JP5196532B2 - 平角電線 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電気車両やハイブリッド車両において採用されるモータコイルの作製に用いられる平角電線に関する。

一般に、モータコイルは、所定の断面形状を有する線状の導体とこの導体の表面を覆う絶縁皮膜とからなる絶縁電線を、必要回数だけ同心状や１層以上の螺旋状に巻回することによって構成されている。このような絶縁電線の一種として、例えば特許文献１に開示された真四角絶縁電線が知られている。この真四角絶縁電線は、断面形状が略正方形である導体と、該導体の外周に電着塗装法によって形成された第一絶縁層と、該第一絶縁層の外周にディッピング法によって形成された第二絶縁層とを有するものである。

この真四角絶縁電線は、第一絶縁層の表面に相対的に生じた凹凸がディッピングの膜形成特性に従って形成された第二絶縁層によって平坦化されることにより、コーナー部での絶縁層の厚みが薄くならず、導体占積率を低下させたり、導体占積率を確保するためには平坦部の耐電圧特性を極端に低くする必要がある。

ところで、車両に装備されるモータにおいては、インバータのスイッチングが行われた際に瞬間的に高い電圧が掛かると、図５に示すように、モータコイルを構成する電線の隣接した絶縁皮膜２、２間のギャップ部１１に電位差が発生し、そのギャップ部１１においてある条件を満たすと部分放電が発生する。図６の曲線１３は、一例として、絶縁皮膜２のコーナー部及び平坦部の厚みを１１０μｍ、絶縁皮膜２のコーナー部及び平坦部の比誘電率を３．５として、モータコイルにある電圧を印加した際のギャップ部１１における絶縁皮膜２、２間のギャップ距離と電位差との関係を計算した結果を示すものである。

部分放電は、絶縁皮膜２、２間のギャップ距離と電位差との関係（曲線１３）がパッシェン曲線（放電の起こる電圧に関するパッシェンの法則に基づいて算出されたギャップ距離と電位差の関係を示す曲線）１２よりも高電圧にあるときに発生することが知られており、この曲線１３がパッシェン曲線１２と接するときの印加電圧が部分放電開始電圧（以下、「ＰＤＩＶ」という。）となる。そのため、ＰＤＩＶ以上の電圧をモータコイルに印加すると、部分放電の発生により絶縁皮膜２が侵食され、やがては絶縁破壊に至るため、絶縁を確保するためには部分放電の発生を無くす（絶縁皮膜間のギャップ距離と電位差との関係（曲線１３）がパッシェン曲線１２と交わらない）ことが重要である。このように平角電線の平坦部においてはＰＤＩＶ以上となる最適な皮膜厚を確保しなければならない。

また、平角電線を用いて作製したコイルにおいては、隣接した平角電線間のコーナー部に導電異物が付着したときに導体１、５間に高電圧が加わると、導体異物３自体の電位が接触している平角電線側の導体５の電位に近くなるため、導体異物３と他方の導体１との間に通常時（導体異物３が付着していないとき）に対してより高い電圧が加わることになる。そのため、絶縁皮膜２の絶縁性能に影響を与えるＰＤＩＶが低下し、部分放電が発生し易くなる。よって、平角電線のコーナー部においても絶縁性能の向上が求められる。
特開２００６−２５２９４２号公報

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、平角電線におけるコーナー部の絶縁性能を向上させ得るようにすることを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決する本発明は、（１）断面形状が矩形の導体と、該導体の外周に被覆された外周面形状が矩形の絶縁皮膜とからなる平角電線において、前記絶縁皮膜は、コーナー部の厚みが平坦部の厚み以上に大きくされていると共に、前記コーナー部の誘電率が前記平坦部の誘電率よりも小さくされていることを特徴としている。

なお、本発明においては、導体のコーナー部を被覆する絶縁皮膜の部位を絶縁皮膜のコーナー部とし、導体の平坦部を被覆する絶縁皮膜の部位を絶縁皮膜の平坦部と定義する。

本発明の平角電線は、絶縁皮膜のコーナー部の厚みが平坦部の厚み以上に大きくされていると共に、コーナー部の誘電率が平坦部の誘電率よりも小さくされていることにより、コーナー部の絶縁性能が大幅に高められている。そのため、本発明の平角電線により作製されたコイルは、隣接した平角電線間のコーナー部に導電異物が付着した際にも、コーナー部において良好な絶縁性能が発揮されることによりＰＤＩＶの低下が抑制されるため、部分放電の発生が効果的に抑制される。これにより、部分放電による絶縁皮膜の破壊が回避される。

