JPH0810936Y2 - 電気機器の絶縁構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本考案は、導体と鉄心との間の絶縁を必要とする電気
機器に適用される絶縁構造に関する。

B.考案の概要 本考案は、導体と鉄心との間の絶縁を必要とする電気
機器に適用される絶縁構造において、それぞれ粒度分布
の異なる金属材料による２層以上のアンダーコート層を
設けた上にセラミックコーティング層を設けた導体を鉄
心の溝内に配することにより、セラミックコーティング
層が剥離しにくくなり、しかも絶縁破壊耐力の大きな絶
縁構造としたものである。

C.従来の技術 近年のセラミックス薄膜作成技術の進歩により、セラ
ミックコーティングによる絶縁電線が開発されており、
従来の有機系材料被覆では成し得なかった300℃以上の
高耐熱性や高電圧性が実現されるようになった。そし
て、このセラミックコーティング絶縁電線を高耐熱性の
要求される回転電機，変圧器，リアクトルなどの電機機
器へ応用することが検討されている。

すなわち、例えば回転電機の回転子において、従来、
導体に有機系材料の絶縁を施したコイルを鉄心の溝内に
嵌め込んでいたが、第４図に示すように導体01にセラミ
ックコーティング層02を施したコイル03を、鉄心04の溝
05内に嵌め込んで収納することにより耐熱性を向上させ
ている。

D.考案が解決しようとする課題 ところで、導体01の表面に結合されているセラミック
コーティング層02は、数μｍ〜数百μｍの厚さであり、
導体01と比較して線膨張率が著しく小さい。特に、導体
01としては通常、銅を用いるが、銅の線膨張率はα＝1.
6×10^-5／℃と非常に大きいので、これと比べるとセラ
ミックコーティング層02の線膨張率は約１ケタ小さくな
る。

したがって、かかるコイル03に熱がかかると、セラミ
ックコーティング層02は導体01と一緒に伸びることがで
きず、大きな熱応力がセラミックコーティング層02に加
わることになる。そして、このような温度上昇及び下降
の繰り返し、いわゆるヒートサイクルなどによりセラミ
ックコーティング層02にクラックが発生し、導体01の表
面から剥離してしまい、電機機器の故障・事故に至ると
いう問題がある。

一方、セラミックコーティング層02は、例えば比較的
接着強度の大きい溶射法によってコーティングされたも
のであっても、その層の中に微小な空隙（気孔という）
が存在している。すなわち、導体01はセラミックコーテ
ィング層02中の気孔を介して外気と接触していることに
なる。従って、かかる絶縁を施した電気機器を運転して
その導体01の温度が上昇すると、導体01が銅の場合には
外気と熱の作用によりその表面が酸化形成されてしま
う。これにより、導体01とセラミックコーティング層02
との間に薄い酸化膜層が存在することになり、この酸化
膜層が形成された部分でセラミックコーティング層02の
剥離が起きてしまい、問題となる。

本考案はこのような事情に鑑み、セラミックコーティ
ング層の結合強度を大きくすると共に導体表面の酸化を
防止してセラミックコーティング層の剥離を防止した絶
縁構造を提供することを目的とする。

E.課題を解決するための手段 前記目的を達成する本考案の電気機器の絶縁構造は、
導体の表面にそれぞれ粒度分布の異なる金属材料からな
る２層以上のコーティング層を設けると共に、その上に
セラミックコーティング層を設け、この導体を鉄心の溝
内に配してなると共に、上記導体に直接形成される最も
内側のアンダーコート層を形成する金属材料が10μｍ以
下を主体とする粒度分布を有するものであり、且つセラ
ミックコーティング層と接触する最も外側のアンダーコ
ート層を形成する金属材料が44〜10μｍを主体とする粒
度分布を有するものであることを特徴とする。

