JP2023092752A - Prepreg mica tape, rotary electric machine, and manufacturing method for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリプレグマイカテープ、回転電機及び回転電機の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a prepreg mica tape, a rotating electric machine, and a method for manufacturing a rotating electric machine.
電気機器(発電機、電動機、変圧器など)に使用されるコイルを絶縁し、固着するため、電気絶縁性(絶縁信頼性)が高く、機械的特性にも優れる熱硬化性樹脂が広く使用される。 Thermosetting resins with high electrical insulation (insulation reliability) and excellent mechanical properties are widely used to insulate and fix coils used in electrical equipment (generators, motors, transformers, etc.). be.
そして、発電機や電動機などの高電圧の回転電機の絶縁には、絶縁信頼性が高いマイカ絶縁システムが使用される。特に、回転電機を構成する固定子巻線には、このマイカ絶縁システムが使用され、例えば、以下のような製造方法(3つの従来の方式)がある。 A mica insulation system with high insulation reliability is used for insulation of high-voltage rotating electric machines such as generators and electric motors. In particular, this mica insulation system is used in stator windings that constitute rotating electric machines, and there are, for example, the following manufacturing methods (three conventional methods).
(1)一体注入方式(全含浸方式)
先ず、絶縁被覆した導体に、ドライマイカテープを巻回してコイル単体を製造する。次に、このコイル単体を、スロットライナ及びスロット内絶縁材と共に、鉄心スロットに組み込み、ウェッジを設置し、これらを鉄心スロットに固定し、固定子巻線を製造する。次に、この固定子巻線を絶縁樹脂(ワニス)に浸漬し、この固定子巻線にワニスを真空含浸(真空加圧注入)する。最後に、この固定子巻線を加熱し、ワニスを熱硬化し、固定子巻線を製造する。
(1) Integrated injection method (total impregnation method)
First, a dry mica tape is wound around a conductor covered with insulation to manufacture a single coil. This coil unit is then assembled into the core slot along with the slot liner and the in-slot insulation, the wedges are installed, and they are secured to the core slot to produce the stator windings. Next, the stator winding is immersed in an insulating resin (varnish), and the varnish is vacuum-impregnated (vacuum pressure injection) into the stator winding. Finally, the stator windings are heated to thermally cure the varnish and produce the stator windings.
(2)単独注入方式
発電所や変電所で使用される高電圧・大容量の発電機のように、非常に大きな固定子巻線が使用される場合、上述した一体注入方式のように、固定子巻線全体にワニスを真空含浸することは、設備上、実質的に困難である。このため、ワニスが硬化した後のコイル単体を鉄心スロットに組み込み、固定子巻線を製造することが多い。
(2) Single injection method When very large stator windings are used, such as high-voltage, large-capacity generators used in power plants and substations, fixed Vacuum-impregnating the entire child winding with varnish is practically difficult in terms of equipment. For this reason, in many cases, the stator winding is manufactured by incorporating the single coil into the core slot after the varnish has hardened.
つまり、先ず、絶縁被覆した導体に、ドライマイカテープを巻回してコイル単体を製造する。次に、このコイル単体をワニスに浸漬し、このコイル単体にワニスを真空含浸(真空加圧注入)する。次に、このコイル単体を加熱し、ワニスを熱硬化し、コイル単体を製造する。最後に、このコイル単体を、スロットライナ及びスロット内絶縁材と共に、鉄心スロットに組み込み、ウェッジを設置し、これらを鉄心スロットに固定し、固定子巻線を製造する。 That is, first, a dry mica tape is wound around a conductor covered with insulation to manufacture a single coil. Next, this coil unit is immersed in varnish, and the varnish is vacuum-impregnated (vacuum pressure injection) into this coil unit. Next, this coil unit is heated to thermally harden the varnish to produce a coil unit. Finally, the coil unit is assembled into the core slot along with the slot liner and in-slot insulation, the wedges are installed and they are secured to the core slot to produce the stator windings.
(3)プリプレグ方式
この方式では、マイカテープにあらかじめワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にしたプリプレグマイカテープを使用する。先ず、絶縁被覆した導体に、プリプレグマイカテープを巻回してコイル単体を製造する。次に、このコイル単体を加熱・加圧し、ワニスを熱硬化し、コイル単体を製造する。最後に、このコイル単体を、スロットライナ及びスロット内絶縁材と共に、鉄心スロットに組み込み、ウェッジを設置し、これらを鉄心スロットに固定し、固定子巻線を製造する。なお、プリプレグ方式においては、ワニスを真空含侵(真空加圧注入)する必要はない。
(3) Prepreg method In this method, a mica tape is pre-impregnated with varnish and the varnish is semi-cured to use a prepreg mica tape. First, a prepreg mica tape is wound around a conductor covered with insulation to manufacture a single coil. Next, this coil unit is heated and pressurized to thermally harden the varnish to produce a coil unit. Finally, the coil unit is assembled into the core slot along with the slot liner and in-slot insulation, the wedges are installed and they are secured to the core slot to produce the stator windings. In the prepreg method, vacuum impregnation (vacuum pressure injection) of varnish is not required.
一体注入方式は、中電圧及び中容量の中型電動機(例えば、車両用電動機や産業電動機)などに好適であり、一方、単独注入方式やプリプレグ方式は、高電圧及び高容量の大型発電機(例えば、電力用大型発電機)などに好適である。 The integrated injection method is suitable for medium-voltage and medium-capacity medium-sized electric motors (e.g., vehicle electric motors and industrial electric motors), while the single injection method and prepreg method are suitable for high-voltage, high-capacity large generators (e.g., , large power generators), etc.
大型発電機に適したプリプレグ方式の技術について、特許文献1がある。特許文献1には、補強基材22と、この補強基材22の一方の表面に形成された低比誘電率熱伝導層23と、補強基材22の他方の表面に形成されたマイカ層21とを備えている。特許文献1によれば、高湿度環境の下においても、優れた電気絶縁特性および高熱伝導性を発揮することができる電気絶縁部材、回転電機用固定子コイルおよび回転電機を提供できるとされている。
Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2002-300000 describes a prepreg technique suitable for large-sized power generators. Patent Document 1 discloses a reinforcing
また、特許文献2には、絶縁被覆で覆われた導体を巻回して巻線を形成し、該巻線を成型体内に収容し、成型体内を真空に引いてエポキシ樹脂を注入して形成された誘導機器用コイルにおいて、上記エポキシ樹脂には界面活性剤が添加されている誘導電器用コイルが開示されている。微小空間にエポキシ樹脂が浸透し易く、ボイドの発生を防止することができるとされている。 Further, in Patent Document 2, a conductor covered with an insulating coating is wound to form a winding, the winding is accommodated in a molded body, the molded body is evacuated, and an epoxy resin is injected to form the coil. In the coil for an induction appliance, a coil for an induction appliance is disclosed in which a surfactant is added to the epoxy resin. It is said that the epoxy resin can easily permeate into the minute space and the generation of voids can be prevented.
回転電機の製造において、固定子コイルを固定子スロットに収容した後に、固定子コイルと固定子スロットとの間に間隙があると、課電時にこの間隙で放電が発生する恐れがある。上述した一体注入方式は、固定子スロットに固定子コイルを設置した状態でワニスを真空含浸するため、固定子コイルと固定子スロットとの間に間隙は生じ難いが、単独注入方式やプリプレグ方式においては、固定子コイルにワニス層を形成後、固定子コイルを固定子スロットに設置するため、固定子コイルと固定子スロットとの間に間隙が生じ得る。上述した特許文献1は、固定子コイルと固定子スロットとの間に間隙を低減することについては記載されていない。 In the manufacture of a rotating electric machine, if there is a gap between the stator coil and the stator slot after the stator coil is accommodated in the stator slot, there is a risk that discharge will occur in this gap when an electric current is applied. In the integral injection method described above, the varnish is impregnated in a vacuum with the stator coils installed in the stator slots. Since the stator coils are installed in the stator slots after forming a varnish layer on the stator coils, a gap may occur between the stator coils and the stator slots. The aforementioned Patent Literature 1 does not describe reducing the gap between the stator coils and the stator slots.
