含有气泡层的绝缘电线、电气设备及含有气泡层的绝缘电线的制造方法
【专利摘要】本发明为一种绝缘电线，其在导体上直接或者隔着其他绝缘层而在绝缘被膜中具有热固性树脂，所述热固性树脂的绝缘被膜通过烧付热固性树脂清漆而成为含有气泡的层，在其含有气泡的层的上层或者下层形成有不含气泡的层。
【专利说明】含有气泡层的绝缘电线、电气设备及含有气泡层的绝缘电线的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于各种电气设备的绝缘电线。另外，本发明涉及使用了绝缘电线的电动机、变压器等电气设备。进一步，本发明涉及绝缘电线的制造方法。
【背景技术】
[0002]以往以来，以绝缘被膜被覆导体而成的绝缘电线被用于电动机、变压器等各种电气设备用的电气线圈中。对于形成该电气线圈的绝缘电线来说，对导体的密合性、电绝缘性和耐热性是不可或缺的。特别是近年来，对于宇宙用电气设备、飞行器用电气设备、核能用电气设备、能源用电气设备、机动车用电气设备要求小型化、轻量化以及高性能化。例如，对于电动机等的旋转电机或变压器来说，比以往更要求高功率化。
[0003]然而，旋转电机通过将卷绕在芯上的绝缘电线塞入至槽中来进行制造。向该槽中塞入了尽可能多的绝缘电线，因而在漆包线上被施加有较大压力。为此，必须增强绝缘被膜的皮膜。但是树脂的强度具有极限，因此需要形成吸收该冲击这样的结构。
[0004]另外，对于绝缘电线的绝缘被膜进行薄膜化的需求正在增加。因此，需要提高绝缘电线的绝缘击穿电压。另外，在将具有薄膜的绝缘被膜的绝缘电线塞入槽中时，需要一种使该绝缘被膜的损伤降低了的绝缘电线。
[0005]进一步，若在旋转电机运转时施加高电压，则在绝缘电线与槽之间或绝缘电线彼此间有时会产生电晕放电。在施加电压不是很高时，绝缘电线对于耐电晕放电的要求并不高。但是，在高功率的旋转电机中施加高电压，因此需要耐电晕放电性优异且局部放电起始电压较高的绝缘电线。
[0006]为了提高绝缘电线的局部放电起始电压，可考虑增厚绝缘被膜。但是，出于绝缘电线薄膜化的要求，难以增厚绝缘被膜。另外，绝缘电线通常是通过将树脂清漆多次涂布并烧付在导体上来制造的。为了增厚绝缘被膜，在制造工序中通过烧付炉的次数增加，因此作为导体的铜表面的由氧化铜构成的皮膜厚度生长，由此导致导体与绝缘被膜的密合力下降。
[0007]另外，作为提高绝缘电线的局部放电起始电压的其他方法，可考虑将介电常数低的树脂用于绝缘被膜中。但是，介电常数低的树脂通常表面自由能低、与导体的密合性差，因此难以使用。
[0008]进一步，提出了通过向绝缘被膜混配颗粒来提高耐电晕放电性的绝缘电线。例如提出有:使绝缘被膜中含有氧化铝、二氧化硅、氧化铬等颗粒的绝缘电线(参照专利文献1、2)、或使绝缘被膜中含有碳化氮或氮化硅的绝缘电线(参照专利文献3)。这些绝缘电线通过含有颗粒的绝缘被膜来降低因电晕放电所致的侵蚀劣化。然而，对于具有含有这些颗粒的绝缘被膜的绝缘电线来说，其皮膜的可挠性下降，多数情况下皮膜表面较粗糙。该皮膜表面粗糙，导致绝缘电线难以塞入槽中。因此，在有些情况下绝缘电线的耐磨耗性变差，绝缘被膜容易产生损伤。
[0009]另外，提出了如下方案:为了降低绝缘电线的介电常数，使用热塑性树脂进行间歇式发泡(参照专利文献4)。例如，在高压条件下使聚苯硫醚树脂中含有二氧化碳而使其发泡。但是，该方法存在热塑性树脂内的气泡因压缩成型而破裂，并且耐热温度低这样的问题。
[0010]据已知进一步提出了在使聚酰亚胺前体发泡化的清漆中添加水溶性的醇、醚或水的方案，但该方法中使用低沸点的醇或醚，因此添加剂会优先与聚酰亚胺前体发生反应，分子量减小，无法得到充分的耐热性(参照专利文献5)。
[0011]另外，专利文献6中记载了如下的绝缘电线的技术:绝缘皮膜由含有热塑性树脂的热固性树脂组合物的固化物所形成，该绝缘皮膜具有微细的气孔。但是该技术中的热固性树脂不含气泡。涂布、烧付含有热塑性树脂的热固性树脂清漆时，在由此形成的网状结构中的热塑性树脂颗粒中形成气泡。
[0012]现有技术文献
[0013]专利文献
[0014]专利文献1:日本特开昭57-2361号公报
[0015]专利文献2:日本特开平2-106812号公报
[0016]专利文献3:日本特开平11-130993号公报
[0017]专利文献4:日本特愿2010-070068号公报
[0018]专利文献5:日本专利第3414479号公报
[0019]专利文献6:日本特开2011-238384号公报
【发明内容】
[0020]发明要解决的课题
[0021]本发明的课题为提供一种漆包线，其具有高的局部放电起始电压和耐热性，进一步可减轻在加工时作用于绝缘被膜的的应力。另外，本发明的课题在于提供一种使用绝缘电线而成的寿命特性优异的电气设备。进一步，本发明的课题在于提供一种绝缘电线的制造方法。
