WO2014162959A1 - 低電圧インバータ駆動モータ用コイル - Google Patents

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WO2014162959A1
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coil
motor
voltage
low
drive motor
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PCT/JP2014/058673
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才志 荒井
陽介 角
秀仁 花輪
菊池　英行
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日立金属株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation
    • H02K3/38—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation around winding heads, equalising connectors, or connections thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation

Definitions

  • the present invention relates to a coil for a low-voltage inverter drive motor used for a low-voltage inverter drive motor driven by an inverter power source under a low voltage of less than 700 V AC.
  • a motor used in automobiles, industrial equipment, and the like includes a coil formed by winding an insulated wire having a conductive wire and an insulating coating layer (insulator) provided by coating resin around the conductive wire. ing.
  • a partial discharge is generated mainly between the wires (between the insulating coating layer and the insulating coating layer) or between the ground (between the insulating coating layer and the conductive wire) depending on the applied voltage. If there is a minute gap in the insulating coating layer of the insulated wire or between the conductive wire and the insulating coating layer, the partial discharge occurs when the electric field concentrates in the gap and the electric field strength in the gap increases.
  • the charged particles collide with the insulating coating layer, resulting in molecular chain scission of the insulating coating layer and heat generation of the insulating coating layer.
  • the insulating coating layer is thinned by erosion of the insulating coating layer.
  • the insulating coating layer deteriorates.
  • the insulated wire may eventually lead to dielectric breakdown.
  • motors also referred to as inverter drive motors or inverter control motors
  • inverter drive motors or inverter control motors
  • inverter control motors motors used in automobiles and industrial equipment. Things are increasing.
  • the motor is exposed to a high voltage pulse with a short rise time, and thus a steep overvoltage (inverter surge voltage) may be applied to the insulated wire or coil.
  • This inverter surge voltage increases the electric field strength in the above-mentioned air gap, and partial discharge may occur in the insulated wire or coil.
  • the insulated wire may cause dielectric breakdown.
  • the insulated electric wire of the coil used for the inverter drive motor is required to have resistance (hereinafter referred to as “surge resistance”) that dielectric breakdown hardly occurs when the motor is driven using the inverter power supply. .
  • Surge resistance is closely related to the life of the motor and is an important characteristic for ensuring motor quality.
  • Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 2
  • a predetermined impulse voltage is applied to the rotating machine to inspect and diagnose whether partial discharge occurs.
  • a voltage at which partial discharge occurs is measured while gradually increasing the impulse voltage applied to the rotating machine, and an inspection diagnosis is performed to determine whether this voltage is higher than the operating voltage of the rotating machine.
  • coils such as motor coils used in automobiles (vehicles), to which the standards disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 are not applied at present.
  • the insulation performance of the coil used in the motor is designed based on the same idea as the standards disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2. It is considered a thing.
  • Non-Patent Document 1 a coil having an insulation performance that does not allow partial discharge in the coil until the motor warranty period elapses is designed. That is, even when impulse voltage is applied repeatedly or after the combined deterioration assumed throughout the life of the motor, partial discharge must not occur in the coil, or the part of the insulated wire that forms the coil This is a coil design having an insulation performance in which the discharge start voltage must not drop below the operating voltage of the rotating machine.
  • a coil is designed that has an insulation performance that allows a predetermined partial discharge or that the partial discharge start voltage may be lower than the operating voltage of the rotating machine by a predetermined amount. That is, Non-Patent Document 2 is a design of a coil having an insulation performance that allows a weak partial discharge to such an extent that an insulated wire does not cause dielectric breakdown even within the warranty period of the motor.
  • a coil used for a motor driven by an inverter power supply of less than AC 700 V (hereinafter also referred to as “low voltage inverter drive motor”) has an insulating performance based on Non-Patent Document 1. That is, normally, the coil for a low voltage inverter drive motor used for the low voltage inverter drive motor is designed to have an insulation performance in which partial discharge does not occur until the guarantee period of the motor elapses.
  • the coil for a low-voltage inverter drive motor will be increasingly required to have an insulation performance that does not cause a dielectric breakdown even if a partial discharge occurs under unexpected conditions within the warranty period of the motor. is expected.
  • the present invention provides a coil for a low-voltage inverter drive motor that solves the above-described problems and has an insulation performance that does not cause dielectric breakdown even when partial discharge occurs within the warranty period of the motor. Objective.
  • the present invention is configured as follows.
  • a coil for a low-voltage inverter drive motor used for a low-voltage inverter drive motor driven by an inverter power supply under a low voltage of less than 700 V AC, which is formed using an insulated wire.
  • a coil for a low-voltage inverter drive motor is provided in which the total discharge charge amount until the guarantee period elapses is less than 10 C / mm 2 .
  • the insulated wire includes a conductive wire and an insulating coating layer that is disposed so as to cover the conductive wire and is made of a resin containing inorganic fine particles.
  • the coil for low voltage inverter drive motors of the aspect is provided.
  • the insulated wire is a conductive wire, an insulating coating layer that is disposed so as to cover the periphery of the conductive wire, and is made of a thermoplastic resin having a melting point of 200 ° C. or higher.
  • a coil for a low-voltage inverter drive motor according to a first aspect is provided.
  • a coil for a low-voltage inverter drive motor is provided.
  • the coil for the low-voltage inverter drive motor according to any one of the first to fourth aspects, wherein the insulating coating layer has a thickness of 5 ⁇ m or more when the guarantee period has elapsed. Is provided.
  • a coil for a low-voltage inverter drive motor having an insulation performance that does not cause dielectric breakdown even when partial discharge occurs within the guarantee period of the motor.
  • FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a motor coil using a low-voltage inverter drive motor coil according to an embodiment of the present invention.
  • Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 disclose an insulation inspection diagnostic method using an impulse voltage as an international standard indicating an index of surge resistance of a coil.
  • a coil for a low voltage inverter drive motor used in a low voltage inverter drive motor has been designed to have an insulation performance based on Non-Patent Document 1.
  • Non-Patent Document 2 uses a coil using inorganic insulated wires such as glass winding and mica winding, and is driven at a high voltage of AC 700 V or higher (hereinafter referred to as “high voltage drive motor”). It is also a standard that assumes.
  • Non-Patent Document 2 is a standard that assumes a high-voltage drive motor. However, even with a low-voltage inverter drive motor, the motor drive is maintained until the motor life, that is, the warranty period of the motor elapses. If possible, it conforms to the insulation performance of the standard of Non-Patent Document 2. That is, in the coil for a low voltage inverter drive motor, even if a partial discharge occurs in the coil before the guarantee period of the motor has passed, if the insulated wire used for the coil does not cause dielectric breakdown, It conforms to the standard of Non-Patent Document 2.
  • the low-voltage inverter drive motor has motor usage conditions (for example, the temperature, humidity, and pressure of the motor installation atmosphere, temperature rise during motor drive, motor drive years and degree of deterioration, motor fouling, etc.), inverter power supply Due to the difference in the drive voltage condition applied to the motor, the usage shape of the insulated wire, etc., the occurrence situation and frequency of partial discharge will change.
  • the low-voltage inverter drive motor has the inverter power supply performance such as the switching operation of the inverter power supply and the rising speed of the output pulse, the motor installation environment (for example, the cable length from the inverter power supply to the motor, grounding conditions, etc. ), The inverter surge voltage etc. are likely to change depending on the coil formation method.
  • the present inventors paid attention to the charge amount of the coil for the low-voltage inverter drive motor. That is, if the total discharge charge amount of the coil until the coil warranty period elapses is within a desired range, even if a partial discharge occurs in the coil within the motor warranty period, Then, it has been found that the coil can be predicted to have an insulation performance that does not cause dielectric breakdown. As a result, it has been found that the low-voltage inverter drive motor coil can be easily adapted to the standard of Non-Patent Document 2.
  • the present invention is based on the above findings found by the present inventors.
  • the coil of this embodiment is used for a low-voltage inverter drive motor (hereinafter also simply referred to as “motor”) that is driven by an inverter power source under a low voltage of less than AC 700V.
  • the coil of this embodiment can be used as, for example, a motor coil as shown in FIG.
  • each coil used for the U-phase, V-phase, and W-phase is composed of one coil, but it may be composed of a plurality of coils.
  • the plurality of coils can be connected in series or in parallel.
  • the coil connection form may be a delta connection.
  • the coil is formed using an insulated wire.
  • the coil is formed by winding an insulated wire.
  • the coil may be formed by joining ends of a plurality of insulated wires. That is, the coil is formed by bending a plurality of insulated wires having a predetermined length (for example, 10 cm to 20 cm) into U-shapes and then aligning and inserting the ends of the plurality of insulated wires to each other. May be formed.
  • the coil is configured to be supplied with current by an inverter power supply.
  • the coil has a total discharge charge amount of less than 10 C / mm 2 , preferably less than 10 C / mm 2 and 1 mC / mm 2 or more until the motor warranty period elapses.
  • the total discharge charge amount is due to the fact that an inverter surge voltage higher than the partial discharge start voltage of the insulated wire is applied to the insulated wire within the guaranteed period of the motor. This is the total amount of charges of partial discharge generated in the coil.
  • the partial discharge is a partial discharge generated between the insulated wires forming the coil (between the insulating coating layer and the insulating coating layer).
  • the coil of this embodiment can be applied to a low-voltage inverter drive motor that conforms to the standard of IEC 60034-18-42. That is, the partial discharge charge generated in the coil due to the fact that the coil is applied with an inverter surge voltage higher than the partial discharge start voltage of the insulated wire within the guaranteed period of the low-voltage inverter drive motor. Even if a partial discharge occurs in the coil within the warranty period of the low-voltage inverter drive motor by having an insulation performance such that the total amount, so-called total discharge charge amount is less than 10 C / mm 2 Within the guaranteed period of the low-voltage inverter drive motor, it is possible to suppress the insulated wire forming the coil from causing dielectric breakdown. That is, the coil has an insulation performance that does not cause dielectric breakdown within the guarantee period of the motor even when partial discharge occurs within the guarantee period of the motor.
