CN103843075B - 多层绝缘电线及使用该多层绝缘电线的电气/电子设备 - Google Patents

多层绝缘电线及使用该多层绝缘电线的电气/电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种兼具耐热性、耐电压特性且用于满足所要求的电压规定更严格的IEC标准Pub.61558的多层绝缘电线、及通过将该绝缘电线卷绕而成的变压器等电气/电子设备。本发明涉及一种多层绝缘电线，其是具有2层以上绝缘层的多层绝缘电线，其中，最外层以外的绝缘层中的至少1层是由熔点200℃以上、25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以下的树脂构成的绝缘层，在最外层被覆有25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以上的树脂材料；还涉及一种电气/电子设备，其是将该绝缘电线用作变压器的卷线或引线而成的。

Description

多层绝缘电线及使用该多层绝缘电线的电气/电子设备
技术领域
本发明涉及一种绝缘层具有至少2层以上挤出被覆层的多层绝缘电线及使用该多层绝缘电线的电气/电子设备。
背景技术
变压器的结构由IEC标准(International Electrotechnical CommunicationStandard)Pub.60950等所规定。即，在这些标准中有如下规定：在卷线中在一次卷线与二次卷线之间形成有至少3层绝缘层(用于被覆导体的漆膜并不被认定为绝缘层)、或者绝缘层的厚度为0.4mm以上；一次卷线与二次卷线的沿面距离(creeping distance)因施加电压而不同，但为5mm以上；另外，在对一次侧与二次侧施加3000V的电压时可耐受1分钟以上；等等。
根据上述标准，作为以往占据主流的变压器，所采用的是如图2的截面图所例示的具有绝缘障壁3与绝缘胶带5的结构。该变压器具有如下结构：在铁氧体磁芯1上的卷线轴2的周面两侧端配置有用于确保沿面距离的绝缘障壁3，在这样的状态下卷绕经漆膜被覆的一次卷线4，之后在该一次卷线4上卷绕至少3层的绝缘胶带5，进一步在该绝缘胶带上配置用于确保沿面距离的绝缘障壁3，然后同样地卷绕经漆膜被覆的二次卷线6。
然而，在近年来，使用了如图1所示的不包含绝缘障壁3及绝缘胶带层5的结构的变压器来代替图2所示截面结构的变压器(trans)。与图2结构的变压器相比较，该变压器具有可将整体小型化、并且能够省略绝缘胶带的缠绕作业等的优点。
在制造图1所示的变压器的情况下，由于没有绝缘障壁及绝缘胶带层，因此对于所使用的1次卷线4和2次卷线6，在任意之一或两者的导体4a(6a)的外周形成至少3层的绝缘层4b(6b)、4c(6c)、4d(6d)，这一点在与上述IEC标准的关系方面来看是必要的。
作为这种具有3层绝缘层的卷线，已知有在导体的外周卷绕绝缘胶带而形成第1层绝缘层，进而在其上卷绕绝缘胶带而依次形成第2层绝缘层、第3层绝缘层，从而形成彼此层间剥离的3层结构绝缘层的结构(例如，参照专利文献1)。然而，在上述绝缘胶带卷的情况下，由于无法避免卷绕作业，因此生产性明显降低，电线成本变得非常高。
为解决上述问题，在实际应用中采用了在导体的外周上挤出了结晶化受控制且分子量降低得到抑制的改性聚酯树脂或聚酯弹性体作为第1层、第2层绝缘层；挤出被覆聚酰胺树脂作为第3层绝缘层的多层绝缘电线(例如参照专利文献2和3)。进而，随着近年来的电气/电子设备的小型化，担心因散热引起的对设备的影响，从而作为耐热性进一步提高的多层绝缘电线，提出有在内层挤出被覆聚醚砜树脂、在最外层挤出被覆聚酰胺树脂而成的多层绝缘电线(例如，参照专利文献4)。
上述多层绝缘电线依据IEC标准Pub.60950，可应用于电气/电子设备用途。可实现小型化、高效化的多层绝缘电线也期望在依据IEC标准Pub.61558的家电用途方面有所作为。因此，谋求能够依据所要求的电压标准更严格的IEC标准Pub.61558的多层绝缘电线。
然而，以往多层绝缘电线中所使用的被覆树脂无法达成上述IEC标准中所要求的电压水平。其原因在于：在以往的被覆树脂中，因在试验中施加热冲击，而产生树脂的热老化，从而机械强度降低，并产生由因热所致的应力所引起的龟裂(crack)。因此，为达成上述电压标准，需要兼具多层绝缘电线的耐热性及耐电压特性(也称为电气特性)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开平3-56112号公报
