KR20230106929A - 다층 구조를 갖는 각형 권선 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다층 구조를 갖는 각형 권선에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 코로나 방전에서도 내구 수명이 증가한 다층 구조를 갖는 각형 권선에 관한 것이다. 본 발명에 따른 각형 권선은, 다층 구조를 포함하고, 상기 다층 구조 중 일부층(주절연층)을 화염 가수 분해 공정으로부터 제조된 실리카가 분산된 폴리이미드 수지를 포함하도록 함으로써, 보다 내코로나 방전성이 증대될 수 있고, 특히, 코로나 방전 시에 전선 자체 내구 수명이 향상되는 효과가 있다.

Description

다층 구조를 갖는 각형 권선{RECTANGULAR WINDING WIRE WITH MULTI-LAYER STRUCTURED}
본 발명은 다층 구조를 갖는 각형 권선에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은, 코로나 방전에서도 내구 수명이 증가한 다층 구조를 갖는 각형 권선에 관한 것이다.
일반적으로, 코로나 방전(corona discharge)이라 함은, 절연 전선이나 절연 케이블 등의 절연체 중에 생긴 미세한 틈에 전계가 집중되고 미약한 방전이 발생하는 것을 의미한다.
이러한 코로나 방전이 발생하면 절연 특성이 떨어지고 열화가 진행되어 절연 파괴가 발생할 수 있고, 특히 모터 등에 사용되는 코일(또는 트랜스포머), 구체적으로 절연 도료를 도체상에 도포하고 경화하여 피막이 형성된 에나멜선에 있어서 코로나 방전은 선간(피막과 피막 사이) 또는 피막과 절연체 사이에 발생하고, 하전된 입자들의 충돌에 의해 피막이 분해되고 발열되어 절연 파괴로 이어질 수 있다.
이와 같은 코로나 방전을 억제하기 위하여, 종전 선행기술들은 유기 용매에 용해된 내열성 수지 용액에 실리카, 티타니아와 같은 무기 절연 입자가 분산된 절연체가 사용된 에나멜선을 사용하거나, 또는 상기 무기 절연 입자 중 실리카를 내열성 수지에 분산시키는 방법으로서, 분말 형태의 실리카를 내열성 수지에 직접 첨가하는 방법, 졸 형태의 실리카(실리카졸, silica sol)를 내열성 수지와 혼합하여 사용하는 방법 등을 사용하였다.
다만, 분말 형태의 실리카를 사용하는 경우보다 실리카졸을 사용하는 경우에 내열성 수지와의 혼합이 용이하여 실리카가 고도로 분산된 절연 도료를 얻을 수 있으나, 이를 위하여 내열성 수지와 상용성이 좋은 실리카졸을 사용하여야 한다. 또한 상기 내열성 수지 용액으로서 용매에 분산된 폴리아미드이미드 수지를 사용하는 경우, 상기 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸 포름아마이드(DMF), N,N-디메틸 아세트아마이드(DMAc) 등이 사용될 수 있으며, 일반적으로는 과량의 NMP와 소량의 DMF 또는 알킬 벤젠을 혼합한 혼합 용매가 사용된다.
그런데, 상기 분말 형태의 실리카를 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 분산된 폴리아미드이미드 수지에 첨가하는 경우, 실리카가 응집되어 실리카의 분산성이 좋지 않은 절연 도료가 제조될 수 있다. 또한, 상기 실리카졸을 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 분산된 폴리아미드이미드 수지와 혼합하는 경우, N,N-디메틸 포름아마이드(DMF), N,N-디메틸 아세트아마이드(DMAc), 알코올 등의 유기 용매에 분산된 실리카를 실리카졸로 사용하는데 이러한 실리카졸은 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 분산된 폴리아미드이미드 수지와 상용성이 좋지 않다. 따라서 실리카가 응집되어 실리카의 분산성이 좋지 않은 절연 도료가 제조될 수 있다.
이와 같이 실리카의 분산성이 좋지 않은 절연 도료를 이용하여 피막을 형성할 경우 상기 피막은 내코로나 방전성(corona discharge-resistant)이 좋지 않다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 방향족 다이아민을 변형하여 적용한 기술을 제안하고 있다.
