(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の導体の端部が接合された矩形の断面を有する接合部が絶縁被膜で覆われた絶縁構造を有し、前記絶縁被膜は、ボイドレスであって前記接合部における膜厚が５０〜１０００μｍであり、前記絶縁被膜のエッジカバー率が２０％以上であり、ＪＩＳ  Ｃ４００３に準拠して測定した前記絶縁被膜の絶縁の耐熱温度が１５５℃以上であり、前記絶縁被膜は、平均粒径３〜７μｍの無機フィラである炭酸カルシウムを４０〜５５ｗｔ％含むエポキシ樹脂であることを特徴とする電気機器。
【請求項２】
前記絶縁被膜の絶縁破壊電圧が５ｋＶ以上であることを特徴とする請求項１記載の電気機器。
【請求項３】
複数本の導体の端部が接合された矩形の断面を有する接合部が絶縁被膜で覆われた絶縁構造を有し、前記絶縁被膜は、ボイドレスであって前記接合部における膜厚が５０〜１０００μｍであり、前記絶縁被膜のエッジカバー率が２０％以上である電気機器を製造する方法であって、
前記接合部に液状のワニスを塗布し、前記ワニスを硬化させて前記絶縁被膜を形成する工程と、
前記ワニスを塗布した前記接合部を鉛直方向に上向きにして硬化する工程と、を有し、
前記ワニスは、前記接合部を浸漬することにより塗布し、
前記ワニスは、エポキシ樹脂を含み、前記ワニスの塗布前の粘度は、２５℃にて１２〜３０Ｐａ・ｓ、７０℃にて１．５〜３Ｐａ・ｓ、１３０℃にて１００〜５００Ｐａ・ｓであり、前記ワニスは、ＪＩＳ  Ｃ２１０５に準拠して測定したゲルタイムが１５０℃にて１．５〜３分であることを特徴とする電気機器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合部絶縁構造を有する電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、断面角型の多数の導体セグメントをスロットに挿通してから、各導体セグメントの端部を一対ずつ接合して固定子巻線を形成する車両用交流発電機が開示されている。
【０００３】
しかし、上述の車両用交流発電機においては、固定子巻線のコイルエンドの軸方向先端部分に導体セグメント対の先端部を接合して結線部を形成する必要があるため、コイルエンドの軸方向先端部分の樹脂被膜が剥離された状態となっている。このため、固定子巻線の絶縁性に関して改善の余地があった。
【０００４】
上記の結線部（接合部）の絶縁性を向上することを目的として、特許文献２には、接合部にキャップを設けて絶縁性樹脂により接合部を埋設する技術が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３には、同様の目的で、粉体樹脂または液状の絶縁ワニスを用いて絶縁処理する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開９８／５４８２３号公報
【特許文献２】特開２０００−２０９８０２号公報
【特許文献３】特開２００１−５４２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、複数本の導体の端部が接合された矩形の断面を有する接合部が絶縁被膜で覆われた絶縁構造における絶縁性を向上し、信頼性の高い電気機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、複数本の導体の端部が接合された矩形の断面を有する接合部が絶縁被膜で覆われた絶縁構造を形成し、前記絶縁被膜は、ボイドレスとし、前記接合部における膜厚を５０〜１０００μｍとし、前記絶縁被膜のエッジカバー率を２０％以上とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数本の導体の端部が接合された矩形の断面を有する接合部が絶縁被膜で覆われた絶縁構造における絶縁性を向上することができ、信頼性の高い電気機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の回転電機を示す模式断面図である。
