(57)【要約】【課題】電気的、機械的、および熱的な性能の向上を図った樹脂モールド巻線を提供すること。【解決手段】導体７からなる素線を巻き回した巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸することによって導体７の外周にエナメル層８を形成してなる樹脂モールド巻線であって、エナメル層８を、ポリエステルイミド樹脂を導体７の外周に塗膜することによって形成された第１塗膜層９と、扁平な無機質充填材料をポリアミドイミド樹脂にほぼ均一に複合してなる塗料を第１塗膜層９の外周に塗膜することによって形成された第２塗膜層１０とによって構成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素線を巻き回した巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸することによって前記素線の外周にエナメル層を形成してなる樹脂モールド巻線であって、
扁平な無機質充填材料を前記エナメル層にほぼ均一に複合した樹脂モールド巻線。
【請求項２】
請求項１に記載の樹脂モールド巻線において、
前記エナメル層を、ポリビニルホルマール（ＰＶＦ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエステルイミド（ＥＩ）、ポリアミドイミド（ＡＩ）、およびポリイミド（ＰＩ）のうちの何れかを用いた樹脂によって形成した樹脂モールド巻線。
【請求項３】
請求項１に記載の樹脂モールド巻線において、
前記エナメル層を、
ポリエステルイミド樹脂を前記素線の外周に塗膜することによって形成された第１の塗膜層と、
扁平な無機質充填材料をポリアミドイミド樹脂にほぼ均一に複合してなる塗料を前記第１の塗膜層の外周に塗膜することによって形成された第２の塗膜層と
によって構成した樹脂モールド巻線。
【請求項４】
表面に高分子フィルムまたは合成紙による絶縁を施した導体からなる素線を巻回した巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸してなる樹脂モールド巻線であって、
前記高分子フィルムまたは合成紙に、扁平な無機質充填材料をほぼ均一に複合した樹脂モールド巻線。
【請求項５】
請求項４に記載の樹脂モールド巻線において、
前記無機質充填材料は、平均粒径１μｍ以下の粉末であり、前記高分子フィルムまたは合成紙に対する重量割合が０．５％以上１５％以下になるように複合された樹脂モールド巻線。
【請求項６】
素線を巻き回した巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸してなる樹脂モールド巻線であって、
扁平で微細な無機質充填材料を前記熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂にほぼ均一に複合した樹脂モールド巻線。
【請求項７】
請求項６に記載の樹脂モールド巻線において、
前記無機質充填材料は、平均粒径１μｍ以下の粉末であり、前記熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂に対する重量割合が０．５％以上１５％以下になるように複合された樹脂モールド巻線。
【請求項８】
請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の樹脂モールド巻線において、
前記無機質充填材料を、層状粘土化合物とした樹脂モールド巻線。
【請求項９】
請求項８に記載の樹脂モールド巻線において、
前記層状粘土化合物は、スメクタイト群、マイカ群、およびバーミキュライト群のうちの少なくとも何れかを含有している樹脂モールド巻線。
【請求項１０】
請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の樹脂モールド巻線において、
前記無機質充填材料を、窒化ホウ素（ＢＮ）とした樹脂モールド巻線。
【請求項１１】
請求項１乃至７のうち何れか１項に記載の樹脂モールド巻線において、
前記無機質充填材料として、層間に金属陽イオンが存在する層状粘土化合物を用い、更に前記金属陽イオンを四級アンモニウム塩に置換した樹脂モールド巻線。
【請求項１２】
素線を巻き回した巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸することによって前記巻線の外周にエナメル層を形成してなる樹脂モールド巻線であって、
前記エナメル層を、
扁平な無機質充填材料をポリエステルイミド樹脂に複合してなる塗料を前記素線の外周に塗膜することによって形成された第１の塗膜層と、
前記第１の塗膜層の外周にポリアミドイミド樹脂を塗膜することによって形成された第２の塗膜層と
によって構成した樹脂モールド巻線。
【請求項１３】
請求項１２に記載の樹脂モールド巻線において、
前記ポリアミドイミド樹脂には、扁平な無機質充填材料がほぼ均一に複合されている樹脂モールド巻線。
【請求項１４】
請求項１乃至３および請求項１２乃至１３のうち何れか１項に記載の樹脂モールド巻線において、