また、特許文献2には、エポキシ樹脂に界面活性剤を添加することにより、微小空間にエポキシ樹脂が浸透し易くなり、ボイドの発生を防止することができることが記載されているが、プリプレグマイカテープ中の熱硬化性樹脂に界面活性剤を添加することについては記載されていない。さらに、成型体内にエポキシ樹脂を注入し、加熱、硬化する過程において、新たに気泡が生成する恐れや、生成した気泡が残留する恐れがあるが、そのような課題についての対策は記載されていない。 Further, Patent Document 2 describes that adding a surfactant to an epoxy resin makes it easier for the epoxy resin to permeate into microspaces and prevents the generation of voids. No mention is made of adding a surfactant to the thermosetting resin therein. Furthermore, in the process of injecting the epoxy resin into the molded body, heating, and curing, there is a risk that new air bubbles will be generated or that the generated air bubbles will remain, but there is no description of measures to deal with such problems. .
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、コイルと鉄心スロットとの間の間隙の生成を抑制し、プリプレグマイカテープ中の熱硬化性樹脂を加熱、硬化する過程において、気泡が生成することを抑制し、課電時の放電の発生を抑制するプリプレグマイカテープ、回転電機及び回転電機の製造方法を提供する。 Therefore, in view of the above circumstances, the present invention suppresses the generation of a gap between the coil and the core slot, and suppresses the generation of air bubbles in the process of heating and curing the thermosetting resin in the prepreg mica tape. The present invention provides a prepreg mica tape, a rotating electric machine, and a method for manufacturing a rotating electric machine, which suppress the occurrence of discharge during charging.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、基材と、マイカペーパと、半硬化状態のワニス層と、が積層された構成を有し、ワニス層に消泡剤が添加されていることを特徴とするプリプレグマイカテープである。 One aspect of the present invention for achieving the above object has a configuration in which a base material, mica paper, and a semi-cured varnish layer are laminated, and an antifoaming agent is added to the varnish layer. A prepreg mica tape characterized by
また、上記目的を達成するための本発明の他の態様は、鉄心スロットが形成される固定子鉄心と、導体にマイカ絶縁層を形成したコイル単体と、を有する固定子巻線を有する回転電機であって、マイカ絶縁層は、基材と、マイカペーパと、半硬化状態のワニス層と、が積層された構成を有し、ワニス層に消泡剤が添加されているプリプレグマイカテープで構成されていることを特徴とする回転電機である。 Another aspect of the present invention for achieving the above object is a rotating electric machine having a stator winding having a stator core in which core slots are formed, and a single coil having a conductor formed with a mica insulating layer. The mica insulating layer has a configuration in which a base material, mica paper, and a semi-cured varnish layer are laminated, and is composed of a prepreg mica tape in which an antifoaming agent is added to the varnish layer. A rotating electrical machine characterized by:
また、上記目的を達成するための本発明の他の態様は、鉄心スロットが形成された固定子鉄心と、導体にマイカ絶縁層を形成したコイル単体と、を有する固定子巻線を備える回転電機の製造方法であって、基材とマイカペーパとを接着剤で接着ししたマイカテープに、消泡剤が添加されたワニスを含浸させ、消泡剤が添加されているワニスを半硬化状態にし、マイカテープの最表面に、半硬化状態の消泡剤が添加されているワニスを保持させてワニス層を形成してプリプレグマイカテープを作製し、プリプレグマイカテープを、導体に巻回し、マイカ絶縁層を形成し、コイル単体を製造し、コイル単体を、鉄心スロットに、コイル単体を保護するスロットライナ、コイル単体を絶縁するスロット内絶縁材と共に挿入し、コイル単体、前記スロットライナ、スロット内絶縁材を、鉄心スロットに固定し、中間段階の固定子巻線を製造する工程を有することを特徴とする回転電機の製造方法である。 Another aspect of the present invention for achieving the above object is a rotating electric machine comprising a stator winding having a stator core having core slots and a coil unit having a conductor formed with a mica insulating layer. A manufacturing method of , wherein a mica tape obtained by bonding a base material and mica paper with an adhesive is impregnated with a varnish to which an antifoaming agent is added, and the varnish to which an antifoaming agent is added is semi-cured, A varnish layer to which a semi-cured antifoaming agent is added is held on the outermost surface of the mica tape to form a varnish layer to produce a prepreg mica tape, the prepreg mica tape is wound around a conductor, and a mica insulating layer is formed. is formed, a coil unit is manufactured, the coil unit is inserted into the core slot together with a slot liner that protects the coil unit and an in-slot insulating material that insulates the coil unit, and the coil unit, the slot liner, and the in-slot insulating material are fixed in core slots to manufacture intermediate stator windings.
本発明によれば、コイルと鉄心スロットとの間の間隙の生成を抑制し、プリプレグマイカテープ中の熱硬化性樹脂を加熱、硬化する過程において、気泡が生成することを抑制し、課電時の放電の発生を抑制するプリプレグマイカテープ、回転電機及び回転電機の製造方法を提供する。 According to the present invention, it is possible to suppress the formation of a gap between the coil and the core slot, suppress the formation of air bubbles in the process of heating and curing the thermosetting resin in the prepreg mica tape, and Provided are a prepreg mica tape, a rotating electric machine, and a method for manufacturing a rotating electric machine, which suppress the occurrence of electric discharge.
なお、上記した以外の課題、構成及び効果については、下記する実施例の説明により、明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、図面を使用して、本発明の実施例を説明する。なお、実質的に同一又は類似の構成には同一の符号を付し、説明が重複する場合には、その説明を省略する場合がある。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, substantially the same or similar configurations are denoted by the same reference numerals, and the description may be omitted if the description is redundant.
[プリプレグマイカテープ]
図1は本発明の回転電機の固定子巻線の構成の一例を模式的に示す断面図である。図1に示すように、図固定子巻線10は、複数の鉄心スロット13を有する固定子鉄心11と、鉄心スロット13に収容される(挿入される)コイル単体12と、を有する。なお、図示はしていないが、固定子巻線10は、鉄心スロット13と鉄心スロット13との間でコイル単体12が巻回される。
[Prepreg mica tape]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of a stator winding of a rotary electric machine according to the present invention. As shown in FIG. 1 , the stator winding 10 has a
回転電機は、上述した固定子巻線10の内側に、回転子コイル(図示せず)を有する。このように、固定子巻線10と回転子コイルとを使用し、発電機や電動機などの回転電機を構成する。そして、回転電機が発電機である場合には、回転子コイルを、外部からの動力により回転させ、固定子巻線10から電流を取り出すことができる。また、回転電機が電動機である場合には、固定子巻線10に電流を流し、回転子コイルを回転させ、動力を外部に供給することができる。つまり、固定子巻線10の内側に設置される回転子コイルが駆動(回転)することにより、回転電機として機能する。
The rotating electric machine has rotor coils (not shown) inside the
次に、コイル単体12の構成をより具体的に説明する。図2は図1のコイル単体12の一例を模式的に示す断面図である。なお、(A)はコイル単体12の全体構成を示し、(B)はコイル単体12の部分拡大を示す。本実施例に記載するコイル単体12は、図2(A)に示すように、コイル単体12の両端部において結ばれて(捻られて)形成される。つまり、一端部(例えば、図2では紙面左側)が結ばれて(捻られて)形成され、固定子巻線10の外側に存在する。また、他端部(例えば、図2では紙面右側)は、コイル単体12が結ばれて(捻られて)形成され、固定子巻線10の外側に存在する。
Next, the configuration of the
そして、コイル単体12のいずれかの端部は、導体21が露出し、導体21は、固定子巻線10の外側に露出する。この端部は、外部電源や蓄電池と接続される。
The
なお、コイル単体12は、図2(A)中、上下方向の長尺部分が、鉄心スロット13に挿入される。つまり、図2(A)に示すコイル単体12は、固定子巻線10を径方向から見た状態を示すものである。
In addition, the
また、コイル単体12は、図2(B)に示すように、断面が矩形形状の導体21(例えば、金属線など)と、導体21を被覆するマイカ絶縁層22とを有する。
In addition, as shown in FIG. 2B, the
導体21と導体21とは、例えば、樹脂材料などにより、相互に絶縁される。そして、相互に絶縁された(絶縁被覆した)複数の導体21は、マイカ絶縁層22の内部に形成される。そして、マイカ絶縁層22には、プリプレグマイカテープが使用される。
The
つまり、マイカ絶縁層22は、プリプレグマイカテープにより形成される。そして、コイル単体12は、絶縁被覆した導体21とマイカ絶縁層22とにより形成され、コイル単体12は、絶縁被覆した導体21に、プリプレグマイカテープ(マイカ絶縁層22)を巻回して形成される。
That is, the
