(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
素線導体束上にマイカテープを複数層巻回して構成された主絶縁層と、この主絶縁層の外周に巻回された半導電性テープからなる表面コロナ防止層と、この表面コロナ防止層の両端部に設けたエンドコロナ防止層とからなる未含浸の絶縁コイルを、鉄心のスロット内に導電接触する半導電性すべりと、絶縁固定するスロット底絶縁、層間絶縁、楔及び楔下からなる副絶縁材料とを介して前記鉄心スロット内に収納し、この鉄心とともに樹脂含浸槽内で含浸樹脂を真空加圧含浸して、その後硬化炉にて加熱硬化してなる高圧回転機固定子絶縁コイルであって、無機充填剤を含有した含浸樹脂を未含浸の絶縁コイルに含浸し加熱硬化して固定子絶縁コイルを構成するものにおいて、未含浸の絶縁コイルのエンドコロナ防止層の外周に巻回される絶縁保護層を、真空加圧含浸される含浸樹脂の無機充填剤を捕捉する無機繊維からなる織布又は不織布のいずれかを巻回して構成したことを特徴とする高圧回転機固定子絶縁コイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機の絶縁コイル、特に鉄心のスロット内に収納した固定子絶縁コイルに含浸樹脂を全含浸して得られる高圧回転機固定子絶縁コイルの絶縁構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５及び図６は従来の高圧回転機固定子絶縁コイルの絶縁構成であり、図５は鉄心のスロット部の絶縁コイルの絶縁構成で（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＰ矢視の拡大図、図６はエンド部の絶縁コイルの縦断面図である。
発電機及び誘導電動機などの高圧回転機固定子絶縁コイルの絶縁方式には、コイル単体絶縁方式と、未含浸の絶縁コイルを鉄心に挿入して樹脂含浸にて絶縁する全含浸絶縁方式の二通りがある。後者の全含浸絶縁方式は、未含浸の絶縁コイルと鉄心とを含浸樹脂にて一体に含浸し硬化する方式であるので、前記したコイル単体絶縁方式と比して製造工数が低減できることから、最近の高圧回転機固定子絶縁コイルでは、小形の誘導電動機から大形のタービン発電機まで幅広く採用されている。
【０００３】
前記の全含浸絶縁方式による固定子絶縁コイルは次のようにして製作される。
まず、図５の（ａ）に示すように、素線導体を複数層巻回して構成した素線導体束１に、マイカ箔あるいは集成マイカにガラス繊維等からなる織布あるいはフイルム基材を少量の接着材で貼合わせて構成したドライタイプのマイカ絶縁テープを巻回して未含浸の主絶縁層２を形成し、この主絶縁層２の外周に鉄心３のスロット４の軸方向長とほぼ同じ範囲に半導電性不織布，半導電性フイルム，あるいは半導電性ガラスクロス等の半導電性テープを巻回して表面コロナ防止層５を設けたスロット部の絶縁コイル６と、図６に示すように、前記表面コロナ防止層５の両端部の前記鉄心３のスロット４外のコイルエンド部の外周にＳｉＣ等を含有する半導電性テープを巻回してエンドコロナ防止層７を設けたエンド部の絶縁コイル８とを構成して未含浸の固定子絶縁コイルを作成する。
なお、上記のエンド部の絶縁コイル８のエンドコロナ防止層７の外周には熱収縮テープ及びフイルムテープ、あるいはこれらの貼り合わせテープが巻回されてエンド部８の主絶縁層２及びエンド部コロナ防止層７の膨らみの押さえ、及び樹脂含浸後の含浸樹脂の漏洩防止のための絶縁保護層９を設けてある。
【０００４】
次に、前記したスロット部の絶縁コイル６を鉄心スロット４内に挿入する。この際に鉄心スロット４の底部には挿入される絶縁コイルの機械的損傷を防止するために、ガラスエポキシ積層板等からなるスロット底絶縁材１０が設置され、また、絶縁コイル６と鉄心３とを導電接触し、かつ鉄心ロット４内への挿着時に主絶縁層２の損傷を防止するために、半導電性不織布，又は半導電性グラフアイトペーパ等からなる半導電性すべり材１１が鉄心スロット４の形状に沿うようにＵ字状に配置される。
鉄心スロット４内への絶縁コイル６の挿着は、まずスロット４の底に位置する下コイルの絶縁コイル６ａが挿入され、この下コイル６ａと所定の絶縁寸法を維持するためにガラスエポキシ積層板等からなる層間絶縁１２を介して上コイルの絶縁コイル６ｂが挿着される。
