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JP4170546B2 - Insulating coil, resin impregnation apparatus and resin impregnation method - Google Patents
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JP4170546B2 - Insulating coil, resin impregnation apparatus and resin impregnation method - Google Patents

Insulating coil, resin impregnation apparatus and resin impregnation method Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁コイル、樹脂の含浸装置および樹脂の含浸方法に関し、特に、電気機器に用いられる絶縁コイルや超電導コイルなどに樹脂を効率よく注入する場合に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の電気機器や超電導機器などに用いられる絶縁コイルでは、絶縁強度や機械的強度を向上させるために、絶縁コイルの巻線を絶縁する絶縁物に樹脂を注入含浸し、その樹脂を加熱硬化することが行われている。
【0003】
樹脂を含浸する場合、絶縁された被含浸物を圧力容器に収納した後、温度を調整しながら真空度20〜50Paで水分等を脱気する。そして、真空を保ったまま、被含浸物が埋没するレベルまで樹脂を注入し、含浸の難易によって真空引きの時間を調整する。その後、真空を破り、加圧に切り替えることにより、樹脂含浸を実施する。樹脂含浸が終了すると、圧力を開放し、絶縁された被含浸物を樹脂から取り出し、乾燥機などで加熱硬化を行った後、成形する。この方法は、真空・加圧含浸法(VPI法)と称され、従来の樹脂の含浸方法では、最も重用されている。
【0004】
このVPI法では、適度なことにより、被含浸物内の残留気体を押し潰すと同時に樹脂を浸透させ、絶縁物中の気体(ボイド)を小さくすることで含浸率を向上させている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のVPI方式では、減圧含浸の後、加圧に切り替えるために、絶縁物中に気体が残存している場合、その気体が含浸樹脂に包み込まれる。このため、絶縁物中の微細な部分では、樹脂の粘性により気体と樹脂との置換が妨げられ、気体と樹脂との置換を十分に行わせることが困難であった。このため、従来のVPI方式は、絶縁物中のボイドを完全に除去することができないという問題があった。絶縁物中にボイドがあると、高電圧で使用されるコイルのような場合は、ボイドを起点とした部分放電が容易に発生し、コイル寿命に大きく影響して機器の信頼性を損なうことがある。
【0006】
また、従来のVPI方式では、厚い絶縁層に覆われているコイル、絶縁物の体積の大きなコイル、フィルムテープなどを多量に使用した絶縁層、圧縮力を受けた絶縁物、密度の高い絶縁物になどに適用した場合、実用上の真空程度では、絶縁物中の気体を完全に排出し、絶縁物中の気体を含浸樹脂に置き換えることがより一層困難になる。このため、従来のVPI方式では、厚い絶縁層に覆われているコイル、絶縁物の体積の大きなコイル、フィルムテープなどを多量に使用した絶縁層を有するコイルなどでは、十分な樹脂含浸を行うことができず、ボイドの残留はより深刻な問題であった。
【0007】
特に、超電導コイルの場合は、運転時に強大な電磁力が働き、その電磁力に対して超電導線が正常に固定されていることが要求される。そのため、コイルの巻き線張力は非常に高くなり、超電導線が絶縁物に対して強い圧縮力を加えた状態のものが多い。そのような絶縁コイルに含浸するには、非常に長時間を要するとともに、十分な樹脂含浸を行うことはさらにより一層困難となる。
【0008】
また、超電導機器におけるボイドの存在は、部分放電の発生、機械的強度の低下という問題だけでなく、極低温に冷却された時の応力集中によってクラックが発生するなどの問題が発生する。クラックが発生する場合、これによる発熱によって超電導機器としては超電導が破れるという致命的な状態となり、超電導から常伝導に転移するクエンチ現象が発生する。
【0009】
そこで、本発明の目的は、ボイドを減らしつつ、樹脂含浸にかかる時間を短縮することが可能な絶縁コイル、樹脂の含浸装置、樹脂の硬化装置、樹脂の含浸方法および樹脂の硬化方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の絶縁コイルによれば、樹脂の含浸経路を生成する含浸経路生成手段が絶縁層に設けられていることを特徴とする。
【0011】
これにより、絶縁コイルの絶縁層が強い圧縮力を受けた絶縁物や密度の高い絶縁物で構成される場合においても、それらの絶縁物に対して樹脂の浸透経路を確保して、それらの絶縁物の中に樹脂を効率よく浸透させることが可能となり、樹脂の含浸にかかる時間を短縮することが可能となる。
【0012】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイルを浸漬している樹脂面の高さを、前記絶縁コイルの樹脂の含浸面以下に制御する樹脂面制御手段を備えることを特徴とする。
【0013】
これにより、絶縁コイルの樹脂含浸が上下から行われることを防止することが可能となり、絶縁コイル内の樹脂の未含浸部が含浸樹脂で囲まれて、未含浸部に存在する空気の逃げ道が塞がれることを防止することが可能となることから、樹脂含浸の際のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0014】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイルに含浸させる樹脂を前記絶縁コイルよりも高い位置で脱泡する脱泡手段を備えることができる。
【0015】
これにより、樹脂の比重と高さに比例した圧力を絶縁コイルにかけながら、含浸を行うことが可能となり、含浸速度を向上させることが可能となる。
【0016】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイルに含浸させる樹脂を前記絶縁コイルの下方から供給する樹脂供給手段を備えることができる。
【0017】
これにより、絶縁コイルを浸漬している樹脂面の高さを、前記絶縁コイルの樹脂の含浸面以下に制御することが可能となり、樹脂含浸時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0018】
また、前記樹脂供給手段は、前記絶縁コイルに樹脂が浸透する速度以下で、前記樹脂を前記絶縁コイルに供給することが好ましい。
【0019】
これにより、樹脂の含浸方向に沿って絶縁コイル内に存在する空気を追い出しながら、含浸を行うことが可能となり、樹脂含浸時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0020】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイルを浸漬する樹脂の真空引きを行う真空引き手段と、前記樹脂にかかる圧力を制御する圧力制御手段と、前記絶縁コイルの含浸時に前記樹脂の圧力制御と真空引きとの切り替え制御を行う切り替え制御手段とを備えることを特徴とする。
【0021】
これにより、真空引きによるボイドの抑制と、加圧による含浸速度の向上という両方の要請を満たしつつ、樹脂含浸を行うことが可能となり、いずれか一方を犠牲にして含浸する必要がなくなることから、ボイドを最少に押さえつつ、含浸速度を向上させることが可能となる。
【0022】
また、本発明の含浸装置によれば、静電容量法または抵抗法を用いた液面計と、静電容量法または抵抗法を用いた含浸位置検出器とを備えることができる。
【0023】
これにより、樹脂液面や含浸面の連続測定を行うことが可能となるとともに、測定精度の向上を図ることが可能となる。
【0024】
また、本発明の硬化装置によれば、硬化中の樹脂の温度分布を制御する温度分布制御手段を備えることを特徴とする。
【0025】
これにより、樹脂の供給に寄与しない部分の樹脂の硬化を速め、樹脂の供給に寄与する部分の樹脂の硬化を遅らせることが可能となり、硬化時の収縮分の樹脂をその収縮部分へ供給しながら、樹脂の硬化を進めることが可能となることから、硬化に伴う樹脂の収縮時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0026】
また、前記温度分布制御手段は、絶縁コイルを加熱する加熱手段と、前記絶縁コイルに樹脂を送出する配管を前記絶縁コイルの温度以下に冷却する冷却手段とを備えることが好ましい。
【0027】
これにより、樹脂の硬化により絶縁コイルへの樹脂の供給経路が絶たれることを防止しつつ、樹脂を絶縁コイルに供給することが可能となり、硬化時の収縮分の樹脂を補充しながら、樹脂の硬化を進めることが可能となることから、硬化時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0028】
また、本発明の含浸方法によれば、樹脂と反応せず離型性のある埋め草を絶縁コイルの周りに配置してから、樹脂の含浸を行うことを特徴とする。
【0029】
これにより、埋め草の体積分だけ樹脂の使用量を低減させることが可能となるとともに、絶縁コイルの周りに固着した樹脂の剥離を容易に行うことが可能となり、コストの低減および作業性の改善を図ることが可能となる。また、樹脂の充填量が減少することから、樹脂の硬化時の反応熱による硬化温度の不均一性を減少させることが可能となり、絶縁コイルの品質を向上させることが可能となる。
【0030】
また、前記樹脂を通過させ、かつ前記埋め草を通過させない固定手段を用いて、前記埋め草を所定の範囲内に閉じ込めることが好ましい。
【0031】
これにより、樹脂を注入した際に埋め草が移動し、樹脂の送出管が詰まることを防止することが可能となる。
【0032】
また、樹脂の含浸前に、前記樹脂の硬化温度以下で前記絶縁コイルの乾燥を行うことが好ましい。
【0033】
これにより、絶縁コイルの絶縁物の熱膨張差による変形やひずみを抑制することが可能なるとともに、絶縁コイルへの樹脂の注入を絶縁コイルの乾燥終了後に即座に行うことが可能となる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例に係わる絶縁コイルおよびその含浸・硬化方法について図面を参照しながら説明する。
【0035】
図1は、本発明の一実施例に係わる絶縁コイルの概略構成を示す切り欠き外観図である。なお、図1に示した絶縁コイルでは、超伝導コイルを例にとったが、本発明は、それ以外の絶縁コイルにも適用可能である。図1において、超伝導線を円筒状に巻いたソレノイドを同心円状に何層にも重ねることにより、絶縁コイル1が形成され、絶縁コイル1の上下面には、口出し部2a、2bが設けられている。
【0036】
図2(a)は、図1のAの部分の拡大図である。図2(a)において、撚った超伝導線12がコンジット13の内部に封入されており、コンジット13は巻線絶縁層14で覆われている。
【0037】
図2(b)は、図2(a)のコンジットタイプの超伝導巻線の拡大図である。図2(b)において、巻線絶縁層14は、例えば、ガラステープ14aおよび貼り合わせテープ14bから構成することができる。例えば、巻線絶縁層14の最内層には、ガラステープ14aを1/2重ね巻し、巻線絶縁層14の2層目〜4層目には、貼り合わせテープを1/2重ね巻きすることができる。なお、貼り合わせテープ14bとしては、ポリイミドフィルムとガラステ−プとを貼り合わせたものを用いることができる。
【0038】
図2(a)において、図2(b)のコンジットタイプの超電導線12が円筒状に巻かれたソレノイド19a、19bが同心円状に何層にも積層され、各ソレノイド19a、19bの間には、層間絶縁層16、17が設けられている。最外層のソレノイド19aの周囲には、対地絶縁層15が設けられ、対地絶縁層15の外側には、離型層18が設けられている。
【0039】
層間絶縁層16、17は、例えば、ガラステープ16a、17aを円周方向に1/2重ねで3層巻きとして構成することができる。対地絶縁層15は、例えば、ガラステープ15aを円周方向に1/2重ねで10層巻きとして構成することができる。離型層18は、例えば、テフロンテープを1/4重ねで1層巻きとして構成することができる。
【0040】
層間絶縁層16、17および対地絶縁層15を構成するガラステープ15a〜17aの層間には、所定幅のスペーサ15b〜17bが一定の間隔を置いて縦方向に挿入される。このスペーサ15b〜17bをガラステープ15a〜17aの層間に挿入して、ガラステープ15a〜17aを各ソレノイド19a、19bの周りに巻きつけることにより、各スペーサ15b〜17bの両脇には、隙間15c〜17cを形成することができる。
【0041】
ガラステープ15a〜17aの各層間に隙間15c〜17cを形成することにより、層間絶縁層16、17および対地絶縁層15に下から樹脂を注入する際の樹脂の通路を形成することが可能となり、層間絶縁層16、17および対地絶縁層15の樹脂含浸を容易にすることが可能となる。
【0042】
すなわち、フィルム材や体積の大きいコイルなどに樹脂を含浸させると、含浸時間が長くなる。特に、超伝導コイルの場合、コイルの巻き線張力は非常に高くなり、超電導線が絶縁物に対して強い圧縮力を加えた状態のものが多い。そのような絶縁コイルに含浸するには、非常に長時間を要するとともに、十分な樹脂含浸を行うことは困難となる。
【0043】
そこで、含浸を容易にするために、帯状または棒状の挿入物を絶縁テープと交差する方向に適当な絶縁層ごとに挿入しつつ、絶縁テープの巻き付けを行う。これにより、挿入物と絶縁テープとの間に若干のスペースを生成することができ、絶縁層に樹脂の含浸パスを生成することができる。このため、含浸パスに先導的に樹脂が注入され、含浸パスの両側に樹脂を含浸浸透させることが可能となることから、樹脂含浸面積が増加し、含浸時間を短縮することが可能となる。