次に、プリプレグマイカテープの構成の詳細を説明する。図3Aは従来のプリプレグマイカテープの断面模式図であり、図3B~3Dは、それぞれ、本発明のプリプレグマイカテープの第1の例から第3の例を示す断面模式図である。従来のプリプレグマイカテープ30と、本実施例のプリプレグマイカテープ35~37は、いずれも、テープ形状を有し、導体21に巻回し易い形状を有する。
Next, the details of the structure of the prepreg mica tape will be described. FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of a conventional prepreg mica tape, and FIGS. 3B to 3D are schematic cross-sectional views showing first to third examples of the prepreg mica tape of the present invention, respectively. Both the conventional
図3Aに示すように、従来のプリプレグマイカテープ30は、基材33と、マイカペーパ31とが、接着剤相32によって接着(貼り合わせて固定)された構成を有する。マイカペーパ31は、通常、脆いため、マイカペーパ31を基材33に接着し、補強する。なお、マイカとは、所謂「雲母」と呼称されるものである。マイカの形態は、特に制限されない。マイカペーパ31には、マイカとして、集成マイカが広く使用される。なお、用途や絶縁材の製造方法などに応じて、マイカとして、フレークマイカを使用してもよい。また、集成マイカやフレークマイカを構成するマイカの粒径も、用途や絶縁材の製造方法などに応じて、設定する。
As shown in FIG. 3A, the conventional
基材33は、脆いマイカペーパ31を補強するものである。つまり、基材33は、マイカペーパ31の補強基材として使用される。基材33は、例えば、耐熱性や絶縁性に応じて、ガラスクロスなどの無機基材、又は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、セルロース紙、アラミド紙、不織布などの有機基材が使用される。また、その形状も、例えば、シート形状やテープ形状などが使用される。
The
接着剤32は、マイカペーパ31と基材33とを接着するものである。従って、接着剤32は、マイカペーパ31と基材33とを接着できる材料(成分)を含む。
The adhesive 32 bonds the
そして、マイカペーパ31にワニスを含浸させ、含浸させたワニスを半硬化状態にすることにより、従来のプリプレグマイカテープ30を作製する。
Then, the conventional
なお、接着剤32は、マイカペーパ31に含浸させるワニスでもよい。つまり、含浸させたワニスを半硬化状態にすることにより、マイカペーパ31と基材33とを接着してもよい。
The adhesive 32 may be varnish with which the
本実施例のプリプレグマイカテープ35,36,37は、従来のプリプレグマイカテープ30の最表面に、半硬化状態のワニス層34を形成する(保持させる)。このワニス層34は、消泡剤を含有する。ワニス層34はマイカペーパ31の表面に形成されていても良いし(図3A)、基材33の表面に形成されていても良いし(図3B)、マイカペーパ31および基材33の両方の表面に形成されていても良い(図3C)。また、この半硬化状態のワニス層34は、フィラーを含有することが好ましい。
The
そして、基材33として、ガラスクロスなどの無機基材、又は、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、セルロース紙、アラミド紙、不織布などの有機基材を使用する場合には、基材33の表面に半硬化状態のワニスを形成し、基材中の空隙を埋めておくことが好ましい。
As the
半硬化状態にするワニスとしては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびシリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。これらのうち、シリコーン樹脂の硬化反応は、脱水縮合のような低分子量の化合物を生成する縮合反応と、ヒドロシリル化反応(付加反応)と、に大別される。特に、縮合反応の場合、低分子量の化合物が絶縁層に残留すると、気泡(ボイド)が形成され、絶縁性の欠陥となる恐れがある。また、絶縁層から低分子量の化合物が抜けることにより、硬化時の収縮が大きくなる恐れがある。このため、ワニスとして、シリコーン樹脂を使用する場合には、ヒドロシリル化反応により硬化する付加硬化型のワニスを使用することが好ましい。 Thermosetting resins such as epoxy resins, unsaturated polyester resins and silicone resins are used as semi-cured varnishes. Among these, the curing reaction of the silicone resin is roughly divided into a condensation reaction, such as dehydration condensation, which produces a low-molecular-weight compound, and a hydrosilylation reaction (addition reaction). Particularly in the case of a condensation reaction, if a low-molecular-weight compound remains in the insulating layer, voids may be formed, resulting in insulation defects. Moreover, shrinkage during curing may increase due to the release of low-molecular-weight compounds from the insulating layer. Therefore, when a silicone resin is used as the varnish, it is preferable to use an addition-curable varnish that cures through a hydrosilylation reaction.
本発明のプリプレグマイカテープは、この半硬化状態のワニス中に消泡剤が添加されている。例えば、ワニス中に特許文献2に記載されている界面活性剤を添加した場合、表面、あるいは界面の現象に著しい作用を及ぼす。界面活性剤をワニスに添加することで、ワニスの表面張力が大きく低下し、ワニスの濡れ性や浸透性を改善することができる。しかし、同時に、ワニスの濡れ性や浸透性を改善する界面活性剤を添加すると、ワニスの起泡性は増すことになり、また、生成した気泡が安定化しやすくなる。このため、狭い隙間にワニスが浸透しやすくなる一方で、気泡が生成し、生成した気泡が残留しやすくなる懸念が生じる。これに対して、本発明で添加する消泡剤は、ワニスの表面張力を大きく低下させるものではなく、気泡を破壊する、あるいは気泡の生成を抑制するものである。 In the prepreg mica tape of the present invention, an antifoaming agent is added to this semi-cured varnish. For example, when the surfactant described in Patent Document 2 is added to the varnish, it exerts a remarkable effect on surface or interfacial phenomena. By adding a surfactant to the varnish, the surface tension of the varnish can be greatly reduced, and the wettability and permeability of the varnish can be improved. At the same time, however, adding a surfactant that improves the wettability and permeability of the varnish will increase the foamability of the varnish and facilitate the stabilization of the generated bubbles. For this reason, while the varnish tends to penetrate narrow gaps, there is a concern that air bubbles are generated and the generated air bubbles tend to remain. In contrast, the antifoaming agent added in the present invention does not significantly lower the surface tension of the varnish, but destroys or suppresses the formation of air bubbles.
例えば、ワニスとしてエポキシ樹脂を使用する場合、このワニスよりも表面張力が低いことが添加する、気泡を破壊する、あるいは気泡の生成を抑制する消泡剤の一つの条件である。このような消泡剤としては、シリコーンや、シリカが添加されたシリコーンなどを好ましく用いることができる。また、使用するワニスの表面張力よりも低く、このワニスに均一に溶解、あるいは分散させることができるのであれば、ポリオキシエチレン・ポリオキシプロピレンブロック共重合体、フッ化炭化物の誘導体やトリブチルホスフェートなども用いることが可能である。ワニスとして不飽和ポリエステルやイミドエステルなどを使用する場合も同様である。 For example, when an epoxy resin is used as the varnish, one of the conditions for the antifoaming agent to be added, which destroys air bubbles, or suppresses the formation of air bubbles, is that the surface tension is lower than that of the varnish. As such an antifoaming agent, silicone, silicone to which silica is added, or the like can be preferably used. Polyoxyethylene/polyoxypropylene block copolymers, derivatives of fluorocarbons, tributyl phosphate, etc., may also be used as long as they have a lower surface tension than the varnish used and can be uniformly dissolved or dispersed in this varnish. can also be used. The same applies when unsaturated polyester, imide ester, or the like is used as the varnish.
ワニスとしてシリコーン樹脂を使用する場合、シリコーン樹脂自体が消泡性を示し、また、シリコーン樹脂自体の表面張力も非常に低い。このため、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂のような、比較的表面張力の大きな熱硬化性樹脂と比較して、消泡剤を添加した場合に得られる効果は小さくなる。しかし、例えば、エポキシ樹脂などで変性したシリコーン樹脂のように、通常のシリコーン樹脂よりも表面張力の大きい樹脂を用いる場合、消泡剤を添加することによる効果が大きくなる。 When a silicone resin is used as the varnish, the silicone resin itself exhibits antifoaming properties, and the surface tension of the silicone resin itself is very low. For this reason, compared with thermosetting resins having a relatively high surface tension, such as epoxy resins and unsaturated polyester resins, the effect obtained by adding an antifoaming agent is small. However, when using a resin having a higher surface tension than a normal silicone resin, such as a silicone resin modified with an epoxy resin, the effect of adding an antifoaming agent increases.
これら消泡剤は少量添加すればよく、通常、1質量%程度添加すればよい。また、イオン性の化合物ではないことから、最終的に形成された絶縁層の絶縁性能を損なうことなく、気泡の生成を抑制することができる。 These antifoaming agents may be added in small amounts, usually about 1% by mass. Moreover, since it is not an ionic compound, it is possible to suppress the generation of air bubbles without impairing the insulating performance of the finally formed insulating layer.
