JP2016029612A

JP2016029612A - 巻線用絶縁被膜

Info

Publication number: JP2016029612A
Application number: JP2014151575A
Authority: JP
Inventors: 敬史酒井; Keiji Sakai
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-07-25
Filing date: 2014-07-25
Publication date: 2016-03-03

Abstract

【課題】高絶縁性及び高耐熱性の両立を図ることができる巻線用絶縁被膜を提供する。
【解決手段】巻線用絶縁被膜１０は、絶縁樹脂１６に無機材料１８が配合されて構成されている。無機材料１８は、誘電率が３．０以下のＳｉＯＣ粒子２０であり、配合率が９ｖｏｌ％以下である。絶縁樹脂１６は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイドから選ばれた、いずれか１つ以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、導体線の周囲に形成される巻線用絶縁被膜に関し、例えばモータ用マグネットワイヤや変圧器のコイル用電線等に使用して好適な巻線用絶縁被膜に関する。

近時、モータ用マグネットワイヤの高機能化が進んでいる。このようなマグネットワイヤは、導体線の周囲に巻線用絶縁被膜を形成して構成される。

従来の巻線用絶縁被膜は、例えば特許文献１に記載の絶縁被膜がある。この絶縁被膜は、例えば平均粒径が０．５〜１０μｍの球状シリカを２５〜３２ｖｏｌ％、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）を６８〜７５体積％からなる材料を配合して構成される。

特開２０１４−２９７７９号公報

しかしながら、モータ用マグネットワイヤの高機能化は、そのほとんどが、「高耐熱性」又は「高絶縁性」のどちらかである。前者を重視すると、巻線用絶縁被膜が厚くなり、モータのサイズが大きくなるという問題が生じ、後者を重視すると、巻線用絶縁被膜の耐熱温度が低くなる。

従来の巻線用絶縁被膜は、特許文献１にも示すように、絶縁樹脂にシリカやアルミナ等の無機材料を配合する手法を採用しているが、配合する無機材料の誘電率の高さから絶縁性の向上に限界があった。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、高絶縁性及び高耐熱性の両立を図ることができる巻線用絶縁被膜を提供することを目的とする。

［１］本発明に係る巻線用絶縁被膜は、絶縁樹脂に無機材料が配合された巻線用絶縁被膜であって、前記無機材料は、誘電率が３．０以下のＳｉＯＣ粒子であり、配合率が９ｖｏｌ％以下であることを特徴とする。この明細書において、「誘電率」は、真空の誘電率との比を示す「比誘電率」を示す。

絶縁樹脂に配合される無機材料として、誘電率が３．０以下の低誘電率のＳｉＯＣ粒子としたので、巻線用絶縁被膜の複合誘電率を３．２以下とすることができ、高絶縁性及び高耐熱性の両立を図ることができる。すなわち、絶縁性は、上述したように、複合誘電率３．２以下とすることができ、耐熱性は、３００℃以上の耐熱温度を実現することができる。

［２］本発明において、前記ＳｉＯＣ粒子の粒径は、前記絶縁樹脂に配合した９６％以上が３０ｎｍ以下であってもよい。この場合、温度依存による特性劣化を抑制することができる。

［３］本発明において、前記ＳｉＯＣ粒子は、前記９６％以上の粒径が１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下であってもよい。粒径がばらついたとしても、絶縁樹脂に含まれるＳｉＯＣ粒子のほとんど、すなわち、９９．７％以上の粒径を３０ｎｍ以下にすることができる。

［４］本発明において、前記ＳｉＯＣ粒子の配合率が１ｖｏｌ％以上９ｖｏｌ％以下であってもよい。この場合、絶縁性の劣化並びに耐熱性の劣化を抑制することができる。

［５］本発明において、前記ＳｉＯＣ粒子の配合率が１ｖｏｌ％以上６ｖｏｌ％以下であってもよい。この場合、絶縁性の劣化並びに耐熱性の劣化を抑制することができる。さらに、導体線に巻線用絶縁被膜が形成された例えばモータ用マグネットワイヤのモータへの巻き付け加工を良好にすることができる。

