含有氣泡層的絕緣電線、電氣設備及含有氣泡層的絕緣電線的制造方法
【專利摘要】本發明為一種絕緣電線，其在導體上直接或者隔著其他絕緣層而在絕緣被膜中具有熱固性樹脂，所述熱固性樹脂的絕緣被膜通過燒付熱固性樹脂清漆而成為含有氣泡的層，在其含有氣泡的層的上層或者下層形成有不含氣泡的層。
【專利說明】含有氣泡層的絕緣電線、電氣設備及含有氣泡層的絕緣電線的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于各種電氣設備的絕緣電線。另外，本發明涉及使用了絕緣電線的電動機、變壓器等電氣設備。進一步，本發明涉及絕緣電線的制造方法。
【背景技術】
[0002]以往以來，以絕緣被膜被覆導體而成的絕緣電線被用于電動機、變壓器等各種電氣設備用的電氣線圈中。對于形成該電氣線圈的絕緣電線來說，對導體的密合性、電絕緣性和耐熱性是不可或缺的。特別是近年來，對于宇宙用電氣設備、飛行器用電氣設備、核能用電氣設備、能源用電氣設備、機動車用電氣設備要求小型化、輕量化以及高性能化。例如，對于電動機等的旋轉電機或變壓器來說，比以往更要求高功率化。
[0003]然而，旋轉電機通過將卷繞在芯上的絕緣電線塞入至槽中來進行制造。向該槽中塞入了盡可能多的絕緣電線，因而在漆包線上被施加有較大壓力。為此，必須增強絕緣被膜的皮膜。但是樹脂的強度具有極限，因此需要形成吸收該沖擊這樣的結構。
[0004]另外，對于絕緣電線的絕緣被膜進行薄膜化的需求正在增加。因此，需要提高絕緣電線的絕緣擊穿電壓。另外，在將具有薄膜的絕緣被膜的絕緣電線塞入槽中時，需要一種使該絕緣被膜的損傷降低了的絕緣電線。
[0005]進一步，若在旋轉電機運轉時施加高電壓，則在絕緣電線與槽之間或絕緣電線彼此間有時會產生電暈放電。在施加電壓不是很高時，絕緣電線對于耐電暈放電的要求并不高。但是，在高功率的旋轉電機中施加高電壓，因此需要耐電暈放電性優異且局部放電起始電壓較高的絕緣電線。
[0006]為了提高絕緣電線的局部放電起始電壓，可考慮增厚絕緣被膜。但是，出于絕緣電線薄膜化的要求，難以增厚絕緣被膜。另外，絕緣電線通常是通過將樹脂清漆多次涂布并燒付在導體上來制造的。為了增厚絕緣被膜，在制造工序中通過燒付爐的次數增加，因此作為導體的銅表面的由氧化銅構成的皮膜厚度生長，由此導致導體與絕緣被膜的密合力下降。
[0007]另外，作為提高絕緣電線的局部放電起始電壓的其他方法，可考慮將介電常數低的樹脂用于絕緣被膜中。但是，介電常數低的樹脂通常表面自由能低、與導體的密合性差，因此難以使用。
[0008]進一步，提出了通過向絕緣被膜混配顆粒來提高耐電暈放電性的絕緣電線。例如提出有:使絕緣被膜中含有氧化鋁、二氧化硅、氧化鉻等顆粒的絕緣電線(參照專利文獻1、2)、或使絕緣被膜中含有碳化氮或氮化硅的絕緣電線(參照專利文獻3)。這些絕緣電線通過含有顆粒的絕緣被膜來降低因電暈放電所致的侵蝕劣化。然而，對于具有含有這些顆粒的絕緣被膜的絕緣電線來說，其皮膜的可撓性下降，多數情況下皮膜表面較粗糙。該皮膜表面粗糙，導致絕緣電線難以塞入槽中。因此，在有些情況下絕緣電線的耐磨耗性變差，絕緣被膜容易產生損傷。
[0009]另外，提出了如下方案:為了降低絕緣電線的介電常數，使用熱塑性樹脂進行間歇式發泡(參照專利文獻4)。例如，在高壓條件下使聚苯硫醚樹脂中含有二氧化碳而使其發泡。但是，該方法存在熱塑性樹脂內的氣泡因壓縮成型而破裂，并且耐熱溫度低這樣的問題。
[0010]據已知進一步提出了在使聚酰亞胺前體發泡化的清漆中添加水溶性的醇、醚或水的方案，但該方法中使用低沸點的醇或醚，因此添加劑會優先與聚酰亞胺前體發生反應，分子量減小，無法得到充分的耐熱性(參照專利文獻5)。
