特許 7537903 トランス用多層絶縁電線

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】トランス用多層絶縁電線

(51)【国際特許分類】

   H01B 7/00 20060101AFI20240814BHJP

   H01B 7/02 20060101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

H01B7/00 303

H01B7/02 A

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020073285

(22)【出願日】2020-04-16

(65)【公開番号】P2021170480

(43)【公開日】2021-10-28

【審査請求日】2023-04-17

(73)【特許権者】

【識別番号】323004813

【氏名又は名称】株式会社ＴＯＴＯＫＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110003904

【氏名又は名称】弁理士法人ＭＴＩ特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100117226

【弁理士】

【氏名又は名称】吉村 俊一

(72)【発明者】

【氏名】羽生 勝夫

(72)【発明者】

【氏名】北沢 弘

(72)【発明者】

【氏名】駒村 昇平

(72)【発明者】

【氏名】仲條 裕一

(72)【発明者】

【氏名】清水 佑騎

(72)【発明者】

【氏名】宮下 誠

【審査官】北嶋 賢二

(56)【参考文献】

【文献】実開平０４－１０８８０９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０３－１１０７２１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１０－２２３０５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４３４９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｂ ７／００

Ｈ０１Ｂ ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向に延びる１本の素線で構成された導体と、該導体の外周に設けられた絶縁被膜とを有するインバータ用トランスに用いられる絶縁電線であって、前記絶縁被膜は、押出積層された２層のフッ素樹脂層で構成され、前記導体の直径が０．０８～０．３０ｍｍの範囲内であり、前記絶縁被膜の厚さが０．０５～０．１０ｍｍの範囲内である、ことを特徴とするトランス用多層絶縁電線。

【請求項2】

前記２層のフッ素樹脂層が、同一材料である、請求項１に記載のトランス用多層絶縁電線。

【請求項3】

前記２層のフッ素樹脂層は、第１層目のフッ素樹脂層の厚さが０．０２～０．０６ｍｍの範囲内であり、第２層目のフッ素樹脂層の厚さが０．０２～０．０６ｍｍの範囲内である、請求項１又は２に記載のトランス用多層絶縁電線。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トランス用多層絶縁電線に関し、さらに詳しくは、インバータ内のトランス等に用いられる、高い耐熱性と耐電圧と柔軟性とを備えたトランス用多層絶縁電線に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド車や電気自動車等には、インバータを有したモーター駆動装置が搭載されている。インバータは、数ｋＨｚ～数十ｋＨｚでスイッチングを行い、パルス毎にサージ電圧を発生してモーターの回転速度を変えて駆動させる装置である。インバータを備えた装置として、高速スイッチング素子、インバータモーター、変圧器等の電気機器を挙げることができる。これら電気機器は、エナメル線からなる絶縁電線を用いたコイルを有している。

【0003】

そうしたコイルには出力電圧の２倍近い電圧がかかる。コイルに高電圧が印加されると、絶縁電線を構成する絶縁被膜の表面で部分放電（コロナ放電）が発生しやすくなる。部分放電の発生により、局部的な温度上昇やオゾン等の発生が引き起こされ易くなり、その結果、絶縁被膜が劣化し、絶縁電線及びその絶縁電線で作製されたモーターの寿命が短くなるという問題が生じていた。

【0004】

部分放電開始電圧を高めるため、例えば特許文献１には、断面が矩形状である導体の外周に、少なくとも１層の厚膜エナメル焼付層と、その外側に少なくとも１層の押出被覆樹脂層とを有する絶縁ワイヤが提案されている。また、特許文献２，３のように、絶縁被膜をフッ素樹脂等の低誘電率材料で構成することも提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００８－２２６８５３号公報

