CN104952516A - 绕线及绕线用涂料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种绕线及绕线用涂料，所述绕线具有实现了抑制起因于局部放电的劣化的新的结构。绕线具有导体和形成于导体上的耐局部放电性被覆层，耐局部放电性被覆层具有：基础树脂、混合于基础树脂中的电绝缘性的无机微粒和混合于基础树脂中的导电性微粒，导电性微粒相对于基础树脂100重量份混合有1.25～3.00重量份。

Description

绕线及绕线用涂料

技术领域

本发明涉及一种绕线及绕线用涂料。

背景技术

作为形成例如电动机、变压器等的线圈的绕线，使用在导体上设有绝缘被膜(漆包被膜)的漆包线等。

作为电动机的有效率的变速电压控制装置，利用变频器(inverter)。这样的变频器由数kHz～数百kHz的高速开关元件来控制，施加电压时会产生高压的冲击电压。近年的变频器通过绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等高速开关元件，能够实现陡峭的电压上升，导致相对于输出电压产生最大2倍的瞬间的冲击电压。由于冲击电压的影响，会发生如下现象：在进行了线圈成型的漆包线之间的表面产生局部放电而侵蚀漆包被膜。由局部放电导致的漆包被膜的侵蚀最终会引起绝缘击穿。

作为对冲击电压影响的对策，有形成抑制了由局部放电导致的侵蚀的被膜的方法，例如专利文献1以及专利文献2提出了耐局部放电性绝缘电线(耐变频器冲击漆包线)。通过在被膜中含有无机物质的微粒，能够抑制由放电导致的侵蚀。

另一方面，也有通过提高局部放电起始电压(PDIV)来抑制局部放电，从而延长带电寿命的方法。作为这样的方法，可以考虑例如加厚被膜的方法、如专利文献3以及专利文献4所公开的降低介电常数的方法。但是，关于前者，通过加厚被膜虽然能够实现PDIV的提高，但缠绕时的机械特性下降、缠绕松弛(巻太り)等令人担忧。

最近的电动机，由于由变频器来控制，因此与以往相比电压高，并且，由于高速开关等的规格成为了主流，因此产生局部放电的可能性变得更大。而且，由于电动机的紧凑化，会使漆包线的被膜承受伸长、摩擦、弯曲等大的应力。进一步，对于混合动力车、电动汽车而言，由于温度、湿度、或由高地行驶引起的气压下降等环境因素，可能会成为容易产生局部放电的情况。漆包线所承受的负荷会变得比目前更大，局部放电劣化导致的绝缘性下降令人担忧。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-331539号公报

专利文献2：日本特开2004-204187号公报

专利文献3：日本特开2010-132725号公报

专利文献4：日本特开2010-189510号公报

发明内容

发明所要解决的问题

本发明的一个目的在于，提供一种绕线以及可以用于形成这种绕线的绕线用涂料，所述绕线具有实现了抑制起因于局部放电的劣化的新的结构。

用于解决问题的手段

根据本发明的一个观点，提供一种绕线，其具有：

导体、和

形成于上述导体上的耐局部放电性被覆层；

上述耐局部放电性被覆层具有：

基础树脂、

混合于上述基础树脂中的电绝缘性的无机微粒、和

混合于上述基础树脂中的导电性微粒；

上述导电性微粒相对于上述基础树脂100重量份混合有1.25～3.00重量份。

根据本发明的其他观点，提供一种绕线用涂料，其具有：

含有基础树脂的基础树脂涂料、

混合于上述基础树脂涂料中的电绝缘性的无机微粒、和

混合于上述基础树脂涂料中的导电性微粒；

上述导电性微粒相对于上述基础树脂100重量份混合有1.25～3.00重量份。

发明的效果

通过在基础树脂(基础树脂涂料)中混合有电绝缘性的无机微粒，同时进一步混合有导电性微粒，与仅混合有无机微粒的情况相比，能够延长形成的绕线的带电寿命。导电性微粒特别优选相对于基础树脂100重量份混合有1.25～3.00重量份。

附图说明

图1为本发明的一个实施方式的绕线的概略截面图，

符号说明

1  绕线(漆包线)

