(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の固定子コイルにおいて、前記固定子コイルの端部にはエポキシコンパウンドが加圧充填されており、前記エポキシコンパウンドが、エポキシ樹脂に、変性脂肪族ポリアミンを硬化剤とし、短繊維及び無機質充填材を混合した組成物で形成されており、常温での粘度が５０，０００〜１，０００，０００ｍｐａ・ｓでポットライフが２〜８時間、ゲル化および硬化時の発熱温度が１３０℃以下であることを特徴とする回転電機の固定子コイル。
【請求項２】
回転電機の固定子コイルの製造方法において、前記固定子コイルの端部の外周側に絶縁リングを、内周側に押え具が設けられ、前記固定子コイル端部に、エポキシ樹脂と、変性脂肪族ポリアミンを硬化剤とし、短繊維および無機質充填材を混合した組成物で形成されたエポキシコンパウンドを加圧充填して硬化、一体化させることを特徴とする回転電機の固定子コイルの製造方法。
【請求項３】
エポキシコンパウンドが、常温での粘度が５０，０００〜１，０００，０００ｍａｐ・ｓで、ポットライフが２〜８時間、ゲル化および硬化時の発熱温度が１３０℃以下であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の固定子コイルの製造方法。
【請求項４】
硬化剤としての変性脂肪族ポリアミンを、エポメートＲＤ−１（油化シェル社製）とエピキュアＴＯ１８４（油化シェル社製）を組み合わせたものとすることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項５】
硬化剤としての変性脂肪族ポリアミンを、エポメートＲＤ−１（油化シェル社製）とエピキュアＴＯ１８４（油化シェル社製）を組み合わせたものとすることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子コイルの製造方法。
【請求項６】
硬化剤としての変性脂肪族ポリアミンを、エポメートＲＤ−１（油化シェル社製）とすることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項７】
硬化剤としての変性脂肪族ポリアミンをエポメートＲＤ−１（油化シェル社製）とすることを特徴とする請求項２または請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の固定子コイルの製造方法。
【請求項８】
固定子コイル端部のコイル表面に、耐熱性の粘着剤で処理したテープを設けていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子コイル。
【請求項９】
固定子コイル端部の隣接するコイル間に、スペーサが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の固定子コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機の固定コイルの特にその固定子コイル端部の一体化構造およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５、図６は例えば特開平３−１５００３８号公報に示された従来のタービン発電機の固定子コイル端部は、長大な構造を有しているため固定子コイル端部に印加される電磁振動による損傷防止のために、特別な固定子コイル端部の支持装置が設けられている。図５において、１ａは下口コイル、１ｂは上口コイル、２はコイル１を保持するための絶縁リング、３は押え板、４は絶縁コンパウンド７ａ、７ｂを流出させないために配置したシール層、５は固定子鉄心、６は絶縁リング支えである。図５のコイル１の中央部付近の断面拡大図が図６であり、下口コイル１ａを配置したときに充填された絶縁コンパウンドが７ａであり、この絶縁コンパウンド７ａを硬化させた後に、上口コイル１ｂを配置して充填した絶縁コンパウンドが７ｂである。この絶縁コンパウンド７ａ、７ｂは同じ組成の場合や異なる組成の場合がある。
【０００３】
次に従来のコイルの製造方法について説明する。
下口コイル１ａ間に充填された絶縁コンパウンド７ａは、加熱硬化タイプの熱硬化性樹脂に無機質充填剤を混合した高粘度のパテ状物質で、通常ヘラなどを使用してコイル１ａ間に押し込み、全周にわたってコイル１ａ、絶縁コンパウンド７ａおよびシール層４と共に押え板３を使用し、加熱して絶縁コンパウンド７ａを硬化させ、下口コイル１ａを固定している。その後押え板３を取り除き、上口コイル１ｂを配置し、絶縁コンパウンド７ｂを下口コイル１ａを配置したときと同じ要領で充填し、再び押え板３を取り付け加熱して絶縁コンパウンド７ｂを硬化させていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転電機の固定子コイル端部は以上のように構成されているので、絶縁コンパウンド７ａ、７ｂの充填作業に多大な時間と労力とを要し、また下口コイル１ａ用の絶縁コンパウンド７ａが一旦硬化した後に、上口コイル１ｂ用の絶縁コンパウンド７ｂを硬化させているので、絶縁コンパウンド７ａ、７ｂの界面に接着強度の弱い個所７ｄが生じ、コイル１ａ、１ｂの全体を一体化形成する上で品質上の問題点があった。