CN101525517A - 耐局部放电的漆包线用涂料和耐局部放电的漆包线 - Google Patents

耐局部放电的漆包线用涂料和耐局部放电的漆包线 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耐局部放电的漆包线用涂料以及耐局部放电的漆包线，该耐局部放电的漆包线用涂料同时实现由低介电率化引起的局部放电起始电压的提高和由无机材料的填充所引起的抑制局部放电腐蚀效果，且具有优异的带电寿命特性。本发明提供的耐局部放电的漆包线用涂料，是使选自含有无机微粒的有机溶胶的至少一种分散于漆包线用涂料中而得到的，所述无机微粒包含金属氧化物微粒或硅氧化物微粒，所述无机微粒在内部具有中空或多孔质。

Description

耐局部放电的漆包线用涂料和耐局部放电的漆包线
技术领域
本发明涉及耐局部放电的漆包线用涂料和耐局部放电的漆包线。
背景技术
局部放电是在电线、电缆等的绝缘体中或者线之间存在微小空隙时，电场在该部分集中，产生微弱的放电。产生局部放电时，绝缘体劣化，直至绝缘破坏。
主要是，在电动机、变压器等的线圈中使用的卷线，特别是在导体上涂布烧结树脂涂料而形成绝缘被膜的漆包线中，局部放电主要是在线之间(被膜-被膜之间)或者对地间(被膜-芯之间)发生，因荷电粒子的冲击而在树脂被膜的分子链间或者对地间(被膜-芯之间)发生，因荷电粒子的冲击而引起的树脂被膜的分子链剪切、发热等成为主体，对被膜进行腐蚀，直至绝缘破坏。
另外，近年，在驱动为节能、可变速而使用的逆变器的电动机等的系统中，发生逆变浪涌(急剧的过电压)，产生绝缘破坏的情况增多。判断这样的绝缘破坏也是由逆变浪涌产生的过电压引起局部放电，直至绝缘破坏。
为了提高在电动机、变压器等线圈中使用的漆包线的带电寿命，有通过使用填充无机材料的树脂涂料来形成绝缘被膜，从而抑制由局部放电引起的绝缘被膜的腐蚀的方法等。
例如，已知有通过向溶解于有机溶剂的耐热性树脂溶液中分散二氧化硅、二氧化钛等无机绝缘粒子的树脂涂料来形成有绝缘被膜的漆包线。所述的无机绝缘粒子除了对漆包线给予耐局部放电性之外，还有助于热传导率的提高、热膨胀的降低、强度的提高。
无机绝缘粒子中，使二氧化硅微粒分散于树脂溶液的方法，已知有将二氧化硅粒子粉末添加、分散于树脂溶液的方法、将树脂溶液和有机二氧化硅溶胶混合的方法等(例如，参照专利文献1、2)。与添加二氧化硅粒子粉末的情形相比，在使用有机二氧化硅溶胶时，可得到混合容易且二氧化硅高度分散的涂料，同时，可得到挠性、柔软性、卷绕性、拉伸性等特性良好的漆包线。但是，此时，需要二氧化硅溶胶与树脂溶液的相容性良好。
在无机绝缘粒子中，例如，已知有具有空隙的微粉末、均匀地分散于分散介质中的数十纳米级的中空无机微粒溶胶等(参考专利文献3～5)。
另外，有通过使绝缘被膜的介电率降低，来缓和线间的电场(加在存在于线间的空气层的电场)，抑制自身产生局部放电的方法等。
专利文献1：日本特许第3496636号公报
专利文献2：日本特开2004-204187号公报
专利文献3：日本特许第3761189号公报
专利文献4：日本特开2004-203683号公报
专利文献5：日本特开2001-233611号公报
发明内容
在分散有无机材料的有机/无机混合材料中，如果能降低无机材料的介电率，就可以降低作为绝缘被膜的介电率。但是，通常，无机材料的介电率比有机材料高，难以达到低介电率化。
另外，由于低介电率化依赖于有机绝缘材料的树脂结构，因此，有时会对耐热性、机械特性等带来不良影响，在维持作为漆包线的优良的各特性的状态下，低介电率化是非常困难的。
