絕緣電線和線圈的製作方法
2023-06-12 02:11:51
專利名稱：絕緣電線和線圈的製作方法
技術領域：
本發明涉及絕緣電線以及線圈。
背景技術：
使用通過焊接來接合絕緣電線的端部部分而形成的線圈的電氣設備中，為了提高性能而期望小型、高電壓驅動。因此，電氣設備與以往相比以高電壓進行逆變器控制，由於逆變器控制而產生的逆變器浪湧電壓的值有上升的傾向，與以往相比在容易發生局部放電的環境下使用絕緣電線。因此，期望最近的絕緣電線，通過與以往相比提高局部放電開始電壓來抑制逆變器浪湧電壓的上升所致的局部放電的發生。作為以往的具有高局部放電開始電壓的絕緣電線，已知在導體上形成有由特定的材料製成的多層絕緣被膜的絕緣電線(例如，參照專利文獻I)。這裡，多層絕緣被膜具有由對乙烯一四氟乙烯共聚物接枝聚合接枝性化合物而成的第I樹脂組合物形成的第I被膜層、和由作為由聚苯硫醚樹脂和聚醯胺樹脂製成的聚合物合金的第2樹脂組合物形成的第2被膜層。此外，專利文獻I中公開了，在形成第2被膜層的第2樹脂組合物在20°C的儲存彈性模量為IGPa以上並且200°C的儲存彈性模量為IOMPa以上的情況下，可得到優異的耐摩耗性、耐熱性。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2011 - 165485號公報
發明內容
發明所要解決的課題另一方面，近年來，由於電動機的小型化、高電壓驅動等，因而研究了構成線圈的絕緣電線的高佔空係數化。因此，由於線圈的散熱性的降低、流過線圈的電流的大電流化等，因此構成線圈的絕緣電線在高溫(例如220°C以上)的環境下被使用。因此，為了即使在這樣的高溫的環境下也不會由於局部放電而使絕緣被覆層劣化、損傷，期望在高溫的環境下局部放電本身不易發生的絕緣電線。這樣，要求不僅具有常溫下的高局部放電開始電壓，而且即使在使用環境的高溫化等暴露於苛刻狀況的情況下也不發生局部放電的絕緣電線。因此，本發明的目的之一是提供在高溫的環境下也具有高局部放電開始電壓的絕緣電線、以及使用該絕緣電線而形成的線圈。用於解決課題的方法(I)根據本發明的一方案，為了達成上述目的，提供一種絕緣電線，其具有導體和絕緣被覆層，所述絕緣被覆層具有在上述導體的周圍形成的第I絕緣層、和在上述第I絕緣層的周圍形成的第2絕緣層，上述第2絕緣層在300°C的彈性模量為300MPa以上，上述絕緣被覆層的相對介電常數為3.0以下。(2)上述絕緣電線中，優選上述第2絕緣層在350°C的彈性模量為IMPa以上。(3)上述絕緣電線中，優選上述絕緣被覆層的電介質損耗角正切為5%以上20%以下。(4)上述絕緣電線中，上述第2絕緣層可以包含含有聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚酯醯亞胺樹脂中的至少I種的樹脂。(5)上述絕緣電線中，上述第I絕緣層可以包含分子中含有醯亞胺基的樹脂。(6)上述絕緣電線可以在上述第2絕緣層上還有具有潤滑性的潤滑層。(7)上述絕緣電線中，優選上述第I絕緣層包含用於提高與上述導體的密合性的添加劑。(8)此外，根據本發明的其它方案，提供使用上述⑴ (7)的任一項所述的絕緣電線而形成的線圈。發明的效果根據本發明的一方案，可以提供在高溫的環境下具有高局部放電開始電壓的絕緣電線、以及使用該絕緣電線而形成的線圈。
圖1是本發明的實施方式涉及的絕緣電線的截面圖。
