体積分だけ圧力容器２４内への樹脂の注入量を少なくすることが可能となり、埋め草の体積分の樹脂を節約することができる。ここで、埋め草としては、樹脂と反応せず、かつ樹脂とに離形性を有するプラスチックの成形品または小粒子のチップなどを用いることができる。
【００９３】
図９は、本発明の一実施例に係わる埋め草を用いた樹脂の含浸方法を示す断面図である。図９において、絶縁コイル１を蓋付きの圧力容器２４に収納する際に、絶縁コイル１の上下を除いた横の空間に埋め草６２を挿入する。ここで、埋め草６２の材質は、樹脂５１の反応に影響を与えないことと、樹脂５１と離型性を有するものが好ましい。例えば、埋め草６２の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、またはテフロン（登録商標）などが適している。コストや利便性の観点からは、ポリエチレンが最も適している。
【００９４】
ここで、樹脂５１を圧力容器２４に注入して行くと、埋め草６２には浮力が生じ、埋め草６２が上に移動する力が働く。そのため、液体である樹脂５１は通過できるが、埋め草６２は通過できないようなスペーサ、シール、網状物などを用いることにより、埋め草６２の移動を抑制できるようにする。例えば、絶縁コイル１の上下の境界に、埋め草６２よりも小さな網目を有する網６１ａ、６１ｂを配置することにより、絶縁コイル１の上下に埋め草６２が入らないようにする。
【００９５】
埋め草６２および網６１ａ、６１ｂを圧力容器２４内に配置すると、樹脂５１の注入を圧力容器２４の下から行う。ここで、圧力容器２４内には、埋め草６２が配置されているので、埋め草６２の体積に相当する分の樹脂の消費量を減らすことが可能となる。
【００９６】
絶縁コイル１への含浸樹脂５２の含浸および硬化が完了すると、絶縁コイル１全体を室温まで冷却し、絶縁コイル１を圧力容器２４から取り出す。そして、絶縁コイル１の側面に固着した樹脂５１の剥離を行う。ここで、絶縁コイル１の側面に固着した樹脂５１には、埋め草６２が充填されているため、絶縁コイル１からの樹脂５１の剥離を容易に行うことができる。
【００９７】
このように、離型処理された絶縁コイル１を金型または圧力容器２４に収納する際に、両者の無駄な空間に樹脂と反応しない埋め草６２を充填する。これにより、樹脂の使用量を低減させることが可能となるとともに、絶縁コイル１の側面に固着した樹脂５１の解体を容易にかつ効率よく行うことが可能となる。また、圧力容器２４内の樹脂５１の充填量が減少することから、樹脂５１の硬化時の反応熱による硬化温度の不均一性を減少させることが可能となり、絶縁コイル１の品質を向上させることが可能となる。
【００９８】
以下、超電導コイルに樹脂を含浸させる場合の具体例について説明する。図１〜９において、圧力容器２４内に設置された絶縁コイル１として、コンジットタイプの超電導線１２をソレノイドに巻いた大型の超電導コイルを用いた。超電導線１２の絶縁層１４には、ポリイミドフィルムとガラステ−プを貼り合わせた貼り合わせテープとガラステープを使用した。最内層にはガラステープ１４ａを１／２重ねで巻き付け、２層目からは貼り合わせテープ１４ｂを１／２重ねで巻き付けることにより、４層巻きにした。ソレノイド１９ａ、１９ｂの層間絶縁層１６、１７は、１／２重ね巻きで３層巻きとし、絶縁コイル１の最外層の対地絶縁層１５は１／２重ね巻きで１０層巻とした。さらに、対地絶縁層１５の外側の離型層１８としてテフロン（登録商標）テープを１／４重ね巻きで１回巻きつけた。ソレノイド１９ａ、１９ｂの層間絶縁層１６、１７と対地絶縁層１５には、ガラステープのスペーサ１５ｂ〜１７ｂを適当な間隔を置いて縦に挿入した。絶縁コイル１は、口出し部２の構成や上下の押えにＦＲＰを使用するなど通常のコイルを形成する要素部品も含まれている。
【００９９】