【文献】特開２０１０－２８４８９５号公報

【文献】特開２０１４－３２８８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記した絶縁被膜を厚膜化したりフッ素樹脂で形成したりすると、柔軟性が悪くなりやすい。特にハイブリッド車や電気自動車で用いるインバータのトランス等に用いられる絶縁電線には、曲げ部分でクラックが生じて絶縁耐圧を低下させないため、耐熱性と共に高い耐電圧と柔軟性が要求されている。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、インバータ内のトランス等に用いられる、高い耐熱性と耐電圧と柔軟性とを備えたトランス用多層絶縁電線を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るトランス用多層絶縁電線は、導体と、該導体の外周に設けられた絶縁被膜とを有するインバータ用トランスに用いられる絶縁電線であって、前記絶縁被膜は、押出積層された２層以上のフッ素樹脂層を有する、ことを特徴とする。

【0009】

この発明によれば、フッ素樹脂層を有するので耐熱性に優れるとともに、２層以上積層された厚被膜となるので十分な絶縁耐圧を確保できるとともに屈曲後の耐電圧も高くすることができる。また、押出によって積層されているので、各層の境界面で滑ることができ、柔軟性を実現できる。また、２層以上の押出積層なので、押出時にフッ素樹脂の熱容量を小さくでき、導体表面の酸化やめっきの劣化等を防止できる。さらに、フッ素樹脂層を多層積層したことで、巻線負荷がかかって外層が損傷等した場合であっても、外層が内層との境界面で滑って巻線負荷を分散させることができるとともに、皺も生じにくく、形状を安定させることができる。

【0010】

本発明に係るトランス用多層絶縁電線において、前記２層以上のフッ素樹脂層が、同一材料である。こうすることにより、レーザー剥離装置等での出力を一定にした効率的な端末剥離作業を実現できる。

【0011】

本発明に係るトランス用多層絶縁電線において、前記導体の直径が０．０８～０．３０ｍｍの範囲内であり、前記絶縁被膜の厚さが０．０５～０．１０ｍｍの範囲内である。こうすることにより、トランスの体積を２０００～１３０００ｍｍ^３に小型化できるとともに、十分な絶縁耐圧を確保できる。

【0012】

本発明に係るトランス用多層絶縁電線において、前記絶縁被膜は２層のフッ素樹脂層で構成され、第１層目の厚さが０．０２～０．０６ｍｍの範囲内であり、第２層目の厚さが０．０２～０．０６ｍｍの範囲内である。特に同じ厚さであることが好ましい。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、インバータ内のトランス等に用いられる、高い耐電圧と柔軟性を備えたトランス用多層絶縁電線を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係るトランス用多層絶縁電線の一例を示す説明図である。

【図2】図１に示すトランス用多層絶縁電線の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明に係るトランス用多層絶縁電線について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明は、その技術的特徴を有する限り各種の変形が可能であり、以下の説明及び図面の形態に限定されない。

【0016】

［トランス用多層絶縁電線］
本発明に係るトランス用多層絶縁電線（以下「多層絶縁電線」という。）１０は、図１及び図２に示すように、導体１と、導体１の外周に設けられた絶縁被膜２とを有するインバータ用トランスに用いられる絶縁電線１０であって、絶縁被膜２は、押出積層された２層以上のフッ素樹脂層２Ａ，２Ｂを有する。

【0017】

この多層絶縁電線１０は、フッ素樹脂層を有するので耐熱性に優れるとともに、２層以上積層された厚被膜となるので十分な絶縁耐圧を確保できるとともに屈曲後の耐電圧も高くすることができる。また、押出によって積層されているので、各層の境界面で滑ることができ、柔軟性を実現できる。また、２層以上の押出積層なので、押出時に樹脂の熱容量を小さくでき、導体表面の酸化やめっきの劣化等を防止できる。さらに、フッ素樹脂層を多層積層したことで、巻線負荷がかかって外層が損傷した場合であっても、外層が内層との境界面で滑って巻線負荷を分散させることができるとともに、皺も生じにくく、形状を安定させることができる。

