KR101960973B1 - 내코로나성 절연 권선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 절연 권선(insulating winding wire)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 내코로나성이 우수할 뿐만 아니라 밀착성 및 유연성이 우수한 절연 피막을 갖는 내코로나성 절연 권선에 관한 것이다.

Description

내코로나성 절연 권선{Insulating winding wire having corona resistance}

본 발명은 절연 권선(insulating winding wire)에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 내코로나성이 우수할 뿐만 아니라 밀착성 및 유연성이 우수한 절연 피막을 갖는 내코로나성 절연 권선에 관한 것이다.

절연 권선은 변압기 등의 전자장치에 감는 피복 절연전선을 의미한다. 여기서, 상기 절연 권선의 도체는 주로 전도율이 높은 구리나 알루미늄을 사용하고, 대형 전기기기에는 평각형(flat type)의 것이 사용된다. 또한, 많이 사용되는 환형(round type) 권선은 지름이 0.025 내지 3.2mm인 구리선이다. 한편, 절연형식은 초기에는 절연 테이프 또는 실로 감은 것이 대부분이었으나, 화학공업의 발달과 더불어 에나멜선이 급속도로 증가되었다.

상기 에나멜선은 절연성 에나멜을 구리선의 표면에 반복적으로 입혀 고온으로 가열하여 만든 전선을 의미한다. 상기 에나멜선은 피막이 얇으면서도 절연성이 높고, 열적 안정성이 우수하며, 화학약품에도 잘 변성되지 않는 장점이 있다. 따라서, 상기 에나멜선은 주로 전자기력을 만드는 데 많이 이용되고, 전자기력을 이용한 전기기기인 변압기, 모터 등의 권선으로 널리 사용된다. 상기 에나멜선은 에나멜의 재료에 따라 포르말선, 폴리우레탄선, 폴리에스테르선, 내열합성 에나멜선, 유성 에나멜선 등이 있다.

상기 에나멜선을 비롯한 절연 권선을 고전압 환경의 모터 적용시 내코로나 특성 등이 불충분한 경우 절연 피막과 절연 피막 사이 또는 절연 피막 내부에 미세한 빈틈이 생겨 그 부분에 전계가 집중되는 코로나 현상으로 부분방전이 일어나게 된다.

상기 코로나 방전에 의해 생성된 하전 입자들의 충돌은 발열 및 절연 피막의 분해를 유발하고, 결과적으로 절연 파괴가 일어난다. 최근 에너지 절약으로 인해 인버터 모터(inverter motor) 등을 적용한 시스템이 활용되고 있는데, 이러한 시스템에서 인버터 서지(inverter serge)에 의한 절연 파괴가 일어나는 사례들이 많아지고 있다. 이러한 인버터 서지에 의한 절연 파괴 역시 인버터 서지에 의한 과전압이 코로나 방전을 일으키기 때문이라 판명되어 지고 있다.

이러한 절연 전선에 충분한 내코로나 특성을 부여하기 위하여 절연 피복 수지에 실리카, 이산화티타늄 등의 무기 절연 입자를 첨가한 에나멜선이 공지되어 있다. 상기 무기 절연 입자는 에나멜선에 내코로나성을 부여하는 것 이외에 열전도도의 향상, 열팽창의 감소 및 강도 향상에 기여한다.

다만, 상기 무기 절연 입자의 함량이 증가할수록 내코로나 특성은 향상되나 도체와 피막 간의 밀착성, 피막의 유연성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 절연 피막에 다량의 무기 절연 입자를 함유하는 권선을 전기기기의 코일에 적용할 경우 절연 피막에 다수의 균열이 발생하고 결과적으로 본래의 목적인 내코로나성의 효과를 발휘할 수 없게 되며, 이러한 문제는 상기 무기 절연 입자가 절연 피막 중 도체와 인접한 층에 존재할수록 두드러진다.

