专利名称：旋转电机的绕组及用于该绕组绝缘的云母带、云母片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在导体周围形成绝缘层的旋转电机的绕组及用于该绕组绝缘的云母带(mica tape)、云母片(mica sheet)。
背景技术：
在发电机及电动机等高电压旋转电机的定子上，如图1所示，在定子铁心1的内周侧形成多个槽沟1a。在该多个槽沟1a内装有定子绕组2。
该定子绕组2由上侧绕组和下侧绕组构成。在将上侧绕组和下侧绕组装在槽沟内时，在槽沟1a的底部、上侧绕组和下侧绕组之间、槽沟1a的开口部，分别插入绝缘衬垫3。
此外，在槽沟1a的开口侧的端部，插入用于固定定子绕组2的槽楔4。该槽楔4抑制在旋转电机运转时由定子绕组2产生的电磁振动。
在这样的高电压旋转电机的定子中，装在定子铁心1的槽沟1a内的定子绕组2由如下结构的导体成型。
首先，捆扎多根扁平导线21后使其罗贝尔移位(roebletransposition)。然后，在图示左侧列的导线束30a和图示右侧列的导线束30b的之间，配置热固性树脂的预浸料(prepreg)·隔板11。此外，在导线束30a、30b的罗贝尔移位部配置热固性树脂的预浸料·填料12。
之后，一边通过热压使导线束30a、30b形成一个整体，一边加热固化预浸料·隔板11和预浸料·填料12的热固性树脂。通过将预浸料·隔板11和预浸料·填料12进行加热固化，最终完成形成图示的截面形状的导体22。
以如下的热固性树脂的真空加压浸渍方式绝缘该导体22。
在该导体22的周围，多层卷绕由图2所示的云母纸(mica paper)5和加强玻璃布6构成的云母带7。在该云母带7的卷绕层内用真空加压浸渍热固性树脂。然后，一边使定子绕组2成型最终的截面形状，一边利用热压加热固化热固性树脂和云母带7。通过该热固性树脂和云母带7的加热固化，在导体22的周围形成绝缘层8。
在如此构成的定子绕组2中，导体22因旋转电机运转时的负荷电流而发热。产生的部分热经由绝缘层8，直接从设在定子铁心1的横截面上的、在轴向上以适当间隔配置的通风管道传递到外部的冷却气体中。大部分残余的热经由绝缘层8传递到定子铁心1之后，间接地传递到外部的冷却气体中。这样，在向冷却空气传递所产生的热时，由导体22产生的全部热经由定子绕组2的绝缘层8被冷却。因此，冷却路线的导热性非常重要。
在冷却路线的热阻力大时，在导体22内部产生的热不易传递到冷却气体中，而使定子绕组2的温度过度升高。定子绕组2的过度升温，在长时间运转中，促进构成绝缘层8的有机材料的电性能和机械性能劣化。
上述绝缘层8主要由云母纸5、加强玻璃布6及热固性树脂等构成。这些材料的导热率，云母大致为0.5W/m·K、玻璃大致为1.0W/m·K，此外作为代表性热固性树脂的环氧树脂的导热率为0.2W/m·K左右。
由此表明，要提高绝缘层8的导热性，有效的办法是减小导热率最低的热固性树脂的容积。
此外，在加强玻璃布6的织眼及云母纸5内，容易贮留浸渍的热固性树脂。为防止该热固性树脂的贮留，实施采用极薄的加强玻璃布6，或在加热固化时施加适当的成型压来挤出浸渍树脂等对策。
可是，作为积极改进定子绕组2的绝缘层8的导热率的现有技术，有日本专利特开昭55-53802号公报(前者)及美国专利USP-4806806号公报(后者)。
在前者的改进技术中，将导热率比树脂好的氧化铝或氮化硼等无机粉体，和聚酰胺纤维等合成纤维一同与云母箔混抄。该无机粉体使用粒径为30～100μm的粒子。合成纤维起到被混抄的云母纸的加强材料的作用。
在后者的改进技术中，不仅在云母纸内，在云母带7的层间也配置高导热性的无机粉体。
