(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻き付けた後に溶剤を含まない合成樹脂を真空圧力含浸でき、かつそれに続いて熱によって硬化可能であるところの、回転する電気的な高圧機械のためのマイカ含有絶縁テープを製造する方法であって、微細マイカのほかに追加的に有機および／または無機繊維を３ないし５０重量％の範囲で有している繊維含有マイカフィルムに粉体塗料としてのエポキシ樹脂混合物を散布し、この繊維含有マイカフィルムの粉体塗料を散布されているほうの側を圧力と高い温度のもとで支持材料と接着させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記支持材料がガラス繊維、フリース、またはプラスチックフィルムでできている請求項１に記載の方法。
【請求項３】
繊維含有マイカフィルムの中の有機および／または無機繊維が０．１から２０μｍの平均直径を有している請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
繊維含有マイカフィルムの中の有機および／または無機繊維が０．５から１０ｍｍの平均長さを有している請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
繊維含有マイカフィルムの中の繊維割合が３から５０重量パーセントである請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
有機繊維が芳香族ポリアミドまたはポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステルのグループから選択される請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
無機繊維がＥガラス、Ｓガラス、シリコンガラスおよびアルミニウムのグループから選択される請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
繊維含有マイカフィルムが、溶剤を含まない合成樹脂に作用する硬化促進剤を有している請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記硬化促進剤がナフテン酸亜鉛である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
エポキシ樹脂混合物をベースとする粉体塗料が追加的に硬化剤を含んでいる請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記硬化剤がアミン硬化剤である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
粉体塗料として用いられるエポキシ樹脂混合物が８５℃以上の軟化点を有している請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法に基づいて製造されたマイカ含有絶縁テープの、回転する電気的な高圧機械の主絶縁材としての使用方法であって、前記マイカ含有絶縁テープは複数の層で巻線部材の回りに巻き付けられ、次いで溶剤を含まない合成樹脂を真空圧力含浸されることを特徴とする使用方法。
【請求項１４】
溶剤を含まない合成樹脂が、エポキシ樹脂・酸無水物混合物でできている請求項１３に記載の使用方法。
【請求項１５】
前記溶媒を含まない合成樹脂が、ビスフェノールＡまたはビスフェノールＦエポキシ樹脂をベースとするエポキシ樹脂・酸無水物混合物でできている請求項１４に記載の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、回転する電気的な高圧機械のためのマイカ含有絶縁テープであって、巻き付けた後に溶剤を含まない合成樹脂を真空圧力含浸でき、かつそれに続いて熱によって硬化可能であるものを製造する方法、ならびに回転する電気的な高圧機械におけるその利用に関する。
【０００２】
従来の技術
回転する電気的な高圧機械の巻線部材を絶縁するため、近年、真空圧力含浸をベースとする含浸技術が急速に普及してきている。この技術では設計技術上の理由から、巻線部材が型巻コイルかガイドロッド、有利にはレーベル（Ｒｏｅｂｅｌ）バーとして構成されている。こうした巻線部材はマイカを含有する主絶縁材を備えていて、真空圧力含浸法でさらに処理される。このとき含浸樹脂としてはエポキシ樹脂、有利には溶剤を含まない低粘性の樹脂系が用いられる。
【０００３】
こうした樹脂が真空中かつ圧力下で、複数の巻線層で形成されたマイカ含有性の主絶縁材に含浸されるので、巻線層と巻線層の間に部分放電を引き起こす可能性のある空隙が完全に充填され、含浸樹脂が硬化した後では電気的かつ機構的に安定した絶縁スリーブが形成されることになる。
【０００４】
主絶縁材の巻線層は、マイカ含有絶縁テープによって構成される。この絶縁テープは、マイカフィルムと多孔性の支持材料とを結合剤を用いて接着することによって製造される。この多孔性のマイカ含有絶縁テープの役割は、上述した含浸樹脂を真空かつ圧力のもとでできるだけ高い割合で受容することである。