[0011]另外，專利文獻6中記載了如下的絕緣電線的技術:絕緣皮膜由含有熱塑性樹脂的熱固性樹脂組合物的固化物所形成，該絕緣皮膜具有微細的氣孔。但是該技術中的熱固性樹脂不含氣泡。涂布、燒付含有熱塑性樹脂的熱固性樹脂清漆時，在由此形成的網狀結構中的熱塑性樹脂顆粒中形成氣泡。
[0012]現有技術文獻
[0013]專利文獻
[0014]專利文獻1:日本特開昭57-2361號公報
[0015]專利文獻2:日本特開平2-106812號公報
[0016]專利文獻3:日本特開平11-130993號公報
[0017]專利文獻4:日本特愿2010-070068號公報
[0018]專利文獻5:日本專利第3414479號公報
[0019]專利文獻6:日本特開2011-238384號公報
【發明內容】
[0020]發明要解決的課題
[0021]本發明的課題為提供一種漆包線，其具有高的局部放電起始電壓和耐熱性，進一步可減輕在加工時作用于絕緣被膜的的應力。另外，本發明的課題在于提供一種使用絕緣電線而成的壽命特性優異的電氣設備。進一步，本發明的課題在于提供一種絕緣電線的制造方法。
[0022]用于解決問題的手段
[0023]本發明人為了解決上述課題而進行了深入研究。
[0024]作為降低介電常數并增加局部放電起始電壓的方法，本發明人針對使漆包絕緣電線的絕緣被膜含有氣泡進行了研究。通過使用該方法，還可預期吸收沖擊的效果。研究的結果發現，使漆包樹脂清漆中含有溶劑(高沸點溶劑)作為發泡劑，由此可以得到具有微細氣泡的絕緣電線，所述溶劑均勻地分散于清漆的有機溶劑成分中，其是沸點高于清漆的溶劑成分。即，可知在混合了含有作為上述清漆的主要溶劑成分的有機溶劑和至少I種的高沸點溶劑的3種以上的溶劑來使用的情況下，制成了可形成含有氣泡的絕緣電線用皮膜的清漆。通過制成這樣的絕緣電線，可以增加局部放電起始電壓，并且耐磨耗性優異，而且不會使絕緣擊穿電壓下降到作為電動機而無法使用的程度。
[0025]本發明是基于該見解而完成的。
[0026](I) 一種絕緣電線，其在導體上直接或者隔著其他絕緣層而在絕緣被膜中具有熱固性樹脂，所述熱固性樹脂的絕緣被膜通過熱固性樹脂清漆的燒付而成為含有氣泡的層，在其含有氣泡的層的上層或者下層形成有不含氣泡的層。[0027](2)如(I)所述的絕緣電線，其在導體上直接或者隔著其他絕緣層具有熱固性樹脂層作為絕緣層，所述熱固性樹脂層含有在熱固性樹脂的清漆的燒付工序中發泡而形成的氣泡，所述的含有氣泡的由熱固性樹脂構成的絕緣層的平均氣泡徑為ΙΟμπι以下，在該含有氣泡的絕緣層的上層和/或下層配置有厚度為I μ m以上且不含氣泡的絕緣層，將所述的由熱固性樹脂構成的含有氣泡的絕緣層層積了I次以上。
[0028](3)如⑴或⑵所述的絕緣電線，其特征在于，層積2次以上含有氣泡的層，所述含有氣泡的層由下述組合構成:在上層和/或下層的厚度為I μ m以上的不含氣泡的層與含有氣泡的層的組合。
[0029](4)如⑴?(3)任一項所述的絕緣電線，其中，所述熱固性樹脂清漆含有熱固性樹脂的溶劑、氣泡形成劑和沸點比熱固性樹脂的溶劑高的溶劑作為混合溶劑。
[0030](5)如⑴?(4)任一項所述的絕緣電線，其特征在于，所述熱固性樹脂為聚酰胺酰亞胺樹脂。
[0031](6)如⑴?(5)任一項所述的絕緣電線，其特征在于，所述含有氣泡的熱固性樹脂層中添加有熱塑性樹脂。
[0032](7) 一種絕緣電線的制造方法，其在導體上直接或者隔著其他絕緣層涂布熱固性樹脂的清漆，進行燒付而使該熱固性樹脂的清漆在燒付工序中發泡，從而具有由熱固性樹脂構成的含有氣泡的層作為絕緣層，所述的含有氣泡的絕緣層的平均氣泡徑為ΙΟμπι以下，在該含有氣泡的絕緣層的上層和/或下層配置有厚度為I μ m以上且不含氣泡的絕緣層，將所述的由熱固性樹脂構成的含有氣泡的絕緣層層積了 I次以上。
