(57)【要約】【課題】固定子鉄心と固定子コイルの間の電気的な接続を保障した上で熱伝達特性を向上させる。【解決手段】実施形態によれば、固定子鉄心に設けられる複数のスロットに収納される固定子巻線と、該固定子巻線の長手方向にわたって巻回された固定材とを備え、前記固定材は、半導電材料と、接着樹脂を保持する基材層に接着樹脂を塗布し、前記半導電材料の幅方向に対して中央に所定の幅にわたって配置された接着材料とを有し、前記固定材を前記固定子巻線に対して巻回した後に前記スロットに納めたものである。【選択図】      図１
2012090473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子鉄心に設けられる複数のスロットに収納される固定子巻線と、
該固定子巻線の長手方向にわたって巻回された固定材とを備え、
前記固定材は、半導電材料と、接着樹脂を保持する基材層に接着樹脂を塗布し、前記半導電材料の幅方向に対して中央に所定の幅にわたって配置された接着材料とを有し、
前記固定材を前記固定子巻線に対して巻回した後に、当該固定子巻線を前記スロットに収納したものであることを特徴とする回転電機コイル。
【請求項２】
前記固定材の半導電材料は、熱収縮性を有し、
前記固定材は、前記固定子巻線に巻回された後に前記半導電材料への加熱処理がなされて当該半導電材料が収縮した後に前記スロットに収納されたものであることを特徴とする請求項１記載の回転電機コイル。
【請求項３】
前記固定材は、前記固定子巻線に巻回された後に前記半導電材料への加熱処理がなされて当該半導電材料が収縮した後に前記スロットに収納された後に長手方向に裁断されて固着したものであることを特徴とする請求項２に記載の回転電機コイル。
【請求項４】
前記固定材は、前記固定子巻線に巻回された後に前記半導電材料への加熱処理がなされて当該半導電材料が収縮した後に前記スロットに収納された後に長手方向に裁断された上で、この裁断した固定材に再加熱処理がなされて固着したものであることを特徴とする請求項２に記載の回転電機コイル。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の回転電機コイルを備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
固定子鉄心に設けられる複数のスロットに収納される固定子巻線と、
該固定子巻線の長手方向にわたって巻回された固定材とを備えた回転電機コイルの製造方法であって、
前記固定材を、半導電材料と、接着樹脂を保持する基材層に接着樹脂を塗布し、前記半導電材料の幅方向に対して中央に所定の幅にわたって配置された接着材料とを有する部材として製作し、
前記固定材を前記固定子巻線に対して巻回した後に、当該固定子巻線を前記スロットに収納したことを特徴とする回転電機コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば水車発電機、タービン発電機コイルの固定子コイルに適用される回転電機コイル、回転電機コイルの製造方法および回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来の回転電機コイルの固定子コイルの断面図である。図４に示すように、従来の回転電機コイルは、薄板の鋼板を積層した固定子鉄心２１のスロット２１ａ内に２層の固定子コイル２２がそれぞれ収納されてなる。また、固定子コイル２２はスロット２１ａの開口部付近の楔２４によりスロット２１ａ内に固定される。
【０００３】
各固定子コイル２２の間、スロット２１ａの開口部付近の固定子コイル２２と楔２４の間、スロット２１ａの底部付近の固定子コイル２２と当該底部の間にはスペーサ材である縦方向固定材２３がそれぞれ配置される。
【０００４】
また、スロット２１ａにおける開口部に直交する側面部と当該側面部に向き合う各固定子コイル２２の片側面との間には波型の半導電のスペーサ材である横方向固定材２７が配置される。これにより、スロット２１ａの片側面へ固定子コイル２２を押さえつけて固定させ、運転時の振動などを抑制するとともに、固定子コイル２２の表面の熱を固定子鉄心２１へ伝達させて放散する。
【０００５】
固定子コイル２２は、絶縁層２６が導体束２５を包むように配置されてなる。回転電機の運転中における熱源は固定子コイル２２の導体束２５に大電流が流れることで生じるジュール発熱である。このジュール発熱は、回転電機が間接冷却型発電機である場合は、固定子コイル２２の絶縁層２６を経て固定子鉄心２１へ伝達される。