이와 같은 문제를 극복하기 위해, 다층 구조의 내코로나성 절연전선이 일반적으로 사용되고 있다. 도 1은 상기 다층 구조의 내코로나성 절연전선의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 다층 구조의 내코로나성 절연전선은 도체(1)와 상기 도체(1)를 감싸고 밀착성이 우수한 수지로 이루어진 기저층(2), 상기 기저층(2)을 감싸고 내열성, 기계적 강도가 우수한 수지에 무기 절연 입자(4)가 분산된 외각층(3) 및 상기 외각층(3)을 감싸고 권선의 매끄러운 표면을 위한 자기 윤활성 수지로 이루어진 최외각층(5)으로 구성된 절연 피막을 포함한다.

상기 종래 일반적인 다층 구조의 내코로나성 절연전선은 내코로나성이 특히 요구되는 상기 기저층(2)에 무기 절연 입자(3)를 포함하는 경우 상기 기저층(2)의 도체와의 밀착성 및 피막의 유연성이 저하되는 것을 회피하기 위해 상기 무기 절연 입자(3)를 상기 외곽층(4)에 포함한다. 또한, 상기 외각층(4)을 구성하는 수지 100 중량부를 기준으로 이에 분산된 무기 절연 입자(3)의 함량이 20 중량부 이하인 경우 내코로나성이 불충분하고, 25 중량부 초과인 경우 피막 유연성이 저하되어 신장시 균열 발생을 피할 수 없게 될 뿐만 아니라, 상기 무기 절연 입자가 침강하거나, 절연 전선의 표면이 거칠어지고 절연 내압 및 기계적 특성이 저하될 우려가 있다.

따라서, 내코로나성이 우수함에도 불구하고 도체와 절연 피막 사이의 밀착성 및 피막의 유연성이 일반 절연전선에 비해 저하되지 않는 절연 피막을 갖는 내코로나성 절연 권선이 요구되고 있다.

본 발명은 내코로나성이 우수한 절연 피막을 포함하는 내코로나성 절연 권선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 내코로나성이 우수한 동시에 도체와 절연 피막 사이의 밀착성 및 피막의 유연성이 우수한 절연 권선을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,

도체와, 상기 도체에 피복되는 기저층 및 상기 기저층에 피복되는 외곽층을 포함하는 절연 피막을 포함하고; 상기 기저층은 폴리비닐포르말 수지, 폴리우레탄 수지, 내열성 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 이미드 수지, 폴리아미드 이미드 수지, 폴리이미드 수지 및 폴리아미드 수지로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하고, 상기 수지 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부의 무기 절연 입자 및 1 내지 3 중량부의 밀착제를 포함하며, 두께가 상기 절연 피막 두께의 70 내지 80%이고; 상기 외곽층은 폴리비닐포르말 수지, 폴리우레탄 수지, 내열성 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 이미드 수지, 폴리아미드 이미드 수지, 폴리이미드 수지 및 폴리아미드로 수지 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하는; 내코로나성 절연 권선을 제공한다.

여기서, 상기 기저층은 폴리에스테르 이미드 수지를 포함하고, 상기 외곽층은 폴리아미드 이미드 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선을 제공한다.

또한, 상기 무기 절연 입자는 실리카, 알루미나, 이산화티탄, 지르코니아, 이트리아, 운모, 클레이, 산화크롬, 산화아연, 산화철, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스칸디늄 및 산화바륨으로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상인, 내코로나성 절연 권선을 제공한다.

한편, 상기 절연 피막은 상기 외곽층에 피복되고 자기 윤활성 수지를 포함하는 최외곽층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선을 제공한다.

여기서, 상기 자기 윤활성 수지가 자기 윤활성 폴리아미드 이미드인 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선을 제공한다.

또한, 상기 밀착제는 멜라민계 밀착제, 아민계 밀착제, 메르캅탄계 밀착제 및 폴리카르보디이미드 밀착제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 밀착제인 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선을 제공한다.

그리고, 상기 도체는 단면이 환형(round shape) 또는 평각형(flat shape)인 인 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선을 제공한다.

또한, 상기 도체의 단면은 직경이 0.3 내지 3.2mm인 환형(round shape)이고, 상기 절연 피막의 두께는 10 내지 103㎛인 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선을 제공한다.

