CN102855975A - 绝缘电线及使用该绝缘电线的线圈 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种绝缘电线以及使用该绝缘电线的线圈，该绝缘电线具备的绝缘被覆层具有高的局部放电起始电压并即使在高温环境下也具有高的局部放电起始电压。绝缘电线(10)具备导体(1)和在导体(1)的周围设置的绝缘被覆层(11)，绝缘被覆层(11)具有：在导体(1)的周围由分子中含有酰亚胺结构的树脂形成的第一绝缘皮膜(2)和在第一绝缘皮膜(2)的周围由具有下述化学式1所表示的重复单元且酰亚胺浓度为15％以上、36％以下的聚酰亚胺树脂形成的第二绝缘皮膜(3)，化学式1
Figure DDA0000147271820000011
其中，R1是从芳香族四羧酸中除去了羧基的4价基团，R2是从芳香族二胺中除去了氨基的2价基团。

Description

绝缘电线及使用该绝缘电线的线圈
技术领域
本发明涉及绝缘电线，尤其涉及适用于电动机、变压器等电气设备的线圈的绝缘电线以及使用该绝缘电线的线圈。
背景技术
一般，在旋转电机、变压器等电气设备的线圈中，广泛使用通过在具有与线圈的用途、形状相适应的剖面形状(例如圆形、矩形)的金属导体(导体)的周围涂布绝缘涂料、烘烤而得到一层或两层以上绝缘皮膜而形成的具备绝缘被覆层的绝缘电线(漆包线)，所述绝缘涂料是将聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺等的树脂溶解于有机溶剂而形成的。
旋转电机、变压器等电气设备可以通过逆变控制来驱动，在这样的使用逆变控制的电气设备中，在因逆变控制而产生的逆变浪涌(浪涌电压)高的情况下，构成电气设备的线圈的绝缘电线有时会因为该逆变浪涌电压而发生局部放电，使得绝缘皮膜变差、损伤。
作为用于防止因逆变浪涌电压而引起的绝缘皮膜的变差、损伤的方法，已知有例如在导体上涂布聚酰胺酰亚胺树脂绝缘涂料、烘烤而形成绝缘皮膜的绝缘电线，该聚酰胺酰亚胺树脂绝缘涂料由在含有具有3个以上芳香环的芳香族二胺成分和酸成分的芳香族酰亚胺预聚物中混合具有2个以下芳香环的芳香族二异氰酸酯成分而形成(例如，参考专利文献1)。在专利文献1中，通过使用这样的聚酰胺酰亚胺树脂绝缘涂料，得到相对介电常数低的绝缘皮膜，得到局部放电起始电压(PDIV，Partial Discharge Inception Voltage)高的绝缘电线。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2009-161683号公报
发明内容
发明所要解决的课题
近年来，由于希望电动机小型化、高输出化等，因此因逆变控制而产生的逆变浪涌电压的值有上升的倾向，在比以往更容易发生局部放电的环境下使用绝缘电线。因此，对于最近的绝缘电线，希望通过使局部放电起始电压比以往高，从而即使逆变浪涌电压的值上升，局部放电自身也不发生。
此外，由于电动机的小型化、高电压驱动等，因此正在研究构成线圈的绝缘电线的高占空系数化。因此，由于线圈的放热性降低、流过线圈的电流的大电流化等环境因素的改变，构成线圈的绝缘电线变成在高温(例如180℃以上)的环境下使用，因此希望在高温环境下局部放电自身难以发生的绝缘电线，从而即使在这样的高温环境下也不会因局部放电而导致绝缘皮膜变差、损伤。
但是，在使用上述的聚酰胺酰亚胺树脂绝缘涂料的情况下，得不到在高温环境下充分的局部放电起始电压。
因此，本发明的目的是解决上述课题，提供具备即使在高温环境下也具有高的局部放电起始电压的绝缘被覆层的绝缘电线，以及使用该绝缘电线的线圈。
为了实现上述目的而首次提出方案的本发明是一种绝缘电线，是具备导体和在上述导体的周围设置的绝缘被覆层的绝缘电线，所述绝缘被覆层具有：在上述导体的周围由分子中含有酰亚胺结构的树脂形成的第一绝缘皮膜，和在上述第一绝缘皮膜的周围由具有下述化学式1所表示的重复单元且酰亚胺浓度为15％以上、36％以下的聚酰亚胺树脂形成的第二绝缘皮膜。
化学式1
Figure BDA0000147271800000021