  • the coil of this embodiment can also perform selection of the motor in which this coil is used easily. In other words, excessive prediction of the occurrence status and frequency of partial discharge generated in the coil due to differences in motor usage conditions, drive voltage conditions applied to the motor, coil formation method, insulated wire usage shape, etc. It is possible to select a motor in which a coil is used without performing the above.
  • the coil of this embodiment can be used for motors used in products such as industrial robots, home appliances, and automobiles.
  • the coil estimates the operating time and operating conditions according to the product in which the coil (motor) is used, and the total discharge charge amount of the coil until the warranty period of the motor elapses is less than 10 C / mm 2. What is necessary is just to have such insulation performance.
  • the coil used for an industrial robot is good to have an insulation performance in which the insulated wire does not cause dielectric breakdown and the motor does not break down for a long time exceeding the warranty period.
  • coils used in industrial robots are estimated so that the amount of partial discharge per unit time is low, and the total discharge charge amount of the coil until the motor warranty period elapses is less than 10 C / mm 2. What is necessary is just to have such insulation performance.
  • the coil is used in a vehicle such as an automobile or a truck.
  • the coil has an insulating performance so that the total discharge charge amount within the warranty period is less than 10 C / mm 2 by estimating the travel distance, average speed, etc. of the vehicle. Good.
  • the partial discharge generation amount per unit time may be set to a relatively high value.
  • the guarantee period of the motor is a period in which the travel distance of a vehicle such as a private car is 100,000 km.
  • the motor drive time is only about 10,000 hours in consideration of the average speed of the vehicle.
  • the time during which the overload running in which partial discharge can occur is further shortened.
  • the partial discharge generation amount per unit time may be set to a relatively high value.
  • the travel distance is larger than that of an automobile or the like. Even in such a case, the coil takes into account the average travel distance of the business vehicle. It is sufficient that the coil has an insulation performance such that the total discharge charge amount of the coil until the warranty period of the motor is less than 10 C / mm 2 .
  • the total discharge charge amount of the coil is measured by integrating and calculating the charge amount of the partial discharge generated in the coil until the guarantee period of the motor elapses.
  • the method for measuring the total discharge charge amount is not particularly limited.
  • the residual charge method using the series capacitor described in P21 of IEEJ Technical Report No. 1218 “Partial Discharge Measurement and Inverter Surge Insulation in Repetitive Impulse”. Can be used.
  • a capacitor is connected in series between the coil (insulated wire) and ground, the terminal voltage of the capacitor is continuously detected, the detected terminal voltage is converted into a partial discharge charge, and the converted partial discharge
  • the total discharge charge amount may be measured by integrating the charge amount.
  • the total discharge charge amount may be converted into the charge amount in a period equivalent to 10,000 hours).
  • the measurement of the charge amount of partial discharge is not particularly limited.
  • the partial discharge charge amount can be measured, for example, when an inverter surge voltage higher than the partial discharge start voltage of the insulated wire forming the coil is applied to the coil.
  • a measuring device capable of calibrating the discharge charge amount in accordance with IEC60270. That is, first, the partial discharge generated in the coil until the motor warranty period elapses is indirectly calibrated using a discharge charge measuring device. Thereafter, the partial discharge generated in the coil can be measured by measuring the partial discharge calibrated by the discharge charge measuring device with the partial discharge measuring device.
  • IEC60270 is a standard partial discharge measurement method that detects a partial discharge in synchronization with the phase of an AC voltage, and a charge amount calibration method based on a low frequency component in the kHz band is standardized.
  • the insulated wire includes a conductive wire and an insulating coating layer having a predetermined thickness (for example, 10 ⁇ m to 200 ⁇ m) provided by applying an insulating material so as to cover the periphery of the conductive wire.
  • the cross-sectional shape of the insulated wire can be, for example, a circular shape or a rectangular shape.
  • the conducting wire for example, a strand containing copper or aluminum can be used.
  • the method for applying the insulating material is not particularly limited. For example, extrusion coating, electrodeposition coating, UV coating, or the like can be used with an extruder.
  • a resin containing inorganic fine particles that is, a resin in which inorganic fine particles are dispersed in a base resin
  • a base resin for example, polyurethane, polyester, polyesterimide, polyamideimide, polyimide, or the like can be used.
  • the inorganic fine particles for example, metal oxide-based fine particles such as silica, alumina, titania and zirconia can be used. Further, as the inorganic fine particles, fine particles having semiconductivity such as indium tin oxide (ITO), zinc oxide, tin oxide, carbon (for example, carbon nanotube (CNT), graphene, etc.) are used. May be.
  • ITO indium tin oxide
  • CNT carbon nanotube
  • the inorganic fine particles for example, a conductive polymer such as polyaniline may be used.
  • the shape of the inorganic fine particles is not particularly limited, and may be, for example, a spherical shape, a layer shape, a column shape, a chain shape, a hollow shape or a porous shape.
  • An insulated wire having an insulating coating layer obtained from the above-described insulating material is selected, and a coil is formed so that the total discharge charge amount before the warranty period of the motor is less than 10 C / mm 2 . Thereby, even if a partial discharge occurs, the coil has an insulation performance that does not cause dielectric breakdown within the warranty period of the motor.
  • a thermoplastic resin having a melting point of 200 ° C. or higher may be used as the insulating material. That is, the insulating coating layer may be provided by covering the periphery of the conductor with a thermoplastic resin having a melting point of 200 ° C. or higher. An insulated wire having an insulating coating layer obtained from such an insulating material may be selected, and the coil may have a total discharge charge amount of less than 10 C / mm 2 until the motor warranty period elapses. As a result, the coil has an insulating performance that does not cause dielectric breakdown within the warranty period of the motor even when partial discharge occurs in the coil. In addition, when the insulating coating layer is made of a thermoplastic resin having a melting point of less than 200 ° C., the insulation performance may be reduced due to thermal deterioration, and the total discharge charge amount of the coil may change. .
  • thermoplastic resin examples include thermoplastic polyimide (Tm: 338 ° C.), polyether ether ketone (Tm: 334 ° C.), polyether ketone (Tm: 373 ° C.), polyphenylene sulfide (Tm: 285 ° C.).
  • Engineering plastics such as polybutylene naphthalate (Tm: 243 ° C), polybutylene terephthalate (Tm: 224 ° C), polyethylene naphthalate (Tm: 269 ° C), polyethylene terephthalate (Tm: 258 ° C), super engineer plastics, etc. Can be used.
  • the coil has a superior insulating performance with a total discharge charge amount of less than 10 C / mm 2 until the warranty period of the motor elapses.
  • the insulating coating layer is preferably formed so as to have a relative dielectric constant of 3.5 or less.
  • the coil has a superior insulation performance with a total discharge charge amount of less than 10 C / mm 2 until the motor warranty period elapses.
  • the dielectric constant of the insulating coating layer is greater than 3.5, the partial discharge start voltage of the insulated wire is lowered. From this, compared with the insulated wire which has an insulation coating layer whose relative dielectric constant is 3.5 or less, the coil has a total discharge charge of less than 10 C / mm 2 until the insulated wire reaches dielectric breakdown. In some cases, it does not have such insulation performance.
  • the film thickness (residual film thickness) of the insulating coating layer when the motor guarantee period elapses is 5 ⁇ m or more.
  • the coil has a superior insulation performance with a total discharge charge amount of less than 10 C / mm 2 until the motor warranty period elapses.
  • the remaining film thickness of the insulating coating layer is the thickness of the thinnest portion of the insulating coating layer included in the insulated wire forming the coil.
  • an insulating coating layer is formed by extruding an insulating material made of a thermoplastic resin with an extruder or the like around a conducting wire that is an element wire such as copper or aluminum to form an insulated wire.
  • an insulating material made of an insulating paint is applied around the above-described conductive wire with a coating apparatus, and then baked in a baking furnace to form an insulating coating layer, thereby forming an insulated wire.
  • the insulating material it is preferable to use an insulating paint in which a resin in which inorganic fine particles are dispersed in a base resin is dissolved in a solvent, a thermoplastic resin having a melting point of 200 ° C. or higher, and the like.
  • a coil is formed using an insulated wire.
  • an insulated wire is wound around an iron core a predetermined number of times to form a coil that is a wound body of the insulated wire.
  • the wires are aligned and inserted into the slots, and the ends of the plurality of insulated wires are joined to each other to form a coil. May be formed.
  • the wound body of the insulated wire is impregnated and cured with, for example, an unsaturated polyester varnish, a polyimide varnish, a varnish obtained by dispersing silica sol in an unsaturated polyester, and the total discharge charge amount is 10C.
  • a coil having an insulation performance of less than / mm 2 is formed. Thereby, the manufacturing process of the coil for low voltage inverter drive motors which permits the partial discharge according to the present embodiment is completed.
  • a coil for a low voltage inverter drive motor used for a low voltage inverter drive motor driven by an inverter power source under a drive voltage of less than AC 700 V is formed using an insulated wire, and the warranty period has elapsed. Insulation performance with a total discharge charge of less than 10 C / mm 2 until As a result, the coil conforms to the standard of IEC 60034-18-42. That is, even if partial discharge occurs in the coil within the warranty period of the motor, it is possible to suppress the coil from causing dielectric breakdown within the warranty period of the motor.
