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発明の名称 電磁コイル及びその製造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−69687
公開日 平成11年(1999)3月9日
出願番号 特願平9−224537
出願日 平成9年(1997)8月21日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】外川 英明
発明者 大神 満 / 吉岡 俊典
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 絶縁電線を少なくとも縦2列に整列巻きして形成され縦列間を絶縁しレジン含浸絶縁処理して成る電磁コイルにおいて、一方列は前記絶縁電線を巻回して成る第1コイルと、この第1コイルの全周または一部に縦列間絶縁テープを巻回して成る第2コイルを他方列に配列したことを特徴とする電磁コイル。
【請求項2】 前記縦列間絶縁テープは集成マイカペーパーにフィルムと不織布を貼付けて形成した請求項1記載の電磁コイル。
【請求項3】 前記縦列間絶縁テープはテープ幅の1/2重ね巻きする請求項1及び2記載の電磁コイル。
【請求項4】 前記縦列間絶縁テープを、集成マイカペーパーにフィルムを貼付けた第1テープと、集成マイカペーパーに不織布またはガラス基材を貼付けた第2テープで形成し、これらの第1テープと第2テープを2条巻き方式で巻回した請求項1記載の電磁コイル。
【請求項5】 前記第1コイル及び第2コイルを、回転電機の固定子鉄心で電源側の最近1極分電磁コイル収納スロットに収納し、その他の極分のスロットには第1コイルのみを縦2列に整列巻きして成るコイルを収納した請求項1乃至4記載の電磁コイル。
【請求項6】 絶縁電線を少なくとも縦2列に整列巻きして形成され縦列間を絶縁しレジン含浸絶縁処理して形成する電磁コイルの製造方法において、前記絶縁電線を単列巻回し形成した第1型巻コイルを成形加工して所定形状の第1コイルを形成し、前記第1型巻コイルの全周または一部に縦列間絶縁テープを巻回し形成した第2型巻コイルを成形加工して前記第1コイルと略同形状の第2コイルを形成し、前記第1コイルと第2コイルを縦2列に並べレジン含浸絶縁処理して形成することを特徴とする電磁コイルの製造方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電磁コイルにおいて、特に少なくとも縦2列に整列巻きの縦列間の絶縁を改良した電磁コイル及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】縦2列に整列巻きした電磁コイルとしては、回転機,静止器などに適用されるが、ここでは回転機を例にして説明する。従来より回転電機を高圧で使用する高圧電動機の電磁コイルは、表面に絶縁を施した平角電線を複数本幅方向に並列にするか又は単数で、巻型に所定回数だけ整列に巻き付けて型巻電磁コイルを作り、この型巻電磁コイルを成形機で亀甲形に成形して成る亀甲形コイルである。
【0003】この亀甲形コイルは平角電線の配列の仕方で数種類あって、そのコイル断面状態図の配列例を図7に示している。配列は大別して、縦1列巻きの図7(a),横2列巻きの図7(b),縦2列巻きの図7(c)等があり、配列の違いによって図示しない楕円形の巻型に平角電線を巻き付ける方法が異なる。図7(b)の横2列巻きでは縦列間絶縁を必要としないが、平角電線1をコの字形に巻回して行くので図示しないコイルエンド部に相当する位置で、平角電線1を転位しながら巻型に巻き付けなければならず型巻コイルを製作するのに長時間を要する。図7(c)の縦2列巻きでは、楕円形のコイルを製作するのは容易だが縦2列間の平角電線1を接続してターン数を2倍にする為に横並びの隣接平角電線1間にかかる電圧が高くなり縦列間の絶縁耐力を上げる必要がある。
【0004】図8に従来の縦2列巻きによる亀甲形コイルの製造工程を示す。図8(a)はドラム1aと略なまこ形状コイルが形成できる巻型3による平角電線1の巻回状態図で、巻回された平角電線1を収納したドラム1aを2個並列配置して、各ドラム1aから解き放された平角電線1を巻型3に並列に所定回数巻回して行き、巻型3を解体して図8(b)に示すように略なまこ形状コイル4を形成する。次に、略なまこ形状コイル4の縦列間に図9に示すような絶縁シート5を挿入し、テープ6で仮固定して図8(c)の略なまこ形状コイル4に成形する。その後、図示しない成形機で図8(d)に示すような亀甲形コイル7を成形する。
