(57)【要約】絶縁対象物の外表面を覆う絶縁構造の製造方法は、絶縁対象物の外側に主絶縁用テープを巻回するテーピングステップ（Ｓ１３）と、テーピングステップ（Ｓ１３）の後に、主絶縁用テープを巻回された絶縁対象物を個体ナノ粒子中に浸漬させるナノ粒子付着ステップ（Ｓ１４）と、主絶縁用テープの巻回が所定の回数行われたかを判定する判定ステップ（Ｓ１５）と、判定ステップ（Ｓ１５）で主絶縁用テープの巻回が所定の回数行われたと判定された後に、絶縁対象物を真空引きする真空引きステップと、真空引きステップの後に、絶縁対象物に、含浸用高分子重合体を圧入して含浸させる含浸ステップを有する。
2020144859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁対象物の外表面を覆う絶縁構造の製造方法であって、
前記絶縁対象物の外側に主絶縁用テープを巻回するテーピングステップと、
前記テーピングステップの後に、前記主絶縁用テープを巻回された前記絶縁対象物を個体ナノ粒子中に浸漬させるナノ粒子付着ステップと、
前記主絶縁用テープの巻回が所定の回数行われたかを判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記主絶縁用テープの巻回が所定の回数行われたと判定された後に、前記絶縁対象物を真空引きする真空引きステップと、
前記真空引きステップの後に、前記絶縁対象物に、含浸用高分子重合体を圧入して含浸させる含浸ステップと、
を有することを特徴とする絶縁構造製造方法。
【請求項２】
前記絶縁対象物は、長手方向に延びており、
前記ナノ粒子付着ステップは、水平に取り付けられた前記絶縁対象物を、前記個体ナノ粒子を収納した上部開放貯槽内の個体ナノ粒子中に浸漬させる浸漬ステップを有することを特徴とする請求項１に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項３】
前記絶縁対象物は回転電機の固定子巻線の積層導体であって、
前記ナノ粒子付着ステップの後であって前記真空引きステップの前に、巻回された積層導体を固定子鉄心に組み込み、巻線組み込み一体物に組み立てる組み立てステップをさらに有し、
前記真空引きステップは、前記巻線組み込み一体物を真空引きすることにより、前記テーピングされた前記絶縁対象物を真空引きする、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項４】
前記テーピングステップは、前記主絶縁用テープの幅の半分ずつずらすハーフラップ方式により前記主絶縁用テープを巻回することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項５】
前記個体ナノ粒子は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素およびカーボンナノチューブの少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項６】
前記含浸ステップで圧入する含浸用高分子重合体にはナノ粒子が混練されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項７】
絶縁対象物の外表面を覆って当該絶縁対象物を電気的に絶縁するために前記絶縁対象物の外表面を覆う絶縁構造の製造装置であって、
前記絶縁対象物の表面に沿って主絶縁用テープを巻回する巻回ヘッドと、
前記絶縁対象物に付着させる個体ナノ粒子を収納する上部開放貯槽と、
を有することを特徴とする絶縁構造製造装置。
【請求項８】
軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する回転子と、
前記回転子鉄心の径方向外側に間隙をあけて設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内面に周方向に互いに間隔をあけて形成され前記固定子鉄心の軸方向の両端まで延びる複数のスロット内および前記固定子鉄心の軸方向外側に配された固定子巻線導体と、前記固定子巻線導体を電気的に絶縁するために前記固定子巻線導体に施された絶縁構造と、を有する固定子と、
前記ロータシャフトの前記回転子鉄心の軸方向の両側のそれぞれで前記ロータシャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、
前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、
を備えた回転電機であって、
前記絶縁構造は、
絶縁対象物の表面に沿って平面的に広がった主絶縁部と、
前記主絶縁部に沿って広がった絶縁性の裏打ち部材と、
前記裏打ち部材内に形成されて前記主絶縁部と前記裏打ち部材とを互いに接合する高分子重合体部と、
を有し、
前記高分子重合体部は、ナノ粒子が散在し、前記ナノ粒子の濃度は前記裏打ち部材の表面において最も高いことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁構造製造方法、絶縁構造製造装置、および回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の絶縁体に電界が加わり、絶縁構造内部の微小欠陥で不平等電界部分が生じ、その部分の電界が絶縁強度限界を超えると、部分放電による局部破壊が生ずる。この局部破壊が絶縁構造内部に電気トリーと呼ばれる樹枝状形態に進展していく。電気トリーは、電極と絶縁体との間のエア・ギャップや、異物、絶縁体中の異物・突起物・ボイドなど、高電界集中部が起点となると考えられている。【０００３】
近年、インバータ（以降ＩＮＶと記載）の利用が進んでいるが、ＩＮＶ駆動回転電機では、繰り返し、ＩＮＶサージを含む繰り返しインパルス電圧が作用する状態で運転されるため、従来の商用周波数(以降ＡＣと記載)による駆動回転電機に比べ、電気トリーの発生進展が加速され、回転電機コイル導体の絶縁構造の寿命が大幅に低下する可能性がある。このため、たとえば、ＡＣ定格電圧３．３ｋＶ用のＩＮＶ駆動回転電機には、ＡＣ格電圧６．６ｋＶ用の絶縁を使用するような仕様とせざるを得ない等の状況が生じている。【０００４】
回転電機に使用されるコイルの構造は、まず、絶縁材料を周囲に有する幾つかの複数の絶縁導体を一つの束として、複数回巻き回しコイルターンを構成する。また一つの束とされた複数の絶縁導体周囲に新たな絶縁体を施しながらコイルターンを構成する場合もあるが、これらターン間の絶縁構造をターン絶縁部と呼ぶ。コイルは運転中に高温にさらされるため、ターン絶縁部は、高温に耐える絶縁階級の高い絶縁材料として、たとえばケイ酸塩鉱物の一種であるマイカ（雲母）をペーパ状にし、他の材料との複合体として、構成されている場合が多い。回転電機の絶縁構造は、通常、これらターン絶縁部が施されたコイル導体の上に、更に、マイカをペーパ状にし、ガラスクロスや高分子フィルム（以降、マイカテープ裏打ち材）と組み合わせたマイカ絶縁テープを複数回巻きつけ、主絶縁と呼ばれる絶縁部分を構成することで成り立っている。【０００５】
電気トリーがこれらターン絶縁部と主絶縁で構成される絶縁構造内部を進展していけば、最終的に絶縁構造部が破壊する。絶縁構造の中において、電気トリーがどのように発生し、進展していくのかを把握することは、電気トリーの発生・進展を防止し、健全な回転電機を維持する上で、きわめて重要な事項である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０１０１８４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
