JP2017188340A - 絶縁電線、コイルおよび電気・電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、平角線の使用は、占積率の向上には劇的な効果を示す一方、断面平角のコーナー部がコイル加工等の曲げ加工に対して極端に弱い。そのため、強い圧力をかけての加工によって皮膜が割れてしまう問題がある。特にこのコーナー部の曲率半径が小さいほどこの曲げ加工による皮膜の割れが発生しやすいことがわかっている。
また、巻線の絶縁皮膜の厚さを薄くしたりして、導体間の距離が確保できないと、絶縁性能が確保できず、しかも巻線の絶縁皮膜が損傷を生じたときに、露出した巻線の導体から放電が生じることになる。
例えば、エナメル絶縁層と押出絶縁層の比誘電率と押出絶縁層の引張強度の温度依存性を含めた関係から、高温下での絶縁性能を損なうことなく絶縁皮膜の厚さを厚くして、部分放電開始電圧を高め、耐熱老化特性を改善することが提案(特許文献1参照)されている。
従来の絶縁電線は、エナメル絶縁層を厚くするには、熱硬化性樹脂ワニスを塗布、焼付けを複数回繰り返す必要があり、1度の押出しにより厚い絶縁皮膜を形成できることから、熱可塑性樹脂からなる押出絶縁層を厚くするのが一般的である。
(1)断面矩形の導体上に、少なくとも2層の絶縁層が積層された絶縁皮膜を有する絶縁電線であって、
前記積層された絶縁皮膜が、前記導体の外周上に熱硬化性樹脂からなるエナメル絶縁層および該層の外側に熱可塑性樹脂からなる押出絶縁層から構成され、
前記エナメル絶縁層の厚さが、50μm以上であり、
前記積層された絶縁皮膜の厚さ(T)および100℃における比誘電率(ε)、前記積層された絶縁層中、最大厚さ(Tmax)および100℃における比誘電率の最大値(εmax)と最小値(εmin)が、下記の関係を全て満たすことを特徴とする絶縁電線。
(3)前記熱可塑性樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン、変性ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミドおよびポリフェニレンスルフィドからなる群より選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂であることを特徴とする(1)または(2)に記載の絶縁電線。
(4)前記積層された絶縁皮膜の積層数が4以下であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の絶縁電線。
(5)前記(1)〜(4)のいずれか1項に記載の絶縁電線からなることを特徴とするコイル。
(6)前記(5)に記載のコイルからなることを特徴とする電子・電気機器。
(7)前記電子・電気機器が、発電機または電動機であることを特徴とする(6)に記載の電子・電気機器。
また、絶縁層とは、絶縁体からなる層であり、本発明では、熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂から選択される樹脂からなる層である。表面に塗布する潤滑油などは絶縁層に含まない。
絶縁層1層の厚さは限定されるものではないが、現実的には2μm以上である。なお、エナメル絶縁層とは、熱硬化性樹脂からなる絶縁層群であり、押出絶縁層とは、熱可塑性樹脂からなる絶縁層群を意味する。
本発明の絶縁電線(絶縁ワイヤとも称す)は、断面矩形の導体上に、少なくとも2層の絶縁層が積層された絶縁皮膜を有する。積層された絶縁皮膜は、導体の外周上に熱硬化性樹脂からなるエナメル絶縁層および該層の外側に熱可塑性樹脂からなる押出絶縁層から構成される。
ここで、本発明では、特に、エナメル絶縁層の厚さが、50μm以上である。
上記のエナメル絶縁層の厚さは、導体と押出絶縁層の間に存在する全てのエナメル絶縁層の総厚みである。
導体11上にエナメル絶縁層22a、押出絶縁層22bがこの順で設けられ、絶縁皮膜21は、少なくともエナメル絶縁層22aと押出絶縁層22bを含む。
ここで、エナメル絶縁層22aや押出絶縁層22bはそれぞれが複数積層されているものも含むが、図1では省略している。
本発明では、絶縁皮膜21は、エナメル絶縁層22aと押出絶縁層22b以外の層を含んでもよいが、図1では同様に、省略している。