【図２】実施例の固定子を示す模式断面図である。
【図３】実施例の接合部絶縁構造を示す模式縦断面図である。
【図４】エッジカバー率の定義を示す模式横断面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、角型断面（矩形の断面）を有する２本の電気導体（単に導体とも呼ぶ。）の端部が接合され有機絶縁被膜（単に絶縁被膜とも呼ぶ。）で覆われた接合部の絶縁構造（接合部絶縁構造）に関し、この接合部絶縁構造を有する電気機器及びその製造方法に関する。
【００１２】
本明細書において、電気機器は、回転電機用固定子および回転電機を含むが、これらに限定されるものではなく、上記の接合部を有する部品及び装置（製品）を含む。更に、矩形断面を有する電気導体の絶縁被膜剥離部の絶縁被覆形成も含む。
【００１３】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、角型断面の電気導体の接合部は、ボイドレスであって５０〜１０００μｍの膜厚を有しエッジカバー率が２０％以上である有機絶縁被膜で覆われていることが好ましいことを見出した。上記の膜厚は、５０〜５００μｍの範囲が更に好ましい。
【００１４】
ここで、有機絶縁被膜の膜厚は、接合部における膜厚である。
【００１５】
また、本明細書においてボイドレスとは、有機絶縁被膜に直径１５μｍ以上の気泡が含まれていないことをいう。直径１５μｍ以上の気泡が含まれていると、部分放電が発生し、絶縁特性に悪影響を与えるおそれがある。
【００１６】
以下、本発明の一実施形態に係る接合部絶縁構造及びこれを有する電気機器並びにその製造方法について説明する。
【００１７】
前記接合部絶縁構造は、複数本の導体の端部が接合された矩形の断面を有する接合部が絶縁被膜で覆われたものである。そして、この絶縁被膜は、ボイドレスであって接合部における膜厚が５０〜１０００μｍであり、絶縁被膜のエッジカバー率は２０％以上である。
【００１８】
前記電気機器は、複数本の導体の端部が接合された矩形の断面を有する接合部が絶縁被膜で覆われた絶縁構造、すなわち、前記接合部絶縁構造を有する。
【００１９】
前記電気機器においては、ＪＩＳ  Ｃ４００３に準拠して測定した絶縁被膜の絶縁の耐熱温度が１５５℃以上であることが望ましい。
【００２０】
絶縁被膜は、平均粒径３〜７μｍの無機フィラを４０〜５５ｗｔ％含むエポキシ樹脂であることが望ましい。
【００２１】
無機フィラは、炭酸カルシウムであることが望ましい。
【００２２】
絶縁被膜の絶縁破壊電圧は、５ｋＶ以上であることが望ましい。
【００２３】
前記電気機器の製造方法は、複数本の導体の端部を接合した矩形の断面を有する接合部に液状のワニスを塗布し、ワニスを硬化させて絶縁被膜を形成する工程を有し、ワニスの塗布前の粘度は、２５℃にて１２〜３０Ｐａ・ｓ、７０℃にて１．５〜３Ｐａ・ｓ、１３０℃にて１００〜５００Ｐａ・ｓであることを特徴とする。
【００２４】
ワニスは、エポキシ樹脂を含むことが望ましい。
【００２５】
ワニスは、ＪＩＳ  Ｃ２１０５に準拠して測定したゲルタイムが１５０℃にて１．５〜３分であることが望ましい。
【００２６】
前記電気機器の製造方法においては、ワニスに接合部を浸漬することにより塗布することが望ましい。浸漬法は、接合部を鉛直方向下向きとし、液状ワニスに対して相対的に下降し、接合部をワニス中に浸す。浸漬時間は、接合部形状によるが、１〜１０分が好ましい。その後、電気機器をワニスに対して相対的に上昇する。
【００２７】
