CN112020750A - 绝缘电线、线圈、以及电气/电子设备 - Google Patents

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Abstract

一种绝缘电线，其为具有导体和配置于导体周围的绝缘被膜的绝缘电线，其中，上述绝缘被膜含有聚酰亚胺树脂，在该聚酰亚胺的构成成分中，包含下述(a)作为来自四羧酸二酐的成分，包含下述(b)作为来自二胺的成分。(a)具有来自均苯四酸酐的骨架的构成成分和/或具有来自3,3’,4,4’‑联苯四羧酸二酐的骨架的构成成分；(b)具有来自9,9‑双(4‑氨基苯基)芴的骨架的构成成分。

Description

绝缘电线、线圈、以及电气/电子设备
技术领域
本发明涉及绝缘电线、线圈、以及电气/电子设备。
背景技术
在变频器相关设备(高速转换元件、变频器电机、变压器等的电气/电子设备用线圈等)中，作为磁导线使用了在导体周围形成有绝缘性树脂的被覆层(绝缘被膜)的绝缘电线(漆包线)。作为绝缘电线的绝缘被膜的构成材料，通常使用聚酰亚胺树脂(例如专利文献1、2)。
近年来，伴随着混合动力汽车和电动汽车的普及，要求提高马达效率，要求通过高电压的马达驱动来提高输出。由于该马达输出的提高，放热量增大，马达的最大温度升高至150℃左右。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-67408号公报
专利文献2：日本特开2014-82083号公报
发明内容
发明所要解决的课题
已知通过利用润滑动力传递部和轴承的自动传动液(ATF)来对放热的马达进行油冷。本发明人对该油冷进行了研究，结果发现，在利用ATF对使用了绝缘被膜中包含聚酰亚胺树脂的绝缘电线的马达进行油冷时，绝缘被膜容易劣化，容易发生电线的绝缘击穿电压的降低。
因此，本发明的课题在于提供一种绝缘电线，其为在绝缘被膜中包含聚酰亚胺树脂的绝缘电线，其即便暴露在ATF下也难以发生绝缘被膜的劣化。另外，本发明的课题在于提供使用了上述绝缘电线的线圈、使用了该线圈的电气/电子设备。
用于解决课题的手段
本发明人鉴于上述课题进行了反复深入的研究，结果发现，通过应用作为来自四羧酸二酐的成分具有特定结构、并且作为来自二胺的成分也引入了特定结构的聚酰亚胺树脂作为绝缘被膜的构成材料，能够解决上述课题。本发明是基于这些技术思想进一步反复研究而完成的。
本发明的上述课题通过以下手段得以解决。
[1]
一种绝缘电线，其为具有导体和配置于导体周围的绝缘被膜的绝缘电线，其中，
上述绝缘被膜含有聚酰亚胺树脂，在该聚酰亚胺的构成成分中，包含下述(a)作为来自四羧酸二酐的成分，包含下述(b)作为来自二胺的成分。
(a)具有来自均苯四酸酐的骨架的构成成分和/或具有来自3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐的骨架的构成成分；
(b)具有来自9,9-双(4-氨基苯基)芴的骨架的构成成分。
[2]
如[1]所述的绝缘电线，其中，上述(b)在构成上述聚酰亚胺的全部来自二胺的成分中所占的比例为1摩尔％～30摩尔％。
[3]
一种线圈，其使用了[1]或[2]所述的绝缘电线。
[4]
一种电气/电子设备，其具有[3]所述的线圈。
本发明中，使用“～”所表示的数值范围是指包含在其前后所记载的数值作为下限值和上限值的范围。
发明的效果
本发明的绝缘电线在绝缘被膜中包含聚酰亚胺树脂，即便暴露于ATF下也难以发生绝缘被膜的劣化。另外，本发明的线圈、使用了该线圈的电气/电子设备具有本发明的绝缘电线，即便暴露于ATF下也难以发生绝缘电线的劣化。
附图说明
图1是示出本发明的绝缘电线的一个实施方式的示意性截面图。
