JP2021141303A - 絶縁電線及びコイル - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る絶縁電線10は、図1、図4〜図7に示すように、導体1と、導体1の外周に設けられた絶縁被覆2,3とを有するコイル用の絶縁電線10であって、コイルに巻いたときに、電圧が高くなって部分放電が発生しやすい部位用の厚い絶縁被覆3と、電圧が高くならずに部分放電が発生しづらい部位用の薄い絶縁被覆2とで構成され、厚い絶縁被覆3と薄い絶縁被覆2とが任意の間隔で繰り返し設けられている、ことに特徴を有する。こうした絶縁電線10を巻いて得られるコイル40は、図12のコイル構成展開図に示すように、電圧が高くなって部分放電が発生しやすい部位における絶縁電線10の絶縁被覆3が厚く、電圧が高くならずに部分放電が発生しづらい部位における絶縁電線10の絶縁被覆2が薄いように構成されている。
導体1は、絶縁電線10、特にコイル用の絶縁電線10の中心導体として適用されているものであれば特に限定されず、どのような種類の導体でもよく、材質や撚り構成も問わない。例えば、長手方向に延びる1本の素線で構成されたものでもよく、数本の素線を撚り合わせて構成されたものでもよいし、リッツ線として構成されたものであってもよい。素線は、良導電性金属であればその種類は特に限定されないが、銅線、銅合金線、アルミニウム線、アルミニウム合金線、銅アルミニウム複合線等の良導電性の金属導体、又はそれらの表面にめっき層が施されたものを好ましく挙げることができる。コイル用の観点からは、銅線、銅合金線が特に好ましい。めっき層としては、はんだめっき層、錫めっき層、金めっき層、銀めっき層、ニッケルめっき層等が好ましい。さらに、「導体」や「素線」は、絶縁・酸化防止用等のエナメル層等で覆われたものも、本発明で言う導体や素線に包含される。素線の断面形状も特に限定されないが、断面形状が円形又は略円形の線材であってもよいし、矩形形状であってもよい。
絶縁被覆2,3は、図1に示すように、導体1の外周に設けられている。絶縁被覆は、コイルに巻いたときに、電圧が高くなって部分放電が発生しやすい部位用の厚い絶縁被覆3と、電圧が高くならずに部分放電が発生しづらい部位用の薄い絶縁被覆2とで構成され、それらが任意の間隔で繰り返し設けられている。部分放電が発生しやすい部位の絶縁被覆3は、例えば渡り部での部分放電開始電圧を上昇させることができ、部分放電が発生しづらい部位の絶縁被覆2は、例えば占積率を悪化させずに高めることができる。
厚さ変化絶縁テープ20は、図1及び図2に示すように、薄い領域Bとなるテープ部21と、厚い領域Aとなるテープ部22とを所定の間隔で有している。この厚さ変化絶縁テープ20が導体1の外周に巻かれることにより、絶縁被覆2,3が導体1の外周に形成され、薄い絶縁被覆2と厚い絶縁被覆3とが任意の間隔で繰り返し設けられた絶縁電線10となる。詳しくは、図2に示すテープ部21が導体1の外周に巻かれることにより薄い絶縁被覆2を形成し、テープ部22が導体1の外周に巻かれることにより厚い絶縁被覆3を形成する。
厚さ一定絶縁テープ30は、図5及び図7に示すように、厚さ変化絶縁テープ20で巻いた上に、好ましくは逆向きに巻かれる一定厚さのテープであり、いわゆる接着層付きの樹脂テープが用いられる。この厚さ一定絶縁テープ30が厚さ変化絶縁テープ20の外周に巻かれることにより、絶縁被覆の外観を均一に且つ滑らかにすることとともに、厚さ変化絶縁テープ20を覆って保護することができる。厚さ一定絶縁テープ30は、接着層の側を厚さ変化絶縁テープ20の側にして巻かれている。