また、エナメル絶縁層22aや押出絶縁層22bの厚さは、単に模式的に図示したものであって、各々相対的に正確な厚さを示すものではない。
本発明に用いる導体としては、従来、絶縁電線で用いられているものを使用することができ、銅線、アルミニウム線等の金属導体が挙げられる。本発明では、銅の導体が好ましく、なかでも、用いる銅は、酸素含有量が30ppm以下の低酸素銅が好ましく、20ppm以下の低酸素銅または無酸素銅がより好ましい。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。
なお、導体がアルミニウムの場合、必要機械強度を考慮したうえで、用途に応じて様々なアルミニウム合金を用いることができる。例えば回転電機のような用途に対しては、高い電流値を得られる純度99.00%以上の純アルミニウムが好ましい。
導体のサイズは用途に応じて決めるものであるため特に指定はないが、平角形状の導体の場合は、一辺の長さにおいて、幅(長辺)は1.0mm〜5.0mmが好ましく、1.4mm〜4.0mmがより好ましく、厚み(短辺)は0.4mm〜3.0mmが好ましく、0.5mm〜2.5mmがより好ましい。ただし、本発明の効果が得られる導体サイズの範囲はこの限りではない。また、平角形状の導体の場合、これも用途に応じて異なるが、断面正方形よりも、断面長方形が一般的である。用途が回転電機の場合には、平角形状の導体断面の4隅の面取り(曲率半径r)は、ステータのスロット内での導体占積率を高める観点においては、rは小さい方が好ましいが、4隅への電界集中による部分放電現象を抑制するという観点においては、rは大きい方が好ましい。このため、曲率半径rは0.6mm以下が好ましく、0.2mm〜0.4mmがより好ましい。ただし本発明の効果が得られる範囲はこの限りではない。
また、複数の導体を撚り合せ、あるいは、組合せて矩形の導体を形成してもよい。
エナメル絶縁層は、熱硬化性樹脂からなる。本発明では、導体から順にエナメル絶縁層、押出絶縁層を有し、特に、エナメル絶縁層は導体に直接接して導体の外周に設けられるのが特に好ましい。
ただし、必要性や目的に応じて、熱可塑性樹脂、例えば、非晶性の熱可塑性樹脂からなる熱可塑性樹脂層を、導体とエナメル絶縁層の間に設けても構わない。
なお、このような熱可塑性樹脂層を導体に接して設けることで、絶縁皮膜と導体との密着性が高まる。
なお、導体に直接接して導体の外周に設けられるエナメル絶縁層は、単にエナメル(樹脂)層ということもある。
本発明では、絶縁電線で使用されている熱硬化性樹脂であればどのようなものでも構わない。
例えば、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエステルイミド(PEsI)、ポリウレタン(PU)、ポリエステル(PEst)、ポリベンゾイミダゾール、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
このうち、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエステルイミド(PEsI)、ポリウレタン(PU)、ポリエステル(PEst)が好ましく、このなかでも、イミド結合を有する熱硬化性樹脂が好ましい。
イミド結合を有する熱硬化性樹脂は、上記では、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエステルイミド(PEsI)が挙げられる。
本発明では、特に、ポリアミドイミド(PAI)、ポリイミド(PI)およびポリエーテルイミド(PEI)から選択される樹脂が好ましい。
ポリアミドイミド(PAI)は、例えば、日立化成(株)社製の商品名:HPC−9000、日立化成(株)社製の商品名:HI406などが挙げられる。
ポリイミド(PI)は、例えば、ユニチカ(株)社製の商品名:Uイミド、宇部興産(株)社製の商品名:U−ワニス−A、東レ・デュポン(株)社製の商品名:#3000などが挙げられる。
ポリエーテルイミド(PEI)は、例えば、SABIC社製の商品名:ウルテム1000が挙げられる。
ポリエステルイミド(PEsI)は、例えば、東特塗料(株)社製の商品名:ネオヒート8600Aが挙げられる。