보다 구체적으로, 특허문헌 1에 제안된 기술은, 방향족 다이아민과 방향족 테트라카복실산 2무수물을 반응시켜 얻어지는 폴리이미드 전구체 수지를 주성분으로 하는 폴리이미드 수지 바니쉬로서, 상기 방향족 다이아민은, 하기 화학식 1로 표시되는 방향족 에터 결합을 가짐과 아울러 벤젠환, 나프탈렌환 중 한쪽 또는 양쪽을 합계 3개 이상 갖는 제 1 방향족 다이아민과,
하기 화학식 2로 표시되는 제 2 방향족 다이아민으로 이루어지고, 상기 폴리이미드 전구체 수지의 이미드화 후의 이미드기 농도가 25% 이상 35% 이하인, 폴리이미드 수지 바니쉬에 관하여 개시하고 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
[화학식 2]
Figure pat00002
그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술의 경우, 코로나 방전에 대한 개시 전압을 향상시킬 수 있으나, 코로나 방전 상황이 계속될 경우, 전선 자체 내구 수명에 대한 향상에는 취약한 문제점이 있다.
따라서, 보다 내코로나 방전성이 증대될 수 있고, 특히, 코로나 방전 시에 전선 자체 내구 수명에 대한 향상 효과를 구현할 수 있는 절연 전선에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
특허문헌 1: 한국 공개특허공보 제10-2013-0141348호(2013.12.26.)
본 발명자들은 상기 종래 기술의 문제점 해결하기 위하여, 각형 권선에 다층 구조를 도입하되, 상기 다층 구조 중 일부층(주절연층)을 화염 가수 분해 공정(flame hydrolysis process)에 의해 제조된 실리카가 분산된 폴리이미드 수지를 포함하도록 함으로써, 보다 내코로나 방전성이 증대될 수 있고, 특히, 코로나 방전 시에 전선 자체 내구 수명이 향상된 각형 권선을 제공하고자 한다.
상기 언급한 과제 해결을 위하여,
본 발명은, 길이 방향으로 길게 형성된 도체; 및 상기 도체의 외주면에 형성된 절연층을 포함하고, 상기 절연층은, 상기 도체의 표면에 형성되고, 절연 바니시를 포함하는 내부코팅층; 상기 내부코팅층의 표면에 형성되고, 무기 나노입자가 분산된 폴리이미드를 포함하는 절연성 조성물로부터 형성된 주절연층; 및 상기 주절연층 표면에 형성되고, 절연 바니시를 포함하는 외부코팅층을 포함하며, 상기 주절연층의 두께는, 단면적을 기준으로 전체 피막 두께의 10% 내지 30%인, 다층 구조를 갖는 각형 권선을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 무기 나노입자는, 화염 가수 분해 공정(flame hydrolysis process)에 의해 제조된 실리카인 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 화염 가수 분해 공정은, 1,000℃ 내지 2,000℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 무기 나노입자는, 알루미나, 이산화티탄, 지르코니아, 이트리아, 운모, 클레이, 산화크롬, 산화아연, 산화철, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스칸디늄 및 산화바륨로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 화염 가수 분해 공정(flame hydrolysis process)에 의해 제조된 실리카는 절연성 조성물 전체 100 중량부 대비 0.5 중량부 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 내부코팅층 및 외부코팅층에 포함된 절연 바니시는, 폴리이미드 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 각형 권선은, 하기 수식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선을 제공한다.
[수식 1]
Figure pat00003
상기 수식 1에서, X는 상기 주절연층이 폴리이미드 수지만을 포함하는 절연성 조성물로부터 형성된 경우, 상기 각형 권선의 810Vrms 또는 실측 부분방전개시전압(PDIV)+100 실효전압(Vrms)의 값 중 높은 전압의 조건에서 10khz의 sine파형의 주파수의 조건에서 측정한 내구 전압의 측정값이고, Y는 상기 주절연층이 화염 가수 분해 공정으로부터 제조된 실리카가 분산된 폴리이미드 수지를 포함하는 절연성 조성물로부터 형성된 경우, 상기 각형 권선의 810Vrms 또는 실측 부분방전개시전압(PDIV)+100 실효전압(Vrms)의 값 중 높은 전압의 조건에서 10khz의 sine파형의 주파수의 조건에서 측정한 내구 전압의 측정값을 의미한다.
본 발명에 따른 각형 권선은, 다층 구조를 포함하고, 상기 다층 구조 중 일부층(주절연층)을 화염 가수 분해 공정(flame hydrolysis process)에 의해 제조된 실리카가 분산된 폴리이미드 수지를 포함하도록 함으로써, 보다 내코로나 방전성이 증대될 수 있고, 특히, 코로나 방전 시에 전선 자체 내구 수명이 향상되는 효과가 있다.
첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 각형 권선의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시예에 따른 각형 권선을 절연층을 세부적으로 도시한 단면도이다.
도 3은, 본 발명에 따른 코로나 방전에 따른 전압 내구 수명 평가를 위한 맞대기법 시편의 예시를 나타낸 도이다.
이하, 본 발명에 따른 다층 구조를 갖는 각형 권선에 관하여 상세히 설명하나, 상기 다층 구조를 갖는 각형 권선의 범위가 하기 설명에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 각형 권선에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 다층 구조를 갖는 각형 권선에 관한 것이다.
일반적으로, 각형 권선의 경우, 부분방전개시전압(Partial Discharge Inception Voltage, PDIV)을 높이기 위하여, 유전율이 낮은 재료인 폴리이미드 수지로 단일의 절연층을 형성함으로써, 코로나 방전 개시 전압을 높일 수 있다.
그러나, 코로나 방전 개시 전압을 높였음에도 코로나 방전이 발생되면 급속하게 피막을 손상시켜 단시간 내에 절연 파괴가 발생되는 문제점이 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구체적으로 절연층의 중간층(주절연층)으로 실리카를 분산시킨 폴리이미드 수지층을 형성함으로써, 코로나 방전이 발생하더라도 내구 수명이 증대될 수 있도록 하였다.
도 1은, 본 발명에 따른 각형 권선의 구조를 확인할 수 있는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 각형 권선(100)은, 길이 방향으로 길게 형성된 도체(110); 및 상기 도체(110)의 외주면에 형성된 절연층(120)을 포함할 수 있다.
상기 도체는 전류가 흐르는 통로 역할을 하는 것으로서, 전기 전도도가 높은 금속으로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 구리, 구리합금, 알루미늄, 알루미늄 합금 등으로 이루어질 수 있으며, 납땜성을 고려할 때 무산소동으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 도체의 단면 형상은 특별히 제한되지 않고 상기 각형 권선의 용도에 따라 다양한 단면 형상을 가질 수 있고, 예를 들어, 사각형, 오각형 또는 육각형 등의 형상이나 모서리가 특정 곡률반경으로 라운드 처리된 평각형 등일 수 있다. 단, 상기 도체의 단면 형상이 평각형인 경우 단면 형상이 원형인 경우에 비해 각형 권선이 권취되었을 때 절연 전선 사이의 빈 공간을 줄일 수 있고 정렬 권취가 가능하여 전기 변화 효율을 증대시킬 수 있고 작동 소음을 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 각형 권선은, 전술한 바와 같이 상기 도체의 외주면에 형성된 절연층을 포함한다.
본 발명에 따른 각형 권선은 상기 도체를 제외하고 상기 절연층이 다층 구조를 갖을 수 있다.
도 2는, 발명의 일실시예에 따른 각형 권선을 절연층을 세부적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 각형 권선(100)은, 상기 도체(110)의 외주면에 형성된 절연층(120)을 포함하되, 상기 절연층(120)은, 상기 도체(110)의 표면에 형성되고, 절연 바니시를 포함하는 내부코팅층(121); 상기 내부코팅층(121)의 표면에 형성되고, 무기 나노입자가 분산된 폴리이미드를 포함하는 절연성 조성물로부터 형성된 주절연층(122); 및 상기 주절연층(122) 표면에 형성되고, 절연 바니시를 포함하는 외부코팅층(123)을 포함할 수 있다.
상기 절연층에 포함되는 내부코팅층은, 상기 도체를 직접적으로 감싸 상기 도체와 상기 절연 코팅층의 밀착력을 구현하기 위하여, 고분자 수지를 포함하는 절연 바니시를 포함할 수 있다.
또한, 상기 외부코팅층은 유전율을 낮추어 부분방전개시전압(Partial Discharge Inception Voltage, PDIV)을 높이기 위하여, 고분자 수지를 포함하는 절연 바니시를 코팅액으로 사용할 수 있다.
특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 절연 바니시는, 예를 들어 베이스 수지로서 폴리아미드 이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 폴리비닐포르말 수지, 폴리우레탄 수지, 내열성 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르 이미드 수지 등으로부터 선택된 1종 이상의 수지를 포함할 수 있으나, 바람직하게는 내열성까지 우수한 폴리이미드 수지를 포함할 수 있다.