次に、図8〜図10を参照して巻き角度と巻き形態について説明する。図8は、厚さ変化絶縁テープ20の形態例を示す構成図である。図8(A)は、厚い領域Aとなるテープ部22と薄い領域Bとなるテープ部21との境界線19が厚さ変化絶縁テープ20の長手方向Xに直交する形態例であり、図8(B)は、テープ部22とテープ部21との境界線19が厚さ変化絶縁テープ20の長手方向Xに対して所定の角度θ2になっている形態例である。このように、角度θ2は、長手方向Xに対して直角としてもよいし、それ以下の角度(つまり、厚い領域Aとなるテープ部22と薄い領域Bとなるテープ部21との境界線19が、厚さ変化絶縁テープ20の長手方向Xに対して斜めになるように形成された場合の角度)としてもよい。
図4に示す第1実施形態の絶縁電線10Aは、導体1の外周に厚さ変化絶縁テープ20が1/2ラップで巻かれ、薄い絶縁被覆2と厚い絶縁被覆3とが繰り返されている形態である。なお、図11(A)は、厚さ変化絶縁テープ20を1/2ラップで巻いた形態である絶縁電線10Aの外観図である。図中、実線は厚さ変化絶縁テープ20の縁を示し、点線は厚さ変化絶縁テープ20の同一テープ内での段差を示している。
厚さ変化絶縁テープ20のテープ部21とテープ部22が導体1に対して巻回されることで、薄い絶縁被覆2と厚い絶縁被覆3を構成する。このとき、図4に示すように厚さ変化絶縁テープ20の縁部分が切り替わる部分ではわずかながら段差が生じている。
図5に示す第2実施形態の絶縁電線10Bは、導体1の外周に厚さ変化絶縁テープ20が1/2ラップで巻かれ、その厚さ変化絶縁テープ20の外周にさらに厚さ一定絶縁テープ30が1/3ラップで巻かれ、薄い絶縁被覆2と厚い絶縁被覆3とが繰り返されている形態である。厚さ変化絶縁テープ20の巻き方向と厚さ一定絶縁テープ30の巻き方向は、同じでも逆でもよいが、逆方向が好ましい。逆方向とした場合は、絶縁被覆厚さを均一に且つ滑らかにすることができる。なお、符号31はラップ部であり、符号32は非ラップ部である。なお、図11(B)は、最外層に厚さ一定絶縁テープ30を1/3ラップで巻いた形態である絶縁電線10Bの外観図である。図中、実線は厚さ一定絶縁テープ30の縁を示し、点線は厚さ一定絶縁テープ30の同一テープ内での段差を示している。
図6に示す第3実施形態の絶縁電線10Cは、導体1の外周に厚さ変化絶縁テープ20Aが1/2ラップで巻かれ、その厚さ変化絶縁テープ20Aの外周にさらに他の厚さ変化絶縁テープ20Bが1/3ラップで巻かれ、厚い絶縁被覆3と薄い絶縁被覆2とが繰り返されている形態である。この場合において、図6に示すように、他の厚さ変化絶縁テープ20Bが有する厚い領域Aが、既に形成された厚い絶縁被覆3の上に重なるように重ね巻きされている。こうすることにより、厚い絶縁被覆3をさらに厚くすることができる。この第3実施形態のように、複数の厚さ変化絶縁テープ20(20A,20B)が巻かれて厚い絶縁被覆3をさらに厚くすることができ、絶縁耐圧を高めた絶縁電線10とすることができる。
図7に示す第4実施形態の絶縁電線10Dは、導体1の外周に厚さ変化絶縁テープ20が2/3ラップで巻かれ、その厚さ変化絶縁テープ20の外周にさらに厚さ一定絶縁テープ30が1/3ラップで巻かれ、薄い絶縁被覆2と厚い絶縁被覆3とが繰り返されている形態である。厚さ変化絶縁テープ20が2/3ラップで巻かれることにより、3重巻きで重ね巻きされて形成される。こうすることにより、より厚い絶縁被覆3を形成することができる。重ね巻きは、4重巻き以上に重ねを多くすることが可能であるが、最大2/3ラップまでであれば、特に厚い絶縁被覆3で生じる巻き緩みや巻きずれが生じにくくすることができ、安定して製造を行うことができることから、3重巻き以下であることが好ましい。なお、2/3ラップは、厚さ変化絶縁テープ20及び/又は厚さ一定絶縁テープ30を2/3ずつ重ねながら巻き回すので、最終的には3重になる。