たとえば、高圧型巻き回転電機の固定子において、その絶縁寿命を決定するのは、固定子鉄心の内部に配された上記、主絶縁とターン絶縁部である。これらには、前述のようにいずれもマイカを含む絶縁構造（以下、マイカ絶縁構造）が多用されている。【０００８】
また、マイカ絶縁構造は、最終的にエポキシ樹脂で含浸することにより形成される場合が多い。【０００９】
このように構成されたマイカ絶縁構造における電気トリーのパスは、例えば主絶縁マイカ絶縁構造内をマイカテープ層に対し、直線的にマイカ絶縁層を貫通するのではなく、マイカ絶縁構造を構成しているマイカテ−プ層の各層間に沿って形成されることを、試験の結果から確認することができた。また更に詳細には、マイカテープを構成しているマイカペーパ部分では進展しえず、弱点部分、マイカペーパが貼り合わせられているマイアテープ裏打ち材の内部あるいはその周囲であることが判明した。【００１０】
本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、絶縁構造における電気トリーの進展を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明に係る絶縁構造製造方法は、絶縁対象物の外表面を覆う絶縁構造の製造方法であって、前記絶縁対象物の外側に主絶縁用テープを巻回するテーピングステップと、前記テーピングステップの後に、前記主絶縁用テープを巻回された前記絶縁対象物を個体ナノ粒子中に浸漬させるナノ粒子付着ステップと、前記主絶縁用テープの巻回が所定の回数行われたかを判定する判定ステップと、前記判定ステップで前記主絶縁用テープの巻回が所定の回数行われたと判定された後に、前記絶縁対象物を真空引きする真空引きステップと、前記真空引きステップの後に、前記絶縁対象物に、含浸用高分子重合体を圧入して含浸させる含浸ステップと、を有することを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係る回転電機は、軸方向に延びたロータシャフトと、前記ロータシャフトの径方向外側に設けられた回転子鉄心とを有する回転子と、前記回転子鉄心の径方向外側に間隙をあけて設けられた円筒状の固定子鉄心と、前記固定子鉄心の内面に周方向に互いに間隔をあけて形成され前記固定子鉄心の軸方向の両端まで延びる複数のスロット内および前記固定子鉄心の軸方向外側に配された固定子巻線導体と、前記固定子巻線導体を電気的に絶縁するために前記固定子巻線導体に施された絶縁構造と、を有する固定子と、前記ロータシャフトの前記回転子鉄心の軸方向の両側のそれぞれで前記ロータシャフトを回転可能に支持する２つの軸受と、前記回転子鉄心および前記固定子を収納するフレームと、を備えた回転電機であって、前記絶縁構造は、絶縁対象物の表面に沿って平面的に広がった主絶縁部と、前記主絶縁部に沿って広がった絶縁性の裏打ち部材と、前記裏打ち部材内に形成されて前記主絶縁部と前記裏打ち部材とを互いに接合する高分子重合体部と、を有し、前記高分子重合体部は、ナノ粒子が散在し、前記ナノ粒子の濃度は前記裏打ち部材の表面において最も高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、絶縁構造における電気トリーの進展を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る回転電機の絶縁構造およびテープ巻き導体を説明する斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る絶縁構造の主絶縁用テープの構成を模式的に示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法の全体の手順を示すフロー図である。
【図５】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法の積層導体への主絶縁部の施工ステップの詳細な手順を示すフロー図である。
【図６】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法における主絶縁用テープの巻回ステップでの状態を示す斜視図である。
【図７】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法における主絶縁用テープの巻回を終了した時点の状態を示す斜視図である。
【図８】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法における絶縁対象物の上部開放貯槽内の個体ナノ粒子中への浸漬時の状態を示す斜視図である。
【図９】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法における絶縁対象物セットの周方向への回転時の状態を含む流れを示す横断面図であり、（ａ）は第１の絶縁対象物の第１支持部の支持を外す前の状態、（ｂ）は第１の絶縁対象物の支持を外した後の状態、（ｃ）は第１の絶縁対象物を上部開放貯槽内に浸漬させた状態、（ｄ）は絶縁対象物セットの第１支持部の支持を復活させ第２支持部の支持を外した状態、（ｅ）は、周方向への回転時の状態、（ｆ）は、第２の絶縁対象物を上部開放貯槽内に浸漬させた状態を示す。ここで、（ａ）は、図７のＩＸａ−ＩＸａ線矢視断面図であり、（ｃ）は、図８のＩＸｃ−ＩＸｃ線矢視断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法における絶縁対象物セットの上部開放貯槽内への浸漬の変形例の状態を含む流れを示す横断面図であり、（ａ）は第１および第２の絶縁対象物の第１および第２の支持部の支持を外す前の状態、（ｂ）は第１および第２の支持部を外した後の状態、（ｃ）第１および第２の絶縁対象物と第１および第２の支持部との間に上部開放貯槽内を挿入した状態、（ｄ）第１および第２の絶縁対象物を上部開放貯槽内に浸漬させた状態、（ｅ）は復旧した状態を示す。
【図１１】第１の実施形態に係る回転電機の巻線組み込み一体物の構成を示す縦断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法の巻線組み込み一体物の含浸ステップの詳細な手順を示すフロー図である。
【図１３】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法における真空引きステップの状態を示す立断面図である。
【図１４】第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法における高分子重合体の圧入ステップの状態を示す立断面図である。
【図１５】第１の実施形態に係る絶縁構造の構成を模式的に示す断面図である。
【図１６】従来方式の絶縁構造における電気トリーの進展を模式的に示す断面図である。
【図１７】第１の実施形態に係る絶縁構造の効果を模式的に示す断面図である。
【図１８】第１の実施形態に係る絶縁構造の第１の試験体系を模式的に示す縦断面図である。
【図１９】第１の実施形態に係る絶縁構造の試験結果を模式的に示す針電極周辺の部分縦断面図である。
【図２０】第１の実施形態に係る絶縁構造の第２の試験体系を模式的に示す縦断面図である。
【図２１】第２の実施形態に係る絶縁構造製造方法の巻線組み込み一体物の含浸ステップの詳細な手順を示すフロー図である。
【図２２】第２の実施形態に係る絶縁構造製造方法におけるナノ粒子入り含浸用高分子重合体の圧入ステップの状態を示す立断面図である。
【図２３】第３の実施形態に係る絶縁構造製造方法における主絶縁用テープの巻回を終了した時点の状態を示す正面図である。
【図２４】第３の実施形態に係る絶縁構造製造方法における主絶縁用テープの巻回を終了した時点の状態を示す斜視図である。