상기 주절연층의 두께는, 단면적을 기준으로 전체 피막 두께의 10% 내지 30%일 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 주절연층의 두께는, 단면적을 기준으로 전체 피막 두께의 20%일 수 있다.
상기 주절연층의 두께는 전술한 범위내인 것이 바람직하며, 만일 단면적을 기준으로 전체 피막 두께의 10% 미만인 경우 주절연층이 포함됨으로써 구현될 수 있는 내코로나 방전성 및 코로나 방전 시에 전선 자체 내구 수명이 향상되는 효과가 미미할 수 있고, 단면적을 기준으로 전체 피막 두께의 30% 초과인 경우, 전선 전체적인 직경이 증가하고 제조 단가가 상승하는 문제점이 있을 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 무기 나노입자는 실리카일 수 있고, 상기 실리카는 실리카와 수지 간의 계면 결합력을 높이기 위하여 화염 가수 분해 공정(flame hydrolysis process)에 의해 제조된 실리카일 수 있다.
상기 화염 가수 분해 공정(flame hydrolysis process)에 의해 제조된 실리카의 경우, 높은 비표면적(比表面積)을 갖는 비결정질상(amorphous phase)의 매우 미세한 입자의 분말로서, 본 발명에서는, 완제품인 각형 권선의 절연층에 포함됨으로써, 상기 각형 전선이 보다 내코로나 방전성이 증대될 수 있고, 특히, 코로나 방전 시에 전선 자체 내구 수명이 향상되도록 하는 효과를 구현할 수 있다.
상기 화염 가수 분해 공정은, 하기 반응식으로 수행될 수 있다.
[반응식]
SiCl4 + 2H2 + O2 → SiO2 + 4HCl
상기 화염 가수 분해 공정은, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 1,000℃ 내지 2,000℃의 온도로 수행될 수 있다.
상기 범위의 온도에서 상기 화염 가수 분해 공정이 수행될 경우, 보다 순도가 높은 실리카를 효율적으로 제조할 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 화염 가수 분해 공정에 의해 제조된 실리카는 절연성 조성물 전체 100 중량부 대비 0.5 중량부 내지 5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다.
상기 화염 가수 분해 공정에 의해 제조된 실리카의 함량이 전술한 범위 내에서 포함되는 것이 바람직하며, 만일 절연성 조성물 전체 100 중량부 대비 0.5 중량부 미만인 경우 주절연층이 포함됨으로써 구현될 수 있는 내코로나 방전성 및 코로나 방전 시에 전선 자체 내구 수명이 향상되는 효과가 미미할 수 있고, 절연성 조성물 전체 100 중량부 대비 5 중량부 초과인 경우, 고가의 실리카의 전체적인 포함 함량이 증가함으로써, 전선 제조 비용에 대한 단가가 상승하는 문제점이 있을 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 내부코팅층 및 외부코팅층에 포함된 절연 바니시는, 폴리이미드 수지를 포함할 수 있다.
상기 내부코팅층 및 외부코팅층에 포함된 절연 바니시가 폴리이미드 수지를 포함할 경우, 열내구성, 절연성능(내전압특성, 서지내구성), 접착성 및 유연성 등의 물성 확보에 유리할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 각형 권선이 전기기기 등에 적용될 경우, 구리 도체 표면과의 접착력을 높일 수 있고 부품의 집적도를 높여 소형화 및 경량화하고 에너지 효율을 증대시키기 위한 동시에 절연 소재의 서지 내구성과 열전도율 향상을 위해 상기 폴리이미드 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 필요한 경우 상기 내부코팅층 및 외부코팅층에 포함된 절연 바니시에 첨가된 폴리이미드 수지는 변성된 형태로 첨가되어 있을 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 주절연층의 실리카의 분산성, 또한 절연성 조성물의 장기 보존성, 안정성 및 재현성 등을 고려하여 적절하게 변형되어 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 각형 권선은, 다층 구조를 포함하고, 상기 다층 구조 중 일부층(주절연층)을 화염 가수 분해 공정에 의해 제조된 실리카가 분산된 폴리이미드 수지를 포함하도록 함으로써, 보다 내코로나 방전성이 증대될 수 있고, 특히, 코로나 방전 시에 전선 자체 내구 수명이 향상되는 효과가 있다.