图2是示出本发明的电气/电子设备中使用的定子的优选方式的示意性立体图。
图3是示出本发明的电气/电子设备中使用的定子的优选方式的示意性分解立体图。
具体实施方式
[绝缘电线]
对本发明的绝缘电线的优选实施方式进行说明。
如图1所示，本发明的绝缘电线在导体11的周围具有绝缘被膜12，该绝缘被膜12包含后述具有特定结构的聚酰亚胺树脂。在图1的方式中，导体11的截面形状为矩形(扁平形状)。绝缘被膜12的厚度优选设定为1μm～200μm、更优选设定为10μm～100μm。绝缘被膜可以适当地为多层结构。
<导体>
作为本发明中使用的导体，可以使用以往作为绝缘电线的导体所使用的物质。例如，可以举出铜线、铝线等金属导体。
图1将导体以截面矩形(扁平形状)的形状示出，但导体的截面形状没有特别限制，可以为正方形、圆形、椭圆形等所期望的形状。
从抑制由角部的局部放电的方面考虑，扁平形状的导体优选如图1所示那样为在4角设置有倒角(曲率半径r)的形状。曲率半径r优选为0.6mm以下、更优选为0.2mm～0.4mm。
对导体的大小没有特别限定。在扁平导体的情况下，矩形的截面形状中宽度(长边)优选为1mm～5mm、更优选为1.4mm～4.0mm，厚度(短边)优选为0.4mm～3.0mm、更优选为0.5mm～2.5mm。宽度(长边)与厚度(短边)的长度的比例(厚度：宽度)优选为1：1～1：4。在截面形状为圆形的导体的情况下，直径优选为0.3mm～3.0mm、更优选为0.4mm～2.7mm。
<绝缘被膜>
绝缘被膜12为所谓漆包层，含有具有特定结构的聚酰亚胺树脂而成。构成绝缘被膜的聚酰亚胺优选为热固性聚酰亚胺。
本发明中，绝缘被膜中包含的聚酰亚胺树脂中，在聚酰亚胺的构成成分中，包含下述(a)作为来自四羧酸二酐的成分，包含下述(b)作为来自二胺的成分。
(a)具有来自均苯四酸酐的骨架的构成成分和/或具有来自3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐的骨架的构成成分(下文中也称为构成成分(a)。另外，在构成成分(a)中，将具有来自均苯四酸酐的骨架的构成成分也称为构成成分(a1)，将具有来自3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐的骨架的构成成分也称为构成成分(a2))。
(b)具有来自9,9-双(4-氨基苯基)芴的骨架的构成成分(下文中也称为构成成分(b))。
-构成成分(a)-
在构成成分(a)中，“具有来自均苯四酸酐的骨架的构成成分”(构成成分(a1))是通过下述方式导入的具有下述式(2)所表示的骨架的构成成分：使具有下述式(1)所表示的骨架的化合物与二胺化合物反应，使所得到的聚酰胺酸在分子内进行脱水闭环反应而进行酰亚胺化，由此导入。本发明中，式中的“*”表示用于引入到聚酰亚胺链中的连结部位。
需要说明的是，本发明中，“具有骨架”是指，除了该骨架本身的结构以外，还包括该骨架在不损害本发明效果的范围内进一步具有取代基的结构。作为该取代基，例如可以举出卤原子、烷基(优选碳原子数为1～5、更优选碳原子数为1～3的烷基)。
【化1】
Figure BDA0002716989290000041
在构成成分(a)中，“具有来自3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐的骨架的构成成分”(构成成分(a2))是通过下述方式导入的具有下述式(4)所表示的骨架的构成成分：使具有下述式(3)所表示的骨架的化合物与二胺化合物反应，使所得到的聚酰胺酸在分子内进行脱水闭环反应而进行酰亚胺化，由此导入。
【化2】
Figure BDA0002716989290000051