【０００５】
特に発電機製造の分野では、近年、最新の巻取機での非常に優れた加工性に加えて、満足のいく含浸性も備えているマイカ含有絶縁テープの需要が増加している。発電機の設計サイズと出力の増大によって、同様に大きな絶縁壁厚が必要になってきたためである。
【０００６】
公知の絶縁テープはこうした要求を部分的にしか満たしていない。これらの絶縁テープはその物理的、化学的な構造に基づいて、浸透してくる含浸樹脂に対してむしろバリヤとして作用してしまうため、含浸深さは、つまり大きな絶縁壁厚のために含浸される巻線層の数は、含浸時間が長いわりに不充分だからである。
【０００７】
発明の開示
したがって本発明の課題は、冒頭に述べた種類のマイカ含有絶縁テープであって、最新の自動巻取機での非常に優れた巻取特性に加えて、真空圧力含浸の際に大幅に改善された含浸挙動を示すものを提供することである。追加的に、このマイカ含有絶縁テープは容易に製造可能、かつ保管安定性を備えているべきである。
【０００８】
そこで、本発明によれば、このマイカ含有絶縁テープを製造するために、微細マイカのほかに追加的に有機および／または無機繊維を有している繊維含有マイカフィルムに、粉体塗料としてのエポキシ樹脂混合物を散布し、この繊維含有マイカフィルムの粉体塗料を散布されているほうの側を圧力と高い温度のもとで支持材料と接着させる。
【０００９】
有利には、支持材料はガラス繊維、フリース、またはプラスチックフィルムでできている。
【００１０】
マイカフィルムに繊維を混入することでマイカフィルムが多孔性になるので、真空圧力含浸をしている間の含浸樹脂に対する毛管作用が大きくなる。その結果として生まれる利点は、含浸時間が短くなり、粘性の高い樹脂で含浸できるので、絶縁壁厚が非常に大きくても含浸樹脂で完全に含浸させることができることである。
【００１１】
さらに有利には、１００重量パーセントの繊維含有マイカフィルムを基準としたときに、最低３から最高５０重量パーセントまでの繊維含有量を選択する。３重量パーセント以下の繊維割合は含浸性の向上には寄与しない。また、５０重量パーセント以上の繊維割合はマイカ含有絶縁テープの電気的な強度を低くしてしまう。
【００１２】
本発明による方法の別の利点は、繊維含有マイカフィルムの中の有機および／または無機繊維が０．１から２０μｍの平均直径と０．５から１０ｍｍの平均長さを有していることにある。
【００１３】
さらに本発明によれば、有機繊維は芳香族ポリアミドまたはポリエチレンテレフタレートなどの芳香族ポリエステルのグループから選択し、無機繊維はＥガラス、Ｓガラス、シリコンガラスおよびアルミニウムのグループから選択する。
【００１４】
本発明の方法のさらに別の変化形では、繊維含有マイカフィルムが、溶剤を含まない合成樹脂に作用する硬化促進剤、有利にはナフテン酸亜鉛を有している。
【００１５】
追加的に、粉体状のエポキシ樹脂混合物が硬化剤、有利にはアミン硬化剤を含んでいてもよい。
【００１６】
本発明の方法によれば、粉体塗料として用いられるエポキシ樹脂混合物は８５℃以上の軟化点を有している。
【００１７】
さらに本発明は、上述した方法バリエーションに基づいて製造されたマイカ含有絶縁テープを、回転する電気的な高圧機械の主絶縁材として利用することも対象としており、このとき、マイカ含有絶縁テープは複数の層で巻線部材の回りに巻き付けられ、次いで溶剤を含まない合成樹脂を真空圧力含浸される。
【００１８】
さらに、前述した真空圧力含浸をする際に、有利には、たとえばビスフェノールＡまたはビスフェノールＦエポキシ樹脂をベースとするエポキシ酸無水物混合物などの溶剤を含まない合成樹脂が利用される。
【００１９】
エポキシ樹脂・酸無水物は６０℃〜７０℃まで加熱して、含浸プロセスにとって十分に低い粘性になるようにするのが通常である。ところが本発明の方法によって製造されたマイカ含有絶縁テープは、すでにこれよりはるかに高い樹脂粘性で申し分なく含浸され、したがって、３０℃程度までしか加熱できないので大抵は非常に高い含浸粘性を有している樹脂での含浸、たとえばスチロールを含むポリエステル樹脂やモノマーとしてのビニルアルコールなどでの含浸に格別によく適している。
【００２０】
発明を実施する方法
次に、実施例を用いて、ならびに実施例から作成した図１と図２のグラフを参照しながら本発明を詳しく説明する。
【００２１】
実施例１
カ焼していない白雲石または金雲母と、アルカリを含まない５重量パーセントのＥガラス短繊維であって平均８μｍの直径と約３ｍｍの繊維長さを備えているものとの混合物からなる、重量が１６０ｇ／ｍ２の繊維含有マイカフィルムに、メチルエチルケトン中でナフテン酸亜鉛溶液を含浸し、溶剤を蒸発させる。約４ｇ／ｍ２のナフテン酸亜鉛を予備含浸させた繊維含有マイカフィルムに、軟化点８５℃以上の粉体状のエポキシ樹脂混合物を散布し、耐熱性のカレンダーを用いて圧力と熱によって支持材料と接着させる。真空圧力含浸の間に格別に満足のいく含浸値を得るために、エポキシ樹脂混合物に追加的に硬化剤、有利にはアミン硬化剤を添加してもよい。
【００２２】
支持材料としては次のものを使用する。
【００２３】