［６］本発明において、前記ＳｉＯＣ粒子の粒径と前記ＳｉＯＣ粒子の配合率は、前記粒径と前記配合率との関係において、単位体積当たりのＳｉＯＣ粒子の総表面積が１８００ｍｍ²／ｍｍ³のラインと、前記総表面積が３６００ｍｍ²／ｍｍ³のラインと、前記粒径が３０ｎｍのラインと、前記粒径が５ｎｍのラインとで囲まれた領域の粒径と配合率が使用されていてもよい。これにより、絶縁性の劣化、耐熱性の劣化及び温度依存による特性劣化を抑制することができる。

［７］本発明において、前記ＳｉＯＣ粒子の粒径と前記ＳｉＯＣ粒子の配合率は、前記粒径と前記配合率との関係において、以下のＡ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点で囲まれた領域の粒径と配合率を有してもよい。これにより、絶縁性の劣化、耐熱性の劣化及び温度依存による特性劣化を抑制することができる。
Ａ点：（粒径，配合率）＝（３０ｎｍ，９ｖｏｌ％）
Ｂ点：（粒径，配合率）＝（３０ｎｍ，１．８ｖｏｌ％）
Ｃ点：（粒径，配合率）＝（５ｎｍ，０．４ｖｏｌ％）
Ｄ点：（粒径，配合率）＝（５ｎｍ，１．８ｖｏｌ％）

［８］本発明において、前記絶縁樹脂は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイドから選ばれた、いずれか１つ以上であってもよい。これらの材料は、ＳｉＯＣ粒子と組み合わせることで、巻線用絶縁被膜の複合誘電率を、絶縁樹脂の誘電率以下を維持し、しかも、耐熱性を向上することができる。

上述のように、本発明に係る巻線用絶縁被膜によれば、高絶縁性及び高耐熱性の両立を図ることができる。

本実施の形態に係る巻線用絶縁被膜が形成されたモータ用マグネットワイヤを示す断面図である。第１実験例の参考例１〜３について、シリカ粒子の配合率に対する複合誘電率（絶縁被膜の誘電率）の変化を示すグラフである。図２に示す特性を、絶縁被膜の単位体積当たりに含まれるシリカ粒子の総表面積に対する複合誘電率の変化に変換した特性を示すグラフである。第２実験例の実施例、比較例１及び２について、ＰＤＩＶ（部分放電開始電圧）の測定温度に対するＰＤＩＶのピーク電圧値と複合誘電率の変化を示すグラフである。ＳｉＯＣ粒子の粒径と配合率の好ましい範囲を示す領域図である。

以下、本発明に係る巻線用絶縁被膜の実施の形態例を図１〜図５を参照しながら説明する。

本実施の形態に係る巻線用絶縁被膜（以下、絶縁被膜１０と記す）は、図１に示すように、銅等の導体線１２の周囲に形成される。導体線１２の周囲に絶縁被膜１０が形成されることで、例えばモータ用マグネットワイヤ１４が構成される。

この絶縁被膜１０は、絶縁樹脂１６に無機材料１８が配合されて構成されている。無機材料１８は、誘電率が３．０以下のＳｉＯＣ粒子２０であり、配合率が９ｖｏｌ％以下である。

絶縁樹脂１６は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイドから選ばれた、いずれか１つ以上である。これらの材料は、ＳｉＯＣ粒子２０と組み合わせることで、絶縁被膜１０の複合誘電率を、絶縁樹脂１６の誘電率以下を維持し、しかも、耐熱性を向上することができる。