【0018】

以下、各構成について説明する。

【0019】

（導体）
導体１は、多層絶縁電線１０、特にトランス用の多層絶縁電線１０の中心導体として適用されているものであれば特に限定されず、どのような種類の導体でもよく、材質や撚り構成も問わない。例えば、長手方向に延びる１本の素線で構成されたものでもよいし、数本の素線を撚り合わせて構成されたものでもよいし、リッツ線として構成されたものであってもよい。素線は、良導電性金属であればその種類は特に限定されないが、銅線、銅合金線、アルミニウム線、アルミニウム合金線、銅アルミニウム複合線等の良導電性の金属導体、又はそれらの表面にめっき層が施されたものを好ましく挙げることができる。コイル用の観点からは、銅線、銅合金線が特に好ましい。めっき層としては、はんだめっき層、錫めっき層、金めっき層、銀めっき層、ニッケルめっき層等が好ましい。さらに、導体としては、絶縁・酸化防止用等のエナメル層等で覆われていてもよい。素線の断面形状も特に限定されないが、断面形状が円形又は略円形の線材であってもよいし、矩形形状であってもよい。

【0020】

導体１の断面形状も特に限定されないが、円形（楕円形を含む。）であってもよいし矩形等であってもよい。導体１の外径も特に限定されないが、例えば、円形の素線は０．０８～０．３０ｍｍ程度であることが好ましい。

【0021】

（絶縁被膜）
絶縁被膜２は、図１及び図２に示すように、導体１の外周に設けられ、押出積層された２層以上のフッ素樹脂層２Ａ，２Ｂを有している。フッ素樹脂層を構成するフッ素樹脂は特に限定されないが、例えば、ＰＦＡ、ＥＴＦＥ、ＦＥＰ等を挙げることができる。これらフッ素樹脂は耐熱性に優れるので、多層絶縁電線に高い耐熱性を持たせることができる。また、フッ素樹脂は低誘電率であるので、部分放電開始電圧を高める点でも有利である。２層以上のフッ素樹脂層が、同一材料であることが好ましい。こうすることにより、レーザー剥離装置等での出力を一定にした効率的な端末剥離の作業を実現できる。

【0022】

絶縁被膜２は２層以上のフッ素樹脂層で構成されている。こうすることにより、絶縁被膜２を厚くすることができ、十分な絶縁耐圧を確保できるとともに屈曲後の耐電圧も高くすることができる。絶縁被膜２の合計厚さは、０．０５～０．１０ｍｍの範囲内であることが好ましく、作製後のトランスの体積を２０００～１３０００ｍｍ^３に小型化できるとともに、十分な絶縁耐圧を確保できる。なお、絶縁被膜２が２層のフッ素樹脂層で構成されている場合、第１層目の厚さが０．０２～０．０６ｍｍの範囲内であり、第２層目の厚さが０．０２～０．０６ｍｍの範囲内であることが好ましく、特に同じ厚さであることが好ましい。同じ厚さにすることにより、製造条件（押出条件や剥離条件等）を同じにすることができ、効率的に製造しやすい。

【0023】

絶縁被膜２は、２層押出で形成したものであっても３層押出で形成したものであってもよいが、あまり多層にすると製造コストがアップすることから、２層押出で形成したものであることが好ましい。特に本発明では、押出によって２層のフッ素樹脂層が積層されている。フッ素樹脂層の押出層同士は、焼付け被膜のような層間密約していないでの、フッ素樹脂層の境界面で滑ることができ、柔軟性を実現できる。そして、トランス製造時に巻線負荷がかかって外層のフッ素樹脂層が損傷等した場合であっても、外層のフッ素樹脂層が内層のフッ素樹脂層との境界面で滑って巻線負荷を分散させることができるとともに、皺も生じにくく、形状を安定させることができる。

【0024】

また、２層以上（好ましくは２層）としたので、押出温度が比較的高めのフッ素樹脂であっても個々の層の押出時での熱容量を小さくでき、導体表面の酸化やめっきの劣化等を防止できる。なお、多層絶縁電線１０の最外周には、さらに絶縁外被（図示しない）が必要に応じて設けられていてもよい。

【実施例】

【0025】

実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、当業者は本発明の範囲内で種々の変更、修正及び改変を行い得る。