F.作用 導体の表面に設ける２層以上のコーティング層のう
ち、一層は粒度分布の細かい金属材料を用いて緻密に形
成すると共に、セラミックコーティング層と接触する最
も外側の一層は粒度分布の比較的荒い金属材料を用いて
その表面に適度な凹凸が形成されるようにする。すなわ
ち、内側の緻密な層により導体表面の酸化を防止すると
共に、最も外側の層によりセラミックコーティング層と
強固に結合するようにする。

G.実施例 以下、本考案を実施例に基づいて説明する。

第１図には一実施例に係る回転機の回転子の断面を示
す。同図に示すように鉄心１の溝２内には、導体である
銅線３が納められており、この銅線３の表面には内側か
ら順に第１のアンダーコート層4,第２のアンダーコート
層５及びセラミックコーティング層６が施されている。

ここで、外側のセラミックコーティング層６には、耐
熱性の他、耐電圧特性，耐機械強度特性などが優れた素
材、例えばアルミナ(Al₂O₃)は、線膨脹率が一般に（６
〜９）×10⁹／℃と小さく、銅線３の線膨脹率との差が
著しいので、直接、銅線３上にコートした場合には剥離
し易い。よって、本実施例ではセラミックコーティング
層６の剥離を防止するためにアンダーコート層4,5を設
けている。

アンダーコート層4,5はそれぞれ特定の粒度分布を有
する金属材料、例えばNi-Crなどの一般のアンダーコー
ト用材料で形成すればよく、好ましくは線膨脹率がなる
べく小さいものを用いるのがよい。そして、第１のアン
ダーコート層４の形成に先立って、銅線３の表面の洗浄
・脱脂処理、並びにサンドブラストによる銅線３の表面
の粗面化を行い、当該アンダーコート層４が強固に銅線
３に結合するようにするのが望ましい。また、アンダー
コート層4,5は特定の粒度分布を有する金属粉体を銅線
３の表面に溶射などすることにより形成すればよい。

ここで、第１のアンダーコート層４は、銅線３の表面
が外気と接触するのを防止する作用をするものであり、
その層内に気孔を有さないように、粒度分布の細かい金
属材料を用いて緻密な層とする必要がある。そして、こ
のような緻密な層とするためには、後述する試験例２に
示すように10μｍ以下を主体とする粒度分布を有する金
属材料を用いるのがよい。

しかし、このような緻密な第１のアンダーコート層４
は導体３の表面の酸化は防止するものの、その表面の凹
凸が小さいので、その上に直接セラミックコーティング
層６を設けても強い結合力が得られず、ヒートサイクル
による剥離が生じてしまう。そこで、本実施例ではセラ
ミックコーティング層６との結合力を強固にするために
第１のアンダーコート層４の上に第２のアンダーコート
層５を設けている。

第２のアンダーコート層５の表面を適度な凹凸面とし
てセラミックコーティング層６との結合を強固にするに
は、後述する試験例１に示すように44〜10μｍを主体と
する粒度分布を有する金属材料を用いるのが望ましい。
すなわち、このような適度な凹凸を有する第２のアンダ
ーコート層５上にセラミックコーティング層６を形成す
ると、セラミックコーティング層６はアンダーコート層
５の粗面にくい込むように形成され、そのアンカー効果
の向上により結合力が極めて大きくなる。

ここで、セラミックコーティング層６は、例えばプラ
ズマジェットによる熱でセラミックパウダを溶融しつつ
噴射する溶射法などにより形成すればよい。このプラズ
マプロセスではN₂,H₂などを電離させて作った１万℃以
上の高温・高速のプラズマジェット中にアルミナなどの
溶射材を送って溶融・噴射するが、溶射材は被溶射材に
到達するときには200℃前後となるので特に問題はな
い。なお、セラミックコーティング層６を溶射等した後
は、その表面を研摩し、超音波洗浄等するのが望まし
い。

以下、試験例を示す。

（試験例１） まず、第２のアンダーコート層５の金属材料の適正な
粒度分布を調べるために次の試験を行った。

9mmφの銅線に50μｍ厚のNi-Crからなるアンダーコー
ト層及び50μｍ厚のアルミナからなるセラミックコーテ
ィング層を形成し、この際のアンダーコート層に用いた
Ni-Crの粒度分布を次のように変化させた。