なお、図１では、本発明を説明するために、導体線１２の直径、絶縁樹脂１６の厚み、ＳｉＯＣ粒子２０のサイズ、ＳｉＯＣ粒子２０の個数を誇張して示している。

［第１実験例］
本実施の形態に係る絶縁被膜１０の特性を説明する前に、複合誘電率が何と相関を有するかを、シリカ粒子で確認した第１実験例を簡単に説明する。

この第１実験例では、参考例１〜３を用いた。参考例１〜３は、絶縁樹脂１６（ポリイミド）にシリカ（ＳｉＯ₂）粒子を配合して構成されている。ポリイミドの誘電率は３．２、シリカの誘電率は３．９である。そして、参考例１は、平均粒径が１０ｎｍのシリカ粒子を用い、参考例２は、平均粒径が５０ｎｍのシリカ粒子を用い、参考例３は、平均粒径が１００ｎｍのシリカ粒子を用いた。

そして、参考例１〜３において、シリカ粒子の配合率を変化させた場合の複合誘電率（絶縁被膜の誘電率）を確認した。その結果を図２に示す。また、図３に、図２に示す特性を、絶縁被膜の単位体積当たりに含まれるシリカ粒子の総表面積に対する複合誘電率の変化に変換した特性を示す。

図３から、複合誘電率は、配合するシリカ粒子の単位体積当たりの総表面積に相関があることがわかる。つまり、複合誘電率は、配合する無機材料の誘電率に依存する。より詳しくは、配合する無機材料の誘電率が絶縁樹脂の誘電率よりも高い場合、複合誘電率の最大値は、無機材料の誘電率と同じになる。この実験例では、複合誘電率の最大値は、シリカ粒子の誘電率３．９となる。

この第１実験例からわかるように、複合誘電率を低下させて高絶縁性を図るには、絶縁樹脂１６に配合する無機材料１８として、低誘電率の無機材料を用いることが重要であることがわかる。

そこで、本実施の形態では、絶縁樹脂１６に配合する無機材料１８として、誘電率が３．０以下のＳｉＯＣ粒子２０を用いた。さらに、ＳｉＯＣ粒子２０の配合率を９ｖｏｌ％以下とした。これにより、絶縁被膜１０の複合誘電率を３．２以下とすることができ、絶縁被膜１０の高絶縁性及び高耐熱性の両立を図ることができる。

［第２実験例］
ここで、実施例、比較例１及び２について、耐熱性と絶縁性を確認した第２実験例について説明する。

この第２実験例では、実施例、比較例１及び２に対して、温度２５℃、２００℃、２３０℃、２６０℃でのＰＤＩＶ（部分放電開始電圧）を測定した。このＰＤＩＶ測定は、各温度を１時間維持した後、常温（２５℃）下で行った。

（実施例）
絶縁樹脂１６としてポリイミドを用い、無機材料１８としてＳｉＯＣ粒子２０を用いた。ＳｉＯＣ粒子２０の粒径は、配合したＳｉＯＣ粒子２０の９６％以上が３０ｎｍ以下であった。この粒度分布はコールターカウンタを用いて測定した。また、粒径のばらつきは、得られた粒度分布の標準偏差をσとしたとき、中心粒径（極大値の粒径）に対し、３σ片側が１０μｍ以下である。

（比較例１）
絶縁樹脂１６としてポリイミドを用い、無機材料１８としてＳｉＯ₂粒子を用いた。ＳｉＯ₂粒子の粒径は、配合したＳｉＯ₂粒子の９６％以上が１０ｎｍ以下であった。

（比較例２）
絶縁樹脂１６としてポリイミドを用い、無機材料１８は配合しなかった。

＜測定結果＞
ＰＤＩＶ測定の結果を図４に示す。図４では、左側の縦軸にＰＤＩＶのピーク電圧値を示し、右側の縦軸に複合誘電率を示した。図４から、シリカ粒子を用いた比較例１では、実線Ｌａに示すように、温度２５℃〜２６０℃にわたって、ピーク電圧値がほぼ一定であり、耐熱性があることがわかる。しかし、全体的にピーク電圧値が８６０Ｖ未満と低く、絶縁性が低い。