본 발명에 따른 내코로나성 절연 권선은 절연 피막 중 도체와 접촉하는 기저층에 무기 절연 입자를 포함하고 상기 기저층의 두께를 증가시킴으로써 내코로나성을 부여하는 동시에 도체와 절연 피막 사이의 밀착성 및 피막의 유연성을 향상시킬 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명에 따른 내코로나성 절연 권선은 상기 기저층에 밀착성을 추가로 부여하는 밀착제를 추가로 포함함으로써 도체와 절연 피막 사이의 밀착성을 더욱 향상시키는 우수한 효과를 나타낸다.

나아가, 본 발명에 따른 내코로나성 절연 권선은 절연 피막 중 최외곽층을 자기윤활성 수지로 구성함으로써 권선의 표면이 매끄러운 우수한 효과를 나타낸다.

도 1은 종래 다층 구조의 내코로나성 절연 전선의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 내코로나성 절연 권선의 구조에 관한 하나의 실시예를 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 2는 본 발명에 따른 내코로나성 절연 권선의 구조에 관한 하나의 실시예를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 내코로나성 절연 권선은 환형(round shape) 도체(10)와 절연 피막(20)을 포함하고, 상기 절연 피막(20)은 무기 절연 입자(21)가 분산되어 있고 밀착성이 우수한 수지로 이루어져 있으며 상기 도체(10)와 접촉하는 기저층(22) 및 내열성, 기계적 특성 등이 우수한 수지로 이루어져 있고 상기 기저층(22)과 접촉하는 외곽층(23)을 포함하며, 권선의 매끄러운 표면을 위해 자기 윤활성 수지로 이루어진 최외곽층(24)을 추가로 포함하는 절연 피막을 포함한다.

상기 도체(10)와 절연 피막(20)의 두께 및 구조는 KS 표준(KS번호: KS C 3107)을 따를 수 있다. 상기 KS 표준에 따르면, 상기 도체(10)의 직경은 0.3 내지 3.2mm이며, 절연 피막(20)의 표준 피막두께(최대 피막두께와 최소 피막두께의 평균값)는 상기 도체(10)의 직경이 증가할수록 함께 증가하며, 구체적으로 2종이 10 내지 31㎛, 1종이 14 내지 169㎛, 0종이 21 내지 194㎛이다.

본 발명에 따른 내코로나성 절연 권선을 구성하는 도체의 형상은 상기 실시예에 도시된 예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, "통상의 기술자"라 한다)가 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 절연 권선의 용도에 따라 적절히 변경, 선택할 수 있다.

상기 도체(10)는 주로 전도율이 높은 구리나 알루미늄의 소재로 이루어지고, 바람직하게는 구리 소재로 이루어진다. 또한, 상기 절연 피막(20)은 일반적으로 후술하는 고분자 수지 등으로 이루어진다.

상기 절연 피막(20)을 형성하는 수지는 폴리비닐포르말 수지, 폴리우레탄 수지, 내열성 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 이미드 수지, 폴리아미드 이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지 등으로부터 선택되는 하나 이상의 수지가 사용될 수 있다.

나아가, 상기 절연 피막(20)은 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 서로 동일 또는 상이한 수지로 이루어진 다층 구조를 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 절연 피막(20) 중 도체(10)와 접촉하는 기저층(22)은 피막 유연성, 도체와의 밀착성 등이 우수한 폴리에스테르, 폴리에스테르 이미드 수지 등으로 이루어질 수 있고, 외곽층(23)은 유연성은 다소 부족하나 내열성, 기계적 강도 등이 우수한 폴리아미드 이미드 수지 등으로 이루어질 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 절연 권선이 권취되는 등 굴곡시 권선의 유연성, 도체와 절연 피막 사이의 밀착성, 권선의 기계적 강도를 동시에 만족시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 절연 권선은 상기 절연 피막(20,40) 중 외곽층(23,43)이 아닌 기저층(22)에 무기 절연 입자(21)를 포함함으로써 상기 절연 권선에 내코로나성을 효과적으로 부여할 수 있다. 상기 무기 절연 입자(21)는 실리카, 알루미나, 이산화티탄, 지르코니아, 이트리아, 운모, 클레이, 산화크롬, 산화아연, 산화철, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스칸디늄, 산화바륨 등으로부터 선택되는 하나 이상의 무기 절연 입자일 수 있다.

