CN103177808A - 绝缘电线以及使用该绝缘电线的线圈 - Google Patents

Abstract

本发明的课题涉及绝缘电线以及使用该绝缘电线的线圈，提供即使在高温环境下也具有高局部放电开始电压的绝缘电线、以及使用该绝缘电线的线圈。作为解决本发明的课题的方法是以具有导体和在上述导体的外周侧具有相对介电常数为3.2以下的包含酰亚胺结构成分的低相对介电常数绝缘皮膜的方式构成，上述低相对介电常数绝缘皮膜由具有下述式所示重复单元的聚酰亚胺树脂构成，[化1]

[化2]

Description

绝缘电线以及使用该绝缘电线的线圈

技术领域

本发明涉及绝缘电线以及使用该绝缘电线的线圈，特别是，涉及适合用作电动机、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

一般而言，旋转电机、变压器等电气设备的线圈中广泛使用绝缘电线(漆包线)，其在具有符合线圈的用途、形状的截面形状(例如，圆形状、矩形)的金属导体(导体)的外周侧具备形成1层或2层以上绝缘皮膜而成的绝缘被覆层，所述绝缘皮膜是将使聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯酰亚胺等树脂溶解在有机溶剂中而成的绝缘涂料进行涂布、烘烤而得到的。

旋转电机、变压器等电气设备通过逆变器控制来驱动，使用了这样的逆变器控制的电气设备中，在由于逆变器控制而产生的逆变器浪涌电压(浪涌电压)高的情况下，所产生的逆变器浪涌电压可能会侵入电气设备。在这样地逆变器浪涌电压侵入电气设备的情况下，对于构成电气设备的线圈的绝缘电线，起因于该逆变器浪涌电压而发生局部放电，绝缘皮膜有时会劣化、损伤。

作为用于防止由逆变器浪涌电压引起的绝缘皮膜劣化的方法，已知例如，在导体上涂布聚酰胺酰亚胺树脂绝缘涂料，进行烘烤而形成了绝缘皮膜的绝缘电线，所述聚酰胺酰亚胺树脂绝缘涂料是在含有具有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成的(例如，参照专利文献1)。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，可得到相对介电常数低的绝缘皮膜，并可得到局部放电开始电压(PDIV：Patial Discharge Inception Voltage)高的绝缘电线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－161683号公报

专利文献2：日本特开2010－132725号公报

发明内容

发明所要解决的课题

近年来，期望电动机等电气设备小型且高输出。因此，与以往相比以高电压进行逆变器控制，构成线圈的绝缘电线流过比以往大的电流，由于该大电流化而形成在绝缘电线的周边产生大量热的环境。

另一方面，为了提高绝缘电线的占空系数，进行了将绝缘电线更密地布线的研究，但是如果提高占空系数，则产生的热难以散出，即散热性变差。

由于上述那样的大电流化、散热性的降低，因此绝缘电线与以往相比在高的温度气氛中使用。因此，期望即使在这样的高温度气氛下，绝缘电线也对局部放电具有耐性，即不发生局部放电。然而，以往的绝缘电线中，存在在高温环境下局部放电开始电压低这样的问题。

因此，本发明的目的是，解决上述的课题，提供即使在高温环境下也具有高局部放电开始电压的绝缘电线、以及使用该绝缘电线的线圈。

用于解决课题的手段

为了达成上述目的，根据本发明，提供以下的绝缘涂料以及使用该绝缘涂料的绝缘电线。

［1］一种绝缘电线，其是具备导体和绝缘被覆的绝缘电线，所述绝缘被覆在上述导体的外周侧具有相对介电常数为3.2以下的包含酰亚胺结构成分的低相对介电常数绝缘皮膜，上述低相对介电常数绝缘皮膜由具有下述式所示重复单元的聚酰亚胺树脂形成，

[化1]

[化2]