【0044】
なお、スペーサ15b〜17bは、例えば、テープ、クロス、セラミックスペーパ、帯状のFRP(ガラス強化積層板)などを用いることができる。
【0045】
また、絶縁コイル1の外径が3600mm、高さが3075mmであるものとすると、スペーサ15b〜17bの厚さは0.2〜0.5mm程度、幅は32mm程度、間隔は500mm程度とすることが好ましい。
【0046】
図3は、本発明の一実施例に係わる樹脂含浸コイルの製造装置の概略構成を示すブロック図である。図3において、恒温槽25には恒温槽25内の温度を制御する温度制御装置31cが設けられ、恒温槽25内には圧力容器24が設けられている。圧力容器24には、絶縁コイル1が設置され、絶縁コイル1の横には、液面計22および含浸位置検出器23が設置される。
【0047】
ここで、液面計22および含浸位置検出器23において、含浸の際の樹脂液面および絶縁コイル1の絶縁物中への浸透面の計測は、静電容量法または抵抗法を用いることができる。
【0048】
静電容量法では、静電容量法に用いる対向電極の構成は、幾何学的に電極板を固定できればよく、電極板をFRPなどに固定するのが簡便で有効である。また、電極間にガラスクロスや不織布などを挟むことにより、含浸樹脂を検知することもできる。
【0049】
抵抗法は、絶縁された2本のリード線の先端に配置された電極間の抵抗を計測する方法で、電極を絶縁板に固定するか、あるいはリード線先端の絶縁被覆を剥して対向させるように配置することができる。この抵抗法は、絶縁層の樹脂の有無で3桁〜5桁の抵抗差があるので、非常に感度がよい。
【0050】
図4は、抵抗法を用いた含浸位置検出器の概略構成を示す側面図である。図4において、固定板43a〜43cにはリード線41a、41bが固定され、リード線41a、41bの先端には電極として金属導体42a、42bが設けられている。
【0051】
図3において、圧力容器24の上方には、攪拌脱泡機26および樹脂貯留槽27が設けられ、攪拌脱泡機26は配管33aを介して圧力容器24の下面と接続され、樹脂貯留槽27は配管33bを介して圧力容器24の上面と接続されている。ここで、攪拌脱泡機26を圧力容器24の上方に設け、攪拌脱泡機26を絶縁コイル1よりも高い位置に設置することにより、含浸速度を速くすることができる。すなわち、通常、脱泡は真空攪拌でも行なわれるが、含浸の直前に薄膜脱泡をすることも多くの場合行なわれる。この時、攪拌脱泡機26の位置が絶縁コイル1よりも高いと、含浸樹脂の比重と高さに比例した圧力を絶縁コイル1に作用させることが可能となり、含浸速度を速くすることができる。
【0052】
配管33aには、配管33aの温度を独自に制御する温度制御装置31aが設けられるとともに、攪拌脱泡機26の樹脂を圧力容器24に注入するためのバルブ32eが設けられている。また、配管33bには、配管33bの温度を独自に制御する温度制御装置31bが設けられている。
【0053】
ここで、配管33a、33bの温度を制御する温度制御装置31a、31bを恒温槽25内の温度を制御する温度制御装置31cとは別個に設けることにより、樹脂の収縮状態や樹脂の流動性を局所的に制御することが可能となり、絶縁コイル1内に存在する気体を効率よく外部に排出しつつ、樹脂の含浸や硬化を進めることができる。
【0054】
攪拌脱泡機26は、攪拌脱泡機26内の圧力を制御する圧力制御装置28にバルブ32aを介して接続されるとともに、攪拌脱泡機26内の真空引きを行う真空ポンプ29にバルブ32bを介して接続されている。
【0055】
樹脂貯留槽27は、樹脂貯留槽27内の圧力を制御する圧力制御装置30にバルブ32dを介して接続されるとともに、樹脂貯留槽27内の真空引きを行う真空ポンプ29にバルブ32cを介して接続されている。
【0056】
ここで、攪拌脱泡機26および樹脂貯留槽27に真空ポンプ29を設けるとともに、圧力制御装置28、30を設けることにより、加圧と真空引きとを繰り返しながら、絶縁コイル1の樹脂の含浸を行うことができ、絶縁コイル1に対する樹脂の濡れ性をある程度維持しつつ、絶縁コイル1内に存在する気体を効率よく外部に排出することが可能となる。なお、圧力制御装置28、30は、例えば、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを攪拌脱泡機26および樹脂貯留槽27に供給することにより、攪拌脱泡機26内および樹脂貯留槽27内の圧力を制御することができる。
【0057】
図5は、本発明の一実施例に係わる樹脂含浸コイルの各工程の製造条件を示すタイムチャートである。図5において、樹脂含浸コイルの製造は、主に、乾燥工程、含浸工程、硬化工程および離型工程の四工程を経て行われる。
【0058】
乾燥工程では、樹脂含浸前の絶縁コイルを樹脂硬化温度以下の温度に保ち、減圧と併用するか、あるいは不活性ガスを流しながら、絶縁コイルの絶縁物を乾燥する。
【0059】
例えば、図3および図5において、絶縁コイル1を圧力容器24内に配置するとともに、液面計22および含浸位置検出器23を絶縁コイル1の横に設置する。そして、バルブ32cを開き、真空ポンプ29により、樹脂貯留槽27を介して圧力容器24内を真空引きしながら、恒温槽25内を樹脂硬化温度以下の範囲で加熱することにより、絶縁コイル1の乾燥を行う。
【0060】
このように、乾燥時の絶縁コイル1の温度を樹脂硬化温度以下とすることにより、絶縁コイル1の絶縁物の熱膨張差による変形やひずみを最少に押さえることが可能なるとともに、絶縁コイル1への樹脂の注入を絶縁コイル1の乾燥終了から即座に行うことが可能となる。
【0061】
含浸工程では、容器に収められた絶縁コイルに樹脂を含浸する場合、容器の下部から樹脂を注入し、樹脂の注入速度を、絶縁物に樹脂が浸透する速度以下とする。
【0062】
例えば、図3および図5において、樹脂硬化温度より低い温度の含浸樹脂を攪拌脱泡機26に所定量注入し、真空バルブ32bを開いて攪拌と同時に真空引きを行うことにより、樹脂を十分に脱泡する。そして、真空バルブ32bを閉じ、攪拌脱泡機26に窒素ガスを供給するためにバルブ32aを開けることにより、攪拌脱泡機26内の圧力を大気圧近傍まで上げる。その後、攪拌脱泡機26の下部の樹脂注入用のバルブ32eを開け、絶縁コイル1の下部から所定の注入速度で樹脂を注入するとともに、絶縁コイル1の上部から真空引きを行うことにより、絶縁コイル1の樹脂含浸を行う。
【0063】
ここで、恒温槽25内の温度は、樹脂の反応が始まらない温度以下であって、かつ、なるべく高い温度に設定することが好ましい。樹脂の温度が高くなると、樹脂の粘度が低下し、絶縁コイル1内への含浸が速く進むからである。一方、樹脂の反応が始まる温度を超えると、樹脂のゲル化が促進され、樹脂の粘度が却って増加するので、樹脂の反応が始まらない温度以下に設定する必要がある。
【0064】
また、絶縁コイル1の下部から樹脂を注入する場合、絶縁コイル1への樹脂の浸透速度より、圧力容器24への樹脂の注入速度が遅くなるように、樹脂の圧力容器24への注入量を制御する。樹脂の注入速度が樹脂の浸透速度より速いと、樹脂の未含浸部の上に樹脂が浸透し、未含浸部を樹脂が覆う状態となる。このような状態になると、未含浸部の残存空気が抜けにくくなり、絶縁コイル1内にボイドが発生する可能性が高くなる。そこで、樹脂の浸透速度より樹脂の注入速度が遅くなるようにして、絶縁コイル1内に存在する空気を樹脂の浸透によって追い出しながら、絶縁コイル1の含浸を進めることにより、絶縁コイル1のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0065】
図6は、本発明の一実施例に係わる含浸工程での樹脂の注入方法を示す断面図である。ここで、図6(a)は、絶縁コイル1内への樹脂の浸透速度より、圧力容器24内への樹脂の注入速度が遅くなるように、樹脂の注入を行った場合を示す。図6(a)において、攪拌脱泡機26の未含浸樹脂51が圧力容器24の下部から注入されると、絶縁コイル1の下から上に向かって樹脂の含浸が進行し、絶縁コイル1に含浸樹脂52が浸透する。ここで、未含浸樹脂51の樹脂液面51aが含浸樹脂52の含浸面52aよりも下になるように、未含浸樹脂51の注入量を制御する。これにより、絶縁コイル1の未含浸部53に存在する気泡54を上方へ追い出しつつ、絶縁コイル1の含浸を進めることが可能となり、絶縁コイル1のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0066】
一方、図6(b)は、絶縁コイル1内への樹脂の浸透速度より、圧力容器24内への樹脂の注入速度が速くなるように、樹脂の注入を行った場合を示す。図6(b)において、未含浸樹脂51が圧力容器24の下部から注入された時に、未含浸樹脂51の樹脂液面51aが含浸樹脂52の含浸面52aよりも上になると、未含浸部53への樹脂の含浸が、未含浸部53の周囲全体から進行する。このため、未含浸部53が含浸樹脂52で囲まれ、未含浸部53に存在する気泡54の逃げ場がなくなる。このため、この気泡54が絶縁コイル1内に閉じ込められ、絶縁コイル1にボイドが発生する。
【0067】
また、絶縁コイルに樹脂を真空含浸し、樹脂液面が絶縁コイルの上部の樹脂貯留槽の所定な位置に達すると、真空を破って常圧または加圧にする。所定時間経過後、再度真空に引く。このように、真空と常圧または加圧を複数回繰り返すことにより、ボイドを最少にする。
【0068】
例えば、図3および図5において、絶縁コイル1の下部からの含浸が、絶縁コイル1全体に行き渡った予定時間を経過後さらに、樹脂液面51aが樹脂貯留槽27の所定の高さになるまで樹脂を注入する。そして、真空ポンプ29を止め、樹脂貯留槽27内の圧力を大気圧にする。この時、樹脂貯留槽27を真空引きしている場合に比べて、絶縁コイル1への樹脂の濡れ性が向上し、絶縁コイル1への樹脂の含浸が進行する。その後、再度、樹脂貯留槽27内の真空引きを行い、絶縁コイル1に含浸する樹脂の脱泡を行いながら、樹脂液面51aが樹脂貯留槽27の所定の高さになるまで樹脂を注入する。この作業を所定の回数繰り返す。
【0069】
図7は、本発明の一実施例に係わる含浸工程での樹脂の含浸方法を示す断面図である。図7(a)において、樹脂液面51aが樹脂貯留槽27の所定の高さに達すると、攪拌脱泡機26および樹脂貯留槽27に窒素ガスを導入することにより、圧力容器24内の圧力を高くする。これにより、絶縁コイル1への樹脂51の濡れ性が向上し、絶縁コイル1への樹脂51の含浸がさらに進行する。
【0070】
次に、攪拌脱泡機26および樹脂貯留槽27の真空引きを行うことにより、絶縁コイル1に含浸する樹脂51の脱泡を行いながら、樹脂液面51aが樹脂貯留槽27の所定の高さになるまで樹脂51を注入する。
【0071】
ここで、一般に広く行なわれているVPI含浸法では、絶縁コイル1を真空乾燥し、真空状態を保ったまま樹脂を注入する。この真空状態での樹脂は、絶縁層にあまり含浸しない。一方、真空を破り、加圧に切り換えると、内圧との差で急激に樹脂が含浸して行く。しかしながら、加圧状態では、気体が樹脂内に残存したままになるので、ボイドが発生する。そこで、真空引きと常圧あるいは加圧を繰り返しながら、樹脂を含浸させる。これにより、ボイドを最少に押さえつつ、濡れ性を向上させることが可能となり、含浸性を向上させることが可能となる。
【0072】
硬化工程では、攪拌脱泡機および樹脂貯留槽から圧力を加え、所定の温度条件で含浸樹脂を硬化する。この時、コイル絶縁層に含浸された樹脂が少なくともゲル化を始めるまでの間、恒温槽への樹脂注入配管、圧力容器から樹脂貯留槽までの配管を絶縁コイルの温度未満に冷却する。
【0073】
例えば、図3および図5において、配管33a、33bを冷却したままの状態で、真空バルブ32b、32cを閉じ、バルブ32a、32dを開くことにより、攪拌脱泡機26および樹脂貯留槽27に窒素ガスを導入する。これにより、攪拌脱泡機26内および樹脂貯留槽27内の圧力を上昇させる。そして、配管33a、33bを冷却したままの状態で、恒温槽24の温度を樹脂の硬化温度まで上げ、樹脂の硬化を所定時間実施する。
【0074】
図8は、本発明の一実施例に係わる硬化工程での樹脂の硬化方法を示す断面図である。図8において、含浸工程が終了すると、攪拌脱泡機26および樹脂貯留槽27に窒素ガスを導入することにより、攪拌脱泡機26内および樹脂貯留槽27内を加圧する。また、絶縁コイル1を加熱するとともに、配管33a、33bを冷却する。なお、を絶縁コイル1を加熱する方法として、恒温槽24の温度を上昇させる方法の他に、絶縁コイル1の超伝導線12に電流を流す方法や絶縁コイル1の内部にヒータを設置して絶縁コイル1を加熱する方法などを用いてもよい。
【0075】
ここで、樹脂51に圧力を加えることにより、絶縁コイル1内に残存している気体の体積を小さくすることが可能となり、この状態を維持したままで樹脂を硬化させることにより、ボイドを小さくすることができる。
【0076】
また、樹脂は温度が高いほど硬化時間が短くなり、硬化と共に体積が収縮する。このため、絶縁コイル1内部に浸透した含浸樹脂52の温度を高くして樹脂の反応を促進するとともに、絶縁コイル1の外側の未含浸樹脂51の温度を低くして樹脂の反応を抑制することにより、絶縁コイル1内部の樹脂52の硬化が絶縁コイル1の外部の樹脂51よりも速く進行するようにする。これにより、絶縁コイル1の外部の未含浸樹脂51の流動性を保ちながら、絶縁コイル1内部の含浸樹脂52の硬化を進めることが可能となり、絶縁コイル1内部の含浸樹脂52の収縮に伴ってできた空間を絶縁コイル1の外部の未含浸樹脂51で補いながら、樹脂の硬化を進めることが可能となる。この結果、絶縁コイル1に含浸された含浸樹脂52の硬化によるボイドの発生を抑制することができる。
【0077】
離型工程では、樹脂の硬化完了後、絶縁コイル1全体を室温まで冷却し、絶縁コイル1を圧力容器24から取り出す。そして、絶縁コイル1の側面に固着した未含浸樹脂51を離型層18の部分で剥離する。
