JP2018092867A - コイル用絶縁電線および回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルを固定するためのワニス処理において十分な固定力を得ることができるとともに、耐熱性、曲げ特性が良好なコイル用絶縁電線を提供する。
【解決手段】コイル用絶縁電線は、複数本の被覆導線が撚り合わされてなる撚り線と、撚り線の周囲を囲むように設けられる被覆材とを有する。被覆導線は、導体素線と、前記導体素線の表面を覆うように設けられるポリイミドからなる絶縁被膜を有する。被覆材は、ポリエーテルエーテルケトンからなる。被覆材の内面と撚り線との間に隙間を有し、被覆材の内側部分における隙間の割合が３０〜５０％である。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、コイル用絶縁電線およびこれを用いた回転電機に関する。

回転電機は、ロータ軸に取り付けられるロータと、このロータの周囲に配置されるステータとを有する。ステータは、周方向に複数のスロットを有するステータコアと、このスロット内に少なくとも一部が配置されるステータコイルとを有する。

ステータコイルには、例えば、複数本の撚り線と、これらの撚り線の周囲を囲むように設けられる被覆材とからなるコイル用絶縁電線が用いられている。従来、被覆材として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂が用いられている。

近年、各種の車両に回転電機が使用されている。回転電機によれば、車両を駆動することができるとともに、車両の運動エネルギーを回生電力として回収することができる。また、エンジンと併用される場合、エンジンの始動等を行うこともできる。

車両用、特に、自動車用の回転電機については、耐振動性、耐衝撃性等に優れることが必要とされる。耐振動性、耐衝撃性等を向上させる方法として、例えば、ステータコアのスロット内にステータコイルが装着されたコイル装着体にワニスを含浸させて硬化させるワニス処理が挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、上記した被覆材にポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いたコイル用絶縁電線の場合、被覆材を構成するポリテトラフルオロエチレン樹脂がワニスをはじくことから、ワニス処理により十分な固定力を得ることができない。

また、コイル用絶縁電線には、ワニス処理により十分な固定力を得ることができるとともに、耐熱性、曲げ特性等が良好であることが必要とされる。例えば、駆動時には回転電機が高温になることから、このような高温時に被覆材が溶融しないことが必要とされる。また、コイルへの加工時に容易に曲げることができ、かつ被覆材に亀裂やシワが発生しないことが必要とされる。

特開２０１２−３９７１９号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、コイルを固定するためのワニス処理において十分な固定力を得ることができるとともに、耐熱性、曲げ特性が良好なコイル用絶縁電線を提供することを目的としている。

本発明のコイル用絶縁電線は、複数本の被覆導線が撚り合わされてなる撚り線と、撚り線の周囲を囲むように設けられる被覆材とを有する。被覆導線は、導体素線と、前記導体素線の表面を覆うように設けられるポリイミドからなる絶縁被膜を有する。被覆材は、ポリエーテルエーテルケトンからなる。被覆材の内面と撚り線との間に隙間を有し、被覆材の内側部分における隙間の割合が３０〜５０％である。

本発明のコイル用絶縁電線は、被覆材としてポリエーテルエーテルケトンが押出成形されたものを有する。これにより、コイルを固定するためのワニス処理において十分な固定力を得ることができるとともに、耐熱性、曲げ特性も良好にすることができる。

実施形態のコイル用絶縁電線を示す断面図である。 実施形態のコイル用絶縁電線の製造に用いる集合体を示す断面図である。 集合体の周囲に被覆材を設けた状態を示す断面図である。 実施形態の回転電機を示す断面図である。 図４に示す回転電機のステータコアを示す平面図である。 図４に示す回転電機のステータコアおよびステータコイルを示す断面図である。 曲げ特性の評価方法を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
なお、本発明は図面により何ら限定されるものではない。

図１は、本発明のコイル用絶縁電線の一実施形態を示す断面図である。
コイル用絶縁電線１０は、例えば、３本の撚り線１１と、これらの撚り線１１の周囲を囲むように設けられる被覆材１２とを有する。各撚り線１１は、複数本の被覆導線１３が撚り合わされてなる。また、各被覆導線１３は、導体素線１４と、この導体素線１４の表面を覆うように設けられる絶縁被膜１５とを有する。

［被覆導線１３］
導体素線１４としては、通常、円形状の断面を有するものが用いられる。なお、導体素線１４としては、必要に応じて、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、八角形状等の多角形状の断面を有するものを用いることもできる。