构成成分(a1)在上述聚酰亚胺中的构成成分(a)中所占的比例(构成成分(a1)的总含量在构成成分(a)的总含量中所占的比例)可以在0～100摩尔％的范围内为所期望的值，优选为20摩尔％～100摩尔％、更优选为20摩尔％～80摩尔％、进一步优选为30摩尔％～70摩尔％、进一步优选为40摩尔％～60摩尔％、特别优选为45摩尔％～55摩尔％。
另外，构成成分(a2)在上述聚酰亚胺中的构成成分(a)中所占的比例(构成成分(a2)的总含量在构成成分(a)的总含量中所占的比例)可以在0～100摩尔％的范围内为所期望的值，优选为0～80摩尔％、更优选为20摩尔％～80摩尔％、更优选为30摩尔％～70摩尔％、进一步优选为40摩尔％～60摩尔％、特别优选为45摩尔％～55摩尔％。
构成成分(a)在上述聚酰亚胺中的全部来自四羧酸二酐的成分中所占的比例(构成成分(a)的总含量在来自四羧酸二酐的成分的总含量中所占的比例)优选为50摩尔％以上、更优选为70摩尔％以上。在聚酰亚胺中的全部来自四羧酸二酐的成分中，除构成成分(a)以外的剩余部分的结构没有特别限制，优选为来自具有芳香环的四羧酸二酐的成分。也优选上述聚酰亚胺中的来自四羧酸二酐的成分全部为上述构成成分(a)。
-构成成分(b)-
在构成成分(b)中，“具有来自9,9-双(4-氨基苯基)芴的骨架的构成成分”是通过下述方式导入的具有下述式(6)所表示的骨架的构成成分：使具有下述式(5)所表示的骨架的化合物与四羧酸二酐反应，使所得到的聚酰胺酸在分子内进行脱水闭环反应而进行酰亚胺化，由此导入。
【化3】
Figure BDA0002716989290000061
构成成分(b)在上述聚酰亚胺中的全部来自二胺的成分中所占的的比例(构成成分(b)的总含量在二胺成分的总含量中所占的的比例)优选为1摩尔％～60摩尔％、更优选为1摩尔％～50摩尔％、进一步优选为1摩尔％～40摩尔％、进一步优选为1摩尔％～30摩尔％、进一步优选为1摩尔％～25摩尔％、特别优选为1摩尔％～20摩尔％。另外，该比例也优选为2摩尔％～50摩尔％、也优选为4摩尔％～50摩尔％、也优选为6摩尔％～40摩尔％、也优选为7摩尔％～30摩尔％、也优选为8摩尔％～25摩尔％、也优选为8摩尔％～20摩尔％。
在聚酰亚胺中的全部来自二胺的成分中，除构成成分(b)以外的剩余部分的结构没有特别限制，优选为来自具有芳香环的二胺的成分。另外，该二胺成分优选具有醚键，更优选具有二苯醚骨架，进一步优选具有二苯醚结构。作为这种“来自具有芳香环的二胺的成分”的优选例，可以举出具有选自下述的骨架的构成成分(具有来自二氨基苯基醚(ODA)的骨架的构成成分、具有来自2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)的骨架的构成成分等)。
【化4】
Figure BDA0002716989290000071
上述聚酰亚胺优选来自二胺的成分全部具有芳香环，并且来自四羧酸二酐的成分全部具有芳香环。
构成成分(a)优选为来自均苯四酸酐的构成成分和/或来自3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐的构成成分。
另外，构成成分(b)优选为来自9,9-双(4-氨基苯基)芴的构成成分。
本发明的绝缘电线优选在绝缘被膜中包含50质量％以上的上述聚酰亚胺树脂，更优选包含70质量％以上，进一步优选包含80质量％以上。需要说明的是，绝缘被膜为多层结构的情况下，优选在多层整体中包含50质量％以上的上述聚酰亚胺树脂，更优选包含70质量％以上，进一步优选包含80质量％以上。
