JP2008288106A

JP2008288106A - 絶縁電線

Info

Publication number: JP2008288106A
Application number: JP2007133294A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Muto; 大介武藤
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2007-05-18
Filing date: 2007-05-18
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-05-18
Also published as: JP5019594B2

Abstract

【課題】絶縁電線が挿入されるスロットおよび／または隣接する絶縁電線間のコロナ特性を向上させ、被覆の薄肉化し、さらに傷が付きにくい巻線用の絶縁電線を提供する。
【解決手段】巻回されてコイルを形成して使用される平角線の絶縁電線であって、導体１上に直接または間接に熱可塑性樹脂被覆層２が形成され、該熱可塑性樹脂被覆層２の最外層に突起３が設けられている絶縁電線。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ用巻線に用いられる絶縁電線に関する。

電気絶縁物で被覆された絶縁電線は、各種の電気機器に組み込まれたコイルの用途に大量に使用されている。それはモータや変圧器に代表される電気機器に特に多く使用されている。近年、これらの機器の小型化及び高性能化が進展し、絶縁電線を非常に狭い部分へ押しこんで使用する様な使い方が多く見られるようになった。具体的には、ステータスロット中に何本の電線が入れられるかで、そのモータなどの回転機の性能が決定するといっても過言ではなく、その結果、ステータスロット断面積に対する全導体の断面積（各電線の導体断面積の合計）の比率（占積率）が近年非常に高くなってきている。
ステータスロットの内部に、丸断面の絶縁電線を細密充填した場合、デッドスペースとなる空隙やあるいは絶縁皮膜の断面積が大きいと占積率を高くするには障害となる。このため、絶縁電線をコイル巻線加工する際には、丸断面の電線が変形するほど、ステータスロットへの電線の押し込みをおこない、少しでも占積率の向上を行おうとしているが、やはり絶縁皮膜の断面積を非常に小さくすることは、その電気的な性能（絶縁破壊特性など）を犠牲にする恐れがあるため、行われなかった。

これに対して、占積率を向上させる手段として、導体の断面形状が四角型（正方形や長方形）に類似した平角線の絶縁電線を使用することが行われるようになった。平角線の使用は、占積率の向上には劇的な効果を示すことがきる。

このような中で、近年、より一層の占積率の向上を目的として、絶縁紙（相間やコアスロット間に）の省略することが試みられている。しかし、従来の絶縁電線を用いた場合には、コロナ放電が発生して絶縁電線の劣化を招き、絶縁紙の省略は困難であった。特に、コアエッジ部は電界が集中し、絶縁紙の省略の障害となっていた。

絶縁電線において、コロナ放電を抑制するには絶縁電線の被覆を厚くすることが考えられるが、それではステータスロットに対する導体の占積率が低下してしまう。また、丸線において、コロナ放電を抑制するための絶縁電線として、例えば半導電層を介在させて放電を抑制する電線（特許文献１および２参照）、および絶縁材料にフィラーを入れ耐コロナ性を向上させる電線（特許文献３参照）などこれまで示されているが、これまで絶縁紙を省略したステータスロットにおいて、モータの高性能を維持しつつ用いることができるような電線はなかった。
また、別に、また、スロットの絶縁紙を省くと、巻線を挿入する時の傷が発生するという問題があった。
特開２００５−２５１５７３号公報特開２００５−２８５７５５号公報特開２００６−３０２８３５号公報

本発明は、絶縁電線が挿入されるスロットおよび／または隣接する絶縁電線間のコロナ特性を向上させ、被覆の薄肉化し、さらに傷が付きにくい巻線用の絶縁電線を提供することを目的とする。

本発明は、
（１）巻回されてコイルを形成して使用される平角線の絶縁電線であって、導体上に直接または間接に熱可塑性樹脂被覆層が形成され、該熱可塑性樹脂被覆層の最外層に突起が設けられていることを特徴とする絶縁電線、
（２）前記突起は巻回されて形成したコイルが使用される際に、絶縁電線が挿入されるスロットおよび／または隣接する絶縁電線により受ける圧縮応力によって突起が実質失われることがない程度の強度を有することを特徴とする（１）項記載の絶縁電線、および
（３）前記突起の頂部の短手方向の形状は、凸曲面状であることを特徴とする（１）または（２）項に記載の絶縁電線
を提供するものである。