導体素線１４の直径は、必ずしも限定されるものではないが、０．１０〜１．００ｍｍが好ましく、０．１０〜０．９０ｍｍがより好ましく、０．１０〜０．８０ｍｍがさらに好ましく、０．０５〜０．７０ｍｍが特に好ましい。導体素線１４は、銅、アルミニウム、または、これらの合金等からなることが好ましい。機械的強度、導電率等の観点から、銅または銅合金がより好ましい。

絶縁被膜１５は、導体素線１４の表面を覆うように設けられる。絶縁被膜１５の厚さは、０．００５〜４０μｍが好ましい。０．００５μｍ以上であると、部分放電の開始電圧を十分に高くすることができる。また、４０μｍ以下であると、被覆導線１３の不必要な大型化を抑制することができる。

絶縁被膜１５は、ポリイミドからなることが好ましい。ポリイミドは、一般に、油類に対して耐性を有する。油類として、例えば、絶縁油、機械油、エンジンオイル、トランスミッションオイル等が挙げられる。絶縁被膜１５にポリイミドを用いることにより、車両用、特に、自動車用のコイルに好適なものとなる。

ポリイミドとしては、密着性、耐熱性等の観点から、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）４０〜７０モル％および無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）３０〜６０モル％からなる酸成分と、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）を含むジアミン成分とを反応させて得られるものが好ましい。

このようなポリイミドについては、酸成分中の３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）の割合が高くなるとともに無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）の割合が低くなると密着性が向上しやすく、特に、撚り線のように製造時の擦れにより加工傷が発生しやすいものに対して有利となる。

このため、酸成分は、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）４５〜７０モル％および無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）３０〜５５モル％からなることが好ましく、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物５０〜７０モル％および無水ピロメリット酸３０〜５０モル％からなることがより好ましく、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物５５〜７０モル％および無水ピロメリット酸３０〜４５モル％からなることがさらに好ましい。

ジアミン成分としては、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル以外の成分を併用することができる。このようなものとしては、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、２，４−ジアミノトルエン、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジメチル−１，１’−ビフェニル、４，４’−ジアミノ−３，３’−ジヒドロキシ−１，１’−ビフェニル、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル、３，３’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルホン、４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン、ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルホン等の芳香族ジアミンが挙げられる。

ジアミン成分は、密着性の観点から、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを８０モル％以上含むことが好ましく、９０モル％以上含むことがより好ましい。ジアミン成分は、特に、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルのみからなることが好ましい。

酸成分とジアミン成分とを反応させる溶剤としては、２−ピロリドン、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）のような非プロトン系極性溶剤、フェノール、クレゾール、キシレノール等のフェノール系溶剤等が挙げられる。

酸成分とジアミン成分とを反応させる際には、アミン類、イミダゾール類、イミダゾリン類等の反応触媒を使用してもよい。反応触媒は樹脂ワニスの安定性を阻害しないものが好ましい。

ポリイミドは、密着性向上剤を含有することができる。密着性向上剤としては、例えば、チアジアゾール、チアゾール、メルカプトベンズイミダゾール、チオフェノール、チオフォン、チオール、テトラゾール、ベンズイミダゾール、ブチル化メラミン、ヘテロ環状メルカプタン等が挙げられる。

被覆導線１３は、導体素線１４に、ポリイミドを形成することができる被膜用ワニスを塗布および焼き付けて絶縁被膜１５を形成することにより製造することができる。塗布方法としては、導体素線１４を被膜用ワニスに浸漬する方法が好ましい。

［撚り線１１］
撚り線１１は、複数本の被覆導線１３が撚り合わされたものであり、いわゆるリッツ線と呼ばれるものである。複数本の被覆導線１３を撚り合わせることにより、コイルとしたときの高周波特有の表皮効果および近接効果による交流抵抗の増大を抑制することができ、コイルの温度上昇を抑制することができる。

撚り線１１は、ほぐれた状態であることが好ましく、特に、ほぐれる前の撚り合わされていたときの状態に比べて被覆導線１３どうしの密着度が低下していることが好ましい。このように、撚り線１１がほぐれた状態にあり、被覆導線１３どうしの密着度が低下している場合、被覆材１２の内側における被覆導線１３の移動が容易になり、コイルへの加工時に容易に曲げることができる。

撚り線１１の断面形状、特に、ほぐれた状態での断面形状は、特に制限されるものではなく、楕円形状、多角形状、不定形状等が挙げられる。撚り線１１の断面形状としては、特に、被覆材１２の内側に含まれる全ての撚り線１１が均等に分布するような形状が好ましい。