[0033](8)如(7)所述的絕緣電線的制造方法，其中，氣泡形成用的高沸點溶劑的沸點高于熱固性樹脂的溶劑，在熱固性樹脂的清漆中添加I種高沸點溶劑時，高沸點溶劑具有氣泡成核劑和發泡劑兩種作用，而在使用2種以上的高沸點溶劑而添加于清漆時，2種以上的高沸點溶劑分別作為發泡劑和氣泡成核劑發揮作用。
[0034](9)如(7)或⑶所述的絕緣電線的制造方法，其中，所述熱固性樹脂的清漆使用了至少3種沸點為160°C以上的溶劑的混合溶劑。
[0035](10) 一種電氣電子設備，其中，將如⑴?(6)任一項所述的絕緣電線用于電氣電子設備中所安裝的變壓器的卷線和/或旋轉機的電動機線圈中。
[0036]發明效果
[0037]本發明可以提供一種絕緣電線，其具有高的局部放電起始電壓和耐熱性，并且耐加工性優異。另外，本發明可以提供一種使用絕緣電線而成的壽命特性優異的電氣設備。進而，本發明可以提供該絕緣電線的制造方法。
[0038]本發明的上述及其它的特征及優點可適當參照附圖，并根據下述記載而更為明確。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]圖1為表示本發明的絕緣電線的一個實施方式的截面圖。
[0040]圖2為表示本發明的絕緣電線的另一實施方式的截面圖。
[0041]圖3為表示本發明的絕緣電線的又一實施方式的截面圖。
[0042]圖4中，(a)為由實施例2制作的絕緣電線的截面圖；(b)為由實施例3制作的絕緣電線的截面圖；(C)為由實施例6制作的絕緣電線的截面圖。
【具體實施方式】
[0043]參照附圖對本發明的絕緣電線的優選實施方式進行說明。
[0044]圖3為表示本發明的絕緣電線的一種優選實施方式的示意性截面圖。圖3中，10表示絕緣電線，11為導體，12為具有氣泡的絕緣層，13、14為不含氣泡的絕緣層，14為具有氣泡的絕緣層，15、16為不含氣泡的絕緣層。由同一附圖可知，本發明的絕緣電線10在導體的外周被覆有絕緣層16、絕緣層12。絕緣層12具有至少I層的絕緣層，所述絕緣層是將可通過燒付形成含有氣泡的熱固性樹脂皮膜的樹脂清漆直接或間接地涂布于導體外周，而后進行燒付而形成的。進一步示出了在該絕緣層12外側具有絕緣層13的結構。絕緣層12在該絕緣層中具有微細的氣孔(未圖示)。絕緣層14也與絕緣層12同樣。氣泡的分布密度在絕緣被膜層中為4 X IO9個/cm3?7 X IO11個/cm3,更優選為8 X IO9個/cm3?5 X IO11個/cm3。若氣泡的分布密度過大，則漆包線所需要的抗破裂性(耐潰扎性)等機械強度下降；若過小則難以得到降低介電常數的效果。
[0045]如圖2所述的那樣，導體的形狀也可以是截面為矩形且拐角為圓角的形狀。若以此作為第2實施方式進行說明，在絕緣電線20中，21為導體，22為不含氣泡的絕緣層，23為具有氣泡的絕緣層，24為不含氣泡的絕緣層，25為具有氣泡的絕緣層。該方式的具有氣泡的絕緣層23、25為與第I實施方式的絕緣層12、14相同的結構，可以按照相同的方法生成氣泡進行制造。
[0046]圖1表示本發明的絕緣電線的另一種優選實施方式。與圖3相同的符號表示相同的意思。
[0047][絕緣電線的構成]
[0048]本發明中導體可以舉出例如銅、銅合金、鋁、鋁合金或它們的組合等以往以來用作絕緣電線的導體的材料。
[0049]具有含有絕緣氣泡的絕緣層的絕緣電線的形成可以按照如下方式進行。
