CN101657861A - 绝缘电线、电动机线圈及电动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绝缘电线、电动机线圈及电动机，该绝缘电线具有比较廉价且硬度等机械强度及耐热软化性优越，同时，电晕放电开始电压较高的绝缘覆膜，该绝缘电线的特征在于，由导体和包覆所述导体的绝缘覆膜构成，所述绝缘覆膜具有涂敷聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺的混合树脂并进行烤漆处理而形成的绝缘层，特别地，聚酯酰亚胺和聚醚酰亚胺的混合比(重量比)为75∶25～10∶90，该电动机线圈是对所述绝缘电线进行绕线而成的，该电动机使用所述电动机线圈。

Description

绝缘电线、电动机线圈及电动机

技术领域

本发明涉及一种用作线圈用绕组线等的绝缘电线，更详细地说，涉及一种具有局部放电(电晕放电)开始电压较高的绝缘覆膜的绝缘电线。本发明还涉及一种将上述绝缘电线卷绕成线圈而成的电动机线圈、以及使用上述电动机线圈的电动机。

背景技术

近年，使用电压较高的电气设备不断增加，例如电动机等。由于施加高压，所以在构成电气设备的绝缘电线、例如电动机等的线圈用绕组线的绝缘覆膜表面，容易发生局部放电(电晕放电)。由于发生电晕放电，所以容易引起局部的温度上升或产生臭氧或离子，其结果是，存在下述问题，即，侵蚀绝缘覆膜，提前产生绝缘破坏，使绝缘电线乃至电气设备的寿命缩短。

在用作电动机等的线圈用绕组线等的绝缘电线中，要求覆盖导体(导线)的绝缘覆膜具有优越的绝缘性、优越的对导体的密合性、高耐热软化性、以及机械强度等，但根据上述理由，近年，进一步要求提高电晕放电开始电压。

如果在绝缘电线的绝缘覆膜中或者线圈的线间存在微小的空隙，则容易在该部分形成电场集中而发生电晕放电。因此，在专利文献1中，提出了下述方法，即，在形成于导体上的绝缘层的外层上，涂敷热粘合树脂并进行烤漆处理，在绕线作业后进行热粘合。通过热粘合，可以填埋绝缘电线间的空气层，可以提高电晕放电开始电压。

另外，在专利文献2中，提出了一种绝缘电线，其在形成于导体上的绝缘层的外层上，形成具有规定(1kΩ～1MΩ)的表面电阻的导电层。另外，在专利文献3中，提出在形成于导体上的绝缘层的外层上，涂敷如炭黑那样的半导体材料，而形成半导电层。通过形成这样的导电层或半导电层，使绝缘覆膜表面产生的静电位梯度平缓，可以提高电晕放电开始电压。

专利文献1：日本特开平10-261321号公报

专利文献2：日本特开2004-254457号公报

专利文献3：日本特开平2-189814号公报

发明内容

但是，在专利文献1所记载的方法中，存在需要绕线作业后的热粘合工序的问题。

另外，在专利文献2、3所记载的方法中，虽然提高了电晕放电开始电压，但由于导电层或半导电层使绝缘电线的表面电阻变小，所以存在下述问题，即，在交流通电时，流过电线表面的泄漏电流变大，从而使绝缘电线的表面发热而老化。而且，由于可能使绝缘电线末端的导体露出部和绝缘电线表面的导电层(或者半导电层)发生短路，所以存在下述问题，即，需要将绝缘电线末端的导电层或半导电层剥离这一工序。

作为提高电晕放电开始电压的方法，使绝缘覆膜低介电常数化的方法是公知的。另外，作为低介电常数的绝缘材料，已知聚酰亚胺树脂及含氟树脂。

聚酰亚胺树脂具有低介电常数，同时具有绝缘覆膜所要求的硬度等机械强度及高温环境下不软化的耐热软化性，在这些方面上为优选材料，但其价格昂贵，存在导致成本上升的问题。另一方面，虽然含氟树脂具有低介电常数，但由于其柔软，热软化温度及机械强度较低，所以不适合作为形成绕组用绝缘覆膜的材料。

本发明就是鉴于上述问题而提出的，其课题是，提供一种绝缘电线，其具有比较廉价且硬度等机械强度及高温环境下不软化的耐热软化性优越，同时，电晕放电开始电压高的绝缘覆膜。