撚り線１１は、例えば、被覆材１２の内側に３本設けられる。撚り線１１の本数が３本の場合、例えば、被覆材１２の中心軸を囲むように３本の撚り線１１がほぼ均等に設けられることが好ましい。なお、撚り線１１の本数は、３本に限定されるものではなく、例えば、１本でもよいし、２本でもよいし、４本以上でもよい。

撚り線１１の本数は、被覆導線１３どうしの密着度を低下させる観点から、２本以上が好ましく、３本以上がより好ましい。本数の上限は、コイル用絶縁電線１０に許容される直径、断面積等により決定される。撚り線１１の本数は、例えば、８本以下が好ましく、７本以下がより好ましく、６本以下がさらに好ましい。撚り線１１の本数を８本以下にすることによって、コイル径が大きくなることを避けることができる。

撚り線１１を構成する被覆導線１３の本数は、２本以上であればよく、撚り線１１の本数によっても異なるが、５本以上が好ましく、１０本以上がより好ましい。また、３０本以下が好ましく、２５本以下がより好ましい。

また、被覆材１２の内側に含まれる全ての被覆導線１３の合計した本数は、３０本以上が好ましく、４０本以上がより好ましく、５０本以上がさらに好ましい。また、１５０本以下が好ましく、１３０本以下がより好ましく、１００本以下がさらに好ましい。

［被覆材１２］
被覆材１２は、撚り線１１の周囲を囲むように設けられるものであり、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を押出成形したものである。ポリエーテルエーテルケトン樹脂の場合、ワニスをはじかないことから、コイルを固定するためのワニス処理において十分な固定力を得ることができる。

また、ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、ＵＬ７４６Ｂに規定される連続使用温度が２６０℃であり、耐熱性に優れている。さらに、ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、曲げ特性に優れており、折り曲げられたときの被覆材１２における亀裂やシワの発生を抑制することができる。

さらに、ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、比較的に硬いことから、撚り線１１の周囲を囲むように押出成形したときに、撚り線１１と撚り線１１との間に形成されていた隙間を潰すことなく維持することができ、結果として被覆導線１３どうしの密着度を低下させることができる。また、ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、難燃性、耐磨耗性、耐薬品性、電気絶縁性等についても、他の一般的な樹脂に比べて優れている。

被覆材１２の厚さは、１００〜４００μｍが好ましい。１００μｍ以上であると、撚り線１１を有効に保護することができるとともに、撚り線１１の周囲を囲むように押出成形したときに、撚り線１１と撚り線１１との間に形成されていた隙間を潰すことなく維持することができ、結果として被覆導線１３どうしの密着度を低下させることができる。また、４００μｍ以下であると、コイル用絶縁電線１０の不必要な大型化を抑制することができる。

［コイル用絶縁電線１０］
コイル用絶縁電線１０は、撚り線１１の周囲を囲むように被覆材１２が設けられたものである。コイル用絶縁電線１０の大きさは、特に制限されるものではないが、例えば、断面積が１５．００〜５５．００ｍｍ^２である。

コイル用絶縁電線１０は、被覆材１２の内面と撚り線１１との間、撚り線１１と撚り線１１との間、および撚り線１１を構成する被覆導線１３と被覆導線１３との間に隙間を有することが好ましい。これらの隙間を有することにより、被覆材１２の内側における被覆導線１３の移動が容易になり、コイルへの加工時に容易に曲げることができる。

被覆材１２の内側部分における隙間の割合は、３０〜５０％であることが好ましい。ここで、被覆材１２の内側部分における隙間の割合とは、具体的には、被覆材１２の内周面により囲まれた部分における隙間の割合である。また、隙間とは、被覆導線１３が存在していないために空間となっている部分であり、具体的には、被覆材１２の内周面と撚り線１１との間、撚り線１１と撚り線１１との間、および撚り線１１を構成する被覆導線１３と被覆導線１３との間の隙間が挙げられ、これらの全てが含まれる。

隙間の割合が３０％以上であると、十分な隙間があるために、誘電率が低下し、かつ被覆材１２の内側における被覆導線１３の移動が容易となる。隙間の割合は、３５％以上がより好ましい。また、隙間の割合が５０％以下であると、コイルへの加工時に隙間によってできてしまうシワの発生を防ぐことで外観不良を改善し、コイル用絶縁電線１０の不必要な大型化を抑制することができる。隙間の割合は、４５％以下がより好ましい。