[0022]用于解决问题的手段
[0023]本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究。
[0024]作为降低介电常数并增加局部放电起始电压的方法，本发明人针对使漆包绝缘电线的绝缘被膜含有气泡进行了研究。通过使用该方法，还可预期吸收冲击的效果。研究的结果发现，使漆包树脂清漆中含有溶剂(高沸点溶剂)作为发泡剂，由此可以得到具有微细气泡的绝缘电线，所述溶剂均匀地分散于清漆的有机溶剂成分中，其是沸点高于清漆的溶剂成分。即，可知在混合了含有作为上述清漆的主要溶剂成分的有机溶剂和至少I种的高沸点溶剂的3种以上的溶剂来使用的情况下，制成了可形成含有气泡的绝缘电线用皮膜的清漆。通过制成这样的绝缘电线，可以增加局部放电起始电压，并且耐磨耗性优异，而且不会使绝缘击穿电压下降到作为电动机而无法使用的程度。
[0025]本发明是基于该见解而完成的。
[0026](I) 一种绝缘电线，其在导体上直接或者隔着其他绝缘层而在绝缘被膜中具有热固性树脂，所述热固性树脂的绝缘被膜通过热固性树脂清漆的烧付而成为含有气泡的层，在其含有气泡的层的上层或者下层形成有不含气泡的层。[0027](2)如(I)所述的绝缘电线，其在导体上直接或者隔着其他绝缘层具有热固性树脂层作为绝缘层，所述热固性树脂层含有在热固性树脂的清漆的烧付工序中发泡而形成的气泡，所述的含有气泡的由热固性树脂构成的绝缘层的平均气泡径为ΙΟμπι以下，在该含有气泡的绝缘层的上层和/或下层配置有厚度为I μ m以上且不含气泡的绝缘层，将所述的由热固性树脂构成的含有气泡的绝缘层层积了I次以上。
[0028](3)如⑴或⑵所述的绝缘电线，其特征在于，层积2次以上含有气泡的层，所述含有气泡的层由下述组合构成:在上层和/或下层的厚度为I μ m以上的不含气泡的层与含有气泡的层的组合。
[0029](4)如⑴?(3)任一项所述的绝缘电线，其中，所述热固性树脂清漆含有热固性树脂的溶剂、气泡形成剂和沸点比热固性树脂的溶剂高的溶剂作为混合溶剂。
[0030](5)如⑴?(4)任一项所述的绝缘电线，其特征在于，所述热固性树脂为聚酰胺酰亚胺树脂。
[0031](6)如⑴?(5)任一项所述的绝缘电线，其特征在于，所述含有气泡的热固性树脂层中添加有热塑性树脂。
[0032](7) 一种绝缘电线的制造方法，其在导体上直接或者隔着其他绝缘层涂布热固性树脂的清漆，进行烧付而使该热固性树脂的清漆在烧付工序中发泡，从而具有由热固性树脂构成的含有气泡的层作为绝缘层，所述的含有气泡的绝缘层的平均气泡径为ΙΟμπι以下，在该含有气泡的绝缘层的上层和/或下层配置有厚度为I μ m以上且不含气泡的绝缘层，将所述的由热固性树脂构成的含有气泡的绝缘层层积了 I次以上。
[0033](8)如(7)所述的绝缘电线的制造方法，其中，气泡形成用的高沸点溶剂的沸点高于热固性树脂的溶剂，在热固性树脂的清漆中添加I种高沸点溶剂时，高沸点溶剂具有气泡成核剂和发泡剂两种作用，而在使用2种以上的高沸点溶剂而添加于清漆时，2种以上的高沸点溶剂分别作为发泡剂和气泡成核剂发挥作用。
[0034](9)如(7)或⑶所述的绝缘电线的制造方法，其中，所述热固性树脂的清漆使用了至少3种沸点为160°C以上的溶剂的混合溶剂。
[0035](10) 一种电气电子设备，其中，将如⑴?(6)任一项所述的绝缘电线用于电气电子设备中所安装的变压器的卷线和/或旋转机的电动机线圈中。
[0036]发明效果
[0037]本发明可以提供一种绝缘电线，其具有高的局部放电起始电压和耐热性，并且耐加工性优异。另外，本发明可以提供一种使用绝缘电线而成的寿命特性优异的电气设备。进而，本发明可以提供该绝缘电线的制造方法。
[0038]本发明的上述及其它的特征及优点可适当参照附图，并根据下述记载而更为明确。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1为表示本发明的绝缘电线的一个实施方式的截面图。
[0040]图2为表示本发明的绝缘电线的另一实施方式的截面图。
[0041]图3为表示本发明的绝缘电线的又一实施方式的截面图。
[0042]图4中，(a)为由实施例2制作的绝缘电线的截面图；(b)为由实施例3制作的绝缘电线的截面图；(C)为由实施例6制作的绝缘电线的截面图。
【具体实施方式】
[0043]参照附图对本发明的绝缘电线的优选实施方式进行说明。