本发明人为了解决上述课题而专心研究后，结果发现通过涂敷包含聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺的混合树脂在内的树脂组合物并进行烤漆处理，而形成绝缘层，可以得到低介电常数且电晕放电开始电压高，同时硬度等机械强度及高温环境下不软化的耐热软化性优越的绝缘覆膜，从而完成了本发明。

即，在本发明中，作为其技术方案1，提供一种绝缘电线，其由导体和包覆所述导体的绝缘覆膜构成，特征在于，所述绝缘覆膜具有涂敷聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺的混合树脂并进行烤漆处理而形成的绝缘层。

本发明人发现，通过将聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺混合，与各自单独使用的情况相比，可以降低介电常数，得到较高的电晕放电开始电压，同时，不会损害各树脂所具有的机械强度及耐热软化性。

在上述混合树脂中，聚酯酰亚胺和聚醚酰亚胺的混合比(重量比)，优选落在75∶25～10∶90的范围内(技术方案2)。在该范围内，可以得到更低的介电常数和更高的电晕放电开始电压。在与75∶25相比聚酯酰亚胺的混合比更大的情况下，存在介电常数增大而电晕放电开始电压下降的问题，另一方面，在与10∶90相比聚醚酰亚胺的混合比更大的情况下，除了介电常数增大以外，还可能使耐热性下降。特别地，为了得到较高的电晕放电开始电压，更优选落在30∶70～20∶80的范围内。

作为聚醚酰亚胺，可以优选使用由下述通式(1)表示的聚醚酰亚胺。

[化学式1]

式中，R¹是具有羟基的二甲酸酐的残基等有机基，R²是二醇的残基等2价的有机基，R³是二胺的残基等2价的有机基。另外，n为整数。

作为由上述通式(1)表示的聚醚酰亚胺，可以举出例如，将芳香族双(醚酐)和二氨基有机化合物作为原料，通过公知的方法制造的芳香族聚醚酰亚胺。作为上述芳香族双(醚酐)，可以举出1，3-二(2，3-二羧基苯氧基)苯二酐、4，4’-二(3，4-二羧基苯氧基)二苯基醚二酐、双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]甲烷二酐、2，2’-双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐、1，5-二(3，4-二羧基苯氧基)萘等。

作为上述二氨基有机化合物，可以举出间-苯二胺、对-苯二胺、4，4’-二氨基二苯基醚、4，4’-二氨基二苯基甲烷、4，4’-二氨基二苯基丙烷、1，5-二氨基萘等。作为一个例子，可以举出将邻-二氯苯作为溶剂，使2，2’-双[4-(3，4-二羧基苯氧基)苯基]丙烷二酐和4，4’-二氨基二苯基甲烷进行溶液缩聚反应而合成出的物质。

作为聚醚酰亚胺，可以使用“日本GEプラスチツク社”制造的商品名为“ウルテム1000、2000、4000、5000、6000”等的市售品。

另外，聚酯酰亚胺可以优选使用由下述通式(2)表示的聚酯酰亚胺。

[化学式2]

式中，R⁴是三酸酐的残基等3价的有机基，R⁵是二醇的残基等2价的有机基，R⁶是二胺的残基等2价的有机基。

该聚酯酰亚胺漆是通过公知的方法使三酸酐、二醇以及二胺反应而得到的。在这里，作为三酸酐，可以举出偏苯三酸酐、3，4，4’-二苯甲酮三酸酐、3，4，4’-二苯基三酸酐等，其中，优选偏苯三酸酐。

作为二醇，优选使用乙二醇、丙二醇(propylene glycol)、三亚甲基二醇(trimethylene glycol)、二甘醇等。

作为二胺，优选使用4，4’-二氨基二苯基甲烷、4，4’-二氨基二苯基醚、间-苯二胺、对-苯二胺、1，4-二氨基萘、己二胺、二氨基二苯砜等。

作为聚酯酰亚胺，可以使用“日立化成社”制造的商品名为“ISOMID 40SM-45、40HA-45”、以及“東特塗料社”制造的商品名为“Neoheat8645H2、8645AY”等的市售品。