因此，本发明的目的在于提供一种耐局部放电的漆包线，其通过获得使用耐局部放电的漆包线用涂料来形成被膜的耐局部放电的绝缘被膜，从而同时实现由低介电率化引起的局部放电起始电压的提高和由无机材料的填充所带来的抑制局部放电腐蚀的效果，并具有优异的带电寿命特性，其中，耐局部放电的漆包线用涂料是使微粒的内部为中空或者多孔质的无机微粒有机溶胶均匀地分散而得到的。
为了实现上述目的，本发明提供一种耐局部放电的漆包线用涂料，其是使选自含有无机微粒的有机溶胶的至少一种物质分散于漆包线用涂料中而得到的，所述无机微粒包含金属氧化物微粒或硅氧化物微粒，其特征在于，所述无机微粒在内部具有中空或多孔质。
本发明提供一种耐局部放电的漆包线用涂料，其中，在所述无机微粒中，微粒内部的空隙部的体积为微粒整体体积的10％以上。
本发明提供一种耐局部放电的漆包线用涂料，其中，相对于所述漆包线用涂料的树脂成分100重量份，含有1～100重量份的所述无机微粒。
本发明提供一种耐局部放电的漆包线用涂料，其中，所述无机微粒的平均粒径为100nm(100×10-9m)以下。
本发明提供一种耐局部放电的漆包线用涂料，其中，所述有机溶胶是均匀地分散于与所述漆包线用涂料的相容性优异的分散介质中的透明或乳白色胶体状。
为实现上述目的，本发明提供一种耐局部放电的漆包线，其特征在于，将上述记载的耐局部放电的漆包线用涂料，直接或隔着其他的绝缘被膜涂布烧结在导体上，形成耐局部放电的漆包线被膜。
本发明的耐局部放电的漆包线用涂料，因应用溶胶状的二氧化硅而具有优异的均匀分散性和透明性，由此，将本发明的耐局部放电的漆包线用涂料涂布烧结在导线上时，具有优异的耐局部放电性。另外，通过将中空有机二氧化硅溶胶向漆包线用涂料中的分散量调至所希望的范围，可得到在将外观、挠性、绝缘破坏电压等作为漆包线的一般各特性维持在良好的状态的同时，具备优异的耐拉伸性、耐局部放电性以及局部放电起始电压的耐局部放电的漆包线。此外，通过将硅溶胶的二氧化硅粒子制成中空，可实现有机/无机复合材料的低介电率化，由于局部放电起始电压提高，而可得到进一步提高了耐局部放电的的漆包线。
附图说明
图1是应用本发明的耐局部放电的漆包线的断面图。
图2是表示应用本发明的耐局部放电的漆包线的另一个的实施方式的断面图。
图3是表示应用本发明的耐局部放电的漆包线的再一个实施方式的断面图。
符号说明
1导体
2耐局部放电的漆包被膜
3、4绝缘覆被膜
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的合适的实施方式进行详细说明。
图1～3是表示涂布有本发明涉及的耐局部放电的漆包线用涂料的耐局部放电的漆包线的断面图。
图1表示，通过将耐局部放电的漆包线用涂料涂布、烧结在导体1上，从而形成耐局部放电的漆包线被膜2。
另外，图2表示，在导体1的外周形成其他的绝缘被膜3，在该绝缘被膜3上涂布、烧结耐局部放电的漆包线用涂料，从而形成耐局部放电的漆包被膜2。
图3表示，在导体1的外周形成其他的绝缘被膜3，在该绝缘被膜3上涂布、烧结本发明的耐局部放电的漆包线用涂料，从而形成耐局部放电的漆包被膜2，进一步在其上再设置其他的绝缘被膜4。
绝缘被膜3、4只要是不妨碍耐局部放电性或一般特性的物质，就没有特别限制，导体1上的绝缘被膜3和最上层的绝缘被膜4的材质可以不同。
另外，虽然没有图示，但也可以在图1所示的导体1上形成耐局部放电的漆包被膜2，在其上形成其他的绝缘被膜3。
接着，对形成耐局部放电的漆包被膜2的本发明的耐局部放电的漆包线用涂料进行说明。