なお、絶縁皮膜のコーナー部の厚みが平坦部の厚みよりも大きくされている場合には、コーナー部の厚みが平坦部の厚みよりも確実に大きくされているので、コーナー部のより良好な絶縁性能を確保することが可能となるので好ましい。特に、絶縁皮膜の平坦部の厚みに対するコーナー部の厚みの比率を大きくするとよい。この比率を大きくすることによって、ＰＤＩＶを通常時（導体異物が付着していない時）と同等にすることが可能であるため、コーナー部の絶縁性能を通常時の絶縁性能と同等レベル以上にすることが可能となる。

本発明における導体は、その長手方向に垂直な断面形状が矩形のものであり、平角電線の芯線として利用可能なものであればよい。導体の材料としては、平角電線の芯線材料として従来より公知のものを採用することができ、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等が挙げられる。

本発明における絶縁皮膜は、導体の絶縁性を確保できるものであれば特に限定されることはなく、従来より公知の材料や製造方法を採用して形成することができる。絶縁皮膜としては、例えば、エナメル等を塗装する方法や熱可塑性を押し出し成形する方法が挙げられる。この絶縁皮膜は、単層構造に形成されていても、二層以上の複層構造に形成されていてもよい。絶縁皮膜が複層構造の場合には、コーナー部及び平坦部の厚みは、全部の層の厚みを総合した厚みである。一方、コーナー部及び平坦部の誘電率は、絶縁皮膜の各層を形成する材料の誘電率に依存するため、その部位での各層の厚みとの関係を考慮して適宜設定することができる。

本発明の好適な態様として、（２）上記（１）に記載の平角電線において、絶縁皮膜は、コーナー部の厚みが平坦部の厚みよりも大きくされている。このようにすれば、絶縁皮膜のコーナー部の厚みが平坦部の厚みよりも確実に大きくされているので、コーナー部のより良好な絶縁性能を確保することができる。

本発明の他の好適な態様として、（３）上記（１）に記載の平角電線において、前記絶縁皮膜は、第１絶縁層と第２絶縁層とからなり、前記第１絶縁層のコーナー部の厚みをｔ１とし、前記第２絶縁層のコーナー部の厚みをｔ２とし、前記第１絶縁層の平坦部の厚みをｔ３とし、前記第２絶縁層の平坦部の厚みをｔ４としたときに、ｔ１＋ｔ２≧ｔ３＋ｔ４、ｔ２／ｔ１＞ｔ４／ｔ３の条件を満たすと共に、前記第１絶縁層の誘電率が前記第２絶縁層の誘電率よりも大きくされている。

なお、本発明においては、導体のコーナー部を被覆する第１絶縁層の部位を第１絶縁層のコーナー部とし、導体のコーナー部を被覆する第２絶縁層の部位を第２絶縁層のコーナー部とし、導体の平坦部を被覆する第１絶縁層の部位を第１絶縁層の平坦部とし、導体の平坦部を被覆する第２絶縁層の部位を第２絶縁層の平坦部と定義する。

本発明においては、絶縁皮膜が第１絶縁層と第２絶縁層とからなる二層構造の場合においても、絶縁皮膜のコーナー部の厚みが平坦部の厚み以上に大きくされている状態が確保され、且つ絶縁皮膜のコーナー部の誘電率が平坦部の誘電率よりも小さくされている状態が確保されるので、絶縁皮膜のコーナー部の良好な絶縁性能を確保することができる。

本発明のその他の好適な態様として、（４）上記（３）に記載の平角電線において、第１絶縁層は導体の外周に被覆されたものであり、第２絶縁層は前記第１絶縁層の外周に被覆されたものとされている。このようにすれば、厚みが大きく誘電率が小さい第２絶縁層を、絶縁皮膜のコーナー部における外周側に位置するように配置できることから、絶縁皮膜のコーナー部の絶縁性能向上を有利に達成することができる。