隙間の割合を大きくする方法として、例えば、複数の撚り線１１を用いる方法が挙げられる。すなわち、ほぐれていない撚り線１１を複数本集合させることにより、これらの撚り線１１どうしの間に大きな隙間を形成することができる。したがって、複数本の撚り線１１を用いることにより、１本の撚り線１１を用いるときに比べて、隙間の割合を大きくすることができる。隙間の割合を大きくする観点から、撚り線１１の本数は、３本以上が好ましい。なお、３本以上の撚り線１１を用いる場合、３本以上の撚り線１１を集合させるときの配置によっても隙間の割合を調整することができる。

また、隙間の割合を調整する別の方法として、被覆材１２に比較的に硬い樹脂を用いる方法が挙げられる。被覆材１２に比較的に硬い樹脂を用いることにより、撚り線１１の周囲を囲むように押出成形したときの樹脂の変形を抑制することができ、撚り線１１と撚り線１１との間に形成されていた隙間を潰すことなく維持することができる。これにより、隙間の割合を大きくすることができる。比較的に硬い樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が挙げられる。

［製造方法］
コイル用絶縁電線１０は、例えば、以下のようにして製造することができる。以下では、図１に示されるような３本の撚り線１１を有するコイル用絶縁電線１０の製造について説明する。

まず、図２に示すように、３本の撚り線１１を集合させて集合体１６とする。このとき、撚り線１１として、ほぐれが発生しておらず、撚り合わされたままのものを用いることが好ましい。また、集合体１６としては、各撚り線１１が他の２本の撚り線１１と接触するように、かつ、各撚り線１１の中心が三角形の頂点に位置するように、各撚り線１１が配置されているものが好ましい。このような集合体１６によれば、撚り線１１と撚り線１１との間に大きな隙間を形成することができる。

集合体１６の製造後、図３に示すように、集合体１６の周囲にポリエーテルエーテルケトン樹脂を押出成形して被覆材１２を形成する。ポリエーテルエーテルケトン樹脂によれば、比較的に硬いことから、撚り線１１の周囲を囲むように押出成形したときに、撚り線１１と撚り線１１との間に形成されていた隙間を潰すことなく維持することができる。

被覆材１２の形成後、被覆材１２の内部に隙間が形成されていることにより、自然に、各撚り線１１がほぐれた状態となり、ほぐれる前の撚り合わされていたときの状態に比べて被覆導線１３どうしの密着度が低下する。これにより、図１に示すようなコイル用絶縁電線１０を製造することができる。

［回転電機］
コイル用絶縁電線１０は、被覆材１２がポリエーテルエーテルケトン樹脂からなるために、コイルを固定するためのワニス処理において十分な固定力を得ることができるとともに、耐熱性、曲げ特性等にも優れており、回転電機に好適に用いられる。

図４は、コイル用絶縁電線１０を使用した回転電機の一実施形態を示す断面図である。図５は、図４に示される回転電機のステータコアを示す平面図である。図６は、図４に示される回転電機のステータコアおよびステータコイルの断面図である。なお、図６においては、図中左右方向が周方向であり、図中上下方向がステータコアの内外方向であり、図中上側がステータコアの内側、図中下側がステータコアの外側となる。

図４に示されるように、回転電機２０は、ケース２１の中央付近に出力軸であるロータ軸２２が保持されている。ロータ軸２２には、回転子であるロータ２３が固定されている。ロータ２３の周囲には、固定子であるステータ２４が配置されている。

ロータ２３は、例えば、電磁鋼板が積層されたロータコアと、このロータコアに設けられた複数の永久磁石とから構成されている。ロータ２３は、ステータ２４から受ける回転磁界により回転エネルギーを発生させる。

ステータ２４は、例えば、電磁鋼板が積層されたステータコア２５と、このステータコア２５に設けられたステータコイル２６とを有する。ステータコイル２６は、コイル用絶縁電線１０からなる。

図５に示されるように、ステータコア２５は、全体として円環状を有する。ステータコア２５の内側には、周方向に複数のティース２５ａが設けられている。そして、これらのティース２５ａの間に空間部であるスロット２５ｂが設けられている。

図６に示されるように、ステータコイル２６は一部がスロット２５ｂに収容されるようにして設けられている。ステータコイル２６は、例えば、スロット２５ｂの底部からコイル用絶縁電線１０が順次積層されるようにして構成されている。

ステータ２４には、ワニス処理が行われることにより、スロット２５ｂとステータコイル２６との間にワニス２７が含浸されて硬化されるとともに、ステータコイル２６を構成するコイル用絶縁電線１０どうしの間にワニス２７が含浸されて硬化されている。ワニス２７により、スロット２５ｂとステータコイル２６とが固定されるとともに、ステータコイル２６を構成するコイル用絶縁電線１０どうしが固定される。

