JP7203285B1 - 回転機コイル、その製造方法および回転機 - Google Patents

Abstract

回転機コイル（１）は、コイル導体（５）と、コイル導体（５）側からマイカ層（８）、フィルム層（１１）の順に積層され、コイル導体（５）の外周に巻き付けられたマイカテープ（８１）およびマイカ層（８）に含侵させた熱硬化性樹脂組成物の硬化物（１０）からなる絶縁層と、を備え、内層側の絶縁層（第一のマイカ層（８ａ））の誘電率が、外層側の絶縁層（第二のマイカ層（８ｂ））の誘電率より高く構成され、絶縁層にかかる電界強度を低くする。

Description

本願は、回転機コイル、その製造方法および回転機に関する。

タービン発電機などに用いられる大型の回転機は、固定子鉄心の内周側に形成された複数のスロット内に収納された固定子コイルを有する。固定子コイルは、金属導体とその周囲に配置された絶縁材料から構成される。この絶縁材料の形成には種々のプロセスが用いられ、例えばマイカにガラスクロスなどの繊維補強材を貼り合わせたマイカテープを固定子コイル導体に数回巻きつけ、低粘度の液状熱硬化性樹脂を減圧下で含浸させた後、加熱プレスする方法（真空加圧含浸方法）、および絶縁テープに半硬化状態の樹脂を配置し、このテープを固定子コイル導体に巻き付けた後に加熱プレスする方法（レジンリッチ法）などが挙げられる。このようなプロセスを用いて製造される回転機は、小型化・高効率化の要求が強まっており、この実現には固定子コイルの絶縁材料を薄肉化し、放熱性を高めることが考えられる。固定子コイルの絶縁材料を薄肉化した場合、絶縁材料の電界強度が高まるため、耐電圧性の高い絶縁材料を有する固定子コイルが望まれている。

例えば、特許文献１には、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であって、前記絶縁対象物の表面に沿って平面的に広がった主絶縁層と、前記主絶縁層に沿って広がった繊維強化部と、前記繊維強化部内に形成されて前記主絶縁層と前記繊維強化部とを互いに接着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繊維強化部において最も高いことを特徴とし、ナノ粒子が高分子重合体部に散在することで絶縁材料の絶縁寿命、すなわち長期的な信頼性の観点から、耐電圧特性が向上する絶縁構造が開示されている。

国際公開ＷＯ２０１８／００２９７２号公報（段落００１３～００１５）

絶縁材料内へのナノ粒子（ナノフィラー）の配置による特性向上は、電気的な破壊進展現象である電気トリーの進展抑制が要因と考えられる。電気トリーは機器の使用電界において経時的に進行するため、その進展抑制が絶縁寿命の向上に有効である。一方、機器の小型化・高効率化のために、絶縁材料を薄肉化した場合、絶縁材料への電界強度が高まるため長期的な耐電圧性に加えて、短期的な耐電圧特性、すなわち絶縁材料の絶縁破壊電圧の向上が必要となる。

特許文献１の絶縁構造の構成では、長期耐電圧特性の向上に有効なナノフィラーの添加に関して記述があるが、短期的な絶縁破壊と長期的な絶縁破壊現象は破壊の進展挙動が異なるため、特許文献１においては短期の耐電圧特性が得られず、機器の小型化・高効率化の要求に対応できないといった問題があった。

本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、機器の小型化・高効率化を実現するため、短期および長期の耐電圧性に優れた絶縁材料を備えた回転機コイル、その製造方法および回転機を得ることを目的とする。