【図２５】第３の実施形態に係る絶縁構造製造方法における主絶縁用テープの巻回を終了した時点の状態を示す図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ線矢視側面図である。
【図２６】第３の実施形態に係る絶縁構造製造方法の全体の手順を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施形態に係る絶縁構造、絶縁構造製造方法およびこれを用いた回転電機について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１６】
以下では、回転電機の固定子巻線導体に絶縁構造を適用した場合を例にとって説明するが、絶縁対象物は固定子巻線導体に限定されない。すなわち、導体の外表面を覆う絶縁構造であれば適用可能である。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る回転電機の構成を示す縦断面図である。回転電機１００は、回転子１０、固定子２０、これらの径方向外側を囲うフレーム６およびフレーム６の軸方向の両端にそれぞれ取り付けられた軸受ブラケット７を有する。
【００１８】
回転子１０は、長手方向に延びたロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の径方向外側に設けられた回転子鉄心１２を有する。ロータシャフト１１は、回転子鉄心１２の軸方向の両外側をそれぞれ軸受５によって回転可能に支持されている。軸受５は、それぞれ軸受ブラケット７により固定支持されている。
【００１９】
固定子２０は、回転子鉄心１２の径方向外側に間隙をあけて配された円筒状の固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１内を貫通する固定子巻線２２を有する。
【００２０】
固定子鉄心２１の内側表面に沿って、互いに周方向に間隔をあけて軸方向に貫通する複数の固定子スロット（図示せず）が形成されている。固定子スロット内には、固定子巻線２２用の固定子巻線導体２４（図２）が配されている。
【００２１】
図２は、第１の実施形態に係る絶縁構造およびテープ巻き導体を説明する斜視図である。絶縁構造２０は、ターン絶縁部２５および主絶縁部４９を有する。
【００２２】
固定子巻線２２を構成する複数の固定子巻線導体２４は、７体が積層され、それが２列に並んで、１４体で積層導体２３を形成している。なお、積層数が７体、列数が２列は一例であり、これに限定されず、積層数が７体以外、列数が１列あるいは３列以上でもよい。それぞれの固定子巻線導体２４には、その外側にターン絶縁部２５が施され、ターン絶縁部２５により覆われている。したがって、積層導体２３の外面もターン絶縁部２５により覆われている。
【００２３】
ターン絶縁部２５が施された積層導体２３の外側には、主絶縁として主絶縁用テープ４０が巻回され、積層導体２３の外側に主絶縁部４９が形成されており、全体としてテープ巻き導体５０となる。
【００２４】
ここで、主絶縁用テープ４０の幅をＷとする。主絶縁用テープ４０は、積層導体２３の長手方向にらせん状に巻回されている。図２では、らせんのピッチが、主絶縁用テープ４０の幅Ｗの半分のＷ／２であるハーフラップ方式の場合を示している。すなわち、前回のターンで巻かれた主絶縁用テープ４０と半分重なるようにして巻かれている。なお、巻回方式は、ハーフラップ方式に限らない。たとえば、重ね合わせの幅を変更してもよい。また、重ね合わせることなく、隣接して隙間なく巻回する方式でもよい。この場合は、２回目の巻回は、たとえば、主絶縁用テープ４０の幅の半分だけ長手方向にずらせるようにして巻回する。
【００２５】
一通り積層導体２３の長手方向に巻回されると、さらのその上から２回目の巻回がなされ、主絶縁用テープ４０は、層状をなす。なお、主絶縁用テープ４０の巻回は２回に限らない。たとえば、３回以上でもよいし、１回でもよく、必要な絶縁性能により巻回の回数が選択される。
【００２６】
なお、固定子巻線導体２４のそれぞれには、個別の絶縁処理が施され、その外側から、マイカ絶縁処理を行う場合もある。
【００２７】
図３は、第１の実施形態に係る絶縁構造の主絶縁用テープの構成を模式的に示す断面図である。主絶縁部４９を構成する主絶縁用テープ４０は、マイカ絶縁層４１、裏打ち部材４２、および、裏打ち部材４２に浸透し、裏打ち部材４２とマイカ絶縁層４１を接合させる接合用高分子材４３を有する。マイカ絶縁層４１は、基本的に絶縁機能を担う部分である。また、裏打ち部材４２は、マイカ絶縁層４１に沿ってマイカ絶縁層４１を支持することにより主絶縁用テープ４０としての強度を確保する機能を有する部分である。
【００２８】
ここで、マイカ絶縁層４１の材質は、たとえば、マイカ、石綿、あるいは磁器などである。また、裏打ち部材４２の材料は、たとえば、ガラス繊維などであり、通常は、網目状に編み込まれている。なお、マイカ絶縁層４１の材質は、たとえば、フィルム状の高分子化合物の場合であってもよい。
【００２９】
接合用高分子材４３は、たとえば、不飽和ポリエステル樹脂、あるいはエポキシ樹脂などの高分子重合体である。
【００３０】
マイカ絶縁層４１の厚みは、たとえば１００μｍ程度である。また、裏打ち部材４２の厚みは、これより薄くたとえば３０μｍ程度である。図３において、主絶縁用テープ４０の構成部分として裏打ち部材４２、接合用高分子材４３およびマイカ絶縁層４１を図示したが、接合用高分子材４３については、裏打ち部材４２に浸み込むとともに、マイカ絶縁層４１と裏打ち部材４２を接合する役割を有する。このため、接合用高分子材４３のみの部分の厚みは殆どなく、マイカ絶縁層４１と裏打ち部材４２は通常は互いに殆ど接している状態である。
【００３１】
主絶縁用テープ４０は、マイカ絶縁層４１側を絶縁対象物である積層導体側に、裏打ち部材４２を表側にして巻回される。
【００３２】
図４は、第１の実施形態に係る絶縁構造製造方法の全体の手順を示すフロー図である。
【００３３】
まず、積層導体２３への主絶縁の施工を行う（ステップＳ１０）。図５は、積層導体への主絶縁の施工ステップの詳細な手順を示すフロー図である。
【００３４】
まず、個体ナノ粒子２４２（図８）を貯蔵した上部開放貯槽２４１（図８）を、絶縁対象物セット５３（図７）を取り付ける位置の下方に設置する（ステップＳ１１）。
【００３５】
ここで、上部開放貯槽２４１内に貯蔵される個体ナノ粒子２４２としては、たとえば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などを用いることができる。
【００３６】
ナノ粒子は、一般的に、粒径が数百ｎｍ程度のものまでを含むといわれている。本第１の実施形態で用いる個体ナノ粒子２４２は、数十ｎｍ程度から１００ｎｍ前後の粒径のものである。
【００３７】
数十ｎｍ程度から１００ｎｍ前後の粒径のものの製法としては、化学的に、より微細なものから成長させて製造する方法がある。あるいは、１００ｎｍより十分に大きな粒径のものを粉砕して１００ｎｍ前後あるいはそれ以下のものを製造してもよい。また、接合用高分子材４３内での凝集を防止するために、表面修飾を行ってもよい。
【００３８】
以下の説明においては、数十ｎｍ程度から１００ｎｍ前後の粒径で、媒体中ではない状態、すなわちナノ粒子の集合として存在するものを個体ナノ粒子と呼ぶこととする。
【００３９】
次に絶縁対象物セット５３を絶縁構造製造装置２００（図７、図８）に取り付ける（ステップＳ１２）。
【００４０】
次に、主絶縁用テープ４０を用いて、絶縁対象物である積層導体２３の外表面に、長手方向に沿って一方向に巻回を行う（ステップＳ１３）。この結果、テープ巻き導体５０（図２）が形成される。
