(57)【要約】【課題】電気機器のコイルヘ含浸、硬化させたときに優れた含浸性と優れた耐インバータサージ性とを発揮させることができる耐インバータサージ性コイル絶縁ワニス及び耐インバータサージ性の提供。【解決手段】電気絶縁ワニスにシリカゾルが分散されている耐インバータサージ性コイル絶縁ワニス、及びこのワニスを含浸、硬化して成る耐インバータサージ性コイル。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁ワニスにシリカゾルが分散されていることを特徴とする耐インバータサージ性コイル絶縁ワニス。
【請求項２】
前記電気絶縁ワニスの樹脂分１００重量部に対して前記シリカゾルが、シリカ量で５〜１００重量部分散されている請求項１記載の耐インバータサージ性コイル絶縁ワニス。
【請求項３】
電気機器のベースコイルに、電気絶縁ワニスにシリカゾルが分散されている耐インバータサージ性コイル絶縁ワニスを含浸、硬化して成ることを特徴とする耐インバータサージ性コイル。
【請求項４】
前記耐インバータサージ性コイル絶縁ワニスは、電気絶縁ワニスの樹脂分１００重量部に対してシリカゾルがシリカ量で５〜１００重量部分散されている請求項３記載の耐インバータサージ性コイル
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた耐インバータサージ性を有する電気絶縁ワニス及びその電気絶縁ワニスを含浸処理して得られる優れた耐インバータサージ性を有する電気機器コイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電気機器では省エネルギーや可変速制御を計るためにインバータ制御電気機器が多用されるようになってきている。
【０００３】
このようなインバータ制御電気機器では出力電圧にサージが重畳し、その結果発生した高電圧サージによりインバータ制御電気機器のコイルに部分放電が発生し、コイルの電気絶縁破壊に到ることがある。近年、そのインバータのスイッチング速度はますます速くなり、それに連れこのような部分放電が生じるような高い電位差のサージの発生箇所はコイルの相間或いは対地間ばかりでなく線間にも現れるようになってきており、インバータ制御電気機器では同一コイル内の線間のレヤショート対策も問題となってきている。
【０００４】
このため、インバータ制御電気機器のコイルでは優れた耐インバータサージ性、耐部分放電性が要求されるようになってきている。
【０００５】
一方、熱放散性の向上を主目的として電気絶縁ワニスに無機粒子、例えばアルミナ粒子を含有して成る無機粒子含有電気絶縁ワニスは公知である。
【０００６】
また、従来の電気機器用モールド樹脂としては合成樹脂に補強材、例えば無機微粒子、無機ウィスカ等を含有して成るモールド樹脂が実用化されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の電気絶縁ワニスに無機粒子、例えばアルミナ粒子を含有して成る無機粒子含有電気絶縁ワニスは、その含有させた無機粒子のために粘度が高くなり、そのため電気機器のコイルヘの含浸率が低いという欠点があった。このように含浸率が低い無機粒子含有電気絶縁ワニスを含浸して成る電気機器のコイルでは、その無機粒子含有電気絶縁ワニスが含浸できない箇所が発生してしまう。そして、それらの無機粒子含有電気絶縁ワニスが含浸されていない箇所はボイドとなり、それらのボイド箇所は耐インバータサージ性、耐部分放電性が劣る。従って、ボイド箇所を有する電気機器のコイルはその使用寿命が短くなる。
【０００８】
また、電気絶縁ワニスの中に無機粒子を含有させて成る無機粒子含有電気絶縁ワニスは白色等を呈し、その結果電気絶縁ワニスが本来有している透明性が失われる。これは用いた無機粒子が本質的に白色であることが最大の要因であるが、その外の要因としてはその電気絶縁ワニスの中に含有させた無機粒子が互いに凝集し、その結果見掛けの粒子径が大きくなることが上げられる。
【０００９】
他方、無機粒子含有電気絶縁ワニスの耐インバータサージ性、耐部分放電性はその含有させた無機粒子の表面積に比例して向上する。従って耐インバータサージ性、耐部分放電性を向上させるためには無機粒子の含有量を大量に含有させる必要がある。しかし、無機粒子の含有量を大量に含有させて成る無機粒子含有電気絶縁ワニスは、電気機器のコイルヘの含浸率が低く且つ固着力が低く、しかも耐伸長性や耐曲げ性等の機械的特性が乏しいという難点があった。
