コイルのレアショートの原因

質問

コイルのレアショートの原因について、調査をしています。調査をしているコイルは、銅線をエナメルで被覆し、更に、自己融着剤で焼結処理され、ワニスで固められており、振動が原因で、巻線に短絡が発生したことは考え難く、実際に、熱が発生した形跡も見られることから、熱が原因ではないかと見ています。以前の質問に対する回答に、ひとたび、層間短絡が発生すると、加熱により、層間短絡の範囲が拡大するという趣旨の回答を見かけたのですが、もし、このような趣旨が記載された文献の類をご存じでしたらお教えいただけないでしょうか。国会図書館などで文献をあたってみたのですが、探し方が悪いのか、よい文献を見付けられておりません。調査報告の取り纏めにあたって、困っておりますので、お教えいただければ幸いです。宜しくお願い致します。

似た質問と回答
http://www.nc-net.or.jp/knowledge/morilog/detail/29229/

回答No.2

noname#230359

前の質問の回答者です。

お探しの文献は、次のいずれでしょうか？
　1)レヤーショートが発生する原因を記したもの
　2)一旦発生したレヤーショートが拡大するメカニズムを記したもの

おそらくは、客先から故障原因の報告書を求められていて、説明の根拠と
なるエビデンスが欲しいのだと思いますが、
まずは、現在観察している実態がどうなっているか、正確に捉えることが
大切です。

前のＱ＆Ａが尻切れになって完結していないように感じます。もしも、前と
同じ事柄に対する追加質問であれば、補足の書き込みをお願いしたいと思い
ます。

ほんの僅かな使用時間でレヤーショートが生じたのか、長期使用後に生じた
のか、観察している現象はどんなことかなど。

＞自己融着剤で焼結処理され、ワニスで固められており
自己融着やワニス含浸のプロセスでレヤーショートが起こることだってあり
ますよ。私自身経験しましたから。

レヤーショートと結論づける前に、マグネットワイヤー（エナメル線）の
劣化について基本的なことを押さえておいた方がいいと思います。
次のＵＲＬの内容は、とても参考になると思います。
http://www.hitachi-cable.co.jp/ICSFiles/cable/magnetwire/07.pdf

上記の中でも記載されていますが、
マグネットワイヤーの熱的耐久性を求める方法について記載してある
IEC 60172（対応JIS： JIS C 3003）は、十分に把握なさることをお勧め
します。

大切なことを聞き忘れていました。
コイルは、直流励磁ですか、交流励磁ですか？

交流励磁であれば、私が前に回答したことが、レヤーショート拡大の
メカニズムです。私自身、このメカニズムを解説した文献には心当たり
がありません。ただし、私が前に回答した内容は、基本的な電気工学の
原理・原則に基づいている内容なので、文献がなくてもきっちりと論理
構築できます。WEB上のQ&Aサイトの回答を引用しても、大した役には立
たないでしょうから、私が書いたことを、貴殿が咀嚼して、貴殿の言葉で
丁寧に書き起こせばいいものと思います。

直流励磁であれば、１ターン短絡に大電流が流れるメカニズムはありませ
んから、レヤーショートが拡大するメカニズムは説明できません。

今回の回答で強調したいのは、レヤーショートが拡大することは是認する
として、レヤーショートが起こったことの原因を正しく評価しておかない
と、意味のない報告に終わってしまうと言うことです。

レヤーショートが拡大することに対して対策を行っても意味がありません。
レヤーショートが起こらないように対策を立てないと、事故は再発します。
レヤーショートが起こったときには、安全側に壊れてくれさえすれば良し
とすることです。

技術的内容は乏しくても体のよい報告書を出せば、今回は納得してくれる
かもしれませんが、同じ現象が再発した場合は、更に大きな問題に拡大
することが必至と思います。

私の回答は、2)の文献はご自身でで作文すればよく、1)についてしっかりと
調査検討しておく必要があると思うことです。

温度が疑わしいとお考えであれば、正常品の温度上昇を測定しましょう。
絶縁被覆の定格温度に対して余裕があるのか、ないのかを確かめることが
重要と思います。表面温度だけでは、中心部の温度上昇に不安が残ります
ので、抵抗法を使うとか、熱電対巻き込みのコイルを準備するとか複数の
方法を試みましょう。