ワニス処理により、耐振動性、耐衝撃性を向上させることができる。また、大気中の水分、塵、ほこり、ガス、その他の有害な物質の浸入を抑制することができる。さらに、金属部分の腐食を抑制することができる。このようなワニス２７としては、各種の合成樹脂を使用することができる。

既に説明したように、コイル用絶縁電線１０は、被覆材１２がポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる。ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、ワニス２７をはじかないことから、スロット２５ｂとステータコイル２６との固定を十分に行うことができる。これにより、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を用いたときよりも、回転電機２０の耐振動性、耐衝撃性を向上させることができる。

また、ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、ＵＬ７４６Ｂに規定される連続使用温度が２６０℃であることから、回転電機２０の耐熱性を向上させることができる。さらに、ポリエーテルエーテルケトン樹脂は、曲げ特性に優れていることから、折り曲げられたときの被覆材１２における亀裂やシワの発生を抑制することができ、回転電機の生産性、信頼性を向上させることができる。

回転電機２０は、耐振動性、耐衝撃性、耐熱性等に優れることから、車両用、特に、自動車用として用いられることが好ましい。自動車として、ハイブリッド自動車、電気自動車が挙げられる。回転電機２０は、これらの自動車における発電機および電動機のいずれに用いられてもよいが、駆動用モータとして用いられることが好ましい。

回転電機２０、特に、ステータ２４は、以下のように製造することができる。まず、ステータコア２５のスロット２５ｂにコイル用絶縁電線１０からなるステータコイル２６を装着してコイル装着体を製造する。その後、コイル装着体に対してワニス処理を行う。

ワニス処理は、以下のようにして行うことができる。まず、コイル装着体を中心軸が水平となるように配置する。そして、コイル装着体を中心軸の周りに回転させながら、コイル装着体の内側に含浸用ワニスであるワニス２７を供給する。これにより、重力と遠心力とにより、スロット２５ｂとステータコイル２６との間にワニス２７が含浸されるとともに、ステータコイル２６を構成するコイル用絶縁電線１０どうしの間にワニス２７が含浸される。含浸後、加熱によりワニスを硬化させる。加熱は、ステータコイル２６に通電することで実行してもよいし、加熱炉にコイル装着体を収容した状態で実行してもよい。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。

例えば、図示しないが、コイル用絶縁電線１０は、６本の撚り線１１を有するものでもよい。６本の撚り線１１を有する場合、例えば、１本の撚り線１１が中心に配置され、この撚り線１１の周囲に残りの５本の撚り線１１が均等に配置される。具体的には、中心に配置される撚り線１１が略５角形状となり、この略５角形状の各辺に残りの５本の撚り線１１が配置される。

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。
なお、本発明はこれらの実施例に何ら限定されない。

［実施例１］
実施例１のコイル用絶縁電線として、図１に示されるように、３本の撚り線の周囲に被覆材が設けられたコイル用絶縁電線を製造した。ここで、３本の撚り線は、それぞれ、導体素線の表面が絶縁被膜により覆われた被覆導線を１８本撚り合わせたものとした。

また、絶縁被膜は、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）および無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）からなる酸成分と、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）を含むジアミン成分とを反応させて得られるポリイミド樹脂（ＰＩ）とし、酸成分中、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）を４０モル％とし、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）を６０モル％とした。また、被覆材は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）とし、押出成形により形成した。

以下、実施例１のコイル用絶縁電線の製造方法について具体的に説明する。
まず、絶縁被膜の形成に用いるポリイミド樹脂ワニスを製造した。すなわち、攪拌機、窒素流入管、および加熱冷却装置を備えたフラスコ内に、酸成分として、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）０．４モル、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）０．６モル、ジアミン成分として、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（ＤＤＥ）１．０２モルを投入した。その後、溶媒としてのＮ−メチル−２−ピロリドン、増粘剤等を投入して、窒素雰囲気下で２時間反応させた。これにより、絶縁被膜の形成に用いるポリイミド樹脂ワニスを製造した。

このようにして製造されたポリイミド樹脂ワニスに導体素線を浸漬した後、この導体素線の表面に塗布された被膜用ワニスを焼き付けた。これにより、導体素線の表面が厚さ２０μｍの絶縁被膜により覆われた被覆導線を製造した。ここで、導体素線は、直径０．４ｍｍの円形状の断面を有する銅線とした。

