JP6255227B2 - モーター用絶縁シート - Google Patents
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Description
なお、このアラミドペーパーなどの繊維シートは、一般的な樹脂フィルムに比べて滑り性が良好であることから、一般的に狭小箇所に介装されるモーター用絶縁シートの表面層を形成させるための部材として好適なものであるといえる。
このようなことに関し、例えば、下記特許文献3には、全芳香族ポリアミド(アラミド)樹脂とフェノキシ樹脂との混合樹脂を加熱溶融させて得られた溶融樹脂で2枚のアラミドペーパーを貼り合せた3層構造の積層シートを相間絶縁シートに用いることが記載されている。
そのために、この種の用途に用いられるモーター用絶縁シートにおいては、高電圧の交流電界が加わる結果、部分放電を発生させ易い状況になってきており、その対策が求められるようになってきている。
しかし、従来のモーター用絶縁シートにはそのような対策が施されていないために部分放電の発生防止を抑制させることが困難になっている。
すなわち、本発明は、前記課題を解決すべく、1GHzにおける比誘電率が2.5以下であることを特徴とするモーター用絶縁シートを提供する。
本実施形態に係る積層シートは、図1にその概略の断面構造を示すように、両表面を構成する表面層2a,2bと、該表面層2a,2bの間に配された中間層3との少なくとも3層の積層構造を有している。
より具体的には本実施形態に係る積層シート1は、2枚の繊維シートが一般的な感圧接着剤などを用いることなく熱可塑性樹脂によって貼り合わされて表面層2a(繊維シート層2a)/中間層3(樹脂フィルム層3)/表面層2b(繊維シート層2b)の3層構造を有している。
そして、本実施形態の積層シート1は、熱可塑性樹脂を加熱溶融した溶融物で2枚の繊維シートが貼り合されて前記3層構造が形成されたものである。
なかでも、本実施形態のモーター用絶縁シートは、1GHzにおける比誘電率が2.0以上2.5以下であることが好ましく、2.05以上2.45以下の比誘電率を有していることがより好ましい。
そのために該モーター用絶縁シートの形成に用いる前記積層シート1としても、このような比誘電率を有することが好ましい。
しかし、本実施形態においては、モーター用絶縁シートに求められる表面のすべり性や耐熱性などの観点から前記繊維シート層2a,2bを形成するのに芳香族ポリアミド繊維製の繊維シート、又は、ポリエステル繊維製の繊維シートを採用することが好ましく、なかでも前記繊維シートとしては全芳香族ポリアミド紙を採用することが特に好ましい。
前記全芳香族ポリアミド紙としては、例えば、フェニレンジアミンとフタル酸との縮合重合物のごとく、アミド基以外がベンゼン環で構成された樹脂材料からなる、いわゆるアラミドファイブリッド及びまたはアラミド繊維を主たる構成材として形成されたシート状物を用いることができる。
また、繊維シートは、内部に空孔(気泡)を存在させると、当該箇所において低い電圧での部分放電を発生させるおそれを有する。
従って、全芳香族ポリアミド紙などの繊維シートとしては、モーター用絶縁シートに対して優れた絶縁信頼性を付与する上において、貫通孔や内部空孔等が少ないものが好ましく、実質的に貫通孔や内部空孔等が存在しない無孔性シートであることが好ましい。
即ち、本実施形態において前記繊維シートとして全芳香族ポリアミド紙を採用する場合には、貫通孔や内部空孔が不可避的なもの以外に存在していない実質的に無孔性のものを採用することが好ましい。
従って、モーター用絶縁シートに求められる強度を満足させつつ使用時における作業性を良好なものとし得る点において、前記全芳香族ポリアミド紙としては、厚みが、12.5μm以上250μm以下のものが好ましく、25μm以上150μm以下のものが特に好ましい。
さらに、過度に坪量が低いと全芳香族ポリアミド紙自体のコシが弱くなり、積層シートの製造時におけるハンドリング性を低下させるおそれを有する。
このようなことから全芳香族ポリアミド紙の坪量は、5g/m2以上であることが好ましい。