本発明の絶縁電線は、絶縁電線が挿入されるスロットおよび／または隣接する絶縁電線間のコロナ特性を向上し、被覆を薄肉化することができた。また、傷が付つきにくい。したがって、絶縁紙を省略したモータのステータスロット内へ挿入して、好適に使用することができる。

以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図１は、本発明の好ましい一実施態様を示す横断面図である。本発明の一つの実施態様は、断面がおおよそ四角形の導体１と、その外側に熱可塑性樹脂が被覆された熱可塑性樹脂被覆層２と、熱可塑性樹脂被覆層２の各面に少なくとも１つの突起３が設けられている絶縁電線である。
図２は、この絶縁電線の平面図である。なお、突起３は、図示されるように熱可塑性樹脂被覆層２の表面に、連続的に設けられる必要は必ずしもなく、例えば、断続的に設けられた形状のものであっても良い。

本発明に用いられる導体１としては、従来、絶縁電線で用いられている導体と同様の材質のものを使用することができるが、好ましくは、酸素含有量が３０ｐｐｍ以下の低酸素銅、さらに好ましくは２０ｐｐｍ以下の低酸素銅または無酸素銅の導体である。酸素含有量が３０ｐｐｍ以下であれば、導体を溶接するために熱で溶融させた場合、溶接部分に含有酸素に起因するボイドの発生がなく、溶接部分の電気抵抗が悪化することを防止するとともに溶接部分の強度を保持することができる。
また、導体はその横断面が平角形状のものであり、角部からの部分放電を抑制するという点において、４隅に面取り（半径ｒ）を設けた形状であることが望ましい。また、導体の形状は四角形でなくても多角形断面であればよい。

導体１の外側に設けられた被覆層２は、単層からなるものでも良いし、多層からなるものであっても良い。被覆層２の平面部分の厚さは、３０〜２００μｍが好ましく、８０〜１５０μｍがさらに好ましい。

本発明においては、熱可塑性樹脂被覆層２の最外層は押出被覆樹脂層とすることが好ましい。
押出被覆樹脂層に用いる熱可塑性樹脂については、押出加工が可能なものであれば何でも良いが、部分放電発生電圧を低くするためには、比誘電率が４．５以下のものが好ましい。例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、芳香族ポリエステル、ポリイミド（ＰＩ）、脂環式オレフィン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ）、ポリケトン（ＰＫ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）等が挙げられる。比誘電率は４．０以下であることがさらに好ましい。

ここで、比誘電率とは市販の誘電率測定装置で測定することができる。測定温度、周波数については、必要に応じて変更するものであるが、本発明においては、特に記載の無い限り、２５℃、５０Ｈｚにおいて測定した値のことを意味する。

本発明においては、導体１と上記押出被覆樹脂層の間に、熱可塑性樹脂被覆層２の一つとしてエナメル層を設けても良い。
エナメル層は、樹脂ワニスを導体上に複数回塗布、焼付して形成したものである。樹脂ワニスを塗布する方法は常法でよく、たとえば、導体形状の相似形としたワニス塗布用ダイスを用いる方法や、もし導体断面形状が四角形であるならば、井桁状に形成された「ユニバーサルダイス」と呼ばれるダイスを用いることができる。これらの樹脂ワニスを塗布した導体はやはり常法にて焼付炉で焼き付けされる。具体的な焼き付け条件はその使用される炉の形状などに左右されるが、およそ５ｍの自然対流式の竪型炉であれば、４００〜５００℃にて通過時間を１０〜９０秒に設定することにより達成することができる。

エナメル層を形成するエナメル樹脂としては、従来用いられている熱可塑性樹脂を使用することができ、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミドヒダントイン変性ポリエステル、ポリアミド、ホルマール、ポリウレタン、ポリエステル、ポリビニルホルマール、エポキシ、ポリヒダントインが挙げられ、好ましくは耐熱性において優れる、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミドヒダントイン変性ポリエステルなどのポリイミド系樹脂である。
また、これらは１種を単独で使用してもよく、また、２種以上を混合して使用するようにしてもよい。