絶縁電線10の最外周には、押出樹脂からなる絶縁外被(図示しない)が必要に応じて設けられていてもよい。この絶縁外被は、図1に示す絶縁電線10の外周に設けられ、絶縁性があればその材質は特に限定されない。絶縁外被の構成樹脂としては、樹脂押出に適用されている種々のものを使用することができ、例えばPFA、ETFE、FEP等のフッ素系樹脂であってもよいし、塩化ビニル樹脂であってもよいし、ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂であってもよいし、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂であってもよい。絶縁外被の厚さは、例えば0.05〜1.0mm程度の範囲内とすることができる。なお、絶縁被覆2,3の識別性を異なる状態にしている場合には、押出樹脂は無着色の透明又は半透明の材料を用いることが好ましい。
図12は、本発明に係るコイル40の構成展開図である。コイル40は、上記した本発明に係る絶縁電線10を巻いて得られるものであって、電圧が高くなって部分放電が発生しやすい部位における絶縁電線10の絶縁被覆3が厚く、電圧が高くならず部分放電が発生しづらい部位における絶縁電線10の絶縁被覆2が薄い、ことを特徴とする。
実施例1の絶縁電線は、図4に示す第1実施形態の絶縁電線10Aであり、直径1.0mmの銅線の外周に、図3(A)に示す厚さ変化絶縁テープ20を巻いた絶縁電線10Aである。ここでは、絶縁電線10Aのテープ部22を着色する構成とする。
実施例2の絶縁電線は、図5に示す第2実施形態の絶縁電線10Bであり、直径1.0mmの銅線の外周に、図3(A)に示す厚さ変化絶縁テープ20と、厚さ一定絶縁テープ30とを巻いた絶縁電線10Bである。ここでは、絶縁電線10Bのテープ部22を着色する構成とする。
実施例3の絶縁電線は、図6の第3実施形態の絶縁電線10Cであり、直径1.0mmの銅線の外周に、図3(A)に示す厚さ変化絶縁テープ20を巻いた絶縁電線10Cである。ここでは、絶縁電線10Cのテープ部22を着色する構成とする。
実施例4の絶縁電線10Dは、図7に示す第4実施形態の絶縁電線10Dであり、直径1.0mmの銅線の外周に、厚さ変化絶縁テープ20と厚さ一定絶縁テープ30とを巻いた絶縁電線10Dである。ここでは、絶縁電線10Dのテープ部22を着色する構成とする。
実施例5の絶縁電線は、実施例3と同様の図6に示す第3実施形態の絶縁電線10Cと同様であるが、実施例5では厚さ変化絶縁テープ20を実施例3よりも薄くしている。その平均厚さと平均直径を表1に示した。
実施例6の絶縁電線は、実施例1と同様の図4に示す第1実施形態の絶縁電線10Aを作製した後、その外周に、ETFE樹脂からなる押し出し樹脂層を絶縁外被として設けた。その平均厚さと平均直径を表1に示した。
実施例7の絶縁電線は、実施例2と同様の図5に示す第2実施形態の絶縁電線10Bであるが、使用した厚さ変化絶縁テープ20として、図3(B)に示すいわゆるサンドイッチ構造の厚さ変化絶縁テープ20を用いた。ここでは、絶縁電線10Bのテープ部22を着色する構成とする。
比較例1は、絶縁被膜厚が0.04mmのワニスの焼付け被膜のエナメル線である。比較例2は、実施例2で用いたのと同じ厚さ一定絶縁テープ30を2つ用い、それぞれを逆方向に、1/2ラップで巻いた。厚さと外径を表1に示す。
実施例1〜7及び比較例1,2の絶縁電線について、部分放電電圧を測定した。サンプルは、JIS C3216−5の2個撚り形状とし、部分放電電圧の測定は、IEC60034−18に則り、アドフォクス(株)製のXT−350PB39bにて測定した。その結果を表1に示した。
