KR20210018241A - 코로나 저항성 폴리이미드 절연체를 갖는 자석 와이어 - Google Patents

코로나 저항성 폴리이미드 절연체를 갖는 자석 와이어 Download PDF

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Abstract

코로나 저항성 폴리이미드 절연체를 갖는 자석 와이어가 설명된다. 자석 와이어는 도체를 포함할 수 있고, 중합체 에나멜 절연체의 적어도 하나의 층이 도체 주위에 형성될 수 있다. 중합체 에나멜 절연체는 폴리이미드에 분산된 충전제를 포함할 수 있다. 충전제는 20 중량% 내지 80 중량%의 실리카 산화물 및 20 중량% 내지 80 중량%의 티타늄 산화물을 포함할 수 있다.

Description

코로나 저항성 폴리이미드 절연체를 갖는 자석 와이어
[0001] 본 출원은, 2018년 5월 7일에 출원되고 발명의 명칭이 "Corona Resistant Polyimide Magnet Wire Insulation"인 미국 가출원 제62/667,649호를 우선권으로 주장하고, 상기 가출원의 내용은 그 전체가 인용에 의해 본원에 통합된다.
[0002] 본 개시의 실시예들은 일반적으로 자석 와이어에 관한 것이고, 더 상세하게는, 모터 권선들의 수명을 개선하도록 설계된 코로나(corona) 저항성 폴리이미드로부터 형성된 절연체를 포함하는 자석 와이어에 관한 것이다.
[0003] 권선 와이어 또는 자기 권선 와이어로 또한 지칭되는 자석 와이어는 광범위한 전기 기계들 및 디바이스들, 이를테면, 인버터 드라이브 모터들, 모터 스타터 발전기들, 변압기들 등에서 활용된다. 자석 와이어는 통상적으로 중심 도체 주위에 형성된 중합체 에나멜 절연체를 포함한다. 에나멜 절연체는, 자석 와이어 상에 바니시(varnish)를 도포하고 용매를 제거하기 위해 바니시를 오븐에서 경화시키고, 그에 따라 얇은 에나멜 층을 형성함으로써 형성된다. 이러한 공정은 원하는 에나멜 빌드 또는 두께가 달성될 때까지 반복된다. 에나멜 층들을 형성하기 위해 활용되는 중합체 재료들은 특정한 최대 동작 온도들 하에서 사용하도록 의도된다. 추가적으로, 전기 디바이스들은 와이어 절연체를 파괴하거나 저하시킬 수 있는 비교적 높은 전압 조건들을 겪을 수 있다. 예를 들어, 인버터는 특정 유형들의 모터들에 입력되는 가변 주파수들을 발생시킬 수 있고, 가변 주파수들은 조기 모터 권선 고장들을 초래하는 가파른 파형들을 나타낼 수 있다.
[0004] 와이어 절연체의 저하의 결과로서 조기 고장들을 감소시키기 위한 시도들이 이루어졌다. 이러한 시도들은 전기 기계들 및 디바이스들의 취급 및 제조 동안 와이어 및 절연체에 대한 손상을 최소화하는 것, 및 적절한 경우 더 짧은 리드(lead) 길이들을 사용하는 것을 포함하였다. 추가로, 인버터 드라이브와 모터 사이의 리액터(reactor) 코일 또는 필터는, 인버터 드라이브/모터 조합에 의해 발생된 전압 스파이크들 및 고주파수들을 감소시킴으로써 권선들의 수명을 연장시킬 수 있다. 그러나, 이러한 코일들은 비싸고 시스템의 전체 비용에 추가된다. 절연체의 양을 증가시키는 것은 전기 디바이스에서 권선들의 수명을 개선할 수 있지만, 이러한 옵션은 비쌀 뿐만 아니라 디바이스 내의 구리에 대한 공간의 양을 감소시키며, 그에 따라 덜 효율적인 모터를 생성한다. 추가적으로, 특정 수의 에나멜 층들에 도달되면 층간 박리가 발생할 수 있다. 따라서, 더 긴 시간 기간들 동안 전기 디바이스 내에 존재하는 더 높은 온도들 및/또는 전압들을 견디도록 설계된 절연체를 갖는 개선된 자석 와이어에 대한 기회가 존재한다.
[0005] 첨부된 도면들을 참조하여 상세한 설명이 기술된다. 도면들에서, 참조 부호의 최좌측 숫자(들)는 참조 부호가 먼저 나타난 도면을 식별한다. 상이한 도면들에서 동일한 참조 부호들의 사용은 유사하거나 동일한 항목들을 표시하지만; 다양한 실시예들은 도면들에 예시된 것들 이외의 요소들 및/또는 구성요소들을 활용할 수 있다. 추가적으로, 도면들은 본원에 설명된 예시적인 실시예들을 예시하기 위해 제공되며 본 개시의 범위를 제한하려는 의도가 아니다.
[0006] 도 1a 내지 도 2b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따라 형성될 수 있는 예시적인 자석 와이어 구성들의 단면도들을 예시한다.
[0007] 본 개시의 특정 실시예들은 폴리이미드 절연체를 갖는 종래의 자석 와이어에 비해 개선된 코로나 저항 및/또는 열 수명 향상을 갖는 폴리이미드("PI") 절연체를 포함하는 자석 와이어에 관한 것이다. 본 개시의 다른 실시예들은 개선된 코로나 저항 및/또는 열 수명 향상을 갖는 PI 절연체를 포함하는 자석 와이어를 제조하는 방법들에 관한 것이다. 본 개시의 일 양상에 따르면, 충전제 재료는 PI 중합체 또는 수지에 첨가될 수 있다. 추가적으로, 충전제 재료는 적어도 티타늄 산화물(TiO2)과 실리카 산화물(SiO2)의 블렌드(blend)를 포함할 수 있다. 블렌드는 크롬 산화물(CrO2)과 같이, 원하는대로 다른 적절한 재료들을 추가적으로 포함할 수 있다. 충전제의 첨가는 자석 와이어 상에 충전된 PI로부터 형성된 에나멜 층의 코로나 저항 및/또는 열 수명을 개선할 수 있다. 그 결과, 자석 와이어 및/또는 자석 와이어를 통합하는 전기 디바이스(예를 들어, 모터 등)의 수명은 부분적 방전 및/또는 다른 불리한 조건들 하에서 증가 또는 연장될 수 있다. 충전제의 첨가는 또한 자석 와이어의 열 전도도를 개선할 수 있다. 특히, 충전제는 도체로부터의 향상된 열 분산을 촉진할 수 있다.
[0008] 충전제 재료는 임의의 적절한 비로 PI에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 충전된 PI 에나멜 절연체 층 내의 충전제의 총량은 대략 10 중량%(10%) 내지 대략 25 중량%(25%)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 충전제의 총량은 대략 15 중량%(15%) 내지 대략 20 중량%(20%)일 수 있다. 다른 다양한 실시예들에서, 충전제의 총량은 대략 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17.5, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 중량%, 상기 값들 중 임의의 2개 사이의 범위에 포함된 양, 또는 상기 값들 중 하나에 의해 최소값 또는 최대값으로 한정되는 범위에 포함된 양일 수 있다.