【0026】

［実施例１］
厚さ０．３５μｍの錫めっきを設けた直径０．１２０ｍｍの錫めっき銅線の外周に、１層目を厚さ３０μｍのＰＦＡ押出層（フッ素樹脂層２Ａ）とし、２層目も厚さ３０μｍのＰＦＡ押出層（フッ素樹脂層２Ｂ）とし、総外径０．２４０ｍｍの多層絶縁電線１０を作製した。得られた多層絶縁電線１０の導体抵抗を抵抗計にて測定し、１．５３４Ω／ｍであった。また、絶縁破壊電圧は、２本撚りして耐電圧試験器にて測定し、１２．８～１４．８ｋＶの範囲内であった。

【0027】

［実施例２］
実施例１の多層絶縁電線１０の錫めっき銅線に代えて、厚さ０．３５μｍの錫めっきを設けた直径０．１８０ｍｍの錫めっき銅線を用いた。それ以外は実施例１と同様にして総外径０．３００ｍｍの多層絶縁電線１０を作製した。得られた多層絶縁電線１０の導体抵抗は０．６７０Ω／ｍであり、絶縁破壊電圧は１２．２～１５．０ｋＶの範囲内であった。

【0028】

［実施例３］
実施例１の多層絶縁電線１０の錫めっき銅線に代えて、厚さ０．３５μｍの錫めっきを設けた直径０．２６０ｍｍの錫めっき銅線を用いた。それ以外は実施例１と同様にして総外径０．３８０ｍｍの多層絶縁電線１０を作製した。得られた多層絶縁電線１０の導体抵抗は０．３３４Ω／ｍであり、絶縁破壊電圧は１３．１～１５．３ｋＶの範囲内であった。

【0029】

［比較例１］
実施例１の多層絶縁電線１０において、１層目を厚さ６０μｍのＰＦＡ押出層（フッ素樹脂層２Ａ）とし、２層目のフッ素樹脂層（フッ素樹脂層２Ｂ）は設けなかった。それ以外は実施例１と同様にして総外径０．２４０ｍｍの絶縁電線を作製した。得られた絶縁電線の導体抵抗は１．５３４Ω／ｍであり、絶縁破壊電圧は１２．５～１４．５ｋＶの範囲内であった。

【0030】

［比較例２］
実施例１の多層絶縁電線１０において、１層目を厚さ３０μｍのＰＦＡ押出層（フッ素樹脂層２Ａ）とし、２層目のフッ素樹脂層（フッ素樹脂層２Ｂ）は設けなかった。それ以外は実施例１と同様にして総外径０．１８０ｍｍの絶縁電線を作製した。得られた絶縁電線の導体抵抗は１．５３４Ω／ｍであり、絶縁破壊電圧は６．４～７．４ｋＶの範囲内であった。

【0031】

［比較例３］
実施例１の多層絶縁電線１０において、厚さ０．３５μｍの錫めっきを設けた直径０．２６０ｍｍの錫めっき銅線を用い、さらに１層目を厚さ６０μｍのＰＦＡ押出層（フッ素樹脂層２Ａ）とし、２層目のフッ素樹脂層（フッ素樹脂層２Ｂ）は設けなかった。それ以外は実施例１と同様にして総外径０．３８０ｍｍの絶縁電線を作製した。得られた絶縁電線の導体抵抗は０．３３４Ω／ｍであり、絶縁破壊電圧は１２．３～１５．３ｋＶの範囲内であった。

【0032】

［巻線負荷を加えた際の耐電圧試験］
実施例３の多層絶縁電線１０と比較例３の絶縁電線について、巻線負荷を加えた際の耐電圧試験を行った。試験は、ＪＩＳ Ｃ３２１５－０－１（２０１４）及びＪＩＳ Ｃ３２１６－３（２０１１）に準拠し、マンドレル径を０．２６ｍｍとして試験（ｎ＝５）した。その結果、実施例３では平均７．８８ｋＶであり、比較例３は７．０２ｋＶであった。この結果は、同じ厚さであっても、実施例３は２層のフッ素樹脂層からなる押出層で絶縁被膜が形成されているので、境界面で滑ることができ、柔軟性が向上し、高い耐電圧を実現できた。

【符号の説明】

【0033】

１ 導体
２ 絶縁被膜
２Ａ 第１層
２Ｂ 第２層
１０ トランス用多層絶縁電線

【図1】

【図2】