【００１０】
本発明はかかる点に立って為されたものであって、その目的とするところは前記した従来技術の欠点を解消し、電気機器のベースコイルヘ含浸、硬化させたときに優れた含浸性と優れた耐インバータサージ性とを発揮させることができる耐インバータサージ性コイル絶縁ワニス及び耐インバータサージ性コイルを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、電気絶縁ワニスにシリカゾルが分散されている耐インバータサージ性コイル絶縁ワニスを提供する。また、本発明は、電気機器のベースコイルに、電気絶縁ワニスにシリカゾルが分散されている耐インバータサージ性コイル絶縁ワニスを含浸、硬化して成る耐インバータサージ性コイルを提供する。
【００１２】
本発明において、電気絶縁ワニスの樹脂分１００重量部に対するシリカゾルの分散量は、シリカ量で５〜１００重量部とすることが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の耐インバータサージ性コイル絶縁ワニス及び耐インバータサージ性コイルの実施の形態について説明する。
【００１４】
本発明において、シリカゾルとしては、電気絶縁ワニスへ添加、撹拌したときにコロイド分散状態で透明性を維持できるオルガノシリカゾルならどのようなものでもよい。ここにおいて、ベースの電気絶縁ワニスが有機溶剤系電気絶縁ワニスのときには、用いるオルガノシリカゾルの溶媒はそのベースの電気絶縁ワニスの溶媒と同一有機溶剤又は類似有機溶剤であることが望ましい。また、ベースの電気絶縁ワニスが水系電気絶縁ワニスのときには、用いるオルガノシリカゾルの溶媒はその水系電気絶縁ワニスの水と親和性が強い低級アルコール有機溶剤又はアルコール以外の親水性有機溶剤であることが望ましい。なおまた、ベースの電気絶縁ワニスが無溶剤系電気絶縁ワニスのときには、そのオルガノシリカゾル中の有機溶剤含有量が極力少ないものが望ましく、例えばシリカゾルを高濃度でソルベントナフサ中へ分散して成る高濃度オルガノシリカゾル等が望ましい。
【００１５】
シリカゾルの製造方法としては水ガラスを原料としたイオン交換法によるシリカゾルの製造方法、アルコキシシランを加水分解するシリカゾルの製造方法、その他のシリカゾルの製造方法等があるが、本発明においては超微粒子の単一粒径で、且つ高密度なシリカゾルが得られる製造方法ならいずれの方法でもよい。
【００１６】
本発明において、ベースの電気絶縁ワニスに分散させるシリカゾルの添加量は、シリカ量で電気絶縁ワニスの樹脂分１００重量部に対して５〜１００重量部であることが好ましい。５重量部未満では耐インバータサージ性に劣り、１００重量部を越えると可撓性が悪化するからである。
【００１７】
一般に、ベースの電気絶縁ワニスの耐インバータサージ性、耐部分放電性を向上させるためには添加する無機粒子の表面積が大きい程効果が大きい。シリカゾル中のシリカは超微粒子であり、従って耐インバータサージ性、耐部分放電性を顕著に向上することができるのである。
【００１８】
ところで、電気絶縁ワニスの耐熱性の向上や熱膨張係数を調整するために無機粒子材料を添加することが知られている。しかし電気絶縁ワニスの耐インバータサージ性、耐部分放電性を向上させるためにシリカゾルを添加することは全く知られていなかった。
【００１９】
なお、本発明においてはシリカゾルを用いたが、コロイド分散状態を維持できる他のオルガノゾル、例えばチタニアゾル、ジルコニアゾル等も用いることができる。
【００２０】
エナメル線を巻線して得られた電気機器のベースコイルに、この本発明の耐インバータサージ性コイル絶縁ワニスを含浸、硬化させることにより優れた耐インバータサージ性、耐部分放電性を発揮させることができる。ここにおいてエナメル線としては一般汎用エナメル線でもよいが、望ましいエナメル線としては耐インバータサージ性、耐部分放電性エナメル線である。
【００２１】
【実施例】
次に、本発明の耐インバータサージ性コイル絶縁ワニス及び耐インバータサージ性コイルの実施例を比較例と対比して説明する。
［実施例１］
（エナメル線の作製）