そして、前記上コイル６ｂのスロット開口部４ａ側には、樹脂含浸後のスロット部の絶縁コイル６が運転中に鉄心スロット４内で振動するのを防止するためにガラスエポキシ積層板等の楔１３が前記スロット開口部４ａの鉄心３の溝に配置され、前記楔１３と同質の材料からなる楔下１４にて前記絶縁コイル６の緩みを調節しなが強固に鉄心スロット４内に装着させる。
【０００５】
次に、前記のようにして鉄心スロット内４に収納されたスロット部の絶縁コイル６とエンド部の絶縁コイル８とを、鉄心３ととも樹脂含浸槽内に設置して、エポキシ樹脂，ボリイミド樹脂，シリコーン樹脂又はポリエステル樹脂等の熱硬化樹脂を真空，加圧含浸して、その後硬化炉に設置して加熱硬化して含浸樹脂にて充填された固定子絶縁コイルが作製される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように全含浸絶縁コイル方式により製作された固定子絶縁コイルは、コイル単体絶縁方式によるものと比べて、鉄心３とスロット部の絶縁コイル６及びエンド部の絶縁コイル８とが含浸樹脂にて一体化された構造となるために、回転機の運転時の素線導体束１から発生するジュール熱を鉄心３へ放熱する熱伝達率が良好で冷却効率の良い絶縁構成とすることができる。
しかしながら、鉄心スロット４内に収納されている熱伝導率が大きい無機質からなるマイカテープを主体とした主絶縁層２からなる樹脂含浸されたスロット部の絶縁コイル６の周辺には、前記したようにガラス基材を一部使用しているが有機材料を主体とした半導電性すべり１１と、スロット底絶縁１０，層間絶縁１２，楔１３及び楔下１４からなる副絶縁材料が配置されており、これらの構成材料の熱伝導率の値が前記した主絶縁層２の値より劣るために絶縁コイル６から鉄心３への熱伝達を阻害し、冷却効率を低下させる要因となっているという問題がある。
また、図５の（ｂ）に示すように（図５の（ａ）のＰ矢視図）、この全含浸絶縁方式での含浸樹脂の真空加圧含浸によっても絶縁コイル６と鉄心スロット４の角部及び副絶縁材料との境界部に、含浸樹脂１５の加熱硬化時の漏れ等により微小な空隙１６が発生する場合があり、この空隙１６の存在も絶縁コイル６の冷却性能の低下の原因となっている。
【０００７】
また、図６に示すように、エンド部の絶縁コイル８は、鉄心３のスロット４外の外気に直接露出して形成されているので、絶縁層２の冷却性能は前記のスロット部の絶縁コイル６より劣る。また、含浸した含浸樹脂は加熱硬化時に絶縁コイル８の外部に漏洩して絶縁保護層９の内部及びエンドコロナ防止層７との界面に空隙１６ａ及び１６ｂが形成され易く、これらの空隙１６ａ，１６ｂの存在は、更に絶縁層２の熱伝達率を悪くする。
したがって、高圧回転機の小形化あるいは容量アップを図った高信頼化された高圧回転機を得るためには、前記した従来の全含浸絶縁方式での絶縁構成を改良した冷却効率を更に向上した固定子絶縁コイルとすることが必要となってくる。
【０００８】
この発明の課題は、前記の課題を解決して固定子絶縁コイルの熱伝導性を改善した冷却性能の優れた全含浸絶縁方式の高圧回転機固定子絶縁コイルを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、この発明は、全含浸絶縁方式からなる前記高圧回転機固定子絶縁コイルにおいて、無機充填剤を含有した含浸樹脂を未含浸の絶縁コイルに真空加圧含浸して固定子絶縁コイルを構成するようにする。
これにより、絶縁テープを巻回して構成した未含浸の絶縁コイルの主絶縁層内、及び絶縁コイルと鉄心間に無機充填剤と共に樹脂が含浸されるので、加熱硬化時に漏洩することなく熱伝導性の良好な無機充填剤が充填された絶縁層が形成され、絶縁コイルの冷却性能の優れた固定子絶縁コイルを得ることができる。
【００１０】
そして、前記した含浸樹脂に含有する無機充填剤が粒径１０μm 以下であるものを用いることにより、コイル絶縁層の層間及び前記した絶縁コイルと副材料及び鉄心間に形成される微小な空隙部にも充填されるので、絶縁コイルの熱伝導率をより向上した緻密な絶縁層を得ることができる。
【００１１】