上述绝缘被膜可以含有各种添加剂。作为这样的添加剂，例如可以举出气泡化成核剂、抗氧化剂、抗静电剂、紫外线防止剂、光稳定剂、荧光增白剂、颜料、染料、增容剂、润滑剂、增强剂、阻燃剂、交联剂、交联助剂、增塑剂、增稠剂、减粘剂或弹性体等。这些添加剂可以来自聚酰亚胺树脂，也可以另行添加。
构成本发明的绝缘电线的绝缘被膜的聚酰亚胺树脂的玻璃化转变温度优选为230℃以上、更优选为250℃以上、进一步优选为270℃以上。另外，对该玻璃化转变温度的上限没有特别限制，通常为350℃以下。玻璃化转变温度通过后述实施例中记载的方法来确定。
构成本发明的绝缘电线的绝缘被膜的聚酰亚胺树脂的5％失重温度优选为350℃以上、更优选为370℃以上、进一步优选为390℃以上。另外，对该5％失重温度的上限没有特别限制，通常为600℃以下。5％失重温度通过后述实施例中记载的方法来确定。
[绝缘电线的制造方法]
本发明的绝缘电线的制造方法(下文中也称为“本发明的制造方法”)在导体的周围涂布含有作为上述聚酰亚胺树脂的前体的聚酰胺酸和溶解该聚酰胺酸的有机溶剂的清漆，通过烘烤发生脱水闭环反应，由此可以形成。通过该烘烤，清漆中的溶剂挥发而被除去。作为上述有机溶剂，例如可以举出N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)等酰胺系溶剂、N,N-二甲基乙烯脲、N,N-二甲基丙烯脲、四甲基脲等脲系溶剂、γ-丁内酯、γ-己内酯等内酯系溶剂、碳酸亚丙酯等碳酸酯系溶剂、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、环己酮等酮系溶剂、乙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁基乙酸溶纤剂、丁基卡必醇乙酸酯、乙基溶纤剂乙酸酯、乙基卡必醇乙酸酯等酯系溶剂、二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚等乙二醇二甲醚系溶剂、甲苯、二甲苯、环己烷等烃系溶剂、甲酚、苯酚、卤化苯酚等酚系溶剂、环丁砜等砜系溶剂、二甲基亚砜(DMSO)等。
本发明中，“导体的周围”是指，除了导体的外周面以外，在具有被覆导体的层的情况下还包括该层的外周面。
绝缘被膜可以为1层，也可以反复进行2次以上涂布/烘烤而形成多层结构。另外，也可以在导体周围形成不含上述聚酰亚胺树脂的绝缘被膜，在该绝缘被膜的周围形成含有上述聚酰亚胺树脂的绝缘被膜。另外，也可以在导体的周围形成含有上述聚酰亚胺树脂的绝缘被膜，在该绝缘被膜的周围形成不含上述聚酰亚胺树脂的绝缘被膜。
在导体周围的清漆涂布可以通过常规方法进行。例如可以举出：使用与导体的截面形状为相似形状的清漆涂布用模具的方法；在导体的截面形状为矩形的情况下，使用形成为井字状的被称为“通用模具(universal dies)”的模具的方法。
涂布绝缘涂料后的烘烤也可以通过常规方法进行，例如可以在烘烤炉中进行烘烤。此时的具体的烘烤条件取决于所使用的炉的形状等，而不能一概地决定，若为约10m的自然对流式的立式炉，例如可以在炉内温度400℃～650℃下使通过时间为10秒～90秒。
[线圈和电气/电子设备]
本发明的绝缘电线可以作为线圈用于各种电气/电子设备等需要电气特性(耐电压性)、耐热性的领域中。例如，本发明的绝缘电线被用于马达或变压器等中，可以构成高性能的电气/电子设备。特别适合用作混合动力汽车(HV)、电动汽车(EV)的驱动马达用的绕线。这样，根据本发明，可以提供将本发明的绝缘电线作为线圈使用的电气/电子设备、特别是HV和EV的驱动马达。
本发明的线圈只要具有适合于各种电气/电子设备的形态即可，可以举出：对本发明的绝缘电线进行线圈加工而形成的线圈；对本发明的绝缘电线进行弯曲加工后将特定部分电连接而成的线圈；等等。