이러한 관점에서, 본 발명에 따른 각형 권선은, 하기 수식 1을 만족할 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00004
상기 수식 1에서, X는 상기 주절연층이 폴리이미드 수지만을 포함하는 절연성 조성물로부터 형성된 경우, 상기 각형 권선의 810Vrms 또는 실측 부분방전개시전압(PDIV)+100 실효전압(Vrms)의 값 중 높은 전압의 조건에서 10khz의 sine파형의 주파수의 조건에서 측정한 내구 전압의 측정값이고, Y는 상기 주절연층이 화염 가수 분해 공정으로부터 제조된 실리카가 분산된 폴리이미드 수지를 포함하는 절연성 조성물로부터 형성된 경우, 상기 각형 권선의 810Vrms 또는 실측 부분방전개시전압(PDIV)+100 실효전압(Vrms)의 값 중 높은 전압의 조건에서 10khz의 sine파형의 주파수의 조건에서 측정한 내구 전압의 측정값을 의미한다.
상기 수식 1을 만족할 경우, 본 발명에 따른 각형 권선은, 코로나 방전 개시 전압을 높일 수 있는 동시에, 코로나 방전이 발생함에 따른 급속한 피막 손상에 따른 전선 자체의 내구 수명 향상 효과를 구현할 수 있다.
전술한 내용 이외에도, 다른 물성 등의 향상을 위해 필요한 경우, 상기 절연성 조성물 또는 절연 바니시에는 열전도도 향상, 열팽창 감소, 강도 향상 등의 역할을 수행할 수 있는 다른 무기 나노입자, 예를 들어, 알루미나, 이산화티탄, 지르코니아, 이트리아, 운모, 클레이, 제올라이트, 산화크롬, 산화아연, 산화철, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스칸디늄, 산화바륨 등으로부터 선택되는 1종 이상의 무기 나노입자를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부코팅층, 주절연층 및 외부코팅층에 포함될 수 있는 실리카를 포함하는 폴리이미드 수지(실리카가 분산된 폴리이미드)나 절연 바니시는 상기 도체와 상기 절연층 사이의 밀착력을 추가로 향상시키기 위해 밀착제, 즉 밀착력 향상제를 추가로 포함할 수 있고, 상기 밀착제는 알콕시 멜라민 수지 등의 멜라민계, 트리 알킬 아민 등의 아민계, 메르캅토 벤즈 이미다졸 등의 메르캅탄계 또는 이마다졸계, 폴리카르보디이미드 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 밀착제를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 밀착성을 향상시킬 수 있는 물질이면 제한없이 사용 가능하다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
[제조예] 절연 바니시 조성물 및 각형 권선의 제조
하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 각 실시예 및 비교예에 대한 절연 바니시 조성물을 사용하여 알코올 용매에서 혼합한 후 이를 절연 코팅층으로 코팅하여 주절연층의 두께를 전체 단면적 중 전체 피막 두께(100%)를 기준으로 20%의 피막 두께로 하여 각형 권선을 제조하였다.
구분 실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
폴리이미드 수지 99.5 99 97.5 95 95 97.5 99.9 100 95 96
화염 가수분해 공정으로 제조된 실리카 0.5 1 2.5 5 2.5 - 0.1 - - 0.2
범용 무기 나노입자 - - - - 2.5 2.5 - - 5 3.8
범용 무기 나노입자 : 화염 가수분해 공정이 아닌 다른 제조방법에 의해 제조된 실리카 또는 통상적으로 사용 가능한 무기 나노입자(알루미나 등)
[제조된 주절연층의 두께 측정]
상기 제조예에 의한 실시예 중 실시예 3의 조성으로 동일하게 각형 권선을 제조하되, 주절연층의 두께를 아래 [표 2]에 나타난 것과 같이 다르게 하여, 추가로 제조하였다.
특히, 하기 [표 2]에서 상기 주절연층의 두께의 경우, 각각 제조된 각형 권선을 단면으로 확인하여 전체 단면적 중 전체 피막 두께(100%)를 기준으로 상대적인 값으로 제조하였다.
구분 실시예 비교예
6 7 8 9 10 6 7 8 9 10
주절연층의 두께(%) 20 10 15 25 30 5 9 31 35 50
- 전체 단면적 중 전체 피막 두께 100% 기준
[코로나 방전에 따른 전압 내구 수명 평가]
상기 실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 10으로부터 제조된 각형 권선의 시편 각각에 대하여, 코로나 방전에 따른 전압 내구 수명 평가를 위하여, 맞대기법을 이용하여 내구 전압에 대한 시간 및 부분방전개시전압(Partial Discharge Inception Voltage; PDIV)을 측정하였다.