特に、この発明によれば、素線導体束上にマイカテープを複数層巻回して構成された主絶縁層と、この主絶縁層の外周に巻回された半導電性テープからなる表面コロナ防止層と、この表面コロナ防止層の両端部に設けたエンドコロナ防止層とからなる未含浸の絶縁コイルを、鉄心のスロット内に導電接触する半導電性すべりと、絶縁固定するスロット底絶縁、層間絶縁、楔及び楔下からなる副絶縁材料とを介して前記鉄心スロット内に収納し、この鉄心とともに樹脂含浸槽内で含浸樹脂を真空加圧含浸して、その後硬化炉にて加熱硬化してなる高圧回転機固定子絶縁コイルであって、無機充填剤を含有した含浸樹脂を未含浸の絶縁コイルに含浸し加熱硬化して固定子絶縁コイルを構成するものにおいて、未含浸の絶縁コイルのエンドコロナ防止層の外周に巻回される絶縁保護層を、真空加圧含浸される含浸樹脂の無機充填剤を捕捉する無機繊維からなる織布又は不織布のいずれかを巻回して構成する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１及び図２は、この発明の実施の形態からなる高圧回転機固定子絶縁コイルのエンド部の構成図であり、図１は前記した図６のI −I 断面図に相当するエンド部の絶縁コイルの断面図、図２は前記した図５の（ｂ）に相当するスロット部の絶縁コイルの部分断面図である。
この発明の実施の形態での高圧回転機固定子絶縁コイルの全含浸絶縁に用いられる含浸樹脂は、エポキシ樹脂と酸無水物硬化剤とを配合した樹脂を用いて、この樹脂に粒径１０μｍの結晶性シリカを１０％重量比混合して作製した。
【００１３】
なお、この発明からなる含浸樹脂に含有される無機充填剤は、樹脂９９〜６０重量％に対して１〜４０重量％の範囲が好ましく、また、前記した結晶性シリカの他に、水酸化アルミニウム，焼成アルミナ，溶融シリカ，ケイ酸カルシュウム，水酸化カルシュウム，窒化硼素系のボロンナイトライト，窒化珪素、タルク，クレー，マイカ，ガラス又はガラスビーズ等の球状あるいは偏平状のもの、及びホウ酸アルミニウム，チタン酸カリウム，バリウム類のウイスカー類をも適用することができる。これらの無機充填剤の粒径は、粒径が大きい場合には、含浸時に絶縁コイルの絶縁層内に微小空隙を形成し易く、また、非常に小さな粒径の場合には重量に対してかさ比重が小さいので含浸樹脂の粘度が大きくなるので、粒径１０μｍ以下の無機充填剤を用いのが好ましい。
さらに、前記した無機充填剤にカップリング剤や界面活性剤などで表面処理を施すことにより、含浸樹脂との接着性が向上した剪断接着力の優れた固定子絶縁コイルを得ることができる。
【００１４】
また、固定子絶縁コイルの構成は、スロット部は従来の図５に示した絶縁構成と同じであるが、エンド部の絶縁コイル８ａが、図１に示すように従来の図６のエンドコロナ防止層７の外周に巻回して形成した絶縁保護層９を、無機短繊維からなる織布、又は不織布から構成された薄いマット状のテープを巻回して構成してある。
この発明からなる絶縁保護層９ａを構成する無機短繊維は、ガラス繊維及びアルミナ、アルミナシリケート又はこれらの混抄からなるセラミックス繊維や、巻回作業性の改良及び含浸樹脂の含浸後の加熱硬化時に収縮してエンド部の絶縁コイル８ａを緻密構造とするために、前記した無機短繊維とポリエステル等の有機系の長短繊維との混抄からなる織布、又は不織布からなるテープをも適用することができる。
この発明の実施の形態では、前記した絶縁保護層９ａとして、アルミナシリケートのセラミックス繊維からなる不織布テープ、又はガラス繊維を平織したテープを用いた。
【００１５】
前記した絶縁構成からなる未含浸の絶縁コイルを、図５のようにモデル鉄心３ａのスロット４内に表面コロナ防止層５及びスロット底絶縁１０，層間絶縁１２，楔１３及び楔下１４からなる副絶縁材料と共に挿着固定して、鉄心３と一体に樹脂含浸層内に設置して、前記した粒径１０μm の結晶性シリカを含有した含浸樹脂を真空加圧含浸した後に硬化炉にて加熱硬化して全含浸により固定子絶縁コイルを作製した。
【００１６】
図３及び図４に、定格電圧１１ｋｖ級の前記したこの発明の実施の形態からなる絶縁構成での全含浸絶縁方式により作製した固定子絶縁コイルの通電によるスロット部の絶縁コイル６及びエンド部の絶縁コイル８ａの絶縁層の温度上昇の経時変化をそれぞれ示す。
温度上昇の測定は、素線導体束１に直流大電流を通電し素線導体束１及びスロット部の絶縁コイル６ｂ（図５参照）の頭部の絶縁層表面、及び前記のスロット部の絶縁コイル６ｂに相当するエンド部の絶縁コイル８ａの絶縁保護層９ａの表面にそれぞれ熱電対を取り付けて測定した。
【００１７】