本発明の更に他の好適な態様として、（５）上記（１）〜（４）の何れかに記載の平角電線において、導体及び絶縁皮膜のそれぞれのコーナー部外周面にはアールが設けられ、前記絶縁皮膜のコーナー部外周面の角Ｒが前記導体のコーナー部外周面の角Ｒよりも小さくされている。このようにすれば、絶縁皮膜のコーナー部の厚みを平坦部の厚みよりも確実に大きくすることができる。なお、本明細書において、コーナー部の角Ｒとは、コーナー部の外周面を形成する曲面の曲率半径（Ｒ）のことを言う。

本発明の更にその他の好適な態様として、（６）上記（１）〜（４）の何れかに記載の平角電線において、導体のコーナー部に面取り部が設けられている。このようにすれば、絶縁皮膜のコーナー部の厚みを確実に大きくすることができる。

本発明に係る平角電線は、絶縁皮膜のコーナー部の絶縁性能を大幅に高めることができるため、コーナー部の絶縁性能を向上することができる。そのため、本発明の平角電線を巻回して作製したコイルにおいては、隣接した平角電線間のコーナー部に導電異物が付着した際に、良好な絶縁性能を発揮してＰＤＩＶの低下を抑制することができ、部分放電による絶縁皮膜の破壊を効果的に回避することができる。また、平坦部の厚みに対するコーナー部の厚みの比率を大きくすることにより、ＰＤＩＶを通常時（導体異物が付着していない時）と同等にすることができるので、コーナー部の絶縁性能を通常時の絶縁性能と同等レベル以上にすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

〔実施形態１〕
図１は実施形態１に係る平角電線の断面図である。本実施形態の平角電線は、図１に示すように、断面形状が矩形の銅線よりなる導体１と、導体１の外周に被覆された第１絶縁層２ａと該第１絶縁層２ａの外周に被覆された第２絶縁層２ｂとからなる絶縁皮膜２とにより構成されている。導体１の４箇所の各コーナー部は、所定の曲率半径（Ｒ１）で形成された曲面とされている。

絶縁皮膜２の第１絶縁層２ａは、絶縁材料としてのエナメル（比誘電率ε：３．５）を塗装することにより形成されている。第１絶縁層２ａの４箇所の各コーナー部の外周面は、導体１の各コーナー部の角Ｒ１よりも大きい曲率半径（Ｒ２）で形成された曲面とされている。これにより、第１絶縁層２ａの各コーナー部の厚みｔ１が４箇所の各平坦部の厚みｔ３よりも小さくなるようにされている（ｔ１＜ｔ３）。

第２絶縁層２ｂは、絶縁材料としてエナメルよりも比誘電率が低い熱可塑性樹脂を押し出し成形することにより形成されている。第２絶縁層２ｂの４箇所の各コーナー部の外周面（絶縁皮膜２の各コーナー部外周面に相当する）は、導体１の各コーナー部の角Ｒ１よりも小さい曲率半径（Ｒ３）で形成された曲面とされている。これにより、第２絶縁層２ｂの各コーナー部の厚みｔ２が４箇所の各平坦部の厚みｔ４よりも大きくなるようにされている（ｔ２＞ｔ４）。

即ち、本実施形態の平角電線においては、二層構造にされている絶縁皮膜２のコーナー部全体の厚みＴ１（ｔ１＋ｔ２）が、絶縁皮膜２の平坦部全体の厚みＴ２（ｔ３＋ｔ４）以上に大きくなるようにされている（Ｔ１≧Ｔ２（ｔ１＋ｔ２≧ｔ３＋ｔ４））。具体的には、コーナー部全体の厚みＴ１（ｔ１＋ｔ２）は、絶縁皮膜２の平坦部全体の厚みＴ２（ｔ３＋ｔ４）の約２倍の大きさにされている。また、ｔ２／ｔ１＞ｔ４／ｔ３となる条件も満たしている。そして、絶縁皮膜２のコーナー部全体の誘電率ε１は、絶縁皮膜２の平坦部全体の誘電率ε２よりも小さくなるようにされている。