前記無機質充填材料は、平均粒径１μｍ以下の粉末であり、前記エナメル層に対する重量割合が０．５％以上１５％以下となるように複合された樹脂モールド巻線。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁被覆を施した導体である素線を巻回した巻線に、熱硬化性または熱可塑性の樹脂を注型または含浸して形成され、例えば樹脂モールド変圧器や樹脂モールドＶＴ・ＣＴ等に適用される樹脂モールド巻線に関する。
【背景技術】
【０００２】
樹脂モールド巻線は、例えば樹脂モールド変圧器や樹脂モールドＶＴ・ＣＴ等に適用されている（例えば、特許文献１参照）。この種の樹脂モールド巻線は、導体表面にエナメル塗料による絶縁層を設けたマグネットワイヤや、高分子フィルムや合成紙による絶縁を施した絶縁線を素線材料とし、これらを巻回してなる巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸して構成される。
【０００３】
例えば、図４の断面図に示すように、樹脂注型法により製造する樹脂モールド巻線１は、予め素線材料２を巻回して構成した巻線３を配置した型の中にモールド樹脂４を注型・硬化して一体化されている。
【０００４】
また、図５の断面図に示すように、樹脂含浸法により製造する樹脂モールド巻線１は、素線材料２を巻回して巻線３を構成する際に、巻線３の周囲に不織布などの、樹脂を含浸・保持可能な含浸基材５および端部材６を構成し、これに樹脂を含浸・硬化することで一体化されている。
【０００５】
このように構成される樹脂モールド巻線は、真空中で樹脂を注型または含浸する事で、絶縁性能の低下要因となるボイドや剥離などの微小空隙が生じない様にされている。
【特許文献１】特開２００１−３０７５５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したように構成された樹脂モールド巻線は、それが適用される機器（以下、「樹脂モールド機器」と称する。）の運転時の内部発熱による熱劣化や、機器の起動・停止や周囲温度の変化により生じる熱応力によって経年的に劣化する。
【０００７】
通常、樹脂モールド機器の製品寿命が近づくと、経年的な材料劣化による固着力の低下などにより、巻線内部の素線と樹脂の界面に微小な空隙が発生し、この欠陥部で発生する内部部分放電による劣化によって絶縁破壊に至る。
【０００８】
このような内部部分放電による絶縁性能の低下は、経年的な熱劣化と比べて急速に進行する事から、使用する絶縁材料の耐放電性能の向上が、樹脂モールド巻線の長寿命化を図る上で重要な課題となっている。
【０００９】
また、絶縁事故を未然に防ぐためには内部部分放電の検出が重要であるが、経年劣化による内部部分放電の発生時期は、機器の使用環境や負荷率によって異なっている事から、通常の保守・点検間隔で内部放電を検出する事は困難である。このため、絶縁材料の耐放電性能を向上し、内部部分放電が発生した後に絶縁破壊に至るまでの期間を延長する事は、絶縁事故を未然に防ぎ、電力の安定供給を図る上でも重要な課題である。
【００１０】
一方、樹脂モールド機器の小型・軽量化や低コスト化を図るためには、電界ストレスの向上や樹脂の薄肉化など高ストレス設計が必要である。このためには、上述の耐放電性能に加え、使用する絶縁材料の耐電圧性能、耐熱性、熱伝達性能、機械的強度など、電気的、機械的、および熱的な性能向上が不可欠である。
【００１１】
本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、小型でかつ低コストで絶縁信頼性の高い樹脂モールド機器を実現するために、絶縁材料の電気的、機械的、および熱的な性能の向上を図った樹脂モールド巻線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】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１３】
すなわち、請求項１の発明は、素線を巻き回した巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸することによって素線の外周にエナメル層を形成してなる樹脂モールド巻線であって、扁平な無機質充填材料をエナメル層にほぼ均一に複合する。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明の樹脂モールド巻線において、エナメル層を、ポリビニルホルマール（ＰＶＦ）、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエステルイミド（ＥＩ）、ポリアミドイミド（ＡＩ）、およびポリイミド（ＰＩ）のうちの何れかを用いた樹脂によって形成する。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１の発明の樹脂モールド巻線において、エナメル層を、ポリエステルイミド樹脂を素線の外周に塗膜することによって形成された第１の塗膜層と、扁平な無機質充填材料をポリアミドイミド樹脂にほぼ均一に複合してなる塗料を第１の塗膜層の外周に塗膜することによって形成された第２の塗膜層とによって構成する。