  • the coil of this embodiment can also perform selection of the motor in which this coil is used easily. In other words, excessive prediction of the occurrence status and frequency of partial discharge generated in the coil due to differences in motor usage conditions, drive voltage conditions applied to the motor, coil formation method, insulated wire usage shape, etc. It is possible to select a motor in which a coil is used without performing the above.
  • the insulated wire includes a conductive wire and an insulating coating layer that is disposed so as to cover the periphery of the conductive wire and is made of a resin containing inorganic fine particles.
  • the insulated wire includes a conductive wire and an insulating coating layer that is disposed so as to cover the periphery of the conductive wire and is made of a thermoplastic resin having a melting point of 200 ° C. or higher.
  • the coil has a superior insulation performance with a total discharge charge amount of less than 10 C / mm 2 until the motor warranty period elapses.
  • the remaining film thickness of the insulating coating layer when the insulated wire reaches dielectric breakdown is 5 ⁇ m or more.
  • the coil has a superior insulation performance with a total discharge charge amount of less than 10 C / mm 2 until the motor warranty period elapses.
  • Example 1 In Example 1, an insulating material is applied around an electric wire having a diameter of 1.0 mm and baked to form an insulating coating layer having a thickness of 50 ⁇ m, and the finished outer diameter is 1.1 mm.
  • an insulating coating material in which polyesterimide is used as a base resin as an insulating material and silica is dispersed as inorganic fine particles in the base resin is used. That is, as an insulated wire, a surge resistant enameled wire (product number: KMKED-20E: silica-containing polyesterimide nanocomposite / polyamideimide double-coated wire) manufactured by Hitachi Cable, Ltd. was used.
  • This insulated wire produced the twisted wire (twisted pair twisted wire) which twisted together two insulated wires.
  • the twisted-pair twisted wire was wound a plurality of times by a distributed winding method to form a wound body of an insulated wire. And the wound body of the insulated wire was impregnated in the unsaturated polyester varnish, the insulated wire was fixed, and the coil was produced. This was used as the sample of Example 1.
  • Example 2 In Example 2, an insulating paint in which a resin made of polyesterimide is dissolved in a solvent is applied around a lead wire having a diameter of 1.0 mm, and baked to form a layer made of polyesterimide. An insulating coating in which a resin made of polyamideimide is dissolved in a solvent is applied around the layer to be formed and baked to form a layer made of polyamideimide to form an insulating coating layer having a thickness of 150 ⁇ m. An insulated wire having a diameter of 1.3 mm was used. That is, a double-coated enameled wire of EI / AIW (polyesterimide / polyamideimide) was used as an insulated wire. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as the sample of Example 2.
  • EI / AIW polyesterimide / polyamideimide
  • Example 3 An insulating coating layer having a thickness of 150 ⁇ m is formed by extrusion coating an insulating material made of polyphenylene sulfide (PPS) resin around a conducting wire having a diameter of 1.0 mm, and the finished outer diameter is 1 An insulated wire having a thickness of 3 mm was used. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as the sample of Example 3.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • Example 4 In Example 4, an insulating paint in which a polyamic acid having an imide group concentration of 36% or less after heating imidization was dissolved in a solvent was applied around a conducting wire having a diameter of 1.0 mm, and baked to obtain a thickness. An insulated coating layer made of polyimide having a thickness of 100 ⁇ m was formed, and an insulated wire having a finished outer diameter of 1.2 mm was used. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as the sample of Example 4.
  • Example 5 In Example 5, an insulating paint in which a resin made of polyesterimide is dissolved in a solvent is applied around a lead wire having a diameter of 1.0 mm, and baked to form a layer made of polyesterimide. An insulating coating in which a resin made of polyamideimide is dissolved in a solvent is applied around the layer to be formed, and baked to form a layer made of polyamideimide to form an insulating coating layer having a thickness of 50 ⁇ m. An insulated wire having a diameter of 1.1 mm was used. That is, a double-coated enameled wire of EI / AIW (polyesterimide / polyamideimide) was used as an insulated wire.
  • EI / AIW polyesterimide / polyamideimide
  • Example 5 a twisted pair twisted wire produced by twisting two insulated wires is used to form a wound body of the insulated wire, and the wound body is impregnated with an unsaturated polyester varnish filled with inorganic fine particles to insulate The electric wire was fixed to produce a coil. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as the sample of Example 5.
  • Example 6 In Example 6, an insulated wire having a thickness of 38 ⁇ m was formed around a conductor having a diameter of 1.024 mm, and an insulated wire having a finished outer diameter of 1.784 mm was used. That is, an enameled wire (US Plus wire) manufactured by Essex Group Inc. was used as the insulated wire. And the twisted pair twisted wire produced by twisting two insulated wires was wound a plurality of times by the concentrated winding method to form a wound body of insulated wires. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as the sample of Example 6.
  • Example 7 an insulating paint in which polyamideimide is used as a base resin and silica is dispersed as inorganic fine particles is applied around a conductor having a diameter of 1.0 mm and baked to a thickness of 40 ⁇ m. A certain insulating coating layer was formed, and an insulated wire having a finished outer diameter of 1.08 mm was used. That is, as the insulated wire, a surge resistant enameled wire (product number: KMKED-22A) manufactured by Hitachi Cable, Ltd. was used. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as the sample of Example 7.
  • a surge resistant enameled wire product number: KMKED-22A
  • Comparative Example 1 In Comparative Example 1, an insulating wire having a thickness of 50 ⁇ m was formed around a conducting wire having a diameter of 1.0 mm, and an insulated wire having a finished outer diameter of 1.1 mm was used. That is, a double-coated wire of EI / AIW (polyesterimide / polyamideimide) was used as the insulated wire. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as a sample of Comparative Example 1.
  • EI / AIW polyesterimide / polyamideimide
  • Comparative Example 2 In Comparative Example 2, an insulating coating layer having a thickness of 38 ⁇ m was formed around a conducting wire having a diameter of 1.0 mm, and an insulated wire having a finished outer diameter of 1.076 mm was used. That is, an AIW (polyamideimide) wire was used as the insulated wire. And the twisted pair twisted wire produced by twisting two insulated wires was wound a plurality of times by the concentrated winding method to form a wound body of insulated wires. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as a sample of Comparative Example 2.
  • AIW polyamideimide
  • Comparative Example 3 In Comparative Example 3, an insulated wire having a thickness of 38 ⁇ m was formed around a conducting wire having a diameter of 1.0 mm, and an insulated wire having a finished outer diameter of 1.076 mm was used. That is, an AIW (polyamideimide) wire was used as the insulated wire. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as the sample of Comparative Example 3.
  • Comparative Example 4 In Comparative Example 4, an insulating coating layer having a thickness of 30 ⁇ m was formed around a conducting wire having a diameter of 1.0 mm, and an insulated wire having a finished outer diameter of 1.06 mm was used. That is, as an insulated wire, an enameled wire (product number: KMKED-20E) of Hitachi Cable, Ltd. was used. Other than this, a coil was produced in the same manner as in Example 1 described above. This was used as a sample of Comparative Example 4.
  • an enameled wire product number: KMKED-20E
  • Table 1 summarizes the configurations of the insulated wires and coils of the samples of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 described above.
  • the measurement of the partial discharge start voltage of the insulated wire was performed as follows. That is, first, two 500 mm long samples were cut out from the insulated wires used for the samples of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4, respectively. The two samples cut out from each insulated wire were twisted together while applying a tension of 14.7 N (1.5 kgf) to produce a twisted pair of stranded wires. The stranded wire was prepared so as to have nine twisted portions in the range of 120 mm at the center in the length direction of the sample of the insulated wire. Ten such stranded wires were produced from each insulated wire. And the insulation coating layer from the one edge part of each twisted wire to the position of 10 mm was peeled using the abisofix apparatus.
  • each twisted wire is kept in a desiccator until the temperature of each twisted wire becomes room temperature. Left for 18 hours. Thereafter, the partial discharge starting voltage of each stranded wire was measured using a partial discharge automatic test system (DACPD-3, manufactured by Soken Denki Co., Ltd.). The partial discharge starting voltage is measured by charging each twisted wire while increasing the sine wave voltage of 50 Hz at a rate of 10 to 30 V / s in an atmosphere at a temperature of 23 ° C. and a relative humidity (RH) of 50%. I went there.
  • DACPD-3 partial discharge automatic test system
  • produced 50 times in 1 second to each twisted wire was measured. This measurement was repeated three times, the average value of the three measurements was calculated, and this value was used as the partial discharge start voltage for each stranded wire. And the average value of the partial discharge start voltage of the insulated wire used for each sample is obtained from the partial discharge start voltage of each of the ten stranded wires produced from each insulated wire, and this average value is obtained as the partial discharge start voltage of the insulated wire. It was.
  • the measurement of the partial discharge start voltage of the coil was performed as follows. First, each coil as a sample of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 was held in a thermostatic bath at 120 ° C. for 30 minutes, and then left in a desiccator for 18 hours until the temperature of each coil reached room temperature. And dried. And the partial discharge start voltage of each sample was measured using the partial discharge automatic test system (the Soken Denki KK make, DACPD-3). The partial discharge start voltage is measured by charging each sample while increasing the sine wave voltage of 50 Hz at a rate of 10 to 30 V / s in an atmosphere having a temperature of 23 ° C. and a relative humidity (RH) of 50%. went. And the voltage when 100 pC discharge generate
  • RH relative humidity
  • a three-phase induction motor was manufactured using the coil which is the sample of Example 1. And the motor (coil) and the inverter power supply were connected with the cable of 50m. Then, a current was applied to the coil by an inverter power source under a voltage of AC 650 V to drive the motor. At this time, the surge voltage (Vp) applied to the insulated wire forming the coil was 1800V. Here, the surge voltage is the maximum value of the surge voltage measured at the terminal portion of the motor. The maximum potential difference of this motor was 1450V. Here, the maximum potential difference is a voltage actually applied to the coil with respect to the surge voltage.