【0078】
このように、上述した実施例では、絶縁コイル1に樹脂を含浸する方法において、絶縁コイル1を温度制御装置31cを具備した金型または圧力容器24に収納し、あるいは温度を調節できる恒温槽25に収納する。また、樹脂貯留槽27樹脂の攪拌脱泡機26、および樹脂含浸のための複数の配管33a、33bを具備し、恒温槽25の温度を制御する温度制御装置31c以外に温度制御装置31a、31bを別個に設け、配管33a、33bの温度を恒温槽25の温度と独立に制御できるようにする。そして、真空ポンプ29を接続した樹脂含浸装置により含浸を行い、含浸終了後、常圧ないし加圧に切り替えて、恒温槽25内の温度を調節して樹脂を硬化させる。
【0079】
これにより、要素機器ごとに温度調整することが可能となり、含浸樹脂の粘度や可使時間に合わせて最適な条件を選択することが可能となることから、ボイドを最少にする含浸条件を設定できる。
【0080】
なお、上述した実施例では、絶縁コイル1を圧力容器24内に設置した際に、絶縁コイル1を圧力容器24との間に隙間が生じ、この隙間にも樹脂が充填される。このため、絶縁コイル1を圧力容器24との間にできた隙間分だけ樹脂が無駄に消費される。そこで、この隙間部分に埋め草を予め充填し、その後に樹脂の注入を行うようにする。これにより、埋め草の体積分だけ圧力容器24内への樹脂の注入量を少なくすることが可能となり、埋め草の体積分の樹脂を節約することができる。ここで、埋め草としては、樹脂と反応せず、かつ樹脂とに離形性を有するプラスチックの成形品または小粒子のチップなどを用いることができる。
【0081】
図9は、本発明の一実施例に係わる埋め草を用いた樹脂の含浸方法を示す断面図である。図9において、絶縁コイル1を蓋付きの圧力容器24に収納する際に、絶縁コイル1の上下を除いた横の空間に埋め草62を挿入する。ここで、埋め草62の材質は、樹脂51の反応に影響を与えないことと、樹脂51と離型性を有するものが好ましい。例えば、埋め草62の材質としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、またはテフロンなどが適している。コストや利便性の観点からは、ポリエチレンが最も適している。
【0082】
ここで、樹脂51を圧力容器24に注入して行くと、埋め草62には浮力が生じ、埋め草62が上に移動する力が働く。そのため、液体である樹脂51は通過できるが、埋め草62は通過できないようなスペーサ、シール、網状物などを用いることにより、埋め草62の移動を抑制できるようにする。例えば、絶縁コイル1の上下の境界に、埋め草62よりも小さな網目を有する網61a、61bを配置することにより、絶縁コイル1の上下に埋め草62が入らないようにする。
【0083】
埋め草62および網61a、61bを圧力容器24内に配置すると、樹脂51の注入を圧力容器24の下から行う。ここで、圧力容器24内には、埋め草62が配置されているので、埋め草62の体積に相当する分の樹脂の消費量を減らすことが可能となる。
【0084】
絶縁コイル1への含浸樹脂52の含浸および硬化が完了すると、絶縁コイル1全体を室温まで冷却し、絶縁コイル1を圧力容器24から取り出す。そして、絶縁コイル1の側面に固着した樹脂51の剥離を行う。ここで、絶縁コイル1の側面に固着した樹脂51には、埋め草62が充填されているため、絶縁コイル1からの樹脂51の剥離を容易に行うことができる。
【0085】
このように、離型処理された絶縁コイル1を金型または圧力容器24に収納する際に、両者の無駄な空間に樹脂と反応しない埋め草62を充填する。これにより、樹脂の使用量を低減させることが可能となるとともに、絶縁コイル1の側面に固着した樹脂51の解体を容易にかつ効率よく行うことが可能となる。また、圧力容器24内の樹脂51の充填量が減少することから、樹脂51の硬化時の反応熱による硬化温度の不均一性を減少させることが可能となり、絶縁コイル1の品質を向上させることが可能となる。
【0086】
以下、超電導コイルに樹脂を含浸させる場合の具体例について説明する。図1〜9において、圧力容器24内に設置された絶縁コイル1として、コンジットタイプの超電導線12をソレノイドに巻いた大型の超電導コイルを用いた。超電導線12の絶縁層14には、ポリイミドフィルムとガラステ−プを貼り合わせた貼り合わせテープとガラステープを使用した。最内層にはガラステープ14aを1/2重ねで巻き付け、2層目からは貼り合わせテープ14bを1/2重ねで巻き付けることにより、4層巻きにした。ソレノイド19a、19bの層間絶縁層16、17は、1/2重ね巻きで3層巻きとし、絶縁コイル1の最外層の対地絶縁層15は1/2重ね巻きで10層巻とした。さらに、対地絶縁層15の外側の離型層18としてテフロンテープを1/4重ね巻きで1回巻きつけた。ソレノイド19a、19bの層間絶縁層16、17と対地絶縁層15には、ガラステープのスペーサ15b〜17bを適当な間隔を置いて縦に挿入した。絶縁コイル1は、口出し部2の構成や上下の押えにFRPを使用するなど通常のコイルを形成する要素部品も含まれている。
【0087】
この絶縁コイル1を蓋付きの圧力容器24に収納して、絶縁コイル1の上下を除いた横の空間に3mmφで長さ5mm程度の高密度ポリエチレンチップを埋め草62として挿入した。また、絶縁コイル1の上下に埋め草62が入らないように、絶縁コイル1の上下の境界に目の細かい網61a、61bを配置した。絶縁コイル1の横に静電容量タイプの液面計22と抵抗タイプの含浸位置検出器23を要所に配置した。この圧力容器24全体を恒温槽25内に配置し、圧力容器24に接続する樹脂の通過する配管33a、33bは水冷できるようにした。樹脂の攪拌脱泡機26は圧力容器21より高い位置に置き、上下にバルブ32a、32b、32eを配している。圧力容器24の上部の樹脂貯留槽27は樹脂の硬化収縮の補償用に配置した容器である。
【0088】
樹脂の含浸前には、恒温槽24内の温度を上げて、絶縁コイル1の温度を120℃にして、24時間真空乾燥をした。その後、恒温槽24内の温度を下げて、絶縁コイル1の温度を60℃±5℃に調整し、含浸完了まで、この温度を保持した。
【0089】
樹脂の含浸時には、60℃の含浸樹脂を60℃の攪拌脱泡機26に所定量注入して、攪拌と同時に真空引きをして十分に脱泡した。次に、真空バルブ32bを閉じ、攪拌脱泡機26に窒素ガスを供給するためにバルブ32aを開け、攪拌脱泡機26内の圧力を大気圧近傍まで上げ、攪拌脱泡機26の下部の樹脂注入用のバルブ32eを開け、所定の注入速度で絶縁コイル1の下部から含浸を行った。この攪拌と注入を繰り返して含浸を進めた。ここで、絶縁コイル1の絶縁物中の含浸面52aよりも、圧力容器24内の樹脂液面51aの上昇が速くならないように、液面計22の計測値と予備実験で確かめた含浸速度を参考にして注入量を調整した。
【0090】
絶縁コイル1の下部からの含浸が絶縁コイル1全体に行き渡った予定時間を経過後さらに、樹脂液面51aが樹脂貯留槽27の所定の高さになるまで樹脂を注入した。その後、真空ポンプ29を止め、樹脂貯留槽27内の圧力を大気圧にした。この時、さらに絶縁コイル1への含浸が進行した。再度、樹脂貯留槽27内の真空引きを行い、樹脂液面51aが樹脂貯留槽27の所定の高さになるまで樹脂を注入した。この作業を3回繰り返した。
【0091】
しかる後、配管33a、33bを冷却したままの状態で、真空ポンプ29の系を切り離し、攪拌脱泡機26および樹脂貯留槽27に窒素ガスを導入することにより、攪拌脱泡機26内および樹脂貯留槽27内の圧力を0.7MPaに上げた。この状態で恒温槽24の温度を上げ、120℃での樹脂の硬化を所定時間実施した。樹脂のゲル化および硬化の進行に従って、絶縁コイル1中の含浸樹脂52の硬化収縮が始まり、樹脂貯留槽27の樹脂液面51aが低下し、計算予測値とほぼ一致する結果が得られた。樹脂の硬化収縮が安定した後、配管33a、33bの冷却を止め、絶縁コイル1全体の樹脂の硬化程度が一様に揃うように調整した。
【0092】
樹脂の硬化完了後、絶縁コイル1全体を室温まで冷却し、絶縁コイル1を圧力容器24から取り出した。絶縁コイル1側面に固着した樹脂51の剥離は、絶縁コイル1の側面に固着した樹脂51に埋め草62が充填されているため、容易に行うことができる。また、埋め草62の体積に相当する分の樹脂51の消費量を減らすことが可能となる。このため、絶縁コイル1の成形が容易となるとともに、低コスト化に加え作業時間の低減にも大きな効果があった。
【0093】
また、ボイドの有無を判定するための高電圧コロナ特性も良好で、計算予測と一致する樹脂注入が行なわれたことから、ボイドを極小に抑えることが可能となるとともに、樹脂含浸にかかる時間も短縮することができた。
【0094】
以下、本発明の含浸速度を確認するための実験例について説明する。図10は、本発明の実験例に係わる樹脂含浸の実験装置の構成を示す断面図である。
【0095】
図10(a)において、同心円の三層に構成されたアクリル製外筒71、アクリル製中間内筒72およびアクリル製内筒73が設けられ、アクリル製外筒71の上下には、アクリル製上蓋74および底板75が設けられている。アクリル製上蓋74には、真空ポンプ接続排気口76が設けられ、アクリル製外筒71の下方には樹脂注入口77が設けられている。アクリル製外筒71とアクリル製中間内筒72とは、ゴムリング78でシールされ、アクリル製中間内筒72とアクリル製内筒73との間には被含浸絶縁層79が設けられている。また、アクリル中間円筒72の下部には、樹脂の通路となる切り欠き79が形成されている。ここで、アクリル製内筒73の外径W1は90φ、アクリル製中間内筒72の高さH1は1mである。
【0096】
図10(b)において、同心円の二層に構成されたアクリル製外筒81およびアクリル製内筒82が設けられ、アクリル製外筒81の上下には、アクリル製上蓋83および底板84が設けられている。アクリル製上蓋83には、真空ポンプ接続排気口85が設けられ、アクリル製外筒81の下方には樹脂注入口86が設けられている。アクリル製内筒82の周囲には被含浸絶縁層87が設けられている。ここで、アクリル製内筒82の外径W2は450φ、アクリル製内筒82の高さH2は1mである。
【0097】
比較例として、図10(a)のアクリル製中間円筒72のない構成を用いた。また、被含浸絶縁層79は、ポリイミドテープの裏表に少量の接着剤でガラステープを貼り付けた三層構造の絶縁テープを用い、この絶縁テープをアクリル製内筒73に突き合わせで4層巻きつけた。さらに、この絶縁テープの外側に1/4重ねでテフロンテープを巻きつけた。
【0098】
セットが完了すると、アクリル製上蓋74の真空ポンプ接続排気口76を真空ポンプに接続して、アクリル製外筒71内の真空引きを行いながら、樹脂注入口77から樹脂を注入した。ここで、注入された樹脂の液面が樹脂の含浸面よりも50〜100mm程度高くなるように、樹脂注入量を調整した。含浸速度は、予めセットしておいたスケールを用いて、目視により測定した。
【0099】
実験例1として、図10(a)の構成を用いた。また、被含浸絶縁層79は、ポリイミドテープの裏表に少量の接着剤でガラステープを貼り付けた三層構造の絶縁テープを用い、この絶縁テープをアクリル製内筒73に突き合わせで4層巻きつけた。その外側にスリットを1本入れたアクリル中間円筒72をかぶせ、適度な圧縮力でアクリル中間円筒72を締め付け、アクリル中間円筒72のスリット部分をシールした。このアクリル中間円筒72をアクリル製外筒71に納め、アクリル中間円筒72とアクリル製外筒71との間をゴムリング78でシールした。
【0100】
セットが完了すると、アクリル製外筒71を真空容器として、真空ポンプ接続排気口76に真空ポンプを接続した。また、樹脂注入口77にバルブおよびホースを介して含浸樹脂容器を接続した。そして、アクリル製外筒71内の真空引きを行いながら、樹脂注入口77から樹脂を注入し、予めセットしておいたスケールで目視により含浸速度を測定した。ここで、注入された樹脂の液面が樹脂の含浸面よりも50〜100mm程度高くなるように、樹脂注入量を調整した。また、注入される樹脂の表面を大気圧として、アクリル製外筒71内を0.5Torr以下に保った。従って、被含浸絶縁層79には、0.1MPaの差圧が作用する。
【0101】
実験例2は、比較例と同様の構成を用いたが、絶縁テープを巻きつけるアクリル製内筒73の代わりに鉄製内筒を用いた。また、樹脂の含浸を行う前に、被含浸絶縁層79を130℃で10時間の加熱乾燥させ、その後速やかに組み立てを行い、含浸実験を行った。なお、これ以外の条件は比較例と同じである。
【0102】
実験例3は、比較例と同様の構成を用いたが、被含浸絶縁層79の各層間に厚さ0.2mm、幅18mm、長さ1mのセラミックスペーパをスペーサとして挿入した。ここで、第1層目には0°と180°の位置に2本挿入し、次の層には90°と270°の位置に2本挿入するようにして、セラミックスペーパを各層に交互に挿入した。なお、これ以外の条件は比較例と同じである。
【0103】
実験例4は、実験例3とスペーサの材質のみが異なり、セラミックスペーパの代わりに同一寸法のガラステープを用いた。
【0104】
実験例5は、実験例3とスペーサの材質のみが異なり、セラミックスペーパの代わりに同一寸法のガラスエポキシのFRPを用いた。
【0105】
実験例6は、図10(b)の構成のアクリル製内筒82に実験例1で用いた3層構造の絶縁テープを1/2重ねで4回巻きつけ、スペーサとしてガラステープを挿入した。それ以外の条件は実験例2と同様にした。
【0106】
実験例7は、実験例6と同様の構成を用い、含浸樹脂の液面が含浸面よりも約300mm高くなるように樹脂の注入量を調整した。それ以外の条件は実験例6と同様にした。
【0107】
実験例8は、実験例7と同様の構成を用い、被含浸絶縁層87、容器、含浸樹脂共に55℃に調整して含浸を行った。それ以外の条件は実験例7と同様にした。
【0108】
なお、比較例および実験例2〜8では、アクリル製中間内筒72が設けられていないが、被含浸絶縁層87と被含浸樹脂とはテフロンテープで隔てられており、テフロンテープのラップ目から樹脂が被含浸絶縁層87に浸透することはないので、被含浸樹脂は被含浸絶縁層79、87の下部から注入される。