专利文献2：日本专利第4762474号说明书
专利文献3：日本特开平6-223634号公报
专利文献4：日本特开平10-134642号公报
发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的课题在于提供一种多层绝缘电线，其兼具耐热性、耐电压特性且用于满足如上所要求的电压规定更严格的IEC标准Pub.61558。
进而，本发明的课题还在于提供一种可靠性高的变压器等电气/电子设备，其是通过对上述耐电压特性优异的绝缘电线进行卷绕而成的。
用于解决问题的手段
本发明的上述课题是通过以下所示的多层绝缘电线及使用该多层绝缘电线的变压器而达成的。
(1)一种多层绝缘电线，其是具有2层以上绝缘层的多层绝缘电线，其特征在于，最外层以外的绝缘层中的至少1层是由熔点200℃以上、25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以下的树脂构成的绝缘层，在最外层被覆有25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以上的树脂材料(也简称为树脂)。
(2)如上述(1)的多层绝缘电线，其特征在于，形成上述最外层以外的绝缘层的树脂为聚酯树脂，构成该聚酯树脂的二醇成分的重复单元是以-[O-(L1-O)m]-表示，
(L1表示亚烷基，m表示1以上的整数)
一个重复单元中的全部L1的碳原子数总和为4以上。
(3)如上述(2)的多层绝缘电线，其特征在于，上述L1是碳原子数为4以上的亚烷基，m为1以上的整数。
(4)如上述(1)～(3)中任一项的多层绝缘电线，其特征在于，上述最外层是由聚酰胺树脂构成的挤出被覆层。
(5)一种电气/电子设备，其特征在于，该电气/电子设备是将上述(1)～(4)中任一项的多层绝缘电线用作安装至电气/电子设备中的变压器的卷线或引线而成的。
本发明的上述及其它特征及优点可适当参照附图、并由下述记载而更加明确。
发明效果
本发明的多层绝缘电线在保持耐热B种(UL1446)以上的耐热性等级的同时，具有满足作为家电用途所要求的IEC标准Pub.61558的耐电压特性。本发明的多层绝缘电线中，在最外层使用25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以上的树脂材料作为绝缘层，在其内层使用熔点为200℃以上、25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以下的树脂作为绝缘层，通过如此组合使用上述树脂，由此可满足耐热试验及耐电压特性等要求项目。
附图说明
图1是表示以3层绝缘电线作为卷线的结构的变压器的示例的截面图。
图2是表示以往结构的变压器的一个示例的截面图。
具体实施方式
本发明的多层绝缘电线由至少2层、优选为3层挤出被覆层构成，关于其优选的实施方式，对形成各层的树脂进行说明。
本发明的多层绝缘电线的内层(最外层以外的绝缘层)中的至少1层是由挤出被覆层构成的，该挤出被覆层是由熔点200℃以上、25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以下的树脂形成。若为熔点小于200℃的树脂，则无法获得所要求的耐热性，因此不适合作为被覆层。优选的熔点为225℃以上。熔点的上限并无特别限制，但实际上为280℃以下。
25℃时的拉伸弹性模量优选为900MPa以下。25℃时的拉伸弹性模量的下限并无特别限制，但实际上为250MPa以上。若使用25℃时的拉伸弹性模量超过1000MPa的树脂，则会有容易在构成被覆层的树脂中产生热老化的情况。若产生热老化，则树脂的机械强度降低，产生由因热所致的应力所引起的龟裂，因此会有多层绝缘电线的耐电压特性降低的情况。
在存在未满足上述必要条件的其它内层的情况下，只要为通常的绝缘层则并无特别限制，但其它内层优选为由熔点为200℃以上的树脂构成。