【０００６】
回転電機の効率を高め、あるいは回転電機の容量を増大させるためには、上記のジュール発熱を効率良く放散させることが必要である。そのような観点からは、固定子コイル２２の絶縁層２６の熱伝導率を高めることや、縦方向固定材２３や横方向固定材２７の熱伝達性を高めることが有効である。
【０００７】
固定子コイルの主絶縁層に関しては、固定子コイルの主絶縁層を構成する部材に無機充填材を付与する構成がある。また、固定子コイルの固定材に関しては、半導電シートに熱伝導物質を塗布したものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３７４６４６号公報
【特許文献２】特開平９−８２１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年は、コンパクトで高出力の発電機が求められている。発電機の固定子コイルにおいては、導体の電流密度及び高電圧化が必要である。しかしながら、熱放散性の観点からは、固定子コイルから鉄心への熱伝達の向上が必要であり、電気的な観点からは、コイル表面の確実な接地が必要である。
【００１０】
前述したように、コイルの固定のための横方向固定材には波型の部材が用いられることがある。この場合、コイル表面と鉄心との間には、ある程度の空気層が介在する。
【００１１】
即ち、コイル表面と鉄心は、ミクロ的にみれば点接触であり、熱および電気的な接続の度合いは低い。つまり熱放散の観点からは熱的な接続が不十分であり、コイル表面を確実に接地する観点からは電気的な接続が不十分である。
【００１２】
また、固定子コイルを前述したように半導電テープ材に熱伝導物質を付与した構成とした場合は、半導電テープ材の熱伝導率の値に応じて熱伝導性物質の熱伝導率を高めないと、固定部全体としてみた場合の熱伝導率が低下するという問題がある。さらに、この構成においては、熱伝導物質の粘度が低い場合は、硬化するまでに内部の熱伝導物質が鉄心内に流出することにより当初の熱伝導率を満たさなくなる場合がある。
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、固定子鉄心と固定子コイルの間の電気的な接続を保障した上で熱伝達特性を向上させることが可能になる回転電機コイル、回転電機コイルの製造方法および回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
実施形態によれば、固定子鉄心に設けられる複数のスロットに収納される固定子巻線と、該固定子巻線の長手方向にわたって巻回された固定材とを備え、前記固定材は、半導電材料と、接着樹脂を保持する基材層に接着樹脂を塗布し、前記半導電材料の幅方向に対して中央に所定の幅にわたって配置された接着材料とを有し、前記固定材を前記固定子巻線に対して巻回した後に前記スロットに納めたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、固定子鉄心と固定子コイルの間の電気的な接続を保障した上で熱伝達特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態における回転電機コイルの固定子コイルの断面図。
【図２】第１の実施形態における回転電機の固定材の断面図。
【図３】第１の実施形態における回転電機の固定子コイルに対して巻き回した固定材の断面図。
【図４】従来の回転電機コイルの固定子コイルの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。  
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態について説明する。  
図１は、第１の実施形態における回転電機コイルの固定子コイルの断面図である。  
図１に示すように、第１の実施形態における回転電機コイルは、薄板の鋼板を積層した固定子鉄心１１の外周側の複数のスロット１１ａ内に２層の固定子コイル１２がそれぞれ収納されてなる。また、固定子コイル１２はスロット１１ａの開口部付近の楔１４によりスロット１１ａ内に固定される。
【００１８】
各固定子コイル１２の間、スロット１１ａの開口部付近の固定子コイル１２と楔１４の間、スロット１１ａの底部付近の固定子コイル１２と当該底部の間にはスペーサ材１３がそれぞれ配置される。固定子コイル１２は、絶縁層１６が導体束１５を包むように配置されてなる。固定子コイル１２の絶縁層１６にはテープ状の固定材１７が固定子コイル１２の長手方向にわたって巻き付けられる。