【００４１】
図６は、主絶縁用テープ４０の巻回ステップＳ１３での状態を示す斜視図である。主絶縁用テープ４０を繰り出す巻回ヘッド２０１が絶縁対象である積層導体２３の長手方向に移動しながら回転することにより、主絶縁用テープ４０が積層導体２３の周囲に巻回される。
【００４２】
図７は、主絶縁用テープの巻回を終了した時点の状態を示す斜視図である。図８は、絶縁対象物の上部開放貯槽内の個体ナノ粒子中への浸漬時の状態を示す斜視図である。また、図９は、絶縁対象物セットの周方向への回転時の状態を含む流れを示す横断面図であり、（ａ）は第１の絶縁対象物の第１支持部の支持を外す前の状態、（ｂ）は第１の絶縁対象物の支持を外した後の状態、（ｃ）は第１の絶縁対象物を上部開放貯槽内に浸漬させた状態、（ｄ）は絶縁対象物セットの第１支持部の支持を復活させ第２支持部の支持を外した状態、（ｅ）は、周方向への回転時の状態、（ｆ）は、第２の絶縁対象物を上部開放貯槽内に浸漬させた状態を示す。ここで、図９の（ａ）は、図７のＩＸａ−ＩＸａ線矢視断面図であり、（ｃ）は、図８のＩＸｃ−ＩＸｃ線矢視断面図である。
【００４３】
図７ないし図９に示す例では、巻回される絶縁対象物セット５３は、第１の絶縁対象物５４としての固定子巻線導体、および第２の絶縁対象物５５としての固定子巻線導体を有する。第１の絶縁対象物５４としての固定子巻線導体は、固定子鉄心２１の内側表面に形成された固定子スロット内に配される直線部５４ａと、固定子鉄心２１の軸方向の外側の非直線部分５４ｂ、５４ｃを有する。また、第２の絶縁対象物５５としての固定子巻線導体は、固定子スロット内に配される直線部５５ａと、固定子鉄心２１の軸方向の外側の非直線部分５５ｂ、５５ｃを有する。
【００４４】
第１の絶縁対象物５４としての固定子巻線導体の非直線部５４ｂと、第２の絶縁対象物５５としての固定子巻線導体の非直線部５５ｂは、接続部５１において電気的、物理的に接続されている。また、第１の絶縁対象物５４としての固定子巻線導体の非直線部５４ｃは、取り合い部５２ａにおいて他の導体と電気的に接続する。第２の絶縁対象物５５としての固定子巻線導体の非直線部５５ｃは取り合い部５２ｂにおいて他の導体と電気的に接続する。
【００４５】
第１の絶縁対象物５４および第２の絶縁対象物５５を有する絶縁対象物セット５３は、一体となっており、第１の絶縁対象物５４の直線部５４ａと第２の絶縁対象物５５の直線部５５ａとは、互いに平行である。
【００４６】
絶縁構造製造装置２００は、巻回ヘッド２０１、ガイド２０２、駆動部２０３、第１支持部２２１、第２支持部２２２、回動装置２３０ａ、２３０ｂ、上部開放貯槽２４１、および上部開放貯槽支持部２４３を有する。
【００４７】
ガイド２０２は、絶縁対象物セット５３の長手方向に沿って延びており、巻回ヘッド２０１が、第１の絶縁対象物５４あるいは第２の絶縁対象物５５に沿って移動する際に、巻回ヘッド２０１を支持し、ガイドする。駆動部２０３は、巻回ヘッド２０１の回転およびガイド２０２に沿っての移動を駆動する。巻回ヘッド２０１は、たとえば第１の絶縁対象物５４の場合であれば、直線部５４ａおよび直線部５４ａに隣接する非直線部５４ｂ、５４ｃの一部をカバーするように移動する。
【００４８】
第１支持部２２１、第２支持部２２２は、それぞれ、第１の絶縁対象物５４および第２の絶縁対象物５５を支持する。図７および図９（ａ）は、それぞれが、第１の絶縁対象物５４および第２の絶縁対象物５５を支持している状態を示している。第１の絶縁対象物５４および第２の絶縁対象物５５はそれぞれ、ほぼ水平な状態で絶縁構造製造装置２００に取り付けられている。
【００４９】
回動装置２３０ａは、絶縁対象物セット５３の接続部５１を支持する。回動装置２３０ｂは、絶縁対象物セット５３の取り合い部５２ａ、５２ｂを支持する。回動装置２３０ａと回動装置２３０ｂは互いに相俟って、図９（ｅ）に示すように、絶縁対象物セット５３を長手方向の周り、すなわち周方向に回動させる。
【００５０】
上部開放貯槽２４１は、直方体形状であり、個体ナノ粒子２４２を収納する。上方から、第１の絶縁対象物５４の直線部５４ａあるいは第２の絶縁対象物５５の直線部５５ａを個体ナノ粒子２４２内に浸漬させることができるように、上部開放貯槽２４１の上部は開放されている。第１の絶縁対象物５４および第２の絶縁対象物５５をそれぞれ内部の個体ナノ粒子２４２中に浸漬させるために、上部の開口は、上方からこれらのそれぞれを挿入可能なような寸法、形状である。上部開放貯槽２４１は、２つの上部開放貯槽支持部２４３により支持され、たとえば上下方向に移動する。
【００５１】
ステップＳ１３で、主絶縁用テープ４０を、長手方向に沿って一方向に巻回した後に、上部開放貯槽２４１を上昇させ、絶縁対象物を浸漬し、その後、下降させて元の位置に復帰させる（ステップＳ１４）。図８に示すように、上部開放貯槽２４１内には、個体ナノ粒子２４２が貯留されているが、これらは、外観的には、液体のような性状であり、絶縁対象物を上方から下ろすと、液中に下ろしたように振る舞い、絶縁対象物を浸漬させれば周囲に液体のように密着する。
【００５２】
図８では、絶縁対象物として、第１の絶縁対象物５４が、主絶縁用テープ４０の巻回を終えて、上部開放貯槽２４１に貯留された個体ナノ粒子２４２中に浸漬している状態を示している。なお、第２の絶縁対象物５５は、上部開放貯槽２４１の外にある。
【００５３】
この状態では、第１支持部２２１は、たとえば下方に移動、あるいは、横方向に移動し、その空いた空間に上部開放貯槽２４１が移動してきている。絶縁対象物セット５３は、接続部５１を回動装置２３０ａにより、取り合い部５２ａ、５２ｂを回動装置２３０ｂにより、また第２の絶縁対象物５５を第２支持部２２２により支持されているため、第１支持部２２１による支持がなくとも問題ない。なお、一方向の巻回を終えた巻回ヘッド２０１は、接続部５１の近傍まで移動している。
【００５４】
この後に、上部開放貯槽２４１は、相対的に、第１の絶縁対象物５４が、上部開放貯槽２４１の貯留された個体ナノ粒子２４２内に浸漬するように、２つの上部開放貯槽支持部２４３により上方に移動している。
【００５５】
第１の絶縁対象物５４を個体ナノ粒子２４２中に浸漬すると、個体ナノ粒子２４２は、巻回された主絶縁用テープ４０の表面に付着する。この場合、ファンデルワールス力などにより、個体ナノ粒子２４２が主絶縁用テープ４０の表面に凝集しながら付着するため、十分な密度の個体ナノ粒子２４２の付着が期待できる。
【００５６】
また、個体ナノ粒子２４２の付着は、第１の絶縁対象物５４のうち固定子鉄心２１内にある部分についてなされていればよい。第１の絶縁対象物５４はほぼ水平状態であるので、第１の絶縁対象物５４の直線部分が全て浸漬されれば、必要な範囲に付着される。なお、第１の絶縁対象物５４の直線部分が全て浸漬されれば、第１の絶縁対象物５４は完全に水平である必要はなく、水平に近い状態であればよい。これらの実質的に水平と同じ状態を総称して、水平な状態ということとする。
【００５７】
次に、積層導体２３のテーピング、すなわち、主絶縁用テープ４０の巻回が完了したか否かを判定する（ステップＳ１５）。具体的には、第１の絶縁対象物５４あるいは第２の絶縁対象物５５について、主絶縁用テープ４０の巻回が、所定の回数、実施されたか否かを判定する。主絶縁用テープ４０の巻回が完了していないと判定された場合（ステップＳ１５  ＮＯ）には、巻回ヘッド２０１が逆方向に移動しながらさらに巻回を行い（ステップＳ１３）、ステップＳ１５までを繰り返す。したがって、上部開放貯槽２４１に貯留された個体ナノ粒子２４２内への浸漬は、主絶縁用テープ４０の巻回の長手方向に沿って進んだ回数と同じ回数、実施されることになる。回数は、たとえば、巻回ヘッド２０１が取り合い部５２ａ、５２ｂ側から接続部５１側に移動したのを、１回と数える。次に、巻回ヘッド２０１が接続部５１側から取り合い部５２ａ、５２ｂ側に移動したら、合計回数は２回となる。