作为熔点为200℃以上、25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以下的结晶性树脂，首先可以举出氟系树脂。作为氟树脂的具体例，可列举：ETFE(ethvlene-tetrafluorethylene，乙烯-四氟乙烯共聚物)、PFA(tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxylethylene，四氟乙烯与全氟烷氧基乙烯共聚物)等。
作为熔点为200℃以上、25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以下的结晶性树脂，优选可以举出聚酯树脂。聚酯树脂中，由构成聚酯树脂的二醇成分所获得的重复单元以-[O-(L1-O)m]-表示，
(L1表示亚烷基，m表示1以上的整数)
一个重复单元中的全部L1的碳原子数总和进一步优选为4以上。特别优选的是，L1是碳原子数为4以上的亚烷基，m为1以上的整数。最优选的是，L1是碳原子数为4～8的亚烷基，m为1或2。
熔点为200℃以上、25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以下的结晶性树脂中，作为最优选示例，可以举出聚酯弹性体。聚酯弹性体是具有硬链段(hard segment)与软链段(soft segment)的共聚物。
所谓“硬链段”，是以芳香族二羧酸构成成分或其一部分经脂肪族二羧酸取代的二羧酸构成成分作为主要酸构成成分的聚酯链段，“软链段”是以通过脂肪族二醇的聚合而获得的聚醚作为多元醇构成成分的聚酯链段。
构成硬链段的芳香族二羧酸构成成分期望为对苯二甲酸构成成分或萘二甲酸构成成分。作为其它酸构成成分，可列举：二苯基二甲酸、间苯二甲酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠等芳香族二羧酸；环己烷二甲酸、四氢苯二甲酸酐等脂环族二羧酸构成成分；丁二酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、二聚酸、氢化二聚酸等脂肪族二羧酸构成成分等。
构成硬链段的脂肪族或脂环族二醇构成成分主要为由碳原子数2～8的烷撑二醇类构成的构成成分。具体而言，可列举：乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇等各构成成分。其中，优选碳原子数为4以上的1，4-丁二醇构成成分及1，6-己二醇构成成分。
作为构成上述硬链段的聚酯的成分(也称为重复单元)，从物性、成型性、性价比(cost performance)的方面考虑，更优选由对苯二甲酸丁二醇酯单元或萘二甲酸丁二醇酯单元构成。需要说明的是，在萘二甲酸酯单元的情况下，优选为2，6体。
构成上述聚酯树脂的硬链段的重复单元的优选的具体例以下述通式(1-1)或(1-2)所表示。
通式(1-1)及(1-2)中，m表示1以上的整数，优选为4以上。m的上限并无特别限制，但实际上为8以下。
构成软链段的脂肪族或脂环族二醇构成成分主要为由碳原子数2～8的烷撑二醇类构成的构成成分。具体而言，可列举：乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，4-环己烷二甲醇等各构成成分。其中，优选碳原子数为4以上的1，4-丁二醇构成成分及1，6-己二醇构成成分。
构成软链段的芳香族二羧酸构成成分期望为对苯二甲酸构成成分或萘二甲酸构成成分。作为其它酸构成成分，可列举：二苯基二甲酸、间苯二甲酸、间苯二甲酸-5-磺酸钠等芳香族二羧酸；环己烷二甲酸、四氢苯二甲酸酐等脂环族二羧酸构成成分；丁二酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十二烷二酸、二聚酸、氢化二聚酸等脂肪族二羧酸构成成分等。
构成上述聚酯树脂的软链段的重复单元的优选具体例以下述通式(2-1)或(2-2)表示。
通式(2-1)及(2-2)中，g表示10以上的整数。m表示1以上的整数，优选为4以上。g的上限并无特别限制，但若为超过500的区域，则弹性模量降低而无法获得作为电线的绝缘层的充分硬度，因此实际上为500以下。m的上限并无特别限制，但实际上为8以下。
上述聚酯树脂中的m的值可利用公知的方法确定。若列举其一例，则例如可通过1H-NMR(Nuclear Magnetic Resonance，质子核磁共振)分析而确定。通过将聚酯树脂溶解在三氟乙酸的溶剂中并进行1H-NMR光谱分析，从而可确认硬链段及软链段中的脂肪族或脂环族二醇成分的碳原子数。