実施例1の絶縁電線において、絶縁被覆の薄い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆よりも薄く、絶縁被覆の厚い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約1.5倍であり、部分放電開始電圧は比較例1に対して35%上昇した。実施例2の絶縁電線において、絶縁被覆の薄い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆と同等であり、絶縁被覆の厚い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約2倍であり、部分放電開始電圧は比較例1に対して53%上昇した。実施例3の絶縁電線において、絶縁被覆の薄い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆とほぼ同等であり、絶縁被覆の厚い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約2.8倍であり、部分放電開始電圧は比較例1に対して87%上昇した。実施例4の絶縁電線において、絶縁被覆の薄い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約1.5倍であり、絶縁被覆の厚い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約3.3倍であり、部分放電開始電圧は比較例1に対して135%上昇した。実施例5の絶縁電線において、絶縁被覆の薄い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約0.87倍であり、絶縁被覆の厚い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約1.5倍であり、部分放電開始電圧は比較例1に対して35%上昇した。実施例6の絶縁電線において、絶縁被覆の薄い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約1.8倍であり、絶縁被覆の厚い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約2.5倍であり、部分放電開始電圧は比較例1に対して73%上昇した。実施例7の絶縁電線において、絶縁被覆の薄い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆とほぼ同等であり、絶縁被覆の厚い部分は比較例1,2の絶縁電線の被覆の約2倍であり、部分放電開始電圧は比較例1に対して54%上昇した。
2 薄い絶縁被覆
3 厚い絶縁被覆
3a テーパー部
3b 本体部
10,10A〜10D 絶縁電線
19 厚い領域と薄い領域との境界線
20,20A,20B 厚さ変化絶縁テープ
21 薄い絶縁被覆となるテープ部(薄い領域)
22 厚い絶縁被覆となるテープ部(厚い領域)
23 基材テープ
24 貼り合わせテープ
25 着色された接着層
25a 接着層
26 接着層
27 カバーテープ
30 厚さ一定絶縁テープ
31 ラップ部
32 非ラップ部
A 厚い領域
B 薄い領域
S1 貼り合わせテープの面側
S2 基材テープの平面側
F1 基材テープの一方の主面
F2 基材テープの他方の主面
θ1 導体の長手方向に対する厚さ変化絶縁テープの巻き角度
θ2 厚さ変化絶縁テープの長手方向に対する厚い領域と薄い領域との境界線の角度
θ3 厚さ変化絶縁テープの境界線と導体の長手方向との角度
40 コイル構成
E1〜E9 円周導線部
PS1〜PS10 直線導線部
E1M〜E9M 円周導線部前部
KA1〜KA9 段差未成形部
E1N〜E9N 円周導線部後部
SS1,SS2 曲げ端部
Claims (14)
- 導体と、該導体の外周に設けられた絶縁被覆とを有するコイル用の絶縁電線であって、コイル形状に巻いたときに、電圧が高くなって部分放電が発生しやすい部位用の厚い絶縁被覆と、電圧が高くならずに部分放電が発生しづらい部位用の薄い絶縁被覆とで構成され、前記厚い絶縁被覆と前記薄い絶縁被覆とが任意の間隔で繰り返し設けられている、ことを特徴とする絶縁電線。