また固定子コイル１の表面に絶縁コンパウンドを７ａ、７ｂを接着させているために、コイル表面に施行したコロナ放電防止のための抵抗層を剥離させるという問題点があり、作業性および品質面で多くの問題点を含む固定子コイル端部構造であった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、固定子コイル端部の形成を簡単にし、しかも品質的に優れた強固な回転電機の固定子コイル端部構造およびその製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明にかかる回転電機の固定子コイルは、そのコイル端部に加圧充填されたエポキシコンパウンドが、エポキシ樹脂に、変性脂肪族ポリアミンを硬化剤とし、短繊維および無機質充填材を混合した組成物で形成されており、常温での粘度を５０，０００〜１，０００，０００ｍｐａ・ｓでポットライフが２〜８時間、ゲル化および硬化時の発熱温度を１３０℃以下としたものである。
【０００７】
また、コイル端部の外周側に絶縁リングを、内周側に押え具が設けられ、固定子コイル端部に、エポキシ樹脂と変性脂肪族ポリアミンを硬化剤とし、短繊維および無機質充填材を混合した組成物で形成したエポキシコンパウンドを加圧充填して硬化、一体化させた回転電機の固定子コイルの製造法を提供するものである。
【０００８】
また、硬化剤としての変性脂肪族ポリアミンを、エポメートＲＤ−１（油化シェル社製）とエピキュアＴＯ１８４（油化シェル社製）を組み合わせたものである。
【０００９】
また、硬化剤としての変性脂肪族ポリアミンを、エポメートＲＤ−１（油化シェル社製）とするものである。
【００１０】
また、固定子コイル端部のコイル表面に、耐熱性の粘着剤で処理したテープを設けているものである。
【００１１】
また、固定子コイル端部の隣接するコイル間に、スペーサが設けられているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１〜図４に基づいて説明する。
図１において、１ａは下口コイル、１ｂは上口コイル、２は絶縁リング、３は押え具、４はシール層、５は固定子鉄心、６は絶縁リング支え、７は本発明の特特徴であるエポキシコンパウンド、１０はエポキシコンパウンドを加圧充填するための注型ポンプである。図２は図１を内径側から見た平面図で、コイル１の表面に装着された粘着テープ１ｃと充填されたエポキシコンパウンド７の状況を示す。図３は図１及び図２のｘ−ｘ断面図である。
図４は固定子コイル間１ａまたは１ｂに挿入したポリエステルマットにエポキシ樹脂を含浸処理したスぺーサー８をエポキシコンパウンド７で充填した状況を示している。
次に動作について説明する。図１のように注型ポンプ１０によって、絶縁リング２と下口コイル１ａ間、下口コイル１ａ同志の間、下口コイル１ａと上口コイル１ｂ間、上口コイル１ｂ同志の間、上口コイル１ｂと押さえ具３間のそれぞれの隙間にエポキシコンパウンド７が加圧圧入された後、常温にて２〜８時間で硬化し、全体が一体化形成される。
この実施の形態１ではエポキシコンパウンド７は常温で液状のエポキシ樹脂に常温で液状の変性脂肪族ポリアミンを硬化剤とし、無機あるいは有機の繊維を０．１〜６ｍｍ程度に切断した短繊維及びシリカ、炭酸カルシウム、水和アルミナ等の通常知られている無機質充填剤を配合して、混合時の粘度が５０，０００〜１，０００，０００ｍｐａ・ｓの範囲に調整した混合物が用いられている。
このエポキシコンパウンド７の特徴は、常温で２〜８時間でゲル化し硬化するように樹脂と硬化剤を選定していることであり、特に硬化剤として変性脂肪族ポリアミンの１種類または２種類を組み合わせて、反応性を調整していることであり、一度に３００Ｋｇから１０００Ｋｇの材料を加圧、充填するので加圧ポンプで連続作業ができるように配慮したものである。
一般にエポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂は一度に多量の樹脂を混合すると、発熱し内部に熱を蓄積するので状況によっては２００℃を越える場合があり、固定子コイルなどの構成材料を損傷する恐れがある。
すなわち常温での反応が早いほど発熱が大きく、例えば２時間以下でゲル化する配合物では発熱温度が２００℃を越える場合が多く、このような温度はコイル絶縁にとっては望ましいものではなく、しかも加圧ポンプでの充填時にポンプ内でエポキシコンパウンドが固まり、ポンプが作動不良を起こすことになり、また、常温で８時間以上でゲル化しない場合、コイル端部を回転しながら順次エポキシコンパウンドを充填する作業上、作業が停滞し、能率が下がるので好ましくない。
【００１３】