トリス−（ヒドロキシエチルイソシアヌレート）変性ポリエステルイミド塗料中へ、その樹脂分１００重量部に対してシリカゾル（超微粒子シリカ（平均粒径１２ｎｍ［ナノメータ］）をキシレン／ブタノール溶媒中に分散）をシリカ分が２０重量部となるなように分散させたエナメル塗料を、外径０．８ｍｍの銅導体上に厚さが０．０２５ｍｍとなるように塗布焼付けし、更にその上に自己潤滑性ポリアミドイミド塗料（日立化成工業（株）製、ＨＩ−４０６ＳＬ）を厚さが０．００５ｍｍとなるように塗布焼付けしてエナメル線を作製した。
（コイル絶縁ワニスの作製）
無溶剤エポキシエステル系電気絶縁ワニス（日立化成工業（株）製、ＷＰ２８００）１００重量部に対し、シリカゾル（ソルベントナフサ中に超微粒子シリカ（平均粒径１２ｎｍ）を分散）をシリカ量で３０重量部を添加してから攪拌してコイル絶縁ワニスを作製した。
（供試コイルの作製）
外径１００ｍｍの巻枠に、上記エナメル線２本をパラ（平行）にして１０回巻付けし、これを上記コイル絶縁ワニス中に浸漬した後取り出し、１５０℃で２時間加熱してワニスを硬化させることにより、供試コイルを作製した。なお、供試コイルは、無伸張のエナメル線を使用した無伸張供試コイルと、２０％伸張のエナメル線を使用した２０％伸張供試コイルの２種類を作製した。
［実施例２］
シリカゾルの添加量をシリカ量で８０重量部とした以外は、実施例１と同様にしてコイル絶縁ワニス及び供試コイル（無伸張供試コイル及び２０％伸張供試コイル）を作製した。
［実施例３］
シリカゾルの添加量をシリカ量で１２０重量部とした以外は、実施例１と同様にしてコイル絶縁ワニス及び供試コイル（無伸張供試コイル及び２０％伸張供試コイル）を作製した。
［実施例４］
（エナメル線の作製）
ポリアミドイミド塗料（日立化成工業（株）製、ＨＩ４０６−３０）を、外径０．８ｍｍの銅導体上に厚さが０．０３１ｍｍとなるように塗布焼付けしてエナメル線を作製した。
（供試コイルの作製）
外径１００ｍｍの巻枠に、上記エナメル線２本をパラ（平行）にして１０回巻付けし、これを実施例１と同様のコイル絶縁ワニス中に浸漬した後取り出し、１５０℃で２時間加熱してワニスを硬化させることにより、供試コイル（無伸張供試コイル及び２０％伸張供試コイル）を作製した。
［実施例５］
（エナメル線の作製）
トリス−（ヒドロキシエチルイソシアヌレート）変性ポリエステルイミド塗料を外径０．８ｍｍの銅導体上に厚さが０．０１５ｍｍとなるように塗布焼付けして下層を形成し、その上に、トリス−（ヒドロキシエチルイソシアヌレート）変性ポリエステルイミド塗料中へ酸化チタン微粒子を分散させたエナメル塗料を、厚さが０．００８ｍｍとなるように塗布焼付けして中間層を形成し、更に、その上にポリアミドイミド塗料を厚さが０．００８ｍｍとなるように塗布焼付けして上層を形成し、エナメル線を作製した。
（供試コイルの作製）
外径１００ｍｍの巻枠に、上記エナメル線２本をパラ（平行）にして１０回巻付けし、これを実施例１と同様のコイル絶縁ワニス中に浸漬した後取り出し、１５０℃で２時間加熱してワニスを硬化させることにより、供試コイル（無伸張供試コイル及び２０％伸張供試コイル）を作製した。
［実施例６］
（コイル絶縁ワニスの作製）
溶剤型エポキシ系ワニス（ＰＤ　Ｇｅｏｒｇｅ社製、ＰＤＧ−９２３）の樹脂分１００重量部に対し、キシレン系シリカゾル（キシレン中に超微粒子シリカ（平均粒径１２ｎｍ）を分散）をシリカ量で３０重量部を添加してから攪拌してコイル絶縁ワニスを作製した。
（供試コイルの作製）
上記コイル絶縁ワニスを使用し、硬化時間を４時間とした以外は実施例１と同様にして供試コイル（無伸張供試コイル及び２０％伸張供試コイル）を作製した。
［比較例１］
コイル絶縁ワニスとして、無溶剤エポキシエステル系電気絶縁ワニス（日立化成工業（株）製、ＷＰ２８００）を使用した以外は、実施例１と同様にして供試コイルを作製した。
［比較例２］
コイル絶縁ワニスとして、溶剤型エポキシ系ワニス（ＰＤ　Ｇｅｏｒｇｅ社製、ＰＤＧ−９２３）を使用し、硬化時間を４時間とした以外は、実施例１と同様にして供試コイル（無伸張供試コイル及び２０％伸張供試コイル）を作製した。
［比較例３］
（コイル絶縁ワニスの作製）
無溶剤エポキシエステル系電気絶縁ワニス（日立化成工業（株）製、ＷＰ２８００）１００重量部に対し、シリカ微粒子（平均粒径０．０５ｍｍ）を８０重量部を添加してから攪拌してコイル絶縁ワニスを作製した。