このように、本実施例のプリプレグマイカテープ35,36,37は、以下の工程により、作製される。
Thus, the
(1)先ず、基材33とマイカペーパ31とを接着剤32で接着し、貼り合わせ、固定されるマイカテープ(基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で固定したもの)に、ワニスを含浸させ、含浸されたワニス(含浸ワニス)を半硬化状態にする。
(1) First, the
(2)そして、このマイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニス(追加ワニス)34を形成する。 (2) Then, a semi-cured varnish (additional varnish) 34 containing a filler is formed on the outermost surface of this mica tape.
つまり、本発明のプリプレグマイカテープは、半硬化状態のワニス(含浸ワニス)を含浸したマイカテープと、マイカテープの最表面に保持され、フィラーを含有する半硬化状態のワニス(追加ワニス)と、を有する。 That is, the prepreg mica tape of the present invention includes a mica tape impregnated with a semi-cured varnish (impregnated varnish), a semi-cured varnish (additional varnish) held on the outermost surface of the mica tape and containing a filler, have
また、追加ワニスに含有するフィラーとしては、シリカ、アルミナ、窒化ホウ素などの絶縁材料に使用される無機粒子が好ましい。このフィラーの種類、形状、粒径、及び、含有量を調整することにより、追加ワニスの粘度を調整することができる。 As the filler contained in the additional varnish, inorganic particles used for insulating materials such as silica, alumina, and boron nitride are preferable. By adjusting the type, shape, particle size, and content of this filler, the viscosity of the additional varnish can be adjusted.
このフィラーの種類、形状、粒径、及び、含有量を調整することにより、加熱時の追加ワニスの粘度を低くすることができ、つまり、追加ワニスの流動性を高くすることができ、プリプレグマイカテープから追加ワニスを流動しやすくすることができる。 By adjusting the type, shape, particle size, and content of this filler, the viscosity of the additional varnish during heating can be lowered, that is, the fluidity of the additional varnish can be increased, and the prepreg mica can be Additional varnish can be facilitated to flow from the tape.
なお、本発明のプリプレグマイカテープは、テープとしての形状を保持するため、含浸ワニス及び追加ワニスが、加熱前には流動しないように、これらワニスを半硬化状態、つまり、B-ステージにする。 In order to maintain the tape shape of the prepreg mica tape of the present invention, the impregnated varnish and the additional varnish are brought to a semi-cured state, that is, B-stage so that they do not flow before heating.
一方、絶縁被覆した導体21に、プリプレグマイカテープを巻回する上で、プリプレグマイカテープに必要となる柔軟性を持たせるため、含浸ワニス及び追加ワニスの硬化度合いを調整する。なお、加熱時の含浸ワニス及び追加ワニスの粘度(流動性)は、含浸ワニス及び追加ワニスの硬化度合いにより相違する。
On the other hand, when the prepreg mica tape is wound around the
含浸ワニス及び追加ワニスは、加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの初期段階において、加熱により粘度が低下した半硬化状態の含浸ワニス及び追加ワニスが染み出す(流動する、流出する)ようになる。 The impregnating varnish and the additional varnish come to exude (flow or flow out) in the initial stage of the flow and curing process of the varnish by heating.
そして、含浸ワニス及び追加ワニスの流動性、つまり、硬化度合いの相違による加熱時の粘度は、コイル単体12や鉄心スロット13の大きさや形状により相違するため、適宜、調整する。なお、コイル単体12や鉄心スロット13の大きさや形状に応じて、含浸ワニス及び追加ワニスの量や半硬化状態の程度を調整する。更に、固定子巻線10の加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの温度プロファイルを調整する。
The fluidity of the impregnated varnish and the additional varnish, that is, the viscosity at the time of heating due to the difference in the degree of hardening differs depending on the size and shape of the
また、含浸ワニスの硬化度合いと追加ワニスの硬化度合いとは、同一でもよいし、相違してもよい。例えば、含浸ワニスの硬化度合いよりも、追加ワニスの硬化度合いを低くする。これにより、加熱時の追加ワニスの粘度を、含浸ワニスの粘度よりも低くし、つまり、追加ワニスの流動性を、含浸ワニスの流動性よりも高くし、プリプレグマイカテープから追加ワニスを流動しやすくすることができる。 Further, the degree of hardening of the impregnated varnish and the degree of hardening of the additional varnish may be the same or different. For example, the degree of cure of the additional varnish is less than the degree of cure of the impregnating varnish. This makes the viscosity of the additional varnish lower than that of the impregnated varnish when heated, that is, the fluidity of the additional varnish higher than that of the impregnated varnish, making it easier to flow the additional varnish from the prepreg mica tape. can do.
このように、本実施例におけるプリプレグマイカテープは、基材33とマイカペーパ31とが、接着剤32により、接着されるマイカテープと、マイカテープの最表面に保持される、半硬化状態のワニス34と、を有する。なお、半硬化状態のワニス34は、フィラーを含有することが好ましい。そして、マイカペーパ31、又は、基材33及びマイカペーパ31は、半硬化状態のワニスが含浸されることが好ましい。つまり、基材33及びマイカペーパ31のうち、少なくともマイカペーパ31には、半硬化状態のワニスが含浸されることが好ましい。
Thus, the prepreg mica tape in this embodiment consists of a mica tape in which the
そして、本実施例におけるプリプレグマイカテープの製造方法は、基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にした後、マイカテープの最表面に、半硬化状態のワニス34を保持させる。
In the method of manufacturing the prepreg mica tape in this embodiment, the mica tape obtained by bonding the
[回転電機および回転電機の製造方法]
次に、上述した本発明のプリプレグマイカテープを使用した回転電機と、その製造方法について説明する。図4は図1の固定子巻線10の構成を模式的に示す斜視図である。図4に示すように、固定子巻線10は固定子鉄心11とコイル単体12とを有する。なお、固定子巻線10は、(a)相間絶縁、(b)対地絶縁、(c)巻線ターン間絶縁の3つの絶縁を有する。
[Rotating electric machine and manufacturing method of the rotating electric machine]
Next, a rotating electric machine using the prepreg mica tape of the present invention described above and a manufacturing method thereof will be described. FIG. 4 is a perspective view schematically showing the configuration of the stator winding 10 of FIG. 1. As shown in FIG. As shown in FIG. 4 , the stator winding 10 has a
固定子鉄心11は、円形状の鋼板が積層された円柱状の積層鋼板の外周に一定間隔で形成される、軸方向(積層方向)に伸びる矩形の溝である鉄心スロット13を有する。
The
図5Aは従来のプリプレグマイカテープを使用したコイル模式的に示す断面図であり、図5Bは本発明のプリプレグマイカテープを使用したコイル模式的に示す断面図である。図5Aおよび図5Bは、図4の平面Hにおける図である。 FIG. 5A is a cross-sectional view schematically showing a coil using a conventional prepreg mica tape, and FIG. 5B is a cross-sectional view schematically showing a coil using the prepreg mica tape of the present invention. 5A and 5B are views in plane H of FIG.
