(57)【要約】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。
2014162959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＩＥＣ６００３４−１８−４１
【非特許文献２】ＩＥＣ６００３４−１８−４２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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。【００１３】
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。【００１４】
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。【００１５】
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。【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
以下に、本発明の一実施形態について説明する。
【００２６】
（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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
（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。
【００４５】
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。
【００４６】
（３）本実施形態の効果
本実施形態は、以下の効果を有する。
【００４７】
（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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
（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。
【００５１】
（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。
【実施例】
【００５２】
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。【００５３】
（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。【００５４】
（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。【００５５】
（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。【００５６】
（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。【００５７】
（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。【００５８】
（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。【００５９】
（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。【００６０】
（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。【００６１】
（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。【００６２】
（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。【００６３】
（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。【００６４】
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。【００６５】
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。【００６６】
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。【００６７】
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。【００６８】
【表１】
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【００６９】
＜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。【００７０】
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。【００７１】
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。【００７２】
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。【００７３】
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。【００７４】
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。【００７５】
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。【００７６】
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。【００７７】
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。【００７８】
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。【００７９】
【表２】
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【００８０】
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。【００８１】
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。【００８２】
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。【００８３】
【表３】
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【００８４】
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。【００８５】
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。【００８６】
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。【００８７】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
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。
【図１】
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【国際調査報告】
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