【００１６】
請求項４の発明は、表面に高分子フィルムまたは合成紙による絶縁を施した導体からなる素線を巻回した巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸してなる樹脂モールド巻線であって、高分子フィルムまたは合成紙に、扁平な無機質充填材料をほぼ均一に複合する。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項４の発明の樹脂モールド巻線において、無機質充填材料は、平均粒径１μｍ以下の粉末であり、高分子フィルムまたは合成紙に対する重量割合が０．５％以上１５％以下になるように複合される。
【００１８】
請求項６の発明は、素線を巻き回した巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸してなる樹脂モールド巻線であって、扁平で微細な無機質充填材料を熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂ほぼ均一に複合する。
【００１９】
請求項７の発明は、請求項６の発明の樹脂モールド巻線において、無機質充填材料は、平均粒径１μｍ以下の粉末であり、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂に対する重量割合が０．５％以上１５％以下になるように複合される。
【００２０】
請求項８の発明は、請求項１乃至７のうち何れか１項の発明の樹脂モールド巻線において、無機質充填材料を、層状粘土化合物とする。
【００２１】
請求項９の発明は、請求項８の発明の樹脂モールド巻線において、層状粘土化合物は、スメクタイト群、マイカ群、およびバーミキュライト群のうちの少なくとも何れかを含有している。
【００２２】
請求項１０の発明は、請求項１乃至７のうち何れか１項の発明の樹脂モールド巻線において、無機質充填材料を、窒化ホウ素（ＢＮ）とする。
【００２３】
請求項１１の発明は、請求項１乃至７のうち何れか１項の発明の樹脂モールド巻線において、無機質充填材料として、層間に金属陽イオンが存在する層状粘土化合物を用い、更に金属陽イオンを四級アンモニウム塩に置換する。
【００２４】
請求項１２の発明は、素線を巻き回した巻線に熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を注型または含浸することによって巻線の外周にエナメル層を形成してなる樹脂モールド巻線であって、エナメル層を、扁平な無機質充填材料をポリエステルイミド樹脂に複合してなる塗料を素線の外周に塗膜することによって形成された第１の塗膜層と、第１の塗膜層の外周にポリアミドイミド樹脂を塗膜することによって形成された第２の塗膜層とによって構成する。
【００２５】
請求項１３の発明は、請求項１２の発明の樹脂モールド巻線において、ポリアミドイミド樹脂は、扁平な無機質充填材料がほぼ均一に複合されている。
【００２６】
請求項１４の発明は、請求項１乃至３および請求項１２乃至１３のうち何れか１項の発明の樹脂モールド巻線において、無機質充填材料は、平均粒径１μｍ以下の粉末であり、エナメル層に対する重量割合が０．５％以上１５％以下となるように複合されている。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の樹脂モールド巻線によれば、絶縁物の電気的、熱的、および機械的性能の向上を図ることができる。これにより、小型で軽量かつ長寿命で高信頼性の樹脂モールド機器を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２９】
なお、以下の各実施例の説明に用いる図中の符号は、図４および図５と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【実施例１】
【００３０】
本発明の実施例１を図１を用いて説明する。
【００３１】
図１は、実施例１に係る樹脂モールド巻線を構成するエナメル線の構成例を示す縦断面図である。
【００３２】
このエナメル線は、導電性の素線材料でなる導体７の周囲にエナメル塗膜８を塗着している。更にこのエナメル塗膜８は、導体７の周囲に直接塗着される第１塗膜９と、その外周に積層された第２塗膜１０とで構成している。
【００３３】
第１塗膜９としては、ポリエステルイミド（ＥＩ）樹脂溶液に扁平で微細な無機質充填材を均一に複合したものを塗着し、第２塗膜１０としては、ポリアミドイミド（ＡＩ）を塗膜したものである。
【００３４】