本願に開示される回転機コイルは、コイル導体と、前記コイル導体側から、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子、フィルム層の順に積層され、前記コイル導体の外周に巻き付けられたマイカテープおよび前記厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子に含侵させた熱硬化性樹脂組成物の硬化物を含む絶縁層と、前記硬化物に含まれた、前記硬化物よりも誘電率が高いナノフィラーと、を備え、前記厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子に前記硬化物を含侵させたマイカ層の内層側の誘電率が、前記マイカ層の外層側の誘電率より高く、前記マイカ層の内層側の前記マイカ粒子と前記マイカ層の外層側の前記マイカ粒子とが同じ材料で構成されており、前記ナノフィラーは、前記マイカ層の前記内層側と前記外層側で偏在し、前記内層側の前記ナノフィラーが前記外層側の前記ナノフィラーより高密度であり、粒径の大きな第１のナノフィラーと前記第１のナノフィラーより粒径の小さな第２のナノフィラーを含み、前記第２のナノフィラーが前記外層側で前記内層側より低密度であることを特徴とする。

本願に開示される回転機コイルの製造方法は、コイル導体の外周に繊維層を巻き付ける工程と、前記コイル導体側から、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子、フィルム層の順に積層されたマイカテープを、前記繊維層の外周に巻き付ける工程と、前記繊維層の端部から前記繊維層を介して前記厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子に熱硬化性樹脂組成物より誘電率が高いナノフィラーを含む液状の前記熱硬化性樹脂組成物を含侵させる工程と、前記熱硬化性樹脂組成物を加熱して硬化させる工程と、を含み、前記厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子に前記熱硬化性樹脂組成物を含侵させたマイカ層の内層側の前記マイカ粒子と前記マイカ層の外層側の前記マイカ粒子とが同じ材料で構成され、前記ナノフィラーは、粒径の大きな第１のナノフィラーと前記第１のナノフィラーより粒径の小さな第２のナノフィラーを含み、前記第２のナノフィラーが前記外層側で前記内層側より低密度であることを特徴とする。

本願によれば、絶縁層にかかる電界強度を低くすることで、長期的な耐電圧特性だけでなく、短期的な耐電圧特性を向上させることができ、小型化・高効率化を実現することができる。

実施の形態１に係る回転機コイルが組み込まれた回転機の固定子の一部を拡大した斜視模式図である。 実施の形態１に係る回転機コイルの絶縁層の断面模式図である。 実施の形態１に係る回転機コイルの絶縁層でのナノフィラーの分散状態を示す図である。 実施の形態１に係る回転機コイルの製造工程を示すフローチャート図である。 実施の形態１に係る回転機コイルの製造工程での樹脂組成物の含侵経路を示す模式図である。 実施の形態１に係る他の回転機コイルの絶縁層でのナノフィラーの分散状態を示す模式図である。 実施の形態１に係る他の回転機コイルの絶縁層でのナノフィラーの分散状態を示す模式図である。 実施の形態１に係る他の回転機コイルの絶縁層でのナノフィラーの分散状態を示す模式図である。 実施の形態２に係る回転機の構成を示す断面模式図である。 実施の形態２に係る回転機の構成を示す断面模式図である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る回転機コイル１が組み込まれた回転機の固定子の一部を拡大した斜視模式図である。図１に示すように、回転機の固定子は、固定子鉄心２のスロット３の内部に回転機コイル１が２段に収納されている。２段の回転機コイル１の間にはスペーサー７が挿入されており、スロット３の開口端部には、回転機コイル１を固定するためのウェッジ４が挿入されている。ウェッジ４は、回転機の運転時に回転機コイル１から発生する電磁振動を抑制する効果がある。

回転機コイル１ は、コイル導体５と、コイル導体５を被覆する絶縁層６とを有しているコイル導体５は、その外周が絶縁層６で被覆されているので、固定子鉄心２との対地絶縁が確保されている。コイル導体５の断面形状は矩形である。コイル導体５としては、断面形状が矩形である金属素線を複数束ねたもの等を用いることができる。

本願の回転機コイル１は、金属導体の外周に、マイカと樹脂を含むマイカ層を含む絶縁層が配置され、マイカ層の内層側の誘電率が外層側より高いことを特徴とする。より詳細に述べれば、本願の回転機コイル１は、金属導体の外周に、コイル絶縁材料として繊維層、マイカと樹脂を含むマイカ層、フィルム層が順に配置され、マイカ層の内層側の誘電率が、マイカ層の外層側より高いことを特徴とする。