상기 무기 절연 입자(21)가 분산된 수지를 제조하는 방법은 이미 공지되어 있고, 예를 들어, 미국 특허 제6,403,890호에 개시된 볼-밀(ball-milling), 미국 특허 제4,493,873호에 개시된 고전단력 혼합(high shear mixing)의 기계적 방법, 미국 특허 제6,180,888호에 개시된 단순 교반, 일본 공개특허 제2003-36731호에 개시된 솔-겔(sol-gel) 방법 등을 이용할 수 있다.

또한, 상기 무기 절연 입자(21)가 내코로나성을 효과적으로 발휘하기 위해, 우수한 분산특성, 극미세 입자 크기, 바람직하게는, 4 내지 100nm의 나노입자, 높은 비표면적(BET), 바람직하게는, 100 내지 300㎡/g, 높은 순도, 바람직하게는, 95% 이상, 구형 입자 형상, 기공 부재 등이 요구되며, 이러한 특성들을 개선하는 다양한 방법이 이미 공지되어 있다.

예를 들어, 독일 특허 제4209964호는 수지 내에서 분산이 용이하도록 표면 개질된 무기 절연 입자, 예를 들어, 표면이 실란화된 무기 절연 입자를 개시하고 있다. 구체적으로, 상기 표면이 실란화된 무기 절연 입자는 톨루엔, 자일렌, 에탄올, 크레졸 등의 용매에 상기 무기 절연 입자를 첨가하여 혼합액을 만들고, 상기 혼합액에 아민계 실란, 페닐계 실란, 아닐린계 실란, 탄화수소 작용기를 갖는 실란 등의 실란 화합물을 첨가하여 반응시킴으로서 제조될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 무기 절연 입자(21)의 함량은 상기 무기 절연 입자(21)가 포함되는 수지 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부일 수 있다. 상기 무기 절연 입자(21)의 함량이 5 중량부 미만인 경우 내코로나성이 불충분하고, 15 중량부 초과인 경우 도체와 절연 피막 사이의 밀착성, 피막의 유연성 등이 저하될 수 있다. 나아가, 상기 무기 절연 입자(21)가 분산되는 상기 기저층(22)의 두께는 절연 피막(20) 전체 두께의 70 내지 80%일 수 있다.

즉, 상기 무기 절연 입자(21)는 내코로나성을 가장 효과적으로 발휘할 수 있도록 도체와 가장 인접한 상기 기저층(22)에 포함된다. 이러한 경우, 소량의 무기 절연 입자를 포함함에도 불구하고, 종래 기저층이 아닌 외곽층에 무기 절연 입자를 포함하는 다층 구조의 절연 전선에 비해 우수한 내코로나성을 발휘할 수 있다.

또한, 상기 무기 절연 입자(21)의 첨가에 의해 발생되는 상기 기저층(22)의 도체와의 밀착성 및 피막의 유연성 손상을 최소화 또는 제거하기 위해, 상기 기저층(22)의 두께를 종래 다층 구조의 절연전선을 구성하는 기저층의 두께(예를 들어, 절연 피막 전체 두께의 약 50%)에 비해 증가시킴으로써, 상기 기저층(22)을 구성하는 수지 100 중량부에 대한 상기 무기 절연 입자(21)의 중량비는 종래 절연전선에 포함되는 무기 절연 입자의 통상의 중량비(예를 들어, 외곽층 수지 100 중량부에 대해 20 내지 25 중량부)에 비해 낮은 5 내지 15 중량부로 낮추어 도체와 절연 피막 사이의 밀착성, 피막의 유연성 등을 향상시키는 동시에, 상기 기저층(22)에 포함되는 무기 절연 입자(21)의 절대량은 종래 절연전선에 포함되는 무기 절연 입자의 중량에 비해 크게 적지 않거나, 동일하거나 혹은 많게 하여 절연 권선의 내코로나성을 함께 향상시키는 우수한 효과를 발휘하게 된다.