2   导体

3  密合层

4  耐局部放电性被覆层

5  绝缘被覆层

6  润滑性被覆层

具体实施方式

参照图1，对本发明的一个实施方式的绕线进行说明。图1是本实施方式的绕线的概略截面图。本实施方式的绕线1由导体2、密合层3、耐局部放电性被覆层4、绝缘被覆层5、以及润滑性被覆层6形成。

导体2为例如铜线、铝线、银线、镍线、镀镍铜线等。密合层3介于导体2与耐局部放电性被覆层4之间，是提高导体2和耐局部放电性被覆层4的密合性的层，其可以根据需要而形成。密合层3，例如通过将以聚酯酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂为基础，在含有聚酯酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂的涂料中混合有密合性提高剂的密合性聚酯酰亚胺涂料、密合性聚酰胺酰亚胺涂料或密合性聚酰亚胺涂料涂布在导体2上，烧结而形成。

在导体2上(若形成有密合层3则隔着密合层3)，形成有耐局部放电性被覆层4。耐局部放电性被覆层4通过在基础树脂中混合(添加)无机微粒的同时进一步混合(添加)导电性微粒而形成。通过无机微粒的混合，能够抑制由局部放电引起的侵蚀。通过在本实施方式的耐局部放电性被覆层4中进一步混合导电性微粒，能够缓和耐局部放电性被覆层4中的电场强度，提高局部放电起始电压(PDIV)，从而抑制局部放电的产生。关于无机微粒以及导电性微粒的混合所带来的具体效果的示例，在后述的实施例中进行说明。

耐局部放电性被覆层4例如由以下方式形成。作为基础树脂，可以使用例如聚酰胺酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚酯酰亚胺树脂等。以下，对使用例如聚酰胺酰亚胺树脂作为基础树脂的情况进行说明。聚酰胺酰亚胺树脂，例如通过在溶剂中主要使包含4,4'-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)等的异氰酸酯成分和包含偏苯三酸酐(TMA)等的酸成分这两个成分进行合成反应而得到。作为用于聚酰胺酰亚胺树脂涂料的溶剂，例如可以使用一种以上的包含γ-丁内酯、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲基咪唑啉酮(DMI)、环状酮类等的溶剂。

通过在含有聚酰胺酰亚胺树脂和溶剂的聚酰胺酰亚胺树脂涂料中混合无机微粒，同时进一步混合导电性微粒，来制备本实施方式的耐局部放电性涂料。予以说明的是，在此，为了简化表达，对于含有合成的聚酰胺酰亚胺树脂前驱体的情况，也视为在聚酰胺酰亚胺树脂涂料中含有聚酰胺酰亚胺树脂。对于使用聚酰胺酰亚胺树脂以外的基础树脂作为基础树脂的情况，也同样地可以做出这样的看法。

无机微粒，例如通过将含有二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆等电绝缘性且用于抑制由局部放电引起的侵蚀的无机微粒的有机溶胶混合，从而混合至聚酰胺酰亚胺树脂涂料中。作为含有无机微粒的有机溶胶的分散溶剂，可以举出例如以具有130℃～180℃范围沸点的环状酮类为主成分的分散溶剂(主分散溶剂)。作为这样的环状酮类，可以列举环庚酮(沸点180℃)、环己酮(沸点156℃)、环戊酮(沸点131℃)等。这些可以使用至少一种以上。此外，也可以使用如2-环己烯-1-酮(2-シクロへキセ-1-オン)等环状结构的一部分或全部不饱和的物质。

为了提高耐局部放电性，无机微粒优选平均粒径为100nm以下。考虑到有机溶胶自身的透明性以及绕线的可挠性，更优选平均粒径为30nm以下。

导电性微粒，例如通过将含有氧化铟锡(ITO)、氧化锌、氧化锡、碳纳米管(CNT)等导电性微粒的有机溶胶混合，从而混合至聚酰胺酰亚胺树脂涂料中。作为导电性微粒，例如，从获得性的观点出发，可以优选ITO。在特性方面认为也优选CNT，但与ITO相比价格高。作为含有导电性微粒的有机溶胶的分散溶剂，可以使用例如二甲苯、低级醇等。混合导电性微粒而形成的耐局部放电性被覆层4的绝缘电阻优选为1.0×10⁶Ω·cm以下。导电性微粒的平均粒径，与无机微粒的平均粒径同样地，优选为100nm以下，考虑到绕线的可挠性，更优选为30nm以下。