【0005】続いて、亀甲形コイル7の図示しないコイル片列の巻終り線と他方列の巻始め線とを接続し、この部分を絶縁して図7(c)に示す縦2列巻きの電線配列を形成させる。そして、口出線及び亀甲形コイル7の全周に例えばマイカテープを規定回数巻回し、更に外層絶縁を施して対地絶縁層を形成する。尚、図9は対地絶縁層を形成する前の亀甲形コイル7の断面図である。この亀甲形コイル7を多数製造後、これらを図示しない固定子鉄心の溝に収納し口出線を接続・絶縁後に、エンキシ樹脂を真空加圧含浸して加熱硬化し回転機の電磁コイルが形成される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の亀甲形コイル7の形成では、平角電線1を巻型3に巻回後の縦列間に絶縁シート5を挿入する時、平角電線1がずれ易い細線のような場合には、作業性が悪くコイル製作に長時間を要した。又、略なまこ形状コイル4の長さ方向全長に渡って挿入された絶縁シート5は長いので、このコイル4を亀甲形コイル7に成形するときコイル7のコイルR部8やループ部9は平角電線1が捩じられる為、長い絶縁シート5に変形・ずれを生じて損傷を受けやすいという欠点があった。そして、所定形状の亀甲形コイル7が形成されなかった。
【0007】このような課題において、特開昭59−32332号公報には、素線絶縁のある平角電線と素線絶縁のない平角電線を、巻型に同時に並列巻回してコイルを製造する方法が記載されている。しかし、この方法を適用して図7に示す縦2列巻きの電線配列を形成する時、素線絶縁のある平角電線が片側列に偏るので平角電線を転位しながら巻回する。すると、前記のようにコイルの製造に長時間を要して、逆に転位部で変形・ずれを生じて損傷を受け易くなる。
【0008】次に電線間のずれの問題について説明する。図6は亀甲形コイルのループ部8の断面図で、ループ部8では平角電線1のずれや変形により並列した電線1間に大きな隙間が出来易い。このような場合の大きな隙間は、エポキシ樹脂を真空加圧含浸しても含浸樹脂を硬化する過程で、対地絶縁層に含浸した樹脂が温度特性による粘度低下も伴ってマイカテープの重合部や口出分岐部から流出してボイドとして残る。このボイドの有する絶縁層が形成されると、過電圧やサージなどの侵入によりボイド部で部分放電を生じ、縦列間絶縁が損傷しやすくなる。
【0009】ここでボイド発生を防ぐ為に、従来は、第1方法としてコイル絶縁電線相互間に無機充填物を含んだセミキュア樹脂充填物を埋める(実公昭64−12462号公報)。第2方法として、導体上に巻くマイカテープの接着剤中に加熱硬化の過程で含浸樹脂と反応する少量の硬化促進剤を入れておく方法がある。第1方法では、亀甲形コイルを形成する平角電線の角部曲率による電線相互間の隙間は、口出分岐部からのレジン含浸侵入経路であり、対地絶縁層に短時間に且つ容易に樹脂を含浸させる為の重要な含浸経路を埋めることになり含浸性が阻害される。第2方法では、平角電線のずれにより並列電線間に大きな隙間ができた場合、触媒だけでレジンを保持させることはできない。
【0010】以上のように従来技術では、絶縁シートのずれや絶縁シート近傍に発生する大きなボイドなどで生じた欠点を改善できない。本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、電磁コイルの縦列間に生じやすいボイドの発生をなくすと共に縦列間の絶縁耐力を向上させて、絶縁性能が向上する電磁コイルとその製造方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明における電磁コイルは、絶縁電線を少なくとも縦2列に整列巻きして形成され縦列間を絶縁しレジン含浸絶縁処理して成る電磁コイルで、一方列は前記絶縁電線を巻回して成る第1コイルと、この第1コイルの全周または一部に縦列間絶縁テープを巻回して成る第2コイルを他方列に配列したものである。このような電磁コイルによれば、縦列間絶縁テープ付きのコイルはテープ厚が薄く所定形状への成形時にもずれることもなく確実にどの層間にも縦列間絶縁テープが存在し、安定した縦列間の絶縁性能を確保できる。又、回転電機の使用ではコイルエンド部での平角電線どうしが広がることもなくなる。そして、テープ巻回が機械により行うことができるので、絶縁作業が短時間で行えコイル製造が安価でできる。或いは、回転電機で使用する亀甲形コイルでは、電圧階級3kVの縦層間絶縁の短時間交流絶縁破壊電圧が従来に比べ破壊電圧が1.4倍に上昇する。