도 2 및 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내코로나성 절연 권선의 절연 피막(20)은 자기 윤활성 수지로 이루어진 최외곽층(24)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 자기 윤활성이란 윤활제를 공급하지 않더라도 마찰 저항이 작은, 즉 표면이 매끄러운 특성을 의미하고, 상기 자기 윤활성 수지는 고분자 주쇄에 자기 윤활성 작용기를 도입함으로써 제조될 수 있다. 예를 들어, 트리멜리틱 안하이드라이드, 방향족 디이소시아네이트 및 아미노 실록산을 일정 당량비로 중합시켜 폴리아미드카바메이트를 중간체로 수득하고, 이를 이미드화시키고 점도조절용으로 방향족 탄화수소계 용제를 투입하는 방법으로 자기 윤활성 폴리아미드 이미드를 제조할 수 있다. 한편, 상기 최외곽층(24)은 폴리아미드 이미드 등의 수지에 에틸렌, 흑연 등의 자기 윤활제를 추가로 첨가함으로써 형성될 수도 있다. 여기서, 상기 자기 윤활제의 함량은 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 10 중량부일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 내코로나성 절연 권선은 절연 피막(20) 중 기저층(22)에 밀착제, 즉 밀착력 향상제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 밀착제는 기저층(22)과 도체(10)와의 밀착성을 추가로 향상시킴으로써 내코로나성이 효과적으로 발휘될 수 있도록 하는 효과를 나타낸다. 상기 밀착제는 부톡시 같은 알콕시 멜라민 수지 등의 멜라민계, 트리 알킬 아민 등의 아민계, 메르캅토 벤즈 이미다졸 등의 메르캅탄계, 폴리카르보디이미드 등의 밀착제로부터 선택될 수 있다. 상기 밀착제의 함량은 상기 기저층(22)을 구성하는 수지 100 중량부를 기준으로 1 내지 3 중량부일 수 있다.

아래 실시예 및 비교예에서 사용된 수지, 무기 입자 및 밀착제는 하기와 같다.

수지도료 1: 고형분 농도 39중량%인 폴리에스터 이미드(GPEI-39, 건설 화학)

수지도료 2: 고형분 농도 38중량%인 폴리아미드 이미드(GM-38K, 코멕)

수지도료 3: 자기 윤활성 폴리아미드 이미드 (KPAI-27S, 코멕)

무기 입자: 실리카

밀착제: 알콕시 멜라민계 밀착제

<실시예 1>

15kg의 수지도료 1에 무기 입자 292g(수지도료 중 고형분인 수지 100 중량부를 기준으로 약 5 중량부)과 밀착제 58.5g을 첨가한 후 고속교반기(JS-MILL; 엔씨텍)를 이용하여 믹싱함으로써 절연도료를 수득했다. 상기 무기 입자 분산 절연도료를 코팅/도포 장치(SICME NEV, 이태리)를 이용하여 직경 1.1mm인 환형 구리 도체 주위에 도포하고, 360 내지 560℃의 소부로에서 선속 32m/min으로 경화하여, 피막 두께가 30㎛가 되도록 기저층을 형성하였다. 수지도료 2 및 수지도료 3을 상기와 같은 방법으로 기저층에 차례로 코팅/도포하고 경화하여 피막 두께가 10㎛가 되도록 외곽층 및 최외곽층을 형성하였다. 결과적으로, 최종 피막 두께가 40㎛인 내코로나성 절연 권선을 제작하였다.

<실시예 2>

무기 입자를 585g(수지도료 중 고형분인 수지 100 중량부를 기준으로 약 10 중량부) 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 절연 권선을 제작하였다.

<실시예 3>

무기 입자를 878g(수지도료 중 고형분인 수지 100 중량부를 기준으로 약 15 중량부) 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 절연 권선을 제작하였다.

<비교예 1>

밀착제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 절연 권선을 제작하였다.

<비교예 2>

무기 입자를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 절연 권선을 제작하였다.