- 前記厚い絶縁被覆と前記薄い絶縁被覆は、厚い領域と薄い領域とを所定の間隔で有する厚さ変化絶縁テープが前記導体の外周に巻かれて形成されている、請求項1に記載の絶縁電線。
- 前記厚い絶縁被覆及び前記薄い絶縁被覆は、視認性が異なるよう構成されている、請求項1又は2に記載の絶縁電線。
- 前記厚さ変化絶縁テープは、基材テープと該基材テープの一方の主面上に貼り合わされた貼り合わせテープとで構成されている、又は、基材テープと該基材テープの一方の主面上に貼り合わされた貼り合わせテープと該貼り合わせテープを覆う形で該貼り合わせテープ上にさらに貼り合わされたカバーテープとで構成されている、請求項2又は3に記載の絶縁電線。
- 前記厚さ変化絶縁テープは前記基材テープの一方の主面上及び前記貼り合わせテープ上、又は前記基材テープの他方の主面上に形成された接着層をさらに有し、
前記導体の外周に最初に巻かれている厚さ変化絶縁テープは、前記接着層を内側(導体側)又は外側にして巻かれており、さらにその上に設けられる他の厚さ変化絶縁テープは、前記貼り合わせテープ面側を内側にするとともに前記接着層を内側にして巻かれている、請求項4に記載の絶縁電線。 - 前記導体の外周に前記厚さ変化絶縁テープが巻かれ、該厚さ変化絶縁テープの外周にさらに他の厚さ変化絶縁テープ又は厚さ一定絶縁テープが重ねて巻かれ、前記厚い絶縁被覆と前記薄い絶縁被覆とが繰り返されている、請求項2〜5のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 前記厚さ変化絶縁テープが巻かれた上に、さらに他の厚さ変化絶縁テープが巻かれている場合において、前記他の厚さ変化絶縁テープが有する厚い領域が、既に形成された厚い絶縁被覆の上に重なるように重ね巻きされている、請求項6に記載の絶縁電線。
- 前記厚さ変化絶縁テープが巻かれた上に、さらに他の厚さ変化絶縁テープ又は厚さ一定絶縁テープが重ねて巻かれている場合において、前記他の厚さ変化絶縁テープ及び前記厚さ一定絶縁テープは、前記厚さ変化絶縁テープとの巻き方向を変えて重ね巻きされている、請求項5〜7のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 前記厚い絶縁被覆は、その両端部にテーパー部を有している、請求項1に記載の絶縁電線。
- 前記厚い絶縁被覆と前記薄い絶縁被覆は、厚い領域と薄い領域とを所定の間隔で有する厚さ変化絶縁テープが前記導体の外周に巻かれて形成されており、
前記厚さ変化絶縁テープは、前記厚い領域と前記薄い領域との境界線が該厚さ変化絶縁テープの長手方向に対して斜めに形成されている、請求項9に記載の絶縁電線。 - 前記導体の長手方向に対する前記厚さ変化絶縁テープの巻き角度をθ1とし、前記厚さ変化絶縁テープの長手方向に対する前記厚い領域と前記薄い領域との境界線の角度をθ2とし、前記厚さ変化絶縁テープの前記境界線と前記導体の長手方向との角度をθ3としたとき、前記θ1が10°〜60°の範囲内であり、前記θ2が10°〜90°の範囲内である、前記θ2が前記θ3よりも大きくなる方向に巻かれている、請求項10に記載の絶縁被覆。
- 前記θ3が0°である、請求項11に記載の絶縁被覆。
- 絶縁外被として押出樹脂層がさらに設けられている、請求項1〜12のいずれか1項に記載の絶縁電線。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の絶縁電線を巻いて得られるコイルであって、電圧が高くなって部分放電が発生しやすい部位における前記絶縁電線の絶縁被覆が厚く、電圧が高くならず部分放電が発生しづらい部位における前記絶縁電線の絶縁被覆が薄い、ことを特徴とするコイル。
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