焼き付け炉を通す回数を減らし、導体とエナメル層との接着力が極端に低下すること防ぐため、エナメル層の厚さは、５０μｍ以下であることが好ましく、４０μｍ以下がさらに好ましい。また、絶縁ワイヤーとしてのエナメル線に必要な特性である、耐電圧特性や、耐熱特性を損なわないためには、エナメル層がある程度の厚さがある方が好ましい。エナメル層の下限の厚さはピンホールが生じない程度の厚さであれば特に制限するものではなく、好ましくは３μｍ以上、更に好ましくは６μｍ以上である。
エナメル層は１層であっても複数層であってもよい。

また、本発明では、エナメル層と押出被覆樹脂層との間に、熱可塑性樹脂被覆層２の一つとして接着層を設け、接着層を媒体として、エナメル層と押出被覆樹脂層との接着力を強化させても良い。
例えば、エナメル層の外周に、ワニス化された樹脂を焼き付けてこれを接着層とし、その後の押出被覆工程において、接着層に用いられる樹脂のガラス転移温度よりも高い温度の溶融状態である押出被覆樹脂と接触させることで、エナメル層と押出被覆樹脂層とを熱融着させることができる。

押出被覆樹脂層とエナメル層の間の接着力が十分でない場合、過酷な加工条件例えば小さな半径に曲げ加工される場合には、曲げの円弧内側に、押出被覆樹脂層のシワが発生する場合がある。このようなシワが発生すると、エナメル層と押出被覆樹脂層との間に空間が生じることから、部分放電発生電圧が、低下するという現象につながる場合がある。
この部分放電発生電圧の低下を防止するためには、曲げの円弧内側にシワが生じないようにする必要があり、エナメル層と押出被覆樹脂層との間に接着機能を有する層を導入して接着強度を高めることで、上記のようなシワの発生を防ぐことができる。

接着層は熱融着可能な樹脂であればいずれの樹脂を用いても良いが、ワニス化する必要性があることから、溶剤に溶けやすい非結晶性樹脂であることが好ましい。さらには、絶縁電線としての耐熱性を低下させないためにも、耐熱性に優れる樹脂であることが好ましい。これらのことを考慮すると好ましい樹脂としてはポリサルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニルサルホン（ＰＰＳＵ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）等が挙げられ、ＰＥＳおよびＰＰＳＵがさらに好ましい。

また、ワニス化に用いる溶剤は、選択した樹脂を溶解させ得る溶剤であればいずれでも良いが、エナメル層へ焼き付ける際に下地となるエナメル層との接着性を良くするためには、下地となるエナメル層を焼き付ける際に用いたものと同一の溶剤が好ましい。
また、接着層の厚さは２〜２０μｍが好ましく、５〜１０μｍが更に好ましい。接着層と押出被覆樹脂層を十分に熱融着させるためには、押出被覆工程における樹脂温度は、接着層に選んだ樹脂のＴｇ（ガラス転移温度）以上である必要があり、好ましくはＴｇよりも３０℃以上高い温度、更に好ましくはＴｇよりも５０℃以上高い温度が良い。

本発明の絶縁電線では、上記熱可塑性樹脂被覆層２は導体１上に直接設けても良いし、また、下地の被覆層などを設けて、その上に間接的に設けても良い。

本発明の絶縁電線は、被覆層２の最外層、好ましくは各面の被覆層２の最外層に少なくとも１つの突起３が絶縁電線の長手方向に設けられている。突起３は、例えば、押出成形においてダイス孔の形状を設けようとする突起に合わせた形状とすることにより、被覆層２と同時成形することで形成することができる。

突起３は巻回されたコイルが使用される際に、絶縁電線が挿入されるスロットおよび／または隣接する絶縁電線による圧縮により受ける圧縮応力によって突起が実質失われることがない程度の強度を有することが好ましい。突起は、絶縁電線同士あるいは絶縁電線とスロット内壁との距離を一定以上に確保する機能を有している。ここで、「突起が実質失われることがない程度の強度」とは、突起としての作用効果が保持される強度であることを意味し、コイルとしての使用時に５０〜２００μｍの高さが維持される程度の強度を意味する。使用される際の圧縮強度に対応して、熱可塑性樹脂被覆層の最外層の材質や突起のサイズを適宜選択することで上記強度を得ることができる。