其中，R1是从芳香族四羧酸中除去了羧基的4价基团，R2是从芳香族二胺中除去了氨基的2价基团。
优选上述第二绝缘皮膜的皮膜厚度相对于上述绝缘被覆层的整体厚度为80％以上且不足100％。
优选作为上述化学式1中R2的原料的芳香族二胺含有选自2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、4，4’-双[4-(4-氨基苯氧基)联苯中的至少一种。
优选上述第一绝缘皮膜由聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺中的任一者形成。
此外，本发明是使用上述任一项所记载的绝缘电线而形成的线圈。
根据本发明，可以提供具备即使在高温环境下也具有高的局部放电起始电压的绝缘被覆层的绝缘电线，以及使用该绝缘电线的线圈。
附图说明
图1是显示本发明的绝缘电线的结构例的剖面图。
图2是显示本发明的绝缘电线的结构例的剖面图。
符号说明
1导体
2第一绝缘皮膜
3第二绝缘皮膜
10绝缘电线
11绝缘被覆层。
具体实施方式
以下，通过附图来说明本发明的一个实施方式。
图1是显示本实施方式的绝缘电线的结构例的剖面图。
该绝缘电线10具备导体1和在导体1的周围设置的绝缘被覆层11，该绝缘被覆层11必须具有：在导体1的周围由分子中含有酰亚胺结构的树脂形成的第一绝缘皮膜2，和在第一绝缘皮膜2的周围由具有下述化学式2所表示的重复单元且酰亚胺浓度为15％以上、36％以下的聚酰亚胺树脂形成的第二绝缘皮膜3。这里，酰亚胺浓度是指将由下述化学式3所表示的酰亚胺结构的分子量[M1]除以由下述化学式4所表示的每1个单元的化学结构的分子量[M2]来表示的浓度[M1]/[M2]。
化学式2
Figure BDA0000147271800000041
其中，R1是从芳香族四羧酸中除去了羧基的4价基团，R2是从芳香族二胺中除去了氨基的2价基团。
化学式3
Figure BDA0000147271800000042
化学式4
Figure BDA0000147271800000043
接着，对于第一绝缘皮膜2和第二绝缘皮膜3进行详细说明。
局部放电起始电压高的绝缘被覆层
本实施方式的绝缘电线10的特征在于，所具备的绝缘被覆层11至少具有：在导体1的周围形成的由分子中含有酰亚胺结构的树脂形成的第一绝缘皮膜2，和在第一绝缘皮膜2正上方形成的第二绝缘皮膜3这两层；第二绝缘皮膜3的酰亚胺浓度[M1]/[M2]为15％以上、36％以下，即使在高温环境下也具有高的局部放电起始电压。
第二绝缘皮膜3的酰亚胺浓度[M1]/[M2]优选为15％以上、36％以下。只要是酰亚胺浓度为15％以上、36％以下的绝缘树脂，则在制造方法上没有特别限制，优选通过作为R1的原料的芳香族四羧酸二酐与作为R2的原料的芳香族二胺的酰亚胺化反应来合成。
作为适合用作上述化学式2中的R1的原料的芳香族四羧酸二酐，可例举均苯四甲酸酐(PMDA)、4，4’-氧双邻苯二甲酸二酐(ODPA)、2，2-双[4-(3，4-二羧酸苯氧基)苯基]丙烷二酐(BPADA)、3，3’4，4’-联苯基四羧酸二酐(BPDA)等，可以使用这些芳香族四羧酸二酐中的一种或多种。
另一方面，作为适合用作上述化学式2中的R2的原料的芳香族二胺，可例举4，4’-二氨基二苯醚(ODA)、2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、9，9-双(4-氨基苯基)芴(FDA)、4，4’-双[4-(4-氨基苯氧基)联苯等，可以使用这些芳香族二胺中的一种或多种。
特别地，为了得到酰亚胺浓度[M1]/[M2]为15％以上、36％以下的第二绝缘皮膜3，优选上述化学式2所表示的聚酰亚胺树脂中的R1的原料、R2的原料的至少一者含有具有300以上分子量的芳香族四羧酸二酐或者芳香族二胺。更优选含有BAPP来作为具有300以上分子量的芳香族二胺。如果作为芳香族二胺而含有BAPP，则在抑制耐热性降低的同时，对于将聚酰亚胺树脂中的酰亚胺浓度降低到36％以下也有效果。因此，即使在高温环境下，也可以具有高的局部放电起始电压。