ポリエステルイミド樹脂溶液に添加する扁平で微細な無機質充填材として、層状粘土化合物や窒化ホウ素（ＢＮ）がある。また層状粘土化合物としては、スメクタイト群、マイカ群、バーキュライト群からなる鉱物群から選択された少なくとも１種類以上あれば良い。例えばスメクタイト群では、モンモリナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、バイデライト、ステブンサイト、ノントロナイト等が挙げられる。マイカ群としては、クロライト、フロゴバイト、レピドライト、マスコバイト、バイオタイト、パラゴナイト、マーガライト、テニオライト、テトラシリシックマイカ等が挙げられる。バーミキュライト群としてはトリオクタヘドラルバーミキュライト、ジオクタヘドラツバーミキュライト等が挙げられる。
【００３５】
無機質充填材料の大きさは、１μｍ以下の微細粒子であることが必要で、特に好ましくは０．１μｍ以下である。これらの層状粘土化合物をエナメル線用高分子化合物中に均一に複合するには、ボールミル、アトライタ、ロール混合機などで高いせん断力を加えた状態で攪拌分散する事が望ましい。
【００３６】
また、層状粘土化合物として、積層したシリケート層間の金属陽イオンを四級アンモニウム塩などの有機化合物で置換した有機化層状粘土化合物を使用すると、エナメル線用高分子化合物との親和性が向上され、より均一な分散性を得ることができる。
【００３７】
この構成によれば、第１塗膜９としてのポリエステルイミド層は、分散した扁平で微細な無機質充填材料の効果により耐部分放電性、耐熱性の向上に寄与し、第２塗膜１０としてのポリアミドイミド層は塗膜伸びやすべり性により巻線時の傷防止や加工性の向上に寄与するため、経年劣化によって巻線内部に生じる微小欠陥での内部部分放電に対する耐性が高く、高信頼性の樹脂モールド巻線を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００３８】
本発明の実施例２を図２を用いて説明する。
【００３９】
図２は、実施例２に係る樹脂モールド巻線を構成する素線の構成例を示す縦断面図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４０】
素線は、導電性の素線材料である導体７からなり、その周囲に、高分子フィルムまたは合成紙１１が被覆されることによって被覆絶縁されている。高分子フィルムまたは合成紙１１には、実施例１に記載した層状粘度化合物あるいは窒化ホウ素などの扁平で微細な無機質充填材料を予め原料の段階で均一に混合、分散しておく。
【００４１】
このように構成した樹脂モールド巻線では、高分子フィルムまたは合成紙１１中に分散した扁平で微細な無機質充填材料の効果により、耐部分放電性、耐熱性が向上する。これにより、経年劣化によって巻線内部に生じる微小欠陥での内部部分放電に対する耐性が高く、信頼性の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００４２】
本発明の実施例３を図３を用いて説明する。
【００４３】
図３は、実施例３に係る樹脂モールド巻線の構成例を示す断面図であり、既に説明済みの箇所については同一符号を付して重複説明を避ける。
【００４４】
図３において、絶縁被覆を施した素線材料２を巻回してなる巻線３は、周囲に無機質充填樹脂１２を注型、硬化して一体化している。注型される無機質充填樹脂１２には、実施例１に記載した層状粘土化合物あるいは、窒化ホウ素等の無機質充填材料を予め均一に混合、分散しておいたものを用いる。
【００４５】
無機質充填樹脂１２は、充填された扁平で微細な無機質充填材を緻密に分散させているので、巻線３から発生するジュール熱を効率良く巻線３の表面に伝達し、巻線３の熱放散性を向上する。また、充填された無機質充填樹脂１２が非常に微細であり、内部へのガスの拡散・透過性を抑制する。このため、高温化での酸化劣化が抑制され、耐熱性が向上する。更に、緻密に分散した無機質充填樹脂１２により耐部分放電性能や絶縁耐力などの絶縁性能や、高温下での曲げ強さや引張り強さなどの機械的特性が向上する。
【００４６】
これらの電気的、機械的、熱的な材料性能の向上により、樹脂モールド機器の小型化および軽量化に必要な高ストレス設計に対しても、長寿命で高信頼性の樹脂モールド巻線を提供することが可能となる。
【００４７】
以上、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１に係る樹脂モールド巻線を構成するエナメル線の構成例を示す縦断面図。
【図２】本発明の実施例２に係る樹脂モールド巻線を構成する素線の構成例を示す縦断面図。
【図３】本発明の実施例３に係る樹脂モールド巻線の構成例を示す断面図。
【図４】樹脂注型法によって製造された樹脂モールド巻線の構成例を示す断面図。
【図５】樹脂含浸法によって製造された樹脂モールド巻線の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１…樹脂モールド巻線、２…素線材料、３…巻線、４…モールド樹脂、５…含浸基材、６…端部材、７…導体、８…エナメル塗膜、９…第１塗膜、１０…第２塗膜、１１…合成紙、１２…無機質充填樹脂
【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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