本发明的绝缘电线可以通过在导体上或者形成于导体上的其他树脂层上，涂敷由聚醚酰亚胺及聚酯酰亚胺构成的混合树脂漆并进行烤漆处理而得到。混合树脂漆可以通过将以成为规定的树脂混合比的方式计量出的聚醚酰亚胺树脂投入至聚酯酰亚胺漆中，进行搅拌·混合而得到。由于可以通过搅拌·混合这种极其简便的方法得到混合树脂漆，所以不会导致成本上升，而优选。

在得到的混合树脂漆中，也可以根据需要添加颜料、染料、无机或有机的填充剂、润滑剂等各种添加剂。另外，也可以根据需要在添加了添加剂后进行加热。另外，在不破坏本发明的主旨的范围内，也可以将除了聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺以外的树脂混合而使用。

涂敷、烤漆处理的条件，与在导体上涂敷通常的聚酰胺酰亚胺树脂漆等并进行烤漆处理而形成绝缘层的情况下的条件相同。绝缘覆膜的厚度，考虑绝缘电线所要求的物性程度及导体直径等而确定。

作为导体，作为其代表例可以举出铜或铜合金的线，但银等其他金属的线也包含在导体中。导体的直径及其剖面形状不特别地限定。

本发明的绝缘电线的绝缘覆膜，也可以仅由涂敷聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺的混合树脂并进行烤漆处理而形成的绝缘层构成(单层涂层)，但也可以具有该绝缘层和作为该绝缘层的上层以及/或者下层的其他树脂层。由于例如通过使所述绝缘覆膜还具有以聚酰胺酰亚胺为主体的树脂层，可以得到耐热软化性、机械特性、以及耐水解性更加优越的绝缘覆膜，所以优选(技术方案3)。

特别地，通过作为聚酰胺酰亚胺而使用高密合性的聚酰胺酰亚胺，利用该高密合性的聚酰胺酰亚胺形成最内层，并在其上形成由聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺的混合树脂构成的绝缘层，由此可以得到具有优越的密合性的绝缘覆膜。

另外，也可以在绝缘覆膜的最外层，设置用于向绝缘覆膜的表面赋予润滑性的表面润滑层(技术方案4)。例如，也可以由聚酰胺酰亚胺形成最内层，在其上形成由聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺的混合树脂构成的绝缘层，在所形成的2层涂层的绝缘电线的表面上，作为最外层(第3层)而设置表面润滑层，从而成为3层涂层的绝缘电线。作为表面润滑层，可以使用液体石蜡、固体石蜡等石蜡类的覆膜，但如果考虑耐久性等，则更优选通过粘合剂树脂将棕榈蜡、蜂蜡、褐煤蜡、微晶蜡等各种蜡以及聚乙烯、含氟树脂、硅酮树脂等润滑剂进行粘结而成的表面润滑层。另外，为了提高插入性，也可以设置表面润滑油。

另外，也可以根据需要适当地设置阻燃层。构成绝缘覆膜的最外层的绝缘层可以为阻燃层，同时，含有润滑剂而兼作表面润滑层。

上述本发明的绝缘电线，优选用于在电动机等电气设备中使用的线圈用绕组线。特别地，由于具有较高的电晕放电开始电压而抑制由电晕放电导致的绝缘破坏，所以优选用于使用电压较高的电动机等电气设备。

因此，在本发明中，除了上述绝缘电线以外，作为技术方案5，提供一种电动机线圈，其特征在于，该电动机线圈是将该绝缘电线卷绕成线圈而成的，同时，提供一种电动机(技术方案6)，其特征在于，使用技术方案5中记载的电动机线圈。

发明的效果

由于本发明的绝缘电线具有绝缘覆膜，其硬度等机械强度及高温环境下不软化的性质即耐热软化性优越、并由比较廉价的材料得到，同时，该绝缘覆膜具有较高的电晕放电开始电压，所以可以抑制由电晕放电导致的绝缘破坏，优选用于在电动机等电气设备中使用的线圈用绕组线。

附图说明

图1是说明介电常数的测定方法的图。

图2是说明电晕放电开始电压测定用试验体的图。

具体实施方式

下面，通过实施例，说明用于实施本发明的最佳方式，但本发明的范围并不仅限定于该实施例。

【实施例】

[混合树脂漆的调制]