另外，为了得到酰亚胺浓度[M1]/[M2]为15％以上、36％以下的第二绝缘皮膜3，优选上述化学式2所表示的聚酰亚胺树脂中的作为R1的原料的芳香族四羧酸二酐的分子量和作为R2的原料的芳香族二胺的分子量的总和为500以上。例如有作为成为R1的原料的芳香族四羧酸二酐而含有PMDA、作为成为R2的原料的芳香族二胺而含有BAPP的聚酰亚胺树脂等。
第一绝缘皮膜2通过将由分子中含有酰亚胺结构的树脂形成的绝缘涂料在导体1上涂布、烘烤而形成。作为形成该第一绝缘皮膜2的分子中含有酰亚胺结构的树脂，例如可以使用聚酰亚胺树脂、聚酯酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂等。
在第一绝缘皮膜2由聚酰亚胺树脂形成时，优选由通过芳香族四羧酸二酐与芳香族二胺的酰亚胺化反应而得到的聚酰亚胺树脂形成。为了更容易获得本发明的效果，作为形成该第一绝缘皮膜2的聚酰亚胺树脂，优选芳香族四羧酸二酐的分子量与芳香族二胺的分子量的总和不足500。
特别地，作为形成第一绝缘皮膜2的聚酰亚胺树脂，芳香族四羧酸二酐的分子量与芳香族二胺的分子量的总和如果不足250，也有效果。这时，构成聚酰亚胺树脂(其形成第一绝缘皮膜2)的芳香族四羧酸二酐和芳香族二胺，可以从形成第二绝缘皮膜3的材料中选择。例如，通过使用均苯四甲酸酐(PMDA)作为芳香族四羧酸二酐、使用4，4’-二氨基二苯醚(ODA)等作为芳香族二胺的反应来得到时，酰亚胺的浓度为36.6％。
换而言之，绝缘电线10具备的绝缘被覆层11具有由具有比36％大的酰亚胺浓度的聚酰亚胺树脂形成的第一绝缘皮膜2和在该第一绝缘皮膜2正上方形成的由具有15％以上、36％以下的酰亚胺浓度的聚酰亚胺树脂形成的第二绝缘皮膜3。
另外，在第一绝缘皮膜2由聚酰胺酰亚胺树脂形成时，可以使用通过4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等芳香族二异氰酸酯与包括偏苯三甲酸酐(TMA)等三羧酸酐的酸的反应而获得的聚酰胺酰亚胺树脂。
此外，在第一绝缘皮膜2由聚酯酰亚胺树脂形成时，可以使用通过包括4，4’-二氨基二苯基甲烷(DAM)等的芳香族二胺、包括偏苯三甲酸酐(TMA)、对苯二甲酸二甲酯(DMT)等的酸、包括三(2-羟基乙基)异氰脲酸酯(THEIC)、甘油(G)、乙二醇(EG)等的醇等的反应而得到的聚酯酰亚胺树脂。
形成第一绝缘皮膜2的这些聚酰胺酰亚胺树脂、聚酯酰亚胺树脂与聚酰亚胺树脂的情况同样，也优选酰亚胺浓度大于36％。
另外，第一绝缘皮膜2还可以含有用于提高与导体的密合性的密合提高剂。
在该绝缘被覆层11中，为了提高局部放电起始电压，第二绝缘皮膜3的皮膜厚度优选相对于绝缘被覆层11的整体厚度为80％以上且不足100％。另外，绝缘被覆层11的整体厚度优选为40μm～150μm。
本实施方式的绝缘电线，通过具有上述那样的绝缘被覆层，从而具有高的局部放电起始电压，得到在高温(例如180℃以上)下的局部放电起始电压高的绝缘被覆层。另外，绝缘电线的末端部分的导体之间通过TIG(钨极惰性气体，Tungsten Inert Gas)焊接等焊接方法连接时，能够防止因焊接时的热将末端周围的绝缘被覆层剥离、产生发泡这样的不良状况。
用于绝缘电线10中的导体1包含铜导体，主要使用无氧铜、低氧铜。另外，铜导体并不限于这些，例如也可以使用在铜的外周施加了镍等金属镀层的导体1。另外，作为导体1，可以使用剖面具有圆形或者四边形等剖面形状的材料。需要说明的是，作为这里所说的四边形，也包括如图2所示的在角部呈圆形的大致四边形的剖面形状。