なお、この全芳香族ポリアミド紙には本発明の効果を著しく損なわない範囲において第三の成分を加えることができ、このような第三成分としては、ポリフェニレンスルフィド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリエステル繊維、アリレート繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリエチレンナフタレート繊維などの有機繊維やガラス繊維、ロックウール、アスベスト、ボロン繊維、アルミナ繊維などの無機繊維を例示できる。
このような全芳香族ポリアミド紙としては、デュポン社より「ノーメックスペーパー」などの商品名で市販されているものや、このような全芳香族ポリアミド紙にグラフト処理、スルホン化処理、フッ素ガス処理、放電処理、光線照射処理、浸漬処理などによる表面処理をさらに施したものを用いることができる。
なお、ビニルモノマー溶液とアラミド基材とを接触させる前に、紫外線照射、コロナ放電、プラズマ放電等により、アラミド基材を改質すると、ビニルモノマー溶液との親和性が高くなり、効率的にグラフト重合することができる。
このグラフト処理に使用しうるビニルモノマーとしては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ビニルピリジン、ビニルピロリドン、スチレン等が挙げられる。
特に、前記表面層2a,2bの比誘電率の値を「εs」、前記中間層3の比誘電率の値を「εm」としたときに、該中間層の比誘電率に対する前記表面層の比誘電率の比率(εs/εm)が1.0以上である場合には、中間層3の分担電圧を表面層以上のものとすることができる。
そのため、空気が進入し易い表面層2a,2bの分担電圧を、中間層以下としておくことが好ましい。
特に、本実施形態の積層シート1は、樹脂フィルムよりも高い絶縁耐圧を発揮させることが難しい繊維シートによって表面層2a,2bが構成されているため、当該表面層2a,2bの分担電圧を、中間層3の分担電圧以下としておくことが特に好ましい。
このようなことから樹脂フィルム層3の厚みは、通常、1〜400μmとすることができ、20〜150μmとすることが好ましい。
前記積層シートの比誘電率や前記全芳香族ポリアミド紙等の比誘電率は、例えば、関東電子応用開発社から市販の1GHz用空洞共振器と、アジレントテクノロジー社から市販のネットワークアナライザ(例えば、型名「N5230C」)とを用いて測定することができる。
また、上記測定は、例えば、積層シートや全芳香族ポリアミド紙から切り出した約2mm幅のスティック状試料を用いて実施することでができる。
また、本実施形態の積層シートにおいて全芳香族ポリアミド紙などの表面層の形成に用いる繊維シートの比誘電率が3.0以下であることが好ましいのは、積層シートやモーター用絶縁シートの全体としての比誘電率を2.5以下とするために中間層を形成する熱可塑性樹脂の種類などに過度な制限が加わることを抑制し得るためである。
さらに、本実施形態の積層シートにおいて前記繊維シートを貼り合せるための熱可塑性樹脂の比誘電率が2.5以下であることが好ましいのも表面層の形成に用いる繊維シートの種類などに過度な制限が加わることを抑制し得るためである。
また、本実施形態の積層シートやモーター用絶縁シートは、中間層を形成する熱可塑性樹脂の比誘電率を2.5以下とすることで中間層の比誘電率に対する表面層の比誘電率の比率(εs/εm)を1.0以上とすることが容易になるという利点を有する。
また、本実施形態の積層シートやモーター用絶縁シートは、絶縁破壊電圧が13kV以上であることが好ましく、14kV以上であることがより好ましい。
さらに、本実施形態の積層シートやモーター用絶縁シートは、100N/20mm以上の端裂抵抗を有することが好ましく、200N/20mm以上の端裂抵抗(JIS C2151 B法)を有することが特に好ましい。
その場合には、スロット材、ウェッジ、相間絶縁シート、バスバー用絶縁シート等の各種の利用が可能であり、なかでもスロット材として好適に用いられうる。
ここでは、図2を参照しつつ全芳香族ポリアミド紙2’と前記熱可塑性樹脂の溶融物3’(以下、「溶融樹脂3’」ともいう)とを用いてモーター用絶縁シートに用いるのに好適な積層シート1を形成する方法を例に挙げて説明する。
なお、図2は、長尺な帯状の全芳香族ポリアミド紙2’を用いて、同じく長尺帯状の積層シート1を連続的に作製するための装置を模式的に示した正面図である。