作为可优选地用作聚酯系弹性体的市售品，可列举：“Pelprene”(商品名：TOYOBO公司制造)、“Hytrel”(商品名：Toray-DuPont公司制造)、“Primalloy”(商品名：三菱化学股份有限公司制造)等。
本发明的多层绝缘电线的最外层是由25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以上的树脂材料构成的挤出被覆层。拉伸弹性模量的上限并无特别限制，但实际上为在25℃时为5000MPa以下。
若使用25℃时的拉伸弹性模量小于1000MPa的树脂材料，则在将多层绝缘电线卷绕成线圈状时，由于拉伸弹性模量低因此被覆层易损伤，从而使耐电压特性降低。
作为25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以上的树脂材料，优选为聚酰胺树脂。通过将最外层设为聚酰胺树脂，从而电线的可挠性最优异，在线圈加工时有利。作为可优选地用作最外层的绝缘层的聚酰胺树脂，可列举：聚酰胺(也称为尼龙)6，6(“A-125”：商品名，Unitika(株)制造；“Amilan”：商品名，Toray(株)制造)、聚酰胺4，6(“F-5000”：商品名，Unitika(株)制造；“C2000”：商品名，帝人(株)制造)、聚酰胺6，T(“Arlen”：商品名，三井石油化学(株)制造)、聚邻苯二甲酰胺(“Amodel”：商品名，Solvay(株)制造)等。
本发明的多层绝缘电线是通过利用常规方法依次挤出被覆绝缘层而制造得到的，该方法中，在导体的外周挤出被覆所期望厚度的第1层绝缘层，接下来，在该第1层绝缘层的外周挤出被覆所期望厚度的第2层，进而挤出被覆最外层的绝缘层。如此形成的挤出绝缘层的整体厚度优选在3层的情况下为50μm～180μm的范围内。这取决于：若绝缘层的整体厚度过薄，则存在所获得的耐热多层绝缘电线的耐电压特性降低大而不适于实用的情况；反之，若过厚，则存在不适于小型化而难以进行线圈加工等的情况。进一步优选的范围为60μm～150μm。各层分别优选设为20μm～60μm。
作为使用上述多层绝缘电线的变压器的实施方式，优选为如图1所示的在铁氧体磁芯1上的卷线轴2内以不组装绝缘障壁或绝缘胶带层的方式形成有1次卷线4和2次卷线6的结构。另外，上述本发明的多层绝缘电线也可应用于其它类型的变压器。
实施例
接下来基于实施例，进一步详细说明本发明，但本发明并不限定于此。
[实施例1～9及比较例1～3]
准备线径1.0mm的软铜线作为导体。以表1所示的各层的挤出被覆用树脂的厚度(在表1中记为“膜厚”)，在导体上依次挤出被覆而制造多层绝缘电线。对于所得到的多层绝缘电线，依下述方法对各种特性进行试验。
A：耐热老化性试验
以下述试验方法对耐热性进行评价。
以200℃对已卷绕的电线进行加热，每隔一定时间以2400V施加电压1秒。以N＝10进行试验，将发生短路的时间的平均值超过500小时的情况判定为合格并以“A”表示，将平均值小于500小时的情况设为不合格并以“B”表示。将平均时间超过700小时的情况判定为耐热老化性尤其优异，并以“AA”表示。
B：热冲击(Annex5.5kV)试验(也称为电气耐热性试验)
利用依据IEC标准PUb.60950的下述试验方法进行评价。
一边施加9.4kg的负荷一边将多层绝缘电线向直径10mm的芯轴上缠绕10圈，在225℃加热1小时，进一步进行3次在150℃加热21小时并在200℃加热3小时的循环加热，接着在温度30℃、湿度95％的气氛中保持48小时。其后以5500V施加电压1分钟，若未短路，则判定为上述标准中的B种合格并以“A”表示(判定是以n＝5进行评价的，即使有1个短路也为不合格并以“B”表示)。
C：往复磨耗试验
耐磨性使用往复磨耗试验机来测定。往复磨耗试验机是施加一定负荷并以针刮擦绝缘电线的表面而测定在覆膜表面产生导体露出的次数的试验机，由此，可测定覆膜强度。将负荷设为700g，以往复磨耗次数是否达到50次来评价耐磨性。在表1中，将往复磨耗次数为50次以上的情况表示为“A”，并设为合格。将往复磨耗次数小于200次的情况表示为“B”，并设为不合格。将往复磨耗次数超过80次的情况判定为耐磨性尤其优异，并以“AA”表示。