如上所述，本发明的绝缘电线如下获得：在剖面为圆形或者四边形的导体的表面涂布由分子中具有酰亚胺结构的聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚酯酰亚胺树脂等树脂形成的绝缘涂料，进行烘烤，形成第一绝缘皮膜，然后，在第一绝缘皮膜表面涂布由聚酰亚胺树脂(化学式2)形成的绝缘涂料，进行烘烤，形成酰亚胺浓度为15％以上、36％以下的第二绝缘皮膜，所述酰亚胺浓度表示为将酰亚胺结构(化学式3)的分子量除以每1单元的化学结构(化学式4)的分子量。具有由分子中含有酰亚胺结构的树脂形成的绝缘皮膜(第一绝缘皮膜)的绝缘被覆层在高温下的局部放电起始电压，受到在绝缘皮膜上形成的皮膜(第二绝缘皮膜)的酰亚胺浓度的显著影响，在酰亚胺浓度不足15％时，可以提高23℃这样的常温下的局部放电起始电压，但高温下的弹性模量大幅下降，因此，180℃以上的局部放电起始电压大幅降低。酰亚胺浓度超过36％时，由于酰亚胺浓度高，极性高，因此在25℃这样的常温下的局部放电起始电压的提高变得困难。
另外，本实施方式的绝缘电线10中，也可以在绝缘被覆层11的周围形成用于赋予润滑性的润滑性赋予绝缘皮膜、用于赋予耐擦伤性的耐擦伤性赋予绝缘皮膜等。这些润滑性赋予绝缘皮膜以及耐擦伤性赋予绝缘皮膜优选通过涂布绝缘涂料、烘烤来形成。
如上所述，本发明的绝缘电线中，具有导体和在导体的周围设置的绝缘被覆层，该绝缘被覆层具有：在导体的周围由分子中含有酰亚胺结构的树脂形成的第一绝缘皮膜，和在第一绝缘皮膜的周围由具有上述化学式2所表示的重复单元且酰亚胺浓度为15％以上、36％以下的聚酰亚胺树脂形成的第二绝缘皮膜。
由此，可以制成具备180℃以上的局部放电起始电压高的绝缘被覆层的绝缘电线，该绝缘被覆层还具有高的局部放电起始电压、抑制因焊接时来自导体的热传导而导致的皮膜树脂的温度上升而引起的皮膜熔融。
此外，由于制成具备绝缘被覆层的绝缘电线，该绝缘被覆层具有在导体的周围形成的第一绝缘皮膜和在第一绝缘皮膜正上方形成的第二绝缘皮膜这2层，因此可以通过第一绝缘皮膜来提高与导体的密合性，同时，通过第二绝缘皮膜来提高局部放电起始电压。
进而，本发明的绝缘电线由于具备即使在高温环境下也具有高的局部放电起始电压的绝缘被覆层，因此适合形成用于构成小型化、高输出化的电动机的线圈。
实施例
以下，说明本发明的实施例和比较例。
实施例和比较例中的聚酰亚胺树脂涂料、绝缘电线如下所述制备。
实施例1
在具备搅拌器、回流冷却管、氮流入管和温度计的烧瓶中，配合等摩尔的均苯四甲酸酐(PMDA，分子量：218)和4，4’-二氨基二苯醚(ODA，分子量：200)，配合N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)使得固体成分浓度为15％，然后，在室温反应12小时，得到树脂涂料A。
另外，在具备搅拌器、回流冷却管、氮流入管和温度计的烧瓶中，配合等摩尔的2，2-双[4-(3，4-二羧酸苯氧基)苯基]丙烷二酐(BPADA，分子量：520)和2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP，分子量：410)，配合N-甲基-2-吡咯烷酮使得固体成分浓度为15质量％，然后，在室温反应12小时，得到树脂涂料1(绝缘涂料)。
在铜导体上涂布树脂涂料A，烘烤，形成皮膜厚度0.002mm的绝缘皮膜后，进一步反复涂布、烘烤树脂涂料1，形成膜厚度0.038mm的绝缘皮膜，得到具有合计膜厚度0.040mm的绝缘皮膜的实施例1的绝缘电线。
实施例2
在具备搅拌器、回流冷却管、氮流入管和温度计的烧瓶中，配合等摩尔的4，4’-氧双邻苯二甲酸二酐(ODPA，分子量：310)和4，4’-二氨基二苯醚(ODA，分子量：200)，配合N-甲基-2-吡咯烷酮使得固体成分浓度为15质量％，然后，在室温反应12小时，得到树脂涂料2。
在铜导体上涂布树脂涂料A，烘烤，形成膜厚度0.002mm的绝缘皮膜后，进一步反复涂布、烘烤树脂涂料2，形成膜厚度0.038mm的绝缘皮膜，得到具有合计膜厚度0.040mm的绝缘皮膜的实施例2的绝缘电线。
实施例3
在具备搅拌器、回流冷却管、氮流入管和温度计的烧瓶中，配合等摩尔的均苯四甲酸酐(PMDA，分子量：218)和2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP，分子量：410)，配合N-甲基-2-吡咯烷酮使得固体成分浓度为15质量％，然后，在室温反应12小时，得到树脂涂料3。