本发明的耐局部放电的漆包线用涂料的特征在于，在漆包线用涂料中，分散从含有微粒的内部为中空或多孔质的无机微粒的有机二氧化硅溶胶中的至少一种而成，相对于漆包线用涂料的树脂成分100重量份(质量份)，含有1～100重量份(质量份)的至少一种的具有中空或多孔质的无机微粒。
另外，本发明的耐局部放电的漆包线，是将上述耐局部放电的漆包线用涂料直接或隔着其他的绝缘层涂布烧结在导体上而成。此外，可以进一步在其上形成有机绝缘层。
在本发明中，具有中空或多孔质的无机微粒的分散量，相对于漆包线用涂料的树脂成分100重量份(质量份)为1～100重量份(质量份)的范围，优选为5～50重量份(质量份)的范围。如果小于1重量份，则改善局部放电劣化的效果和低介电率化的效果不充分，如果超过120重量份，则挠性、耐拉伸性恶化。
本发明的特征在于，形成在与漆包线用涂料的相容性优异的分散介质中含有具有中空或多孔质的无机微粒的透明或乳白色胶体状(溶胶)，使其分散于漆包线用涂料中。
此时，具有中空或多孔质的无机微粒，如果使用平均粒径100nm(100×10-9m)以下的微粒，则得到不产生2次凝集且均匀的分散状态，可实现漆包涂膜的平滑性、挠性或者漆包线用涂料的稳定性，从如上角度考虑是优选的。
平均粒径是用中值表示，该弧径从根据激光衍射法等得到的粒子分布来求得。
本发明的具有中空或者多孔质的无机微粒中，由中空或多孔质形成的空隙部的体积是微粒整体体积的10％以上，优选为20～60％。如果小于10％，则改善局部放电劣化的效果和低介电率化的效果不充分。对上限并无特别限制，空隙部体积越大则介电率越低，效果越理想，但是理论上小于100％，越接近1 00％，由于微粒的壳(外壳)厚度越薄，不能维持形状，所以，选取可维持中空或多孔质的无机微粒形状的范围。
作为本发明的导体，有铜线、铝线、银线、镍线等，有圆形、平板型等形状。
在本发明中，作为成为耐局部放电的漆包线用涂料的基础的漆包线用涂料，只要是可工业上应用的涂料即可，例如有甲缩醛漆包线用涂料、聚酯漆包线用涂料、聚酯酰亚胺漆包线用涂料、聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料、聚酰亚胺漆包线用涂料等。
另外，使聚砜、聚醚砜、聚苯基醚砜、聚醚酰亚胺等非晶性的工程塑料溶解于溶剂中所制成树脂涂料的漆包线用涂料，或者包含市售的硅烷改性的混合材料(例如，荒川化学工业(株)的compoceran等)的树脂涂料等，可以应用于漆包线用涂料。
在本发明中，作为含有内部为中空或者多孔质的无机微粒的有机溶胶，成为溶胶状，并且向漆包线用涂料中的分散性良好，而且可改良耐局部放电性，另外可实现低介电率化即可，无机微粒的材质有二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化钇等金属氧化物或者硅氧化物，对材质并无特别限定，但从工业生产率、成本、介电率低等的观点出发，优选二氧化硅。
另外，这些有机溶胶的分散介质也并无特别限定，替换成向漆包线用涂料中的相溶性良好的溶剂就行。作为这种具体的分散介质，可举出以酚类或苯甲醇和芳香族烷基苯为主体的混合溶剂，以二甲苯或甲苯为主体的与低级醇的混合溶剂等，这些分散剂，相对于使用甲酚系溶剂的漆包线用树脂涂料，即聚酯系漆包线用涂料等，相溶性良好，另外，包含N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、环己酮或者它们的混合溶剂等的分散介质，对于主要使用N-甲基-2-吡咯烷酮系溶剂的漆包线用涂料，即聚酰胺酰亚胺系、聚酰亚胺系漆包线用涂料等，相溶性良好。另外，还有甲醇、甲基乙基异丁基酮等。