【0109】
上述した比較例および実験例1〜8の実験結果を以下の表に示す。
【0110】
【表1】

Figure 0004170546
【0111】
上記の表において、比較例の含浸速度は30mm/hであるのに対し、実験例1の含浸速度は330mm/hである。ここで、実験例1では被含浸絶縁層79に圧力差が作用するが、比較例では被含浸絶縁層79に圧力差が作用しない。この結果、被含浸絶縁層79に圧力差が作用する場合には、含浸速度が非常に速くなることが示された。
【0112】
また、比較例の含浸速度は30mm/hであるのに対し、実験例2の含浸速度は110mm/hである。ここで、実験例2では含浸前に被含浸絶縁層79の乾燥が行われているが、比較例では含浸前に被含浸絶縁層79の乾燥が行われていない。この結果、被含浸絶縁層79の乾燥を行うと、含浸速度が速くなることが示された。
【0113】
また、比較例の含浸速度は30mm/hであるのに対し、実験例3〜5の含浸速度はそれぞれ40mm/h、52mm/h、60mm/hである。ここで、実験例3〜5では被含浸絶縁層79にスペーサが挿入されているが、比較例では被含浸絶縁層79にスペーサが挿入されていない。この結果、被含浸絶縁層79にスペーサを挿入すると、含浸速度が速くなることが示された。また、スペーサの材質の違いも含浸速度に若干の影響があることが示された。
【0114】
また、実験例2の含浸速度は110mm/hであるのに対し、実験例6の含浸速度は70mm/hである。ここで、実験例6では被含浸絶縁層79にスペーサが挿入されているが、実験例2では被含浸絶縁層79にスペーサが挿入されていない。また、実験例6では被含浸絶縁層79の曲率が実験例2と比べて小さくなっている。この結果、被含浸絶縁層79の大きさが大きくなると、含浸速度が遅くなるとともに、被含浸絶縁層79の曲率が小さくなると、スペーサの挿入が含浸速度の改善にあまり寄与しなくなることが示された。
【0115】
また、実験例6の含浸速度は70mm/hであるのに対し、実験例7の含浸速度は95mm/hである。ここで、実験例7では樹脂の液面と被含浸絶縁層79の含浸面との差が実験例7と比べて大きくなっている。この結果、樹脂の液面と被含浸絶縁層79の含浸面との差が大きくなると、含浸速度が速くなることが示された。
【0116】
また、実験例7の含浸速度は95mm/hであるのに対し、実験例8の含浸速度は210mm/hである。ここで、実験例8では樹脂の粘度が実験例7と比べて小さくなっている。この結果、樹脂の粘度が小さくなると、含浸速度が速くなることが示された。
【0117】
このように、含浸速度には、乾燥、スペーサ、樹脂面のヘッド差、絶縁物に加わる圧力差および樹脂粘度等が影響することが明らかになった。
【0118】
実験例9は、実験例4と同じ絶縁構成で樹脂を含浸して、約50cmまで樹脂を浸透させた後、急速に注入樹脂速度を速め、被含浸絶縁層79の上端より上に樹脂面がくるようにした。その後、真空ポンプを止め、アクリル製外筒71内部を徐々に大気圧に戻す操作をした。この操作により、上部からの樹脂含浸が3分程度で約40mm浸透した。この結果、真空と大気圧を繰り返すことで含浸速度が速まることが示された。
【0119】
実験例10では、静電容量法および抵抗法の実験を行った。静電容量法では、30mm幅、2mm厚さのFRP板2枚を対向させ、FRP板の内面にアルミテープを貼り、FRP板の適度な位置に5mmのギャップ用駒を挟み、静電容量用の電極とした。この静電容量法は、液面の上昇に従って容量が徐々に増加する連続測定に適している。
【0120】
抵抗法では、1mmφの絶縁電線の先端を10mm程度裸にして、10mm幅に並行に配置し、FRP板に固定した。この抵抗法では、含浸樹脂に浸った領域は、未含浸のドライの状態の領域に比べて、抵抗値が3〜4桁変化する。このため、抵抗法では、含浸樹脂の有無を精度よく測定することが可能となる。従って、リミッターや2個を使用した液面制御などに効果的に使用できる。
【0121】
以上説明したように、上述した実施例によれば、緻密な絶縁物やフィルムを含む難含浸性の絶縁層に対しても、スペーサ、乾燥、含浸液面、圧力差、粘度などを効果的に取り入れ、コイルの下部から含浸することにより、ボイドの少ない含浸絶縁を行うことができる。さらに、含浸の最終過程での圧力変化による含浸の促進と加圧硬化により、ボイドをさらに減少させることが可能となるとともに、絶縁コイルの前後に設けられた樹脂注入管の冷却により、ゲル化時の樹脂の硬化収縮を補償することが可能となり、ボイドのより一層の低減とクラックの発生の抑制に効果がある。
【0122】
さらに、含浸樹脂系よりも低価格なポリエチレンなどの埋め草を充填することにより、製品価格の低減に寄与することが可能となるとともに、硬化時の発熱の抑制や成形時の作業時間の短縮にも優れた効果がある。
【0123】
また、一般に超電導コイルの場合は、運転時に強大な電磁力が働き、その電磁力に対しても超電導線が正常に固定されていることが要求される。そのため、コイルの巻き線張力は非常に高くなり、超電導線が絶縁物に対しても強い圧縮力を加えた状態が多い。そのような絶縁コイルに含浸するのは、非常に長時間を要するので、含浸に対して工夫が必要である。そこで、上述した含浸法を超電導コイルに適用することにより、ボイドの少ない含浸を短時間で行うことができ、その効果が大きい。
【0124】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の絶縁コイルによれば、絶縁コイルの層間絶縁層が強い圧縮力を受けた絶縁物や密度の高い絶縁物で構成される場合においても、それらの絶縁物の中に樹脂を効率よく浸透させることが可能となり、樹脂の含浸にかかる時間を短縮することが可能となる。
【0125】
また、本発明の含浸装置によれば、絶縁コイル内の樹脂の未含浸部が含浸樹脂で囲まれて、未含浸部に存在する空気の逃げ道が塞がれることを防止することが可能となり、樹脂含浸のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0126】
また、樹脂の比重と高さに比例した圧力を絶縁コイルにかけながら、含浸樹脂を行うことが可能となり、含浸速度を向上させることが可能となる。
【0127】
また、絶縁コイルを浸漬している樹脂面の高さを、前記絶縁コイルの樹脂の含浸面以下に制御することが可能となり、樹脂含浸時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0128】
また、樹脂の含浸方向に沿って絶縁コイル内に存在する空気を追い出しながら、含浸を行うことが可能となり、樹脂含浸時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0129】
また、真空引きによるボイドの抑制と加圧による含浸速度の向上という両方の要請を満たしつつ、樹脂含浸を行うことが可能となり、いずれか一方を犠牲にする必要がなくなることから、ボイドを最少に押さえつつ、含浸速度を向上させることが可能となる。
【0130】
また、樹脂液面や含浸面の連続測定および測定精度の向上を図ることが可能となる。
【0131】
また、本発明の硬化装置によれば、樹脂の供給に寄与しない部分の樹脂の硬化を速め、樹脂の供給に寄与する部分の樹脂の硬化を遅らせることが可能となり、硬化時の収縮分の樹脂をその収縮部分へ供給しながら、樹脂の硬化を進めることが可能となることから、硬化時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0132】
また、絶縁コイルへの樹脂の供給経路が絶たれることを防止することが可能となり、硬化時の収縮分の樹脂を絶縁コイル内へ供給しながら、樹脂の硬化を進めることが可能となることから、硬化時のボイドの発生を抑制することが可能となる。
【0133】
また、本発明の含浸方法によれば、埋め草の体積分だけ樹脂の使用量を低減させることが可能となるとともに、絶縁コイルの周りに固着した樹脂の剥離を容易に行うことが可能となり、コストの低減および作業性の改善を図ることが可能となる。また、樹脂の充填量が減少することから、樹脂の硬化時の反応熱による硬化温度の不均一性を減少させることが可能となり、絶縁コイルの品質を向上させることが可能となる。
【0134】
また、樹脂を注入した際に埋め草が移動し、樹脂の送出管が詰まることを防止することが可能となる。
【0135】
また、絶縁コイルの絶縁物の熱膨張差による変形やひずみを抑制することが可能なるとともに、絶縁コイルへの樹脂の注入を絶縁コイルの乾燥終了から即座に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係わる絶縁コイルの概略構成を示す切り欠き外観図である。
【図2】図2(a)は、図1のAの部分の拡大図、図2(b)は、超伝導巻線の拡大図である。
【図3】本発明の一実施例に係わる樹脂含浸コイルの製造装置の概略構成を示すブロック図である。
【図4】本発明の一実施例に係わる含浸位置検出器の概略構成を示す側面図である。
【図5】本発明の一実施例に係わる樹脂含浸コイルの各工程の製造条件を示すタイムチャートである。
【図6】本発明の一実施例に係わる含浸工程での樹脂の注入方法を示す断面図である。
【図7】本発明の一実施例に係わる含浸工程での樹脂の含浸方法を示す断面図である。
【図8】本発明の一実施例に係わる硬化工程での樹脂の硬化方法を示す断面図である。
【図9】本発明の一実施例に係わる樹脂の含浸方法のその他の例を示す断面図である。
【図10】本発明の実験例に係わる樹脂含浸の実験装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
1 絶縁コイル
2a、2b 口出し部
11 ヘリウム送出管
12 超伝導巻線
13 コンジット
14 巻線絶縁層
14a、15a〜17a ガラステープ
14b 貼り合わせテープ
15 対地絶縁層
16、17 層間絶縁層
15b〜17b スペーサ
15c〜17c 隙間
18 離型層
19a、19b ソレノイド
22 液面計
23 含浸位置検出器
24 圧力容器
25 恒温槽
26 攪拌脱泡機
27 樹脂貯留槽
28、30 圧力制御装置
29 真空ポンプ
31a〜31c 温度制御装置
32a〜32e バルブ
41a、41b リード線
42a、42b 金属導体
43a〜43c 固定板
71、81 アクリル製外筒
72 アクリル製中間内筒
73、82 アクリル製内筒
74、83 アクリル製上蓋
75、84 底板
76、85 真空ポンプ接続排気口
77、86 樹脂注入口
78 ゴムシール
79、87 被含浸絶縁層[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an insulating coil, Resin impregnation apparatus and resin impregnation method In particular, the present invention is suitable for application when a resin is efficiently injected into an insulating coil or a superconducting coil used in an electric device.
[0002]
[Prior art]
In order to improve insulation strength and mechanical strength in insulation coils used in conventional electrical equipment and superconducting equipment, resin is injected and impregnated into an insulator that insulates the windings of the insulation coil, and the resin is heated and cured. Things have been done.
[0003]
When the resin is impregnated, after the insulated material to be impregnated is stored in a pressure vessel, moisture and the like are deaerated at a degree of vacuum of 20 to 50 Pa while adjusting the temperature. Then, while maintaining the vacuum, the resin is injected to a level at which the material to be impregnated is buried, and the evacuation time is adjusted depending on the difficulty of impregnation. Then, the resin impregnation is performed by breaking the vacuum and switching to pressurization. When the resin impregnation is completed, the pressure is released, and the insulated material to be impregnated is taken out of the resin, cured by heating with a dryer or the like, and then molded. This method is called a vacuum / pressure impregnation method (VPI method), and is most frequently used in the conventional resin impregnation method.