具体如下(1)在导体上卷绕云母带后，浸渍添加了无机粉体的树脂，并在成型夹具内进行加热固化；(2)将预先在云母带中浸渍添加了无机粉体的树脂的、所谓预浸料云母带，在导体上卷绕后，在成型夹具内加热固化；(3)在预先在云母带中浸渍树脂的、所谓预浸料云母带的表面上涂敷无机粉体，并在卷绕到导体上后，在成型夹具内加热固化；(4)将涂敷了无机粉体的薄绝缘带与云母带一同卷绕在导体上，形成主绝缘层；等等。
但是，要在用上述的真空加压浸渍方式绝缘的定子绕组上，应用现有的提高导热性的改进方案，存在几个问题。
在前者的、将无机粉体和聚酰胺纤维等合成纤维一同与云母箔混抄的方法中，无机粉体以埋入云母纸内的状态分布在其中。因此，无机粉体与合成纤维一同在云母纸内形成间隙。
所以，在作为云母带卷绕在导体上后浸渍树脂时，通过无机粉体形成的间隙容易浸渍树脂。但是，反过来讲，形成在导体周面上的绝缘层内存在的、由无机粉体形成的间隙使电性强度降低。
另外，在采用(1)的方法时，即在树脂中添加后者的高导热性无机粉体，并不仅在云母纸内，在云母带的层间也浸渍配置时，添加的无机粉体在浸渍树脂的贮留体中沉淀。此外，在浸渍工序中，由于无机粉体向云母带渗透，因此存在无机粉体的分布不均匀等危害。
在采用(4)的方法时，过多地卷绕涂敷了无机粉体的薄绝缘带。因此，不能忽略主绝缘层厚度的增加。
(2)及(3)的方法适用于采用预浸料云母带的、所谓预浸料绝缘方式中，如将该方法应用于真空加压浸渍绝缘方式，则产生以下的特殊问题。
真空加压浸渍绝缘用的云母带中，用最低量的粘合剂粘接云母鳞片之间或云母纸和加强玻璃布。粘合剂与在浸渍工序中浸渍的浸渍树脂溶合，在加热固化后，必需整体形成主绝缘层。因此，作为粘合剂，被要求与浸渍树脂的相溶性。为此，在浸渍树脂是例如含有固化剂的环氧树脂时，一般来说粘合剂也选择环氧树脂(有时含反应促进剂)。
此外，在用基于(2)及(3)方法的云母带试验改进导热性的情况下，要求利用最低量的粘合剂固定配置在云母带中的无机粉体，在浸渍工序加热固化后整体形成主绝缘层。
但是，在将利用粘合剂保持无机粉体的云母带卷绕在导体上后，在浸渍工序浸渍树脂的情况下，除粘合剂和浸渍树脂溶合外，在加热固化的初期树脂粘度一度降低。因此，含无机粉体的树脂的一部分向绝缘层外流出。
特别是在用热压成型导体22的系统时，由于向绝缘层施加成型压力来挤出多余的浸渍树脂，因此，随着利用热压挤出浸渍树脂，溶合在树脂中的粘合剂中的无机粉体的流出量增加。
该无机粉体的流出倾向，在越是浸渍低粘度、高溶解性的树脂且以高压成型的系统中，就越显著。
这样，在采用真空加压浸渍方式的绝缘系统中，即使预先在云母带中加入规定量的无机粉体，在成型中也向外部流出。因此，不能得到所期望的导热性的改进效果。
发明内容
如下构成旋转电机的绕组、和用于该绕组绝缘的云母带及云母片。
旋转电机的绕组构成为将多根扁平导线捆扎后使其罗贝尔移位的同时聚积成绕组状，并在其外周多层卷绕由云母纸和加强玻璃布构成的云母带，并且在各卷绕层之间浸渍树脂来形成绝缘层。在所述云母带中，利用粘合剂固定无机粉体，该粘合剂作为必需成分含有不溶于浸渍树脂的糊剂。
在旋转电机的绕组绝缘中使用的云母带包括云母纸和加强玻璃布，并且，在所述加强玻璃布中，利用粘合剂固定无机粉体，该粘合剂作为必需成分含有不溶于浸渍树脂的糊剂。
在旋转电机的绕组绝缘中使用的云母片包括云母纸和加强玻璃布，并且，在所述加强玻璃布中，利用作为必需成分含有不溶于浸渍树脂的糊剂的粘合剂，固定无机粉体。
图1是装在高电压旋转电机的定子铁心槽沟内的定子绕组的截面图。
图2是表示构成在现有定子绕组导体周围形成的绝缘层的云母带的截面图。
图3是表示说明第1实施例～第3实施例的云母带(云母片)的截面图。
图4是表示第1实施例中绝缘层的浸渍时间测定结果的图表。
图5是表示第1实施例中绝缘层的流出无机粉体重量的图表。
具体实施例方式
下面说明本发明的实施例。