鉄心スロット13には、積層される2つのコイル単体12と、2つのコイル単体12の側方(固定子巻線10の周方向)の溝側壁との間で、2つのコイル単体12を挟み込む位置に設置されるスロットライナ42と、2つのコイル単体12を上下(固定子巻線10の径方向)に挟み込むように設置される3つのスロット内絶縁材43と、が設置される。更に、スロット内絶縁材43の上(固定子巻線10の径方向)にはウェッジ41が設置される。
The
つまり、スロットライナ42が挿入される鉄心スロット13には、3つのスロット内絶縁材43に、2つのコイル単体12が挟持される。
That is, in the
ウェッジ41は、コイル単体12、スロット内絶縁材43、スロットライナ42を、鉄心スロット13に、固定するものである。ウェッジ41は、鉄心スロット13に楔状に設置される。つまり、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43が、鉄心スロット13に挿入された後に、ウェッジ41により、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43が、鉄心スロット13に、固定される。
The
このように、コイル単体12は、スロットライナ42及びスロット内絶縁材43と共に、鉄心スロット13に挿入され、コイル単体12は、スロットライナ42及びスロット内絶縁材43と共に、ウェッジ41により、固定される。
Thus, the
スロットライナ42は、導体21(コイル単体12)と固定子鉄心11との絶縁を補強すると共に、マイカ絶縁層22(コイル単体12)を保護するものである。なお、スロットライナ42には、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、セルロース紙、アラミド紙、不織布などの有機基材が使用される。
The
スロット内絶縁材43は、導体21(コイル単体12)と導体21(コイル単体12)との絶縁、導体21(コイル単体12)と固定子鉄心11との絶縁、及び、導体21(コイル単体12)とウェッジ41との絶縁を補強するものである。なお、スロット内絶縁材43には、ガラスクロスと樹脂との積層複合材料が使用される。
The in-
ウェッジ41は、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に固定するものである。なお、ウェッジ41には、ガラスクロスと樹脂との積層複合材料が使用される。
The
従来のプリプレグマイカテープ30を使用する場合では、鉄心スロット13に挿入される2つのコイル単体12及び3つのスロット内絶縁材43と鉄心スロット13の内壁(溝側壁)との間に、間隙44が形成される場合がある。つまり、導体21の表面のマイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に、間隙44が形成される場合がある。このように、間隙44が形成される場合、課電時に、この間隙44で放電が発生する恐れがある。
When the conventional
図5Bは、本実施例に記載する鉄心スロット13にコイル単体12が組み込まれる、図4の平面Hにおける、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用する場合の、断面構成を説明する説明図である。 FIG. 5B is a cross-sectional configuration when using the prepreg mica tapes (35, 36, 37) of this embodiment on the plane H of FIG. It is an explanatory view explaining.
本発明のプリプレグマイカテープを使用する場合では、図5Bに示すように、鉄心スロット13に挿入される2つのコイル単体12及び3つのスロット内絶縁材43と鉄心スロット13の内壁との間に形成される間隙44が小さくなる。これは、後述するワニスの流動・硬化プロセスにより、本実施例におけるマイカ絶縁層22(本発明のプリプレグマイカテープ)から染み出したワニスが、マイカ絶縁層22の表面を被覆し、更に、間隙44を埋めるためである。つまり、ワニス45(間隙44を埋めるワニス45)が、間隙44に形成される。
When using the prepreg mica tape of the present invention, as shown in FIG. The
なお、ワニス45が、この間隙44を完全に埋めることが好ましい。これにより、課電時に、この間隙44に発生する放電を完全に抑制することができる。ただし、ワニス45が、この間隙44を完全に埋めることなく、この間隙44を小さくすることによっても、課電時に、この間隙44に発生する放電を抑制することができる。
In addition, it is preferable that the
なお、上述した3つの従来の方式では、間隙44における放電の発生を抑制するため、固定子巻線10に、コロナ防止層(d)や電界緩和層(e)が設置される場合がある(図4参照)。特に、電力用大型発電機などの高電圧及び高容量の発電機では、固定子巻線10に、コロナ防止層(d)や電界緩和層(e)が設置される。 In the above-described three conventional methods, a corona prevention layer (d) or an electric field relaxation layer (e) may be provided in the stator winding 10 in order to suppress the generation of discharge in the gap 44 ( See Figure 4). In particular, in a high-voltage and high-capacity generator such as a large power generator, the stator winding 10 is provided with a corona prevention layer (d) and an electric field relaxation layer (e).
一方、本実施例に記載する回転電機は、こうした3つの従来の方式に対して、固定子巻線10と回転子コイルとを有し、固定子巻線10は、鉄心スロット13が形成される固定子鉄心11と、絶縁被覆した導体21及び特別なマイカ絶縁層22を有するコイル単体12(絶縁被覆した導体21にマイカ絶縁層22を形成したコイル単体12)と、を有する。つまり、本実施例に記載する回転電機は、鉄心スロット13が形成される固定子鉄心11と、絶縁被覆した導体21に特別なマイカ絶縁層22を形成したコイル単体12と、を有する固定子巻線10を有する。
On the other hand, the rotating electrical machine described in this embodiment has a stator winding 10 and a rotor coil, and the stator winding 10 is formed with
そして、この特別なマイカ絶縁層22は、基材33とマイカペーパ31とが接着剤32で接着され、半硬化状態のワニス(含浸ワニス)が含浸するマイカテープと、マイカテープの最表面に保持され、フィラーを含有する半硬化状態のワニス(追加ワニス)と、を有するプリプレグマイカテープにより形成される。
This special
つまり、コイル単体12は、絶縁被覆した導体21に形成される、含浸ワニス及び追加ワニスを有するマイカ絶縁層22を有する。
That is, the
更に、固定子巻線10は、鉄心スロット13にコイル単体12と共に挿入され、コイル単体12を保護するスロットライナ42と、コイル単体12を絶縁するスロット内絶縁材43と、コイル単体12、スロット内絶縁材43、スロットライナ42を、鉄心スロット13に固定するウェッジ41と、を有する。
Further, the stator winding 10 is inserted into the
そして、コイル単体12と、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、により形成され、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、マイカ絶縁層22に含浸、保持され、マイカ絶縁層22から染み出したワニスを形成する。
A
つまり、固定子巻線10を加熱することにより、含浸ワニス及び追加ワニスがマイカ絶縁層22から染み出し、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44を、これらワニスで埋め、固定子巻線10が作製される。これにより、課電時に、間隙44における放電の発生を抑制する。
That is, by heating the stator winding 10, the impregnating varnish and the additional varnish seep out from the
次に、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用する、回転電機の製造方法、特に、固定子巻線10の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing a rotating electric machine, particularly a method for manufacturing the stator winding 10, using the prepreg mica tapes (35, 36, 37) of this embodiment will be described.
つまり、本実施例に記載する回転電機の製造方法は、特に、鉄心スロット13が形成される固定子鉄心11と、導体21にマイカ絶縁層22を形成したコイル単体12と、を有する固定子巻線10の製造方法であり、以下のSTEP1~を有する。
In other words, the manufacturing method of the rotating electric machine described in this embodiment particularly includes the
STEP1:含浸ワニス(半硬化状態)及び追加ワニス(半硬化状態)を有するプリプレグマイカテープを、絶縁被覆した導体21に巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、コイル単体12を製造する。
STEP 1: A prepreg mica tape having an impregnating varnish (semi-cured state) and an additional varnish (semi-cured state) is wound around a
つまり、STEP1では、基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にし、その後、マイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニスを保持させ、上述した本発明のプリプレグマイカテープを作製し、プリプレグマイカテープを、導体21に巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、コイル単体12を製造する。
That is, in STEP 1, the mica tape obtained by bonding the
STEP2:STEP1で製造されるコイル単体12と共に、スロットライナ42とスロット内絶縁材43とを、鉄心スロット13に挿入し、その後、ウェッジ41を設置する。ウェッジ41により、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を固定し、中間段階の固定子巻線10(加熱前の固定子巻線10)を製造する。
STEP 2: Together with the
つまり、STEP2では、コイル単体12を、鉄心スロット13に、コイル単体12を保護するスロットライナ42、コイル単体12を絶縁するスロット内絶縁材43と共に挿入し、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に、ウェッジ41により固定し、中間段階の固定子巻線10を製造する。
That is, in STEP 2, the
STEP3:その後、STEP2で製造される中間段階の固定子巻線10を加熱することにより、マイカ絶縁層22の含浸ワニス及び追加ワニスを、流動させる。
STEP 3: After that, by heating the intermediate stage stator winding 10 manufactured in STEP 2, the impregnating varnish and the additional varnish of the
そして、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、マイカ絶縁層22に含浸され、保持されたワニスが注入され(ワニスが流動し)、ワニス45が、間隙44を埋め、ワニス45が、間隙44に形成される。間隙44に埋められたワニス45は、その後、硬化する。
Then, the varnish impregnated and held in the
つまり、STEP3では、中間段階の固定子巻線10を加熱し、マイカ絶縁層22に含浸され、保持されたワニスを、流動させ、コイル単体12と、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、により形成され、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、マイカ絶縁層22に含浸、保持され、流動したワニスを形成し、硬化させ、固定子巻線10(加熱後の固定子巻線10、最終段階の固定子巻線10)を製造する。