前記電気機器の製造方法においては、ワニスを塗布した接合部を鉛直方向に上向きにして硬化することが望ましい。
【００２８】
以下、更に詳細に説明する。
【００２９】
上記の絶縁被膜を形成するために用いる樹脂は、耐熱性の観点から、エポキシ樹脂を用いることが好ましい。エポキシ樹脂は、樹脂を溶剤に希釈した溶剤型、及び溶剤による希釈を行っていない無溶剤型のいずれも使用可能であるが、硬化時に、溶剤の揮発による膨れが生じない無溶剤型エポキシ樹脂がより好ましい。
【００３０】
無溶剤型エポキシ樹脂は、酸無水物硬化エポキシ樹脂、ジシアンジアミド硬化エポキシ樹脂、イミダゾール等の触媒による単独硬化エポキシ樹脂など、特に限定されるものではないが、硬化温度がより低温である点および入手が容易な点から、酸無水物硬化型エポキシ樹脂がより好ましい。
【００３１】
無溶剤型酸無水物硬化エポキシ樹脂の例としては、日立化成工業株式会社製ＫＥ−５７３Ｄ、京セラケミカル株式会社製ＴＶＢ２６４３、ソマール株式会社製Ｋ−８８４１、Ｅ−５３０等が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３２】
添加する無機フィラは、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、タルク、炭酸カルシウムなど、特に限定されないが、安価である点から、炭酸カルシウムが好ましい。また、無機フィラは、樹脂に対する濡れ性向上の観点から、カルボン酸、シランカップリング剤などで表面処理されていることが望ましい。
【００３３】
無機フィラの粒径は、入手が容易である点、絶縁被膜形成に好ましい粘度を容易に得られる点、安価である点などから、平均粒径３〜７μｍが好ましい。
【００３４】
無機フィラとしての炭酸カルシウムの例としては、白石カルシウム株式会社製ホワイトンＢ、竹原化学工業株式会社製サンライトＳＬ−１００、ホワイトシールＷＳ−Ｋなどが挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００３５】
無機フィラの添加量は、４０〜５５ｗｔ％が好ましいが、更に好ましくは４５〜５０ｗｔ％である。
【００３６】
角型断面の電気導体の接合部は、有機絶縁被膜を有し、この有機絶縁被膜は、ボイドレスであり、５０〜１０００μｍの膜厚を有し、エッジカバー率が２０％以上である。
【００３７】
固定子は、コイル間、コイル−シート状の絶縁部材間、および／または、コイル−固定子鉄心間を、固着ワニスを用いて、従来の手法にて固着処理してもよい。
【００３８】
図１は、実施例の回転電機を示す模式断面図である。回転電機は、電気機器の一種である。
【００３９】
本図において、回転電機１００は、固定子１、回転子２、ハウジング３等を含む構成である。
【００４０】
図２は、実施例の固定子を示す模式断面図である。固定子は、電気部品又は電気機器の一種である。
【００４１】
本図において、固定子１は、円環状の固定子鉄心１１と、複数のシート状の絶縁部材１２と、多数の導体１３とを含む構成である。
【００４２】
以下、本発明について実施例を用いて説明するが、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００４３】
以下では、固定子の実施例を説明する。
【００４４】
図３は、実施例の固定子における接合部絶縁構造を拡大して示した縦断面図である。
【００４５】
接合部絶縁構造は、導体接合部１３１（単に接合部とも呼ぶ。）と、エナメル被覆１３２と、有機絶縁被膜１３３とを含む構成である。
【００４６】
導体接合部１３１は、２本の導体１３４（導線）が密着して（溶接されて）電気的に接続された部位の導体全体を表す。すなわち、導体接合部１３１は、図中の破線で囲まれた部分の導体を表す。
【００４７】
エナメル被覆１３２は、導体１３４を被覆するものであり、これらはエナメル線を構成する。