在制作本发明所涉及的绝缘电线前，通过以下所示的方法，对混合树脂漆进行调制。

<聚酯酰亚胺漆>

作为聚酯酰亚胺漆，使用“日立化成社”制造的ISOMID 40SM-45(商品名)(固体量：45％)。以下记作“PEsI”。

<聚醚酰亚胺漆>

向安装有温度计、冷凝管、氯化钙填充管、搅拌器的烧瓶中，投入800g的甲酚，升温至130℃后，投入200g的“ウルテム1000”(商品名：“日本GEプラスチツク社”制造的聚醚酰亚胺)。然后，在130℃下搅拌1小时进行溶解，得到浓度为20％的聚醚酰亚胺漆。以下记作“PEI”。

(混合树脂漆的制作)

向安装有温度计、冷凝管、氯化钙填充管、搅拌器的烧瓶中，以表1所示的树脂混合比(固体量换算、重量比)，投入聚酯酰亚胺及漆聚醚酰亚胺漆，在130℃下搅拌1小时进行混合，得到处理方法例1～7中的混合树脂漆。在表1中，将得到的混合树脂漆的固体量(％)一并示出。

表1

实施例1～3、对比例1～2

<单层涂层绝缘电线的制作>

在表2所示的导体直径的铜线表面上，通过常用方法，涂敷表2所示的处理方法例No.栏中的混合树脂漆并进行烤漆处理，得到实施例1～3中的单层涂层绝缘电线。另外，仅通过PEsI(对比例1)及PEI(对比例2)，相同地得到单层涂层绝缘电线。在表2中，将得到的各绝缘电线的尺寸(成品直径、膜厚)一并示出。

(介电常数的测定方法)

对得到的各绝缘电线，测定介电常数。测定是通过下述方法进行的，即，如图1所示，在绕组线的表面上涂敷银膏(涂敷宽度为左右各10mm，中间部100mm)，利用LCR测试仪对导体和银膏之间的静电容量进行测定，根据测定的静电容量的值和覆膜的厚度，计算介电常数。在表2中，将测定结果一并示出。

表2

	对比例1	实施例1	实施例2	实施例3	对比例2
						处理方法例No.		1	2	5
PEsI∶PEI	100∶0	75∶25	50∶50	25∶75	0∶100
						膜厚/μm	20.0	19.0	20.0	21.0	20.0
导体直径/mm	1.000	0.828	0.828	0.828	0.828
						成品直径/mm	1.040	0.866	0.868	0.870	0.868
介电常数	3.6	3.5	3.5	2.9	4.1

根据表2所示的结果可知，通过使用将聚酯酰亚胺和聚醚酰亚胺混合而成的树脂漆，与各自单独的漆的情况相比，介电常数降低。

实施例4～10、对比例3～4

在本实施方式中，使用上述处理方法例中的混合树脂漆、以及通过以下所示的方法得到的通用的聚酰胺酰亚胺树脂漆，制作2层涂层绝缘电线，并对电晕放电开始电压进行测定。

<通用的聚酰胺酰亚胺树脂漆的制作方法>

在安装有温度计、冷凝管、氯化钙填充管、搅拌器、注氮管的烧瓶中，一边从上述注氮管使氮气以每分钟150ml流入，一边投入108.6g的TMA(偏苯三酸酐，“三菱瓦斯化学社”制造)、141.5g的MDI(亚甲基二异氰酸酯，“三井武田ケミカル社”制造，商品名：“コスモネ一トPH”)。接着，投入637.0g的NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮溶剂，“三菱化学社”制造)，一边通过搅拌器进行搅拌，一边在80℃下加热3小时。而且，在经过大约3小时使系统温度升温至140℃后，在140℃下加热1小时。在经过1小时后的阶段，停止加热，自然冷却，得到不挥发物质量为25％的聚酰胺酰亚胺树脂漆。以下，将该聚酰胺酰亚胺树脂漆记作“通用AI”。

<2层涂层绝缘电线的制作>

在直径为大约0.8mm的铜线(导体)的表面上，通过常用方法，涂敷得到的通用AI并进行烤漆处理，形成表3所示的膜厚的第1层。在其上，通过常用方法，涂敷表3、4的树脂构成栏中的第2层所示的处理方法例No.栏的混合树脂漆并进行烤漆处理，形成表3、4所示的膜厚的第2层，得到实施例4～10中的2层涂层绝缘电线。另外，仅通过聚酯酰亚胺漆(对比例3)及聚醚酰亚胺漆(对比例4)形成第2层，相同地得到单层涂层绝缘电线。在表3、4中，将得到的各绝缘电线的尺寸(导体直径、各层的膜厚、总膜厚、成品直径)一并示出。