一般的に、コイルの絶縁層は、角柱状の金属導体の周囲に配置されるため、絶縁層にかかる電界は一様ではなく、絶縁層の内層で高まり、特に金属導体角部周辺において著しく高まる傾向がある。そのため、絶縁破壊はこの角部を起点として進行しやすい。

本願では、マイカ層の内層側の誘電率を外層側より高くすることで、マイカ層にかかる電界を制御し、同内層部にかかる電界を緩和し、その結果耐電圧性を高めることができる。マイカ層には主にマイカと液状の熱硬化性樹脂組成物の硬化物が用いられる。

マイカの誘電率は４～７、樹脂硬化物の誘電率は３～５の範囲であり、マイカ層の内部において誘電率の差を形成し、マイカ層の内層側の誘電率を外層側より高くするには、マイカ層の内層側のマイカ充填率を外層側より高くする、または外層側の樹脂充填率を内層側より高くすることが挙げられる。しかしこの方法では誘電率の差を十分に形成することが難しい。

本願は、鋭意検討の結果、マイカ層の内層側の誘電率を外層側より高くするため、誘電率の差異の形成に高誘電率なナノフィラーの配置が有用であることを見出した。これにより、マイカ層の内層側の誘電率が外層側より高いことを実現している。

図２は、実施の形態１に係る回転機コイル１の絶縁層の断面模式図である。図２に示すように、絶縁層６は、コイル導体５の外周に巻き付けた繊維層９、繊維層９の外周に巻き付けたマイカテープ８１および繊維層９とマイカテープ８１の厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４に含侵させた熱硬化性樹脂組成物の硬化物１０とからなる。マイカテープ８１は、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４とフィルム層１１からなる。硬化物１０は、コイル導体５側の第一のマイカ層８ａの含侵領域（マイカ層８の厚みの１／２以下の範囲）と、第一のマイカ層８ａの外周側の第二のマイカ層８ｂの含侵領域（マイカ層８の厚みの１／２を超える範囲）とで、分散状態が制御されたナノフィラーを含む。

図３は、実施の形態１に係る回転機コイル１の絶縁層でのナノフィラーの分散状態を示す図である。図３（ａ）はマイカ層８の内層側を示す断面図であり、図３（ｂ）はマイカ層８の外層側を示す断面図である。図３（ａ）に示すように、内層側の第一のマイカ層８ａの含侵領域には、２種類の粒径の異なるナノフィラー１３、１５が含まれる。図３（ｂ）に示すように、外層側の第二のマイカ層８ｂの含侵領域には、ナノフィラー１３より粒径の小さいナノフィラー１５のみが含まれる。

マイカ層８に高誘電率なナノフィラーが偏在することで、マイカ層８の内層側と外層側において誘電率の傾斜を形成し、絶縁層６にかかる電界強度を低くすることが可能となるため、短期的な耐電圧特性が向上する。さらに、絶縁層６に長期的な耐電圧特性に向上に有効なナノフィラーが分散配置されているため、絶縁破壊現象の前駆現象である電気トリーの進展を物理的に遮蔽し進展抑制を図ることができる。

次に、実施の形態１に係る回転機コイル１の製造方法を、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１に係る回転機コイル１の製造方法での製造工程を示すフローチャート図である。

まず、コイル導体５の外周に繊維層９を巻き付ける（ステップＳ４０１）。繊維層９としては絶縁性繊維からなる不織布または織物で形成されるものである。このような材料としては、ガラスクロス、ガラス不織布、樹脂不織布等があげられる。中でもガラスクロスは樹脂含浸性に優れ、機械的強度の補強効果があるため、好適である。

続いて、繊維層９の外周にマイカテープ８１を巻き付ける（ステップＳ４０２）。マイカテープ８１は、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４とフィルム層１１からなる。フィルム層１１は、樹脂製のシート状またはテープ状のものであり、液状樹脂に不溶のものであることが必要である。このようなフィルム層１１の材質としては、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、アクリルフィルム、フッ素含有フィルムなどが挙げられる。

