JP4825399B2 - 導体棒の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、互いに電気的に絶縁された複数の部分導体から成る、電気を伝導する導体棒の製造方法に関する。そのような導体棒は、例として、回転する電気装置、例えば発電機、または変圧器における固定子の導体として用いることができる。所定の形で互いに捻られた位置にある部分導体を持つ導体棒は、「転位棒(Roebelstaebe) 」とも呼ばれる。円い横断面または六角形の横断面を持つ多数の鋼線から構成された鋼鉄のケーブルと異なり、そのような導体棒の部分導体は、一般的には四角形の横断面を有する。

例えば、回転する電気装置において、電気損失を低減するために、そこで用いられている固定子の導体の部分導体は、互いに絶縁されていると同時に、互いに捻られた位置にある。そのようにするためには、個々の部分導体を、それぞれ三次元的に曲げて変形させる必要がある。個々の部分導体の特殊な曲げ変形または捻りは、転位とも呼ばれており、そのため、それらから構成される導体棒は、転位棒と呼ぶこともできる。そのような導体棒または転位棒は、回転する電気装置、例えば発電機、または変圧器における固定子の導体として構成することもできる。そのような導体棒の部分導体は、一般的には四角形の横断面を有する。

そのような導体棒の従来の製造方法は、次の措置から成る。
１．部分導体の所望の横断面を持つ継ぎ目の無い電線を作る。
２．この継ぎ目の無い電線上に電気絶縁物を形成する。
３．この継ぎ目の無い電線を部分導体の長さに切ることにより、絶縁物を被覆された継 ぎ目の無い電線から成る部分導体を製造する。
４．部分導体の端の絶縁物を取り除く。これは、完成した導体棒において、電気的な接 点を設けるために必要である。
５．部分導体を曲げて変形させる、特にかぎ形に曲げる。
６．複数の曲げて変形させた部分導体を一つの導体棒に組み立てる。
７．組み立てた導体棒を曲げて、組み立てた導体棒の部分導体を接合させる。

従来の方法で製造された導体棒においては、導体棒の部分導体が備えている電気絶縁物の厚さは、その電気絶縁機能に対して、非常に厚すぎる。これは、導体棒を製造する仕組みの中で、絶縁物を被覆された部分導体が、それが曲げて変形される時に、特にかぎ形に曲げられる時に、比較的高い機械的な負荷をかけられるためであると言うことができる。その場合に、部分導体の絶縁物が破壊されないためには、あるいは絶縁物が破壊された際に部分導体間において、十分な間隔を保証できるようにするためには、それは、一定の最低の厚さを持たなければならない、あるいはこの部分導体は、例えばグラスファイバーで、さらに被覆されなければならない。そのことによって、導体棒の製造に必要な部分導体の絶縁物の厚さは、部分導体相互間の電気絶縁を保証するのに十分な絶縁物の厚さよりも、相当に厚くなる。さらに、「転位」とも呼ばれ、損失の低減のために望ましい部分導体の所定の曲げ変形は、この場合、曲げ角、特にかぎ形に曲げる角度が大きいために、および／または部分導体の横断面の幅と高さの比率が大きいために、部分導体の絶縁物が全体的にまたは部分的に破壊されてしまうので、実現することができない。

この発明の課題は、一方では、部分導体の絶縁物の厚さを低減することを可能とし、他方では、部分導体の比較的自由な曲げ変形の実現を保証する、複数の部分導体から構成される導体棒の製造方法を提示することである。

この課題は、この発明にもとづき、請求項１の特徴を持つ方法によって解決される。

この発明は、部分導体を製造するために、先ずは絶縁物を被覆されていない継ぎ目の無い電線を用い、これを所望の方法で変形させて、さらにそれに続いて変形させた導体棒の上に絶縁物を形成するという共通の考えを基礎としている。この発明にもどづく方法により、部分導体の曲げ変形に関係無く、部分導体の絶縁物の厚さを定めることが可能となり、そのことにより絶縁物の厚さを相当に薄くすることができる。さらに、部分棒の曲げ変形後に初めて絶縁物が形成されるので、部分棒に対して、過度の曲げ角、特にかぎ形の曲げ角での比較的自由な曲げ変形、特に転位を実現することができる。そのうえに、その際部分導体の横断面の幅と高さの比率を任意に設定することができる。このことによって、導体棒に関する新しい形状を生み出す可能性が生じ、それによって、この導体棒を採用した変圧器または回転する電気装置において、さらに性能の向上が可能となる。

絶縁物の厚さが低減できるのを活用して、例えば導体棒の全体の断面積が同じで、より導電性の高い導体断面を持つ部分導体を利用できるようになり、そのことによって、導体棒の電流負荷を向上させることができる。また、これを利用して、このような導体棒を持つ個々の装置の性能を向上させることもできる。これに代わって、この部分導体の絶縁物の厚さを低減する方法を利用して、導体棒を備えた装置の性能を損なうことなく、その導体棒の全体の断面積を低減することもできる。絶縁物の厚さを低減した部分導体の他の利点は、そのことによって部分導体間の熱伝導が改善されることであると言える。そのことは、異なった損失のために、導体棒の部分導体が異なった形で熱せられる場合に重要でなる。部分導体間の熱伝導が改善されることによって、この異なった温度を少なくとも部分的に再度同じ温度に戻すことができるようになる。