  • Three-phase induction was performed in the same manner as in the case of using the coil that was the sample of Example 1, using the coil that was the sample of Examples 2 to 5, Example 7, Comparative Example 1, Comparative Example 3, and Comparative Example 4. Each motor was produced. And the motor (coil) and the inverter power supply were connected with the cable of 50m.
  • a current was applied to the coil by an inverter power source under the voltage of a three-phase induction motor AC400V using the coil that is the sample of Example 7 and Comparative Example 3, and the motor was driven.
  • the surge voltage (Vp) applied to the insulated wire forming the coil was 1300V.
  • the maximum potential difference was 1050V.
  • three-phase PM motors were produced using the coils that are the samples of Example 6 and Comparative Example 2, respectively. And the motor (coil) and the inverter power supply were connected with the cable of 50m. These three-phase PM motors were driven by applying current to the coils with an inverter power supply under a voltage of AC 400V. At this time, the surge voltage (Vp) applied to the insulated wire forming the coil was 1300V. The maximum potential difference was 845V.
  • the warranty period was measured as follows. That is, in an environment where the temperature is 23 ° C. and the relative humidity (RH) is 50%, partial discharge of each coil shown in Table 1 is started on the coils that are the samples of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4. A voltage (frequency: 100 kHz) was applied, and the time until the coil reached dielectric breakdown was measured. And the time obtained by converting the time obtained by measurement into the time when the frequency is 1 kHz was defined as the guarantee period. Note that when 100,000 hours were reached in terms of a value converted when the frequency was 1 kHz, the application of voltage to each sample was terminated, and the evaluation was “100,000 hours or more”.
  • the total discharge charge amount of the coil was measured as follows. That is, first, a voltage applying device for applying a voltage was connected to each sample of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4, and a capacitor was connected in series between each sample and ground. Then, in an environment where the temperature is 23 ° C. and the relative humidity (RH) is 50%, a partial discharge start voltage (surge voltage) (frequency: 100 kHz) is applied between the coils of each sample from the power application device. . And the terminal voltage of the capacitor
  • Calculation of the remaining film thickness of the insulating coating layer was performed as follows. That is, after applying a voltage from the voltage applying device to each sample and the warranty period has elapsed, or after each sample has reached dielectric breakdown, the cross section of the coil that is each sample is observed with an electron microscope. The thickness of the insulating coating layer included in the insulated wire constituting a certain coil was measured. And the minimum value of the measured thickness was made into the remaining film thickness value.
  • the coil according to each sample from Comparative Examples 1 to 4 formed using an insulated wire having an insulation performance with a total discharge charge of 10 C / mm 2 or more, that is, a total discharge charge of 10 C / mm 2 It was confirmed that the motor using the coil having the above insulation performance has a short warranty period. Therefore, when such a motor is used in, for example, industrial robots, home appliances, automobiles, etc., the coil is subject to dielectric breakdown within the warranty period of industrial robots, home appliances, automobiles, etc. It was confirmed that the motor might not drive.
  • the total discharge charge amount until the guarantee period (100,000 hours) passed was 2.30 C / mm 2 .
  • the total discharge charge amount until the guarantee period (100,000 hours) passed was 8.70 C / mm 2 .
  • the total discharge charge amount until the coil reached dielectric breakdown was 16.7 C / mm 2 .
  • the time required for the coil to break down was 92,500 hours.
  • the total discharge charge amount until the coil reached dielectric breakdown was 23.2 C / mm 2 . That is, before the guarantee period (100,000 hours) elapses, the coil has undergone dielectric breakdown.
  • a coil having an insulation performance that is formed by winding an insulated wire and has a total discharge charge of less than 10 C / mm 2 until the warranty period elapses is applied to the coil within the warranty period of the motor. Even when partial discharge occurs, it is possible to prevent the coil from causing dielectric breakdown within the warranty period of the motor. That is, the coil conforms to the standard of IEC 60034-18-42.
  • the coil of the present invention is useful for motors used in products such as industrial robots, home appliances, and automobiles.

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Abstract

モータの保証期間内に部分放電が発生した場合であっても、絶縁破壊に至らない絶縁性能を有する低電圧インバータ駆動モータ用コイルを提供する。インバータ電源によりＡＣ７００Ｖ未満の低電圧下で駆動される低電圧インバータ駆動モータ用コイルであって、絶縁電線を用いて形成され、保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満である低電圧インバータ駆動モータ用コイル。絶縁電線は、導線と、導線の周囲を被覆して配設される絶縁被覆層とを備える。