表示各树脂的简略符号如下所述。
ETFE：Fullon C-55AP(旭硝子公司制造，商品名)
TPEE(A)：Pelprene6001(东洋纺织公司制造，商品名)聚酯弹性体
TPEE(B)：Hytrel 2571(Toray-DuPont公司制造，商品名)聚酯弹性体
TPEE(C)：Pelprene EN5000(东洋纺织公司制造，商品名)聚酯弹性体
PPS：DICPPS FZ2200A8(大日本油墨化学工业公司制造，商品名)聚苯硫醚树脂
PEEK：381G(Victrex公司制造，商品名)聚醚醚酮树脂
聚酰胺6，6：FDK-1(商品名：Unitika公司制造)聚酰胺66树脂
聚酰胺6，T：Arlen AE4200(商品名：三井化学公司制造)聚酰胺6T树脂
PET：TR-8550(帝人公司制造，商品名)聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂
聚酰胺弹性体：PA-260(T&K TOKA公司制造，商品名)聚醚酯酰胺弹性体
PBN：帝人PBN(帝人化成公司制造，商品名)聚萘二甲酸丁二醇酯树脂
TPEE(A)是硬链段为在上述通式(1-1)中m＝4、软链段为在上述通式(2-1)中m＝6、g≥10的构成的聚酯弹性体。
TPEE(B)是硬链段为在上述通式(1-1)中m＝4、软链段为在上述通式(2-1)中m＝4、g≥10的构成的聚酯弹性体。
TPEE(C)是硬链段为在上述通式(1-2)中m＝4、软链段为在上述通式(2-2)中m＝4、g≥10的构成的聚酯弹性体。
由表1所示的结果可以明确以下内容。
在比较例1中，由于在最外层设置有拉伸弹性模量低的树脂，因此在芯轴缠绕时覆膜受损，从而不满足耐电压特性。在比较例2中，由于在内层设置有熔点较低的树脂，因此不满足耐热性。在比较例3中，若在内层设置拉伸弹性模量高的树脂，则在热老化后覆膜物性降低，在覆膜中产生破裂或损伤，因此不满足耐热老化性、热老化后的电气特性。
另一方面，实施例1～9在耐热老化性试验、耐热冲击性试验、往复磨耗试验中均合格。在最外层设置有聚酰胺树脂的情况下，耐磨性尤其优异。此外，通过在最外层以外的绝缘层中使用硬链段为在上述通式(1-2)中m＝4、软链段为在上述通式(2-2)中m＝4的TPEE(C)，从而可获得耐热老化性尤其优异的结果。
如此，可知本发明的多层绝缘电线具有优异的耐热性与高耐电压热冲击特性。
上文已经对本发明与其实施方式一起进行了说明，但发明人认为，只要本申请中没有特别指定，则对用于说明本发明的任何细节并无限定，应该能够在不违反所附权利要求所示的发明宗旨和范围的条件下进行广泛的解释。
本案主张基于2012年3月27日在日本提出申请的特愿2012-070843的优先权，本申请参考上述各专利申请的内容，将其内容作为本说明书记载的一部分插入至本申请中。
符号说明
1：铁氧体磁芯
2：卷线轴
3：绝缘障壁
4：一次卷线
4a：导体
4b、4c、4d：绝缘层
5：绝缘胶带
6：二次卷线
6a：导体
6b、6c、6d：绝缘层

Claims (4)

1.一种多层绝缘电线，其是具有2层以上绝缘层的多层绝缘电线，其特征在于，最外层以外的绝缘层中的至少1层是由熔点200℃以上、25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以下的树脂构成的绝缘层，该树脂为硬链段以通式1-2表示的聚酯弹性体，在最外层被覆有25℃时的拉伸弹性模量为1000MPa以上的树脂材料，所述聚酯弹性体的软链段由通式2-2表示，
式1-2中，m表示4以上的整数；
式2-2中，m表示4以上的整数，g表示10以上的整数。
2.如权利要求1所述的多层绝缘电线，其特征在于，所述聚酯弹性体为TPEE(C)，所述TPEE(C)是硬链段为在上述通式1-2中m＝4、软链段为在上述通式2-2中m＝4、g≥10的构成的聚酯弹性体。
3.如权利要求1或2所述的多层绝缘电线，其特征在于，所述最外层是由聚酰胺树脂构成的挤出被覆层。
4.一种电气/电子设备，其特征在于，该电气/电子设备是将权利要求1～3任一项所述的多层绝缘电线用作安装至电气/电子设备的变压器的卷线或引线而成的。
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