具體實施例方式[實施方式]圖1表示本實施方式涉及的絕緣電線I的截面的一例。本實施方式所涉及的絕緣電線I具有導體10和被覆導體10的絕緣被覆層20。絕緣電線I在常溫(例如25°C )和高溫(例如220°C )下的局部放電開始電壓高，此外，常溫下的局部放電開始電壓和高溫下的局部放電開始電壓之差小。一般的絕緣電線中，常溫下的局部放電開始電壓低，此外，常溫下的局部放電開始電壓和高溫下的局部放電開始電壓之差大。因此，當置於高溫的環境下時，局部放電開始電壓大幅降低，發生局部放電的可能性高。導體10為由銅等導電材料製成的導體線。作為銅，主要使用無氧銅、低氧銅等。此夕卜，導體10可以具有多層結構，例如，可以對銅線的表面實施鎳等的金屬鍍敷。導體10的截面形狀為例如圓形狀或四邊形狀。另外，這裡所謂四邊形狀，也包括四邊形的角部具有圓形的四邊形狀。絕緣被覆層20包含在導體10的周圍形成的第I絕緣層21和在第I絕緣層21的周圍形成的第2絕緣層22。絕緣被覆層20可以介由密合層等其它層而形成在導體10上。絕緣被覆層20的相對介電常數為3.0以下。在相對介電常數大於3.0的情況下，絕緣電線I的常溫(例如25°C )和高溫(例如220°C )下的局部放電開始電壓低，有可能由逆變器浪湧電壓引起的局部放電發生於絕緣電線而導致絕緣擊穿。此外，絕緣被覆層20優選tan δ為5%以上20%以下。這裡,tan δ表示電介質損耗角正切。在tan δ小於5%的情況下,撓性等絕緣被覆層的機械特性可能會降低,在tan δ超過20%的情況下，有時得不到高溫區域的高局部放電開始電壓、良好的焊接性等。另外，在形成絕緣被覆層時，通過適當調整塗布在導體的外周的絕緣塗料被烘烤為止的時間，可以使tan δ為上述的範圍。塗布在導體的外周的絕緣塗料被烘烤為止的時間，例如，可以通過調整生產線中的導體移動的速度、烘烤爐的烘烤溫度來控制。第I絕緣層21通過在導體10上或在預先形成於導體10上的其它層上塗布絕緣塗料(以下，記載為第I絕緣塗料)，進行烘烤來形成。第I絕緣塗料為使例如聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚酯醯亞胺樹脂等分子中包含醯亞胺基的樹脂溶解在有機溶劑中而成的絕緣塗料。更具體而言，第I絕緣塗料例如是:使將包含均苯四甲酸二酐(PMDA)等四羧酸二酐與包含4，4』 一二氨基二苯基醚(ODA)等二胺化合物以相等摩爾量配合而成的聚醯亞胺樹脂溶解在N -甲基一 2 —吡咯烷酮等有機溶劑中而成的絕緣塗料；使將偏苯三甲酸酐(TMA)等三羧酸酐與4，4』一二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)等異氰酸酯以相等摩爾量配合而成的聚醯胺醯亞胺樹脂溶解在有機溶劑中而成的絕緣塗料；或由以三一 2 (羥基乙基異氰脲酸酯)進行了改性的聚酯醯亞胺樹脂構成的絕緣塗料。另外，可以使用市售的絕緣塗料作為第I絕緣塗料，例如，可以使用T0RAYNEESE# 3000 (東麗(株)制)、Pyre 一 ML (Dupont社制)等聚醯亞胺樹脂絕緣塗料、HI406 (日立化成(株)制)等聚醯胺醯亞胺樹脂絕緣塗料、Isomid40SM45(日立化成(株)制)等聚酯醯亞胺樹脂絕緣塗料。此外，第I絕緣塗料中可以包含用於提高與導體10的密合性的密合性改進劑等添加劑。該密合性改進劑為例如烷基化六羥甲基三聚氰胺樹脂等三聚氰胺系化合物。第2絕緣層22通過在第I絕緣層21上塗布絕緣塗料(以下，記載為第2絕緣塗料)，進行烘烤來形成。第2絕緣層22在300°C的儲存彈性模量為300MPa以上。此外，優選第2絕緣層22在350°C的儲存彈性模量為IMPa以上。