Description

低電圧インバータ駆動モータ用コイル
本発明は、インバータ電源によりＡＣ７００Ｖ未満の低電圧下で駆動される低電圧インバータ駆動モータに用いられる低電圧インバータ駆動モータ用コイルに関する。
例えば、自動車や産業機器等に用いられるモータは、導線と、導線の周囲に樹脂が被覆されて設けられた絶縁被覆層（絶縁体）とを有する絶縁電線を巻回して形成されたコイルを備えている。このようなコイルでは、印加電圧によって主に線間（絶縁被覆層と絶縁被覆層との間）、又は対地間（絶縁被覆層と導線との間）で、部分放電が発生する。部分放電は、絶縁電線の絶縁被覆層中、又は導線と絶縁被覆層との間に微小な空隙があると、その空隙に電界が集中し、空隙内の電界強度が高まることで発生する。部分放電が発生すると、荷電粒子が絶縁被覆層に衝突することで、絶縁被覆層の分子鎖切断や絶縁被覆層の発熱等が発生し、その結果、絶縁被覆層の浸食による絶縁被覆層の薄肉化が進行して絶縁被覆層が劣化する。絶縁被覆層の劣化が進行すると、絶縁電線は最終的に絶縁破壊に至る場合がある。
近年、省エネルギ化及び可変速の容易性の観点から、例えば、自動車や産業機器に用いられるモータとして、インバータ電源を用いて駆動させるモータ（インバータ駆動モータ、インバータ制御モータとも言う。）が用いられることが増えてきている。インバータ電源を用いてモータが駆動された場合、モータは立ち上がり時間が短い高電圧パルスに晒されることから、絶縁電線又はコイルに急峻な過電圧（インバータサージ電圧）が印加されることがある。このインバータサージ電圧によって上述の空隙内の電界強度が高まり、絶縁電線又はコイルに部分放電が発生することがある。その結果、絶縁電線が絶縁破壊に至ることがある。
従って、インバータ駆動モータに用いられるコイルの絶縁電線には、インバータ電源を用いてモータを駆動させる際に絶縁破壊が起こりにくいという耐性（以下、「耐サージ性」と言う。）が求められている。耐サージ性はモータの寿命に密接に関連し、モータ品質を確保する重要な特性である。
耐サージ性の指標を示す国際規格として、例えば、非特許文献１や非特許文献２等には、インパルス電圧を用いた絶縁検査診断方法が開示されている。非特許文献１，非特許文献２では、回転機に所定のインパルス電圧を印加して部分放電が発生しないか検査診断する。又は、回転機に印加するインパルス電圧を徐々に昇圧させながら部分放電が発生する電圧（部分放電開始電圧）を測定し、これが回転機の運転電圧よりも高いかどうか検査診断する。なお、自動車（車両）に用いられるモータのコイル等、現時点では、非特許文献１及び非特許文献２に開示された規格が適用されないコイルもある。しかしながら、このようなコイルであっても、基本的には非特許文献１及び非特許文献２に開示された規格と同じ考えに基づいて、モータに用いられるコイルの絶縁性能の設計がなされているものと考えられる。
非特許文献１では、モータの保証期間が経過するまでは、コイル中で部分放電の発生を許容しないという絶縁性能を有するコイルの設計が行われている。すなわち、インパルス電圧を繰り返して印加した場合や、モータの生涯にわたって想定される複合劣化を加えた後であっても、コイルに部分放電が発生してはならない、又はコイルを形成する絶縁電線の部分放電開始電圧が回転機の運転電圧より下がってはならないという絶縁性能を有するコイルの設計である。非特許文献２では、所定の部分放電を許容する、又は部分放電開始電圧が回転機の運転電圧より所定量下がってもよいという絶縁性能を有するコイルの設計が行われている。すなわち、非特許文献２は、モータの保証期間内であっても、絶縁電線が絶縁破壊に至らない程度の微弱な部分放電を許容する絶縁性能を有するコイルの設計である。
従来、ＡＣ７００Ｖ未満のインバータ電源により駆動されるモータ（以下では「低電圧インバータ駆動モータ」とも言う。）に用いられるコイルは、非特許文献１に基づく絶縁性能を有していた。すなわち、通常、低電圧インバータ駆動モータに用いられる低電圧インバータ駆動モータ用コイルは、モータの保証期間が経過するまでは、部分放電が発生しない絶縁性能を有するように設計されていた。
ＩＥＣ６００３４－１８－４１ ＩＥＣ６００３４－１８－４２
しかしながら、低電圧インバータ駆動モータ用コイルが、モータの保証期間が経過するまで部分放電が発生しない絶縁性能を有するように設計された場合であっても、モータの使用条件やインバータ電源により、モータに印加される駆動電圧条件等が予期しない条件となって、部分放電の発生状況や発生頻度が変わってしまう。これに起因して、コイルに部分放電が発生してしまう場合が想定される。
従って、低電圧インバータ駆動モータ用コイルには、モータの保証期間内に予期しない条件によって部分放電が発生した場合であっても、絶縁破壊に至らない絶縁性能を有することが今後益々求められることが予想される。
そこで、本発明は、上記課題を解決し、モータの保証期間内に部分放電が発生した場合であっても、絶縁破壊に至らない絶縁性能を有する低電圧インバータ駆動モータ用コイルを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、次のように構成されている。
本発明の第１の態様によれば、インバータ電源によりＡＣ７００Ｖ未満の低電圧下で駆動される低電圧インバータ駆動モータに用いられる低電圧インバータ駆動モータ用コイルであって、絶縁電線を用いて形成され、保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満である低電圧インバータ駆動モータ用コイルが提供される。
本発明の第２の態様によれば、前記絶縁電線は、導線と、前記導線の周囲を被覆して配設され、無機微粒子を含有する樹脂から構成された絶縁被覆層と、を備える第１の態様の低電圧インバータ駆動モータ用コイルが提供される。
本発明の第３の態様によれば、前記絶縁電線は、導線と、前記導線の周囲を被覆して配設され、融点が２００℃以上である熱可塑性樹脂から構成された絶縁被覆層と、を備える第１の態様の低電圧インバータ駆動モータ用コイルが提供される。
本発明の第４の態様によれば、前記絶縁電線は、前記保証期間が経過するまでの間の前記総放電電荷量が、１ｍＣ／ｍｍ2以上である第１～第３の態様のいずれかの低電圧インバータ駆動モータ用コイルが提供される。
本発明の第５の態様によれば、前記保証期間が経過した際の前記絶縁被覆層の膜厚が、５μｍ以上である第１～第４の態様のいずれかの低電圧インバータ駆動モータ用コイルが提供される。
本発明の一実施態様によれば、モータの保証期間内に部分放電が発生した場合であっても、絶縁破壊に至らない絶縁性能を有する低電圧インバータ駆動モータ用コイルを提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態における低電圧インバータ駆動モータ用コイルを使用したモータコイルの一例を示す回路図である。
（発明者等が得た知見）
まず、本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明者等が得た知見について説明する。
上述したように、モータに用いられるコイルの耐サージ性は、モータの寿命に密接に関連し、モータ品質を確保する重要な特性である。上述したように、コイルの耐サージ性の指標を示す国際規格として、例えば、非特許文献１や非特許文献２等には、インパルス電圧を用いた絶縁検査診断方法が開示されている。従来、低電圧インバータ駆動モータに用いられる低電圧インバータ駆動モータ用コイルは、非特許文献１に基づく絶縁性能を有するように設計されていた。
しかしながら、耐サージ性を向上させた低電圧インバータ駆動モータであっても、モータが有する課電寿命保証期間（モータの保証期間、すなわち、コイルの保証期間）が経過するまでの間、コイルに部分放電が全く発生しない状態にすること、及びコイルに部分放電が全く発生しないことを明らかにすることは極めて困難である場合が多い。
従って、非特許文献２の規格に適合する絶縁性能を有する低電圧インバータ駆動モータ用コイルが求められる。なお、非特許文献２の規格は、ガラス巻線やマイカ巻線等の無機絶縁電線を用いたコイルを使用し、ＡＣ７００Ｖ以上の高電圧下で駆動されるモータ（以下では「高電圧駆動モータ」とも言う。）を想定した規格である。
このように非特許文献２は、高電圧駆動モータを想定した規格であるが、低電圧インバータ駆動モータであっても、モータの寿命、すなわち、モータの保証期間が経過するまでモータの駆動を維持できれば、非特許文献２の規格の絶縁性能に適合することになる。すなわち、低電圧インバータ駆動モータ用コイルにおいて、モータの保証期間が経過するまでの間に、コイルに部分放電が発生した場合であっても、コイルに用いられる絶縁電線が絶縁破壊に至らなければ、非特許文献２の規格に適合することになる。しかしながら、低電圧インバータ駆動モータは、モータの使用条件（例えば、モータの設置雰囲気の温度，湿度，気圧、モータ駆動時の温度上昇、モータの駆動年数や劣化度合い、モータの汚損など）、インバータ電源によりモータに印加される駆動電圧条件、絶縁電線の使用形状等の違いに起因して、部分放電の発生状況や発生頻度が変化してしまう。また、低電圧インバータ駆動モータは、インバータ電源のスイッチング動作、出力パルスの立ち上がり速度等のインバータ電源の性能や、モータの設置環境（例えば、インバータ電源からモータまでのケーブルの長さや、接地の条件等）、コイルの形成方式等によって、インバータサージ電圧等が変化しやすい。従って、低電圧インバータ駆動モータ用コイルに発生する部分放電を予測することが難しかった。すなわち、低電圧インバータ駆動モータ用コイルの絶縁性能の設計は、種々の場合を想定して行わなければならず、低電圧インバータ駆動モータ用コイルの絶縁性能を非特許文献２の規格に適合させることが難しかった。
そこで、本発明者等は、低電圧インバータ駆動モータ用コイルの電荷量に着目した。すなわち、コイルの保証期間が経過するまでのコイルの総放電電荷量が所望の範囲内であると、モータの保証期間内にコイルに部分放電が発生した場合であっても、コイルの保証期間内では、コイルは絶縁破壊に至らない絶縁性能を有するとの予測が可能となることを見出した。その結果、低電圧インバータ駆動モータ用コイルを非特許文献２の規格に容易に適合させることができることを見出した。本発明は、本発明者等が見出した上記知見に基づくものである。
以下に、本発明の一実施形態について説明する。
（１）低電圧インバータ駆動モータ用コイルの構成
まず、本発明の一実施形態における低電圧インバータ駆動モータ用コイル（以下では、単に「コイル」とも言う。）の構成について説明する。
本実施形態のコイルは、インバータ電源によりＡＣ７００Ｖ未満の低電圧下で駆動される低電圧インバータ駆動モータ（以下では、単に「モータ」とも言う。）に用いられる。
本実施形態のコイルは、例えば、図１に示されるようなモータコイルとして使用可能である。図１においてＵ相、Ｖ相、Ｗ相に用いられる各コイルは１つのコイルからなるが、複数のコイルからなるものであっても良い。当該複数のコイルは、直列又は並列に結線することができる。また、コイルの結線形式は、図１に示されるスター結線の他にデルタ結線であってもよい。
コイルは、絶縁電線を用いて形成されている。例えば、コイルは、絶縁電線が巻回されて形成されている。また、コイルは、複数の絶縁電線の端末同士が接合されて形成されていてもよい。すなわち、コイルは、所定長さ（例えば、１０ｃｍ～２０ｃｍ）の複数本の絶縁電線をそれぞれＵ字状に曲げた後、スロット内に整列させて挿入し、複数の絶縁電線の端末同士をそれぞれ接合して形成されていてもよい。コイルは、インバータ電源によって電流が供給されるように構成されている。コイルは、モータの保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満、好ましくは１０Ｃ／ｍｍ2未満１ｍＣ／ｍｍ2以上である。総放電電荷量とは、インバータ電源によってモータが駆動される際、モータの保証期間内に、絶縁電線が有する部分放電開始電圧よりも高いインバータサージ電圧が絶縁電線に印加されることに起因してコイルに発生する部分放電の電荷量の総和である。なお、本実施形態では、部分放電は、コイルを形成する絶縁電線間（絶縁被覆層と絶縁被覆層との間）に発生した部分放電とする。