【００５８】
主絶縁用テープ４０の巻回が完了したと判定された場合（ステップＳ１５  ＹＥＳ）には、絶縁対象物セット５３内のテーピングが完了したか否かを判定する（ステップＳ１６）。すなわち、絶縁構造製造装置２００で巻回している絶縁対象物セット５３のうちの第１の絶縁対象物５４について所定の回数の巻回を終えた後に、第２の絶縁対象物５５の方についても、所定の回数の巻回が終了したか否かを判定する。
【００５９】
絶縁対象物セット５３内のテーピングが完了していないと判定された場合（ステップＳ１６  ＮＯ）には、第２の絶縁対象物５５について巻回を行うために、絶縁対象物セット５３を周方向に回動させる（ステップＳ１７）。こののち、ステップＳ１３からステップＳ１６までを繰り返す。
【００６０】
図９の（ｅ）に、絶縁対象物セット５３の周方向への回動を示している。回動は、回動装置２３０ａおよび回動装置２３０ｂにより行われ、これらの中心を結んだ軸の周りを周方向に角度を変える。したがって、上部開放貯槽２４１をこの軸の下方に設けることにより、第１の絶縁対象物５４および第２の絶縁対象物５５のいずれも、上部開放貯槽２４１に貯留された個体ナノ粒子２４２内に浸漬させることができる。
【００６１】
図１０は、絶縁対象物セットの上部開放貯槽内への浸漬の変形例の状態を含む流れを示す横断面図であり、（ａ）は第１および第２の絶縁対象物の第１および第２の支持部の支持を外す前の状態、（ｂ）は第１および第２の支持部を外した後の状態、（ｃ）第１および第２の絶縁対象物と第１および第２の支持部との間に上部開放貯槽内を挿入した状態、（ｄ）第１および第２の絶縁対象物を上部開放貯槽内に浸漬させた状態、（ｅ）は復旧した状態を示す。
【００６２】
このように、上部開放貯槽２４１が、第１の絶縁対象物５４および第２の絶縁対象物５５を同時に浸漬させる大きさを有し、かつ、これを挿入可能な構成である場合には、図９に示した第１および第２の絶縁対象物のそれぞれを順次、上部開放貯槽２４１内に浸漬する手順に代えて、図１０に示すように、第１および第２の絶縁対象物を同時に、上部開放貯槽２４１内に浸漬する方法をとることができる。
【００６３】
絶縁対象物セット５３内のテーピングが完了したと判定された場合（ステップＳ１６  ＹＥＳ）には、全ての絶縁対象物セット５３について、テーピングを完了したか否かを判定する（ステップＳ１８）。すなわち、回転電機１００を構成する固定子巻線２２に用いられるすべての積層導体２３について、主絶縁用テープ４０の巻回が完了したか否かを判定する。
【００６４】
全ての絶縁対象物セット５３について、テーピングを完了したとはいえないと判定された場合（ステップＳ１８  ＮＯ）には、他の絶縁対象物セットを絶縁構造製造装置２００に取り付けて（ステップＳ１２）、ステップＳ１８までを繰り返す。
【００６５】
全ての絶縁対象物セット５３について、テーピングを完了したと判定された場合（ステップＳ１８  ＹＥＳ）には、積層導体２３への主絶縁の施工ステップＳ１０を終了し、テーピングを終了したテープ巻き導体５０を固定子鉄心２１に組み込み、固定子巻線２２のための結線を施し、巻線組み込み一体物９０（図１１）に組み立てる（ステップＳ２０）。
【００６６】
図１１は、第１の実施形態に係る回転電機の巻線組み込み一体物の構成を示す縦断面図である。巻線組み込み一体物９０は、固定子鉄心２１、固定子巻線２２およびこれらの径方向外側に配されたフレーム６を有する。
【００６７】
ステップＳ２０で巻線組み込み一体物９０を組み立てた後に、巻線組み込み一体物９０の含浸を行う（ステップＳ３０）。
【００６８】
図１２は、絶縁構造製造方法の巻線組み込み一体物の含浸ステップの詳細な手順を示すフロー図である。
【００６９】
まず、巻線組み込み一体物９０の真空引きを行う（ステップＳ３１）。図１３は、真空引きステップの状態を示す立断面図である。
【００７０】
具体的には、まず、巻線組み込み一体物９０を、含浸装置６０の含浸容器６１内に収納する。なお、巻線組み込み一体物９０の出し入れは、フランジ６４で含浸容器６１上下に分割し開放して行うことができる。
【００７１】
高分子重合体供給配管６３上の高分子重合体供給弁６３ａおよび真空排気配管６２上の真空排気弁６２ａを閉じて、含浸容器６１を密閉状態とした後に、たとえば、真空ポンプ（図示せず）に接続された真空排気配管６２上の真空排気弁６２ａを開き、含浸容器６１内を真空引きする。この結果、含浸容器６１内に収納された巻線組み込み一体物９０内のテープ巻き導体５０の主絶縁用テープ４０内の各空間部も真空引きされる。
【００７２】
次に、含浸用高分子重合体４４を圧入、含浸する（含浸ステップＳ３２）。図１４は、高分子重合体の圧入ステップの状態を示す立断面図である。
【００７３】
具体的には、ステップＳ３１で含浸容器６１内が真空引きされた後に、真空排気配管６２上の真空排気弁６２ａを閉じて、高分子重合体供給配管６３上の高分子重合体供給弁６３ａを開き、含浸用高分子重合体４４を容器内に供給する。含浸用高分子重合体４４の供給は、巻線組み込み一体物９０内が含浸用高分子重合体４４に十分に浸漬するまで行う。
【００７４】
テープ巻き導体５０が含浸用高分子重合体４４に十分に浸漬する状態となったら、高分子重合体供給配管６３から加圧ガス６５を含浸容器６１内に供給し、含浸容器６１内を加圧する。ここで、加圧ガス６５は、含浸用高分子重合体４４と反応性のないたとえば不活性ガスなどを用いる。
【００７５】
この結果、含浸用高分子重合体４４が、積層導体２３の周囲に施された主絶縁用テープ４０内に浸透し、主絶縁用テープ４０が含浸用高分子重合体４４を含浸し、高分子重合体部４５（図１５）を形成する状態となる。含浸用高分子重合体４４が、主絶縁用テープ４０に浸透すると、主絶縁用テープ４０の表面に付着している個体ナノ粒子２４２が、含浸用高分子重合体４４に直接触れる結果、個体ナノ粒子２４２は、最も濃度の高い裏打ち部材４２の表面を中心に、分散して、主絶縁用テープ４０の高分子重合体部４５内の全体に広がる。
【００７６】
次に、含浸用高分子重合体４４の固化を行う（ステップＳ３３）。具体的には、巻線組み込み一体物９０を含浸容器６１から取り出し、含浸用高分子重合体４４を主に含む高分子重合体部４５（図１５）を固化させる。なお、高分子重合体がエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂の場合は、加熱等により硬化させる。また、高分子重合体が熱可塑性樹脂の場合は冷却し固化させる。
【００７７】
図１５は、第１の実施形態に係る絶縁構造の構成を模式的に示す断面図である。絶縁対象物である積層導体２３の長手方向に沿った断面を示している。図１５は、主絶縁用テープ４０の巻回が２回なされ、第１回目の巻回によるテーピング層Ａと、第２回目の巻回によるテーピング層Ｂと、２つの層が形成されている場合を示す。
【００７８】
絶縁構造３０は、主絶縁用テープ４０（図３）の主絶縁部分であるマイカ絶縁層４１と、裏打ち部材４２（図３）と、高分子重合体部４５を有する。ここで、高分子重合体部４５は、裏打ち部材４２内および裏打ち部材４２とマイカ絶縁層４１との間に存在していた接合用高分子材４３に含浸用高分子重合体４４が浸透して形成されたものである。また、マイカ絶縁層４１の外側にも、含浸処理の際に付着した含浸用高分子重合体４４により、高分子重合体部４５が形成されており、裏打ち部材４２の内部のみならず、マイカ絶縁層４１の表面には、図１５に示すように高分子重合体部４５が一体的に形成されている。含浸用高分子重合体４４が、主絶縁用テープ４０に接触すると、主絶縁用テープ４０の表面に付着していた個体ナノ粒子２４２は、分散して、主絶縁用テープ４０の高分子重合体部４５内の全体に広がり、図１５に示すような状態となる。