なお、比誘電率は、電線表面に導電性ペーストを用いて電極を設け、市販のLCRメータなどの測定装置を用いて導体と電極間の静電容量を測定し、電極長さと絶縁皮膜の厚さから算出することができる。本発明においては特に記載のない限り100℃の恒温槽中において測定した値を意味する。また、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ない限り、100Hzにおいて測定した値を意味する。
このようにすることで、導体界面の電界が小さくなり、導体上の傷や異物の影響を受けず優れた耐電圧を得ることができる。
また、異なったエナメル絶縁層で使用する熱硬化性樹脂は、互いに隣接する場合以外は、互いに異なった熱硬化性樹脂でも同一の樹脂でも構わない。
熱硬化性樹脂層には、トリアルキルアミン、アルコキシ化メラミン樹脂、チオール系化合物のような添加剤を加えることで、導体との密着力をさらに高めることができ、好ましい。
本発明では、エナメル絶縁層の厚さは50μm以上であり、50〜120μmが好ましく、60〜100μmがより好ましく、70〜80μmがさらに好ましい。
なお、エナメル絶縁層の厚さは、導体と押出絶縁層の間に存在するエナメル絶縁層の総和である。
特に、本発明では、エナメル絶縁層の厚さを50μm以上とすることで、優れた耐熱性を得ることができる。
積層されたエナメル絶縁層で最も導体に近いエナメル絶縁層の厚さは、5〜80μmが好ましく、5〜30μmがより好ましく、5〜10μmがさらに好ましい。
このようにすることで、導体密着性と耐熱性に優れた絶縁皮膜を得ることができる。
押出絶縁層は、熱可塑性樹脂からなる。
押出絶縁層は、本発明では、少なくとも1層の押出絶縁層が、少なくとも1層のエナメル絶縁層上に設けられるが、押出絶縁層は、1層でも2層以上の積層構造であってもよい。
熱可塑性樹脂は、ポリアミド(PA)(ナイロン)、ポリアセタール(POM)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンエーテル(変性ポリフェニレンエーテルを含む)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、超高分子量ポリエチレン等の汎用エンジニアリングプラスチックの他、ポリスルホン(PSF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリアリレート(Uポリマー)、ポリエーテルケトン(PEK)、ポリアリールエーテルケトン(PAEK)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)(変性ポリエーテルエーテルケトン(変性PEEK)を含む)、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)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、熱可塑性ポリイミド(TPI)、熱可塑性ポリアミドイミド(TPAI)、液晶ポリエステル等のスーパーエンジニアリングプラスチック、さらに、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)をベース樹脂とするポリマーアロイ、ABS/ポリカーボネート、ナイロン6,6、芳香族ポリアミド樹脂(芳香族PA)、ポリフェニレンエーテル/ナイロン6,6、ポリフェニレンエーテル/ポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート/ポリカーボネート等の前記エンジニアリングプラスチックを含むポリマーアロイが挙げられる。
また、熱可塑性樹脂は1種でも2種以上の混合でも構わない。
このようにすることで、最外層の電界が小さくなり絶縁皮膜の外傷の影響を受けにくく優れた耐電圧を得ることができる。
押出絶縁層の厚さはエナメル絶縁層の厚さと同じであっても異なっていてもよい。本発明では、押出絶縁層の厚さはエナメル絶縁層の厚さと同じ厚さ以下が好ましく、薄い方が好ましい。
押出絶縁層の厚さは10〜200μmが好ましく、40〜150μmがより好ましく、60〜100μmがさらに好ましい。
なお、押出絶縁層の厚さは、エナメル絶縁層上の導体と押出絶縁層の間に存在するエナメル絶縁層の上に存在する、押出絶縁層の総和である。
本発明では、1層の押出絶縁層の厚さは、10μm以上が好ましく、30μm以上がより好ましく、50μm以上がさらに好ましい。
なお、1層の押出絶縁層の厚さの上限は、100μm以下が好ましく、90μm以下がより好ましく、80μm以下がさらに好ましい。