絶縁樹脂１６のみの比較例２は、実線Ｌｂに示すように、温度２５℃〜２３０℃にわたって、高いピーク電圧値を示したが、温度２６０℃では、ピーク電圧値が急激に低下し、耐熱性が低いことがわかる。

これに対して、ＳｉＯＣ粒子２０を用いた実施例は、実線Ｌｃに示すように、温度２５℃〜２６０℃にわたって、ピーク電圧値が８９０Ｖを超え、且つ、ほぼ一定であり、高絶縁性と高耐熱性が両立していることがわかる。

そして、ＳｉＯＣ粒子２０の粒径と配合率の好ましい範囲を確認したところ、図５に示す結果となった。

すなわち、好ましい範囲は、単位体積当たりのＳｉＯＣ粒子２０の総表面積が１８００ｍｍ²／ｍｍ³のラインＬ１と、総表面積が３６００ｍｍ²／ｍｍ³のラインＬ２と、粒径が３０ｎｍのラインＬ３と、粒径が５ｎｍのラインＬ４とで囲まれた領域Ｚａの粒径と配合率である。

換言すれば、ＳｉＯＣ粒子２０の粒径と配合率の好ましい範囲は、以下のＡ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点で囲まれた領域Ｚａの粒径と配合率である。
Ａ点：（粒径，配合率）＝（３０ｎｍ，９ｖｏｌ％）
Ｂ点：（粒径，配合率）＝（３０ｎｍ，１．８ｖｏｌ％）
Ｃ点：（粒径，配合率）＝（５ｎｍ，０．４ｖｏｌ％）
Ｄ点：（粒径，配合率）＝（５ｎｍ，１．８ｖｏｌ％）

特に、モータへの巻き付け加工を考慮すると、配合率としては、６ｖｏｌ％以下が好ましい。これにより、導体線１２に絶縁被膜１０が形成された例えばモータ用マグネットワイヤ１４のモータへの巻き付け加工を良好にすることができる。また、配合したＳｉＯＣ粒子２０の９６％以上の粒径は１０ｎｍ以上２５μｍ以下であることが好ましい。粒径がばらついたとしても、絶縁樹脂１６に含まれるＳｉＯＣ粒子２０のほとんど、すなわち、９９．７％以上の粒径を５ｎｍ以上３０ｎｍ以下にすることができる。

図５において、ラインＬ１より上の領域Ｚｂは、絶縁性劣化エリアを示し、ラインＬ２より下の領域Ｚｃは、耐熱特性不安定エリアを示し、ラインＬ３より右側の領域Ｚｄは、特性の温度依存性が大きくなるエリア（温度依存による特性劣化エリア）を示す。従って、ＳｉＯＣ粒子２０の粒径及び配合率を、上述した好ましい範囲を示す領域Ｚａに設定することで、絶縁性の劣化、耐熱性の劣化及び温度依存による特性劣化を抑制することができる。

［実施の形態のまとめ］
以上説明したように、上述した実施の形態は、絶縁樹脂１６に無機材料１８が配合された巻線用絶縁被膜であって、無機材料１８は、誘電率が３．０以下のＳｉＯＣ粒子２０であり、配合率が９ｖｏｌ％以下であることを特徴とする。これにより、巻線用絶縁被膜の複合誘電率を３．２以下とすることができ、高絶縁性及び高耐熱性の両立を図ることができる。すなわち、絶縁性は、上述したように、複合誘電率３．２以下とすることができ、耐熱性は、３００℃以上の耐熱温度を実現することができる。

本実施の形態において、ＳｉＯＣ粒子２０の粒径は、絶縁樹脂１６に配合した９６％以上が３０ｎｍ以下であってもよく、２０ｎｍ以下であってもよい。ＳｉＯＣ粒子２０の配合率は１ｖｏｌ％以上９ｖｏｌ％以下であってもよい。好ましくは、１ｖｏｌ％以上６ｖｏｌ％以下である。