次いで、マイカテープ８１に熱硬化性樹脂組成物を含侵させる（ステップＳ４０３）。このとき、繊維層９は、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４より樹脂含浸係数が高く、マイカテープ８１の間隙よりも樹脂が含浸されやすいため、コイル端部から繊維層９を介してコイル中央部、そして厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４の内層側から外層側へと樹脂浸透経路が形成される。

最後に、マイカテープ８１に含侵させた状態で熱硬化性樹脂組成物を硬化させる（ステップＳ４０４）。熱硬化性樹脂組成物は、常圧にした状態で、９０℃～１８０℃の温度で６時間～３０時間加熱して硬化させる。このような工程を経て、実施の形態１に係る回転機コイル１を製造することができる。

図５は、実施の形態１に係る回転機コイル１の製造工程での熱硬化性樹脂組成物の厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４への含侵経路を示す図である。図５に示すように、熱硬化性樹脂組成物は、繊維層９の端部から内部方向（Ａ方向）に繊維層９を介して含浸され、その後内層側のマイカ粒子１４の厚み方向（Ｂ方向）に含浸され、最後に外層側のマイカ粒子１４の厚み方向（Ｂ方向）に含浸される。樹脂を浸透しないフィルム層１１がマイカ粒子１４の外側に配置されているため、熱硬化性樹脂組成物はフィルム層１１で含侵を終了する。

一般的に、マイカテープを巻回した絶縁層を有するコイルに、液状の熱硬化性樹脂組成物を含浸した場合、熱硬化性樹脂組成物は絶縁層の外層側から内層側に向かって含侵される。または、絶縁層のマイカテープ端部の間隙から中心側へと含侵される。

一方、本願の構成で用いる繊維層９を、マイカテープ８１を巻回した厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４の内層側下に配置した場合、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４の外層側にはフィルム層１１があり、フィルム層１１は熱硬化性樹脂組成物の浸透する空隙を有さず、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４の外層側から内層側に液状の熱硬化性樹脂組成物が含浸されない。また、繊維層９は、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４より樹脂含浸係数が高く、マイカテープ８１の厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４の間隙よりも熱硬化性樹脂組成物が含浸されやすいため、繊維層９を介して、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４の内層側から外層側へと樹脂浸透経路が形成される。この樹脂浸透経路により、熱硬化性樹脂組成物に含まれるナノフィラーの分散状態を制御することで、マイカ層８の内層側の誘電率が外層側より高いことを実現できる。

繊維層９は、上述のように厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４より樹脂含浸係数が高いことを特徴とする。そこで、樹脂含浸係数の測定方法として一例を説明する。熱硬化性樹脂組成物の含浸過程において、基材への含浸挙動はダルシー則に従い、以下の含浸速度式（１）が示される。
ｖ＝（Ｋ／μ）×（ΔＰ／ΔＬ）・・・（１）
ここで、ｖは含浸速度（ｍ／ｓ）、Ｋは樹脂含浸係数（ｍ^２）、μは樹脂粘度（Ｐａ・ｓ）、ΔＰ／ΔＬは単位長さにおける圧力こう配（Ｐａ／ｍ）である。

この式を時間ｔ（ｓ）で積分し、以下の式（２）で樹脂含浸係数を得ることができる。
Ｋ＝（Ｌ×Ｌ×μ）／（２×Ｐ×ｔ）・・・（２）
ここで、Ｌは樹脂含浸口から含浸樹脂先端までの距離（ｍ）、Ｐは含侵で加える圧力（Ｐａ）である。

式（２）より、樹脂含浸口から先端距離までの距離と、その到達時間、樹脂粘度、成形圧力により、含浸係数が算出できる。一般的にはこの測定は平板状に配置した基材に対して含浸係数を測定し樹脂含浸係数Ｋを得る。本願においては、繊維層／厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子で算出する樹脂含浸係数の比が２以上であることが望ましい。