作为对本发明的绝缘电线进行线圈加工而形成的线圈，没有特别限定，可以举出将长的绝缘电线卷绕成螺旋状而成的线圈。在这样的线圈中，对绝缘电线的绕线数等没有特别限定。通常，在卷绕绝缘电线时使用铁心等。
作为对本发明的绝缘电线进行弯曲加工后将特定部分电连接而成的线圈，可以举出在旋转电机等的定子中所用的线圈。这样线圈例如可以举出如下制作的线圈33：如图3所示，将本发明的绝缘电线切断成特定的长度并以U字形状等进行弯曲加工，制作出多个电线段34，将各电线段34的U字形状等的两个开放端部(末端)34a相互不同地连接，制作出线圈33(参照图2)。
作为使用该线圈而成的电气/电子设备，没有特别限定。作为这样的电气/电子设备的一个优选方式，可以举出变压器。另外，例如可以举出具备图2所示的定子30的旋转电机(特别是HV和EV的驱动马达)。该旋转电机除了具备定子30以外，可以为与现有的旋转电机同样的构成。
定子30除了电线段34由本发明的绝缘电线形成以外，可以为与现有的定子同样的构成。即，定子30具有定子铁心31和线圈33，其中，例如如图2所示由本发明的绝缘电线构成的电线段34被组装到定子铁心31的槽32中，开放端部34a被电连接，由此形成线圈33。该线圈33成为了相邻的热粘层彼此、或者热粘层与槽32被粘着而固定化的状态。此处，电线段34可以以一根的形式组装到槽32中，但优选如图3所示以两根一组的形式组装。该定子30中，线圈33被收纳于定子铁心31的槽32中，该线圈33是将如上所述进行了弯曲加工的电线段34的两个末端即开放端部34a相互不同地连接而成的。此时，可以在连接电线段34的开放端部34a后收纳于槽32中，另外，也可以在将绝缘段34收纳于槽32中后，对电线段34的开放端部34a进行折弯加工并连接。
基于实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明不限定于这些方式。
实施例
[制造例]绝缘电线的制造
<导体>
作为导体，使用截面为圆形(截面的外径1mm)的铜线。
<聚酰亚胺树脂涂料(绝缘涂料)>
将下表所示的二胺溶解于NMP中。向该溶液中加入下表所示的四羧酸二酐，在氮气气氛下进行搅拌，得到聚酰亚胺树脂涂料。
<绝缘电线>
按照干燥后的膜厚为5μm的方式设定模具，在上述导体的外周面涂布聚酰亚胺树脂涂料而形成涂布膜。
使用约10m的热风循环式的立式炉，在520℃下设通过时间为10秒～20秒而进行烘烤。重复6次该涂布/烘烤，得到绝缘被膜的厚度为30μm的绝缘电线。
[试验例1]玻璃化转变温度(Tg)
使用上述制备的聚酰亚胺树脂涂料制作尺寸30mm×5mm的膜，利用动态粘弹性装置(商品名：DVA-200、IT计测控制公司制造)，在频率10Hz、升温速度3℃/分钟的条件下，在室温至400℃的温度区域进行测定。将弹性模量的拐点作为玻璃化转变温度(℃)。
结果示于下表。
[试验例2]5％失重温度
使用上述制备的聚酰亚胺树脂涂料制作重量为10mg的膜。将该膜放入铂制样品盘中，使用差热-热重同时测定装置(商品名：TG/DTA320、Seiko Instruments公司制造)，在空气中设流量为100mL/分钟、升温速度为10℃/分钟，从室温至800℃进行热分析。将膜的重量减少5％的时刻的温度(膜重量变为9.5mg的时刻的温度)作为5％失重温度。
结果示于下表。
[试验例3]挠性
依照JIS C 3216：2011，将上述制造的绝缘电线伸长。依照JIS C 3216：2011，将伸长的绝缘电线缠绕到具有与绝缘电线的导体径相同直径的缠绕棒上，通过光学显微镜观察对绝缘被膜的龟裂、裂纹的有无(缺陷的有无)进行调查。将即便使绝缘电线伸长40％也未在绝缘被膜产生缺陷的情况记为“◎”，将使绝缘电线伸长40％时在绝缘被膜产生缺陷、但即便使绝缘电线伸长20％也未在绝缘被膜产生缺陷的情况记为“○”，将使绝缘电线伸长20％时在绝缘被膜产生缺陷的情况评记为“×”，从而对挠性进行评价。