其中，0.1≤m/(n＋m)，1≤(m，n)。

［2］根据上述［1］所述的绝缘电线，上述绝缘被覆在上述低相对介电常数绝缘皮膜的上述导体侧还具有包含酰亚胺结构成分的第2绝缘皮膜。

［3］根据上述［1］或［2］所述的绝缘电线，上述绝缘被覆在上述低相对介电常数绝缘皮膜的外周侧还具有具润滑性的第3绝缘皮膜。

［4］根据上述［2］或［3］所述的绝缘电线，上述第2绝缘皮膜包含用于提高与上述导体的密合性的添加剂。

［5］一种线圈，其使用上述［1］～［4］的任一项所述的绝缘电线。

发明的效果

根据本发明，可以提供即使在高温环境下也具有高局部放电开始电压的绝缘电线以及使用该绝缘电线的线圈。

具体实施方式

以下，说明本发明涉及的绝缘电线和使用该绝缘电线的线圈的优选实施方式。

［实施方式的概要］

实施方式的绝缘电线是具备导体和在导体的外周侧具有绝缘皮膜的绝缘被覆的绝缘电线，作为绝缘被覆的绝缘皮膜，使用由具有规定的化学式所示重复单元的聚酰亚胺树脂形成的、相对介电常数为3.2以下的包含酰亚胺结构成分的低相对介电常数绝缘皮膜。

［实施方式］

1.绝缘电线

本实施方式涉及的绝缘电线是具备导体和在导体的外周侧具有相对介电常数为3.2以下的包含酰亚胺结构成分的低相对介电常数绝缘皮膜的绝缘被覆的绝缘电线，低相对介电常数绝缘皮膜由具有下述式所示重复单元的聚酰亚胺树脂形成，

[化1]

[化2]

其中，0.1≤m/(n＋m)，1≤(m，n)。

特别是，绝缘被覆在低相对介电常数绝缘皮膜的导体侧还具有包含酰亚胺结构成分的第2绝缘皮膜，对于即使在高温环境下也得到高局部放电开始电压而言是优选的。

以下，逐个构成要素进行说明。

［低相对介电常数绝缘皮膜］

本实施方式涉及的绝缘电线所用的绝缘被覆具有包含酰亚胺结构成分的低相对介电常数绝缘皮膜。具体而言，低相对介电常数绝缘皮膜的相对介电常数为3.2以下，由具有上述式所示重复单元的聚酰亚胺树脂形成。作为低相对介电常数绝缘皮膜所用的材料，使用具有上述式所示重复单元的聚酰亚胺树脂，从而可以形成不会降低耐热性，作为极性基的酰亚胺基浓度降低了的聚酰亚胺树脂。更优选地，将酰亚胺结构的分子量除以每1单元的化学结构的分子量而表示的酰亚胺浓度优选为15%以上36%以下。另外，为了得到这样的范围的酰亚胺浓度，优选使用以摩尔比率(摩尔%)计以“90/10～10/90”的范围的比例含有［化1］所示的结构单元和［化2］所示的结构单元的聚酰亚胺树脂。只要是具有酰亚胺浓度为15%以上36%以下的绝缘性的聚酰亚胺树脂，则对制法没有特别限制，但在通过酸二酐与二胺的酰亚胺化反应来合成的情况下、酸二酐与二异氰酸酯的反应中酸二酐、二胺的分子量大的情况下，能够合成进一步降低了酰亚胺浓度的聚酰亚胺。

作为构成低相对介电常数绝缘皮膜的树脂，可以举出例如，使包含均苯四甲酸酐(PMDA)的四羧酸二酐、与4,4’－二氨基二苯基醚(ODA)、2,2－双［4－(4－氨基苯氧基)苯基］丙烷(BAPP)、4,4’－双(4－氨基苯氧基)联苯(BAPB)、3,3’－双(4－氨基苯氧基)联苯(M－BAPB)等二胺反应而得到的聚酰亚胺。

将这些四羧酸二酐和二胺适宜组合，来调制具有上述式所示重复单元的聚酰亚胺树脂。

低相对介电常数绝缘皮膜通过将使上述聚酰亚胺树脂溶解在N－甲基－2－吡咯烷酮等有机溶剂中而成的绝缘涂料涂布在导体上，进行烘烤来形成。

［第2绝缘皮膜］

本实施方式涉及的绝缘电线所用的绝缘被覆可以构成为，除了包含酰亚胺结构成分的低相对介电常数绝缘皮膜以外，在低相对介电常数绝缘皮膜的导体侧还具有包含酰亚胺结构成分的第2绝缘皮膜。即，绝缘被覆可以构成为，从导体侧依次具有第2绝缘皮膜和低相对介电常数绝缘皮膜。