これにより、本実施形態のコイルは、ＩＥＣ６００３４－１８－４２の規格に適合する低電圧インバータ駆動モータに適用できるようになる。すなわち、コイルが、低電圧インバータ駆動モータの保証期間内に、絶縁電線が有する部分放電開始電圧よりも高いインバータサージ電圧が絶縁電線に印加されることに起因してコイルに発生する部分放電の電荷量の総和、所謂、総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満となるような絶縁性能を有することにより、低電圧インバータ駆動モータの保証期間内に、コイルに部分放電が発生した場合であっても、低電圧インバータ駆動モータの保証期間内では、コイルを形成する絶縁電線が絶縁破壊に至ることを抑制できる。すなわち、コイルは、モータの保証期間内に部分放電が発生した場合であっても、モータの保証期間内は絶縁破壊に至らない絶縁性能を有する。
また、本実施形態のコイルは、このコイルが用いられるモータの選定も容易に行うことができる。すなわち、モータの使用条件、モータに印加される駆動電圧条件、コイルの形成方式、絶縁電線の使用形状等の違いに起因してコイルに発生する部分放電の発生状況や発生頻度等の予測を過度に行うことなく、コイルが用いられるモータの選定を行うことができる。
すなわち、本実施形態のコイルは、産業用ロボット、家電製品、自動車等の製品に用いられるモータに用いることができる。このとき、コイルは、コイル（モータ）が用いられる製品に応じた稼働時間や稼働条件等を推測し、モータの保証期間が経過するまでのコイルの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満となるような絶縁性能を有していればよい。
例えば、コイルが産業用ロボットに用いられる場合について説明する。産業用ロボットに用いられるモータの保証期間はメーカ毎に定められている。しかしながら、産業用ロボット（例えば、連続生産プラントなどの主要部品）がモータの保証期間を超えて使用されている場合であっても、モータが駆動しなくなると甚大な損害が発生する場合がある。このため、産業用ロボットに用いられるコイルは、保証期間を超えた長期間にわたって絶縁電線が絶縁破壊に至らず、モータが故障しないような絶縁性能を有しているとよい。すなわち、産業用ロボットに用いられるコイルは、単位時間当たりの部分放電の発生量が低くなるように見積もり、モータの保証期間が経過するまでのコイルの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満となるような絶縁性能を有していればよい。
また、コイルが家電製品に用いられる場合について説明する。家電製品では、モータが保証期間を超えて破壊した場合は保証対象外になるのが一般的である。従って、家電製品に用いられる場合のコイルは、モータ保証期間内（すなわち、家電製品の保証期間内）のモータの駆動時間を推測して、保証期間内のコイルの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満となるような絶縁性能を有していればよい。
また、コイルが自動車やトラック等の車両に用いられる場合について説明する。コイルが車両に用いられる場合、コイルは、車両の走行距離や平均速度等を推測して、保証期間内の総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満となるような絶縁性能を有していればよい。このとき、単位時間当たりの部分放電発生量は比較的高い値に設定されていてもよい。例えば、モータの保証期間を自家用車等の車両の走行距離が１０万ｋｍとなる期間とする。このように１０万ｋｍの走行距離を保証した場合であっても、車両の平均速度を考慮すると、モータの駆動時間は１万時間程度にすぎない。モータの駆動時間のうち、部分放電が発生しうる過負荷走行が行われる時間は更に短くなる。従って、自家用車等に用いられるコイルでは、単位時間当たりの部分放電発生量が比較的高い値に設定されていてもよい。また、例えば、コイルがトラック等の業務車両に用いられる場合、自動車等に比べて走行距離が多くなるが、このような場合であっても、コイルは、業務車両の平均走行距離を考慮して、モータの保証期間が経過するまでのコイルの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満となるような絶縁性能を有していればよい。
コイルの総放電電荷量の測定は、モータの保証期間が経過するまでの間に、コイルに発生した部分放電の電荷量を積算して算出することで行われる。総放電電荷量の測定方法については、特に限定されるものではなく、例えば、電気学会技術報告第１２１８号「繰返しインパルスにおける部分放電計測とインバータサージ絶縁」のＰ２１記載の直列コンデンサを用いる残留電荷法を用いることができる。また、例えば、コイル（絶縁電線）と接地との間にコンデンサを直列に接続し、コンデンサの端子電圧を連続して検出し、検出した端子電圧を部分放電電荷量に換算し、換算した部分放電電荷量を積算して総放電電荷量を測定してもよい。なお、総放電電荷量の測定の際、モータの保証期間が経過するまでの間に発生する全ての部分放電の電荷量を測定する必要はなく、例えば、モータの保証期間よりも極めて短い所定時間において連続的に部分放電の電荷量を測定した値、若しくは離散的に（例えば、所定時間毎に）部分放電の電荷量を測定して積算した値を、想定するモータの保証期間（例えば、１０万時間に相当する期間）における電荷量に換算して総放電電荷量としてもよい。
部分放電の電荷量の測定は、特に限定されるものではない。すなわち、部分放電の電荷量の測定は、例えば、コイルを形成する絶縁電線が有する部分放電開始電圧よりも高いインバータサージ電圧がコイルに印加されている際に、コイルに発生する部分放電を測定可能な装置（部分放電測定装置）と、ＩＥＣ６０２７０に準拠する放電電荷量の校正が可能な測定器（放電電荷量測定器）と、を用いて行うことができる。すなわち、まず、モータの保証期間が経過するまでの間にコイルに生じた部分放電を、放電電荷量測定器を用いて間接的に校正する。その後、部分放電測定装置により、放電電荷量測定器により校正された部分放電を測定することで、コイルに生じた部分放電を測定することができる。なお、ＩＥＣ６０２７０は、交流電圧の位相に同期させて部分放電を検知する標準的な部分放電測定方式であり、ｋＨｚ帯域での低周波成分に基づく電荷量校正手法が規格化されている。
なお、コイルにインバータサージ電圧が印加されている際の部分放電の電荷量の測定では、部分放電を感度よく検出するために、例えば、ハイパスフィルタ等を用いた周波数分離を行ったり、高周波数帯域のセンサ等を用いることが考えられる。しかしながら、これらは部分放電の際に発生する電流の低周波成分をカットするため、放電電荷量測定器によるＩＥＣ６０２７０に準拠する放電電荷量の校正を行うができない場合があるので、本実施形態での適用は好ましくない。また、例えば、フォトマルチプライヤを用いて、コイル（絶縁電線）に発生した部分放電を光検出することも考えられる。しかしながら、フォトマルチプライヤ等は、部分放電の際に発生する電流を直接検出するわけではない。従って、放電電荷量測定器による放電電荷量の校正を行うことができないので、本実施形態では適用できない。
絶縁電線は、導線と、導線の周囲を被覆するように絶縁材料を塗布して設けられる所定厚さ（例えば、１０μｍ～２００μｍ）の絶縁被覆層とを備えている。絶縁電線の断面形状は、例えば、円形状や矩形状等とすることができる。導線としては、例えば、銅やアルミニウム等を含む素線を用いることができる。絶縁材料の塗布方法は、特に限定されるものではなく、例えば、押出機により押出被覆や、電着塗装、ＵＶ塗装等を用いることができる。
絶縁材料としては、例えば、無機微粒子を含有する樹脂、すなわち、ベース樹脂に無機微粒子を分散させた樹脂を用いるとよい。ベース樹脂としては、例えば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド等を用いることができる。無機微粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の金属酸化物系の微粒子を用いることができる。また、無機微粒子として、例えば、酸化インジウム錫（ITO: Indium Tin Oxide)、酸化亜鉛、酸化スズ、カーボン（例えば、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、グラフェン等）等の半導電性を帯びた微粒子が用いられてもよい。また、無機微粒子として、例えば、ポリアニリン等の導電性高分子が用いられてもよい。無機微粒子の形状は特に限定されるものではなく、例えば、球形状、層状、柱状、鎖状等の他、中空状やポーラス形状であってもよい。上記した絶縁材料から得られる絶縁被覆層を有する絶縁電線を選択して、モータの保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満となるようなコイルとする。これにより、コイルは、部分放電が発生した場合であっても、モータの保証期間内では、絶縁破壊に至らない絶縁性能を有する。
また、絶縁材料として、融点が２００℃以上である熱可塑性樹脂を用いてもよい。すなわち、絶縁被覆層は、融点が２００℃以上である熱可塑性樹脂で導線の周囲を被覆して設けてもよい。このような絶縁材料から得られる絶縁被覆層を有する絶縁電線を選択して、モータの保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満となるようなコイルとしてもよい。これにより、コイルは、コイルに部分放電が発生した場合であっても、モータの保証期間内では、絶縁破壊に至らない絶縁性能を有する。なお、絶縁被覆層が、融点が２００℃未満である熱可塑性樹脂で構成されていると、熱劣化により絶縁性能が低下してしまい、コイルが持つ総放電電荷量が変化してしまう場合がある。
このような熱可塑性樹脂としては、例えば、熱可塑性ポリイミド（Ｔｍ：３３８℃）、ポリエーテルエーテルケトン（Ｔｍ：３３４℃）、ポリエーテルケトン（Ｔｍ：３７３℃）、ポリフェニレンサルファイド（Ｔｍ：２８５℃）、ポリブチレンナフタレート（Ｔｍ：２４３℃）、ポリブチレンテレフタレート（Ｔｍ：２２４℃）、ポリエチレンナフタレート（Ｔｍ：２６９℃）、ポリエチレンテレフタレート（Ｔｍ：２５８℃）等のエンジニアリングプラスチックや、スーパーエンジニアプラスチック等を用いることができる。これらの中でも、誘電率の小さいポリエーテルエーテルケトンや、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド等を用いることが好ましい。これらの絶縁材料を用いることにより、コイルは、モータの保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満で、より優れた絶縁性能を有する。
絶縁被覆層は比誘電率が３．５以下となるように形成されているとよい。これにより、コイルは、モータの保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満で、より優れた絶縁性能を有する。絶縁被覆層の比誘電率が３．５より大きいと、絶縁電線の部分放電開始電圧が低下する。このことから、コイルは、比誘電率が３．５以下である絶縁被覆層を有する絶縁電線と比較して、絶縁電線が絶縁破壊に至るまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満となるような絶縁性能を有しない場合がある。