[0050]使用上述的材料作為導體，在其周圍涂布清漆。對于清漆的制備來說，利用如下方式:在混合了包括特定的有機溶劑和至少I種的高沸點溶劑的3種以上的溶劑的情況下，制成可形成絕緣電線用皮膜的清漆，所述絕緣電線用皮膜包含含有氣泡的層。接著，將該清漆被覆于導體上。接著，加熱清漆使有機溶劑氣化從而使涂布清漆中形成氣泡。關于清漆的涂布，可以在導體上直接涂布，也可以隔著其他樹脂層而進行涂布。
[0051]上述有機溶劑作為使熱固性樹脂溶解的溶劑而發揮作用。對于該有機溶劑，只要不妨害熱固性樹脂的反應就沒有特別的限制，例如可以舉出N—甲基一 2 —吡咯烷酮、N,N 一二甲基乙酰胺、N, N 一二甲基甲酰胺等酰胺系溶劑；N，N 一二甲基乙烯基脲、N, N 一二甲基丙烯基脲、四甲基脲等脲系溶劑；Y —丁內酯、Y —己內酯等內酯系溶劑；碳酸亞丙酯等碳酸酯系溶劑；甲基乙基酮、甲基異丁基酮、環己酮等酮系溶劑；乙酸乙酯、乙酸正丁酯、丁基乙酸溶纖劑、丁基卡必醇乙酸酯、乙基乙酸溶纖劑、乙基卡必醇乙酸酯等酯系溶劑；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劑；甲苯、二甲苯、環己烷等烴系溶劑；環丁砜等砜系溶劑；等等。在它們中，從高溶解性、高反應促進性等方面考慮，優選為酰胺系溶劑、脲系溶劑；從不帶有容易因加熱而妨害交聯反應的氫原子等的方面考慮，更優選N -甲基一 2 —吡咯烷酮、N，N 一二甲基乙酰胺、N，N 一二甲基乙烯基脲、N，N—二甲基丙烯基脲、四甲基脲，特別優選N —甲基一2 —吡咯烷酮。這些有機溶劑的沸點優選為160°C~250°C，更優選為165°C~210°C。
[0052]可用于氣泡形成用的高沸點溶劑的沸點優選為180°C~300°C，更優選為210°C~260°C。其中至少I種發揮氣泡成核劑的作用。具體來說，可以使用二乙二醇二甲醚、三乙
二醇二甲醚、二乙二醇二丁醚、四乙二醇二甲醚和四乙二醇單甲醚等。在氣泡徑的不均較小的方面，更優選三乙二醇二甲醚。另外，可以使用二乙二醇二甲醚、二丙二醇二甲醚、二乙二醇乙基甲基醚、二丙二醇單甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇單甲醚、二乙二醇丁基甲基醚、三丙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇單乙烯基醚、三乙二醇二丙醚、四乙二醇甲基丙基醚、四乙二醇甲基乙烯基醚、二乙二醇二丙醚、二乙二醇二乙烯基醚、二乙二醇單丁醚、乙二醇單苯醚、三乙二醇單甲醚、二乙二醇二丁醚、三乙二醇丁基甲基醚、聚乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、聚乙二醇單甲醚和丙二醇單甲醚等。在上述高沸點溶劑中，作為氣泡成核劑優選四乙二醇二甲醚、二乙二醇二丁醚、三乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚和三乙二醇單甲醚等。至少2種高沸點溶劑的優選組合為四乙二醇二甲醚與二乙二醇二丁醚、二乙二醇二丁醚與三乙二醇二甲醚、三乙二醇單甲醚與四乙二醇二甲醚、三乙二醇丁基甲基醚與四乙二醇二甲醚，更優選包括二乙二醇二丁醚與三乙二醇二甲醚、三乙二醇單甲醚與四乙二醇二甲醚的組合。
[0053]氣泡形成用的高沸點溶劑的沸點需要高于熱固性樹脂的溶劑，并且在向清漆中添加I種高沸點溶劑的情況下，優選高沸點溶劑的沸點比熱固性樹脂的溶劑的沸點高10°c以上。另外可知，在使用了 I種高沸點溶劑時，高沸點溶劑具有氣泡成核劑和發泡劑兩方面的作用。另一方面，使用了 2種以上的高沸點溶劑時，沸點最高的溶劑發揮發泡劑的作用，具有介于熱固性樹脂的溶劑與具有最高沸點的高沸點溶劑的中間的沸點的氣泡形成用高沸點溶劑發揮氣泡成核劑的作用。優選沸點最高的溶劑的沸點比熱固性樹脂的溶劑高20°C以上，更優選高出30°C~50°C。具有中間沸點的氣泡形成用高沸點溶劑的沸點介于發揮發泡劑作用的溶劑的沸點與熱固性樹脂的溶劑的沸點的中間即可，優選具有與發泡劑的沸點相差10°C以上的沸點差。具有中間沸點的氣泡形成用高沸點溶劑對熱固性樹脂的溶解度高于發揮發泡劑作用的溶劑時，在對清漆進行燒付后可以形成均勻的氣泡。