보다 구체적으로, 상기 맞대기법의 경우, 도 3의 시편을 제작한 후, 상기 각각의 시편을 오븐 안에서 180℃로 가열한 다음 전압 내구 시험기에 연결하여 810[Vrms] 또는 실측 PDIV+100[Vrms] 중 높은 전압 조건으로 인가한 다음, 절연 파괴 시간을 측정하는 방법으로 진행하였다.
이 경우, 상기 전압 내구 시험기에서 인가하는 시험 전원은 정현파(sine wave) 교류 전원이며, 절연 파괴는 5mA 이상의 누설 전류가 검출되는 것을 기준으로 하였고, 크랙이 발생하지 않고 펄스 지속 시간이 길수록 내코로나성이 우수한 것으로 본다.
측정된 결과는 하기 표 3 및 표 4에 나타내었다.
구분 실시예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
전압 내구성
(시간)		 3.8 3.9 5 4.2 4.3 5 3 3.9 6.2 7
PDIV(V) 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 820/
820/
830		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 820/
820/
820
구분 비교예
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
전압 내구성
(시간)		 2.2 2.4 2.9 2.8 2.5 2.6 2.7 2.8 2.6 2.8
PDIV(V) 810/
820/
820		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810		 810/
820/
810
표 3 및 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 각형 권선은, 다층 구조를 포함하고, 상기 다층 구조 중 일부층(주절연층)을 화염 가수 분해 공정으로부터 제조된 실리카가 분산된 폴리이미드 수지를 포함하고, 상기 주절연층의 두께를 특정 범위 내에서 조절할 경우, 보다 내코로나 방전성이 증대될 수 있고, 특히, 코로나 방전 시에 전선 자체 내구 수명이 향상되는 효과가 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 각형 권선
110: 도체
120: 절연층
121: 내부코팅층
122: 주절연층
123: 외부코팅층

Claims (7)

  1. 길이 방향으로 길게 형성된 도체; 및
    상기 도체의 외주면에 형성된 절연층을 포함하고,
    상기 절연층은, 상기 도체의 표면에 형성되고, 절연 바니시를 포함하는 내부코팅층;
    상기 내부코팅층의 표면에 형성되고, 무기 나노입자가 분산된 폴리이미드를 포함하는 절연성 조성물로부터 형성된 주절연층; 및
    상기 주절연층 표면에 형성되고, 절연 바니시를 포함하는 외부코팅층을 포함하며,
    상기 주절연층의 두께는, 단면적을 기준으로 전체 피막 두께의 10% 내지 30%인, 다층 구조를 갖는 각형 권선.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 무기 나노입자는, 화염 가수 분해 공정(flame hydrolysis process)에 의해 제조된 실리카인 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 화염 가수 분해 공정은, 1,000℃ 내지 2,000℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 무기 나노입자는, 알루미나, 이산화티탄, 지르코니아, 이트리아, 운모, 클레이, 산화크롬, 산화아연, 산화철, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화스칸디늄 및 산화바륨로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 화염 가수 분해 공정(flame hydrolysis process)에 의해 제조된 실리카는 절연성 조성물 전체 100 중량부 대비 0.5 중량부 내지 5 중량부인 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 내부코팅층 및 외부코팅층에 포함된 절연 바니시는, 폴리이미드 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 각형 권선은, 하기 수식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는, 다층 구조를 갖는 각형 권선:
    [수식 1]
    Figure pat00005

    상기 수식 1에서, X는 상기 주절연층이 폴리이미드 수지만을 포함하는 절연성 조성물로부터 형성된 경우, 상기 각형 권선의 810Vrms 또는 실측 부분방전개시전압(PDIV)+100 실효전압(Vrms)의 값 중 높은 전압의 조건에서 10khz의 sine파형의 주파수의 조건에서 측정한 내구 전압의 측정값이고, Y는 상기 주절연층이 화염 가수 분해 공정으로부터 제조된 실리카가 분산된 폴리이미드 수지를 포함하는 절연성 조성물로부터 형성된 경우, 상기 각형 권선의 810Vrms 또는 실측 부분방전개시전압(PDIV)+100 실효전압(Vrms)의 값 중 높은 전압의 조건에서 10khz의 sine파형의 주파수의 조건에서 측정한 내구 전압의 측정값을 의미한다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20130141348A (ko) 2011-01-28 2013-12-26 스미토모덴코 윈테크 가부시키가이샤 폴리이미드 수지 바니쉬 및 그것을 이용한 절연 전선, 전기 코일, 모터

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