[0009] 추가로, 광범위한 블렌딩 또는 혼합비들이 충전제에 통합된 다양한 성분들에 대해 활용될 수 있다. 예를 들어, 티타늄 산화물 및 실리카 산화물은 광범위한 적절한 중량비들로 블렌딩될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 충전제는 대략 20 중량%(20%) 내지 대략 80 중량%(80%)의 실리카 산화물 및 대략 20 중량%(20%) 내지 대략 80 중량%(80%)의 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전제는 20 내지 40 중량%의 실리카 산화물 및 60 내지 80 중량%의 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 광범위한 다른 적절한 블렌딩 비들이 원하는대로 활용될 수 있다.
[0010] 본 개시의 실시예들은, 본 개시의 특정 실시예들이 도시된 첨부된 도면들을 참조하여 이하 더 완전히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있으며 본원에 기술된 실시예들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안되며; 오히려, 이러한 실시예들은 본 개시가 철저하고 완전하도록 그리고 본 발명의 범위를 당업자들에게 완전히 전달하도록 제공된다. 동일한 숫자들은 전반적으로 동일한 요소들을 나타낸다.
[0011] 이제 도면들을 참조하면, 도 1a는 에나멜 절연체로 코팅된 도체(110)를 포함할 수 있는 예시적인 둥근 자석 와이어(100)의 횡단면도를 도시한다. 임의의 적절한 수의 에나멜 층들이 원하는대로 활용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 베이스 코트(120) 및 톱코트(130)와 같은 복수의 에나멜 절연체 층들이 도체(110) 주위에 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 단일 에나멜 절연체 층이 활용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 2개 초과의 에나멜 절연체 층들이 활용될 수 있다. 추가로, 에나멜 층들 중 하나 이상은 적절한 무기 충전제를 포함할 수 있고, 충전제는 실리카 산화물 및 티타늄 산화물의 조합을 포함할 수 있다.
[0012] 유사하게, 도 1b는 에나멜 절연체로 코팅된 도체(160)를 포함할 수 있는 예시적인 직사각형 자석 와이어(150)의 횡단면도를 도시한다. 임의의 적절한 수의 에나멜 층들이 원하는대로 활용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 베이스 코트(170) 및 톱코트(180)와 같은 복수의 에나멜 절연체 층들이 도체(160) 주위에 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 단일 에나멜 절연체 층이 활용될 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 2개 초과의 에나멜 절연체 층들이 활용될 수 있다. 추가로, 에나멜 층들 중 하나 이상은 적절한 무기 충전제를 포함할 수 있고, 충전제는 실리카 산화물 및 티타늄 산화물의 조합을 포함할 수 있다. 도 1a의 둥근 와이어(100)가 아래에서 더 상세히 설명되지만; 도 1b의 직사각형 와이어(150)의 다양한 구성요소들은 도 1a의 둥근 와이어(100)에 대해 설명된 것들과 유사할 수 있음이 인식될 것이다.
[0013] 도체(110)는 광범위한 적절한 재료들 또는 재료들의 조합들로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 도체(110)는 구리, 알루미늄, 어닐링된 구리, 무산소 구리, 은 도금된 구리, 니켈 도금된 구리, 구리 클래드(clad) 알루미늄("CCA"), 은, 금, 전도성 합금, 바이메탈(bimetal) 또는 임의의 다른 적절한 전기 전도성 재료로부터 형성될 수 있다. 추가적으로, 도체(110)는 예시된 원형 또는 둥근 단면 형상과 같은 임의의 적절한 단면 형상으로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 도체(110)는 직사각형(도 1b에 도시된 바와 같음), 정사각형, 타원형, 계란형 또는 임의의 다른 적절한 단면 형상을 가질 수 있다. 직사각형 형상과 같은 특정 단면 형상들에 대해 원하는대로, 도체는 둥근, 날카로운, 매끄러운, 만곡된, 각진, 절두형 또는 달리 형성된 코너들을 가질 수 있다. 도체(110)는 또한 임의의 적절한 게이지, 직경, 높이, 폭, 단면적 등과 같은 임의의 적절한 치수들로 형성될 수 있다.
[0014] 예시된 베이스 코트(120) 및 톱코트(130)와 같은 임의의 수의 에나멜 층들이 도체(110) 주위에 형성될 수 있다. 에나멜 층은 전형적으로 도체(110)에 중합체 바니시를 도포하고, 그 다음 도체(110)를 적절한 에나멜링(enameling) 오븐 또는 노(furnace)에서 베이킹(baking)함으로써 형성된다. 중합체 바니시는 전형적으로 하나 이상의 용매에 현탁된 열경화성 중합체 재료 또는 수지를 포함한다. 열경화성 또는 열경화성 중합체(thermosetting or thermoset polymer)는 연질 고체 또는 점성 액체(예를 들어, 분말 등)로부터 불용성 또는 가교(cross-linked) 수지로 비가역적으로 경화될 수 있는 재료이다. 용융 공정이 중합체를 파괴하거나 저하시킬 것이기 때문에 열경화성 중합체들은 전형적으로 압출을 통한 도포를 위해 용융될 수 없다. 따라서, 열경화성 중합체들은 용매에 현탁되어, 도포 및 경화되어 에나멜 필름 층들을 형성할 수 있는 바니시를 형성한다. 바니시의 도포 이후, 베이킹 또는 다른 적절한 경화의 결과로 용매가 제거되고, 그에 따라 고체 중합체 에나멜 층이 남는다. 원하는대로, 원하는 에나멜 두께 또는 빌드(예를 들어, 도체 및 임의의 하부 층들의 두께를 공제함으로써 획득되는 에나멜의 두께)를 달성하기 위해 복수의 에나멜 층들이 도체(110)에 도포될 수 있다. 각각의 에나멜 층은 유사한 공정을 활용하여 형성될 수 있다. 즉, 제1 에나멜 층은 예를 들어 적절한 바니시를 도포하고 도체를 에나멜 오븐을 통과시킴으로써 형성될 수 있다. 제2 에나멜 층은 적절한 바니시를 도포하고 도체를 동일한 에나멜 오븐 또는 상이한 에나멜 오븐을 통과시킴으로써 후속적으로 형성될 수 있다. 실제로, 에나멜 오븐은 오븐을 통해 와이어의 멀티 패스들을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서 요구되는 바와 같이, 다른 경화 디바이스들이 하나 이상의 에나멜 오븐들에 추가로 또는 대안으로서 활용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 적절한 적외선 광, 자외선 광, 전자 빔 및/또는 다른 경화 시스템들이 활용될 수 있다.
[0015] 원하는대로, 베이스 코트(120) 및 톱코트(130)와 같은 각각의 에나멜 층이 임의의 적절한 수의 서브층들과 함께 형성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 코트(120)는 단일 에나멜 층 또는 대안적으로, 원하는 빌드 또는 두께가 달성될 때까지 형성되는 복수의 에나멜 층들 또는 서브층들을 포함할 수 있다. 유사하게, 톱코트(130)는 하나의 또는 복수의 서브층들을 포함할 수 있다. 각각의 에나멜 층 및/또는 전체 에나멜 빌드는 임의의 원하는 두께, 예를 들어, 대략 0.0002, 0.0005, 0.007, 0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005, 0.006, 0.007, 0.008, 0.009, 0.010, 0.012, 0.015, 0.017, 또는 0.020 인치의 두께, 전술된 값들 중 임의의 2개 사이의 범위에 포함된 두께, 및/또는 전술된 값들 중 하나에 의해 최소값 또는 최대값으로 한정되는 범위에 포함된 두께를 가질 수 있다.