<비교예 3>

무기 입자를 176g(수지도료 중 고형분인 수지 100 중량부를 기준으로 약 3 중량부) 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 절연 권선을 제작하였다.

<비교예 4>

기저층의 두께를 20㎛로 하고 외곽층과 최외곽층의 총 두께를 20㎛로 형성한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 절연 권선을 제작하였다.

<비교예 5>

수지도료 1을 코팅/도포 장치(SICME NEV, 이태리)를 이용하여 직경 1.1mm인 환형 구리 도체 주위에 도포하고, 360 내지 560℃의 소부로에서 선속 32m/min으로 경화하여, 피막 두께가 30㎛가 되도록 기저층을 형성하였다. 15kg의 수지도료 2에 무기 입자 1012g(수지도료 중 고형분인 수지 100 중량부를 기준으로 약 25 중량부)을 첨가한 후 고속교반기(JS-MILL; 엔씨텍)를 이용하여 믹싱함으로써 절연 도료를 수득하였다. 상기와 같은 방법으로 상기 기저층에 무기 입자 분사 절연도료 및 수지도료 3을 차례로 코팅/도포하고 경화하여 피막 두께가 10㎛가 되도록 외곽층 및 최외곽층을 형성하였다. 결과적으로, 최종 피막 두께가 40㎛인 내코로나성 절연 권선을 제작하였다.

<피막 유연성 평가>

상기 실시예 및 비교예에서 각각 제작한 절연 권선의 시편을 정해진 일정한 지름을 갖는 연마된 멘드릴 주위에 30회 이상 연속 회전하여 감는다. 각각의 시편에 균열이 없는 경우 양호, 시편에 균열이 있는 경우 불량으로 판단한다.

<밀착성 평가>

상기 실시예 및 비교록예에서 각각 제작한 절연 권선의 시편을 정해진 일정 길이까지 재빨리 잡아 늘여 신장시킨다. 신장 후 각각의 시편에 균열이나 밀착 손실의 발생 여부를 기록한다. 구체적으로, 시편의 균열이 발생하는 경우 파단 지점에서 보이는 나도체의 길이를 수축길이로 기하고 파단 지점에서 도체와 절연 피막 사이의 뜸 길이를 피막뜸 길이로 기록했다.

<Peel Test>

상기 실시예 및 비교예에서 각각 제작한 절연 권선의 시편의 양 말단을 각각 고정 장치로 고정시킨다. 한쪽 고정 장치는 회전이 자유로우며 다른 한쪽은 회전이 자유롭지 않지만 축 방향으로 옮겨질 수 있으며, 회전되는 전선에 일정 부하를 인가 한다. 고정 후 절연 권선 축을 따라 한쪽 면의 코팅 피막을 벗겨 내고, 절연 피막의 균열이 생길때까지 절연 권선 축 방향으로 회전 시킨다. 최초 균열이 생길때의 회전 회수를 기록한다. 통상, 회전 회수가 100회 이상인 경우 양호하다.

<절연파괴 전압 평가>

상기 실시예 및 비교예에서 각각 제작한 절연 권선 시편 한쌍의 일말단에 정해진 일정한 하중 및 꼬임을 인가함으로써 두 줄로 꼬인 샘플을 제작한 후 시험 전압을 도체 사이에 인가하여 샘플의 절연 피막이 파괴되는 전압을 측정한다. 통상, 절연파괴 전압이 8000V 이상인 경우 양호하다.

<내연화성 평가>

상기 실시예 및 비교예에서 각각 제작한 절연 권선 시편 한쌍을 직각으로 서로 교차하도록 정해진 일정한 온도로 예열된 금속 블록에 삽입하고, 상기 금속 블록과 시편 사이에 정해진 교류 전압을 가한 후 온도를 올리면서 단락(short circuit)이 일어나는 온도를 측정한다. 통상, 단락이 일어나는 온도가 350℃ 이상인 경우 양호하다.