即ち、装置を上記のような状態にセットした後で、前記送出機11,11を使って全芳香族ポリアミド紙ロール12,12に適度なブレーキをかけつつ前記巻取装置15による2枚の全芳香族ポリアミド紙2’,2’の巻取りを開始し、さらに、前記押出機16を使って前記T−ダイから溶融樹脂3’を帯状に吐出させて本実施形態の積層シート1を形成させることができる。
ただし、本実施形態の積層シートは、このような方法のみならず、種々の方法で作製可能であることはここで説明するまでもなく当然の事柄である。
なお、上記において具体的に例示されていない事項であっても、従来、積層シートやモーター用絶縁シートに関する技術事項として公知の事柄については、本実施形態の積層シートやモーター用絶縁シートにも採用が可能なものである。
評価用の積層シート(モーター用絶縁シート)の形成には、以下の繊維シートと熱可塑性樹脂とを用いた。
(繊維シート)
1)シートA:
デュポン帝人アドバンスドペーパー社製の実質的に無孔性の全芳香族ポリアミド紙、商品名「ノーメックスペーパー T410」、厚み50μm
2)シートB:
デュポン帝人アドバンスドペーパー社製、ポリフェニレンスルフィド樹脂被覆ポリエチレンテレフタレート繊維からなる実質的に無孔性の不織布、厚み60μm
(熱可塑性樹脂)
1)sPS:
出光興産社製、シンジオタクティックポリスチレン樹脂、商品名「XAREC S105S」
2)COP:
ポリプラスチックス社製、環状ポリオレフィン樹脂(エチレン−ノルボルネン共重合体樹脂)、商品名「TOPAS 6017−S04」
3)TPX:
三菱化学社製、ポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂、商品名「TPX RT18」
4)ETFE:
AGC旭硝子社製、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体樹脂、商品名「Fluon アフレックス」
5)PPS:
東レ社製 ポリフェニレンスルフィド樹脂 商品名「トレリナ」
6)PET:
東レ社製、ポリエチレンテレフタレート樹脂、商品名「ルミラー」
7)PEN:
帝人社製、ポリエチレンナフタレート樹脂、商品名「テオネックス」
繊維シート、熱可塑性樹脂、及び、積層シートの比誘電率(1GHz)を空洞共振器摂動法によって測定した結果を併せて表1に示す。
積層シートから一辺50mmの正方形のテストピースを切り出し、該テストピースの部分放電開始電圧を三菱電線工業社製の部分放電測定器(型名「QM−50」)によって測定した。
なお、測定に際しては、前記テストピースをステンレス板と真鍮電極との間に挟み込み、該ステンレス板と該真鍮電極とに200Vrms/秒の昇圧速度で交流電圧を印加し、部分放電測定器によって測定される放電電荷量が100pCとなったときの電圧値を求めた。
この電圧値(ピーク電圧値)を、下記表1に示す。
また、図3からは、破線右側の領域(比率(εs/εm)≧1.0)において部分放電開始電圧が格段に高くなっており、モーター用絶縁シートとして用いるのに当該領域の積層シートが特に適していることがわかる。
Claims (3)
- 1GHzにおける比誘電率が2.5以下であり、
両表面を構成する表面層と、該表面層の間に配された中間層との少なくとも3層の積層構造を有し、
前記表面層の前記比誘電率の値をε s 、前記中間層の前記比誘電率の値をε m としたときに、該中間層の比誘電率に対する前記表面層の比誘電率の比率(ε s /ε m )が1.0以上で、
1GHzにおける比誘電率が2.5以下の熱可塑性樹脂を加熱溶融した溶融物で1GHzにおける比誘電率が3.0以下の2枚の繊維シートが貼り合された3層構造を有し、該繊維シートによって前記表面層が形成されているとともに前記熱可塑性樹脂によって前記中間層が形成されていることを特徴とするモーター用絶縁シート。 - 前記熱可塑性樹脂が、シンジオタクティックポリスチレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体樹脂、及び、ポリ4−メチル−1−ペンテン樹脂の内のいずれかであり、且つ、前記繊維シートが芳香族ポリアミド繊維製の繊維シートである請求項1記載のモーター用絶縁シート。
- モーターのステータコアのスロットにおいて当該ステータコアと巻線コイルとの間に介装されるスロット材である請求項1又は2に記載のモーター用絶縁シート。
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