JP7147892B2

JP7147892B2 - 絶縁電線、コイル及び車両用モーター

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Publication number: JP7147892B2
Application number: JP2021028959A
Authority: JP
Inventors: 康太郎田中; 英行菊池; 祐樹本田; 秀太鍋島; 秀仁花輪; 泰弘船山
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2022-10-05
Anticipated expiration: 2036-04-01
Also published as: CN108370186A; DE112016006663T5; JP7075337B2; JPWO2017168749A1; WO2017168749A1; JP2021106152A; CN108370186B

Description

本発明は、絶縁電線、コイル及び車両用モーターに関する。

高電圧で使用されるモーター等の電気機器に用いられる絶縁電線には、部分放電（コロナ放電）開始電圧の向上が求められている（特許文献１参照）。

また、近年、車両用モーターとして、トランスミッションと一体型となり、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）で満たされた構造が用いられている。当該用途では、モーターの構成要素である絶縁電線に可とう性などの特性が求められるほか、絶縁電線の絶縁層が直接、ＡＴＦに触れる構造となるため、耐ＡＴＦ性が特に求められる（特許文献２参照）。ここで、耐ＡＴＦ性とは、絶縁電線が直接、ＡＴＦに触れても電気絶縁性能の低下が生じにくい特性を言う。

特許第５８３７３９７号公報特開２０１５－１３３２１８号公報

しかしながら、部分放電開始電圧が高く、かつ可とう性及び耐ＡＴＦ性に優れた絶縁電
線を得ることは難しく、これらの特性を充足する絶縁電線が求められている。

また、種々の新たなＡＴＦが開発されているため、ある特定のＡＴＦに対しては耐ＡＴ
Ｆ性を有していた絶縁電線であっても、別の特定のＡＴＦに対しては耐ＡＴＦ性を有さな
いという問題が生じてきている。

そこで、本発明の目的は、部分放電開始電圧が高く、かつ可とう性及び耐ＡＴＦ性に優
れた絶縁電線、当該絶縁電線からなるコイル及び当該コイルを備えた車両用モーターを提
供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、下記の絶縁電線、コイル及び車両用モーターを提供する。

［１］導体と、前記導体の外周に被覆され、前記導体の直上に被覆されたポリイミド層、及び前記ポリイミド層の外周に被覆された最外絶縁皮膜層としてのポリアミドイミド層の２層構造からなる絶縁皮膜層と、を備え、下記の条件で耐ＡＴＦ性試験を行ったときの耐電圧が１．５ｋＶより大きく、下記の条件で部分放電開始電圧の測定を行ったときの前記部分放電開始電圧の低下率が7％以下であり、下記の条件で可とう性試験を行ったときの前記絶縁皮膜層に割れが発生しない最小の曲げ径が２０％伸長で３ｍｍを超え５ｍｍ以下、３０％伸長で４ｍｍを超え８ｍｍ以下である、絶縁電線。
＜条件＞
耐ＡＴＦ性試験：１５０℃に加熱した含水量０．５ｗｔ％のＡＴＦ（合成潤滑油を１０～２０ｗｔ％含むＡＴＦ）１３００ｇ中に、絶縁電線３００ｍｍを浸漬し、５０４時間、１００８時間、１７５２時間経過時に耐圧試験（１．５ｋＶ－３分間）を行う。
部分放電開始電圧の測定：ＪＩＳＣ３００３に準拠する試験方法により、絶縁電線を背合わせにしたサンプルを作製し、前記サンプルの端部から１０ｍｍの位置まで絶縁皮膜層を削って端末処理部を形成し、前記端末処理部に電極を接続し、温度２３℃、湿度５０％の雰囲気で５０Ｈｚの電圧を印加した後、１０～３０Ｖ／ｓの割合で昇圧し、前記絶縁電線に１００ｐＣの放電が１秒間に５０回発生するときの電圧値を測定し、前記測定を３回繰返して得られた３つの電圧値の平均値を部分放電開始電圧とする。
可とう性試験：２０％又は３０％で伸長した絶縁電線を１８０度曲げたときに、絶縁皮膜層に割れが発生しない最小の曲げ径を測定する。
［２］前記ポリイミド層は、イミド基濃度が２８～３４％のポリイミドからなる前記［１］に記載の絶縁電線。
［３］前記ポリアミドイミド層は、厚さが２０μｍ以上４０μｍ以下である請求項１又は２に記載の絶縁電線。
［４］前記［１］～［３］のいずれか１つに記載の絶縁電線からなるコイル。
［５］前記［４］に記載のコイルを備えた車両用モーター。