液状の熱硬化性樹脂組成物にナノフィラー１３、１５を複合化し、上記樹脂浸透経路により含浸した場合、ナノフィラー１３、１５は繊維層９の端部から繊維層９を介して厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４に含浸される。この時、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４はマイクロサイズの鱗片状のマイカ粒子１４が積層した構造を有するため、マイカテープ８１の厚み方向にナノフィラー１３、１５が浸透する際に、マイカ粒子１４の間隙にナノフィラー１３、１５が確率的に捕捉され、繊維層９から厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４の厚さ方向に向かってナノフィラーの濃度勾配が起こることを、本願において新たに見出した。

これは、鱗片状のマイカ粒子１４がマイカテープ８１の厚み方向に積層しており、これらの粒子間は、積層方向に粒子の形状、粒子の位置が違って、積層する粒子同士が重なり合った部分および粒子同士がずれて配置している部分が存在しているため、ナノフィラー１３、１５のろ過現象が起こり発生する。このような現象は、ナノフィラー１３、１５の粒径に起因しており、マイカテープ８１の厚さ方向におけるフィラ―濃度勾配を形成するには、ナノフィラー１３、１５の粒径を制御する必要がある。

実施の形態１に係る回転機コイル１の絶縁層６では、内層側の第一のマイカ層８ａの含侵領域には、図３（ａ）に示すように、２種類の粒径の異なるナノフィラー１３、１５が含まれる。ナノフィラー１３は平均一次粒子径が７０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下であることが望ましく、ナノフィラー１５は平均一次粒子径が６０ｎｍ以下、１０ｎｍ以上であることが望ましい。ナノフィラー１３はマイカ層８の内層側の第一のマイカ層８ａによるろ過現象で第一のマイカ層８ａ内に分散して留まり、ナノフィラー１５はろ過されず、マイカ層８の内層側の第一のマイカ層８ａおよび外層側の第二のマイカ層８ｂの全域に均一に分散する。

ナノフィラー１３の平均一次粒子径が、７０ｎｍ未満であるとマイカ層８の厚さ方向におけるフィラー濃度勾配が形成できなくなり、５００ｎｍを超えると繊維層９との最内層のマイカテープ８１との界面でナノフィラー１３が捕捉され、局所的な配置となり、耐電圧性の向上に有効な誘電率制御ができない。

ナノフィラー１５の平均一次粒子径が、６０ｎｍを超えるとナノフィラー１３との差異が出ず、ナノフィラー１３との分散状態を制御できず、１０ｎｍ以下であるとマイカ層８の内層側で絶縁破壊現象の前駆現象である電気トリーの進展を物理的に遮蔽することができない。

ナノフィラーの平均一次粒子径の測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で行うことができる。実施の形態１におけるナノフィラーの平均一次粒子径は、ナノフィラーをランダムに抽出して観察し、１００個以上のナノフィラーの絶対粒径を計測して、その計測値の平均値を用いた。簡易的にはメジアン径（５０％径、Ｄ５０）で確認することが可能であり、その測定方法として、レーザー回折散乱法粒度分布装置（例えば、商品名：マイクロトラック 機種：ＭＴ３３００）を用いる場合がある。

また、ナノフィラー１３、１５は、マイカ層８の内層側と外層側において誘電率の差異を形成させるため、熱硬化性樹脂組成物の硬化物１０の誘電率より高く、より望ましくはマイカの誘電率より高いことがよく、ナノフィラー１３、１５の比誘電率が７以上であることが好適である。これらを用いたマイカ層８は内層側の誘電率が外層の誘電率より高くなり、耐電圧性の向上に有効である。特に、誘電率比（内層誘電率／外層誘電率）が１．２以上に制御した場合、より効果的に耐電圧性を高めることができる。

ナノフィラー１３、１５の材質としては、シリカ、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等が挙げられる。