【００４８】
エナメル線は、導体１３４に天然樹脂又は合成樹脂で構成された絶縁塗料を焼き付けた電線である。導体１３４の例としては、銅、アルミニウム、ニッケルメッキ銅、ニッケル、銀などが挙げられる。絶縁塗料を構成する天然樹脂又は合成樹脂には、ホルマール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂などがあり、絶縁塗料は、導体１３４に１回又は複数回塗布してもよい。また、これらの樹脂の潤滑性や絶縁特性を向上させるために、これらの樹脂に添加剤を加えてもよい。
【００４９】
図５は、図３のＡ−Ａ断面図である。
【００５０】
本図においては、エナメル被覆１３２及び有機絶縁被膜１３３の裾の部分を省略して表している。
【００５１】
本実施例において、有機絶縁被膜用エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂（ソマール株式会社製Ｅ−５３０）に対し、炭酸カルシウム（竹原化学工業株式会社製ホワイトシールＷＳ−Ｋ）を５０ｗｔ％添加し、スーパーミキサー（アズワン株式会社製）を用いて５分間撹拌し、２分間の脱泡を行ってワニスとした。
【００５２】
このワニスの（塗布前の）粘度は、Ｅ型粘度計を用いて測定した。その結果、２５℃において２７．６Ｐａ・ｓ、７０℃において２．０Ｐａ・ｓ、１３０℃において４２０Ｐａ・ｓであった。また、ＪＩＳ  Ｃ２１０３に準拠して測定した１５０℃におけるゲルタイム（ゲル化時間）は、２分であった。
【００５３】
上記のワニスをステンレス製容器に移し、固定子コイルの導体接合部１３１を鉛直方向に下向きにし、有機絶縁被膜用エポキシ樹脂に３分間浸漬した後、引き上げた。そして、塗布部を反転させて鉛直方向に上向きとした後、炉温１６０℃の温風循環型恒温槽に投入した。固定子の表面温度は、投入後１００分で１５０℃に達した。硬化は、固定子の表面温度が１５０℃に達した後３０分間、表面温度が１５０℃を下回らないように保持した後、恒温槽の電源を停止し、自然冷却した。
【００５４】
塗布部を鉛直方向に上向きとして硬化したため、得られた固定子の導体の有機絶縁被膜は、塗布深さ（導体接合部１３１及び導体１３４を浸漬した深さ）より約５ｍｍ長く導体を被覆することができる。この方法によれば、絶縁被膜が長くなることから、導体接合部１３１の周辺の絶縁性を向上させるうえで好ましい。
【００５５】
本実施例の固定子の有機絶縁被膜における絶縁破壊電圧は、交流５０Ｈｚを毎分０．５ｋＶの昇圧速度で印加する条件で測定した。その結果、絶縁破壊電圧は、１１ｋＶと良好であった。
【００５６】
また、本実施例の固定子の有機絶縁被膜は、ＪＩＳ  Ｃ４００３に準拠して測定した絶縁の耐熱温度が１５５℃以上であった。
【００５７】
本実施例の固定子の有機絶縁被膜の膜厚は、有機絶縁被膜が施された導体接合部１３１を切断し、顕微鏡観察にて測定した。その結果、膜厚の最小値は２３１μｍであり、膜厚の最大値は７３０μｍであった。
【００５８】
ここで、エッジカバー率を定義する。
【００５９】
図４は、接合部の断面を模式的に示したものである。
【００６０】
本図において、Ｌ１は、エッジ部の平均膜厚であり、Ｌ２は、胴部の平均膜厚である。エッジカバー率は、Ｌ１／Ｌ２×１００（％）と定義する。
【００６１】
ここで、膜厚は、導体の長手方向に垂直な断面における有機絶縁被膜１３３の輪郭形状の図形的な重心を基点として放射線状に伸びる直線がその輪郭形状の周と交わる点と、その直線が上記断面における導体接合部１３１の輪郭形状の周と交わる点との差として定義する。上記の直線を有機絶縁被膜１３３が導体接合部１３１を覆う範囲で導体の長手方向に平行移動した場合に、同様に上記の膜厚を測定し、上記の範囲で平均した値を平均膜厚と定義する。
【００６２】