[0004]
In this VPI method, the impregnation rate is improved by appropriately crushing the residual gas in the object to be impregnated and simultaneously impregnating the resin and reducing the gas (void) in the insulator.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional VPI method, in order to switch to pressurization after impregnation under reduced pressure, if gas remains in the insulator, the gas is encased in the impregnation resin. For this reason, in the fine part in an insulator, substitution of gas and resin was prevented by viscosity of resin, and it was difficult to fully carry out substitution of gas and resin. For this reason, the conventional VPI method has a problem that voids in the insulator cannot be completely removed. If there is a void in the insulator, in the case of a coil that is used at a high voltage, a partial discharge can easily occur from the void, which can greatly affect the coil life and impair the reliability of the equipment. is there.
[0006]
In addition, in the conventional VPI system, a coil covered with a thick insulating layer, a coil with a large volume of insulating material, an insulating layer using a large amount of film tape, an insulating material subjected to compressive force, an insulating material with high density When it is applied to the above, it is more difficult to exhaust the gas in the insulator completely and replace the gas in the insulator with the impregnating resin at a practical vacuum level. For this reason, in the conventional VPI method, sufficient resin impregnation is performed for coils covered with a thick insulating layer, coils with a large volume of insulator, coils having an insulating layer using a large amount of film tape, etc. The remaining void was a more serious problem.
[0007]
In particular, in the case of a superconducting coil, it is required that a strong electromagnetic force works during operation and the superconducting wire is normally fixed against the electromagnetic force. Therefore, the winding tension of the coil becomes very high, and the superconducting wire often has a strong compressive force applied to the insulator. It takes a very long time to impregnate such an insulating coil, and it becomes even more difficult to perform sufficient resin impregnation.
[0008]
In addition, the presence of voids in superconducting equipment causes problems such as generation of cracks due to concentration of stress when cooled to a very low temperature as well as problems of partial discharge and reduction in mechanical strength. When a crack occurs, the superconducting device is fatally broken due to the heat generated by this, and a quench phenomenon occurs in which the transition from superconducting to normal conduction occurs.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide an insulating coil, a resin impregnation apparatus, a resin curing apparatus, a resin impregnation method, and a resin curing method capable of reducing the time required for resin impregnation while reducing voids. That is.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, according to the insulating coil of the present invention, the insulating layer is provided with the impregnation path generating means for generating the resin impregnation path.
[0011]
As a result, even when the insulating layer of the insulating coil is made of an insulator that has received a strong compressive force or an insulator with a high density, a resin permeation path is ensured for those insulators, and the insulation of those insulating layers is secured. It is possible to efficiently infiltrate the resin into the object, and it is possible to shorten the time required for the impregnation of the resin.
[0012]
Moreover, according to the impregnation apparatus of the present invention, the resin surface control means for controlling the height of the resin surface in which the insulating coil is immersed to be equal to or lower than the resin impregnated surface of the insulating coil is provided.
[0013]
As a result, it is possible to prevent the resin impregnation of the insulating coil from above and below, the unimpregnated portion of the resin in the insulating coil is surrounded by the impregnating resin, and the air escape path existing in the unimpregnated portion is blocked. Since it becomes possible to prevent peeling, generation | occurrence | production of the void at the time of resin impregnation can be suppressed.
[0014]
In addition, according to the impregnation apparatus of the present invention, it is possible to provide defoaming means for defoaming the resin impregnated in the insulation coil at a position higher than the insulation coil.
[0015]
Accordingly, it is possible to perform the impregnation while applying a pressure proportional to the specific gravity and height of the resin to the insulating coil, and it is possible to improve the impregnation speed.
[0016]
Moreover, according to the impregnation apparatus of this invention, the resin supply means which supplies resin impregnated to an insulation coil from the downward direction of the said insulation coil can be provided.
[0017]
Thereby, the height of the resin surface in which the insulating coil is immersed can be controlled to be equal to or lower than the resin impregnated surface of the insulating coil, and generation of voids during resin impregnation can be suppressed.
[0018]
Moreover, it is preferable that the said resin supply means supplies the said resin to the said insulated coil below the speed | rate which resin penetrates into the said insulated coil.
[0019]
Accordingly, it is possible to perform the impregnation while expelling the air present in the insulating coil along the resin impregnation direction, and it is possible to suppress the generation of voids during the resin impregnation.
[0020]
Further, according to the impregnation apparatus of the present invention, a evacuation means for evacuating the resin in which the insulating coil is immersed, a pressure control means for controlling the pressure applied to the resin, and the pressure of the resin during the impregnation of the insulating coil It is characterized by comprising switching control means for performing switching control between control and vacuuming.
[0021]
This makes it possible to perform resin impregnation while satisfying both requirements of suppression of voids by evacuation and improvement of impregnation speed by pressurization, and it is not necessary to impregnate at the expense of either one, It is possible to improve the impregnation speed while minimizing voids.
[0022]
In addition, according to the impregnation apparatus of the present invention, it is possible to include a liquid level meter using a capacitance method or a resistance method and an impregnation position detector using a capacitance method or a resistance method.
[0023]
As a result, continuous measurement of the resin liquid surface and the impregnated surface can be performed, and the measurement accuracy can be improved.
[0024]
In addition, according to the curing apparatus of the present invention, the temperature distribution control means for controlling the temperature distribution of the resin being cured is provided.
[0025]
As a result, it is possible to accelerate the curing of the resin that does not contribute to the resin supply and to delay the curing of the resin that contributes to the resin supply, while supplying the shrinkage resin during the curing to the contracted part. Since the curing of the resin can be promoted, it is possible to suppress the generation of voids during the shrinkage of the resin accompanying the curing.
[0026]
Moreover, it is preferable that the said temperature distribution control means is equipped with the heating means which heats an insulation coil, and the cooling means which cools the piping which sends resin to the said insulation coil below the temperature of the said insulation coil.
[0027]
This makes it possible to supply the resin to the insulating coil while preventing the resin supply path to the insulating coil from being cut off due to the hardening of the resin. Since it becomes possible to advance hardening, it becomes possible to suppress generation | occurrence | production of the void at the time of hardening.
[0028]
Further, according to the impregnation method of the present invention, resin-impregnated is carried out after disposing releasable padding that does not react with the resin around the insulating coil.
[0029]
As a result, the amount of resin used can be reduced by the volume of the padding grass, and the resin fixed around the insulating coil can be easily peeled off, reducing costs and improving workability. Can be achieved. Moreover, since the filling amount of the resin is reduced, it is possible to reduce the non-uniformity of the curing temperature due to the reaction heat at the time of curing the resin, and it is possible to improve the quality of the insulating coil.
[0030]
Further, it is preferable that the padding grass is confined within a predetermined range by using a fixing means that allows the resin to pass through and does not allow the padding grass to pass through.
[0031]
This makes it possible to prevent the filling grass from moving when the resin is injected and clogging the resin delivery pipe.
[0032]
Moreover, it is preferable to dry the insulating coil at a temperature equal to or lower than the curing temperature of the resin before impregnation with the resin.
[0033]
As a result, it is possible to suppress deformation and distortion due to the difference in thermal expansion of the insulator of the insulating coil, and it is possible to immediately inject the resin into the insulating coil after the drying of the insulating coil.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an insulating coil and its impregnation / curing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
FIG. 1 is a cutout external view showing a schematic configuration of an insulating coil according to an embodiment of the present invention. In addition, although the superconducting coil was taken as an example in the insulating coil shown in FIG. 1, the present invention can be applied to other insulating coils. In FIG. 1, an insulating coil 1 is formed by concentrically stacking solenoids in which superconducting wires are wound in a cylindrical shape, and lead portions 2 a and 2 b are provided on the upper and lower surfaces of the insulating coil 1. ing.
[0036]
FIG. 2A is an enlarged view of a portion A in FIG. In FIG. 2A, a twisted superconducting wire 12 is sealed inside a conduit 13, and the conduit 13 is covered with a winding insulating layer 14.
[0037]
FIG. 2B is an enlarged view of the conduit type superconducting winding of FIG. In FIG.2 (b), the coil | winding insulating layer 14 can be comprised from the glass tape 14a and the bonding tape 14b, for example. For example, the glass tape 14 a is halved on the innermost layer of the winding insulating layer 14, and the bonding tape is halved on the second to fourth layers of the winding insulating layer 14. be able to. In addition, as the bonding tape 14b, a film obtained by bonding a polyimide film and a glass tape can be used.
[0038]
In FIG. 2 (a), solenoids 19a and 19b, in which the conduit type superconducting wire 12 of FIG. 2 (b) is wound in a cylindrical shape, are concentrically stacked in layers, and between the solenoids 19a and 19b, Interlayer insulating layers 16 and 17 are provided. A ground insulating layer 15 is provided around the outermost solenoid 19 a, and a release layer 18 is provided outside the ground insulating layer 15.
[0039]
The interlayer insulating layers 16 and 17 can be configured as, for example, a three-layer winding of glass tapes 16 a and 17 a ½ stacked in the circumferential direction. The ground insulating layer 15 can be configured, for example, as a 10-layer winding of the glass tape 15a in half in the circumferential direction. The release layer 18 can be configured, for example, as a single layer winding of 1/4 layer of Teflon tape.
[0040]
Between the glass tapes 15 a to 17 a constituting the interlayer insulating layers 16 and 17 and the ground insulating layer 15, spacers 15 b to 17 b having a predetermined width are inserted in the vertical direction with a certain interval. By inserting the spacers 15b to 17b between the glass tapes 15a to 17a and winding the glass tapes 15a to 17a around the solenoids 19a and 19b, there are gaps 15c on both sides of each spacer 15b to 17b. ~ 17c can be formed.
[0041]
By forming gaps 15c to 17c between the respective layers of the glass tapes 15a to 17a, it becomes possible to form resin passages when the resin is injected into the interlayer insulating layers 16 and 17 and the ground insulating layer 15 from below. It is possible to facilitate resin impregnation of the interlayer insulating layers 16 and 17 and the ground insulating layer 15.
[0042]
That is, when the resin is impregnated into a film material or a coil having a large volume, the impregnation time becomes long. In particular, in the case of a superconducting coil, the winding tension of the coil is very high, and the superconducting wire often has a strong compressive force applied to the insulator. It takes a very long time to impregnate such an insulating coil, and it is difficult to sufficiently impregnate the resin.
[0043]
Therefore, in order to facilitate the impregnation, the insulating tape is wound while inserting a band-shaped or rod-shaped insert for each appropriate insulating layer in a direction crossing the insulating tape. Thereby, a slight space can be generated between the insert and the insulating tape, and a resin impregnation path can be generated in the insulating layer. For this reason, since the resin is injected into the impregnation path in advance and the resin can be impregnated and penetrated on both sides of the impregnation path, the resin impregnation area is increased and the impregnation time can be shortened.
[0044]
The spacers 15b to 17b can be made of, for example, tape, cloth, ceramic paper, belt-shaped FRP (glass reinforced laminate), or the like.
[0045]
Further, when the outer diameter of the insulating coil 1 is 3600 mm and the height is 3075 mm, the thickness of the spacers 15b to 17b is about 0.2 to 0.5 mm, the width is about 32 mm, and the interval is about 500 mm. Is preferred.
[0046]
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a resin impregnated coil manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 3, the thermostat 25 is provided with a temperature control device 31 c that controls the temperature in the thermostat 25, and the pressure vessel 24 is provided in the thermostat 25. An insulating coil 1 is installed in the pressure vessel 24, and a liquid level gauge 22 and an impregnation position detector 23 are installed beside the insulating coil 1.
[0047]
Here, in the liquid level gauge 22 and the impregnation position detector 23, the electrostatic capacity method or the resistance method can be used for the measurement of the resin liquid surface during the impregnation and the penetration surface into the insulator of the insulating coil 1. .
[0048]
In the electrostatic capacitance method, the configuration of the counter electrode used in the electrostatic capacitance method is only required to be able to geometrically fix the electrode plate, and fixing the electrode plate to FRP or the like is simple and effective. Further, the impregnated resin can be detected by sandwiching a glass cloth or a nonwoven fabric between the electrodes.
[0049]
The resistance method is a method of measuring the resistance between the electrodes arranged at the tips of two insulated lead wires. Either the electrodes are fixed to an insulating plate, or the insulation coating at the tip of the lead wires is peeled off so as to face each other. Can be arranged. This resistance method is very sensitive because there is a resistance difference of 3 to 5 digits depending on the presence or absence of the resin in the insulating layer.
[0050]
FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of an impregnation position detector using a resistance method. In FIG. 4, lead wires 41a and 41b are fixed to the fixing plates 43a to 43c, and metal conductors 42a and 42b are provided as electrodes at the tips of the lead wires 41a and 41b.
[0051]
In FIG. 3, a stirring deaerator 26 and a resin storage tank 27 are provided above the pressure vessel 24. The stirring deaerator 26 is connected to the lower surface of the pressure vessel 24 through a pipe 33a. Is connected to the upper surface of the pressure vessel 24 through a pipe 33b. Here, the impregnation speed can be increased by providing the stirring deaerator 26 above the pressure vessel 24 and installing the stirring deaerator 26 at a higher position than the insulating coil 1. That is, normally, defoaming is also performed by vacuum stirring, but thin film defoaming is often performed immediately before impregnation. At this time, if the position of the stirring deaerator 26 is higher than that of the insulating coil 1, it becomes possible to apply a pressure proportional to the specific gravity and height of the impregnating resin to the insulating coil 1, and the impregnation speed can be increased. .
[0052]
The piping 33 a is provided with a temperature control device 31 a that uniquely controls the temperature of the piping 33 a and a valve 32 e for injecting the resin of the stirring and defoaming machine 26 into the pressure vessel 24. The pipe 33b is provided with a temperature control device 31b that uniquely controls the temperature of the pipe 33b.