押出絶縁層には、目的に応じて、各種の添加物を含有させることができる。
このような添加物としては、例えば、顔料、架橋剤、触媒、酸化防止剤が挙げられる。
このような添加物の含有量は、押出絶縁層を構成する樹脂100質量部に対し、0.01〜10質量部が好ましい。
ワックスとしては、通常用いられるものを特に制限なく使用することができ、例えば、ポリエチレンワックス、石油ワックス、パラフィンワックス等の合成ワックスおよびカルナバワックス、キャデリラワックス、ライスワックス等の天然ワックスが挙げられる。
潤滑剤についても特に制限はなく、例えば、シリコーン、シリコーンマクロモノマー、フッ素樹脂等が挙げられる。
(構成絶縁層数)
本発明では、絶縁皮膜は、少なくとも1層のエナメル絶縁層と少なくとも1層の押出絶縁層からなるが、絶縁皮膜を構成する絶縁層は2〜6層が好ましく、2〜4層がより好ましく、2または3層がさらに好ましく、2層が特に好ましい。
本発明では、エナメル絶縁層の厚さは50μm以上である。
これに加えて、積層された絶縁皮膜の厚さ(T)および100℃における比誘電率(ε)、前記積層された絶縁層中、最大厚さ(Tmax)および100℃における比誘電率の最大値(εmax)と最小値(εmin)が、下記の関係を全て満たす。
なお、積層された絶縁皮膜の厚さ(T)の上限は、現実的には、400μm以下であるが、200μm以下が好ましい。
なお、積層された絶縁層中、最大厚さ(Tmax)の下限は、現実的には、5μm以上であるが、10μm以上が好ましい。
積層された絶縁皮膜の比誘電率(ε)を上記の範囲とすることで、優れた部分放電開始電圧を得ることができる。
比誘電率の比を上記の範囲とすることで、優れた絶縁破壊電圧を得ることができる。
本発明では、導体の外周に、熱硬化性樹脂ワニスを塗布して焼付けし、熱硬化性樹脂からなるエナメル絶縁層を形成し、このエナメル絶縁層上に、熱可塑性樹脂を含む組成物を、押出成形して、熱可塑性樹脂からなる押出絶縁層を形成することで、絶縁電線が製造される。
有機溶媒等は、1種のみを単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの熱硬化性樹脂ワニスを塗布した導体は、常法にて、焼付炉で焼付けされる。具体的な焼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8mの自然対流式の竪型炉であれば、炉内温度400〜650℃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。
熱可塑性樹脂ワニスの有機溶媒は、上記熱硬化性樹脂ワニスにおいて挙げた有機溶媒が好ましい。
また、具体的な焼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、熱硬化性樹脂における条件で記載した条件が好ましい。
本発明の絶縁電線は、部分放電開始電圧(PDIV)が高く、絶縁破壊電圧(BDV)が高い。
なお、昇圧は50V/秒の割合で一様な速さとして、10pCの部分放電が発生した時点の電圧が部分放電開始電圧である。
この絶縁破壊電圧は、3kV以上であればよく、5kV以上がより好ましく、7kV以上がさらに好ましい。
絶縁破壊電圧の下限は、現実的には、0.5kV以下である。
本発明の絶縁電線は、コイルとして、発電機、電動機を含む各種電気・電子機器など、電気特性(耐電圧性)や耐熱性を必要とする分野に利用可能である。例えば、本発明の絶縁電線はモーターやトランス等に用いられ、高性能の電気・電子機器を構成できる。特にHV(Hybrid Vehicle)やEV(Electric Vehicle)の駆動モーター用の巻線として好適に用いられる。このように、本発明の絶縁電線をコイルとして用いた、電気・電子機器、特にHVおよびEVの駆動モーターを提供できる。なお、本発明の絶縁電線がモーターコイルに用いられる場合にはモーターコイル用絶縁電線とも称する。特に、上記の優れた特性を有する本発明の絶縁電線を加工したコイルにより、電気・電子機器のさらなる小型化または高性能化が可能になる。従って、本発明の絶縁電線は、近年の、小型化または高性能化が著しいHVやEVの駆動モーター用の巻線として好適に用いられる。