That is, in STEP 3, the stator winding 10 in the intermediate stage is heated to flow the varnish impregnated and held in the
このように、本発明のプリプレグマイカテープを使用し、固定子巻線10を製造する場合には、絶縁被覆した導体21に、このプリプレグマイカテープを巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、コイル単体12を製造し、鉄心スロット13に、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を挿入し、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、ウェッジ41により固定し、固定子巻線10を製造する。
In this way, when the prepreg mica tape of the present invention is used to manufacture the stator winding 10, the prepreg mica tape is wound around the
そして、固定子巻線10を、ワニスの流動・硬化プロセスに基づき加熱し、含浸ワニス及び追加ワニスを、流動・硬化させ、固定子巻線10を製造する。流動する含浸ワニス及び追加ワニスは、マイカ絶縁層22の表面から染み出し、加熱前にあった間隙44を埋める。つまり、ワニス45が、間隙44に形成される。
Then, the stator winding 10 is heated based on the varnish flowing and curing process, and the impregnated varnish and the additional varnish are flowed and cured to manufacture the stator winding 10 . The flowing impregnating varnish and additional varnish seep out from the surface of the
その結果、間隙44が小さくなり、又は、間隙44が完全に埋まり、課電時に、この間隙44で発生する恐れがある放電を抑制することができる。
As a result, the
次に、本実施例に記載するコイル単体12の導体21に形成されるマイカ絶縁層22の最表面の断面を模式的に説明する。
Next, a cross section of the outermost surface of the
図6Aおよび図6Bは本発明のプリプレグマイカテープの最表面を模式的に示す断面図であり、図6Aは1重の場合、図6Bは2重(多重)の場合である。なお、上述した、マイカテープ31にワニス層34を有するプリプレグマイカテープ35を使用する場合を示す。ただし、プリプレグマイカテープ36又はプリプレグマイカテープ37を使用する場合も同様である。
6A and 6B are cross-sectional views schematically showing the outermost surface of the prepreg mica tape of the present invention, FIG. 6A being a single layer and FIG. 6B being a double (multiple) layer. The case of using the
プリプレグマイカテープは、STEP1において、包帯(螺旋帯)を巻くように、一部をオーバーラップさせながら、導体に巻回される。このため、STEP3において、固定子巻線10を加熱した際、プリプレグマイカテープに含浸するワニス(含浸ワニス)及びプリプレグマイカテープ35の最表面に形成されるフィラーを含有するワニス(追加ワニス)は、プリプレグマイカテープの表面及び端面から、Kマイカテープ31の表面、及び、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの間の隙間46に染み出す。
In STEP 1, the prepreg mica tape is wound around the conductor while partially overlapping like a bandage (spiral band). Therefore, in STEP 3, when the stator winding 10 is heated, the varnish impregnated into the prepreg mica tape (impregnated varnish) and the varnish containing the filler formed on the outermost surface of the prepreg mica tape 35 (additional varnish) are From the surface and end face of the prepreg mica tape, it seeps out to the surface of the
つまり、加熱により粘度が低下した半硬化状態の含浸ワニス及び追加ワニスは、加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの初期段階において、プリプレグマイカテープ35の表面から、マイカ絶縁層22の表面に、染み出すようになると共に、図6Bに示すように、プリプレグマイカテープの端面から、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープ35との間の隙間46にも、染み出すようになる。
In other words, the semi-cured impregnated varnish and additional varnish whose viscosity is lowered by heating seep from the surface of the
このように、含浸ワニス及び追加ワニスは、プリプレグマイカテープから、マイカ絶縁層22の表面に、及び、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの間の隙間46に、染み出し、マイカ絶縁層22の表面に、及び、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの間の隙間46に、フィラーを含有する熱硬化性樹脂層を形成する。これにより、課電時に、発生する恐れがある放電を抑制することができる。
Thus, the impregnating varnish and the additional varnish bleed from the prepreg mica tape onto the surface of the
特に、図6Bに示すように、プリプレグマイカテープを多重に積層する場合、プリプレグマイカテープ35の積層方向の絶縁性は高い。ただし、積層されるプリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの界面には、隙間46が形成され、絶縁性の欠陥となる場合がある。
In particular, as shown in FIG. 6B, when prepreg mica tapes are laminated in multiple layers, the
そこで、本実施例では、特に、プリプレグマイカテープを多重に積層する場合(複数層にプリプレグマイカテープを巻回する場合)、含浸ワニス及び追加ワニスは、プリプレグマイカテープの端面から、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの間の隙間46に染み出す。
Therefore, in this embodiment, particularly when prepreg mica tapes are laminated in multiple layers (when prepreg mica tapes are wound in multiple layers), the impregnated varnish and the additional varnish are applied from the end face of the prepreg mica tape to the prepreg mica tape. It seeps into the
このように、本実施例によれば、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの間の隙間46に、フィラーを含有する熱硬化性樹脂層を形成することができる。これにより、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの界面の耐部分放電特性を向上させることができる。
Thus, according to this embodiment, a thermosetting resin layer containing a filler can be formed in the
なお、含浸ワニス及び追加ワニスは、プリプレグマイカテープ35の端面からマイカ絶縁層22の表面にも染み出す。
Note that the impregnated varnish and the additional varnish seep out from the end face of the
また、本実施例のプリプレグマイカテープは、プリプレグ方式を使用する回転電機の製造方法、特に、固定子巻線10の製造方法にも使用することができる。 In addition, the prepreg mica tape of this embodiment can also be used in a method of manufacturing a rotating electric machine using the prepreg method, particularly in a method of manufacturing the stator winding 10 .
そして、この場合における固定子巻線10の製造方法は、以下のSTEPを有する。 The manufacturing method of the stator winding 10 in this case has the following steps.
STEP1では、基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にし、その後、マイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニスを保持させ、プリプレグマイカテープ35,36,37を作製し、プリプレグマイカテープ35,36,37を、導体21に巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、中間段階のコイル単体12を製造する。
In STEP 1, a mica tape in which a
STEP2では、この中間段階のコイル単体12を加熱、加圧し、ワニスを熱硬化し、最終段階のコイル単体12を製造する。
In STEP 2, the
STEP3では、この最終段階のコイル単体12を、鉄心スロット13に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43と共に挿入し、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に、ウェッジにより、固定し、固定子巻線10を製造する。
In STEP 3, the
これにより、含浸ワニス及び追加ワニスは、プリプレグマイカテープ35の端面から、マイカ絶縁層22の表面及びプリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に染み出す。
As a result, the impregnated varnish and the additional varnish seep out from the end face of the
そして、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に、フィラーを含有する熱硬化性樹脂層を形成することができる。これにより、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との界面の耐部分放電特性を向上させることができる。
Then, a thermosetting resin layer containing a filler can be formed in the
次に、本実施例に記載する固定子巻線10の加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの温度プロファイルを模式的に説明する。 Next, the temperature profile of the varnish flow/hardening process by heating the stator winding 10 described in this embodiment will be schematically described.
図7は、本実施例に記載する固定子巻線10の加熱によるワニスの流動・硬化プロセスの温度プロファイルを模式的に説明する説明図である。 FIG. 7 is an explanatory diagram schematically illustrating the temperature profile of the varnish flowing and curing process by heating the stator winding 10 described in this embodiment.