[0016] 에나멜 층을 형성하기 위해 원하는대로 광범위한 상이한 유형들의 중합체 재료들이 활용될 수 있다. 적절한 열경화성 재료들의 예들은, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리술폰, 폴리페닐렌술폰, 폴리설파이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 폴리케톤 등을 포함한다(그러나, 이제 한정되지 않음). 본 개시의 일 양상에 따르면, 적어도 하나의 에나멜 층은 폴리이미드("PI")를 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 복수의 폴리이미드 층들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 코트(120) 및 톱코트(130) 둘 모두는 PI 층들로서 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 PI 층들은 다른 유형들의 재료로부터 형성된 에나멜 층들과 조합될 수 있다. 예를 들어, 베이스 코트(120)는 PI로부터 형성될 수 있는 한편, 톱코트(130)는 다른 중합체 재료 또는 중합체 재료들의 블렌드를 포함한다. 추가적으로, 본 개시의 양상에 따르면 그리고 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 하나 이상의 PI 층들은 적절한 충전제를 포함할 수 있다.
[0017] 특정 실시예들에서, 베이스 코트(120)는 충전된 PI의 하나 이상의 층들을 포함할 수 있고, 폴리아미드이미드("PAI")를 포함하는 톱코트(130)가 베이스 코트(120) 위에 형성될 수 있다. 원하는대로, PI 베이스 코트(120)와 PAI 톱코트(130) 사이에서 임의의 적절한 빌드 또는 두께비가 활용될 수 있다. 특정 실시예들에서, PI 베이스 코트(120)와 PAI 톱코트(130) 사이의 두께 또는 빌드비는 대략 95/5 내지 대략 85/15일 수 있다. 즉, PAI 톱코트(130)의 두께 또는 빌드는 조합된 에나멜 절연체의 전체 두께 또는 빌드의 대략 5.0% 내지 대략 15.0%를 구성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 톱코트(130)는 조합된 에나멜 절연체의 전체 두께 또는 빌드의 대략 2, 3, 5, 7, 10, 12, 15, 20 또는 25%를 구성할 수 있다.
[0018] 도 2a는 예시적인 3-코트 둥근 자석 와이어(200)의 횡단면도를 도시한다. 도 2a에 도시된 실시예는 중합체 베이스 코트(220)로 둘러싸인 도체(210), 베이스 코트(220) 상에 배치된 제1 중합체 층(230), 및 제1 중합체 층(230) 상에 배치된 제2 중합체 층(240)을 포함한다. 유사하게, 도 2b는 예시적인 3-코트 직사각형 자석 와이어(250)의 횡단면도를 도시한다. 와이어(250)는 중합체 베이스 코트(270)로 둘러싸인 도체(260), 베이스 코트(270) 상에 배치된 제1 중합체 층(280), 및 제1 중합체 층(280) 상에 배치된 제2 중합체 층(290)을 포함한다. 도 2a의 둥근 와이어(200)가 아래에서 더 상세히 설명되지만; 도 2b의 직사각형 와이어(250)의 다양한 구성요소들은 도 2a의 둥근 와이어(200)에 대해 설명된 것들과 유사할 수 있음이 인식될 것이다.
[0019] 도 2a의 와이어(200)에 대해, 도체(210)는 도 1a를 참조하여 앞서 설명된 도체(110)와 유사할 수 있다. 추가적으로, 광범위한 적절한 중합체들이 다양한 에나멜 층들(220, 230, 240)을 형성하기 위해 활용될 수 있다. 적절한 열경화성 재료들의 예들은, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 아미드이미드, 폴리에스테르, 폴리에스테르이미드, 폴리술폰, 폴리페닐렌술폰, 폴리설파이드, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 폴리케톤 등을 포함한다(그러나, 이에 한정되지 않음). 본 개시의 일 양상에 따르면, 적어도 하나의 에나멜 층은 폴리이미드("PI")를 포함할 수 있다. 추가적으로, 베이스 코트(220), 제1 중합체 층(230) 및 제2 중합체 층(240) 각각은 임의의 원하는 수의 서브층들을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 복수의 PI 층들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 모든 3개의 층들(220, 230, 240)이 PI로부터 형성될 수 있다.
[0020] 다른 실시예들에서, 하나 이상의 PI 층들은 다른 유형들의 재료로부터 형성된 에나멜 층들과 조합될 수 있다. 예를 들어, 베이스 코트(220)는 도체(210)와 도체 주위에 형성된 절연체 사이의 향상된 접착을 촉진하는 PAI 또는 다른 중합체 재료로부터 형성될 수 있다. 그 다음, 제1 중합체 층(230)은 임의의 적절한 수의 충전된 PI 층들로부터 형성될 수 있다. 그 다음, 제2 중합체 층(240)은 충전된 PI 층들 위에 톱코트로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 중합체 층(240)은 도 1a를 참조하여 앞서 논의된 톱코트(130)와 유사한 PAI 톱코트로서 형성될 수 있다.
[0021] 다른 예로서, 베이스 코트(220) 및 제1 중합체 층(230)은 PI 층들로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 코트(220)는 도체(210)에 대한 향상된 접착을 촉진하는 PI로부터 형성될 수 있다. 특정 실시예들에서, 베이스 코트(220)는 제1 중합체 층(230)에서 사용된 PI와 상이한 제형을 갖는 PI로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 베이스 코트(220)는 2,2- 비스[4-(4-아미노페녹시)페닐]프로판("BAPP")을 함유하는 디아민 성분을 갖는 디안하이드라이드 성분(예를 들어, 피로메틀리틱 디안하이드라이드 또는 PMDA)을 반응시킴으로써 형성된 PI를 포함할 수 있다. 제1 중합체 층(230)은 4,4’-옥시디아닐린("ODA")을 갖는 디안하이드라이드 성분을 반응시킴으로써 형성된 PI를 포함할 수 있다. 그 다음, 제2 중합체 층(240)은 충전된 PI 층들 위에 톱코트로서 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 중합체 층(240)은 도 1a를 참조하여 앞서 논의된 톱코트(130)와 유사한 PAI 톱코트로서 형성될 수 있다.
[0022] 실제로, 임의의 적절한 재료들 및/또는 재료들의 조합으로부터 원하는대로 광범위한 적절한 에나멜 조합들이 형성될 수 있다. 추가적으로, 도 1a의 와이어(100)와 유사하게, 도 2a의 와이어(200)는 적절한 충전제를 포함하는 적어도 하나의 PI 층을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에서, 하나 이상의 충전된 PI 층들이 도체(210) 주위(예를 들어, 직접 도체(210) 주위, 하나 이상의 베이스 층들 주위 등)에 형성될 수 있다. 그 다음, 하나 이상의 충전되지 않은 층들 또는 자체-윤활 층들, 예를 들어, 충전되지 않은 톱코트(예를 들어, 충전되지 않은 제2 중합체 층(240))이 하나 이상의 충전된 PI 층들 주위에 형성될 수 있다. 예를 들어, PI의 충전되지 않은 층 또는 PAI의 충전되지 않은 층이 하나 이상의 충전된 PI 층들 위에 형성될 수 있다. 충전되지 않은 층(들)은 충전된 PI 층들에서 충전제들로서 활용되는 연마 재료들과 연관된 툴링 마모를 감소시키는 것을 보조할 수 있다.