对于高电压旋转电机的定子绕组，用扁平绝缘导线制造出最终截面形状的导体的过程已在背景技术部分作了介绍。所以，参照图1、图3、图4、图5，来说明关于在导体22的周围形成的绝缘层8的第1实施例。
在第1实施例中，在导体22的周围多层卷绕如图3所示结构的硬质无烧结云母带71。该硬质烧结云母带71由云母纸5和作为加强编织物材料(クロス材)的加强玻璃布6构成。在该云母带71的加强玻璃布6中，用粘合剂13固定无机粉体14。
粘合剂13中作为必需成分含有不溶于浸渍树脂的糊剂。作为在此发挥固定无机粉体14的效果的聚乙烯系高分子，优选采用含有4％重量的聚乙烯醇的粘合剂13。无机粉体14优选采用占云母带重量的30％的氧化铝粒子。
粘合剂13除聚乙烯醇外，采用环氧树脂(例如，油化塞尔(油化シエル)公司的环氧树脂(epikote)828或1001)组合物。
绝缘层8是在上述云母带71的卷绕层内真空加压浸渍热固性树脂后，例如利用0.5MPa的压力的热压，在成型最终截面形状的同时进行加热固化而形成的。
作为浸渍树脂，采用例如，45％重量的脂环式环氧化合物、45％重量的酸酐固化剂、10％重量的反应性稀释剂的组合物。该浸渍树脂在室温下可得到约40mPa·s的低粘度。
在导体22的周围多层卷绕本实施例的硬质无烧结云母带71，例如形成5mm厚的绝缘层8，所述无烧结云母带71是在试验中只改变聚乙烯醇的添加量的云母带。将利用云母带71形成绝缘层8的导体22在真空箱内进行减压后，送入上述浸渍树脂，并加压到例如0.7MPa。
在直到结束浸渍树脂的浸渍的时间内和浸渍之后，例如，在0.5MPa压力的热压下成型时，测定挤出的树脂中所含的无机粉体的重量。
图4及图5是表示测定结果的图表。
由图4的图表可以看出，聚乙烯醇的添加量一超过5％重量，浸渍时间就急剧变长。这是因为聚乙烯醇形成糊膜，阻碍浸渍树脂的浸渍。
此外，由图5的图表可以看出，在聚乙烯醇的添加量不大于5％重量的情况下，在绝缘层8成型时，无机粉体14因热压的压力而从绝缘层8流出，因此，得不到所期望的导热率的改进效果。
所以，作为粘合剂13所含的糊剂，优选在0.5％～5％重量的范围内添加聚乙烯醇，在云母带71中固定无机粉体14。通过该聚乙烯醇的添加量及固定效果，能够避免浸渍树脂的浸渍时间变长的影响，并且可以阻止无机粉体14从绝缘层8流出，得到改进导热率的效果。
根据第1实施例，即使在利用热压挤出真空加压浸渍的树脂，将绝缘层8成型为最终截面形状的情况下，由于聚乙烯醇的固定效果，不会发生无机粉体14从绝缘层8流出的现象。
因此，能够改进绝缘层8的导热率，其次也能够减少卷绕云母带时无机粉体14脱落。此外，由于聚乙烯醇的添加量适当，因此能够将树脂的浸渍时间变长的影响抑制在较低程度。
此外，通过设定将定子绕组装在定子铁心槽沟内的定子，能够提高从导体向冷却气体的导热性，能够抑制定子绕组的温度上升。同时还能有助于机器的小型化。
下面，说明第2实施例。
在第2实施例中，作为用作糊剂的必需成分的聚乙烯系高分子剂，采用含例如3％重量的聚乙烯醇缩醛类的一种即聚乙烯醇缩丁醛(polyvinylbutyral)的粘合剂13。利用该粘合剂13在导体22的周围多层卷绕硬质无烧结云母带71。硬质无烧结云母带71是在加强玻璃布6上固定氮化硼粒子的无机粉体14而成。
上述粘合剂13除聚乙烯醇缩丁醛外，还采用环氧树脂(例如，油化塞尔(油化シエル)公司的环氧树脂(epikote)828或1001)的组合物。
在上述云母带71的卷绕层内真空加压浸渍热固性树脂后，定子绕组2例如利用0.5MPa的压力的热压，在成型最终截面形状的同时进行加热固化。通过该热固性树脂和云母带71的加热固化，在导体22的周围形成绝缘层8。
作为浸渍树脂，优选使用日本专利特开平11-345733号公报公开的45％重量的脂环式环氧化合物、40％重量的酸酐固化剂、15％重量的反应性稀释剂的组合物。该浸渍树脂在室温下可得到约30mPa·s的低粘度。