本発明の絶縁電線をコイル加工して形成したコイルとしては、特に限定されず、長尺の絶縁電線を螺旋状に巻き回したものが挙げられる。このようなコイルにおいて、絶縁電線の巻線数等は特に限定されない。通常、絶縁電線を巻き回す際には鉄芯等が用いられる。
ステータ30は、電線セグメント34が本発明の絶縁電線で形成されていること以外は従来のステータと同様の構成とすることができる。すなわち、ステータ30は、ステータコア31と、例えば、図3に示されるように本発明の絶縁電線からなる電線セグメント34がステータコア31のスロット32に組み込まれ、開放端部34aが電気的に接続されてなるコイル33とを有している。ここで、電線セグメント34は、スロット32に1本で組み込まれてもよいが、好ましくは図3に示されるように2本一組として組み込まれる。このステータ30は、上記のように曲げ加工した電線セグメント34を、その2つの末端である開放端部34aを互い違いに接続してなるコイル33が、ステータコア31のスロット32に収納されている。このとき、電線セグメント34の開放端部34aを接続してからスロット32に収納してもよく、また、絶縁セグメント34をスロット32に収納した後に、電線セグメント34の開放端部34aを折り曲げ加工して接続してもよい。
具体的には、以下の通りである。
ステータコアのスロット内に入る部分は長辺の被覆の方が短辺より薄い線のみで構成され、ステータコアの円周方向の大きさを、効率を低下させることなく小型させることができる。また、スロット内の一部の線のみ長辺と短辺で被覆の厚さが異なるものを入れることでコイルエンド部での絶縁距離を保つためのスペーサとして使用できる。このようにすることで絶縁紙を除くことができ、結果としてモーターの小型化が可能となる。
本発明の絶縁電線は、コイルとして、発電機、電動機などの回転電機、各種電気・電子機器など、電気特性(耐電圧性)や耐熱性を必要とする分野に利用可能である。例えば、本発明の絶縁電線はモーターやトランス等に用いられ、高性能の回転電機、電気・電子機器を構成できる。特にハイブリッドカー(HV)や電気自動車(EV)の駆動モーター用の巻線として好適に用いられる。
以下に、使用した素材を示す。
(1)熱硬化性樹脂
・ポリイミド(PI)
比誘電率3.2のPI〔商品名:Uイミド、ユニチカ(株)社製、ワニス〕
・ポリアミドイミド(PAI)
比誘電率1.8の低εPAI〔商品名:HI406、日立化成(株)社製、ワニス〕
なお、これに気泡形成剤としてジエチレングリコールジメチルエーテル(沸点162℃)およびトリエチレングリコールジメチルエーテル(沸点216℃)を添加した。
比誘電率3.9のPAI〔商品名:HI406、日立化成(株)社製、ワニス〕
・ポリエーテルイミド(PEI)
比誘電率3.5のPEI〔商品名:ultem、SABIC社製〕
N−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解してワニス化して使用
・ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)
比誘電率3.1のPEEK〔商品名:キータスパイアKT−820、ソルベイスペシャリティポリマーズ社製〕
・ポリフェニレンスルフィド(PPS)
比誘電率3.3のPPS〔商品名:FZ−2100、DIC(株)社製〕
・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)
比誘電率2.1のPFA〔商品名:ネオフロン、ダイキン工業(株)社製〕
・ポリアミド(PA)
比誘電率12.0のPA66(ポリアミド66)〔商品名:レオナ1402S、旭化成(株)社製〕
・熱可塑性ポリイミド(TPI)
比誘電率3.1の熱可塑性PI〔商品名:オーラムPL450C、三井化学(株)社製〕
断面平角(長辺3.2mm×短辺1.5mmで、四隅の面取りの曲率半径r=0.3mm)の平角導体(酸素含有量15ppmの銅)を導体11として用いた。
ポリイミド(PI)ワニス〔商品名:Uイミド、ユニチカ(株)社製、比誘電率3.2〕を、導体11上に、断面形状が導体と相似形のダイスを使用して、導体11の表面に塗布し、炉内温度300〜500℃に設定した炉長5mの自然対流式焼付炉内を、通過時間5〜10秒となる速度で通過させ、これを数回繰り返すことで、厚さ60μmの熱硬化性樹脂からなるエナメル絶縁層を形成し、エナメル線を得た。
このようにして、導体上に、1層のエナメル絶縁層および1層の押出絶縁層からなる絶縁電線を製造した。