第2绝缘皮膜只要是由分子中包含酰亚胺结构成分的树脂形成，则没有特别限制。作为分子中包含酰亚胺结构成分的树脂，可以举出例如，聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、聚酯酰亚胺等树脂。具体而言，可以举出：将包含均苯四甲酸二酐(PMDA)等四羧酸二酐与包含4,4’－二氨基二苯基醚(ODA)等二胺化合物以相等摩尔量配合而成的聚酰亚胺；将偏苯三甲酸酐(TMA)等三羧酸酐与4,4’－二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等异氰酸酯以相等摩尔量配合而成的聚酰胺酰亚胺；或以三－2(羟基乙基异氰脲酸酯)进行了改性的聚酯酰亚胺等。

第2绝缘皮膜是通过在导体的周围涂布使上述树脂溶解在有机溶剂中而成的绝缘涂料，进行烘烤而形成的。

另外，第2绝缘皮膜的形成可以使用市售的绝缘涂料，可举出例如，东丽社制：“TORAYNEESE＃3000”，Dupont社制：“Pyre-ML”等聚酰亚胺树脂绝缘涂料，日立化成社制：“HI406”等聚酰胺酰亚胺树脂绝缘涂料，日立化成社制：“Isomid40SM45”等聚酯酰亚胺树脂绝缘涂料。

此外，第2绝缘皮膜中，为了提高与导体的密合性，优选包含烷基化六羟甲基三聚氰胺树脂等三聚氰胺系化合物、以巯基系为代表的含硫元素的化合物等添加剂。即使在这样的化合物以外，只要表现高密合性，则能够使用。

［第3绝缘皮膜］

本实施方式涉及的绝缘电线所用的绝缘被覆可以构成为，除了包含酰亚胺结构成分的低相对介电常数绝缘皮膜以外，在低相对介电常数绝缘皮膜的外周侧还具有具润滑性的第3绝缘皮膜。即，绝缘被覆可以构成为从导体侧依次具有低相对介电常数绝缘皮膜和第3绝缘皮膜，或构成为从导体侧依次具有第2绝缘皮膜、低相对介电常数绝缘皮膜和第3绝缘皮膜。

当使用本实施方式涉及的绝缘电线而形成线圈时，为了防止绝缘被覆破裂或剥落，第3绝缘皮膜是具润滑性的绝缘皮膜。

具体而言，可以举出使聚酰亚胺、聚酯酰亚胺、聚酰胺酰亚胺等漆涂料含有润滑性成分的润滑性涂料。这里，所谓润滑性成分，是指选自由聚烯烃蜡、脂肪酸酰胺和脂肪酸酯所组成的组中的1种、或将它们2种以上混合而成的成分。特别是，优选为聚烯烃蜡或脂肪酸酰胺的1种、或将它们2种以上混合而成的成分，但不限定于此。

此外，也能够使用将具润滑性的脂肪族成分导入漆涂料的化学结构中而得的润滑性漆涂料。这些润滑性绝缘皮膜可以通过将绝缘涂料进行涂布、烘烤来形成。

［导体］

本实施方式涉及的绝缘电线所用的导体，作为其材质，例如，由铜制成，主要使用无氧铜、低氧铜。另外，导体不仅限于由铜制成，例如，也能够在铜的外周实施了镍等的金属镀敷的导体。此外，对于导体，作为其形状，可以使用截面为圆形状或四边形状等形状。这里，所谓四边形状，意味着也包括四边形的四个角的角部具有圆形的大致四边形状。

2.线圈

本发明的线圈使用上述的绝缘电线而形成。本实施方式涉及的线圈，例如，将绝缘电线伸长后实施弯曲加工，成型为线圈用途。

[实施例]

以下，通过实施例更具体地说明本发明的绝缘电线。另外，该实施例中举出了本发明的绝缘电线的典型的一例，本发明不限定于这些实施例。

实施例和比较例中的聚酰亚胺树脂涂料和漆包线如下调制。

(聚酰亚胺树脂涂料(PI－1)的合成)

将由均苯四甲酸酐(PMDA)构成的四羧酸二酐与由4,4－二氨基二苯基醚(ODA)和2,2－双［4－(4－氨基苯氧基)苯基］丙烷(BAPP)构成的二胺以相等摩尔量的方式配合，在由N－甲基－2－吡咯烷酮(NMP)构成的溶剂中搅拌，得到聚酰亚胺树脂涂料(PI－1)。

(聚酰亚胺树脂涂料(PI－2)的合成)