通过这样的第2实施例，也可得到与第1实施例相同的实施效果。
下面，说明第3实施例。
在第3实施例中，作为用作糊剂的必需成分的聚乙烯系高分子剂，采用含例如3％重量的聚乙烯醇缩醛类的一种即聚乙烯醇缩甲醛的粘合剂13。在导体22的周围多层卷绕利用该粘合剂13的硬质无烧结云母带71。硬质无烧结云母带71是将氮化铝粒子的无机粉体14固定在加强玻璃布6上而形成。
上述粘合剂13除聚乙烯醇缩甲醛(polyvinylformal)外，还采用环氧树脂(例如，油化塞尔(油化シエル)公司的环氧树脂(epikote)828或1001)的组合物。
关于定子绕组2，在上述云母带71的卷绕层内真空加压浸渍热固性树脂后，利用0.5MPa压力的热压，在成型最终截面形状的同时进行加热固化。通过该热固性树脂和云母带71的加热固化，在导体22的周围形成绝缘层8。
作为浸渍树脂，同第2实施例优选使用45％重量的脂环式环氧化合物、40％重量的酸酐固化剂、15％重量的反应性稀释剂的组合物。该浸渍树脂在室温下可得到约30mPa·s的低粘度。
通过这样的第3实施例，也能够得到与第1实施例相同的效果。
在第1～第3实施例中，说明了作为无机粉体14采用氧化铝(Al2O3)、或氮化硼(BN)、或氮化铝(AlN)时的情况。除上述(Al2O3)、(BN)、(AlN)外，无机粉体14也可以采用氧化铍(BeO)、氧化镁(MgO)及碳化硅(SiC)中的一种或1种以上。
此外，作为粘合剂中所含的糊剂，采用聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯醇缩甲醛中的一种成分。糊剂也可以采用聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或聚乙烯醇缩甲醛中的至少2种成分。不管是哪一种，糊剂中使用聚乙烯系高分子成分。
云母带71不限于第1～第3实施例。当然，也能够在旋转电机的转子绕组的绝缘成型中实施云母带71。
云母带71不只是带状的，也包括形成片状的云母片72。
综上所述，在云母带71(云母片72)上配置高导热性的无机粉体14，而且，将该无机粉体14用含有不溶于上述浸渍树脂的糊剂的粘合剂13固定在云母带71(72)上。因此，在用热压挤出浸渍的树脂，并将绝缘层8成型为最终截面形状的工序中，因糊剂的固定效果，无机粉体14也不流出。所以，绝缘层8的导热率的改进效果显著，而且，还能够将糊剂对浸渍时间的影响抑制在较低程度。
此外，在本实施例的云母带71(云母片72)中，与云母纸5组合的加强基材不限于加强玻璃布6。作为云母带71(云母片72)的加强基材，只要是聚酯编织物、芳族聚酰胺编织物、氧化铝编织物等编织物状的基材就可以。
利用充分改进导热性的定子绕组，实现高效率的旋转电机。
权利要求
1.一种旋转电机的绕组，其特征在于，具有将多根扁平导线捆扎后使其罗贝尔移位的同时聚积成绕组状的导体；云母带，由云母纸和加强编织物材料构成，多层卷绕在所述导体的外周；绝缘层，在所述云母带的各卷绕层间浸渍固化树脂而形成；无机粉体，在所述云母带中利用粘合剂固定，该粘合剂中作为必需成分含有不溶于浸渍树脂的糊剂。
2.一种旋转电机的绕组，其特征在于，具有将多根扁平导线捆扎后使其罗贝尔移位的同时聚积成绕组状的导体；云母带，由云母纸和加强编织物材料构成，多层卷绕在所述导体的外周；绝缘层，通过在所述云母带的各卷绕层间浸渍固化树脂而形成；无机粉体，在所述云母带的加强编织物材料中利用粘合剂固定，该粘合剂中作为必需成分含有不溶于浸渍树脂的糊剂。
3.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述粘合剂中含有的糊剂是聚乙烯系的高分子。