[0023] 도 1a 내지 도 2b의 와이어들(100, 150, 200, 250)을 계속 참조하여, 특정 실시예에서, 하나 이상의 적절한 접착 촉진제들이 통합될 수 있다. 예를 들어, 접착 촉진제는 도체와 베이스 코트 사이의 더 큰 접착을 보조하거나 용이하게 하기 위해 활용될 수 있다. 다른 예로서, 접착 촉진제는 2개의 상이한 에나멜 층들 사이의 더 큰 접착을 보조하거나 용이하게 하기 위해 활용될 수 있다. 광범위한 적절한 접착 촉진제들이 원하는대로 활용될 수 있다. 특정 실시예들에서, Cymel 재료 또는 수지, 예를 들어, Allnex에 의해 제조 및 마케팅되는 Cymel 재료들이 PI와 함께 접착 촉진제로서 활용될 수 있다. 예를 들어, 적절한 Cymel 재료가 활용되어, PI 에나멜 층과 자석 와이어의 하부 층(예를 들어, 베이스 코트, 도체 등) 사이의 더 큰 접착을 용이하게 할 수 있다. 특정 실시예들에서, Cymel 재료는 아민 반족(amine moiety)을 포름알데히드 재료와 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 다른 유형들의 Cymel 재료들 및/또는 가교 재료들이 원하는대로 활용될 수 있다.
[0024] 다른 실시예들에서, 후속적으로 형성된 에나멜 층과의 접착을 촉진시키기 위해 도체 및/또는 임의의 수의 에나멜 층들 상에서 하나 이상의 적절한 표면 개질 처리들이 활용될 수 있다. 적절한 표면 개질 처리들의 예들은 플라즈마 처리, 자외선("UV") 처리, 코로나 방전 처리 및/또는 가스 화염 처리를 포함한다(그러나, 이에 한정되지 않음). 표면 처리는 도체 또는 에나멜 층의 토포그래피를 변경하고 그리고/또는 후속적으로 형성된 에나멜 또는 다른 층의 접합(bonding)을 향상시키거나 촉진하는 도체 또는 에나멜 층의 표면 상의 작용기들을 형성할 수 있다. 특정 실시예들에서, 변경된 토포그래피는 또한 후속 에나멜 층을 형성하기 위해 활용되는 바니시의 습윤성을 향상시키거나 개선시킬 수 있으며 처리된 층의 표면 장력을 변경할 수 있다. 그 결과, 표면 처리들은 층간 박리를 감소시킬 수 있다.
[0025] 특정 실시예들에서 원하는대로, 하나 이상의 다른 절연 층들이 복수의 에나멜 층들에 추가로 자석 와이어(100, 150, 200, 250)에 통합될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 압출된 열가소성 층들(예를 들어, 압출된 오버코트 등), 반도체 층들, 테이프 절연체 층들(예를 들어, 중합체 테이프들 등) 및/또는 등각 코팅들(예를 들어, 파릴렌 코팅, 등)이 자석 와이어(100, 150, 200, 250)에 통합될 수 있다. 광범위한 다른 절연체 구성들 및/또는 층 조합들이 원하는대로 활용될 수 있다. 추가적으로, 전체 절연체 시스템은 임의의 적절한 재료들 및/또는 재료들의 조합들로부터 형성된 임의의 수의 적절한 서브층들을 포함할 수 있다.
[0026] 본 개시의 양상에 따르면, 하나 이상의 폴리이미드 층들(및 잠재적으로 다른 에나멜 층들)이 적절한 충전제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 자석 와이어, 예를 들어, 자석 와이어들(100, 150, 200, 250)에 통합된 하나 이상의 PI 에나멜 층들은 적절한 충전제를 포함할 수 있다. 추가적으로, 충전제는 적어도 티타늄 산화물(TiO2)과 실리카 산화물(SiO2)의 블렌드(blend)를 포함할 수 있다. 블렌드는 크롬 산화물(CrO2)과 같이, 원하는대로 다른 적절한 재료들을 추가적으로 포함할 수 있다. 충전제의 첨가는 자석 와이어 상에 충전된 PI로부터 형성된 에나멜 층의 코로나 저항 및/또는 열 수명을 개선할 수 있다. 그 결과, 자석 와이어 및/또는 자석 와이어를 통합하는 전기 디바이스(예를 들어, 모터 등)의 수명은 부분적 방전 및/또는 다른 불리한 조건들 하에서 증가 또는 연장될 수 있다.
[0027] 특정 실시예들에서, 충전제의 첨가는 또한 자석 와이어(100, 150, 200, 250)의 열 전도도를 개선할 수 있다. 실제로, 하나 이상의 충전된 PI 절연체 층들은 자석 와이어(100, 150, 200, 250)의 도체로부터 멀리 열을 전도하거나 끌어 내도록 기능할 수 있다. 그 결과, 자석 와이어(100, 150, 200, 250)는 충전된 절연 층들을 포함하지 않은 종래의 자석 와이어들보다 비교적 낮은 온도에서 동작할 수 있다. 예를 들어, 전기 기계에서 활용될 때, 자석 와이어(100, 150, 200, 250) 및/또는 전기 기계는 충전된 절연체 층들을 활용하지 않는 종래의 디바이스들보다 대략 섭씨 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 또는 12도 더 낮은 온도에서 동작할 수 있다. 이러한 개선된 열 전도도는 더 높은 전압들에서 자석 와이어 및/또는 전기 기계들의 동작을 용이하게 하며, 이에 따라 출력을 개선할 수 있다.
[0028] 충전제 재료는 임의의 적절한 비로 PI에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 충전된 PI 에나멜 절연체 층 내의 충전제의 총량은 대략 10 중량%(10%) 내지 대략 25 중량%(25%)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 충전제의 총량은 대략 15 중량%(15%) 내지 대략 20 중량%(20%)일 수 있다. 다른 다양한 실시예들에서, 충전제의 총량은 대략 5, 7.5, 10, 12.5, 15, 17, 17.5, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 또는 50 중량%, 상기 값들 중 임의의 2개 사이의 범위에 포함된 양, 또는 상기 값들 중 하나에 의해 최소값 또는 최대값으로 한정되는 범위에 포함된 양일 수 있다. 약 5 중량%보다 훨씬 낮은 전체 충전제 레벨들에서는 권선들의 수명의 실질적 개선이 관찰되지 않았고, 중량 기준 약 50%보다 큰 전체 충전제 레벨들에서는 절연체 유연성이 허용되지 않을 수 있다.