エッジ部の平均膜厚Ｌ１は、上で定義した平均膜厚の最小値とみなすことができる。また、胴部の平均膜厚Ｌ２は、上で定義した平均膜厚の最大値とみなすことができる。
【００６３】
本実施例において、エッジカバー率は３９％であった。
【実施例２】
【００６４】
実施例１にて製作した固定子は、液状エポキシワニスを用い、滴下含浸法にて固着処理をし、ハウジングに焼きばめした後、回転子を組み込み、従来の手法にて回転電機とした。
【００６５】
（比較例１）
実施例１と同型の固定子を用い、下記の有機絶縁被膜用エポキシ樹脂により絶縁被膜を形成した。
【００６６】
有機絶縁被膜用エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂（ソマール株式会社製、Ｅ−５３０）に対し、炭酸カルシウム（竹原化学工業株式会社製、ホワイトシールＷＳ−Ｋ）を３０ｗｔ％添加し、スーパーミキサー（アズワン株式会社製）を用いて５分間撹拌し、２分間の脱泡を行ってワニスとした。
【００６７】
このワニスの粘度は、Ｅ型粘度計を用いて測定した。その結果、２５℃において１０Ｐａ・ｓ、７０℃において０．３Ｐａ・ｓ、１３０℃において４２０Ｐａ・ｓであった。また、ＪＩＳ  Ｃ２１０３に準拠して測定した１５０℃におけるゲルタイムは、２分であった。
【００６８】
上記のワニスをステンレス製容器に移し、固定子コイルの導体接合部１３１を鉛直方向に下向きにし、有機絶縁被膜用エポキシ樹脂に３分間浸漬した後、引き上げた。そして、塗布部を鉛直方向に上向きとした後、炉温１６０℃の温風循環型恒温槽に投入した。固定子の表面温度は、投入後１００分で１５０℃に達した。硬化は、固定子の表面温度が１５０℃に達した後３０分間、表面温度が１５０℃を下回らないように保持した後、恒温槽の電源を停止し、自然冷却した。
【００６９】
得られた固定子導体の有機絶縁被膜は、接合部のエッジ部を被覆しておらず、塗布部は絶縁性を示さなかった。
【実施例３】
【００７０】
片末端のエナメル被覆を剥離した平角エナメル線に対して、有機絶縁被膜用エポキシ樹脂により絶縁被膜を形成した。
【００７１】
有機絶縁被膜用エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂（ソマール株式会社製Ｅ−５３０）に対し、炭酸カルシウム（竹原化学工業株式会社製ホワイトシールＷＳ−Ｋ）を５０ｗｔ％添加し、スーパーミキサー（アズワン株式会社製）を用いて５分間撹拌し、２分間の脱泡を行ってワニスとした。
【００７２】
このワニスの粘度は、Ｅ型粘度計を用い測定した。その結果、２５℃において２７．６Ｐａ・ｓ、７０℃において２．０Ｐａ・ｓ、１３０℃において４２０Ｐａ・ｓであった。また、ＪＩＳ  Ｃ２１０３に準拠して測定した１５０℃におけるゲルタイムは、２分であった。
【００７３】
上記のワニスをディップ法にて固定子の導体接合部１３１に塗布した後、１５０℃の温風式恒温槽にて３０分間加熱硬化し、有機絶縁被膜を得た。
【００７４】
本実施例の有機絶縁被膜における絶縁破壊電圧は、交流５０Ｈｚを毎分０．５ｋＶの昇圧速度で印加する条件で測定した。その結果、絶縁破壊電圧は、１１ｋＶと良好であった。
【００７５】
また、本実施例の固定子の有機絶縁被膜は、ＪＩＳ  Ｃ４００３に準拠して測定した絶縁の耐熱温度が１５５℃以上であった。
【００７６】
本実施例の固定子の有機絶縁被膜の膜厚は、有機絶縁被膜が施された導体接合部１３１を切断し、顕微鏡観察にて測定した。その結果、膜厚の最小値は２２０μｍであり、膜厚の最大値は７３０μｍであった。また、エッジカバー率は、３２％であった。
【実施例４】
【００７７】
片末端のエナメル被覆を剥離した平角エナメル線に対して、有機絶縁被膜用エポキシ樹脂により絶縁被膜を形成した。
【００７８】