[0054]可知，在混合了來自上述有機溶劑和至少I種高沸點溶劑的3種以上的溶劑的情況下，可制成形成絕緣電線用皮膜的清漆，所述絕緣電線用皮膜具有包含氣泡層的絕緣層。
[0055]通過本發明可以實現高發泡化，即可以實現使皮膜顯著低介電常數化。下面闡述其理由。
[0056]可以由相對介電常數算出發泡倍率。已知發泡體的發泡倍率與相對介電常數的關系通常由下式(A.S.Windeler式)表示。
[0057][數學式I]
【權利要求】
1.一種絕緣電線，其在導體上直接或者隔著其他絕緣層而在絕緣被膜中具有熱固性樹月旨，所述熱固性樹脂的絕緣被膜通過熱固性樹脂清漆的燒付而成為含有氣泡的層，在其含有氣泡的層的上層或者下層形成有不含氣泡的層。
2.如權利要求1所述的絕緣電線，其在導體上直接或者隔著其他絕緣層具有熱固性樹脂層作為絕緣層，所述熱固性樹脂層含有在熱固性樹脂的清漆的燒付工序中發泡而形成的氣泡，所述的由熱固性樹脂構成的含有氣泡的絕緣層的平均氣泡徑為ΙΟμπι以下，在該含有氣泡的絕緣層的上層和/或下層配置有厚度為I μ m以上且不含氣泡的絕緣層，將所述的由熱固性樹脂構成的含有氣泡的絕緣層層積了I次以上。
3.如權利要求1或2所述的絕緣電線，其特征在于，層積2次以上含有氣泡的層，所述含有氣泡的層由下述組合構成:在上層和/或下層的厚度為I μ m以上的不含氣泡的層與含有氣泡的層的組合。
4.如權利要求1?3任一項所述的絕緣電線，其中，所述熱固性樹脂清漆含有熱固性樹脂的溶劑、氣泡形成劑和沸點比熱固性樹脂的溶劑高的溶劑作為混合溶劑。
5.如權利要求1?4任一項所述的絕緣電線，其特征在于，所述熱固性樹脂為聚酰胺酰亞胺樹脂。
6.如權利要求1?5任一項所述的絕緣電線，其特征在于，所述含有氣泡的熱固性樹脂層中添加有熱塑性樹脂。
7.—種絕緣電線的制造方法，其在導體上直接或者隔著其他絕緣層涂布熱固性樹脂的清漆，進行燒付而使該熱固性樹脂的清漆在燒付工序中發泡，從而具有由熱固性樹脂構成的含有氣泡的層作為絕緣層，所述的含有氣泡的絕緣層的平均氣泡徑為IOym以下，在該含有氣泡的絕緣層的上層和/或下層配置有厚度為I μ m以上且不含氣泡的絕緣層，將所述的由熱固性樹脂構成的含有氣泡的絕緣層層積了I次以上。
8.如權利要求7所述的絕緣電線的制造方法，其中，氣泡形成用的高沸點溶劑的沸點高于熱固性樹脂的溶劑，在熱固性樹脂的清漆中添加I種高沸點溶劑時，高沸點溶劑具有氣泡成核劑和發泡劑兩種作用，而在使用2種以上的高沸點溶劑并添加于清漆時，2種以上的高沸點溶劑分別作為發泡劑和氣泡成核劑發揮作用。
9.如權利要求7或8所述的絕緣電線的制造方法，其中，所述熱固性樹脂的清漆為使用了至少3種沸點為160°C以上的溶劑的混合溶劑。
10.一種電氣電子設備，其中，將權利要求1?6任一項所述的絕緣電線用于電氣電子設備中所安裝的變壓器的卷線和/或旋轉機的電動機線圈中。
【文檔編號】H01B13/00GK103650065SQ201380001974
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年3月6日 優先權日:2012年3月7日
【發明者】大矢真, 武藤大介, 小野寺真, 富澤惠一 申請人:古河電氣工業株式會社, 古河電磁線株式會社