以上のように構成された本実施形態の平角電線は、電気車両等において採用されるモータコイルの作製に好適に用いられる。本実施形態の平角電線により作製されたコイルにおいては、図２に示すように、或る二つの平角電線の平坦部どうし及びコーナー部どうしが近接して対向した状態に配置されている。このコイルにおいて、一方の導体５側のコーナー部に導体異物３が付着したときに導体１、５間に高電圧が加わると、導体異物３自体の電位が接触している平角電線側の導体５の電位に近くなるため、導体異物３と他方の導体１との間に通常時（導体異物３が付着していないとき）に対してより高い電圧が加わることになる。

図３の曲線１４は、絶縁皮膜２のコーナー部の厚みと平坦部の厚みが略同じ場合において、導体異物３と他方の導体１の絶縁皮膜２との間のギャップ距離と電位差との関係を計算した結果を示すものである。図３に示されるように、このときの曲線１４はパッシェン曲線１２と大きく交わるため、ＰＤＩＶに換算するとＰＤＩＶは約３４％低下する。

これに対して、絶縁皮膜２の平坦部の厚みに対するコーナー部の厚みを１．４倍及び２．０倍に厚くしたときの絶縁皮膜２、２間のギャップ距離と電位差との関係を図３の曲線１５及び曲線１６に示す。図３に示すように、コーナー部の厚み比率を増加する程、ギャップ部１１の電位差は低下し、２．０倍にしたときは曲線１６がパッシェン曲線１２と接し、ＰＤＩＶを通常時（導体異物３が付着していない時）と同等にすることが可能となる。

本実施形態の平角電線の場合には、絶縁皮膜２の平坦部の厚みＴ２に対するコーナー部の厚みＴ１が約２．０倍に大きくされ、且つ絶縁皮膜２のコーナー部全体の誘電率ε１が平坦部全体の誘電率ε２よりも小さくされていることから、絶縁皮膜２、２間のギャップ距離と電位差との関係を示す曲線は曲線１６に相当している。よって、ＰＤＩＶを通常時と同等にできることが解る。

なお、絶縁皮膜をエナメル層（比誘電率ε：３．５）だけの単層構造とした場合には、導体異物３が付着した時の絶縁皮膜間のギャップ距離と電位差との関係を示す曲線は、図３において曲線１４よりも上方になる。

以上のように、本実施形態の平角電線は、絶縁皮膜２のコーナー部の厚みＴ１が平坦部の厚みＴ２以上に大きくされていると共に、絶縁皮膜２のコーナー部全体の誘電率ε１が平坦部全体の誘電率ε２よりも小さくされていることにより、コーナー部の絶縁性能が大幅に高められている。そのため、隣接した平角電線間のコーナー部に導電異物３が付着した際に、良好な絶縁性能を発揮してＰＤＩＶの低下を抑制することができ、部分放電による絶縁皮膜２の破壊を効果的に回避することができる。

特に、絶縁皮膜２のコーナー部の厚みＴ１が平坦部の厚みＴ２の約２倍の大きさに大きくされていることから、ＰＤＩＶを通常時（導体異物３が付着していない時）と同等にすることができるので、コーナー部の絶縁性能を通常時の絶縁性能と同等レベル以上にすることができる。

また、本実施形態においては、絶縁皮膜２が第１絶縁層２ａと第２絶縁層２ｂの二層構造とされ、絶縁皮膜２のコーナー部には、エナメル（第１絶縁層２ａ）よりも比誘電率の小さい熱可塑性樹脂により形成された第２絶縁層２ｂが外周側に配置されていることにより、絶縁皮膜２のコーナー部全体の誘電率ε１が平坦部全体の誘電率ε２よりも小さくされているため、絶縁皮膜のコーナー部の絶縁性能向上を有利に達成することができる。

また、絶縁皮膜２のコーナー部外周面の角Ｒが、導体１のコーナー部の角Ｒよりも小さくされているため、絶縁皮膜２のコーナー部の厚みＴ１を平坦部の厚みＴ２よりも確実に大きくすることができる。

なお、本実施形態の平角電線は、絶縁皮膜２が第１絶縁層２ａと第２絶縁層２ｂよりなる二層構造のものであるが、本発明の要旨である、コーナー部と平坦部との厚みの関係、及びコーナー部と平坦部との誘電率の関係を満たしていれば、絶縁皮膜２を単層構造にしたり、三層以上の複層構造にしてもよい。