【００７９】
なお、図１５においては、裏打ち部材４２に入り込んで形成された高分子重合体部４５を強調するために、マイカ絶縁層４１の厚さを極端に薄く表示し、また、裏打ち部材４２の表示を省略している。
【００８０】
テーピング層Ａおよびテーピング層Ｂのそれぞれにおいては、積層導体２３の長手方向に互いに隣接するマイカ絶縁層４１同士は、幅の半分ずつ、互いに重なり合っている。これは、前述したハーフラップ方式による主絶縁用テープ４０の巻き方による結果である。
【００８１】
マイカ絶縁層４１の周囲の高分子重合体部４５には、ステップＳ１４において個体ナノ粒子内に浸漬することにより付着した個体ナノ粒子２４２が散在した状態となっている。
【００８２】
図１６は、従来方式の絶縁構造における電気トリーの進展を模式的に示す断面図である。太い矢印付の曲線は、電気トリーの進展パスを模式的に示したものである。高分子重合体部４５ａはナノ粒子を含んでいない。積層導体２３から発した電気トリーは、マイカ絶縁層４１の間の高分子重合体部４５ａをほぼ最短ルートで抜けながら、表面に到達する。
【００８３】
図１７は、第１の実施形態に係る絶縁構造の効果を模式的に示す断面図である。本第１の実施形態による絶縁構造３０においては、マイカ絶縁層４１間の高分子重合体部４５にナノ粒子４８が散在している。なお、図１７は、裏打ち部材４２が、ガラス繊維の場合を示しており、裏打ち部材４２の表側の高分子重合体部４５中のナノ粒子４８が、ガラス繊維を通して、マイカ絶縁層４１内部に一部浸透している。なお、裏打ち部材４２が、たとえば、フィルム状の高分子化合物の場合は、マイカ絶縁層４１内部には浸透しない。
【００８４】
図１７に示すように、本実施形態に係る絶縁構造３０においては、ナノ粒子４８が無い場合に電気トリーが最短ルートで進展するのとは様相が異なり、ナノ粒子４８の存在によって方向を変えながら進展する。この結果、ナノ粒子４８が無い場合に比べて進展速度が大幅に低下する。あるいは、途中でその進展が停止する。
【００８５】
ナノ粒子の存在下での電気トリーの進展の様子を確認する試験を行った。以下にこの試験の結果を説明する。
【００８６】
図１８は、第１の実施形態に係る絶縁構造の第１の試験体系を模式的に示す縦断面図である。第１の試験体７０は、複数のマイカテープを積層した状態を模擬している。したがって、マイカ絶縁層４１の材質はマイカ、裏打ち部材４２はガラス繊維、高分子重合体部４５の材質はエポキシ樹脂である。エポキシ樹脂は、ナノ粒子を含まない。
【００８７】
複数のマイカ絶縁層４１が互いにほぼ平行に積層されている。互いに隣接するマイカ絶縁層４１の間には、裏打ち部材４２と高分子重合体部４５が配されている。
【００８８】
マイカ絶縁層４１の厚みは、１層当たり１００〜１４０μｍであり、裏打ち部材４２と高分子重合体部４５の層の厚みは、１層当たり１０〜４０μmであった。但し、図１８では、前述のように、裏打ち部材４２に入り込んで形成された高分子重合体部４５を強調するために、マイカ絶縁層４１の厚さを極端に薄く表示し、また、裏打ち部材４２と高分子重合体部４５は、一体で表示している。
【００８９】
第１の試験体７０の平面的にほぼ中央の位置に針電極７１を差し込んだ第１の試験体系を設定した。この体系で、針電極７１と接地板７２との間に５０Ｈｚの交流電圧を印加し、部分放電開始電圧を測定した。部分放電開始電圧を検出した後に、サンプルが絶縁破壊するまで、６００Ｖ／ｓｅｃの昇圧速度で印加電圧を上昇させた。
【００９０】
図１９は、第１の実施形態に係る絶縁構造の試験結果を模式的に示す針電極周辺の部分縦断面図である。試験の結果、電気トリー７５は、図１９に破線矢印で示すように、上下に互いに隣接するマイカ絶縁層４１の間を縫ってマイカ絶縁層４１の広がる方向に進展している。また、電気トリー７５は、電界強度の最も高い針電極７１の先端部分７１ａではなく、先端部分７１ａを少し外れた位置（図１９の先端部分７１ａより少し根本側の部分）から発している。電気トリー７５は、マイカ絶縁層４１の広がる方向に、広がりをもって進展している。
【００９１】
以上の第１の試験体７０を用いた第１の試験体系での試験の結果、互いに隣接したマイカ絶縁層４１の間の裏打ち部材４２中の樹脂部分が弱いということが確認できた。
【００９２】
図２０は、第１の実施形態に係る絶縁構造の第２の試験体系を模式的に示す縦断面図である。第１の試験体系での試験結果を受けて、互いに隣接したマイカ層の間のガラスクロス部に針電極を挿入して、高分子重合体部４５にナノ粒子が存在しない場合と、ナノ粒子が存在する場合について、それぞれ試験を行った。
【００９３】
第２の試験体７０ａは、第１の試験体７０と同様に複数のマイカテープを積層した状態を模擬している。したがって、マイカ絶縁層４１の材質はマイカ、裏打ち部材４２はガラス繊維、高分子重合体部４５の材質はエポキシ樹脂である。エポキシ樹脂は、ナノ粒子を含む場合と、含まない場合とがある。
【００９４】
複数のマイカ絶縁層４１が互いにほぼ平行に積層されている。互いに隣接するマイカ絶縁層４１の間には、裏打ち部材４２と高分子重合体部４５が配されている。マイカ絶縁層４１および裏打ち部材４２が延びた端部に接地板７２が設けられている。針電極７１は、互いに隣接するマイカ絶縁層４１に挟まれた裏打ち部材４２と高分子重合体部４５の領域に挿入されている。接地板の幅Ｗは約４ｍｍ、奥行きは約２５ｍｍ、針電極７１と接地板７２との間隔Ｄは約３ｍｍの体系で試験を行った。
【００９５】
試験は、電圧を、１ｋＶから１ｋＶずつ１５ｋＶまで段階的に上昇した後に、１５ｋＶの状態を保った場合の絶縁破壊に至るまでの時間を、高分子重合体部４５にナノ粒子が存在しない場合と存在する場合とを比較した。試験結果では、たとえば、ナノ粒子が存在しない場合は約１．９時間であったのに対して、ナノ粒子が存在する場合は３週間以上であった。この場合、ナノ粒子の平均粒径は１０ないし２０ｎｍ、ナノ粒子の混在率は１０ｗｔ％であった。
【００９６】
以上のように、高分子重合体部４５にナノ粒子を混在させた場合は、電気的な絶縁寿命が大幅に増加する。
【００９７】
また、高分子重合体部４５にナノ粒子を混在させた場合は、熱伝導率が上昇すること、および機械的強度が高くなることが知られている。
【００９８】
たとえば、熱伝導率は、高分子重合体部４５にナノ粒子が混在していない場合には、たとえば、０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ程度であったものが、たとえば、０．４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度まで上昇する。この結果、放熱効果をより大きくできることから電流をより多く流すことができるため、収納出力、すなわち単位体積当たりの出力を高めることができる。
【００９９】
また、機械的強度が高くなることにより、従来は巻線の固定作業に仮の補強等を要していたものが簡素化され、組立作業の効率化を図ることができる。
【０１００】
本第１の実施形態によれば、個体ナノ粒子の付着は、個体ナノ粒子の中に絶縁対象物を浸漬させることにより行うため、個体ナノ粒子が散逸することがなく、個体ナノ粒子を無駄にすることがない。また、固定子巻線導体のうちのほぼ必要な部分にのみ個体ナノ粒子を付着させ、他の部分には付着させないことから、個体ナノ粒子の使用量を大幅に抑制することができる。
【０１０１】