この絶縁コイル１を蓋付きの圧力容器２４に収納して、絶縁コイル１の上下を除いた横の空間に３ｍｍφで長さ５ｍｍ程度の高密度ポリエチレンチップを埋め草６２として挿入した。また、絶縁コイル１の上下に埋め草６２が入らないように、絶縁コイル１の上下の境界に目の細かい網６１ａ、６１ｂを配置した。絶縁コイル１の横に静電容量タイプの液面計２２と抵抗タイプの含浸位置検出器２３を要所に配置した。この圧力容器２４全体を恒温槽２５内に配置し、圧力容器２４に接続する樹脂の通過する配管３３ａ、３３ｂは水冷できるようにした。樹脂の攪拌脱泡機２６は圧力容器２１より高い位置に置き、上下にバルブ３２ａ、３２ｂ、３２ｅを配している。圧力容器２４の上部の樹脂貯留槽２７は樹脂の硬化収縮の補償用に配置した容器である。
【０１００】
樹脂の含浸前には、恒温槽２４内の温度を上げて、絶縁コイル１の温度を１２０℃にして、２４時間真空乾燥をした。その後、恒温槽２４内の温度を下げて、絶縁コイル１の温度を６０℃±５℃に調整し、含浸完了まで、この温度を保持した。
【０１０１】
樹脂の含浸時には、６０℃の含浸樹脂を６０℃の攪拌脱泡機２６に所定量注入して、攪拌と同時に真空引きをして十分に脱泡した。次に、真空バルブ３２ｂを閉じ、攪拌脱泡機２６に窒素ガスを供給するためにバルブ３２ａを開け、攪拌脱泡機２６内の圧力を大気圧近傍まで上げ、攪拌脱泡機２６の下部の樹脂注入用のバルブ３２ｅを開け、所定の注入速度で絶縁コイル１の下部から含浸を行った。この攪拌と注入を繰り返して含浸を進めた。ここで、絶縁コイル１の絶縁物中の含浸面５２ａよりも、圧力容器２４内の樹脂液面５１ａの上昇が速くならないように、液面計２２の計測値と予備実験で確かめた含浸速度を参考にして注入量を調整した。
【０１０２】
絶縁コイル１の下部からの含浸が絶縁コイル１全体に行き渡った予定時間を経過後さらに、樹脂液面５１ａが樹脂貯留槽２７の所定の高さになるまで樹脂を注入した。その後、真空ポンプ２９を止め、樹脂貯留槽２７内の圧力を大気圧にした。この時、さらに絶縁コイル１への含浸が進行した。再度、樹脂貯留槽２７内の真空引きを行い、樹脂液面５１ａが樹脂貯留槽２７の所定の高さになるまで樹脂を注入した。この作業を３回繰り返した。
【０１０３】
しかる後、配管３３ａ、３３ｂを冷却したままの状態で、真空ポンプ２９の系を切り離し、攪拌脱泡機２６および樹脂貯留槽２７に窒素ガスを導入することにより、攪拌脱泡機２６内および樹脂貯留槽２７内の圧力を０．７ＭＰａに上げた。この状態で恒温槽２４の温度を上げ、１２０℃での樹脂の硬化を所定時間実施した。樹脂のゲル化および硬化の進行に従って、絶縁コイル１中の含浸樹脂５２の硬化収縮が始まり、樹脂貯留槽２７の樹脂液面５１ａが低下し、計算予測値とほぼ一致する結果が得られた。樹脂の硬化収縮が安定した後、配管３３ａ、３３ｂの冷却を止め、絶縁コイル１全体の樹脂の硬化程度が一様に揃うように調整した。
【０１０４】
樹脂の硬化完了後、絶縁コイル１全体を室温まで冷却し、絶縁コイル１を圧力容器２４から取り出した。絶縁コイル１側面に固着した樹脂５１の剥離は、絶縁コイル１の側面に固着した樹脂５１に埋め草６２が充填されているため、容易に行うことができる。また、埋め草６２の体積に相当する分の樹脂５１の消費量を減らすことが可能となる。このため、絶縁コイル１の成形が容易となるとともに、低コスト化に加え作業時間の低減にも大きな効果があった。
【０１０５】
また、ボイドの有無を判定するための高電圧コロナ特性も良好で、計算予測と一致する樹脂注入が行なわれたことから、ボイドを極小に抑えることが可能となるとともに、樹脂含浸にかかる時間も短縮することができた。
【０１０６】
以下、本発明の含浸速度を確認するための実験例について説明する。図１０は、本発明の実験例に係わる樹脂含浸の実験装置の構成を示す断面図である。
【０１０７】
図１０（ａ）において、同心円の三層に構成されたアクリル製外筒７１、アクリル製中間内筒７２およびアクリル製内筒７３が設けられ、アクリル製外筒７１の上下には、アクリル製上蓋７４および底板７５が設けられている。アクリル製上蓋７４には、真空ポンプ接続排気口７６が設けられ、アクリル製外筒７１の下方には樹脂注入口７７が設けられている。アクリル製外筒７１とアクリル製中間内筒７２とは、ゴムリング７８でシールされ、アクリル製中間内筒７２とアクリル製内筒７３との間には被含浸絶縁層７９が設けられている。また、アクリル中間円筒７２の下部には、樹脂の通路となる切り欠き７９が形成されている。ここで、アクリル製内筒７３の外径Ｗ１は９０φ、アクリル製中間内筒７２の高さＨ１は１ｍである。