在铜导体上涂布树脂涂料A，烘烤，形成膜厚度0.002mm的绝缘皮膜后，进一步反复涂布、烘烤树脂涂料3，形成膜厚度0.038mm的绝缘皮膜，得到具有合计膜厚度0.040mm的绝缘皮膜的实施例3的绝缘电线。
比较例1
在铜导体上反复涂布、烘烤树脂涂料A，得到具有膜厚度0.040mm的绝缘皮膜的比较例1的绝缘电线。
对所得的实施例1～3、比较例1的绝缘电线以及其中使用的绝缘涂料，进行如下评价。
局部放电起始电压
局部放电起始电压的测定按照如下步骤进行。将所得到的绝缘电线切出500mm，制作10个双绞绝缘电线的试样，从端部开始至10mm的位置削去绝缘皮膜来形成末端处理部。测定是，在末端处理部连接电极，在25℃-湿度50％或者180℃和220℃的气氛中对50Hz的电压以10～30V/s升压，升压至双绞绝缘电线中10pC的放电发生每秒50次的电压。将其重复三次，将各自值的平均值作为局部放电起始电压。
焊接性
将从制作的绝缘电线中截取的约10cm长度的试验片在120℃温度的恒温槽中放置30分钟后，在干燥器中冷却，制成干燥状态的试验片。另外，将截取的约10cm长度的试验片在温度25℃、湿度50％的恒温槽中放置3小时，制成吸湿状态的试验片。然后，将这些干燥状态或者吸湿状态的试验片的末端部分的绝缘被覆层从前端除去至约5mm，在TIG焊接装置中以电流80A、0.3秒的条件将末端部分分别焊接。用电子显微镜观察此时的外观，将没有绝缘被覆层的剥离、气泡的情况表示为“○”(合格)，将发现绝缘被覆层的剥离、气泡的情况表示为“×”(不合格)。
实施例和比较例的各种测定的评价结果示于表1。
表1
Figure BDA0000147271800000101
如表1所示，实施例1～3的绝缘电线中，得到常温和高温下的局部放电起始电压都高、焊接性也良好的结果。另一方面，比较例1中，得到高温下的局部放电起始电压低且焊接性差的结果。
如上所述，可以提供具备导体和在导体的周围设置的绝缘被覆层的绝缘电线，该绝缘被覆层具有：在导体的周围由分子中包含酰亚胺结构的树脂形成的第一绝缘皮膜，和在第一绝缘皮膜的周围由具有上述化学式2所表示的重复单元且酰亚胺浓度为15％以上、36％以下的聚酰亚胺树脂形成的第二绝缘皮膜；由此，可以形成具备具有180℃以上的局部放电起始电压高的绝缘皮膜的绝缘被覆层的绝缘电线，该绝缘被覆层还具有高的局部放电起始电压、抑制因焊接时来自导体的热传导而导致的皮膜树脂的温度上升而引起的皮膜熔融。

Claims (5)

1.一种绝缘电线，其特征在于，是具备导体和在所述导体的周围设置的绝缘被覆层的绝缘电线，
所述绝缘被覆层具有：在所述导体的周围由分子中含有酰亚胺结构的树脂形成的第一绝缘皮膜，和在所述第一绝缘皮膜的周围由具有下述化学式1所表示的重复单元且酰亚胺浓度为15％以上、36％以下的聚酰亚胺树脂形成的第二绝缘皮膜，
化学式1
Figure FDA0000147271790000011
其中，R1是从芳香族四羧酸中除去了羧基的4价基团，R2是从芳香族二胺中除去了氨基的2价基团。
2.根据权利要求1所述的绝缘电线，所述第二绝缘皮膜的皮膜厚度相对于所述绝缘被覆层的整体厚度为80％以上且不足100％。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘电线，作为所述化学式1中R2的原料的芳香族二胺含有选自2，2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)、4，4’-双[4-(4-氨基苯氧基)联苯中的至少一种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的绝缘电线，所述第一绝缘皮膜由聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺中的任一者形成。
5.一种线圈，其特征在于，是使用权利要求1～4中任一项所述的绝缘电线来形成的。
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