このように、必要最小限の量のナノ粒子を用いて、絶縁構造における電気トリーの進展を抑制することができ、さらに収納出力の向上、組立作業の効率化を図ることができる。また、ナノ粒子入り高分子重合体を直接付着させる方式であるため、たとえば、含浸の場合だとナノ粒子を浸透させることが難しい高濃度の場合を含めて、任意の濃度のナノ粒子を付与することが可能である。
【０１０２】
さらに、ナノ粒子の存在により、電気トリーの進展に対しての絶縁性能を強化できることから、主絶縁用テープの巻回の所定の回数を、従来のナノ粒子が存在しない場合に比べて減少させることもできる。この場合、上部開放貯槽を上下する時間が増えることによる絶縁構造製造に要する全体の時間の増加分と、主絶縁用テープの巻回の回数の減少による絶縁構造製造に要する全体の時間の減少分とが、相殺されれば、従来の時間と同程度、あるいはそれ以下の時間で絶縁構造の製造が可能となる場合もある。
【０１０３】
以上のように、本実施形態によれば、絶縁構造における電気トリーの進展を抑制することができる。
【０１０４】
［第２の実施形態］
図２１は、第２の実施形態に係る絶縁構造製造方法の巻線組み込み一体物の含浸ステップの詳細な手順を示すフロー図である。
【０１０５】
本実施形態は、第１の実施形態の変形である。本第２の実施形態においては、第１の実施形態における含浸用高分子重合体を圧入するステップＳ３２に代えて、ナノ粒子を混練した含浸用高分子重合体を圧入する（ステップＳ１３２）。
【０１０６】
図２２は、第２の実施形態に係る絶縁構造製造方法におけるナノ粒子入り含浸用高分子重合体の圧入ステップの状態を示す立断面図である。含浸装置６０の含浸用含浸容器６１内を真空にしたステップＳ３１の後に、ナノ粒子入り含浸用高分子重合体４７に巻線組み込み一体物９０を浸漬させる。この後に、含浸用含浸容器６１内を加圧し、ナノ粒子入り含浸用高分子重合体４７を巻線組み込み一体物９０内のテープ巻き導体５０に圧入する。
【０１０７】
次に、ナノ粒子入り含浸用高分子集合体を固化する（ステップＳ１３３）。
【０１０８】
なお、本実施形態において、ナノ粒子入り含浸用高分子重合体４７中のナノ粒子の粒径分布は、上部開放貯槽２４１に貯留された浸漬用の個体ナノ粒子２４２の粒径分布とは異なっていてもよい。両者の粒径分布を適切に組み合わせることにより、最も効果的にナノ粒子を、テープ巻き導体５０中に配置することができる。
【０１０９】
上部開放貯槽２４１に貯留された浸漬用の個体ナノ粒子２４２は、含浸ステップＳ１３０より前に、ステップＳ１０（図５）において、各巻回ごとに主絶縁用テープ４０の表面に付着するものである。したがって、含浸ステップＳ１３０で含浸用のナノ粒子入り含浸用高分子重合体４７の流れの影響を受けにくいように、浸漬用の個体ナノ粒子２４２は、たとえば１００ｎｍ前後の粒径とする。一方、ナノ粒子入り含浸用高分子重合体４７に含まれるナノ粒子は、含浸ステップＳ１３０においてテープ巻き導体５０内に浸透しやすいように、１００ｎｍ未満のたとえば、１０ｎｍないし数十ｎｍ程度の粒径とする。たとえば、このように、両者の粒径分布を適切に組み合わせることが効果的である。
【０１１０】
以上のような本実施形態では、ナノ粒子が含浸用高分子重合体４４にも含まれるため、広い範囲で、ナノ粒子の散在状態を確保することができる。この結果、第１の実施形態の効果をさらに確実にすることができる。
【０１１１】
［第３の実施形態］
本第３の実施形態は、第１の実施形態の変形であり、以下に記載する点において第１の実施形態と異なっており、それ以外の点においては、第１の実施形態と同様である。
【０１１２】
図２３は、第３の実施形態に係る絶縁構造製造方法における主絶縁用テープの巻回を終了した時点の状態を示す斜視図である。本第３の実施形態は、回転電機１００が発電機の場合である。本実施形態における発電機の例では、絶縁対象物３００（図２４）は、固定子巻線用の積層導体３１０であり、巻回ヘッド２０１により主絶縁用テープ４０を巻回し、テープ巻き導体３２０とする。
【０１１３】
図２４は、第３の実施形態に係る絶縁構造製造方法における主絶縁用テープの巻回を終了した時点の状態を示す正面図であり、図２５は、図２４のＸＸＶ−ＸＸＶ線矢視側面図である。
【０１１４】
積層導体３１０は、図２４に示すように、一体となって長手方法に延びており、直線部３０１と、直線部３０１の両端に接続する非直線部３０２、３０３を有する。非直線部３０２と非直線部３０３は、直線部３０１の延びる方向に対して角度を形成するように曲がっている。また、図２５に示すように、非直線部３０２と非直線部３０３は、直線部３０１の延びる方向から透視すると、互いに角度を形成するように異なる方法に延びている。
【０１１５】
非直線部３０２の、直線部との接続部と反対側の端部は、取り合い部３０４に接続している。また、非直線部３０３の、直線部との接続部と反対側の端部は、接続部３０５に接続している。
【０１１６】
絶縁構造製造装置２００は、巻回ヘッド２０１、ガイド２０２、駆動部２０３、支持部２２３、上部開放貯槽２４１（図９、図１０）、および上部開放貯槽支持部２４３を有する。
【０１１７】
第１の実施形態と異なるのは、第１支持部２２１および第２支持部２２２に代えて、単一の絶縁対象物３００のための支持部２２３が設けられている。また、第１の実施形態では、第１の絶縁対象物５４と第２の絶縁対象物５５とを切り替えるための回動装置２３０ａ、２３０ｂが設けられているが、本第３の実施形態においては、回動が不要であるため、設置されていない。
【０１１８】
図２６は、第３の実施形態に係る絶縁構造製造方法の全体の手順を示すフロー図である。第１の実施形態においては、第１の絶縁対象物５４と第２の絶縁対象物５５の両者について完了したかの判定ステップＳ１６と、両者間を切り替えるための回動ステップＳ１７を有する。一方、本第３の実施形態に係る絶縁構造製造方法おいては、回動が不要であることから、手順は、ステップＳ１６とステップＳ１７を有しない。
【０１１９】
本実施形態においては、ステップＳ１５において積層を完了したと判定された絶縁対象物３００である積層導体３１０、すなわちテープ巻導体３２０を固定子鉄心２０に組み立てる（ステップＳ１２０）前に、テープ巻導体３２０のそれぞれについて、含浸を行う（ステップＳ１１１）。含浸については、たとえば、第１の実施形態において、図１３および図１４に示すような体系と同様な体系を用いて実施することができる。ただし、固定子として一体に組み立てられていないため、含浸容器６１はより小さいもので対応可能である。
【０１２０】
次に、すべての積層導体３１０について含浸が実施されたか否かを判定し（ステップＳ１１２）、すべての積層導体３１０について実施されたと判定されない場合（ステップＳ１１２  ＮＯ）には、ステップＳ１２からステップＳ１１２までを繰り返す。
【０１２１】
すべての積層導体３１０について実施されたと判定された場合（ステップＳ１１２  ＹＥＳ）には、含浸を実施したテープ巻導体３２０を固定子鉄心２１に組み込み、巻線組み込み一体物９０に組み立てる。なお、この段階で、固定子巻線２２の各要素であるテープ巻導体３２０は、すでに含浸を施されているため、巻線組み込み一体物９０として含浸を施す必要はない。
【０１２２】
以上のように、本実施形態によれば、前述のような発電機の固定子巻線の例の場合においても、絶縁構造における電気トリーの進展を抑制することができる。
【０１２３】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、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。たとえば、実施形態では、絶縁対象物が絶縁構造製造装置に固定されており、上部開放貯槽を上昇させることにより絶縁対象物を個体ナノ粒子に浸漬させる場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、上部開放貯槽を固定して、絶縁対象物を下方に移動することにより絶縁対象物を個体ナノ粒子に浸漬させることでもよい。あるいは、両者を移動させてもよい。