【０１０８】
図１０（ｂ）において、同心円の二層に構成されたアクリル製外筒８１およびアクリル製内筒８２が設けられ、アクリル製外筒８１の上下には、アクリル製上蓋８３および底板８４が設けられている。アクリル製上蓋８３には、真空ポンプ接続排気口８５が設けられ、アクリル製外筒８１の下方には樹脂注入口８６が設けられている。アクリル製内筒８２の周囲には被含浸絶縁層８７が設けられている。ここで、アクリル製内筒８２の外径Ｗ２は４５０φ、アクリル製内筒８２の高さＨ２は１ｍである。
【０１０９】
比較例として、図１０（ａ）のアクリル製中間円筒７２のない構成を用いた。また、被含浸絶縁層７９は、ポリイミドテープの裏表に少量の接着剤でガラステープを貼り付けた三層構造の絶縁テープを用い、この絶縁テープをアクリル製内筒７３に突き合わせで４層巻きつけた。さらに、この絶縁テープの外側に１／４重ねでテフロン（登録商標）テープを巻きつけた。
【０１１０】
セットが完了すると、アクリル製上蓋７４の真空ポンプ接続排気口７６を真空ポンプに接続して、アクリル製外筒７１内の真空引きを行いながら、樹脂注入口７７から樹脂を注入した。ここで、注入された樹脂の液面が樹脂の含浸面よりも５０〜１００mm程度高くなるように、樹脂注入量を調整した。含浸速度は、予めセットしておいたスケールを用いて、目視により測定した。
【０１１１】
実験例１として、図１０（ａ）の構成を用いた。また、被含浸絶縁層７９は、ポリイミドテープの裏表に少量の接着剤でガラステープを貼り付けた三層構造の絶縁テープを用い、この絶縁テープをアクリル製内筒７３に突き合わせで４層巻きつけた。その外側にスリットを１本入れたアクリル中間円筒７２をかぶせ、適度な圧縮力でアクリル中間円筒７２を締め付け、アクリル中間円筒７２のスリット部分をシールした。このアクリル中間円筒７２をアクリル製外筒７１に納め、アクリル中間円筒７２とアクリル製外筒７１との間をゴムリング７８でシールした。
【０１１２】
セットが完了すると、アクリル製外筒７１を真空容器として、真空ポンプ接続排気口７６に真空ポンプを接続した。また、樹脂注入口７７にバルブおよびホースを介して含浸樹脂容器を接続した。そして、アクリル製外筒７１内の真空引きを行いながら、樹脂注入口７７から樹脂を注入し、予めセットしておいたスケールで目視により含浸速度を測定した。ここで、注入された樹脂の液面が樹脂の含浸面よりも５０〜１００mm程度高くなるように、樹脂注入量を調整した。また、注入される樹脂の表面を大気圧として、アクリル製外筒７１内を０．５Ｔｏｒｒ以下に保った。従って、被含浸絶縁層７９には、０．１ＭＰａの差圧が作用する。
【０１１３】
実験例２は、比較例と同様の構成を用いたが、絶縁テープを巻きつけるアクリル製内筒７３の代わりに鉄製内筒を用いた。また、樹脂の含浸を行う前に、被含浸絶縁層７９を１３０℃で１０時間の加熱乾燥させ、その後速やかに組み立てを行い、含浸実験を行った。なお、これ以外の条件は比較例と同じである。
【０１１４】
実験例３は、比較例と同様の構成を用いたが、被含浸絶縁層７９の各層間に厚さ０．２ｍｍ、幅１８ｍｍ、長さ１ｍのセラミックスペーパをスペーサとして挿入した。ここで、第１層目には０°と１８０°の位置に２本挿入し、次の層には９０°と２７０°の位置に２本挿入するようにして、セラミックスペーパを各層に交互に挿入した。なお、これ以外の条件は比較例と同じである。
【０１１５】
実験例４は、実験例３とスペーサの材質のみが異なり、セラミックスペーパの代わりに同一寸法のガラステープを用いた。
【０１１６】
実験例５は、実験例３とスペーサの材質のみが異なり、セラミックスペーパの代わりに同一寸法のガラスエポキシのＦＲＰを用いた。
【０１１７】