本実施の形態において、ＳｉＯＣ粒子２０の粒径とＳｉＯＣ粒子２０の配合率は、粒径と配合率との関係において、単位体積当たりのＳｉＯＣ粒子２０の総表面積が１８００ｍｍ²／ｍｍ³のラインＬ１と、総表面積が３６００ｍｍ²／ｍｍ³のラインＬ２と、粒径が３０ｎｍのラインＬ３と、粒径が５ｎｍのラインＬ４とで囲まれた領域Ｚａの粒径と配合率であることが好ましい。

本実施の形態において、ＳｉＯＣ粒子２０の粒径とＳｉＯＣ粒子２０の配合率は、粒径と配合率との関係において、以下のＡ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点で囲まれた領域Ｚａの粒径と配合率であることが好ましい。
Ａ点：（粒径，配合率）＝（３０ｎｍ，９ｖｏｌ％）
Ｂ点：（粒径，配合率）＝（３０ｎｍ，１．８ｖｏｌ％）
Ｃ点：（粒径，配合率）＝（５ｎｍ，０．４ｖｏｌ％）
Ｄ点：（粒径，配合率）＝（５ｎｍ，１．８ｖｏｌ％）

本実施の形態において、絶縁樹脂１６は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイドから選ばれた、いずれか１つ以上であってもよい。

なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…絶縁被膜１２…導体線
１４…モータ用マグネットワイヤ１６…絶縁樹脂
１８…無機材料２０…ＳｉＯＣ粒子

Claims

絶縁樹脂に無機材料が配合された巻線用絶縁被膜であって、
前記無機材料は、誘電率が３．０以下のＳｉＯＣ粒子であり、配合率が９ｖｏｌ％以下であることを特徴とする巻線用絶縁被膜。
請求項１記載の巻線用絶縁被膜において、
前記ＳｉＯＣ粒子の粒径は、前記絶縁樹脂に配合した９６％以上が３０ｎｍ以下であることを特徴とする巻線用絶縁被膜。
請求項１記載の巻線用絶縁被膜において、
前記ＳｉＯＣ粒子は、前記９６％以上の粒径が１０ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることを特徴とする巻線用絶縁被膜。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の巻線用絶縁被膜において、
前記ＳｉＯＣ粒子の配合率が１ｖｏｌ％以上９ｖｏｌ％以下であることを特徴とする巻線用絶縁被膜。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の巻線用絶縁被膜において、
前記ＳｉＯＣ粒子の配合率が１ｖｏｌ％以上６ｖｏｌ％以下であることを特徴とする巻線用絶縁被膜。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の巻線用絶縁被膜において、
前記ＳｉＯＣ粒子の粒径と前記ＳｉＯＣ粒子の配合率は、前記粒径と前記配合率との関係において、単位体積当たりのＳｉＯＣ粒子の総表面積が１８００ｍｍ²／ｍｍ³のラインと、前記総表面積が３６００ｍｍ²／ｍｍ³のラインと、前記粒径が３０ｎｍのラインと、前記粒径が５ｎｍのラインとで囲まれた領域の粒径と配合率が使用されていることを特徴とする巻線用絶縁被膜。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の巻線用絶縁被膜において、
前記ＳｉＯＣ粒子の粒径と前記ＳｉＯＣ粒子の配合率は、前記粒径と前記配合率との関係において、以下のＡ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点で囲まれた領域の粒径と配合率を有することを特徴とする巻線用絶縁被膜。
Ａ点：（粒径，配合率）＝（３０ｎｍ，９ｖｏｌ％）
Ｂ点：（粒径，配合率）＝（３０ｎｍ，１．８ｖｏｌ％）
Ｃ点：（粒径，配合率）＝（５ｎｍ，０．４ｖｏｌ％）
Ｄ点：（粒径，配合率）＝（５ｎｍ，１．８ｖｏｌ％）
請求項１〜７のいずれか１項に記載の巻線用絶縁被膜において、
前記絶縁樹脂は、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイドから選ばれた、いずれか１つ以上であることを特徴とする巻線用絶縁被膜。