コイルに部分放電が発生する際、部分放電が有するエネルギによって、絶縁電線の絶縁被覆層が浸食されて（削られて）薄肉化する。従って、モータの保証期間が経過した際の絶縁被覆層の膜厚（残存膜厚）が５μｍ以上であるとよい。これにより、コイルは、モータの保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満で、より優れた絶縁性能を有する。なお、絶縁被覆層の残存膜厚は、コイルを形成する絶縁電線が備える絶縁被覆層の最薄箇所の膜厚である。
（２）低電圧インバータ駆動モータ用コイルの製造方法
続いて、本発明の一実施形態における低電圧インバータ駆動モータ用コイルの製造方法について説明する。
まず、銅やアルミニウム等の素線である導線の周囲に、例えば、押出機等により熱可塑性樹脂からなる絶縁材料を押出被覆して絶縁被覆層を形成し、絶縁電線を形成する。又は、上記した導線の周囲に、絶縁塗料からなる絶縁材料を塗装装置で塗布し、その後、焼付炉にて焼付けすることで絶縁被覆層を形成し、絶縁電線を形成する。絶縁材料としては、ベース樹脂中に無機微粒子を分散させた樹脂を溶媒に溶解させた絶縁塗料や、融点が２００℃以上の熱可塑性樹脂等を用いるとよい。続いて、絶縁電線を用いてコイルを形成する。例えば、絶縁電線を鉄心に所定回数巻回して、絶縁電線の巻回体であるコイルを形成する。又は、所定長さ（例えば、１０ｃｍ～２０ｃｍ）の複数本の絶縁電線をそれぞれＵ字状に曲げた後、スロット内に整列させて挿入し、複数の絶縁電線の端末同士をそれぞれ接合してコイルを形成してもよい。その後、必要に応じて、絶縁電線の巻回体等を、例えば、不飽和ポリエステルワニスや、ポリイミドワニス、不飽和ポリエステルにシリカゾルを分散したワニス等に含浸して硬化させ、総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満である絶縁性能を有するコイルを形成する。これにより、本実施形態に係る部分放電を許容する低電圧インバータ駆動モータ用コイルの製造工程を終了する。
（３）本実施形態の効果
本実施形態は、以下の効果を有する。
（ａ）本実施形態において、インバータ電源によりＡＣ７００Ｖ未満の駆動電圧下で駆動される低電圧インバータ駆動モータに用いられる低電圧インバータ駆動モータ用コイルは、絶縁電線を用いて形成され、保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満である絶縁性能を有する。これにより、コイルは、ＩＥＣ６００３４－１８－４２の規格に適合するようになる。すなわち、モータの保証期間内に、コイルに部分放電が発生した場合であっても、モータの保証期間内では、コイルが絶縁破壊に至ることを抑制できる。
また、本実施形態のコイルは、このコイルが用いられるモータの選定も容易に行うことができる。すなわち、モータの使用条件、モータに印加される駆動電圧条件、コイルの形成方式、絶縁電線の使用形状等の違いに起因してコイルに発生する部分放電の発生状況や発生頻度等の予測を過度に行うことなく、コイルが用いられるモータの選定を行うことができる。
（ｂ）本実施形態において、絶縁電線は、導線と、導線の周囲を被覆して配設され、無機微粒子を含有する樹脂から構成された絶縁被覆層とを備えている。これにより、絶縁電線の耐サージ性、すなわち、コイルの耐サージ性を向上させることができる。従って、コイルは、モータの保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満で、より優れた絶縁性能を有する。
（ｃ）本実施形態において、絶縁電線は、導線と、導線の周囲を被覆して配設され、融点が２００℃以上である熱可塑性樹脂から構成された絶縁被覆層とを備えている。これにより、コイルは、モータの保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満で、より優れた絶縁性能を有する。
（ｄ）本実施形態によれば、前記絶縁電線が絶縁破壊に至った際の絶縁被覆層の残存膜厚が５μｍ以上である。これにより、コイルは、モータの保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満で、より優れた絶縁性能を有する。
以下に、本発明に従う実施例を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、絶縁材料を塗布し、焼付けして厚さが５０μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．１ｍｍである絶縁電線を用いた。なお、絶縁材料としてポリエステルイミドをベース樹脂とし、このベース樹脂に無機微粒子としてシリカを分散させた絶縁塗料を用いた。すなわち、絶縁電線として、日立電線株式会社製の耐サージ性エナメル線（品番：ＫＭＫＥＤ－２０Ｅ：シリカ含有ポリエステルイミドナノコンポジット／ポリアミドイミドダブルコート線）を用いた。この絶縁電線は、２本の絶縁電線を撚り合わせた撚線（ツイストペアの撚線）を作製した。このツイストペアの撚線を、分布巻方式で複数回巻回して絶縁電線の巻回体を形成した。そして、絶縁電線の巻回体を、不飽和ポリエステルワニスに含浸して、絶縁電線を固着し、コイルを作製した。これを実施例１の試料とした。
（実施例２）
実施例２では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、ポリエステルイミドからなる樹脂を溶媒に溶解させた絶縁塗料を塗布し、焼付けしてポリエステルイミドからなる層を形成し、さらにポリエステルイミドからなる層の周囲に、ポリアミドイミドからなる樹脂を溶媒に溶解させた絶縁塗料を塗布し、焼付けしてポリアミドイミドからなる層を形成して厚さが１５０μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．３ｍｍである絶縁電線を用いた。すなわち、絶縁電線として、ＥＩ／ＡＩＷ（ポリエステルイミド／ポリアミドイミド）のダブルコートエナメル線を用いた。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを実施例２の試料とした。
（実施例３）
実施例３では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂からなる絶縁材料を押出被覆して厚さが１５０μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．３ｍｍである絶縁電線を用いた。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを実施例３の試料とした。
（実施例４）
実施例４では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、加熱によるイミド化後のイミド基濃度が３６％以下のポリアミック酸を溶媒に溶解させた絶縁塗料を塗布し、焼付けして、厚さが１００μｍであるポリイミドからなる絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．２ｍｍである絶縁電線を用いた。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを実施例４の試料とした。
（実施例５）
実施例５では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、ポリエステルイミドからなる樹脂を溶媒に溶解させた絶縁塗料を塗布し、焼付けしてポリエステルイミドからなる層を形成し、さらにポリエステルイミドからなる層の周囲に、ポリアミドイミドからなる樹脂を溶媒に溶解させた絶縁塗料を塗布し、焼付けしてポリアミドイミドからなる層を形成して厚さが５０μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．１ｍｍである絶縁電線を用いた。すなわち、絶縁電線として、ＥＩ／ＡＩＷ（ポリエステルイミド／ポリアミドイミド）のダブルコートエナメル線を用いた。そして、２本の絶縁電線を撚り合わせて作製したツイストペアの撚線を用いて絶縁電線の巻回体を形成し、巻回体を、無機微粒子を充填した不飽和ポリエステルワニスに含浸して、絶縁電線を固着し、コイルを作製した。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを実施例５の試料とした。
（実施例６）
実施例６では、直径が１．０２４ｍｍである導線の周囲に、厚さが３８μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．７８４ｍｍである絶縁電線を用いた。すなわち、絶縁電線として、エセックス・グループ・インコーポレイテッド製のエナメル線（ＵＳ　Ｐｌｕｓ線）を用いた。そして、２本の絶縁電線を撚り合わせて作製したツイストペアの撚線を、集中巻方式で複数回巻回して絶縁電線の巻回体を形成した。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを実施例６の試料とした。
（実施例７）
実施例７では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、ポリアミドイミドをベース樹脂とし、このベース樹脂に無機微粒子としてシリカを分散させた絶縁塗料を塗布し、焼付けして厚さが４０μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．０８ｍｍである絶縁電線を用いた。すなわち、絶縁電線として、日立電線株式会社製の耐サージ性エナメル線（品番：ＫＭＫＥＤ－２２Ａ）を用いた。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを実施例７の試料とした。
（比較例１）
比較例１では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、厚さが５０μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．１ｍｍである絶縁電線を用いた。すなわち、絶縁電線として、ＥＩ／ＡＩＷ（ポリエステルイミド／ポリアミドイミド）のダブルコート線を用いた。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを比較例１の試料とした。
（比較例２）
比較例２では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、厚さが３８μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．０７６ｍｍである絶縁電線を用いた。すなわち、絶縁電線として、ＡＩＷ（ポリアミドイミド）線を用いた。そして、２本の絶縁電線を撚り合わせて作製したツイストペアの撚線を、集中巻方式で複数回巻回して絶縁電線の巻回体を形成した。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを比較例２の試料とした。
（比較例３）
比較例３では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、厚さが３８μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．０７６ｍｍである絶縁電線を用いた。すなわち、絶縁電線として、ＡＩＷ（ポリアミドイミド）線を用いた。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを比較例３の試料とした。
（比較例４）
比較例４では、直径が１．０ｍｍである導線の周囲に、厚さが３０μｍである絶縁被覆層を形成し、仕上がり外径が１．０６ｍｍである絶縁電線を用いた。すなわち、絶縁電線として、日立電線株式会社線のエナメル線（品番：ＫＭＫＥＤ－２０Ｅ）を用いた。この他は、上述の実施例１と同様にしてコイルを作製した。これを比較例４の試料とした。
上述の実施例１～実施例７及び比較例１～比較例４の各試料の絶縁電線及びコイルの構成をまとめて表１に示す。