〔実施形態２〕
図４は実施形態２に係る平角電線の断面図である。本実施形態の平角電線は、図１に示す実施形態１のものと基本的構成が同じであり、導体１の４箇所の各コーナー部に面取り部１ａ、…、１ａが設けられていることにより、絶縁皮膜２のコーナー部の厚みが平坦部の厚み以上に大きくされている点でのみ実施形態１のものと異なる。ここでの各面取り部１ａ、…、１ａは、導体１のコーナー部に内接する円の半径Ｒ４が、第２絶縁層２ｂのコーナー部の曲率半径（Ｒ３）よりも大きくなるように形成されている。これにより、各面取り部１ａ、…、１ａの十分な周方向長さが確保されている。

本実施形態の平角電線は、導体１の４箇所の各コーナー部に面取り部１ａ、…、１ａが設けられていることによって、面取り部１ａ、…、１ａが設けられていない場合に比べ、絶縁皮膜２のコーナー部の厚みをより確実に大きくすることができる。これにより、絶縁皮膜２のコーナー部の絶縁性能をより確実に高めることができ、本実施形態の場合にも、上記実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。なお、実施形態１と共通する部材については同じ符号を付すのみに止めて詳しい説明は省略する。

本発明の実施形態１に係る平角電線の断面図である。 本発明の実施形態１に係る平角電線で作製されたコイルにおいて、隣接した平角電線の一方の平角電線のコーナー部に導体異物が付着したときの状態を示す説明図である。 本発明の実施形態１に係る平角電線で作製されたコイルにおいて、絶縁皮膜の平坦部の厚みに対するコーナー部の厚みを変化させた場合の導体異物が付着したときの絶縁皮膜間のギャップ距離と電位差との関係を示すモデル線図である。 本発明の実施形態２に係る平角電線の断面図である。 コイルの隣接した電線間において部分放電の発生箇所を示す説明図である。 コイルにおいて絶縁皮膜間のギャップ距離と電位差との関係により部分放電の発生条件を示すモデル線図である。

符号の説明

１、５…導体
２…絶縁皮膜
２ａ…第１被覆層
２ｂ…第２被覆層
３…導体異物
１１…ギャップ部
１２…パッシェン曲線
１３…絶縁皮膜間のギャップ距離と電位差との関係を示す曲線
１４…コーナー部に導電異物が付着した時の絶縁皮膜間のギャップ距離と電位差との関係を示す曲線
１５…平坦部に対するコーナー部の皮膜厚が１．４倍の場合における導電異物付着時の絶縁皮膜間のギャップ距離と電位差との関係を示す曲線
１６…平坦部に対するコーナー部の皮膜厚が２．０倍の場合における導電異物付着時の絶縁皮膜間のギャップ距離と電位差との関係を示す曲線

Claims (5)

1. 断面形状が矩形の導体と、該導体の外周に被覆された外周面形状が矩形の絶縁皮膜とからなる平角電線において、
   前記絶縁皮膜は、コーナー部の厚みが平坦部の厚み以上に大きくされていると共に、前記コーナー部の誘電率が前記平坦部の誘電率よりも小さくされていることを特徴とする平角電線。
2. 請求項１に記載の平角電線において、前記絶縁皮膜は、第１絶縁層と第２絶縁層とからなり、前記第１絶縁層のコーナー部の厚みをｔ１とし、前記第２絶縁層のコーナー部の厚みをｔ２とし、前記第１絶縁層の平坦部の厚みをｔ３とし、前記第２絶縁層の平坦部の厚みをｔ４としたときに、ｔ１＋ｔ２≧ｔ３＋ｔ４、ｔ２／ｔ１＞ｔ４／ｔ３の条件を満たすと共に、前記第１絶縁層の誘電率が前記第２絶縁層の誘電率よりも大きくされていることを特徴とする平角電線。
3. 請求項２に記載の平角電線において、前記第１絶縁層は前記導体の外周に被覆されたものであり、前記第２絶縁層は前記第１絶縁層の外周に被覆されたものであることを特徴とする平角電線。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の平角電線において、前記導体及び前記絶縁皮膜のそれぞれのコーナー部外周面にはアールが設けられ、前記絶縁皮膜のコーナー部外周面の角Ｒが前記導体のコーナー部外周面の角Ｒよりも小さくされていることを特徴とする平角電線。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の平角電線において、前記導体のコーナー部に面取り部が設けられていることを特徴とする平角電線。