[0029] 광범위한 블렌딩 또는 혼합비들이 충전제에 통합된 다양한 성분들에 대해 활용될 수 있다. 예를 들어, 티타늄 산화물 및 실리카 산화물은 광범위한 적절한 중량비들로 블렌딩될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 충전제는 대략 20 중량%(20%) 내지 대략 80 중량%(80%)의 실리카 산화물 및 대략 20 중량%(20%) 내지 대략 80 중량%(80%)의 티타늄 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전제는 대략 20, 25, 30, 33, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 67, 70, 75, 또는 80 중량%의 실리카 산화물, 상기 값들 중 임의의 2개 사이(예를 들어, 20%와 40% 사이 등)의 범위에 포함된 중량%, 또는 상기 값들 중 하나에 의해 최소값 또는 최대값으로 한정되는 범위(예를 들어, 적어도 20% 등)에 포함된 중량%를 포함할 수 있다. 유사하게, 충전제는 대략 20, 25, 30, 33, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 67, 70, 75, 또는 80 중량%의 티타늄 산화물, 상기 값들 중 임의의 2개 사이(예를 들어, 20%와 40% 사이 등)의 범위에 포함된 중량%, 또는 상기 값들 중 하나에 의해 최소값 또는 최대값으로 한정되는 범위(예를 들어, 적어도 20% 등)에 포함된 중량%를 포함할 수 있다. 원하는대로, 제1 성분(예를 들어, 티타늄 산화물) 대 제2 성분(예를 들어, 실리카 산화물)의 비는 대략 80/20, 75/25, 70/30, 67/33, 65/35, 60/40, 55/45, 50/50, 45/55, 40/60, 35/65, 33/67, 30/70, 25/75, 20/80 또는 임의의 다른 적절한 비일 수 있다.
[0030] 일례로서, 티타늄 산화물 및 실리카 산화물은 대략 75/25 중량비로 블렌딩될 수 있다. 즉, 충전제는 대략 75중량% 티타늄 산화물 및 대략 25중량% 실리카 산화물을 포함할 수 있다. PI 에나멜 층이 대략 15.0중량%의 충전제를 포함하는 경우, PI 에나멜 층은 대략 11.25중량%의 티타늄 산화물 및 대략 3.75중량%의 실리카 산화물을 포함할 수 있다. 광범위한 다른 충전제 비들(예를 들어, 에나멜 층 내의 충전제의 비) 및/또는 블렌딩 비들(예를 들어, 충전제를 제조하기 위해 활용되는 성분들의 비들)이 원하는대로 활용될 수 있다. 상기 예는 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
[0031] 추가적으로, 특정 실시예들에서, 충전제에 활용되는 성분들은 하나 이상의 원하는 속성들에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 충전제 성분(예를 들어, 티타늄 산화물 등)은 비교적 낮은 저항률을 갖는 무기 산화물로서 선택될 수 있고, 제2 충전제 성분(예를 들어, 실리카 산화물 등)은 비교적 큰 표면적을 갖는 무기 산화물로서 선택될 수 있다. 그 다음, 혼합물은 에나멜 층의 형성 전에 PI에 첨가될 수 있다. 즉, PI 층은 큰 표면적 무기 산화물과 낮은 저항률 무기 산화물의 혼합물을 포함할 수 있다. 큰 표면적 무기 산화물은 더 많은 에너지가 절연체를 관통하도록 허용하는 것으로 여겨지고, 이에 따라, 전기 디바이스들에서 고전압 및 고주파수 파형들로 인한 절연체의 열화를 감소시킨다. 실리카 산화물 또는 실리카는 대략 90 내지 대략 550 m2/g 범위의 표면적들과 같이 광범위한 특정 표면적들을 갖는 등급들로 상업적으로 입수가능하다. 예를 들어, Evonik Degussa Corporation으로부터 입수가능한 AEROSIL 90은 90 m2/g의 특정 표면적을 갖고, Cabot Corporation으로부터 입수가능한 CAB-O-SIL EH-5는 380 m2/g의 특정 표면적을 갖는다. 특정 실시예들에서, 전기 디바이스의 권선들에 존재하는 전압 파형들에 대한 저항은 실리카 표면적이 증가함에 따라 개선될 수 있다. 따라서, 대략 380 m2/g 내지 대략 550 m2/g의 특정 표면적들을 갖는 실리카 등급들이 선호되거나, 또는 대략 380 m2/g, 550 m2/g 또는 다른 임계 값 초과의 특정 표면적들을 갖는 실리카 등급들이 개선된 성능을 제공할 수 있다.
[0032] 충전제의 성분들은 임의의 적절한 입자 크기들, 표면적들 및/또는 다른 치수들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 충전제 성분은 대략1 마이크론 미만의 공칭 입자 크기를 가질 수 있다. 특정 실시예들에서, 충전제 성분은 나노입자들을 포함할 수 있다. 추가적으로, PI 중합체에 충전제를 첨가하기 위해 광범위한 적절한 방법들 및/또는 기법들이 활용될 수 있다. 특정 실시예들에서, 응집체들을 원하는 양 미만으로, 예를 들어, 헤그만 게이지(Hegman gauge) 또는 8의 그라인드 "8" 또는 더 미세하게 감소시키기 위해, 충전제는 볼-밀링되거나(ball-milled) 그와 다른 방식으로 분쇄 또는 밀링될 수 있다. 이들은 일반적으로 더 높은 농도로 제조되고 최종 제형의 최종 "렛다운(letdown)"에서 감소될 수 있다. 원하는대로, 충전제는 입자 크기가 대략 1.0 마이크론 미만이 될 때까지 밀링되거나 분쇄될 수 있다. 다른 입자 크기들이 원하는대로 달성될 수 있다. 충전제는 PI 수지, PAI 캐리어 수지 또는 다른 수지에 통합되어, 추후에 PI 에나멜에 첨가되어 최종 제형을 생성할 농축된 "페이스트"를 형성할 수 있다.
[0033] 특정 실시예들에서, 충전제는 용매의 존재 하에서 PI 바니시로 직접 밀링될 수 있다. 다른 실시예들에서, 충전제는 다른 물질로 밀링되고 그 다음 PI 바니시에 첨가될 수 있다. 원하는대로, PI 중합체 및 충전제를 포함하는 PI 페이스트가 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 충전제는 밀링되거나 다른 중합체 페이스트로 블렌딩될 수 있고, 그 다음, 중합체 페이스트는 에나멜 층의 도포 전에 PI와 조합될 수 있다. 예를 들어, 충전제는 폴리아미드이미드("PAI")로 밀링되거나 분쇄되어 PAI 페이스트를 형성할 수 있고, PAI 페이스트는 PI 에나멜 층의 형성 전에 PI와 조합될 수 있다. 밀링 동안 용매를 첨가하는 것은 충전제 입자들이 재응집되거나 클럼핑(clumping)되는 것을 방지할 수 있음이 인식될 것이다.
[0034] 충전된 페이스트가 PI 중합체에 분산되면, PI 중합체는 임의의 적절한 방식으로 도체에 도포될 수 있다. 예를 들어, 경화되지 않은 PI 절연체는 멀티 패스 코팅 및 와이핑(wiping) 다이(die)들을 사용하여 자석 와이어에 도포된 다음 상승된 온도에서 경화(예를 들어, 에나멜 오븐에서 경화)될 수 있다. 임의의 원하는 수의 PI 중합체 층들이 자석 와이어에 통합되거나 형성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 이들 PI 층들은 도체 주위에 직접 또는 하나 이상의 베이스 층들 위에 형성될 수 있다. 추가로, 특정 실시예들에서, 하나 이상의 층들(예를 들어, 폴리아미드이미드 톱코트, 압출된 층 등)이 PI 중합체 층(들) 위에 형성될 수 있다.