第2絕緣層22在300°C的儲存彈性模量小於300MPa的情況下，高溫區域的局部放電開始電壓的降低幅度增大，可能會導致絕緣擊穿，此夕卜，通過焊接接合絕緣電線I時，在絕緣被覆層20的接合部分的周圍發生發泡等的頻率變聞。第2絕緣塗料為例如包含含有聚醯亞胺、聚醯胺醯亞胺、或聚酯醯亞胺中的至少I種的樹脂的絕緣塗料。更具體而言，第2絕緣塗料為例如使均苯四甲酸酐(PMDA)、2，2 —雙[4 — (3，4 —二羧酸苯氧基)苯基]丙酸二酐(BPADA)等中的I種以上的芳香族四羧酸二酐、與2，2 —雙[4 一(4 一氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、4，4』 一雙(4 一氨基苯氧基)聯苯(BAPB)、3，3』-雙(4-氨基苯氧基)聯苯(M-BAPB)、雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]碸(BAPS)、1，3 —雙(4 一氨基苯氧基)苯(TPE - R)等中的I種以上的芳香族二胺反應而得到的聚醯亞胺。另外，作為上述芳香族二胺，可以並用4，4』 一二氨基二苯基醚(ODA)。此外，在可以形成300°C的儲存彈性模量為300MPa以上的第2絕緣層22的範圍內，也能夠將均苯四甲酸酐以外的酸二酐作為原料進行共聚。另外，以直鏈的脂肪族為主成分的聚醯胺樹脂等形成低於300°C的儲存彈性模量小於300MPa的絕緣層的絕緣塗料不包含在第2絕緣塗料中。絕緣電線I可以在絕緣被覆層20上具有用於賦予潤滑性的潤滑賦予層、賦予耐擦傷性的耐擦傷性賦予層、撓性賦予層、密合性賦予層等。這些層優選通過在絕緣被覆層20上或在導體10與第I絕緣層21之間、第I絕緣層21與第2絕緣層22之間塗布絕緣塗料，進行烘烤來形成。此外，使用絕緣電線1，可以形成構成例如電動機、發電機等電氣設備的線圈。(實施方式的效果)本實施方式的絕緣電線1，常溫和高溫下的局部放電開始電壓高，此外，常溫下的局部放電開始電壓和高溫下的局部放電開始電壓之差小，因此即使在高溫環境下使用的情況下，也可以抑制局部放電的發生。此外，使用該絕緣電線，可以形成具有同樣的特徵的線圈。[實施例1]在以下的實施例1 4和比較例1、2所示的條件下製作絕緣塗料，使用各個絕緣塗料來製作絕緣電線的絕緣被覆層。然後，對於各個絕緣電線，測定tan δ、相對介電常數和儲存彈性模量，評價撓性和TIG (Tungsten Inert Gas)焊接性。〔絕緣電線的製造〕首先，合成作為與實施方式的第I絕緣層21對應的第I絕緣層的材料的第I絕緣塗料。第I絕緣塗料在實施例1 4和比較例1、2中使用相同塗料。以下，記載其合成方法。在具備攪拌機、回流冷卻管、氮氣流入管和溫度計的燒瓶中以等摩爾的方式配合均苯四甲酸酐(PMDA)和4，4』 一二氨基二苯基醚(ODA)，以固體成分濃度成為15重量％的方式配合N-甲基-2-吡咯烷酮後，在室溫反應12小時，得到第I絕緣塗料。以下，對於實施例1 4和比較例1、2，分別記載得到第I絕緣塗料後的工序。(實施例1)在具備攪拌機、回流冷卻管、氮氣流入管和溫度計的燒瓶中以等摩爾的方式配合均苯四甲酸酐(PMDA)和2，2 —雙[4 一 (4 一氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)，以固體成分濃度成為15重量％的方式配合N —甲基一 2 —吡咯烷酮後，在室溫反應12小時，得到第2絕緣塗料A。接下來，在外徑為0.8mm的導體上，塗布第I絕緣塗料，進行烘烤，形成厚度為0.002mm的第I絕緣層。