【０１２４】
また、実施形態では、絶縁対象物セット５３が第１の絶縁対象物５４と第２の絶縁対象物５５を有する場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、単一の絶縁対象物の場合でもよい。あるいは、３つ以上の絶縁対象物を有する場合でもよい。
【０１２５】
また、実施形態では、主絶縁の巻回がハーフラップ方式の場合を示したが、これに限定されない。たとえば、長手方向に主絶縁用テープの端部同士が隣接するような巻回方式であってもよい。
【０１２６】
また、実施形態においては、絶縁対象物が固定子巻線用の導体である場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、巻線型誘導回転電機あるいは同期回転電機の回転子巻線用の導体の絶縁構造にも適用可能である。この場合、含浸ステップでは、回転子に回転子に組み上げた一体物ではなく、それぞれの回転子巻線の要素、すなわち、回転子巻線用の導体の状態で含浸を行うことでもよい。
【０１２７】
さらに、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。
【０１２８】
実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。
【符号の説明】
【０１２９】
５…軸受、６…フレーム、７…軸受ブラケット、１０…回転子、１１…ロータシャフト、１２…回転子鉄心、２０…固定子、２１…固定子鉄心、２２…固定子巻線、２３…積層導体、２４…固定子巻線導体、２５…ターン絶縁部、３０…絶縁構造、４０…主絶縁用テープ、４１…マイカ絶縁層、４２…裏打ち部材、４３…接合用高分子材、４４…含浸用高分子重合体、４５、４５ａ…高分子重合体部、４７…ナノ粒子入り含浸用高分子重合体、４８…ナノ粒子、４９…主絶縁部、５０…テープ巻き導体、５１…接続部、５２ａ、５２ｂ…取り合い部、５３…絶縁対象物セット、５４…第１の絶縁対象物、５４ａ…直線部、５４ｂ、５４ｃ…非直線部、５５…第２の絶縁対象物、５５ａ…直線部、５５ｂ、５５ｃ…非直線部、６０…含浸装置、６１…含浸容器、６２…真空排気配管、６２ａ…真空排気弁、６３…高分子重合体供給配管、６３ａ…高分子重合体供給弁、６４…フランジ、６５…加圧ガス、７０…第１の試験体、７０ａ…第２の試験体、７１…針電極、７１ａ…先端部分、７２…接地板、７５…電気トリー、８０…吹き付け装置、８１…リング、８２…ノズル、８３…供給配管、８５…マイクロカプセル、９０…巻線組み込み一体物、１００…回転電機、２００…絶縁構造製造装置、２０１…巻回ヘッド、２０２…ガイド、２０３…駆動部、２２１…第１支持部、２２２…第２支持部、２２３…支持部、２３０ａ、２３０ｂ…回動装置、２４１…上部開放貯槽、２４２…個体ナノ粒子、２４３…上部開放貯槽支持部、３００…絶縁対象物、３０１…直線部、３０２、３０３…非直線部、３０４…取り合い部、３０５…接続部、３１０…積層導体、３２０…テープ巻き導体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年2月12日(2021.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁対象物の外表面を覆う絶縁構造の製造方法であって、
前記絶縁対象物の外側に主絶縁用テープを巻回するテーピングステップと、
前記テーピングステップの後に、個体ナノ粒子を収納する上部開放貯槽を上方に引き上げることにより前記主絶縁用テープを巻回された前記絶縁対象物を前記個体ナノ粒子中に浸漬させるナノ粒子付着ステップと、
前記主絶縁用テープの巻回が所定の回数行われたかを判定する判定ステップと、
前記判定ステップで前記主絶縁用テープの巻回が前記所定の回数行われたと判定された後に、前記絶縁対象物を真空引きする真空引きステップと、
前記真空引きステップの後に、前記絶縁対象物に、含浸用高分子重合体を圧入して含浸させる含浸ステップと、
を有することを特徴とする絶縁構造製造方法。
【請求項２】
前記絶縁対象物は、長手方向に延びており、
前記ナノ粒子付着ステップは、水平に取り付けられた前記絶縁対象物を、前記個体ナノ粒子を収納した上部開放貯槽内の前記個体ナノ粒子中に浸漬させる浸漬ステップを有することを特徴とする請求項１に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項３】
前記絶縁対象物は回転電機の固定子巻線の積層導体であって、
前記ナノ粒子付着ステップの後であって前記真空引きステップの前に、巻回された前記積層導体を固定子鉄心に組み込み、巻線組み込み一体物に組み立てる組み立てステップをさらに有し、
前記真空引きステップは、前記巻線組み込み一体物を真空引きすることにより、前記テーピングされた前記絶縁対象物を真空引きする、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項４】
前記テーピングステップは、前記主絶縁用テープの幅の半分ずつずらすハーフラップ方式により前記主絶縁用テープを巻回することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項５】
前記個体ナノ粒子は、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素およびカーボンナノチューブの少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項６】
前記含浸ステップで圧入する前記含浸用高分子重合体にはナノ粒子が混練されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の絶縁構造製造方法。
【請求項７】
絶縁対象物の外表面を覆って当該絶縁対象物を電気的に絶縁するために前記絶縁対象物の前記外表面を覆う絶縁構造の製造装置であって、
前記絶縁対象物の表面に沿って主絶縁用テープを巻回する巻回ヘッドと、
前記絶縁対象物に付着させる個体ナノ粒子を収納し前記巻回ヘッドに装着された前記絶縁対象物を前記個体ナノ粒子中に浸漬するために上方に移動可能な上部開放貯槽と、
を有することを特徴とする絶縁構造製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上述の目的を達成するため、本発明に係る絶縁構造製造方法は、絶縁対象物の外表面を覆う絶縁構造の製造方法であって、前記絶縁対象物の外側に主絶縁用テープを巻回するテーピングステップと、前記テーピングステップの後に、個体ナノ粒子を収納する上部開放貯槽を上方に引き上げることにより前記主絶縁用テープを巻回された前記絶縁対象物を前記個体ナノ粒子中に浸漬させるナノ粒子付着ステップと、前記主絶縁用テープの巻回が所定の回数行われたかを判定する判定ステップと、前記判定ステップで前記主絶縁用テープの巻回が前記所定の回数行われたと判定された後に、前記絶縁対象物を真空引きする真空引きステップと、前記真空引きステップの後に、前記絶縁対象物に、含浸用高分子重合体を圧入して含浸させる含浸ステップと、を有することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
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