実験例６は、図１０（ｂ）の構成のアクリル製内筒８２に実験例１で用いた３層構造の絶縁テープを１／２重ねで４回巻きつけ、スペーサとしてガラステープを挿入した。それ以外の条件は実験例２と同様にした。
【０１１８】
実験例７は、実験例６と同様の構成を用い、含浸樹脂の液面が含浸面よりも約３００ｍｍ高くなるように樹脂の注入量を調整した。それ以外の条件は実験例６と同様にした。
【０１１９】
実験例８は、実験例７と同様の構成を用い、被含浸絶縁層８７、容器、含浸樹脂共に５５℃に調整して含浸を行った。それ以外の条件は実験例７と同様にした。
【０１２０】
なお、比較例および実験例２〜８では、アクリル製中間内筒７２が設けられていないが、被含浸絶縁層８７と被含浸樹脂とはテフロン（登録商標）テープで隔てられており、テフロン（登録商標）テープのラップ目から樹脂が被含浸絶縁層８７に浸透することはないので、被含浸樹脂は被含浸絶縁層７９、８７の下部から注入される。
【０１２１】
上述した比較例および実験例１〜８の実験結果を以下の表に示す。
【０１２２】
【表１】
2007251184.tif 000003
【０１２３】
上記の表において、比較例の含浸速度は３０ｍｍ／ｈであるのに対し、実験例１の含浸速度は３３０ｍｍ／ｈである。ここで、実験例１では被含浸絶縁層７９に圧力差が作用するが、比較例では被含浸絶縁層７９に圧力差が作用しない。この結果、被含浸絶縁層７９に圧力差が作用する場合には、含浸速度が非常に速くなることが示された。
【０１２４】
また、比較例の含浸速度は３０ｍｍ／ｈであるのに対し、実験例２の含浸速度は１１０ｍｍ／ｈである。ここで、実験例２では含浸前に被含浸絶縁層７９の乾燥が行われているが、比較例では含浸前に被含浸絶縁層７９の乾燥が行われていない。この結果、被含浸絶縁層７９の乾燥を行うと、含浸速度が速くなることが示された。
【０１２５】
また、比較例の含浸速度は３０ｍｍ／ｈであるのに対し、実験例３〜５の含浸速度はそれぞれ４０ｍｍ／ｈ、５２ｍｍ／ｈ、６０ｍｍ／ｈである。ここで、実験例３〜５では被含浸絶縁層７９にスペーサが挿入されているが、比較例では被含浸絶縁層７９にスペーサが挿入されていない。この結果、被含浸絶縁層７９にスペーサを挿入すると、含浸速度が速くなることが示された。また、スペーサの材質の違いも含浸速度に若干の影響があることが示された。
【０１２６】
また、実験例２の含浸速度は１１０ｍｍ／ｈであるのに対し、実験例６の含浸速度は７０ｍｍ／ｈである。ここで、実験例６では被含浸絶縁層７９にスペーサが挿入されているが、実験例２では被含浸絶縁層７９にスペーサが挿入されていない。また、実験例６では被含浸絶縁層７９の曲率が実験例２と比べて小さくなっている。この結果、被含浸絶縁層７９の大きさが大きくなると、含浸速度が遅くなるとともに、被含浸絶縁層７９の曲率が小さくなると、スペーサの挿入が含浸速度の改善にあまり寄与しなくなることが示された。
【０１２７】
また、実験例６の含浸速度は７０ｍｍ／ｈであるのに対し、実験例７の含浸速度は９５ｍｍ／ｈである。ここで、実験例７では樹脂の液面と被含浸絶縁層７９の含浸面との差が実験例７と比べて大きくなっている。この結果、樹脂の液面と被含浸絶縁層７９の含浸面との差が大きくなると、含浸速度が速くなることが示された。
【０１２８】
また、実験例７の含浸速度は９５ｍｍ／ｈであるのに対し、実験例８の含浸速度は２１０ｍｍ／ｈである。ここで、実験例８では樹脂の粘度が実験例７と比べて小さくなっている。この結果、樹脂の粘度が小さくなると、含浸速度が速くなることが示された。
【０１２９】
このように、含浸速度には、乾燥、スペーサ、樹脂面のヘッド差、絶縁物に加わる圧力差および樹脂粘度等が影響することが明らかになった。
【０１３０】
実験例９は、実験例４と同じ絶縁構成で樹脂を含浸して、約５０ｃｍまで樹脂を浸透させた後、急速に注入樹脂速度を速め、被含浸絶縁層７９の上端より上に樹脂面がくるようにした。その後、真空ポンプを止め、アクリル製外筒７１内部を徐々に大気圧に戻す操作をした。この操作により、上部からの樹脂含浸が３分程度で約４０ｍｍ浸透した。この結果、真空と大気圧を繰り返すことで含浸速度が速まることが示された。