由此，准备在含有基础树脂和溶剂的基础树脂涂料中混合有无机微粒以及导电性微粒的耐局部放电性涂料。通过在导体2上(若形成有密合层3则隔着密合层3)涂布耐局部放电性涂料，进行烧结，从而形成耐局部放电性被覆层4。

耐局部放电性被覆层4中的无机微粒，优选相对于基础树脂100重量份混合有15～30重量份。如果混合量过多，则无机微粒失去分散性，无机微粒会互相结合(凝集)，导致绕线的机械特性显著地下降。

此外，耐局部放电性被覆层4中的导电性微粒，特别优选相对于基础树脂100重量份混合有1.25～3.00重量份。关于导电性微粒特别优选的混合量，在后述的实施例(参照表1)中进行考察。

在耐局部放电性被覆层4上，形成有绝缘被覆层5。绝缘被覆层5，由例如通用的聚酰胺酰亚胺树脂或通用的聚酰亚胺树脂形成，将聚酰胺酰亚胺树脂涂料或聚酰亚胺树脂涂料涂布于耐局部放电性被覆层4上，进行烧结而形成。

润滑性被覆层6，作为提高了润滑性的最外侧的绝缘层配置于绝缘被覆层5上，可以根据需要而形成。润滑性被覆层6，例如，将以聚酰胺酰亚胺树脂为基础，在聚酰胺酰亚胺树脂涂料中混合有润滑剂的润滑性聚酰胺酰亚胺涂料涂布于绝缘被覆层5上，进行烧结而形成。如以上说明，实施方式的绕线1，作为在导体2的外周反复涂布、烧结漆包涂料而成的漆包线形成。

实施例

以下，作为上述实施方式的更具体的示例，对实施例的绕线进行说明。同时，对比较例的绕线也进行说明。各实施例的绕线如下制作。搅拌相对于聚酰胺酰亚胺树脂涂料的聚酰胺酰亚胺树脂(基础树脂)100重量份将二氧化硅量调整为30重量份的物质，进一步相对于基础树脂100重量份将ITO以1.25～3.00重量份的范围混合，得到耐局部放电性涂料。

[实施例1]

在实施例1，在作为基础的聚酰胺酰亚胺树脂涂料中，将以环己酮作为分散溶剂的平均粒径30nm的二氧化硅微粒相对于基础树脂100重量份混合30重量份，同时将以二甲苯作为分散溶剂的平均粒径30nm的ITO微粒相对于基础树脂100重量份混合1.25重量份，得到耐局部放电性涂料。将耐局部放电性涂料以25μm的厚度涂布于导体直径0.80mm的铜线上，烧结，从而形成耐局部放电性被覆层。进一步将聚酰胺酰亚胺树脂涂料以6μm的厚度涂布于耐局部放电性被覆层上，烧结，从而形成强韧性聚酰胺酰亚胺树脂层作为绝缘被覆层。由此，形成了实施例1的绕线。

[实施例2]

在实施例2，在作为基础的聚酰胺酰亚胺树脂涂料中，将以环己酮作为分散溶剂的平均粒径30nm的二氧化硅微粒相对于基础树脂100重量份混合30重量份，同时将以二甲苯作为分散溶剂的平均粒径30nm的ITO微粒相对于基础树脂100重量份混合2.50重量份，得到耐局部放电性涂料。将耐局部放电性涂料以25μm的厚度涂布于导体直径0.80mm的铜线上，烧结，从而形成耐局部放电性被覆层。进一步将聚酰胺酰亚胺树脂涂料以6μm的厚度涂布于耐局部放电性被覆层上，烧结，从而形成强韧性聚酰胺酰亚胺树脂层作为绝缘被覆层。由此，形成了实施例2的绕线。

[实施例3]

在实施例3，在作为基础的聚酰胺酰亚胺树脂涂料中，将以环己酮作为分散溶剂的平均粒径30nm的二氧化硅微粒相对于基础树脂100重量份混合30重量份，同时将以二甲苯作为分散溶剂的平均粒径30nm的ITO微粒相对于基础树脂100重量份混合3.00重量份，得到耐局部放电性涂料。将耐局部放电性涂料以25μm的厚度涂布于导体直径0.80mm的铜线上，烧结，从而形成耐局部放电性被覆层。进一步将聚酰胺酰亚胺树脂涂料以6μm的厚度涂布于耐局部放电性被覆层上，烧结，从而形成强韧性聚酰胺酰亚胺树脂层作为绝缘被覆层。由此，形成了实施例3的绕线。