本発明によれば、部分放電開始電圧が高く、かつ可とう性及び耐ＡＴＦ性に優れた絶縁電線、当該絶縁電線からなるコイル及び当該コイルを備えた車両用モーターを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る絶縁電線の横断面図である。

〔絶縁電線〕
図１は、本発明の実施の形態に係る絶縁電線の横断面図である。
本発明の実施の形態に係る絶縁電線１０は、導体１と、導体１の外周に被覆された、最内絶縁皮膜層としての、イミド基濃度が３６％以下のポリイミドからなるポリイミド層２と、ポリイミド層２の外周に被覆された、最外絶縁皮膜層としてのポリアミドイミド層３とを備え、ポリアミドイミド層３は、厚さ２０μｍ以上４０μｍ以下であり、絶縁皮膜層の全膜厚に対する厚さの比率が５０％以下である。以下、詳細に説明する。

（導体１）
導体１としては、絶縁電線に使用されるものであれば特に限定されることなく使用でき、例えば、銅線や銅合金線が挙げられる。これらの表面にニッケル等の金属めっきを施したものであっても良い。また、導体１は、丸線、平角線、異形状の線等の種々の形状のものが使用できるが、特に図１に示されるような平角線が好適である。

（ポリイミド層２）
ポリイミド層２は、導体１の外周に被覆された最内絶縁皮膜層、すなわち、導体１の直上に被覆された絶縁皮膜層である。

ポリイミド層２は、芳香族ジアミン成分と芳香族テトラカルボン酸二無水物を反応させて得られたポリイミド前駆体をイミド化したポリイミドであって、イミド基濃度が３６％以下のポリイミドからなる。ポリイミドのイミド基濃度は、２８～３４％であることが好ましい。なお、以下の説明において、ａ～ｂは、ａ以上ｂ以下を意味する。

イミド基濃度が３６％以下のポリイミドの具体例としては、ベンゼン環を３つ以上有する芳香族ジアミンを１種以上含有したジアミン成分と、テトラカルボン酸二無水物からなる酸を脱水反応させて製造するポリイミド前駆体をイミド化したものが挙げられる。

ベンゼン環を３つ以上有する芳香族ジアミンとしては、２，２－ビス（４－アミノフェノキシフェニル）プロパン（ＢＡＰＰ）、４，４’－ビス（４－アミノフェノキシ）ビフェニル（ＢＡＰＢ）、ビス［４－（４－アミノフェノキシ）フェニル］スルホン（ＢＡＰＳ）、１，３－ビス（４－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＴＰＥ-Ｒ）、１，４－ビス（４－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＴＰＥ-Ｑ）、１，３－ビス（３－アミノフェノキシ）ベンゼン（ＡＰＢ）、９，９－ビス（４－アミノフェニル）フルオレン（ＦＤＡ）等が挙げられる。これらは単独で使用しても２種以上を併用してもよい。なお、上記したベンゼン環を３つ以上有する芳香族ジアミンと、４，４’－ジアミノジフェニルエーテル（ＯＤＡ）とを併用してもよい。

特に、イミド基濃度が２８％から３４％のポリイミドの場合は、ＢＡＰＰ、ＢＡＰＢ、ＢＡＰＳ等のベンゼン環を４つ以上持つ芳香族ジアミンを１種以上使用することが好ましい。