结果示于下表。
[试验例4]耐ATF特性
向内容量2000mL的耐压容器中投入ATF油(商品名：Auto Fluid WS、丰田汽车公司制造)、和将上述制备的绝缘电线形成为双绞线的绝缘电线，使绝缘电线浸渍在ATF中。将容器密封，在150℃下进行1000小时的热处理后，取出绝缘电线，测定绝缘击穿电压。
绝缘击穿电压通过双绞线法进行测定。即，在将两根绝缘电线捻合的状态下，对各个导体间施加正弦波50Hz的交流电压，一边连续升压一边测定发生绝缘击穿的电压(有效值)。
将投入ATF前的绝缘电线的绝缘击穿电压值设为A，将投入ATF后的绝缘电线的绝缘击穿电压值设为B，求出100×B/A(％)作为绝缘击穿电压的残存率。
结果示于下表。
【表1】
表1
Figure BDA0002716989290000121
上述表中，“四羧酸二酐”的括弧内的数值是在作为聚酰亚胺的原料使用的全部四羧酸二酐中所占的比例(摩尔％)，“二胺”的括弧内的数值是在作为聚酰亚胺的原料使用的全部来自二胺的成分中所占的比例(摩尔％)。另外，以下说明表中的简称。
·PMDA：均苯四酸酐
·BPDA：3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐
·ODPA：4,4’-氧双邻苯二甲酸酐
·ODA：二氨基苯基醚
·FDA：9,9-双(4-氨基苯基)芴
·BAPP：2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷
如上表所示，在构成绝缘被膜的聚酰亚胺不包含构成成分(a)作为来自四羧酸二酐的成分时，即便包含构成成分(b)作为来自二胺的成分，结果耐ATF特性也差(比较例1)。即便构成绝缘被膜的聚酰亚胺包含构成成分(a)作为来自四羧酸二酐的成分，在不含构成成分(b)作为来自二胺的成分的情况下，结果耐ATF特性也差(比较例2)。
与此相对，在构成绝缘被膜的聚酰亚胺包含构成成分(a)作为来自四羧酸二酐的成分，并且包含构成成分(b)作为来自二胺的成分的情况下(实施例1～5)，能够显著地提高耐ATF特性。
结合其实施方式对本发明进行了说明，但本申请人认为，只要没有特别指定，则本发明在说明的任何细节均不被限定，应当在不违反所附权利要求书所示的发明精神和范围的情况下进行宽泛的解释。
本申请要求基于2019年3月29日在日本提交专利申请的日本特愿2019-066642的优先权，将其内容以参考的形式作为本说明书记载内容的一部分引入本申请。
符号说明
1 绝缘电线
11 导体
12 绝缘被膜(单层、多层)
30 定子
31 定子铁心
32 槽
33 线圈
34 电线段
34a 开放端部

Claims (4)

1.一种绝缘电线，其为具有导体和配置于导体周围的绝缘被膜的绝缘电线，其中，
所述绝缘被膜含有聚酰亚胺树脂，在该聚酰亚胺的构成成分中，包含下述(a)作为来自四羧酸二酐的成分，包含下述(b)作为来自二胺的成分，
(a)具有来自均苯四酸酐的骨架的构成成分和/或具有来自3,3’,4,4’-联苯四羧酸二酐的骨架的构成成分；
(b)具有来自9,9-双(4-氨基苯基)芴的骨架的构成成分。
2.如权利要求1所述的绝缘电线，其中，所述(b)在构成所述聚酰亚胺的全部来自二胺的成分中所占的比例为1摩尔％～30摩尔％。
3.一种线圈，其使用了权利要求1或2所述的绝缘电线。
4.一种电气/电子设备，其具有权利要求3所述的线圈。
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