【００１９】
図２は、第１の実施形態における回転電機の固定材の断面図である。  
図２に示すように、固定材１７は、ガラスマットに接着樹脂を塗布した接着テープ３１と、半導電テープ３２とからなる。半導電テープ３２は、ガラス基材からなるテープに半導電樹脂を塗布したものである。また、半導電テープ３２は、ポリエチレンテレフタレート、あるいはポリエステルフィルムに半導電樹脂を塗布したものであってもよい。半導電テープ３２の表面抵抗値は、少なくとも100〜100000Ωの範囲の導電性を有する抵抗値であれば特に限定されない。
【００２０】
本実施形態では、固定材１７は、半導電テープ３２の幅方向に対して、両端を除く中央部分に幅１／３の範囲で接着テープ３１を貼り付けた構成である。接着テープ３１は弾性力を有し、かつ接着樹脂を保持できる構成であり、望ましくはガラスを基材とするマット様の基材に、接着樹脂、望ましくはエポキシ系の樹脂を付与したものである。この樹脂については、マット基材に重量分率にして５０％程度であることが望ましい。
【００２１】
本実施形態では、このようにして製作された固定材１７を、固定子コイル１２に対して２／３重ね巻きで巻回し、この固定子コイル１２を図１に示すように固定子鉄心１１のスロット１１ａ内へ収納するようにしている。
【００２２】
図３は、第１の実施形態における回転電機の固定子コイルに対して巻き回した固定材の断面図である。  
このような回転電機では、図３に示すように、巻き回した半導電テープ３２同士が接触するので、固定材１７の半導電テープ３２が、固定子コイル１２の表面と固定子鉄心１１の間の電気的な接続が保障される。また、半導電テープ３２の巻回し時、もしくは巻回し後の固定子コイル１２のスロット１１ａへの収納時、および固定材１７の接着テープ３１の接着樹脂の硬化処理時においては、基材層に保持される樹脂の固定子鉄心１１内への流出を抑えることができる。また、接着樹脂の硬化処理後においては、固定子コイル１２と固定子鉄心１１間における良好な接触面の確保ができるため、熱伝達に優れた固定材を実現できる。  
また、このように構成した固定子コイル１２は、従来のものより、作業性に優れ、かつ放熱効果が高い。  
また、このように構成した固定子コイル１２を用いた回転電機は、従来のものより放熱効果が高くなるので、コンパクトで高出力の回転電機を実現することができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、以下の各実施形態における回転電機コイルの固定子コイルの構成は図１に示したものと基本的にほぼ同様であるので同一部分の説明は省略する。  
第２の実施形態では、第１の実施形態で説明した固定材１７の半導電テープ３２が熱収縮性のテープ材料であることを特徴としている。具体的には、半導電テープ３２は、ポリエチレンテレフタレート基材のフィルムの両面に半導電樹脂を塗布したものであり、100℃においてテープ長手方向に20％の収縮率を有するものである。
【００２４】
本実施形態では、このように構成した固定材１７を固定子コイル１２に巻き回した後に、熱風式の加熱装置によりコイル表面を100℃で５分間加熱した。その結果、半導電テープ３２が収縮してコイル幅方向に狭窄され、コイル表面と固定材１７の密着性が良くなり、この固定子コイル１２をスロット１１ａへ収納した際は、固定子コイル１２と固定子鉄心１１の間の熱伝達特性がより向上する。
【００２５】
以上説明したように、第２の実施形態では、固定材の半導電テープを熱収縮性を有するテープで構成して、この固定材を固定子コイルに巻き回した後に、この固定子コイルに対して半導電テープの収縮開始温度までの加熱処理を一度行なうことにより、半導電テープの狭窄力により、固定子コイルをスロットに収納した際における固定材と固定子コイルとの間において良好な密着性が確保できるので、固定子コイルと鉄心の間の熱伝達特性がより向上する。
【００２６】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、まず、熱収縮性のテープ材料である半導電テープ３２を有する固定材１７を固定子コイル１２に巻き回した後、熱風式の加熱装置によりコイル表面を第２の実施形態と同様に100℃で５分間加熱し、この加熱により半導電テープ３２が収縮してコイル幅方向に狭窄され、この固定子コイル１２をスロット１１ａへ収納する形態としている。
【００２７】