本実施形態で使用するポリイミドは、重量平均分子量Ｍｗが２５０００以上であることが好ましい。

一方、テトラカルボン酸二無水物としては、ピロメリット酸二無水物（ＰＭＤＡ）、３，３’，４，４’－ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（ＢＴＤＡ）、３，３’，４，４’－ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ＢＰＤＡ）、４，４’－オキシジフタル酸二無水物（ＯＤＰＡ）等が挙げられる。これらは単独で使用しても２種以上を併用してもよい。

ポリイミド層２は、厚さ３０～８５μｍであることが好ましく、５５～８５μｍであることがより好ましく、６０～８０μｍであることがさらに好ましい。

（ポリアミドイミド層３）
ポリアミドイミド層３は、ポリイミド層２の外周に被覆された、最外絶縁皮膜層である。

ポリアミドイミド層３は、塗料の不揮発分が３１％のときの粘度が７０００～１００００ｍＰａ・ｓのポリアミドイミドからなることが好ましく、当該粘度が７０００～９０００ｍＰａ・ｓのポリアミドイミドからなることがより好ましい。

上記ポリアミドイミドは、４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）等のジイソシアネート成分と、トリメリット酸無水物（ＴＭＡ）、テレフタル酸（ＴＰＡ）、イソフタル酸（ＩＰＡ）等の酸成分とからなる。

ポリアミドイミド層３は、厚さ２０μｍ以上４０μｍ以下であり、絶縁皮膜層の全膜厚に対する厚さの比率が５０％以下である。ポリアミドイミド層の厚さは、２０～３５μｍであることが好ましく、２０～３０μｍであることがより好ましい。また、絶縁皮膜層の全膜厚に対するポリアミドイミド層の厚さの比率は、１５％以上４５％以下であることが好ましく、２０％以上４０％以下であることがより好ましい。

本実施形態で使用するポリアミドイミドは、重量平均分子量Ｍｗが５００００以上であることが好ましい。

絶縁電線１０は、上記ポリイミド層２と上記ポリアミドイミド層３の間にその他の絶縁層を備えていても良いが、上記ポリイミド層２と上記ポリアミドイミド層３の２層構造からなる絶縁皮膜層を備えた絶縁電線（エナメル線）であることが好ましい。

ポリイミド層２は、導体１上に、絶縁塗料を塗布し、焼付けることにより形成できる。
また、ポリアミドイミド層３は、ポリイミド層２上に、絶縁塗料を塗布し、焼付けることにより形成できる。所望の厚さとなるまで、塗布と焼付けを繰り返し行なう。

絶縁塗料は、有機溶剤と、有機溶剤に溶解した前述のポリイミド又はポリアミドイミドとを含む。絶縁塗料の製造は、例えば公知の二段階合成法や高温溶液重合法、イソシアネート法を用いる一段階合成法により行なうことができる。

有機溶剤としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリドン(ＮＭＰ)、クレゾール、γ－ブチロラクトン、Ｎ,Ｎ－ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルイミダゾリジノン（ＤＭＩ）、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノンが挙げられる。これらは、単独で使用しても複数種の溶剤を併用してもよく、希釈して用いてもよい。

〔コイル〕
本発明の実施の形態に係るコイルは、本発明の実施の形態に係る上記絶縁電線からなる。

本発明の実施の形態に係るコイルの用途としては、車両用モーターが好適なものとして挙げられるが、その他のモーターや発電機等にも使用できる。

〔車両用モーター〕
本発明の実施の形態に係る車両用モーターは、本発明の実施の形態に係る上記コイルを備える。

車両用モーターとしては、コイルとＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid)が直接に触れる構造のトランスミッション一体型車両用モーターが好適なものとして挙げられる。特にＡＴＦとして合成潤滑油を含むＡＴＦを使用したものが使用でき、この場合においても耐ＡＴＦ性を発揮する。例えば、合成潤滑油を１０～２０ｗｔ％含有するＡＴＦが挙げられる。