特に有利な実施構成においては、事前に曲げて変形させた部分導体上に、部分導体の端に絶縁物を被覆しないように、電気絶縁物の形成が行われる。この方法においては、従来の製造方法と比較して、余分な措置、すなわち部分導体の端の絶縁物を取り除くという措置を省くことができる。そのため、この製造方法は、より安価に実施することができるものである。

この発明の目的に適ったこととしては、電気絶縁物を形成する際に、曲げて変形させた部分導体の端を、絶縁物を形成する機器の支持部が支える位置として利用することができる。例として、絶縁物を形成する機器における絶縁物の形成に際して、例えば、被覆を実施するためには、この支持部によって部分導体を支えなければならないものである。

この発明にもとづく方法の他の構成においては、絶縁物の形成は、二つの部分措置、すなわち曲げて変形させた部分導体をプラスチック粉で被覆する第一の部分措置、ならびにこの粉末層を焼結させる第二の措置を含むことができ、その際プラスチックが溶解および／または交差結合して、絶縁層を形成するものである。この二つの部分措置を含む方法は、絶縁層を構成するための粉末層の焼結を、特別にそのために最適化された別の装置内で行うとともに、粉末層の形成を、例えば周囲温度に関して、そのために最適化された装置内で行うことができるので、有利である。

所定の絶縁物に関しては、複数の絶縁層を形成するのが有利である場合もある。特に、一つの絶縁層の上に熱硬化性材から成る層を、この熱硬化性材の層が全くまたは部分的にしか交差結合しないように形成することができる。このことによって、組み立てた導体棒の部分導体の接合を、部分導体の熱硬化性材の層を交差結合させることにより行うことができるようになる。この場合においても、導体棒の製造は、例えば、プレプレグ材の不織マットのような追加の接合材を被覆するのを省くことができるので、簡単化されるものである。

この発明にもとづく方法の他の重要な特徴と利点は、従属請求項および以下におけるこの発明の有利な実施例の説明から明らかになる。

この発明にもとづく方法による導体棒の製造においては、製造しようとしている部分導体の横断面を有し、導電性の材料、例えば銅から成る、絶縁物を被覆されていない継ぎ目の無い電線が用いられる。そして、この継ぎ目の無い電線から、この継ぎ目の無い電線を部分導体の長さに切断することにより、変形されていない部分導体を作る。切断後に、この部分導体の所望の三次元形状を得るために、この部分導体を曲げて変形させる、特にかぎ形に曲げる。この発明の基本的な考えに従うと、この部分導体の曲げ変形後に初めて、この曲げて変形させた部分導体上に電気絶縁物を形成するものである。そして、絶縁物の形成後に、曲げて変形させ、絶縁物を形成させた複数の部分導体から、導体棒を組み立てる。次に、そのようにして組み立てた導体棒に対して、さらに曲げ変形を加えることもできる。その後、組み立てた導体棒の部分導体の接合を行い、そのことによって、導体棒はその形状の安定性を保つものである。

有利には、部分導体の電気絶縁物の形成は、部分導体の端に絶縁物が被覆されないように実施される。それによって、その後に行う部分導体の端から絶縁物を除去する措置が省略される。絶縁物の形成の際に部分導体の端に絶縁物を被覆しないようにするためには、この端を絶縁物を形成する機器の支持部が支える位置として利用することができる。例えば、絶縁物を形成する機器において、部分導体を両端で支えて、部分導体がその両端間で自由に動けるようにするものである。同様に、部分導体を両端で支えて、被覆槽を通過させるようにすることもできる。

部分導体の絶縁物の形成は、例えば粉末被覆処理によって実施することができる。基本的には、個々の導体棒で求められる温度要件を満たす限りにおいて、充填材を加えた、または充填材を加えていないすべてのポリマーを、被覆する粉末として用いることができる。温度的に適した熱可塑性プラスチックの例としては、ＰＥＮ、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＩ、ＰＡＩおよびＰＥＳがある。さらに、フッ素樹脂も適している。温度的に適した熱硬化性材またはエラストマーの例としては、エポキシ樹脂とケイ素樹脂、ならびにエポキシ／ケイ素の混合物がある。絶縁物の機械的な特性を改善するためには、例えば熱膨張率を低減したり、あるいは高温・高負荷時におけるプラスチックの流動化を低減するためには、これらのプラスチックに無機物の充填材を、例えば１０％〜８０％の濃度で混合することができる。