<내코로나성 평가>

상기 실시예 및 비교예에서 각각 제작한 절연 권선 시편 한쌍의 일말단에 정해진 일정한 하중 및 꼬임을 인가함으로써 두 줄로 꼬인 샘플을 제작한 후 샘플 양 말단에 20kHz 주파수와 2.0kVp의 사인 곡선을 띄는 전압을 인가하여 단락이 일어나는 시점까지의 시간(pulse endurance time)을 기록한다. 단락이 일어나는 시점까지의 상기 시간(pulse endurance time)이 2시간 이상인 경우 양호하다.

상기 실시예 및 비교예에 대한 평가결과는 아래 표 1에 기록되어 있다.

		실시예			비교예
		1	2	3	1	2	3	4	5
피막유연성		양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	불량
밀 착 성	피막균열	양호	양호	양호	양호	양호	양호	양호	균열
	수축길이(mm)	0.55	0.7	0.7	2.5	0.45	0.55	0.7	0.65
	피막뜸(mm)	1.25	1.35	1.75	1.5	1.25	1.25	1.75	1.25
Peel Test(회)		135	127	117	77	141	138	115	135
절연파괴전압(V)		12000	11000	11600	12500	8220	10500	10800	8720
내연화성(℃)		440	450↑	450↑	450↑	393	425	450↑	383
내코로나성(time)		2h15min	3h10min	7h30min	9h30min	10min	42min	1h50min	35min
판정		합격	합격	합격	불합격	불합격	불합격	불합격	불합격

상기 표 1에 기록된 바와 같이, 실시예 1 내지 3에서 제작된 절연 권선은 목적하는 내코로나성 뿐만 아니라 도체와 절연 피막 사이의 밀착성 및 피막의 유연성이 우수한 내코로나성 절연 권선이다.

본 발명에 따른 내코로나성 절연 권선(실시예 1 내지 3)은 종래의 일반적인 다층 구조로 이루어진 내코로나성 절연 권선(비교예 5)과 비교하여 밀착 특성을 유지하며 내코로나성 및 피막의 유연성이 개선되었음을 상기 표 1로부터 확인할 수 있다.

구체적으로, 실시예 1에서 제작된 절연 권선은 이의 기저층에 수지 100 중량부를 기준으로 무기 절연 입자가 5 중량부를 포함하나, 무기 절연 입자가 포함된 기저층의 두께가 비교예 5에서 무기 절연 입자가 포함된 외곽층의 두께에 비해 3배 이상 두꺼우므로, 기저층 피막 두께를 고려하면 15 중량부에 해당하는 무기 입자가 포함되어 있는 것이며, 전체 피막 두께 고려시 20 중량부 이상의 무기 입자를 함유한 비교예 5에 비해 실시예 1은 상대적으로 적은 함량의 무기 입자를 함유함에도 불구하고 무기 절연 입자가 도체와 접촉하는 기저층에 포함된 이유로 우수한 내코로나성을 발휘한다.

또한, 실시예 2 및 3에서 각각 제작된 절연 권선은 이의 기저층에 수지 100 중량부를 기준으로 무기 절연 입자가 각각 10 중량부 및 15 중량부를 포함하나, 무기 절연 입자가 포함된 기저층의 두께가 비교예 5에서 무기 절연 입자가 포함된 외곽층의 두께에 비해 3배 이상 두꺼우므로, 실제로 기저층에서의 30 중량부 및 45 중량부에 상당하는 중량의 무기 절연 입자가 포함되어 있는 것이며, 비교예 5에 비해 많은 함량의 무기 절연 입자의 함유 및 기저층에 포함된 이유로 우수한 내코로나성을 발휘할 뿐만 아니라, 단위 피막 면적당 함유하는 무기 절연 입자 수의 감소로 , 즉 피막 내 무기 절연 입자의 밀도 감소로 피막 유연성 특성이 우수하다.

그리고, 비교예 1에서 제작된 절연 권선은 기저층에 밀착제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 제조된 것이며, 내코로나성, 밀착성 및 피막유연성 등은 우수하나, 실시예 3에서 제작된 절연 권선에 비해 필(peel) 특성이 약간 불충분한 것으로 보인다.