然後，在第I絕緣層上反覆進行第2絕緣塗料A的塗布、烘烤，形成厚度為0.038mm的第2絕緣層。其結果是，得到具有合計厚度為0.040mm的絕緣被覆層的絕緣電線。(實施例2)在具備攪拌機、回流冷卻管、氮氣流入管和溫度計的燒瓶中以等摩爾的方式配合均苯四甲酸酐(PMDA)和1，3 一雙(4 一氨基苯氧基)苯(TPE — R)，以固體成分濃度成為15重量％的方式配合N -甲基一 2 —吡咯烷酮後，在室溫反應12小時，得到第2絕緣塗料B0接下來，在外徑為0.8mm的導體上，塗布第I絕緣塗料，進行烘烤，形成厚度為0.002mm的第I絕緣層。然後，在第I絕緣層上反覆進行第2絕緣塗料B的塗布、烘烤，形成厚度為0.038mm的第2絕緣層。其結果是，得到具有合計厚度為0.040mm的絕緣被覆層的絕緣電線。(實施例3)通過與實施例1同樣的合成方法，得到第2絕緣塗料A。接下來，在外徑為0.8mm的導體上，塗布第I絕緣塗料，進行烘烤，形成厚度為0.002mm的第I絕緣層。然後，在第I絕緣層上反覆進行第2絕緣塗料A的塗布、烘烤，形成厚度為0.038mm的第2絕緣層。其結果是，得到具有合計厚度為0.040mm的絕緣被覆層的絕緣電線。(實施例4)通過與實施例1同樣的合成方法，得到第2絕緣塗料A。接下來，在外徑為0.8mm的導體上，塗布第I絕緣塗料，進行烘烤，形成厚度為0.002mm的第I絕緣層。然後，在第I絕緣層上反覆進行第2絕緣塗料A的塗布、烘烤，形成厚度為0.038mm的第2絕緣層。其結果是，得到具有合計厚度為0.040mm的絕緣被覆層的絕緣電線。(比較例I)在外徑為0.8mm的導體上，塗布第I絕緣塗料，進行烘烤，形成厚度為0.040mm的第I絕緣層，得到絕緣電線。比較例I中，不形成第2絕緣層，使絕緣被覆層僅為第I絕緣層。(比較例2)在具備攪拌機、回流冷卻管、氮氣流入管和溫度計的燒瓶中以等摩爾的方式配合4，4』一氧二鄰苯二甲酸二酐(ODPA)和3，4』一二氨基二苯基醚，以固體成分濃度成為15重量％的方式配合N —甲基一 2 —吡咯烷酮後，在室溫反應12小時，得到第2絕緣塗料C。接下來，在外徑為0.8mm的導體上，塗布第I絕緣塗料，進行烘烤，形成厚度為
0.002mm的第I絕緣層。然後，在第I絕緣層上反覆進行第2絕緣塗料C的塗布、烘烤，形成厚度為0.038mm的第2絕緣層。其結果是，得到具有合計厚度為0.040mm的絕緣被覆層的絕緣電線。〔局部放電開始電壓的測定〕將絕緣電線切出500mm，製作10個雙絞線的絕緣電線的試樣。接下來,從試樣的端部到IOmm的位置削去絕緣被覆層而形成終端處理部。接下來，在終端處理部連接電極，在溫度25°C、溼度50%的氣氛或220°C的氣氛下施加50Hz的電壓。然後，以10 30V/s的比例升壓，求出試樣在I秒發生50次IOOpC的放電時的電壓值。將上述操作重複進行3次，將3個電壓值的平均值作為局部放電開始電壓。(tan δ 的測定〕從絕緣電線切出長度約40cm的試驗片，安放於tan δ測定夾具，浸潰於在電極槽中預先保持於規定溫度的低熔點金屬(B1、In、Pb、Sn的合金)中。接下來，使用LCR測量儀施加頻率IkHz，測定電介質損耗角正切。〔相對介電常數的測定〕將絕緣電線切出250mm，2%伸長後削去一側的末端的絕緣被覆層。在120°C熱處理30分鐘後，在絕緣電線上濺射鉬而形成電極，得到試樣。使用市售的阻抗分析儀(頻率:IkHz)測定該試樣的靜電容量，基於下述式I算出相對介電常數(ε s)。[數I]