（供試コイルの作製）
上記コイル絶縁ワニスを使用した以外は実施例１と同様にして供試コイル（無伸張供試コイル及び２０％伸張供試コイル）を作製した。
［比較例４］
実施例４と同様のエナメル線を使用した以外は比較例３と同様にして供試コイル（無伸張供試コイル及び２０％伸張供試コイル）を作製した。
【００２２】
実施例１〜６及び比較例１〜４におけるコイル絶縁ワニスの評価結果及び供試コイルの評価結果を表１に示した。各評価は、次に基づいて行った。
（１）コイル絶縁ワニスの透明性：ワニスを照度１００ルクスの室内に置き、透明性の有無により判定した。
（２）コイル絶縁ワニスの安定性：ワニスを３０℃の直射日光が当たらない室内に１ヶ月間置き、ワニスの樹脂分や無機粒子の沈降の有無により判定した。
（３）コイル外観：供試コイルにおける硬化ワニスの透明性の有無により判定した。
（４）コイル固着力：供試コイルにおけるパラ巻きした２線間を引き剥がす力を測定し、比較例１又は２の固着力を１００として、相対表示した。
（５）耐インバータサージ性：供試コイルのパラ巻きした２線間に４００Ｖ級インバータの相間電圧を印加し、絶縁破壊に至るまでの時間を測定した。図１は、試験回路の概略図であり、１は４００Ｖ級インバータ、２は電力ケーブル（長さ４０ｍ）、３は供試コイルである。インバータ入力として最大定格の４８０Ｖを入力したところ、反射波の重畳により１．５ｋＶｐのサージ電圧が発生した（キャリア周波数は１５ｋＨｚ）。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１から明らかな通り、本発明の範囲にある実施例１〜６では、コイル絶縁ワニスは、透明性状を呈し、長期間沈降を生じるとがなく安定したものであり、耐インバータサージ性においても優れたものである。
【００２５】
特に、実施例１〜３及び実施例６は、シリカゾルを分散させることにより耐インバータサージ性を付与したエナメル塗料を塗布焼付けしてなる耐インバータサージ性エナメル線を使用したものであり、耐インバータサージ性コイル絶縁ワニスの使用と相俟って非常に優れた耐インバータサージ特性を呈している。
【００２６】
実施例５は、酸化チタン微粒子を分散させることにより耐インバータサージ性を付与したエナメル塗料を塗布焼付けしてなる耐インバータサージエナメル線を使用したものであるが、酸化チタン微粒子の分散が十分でないため、２０％伸張供試コイルの耐インバータサージ性が他の実施例よりも劣っている。
【００２７】
実施例４は、エナメル線に耐インバータサージ性を付与していない一般のエナメル線を使用したものであり、他の実施例に比較して耐インバータサージ性が劣っているが、同様のエナメル線を使用した比較例４と比較すると耐インバータサージ性は優れている。
【００２８】
比較例１及び２は、耐インバータサージ性を付与しないコイル絶縁ワニスを使用したものであり、実施例１〜３、実施例６よりも耐インバータサージ性が劣っている。比較例３は、シリカ微粉末を分散させることにより耐インバータサージ性を付与したコイル絶縁ワニスを使用したものであり、耐インバータサージ性は優れているものの（シリカゾルを分散させた場合よりは劣る）、透明性や安定性の点で問題がある。比較例４は、エナメル線及びコイル絶縁ワニスの双方とも耐インバータサージ性を付与しないものであり、耐インバータサージ性は最も低くなっている。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の耐インバータサージ性コイル絶縁ワニスはワニスの透明性、安定性が共に優れており、またこの耐インバータサージ性コイル絶縁ワニスを含浸、硬化させて得られるコイルは硬化ワニスの透明性が優れ且つワニスの固着力が大きく、しかも優れたインバータサージ性を発揮するものであり、工業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】コイルの耐インバータサージ性を評価するために使用した電気回路の説明図。
【符号の説明】
１　インバータ
２　電力ケーブル
３　コイル
【図１】
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