以下に、本発明を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

表１（実施例１～５、比較例１～５）に示す構成の絶縁皮膜層を備えた図１の構造（但し、比較例２、４はポリイミド層のみ）の絶縁電線（エナメル線）を製造した。導体としては、純銅からなる平角線を使用した。

ポリイミド層（下層）を構成するポリイミドとしては、イミド基濃度が３２％のポリイミド（ジアミン成分として、ＢＡＰＢとＯＤＡをＢＡＰＢ：ＯＤＡ＝２０：８０の割合（質量比）で含有し、酸成分としてＰＭＤＡとＢＰＤＡをＰＭＤＡ：ＢＰＤＡ＝７０：３０の割合（質量比）で含有するもの）を用いた。各絶縁皮膜塗料の有機溶剤としては、ＤＭＡｃを用いた。

ポリアミドイミド層（上層）を構成するポリアミドイミドとしては、塗料の不揮発分が３１％で、粘度が８０００ｍＰａ・ｓのポリアミドイミドを用いた。各絶縁皮膜塗料の有機溶剤としては、ＮＭＰを用いた。

製造した各絶縁電線（エナメル線）に対して、下記の耐ＡＴＦ性試験、部分放電開始電圧の測定及び可とう性試験を行った。結果を表１に示す。

〔耐ＡＴＦ性試験〕
１５０℃に加熱した含水量０．５ｗｔ％のＡＴＦ１３００ｇ中に、絶縁電線（エナメル線）３００ｍｍを浸漬し、５０４時間、１００８時間、１７５２時間経過時に耐圧試験（１．５ｋＶ－３分間）を行い、耐電圧１．５ｋＶ以下のサンプルは不合格とした。サンプル数はそれぞれ１０本であり、表１中の数字は１０サンプル中の不合格数である。１７５２時間経過時に不合格数が０本である場合を◎（合格）、１～２本である場合を〇（合格）、３本以上である場合を×（不合格）と評価した。なお、ＡＴＦとしては、合成潤滑油を１０～２０ｗｔ％含むものを用いた。

〔部分放電開始電圧の測定〕
ＪＩＳＣ３００３に準拠する試験方法により、絶縁電線（エナメル線）を背合わせにしたサンプルを作製した。次に、サンプルの端部から１０ｍｍの位置まで絶縁皮膜を削って端末処理部を形成した。次に、端末処理部に電極を接続し、温度２３℃、湿度５０％の雰囲気で５０Ｈｚの電圧を印加した。その後、１０～３０Ｖ／ｓの割合で昇圧し、絶縁電線に１００ｐＣの放電が１秒間に５０回発生するときの電圧値を求めた。これを３回繰返し、３つの電圧値の平均値を部分放電開始電圧とした。

実施例１～３、比較例１及び３では、絶縁皮膜層がポリイミド層（１００μｍ）のみであるとき（比較例２）の部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）に対するＰＤＩＶ低下率で評価し、実施例４では、絶縁皮膜層がポリイミド層（６０μｍ）のみであるとき（比較例４）のＰＤＩＶに対するＰＤＩＶ低下率で評価し、実施例５では、絶縁皮膜層がポリイミド層（８０μｍ）のみであるとき（比較例、表中に記載せず）のＰＤＩＶに対するＰＤＩＶ低下率で評価し、比較例５では、絶縁皮膜層がポリイミド層（７０μｍ）のみであるとき（比較例、表中に記載せず）のＰＤＩＶに対するＰＤＩＶ低下率で評価した。ＰＤＩＶ低下率が５％以内である場合を◎（合格）、５％を超え７％以内である場合を〇（合格）、７％を超える場合を×（不合格）と評価した。なお、比較例２、４では、ＰＤＩＶ低下率の評価基準であるため「－」（評価せず）とした。