[0053]
Here, by providing the temperature control devices 31a and 31b for controlling the temperatures of the pipes 33a and 33b separately from the temperature control device 31c for controlling the temperature in the thermostatic chamber 25, the contraction state of the resin and the fluidity of the resin can be achieved. It becomes possible to control locally, and the impregnation and curing of the resin can be promoted while efficiently discharging the gas present in the insulating coil 1 to the outside.
[0054]
The stirring deaerator 26 is connected to a pressure control device 28 that controls the pressure in the stirring deaerator 26 via a valve 32a, and a valve 32b to a vacuum pump 29 that evacuates the stirring deaerator 26. Connected through.
[0055]
The resin storage tank 27 is connected to a pressure control device 30 that controls the pressure in the resin storage tank 27 via a valve 32d, and is connected to a vacuum pump 29 that evacuates the resin storage tank 27 via a valve 32c. It is connected.
[0056]
Here, a vacuum pump 29 is provided in the agitation deaerator 26 and the resin reservoir 27, and pressure control devices 28 and 30 are provided so that the resin is impregnated in the insulating coil 1 while repeating pressurization and evacuation. This can be performed, and the gas existing in the insulating coil 1 can be efficiently discharged outside while maintaining the wettability of the resin to the insulating coil 1 to some extent. The pressure control devices 28 and 30 supply, for example, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas to the stirring deaerator 26 and the resin storage tank 27, thereby causing the inside of the stirring deaerator 26 and the resin storage tank 27 to be supplied. The pressure inside can be controlled.
[0057]
FIG. 5 is a time chart showing the manufacturing conditions of each step of the resin-impregnated coil according to one embodiment of the present invention. In FIG. 5, the production of the resin-impregnated coil is mainly performed through four steps of a drying step, an impregnation step, a curing step, and a release step.
[0058]
In the drying step, the insulating coil before resin impregnation is kept at a temperature equal to or lower than the resin curing temperature, and is used in combination with reduced pressure, or the insulating coil is dried while flowing an inert gas.
[0059]
For example, in FIG. 3 and FIG. 5, the insulating coil 1 is disposed in the pressure vessel 24, and the liquid level gauge 22 and the impregnation position detector 23 are installed beside the insulating coil 1. Then, by opening the valve 32c and evacuating the pressure vessel 24 through the resin storage tank 27 by the vacuum pump 29, the inside of the thermostatic chamber 25 is heated within the range of the resin curing temperature or less, thereby Dry.
[0060]
Thus, by setting the temperature of the insulating coil 1 at the time of drying to be equal to or lower than the resin curing temperature, it is possible to minimize deformation and distortion due to the difference in thermal expansion of the insulator of the insulating coil 1 and to the insulating coil 1. The resin can be injected immediately after the drying of the insulating coil 1 is completed.
[0061]
In the impregnation step, when impregnating the resin in the insulating coil housed in the container, the resin is injected from the lower part of the container, and the resin injection speed is set to be equal to or lower than the speed at which the resin penetrates into the insulator.
[0062]
For example, in FIGS. 3 and 5, a predetermined amount of impregnated resin having a temperature lower than the resin curing temperature is injected into the stirring deaerator 26, the vacuum valve 32b is opened, and vacuuming is performed simultaneously with stirring, so that the resin is sufficiently obtained. Defoam. Then, the vacuum valve 32b is closed, and the valve 32a is opened to supply nitrogen gas to the stirring deaerator 26, thereby increasing the pressure in the stirring deaerator 26 to near atmospheric pressure. Thereafter, the resin injection valve 32e at the lower part of the stirring deaerator 26 is opened, the resin is injected from the lower part of the insulating coil 1 at a predetermined injection speed, and the insulating coil 1 is evacuated from the upper part to insulate it. The resin impregnation of the coil 1 is performed.
[0063]
Here, the temperature in the thermostatic chamber 25 is preferably set to a temperature as high as possible that is equal to or lower than a temperature at which the reaction of the resin does not start. This is because as the temperature of the resin increases, the viscosity of the resin decreases and impregnation into the insulating coil 1 proceeds faster. On the other hand, if the temperature exceeds the temperature at which the reaction of the resin starts, gelation of the resin is promoted and the viscosity of the resin increases. Therefore, it is necessary to set the temperature below the temperature at which the reaction of the resin does not start.
[0064]
When the resin is injected from the lower part of the insulating coil 1, the injection amount of the resin into the pressure vessel 24 is set so that the injection rate of the resin into the pressure vessel 24 is slower than the penetration rate of the resin into the insulating coil 1. Control. When the injection rate of the resin is faster than the penetration rate of the resin, the resin permeates the unimpregnated portion of the resin and the unimpregnated portion is covered with the resin. In such a state, the remaining air in the unimpregnated portion is difficult to escape, and the possibility that voids are generated in the insulating coil 1 increases. Therefore, the impregnation of the insulating coil 1 is advanced by making the resin injection speed slower than the resin infiltration speed and expelling the air present in the insulating coil 1 by the resin infiltration, so that the voids of the insulating coil 1 are increased. Occurrence can be suppressed.
[0065]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a resin injection method in an impregnation process according to an embodiment of the present invention. Here, FIG. 6A shows a case where the resin is injected so that the injection rate of the resin into the pressure vessel 24 is slower than the penetration rate of the resin into the insulating coil 1. In FIG. 6A, when the unimpregnated resin 51 of the stirring deaerator 26 is injected from the lower part of the pressure vessel 24, resin impregnation proceeds from the bottom to the top of the insulating coil 1, and the insulating coil 1 The impregnating resin 52 penetrates. Here, the injection amount of the unimpregnated resin 51 is controlled so that the resin liquid surface 51 a of the unimpregnated resin 51 is lower than the impregnated surface 52 a of the impregnated resin 52. Accordingly, it is possible to advance the impregnation of the insulating coil 1 while expelling the bubbles 54 existing in the unimpregnated portion 53 of the insulating coil 1, and it is possible to suppress the generation of voids in the insulating coil 1.
[0066]
On the other hand, FIG. 6B shows a case where the resin is injected so that the resin injection speed into the pressure vessel 24 is faster than the resin penetration speed into the insulating coil 1. In FIG. 6 (b), when the unimpregnated resin 51 is injected from the lower part of the pressure vessel 24 and the resin liquid surface 51 a of the unimpregnated resin 51 is above the impregnated surface 52 a of the impregnated resin 52, the unimpregnated portion 53. The impregnation of the resin into the resin proceeds from the entire periphery of the non-impregnated portion 53. For this reason, the non-impregnated portion 53 is surrounded by the impregnated resin 52, and there is no escape space for the bubbles 54 existing in the non-impregnated portion 53. For this reason, the bubbles 54 are confined in the insulating coil 1, and voids are generated in the insulating coil 1.
[0067]
Further, the insulating coil is impregnated with resin in a vacuum, and when the resin liquid level reaches a predetermined position in the resin storage tank above the insulating coil, the vacuum is broken to normal pressure or pressurization. After a predetermined time has elapsed, the vacuum is again applied. Thus, voids are minimized by repeating vacuum and normal pressure or pressurization multiple times.
[0068]
For example, in FIG. 3 and FIG. 5, until the impregnation from the lower part of the insulating coil 1 has passed the scheduled time for reaching the entire insulating coil 1, until the resin liquid level 51 a reaches a predetermined height of the resin storage tank 27. Inject resin. And the vacuum pump 29 is stopped | fastened and the pressure in the resin storage tank 27 is made into atmospheric pressure. At this time, compared with the case where the resin storage tank 27 is evacuated, the wettability of the resin into the insulating coil 1 is improved, and the impregnation of the resin into the insulating coil 1 proceeds. Thereafter, evacuation of the resin storage tank 27 is performed again, and the resin is injected until the resin liquid level 51 a reaches a predetermined height of the resin storage tank 27 while defoaming the resin impregnated in the insulating coil 1. . This operation is repeated a predetermined number of times.
[0069]
FIG. 7 is a sectional view showing a resin impregnation method in an impregnation step according to an embodiment of the present invention. In FIG. 7A, when the resin liquid level 51 a reaches a predetermined height of the resin reservoir 27, the pressure in the pressure vessel 24 is introduced by introducing nitrogen gas into the stirring deaerator 26 and the resin reservoir 27. To increase. Thereby, the wettability of the resin 51 to the insulating coil 1 is improved, and the impregnation of the resin 51 into the insulating coil 1 further proceeds.
[0070]
Next, by evacuating the agitation deaerator 26 and the resin storage tank 27, the resin liquid surface 51 a has a predetermined height of the resin storage tank 27 while degassing the resin 51 impregnated in the insulating coil 1. Resin 51 is injected until
[0071]
Here, in the VPI impregnation method which is generally widely used, the insulating coil 1 is vacuum-dried, and the resin is injected while maintaining the vacuum state. The resin in the vacuum state does not so much impregnate the insulating layer. On the other hand, when the vacuum is broken and switched to pressurization, the resin suddenly impregnates due to the difference from the internal pressure. However, since the gas remains in the resin in the pressurized state, voids are generated. Therefore, the resin is impregnated while repeating vacuuming and normal pressure or pressurization. This makes it possible to improve wettability while minimizing voids and improve impregnation.
[0072]
In the curing step, pressure is applied from the stirring defoamer and the resin storage tank to cure the impregnated resin under a predetermined temperature condition. At this time, at least until the resin impregnated in the coil insulating layer starts to gel, the resin injection pipe into the thermostatic bath and the pipe from the pressure vessel to the resin reservoir are cooled below the temperature of the insulating coil.
[0073]
For example, in FIGS. 3 and 5, the vacuum valves 32 b and 32 c are closed and the valves 32 a and 32 d are opened while the pipes 33 a and 33 b are cooled, so that the stirring deaerator 26 and the resin storage tank 27 are filled with nitrogen. Introduce gas. Thereby, the pressure in the stirring deaerator 26 and the resin storage tank 27 is increased. And in the state which cooled piping 33a, 33b, the temperature of the thermostat 24 is raised to the hardening temperature of resin, and hardening of resin is implemented for predetermined time.
[0074]
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a resin curing method in a curing process according to an embodiment of the present invention. In FIG. 8, when the impregnation step is completed, the inside of the stirring deaerator 26 and the resin storage tank 27 is pressurized by introducing nitrogen gas into the stirring deaerator 26 and the resin storage tank 27. Further, the insulating coil 1 is heated and the pipes 33a and 33b are cooled. As a method of heating the insulating coil 1, in addition to a method of increasing the temperature of the thermostatic chamber 24, a method of passing a current through the superconducting wire 12 of the insulating coil 1 or a heater installed in the insulating coil 1. A method of heating the insulating coil 1 may be used.
[0075]
Here, by applying pressure to the resin 51, the volume of the gas remaining in the insulating coil 1 can be reduced, and the void is reduced by curing the resin while maintaining this state. be able to.
[0076]
Also, the higher the temperature of the resin, the shorter the curing time, and the volume shrinks with curing. Therefore, the temperature of the impregnated resin 52 that has penetrated into the insulating coil 1 is increased to promote the resin reaction, and the temperature of the unimpregnated resin 51 outside the insulating coil 1 is decreased to suppress the resin reaction. Accordingly, the curing of the resin 52 inside the insulating coil 1 proceeds faster than the resin 51 outside the insulating coil 1. This makes it possible to cure the impregnating resin 52 inside the insulating coil 1 while maintaining the fluidity of the unimpregnated resin 51 outside the insulating coil 1, and as the impregnating resin 52 inside the insulating coil 1 shrinks. The resin can be cured while supplementing the created space with the unimpregnated resin 51 outside the insulating coil 1. As a result, generation of voids due to curing of the impregnating resin 52 impregnated in the insulating coil 1 can be suppressed.
[0077]
In the mold release step, after the resin is cured, the entire insulating coil 1 is cooled to room temperature, and the insulating coil 1 is taken out from the pressure vessel 24. Then, the unimpregnated resin 51 fixed to the side surface of the insulating coil 1 is peeled off at the part of the release layer 18.
[0078]
Thus, in the above-described embodiment, in the method of impregnating the insulating coil 1 with resin, the insulating coil 1 is housed in the mold or pressure vessel 24 equipped with the temperature control device 31c, or the temperature-controlled bath 25 capable of adjusting the temperature. Store in. In addition to the temperature control device 31c for controlling the temperature of the thermostatic bath 25, the temperature control devices 31a and 31b are provided with the resin dewatering tank 27 and a plurality of pipes 33a and 33b for resin impregnation. Are provided separately so that the temperature of the pipes 33 a and 33 b can be controlled independently of the temperature of the thermostatic chamber 25. Then, impregnation is performed by a resin impregnation apparatus connected to a vacuum pump 29, and after completion of the impregnation, the pressure is switched to normal pressure or pressurization to adjust the temperature in the thermostatic chamber 25 to cure the resin.
[0079]
This makes it possible to adjust the temperature for each element device, and since it is possible to select the optimum conditions according to the viscosity and working life of the impregnating resin, it is possible to set the impregnation conditions that minimize the voids. .
[0080]
In the embodiment described above, when the insulating coil 1 is installed in the pressure vessel 24, a gap is formed between the insulating coil 1 and the pressure vessel 24, and this gap is also filled with resin. For this reason, the resin is wastefully consumed by the gap formed between the insulating coil 1 and the pressure vessel 24. Therefore, this gap is filled with padding in advance, and then the resin is injected. As a result, it is possible to reduce the amount of resin injected into the pressure vessel 24 by the volume of the padding grass, and the resin corresponding to the volume of the padding grass can be saved. Here, as the padding grass, a plastic molded product or a small particle chip which does not react with the resin and has a releasability with the resin can be used.