对得到的各绝缘电线，通过以下所示的方法，测定电晕放电开始电压。

(电晕放电开始电压的测定方法)

如图2所示，将2根绕组线绞合，在2根绕组线的两端施加交流电压。以70V/sec的速度提高电压，将放电量达到100pC时的电压作为测定值。在表3、4中，将测定结果一并示出。

表3

此外，树脂构成栏中示出PEsI∶PEI。例如，实施例5中的第2层的50∶50，表示将PEsI和PEI以重量比50∶50(固体量换算)混合而成的树脂漆。在以下的表中也相同。

表4

此外，树脂构成栏中示出PEsI∶PEI。

根据表3、4所示的结果明确可知，通过使用将聚酯酰亚胺和聚醚酰亚胺混合而成的树脂漆，与各自单独的漆的情况相比，电晕放电开始电压上升。

实施例11～12

使用上述得到的混合树脂漆、以及以下所示的高密合聚酰胺酰亚胺树脂漆，制作3层涂层或者4层涂层的绝缘电线，并对电晕放电开始电压进行测定。

(高密合聚酰胺酰亚胺树脂漆)

作为高密合聚酰胺酰亚胺树脂漆，使用“日立化成社”制造的HI400A-25。以下记作“高密合AI”。

<3层涂层绝缘电线的制作>

在直径为大约0.8mm的铜线(导体)的表面上，通过常用方法，涂敷高密合AI并进行烤漆处理，形成表5所示的膜厚的第1层。在其上，通过常用方法，涂敷通用AI并进行烤漆处理，形成表5所示的膜厚的第2层。随后，通过常用方法，涂敷表5的树脂构成栏中的第3层所示的混合树脂漆并进行烤漆处理，形成表5所示的膜厚的第3层，得到实施例11中的3层涂层绝缘电线。

<4层涂层绝缘电线的制作>

在由实施例11得到的3层涂层绝缘电线上，通过常用方法，涂敷通用AI并进行烤漆处理，形成表5所示的膜厚的第4层，得到实施例12中的4层涂层绝缘电线。另外，除了使第3层为通用AI以外，得到与实施例12相同的4层涂层绝缘电线。将该电线作为对比例5。在表5中，将得到的各绝缘电线的尺寸(导体直径、各层的膜厚、总膜厚、成品直径)一并示出。

对得到的各绝缘电线，通过与上述相同的方法，测定电晕放电开始电压。在表5中，将测定结果一并示出。

表5

此外，树脂构成栏中示出PEsI∶PEI。

根据表5所示的结果，通过使用将聚酯酰亚胺和聚醚酰亚胺混合而成的树脂漆，使电晕放电开始电压上升，该倾向在具有高密合AI的树脂层的3层涂层绝缘电线、4层涂层绝缘电线的情况下也相同。

如上述所示，根据本发明，通过将聚酯酰亚胺及漆聚醚酰亚胺漆混合这种极其简便的方法，可以提高电晕放电开始电压。

Claims (6)

1.一种绝缘电线，其由导体和包覆所述导体的绝缘覆膜构成，

其特征在于，

所述绝缘覆膜具有涂敷聚醚酰亚胺和聚酯酰亚胺的混合树脂并进行烤漆处理而形成的绝缘层。

2.如权利要求1所述的绝缘电线，其特征在于，

所述混合树脂中的聚酯酰亚胺和聚醚酰亚胺的混合比以重量比记为75∶25～10∶90。

3.如权利要求1或2所述的绝缘电线，其特征在于，

所述绝缘覆膜还具有以聚酰胺酰亚胺为主体的树脂层。

4.如权利要求1至3中任一项所述的绝缘电线，其特征在于，

所述绝缘覆膜在其最外层还具有表面润滑层。

5.一种电动机线圈，其特征在于，

该电动机线圈是通过将权利要求1至4中任一项所述的绝缘电线卷绕成线圈而形成的。

6.一种电动机，其特征在于，

使用权利要求5中记载的电动机线圈。

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