国会図書館に通うよりも、実物に当たることが、真実に近づく道と思います。

かなり、書きすぎとは思いますが、老婆心とお思いであれば、バッサリ切り
捨てて下さい。

お礼

早速の貴重なご指摘有り難うございます。
御賢察のとおり、客先から、故障原因と再発防止に関する報告書の提出を求められており、根拠の引用が必要なのです。

探しているのは２）に関する文献です。

コイルは、故障発見時、定格の約６０パーセントに抵抗値が低下していました。定格電流は、１．５アンペアで、こちらは、３．４アンペアに増えていました。分圧抵抗を回路に入れています。コイルの巻線自体の耐熱温度は２００℃、コイル全体の耐熱性はＦ種（１５０℃）です。自己融着剤は１８０℃が耐熱温度です。電源自体に問題がないことは確認済みです。

電源に問題がなく、かつ、コイルの抵抗値が低下していることから、コイルに短絡が発生している可能性が高いと推測しました。

コイルはワニスで固めた上で、さらに、エポキシ樹脂のケースに収まっています。

故障後の外観検査では、ケースの一部が変色し、また、巻線の一部が変色しており、熱が発生していたことが確認できるものの、中央部に近い巻線の一部が焼け焦げたような痕跡は特定できていません。口出線と、巻線間には、ワニスが入り込んで、絶縁された状態であり、この箇所で、短絡が発生した痕跡は、特定できていません。

無論、耐熱温度を超える熱が発生した確証はなく、それであれば、なぜ、熱で絶縁破壊が発生するのかという疑問点は残るのですが、外観検査を前提とすると、絶縁破壊の発生に熱が関わっていた可能性が高いと推測しました。

以上の事情から、抵抗値が減少したのは、巻線間のいずこかで層間短絡が発生したためではないかとの推論をたてました。

また、故障発見後に、通電してテストを十数回繰り返したところ、定格の約６０パーセントの抵抗値の状態で、通電が確認できたものの、抵抗値が更に減少する現象がみられました。これは、層間短絡が拡大して抵抗値が低下したのではないかと推測しています。

上記のような事情を前提に、層間短絡は短期間で発生して定格の６０パーセントになったというよりは、寧ろ、熱が原因で発生した層間短絡が徐々に拡大し、発見時に定格の６０パーセントになっていたということではないかと推論しました。

しかし、上記のような推論が正しいのか、正しいとして、それには根拠（文献）の裏付けがあるのかという点に、自信が持てていません。

ご指摘いただいた点も踏まえて再度検討してみたいと思います。
が、もし、２）に関する良いエビデンスがありましたら、お教え下さい。

お客様の立場からすれば、当然なのですが、故障原因が特定できずという内容で、お客様に報告できないのが辛いところです。また、あまり根拠のない内容で報告をしても却ってご迷惑になってしまいます。

なんでも結構ですので、心当たりをお教えいただけると助かります。＞＿＜

詳しく解説頂きまして、有り難うございました。

教えいて頂いた内容をもとに実験をしてみたいと思います。確かに文献よりも、実験の方が、余程説得力があると思えてきました。

ご賢察の通り、コイルは交流励磁です。

また、抵抗法計算式を使いながらコイル温度を求めたところ、使用頻度を高くしても１５０℃には達しないところで、経年劣化により、絶縁能力が低下していた可能性もあるかとは考えています。

さらに、分析の前提としまして、コイル温度１℃上昇でコイル巻線の抵抗が０．４％低下する前提で考えていました。ご指摘の通り、巻線は、銅線（copper wire）です。

再発防止の部分は、教えて頂いた点も踏まえて、よく考えてみたいと思います。お客様にとっても、故障が再発しないためにどうするのかという点が、関心が高く、ご指摘の点を踏まえてよく検討してみたいと思います。

いずれにしましても、全くの素人にわかりやすくお教え頂きまして、有り難うございました。大変助かりました。＞＿＜

回答No.1

noname#230359

そのものズバリと書いてはいなが、絶縁劣化の要因分別として、たとえば熱劣化として温度、ヒートショック、10℃半減則等々の話や、アーク劣化、ワニスを含む多くの説明が記載されているので、参考になるかも。内容としてはモーター系のコイルの内容が多い感じがします。（文書的には特定はしていないですが）
「電気機器絶縁の実際」開発社　磯部昭二他
ICBN4-7591-0090-3　1994年　2300円
アマゾンで検索したら絶版で値が高くなっているので、新改訂版が出ているか、または国会図書館に通っているようですので、そちらにあればいいですね。

お礼

有り難うございます。ご指摘いただいた文献には気がついておりませんでした。本日も国会図書館に行きますので、早速見てみたいと思います。重ね重ね有り難うございます。＞＿＜