【0012】次に請求項2では、前記縦列間絶縁テープは集成マイカペーパーにフィルムと不織布を貼付けて形成した電磁コイルで、不織布使用によりレジン含浸絶縁処理でのレジン含浸が短時間となる。
【0013】また請求項3では、前記縦列間絶縁テープはテープ幅の1/2重ね巻きするものである。縦列間絶縁マイカテープは従来の長い絶縁シートに比べて幅が狭いテープであるから、第2コイルから亀甲形コイルへの成形時でR部やループ部でのコイル変形にテープは幅が狭いので移動量が少なく追随することができ、テープ幅の1/2で重ね巻きの相乗作用も伴ってテープがずれることなく確実にどの層間にも縦列間絶縁マイカテープが存在し、安定した縦列間の絶縁性能を確保できる。
【0014】更に請求項4では、前記縦列間絶縁テープを、集成マイカペーパーにフィルムを貼付けた第1テープと、集成マイカペーパーに不織布またはガラス基材を貼付けた第2テープで形成し、これらの第1テープと第2テープを2条巻き方式で巻回する。すると、亀甲形コイルを固定子スロットに収納後のワニス含浸処理での熱硬化性樹脂が含浸し易くなり安価な材料を使用することが可能となる。即ち、縦列間絶縁マイカテープをフィルム基材のマイカテープとすれば、価格は安くなるがテープ巻回した時のテープ間の重なり目に隙間が殆どなくレジンの含浸性が悪くなり含浸が長時間になるのを、この構成で解決できる。
【0015】そして請求項5では、前記第1コイル及び第2コイルを、回転電機の固定子鉄心で電源側の最近1極分電磁コイル収納スロットに収納し、その他の極分のスロットには第1コイルのみを縦2列に整列巻きして成るコイルを収納した電磁コイルである。すると電源からの高いサージ電圧掛かった場合に列間にかかる高電圧を縦列間絶縁マイカテープで保護することができ、他のコイルにはテープ巻回が不要になるので機器全体の価格が安くなる。
【0016】また請求項6では、絶縁電線を少なくとも縦2列に整列巻きして形成され縦列間を絶縁しレジン含浸絶縁処理して形成する電磁コイルの製造方法において、前記絶縁電線を単列巻回し形成した第1型巻コイルを成形加工して所定形状の第1コイルを形成し、前記第1型巻コイルの全周または一部に縦列間絶縁テープを巻回し形成した第2型巻コイルを成形加工して前記第1コイルと略同形状の第2コイルを形成し、前記第1コイルと第2コイルを縦2列に並べレジン含浸絶縁処理して形成することを特徴とする電磁コイルの製造方法である。このような製造方法によれば、請求項1で記載と同様の作用効果がある。
【0017】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について図1乃至図3を参照し、従来構成と同じものは同じ符号を使用して説明する。縦2列に整列巻きした電磁コイルの適用例は、従来と同様に回転電機の高圧電動機に使用する表面に絶縁を施した平角電線を複数本幅方向に並列にするか若しくは単数で、巻型に所定回数だけ整列に巻き付けて型巻コイルを作り、この型巻コイルを成形機で亀甲形に成形して成る亀甲形コイルで説明する。
【0018】図1に、本発明の第1実施例による縦1列巻きによる亀甲形コイルの製造工程を示す。図1(a)はドラム1aと略小判形形状コイルが形成できる巻型3による平角電線1の巻回状態図で、巻回された平角電線1を収納したドラム1aを1個配置して、ドラム1aから解き放された平角電線1を巻型3に所定回数巻回して行き、巻型3を解体して図1(b)に示すように略小判形コイル形状の第1型巻コイル24を形成する。次に、第1型巻コイル24の直線部分及び曲線部分にテープ26を巻回固定し、層を形成した平角電線1の崩れを防止する。続いて図1(c)に示すように、第1型巻コイル24の全周又はその一部に、後述する縦列間絶縁テープである縦列間絶縁マイカテープ20をテープ幅の1/2で重ね巻き(この図では全周巻きの途中までを示している)して第2型巻コイル24aを形成する。
【0019】前記縦列間絶縁マイカテープ20は不織布貼付フィルムマイカテープで、その構成は図5に示すように集成マイカペーパー13の上に基材のフィルム11と不織布12を貼付けたテープ厚さが0.05〜0.1mm程度と薄いものである。前記フィルム11は、例えば厚さが0.025〜0.05mmのポリエステル,PPS,PENなどの材料で成る。不織布12は、繊維を絡ませたフェルト状のものが良く、例えば厚さ0.04〜0.07mmで重量は15〜80g/mのポリエステルや芳香族ポリアミドの繊維などの材料で成る。