実施例1において、下記表1に記載の比誘電率の樹脂を使用し、エナメル絶縁層および押出絶縁層の厚さを下記表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして、導体上に、1層のエナメル絶縁層および1層の押出絶縁層からなる絶縁電線を製造した。
ポリイミド(PI)ワニス〔商品名:U−イミド、ユニチカ(株)社製、比誘電率3.2〕を、実施例1と同じ導体11上に、断面形状が導体と相似形のダイスを使用して、導体11の表面に塗布し、炉内温度300〜500℃に設定した炉長5mの自然対流式焼付炉内を、通過時間5〜10秒となる速度で通過させ、これを数回繰り返すことで、厚さ75μmの熱硬化性樹脂からなる第1のエナメル絶縁層を形成した。
このようにして、導体上に、2層のエナメル絶縁層および1層の押出絶縁層からなる絶縁電線を製造した。
実施例4において、下記表1に記載の比誘電率の樹脂を使用し、第1と第2のエナメル絶縁層および押出絶縁層の厚さを下記表1のように変更した以外は、実施例4と同様にして、導体上に、2層のエナメル絶縁層および1層の押出絶縁層からなる絶縁電線を製造した。
実施例4において、下記表1に記載の比誘電率の樹脂を使用し、第3のエナメル絶縁層を第1のエナメル絶縁層と同様に設け、第1〜第3のエナメル絶縁層および押出絶縁層の厚さを下記表1のように変更した以外は、実施例4と同様にして、導体上に、3層のエナメル絶縁層および1層の押出絶縁層からなる絶縁電線を製造した。
実施例4において、下記表1に記載の比誘電率の樹脂を使用し、第2の押出絶縁層を第1の押出絶縁層と同様に設け、第1と第2のエナメル絶縁層および第1と第2の押出絶縁層の厚さを下記表1のように変更した以外は、実施例4と同様にして、導体上に、2層のエナメル絶縁層および2層の押出絶縁層からなる絶縁電線を製造した。
ポリアミドイミド(PAI)ワニス〔商品名:HI−406、日立化成(株)社製、比誘電率3.9〕を、実施例1と同じ導体11上に、断面形状が導体と相似形のダイスを使用して、導体11の表面に塗布し、炉内温度300〜500℃に設定した炉長5mの自然対流式焼付炉内を、通過時間5〜10秒となる速度で通過させ、これを数回繰り返すことで、厚さ50μmの熱硬化性樹脂からなる第1のエナメル絶縁層を形成し、導体上に、1層のエナメル絶縁層からなる絶縁電線を製造した。
実施例1において、下記表1に記載の比誘電率の樹脂を使用し、エナメル絶縁層および押出絶縁層の厚さを下記表1のように変更した以外は、実施例1と同様にして、導体上に、1層のエナメル絶縁層および1層の押出絶縁層からなる絶縁電線を製造した。
得られた各絶縁電線に対して、絶縁耐性、部分放電開始電圧(PDIV)、耐熱性およびノッチ付きエッジ曲げ耐圧を評価した。
なお、使用した樹脂の比誘電率は、以下のようにして測定した。
絶縁皮膜の比誘電率は、絶縁電線の静電容量を測定し、静電容量と導体および絶縁電線の外径から、下記式の関係に基づいて、算出した。静電容量の測定には、LCRハイテスタ〔日置電機(株)社製、型式3532−50〕を用いて、恒温槽中100℃で測定した。測定周波数は100Hzである。
L1およびL2は導体の直線部の長辺と短辺の長さ、rは導体コーナーの曲率半径、Tは絶縁皮膜の厚さである。
絶縁破壊電圧は、直状の絶縁電線に幅約10mmのアルミ箔を巻き付けて電極を設け、導体と電極間に50Hz正弦波の交流電圧を昇圧速度500V/秒で印加し、5mA以上の電流が流れたときの電圧実効値とした。これを5回行い、その平均値を算出した。平均値を絶縁皮膜の厚さで除した(÷)数値を絶縁耐力として、下記の評価基準により評価した。
◎:150V/μm以上
○:120V/μm以上150V/μm未満
△:100V/μm以上120V/μm未満
×:100V/μm未満
部分放電開始電圧の測定には、菊水電子工業(株)社製の部分放電試験機「KPD2050」(商品名)を用いた。2本の絶縁電線の長辺となる面同士を長さ150mmに亘って隙間がないように重ね合わせた試料を作製した。この2本の導体間に50Hz正弦波の交流電圧を加えることで測定した。昇圧は50V/秒の割合で一様な速さとして、10pCの部分放電が発生した時点の電圧波高値を読み取った。測定温度は100℃とし、所定の温度に設定した恒温槽に絶縁電線を入れ、温度が一定になった時点で測定した。