[0081]
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a resin impregnation method using padding according to an embodiment of the present invention. In FIG. 9, when the insulating coil 1 is housed in the pressure vessel 24 with a lid, the padding grass 62 is inserted into a horizontal space excluding the upper and lower sides of the insulating coil 1. Here, the material of the padding grass 62 is preferably one that does not affect the reaction of the resin 51 and that has releasability from the resin 51. For example, as the material of the padding grass 62, polyethylene, polypropylene, polyamide, Teflon, or the like is suitable. From the viewpoint of cost and convenience, polyethylene is most suitable.
[0082]
Here, when the resin 51 is poured into the pressure vessel 24, buoyancy is generated in the padding grass 62, and a force that moves the padding grass 62 upwards acts. Therefore, the movement of the padding grass 62 can be suppressed by using spacers, seals, nets, or the like that can pass the resin 51 that is liquid but cannot pass the padding grass 62. For example, by arranging nets 61 a and 61 b having a mesh smaller than the padding grass 62 at the upper and lower boundaries of the insulating coil 1, the padding grass 62 is prevented from entering above and below the insulating coil 1.
[0083]
When the padding grass 62 and the nets 61 a and 61 b are arranged in the pressure vessel 24, the resin 51 is injected from below the pressure vessel 24. Here, since the padding grass 62 is disposed in the pressure vessel 24, it is possible to reduce the amount of resin consumption corresponding to the volume of the padding grass 62.
[0084]
When the impregnation resin 52 is completely impregnated and cured in the insulating coil 1, the entire insulating coil 1 is cooled to room temperature, and the insulating coil 1 is taken out from the pressure vessel 24. Then, the resin 51 fixed to the side surface of the insulating coil 1 is peeled off. Here, since the resin 51 fixed to the side surface of the insulating coil 1 is filled with the padding grass 62, the resin 51 can be easily peeled from the insulating coil 1.
[0085]
Thus, when the insulated coil 1 subjected to the release treatment is stored in the mold or the pressure vessel 24, the waste grass 62 is filled with the filling grass 62 that does not react with the resin. As a result, the amount of resin used can be reduced, and the resin 51 fixed to the side surface of the insulating coil 1 can be easily and efficiently disassembled. Further, since the filling amount of the resin 51 in the pressure vessel 24 is reduced, it is possible to reduce the non-uniformity of the curing temperature due to the reaction heat when the resin 51 is cured, and to improve the quality of the insulating coil 1. Is possible.
[0086]
Hereinafter, a specific example in which the superconducting coil is impregnated with resin will be described. 1 to 9, a large superconducting coil in which a conduit type superconducting wire 12 is wound around a solenoid is used as the insulating coil 1 installed in the pressure vessel 24. For the insulating layer 14 of the superconducting wire 12, a laminated tape and a glass tape in which a polyimide film and a glass tape are bonded together were used. The glass tape 14a was wound in 1/2 layers on the innermost layer, and the laminated tape 14b was wound in 1/2 layers from the second layer to form four layers. The interlayer insulation layers 16 and 17 of the solenoids 19a and 19b are ½ wrapped to have three layers, and the outermost ground insulating layer 15 of the insulating coil 1 is ½ lap to have 10 layers. Further, a Teflon tape was wound once by quarter lap winding as the release layer 18 outside the ground insulating layer 15. Glass tape spacers 15b to 17b were inserted vertically into the interlayer insulating layers 16 and 17 and the ground insulating layer 15 of the solenoids 19a and 19b at appropriate intervals. The insulating coil 1 includes element parts that form a normal coil, such as the configuration of the lead-out portion 2 and the use of FRP for upper and lower pressers.
[0087]
The insulating coil 1 was housed in a pressure vessel 24 with a lid, and a high-density polyethylene chip having a diameter of 3 mm and a length of about 5 mm was inserted as a grass 62 in a horizontal space excluding the upper and lower sides of the insulating coil 1. Further, fine meshes 61 a and 61 b are arranged at the upper and lower boundaries of the insulating coil 1 so that the padding 62 does not enter the upper and lower sides of the insulating coil 1. A capacitance-type liquid level gauge 22 and a resistance-type impregnation position detector 23 are arranged beside the insulating coil 1 at essential points. The entire pressure vessel 24 was placed in the thermostat 25, and the pipes 33a and 33b through which the resin connected to the pressure vessel 24 passes could be cooled with water. The resin stirring and defoaming machine 26 is placed at a position higher than the pressure vessel 21, and valves 32a, 32b and 32e are arranged above and below. The resin storage tank 27 at the upper part of the pressure vessel 24 is a vessel arranged for compensating for the curing shrinkage of the resin.
[0088]
Before the resin impregnation, the temperature in the thermostatic chamber 24 was raised, the temperature of the insulating coil 1 was set to 120 ° C., and vacuum drying was performed for 24 hours. Then, the temperature in the thermostat 24 was lowered, the temperature of the insulating coil 1 was adjusted to 60 ° C. ± 5 ° C., and this temperature was maintained until the impregnation was completed.
[0089]
At the time of resin impregnation, a predetermined amount of impregnated resin at 60 ° C. was poured into the stirring deaerator 26 at 60 ° C., and vacuum was drawn simultaneously with stirring to sufficiently defoam. Next, the vacuum valve 32 b is closed, the valve 32 a is opened to supply nitrogen gas to the stirring deaerator 26, the pressure in the stirring deaerator 26 is increased to near atmospheric pressure, The resin injection valve 32e was opened, and impregnation was performed from below the insulating coil 1 at a predetermined injection speed. The impregnation proceeded by repeating this stirring and injection. Here, the measured value of the liquid level gauge 22 and the impregnation speed confirmed in the preliminary experiment are set so that the rise of the resin liquid level 51a in the pressure vessel 24 does not become faster than the impregnated surface 52a in the insulator of the insulating coil 1. The injection amount was adjusted with reference.
[0090]
Resin was injected until the resin liquid level 51a reached a predetermined height in the resin reservoir 27 after a predetermined time when the impregnation from the lower part of the insulating coil 1 spread over the entire insulating coil 1. Thereafter, the vacuum pump 29 was stopped, and the pressure in the resin storage tank 27 was set to atmospheric pressure. At this time, the insulation coil 1 was further impregnated. The inside of the resin storage tank 27 was again evacuated, and the resin was injected until the resin liquid level 51a reached a predetermined height of the resin storage tank 27. This operation was repeated three times.
[0091]
Thereafter, the piping 33a and 33b are cooled, the system of the vacuum pump 29 is disconnected, and nitrogen gas is introduced into the agitation deaerator 26 and the resin storage tank 27. The pressure in the storage tank 27 was raised to 0.7 MPa. In this state, the temperature of the thermostat 24 was raised, and the resin was cured at 120 ° C. for a predetermined time. As the resin gelled and cured, the curing and shrinkage of the impregnated resin 52 in the insulating coil 1 began, the resin liquid level 51a of the resin reservoir 27 was lowered, and a result almost in agreement with the calculated predicted value was obtained. After the curing shrinkage of the resin was stabilized, the cooling of the pipes 33a and 33b was stopped, and adjustment was made so that the degree of curing of the resin of the entire insulating coil 1 was uniform.
[0092]
After the resin was cured, the entire insulating coil 1 was cooled to room temperature, and the insulating coil 1 was taken out from the pressure vessel 24. The resin 51 fixed to the side surface of the insulating coil 1 can be easily peeled off because the resin 51 fixed to the side surface of the insulating coil 1 is filled with the padding grass 62. In addition, the consumption of the resin 51 corresponding to the volume of the padding grass 62 can be reduced. For this reason, the insulation coil 1 can be easily formed, and it has a great effect on cost reduction as well as cost reduction.
[0093]
In addition, the high voltage corona characteristics for determining the presence or absence of voids are also good, and since the resin injection consistent with the calculation prediction was performed, it is possible to minimize voids and the time required for resin impregnation I was able to shorten it.
[0094]
Hereinafter, experimental examples for confirming the impregnation rate of the present invention will be described. FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of an experimental apparatus for resin impregnation according to an experimental example of the present invention.
[0095]
10A, an acrylic outer cylinder 71, an acrylic intermediate inner cylinder 72, and an acrylic inner cylinder 73 configured in three layers of concentric circles are provided, and an acrylic upper lid is provided above and below the acrylic outer cylinder 71. 74 and a bottom plate 75 are provided. A vacuum pump connection exhaust port 76 is provided in the acrylic upper lid 74, and a resin injection port 77 is provided below the acrylic outer cylinder 71. The acrylic outer cylinder 71 and the acrylic intermediate inner cylinder 72 are sealed by a rubber ring 78, and an impregnated insulating layer 79 is provided between the acrylic intermediate inner cylinder 72 and the acrylic inner cylinder 73. Further, a notch 79 serving as a resin passage is formed in the lower portion of the acrylic intermediate cylinder 72. Here, the outer diameter W1 of the acrylic inner cylinder 73 is 90φ, and the height H1 of the acrylic intermediate inner cylinder 72 is 1 m.
[0096]
10B, an acrylic outer cylinder 81 and an acrylic inner cylinder 82 configured in two concentric layers are provided, and an acrylic upper lid 83 and a bottom plate 84 are provided above and below the acrylic outer cylinder 81. ing. The acrylic upper lid 83 is provided with a vacuum pump connection exhaust port 85, and a resin injection port 86 is provided below the acrylic outer cylinder 81. An impregnated insulating layer 87 is provided around the acrylic inner cylinder 82. Here, the outer diameter W2 of the acrylic inner cylinder 82 is 450φ, and the height H2 of the acrylic inner cylinder 82 is 1 m.
[0097]
As a comparative example, a configuration without the acrylic intermediate cylinder 72 of FIG. The impregnated insulating layer 79 is a three-layer insulating tape in which a glass tape is attached to the back and front of a polyimide tape with a small amount of adhesive, and this insulating tape is wound on an acrylic inner cylinder 73 and wrapped in four layers. It was. Further, a Teflon tape was wound on the outside of the insulating tape in a quarter layer.
[0098]
When the setting was completed, the vacuum pump connection exhaust port 76 of the acrylic upper lid 74 was connected to the vacuum pump, and the resin was injected from the resin injection port 77 while evacuating the acrylic outer cylinder 71. Here, the resin injection amount was adjusted so that the liquid level of the injected resin was about 50 to 100 mm higher than the impregnated surface of the resin. The impregnation rate was measured visually using a scale set in advance.
[0099]
As Experimental Example 1, the configuration shown in FIG. The impregnated insulating layer 79 is a three-layer insulating tape in which a glass tape is attached to the back and front of a polyimide tape with a small amount of adhesive, and this insulating tape is wound on an acrylic inner cylinder 73 and wrapped in four layers. It was. An acrylic intermediate cylinder 72 with one slit was put on the outside, and the acrylic intermediate cylinder 72 was tightened with an appropriate compressive force, and the slit portion of the acrylic intermediate cylinder 72 was sealed. The acrylic intermediate cylinder 72 was placed in an acrylic outer cylinder 71, and the space between the acrylic intermediate cylinder 72 and the acrylic outer cylinder 71 was sealed with a rubber ring 78.
[0100]
When the setting was completed, the vacuum pump was connected to the vacuum pump connection exhaust port 76 using the acrylic outer cylinder 71 as a vacuum container. In addition, an impregnation resin container was connected to the resin injection port 77 through a valve and a hose. Then, while evacuating the acrylic outer cylinder 71, the resin was injected from the resin injection port 77, and the impregnation rate was measured visually with a scale set in advance. Here, the resin injection amount was adjusted so that the liquid level of the injected resin was about 50 to 100 mm higher than the impregnated surface of the resin. The inside of the acrylic outer cylinder 71 was kept at 0.5 Torr or less with the surface of the resin to be injected at atmospheric pressure. Therefore, a differential pressure of 0.1 MPa acts on the impregnated insulating layer 79.
[0101]
Experimental Example 2 used the same configuration as that of the comparative example, but instead of the acrylic inner cylinder 73 around which the insulating tape was wound, an iron inner cylinder was used. Further, before impregnation with the resin, the insulating layer 79 to be impregnated was dried by heating at 130 ° C. for 10 hours, and then quickly assembled and an impregnation experiment was conducted. The other conditions are the same as in the comparative example.
[0102]
In Experimental Example 3, the same configuration as that of the comparative example was used, but ceramic paper having a thickness of 0.2 mm, a width of 18 mm, and a length of 1 m was inserted as a spacer between the layers of the impregnated insulating layer 79. Here, two pieces are inserted into the first layer at the positions of 0 ° and 180 °, and two pieces are inserted into the next layer at the positions of 90 ° and 270 °. Inserted. The other conditions are the same as in the comparative example.
[0103]
Experimental Example 4 differs from Experimental Example 3 only in the material of the spacer, and a glass tape having the same dimensions was used instead of ceramic paper.
[0104]
Experimental Example 5 differs from Experimental Example 3 only in the material of the spacer, and glass epoxy FRP having the same dimensions was used instead of ceramic paper.
[0105]
In Experimental Example 6, the insulating tape having the three-layer structure used in Experimental Example 1 was wound around the acrylic inner cylinder 82 having the configuration shown in FIG. 10B four times in half laps, and a glass tape was inserted as a spacer. The other conditions were the same as in Experimental Example 2.