[比较例1]

在比较例1，在作为基础的聚酰胺酰亚胺树脂涂料中，将以环己酮作为分散溶剂的平均粒径30nm的二氧化硅微粒相对于基础树脂100重量份混合30重量份，同时将以二甲苯作为分散溶剂的平均粒径30nm的ITO微粒相对于基础树脂100重量份混合0.25重量份，得到耐局部放电性涂料。将耐局部放电性涂料以25μm的厚度涂布于导体直径0.80mm的铜线上，烧结，从而形成耐局部放电性被覆层。进一步将聚酰胺酰亚胺树脂涂料以6μm的厚度涂布于耐局部放电性被覆层上，烧结，从而形成强韧性聚酰胺酰亚胺树脂层作为绝缘被覆层。由此，形成了比较例1的绕线。

[比较例2]

在比较例2，在作为基础的聚酰胺酰亚胺树脂涂料中，将以环己酮作为分散溶剂的平均粒径30nm的二氧化硅微粒相对于基础树脂100重量份混合30重量份，同时将以二甲苯作为分散溶剂的平均粒径30nm的ITO微粒相对于基础树脂100重量份混合5.00重量份，得到耐局部放电性涂料。将耐局部放电性涂料以25μm的厚度涂布于导体直径0.80mm的铜线上，烧结，从而形成耐局部放电性被覆层。进一步将聚酰胺酰亚胺树脂涂料以6μm的厚度涂布于耐局部放电性被覆层上，烧结，从而形成强韧性聚酰胺酰亚胺树脂层作为绝缘被覆层。由此，形成了比较例2的绕线。

[比较例3]

在比较例3，在作为基础的聚酰胺酰亚胺树脂涂料中，将以环己酮作为分散溶剂的平均粒径30nm的二氧化硅微粒相对于基础树脂100重量份混合30重量份，得到耐局部放电性涂料。将耐局部放电性涂料以25μm的厚度涂布于导体直径0.80mm的铜线上，烧结，从而形成耐局部放电性被覆层。进一步将聚酰胺酰亚胺树脂涂料以6μm的厚度涂布于耐局部放电性被覆层上，烧结，从而形成强韧性聚酰胺酰亚胺树脂层作为绝缘被覆层。由此，形成了比较例3的绕线。

[比较例4]

在比较例4，将聚酰胺酰亚胺树脂涂料以30μm的厚度涂布于导体直径0.80mm的铜线上，烧结，从而形成强韧性聚酰胺酰亚胺树脂层作为绝缘被覆层。由此，形成了比较例4的绕线。

将以上汇总，实施例1～3以及比较例1、2的绕线具有在基础树脂中混合有无机微粒以及导电性微粒的耐局部放电性被覆层，比较例3的绕线具有在基础树脂中混合有无机微粒的耐局部放电性被覆层，比较例4的绕线不具有耐局部放电性被覆层。

对于实施例以及比较例的绕线(漆包线)，以以下条件进行可挠性以及带电寿命(V-t特性)的试验，对这些特性进行评价。在表1的表中汇总表示这些特性试验结果。关于实施例1～3以及比较例1～3的漆包线，将耐局部放电性被覆层和绝缘被覆层加在一起的被膜全体的厚度为31μm。此外，关于比较例4的漆包线，仅有绝缘被覆层的被膜的厚度为30μm。

(1)可挠性试验

可挠性试验(无伸长)，将没有伸长的漆包线在具有该漆包线导体直径的1倍～10倍直径的缠绕棒上通过按照“JISC 3003“7.1.1a”缠绕”的方法缠绕，用光学显微镜测定绝缘被膜上看不见裂缝产生的最小缠绕倍率(d)。此外，可挠性试验(伸长20％)，通过按照“JISC 3003“7.1.1a”缠绕”的方法将漆包线伸长20％，然后，用与可挠性试验(无伸长)同样的方法进行试验，用光学显微镜测定绝缘被膜上看不见裂缝产生的最小缠绕倍率(d)。