以上のようにして作製した実施例１～実施例７及び比較例１～比較例４の各試料でそれぞれ用いた絶縁電線の部分放電開始電圧、及び各試料であるコイルの部分放電開始電圧をそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。
絶縁電線の部分放電開始電圧の測定は、以下のように行った。すなわち、まず、実施例１～７及び比較例１～４の試料にそれぞれ用いられる絶縁電線から、５００ｍｍの長さのサンプルを２本ずつ切り出した。そして、各絶縁電線から切り出した２本のサンプルを、１４．７Ｎ（１．５ｋｇｆ）の張力を掛けながら撚り合わせ、ツイストペアの撚線を作製した。撚線は、絶縁電線のサンプルの長さ方向における中央部の１２０ｍｍの範囲に９回の撚り部を有するように作製した。このような撚線を、各絶縁電線から１０個ずつ作製した。そして、アビソフィックス装置を用い、各撚線の一方の端部から１０ｍｍの位置までの絶縁被覆層を剥離した。そして、１２０℃の恒温槽中で３０分間、各撚線を保持して各撚線の絶縁被覆層を乾燥させた後、各撚線の温度が室温となるまで、各撚線をデシケータ中で１８時間放置した。その後、部分放電自動試験システム（総研電気株式会社製、ＤＡＣＰＤ－３）を用い、各撚線の部分放電開始電圧を測定した。部分放電開始電圧の測定は、温度が２３℃、相対湿度（ＲＨ）が５０％の雰囲気下で、５０Ｈｚの正弦波電圧を１０～３０Ｖ／ｓの割合で昇圧させながら各撚線に荷電することで行った。そして、各撚線に、１００ｐＣの放電が１秒間に５０回発生した際の電圧を測定した。この測定を３回繰り返して行い、３回の測定値の平均値を算出し、この値を各撚線の部分放電開始電圧とした。そして、各絶縁電線から作製した１０本の各撚線の部分放電開始電圧から、各試料に用いられる絶縁電線の部分放電開始電圧の平均値を求め、この平均値を絶縁電線の部分放電開始電圧とした。
コイルの部分放電開始電圧の測定は、以下のように行った。まず、実施例１～７及び比較例１～４の試料である各コイルを、１２０℃の恒温槽中に３０分間保持した後、各コイルの温度が室温となるまでデシケータ中で１８時間放置して乾燥させた。そして、部分放電自動試験システム（総研電気株式会社製、ＤＡＣＰＤ－３）を用い、各試料の部分放電開始電圧を測定した。部分放電開始電圧の測定は、温度が２３℃、相対湿度（ＲＨ）が５０％の雰囲気下で、５０Ｈｚの正弦波電圧を１０～３０Ｖ／ｓの割合で昇圧させながら各試料に荷電することで行った。そして、各コイルに１００ｐＣの放電が１秒間に５０回発生した際の電圧を測定した。この測定を３回繰り返して行い、３回の測定値の平均値を算出し、この値を各試料であるコイルの部分放電開始電圧とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
＜絶縁性能の評価＞
次に、実施例１～７及び比較例１～４の各試料を用い、表２に示す構成でモータを作製した。そして、各試料であるコイルの絶縁性能を評価した。
実施例１の試料であるコイルを用いて、３相誘導モータを作製した。そして、モータ（コイル）とインバータ電源とを５０ｍのケーブルで接続した。そして、ＡＣ６５０Ｖの電圧下でインバータ電源によりコイルに電流を印加して、モータを駆動させた。このとき、コイルを形成する絶縁電線に印加されるサージ電圧（Ｖｐ）は１８００Ｖであった。ここで、サージ電圧は、モータの端子部で計測したサージ電圧の最大値である。また、このモータの最大電位差は１４５０Ｖであった。ここで、最大電位差とは、サージ電圧に対して、実際にコイルに印加される電圧である。
実施例２～５、実施例７、比較例１、比較例３及び比較例４の試料であるコイルを用いて、実施例１の試料であるコイルを用いた場合と同様にして、３相誘導モータをそれぞれ作製した。そして、モータ（コイル）とインバータ電源とを５０ｍのケーブルで接続した。
そして、実施例２～５、比較例１及び比較例４の試料であるコイルを用いた３相誘導モータＡＣ６５０Ｖの電圧下でインバータ電源によりコイルに電流を印加して、モータを駆動させた。このとき、コイルを形成する絶縁電線に印加されるサージ電圧（Ｖｐ）は１８００Ｖであった。また、最大電位差は１４５０Ｖであった。
また、実施例７及び比較例３の試料であるコイルを用いた３相誘導モータＡＣ４００Ｖの電圧下でインバータ電源によりコイルに電流を印加して、モータを駆動させた。このとき、コイルを形成する絶縁電線に印加されるサージ電圧（Ｖｐ）は１３００Ｖであった。また、最大電位差は１０５０Ｖであった。
また、実施例６及び比較例２の試料であるコイルを用いて、３相ＰＭモータをそれぞれ作製した。そして、モータ（コイル）とインバータ電源とを５０ｍのケーブルで接続した。そして、これらの３相ＰＭモータをＡＣ４００Ｖの電圧下でインバータ電源によりコイルに電流を印加して、モータを駆動させた。このとき、コイルを形成する絶縁電線に印加されるサージ電圧（Ｖｐ）は１３００Ｖであった。また、最大電位差は８４５Ｖであった。
実施例１～７及び比較例１～４の各試料であるコイルについて、絶縁性能、すなわち、保証期間、総放電電荷量及び絶縁被覆層の残存膜厚を評価した。その結果を表２に示す。
保証期間の測定は、以下のように行った。すなわち、温度が２３℃、相対湿度（ＲＨ）が５０％の環境下で、実施例１～７及び比較例１～４の各試料であるコイルに、表１に示すそれぞれのコイルの部分放電開始電圧（周波数：１００ｋＨｚ）を課電し、コイルが絶縁破壊に至るまでの時間を測定した。そして、測定により得られた時間を周波数が１ｋＨｚのときの時間に換算して得られた時間を保証期間とした。なお、周波数が１ｋＨｚの場合に換算した値で１０万時間に到達した時点で、各試料への電圧の印加を終了し、その評価を「１０万時間以上」とした。
コイルの総放電電荷量の測定は以下のように行った。すなわち、まず、実施例１～７及び比較例１～４の各試料に、電圧を印加する課電装置を接続するとともに、各試料と接地との間にコンデンサを直列に接続した。そして、温度が２３℃、相対湿度（ＲＨ）が５０％の環境下で、課電装置から部分放電開始電圧（サージ電圧）（周波数：１００ｋＨｚ）を各試料であるコイルの線間に課電した。そして、上述の保証期間が経過するまで、又は各試料が絶縁破壊に至るまでのコンデンサの端子電圧を連続して測定し、各試料から放電され、コンデンサ内に残留する放電電荷量を算出した。そして、上述の保証期間が経過するまで、又は各試料が絶縁破壊に至るまでの放電電荷量を積算し、積算した値を総放電電荷量とした。
絶縁被覆層の残存膜厚の算出は以下のように行った。すなわち、各試料に課電装置から電圧を印加して保証期間が経過した後、又は各試料が絶縁破壊に至った後、各試料であるコイルの断面を電子顕微鏡にて観察し、各試料であるコイルを構成する絶縁電線が有する絶縁被覆層の厚さを測定した。そして、測定した厚さの最小値を残存膜厚値とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
表２から、保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満である実施例１～７の各試料を用いたモータは、保証期間（１０万時間）が経過するまでの間に部分放電が生じているが、コイルは絶縁破壊に至らないことを確認した。すなわち、保証期間内に、コイルに部分放電が発生した場合であっても、保証期間内では、コイルが絶縁破壊に至ることを抑制できることを確認した。従って、保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満である絶縁性能を有するコイルは、ＩＥＣ６００３４－１８－４２の規格に適合することを確認した。
これに対し、総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2以上の絶縁性能を有する絶縁電線を用いて形成した比較例１～４からの各試料に係るコイル、すなわち、総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2以上の絶縁性能を有するコイルを用いたモータは、保証期間が短くなることを確認した。従って、このようなモータが、例えば、産業用ロボット、家電製品、自動車等の製品に用いられた場合、産業用ロボット、家電製品、自動車等の製品の保証期間内にコイルが絶縁破壊に至り、モータが駆動しなくなる場合があることを確認した。
また、実施例１の試料について、印加電圧の違いにより、コイルが絶縁破壊に至るまでの時間の相違を測定した。その結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
表３に示すように、コイルの印加電圧が１３５０Ｖであると、保証期間（１０万時間）が経過するまでの総放電電荷量は２．３０Ｃ／ｍｍ2であった。また、コイルの印加電圧が１４５０Ｖであると、保証期間（１０万時間）が経過するまでの総放電電荷量は８．７０Ｃ／ｍｍ2であった。また、コイルの印加電圧が１５５０Ｖであると、コイルが絶縁破壊に至るまでの総放電電荷量は１６．７Ｃ／ｍｍ2であった。このとき、コイルが絶縁破壊に至るまでの時間は９２５００時間であった。また、印加電圧が１６５０Ｖであると、コイルが絶縁破壊に至るまでの総放電電荷量が２３．２Ｃ／ｍｍ2であった。すなわち、保証期間（１０万時間）が経過する前に、コイルが絶縁破壊に至ってしまった。
このように、実施例１の試料は、印加電圧が１４５０Ｖ程度以下（すなわち、最大電位差程度以下）であるモータに用いられると、モータの駆動保証期間内に部分放電が発生した場合であっても、コイルが絶縁破壊に至り、モータが駆動しなくなることを抑制できることを確認した。従って、実施例１の試料に係るコイルが、１４５０Ｖより低い印加電圧であるＡＣ７００Ｖ未満の低電圧インバータ駆動モータに用いられる場合、モータの保証期間内に、コイルを形成する絶縁電線に部分放電が発生した場合であっても、モータの保証期間内では、コイルを形成する絶縁電線は絶縁破壊に至らず、モータが駆動しなくなることを抑制できることを確認した。
なお、表には示さないが、実施例２～７の試料についても、実施例１の試料と同様のことが言える。
以上の結果から、絶縁電線が巻回されて形成され、保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満である絶縁性能を有するコイルは、モータの保証期間内に、コイルに部分放電が発生した場合であっても、モータの保証期間内では、コイルが絶縁破壊に至ることを抑制できる。すなわち、コイルは、ＩＥＣ６００３４－１８－４２の規格に適合するようになる。
本発明のコイルは、産業用ロボット、家電製品、自動車等の製品に用いられるモータに対して有用である。

Claims (5)

  1. インバータ電源によりＡＣ７００Ｖ未満の低電圧下で駆動される低電圧インバータ駆動モータに用いられる低電圧インバータ駆動モータ用コイルであって、
    絶縁電線を用いて形成され、保証期間が経過するまでの総放電電荷量が１０Ｃ／ｍｍ2未満である低電圧インバータ駆動モータ用コイル。
  2. 前記絶縁電線は、導線と、前記導線の周囲を被覆して配設され、無機微粒子を含有する樹脂から構成された絶縁被覆層とを備える、請求項１に記載の低電圧インバータ駆動モータ用コイル。
  3. 前記絶縁電線は、導線と、前記導線の周囲を被覆して配設され、融点が２００℃以上である熱可塑性樹脂から構成された絶縁被覆層とを備える、請求項１に記載の低電圧インバータ駆動モータ用コイル。
  4. 前記絶縁電線は、前記保証期間が経過するまでの間の前記総放電電荷量が、１ｍＣ／ｍｍ2以上である、請求項１～３のいずれか１項に記載の低電圧インバータ駆動モータ用コイル。
  5. 前記保証期間が経過した際の前記絶縁被覆層の膜厚が、５μｍ以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載の低電圧インバータ駆動モータ用コイル。
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