本実施の形態１のエポキシコンパウンド７は常温で硬化するので、硬化のための加熱処理を必要としないことや、硬化時の発熱温度が低いのでエポキシコンパウンド７が硬化するときに体積膨張が少なく、結果として硬化時に歪みがほとんど生じないので、コイル１ａ，１ｂ絶縁リング２及び押さえ具３とエポキシコンパウンドが一体となり、発電機の運転、停止によるヒートサイクルでも固定子コイルに異常は発生しない。
ここに使用するエポキシ樹脂は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などの常温で液状の一般的なエポキシ樹脂が良好に用いられる。
エポキシコンパウンドの粘度が５０，０００ｍｐａ・ｓ以下の場合、短繊維基材や無機質充填剤の配合量が少なくなり、硬化時の発熱温度が高くなりやすいことや、硬化時の体積膨張率が大きくなり、硬化時に内部歪みが生じやすくなり発電機の長期運転でコンパウンド層にクラックなどの異常が発生しやすくなる。
また、エポキシコンパウンドの粘度が１，０００，０００ｍｐａ・ｓ以上の場合、加圧ポンプからのエポキシコンパウンドの充填に時間がかかり、作業性が悪くなることやエポキシコンパウンド層に気泡が入りやすくなり、機械的にもろくなる等の欠点が生じ好ましくない。
【００１４】
エポキシコンパウンドの優れた接着性により、固定子コイル１ａ，１ｂ、絶縁リング２、押さえ具３などが強固に一体化されているが、各材料の線膨張係数が若干異なるため、運転条件によっては固定子コイル１ａ，１ｂに応力がかかることが予想されるので、固定子コイル１の表面にはコロナ防止層上にガラスクロス基材またはポリエステルクロス基材等の片面に、耐熱性のシリコン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、あるいは各種の耐熱性ゴム等を塗布した粘着性テープを用いて、粘着層がコロナ防止層に密着するように巻き付け、エポキシコンパウンド７とテープ基材とが接着するように配置する。
こうすることによって、固定子コイル１にかかろうとする応力は粘着層の粘着成分あるいはゴム成分に吸収されるので、固定子コイル１への負荷は軽減され、品質上長期に亘って安定となる。
この作用は、図３、図４に示す固定子コイル１間に挿入したエポキシ樹脂を含浸したスペーサ８もほぼ同様で、スペーサ８内に生じている気泡が固定子コイル１に負荷される応力を吸収することになり、固定子コイル１を長期に亘って安定化させる。
【００１５】
次に、本実施の形態１のエポキシコンパウンド７の詳細と、それを適用して実物大回転電機の試作した例を図１〜図４によって示す。
複数の絶縁電線を組み合わせて導体束とし、絶縁施行後エポキシ樹脂を真空含浸して固定子コイル１を製作した。この固定子コイル１の表面にコロナ防止用塗料を塗布した後、ガラス基材粘着テープ（住友３Ｍ社製スコッチ＃２７）をコロナ防止用塗料に粘着成分が接触するように巻き付けて、固定子コイル１ｃを得た。次に絶縁リング２、絶縁リング支え６、固定子鉄心５からなる固定子に下口コイル１ａを配置した後、図３、図４で示すように、常温で硬化するエポキシ樹脂を含浸したポリエステルマット（日本フェルト社製ＨＰ−５５）製のスぺーサ８をコイルの間隔に相当する寸法になるよう成形、コイル間に挿入した。
次に上口コイル１ｂを配置し、同様の方法でスぺーサ８を挿入した。その後ポリエステル積層板製の押え具３を配置し、図２に示すように端部４の位置にポリエステルマットに常温で硬化するエポキシ樹脂を含浸処理した材料によってシール層４を形成した。次にエポキシコンパウンドを加圧充填するのであるが、その前に、本実施の形態１のエポキシコンパウンドの構成を表１に示す。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
上記表１に示した項目の各素材を配合して混練りし、エポキシコンパウンド７を作り、注型用ポンプ１０を操作して図１の要領にて加圧充填した。この時のエポキシコンパウンドの粘度は１８０，０００ｍｐａ・ｓ、ゲル化時間は４．５時間、エポキシコンパウンドの最高発熱温度は約８５℃であった。
なお、表１に示した硬化剤でエポメートＲＤ−１はアルキドのイミダゾリンタイプでエポキシ樹脂に対して反応性がやや遅い硬化剤である。また、エピキュアＴ０１８４はアミノプロピレンオキサイドで、エポキシ樹脂に対して反応性は早いのでこの発明の用途には単独では適用できないが、エポメートＲＤ−１と混合使用し、適宜配合比を変えることにより適度な硬化条件を選定できるという特徴があり、本発明の特徴の一つである。
【００１８】
実施の形態２．
次に本発明の実施の形態２のエポキシコンパウンドは表２に示すものであり、それについて説明する。
【００１９】
【表２】
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【００２０】
上記表２に示した項目の各素材を配合して混練りし、エポキシコンパウンド７を作成し、実施の形態１で示したと同様の実物大回転電機を試作した。