4.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述粘合剂中含有的糊剂，占所述粘合剂的0.5％～5％重量。
5.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述粘合剂中含有的糊剂是聚乙烯系的高分子；所述聚乙烯系的高分子，占所述粘合剂的0.5％～5％重量。
6.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述无机粉体含有氧化铝(Al2O3)、氧化铍(BeO)、氧化镁(MgO)、氮化铝(AlN)、氮化硼(BN)及碳化硅(SiC)中的至少一种。
7.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述粘合剂中含有的糊剂为聚乙烯醇。
8.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述粘合剂中含有的糊剂为聚乙烯醇；所述聚乙烯醇，占所述粘合剂的0.5％～5％重量。
9.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述粘合剂中含有的糊剂为聚乙烯醇和醛的缩聚物，是在其分子内具有缩醛键的聚乙烯醇缩醛。
10.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述粘合剂中含有的糊剂为聚乙烯醇和醛的缩聚物，是在其分子内具有缩醛键的聚乙烯醇缩醛；所述聚乙烯醇缩醛，占所述粘合剂的0.5％～5％重量。
11.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述粘合剂中含有的糊剂含有聚乙烯醇类或聚乙烯醇缩醛类中的至少一种。
12.如权利要求1或2记载的旋转电机的绕组，其特征在于所述粘合剂中含有的糊剂含有聚乙烯醇类或聚乙烯醇缩醛类中的至少一种；所述糊剂，占所述粘合剂的0.5％～5％重量。
13.一种云母带，在旋转电机的绕组绝缘中使用，其特征在于，具有云母纸；所述云母纸的加强玻璃布；无机粉体，在所述加强玻璃布中利用粘合剂固定，所述粘合剂作为必需成分含有不溶于浸渍树脂的糊剂。
14.如权利要求13记载的云母带，其特征在于所述粘合剂为聚乙烯系高分子；所述无机粉体为氧化铝粒子。
15.如权利要求13记载的云母带，其特征在于所述粘合剂为聚乙烯系高分子；所述无机粉体为氮化硼粒子。
16.一种在旋转电机的绕组绝缘中使用的云母片，其特征在于，具有云母纸；所述云母纸的加强玻璃布；无机粉体，在所述加强玻璃布中利用粘合剂来固定，所述粘合剂作为必需成分含有不溶于浸渍树脂的糊剂。
17.如权利要求16记载的云母片，其特征在于所述粘合剂为聚乙烯系高分子；所述无机粉体为氧化铝粒子。
18.如权利要求16记载的云母片，其特征在于所述粘合剂为聚乙烯系高分子；所述无机粉体为氮化硼粒子。
全文摘要
本发明涉及一种旋转电机的绕组及用于该绕组绝缘的云母带和云母片。使多根扁平导线(21)进行罗贝尔移位的同时聚积成绕组状来形成导体(22)；在导体(22)的外周多层卷绕由云母纸(5)和加强玻璃布(6)构成的云母带(71)，并在云母带(71)的卷绕层间浸渍固化树脂，来形成绝缘层(8)，如此构成本发明旋转电机的绕组。在云母带(71)的加强玻璃布(6)中利用粘合剂(13)固定无机粉体(14)，该粘合剂(13)中作为必需成分含有不溶于浸渍树脂的糊剂。
文档编号H02K3/00GK1505863SQ0280897
公开日2004年6月16日 申请日期2002年4月23日 优先权日2001年4月27日
发明者吉田胜彦, 岩田宪之, 幡野浩, 长野进, 关户忍, 山田利光, 河原诚, 之, 光 申请人:株式会社东芝