实施例
将下述实施例1～7和比较例1～5中得到的耐局部放电的漆包线用涂料涂布、烧结在0.8mm的铜导体上，得到具有被膜厚度30nm的耐局部放电的漆包被膜的耐局部放电的漆包线。
实施例1
向反-2(羟基乙基异氰脲酸酯)改性聚酯酰亚胺漆包线用涂料中，分散中空有机二氧化硅溶胶(苯甲醇/石脑油系混合分散介质，二氧化硅的平均粒径23nm，中空体积率30％)，使得该二氧化硅成分相对于该树脂成分100重量份(质量份)为20重量份(质量份)，从而得到耐局部放电的聚酯酰亚胺漆包线用涂料。
实施例2
向反-2(羟基乙基异氰脲酸酯)改性聚酯酰亚胺漆包线用涂料中，分散中空有机二氧化硅溶胶(苯甲醇/石脑油系混合分散介质，二氧化硅的平均粒径45nm，中空体积率35％)，使得该二氧化硅成分相对于该树脂成分100重量份为50重量份，从而得到耐局部放电的聚酯酰亚胺漆包线用涂料。
实施例3
向聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料中，分散中空有机二氧化硅溶胶(γ-丁内酯分散介质，二氧化硅的平均粒径23nm，中空体积率30％)，使得该二氧化硅成分相对于该树脂成分100重量份为20重量份，从而得到耐局部放电的聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料。
实施例4
向聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料中，分散中空有机二氧化钛溶胶(γ-丁内酯分散介质，二氧化钛的平均粒径60nm，中空体积率40％)，使得该二氧化钛成分相对于该树脂成分100重量份为50重量份，从而得到耐局部放电的聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料。
实施例5
向聚酰亚胺漆包线用涂料中，分散中空有机二氧化硅溶胶(γ-丁内酯分散介质，二氧化硅的平均粒径23nm，中空体积率30％)，使得该二氧化硅成分相对于该树脂成分100重量份为20重量份，从而得到耐局部放电的聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料。
实施例6
接着，将实施例1的耐局部放电的漆包线用涂料涂布、烧结在导体直径0.8mm的铜线上，形成被膜厚度30μm的耐局部放电的漆包被膜之后，进一步，在其耐局部放电的漆包被膜上涂布、烧结滑性聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料(日立化成工业的HI-406SL)，以被膜厚度为3μm的方式披覆绝缘被膜，得到滑性耐局部放电的漆包线。
实施例7
向反-2(羟基乙基异氰脲酸酯)改性聚酯酰亚胺漆包线用涂料中，分散中空有机二氧化硅溶胶(苯甲醇/石脑油系混合分散介质，二氧化硅的平均粒径23nm，中空体积率30％)，使得该二氧化硅成分相对于该树脂成分100重量份为120重量份，从而得到耐局部放电的聚酯酰亚胺漆包线用涂料。
比较例1
向反-2(羟基乙基异氰脲酸酯)改性聚酯酰亚胺漆包线用涂料中，分散中空二氧化硅粉末(二氧化硅的平均粒径200nm，中空体积率40％)，使得该二氧化硅成分相对于该树脂成分100重量份为50重量份，从而得到耐局部放电的聚酯酰亚胺漆包线用涂料。
比较例2
向反-2(羟基乙基异氰脲酸酯)改性聚酯酰亚胺漆包线用涂料中，分散有机二氧化硅溶胶(苯甲醇/石脑油系混合分散介质，二氧化硅的平均粒径23nm)，使得该二氧化硅成分相对于该树脂成分100重量份为20重量份，从而得到耐局部放电的聚酯酰亚胺漆包线用涂料。