将由均苯四甲酸酐(PMDA)构成的四羧酸二酐和由4,4－二氨基二苯基醚(ODA)构成的二胺以相等摩尔量的方式配合，在由N－甲基－2－吡咯烷酮(NMP)构成的溶剂中进行搅拌，得到树脂涂料。接下来，对于树脂涂料的树脂成分100重量份添加5重量份低密度聚乙烯相而得到聚酰亚胺树脂涂料(PI－2)。

(聚酰亚胺树脂涂料(PI－3)的合成)

将由均苯四甲酸酐(PMDA)构成的四羧酸二酐与由4,4－二氨基二苯基醚(ODA)构成的二胺以相等摩尔量的方式配合，在由N－甲基－2－吡咯烷酮(NMP)构成的溶剂中搅拌，得到树脂涂料。接下来，相对于树脂涂料的树脂分100重量份添加1重量份烷基化羟甲基三聚氰胺而得到聚酰亚胺树脂涂料(PI－3)。

(聚酰亚胺树脂涂料(PI－4)的合成)

将由均苯四甲酸酐(PMDA)构成的四羧酸二酐和由4,4－二氨基二苯基醚(ODA)构成的二胺以相等摩尔量的方式配合，在由N－甲基－2－吡咯烷酮(NMP)构成的溶剂中搅拌，得到聚酰亚胺树脂涂料(PI－4)。

(实施例1)

在铜导体上涂布聚酰亚胺树脂涂料(PI－1)，进行烘烤而形成低相对介电常数绝缘皮膜(第1绝缘皮膜)，得到实施例1的绝缘电线。

(实施例2)

在铜导体上涂布聚酰亚胺树脂涂料(PI－3)，进行烘烤而形成由第2绝缘皮膜构成的下侧绝缘皮膜，再在第2绝缘皮膜的表面涂布聚酰亚胺树脂涂料(PI－1)，进行烘烤而形成由低相对介电常数绝缘皮膜(第1绝缘皮膜)构成的上侧绝缘皮膜，得到实施例2的绝缘电线。

(实施例3)

在铜导体上涂布聚酰亚胺树脂涂料(PI－1)，进行烘烤而形成由低相对介电常数绝缘皮膜(第1绝缘皮膜)构成的下侧绝缘皮膜，再在第1绝缘皮膜的表面涂布聚酰亚胺树脂涂料(PI－2)，进行烘烤而形成由第3绝缘皮膜构成的上侧绝缘皮膜，得到实施例3的绝缘电线。

(实施例4)

在铜导体上涂布聚酰亚胺树脂涂料(PI－3)，进行烘烤而形成由第2绝缘皮膜构成的下侧绝缘皮膜，在第2绝缘皮膜的表面涂布聚酰亚胺树脂涂料(PI－1)，进行烘烤而形成由低相对介电常数绝缘皮膜(第1绝缘皮膜)构成的中间绝缘皮膜，再在第1绝缘皮膜的表面涂布聚酰亚胺树脂涂料(PI－2)，进行烘烤而形成由第3绝缘皮膜构成的上侧绝缘皮膜，得到实施例4的绝缘电线。

(比较例1)

在铜导体上涂布聚酰亚胺树脂涂料(PI－4)，进行烘烤而形成第1绝缘皮膜，得到比较例1的绝缘电线。

(局部放电开始电压测定)

局部放电开始电压测定以如下步骤进行。从所得的绝缘电线切出500mm的长度的样品，制作双绞线的绝缘电线的试样，从端部到10mm的位置削去绝缘皮膜而形成终端处理部。使用局部放电测定仪(总研电气社制：“DAC－PD－3”)，在终端处理部连接电极，在23℃的温度、50%的湿度的气氛或220℃的温度的气氛下使具有50Hz的正弦波的交流电压以10～30V/s的比例升压，同时施加于试样，升压到1秒发生50次100pC的放电的电压，进行测定。将上述操作重复进行3次，将最低值设为局部放电开始电压(PDIV)。另外，在表1中，将在220℃的PDIV为970Vp以上设为“○”(合格)，将在220℃的PDIV小于970Vp设为“×”(不合格)。

(挠性)