得られた結果を以下の評価基準で評価した。
◎:1800Vp以上
○:1500Vp以上1800Vp未満
△:1000Vp以上1500Vp未満
×:1000Vp未満
絶縁電線の耐熱性を以下のようにして評価した。
JIS C 3003エナメル線試験方法の、7.可撓性に従って巻き付けたものを、190℃に設定した高温槽へ投入した。1000時間静置した後の、エナメル絶縁層または押出絶縁層に亀裂の有無を目視にて調べ、以下の評価基準で評価した。
◎:亀裂なし
×:亀裂あり
以下のようにして、ノッチ付きエッジワイズ曲げ加工を行い、絶縁電線の絶縁破壊電圧(BDV)の測定を行った。
JIS C 3216−3:2011に規定された「巻付け試験」に準じて、ノッチ付きエッジワイズ曲げ加工を行った。
上記の「巻付け試験」は、ノッチ付きエッジワイズ曲げ試験とも称し、絶縁電線のエッジ面の1つを内径面として曲げる曲げ方をいい、絶縁電線を幅方向に曲げる曲げ方ともいう。ここで、平角形状の絶縁電線の縦断面の短辺が軸線方向に連続して形成する面を「エッジ面」といい、平角線の縦断面の長辺が軸線方向に連続して形成する面を「フラット面」という。
なお、ノッチ付きエッジワイズ曲げ試験は、絶縁電線の巻き線加工時に作用し、また加工後に残留する機械応力による導体まで達する亀裂の発生防止効果を評価する試験である。
絶縁電線の絶縁破壊電圧は、前記ノッチ付きエッジワイズ曲げ試験後のサンプルを、絶縁破壊試験機を使用して、電圧を測定して評価した。
具体的には、絶縁電線の片側の端末を剥離した部分に接地電極を接続し、エッジワイズ曲げ試験を行なった部分を銅粒に埋め、この銅粒に高圧側電極を接続した。昇圧速度500V/秒で昇圧して、5mA以上の電流が流れたときの電圧を読み取った。これを5回行い、その平均値で絶縁破壊電圧を評価し、下記の評価基準により、評価した。
◎:7kV以上
○:5kV以上7kV未満
△:3kV以上5kV未満
×:3kV未満
ここで、「−」は、未使用、値が0、または対象とする層が存在しないため未評価であることを示す。
エナメル絶縁層と押出絶縁層を有する比較例2および3の絶縁電線は、いずれも絶縁耐力が劣った。
これに加えて、比較例2の絶縁電線は部分放電開始電圧(PDIV)が低く、耐熱性にも劣っていた。比較例3の絶縁電線はノッチ付きエッジワイズ曲げ耐圧の点で劣った。
比較例2の絶縁電線は、絶縁皮膜の比誘電率が高く、比誘電率の比率も高い。
比較例3の絶縁電線は、押出絶縁層の厚さが180μmで、絶縁層の最大厚さTmax100μm以下を大きく超えるものである。
比較例3の結果は、絶縁層の最大厚さ(Tmax)が100μmを越えることによって単位厚さ当たりの絶縁破壊電圧が劣ることと、絶縁層の絶縁材料の耐熱性が低いことに基づくものと考えられる。
11 導体
21 絶縁皮膜
22a エナメル絶縁層
22b 押出絶縁層
30 ステータ
31 ステータコア
32 スロット
33 コイル
34 電線セグメント
Claims (7)
- 前記熱硬化性樹脂が、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂およびポリエーテルイミド樹脂からなる群より選択される少なくとも1種の熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の絶縁電線。
- 前記熱可塑性樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン、変性ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミドおよびポリフェニレンスルフィドからなる群より選択される少なくとも1種の熱可塑性樹脂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。
- 前記積層された絶縁皮膜の積層数が4以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の絶縁電線からなることを特徴とするコイル。
- 請求項5に記載のコイルからなることを特徴とする電子・電気機器。
- 前記電子・電気機器が、発電機または電動機であることを特徴とする請求項6に記載の電子・電気機器。
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