STEP3において、半硬化状態のワニスは、温度が上昇すると共に、ワニスの粘度が低下し、ワニスがゲル化し、更に温度が上昇すると、ワニスが硬化し始め、最後に全体のワニスが硬化する。つまり、加熱の初期段階において、ワニスの温度上昇により、マイカ絶縁層22の含浸ワニス及び追加ワニスの粘度が低下し、ワニスが、マイカ絶縁層22の表面、及び、プリプレグマイカテープ35とプリプレグマイカテープ35との間の隙間46に染み出し、鉄心スロット13の内部を流動する。
In STEP 3, as the temperature of the semi-cured varnish rises, the viscosity of the varnish decreases and the varnish gels. When the temperature rises further, the varnish begins to harden, and finally the entire varnish hardens. That is, in the initial stage of heating, due to the temperature rise of the varnish, the viscosities of the impregnated varnish and the additional varnish of the
特に、固定子巻線10が加熱される際、固定子巻線10は軸中心に回転させることで、染み出すワニスは、鉄心スロット13の内部をさらに流動し易くすることができる。これにより、染み出すワニスが、加熱前にあった間隙44や隙間46を埋める。つまり、染み出すワニスが、間隙44や隙間46に形成される。これにより、課電時に、この間隙44や隙間46で発生する恐れがある放電を抑制することができる。
In particular, when the stator winding 10 is heated, by rotating the stator winding 10 about its axis, the oozing varnish can flow more easily inside the
<スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つに、半硬化状態の消泡剤が添加されているワニスを保持>
なお、本実施例では、マイカ絶縁層22に半硬化状態のワニスを含浸、保持させ、更に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つにも、半硬化状態の消泡剤が添加されているワニスを保持させてもよい。
<At least one of the
In this embodiment, the
なお、ワニスは、スロットライナ42のみ、スロット内絶縁材43のみ、ウェッジ41のみに保持されてもよい。また、消泡剤が添加されているワニスは、スロットライナ42とウェッジ41とに保持され、スロットライナ42とスロット内絶縁材43とに保持され、ウェッジ41とスロット内絶縁材43とに保持されてもよい。
Note that the varnish may be retained only on the
そして、鉄心スロット13に、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41が設置された後に、固定子巻線10を加熱して、消泡剤が添加されているワニスを流動・硬化させてもよい。
After the
つまり、本実施例では、固定子巻線10を加熱することにより、マイカ絶縁層22に含侵、保持される消泡剤が添加されているワニスが流動し、更に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41にも消泡剤が添加されているワニスが保持される場合には、固定子巻線10を加熱することにより、これらに保持される消泡剤が添加されているワニスの粘度も低下し、これらに保持される消泡剤が添加されているワニスも、鉄心スロット13の内部を流動する。
That is, in this embodiment, by heating the stator winding 10, the varnish containing the antifoaming agent that is impregnated and held in the
スロットライナ42に消泡剤が添加されているワニスが保持される場合には、消泡剤が添加されているワニスは、フィルムや紙の表面(スロットライナ42の表面)に塗布(保持)され、フィルムや紙の空隙(内部)(スロットライナ42の空隙)に含浸(保持)される。
When the
スロット内絶縁材43に消泡剤が添加されているワニスが保持される場合には、消泡剤が添加されているワニスは、スロット内絶縁材43の表面、特に、スロット内絶縁材43の表面であって、コイル単体12に対向する面に塗布(保持)される。
In the case where the
ウェッジ41に消泡剤が添加されているワニスが保持される場合には、消泡剤が添加されているワニスは、ウェッジ41の表面、特に、ウェッジ41の表面であって、スロット内絶縁材43に対向する面に塗布(保持)される。
If the
なお、コイル単体12や鉄心スロット13の大きさや形状に応じて、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41に保持される消泡剤が添加されているワニスの量や半硬化状態の程度を調整する。また、固定子巻線10の加熱による消泡剤が添加されているワニスの流動・硬化プロセスの温度プロファイルを調整する。
Depending on the size and shape of the
また、鉄心スロット13に消泡剤が添加されているワニスを補充してもよい。スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41に、ワニスを保持させることに限定されず、コイル単体12に、消泡剤が添加されているワニスを直接塗布して、補充してもよい。
Also, the
スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つに使用される消泡剤が添加されているワニスとしては、プリプレグマイカテープに用いられるワニスと同様に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましく、含浸ワニス及び追加ワニスに使用されるワニスと同一のものを使用することが好ましい。
The antifoaming agent-added varnish used for at least one of the
また、プリプレグマイカテープに用いられるワニスの場合と同様に、使用するワニスよりも表面張力が低い消泡剤を添加する必要があり、このような消泡剤としては、シリコーンや、シリカが添加されたシリコーンなどを好ましく用いることができる。また、使用するワニスの種類に応じて適切な消泡剤を用いることができる。 In addition, as in the case of the varnish used for the prepreg mica tape, it is necessary to add an antifoaming agent having a lower surface tension than the varnish used. Silicone or the like can be preferably used. Moreover, an appropriate antifoaming agent can be used according to the type of varnish used.
そして、この場合における固定子巻線10は、鉄心スロット13に、コイル単体12と共に挿入される、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を鉄心スロット13に固定するウェッジ41と、を有し、コイル単体12と共に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つに半硬化状態の消泡剤が添加されているワニスを保持する。
The stator winding 10 in this case includes a
そして、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、マイカ絶縁層22に含浸、保持された消泡剤が添加されているワニス、及び、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、ウェッジ41と、の少なくとも一つに保持された消泡剤が添加されているワニスを、流動させる。
A
つまり、この場合における固定子巻線10は、あらかじめ消泡剤が添加されているワニスを含浸、保持したマイカ絶縁層22を有するコイル単体12と、あらかじめ消泡剤が添加されているワニスを保持したスロットライナ42、スロット内絶縁材43、ウェッジ41の少なくとも一つと、を有し、鉄心スロット13に、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を挿入し、ウェッジ41により、これらを固定したものであってもよい。
That is, the stator winding 10 in this case includes the
そして、この場合における固定子巻線10の製造方法は、以下のSTEPを有する。 The manufacturing method of the stator winding 10 in this case has the following steps.
STEP1では、基材33とマイカペーパ31とを、接着剤32で接着したマイカテープに、ワニスを含浸させ、ワニスを半硬化状態にし、その後、マイカテープの最表面に、フィラーを含有する半硬化状態のワニスを保持させ、プリプレグマイカテープ(35、36、37)を作製し、プリプレグマイカテープ(35、36、37)を、導体21に巻回し、マイカ絶縁層22を形成し、コイル単体12を製造する。
In STEP 1, a mica tape in which a
STEP2では、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に固定するウェッジ41と、の少なくとも一つに、あらかじめ半硬化状態のワニスを保持させる。
In STEP 2, at least one of the
そして、コイル単体12を、鉄心スロット13に、スロットライナ42、スロット内絶縁材43と共に挿入し、コイル単体12、スロットライナ42、スロット内絶縁材43を、鉄心スロット13に、ウェッジにより、固定し、中間段階の固定子巻線10を製造する。
Then, the
STEP3では、中間段階の固定子巻線10を加熱し、マイカ絶縁層22に含浸され、保持されたワニス、及び、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、ウェッジ41と、の少なくとも一つに保持されたワニスを、流動させる。
In STEP 3, the intermediate stage stator winding 10 is heated to remove the varnish impregnated and retained in the
そして、コイル単体12と、スロットライナ42と、スロット内絶縁材43と、により形成され、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44に、これら流動したワニスを形成し、硬化させ、固定子巻線10(加熱後の固定子巻線10、最終段階の固定子巻線10)を製造する。
Then, the flowing varnish is formed in the
<本実施例の効果>
本実施例によれば、本実施例のプリプレグマイカテープ(35、36、37)を使用することにより、ワニスを真空加圧注入する製造設備や製造工程が不要となる。
<Effect of this embodiment>
According to this embodiment, the use of the prepreg mica tapes (35, 36, 37) of this embodiment eliminates the need for manufacturing equipment and manufacturing processes for injecting varnish under vacuum and pressure.
本実施例によれば、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44を、ワニス45(マイカ絶縁層22(プリプレグマイカテープ(35、36、37))から染み出す含浸ワニス及び追加ワニス)で埋めることができ、間隙44にフィラーを含有する熱硬化性樹脂層を形成することができる。この半硬化状態のワニス中に消泡剤が添加されていることにより、プリプレグマイカテープ中のワニスを加熱、硬化する過程において、ワニスが染み出し、流動して隙間を埋める際に、気泡が生成することを抑制することができる。仮に気泡が生成したとしても生成した気泡が残留することを抑制することができる。これにより、マイカ絶縁層22と鉄心スロット13との間に形成される間隙44における放電の発生を抑制することができる。
According to this embodiment, the
本実施例によれば、マイカ絶縁層22の表面に、及び、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの間の隙間46に、フィラーを含有する、ボイドの少ない熱硬化性樹脂層を形成することができる。これにより、プリプレグマイカテープとプリプレグマイカテープとの界面の耐部分放電特性を向上させることができる。
According to this embodiment, a filler-containing thermosetting resin layer with few voids can be formed on the surface of the
マイカ絶縁層22にボイドが残存すると、課電時に、放電が発生する恐れがある。このため、一体注入方式や単独注入方式においては、マイカ絶縁層22にボイドが残存しないように、ドライマイカテープの微細な空隙に、ワニスを注入する。通常、ドライマイカテープの微細な空隙に、長い時間をかけて、ワニスを真空含浸(真空加圧注入)させる。本実施例では、ドライマイカテープの微細な空隙に、長い時間をかけて、ワニスを真空含浸(真空加圧注入)させる必要はない。
If voids remain in the
また、プリプレグ方式と相違し、コイル単体12を加圧せずに、ワニスを硬化させ、コイル単体12を製造することができる。このため、製造時間を短縮することができる。
Moreover, unlike the prepreg method, the
また、一体注入方式と相違し、固定子巻線10をワニスに浸漬する必要がないため、不必要な部位に余分なワニスが付着することがない。これにより、ワニスの使用量を削減することができる。また、例えば、ワニスが固定子巻線10の内周に付着した場合には、固定子巻線10と回転子コイルとの間のギャップに影響し、ワニスが固定子巻線10の外周に付着した場合には、固定子巻線10の冷却効率に影響する場合がある。 Moreover, unlike the integral injection method, the stator winding 10 does not need to be immersed in varnish, so that excess varnish does not adhere to unnecessary portions. This makes it possible to reduce the amount of varnish used. Further, for example, when varnish adheres to the inner circumference of the stator winding 10, the gap between the stator winding 10 and the rotor coil is affected, and the varnish adheres to the outer circumference of the stator winding 10. If so, the cooling efficiency of the stator winding 10 may be affected.