熱硬化性樹脂組成物の硬化物１０は、耐熱性、接着性、電気絶縁性、機械強度の観点からエポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂、イミド樹脂が好ましく、特にその中でもエポキシ樹脂が望ましい。

具体的なエポキシ樹脂としては、骨格にエポキシ基を含むものであり、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、ビスフェノールＳ 型エポキシ樹脂、ビフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡ 型ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ 型ノボラック型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、脂肪族鎖状エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ヒダントイン型エポキシ樹脂、イソシアヌレート型エポキシ樹脂、サリチルアルデヒドノボラック型エポキシ樹脂、その他二官能フェノール類のジグリシジルエーテル化物、二官能アルコール類のジグリシジルエーテル化物、およびそれらのハロゲン化物、水素添加物などが挙げられ、これらのエポキシ樹脂の中から、１種類を用いてもよいし、２種類以上を用いてもよい。また、コスト、粘度、耐熱性のバランスからエピクロロヒドリンとビスフェノールＡ化合物との反応生成物を用いることが好ましい。そのような反応生成物の製品例としてはエピコート（商標）８２８、エピコート（商標）８２５（商品名：以上、油化シェルエポキシ（株）製）、エポトート（商標）ＹＤ１２８（商品名：東都化成（株）製）、エピクロン（商標）８５０（商品名：大日本インキ化学工業（株）製）、スミエポキシ（商標）ＥＬＡ－１２８（商品名：住友化学工業（株）製）等が挙げられる。また、機器の運転時の発熱に対応して、適時エポキシ樹脂に耐熱性を付与するため、 分子中にエポキシ基を３つ以上含むエポキシ樹脂を単独、または上記のエポキシ樹脂と複合して用いてもよい。

分子中にエポキシ基を３つ以上含むエポキシ樹脂としては、レゾルシノールジグリシジルエーテル（１，３－ビス－（２，３－エポキシプロポキシ）ベンゼン）、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（２，２－ビス（ｐ－（２，３－エポキシプロポキシ）フェニル）プロパン）、トリグリシジル ｐ－アミノフェノール（４－（２，３－エポキシプロポキシ）－Ｎ，Ｎ－ビス（２，３－エポキシプロピル）アニリン）、ブロモビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（２，２－ビス（４－（２，３－エポキシプロポキシ）３－ブロモ－フェニル）プロパン）、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル（２，２－ビス（ｐ－（２，３－エポキシプロポキシ）フェニル）メタン）、メタ－および／又はパラ－アミノフェノールのトリグリシジルエーテル（３－（２，３－エポキシプロポキシ）Ｎ，Ｎ－ビス（２，３－エポキシプロピル）アニリン）、およびテトラグリシジルメチレンジアニリン（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’－テトラ（２，３－エポキシプロピル）４，４’－ジアミノジフェニルメタン)、クレゾールノボラックエポキシ、フェノールノボラックエポキシが挙げられる。これらの樹脂は添加量に応じて耐熱性を高められるものの、一般的に粘度が高く、固定子コイル絶縁被覆材の形成工程の作業性の低下を招くため、添加量と耐熱性のバランスが要求される。この観点から、特にフェノールノボラックエポキシ、またはクレゾールノボラックエポキシが好ましい。

以上のように、実施の形態１に係る回転機コイル１によれば、コイル導体５と、コイル導体５側から厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４、フィルム層１１の順に積層され、コイル導体５の外周に巻き付けられたマイカテープ８１および重ねられたマイカ粒子１４に含侵させた熱硬化性樹脂組成物の硬化物１０を含む絶縁層と、を備え、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子１４に硬化物１０を含侵させたマイカ層８の内層側の層（第一のマイカ層８ａ）の誘電率が、マイカ層８の外層側の層（第二のマイカ層８ｂ）の誘電率より高く構成されるようにしたので、絶縁層にかかる電界強度を低くすることで、長期的な耐電圧特性だけでなく、短期的な耐電圧特性を向上させることができ、小型化・高効率化を実現することができる。