突起３の形状は特に限定されるものではないが、コロナ放電が発生する可能性のある放電開始電界を越えるような電界の集中を緩和させる点で、図示されるような、頂部の短手方向の形状は絶縁電線の短手方法に凸曲面状であることが好ましい。この頂部の凸曲面状の形状は略円弧状の滑らかな凸曲面状であることが好ましく、上記の圧縮時において変わらないことがさらに好ましい。図３に、突起部の拡大断面図を示す。符号は、図１に示すものと同じ意味である。

また、突起の形状は、図示されるような凸曲面状を有するものに限定されるものではなく、例えば横断面が四角形であると、突起とスロットのコアが密着したときはその間に空隙ができないため、コロナ放電を抑制することに対してしては好ましい形状である。しかし、隙間があると突起のエッジ部に電界が集中してしまうため、突起を四角形にする場合には、常にコアと突起が密着するような状態にすること好ましい。

図３においてａで示される、突起３の最上部高さは、熱可塑性樹脂被覆層２の平面部の外表面から、上記圧縮時の圧縮応力を受けた際に５０〜２００μｍであることが好ましく、１００〜１５０μｍであることがさらに好ましい。高さａが低すぎと放電開始電圧の低下を起こしやすくなり、また、高さａが高すぎると、コイルにして、ステータスロットに入れた際の占積率が小さいものとなってしまう。

突起２の頂部を凸曲面にした場合の電界分布は、突起の頂点に電界が集中する。凸曲面の頂点における電界集中を緩和できればより高い性能が期待できる。突起の幅が大きくなるにつれ、凸曲面端部における電界集中が緩和される。これは、幅が大きいほど凸曲面端部のなす角度が大きくなること、ならびに端部における隙間が大きくなることに起因している。

図３においてｂで示される、突起の幅は１００〜３００μｍが好ましく、１６０〜２００μｍがさらに好ましい。幅ｂが小さすぎると電界緩和効果が十分に得られないことがある。また、幅ｂが大きすぎると、スロットの内部のデッドスペースとなる絶縁皮膜の断面積が増加する要因となる。

図３において突起の形状を説明の便宜上、円弧とすると、その円弧の半径は、大きくなるにつれ、円弧頂点の電界はわずかに小さくなり、円弧端部の電界は大きくなることがわかる。これらは、半径を大きくすると頂点の電界集中を緩和できる反面、円弧端部のなす角度が直角に近くなり、電界集中を招くことに起因している。このように半径をパラメータにした場合、円弧頂点ならびに端部の電界はトレードオフにあるため、放電開始電界を考慮して適切な大きさに設定することが好ましい。突起の形状として凸曲面状であることが望ましいが、特に、半径が１００〜２００μｍ程度の円弧状に相当する程度に滑らかな曲面状であることが望ましい。

突起３は平角線の各面に１つ設けても良いし、複数設けても良い。突起の数が多すぎる場合には、単純な厚肉化と変わらなくなるため、３つ以下とすることが好ましい。複数ある場合の突起間の間隔は等分することが好ましい。また、突起３は絶縁電電のどの面を合わせてもぶつからない位置に設けてあると、スロット内へ挿入された際に、デットスペース増加を抑えることができるので好ましい。

本発明の絶縁電線は、巻回されてコイルを形成し、ステータスロット内へ挿入されて使用されるが、コイルの形成方法に特に限定は無く、ステータスロットの形状に合わせて、任意の方法で巻回することが好ましい。

本発明の絶縁電線の一実施態様を示す横断面図である。本発明の絶縁電線の一実施態様を示す平面図である。突起部の拡大断面図である。

符号の説明

１導体
２熱可塑性樹脂被覆層
３突起

Claims

巻回されてコイルを形成して使用される平角線の絶縁電線であって、導体上に直接または間接に熱可塑性樹脂被覆層が形成され、該熱可塑性樹脂被覆層の最外層に突起が設けられていることを特徴とする絶縁電線。
前記突起は巻回されて形成したコイルが使用される際に、絶縁電線が挿入されるスロットおよび／または隣接する絶縁電線により受ける圧縮応力によって突起が実質失われることがない程度の強度を有することを特徴とする請求項１記載の絶縁電線。
前記突起の頂部の短手方向の形状は、凸曲面状であることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁電線。