[0035] 하나 이상의 충전된 PI 에나멜 층들을 포함하는 자석 와이어(100, 150, 200, 250)는 종래의 자석 와이어 에나멜들에 비해 개선된 코로나 저항 및/또는 열 성능을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 충전된 PI 에나멜 층들의 사용은 열 클래스 240 자석 와이어 이상을 제공할 수 있다. 특정 실시예들에서, 일부 충전제들의 항산화 속성들은 또한 열 클래스 260, 열 클래스 280 이상을 갖는 충전된 PI 절연체를 획득하는 것을 도출할 수 있다. 하나 이상의 PAI 층들(예를 들어, PAI 톱코트)의 첨가는 자석 와이어의 열 클래스를 실질적으로 감소시키지 않으면서 추가적인 인성 및 내마모성을 제공할 수 있다.
[0036] 추가로, PI에 하나 이상의 충전제들을 첨가하는 것은 절연체의 열 노화에 부정적인 영향을 미치거나 손상시키지 않으면서 인버터 의무 수명 및/또는 전기 기계 수명을 개선할 수 있다. 실제로, 특정 실시예들에서, 하나 이상의 충전제들의 첨가는 특정 온도들에서 자석 와이어 절연체의 열 수명을 개선하거나 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 충전된 PI 절연체를 사용하는 것은 대략 300 ℃에서 대략 1,000, 2,000, 3,000 또는 4000 시간 초과의 열 수명을 도출할 수 있다. 반대로, 종래의 충전되지 않은 PI는 대략 300℃에서 대략 400 내지 500 시간의 열 수명을 가질 수 있다. 충전된 PI에 대한 긍정적인 결과들을 예시하는 몇몇 예들이 아래에서 더 상세히 기술된다.
[0037] 도 1a 내지 도 2b를 참조하여 전술된 자석 와이어들(100, 150, 200, 250)은 단지 예로서 제공된다. 다양한 실시예들에서 원하는대로 예시된 자석 와이어들(100, 150, 200, 250)에 대한 광범위한 대안들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 에나멜 층들에 추가로 광범위한 상이한 유형들의 절연체 층들이 자석 와이어(100, 150, 200, 250)에 통합될 수 있다. 다른 예로서, 자석 와이어(100, 150, 200, 250) 및/또는 하나 이상의 절연체 층들의 단면 형상이 변경될 수 있다. 실제로, 본 개시는 광범위한 적절한 자석 와이어 구성들을 구상한다. 이러한 구성들은 임의의 수의 층들 및/또는 서브층들을 갖는 절연 시스템들을 포함할 수 있다.
[0038] 실시예들
[0039] 하기 예들은 예시적이고 비제한적인 것으로 의도되며, 본 발명의 특정 실시예들을 표현한다. 달리 명시되지 않는 한, 예들에서 논의된 와이어 샘플들은 모두 "헤비(heavy)" 에나멜 빌드의 18 AWG 와이어로서 준비되었다. 즉, 와이어 에나멜들은 멀티 패스 코팅 및 와이핑 다이들을 사용하여 18 AWG 구리 와이어에 도포되었다. "헤비" 에나멜 빌드는 대략 3.0 mils(0.0762 mm)의 공칭 절연체 빌드를 갖는다.
[0040] 표 1에 예시된 제1 예는 PI 에나멜 위에 하나 이상의 충전되지 않은 폴리아미드이미드("PAI") 톱코트 층들을 첨가한 효과들을 비교한다. 비교 샘플들은 열 노화, 반복된 긁힘, 열 인덱스 및 온도에서의 열 수명에 대해 테스트되었다.
Figure pct00001
표 1: PI 에나멜 상의 PAI 톱코트의 효과
[0041] 표 1에서 나타난 바와 같이, PI 에나멜 위에 단일 또는 다중 층 PAI 톱코트를 형성하는 것은 와이어의 열 속성들에 거의 영향을 미치지 않는다. 48 시간 열 노화 결과들에서 약간의 감소가 있지만; 열 노화는 PI 에나멜만을 갖는 와이어들과 PAI 톱코트들을 갖는 와이어들 사이에서 유사하다. 이러한 결과들은 예상치 못한 것인데, 이는 PAI 및 PI가 통상적으로 경화에서 인지된 차이들로 인해 서로 함께 사용되지 않기 때문이다.
[0042] 추가적으로, 반복된 긁힘 테스트에서 나타난 바와 같이, PAI 톱코트의 추가는 와이어의 마모 성능을 크게 향상시킨다. 반복된 긁힘 테스트에서, 가중된 바늘이 직선 와이어 조각과 접촉되게 배치되고, 바늘이 와이어 상에서 앞뒤로 긁는다. 테스트의 결과들은 절연체가 침투되기 전에 요구되는 다수의 긁힘들을 예시한다. 추가로, 와이어 샘플들에 대한 Techrand 권취성 결과들은 유사하였다. 따라서, 와이어 샘플들은 유사한 기계적 성능을 가졌다.
[0043] 표 2에 기술된 제2 예는 PI 또는 PAI 페이스트에서의 농축물로서 PI에 첨가될 수 있는 다양한 충전제들을 비교한다. 먼저, 표 2는 티타늄 산화물 및 실리카 산화물을 함유한 충전제들을 PI 에나멜에 첨가한 효과들을 예시한다. 표 2에 나타난 제1 예들의 경우, PI 페이스트를 형성하기 위해 충전제 재료들이 PI에 직접 첨가되었고, 그 다음, PI 페이스트가 PI 에나멜에 첨가되었다. 그 다음, 표 2는 PAI 페이스트를 형성하기 위해 PAI에 충전제들이 첨가된 에나멜들을 예시한다. 그 다음, PAI 페이스트가 PI 에나멜에 첨가된다. 티타늄 산화물 및 실리카 산화물의 블렌드들 및 크롬 산화물 및 실리카 산화물의 블렌드들 둘 모두를 갖는 PAI 페이스트가 준비되었다. 충전된 PI 에나멜들 각각에 대해, 충전제 재료들이 볼-밀링되고 활용되어, PI 페이스트 또는 PAI 페이스트를 형성하였다. 그 다음, 형성된 "페이스트"가 PI에 첨가되었다. PAI 페이스트가 활용하는 경우, 최종 절연체에서 PAI의 전체 양은 절연 수지의 대략 20중량%까지일 수 있고, 절연체의 열 속성들을 손상시키는 것으로 나타나지 않는다.
Figure pct00002
표 2: 비교예의 충전된 PI 및 PAI 샘플들
[0044] 인버터 의무 수명을 측정하기 위해, 인버터 드라이브 및 3상 모터를 사용하여 다양한 자석 와이어들이 Essex's Magnet Wire Testing Laboratory에서 테스트되었다. 전형적인 유전체 꼬임 쌍들이 와이어로부터 제조되어 200 ℃의 오븐에 배치되었다. 그 다음, 575 볼트(1750 볼트 피크 대 피크) ac 인버터 드라이브로부터의 고전압, 고주파수 파형들이 꼬임 쌍들 각각을 통해 전송되었다. 단락 회로가 발생하고 그 다음 회로를 단락시키는 시간이 기록될 때까지, 대략 동일한 길이를 각각 갖는 꼬임 쌍들이 모니터링되었다. 회로를 단락시키는(고장) 시간이 길수록, 절연 열화에 대한 내성은 더 양호하다. 다양한 자석 와이어 에나멜 제형들에 대한 고장 시간은 측정된 또는 결정된 인버터 수명으로 지칭될 수 있다.