【0020】次に第1型巻コイル24と第2型巻コイル24aを縦2列に並べ、成形して所定形状の亀甲形コイル22として製作する。すると、第1型巻コイル24は第1コイル34(テープ20巻回のない図1(d)と略同形状)となり、第2型巻コイル24aは第2コイル34a(図1(d))となる。尚、亀甲形コイル22の断面形状は図2のようになる。そして、亀甲形コイル22を図示しない固定子のスロット内に収納する。続いて、亀甲形コイル22の図示しないコイル片列の巻終り線と他方列の巻始め線とを接続して、この部分を絶縁し従来の図7(c)に示す縦2列巻きの電線配列を形成させる以降の作業は従来と同様である。
【0021】このように形成された第2コイル34aは、表面に巻回の縦列間絶縁マイカテープ20がテープ厚さ0.05〜0.1mm程度と薄いので、テープ20未巻回の第1コイル34に比べて厚さは殆ど変わらないものとなる。そして、縦列間絶縁マイカテープ20は従来の長い絶縁シート5に比べて幅が狭いテープであるから、第2コイル34aから亀甲形コイルへの成形時でR部8やループ部9でのコイル変形にテープ20は幅が狭いので移動量が少なく追随することができ、テープ幅の1/2で重ね巻きの相乗作用も伴ってテープ20がずれることなく確実にどの層間にも縦列間絶縁マイカテープ20が存在し、安定した縦列間の絶縁性能を確保できる。更に、コイルエンド部に位置する層を形成した平角電線1どうしが広がることもなくなり、レジン含浸後にボイドになることもない。又、テープ20は不織布12で構成されているので、レジン含浸処理でレジンを短時間で含浸させることができる。そして、テープ20巻回が機械により行うことができるので、絶縁作業が短時間で行えコイル製造が安価でできる。この亀甲形コイル22について、電圧階級3kVの縦層間絶縁の短時間交流絶縁破壊電圧を求めた結果は、図3に示すように従来に比べ破壊電圧が1.4倍に上昇している。
【0022】(他の実施例)第1実施例では縦1列巻きによる亀甲形コイルの製造方法について説明したが、平角電線1を縦2列に並べて略小判形形状コイルを形成した後、これを縦方法に分離して一方の略小判形形状コイルには縦列間絶縁マイカテープ20を巻回して第2コイル34aを形成し、他方を第1コイル34として亀甲形コイルを製作してもよい(図4に示す)。
【0023】又、型巻コイルの表面に図6に示すように、縦列間絶縁テープを、集成マイカペーパーにフィルムを貼付けた第1テープ14と、集成マイカペーパーに不織布またはガラス基材を貼付けた第2テープ15で形成し、これらの第1テープ14と第2テープ15を2条巻き方式で巻回する。すると、亀甲形コイルを固定子スロットに収納後のワニス含浸処理での熱硬化性樹脂が含浸し易くなり安価な材料を使用することが可能となる。即ち、縦列間絶縁マイカテープ20をフィルム基材のマイカテープとすれば、価格は安くなるがテープ巻回した時のテープ間の重なり目に隙間が殆どなくレジンの含浸性が悪くなり含浸が長時間になるのを、上記方法で解決できる。
【0024】更に、縦2列巻きして縦列間絶縁を有する亀甲形コイルを収納した回転電機では、縦2列間の電線を接続してターン数を2倍にするので、電源からの高いサージ電圧が印加した時列間への高サージ電圧のために縦列間絶縁を施している。この場合、高サージ電圧は電源に接続される1極分のコイルの数本で他の極には大きなサージ電圧はかからない。従って、電源側に接続されるコイルの1極目分のみに縦列間絶縁マイカテープ20を巻回する。すると電源からの高いサージ電圧掛かった場合に列間にかかる高電圧を縦列間絶縁マイカテープ20で保護することができ、他のコイルにはテープ20巻回が不要になるので機器全体の価格が安くなる。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明の電磁コイルによれば、縦列間絶縁テープ付きのコイルはテープ厚が薄く所定形状への成形時にもずれることもなく確実にどの層間にも縦列間絶縁テープが存在し、安定した縦列間の絶縁性能を確保できる。又、回転電機に使用の時はコイルエンド部での平角電線どうしが広がることもなくなる。更に、テープは不織布で構成されているので、レジン含浸処理でレジンを短時間で含浸させることができる。そして、テープ巻回が機械により行うことができるので、絶縁作業が短時間で行えコイル製造が安価でできる。或いは、回転電機で使用する亀甲形コイルでは、電圧階級3kVの縦層間絶縁の短時間交流絶縁破壊電圧が従来に比べ破壊電圧が1.4倍に上昇する。




 

 


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