これらについて、アンダーコート層とアルミナコーテ
ィング層との間の接着強度及び各試験例の絶縁破壊電圧
を測定した。これらの結果は第２図に示す。

第２図に示す結果より、アンダーコート層に用いた金
属材料の粒度分布が大きい方が接着強度が大きいが、粒
度分布が大きくなると絶縁耐力が小さくなることが判か
る。したがって、粒度分布として44〜10μｍが主体の金
属材料を用いてアンダーコート層を形成することによ
り、接着強度及び絶縁破壊耐力が共に良好な絶縁皮膜が
実現できる。

（試験例２） 次に、第１のアンダーコート層４の適正な粒度分布を
調べるために次の試験を行った。

導体として9mmφの銅線を用いて第１図に示すよう
に、銅線３の表面に第１のアンダーコート層4,第２のア
ンダーコート層５及びセラミックコーティング層６を順
次設ける構成とし、第１のアンダーコート層４のNi-Cr
の粒度分布を次のように変化させた。なお、第２のアン
ダーコート層５には44〜10μｍを主体とする粒度分布を
有するNi-Crを、セラミックコーティング層６にはアル
ミナを用いた。また、各層の厚さは全て50μｍとした。

これらについて、アンダーコート層とセラミックコー
ティング層６との間の接着強度並びに絶縁破壊耐力を測
定した。この結果は第３図に示す。また、銅線３表面の
酸化防止効果を調べるため、50℃ステップアップによる
ヒートサイクル試験を行った。この結果は第３表に示
す。

第３図、第３表から明らかなように、第１のアンダー
コート層４として10μｍ以下を主体とする粒度分布を有
する金属材料を用いると、セラミックコーティング層６
の接着強度及び絶縁破壊電圧は試験例１の特性を維持し
たまま、銅線３表面での酸化膜発生に基づく剥離発生温
度を向上することができる。すなわち、第１のアンダー
コート層４が銅線３表面が気孔を通して外気にさらされ
るのを防止すると共に、第２のアンダーコート層５がセ
ラミックコーティング層６との接着強度を強固に保って
おり、絶縁破壊電圧が高く保持されている。

なお、以上の実施例ではアンダーコート層を２層とし
たが、上述した作用を有するアンダーコート層を含むも
のであれば３層以上としてもよいことは言うまでもな
い。

H.考案の効果 以上説明したように、本考案に係る電気機器の絶縁構
造では、導体に施すセラミックコーティング層の下にそ
れぞれ粒度分布の異なる金属材料からなる２層以上のア
ンダーコート層を設けているので、セラミックコーティ
ング層の結合力が大きく保持されると共に導体表面への
酸化膜形成を防止される。これによりセラミックコーテ
ィング層が剥離しにくくなり、しかも絶縁破壊耐力が大
きなものとなるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る電気機器の絶縁構造を
示す断面図、第２図はその試験例１の結果を示すグラ
フ、第３図は試験例２の結果を示すグラフ、第４図は従
来技術に係る絶縁構造を示す断面図である。 図面中、 １は鉄心、２は溝、３は銅線（導体）、４は第１のアン
ダーコート層、５は第２のアンダーコート層、６はセラ
ミックコーティング層である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】導体の表面にそれぞれ粒度分布の異なる金
   属材料からなる２層以上のコーティング層を設けると共
   に、その上にセラミックコーティング層を設け、この導
   体を鉄心の溝内に配してなると共に、 上記導体に直接形成される最も内側のアンダーコート層
   を形成する金属材料が10μｍ以下を主体とする粒度分布
   を有するものであり、且つセラミックコーティング層と
   接触する最も外側のアンダーコート層を形成する金属材
   料が44〜10μｍを主体とする粒度分布を有するものであ
   ることを特徴とする電気機器の絶縁構造。