반면, 비교예 2에서 제작된 절연 권선은 무기 절연 입자를 포함하지 않아 절연 피막의 도체와의 밀착성 및 유연성은 양호하나, 내코로나성이 취약한 문제가 있고, 비교예 3에서 제작된 절연 권선은 무기 절연 입자의 함량이 기저층을 구성하는 수지 100 중량부에 대해 5 중량부 미만인 3 중량부로서 내코로나성을 충분히 발휘하지 못하는 문제가 있다.

한편, 비교예 4에서 제작된 절연 권선은 기저층의 두께가 20㎛로 얇은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 제작된 것으로, 기저층 수지 100 중량부를 기준으로 무기 절연 입자가 10 중량부 포함되나, 상기 기저층의 두께가 얇기 때문에 실제로 포함되는 무기 절연 입자의 절대 중량은 실시예 2에서 제작된 절연 권선에 포함된 무기 절연 입자의 중량보다 작다. 이러한 이유로 비교예 4에서 제작된 절연 권선의 내코로나성은 불충분한 것으로 보인다. 뿐만 아니라 비교예 4를 전체 피막 두께를 고려하여 동일한 무기 절연 입자를 함유한 실시예 1과 비교 시, 실시예 1에서 제작된 절연 권선은 무기 절연 입자의 밀도가 적음에도 불구하고 무기 절연 입자를 함유한 기저층의 두께가 두껍다는 이유로 상대적으로 우수한 내코로나성을 발휘하는 것으로 보인다.

나아가, 비교예 5에서 제작된 절연 권선은 수지 100 중량부를 기준으로 무기 절연 입자를 20 중량부 이상 포함함에도 불구하고 상기 무기 절연 입자는 10㎛ 미만의 두께를 갖는 외곽층에 포함되어 실제로 포함되는 무기 절연 입자의 절대 중량은 실시예 2 내지 3에서 제작된 절연 권선에 포함된 무기 절연 입자의 중량보다 작다. 또한, 상기 무기 절연 입자가 도체와 인접하지 않은 외곽층에 포함됨으로 내코로나성을 효과적으로 발휘하기 어렵다. 이러한 이유로, 비교예 5에서 제작된 절연 권선은 내코로나성이 불충분한 것으로 보인다.

본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

10,30 : 도체 20,40 : 절연 피막

Claims (8)

1. 도체와, 상기 도체에 피복되는 기저층 및 상기 기저층에 피복되는 외곽층을 포함하는 절연 피막을 포함하고;
   상기 기저층은 폴리에스테르 이미드 수지를 포함하고, 상기 수지 100 중량부를 기준으로 5 내지 15 중량부의 무기 절연 입자 및 1 내지 3 중량부의 밀착제를 포함하며, 두께가 상기 절연 피막 두께의 70 내지 80%이고;
   상기 외곽층은 폴리비닐포르말 수지, 폴리우레탄 수지, 내열성 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 이미드 수지, 폴리아미드 이미드 수지, 폴리이미드 수지 및 폴리아미드로 수지 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 수지를 포함하고;
   상기 절연 피막의 두께는 40 내지 103㎛인,
   내코로나성 절연 권선.
2. 제1항에 있어서,
   상기 외곽층은 폴리아미드 이미드 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 무기 절연 입자는 실리카, 알루미나, 이산화티탄, 지르코니아, 이트리아, 운모, 클레이, 산화크롬, 산화아연, 산화철, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스칸디늄 및 산화바륨으로 이루어진 그룹으로부터 하나 이상인, 내코로나성 절연 권선.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 절연 피막은 상기 외곽층에 피복되고 자기 윤활성 수지를 포함하는 최외곽층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선.
5. 제4항에 있어서,
   상기 자기 윤활성 수지가 자기 윤활성 폴리아미드 이미드인 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 밀착제는 멜라민계 밀착제, 아민계 밀착제, 메르캅탄계 밀착제 및 폴리카르보디이미드 밀착제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 밀착제인 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 도체는 단면이 환형(round shape) 또는 평각형(flat shape)인 구리선인 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선.
8. 제7항에 있어서,
   상기 도체의 단면은 직경이 0.3 내지 3.2mm인 환형(round shape)인 것을 특징으로 하는, 내코로나성 절연 권선.

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