有機絶縁被膜用エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂（ソマール株式会社製、Ｅ−５３０）に対し、炭酸カルシウム（竹原化学工業株式会社製、ホワイトシールＷＳ−Ｋ）を４５ｗｔ％添加し、スーパーミキサー（アズワン株式会社製）を用いて５分間撹拌し、２分間の脱泡を行ってワニスとした。
【００７９】
このワニスの粘度は、Ｅ型粘度計を用いて測定した。その結果、２５℃において１４Ｐａ・ｓ、７０℃において１．０Ｐａ・ｓ、１３０℃において４２０Ｐａ・ｓであった。また、ＪＩＳ  Ｃ２１０３に準拠して測定した１５０℃におけるゲルタイムは、２分であった。
【００８０】
上記のワニスをディップ法にて固定子の導体接合部１３１に塗布した後、１５０℃の温風式恒温槽にて３０分間加熱硬化し、有機絶縁被膜を得た。
【００８１】
本実施例の有機絶縁被膜の絶縁破壊電圧は、交流５０Ｈｚを毎分０．５ｋＶの昇圧速度で印加する条件で測定した。その結果、絶縁破壊電圧は、５ｋＶと良好であった。
【００８２】
また、本実施例の固定子の有機絶縁被膜は、ＪＩＳ  Ｃ４００３に準拠して測定した絶縁の耐熱温度が１５５℃以上であった。
【００８３】
本実施例の固定子の有機絶縁被膜の膜厚は、有機絶縁被膜が施された導体接合部１３１を切断し、顕微鏡観察にて測定した。その結果、膜厚の最小値は７５μｍであり、膜厚の最大値は５５０μｍであった。また、エッジカバー率は、２１％であった。
【００８４】
（比較例２）
片末端のエナメル被覆を剥離した平角エナメル線に対して、有機絶縁被膜用エポキシ樹脂により絶縁被膜を形成した。
【００８５】
有機絶縁被膜用エポキシ樹脂は、エポキシ樹脂（ソマール株式会社製、Ｅ−５３０）に対し、炭酸カルシウム（竹原化学工業株式会社製、ホワイトシールＷＳ−Ｋ）を３０ｗｔ％添加し、スーパーミキサー（アズワン株式会社製）を用いて５分間撹拌し、２分間の脱泡を行ってワニスとした。
【００８６】
このワニスの粘度は、Ｅ型粘度計を用いて測定した。その結果、２５℃において１０Ｐａ・ｓ、７０℃において０．３Ｐａ・ｓ、１３０℃において４２０Ｐａ・ｓであった。また、ＪＩＳ  Ｃ２１０３に準拠して測定した１５０℃におけるゲルタイムは、２分であった。
【００８７】
上記のワニスをディップ法にて固定子の導体接合部１３１に塗布した後、１５０℃の温風式恒温槽にて３０分間加熱硬化し、有機絶縁被膜を得た。
【００８８】
本比較例の有機絶縁被膜の絶縁破壊電圧は、交流５０Ｈｚを毎分０．５ｋＶの昇圧速度で印加する条件で測定した。その結果、本比較例の有機絶縁被膜は、平角エナメル線エナメル剥離部のエッジ部を被覆しておらず、絶縁性を示さなかった。
【００８９】
以上の実施例においては、２本の導体の端部が接合された矩形の断面を有する接合部が有機絶縁被膜で覆われた絶縁構造を有する固定子（電気機器）、及び末端の絶縁被覆を剥離した矩形導線について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、複数本の導体の端部が接合された矩形の断面を有する接合部に適用可能であり、この接合部の絶縁構造を有する電気機器をも含む。
【００９０】
本発明によれば、接合部の絶縁被膜に粉体樹脂を用いないため、粉塵の発生を少なくすることができ、作業環境を向上することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１：固定子、２：回転子、３：ハウジング、１１：固定子鉄心、１２：シート状絶縁部材、１３：導体、１３１：導体接合部、１３２：エナメル被覆、１３３：有機絶縁被膜、１３４：導体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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