ａ）単位面積当たり重量が２３ｇ／ｍ２のガラス繊維であって、柔軟な網目構造になる２ｇ／ｍ２のアクリル樹脂で被覆してからアクリル樹脂を硬化させるために１００℃の炉の中で焼戻ししたもの、または
ｂ）単位面積当たり重量が２３ｇ／ｍ２のガラス繊維であって、０，５ｇ／ｍ２のナフテン酸亜鉛で被覆したもの、または
ｃ）単位面積当たり重量が２０ｇ／ｍ２のポリエステルフリース、または
ｄ）単位面積当たり重量が４２ｇ／ｍ２のポリエステルフィルム。
【００２４】
実施例２
カ焼していない白雲石または金雲母と、アルカリを含まない５重量パーセントのＥガラス短繊維であって平均８μｍの直径と約３ｍｍの繊維長さを備えているものとの混合物からなる、重量が１６０ｇ／ｍ２の繊維含有マイカフィルムに、メチルエチルケトン中でエポキシ樹脂混合物を含浸する。溶剤を蒸発させると、約４ｇ／ｍ２のエポキシ樹脂が繊維含有マイカフィルムに残る。この措置により、以後の加工時にマイカ鱗片の剥離が防止されるので、繊維含有マイカフィルムが機械的な負荷に対していっそう抵抗力をもつようになる。
【００２５】
こうして予備含浸したマイカフィルムに、軟化点８５℃以上の粉体状のエポキシ樹脂混合物を散布する。次いで、このように散布した繊維含有マイカフィルムを、耐熱性のカレンダーを用いて圧力と熱によって支持材料と接着させる。
【００２６】
支持材料としては次のものを使用する。
【００２７】
ａ）単位面積当たり重量が２３ｇ／ｍ２のガラス繊維であって、柔軟な網目構造になる２ｇ／ｍ２のアクリル樹脂で被覆してから硬化させるために１００℃の炉の中で焼戻ししたもの、または
ｂ）単位面積当たり重量が２０ｇ／ｍ２のポリエステルフリース、または
ｃ）単位面積当たり重量が４２ｇ／ｍ２のポリエステルフィルム。
【００２８】
本発明に基づいて製造されたマイカ含有絶縁テープの利点は、真空圧力含浸中に含浸された層の数を公知のマイカ含有絶縁テープと比較してみると非常によくわかる。
【００２９】
この目的のため、複数の形材ロッドにそれぞれ２０層のマイカ含有絶縁テープをハーフオーバーラップで巻き付け、この絶縁体の端面を樹脂で鋳込み、このようにして製作した、ガイドロッドとしての巻線部材をシミュレーションした模型ロッドに、溶剤を含まないエポキシ酸無水物含浸樹脂を６０℃で３時間含浸させる。硬化させた後、含浸深さを測定できるように模型ロッドを斜めに切断する。
【００３０】
このようなやり方で、実施例１ａ）に基づく本発明の方法で製造したマイカ含有絶縁テープ（サンプルＡ）、ないし構造上はこれに匹敵するが繊維の添加をしていない公知のマイカ含有絶縁テープ（サンプルＢ）を使用する。
【００３１】
結果は図１および図２のグラフに示すとおりである。
【００３２】
図１のグラフを見るとわかるように、本発明によって製造したマイカ含有絶縁テープＡを使用すると、絶縁厚さ、つまり２０層分の厚さがすべて含浸されているのに対して、繊維の添加をしていない公知の絶縁テープＢは絶縁厚さのほぼ３分の２程度しか含浸されていない。そのため個々の層の間には必然的に空隙が生じ、この空隙が部分放電や、それに伴う絶縁系統の故障につながってしまう。
【００３３】
さらに別の実験では、複数の形材ロッドにそれぞれ１０層のマイカ含有絶縁テープをハーフオーバーラップで巻き付け、この絶縁体の端面を樹脂で鋳込み、このようにして、ガイドロッドとしての巻線部材をシミュレーションした模型ロッド製作する。マイカ含有絶縁テープとしては、実施例１ａ）に基づく本発明の方法で製造したサンプルＡ、および繊維の添加をしていない公知のマイカ含有絶縁テープ（サンプルＢ）を使用する。
【００３４】
引き続いてサンプルＡないしサンプルＢを備えている硬化させた模型ロッドに、熱による老化サイクルを施し、この場合の１サイクルはロッドを１５５℃まで１６時間にわたって加熱し、それに続いて室温まで冷却することを意味している。各サイクルの後に損失係数値（ｔｇδ）を電圧の関数として測定する。こうして得られた最大の上昇分（ΔｔｇΔｍａｘ）は、各サイクル後における絶縁体の視覚的および機械的な状態を反映している。上昇値が大きいことは絶縁材が早期に「ほころびる」ことを意味しており、このことはさらに時間が経過すると電気的な破壊や、それに伴う絶縁の機能停止につながってしまう。
【００３５】
図２に示すグラフは、熱による老化サイクルの回数と、これに対する最大の損失係数上昇（ｔｇδｍａｘ、単位は％）を表している。
【００３６】
これを見るとわかるように、繊維を添加していないマイカ含有絶縁テープ（サンプルＢ）はすでに数回の老化サイクルで、比較のため図示されている本発明の方法で製造したサンプルＡよりも高い最大の損失係数上昇を示しており、このことより絶縁材の層間剥離も非常に急速に進んでいることが推定される。
【００３７】
産業上の利用可能性
本発明により製造される繊維とマイカを含有する絶縁テープはガイドロッド等の巻線部材として利用した場合、複数回の熱による老化サイクルの後でもきわめて満足のいく長期的挙動を示すとともに、層間剥離の傾向をきわめてわずかしか示さない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
0004293408.tif 000002
【図２】
0004293408.tif 000003