図３及び図４には、従来の絶縁構成による全含浸絶縁方式Ａを比較して示したが、この従来の全含浸絶縁方式Ａは、エンド部のコイル絶縁の保護絶縁層９にフイルムテープを用いた未含浸の絶縁コイルに、無機充填剤を配合しないエポキシ樹脂と酸無水物硬化剤からなる従来の含浸樹脂を全含浸して作製したものである。そしてこの発明からなる全含浸絶縁方式Ｂは、エンド部の絶縁コイル８ａの絶縁保護層９ａをアルミナシリケートのセラミックス繊維からなる不織布テープを巻回して構成した未含浸の絶縁コイルに、前記した結晶性シリカを配合した含浸樹脂を全含浸したものであり、また全含浸絶縁方式Ｃは、エンド部の絶縁コイル８ａの絶縁保護層９ａをガラス繊維を平織したテープを巻回して構成した未含浸の絶縁コイルに、前記した全含浸絶縁方式Ｂと同様の含浸樹脂を全含浸したものである。
図３には素線導体束１の温度上昇Ｄをも併記してあるが、前記した従来の絶縁構成による全含浸絶縁方式Ａに比べて、この発明の全含浸絶縁方式Ｂ及びＣのコイル絶縁層の温度上昇は小さく、絶縁コイルの熱伝導性が改善されていることが分かる。
【００１８】
この発明の実施の形態からなる前記全含浸絶縁方式Ｂ及びＣの絶縁コイルを切断して断面観察をすると、図２に示すように、前記した従来の含浸樹脂により全含浸したスロット部の絶縁コイル６内に形成された空隙１６（図５の（ｂ）参照）は、この含浸樹脂の結晶性シリカを多く含有した硬化樹脂１７で充填された空隙のない緻密な絶縁構成となっている。
また、図１に示した絶縁保護層９ａには、アルミナシリケートのセラミックス繊維からなる不織布テープ、又はガラス繊維を平織したテープの無機充填剤を捕捉する捕捉効果により、結晶性シリカの充填率が高い絶縁層を形成しており、前記した従来方式による図６に示した空隙１６ａ及び１６ｂのない高熱伝導性を有する固定子絶縁コイルを形成している。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この発明においては、未含浸の絶縁コイルのエンドコロナ防止層の外周に巻回される絶縁保護層を、真空加圧含浸される含浸樹脂の無機充填剤を捕捉する無機繊維からなる織布又は不織布のいずれかを巻回して構成するようにしたため、含浸された含浸樹脂の無機充填剤をこの保護絶縁層が捕捉するので、含浸された樹脂の漏洩防止が図られるとともに、エンド部の絶縁コイルの絶縁層に良熱伝導性の無機充填剤を含有させつつ、空隙部のない緻密な固定子絶縁コイルを形成することができる。
【００２０】
更に、前記した無機充填剤の含有する含浸樹脂による全含浸絶縁方式において、未含浸の絶縁コイルのエンドコロナ防止層の外周に形成される絶縁保護層を、無機繊維からなる織布又は不織布を巻回して構成することにより、この絶縁保護層内に含浸された前記含浸樹脂の無機充填剤の捕捉効果により、絶縁コイルの絶縁層が良熱伝導性の無機充填剤を含有した空隙部のないエンド部の絶縁コイルを形成するので、固定子絶縁コイルの冷却性能を更に向上させることができる。
これにより、従来の絶縁方式に比して、冷却効率が改善されることにより回転電機の小形化，容量の増大を達成することができ、前記した小形化による安価で設置スペースの縮小化を図った回転機を提供することができるという経済的効果も得られる。
また、回転機の絶縁コイルに加わる温度ストレスが低減することから、信頼性の高い長寿命な高圧回転機固定子絶縁コイルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態からなる高圧回転機固定子絶縁コイルのエンド部の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態からなる含浸樹脂による全含浸後のスロット部の絶縁コイルの部分断面図である。
【図３】モデル鉄心による全含浸絶縁コイルのスロット部の絶縁層の通電時における温度上昇の経時変化を表す特性図である。
【図４】モデル鉄心による全含浸絶縁コイルのエンド部の絶縁層の通電時における温度上昇の経時変化を表す特性図である。
【図５】従来の高圧回転機固定子絶縁コイルのスロット部の絶縁構成を示すもので、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＰ矢視図である。
【図６】従来の高圧回転機固定子絶縁コイルのエンド部の縦断面図である。
【符号の説明】
１    素線導体束
２    主絶縁層
６    スロット部の絶縁コイル
７    エンドコロナ防止層
８    エンド部の絶縁コイル
８ａ  エンド部の絶縁コイル
９ａ  絶縁保護層
【図１】
0003736652.tif 000002
【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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