〔可とう性試験〕
あらかじめ特定の割合（２０％又は３０％）で伸長した絶縁電線（エナメル線）を１８０度曲げたときに、絶縁皮膜に割れが発生しない最小の曲げ径（導体の直径）を求めた。「割れ」は目視で判定した。最小の曲げ径（直径）が、２０％伸長で３ｍｍ以下、３０％伸長で４ｍｍ以下である場合を◎（合格）、２０％伸長で３ｍｍを超え５ｍｍ以下、３０％伸長で４ｍｍを超え８ｍｍ以下である場合を〇（合格）、２０％伸長で５ｍｍを超える、３０％伸長で８ｍｍを超える場合を×（不合格）と評価した。

〔総合評価〕
耐ＡＴＦ性試験、部分放電開始電圧の測定及び可とう性試験のいずれにおいても評価が◎又は〇であるものは〇（合格）とし、いずれかの評価において×があるものは×（不合格）とした。

表１より、ポリアミドイミド層（上層）が２０μｍ以上４０μｍ以下ならば、耐ＡＴＦ性について所望の性能が得られることが分かる。

また、ポリアミドイミド層の比率が低いほどＰＤＩＶ低下率が低く（ＰＤＩＶが高く）、ポリアミドイミド層が２０μｍ以上４０μｍ以下において、ポリアミドイミド層比５０％以下で、ＰＤＩＶ低下率が７％以内であった。

また、ポリアミドイミド層が２０μｍ以上４０μｍ以下において、ポリアミドイミド層比５０％以下で、可とう性評価が合格であった。

なお、本発明は、上記実施の形態及び実施例に限定されず種々に変形実施が可能である。

１０：絶縁電線（エナメル線）、１：導体、２：ポリイミド層、３：ポリアミドイミド層

Claims

導体と、
前記導体の外周に被覆され、前記導体の直上に被覆されたポリイミド層、及び前記ポリイミド層の外周に被覆された最外絶縁皮膜層としてのポリアミドイミド層の２層構造からなる絶縁皮膜層と、を備え、
前記ポリイミド層のイミド基濃度が３２％であり、前記ポリアミドイミド層の厚さが２０μｍ以上４０μｍ以下であり、前記絶縁皮膜層の厚さに対する前記ポリアミドイミド層の厚さの比率が５０％以下である場合に、
下記の条件で耐ＡＴＦ性試験を行ったときの耐電圧が１．５ｋＶより大きく、
下記の条件で部分放電開始電圧の測定を行ったときの前記部分放電開始電圧の低下率が７％以下であり、
下記の条件で可とう性試験を行ったときの前記絶縁皮膜層に割れが発生しない最小の曲げ径が２０％伸長で３ｍｍを超え５ｍｍ以下、３０％伸長で４ｍｍを超え８ｍｍ以下である、絶縁電線。
＜条件＞
耐ＡＴＦ性試験：１５０℃に加熱した含水量０．５ｗｔ％のＡＴＦ（合成潤滑油を１０～２０ｗｔ％含むＡＴＦ）１３００ｇ中に、絶縁電線３００ｍｍを浸漬し、５０４時間、１００８時間、１７５２時間経過時に耐圧試験（１．５ｋＶ－３分間）を行う。
部分放電開始電圧の測定：ＪＩＳＣ３００３に準拠する試験方法により、絶縁電線を背合わせにしたサンプルを作製し、前記サンプルの端部から１０ｍｍの位置まで絶縁皮膜層を削って端末処理部を形成し、前記端末処理部に電極を接続し、温度２３℃、湿度５０％の雰囲気で５０Ｈｚの電圧を印加した後、１０～３０Ｖ／ｓの割合で昇圧し、前記絶縁電線に１００ｐＣの放電が１秒間に５０回発生するときの電圧値を測定し、前記測定を３回繰返して得られた３つの電圧値の平均値を部分放電開始電圧とする。
可とう性試験：２０％又は３０％で伸長した絶縁電線を１８０度曲げたときに、絶縁皮膜層に割れが発生しない最小の曲げ径を測定する。
請求項１に記載の絶縁電線からなるコイル。
請求項２に記載のコイルを備えた車両用モーター。