比较例3
向聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料中，分散有机二氧化硅溶胶(γ-丁内酯分散介质，二氧化硅的平均粒径23nm)，使得该二氧化硅成分相对于该树脂成分100重量份为20重量份，从而得到耐局部放电的聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料。
比较例4
使用反-2(羟基乙基异氰脲酸酯)改性聚酯酰亚胺漆包线用涂料，得到导体直径0.8mm的聚酯酰亚胺漆包线。
比较例5
使用聚酰胺酰亚胺漆包线用涂料，得到导体直径0.8mm的聚酰胺酰亚胺漆包线。
实施例和比较例中的性状、得到的漆包线的特性等，如表1所示。
Figure A20091000419600111
漆包线的一般特性试验以JIS-C3003为基准进行。
耐局部放电性通过对受试漆包线直接进行常态的V-t特性试验(电压-局部放电寿命时间特性试验)、20％拉伸后的V-t特性试验(电压-局部放电寿命时间特性试验)来评价。
在表1中，反-2(羟基乙基异氰脲酸酯)简记为THEIC。
由表1可知，将分散有中空有机二氧化硅溶胶的漆包线用涂料涂布、烧结在导体上而得到的耐局部放电的漆包线(实施例1～7)，与比较例相比，局部放电起始电压高，常态下的V-t特性也非常优异。
另外，向漆包线用涂料中分散中空有机二氧化硅溶胶，使得该二氧化硅成分相对于该树脂成分100重量份为1～100重量份(优选为20～50重量份)，通过使用由此得到的漆包线用涂料，可将外观、挠性、绝缘破坏电压等作为漆包线的一般各特性维持在良好的状态，同时因优良的耐拉伸性、耐局部放电劣化性和中空效果而降低介电率，局部放电起始电压也提高。
直接混合了中空二氧化硅的微粉末的比较例1的耐局部放电的漆包线，在常态和拉伸后的耐局部放电寿命极差，挠性也差。推测这是因为产生2次凝集，分散状态差。
将非中空(实心的)的二氧化硅溶胶与实施例1和3相同量地混合的比较例2和3，局部放电起始电压比实施例1和3降低约60～70V，作为其结果，耐局部放电寿命缩短。
另外，没有混合无机微粒的比较例4和5中，局部放电起始电压低，而且由于没有填充无机粒子，因此耐局部放电寿命极差，只为0.58～0.70小时。

Claims (6)

1.一种耐局部放电的漆包线用涂料，其是使选自含有无机微粒的有机溶胶的至少一种物质分散于漆包线用涂料中而得到的，所述无机微粒包含金属氧化物微粒或硅氧化物微粒，其特征在于，所述无机微粒在内部具有中空或多孔质。
2.根据权利要求1所述的耐局部放电的漆包线用涂料，其中，在所述无机微粒中，微粒内部的空隙部的体积为微粒整体体积的10％以上。
3.根据权利要求1或2所述的耐局部放电的漆包线用涂料，其中，相对于所述漆包线用涂料的树脂成分100重量份，含有1～100重量份的所述无机微粒。
4.根据权利要求1～3的任一项所述的耐局部放电的漆包线用涂料，其中，所述无机微粒的平均粒径为100nm(100×10-9m)以下。
5.根据权利要求1～4的任一项所述的耐局部放电的漆包线用涂料，其中，所述有机溶胶是均匀地分散于与所述漆包线用涂料的相容性优异的分散介质中的透明或乳白色胶体状。
6.一种耐局部放电的漆包线，其特征在于，将权利要求1～5的任一项所述的耐局部放电的漆包线用涂料，直接或者隔着其他的绝缘被膜涂布并烧结在导体上，形成耐局部放电的漆包被膜而成。
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