[0045] 표 2에 나타난 바와 같이, 충전된 PI, 심지어 충전제 농축물의 PAI "페이스트"를 함유하는 충전된 PI는 충전되지 않은 에나멜 재료들에 비해 우수한 인버터 의무 수명을 제공할 수 있다. 추가적으로, 충전된 PI는 충전되지 않은 PI 재료들에 비해 향상된 열 노화를 나타낼 수 있다. 접착 촉진제의 추가는 유연성들을 개선하고, 박리를 감소시키고, 와이어 샘플들에서 열 충격 및 반복된 긁힘을 개선할 수 있다.
[0046] 우수한 결과들을 나타낸 몇몇 샘플들은 티타늄 산화물과 실리카 산화물의 조합으로 충전된 PI 에나멜을 포함한다. 이러한 충전제 조합은 열 노화 테스트 동안 최상의 생존성 결과들을 제공하였다. 나타낸 바와 같이, 280 열 클래스 또는 열 인덱스 재료를 나타낼 수 있는 하나의 샘플 와이어가 열 노화 테스트 동안 290 ℃에서 5000 시간 이상 제공되었다.
[0047] 티타늄 산화물과 실리카 산화물의 조합을 포함하는 충전된 PI 에나멜로 준비된 와이어의 샘플들이 또한 몇몇 종래의 자석 와이어들과 비교되었다. PI 에나멜로 충전된 와이어들은 18 AWG 헤비 빌드 구리 와이어들 및 더 큰 12AWG 구리 와이어들 둘 모두를 포함하였다. 18 AWG 와이어 샘플들은 0.0032 인치의 에나멜 빌드로 준비되었고, 12 AWG 와이어 샘플들은 0.0043 인치의 에나멜 빌드로 준비되었다. 그 다음, 이러한 와이어들은 종래의 에나멜링된 와이어들(예를 들어, 종래의 충전되지 않은 PI 와이어) 및 도체들 주위에 랩핑된 코로나 저항성 테이프들로 절연된 종래의 와이어들 둘 모두와 비교되었다. 코로나 저항성 테이프들은 DuPont에 의해 제조된 Kapton CR 테이프들 및 Kaneka Corporation에 의해 제조된 Apical 테이프들 둘 모두를 포함하였다. 아래의 표 3은 비교들의 결과들을 예시한다.
[0048] 열 내구성, 펄스 내구성, 유전체 파괴 및 반복된 긁힘 테스트를 포함하는 광범위한 비교 테스트들이 다양한 와이어들에 대해 수행되었다. 열 내구성 테스트는 ASTM International에 의해 기술된 바와 같은 ASTM D2307 표준에 따라 수행되었다. 펄스 내구성 테스트는 100 ns 상승 시간을 갖는 Chinese GB/T 21707-2008 테스트 방법을 사용하여 수행되었다. 유전체 파괴 테스트는 NEMA(National Electrical Manufacturers Association)에 의해 기술된 표준 NEMA 테스트 절차들에 따라 자석 와이어 샘플들로부터 형성된 꼬임 쌍들 상에서 수행되었다.
[0049] 반복된 긁힘 테스트는 표 1을 참조하여 전술된 것과 유사한 절차를 사용하여 수행되었다.
Figure pct00003
표 3: 충전된 PI 샘플들과 종래의 와이어들의 비교
[0050] 표 3에 나타난 바와 같이, PI가 충전된 18 AWG 와이어는 PI가 충전되지 않은 종래의 18 AWG 와이어에 비해 훨씬 더 높은 펄스 내구성 및 인버터 수명을 갖는다. 따라서, 충전된 PI 와이어는 충전되지 않는 PI 와이어에 비해 개선된 코로나 저항 성능을 가질 것이다.
[0051] 추가적으로, PI가 충전된 12 AWG 와이어는 코로나 저항성 폴리이미드 테이프들이 랩핑되어 절연된 12 AWG 와이어들에 비해 개선된 펄스 내구성 성능을 갖는다. 충전된 PI 와이어는 또한 더 얇은 절연체 빌드를 갖고, 이에 따라, 와이어가 테이프들로 절연된 와이어들보다 작은 직경을 갖도록 허용한다. 따라서, 특정한 개선된 성능 특성들을 동시에 제공하면서, 12 AWG 충전된 PI 와이어를, 종래에 코로나 저항성 테이프 절연체를 갖는 와이어들을 활용하는 애플리케이션들에 통합하는 것이 가능할 수 있다. 에나멜 절연된 와이어들은 또한 테이프 절연체를 갖는 종래의 와이어들보다 공정 및 처리가 더 용이할 수 있다. 에나멜 와이어들은 자동화된 권취 기계들에 의해 감겨지고 스풀링될(spooled) 수 있지만; 이러한 기계들은 종래의 테이프 절연체를 손상시킬 수 있다.
[0052] 표 4에 예시된 제4 예는 상이한 블렌드 비들로 티타늄 산화물 및 실리카 산화물 둘 모두를 포함하는 PI에 충전제들을 첨가한 효과들을 비교한다. 충전제 재료들은 와이어 샘플들을 코팅하기 전에 PI에 첨가된 페이스트로 블렌딩되었다. 추가적으로, 충전된 PI 층들은 대략 15중량%의 충전제를 포함하였다. 와이어 샘플들은 분당 대략 20 피트의 라인 속력으로 형성되었다.
Figure pct00004
표 4: PI에서 실리카 산화물/크롬 산화물 충전제의 효과들
[0053] 표 4에 나타난 바와 같이, 티타늄 산화물 및 실리콘 산화물을 함유한 충전제의 첨가는 PI 에나멜을 갖는 자석 와이어의 인버터 수명을 개선한다. 충전된 PI 에나멜 위에 PAI 톱코트를 첨가하는 것은 또한 개선된 반복된 긁힘 결과들을 제공할 수 있다.
[0054] 전압 내구성 테스트의 경우, 3500 볼트 신호가 대략 155 ℃에서 대략 10%의 신장으로 와이어 샘플들 상에 전달되었으며, 여기서 신장은 와이어 상에 추가적인 응력들을 부과한다. 그 다음, 와이어 샘플들 각각에 대해 고장 시간이 측정되었다. Df 및 Tan 델타 테스트가 와이어 샘플들의 전기 절연체에서의 손실들을 측정한다.
[0055] 표 4에 나타난 바와 같이, 더 많은 양의 티타늄 산화물이 개선된 전압 내구성을 제공하지만; 더 많은 양의 티타늄 산화물은 또한 Df 및 tan 델타 값들로 나타나는 절연체의 증가된 전기적 손실들에 기여한다. 유사하게, 더 많은 양의 실리콘 산화물은 더 낮은 전압 내구성 성능을 가지면서 절연체의 더 적은 전기적 손실들을 제공한다. 절연체 성능은 충전제로서 티타늄 산화물과 실리콘 산화물의 블렌드들로 최적화될 수 있다. 예를 들어, 절연체 성능은 대략 20 중량% 내지 대략 80 중량%의 티타늄 산화물 및 대략 20 중량% 내지 대략 80 중량%의 실리콘 산화물을 포함하는 충전제로 최적화될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 개선된 성능은 대략 60 중량% 내지 대략 80 중량%의 티타늄 산화물 및 대략 20 중량% 내지 40 중량%의 실리콘 산화물을 포함하는 충전제로 달성될 수 있다.