さらに、本実施形態では、この収納した固定子コイル１２の固定材１７を構成する半導電テープ３２を長手方向に沿って裁断して応力を開放させ、さらにこの半導電テープ３２に対して前述した加熱装置による再度の加熱処理である後加熱処理を実施した。これにより、スロット１１ａ内での固定材１７の半導電テープ３２のなじみが良くなり、固定子コイル１２の表面と固定材１７との間の密着力ならびにスロット１１ａの表面での半導電テープ３２の樹脂の密着力が向上し、ひいては固定子コイル１２と固定子鉄心１１との間の熱伝達特性がさらに向上する。
【００２８】
以上説明したように、第３の実施形態では、固定材の半導電テープを熱収縮性を有するテープで構成して、この固定材を固定子コイルに巻き回した後に、この固定子コイルに対して半導電テープの収縮開始温度までの加熱処理を一度行なった固定子コイルをコイルスロットに収納し、この収納後に、半導電テープを長手方向に裁断し、一度応力を開放させた後に、後加熱処理を行って固着させる。このように応力を開放させることにより、鉄心のスロット内表面と半導電テープ間の密着力をより高めることができ、固定子コイルと鉄心との間の熱伝達特性がより向上する。また、後加熱処理を行なうことで、鉄心スロット内表面と半導電テープとの間の密着力をさらに高めることができるので、固定子コイルと鉄心との間の熱伝達特性がさらに向上する。また、収納前の加熱処理時における接着樹脂が保持されているため、応力開放時におけるコイル表面と半導電テープとの密着力の低下の程度は小さい。
【００２９】
（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。本実施形態は、第３の実施形態の応用である。本実施形態では、固定材１７の半導電テープ３２が熱収縮性のテープ材料であり、固定材１７を固定子コイル１２に巻き回した後に、熱風式の加熱装置によりコイル表面を加熱処理する際の半導電テープ３２の収縮率が２０％以上となる温度において、接着テープ３１の樹脂のゲル化時間（ゲルタイム）が少なくとも１０分以上となるように、接着テープ３１の接着樹脂の構成の調整を行ったことを特徴としている。
【００３０】
具体的には、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（旭化成イーマテリアルズ製GY260エポキシ樹脂）１００部に、硬化剤（旭化成イーマテリアルズ製ノバキュアHX3722）を２０部配合したものを固定材１７の接着テープ３１の樹脂として用いた。
【００３１】
なお、前述したビスフェノールＡ型エポキシ樹脂１００部に、前述した硬化剤を３０部配合したものを接着テープ３１の樹脂として用いた場合、加熱処理により半導電テープ３２の収縮率が２０％以上となる温度における接着テープ３１の樹脂のゲル化時間は１０分未満であり、この構成においては、半導電テープ３２の加熱処理により樹脂反応が促進されてしまい、過熱処理中にゲル化がなされてしまう事になる。この為、固定子コイル１２をスロット１１ａに収納した後における第３の実施形態で説明した再加熱処理後におけるコイルと固定材との間の熱伝達特性が著しく低いものとなる。このような理由から、加熱処理による半導電テープ３２の収縮率が２０％以上となる温度における接着テープ３１の樹脂のゲル化時間は、少なくとも１０分以上であることが望ましい。
【００３２】
以上説明したように、第４の実施形態では、熱収縮性のテープ材料である半導電テープの収縮率が２０％以上となる温度における、接着テープの樹脂のゲル化時間が少なくとも１０分以上である構成としたので、固定材の半導電テープの加熱処理中に接着テープの樹脂がゲル化することがないため、この加熱処理後における固定材の固定子コイルのスロットへの収納後に行なう再加熱処理における接着テープの樹脂の流動を阻害したり、この阻害に起因して熱伝達特性を低下させたりすることが無くなる。
【００３３】
これらの各実施形態によれば、固定子鉄心と固定子コイルの間の電気的な接続を保障した上で熱伝達特性を向上させることが可能になる回転電機、回転電機コイルの製造方法および回転電機を提供することができる。  
発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１１，２１…固定子鉄心、１２，２２…固定子コイル、１３，２３…スペーサ材、１４，２４…楔、１５，２５…導体束、１６，２６…絶縁層、１７…固定材、２７…半導電スペーサ材、３１…接着テープ、３２…半導電テープ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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