このようにして製造された１８本の被覆導線を撚り合わせて撚り線とした。さらに、このようにして製造された撚り線を３本集合させて集合体とした。集合体においては、図２に示すように、各撚り線が他の２本の撚り線と接触するように、かつ、各撚り線の中心が三角形の頂点に位置するように、各撚り線の配置を調整した。ここでは、各撚り線が第１のピッチ幅ａで並ぶように、各撚り線を配置した。なお、撚り線のピッチ幅は、撚り線を撚る装置において回転フライヤーの回転数と撚り線を送り込むスピードとを調整することで調整される。その後、集合体の周囲にポリエーテルエーテルケトン樹脂を押出成形することにより、集合体の周囲に厚さが０．３ｍｍの被覆材を形成した。押出成形では、第１のダイス径ａである金型を用いた。これにより、コイル用絶縁電線を製造した。

なお、このようなコイル用絶縁電線においては、被覆材の形成後、３本の撚り線がいずれもほぐれた状態となり、被覆材の内面と撚り線との間、撚り線と撚り線との間、および撚り線を構成する被覆導線と被覆導線との間に隙間が形成された。

［実施例２〜７］
表１に示すように、絶縁被膜を構成するポリイミド樹脂（ＰＩ）の組成、特に、酸成分の組成を変更したことを除いて、実施例１と同様にしてコイル用絶縁電線を製造した。

なお、実施例６については、酸成分として、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）、および３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）の３成分を用いた。

また、実施例７については、酸成分として、無水ピロメリット酸（ＰＭＤＡ）および３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）の２成分を用いた。

［比較例１］
被覆材をポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）に変更したことを除いて、実施例３と同様にしてコイル用絶縁電線を製造した。

［比較例２］
被覆材をポリエチレン樹脂（ＰＥ）に変更したこと、および、各撚り線のピッチ幅について第１のピッチ幅ａよりも狭い第２のピッチ幅ｂにしたことを除いて、実施例３と同様にしてコイル用絶縁電線を製造した。

［比較例３］
被覆材をポリエチレン樹脂（ＰＥ）に変更したこと、および、各撚り線のピッチ幅について第１のピッチ幅ａよりも広い第３のピッチ幅ｃにしたことを除いて、実施例３と同様にしてコイル用絶縁電線を製造した。

［比較例４］
絶縁被膜をポリウレタン樹脂（ＰＵ）に変更したことを除いて、実施例３と同様にしてコイル用絶縁電線を製造した。

［比較例５］
被覆材の形成方法を、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）を塗布する方法に変更したことを除いて、実施例３と同様にしてコイル用絶縁電線を製造した。

［比較例６］
被覆材を押出成形で形成する際に、第１のダイス径ａよりも小さい第２のダイス径ｂの金型を用いたことを除き、実施例３と同様にしてコイル用絶縁電線を製造した。

［比較例７］
被覆材を押出成形で形成する際に、第１のダイス径ａよりも大きい第３のダイス径ｃの金型を用いたことを除き、実施例３と同様にしてコイル用絶縁電線を製造した。

次に、実施例および比較例のコイル用絶縁電線について、以下の評価を行った。

（絶縁被膜の耐熱性（軟化温度））
絶縁被膜の耐熱性に関して、「ＪＩＳ Ｃ ３２１６−６：２０１１」の「４．耐軟化」欄および「５．温度指数」欄の記載に基づいて評価した。具体的には、被覆導線を３０ｃｍずつ切り取り、２本の試験片を得た。２本の試験片をそれぞれ環状にして交差させて、おもりをつり下げて、恒温槽に入れた。そして、試験片に交流電圧１００Ｖを加え、１分間当たり２℃の割合で試験片の温度を上昇させて、試験片を短絡させた。試験片が短絡したときの温度を、最も近い部分に固定した熱電対にて測定し、その測定温度を絶縁層の軟化温度とした。ここでは、短絡電流を、５〜２０ｍＡとして試験を行った。表中、「◎」は、軟化温度が４００℃以上であることを示し、「○」は、軟化温度が３５０℃以上４００℃未満であることを示し、「×」は、軟化温度が３５０℃未満であることを示す。

（絶縁被膜の密着性）
絶縁皮膜の密着性に関して「ＪＩＳ Ｃ ３２１６−３：２０１１」の「５．３ 急激伸長試験」欄の記載に基づいて評価した。具体的には、直線状の試験片（導体径０．３ｍｍ）を急激に伸長させて、破断させた。ここでは、１秒間当たり約４ｍの引張速さで伸長できる装置を用いて、標線間距離を２００〜２５０ｍｍとして試験を行った。伸長させた後、光学顕微鏡を用いて皮膜の亀裂及び皮膜の浮きの有無を観察した。なお、破断点から２ｍｍまでの範囲については、観察の対象外とした。表中「◎」は、皮膜の亀裂及び皮膜の浮きが無いあることを示し、「〇」は、皮膜の亀裂及び皮膜の浮きが５箇所以内であることを示す。