[0056] 추가적으로, 표 2 내지 표 4에 포함된 샘플들은 특정 블렌드 비들 및 전체 충전율들(예를 들어, 대략 15 중량%의 절연체 등)을 제공하지만, 다른 실시예들에서 광범위한 다른 적절한 블렌드 비들 및/또는 충전율들이 활용될 수 있다.
[0057] 다른 것들 중에서도, "할 수 있다"("can", "could", "might" 또는 "may")와 같은 조건부 언어는 달리 구체적으로 언급되거나 사용되는 문맥 내에서 달리 이해되지 않으면, 일반적으로 특정 특징들, 요소들 및/또는 동작들을 특정 실시예들은 포함하지만 다른 실시예들은 포함하지 않는 것을 전달하는 것으로 의도된다. 따라서, 이러한 조건 언어는 일반적으로, 특징들, 요소들 및/또는 동작들이 하나 이상의 실시예들에 대해 어떠한 방식으로든 요구되는 것, 또는 하나 이상의 실시예들이, 사용자 입력 또는 프롬프트로 또는 필자 입력 또는 프롬프트 없이, 이러한 특징들, 요소들 및/또는 동작들이 임의의 특정 실시예에 포함되거나 특정 실시예에서 수행되어야 하는지 여부를 판정하기 위한 로직을 반드시 포함하는 것을 의미하도록 의도되지 않는다.
[0058] 본원에 기술된 개시의 많은 수정들 및 다른 실시예들은 상기 설명들 및 연관된 도면들에 제시된 교시들의 이점을 갖는 것이 자명할 것이다. 따라서, 본 개시는 개시된 특정 실시예들로 제한되지 않으며 수정들 및 다른 실시예들은 첨부된 청구 범위 내에 포함되도록 의도된다는 것을 이해해야 한다. 본원에서 특정 용어들이 이용되지만, 이들은 제한을 목적으로 하는 것이 아니라 오직 일반적이고 설명적인 의미로만 사용된다.

Claims (31)

  1. 자석 와이어로서,
    도체; 및
    상기 도체 주위에 형성된 중합체 에나멜 절연체의 적어도 하나의 층을 포함하고,
    상기 중합체 에나멜 절연체는 폴리이미드에 분산된 충전제를 포함하고,
    상기 충전제는 20 중량% 내지 80 중량%의 실리카 산화물 및 20 중량% 내지 80 중량%의 티타늄 산화물을 포함하는,
    자석 와이어.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 충전제는 60 중량% 내지 80 중량%의 티타늄 산화물을 포함하는,
    자석 와이어.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 충전제는 10 중량% 내지 25 중량%의 상기 중합체 에나멜 절연체를 포함하는,
    자석 와이어.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 충전제는 15 중량% 내지 20 중량%의 상기 중합체 에나멜 절연체를 포함하는,
    자석 와이어.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 중합체 에나멜 절연체는 접착 촉진제를 더 포함하는,
    자석 와이어.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 접착 촉진제는 Cymel을 포함하는,
    자석 와이어.
  7. 제1 항에 있어서,
    중합체 에나멜 절연체의 상기 적어도 하나의 층은 중합체 에나멜 절연체의 복수의 층들을 포함하는,
    자석 와이어.
  8. 제1 항에 있어서,
    중합체 에나멜 절연체의 상기 적어도 하나의 층 주위에 형성된 톱코트(topcoat) 절연체 층을 더 포함하는,
    자석 와이어.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 톱코트 절연체 층은 충전되지 않은 층을 포함하는,
    자석 와이어.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 톱코트 절연체 층은 폴리아미드이미드를 포함하는,
    자석 와이어.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 톱코트 절연체 층은 조합된 중합체 에나멜 절연체 및 톱코트 절연체 층의 전체 두께의 5% 내지 15%를 포함하는,
    자석 와이어.
  12. 자석 와이어로서,
    도체; 및
    상기 도체 주위에 형성된 충전된 중합체 에나멜 절연체를 포함하고, 상기 충전된 중합체 에나멜 절연체는 10 중량% 내지 25중량%의 충전제를 포함하고,
    상기 충전제는 20 중량% 내지 80 중량%의 실리카 산화물 및 20 중량% 내지 80 중량%의 티타늄 산화물을 포함하는,
    자석 와이어.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 충전제는 60 중량% 내지 80 중량%의 티타늄 산화물을 포함하는,
    자석 와이어.
  14. 제12 항에 있어서,
    상기 충전제는 15 중량% 내지 20 중량%의 상기 충전된 중합체 에나멜 절연체를 포함하는,
    자석 와이어.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 충전된 중합체 에나멜 절연체는 접착 촉진제를 더 포함하는,
    자석 와이어.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 접착 촉진제는 Cymel을 포함하는,
    자석 와이어.
  17. 제12 항에 있어서,
    상기 충전된 중합체 에나멜 절연체는 중합체 에나멜 절연체의 복수의 층들을 포함하는,
    자석 와이어.
  18. 제12 항에 있어서,
    상기 충전된 중합체 에나멜 절연체 주위에 형성된 톱코트 절연체 층을 더 포함하는,
    자석 와이어.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 톱코트 절연체 층은 충전되지 않은 층을 포함하는,
    자석 와이어.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 톱코트 절연체 층은 폴리아미드이미드를 포함하는,
    자석 와이어.
  21. 제18 항에 있어서,
    상기 톱코트 절연체 층은 조합된 충전된 중합체 에나멜 절연체 및 톱코트 절연체 층의 전체 두께의 5% 내지 15%를 포함하는,
    자석 와이어.
  22. 자석 와이어를 형성하는 방법으로서,
    도체를 제공하는 단계; 및
    상기 도체 주위에 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 충전된 중합체 에나멜 절연체는 10 중량% 내지 25중량%의 충전제를 포함하고,
    상기 충전제는 20 중량% 내지 80 중량%의 실리카 산화물 및 20 중량% 내지 80 중량%의 티타늄 산화물을 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 도체 주위에 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계는, 60 중량% 내지 80 중량%의 티타늄 산화물을 포함하는 충전제를 갖는 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계를 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
  24. 제22 항에 있어서,
    상기 도체 주위에 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계는, 15 중량% 내지 20 중량%의 충전제를 포함하는 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계를 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
  25. 제22 항에 있어서,
    상기 도체 주위에 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계는, 접착 촉진제를 포함하는 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계를 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 도체 주위에 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계는, Cymel 접착 촉진제를 포함하는 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계를 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
  27. 제22 항에 있어서,
    상기 도체 주위에 중합체 에나멜 절연체를 형성하는 단계는, 중합체 에나멜 절연체의 복수의 층들을 형성하는 단계를 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 중합체 에나멜 절연체 주위에 형성된 톱코트 절연체 층을 형성하는 단계를 더 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 톱코트 절연체 층을 형성하는 단계는, 충전되지 않은 톱코트 절연체 층을 형성하는 단계를 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
  30. 제28 항에 있어서,
    상기 톱코트 절연체 층을 형성하는 단계는, 폴리아미드이미드 톱코트 절연체 층을 형성하는 단계를 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
  31. 제28 항에 있어서,
    상기 톱코트 절연체 층을 형성하는 단계는, 조합된 중합체 에나멜 절연체 및 톱코트 절연체 층의 전체 두께의 5% 내지 15%를 포함하는 톱코트 절연체 층을 형성하는 단계를 포함하는,
    자석 와이어를 형성하는 방법.
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