このように、本実施例によれば、今後の回転電機において、マイカ絶縁層22のボイドや隙間46、間隙44における放電の発生を抑制し、絶縁信頼性の高い回転電機を提供することができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of discharge in the voids of the
また、本実施例によれば、回転電機(固定子巻線10)の製造に関する製造設備や製造工程を簡略化することができ、製造時間を短縮することができる。 Moreover, according to the present embodiment, it is possible to simplify manufacturing equipment and manufacturing processes for manufacturing the rotary electric machine (stator winding 10), and shorten the manufacturing time.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために、具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに限定されるものではない。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments are specifically described in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
10…固定子巻線、11…固定子鉄心、12…コイル単体、13…鉄心スロット、21…導体、22…マイカ絶縁層、30…従来のプリプレグマイカテープ、31…マイカペーパ、32…接着剤、33…基材、34…消泡剤が添加されているワニス、35…本実施例のプリプレグマイカテープ、36…本実施例のプリプレグマイカテープ、37…本実施例のプリプレグマイカテープ、41…ウェッジ、42…スロットライナ、43…スロット内絶縁材、44…間隙、45…間隙44を埋めるワニス、46…隙間。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記ワニス層に消泡剤が添加されていることを特徴とするプリプレグマイカテープ。 Having a structure in which a base material, mica paper, and a semi-cured varnish layer are laminated,
A prepreg mica tape, wherein an antifoaming agent is added to the varnish layer.
前記マイカ絶縁層は、基材と、マイカペーパと、半硬化状態のワニス層と、が積層された構成を有し、前記ワニス層に消泡剤が添加されているプリプレグマイカテープで構成されていることを特徴とする回転電機。 A rotating electric machine having a stator winding having a stator core in which core slots are formed and a coil unit having a mica insulating layer formed on a conductor,
The mica insulating layer has a configuration in which a base material, mica paper, and a semi-cured varnish layer are laminated, and is composed of a prepreg mica tape in which an antifoaming agent is added to the varnish layer. A rotating electrical machine characterized by:
前記コイル単体と、前記スロットライナと、前記スロット内絶縁材と、により形成され、前記マイカ絶縁層と前記鉄心スロットとの間に形成される間隙に、前記マイカ絶縁層の前記ワニス層の成分が含まれていることを特徴とする請求項7に記載の回転電機。 The stator winding has a slot liner that is inserted into the core slot together with the coil unit and protects the coil unit, and an in-slot insulating material that insulates the coil unit,
A component of the varnish layer of the mica insulating layer is formed in a gap formed between the mica insulating layer and the core slot, which is formed by the coil unit, the slot liner, and the in-slot insulating material. 8. The rotating electrical machine of claim 7, comprising:
基材とマイカペーパとを接着剤で接着ししたマイカテープに、消泡剤が添加されたワニスを含浸させ、前記消泡剤が添加されているワニスを半硬化状態にし、
前記マイカテープの最表面に、半硬化状態の消泡剤が添加されているワニスを保持させてワニス層を形成してプリプレグマイカテープを作製し、
前記プリプレグマイカテープを、前記導体に巻回し、前記マイカ絶縁層を形成し、前記コイル単体を製造し、
前記コイル単体を、前記鉄心スロットに、前記コイル単体を保護するスロットライナ、前記コイル単体を絶縁するスロット内絶縁材と共に挿入し、
前記コイル単体、前記スロットライナ、前記スロット内絶縁材を、前記鉄心スロットに固定し、中間段階の固定子巻線を製造する工程を有することを特徴とする回転電機の製造方法。 A method for manufacturing a rotating electric machine comprising a stator winding having a stator core having core slots and a single coil having a mica insulating layer formed on a conductor, the method comprising:
A mica tape obtained by bonding a base material and mica paper with an adhesive is impregnated with a varnish containing an antifoaming agent, and the varnish containing an antifoaming agent is semi-cured,
A varnish layer to which a semi-cured antifoaming agent is added is held on the outermost surface of the mica tape to form a varnish layer to produce a prepreg mica tape,
winding the prepreg mica tape around the conductor to form the mica insulating layer to manufacture the coil unit;
inserting the coil unit into the core slot together with a slot liner that protects the coil unit and an in-slot insulating material that insulates the coil unit;
A method of manufacturing a rotating electric machine, comprising a step of fixing the coil unit, the slot liner, and the in-slot insulating material to the core slot to manufacture an intermediate stator winding.
前記コイル単体と、前記スロットライナと、前記スロット内絶縁材と、により形成され、前記マイカ絶縁層と前記鉄心スロットとの間に形成される間隙に、前記マイカ絶縁層に含浸、保持され、流動した消泡剤が添加されているワニスを形成し、硬化させ、前記固定子巻線を製造することを特徴とする請求項11に記載の回転電機の製造方法。 heating the intermediate stage stator winding to flow the varnish impregnated and retained with the defoamer added to the mica insulation layer;
The mica insulating layer is impregnated and held in a gap formed between the mica insulating layer and the core slot, and is formed by the coil unit, the slot liner, and the in-slot insulating material. 12. The method of manufacturing a rotating electric machine according to claim 11, wherein a varnish to which an antifoaming agent is added is formed and cured to manufacture the stator windings.
前記中間段階の固定子巻線を加熱し、前記マイカ絶縁層と前記鉄心スロットとの間に形成される間隙に、前記マイカ絶縁層に含浸、保持されたワニス、及び、前記スロットライナ、前記スロット内絶縁材、前記ウェッジの少なくとも一つに保持された消泡剤が添加されているワニスを流動、硬化させ、前記固定子巻線を製造することを特徴とする請求項11に記載の回転電機の製造方法。 A semi-hardened antifoaming agent is added in advance to at least one of the slot liner, the in-slot insulating material, the iron core slot, and at least one of the coil unit, the slot liner, and the wedge that fixes the in-slot insulating material. to retain the varnish that has been applied,
a varnish impregnated and held in the mica insulation layer in the gap formed between the mica insulation layer and the core slot by heating the intermediate stage stator winding, and the slot liner and the slot; 12. The electric rotating machine according to claim 11, wherein a varnish containing an antifoaming agent held on at least one of the inner insulating material and the wedges is flowed and cured to manufacture the stator winding. manufacturing method.
基材とマイカペーパとを、接着剤で接着したマイカテープに、消泡剤が添加されているワニスを含浸させ、前記消泡剤が添加されているワニスを半硬化状態にし、
その後、前記マイカテープの最表面に、半硬化状態の消泡剤が添加されているワニスを保持させ、プリプレグマイカテープを作製し、
前記プリプレグマイカテープを、前記導体に巻回し、前記マイカ絶縁層を形成し、中間段階のコイル単体を製造し、
前記中間段階のコイル単体を加熱、加圧し、最終段階のコイル単体を製造し、
前記最終段階のコイル単体を、鉄心スロットに、コイル単体を保護するスロットライナ、コイル単体を絶縁するスロット内絶縁材と共に挿入し、固定子巻線を製造することを特徴とする回転電機の製造方法。 A method for manufacturing a rotating electric machine having a stator winding having a stator core having core slots and a coil unit having a mica insulating layer formed on a conductor, the method comprising:
A mica tape obtained by bonding a base material and mica paper with an adhesive is impregnated with a varnish containing an antifoaming agent, and the varnish containing an antifoaming agent is semi-cured,
Thereafter, a semi-cured antifoaming agent-added varnish is held on the outermost surface of the mica tape to prepare a prepreg mica tape,
winding the prepreg mica tape around the conductor to form the mica insulating layer to produce an intermediate coil unit;
Heating and pressurizing the intermediate stage coil unit to manufacture the final stage coil unit,
A method of manufacturing a rotating electrical machine, comprising: inserting the coil unit at the final stage into a core slot together with a slot liner for protecting the coil unit and an insulating material in the slot for insulating the coil unit, thereby manufacturing a stator winding. .
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