なお、実施の形態１では、２種類の粒径の異なるナノフィラー１３、１５を用いたが、これに限るものではない。図６から図８は、実施の形態１に係る回転機コイル１の他の絶縁層でのナノフィラーの分散状態を示す図である。

図６に示すように、内層側のマイカ層８ａの含侵領域にナノフィラー１３のみが含まれ（図６（ａ））、外層側のマイカ層８ｂの含侵領域にはナノフィラーが含まれない（図６（ｂ））場合であってもよい。

また、図７に示すように、内層側のマイカ層８ａの含侵領域ではナノフィラー１５が高い充填率で含まれ（図７（ａ））、外層側のマイカ層８ｂの含侵領域ではナノフィラー１５が内層側よりも低い充填率で含まれる（図７（ｂ））場合であってもよい。
このような構成は、ナノフィラーの粒径分布が広く、平均一次粒子径が７０ｎｍ以上であり、かつ６０ｎｍ以下のナノフィラーが全体のナノフィラー個数に対して５０％未満の範囲で含まれる場合に形成される。

また、図８に示すように、内層側のマイカ層８ａの含侵領域では実施の形態１での２種類の粒径の異なるナノフィラー１３、１５が材質も異なり（図８（ａ））、外層側のマイカ層８ｂの含侵領域ではナノフィラー１３より粒径の小さいナノフィラー１５のみが含まれる（図８（ｂ））場合であってもよい。さらに、ナノフィラーは３種類以上を併用してもよく、またそれぞれ異なる粒度分布であってもよい。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２ に係る回転機２０の回転軸に沿った断面模式断面図である。図１０は、実施の形態２に係る回転機２０の回転軸に直交する断面を図９の矢印Ｃ方向から見た断面模式図である。

図９および図１０において、実施の形態に係る回転機２０は、図示しない回転子鉄心と、回転子鉄心を囲む円筒状の固定子鉄心２と、複数の鉄心締付部材２１と、複数の保持リング２２と、フレーム２３と、複数の中枠部材２４と、複数の弾性支持部材２５とを備えている。図９および図１０に図示していないが、固定子鉄心２の内周部には、軸方向に形成されたスロットが周方向に複数設けられている。スロット内には、実施の形態１で説明した回転機コイル１が収納されている。図９および図１０では、８本の鉄心締付部材２１が用いられているが、鉄心締付部材２１の数はこれに限定されるものではない。図９および図１０では、保持リング２２が４箇所に設けられているが、保持リング２２の数はこれに限定されるものではない。図９および図１０では、中枠部材２４が５箇所に設けられているが、中枠部材２４の数はこれに限定されるものではない。図９および図１０では、４本の弾性支持部材２５が用いられているが、弾性支持部材２５の数はこれに限定されるものではない。鉄心締付部材２１は、固定子鉄心２の外周部に、周方向に間隔をあけて設けられている。また、鉄心締付部材２１は、固定子鉄心２を締付ける。保持リング２２は、軸方向に扁平状に形成されている。保持リング２２は、固定子鉄心２の外周部に、軸方向に間隔をあけて設けられている。また、保持リング２２は、固定子鉄心２を鉄心締付部材２１の外周から締付けて保持する。フレーム２３は、円筒状に形成されており、固定子鉄心２の周りに間隔をあけて包囲する。中枠部材２４は、リング状に形成されており、フレーム２３内面に軸方向に間隔をあけて設けられている。中枠部材２４は、フレーム２３内面から径方向内側に突出している。弾性支持部材２５は、隣り合う中枠部材２４の相互に固定され、その軸方向中央部で保持リング２２に固定されたばね板からなる。図９および図１０に示す回転機は、例えば、電機子を備えるタービン発電機に適用できる。

実施の形態２に係る回転機２０は、回転機コイル１の短期および長期の耐電圧性が向上されているので、一層の小型化および高出力化を図ることができる。特に、実施の形態２に係る回転機２０をタービン発電機に適用した場合、コイル導体を被覆する絶縁層の厚みを従来よりも低減することができるので、コイル導体の発熱を低減し、タービン発電機の出力効率を向上させることが可能となる。