（被覆材の耐熱性）
ＵＬ７５８に基づいて被覆材の耐熱性を評価した。表中、「◎」は、ポリテトラフルオロエチレン相当の耐熱性が得られたことを示し、「×」は、ポリテトラフルオロエチレン相当の耐熱が得られなかったことを示す。

（被覆材の曲げ特性）
被覆材の曲げ特性については、下記に示す方法で評価した。具体的には、図７に示すように、丸棒４１を中心にコイル用絶縁電線４２を１８０度折り曲げて、折り曲げた部分の被覆材の外側部分における亀裂、および内側部分におけるシワの発生を調べた。なお、丸棒３１として、直径５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍの３種を用いた。表中、「◎」は、いずれの直径の丸棒３１においても亀裂およびシワのいずれも発生していないことを示し、「×」は、いずれかの直径の丸棒３１において亀裂またはシワの発生があったことを示す。

（隙間の割合）
被覆材の内側部分における隙間の割合を以下のようにして求めた。まず、コイル用絶縁電線をポリエステル系の冷間埋込樹脂に埋め込んで硬化させた。硬化後、冷間埋込樹脂に埋め込まれたコイル用絶縁電線を長手方向に対して垂直な方向に切断して試料とした。試料の切断面を研磨した後、倍率１００倍で被覆材の内側部分の断面積（被覆導線を含めた断面積）を測定した。また、倍率４００倍で被覆導線の断面積（１本あたり）を測定した。そして、下記式により被覆材の内側部分における隙間の割合を求めた。なお、下記式における被覆導線の本数は、被覆材の内側部分に含まれる被覆導線の総数である。表中、「ａ」は、隙間の割合が３０〜５０％の範囲内にあることを示し、「ｂ」は、隙間の割合が３０％未満であることを示し、「ｃ」は、隙間の割合が５０％より大きいことを示す。
隙間の割合［％］＝（１−（被覆導線の断面積×被覆導線の本数／被覆材の内側部分の断面積））×１００

（ワニスのはじき）
ワニスのはじきを評価する際には、コイル用絶縁電線に含浸用ワニスを含浸させた。ここでは、含浸用ワニスとして、液状のエポキシ樹脂ワニス（ソマール社製、製品名 エピフォーム（登録商標） Ｅ５３０）を使用した。そして、加熱することによって、含浸用ワニスを硬化させた。その後、コイル用絶縁電線において含浸用ワニスがはじいたか否かを目視で観察した。表中において、「◎」は、ワニスのはじきが無い場合を示しており、コイル用絶縁電線がコアのスロットに十分に固定されることを示唆している。これに対して、「×」は、ワニスのはじきが有る場合を示しており、コイル用絶縁電線がコアのスロットに十分に固定されないことを示唆している。

（総合評価）
上記評価、すなわち、絶縁被膜の耐熱性および密着性、被覆材の耐熱性および曲げ特性、隙間の割合、ワニスのはじきに基づいて、総合評価を行った。表中、「◎」は、全ての評価が「◎」であることを示し、「○」は、全ての評価が「◎」または「○」のいずれかであることを示し、「×」は、１以上の評価に「×」があることを示す。

表１から明らかなように、実施例１〜７のコイル用絶縁電線については、ワニスのはじきが無く、コイルを固定するためのワニス処理において十分な固定力を得ることができる。これとともに、実施例１〜７では、耐熱性、曲げ特性も良好になることがわかる。

一方、比較例１のコイル用絶縁電線のように、被覆材にポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を用いた場合、ワニスのはじきが有るので、コイルを固定するためのワニス処理において十分な固定力を得ることができないことがわかる。

また、比較例２および比較例３のコイル用絶縁電線のように、被覆材にポリエチレン樹脂（ＰＥ）を用いた場合、被覆材の耐熱性が低く、高温の使用環境下に耐えられないことがわかる。なお、隙間の割合が低くなる原因として、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）が柔らかく変形しやすいことが挙げられる。すなわち、撚り線の周囲を囲むようにポリエチレン樹脂（ＰＥ）を押出成形した場合、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）が撚り線と撚り線との間に形成されていた隙間に入り込むように変形することから隙間の割合が低くなる。この他に、比較例２の場合のように、撚り線のピッチ幅が狭い場合には、被覆材１２の内側部分における隙間の割合が３０％未満になるため、誘電率が低下せずに、被覆材１２の内側において被覆導線１３が移動しにくくなる。そして、比較例３の場合のように、被覆材１２の内側部分における撚り線のピッチ幅が広い場合には、隙間の割合が５０％より大きくなるため、コイルに加工する時にシワが発生して外観の不良が生ずる場合がある。