この本来の被覆方法を二つの部分措置に分けることも有利である。

第一の部分措置では、特に室温において既に曲げて変形させた部分導体上にプラスチック粉から成る層を形成する。これは、例えば、被覆対象の部分導体より小さいこともある静電式流動床室または静電式噴霧室内で行われる。そのような被覆室は、対向する側面に開口部を有し、そこを通って、被覆対象の曲げて変形された部分導体が、個別にあるいは複数同時にその室を通り抜ける。プラスチック粉の被覆量、ならびにそれによって実現可能な層厚は、例えば部分導体がその室を通り抜ける際に噴霧する粉の供給量および／または濃度によって制御可能である。プラスチック粉が部分導体の表面上に付着したままになるように、被覆処理に際しては、プラスチック粉に静電気を帯電させる。

第二の部分措置では、形成された粉末層は別の焼結室で焼結させ、その際プラスチック粉は溶解する、あるいは融着する。そして、さらに熱硬化性材の場合には、プラスチックが熱で交差結合する。融着および／または交差結合を伴う焼結によって、密閉された均質な膜を成す絶縁層が形成される。この第二の部分措置を連続運転する処理として実施することもでき、その際例えば光学的または電気的あるいは誘導的な加熱を行うことができる。

この発明にもとづく方法の有利な実施構成においては、部分導体の絶縁物を複数の絶縁層から構成することができる。特別な実施構成においては、既に完全に焼結あるいは交差結合させた熱可塑性または熱硬化性のプラスチックから成る、これらの絶縁層のうちの一つまたは複数のものの上に、熱硬化性材から成る追加の層を形成することができる。その場合、焼結処理は、後の熱硬化性材の層が全くあるいは部分的にしか交差結合しないように制御される。この交差結合の度合いは、例えば温度および熱処理の時間によって制御することができる。この方法によって、この外側の熱硬化性材の層は、依然として熱に対して反応する。はたして、それぞれ外側に反応する熱硬化性材の層を有する複数の部分導体から導体棒を組み立てる場合、組み立てた導体棒、場合によっては曲げて変形させた導体棒の部分導体の接合は、対応する後処理において、すでに互いに接するようになっている熱硬化性材の層を互いに交差結合させることによって、特に簡単に実施することができるものである。

Claims (12)

1. 互いに電気的に絶縁された複数の部分導体から成る、電気を伝導する導体棒の製造方法であって、次の措置を有する方法。
   Ａ：電気を伝導し、絶縁物を被覆されていない継ぎ目の無い電線から成る部分導体に関して、この継ぎ目の無い電線を、この部分導体の長さに切ることによって、この部分導体を作る。
   Ｂ：この部分導体を曲げて変形させる。
   Ｃ：この曲げて変形させた部分導体上に電気絶縁物を形成する。
   Ｄ：これらの曲げて変形され、絶縁物を形成された複数の部分導体を一つの導体棒に組み立てる。
   Ｅ：この組み立てた導体棒を曲げる。
2. 互いに電気的に絶縁された複数の部分導体から成る、電気を伝導する導体棒の製造方法であって、次の措置を有する方法。
   Ａ：電気を伝導し、絶縁物を被覆されていない継ぎ目の無い電線から成る部分導体に関して、この継ぎ目の無い電線を、この部分導体の長さに切ることによって、この部分導体を作る。
   Ｂ：この部分導体を曲げて変形させる。
   Ｃ：この曲げて変形させた部分導体上に電気絶縁物を形成する。
   Ｄ：これらの曲げて変形され、絶縁物を形成された複数の部分導体を一つの導体棒に組み立てる。
   Ｅ：この組み立てた導体棒を曲げた後に、この組み立てた導体棒の部分導体を接合させる。
3. 前記の措置Ｃを、前記の部分導体の端に絶縁物を被覆しない形で実施することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記の措置Ｃにおいて、曲げて変形させた部分導体の端を、絶縁物を形成する機器の支持部に対する支持する個所として利用することを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記の措置Ｃが、次の部分措置を含むことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の方法。
   Ｃ１：プラスチック粉を用いて、前記の曲げて変形させた部分導体を粉で被覆する。
   Ｃ２：このプラスチックが融着および／または交差結合するように、この粉末層を焼結させて、一つの絶縁層を形成する。
6. 前記の措置Ｃにおいて、複数の絶縁層を形成することを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の方法。
7. 前記の措置Ｃにおいて、絶縁層の上に熱硬化性材から成る層を、この熱硬化性材の層が全くまたは部分的にしか交差結合しないように形成し、そして前記の措置Ｅにおいて、組み立てた導体棒の部分導体の接合を、この部分導体の熱硬化性材の層を交差結合させることによって実現することを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の方法。
8. 前記の熱硬化性材が、エポキシ樹脂またはエポキシ樹脂／ケイ素樹脂の混合物であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記の措置Ｃ１において、プラスチック粉に静電気を帯電させることを特徴とする請求項５に記載の方法。
10. 前記の導体棒を、転位棒として構成することを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の方法。
11. 前記の導体棒を、回転する電気装置、特に発電機における、あるいは変圧器における固定子の導体として構成することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の方法。
12. 前記の部分導体が、四角形の横断面を有することを特徴とする請求項１から１１までのいずれか一つに記載の方法。