ε s = (C/2 Ji ε 0) X In (D/d) X (1/L).. (式 I)這裡，C表不測定的試樣的靜電容量，ε O表不真空的介電常數，D表不試樣的外徑，d表不試樣的導體的外徑，L表不電極的長度。〔儲存彈性模量的測定〕對於實施例1 4和比較例2的第2絕緣層的形成所用的第2絕緣塗料，測定儲存彈性模量。此外，對於比較例1，由於不形成第2絕緣層，僅形成第I絕緣層，因此測定第I絕緣塗料的儲存彈性模量。首先,使用絕緣塗料,製作5mmX20mmX25 μ m(厚度)的片狀的評價用絕緣皮膜。接下來，使用動態粘彈性測定裝置(IT計測制御(株)制DVA — 200)，以10°C /分鐘從室溫升溫到400°C，測定IOOHz振動時的評價用絕緣皮膜的儲存彈性模量。〔撓性的評價〕將從絕緣電線採取的試驗片依照「 JISC 3003 「7.1.la」卷繞」的方法卷繞到具有試驗片的導體的直徑(d)的1 10倍的直徑的卷繞棒上，使用光學顯微鏡觀察絕緣皮膜中的龜裂發生的有無。其結果是，記錄不可見龜裂的最小卷繞倍徑(nd，n為整數)。〔TIG焊接性的評價〕將絕緣電線的一側末端的絕緣被覆層從前端至5mm程度除去後，用TIG焊接裝置在80A、0.4s的條件 下焊接。其結果是，將焊接部分附近的絕緣被覆層的表面不發生皮膜浮起、發泡的情況評價為「〇」(合格)，將可見皮膜浮起、發泡的發生的情況評價為「 X 」(不合格)。將對於實施例1 4和比較例1、2的絕緣電線的評價和測定的結果示於表I中。[表1]
權利要求
1.一種絕緣電線，其具有導體和絕緣被覆層，所述絕緣被覆層具有在所述導體的周圍形成的第I絕緣層、和在所述第I絕緣層的周圍形成的第2絕緣層， 所述第2絕緣層在300°C的彈性模量為300MPa以上， 所述絕緣被覆層的相對介電常數為3.0以下。
2.根據權利要求1所述的絕緣電線，所述第2絕緣層在350°C的彈性模量為IMPa以上。
3.根據權利要求1或2所述的絕緣電線，所述絕緣被覆層的電介質損耗角正切為5%以上20%以下。
4.根據權利要求1 3的任一項所述的絕緣電線，所述第2絕緣層包含含有聚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚酯醯亞胺樹脂中的至少I種的樹脂。
5.根據權利要求1 4的任一項所述的絕緣電線，所述第I絕緣層包含分子中含有醯亞胺基的樹脂。
6.根據權利要求1 5的任一項所述的絕緣電線，在所述第2絕緣層上還有具有潤滑性的潤滑層。
7.根據權利要求1 6的任一項所述的絕緣電線，所述第I絕緣層包含用於提高與所述導體的密合性的添加劑。
8.—種線圈，其是使用權利要求1 7的任一項所述的絕緣電線而形成的。
全文摘要
本發明的課題涉及絕緣電線和線圈，提供在高溫的環境下具有高局部放電開始電壓的絕緣電線、以及使用該絕緣電線而形成的線圈。作為解決本發明課題的方法是在本發明的一方式中，提供絕緣電線(1)，其具有導體(10)和絕緣被覆層(20)，所述絕緣被覆層(20)具有在導體(10)的周圍形成的第1絕緣層(21)、和在第1絕緣層(21)的周圍形成的第2絕緣層(22)。在絕緣電線(1)中，第2絕緣層(22)在300℃的彈性模量為300MPa以上，絕緣被覆層(20)的相對介電常數為3.0以下。
文檔編號H01B7/02GK103177807SQ20121047784
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月22日 優先權日2011年12月22日
發明者本田佑樹, 牛渡剛真, 鍋島秀太, 菊池英行 申請人:日立電線株式會社