また、比較例４のコイル用絶縁電線のように、絶縁被膜にポリウレタン樹脂（ＰＵ）を用いた場合、絶縁被膜の耐熱性および密着性が十分でなくなることがわかる。

また、比較例５のコイル用絶縁電線のように、塗布する方法により被覆材を形成した場合、隙間の割合が低くなることがわかる。なお、隙間の割合が低くなる原因として、撚り線の周囲を囲むように被覆材の材料を塗布した場合、撚り線と撚り線との間に形成されていた隙間に被覆材の材料が入り込むために隙間の割合が低くなり、被覆材の内側において被覆導線が移動しにくくなる。その結果、本比較例では、コイルを加工する際に曲げられたときに、亀裂が発生しやすいので、十分な曲げ特性を得ることができない。

比較例６のコイル用絶縁電線のように、実施例３よりもダイス径が小さい金型を用いて被覆材を形成した場合には、被覆材１２の内側部分における隙間の割合が３０％未満になる。このため、本比較例では、被覆導線同士の密着度が高くなり、被覆材の内側において被覆導線が移動しにくくなる。その結果、比較例５の場合と同様に、コイルを加工する際に曲げられたときに、亀裂が発生しやすいので、十分な曲げ特性を得ることができない。

比較例７のコイル用絶縁電線のように、実施例３よりもダイス径が大きい金型を用いて被覆材を形成した場合には、隙間の割合が５０％より大きくなる。このため、被覆材の内側において被覆導線１３がない部分に、シワが発生する場合がある。その結果、本比較例は、十分な曲げ特性を得ることができない。

１０…コイル用絶縁電線、１１…撚り線、１２…被覆材、１３…被覆導線、１４…導体素線、１５…絶縁被膜、１６…集合体、２０…回転電機、２１…ケース、２２…ロータ軸、２３…ロータ、２４…ステータ、２５…ステータコア、２５ａ…ティース、２５ｂ…スロット、２６…ステータコイル、２７…ワニス、３１…押出部材、４１…丸棒、４２…コイル用絶縁電線

Claims (8)

1. 複数本の被覆導線が撚り合わされてなる撚り線と、前記撚り線の周囲を囲むように設けられる被覆材と、を有するコイル用絶縁電線であって、
   前記被覆導線は、導体素線と、前記導体素線の表面を覆うように設けられるポリイミドからなる絶縁被膜を有し、
   前記被覆材は、ポリエーテルエーテルケトンからなり、前記被覆材の内面と前記撚り線との間に隙間を有し、前記被覆材の内側部分における隙間の割合が３０〜５０％であることを特徴とするコイル用絶縁電線。
2. 前記撚り線を３〜８本有することを特徴とする請求項１記載のコイル用絶縁電線。
3. 前記絶縁被膜は、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物５０〜７０モル％および無水ピロメリット酸３０〜５０モル％からなる酸成分（ａ）と、ジアミン成分（ｂ）とからなるポリイミドを含むことを特徴とする請求項１または２記載のコイル用絶縁電線。
4. 前記絶縁被膜は、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物５０〜７０モル％および無水ピロメリット酸３０〜５０モル％を含むテトラカルボン酸成分（ａ）と、４，４’−ジアミノジフェニルエーテルを含むジアミン成分（ｂ）とからなるポリイミドを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のコイル用絶縁電線。
5. 前記被覆材の厚みは、１００〜４００μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のコイル用絶縁電線。
6. 前記絶縁被膜の厚みは、０．００５〜４０μｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のコイル用絶縁電線。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項記載のコイル用絶縁電線を有することを特徴とする回転電機。
8. 複数本の被覆導線が撚り合わされてなる撚り線と、前記撚り線の周囲を囲むように設けられた被覆材とを有し、前記被覆材の内面と前記撚り線との間に隙間が介在するコイル用絶縁電線の製造方法であって、
   前記被覆導線は、導体素線と、前記導体素線の表面を覆うように設けられるポリイミドからなる絶縁被膜とを有し、
   前記被覆材は、ポリエーテルエーテルケトンからなり、前記被覆材の内側部分における隙間の割合が３０〜５０％であり、
   押出成形によって前記被覆材を形成することを特徴とする、コイル用絶縁電線の製造方法。

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