对无伸长的可挠性试验的结果进行说明。比较例4的没有耐局部放电性被覆层的通用漆包线，其不产生裂缝的最小缠绕直径(将其仅称为最小缠绕直径)为自身直径(1d)。比较例1、3的漆包线以及实施例1～3的漆包线，其最小缠绕直径为自身直径(1d)，具有与比较例4的通用漆包线相同程度的可挠性。比较例2的漆包线，最小缠绕直径为自身直径的2倍(2d)，可挠性稍低。可以认为这是因为比较例2与比较例1以及实施例1～3相比，导电性微粒的混合量多。

对伸长20％后的可挠性试验结果进行说明。比较例4的通用漆包线，其最小缠绕直径为自身直径的2倍(2d)。比较例1、3的漆包线以及实施例1、2的漆包线，其最小缠绕直径为自身直径的2倍(2d)，具有与比较例4的通用漆包线相同程度的可挠性。实施例3的漆包线，其最小缠绕直径为自身直径的3倍(3d)，可挠性略微变低，但可以判断是作为绕线能够充分使用的范围。比较例2的漆包线，其最小缠绕直径为自身直径的5倍(5d)，与无伸长时同样，可挠性稍微变低。

(2)带电寿命(V-t特性)试验

对带电寿命(V-t特性)试验结果进行说明。通过V-t特性试验来评价耐局部放电性。关于V-t特性试验，使用双绞线以施加电压1.0kVrms、正弦波10kHz的测定条件在常温中实施，测定至绝缘击穿的时间。

与比较例4的通用漆包线相比，形成有耐局部放电性被覆层的比较例1～3的漆包线以及实施例1～3的漆包线，V-t特性均优异(带电寿命长)。在耐局部放电性被覆层中含有导电性微粒的比较例1、2的漆包线以及实施例1～3的漆包线，与在耐局部放电性被覆层中不含导电性微粒的比较例3的漆包线相比，其V-t特性更加优异。可知，特别是比较例2、实施例1～3，各自至绝缘击穿的时间与比较例3相比例如长5倍以上。

(3)特性试验的综合评价

综合评价这些特性试验的结果，可以说实施例1～3的漆包线在可挠性以及带电寿命(V-t特性)两方面具有特别优异的特性。即，可以说耐局部放电性被覆层中的导电性微粒特别优选相对于基础树脂100重量份以1.25～3.00重量份的范围混合。

表1

      

这样的漆包线适合于作为例如变频电动机、变压器等电气设备的绕线，在承受伸长、摩擦、弯曲等大的应力或因高电压、高速开关而容易产生局部放电这样的严酷环境下使用。

以上，沿着实施方式以及实施例说明了本发明，但本发明不限于这些。对于本领域技术人员而言，能够进行例如各种改变、改良、组合等是自明的。此外，应该留意，在实施方式以及实施例中说明的特征的组合，不一定全部都是用于解决发明问题的手段所必须的。

Claims (6)

1.一种绕线，其具有：

导体、和

形成于所述导体上的耐局部放电性被覆层，

所述耐局部放电性被覆层具有：

基础树脂、

混合于所述基础树脂中的电绝缘性的无机微粒、和

混合于所述基础树脂中的导电性微粒，

所述导电性微粒相对于所述基础树脂100重量份混合有1.25～3.00重量份。

2.如权利要求1所述的绕线，进一步具有形成于所述耐局部放电性被覆层上的绝缘被覆层。

3.如权利要求1或2所述的绕线，所述导电性微粒的平均粒径为100nm以下。

4.如权利要求1所述的绕线，所述导电性微粒含有氧化铟锡、氧化锌、氧化锡、碳纳米管中的任一种。

5.一种绕线用涂料，其具有：

含有基础树脂的基础树脂涂料、

混合于所述基础树脂涂料中的电绝缘性的无机微粒、和

混合于所述基础树脂涂料中的导电性微粒，

所述导电性微粒相对于所述基础树脂100重量份混合有1.25～3.00重量份。

6.如权利要求5所述的绕线，所述导电性微粒含有氧化铟锡、氧化锌、氧化锡、碳纳米管中的任一种。