このときのエポキシコンパウンド７は表２に示す配合で粘度は４８０，０００ｍｐａ・ｓ、ゲル化時間は６時間、エポキシコンパウンド７の最高発熱温度は約５３℃であった。その後常温で２４時間放置後、硬化した固定子コイルを得た。
【００２１】
実施の形態１および実施の形態２で製作したモデル発電機は実機と同じ条件で約１ケ月間の運転試験を実施したが、運転中固定子コイルは強固であり、電磁振動も検出されず良好な結果を得た。
【００２２】
なお、上記実施の形態１および２のエポキシコンパウンドは、エポキシ樹脂に硬化剤として変性脂肪族ポリアミンを代表例として示したが、常温で２〜８時間でゲル化およびその後硬化し、しかも硬化時の発熱が固定子コイルの耐熱性に影響のない、例えばＢ種絶縁の許容範囲である１３０℃以下と低く、硬化物の耐熱性にも優れている硬化剤、例えばエポメートＢ−００２、Ｎ−００１のような複素環式アミンを基本とした硬化剤、脂肪族アミン類、芳香族ジアミン、脂環族ジアミン等であってもいずれも好適に使用できる。
また、短繊維としてガラス繊維以外にもポリエステル、ナイロン、アラミド等通常使用されている繊維基材を切断したものも好適に使用でき、エポキシコンパウンド中では加熱、冷却の繰り返しかかる状況下でもエポキシ樹脂の応力を吸収する効果を発揮できる。
さらに無機質充填材料は一般に知られている窒化硼素、酸化ジルコニウム、ベンガラ、酸化チタン等であっても好適に使用できる。
【００２３】
また、図３、図４で示したスペーサ８に代わり、ポリエステル積層板を中央部に配し、その周囲をポリエステルマットで包むようにしたスペーサであっても同等の効果を奏する。
【００２４】
またさらに、上記実施の形態１、２では絶縁リング２と押さえ具３に直接エポキシコンパウンド７を加圧充填する方法を説明したが、絶縁リング２と押さえ具３を絶縁チューブ内に配置したボルトで結合する方法も良好に適用できる。
さらに、絶縁リング２や押さえ具３を分割して組み立てるようにし、エポキシコンパウンド７の加圧充填用工具として配置することも可能であり、エポキシコンパウンド７を加圧充填した後は取り外した構造であってもよい。
【００２５】
【発明の効果】
この発明は以上に述べたように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００２６】
エポキシ樹脂に、変性脂肪族ポリアミンを硬化剤とし、短繊維および無機質充填材を混合した組成物で形成され、粘度が５０，０００〜１，０００，０００ｍｐａ・ｓでポットライフが２〜８時間、ゲル化および硬化時の発熱温度を１３０℃以下とし、固定子コイル端部に加圧充填しているので、固定子コイルの製造作業が連続的に、省人化、短時間に行えるとともに一体化した固定子コイル端部が強固な構造で得られ、運転、停止によるヒートサイクでも安定した品質の回転電機の固定子コイルが提供できる。
【００２７】
また、固定子コイル端部の外周側に絶縁リングを、内周側に押さえ具が設けられ、エポキシ樹脂と変性脂肪族ポリアミンを硬化剤とし、短繊維および無機質充填材を混合した組成物で形成したコンパウンドを加圧充填して硬化、一体化させる製造方法であって、前記コンパウンドの粘度が５０，０００〜１，０００，０００ｍｐａ・ｓ、ポットライフが２〜８時間、ゲル化および硬化時の発熱温度を１３０℃以下としているので、作業性が向上し、省人化、低コスト化を図ることができ、かつ安定した品質の回転電機の固定子コイルが得られる。
【００２８】
また、固定子コイル端部のコイル表面に、耐熱性の粘着剤で処理したテープを設けているので、固定子コイルの応力が低減される。
【００２９】
また、固定子コイル間に、スペーサを設けているので、同様に応力が低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１〜２を示す固定子コイル端部の製法を示す概略図である。
【図２】  この発明の実施の形態１〜２を示す図１の内径側から見た平面図である。
【図３】  この発明の実施の形態１〜２を示す図１、図２のｘ−ｘ断面図である。
【図４】  この発明の実施の形態１〜２のスペーサの配置を示す概略図である。
【図５】  従来の回転電機の固定子コイル端部支持装置を示す図である。
【図６】  従来の回転電機の固定子コイル端部の拡大断面図である。
【符号の説明】
１  固定子コイル、１ａ  下口コイル、１ｂ  上口コイル、
１ｃ  粘着テープ付コイル、２  絶縁リング、３  押さえ具、４  シール層、
６  絶縁リング支え、７，７ａ，７ｂ  エポキシコンパウンド、８  スペーサ、
１０  注型ポンプ。
【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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【図６】
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