本願は、様々な例示的な実施の形態および実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ 回転機コイル、２ 固定子鉄心、３ スロット、４ ウェッジ、５ コイル導体、６ 絶縁層、７ スペーサー、８、８ａ、８ｂ マイカ層、９ 繊維層、１０ 熱硬化性樹脂組成物の硬化物、１１ フィルム層、１３ ナノフィラー、１４ マイカ粒子、１５ ナノフィラー、２０ 回転機、２１ 鉄心締付部材、２２ 保持リング、２３ フレーム、２４ 中枠部材、２５ 弾性支持部材、８１ マイカテープ。

Claims (6)

1. コイル導体と、
   前記コイル導体側から、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子、フィルム層の順に積層され、前記コイル導体の外周に巻き付けられたマイカテープおよび前記厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子に含侵させた熱硬化性樹脂組成物の硬化物を含む絶縁層と、
   前記硬化物に含まれた、前記硬化物よりも誘電率が高いナノフィラーと、
   を備え、
   前記厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子に前記硬化物を含侵させたマイカ層の内層側の誘電率が、前記マイカ層の外層側の誘電率より高く、
   前記マイカ層の内層側の前記マイカ粒子と前記マイカ層の外層側の前記マイカ粒子とが同じ材料で構成されており、
   前記ナノフィラーは、前記マイカ層の前記内層側と前記外層側で偏在し、前記内層側の前記ナノフィラーが前記外層側の前記ナノフィラーより高密度であり、粒径の大きな第１のナノフィラーと前記第１のナノフィラーより粒径の小さな第２のナノフィラーを含み、前記第２のナノフィラーが前記外層側で前記内層側より低密度であることを特徴とする回転機コイル。
2. 前記ナノフィラーは、比誘電率が７以上であることを特徴とする請求項１に記載の回転機コイル。
3. 前記第１のナノフィラーと前記第２のナノフィラーの材質が異なること特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転機コイル。
4. 前記コイル導体と前記マイカ層の間に設けられた繊維層を備え、
   以下の式（２）で表される樹脂含浸係数を用いて、前記繊維層／前記厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子で算出する樹脂含浸係数の比が２以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転機コイル。
   Ｋ＝（Ｌ×Ｌ×μ）／（２×Ｐ×ｔ）・・・（２）
   ここで、Ｋは樹脂含浸係数（ｍ２）、Ｌは樹脂含浸口から含浸樹脂先端までの距離（ｍ）、μは樹脂粘度（Ｐａ・ｓ）、Ｐは含侵で加える圧力（Ｐａ）、ｔは時間（ｓ）である。
5. コイル導体の外周に繊維層を巻き付ける工程と、
   前記コイル導体側から、厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子、フィルム層の順に積層されたマイカテープを、前記繊維層の外周に巻き付ける工程と、
   前記繊維層の端部から前記繊維層を介して前記厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子に熱硬化性樹脂組成物より誘電率が高いナノフィラーを含む液状の前記熱硬化性樹脂組成物を含侵させる工程と、
   前記熱硬化性樹脂組成物を加熱して硬化させる工程と、
   を含み、
   前記厚み方向に重ねられた鱗片状のマイカ粒子に前記熱硬化性樹脂組成物を含侵させたマイカ層の内層側の前記マイカ粒子と前記マイカ層の外層側の前記マイカ粒子とが同じ材料で構成され、
   前記ナノフィラーは、粒径の大きな第１のナノフィラーと前記第１のナノフィラーより粒径の小さな第２のナノフィラーを含み、前記第２のナノフィラーが前記外層側で前記内層側より低密度であることを特徴とする回転機コイルの製造方法。
6. 回転子鉄心と、
   固定子鉄心と、
   を備え、
   前記固定子鉄心のスロット内に請求項１から４のいずれか１項に記載の回転機コイルが収納されている回転機。

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