挠性试验通过依照JISC3003的方法，将从所得的各绝缘电线采取的试样进行30%伸长。然后，通过依照JIS C3003的方法，在表面光滑且为导体直径的1～10倍的圆棒(卷绕棒)上，将5卷作为1圈，卷绕5圈。该卷绕时，将绝缘皮膜不可见龟裂发生的最小卷绕倍径(d)设为挠性的指标，将最小卷绕倍径为1d的情况设为“◎”(优秀)，将为2d的情况设为“○”(合格)，将为3d以上的情况设为不合格。

(相对介电常数)

制作在导体上形成由聚酰亚胺树脂涂料(PI－1)形成的低相对介电常数绝缘皮膜的绝缘电线，或在导体上形成由聚酰亚胺树脂涂料(PI－4)形成的第1绝缘皮膜的绝缘电线，从制作的各绝缘电线切出250mm的长度的各样品，将该各样品进行2%伸长后削去一侧末端的绝缘皮膜。然后，在120℃的温度热处理30分钟后，在各样品的表面溅射铂而形成电极。对于形成了电极的各样品，使用阻抗分析仪测定频率1kHz时的静电容量，基于下述式1算出相对介电常数(εs)。

[数1]

ε_s＝(C/2πε₀)×I n(D/d)×(1/L)···(式1)

这里，C表示测定的样品的静电容量，ε0表示真空的相对介电常数，D表示样品的外径，d表示样品的导体的外径，L表示电极的长度。

将实施例和比较例的各种测定评价结果示于表1中。另外，表1中，将绝缘被覆的构成在项目栏中分成上侧绝缘皮膜、中间绝缘皮膜和下侧绝缘皮膜这3个来显示。

[表1]

如表1所示，可知实施例1～4中，高温(220℃)下具有高局部放电开始电压。另一方面，比较例1中，高温下的局部放电开始电压低。即，作为构成绝缘被覆的绝缘皮膜，其相对介电常数为3.2以下，具有由具有上述式所示重复单元的聚酰亚胺树脂形成的低相对介电常数绝缘皮膜，从而可以在高温下得到高局部放电开始电压。

此外，将实施例1、2进行对比，可知与实施例1相比实施例2的挠性优异。推测这是因为，在实施例2的情况下，由于在构成第2绝缘皮膜的树脂中含有用于提高密合性的添加剂(烷基化羟甲基三聚氰胺)，从而导体与第2绝缘皮膜的密合性提高，与此相伴，挠性提高。

此外，将实施例3、4与实施例1、2进行对比，实施例3、4中，绝缘电线的表面光滑且润滑性优异。推测这是因为，由于在构成上侧绝缘皮膜(第3绝缘皮膜)的树脂中含有用于提高润滑性的润滑性成分，从而绝缘被覆的表面的润滑性提高。

以上，根据本发明，可以制成具备导体和在导体的外周侧具有相对介电常数为3.2以下的包含酰亚胺结构成分的低相对介电常数绝缘皮膜的绝缘被覆的绝缘电线，低相对介电常数绝缘皮膜由具有上述式所示重复单元的聚酰亚胺树脂形成，从而即使在高温环境下也可以具有高局部放电开始电压。

另外，实施例中，虽然制成第2绝缘皮膜、第3绝缘皮膜中使用了聚酰亚胺树脂涂料的绝缘电线，但是不限定于此，例如，即使在代替聚酰亚胺树脂涂料而使用了聚酰胺酰亚胺树脂涂料、聚酯酰亚胺树脂涂料的情况下也可以得到同样的效果。

Claims (5)

1.一种绝缘电线，其是具备导体和绝缘被覆的绝缘电线，所述绝缘被覆在所述导体的外周侧具有相对介电常数为3.2以下的包含酰亚胺结构成分的低相对介电常数绝缘皮膜，

所述低相对介电常数绝缘皮膜由具有下述式所示重复单元的聚酰亚胺树脂形成，

[化1]

[化2]

其中，0.1≤m/(n＋m)，1≤(m，n)。

2.根据权利要求1所述的绝缘电线，所述绝缘被覆在低相对介电常数绝缘皮膜的所述导体侧还具有包含酰亚胺结构成分的第2绝缘皮膜。

3.根据权利要求1或2所述的绝缘电线，所述绝缘被覆在所述低相对介电常数绝缘皮膜的外周侧还具有具润滑性的第3绝缘皮膜。

4.根据权利要求2或3所述的绝缘电线，所述第2绝缘皮膜包含用于提高与所述导体的密合性的添加剂。

5.一种线圈，其使用权利要求1～4的任一项所述的绝缘电线。