[0106]
In Experimental Example 7, the same configuration as in Experimental Example 6 was used, and the amount of resin injected was adjusted so that the liquid level of the impregnating resin was about 300 mm higher than the impregnated surface. The other conditions were the same as in Experimental Example 6.
[0107]
In Experimental Example 8, the same configuration as in Experimental Example 7 was used, and impregnation was performed by adjusting all of the impregnated insulating layer 87, the container, and the impregnated resin to 55 ° C. The other conditions were the same as in Experimental Example 7.
[0108]
In Comparative Examples and Experimental Examples 2 to 8, the acrylic intermediate inner cylinder 72 is not provided. However, the impregnated insulating layer 87 and the impregnated resin are separated by Teflon tape, and the Teflon tape lap is Since the resin does not penetrate into the impregnated insulating layer 87, the impregnated resin is injected from below the impregnated insulating layers 79 and 87.
[0109]
The experimental results of the comparative example and the experimental examples 1 to 8 described above are shown in the following table.
[0110]
[Table 1]
Figure 0004170546
[0111]
In the above table, the impregnation speed of the comparative example is 30 mm / h, whereas the impregnation speed of the experimental example 1 is 330 mm / h. Here, a pressure difference acts on the impregnated insulating layer 79 in Experimental Example 1, but no pressure difference acts on the impregnated insulating layer 79 in the comparative example. As a result, it was shown that when the pressure difference acts on the insulating layer 79 to be impregnated, the impregnation speed becomes very fast.
[0112]
Further, the impregnation speed of the comparative example is 30 mm / h, whereas the impregnation speed of the experimental example 2 is 110 mm / h. Here, in Experimental Example 2, the impregnated insulating layer 79 is dried before impregnation, but in the comparative example, the impregnated insulating layer 79 is not dried before impregnation. As a result, it was shown that when the impregnated insulating layer 79 is dried, the impregnation speed is increased.
[0113]
The impregnation speed of the comparative example is 30 mm / h, whereas the impregnation speeds of Experimental Examples 3 to 5 are 40 mm / h, 52 mm / h, and 60 mm / h, respectively. Here, in Experimental Examples 3 to 5, the spacer is inserted in the impregnated insulating layer 79, but in the comparative example, the spacer is not inserted in the impregnated insulating layer 79. As a result, it was shown that when a spacer was inserted into the impregnated insulating layer 79, the impregnation rate was increased. It was also shown that the difference in spacer material has a slight effect on the impregnation rate.
[0114]
Further, the impregnation speed in Experimental Example 2 is 110 mm / h, whereas the impregnation speed in Experimental Example 6 is 70 mm / h. Here, in Experimental Example 6, a spacer is inserted in the impregnated insulating layer 79, but in Experimental Example 2, no spacer is inserted in the impregnated insulating layer 79. In Experimental Example 6, the curvature of the impregnated insulating layer 79 is smaller than that in Experimental Example 2. As a result, when the size of the impregnated insulating layer 79 is increased, the impregnation rate is decreased, and when the curvature of the impregnated insulating layer 79 is decreased, the insertion of the spacer does not contribute much to the improvement of the impregnation rate. It was.
[0115]
In addition, the impregnation speed in Experimental Example 6 is 70 mm / h, whereas the impregnation speed in Experimental Example 7 is 95 mm / h. Here, in Experimental Example 7, the difference between the liquid level of the resin and the impregnated surface of the impregnated insulating layer 79 is larger than that of Experimental Example 7. As a result, it was shown that the impregnation speed increases as the difference between the liquid level of the resin and the impregnated surface of the impregnated insulating layer 79 increases.
[0116]
In addition, the impregnation speed in Experimental Example 7 is 95 mm / h, whereas the impregnation speed in Experimental Example 8 is 210 mm / h. Here, in Experimental Example 8, the viscosity of the resin is smaller than in Experimental Example 7. As a result, it was shown that the impregnation rate was increased when the viscosity of the resin was decreased.
[0117]
As described above, it has been clarified that the impregnation rate is affected by drying, a spacer, a head difference on the resin surface, a pressure difference applied to the insulator, a resin viscosity, and the like.
[0118]
In Experimental Example 9, after impregnating the resin with the same insulating configuration as in Experimental Example 4 and infiltrating the resin to about 50 cm, the injection resin speed was rapidly increased, and the resin surface was above the upper end of the impregnated insulating layer 79. I tried to make it. Thereafter, the vacuum pump was stopped and the inside of the acrylic outer cylinder 71 was gradually returned to atmospheric pressure. By this operation, resin impregnation from the upper part penetrated about 40 mm in about 3 minutes. As a result, it was shown that the impregnation speed was increased by repeating vacuum and atmospheric pressure.
[0119]
In Experimental Example 10, experiments using the capacitance method and the resistance method were performed. In the electrostatic capacity method, two 30 mm wide and 2 mm thick FRP plates are made to face each other, aluminum tape is pasted on the inner surface of the FRP plate, and a 5 mm gap piece is sandwiched at an appropriate position on the FRP plate. Electrode. This capacitance method is suitable for continuous measurement in which the capacity gradually increases as the liquid level rises.
[0120]
In the resistance method, the end of an insulated wire having a diameter of 1 mmφ was bare about 10 mm, arranged in parallel with a width of 10 mm, and fixed to the FRP plate. In this resistance method, the resistance value of the region soaked in the impregnated resin changes by 3 to 4 digits compared to the unimpregnated dry region. For this reason, in the resistance method, it is possible to accurately measure the presence or absence of the impregnating resin. Therefore, it can be effectively used for a limiter or liquid level control using two.
[0121]
As described above, according to the above-described embodiments, spacers, drying, impregnation liquid level, pressure difference, viscosity, etc. are effectively applied to a hardly impregnated insulating layer including a dense insulator and film. By taking in and impregnating from the lower part of the coil, impregnation insulation with less voids can be performed. Furthermore, it is possible to further reduce voids by promoting impregnation due to pressure changes in the final impregnation process and by pressure curing, and at the time of gelation by cooling the resin injection pipes provided before and after the insulating coil. It is possible to compensate for the curing shrinkage of the resin, which is effective in further reducing voids and suppressing the occurrence of cracks.
[0122]
Furthermore, by filling padding such as polyethylene, which is less expensive than impregnating resin, it is possible to contribute to the reduction of product price, while suppressing heat generation during curing and shortening work time during molding. Also has an excellent effect.
[0123]
In general, in the case of a superconducting coil, a strong electromagnetic force works during operation, and it is required that the superconducting wire is normally fixed against the electromagnetic force. For this reason, the winding tension of the coil becomes very high, and the superconducting wire often has a strong compressive force applied to the insulator. Since it takes a very long time to impregnate such an insulating coil, a contrivance is required for the impregnation. Therefore, by applying the above impregnation method to a superconducting coil, impregnation with less voids can be performed in a short time, and the effect is great.
[0124]
【The invention's effect】
As described above, according to the insulating coil of the present invention, even when the interlayer insulating layer of the insulating coil is composed of an insulator subjected to a strong compressive force or a high-density insulator, It is possible to efficiently infiltrate the resin into the resin, and it is possible to shorten the time required for the resin impregnation.
[0125]
In addition, according to the impregnation apparatus of the present invention, it is possible to prevent the unimpregnated portion of the resin in the insulating coil from being surrounded by the impregnated resin and block the air escape path existing in the unimpregnated portion, It becomes possible to suppress the generation of voids impregnated with resin.
[0126]
In addition, the impregnation resin can be performed while applying pressure proportional to the specific gravity and height of the resin to the insulating coil, and the impregnation speed can be improved.
[0127]
In addition, the height of the resin surface in which the insulating coil is immersed can be controlled to be equal to or lower than the resin impregnated surface of the insulating coil, and generation of voids during resin impregnation can be suppressed.
[0128]
Further, it is possible to perform the impregnation while expelling the air present in the insulating coil along the resin impregnation direction, and it is possible to suppress the generation of voids during the resin impregnation.
[0129]
In addition, it is possible to perform resin impregnation while satisfying both the requirements of suppression of voids by evacuation and improvement of impregnation speed by pressurization, and it is not necessary to sacrifice one of them, so voids are minimized. It is possible to improve the impregnation speed while pressing.
[0130]
Further, it is possible to continuously measure the resin liquid surface and the impregnated surface and improve the measurement accuracy.
[0131]
Further, according to the curing device of the present invention, it is possible to accelerate the curing of the resin that does not contribute to the resin supply, and to delay the curing of the resin that contributes to the resin supply, and to reduce the shrinkage resin during the curing. Since the resin can be cured while being supplied to the contracted portion, generation of voids during the curing can be suppressed.
[0132]
In addition, it is possible to prevent the resin supply path to the insulating coil from being cut off, and it is possible to proceed with the resin curing while supplying the resin for shrinkage during curing into the insulating coil. It is possible to suppress the generation of voids during curing.
[0133]
Further, according to the impregnation method of the present invention, it is possible to reduce the amount of resin used by the volume of the padding, and it is possible to easily remove the resin fixed around the insulating coil, Costs can be reduced and workability can be improved. Moreover, since the filling amount of the resin is reduced, it is possible to reduce the non-uniformity of the curing temperature due to the reaction heat at the time of curing the resin, and it is possible to improve the quality of the insulating coil.
[0134]
Further, it is possible to prevent the filling grass from moving when the resin is injected and clogging the resin delivery pipe.
[0135]
In addition, it is possible to suppress deformation and distortion due to the difference in thermal expansion of the insulating material of the insulating coil, and it is possible to immediately inject resin into the insulating coil from the end of drying of the insulating coil.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cutaway external view showing a schematic configuration of an insulating coil according to an embodiment of the present invention.
2 (a) is an enlarged view of a portion A in FIG. 1, and FIG. 2 (b) is an enlarged view of a superconducting winding.
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a resin impregnated coil manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side view showing a schematic configuration of an impregnation position detector according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a time chart showing manufacturing conditions for each step of a resin-impregnated coil according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a resin injection method in an impregnation process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view showing a resin impregnation method in an impregnation step according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a resin curing method in a curing process according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of a resin impregnation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of an experimental apparatus for resin impregnation according to an experimental example of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Insulation coil
2a, 2b
11 Helium delivery tube
12 Superconducting winding
13 conduit
14 Winding insulation layer
14a, 15a-17a Glass tape
14b Laminating tape
15 Ground insulation layer
16, 17 Interlayer insulation layer
15b-17b Spacer
15c-17c gap
18 Release layer
19a, 19b Solenoid
22 Level gauge
23 Impregnation position detector
24 Pressure vessel
25 Thermostatic bath
26 Stirring deaerator
27 Resin reservoir
28, 30 Pressure control device
29 Vacuum pump
31a-31c Temperature control device
32a to 32e valve
41a, 41b Lead wire
42a, 42b Metal conductor
43a-43c fixed plate
71, 81 Acrylic outer cylinder
72 Acrylic intermediate inner cylinder
73, 82 Acrylic inner cylinder
74, 83 Acrylic top lid
75, 84 Bottom plate
76, 85 Vacuum pump connection exhaust port
77, 86 Resin inlet
78 Rubber seal
79, 87 Impregnated insulation layer

Claims (7)

絶縁コイルを浸漬する樹脂の真空引きを行う真空引き手段と、前記樹脂にかかる圧力を制御する圧力制御手段と、前記絶縁コイルの含浸時に前記樹脂の圧力制御と真空引きとの切り替え制御を繰り返し行う切り替え制御手段とを備えることを特徴とする含浸装置。  A vacuuming means for evacuating the resin that immerses the insulating coil, a pressure control means for controlling the pressure applied to the resin, and a switching control between the pressure control of the resin and the evacuation when the insulating coil is impregnated are repeatedly performed. An impregnation apparatus comprising a switching control means. 静電容量法または抵抗法を用いた液面計と、静電容量法または抵抗法を用いた含浸位置検出器とを備えることを特徴とする請求項1記載の含浸装置。The impregnation apparatus according to claim 1 , further comprising: a liquid level gauge using a capacitance method or a resistance method; and an impregnation position detector using a capacitance method or a resistance method. 絶縁コイルの含浸時に樹脂の真空引きと前記樹脂の圧力制御とを繰り返しながら、樹脂の含浸を行うことを特徴とする含浸方法。  An impregnation method comprising impregnating a resin while repeatedly evacuating the resin and controlling the pressure of the resin when the insulating coil is impregnated. 樹脂と反応せず離型性のある埋め草を絶縁コイルの周りに配置してから、樹脂の含浸を行うことを特徴とする請求項3記載の含浸方法。4. The impregnation method according to claim 3 , wherein the resin is impregnated after the padding which does not react with the resin and has releasability is disposed around the insulating coil. 前記樹脂を通過させ、かつ前記埋め草を通過させない固定手段を用いて、前記埋め草を所定の範囲内に閉じ込めることを特徴とする請求項4記載の含浸方法。The impregnation method according to claim 4 , wherein the filling grass is confined within a predetermined range by using a fixing unit that allows the resin to pass therethrough and does not allow the filling grass to pass therethrough. 樹脂の含浸前に、前記樹脂の硬化温度以下で前記絶縁コイルの乾燥を行うことを特徴とする請求項4または5記載の含浸方法。6. The impregnation method according to claim 4 , wherein the insulating coil is dried at a temperature equal to or lower than a curing temperature of the resin before impregnation with the resin. 請求項4〜6のいずれか1項の含浸方法を用いて得られた絶縁コイル。An insulating coil obtained by using the impregnation method according to any one of claims 4 to 6 .
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