【０１３１】
実験例１０では、静電容量法および抵抗法の実験を行った。静電容量法では、３０ｍｍ幅、２ｍｍ厚さのＦＲＰ板２枚を対向させ、ＦＲＰ板の内面にアルミテープを貼り、ＦＲＰ板の適度な位置に５ｍｍのギャップ用駒を挟み、静電容量用の電極とした。この静電容量法は、液面の上昇に従って容量が徐々に増加する連続測定に適している。
【０１３２】
抵抗法では、１ｍｍφの絶縁電線の先端を１０ｍｍ程度裸にして、１０ｍｍ幅に並行に配置し、ＦＲＰ板に固定した。この抵抗法では、含浸樹脂に浸った領域は、未含浸のドライの状態の領域に比べて、抵抗値が３〜４桁変化する。このため、抵抗法では、含浸樹脂の有無を精度よく測定することが可能となる。従って、リミッターや２個を使用した液面制御などに効果的に使用できる。
【０１３３】
以上説明したように、上述した実施例によれば、緻密な絶縁物やフィルムを含む難含浸性の絶縁層に対しても、スペーサ、乾燥、含浸液面、圧力差、粘度などを効果的に取り入れ、コイルの下部から含浸することにより、ボイドの少ない含浸絶縁を行うことができる。さらに、含浸の最終過程での圧力変化による含浸の促進と加圧硬化により、ボイドをさらに減少させることが可能となるとともに、絶縁コイルの前後に設けられた樹脂注入管の冷却により、ゲル化時の樹脂の硬化収縮を補償することが可能となり、ボイドのより一層の低減とクラックの発生の抑制に効果がある。
【０１３４】
さらに、含浸樹脂系よりも低価格なポリエチレンなどの埋め草を充填することにより、製品価格の低減に寄与することが可能となるとともに、硬化時の発熱の抑制や成形時の作業時間の短縮にも優れた効果がある。
【０１３５】
また、一般に超電導コイルの場合は、運転時に強大な電磁力が働き、その電磁力に対しても超電導線が正常に固定されていることが要求される。そのため、コイルの巻き線張力は非常に高くなり、超電導線が絶縁物に対しても強い圧縮力を加えた状態が多い。そのような絶縁コイルに含浸するのは、非常に長時間を要するので、含浸に対して工夫が必要である。そこで、上述した含浸法を超電導コイルに適用することにより、ボイドの少ない含浸を短時間で行うことができ、その効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の一実施例に係わる絶縁コイルの概略構成を示す切り欠き外観図である。
【図２】図１のＡの部分の拡大図である。
【図３】本発明の一実施例に係わる樹脂含浸コイルの製造装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】抵抗法を用いた含浸位置検出器の概略構成を示す側面図である。
【図５】本発明の一実施例に係わる樹脂含浸コイルの各工程の製造条件を示すタイムチャートである。
【図６】本発明の一実施例に係わる含浸工程での樹脂の注入方法を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施例に係わる含浸工程での樹脂の含浸方法を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施例に係わる硬化工程での樹脂の硬化方法を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施例に係わる埋め草を用いた樹脂の含浸方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の実験例に係わる樹脂含浸の実験装置の構成を示す断面図である。
【図１】
2007251184.tif 000004
【図２】
2007251184.tif 000005
【図３】
2007251184.tif 000006
【図４】
2007251184.tif 000007
【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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