[0044]图3为表示本发明的绝缘电线的一种优选实施方式的示意性截面图。图3中，10表示绝缘电线，11为导体，12为具有气泡的绝缘层，13、14为不含气泡的绝缘层，14为具有气泡的绝缘层，15、16为不含气泡的绝缘层。由同一附图可知，本发明的绝缘电线10在导体的外周被覆有绝缘层16、绝缘层12。绝缘层12具有至少I层的绝缘层，所述绝缘层是将可通过烧付形成含有气泡的热固性树脂皮膜的树脂清漆直接或间接地涂布于导体外周，而后进行烧付而形成的。进一步示出了在该绝缘层12外侧具有绝缘层13的结构。绝缘层12在该绝缘层中具有微细的气孔(未图示)。绝缘层14也与绝缘层12同样。气泡的分布密度在绝缘被膜层中为4 X IO9个/cm3?7 X IO11个/cm3,更优选为8 X IO9个/cm3?5 X IO11个/cm3。若气泡的分布密度过大，则漆包线所需要的抗破裂性(耐潰扎性)等机械强度下降；若过小则难以得到降低介电常数的效果。
[0045]如图2所述的那样，导体的形状也可以是截面为矩形且拐角为圆角的形状。若以此作为第2实施方式进行说明，在绝缘电线20中，21为导体，22为不含气泡的绝缘层，23为具有气泡的绝缘层，24为不含气泡的绝缘层，25为具有气泡的绝缘层。该方式的具有气泡的绝缘层23、25为与第I实施方式的绝缘层12、14相同的结构，可以按照相同的方法生成气泡进行制造。
[0046]图1表示本发明的绝缘电线的另一种优选实施方式。与图3相同的符号表示相同的意思。
[0047][绝缘电线的构成]
[0048]本发明中导体可以举出例如铜、铜合金、铝、铝合金或它们的组合等以往以来用作绝缘电线的导体的材料。
[0049]具有含有绝缘气泡的绝缘层的绝缘电线的形成可以按照如下方式进行。
[0050]使用上述的材料作为导体，在其周围涂布清漆。对于清漆的制备来说，利用如下方式:在混合了包括特定的有机溶剂和至少I种的高沸点溶剂的3种以上的溶剂的情况下，制成可形成绝缘电线用皮膜的清漆，所述绝缘电线用皮膜包含含有气泡的层。接着，将该清漆被覆于导体上。接着，加热清漆使有机溶剂气化从而使涂布清漆中形成气泡。关于清漆的涂布，可以在导体上直接涂布，也可以隔着其他树脂层而进行涂布。
[0051]上述有机溶剂作为使热固性树脂溶解的溶剂而发挥作用。对于该有机溶剂，只要不妨害热固性树脂的反应就没有特别的限制，例如可以举出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剂；N，N 一二甲基乙烯基脲、N, N 一二甲基丙烯基脲、四甲基脲等脲系溶剂；Y —丁内酯、Y —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、乙基乙酸溶纤剂、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；环丁砜等砜系溶剂；等等。在它们中，从高溶解性、高反应促进性等方面考虑，优选为酰胺系溶剂、脲系溶剂；从不带有容易因加热而妨害交联反应的氢原子等的方面考虑，更优选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，特别优选N —甲基一2 —吡咯烷酮。这些有机溶剂的沸点优选为160°C~250°C，更优选为165°C~210°C。
[0052]可用于气泡形成用的高沸点溶剂的沸点优选为180°C~300°C，更优选为210°C~260°C。其中至少I种发挥气泡成核剂的作用。具体来说，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单甲醚等。在气泡径的不均较小的方面，更优选三乙二醇二甲醚。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、二丙二醇单甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇丁基甲基醚、三丙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇单乙烯基醚、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、二乙二醇单丁醚、乙二醇单苯醚、三乙二醇单甲醚、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、聚乙二醇单甲醚和丙二醇单甲醚等。在上述高沸点溶剂中，作为气泡成核剂优选四乙二醇二甲醚、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单甲醚等。至少2种高沸点溶剂的优选组合为四乙二醇二甲醚与二乙二醇二丁醚、二乙二醇二丁醚与三乙二醇二甲醚、三乙二醇单甲醚与四乙二醇二甲醚、三乙二醇丁基甲基醚与四乙二醇二甲醚，更优选包括二乙二醇二丁醚与三乙二醇二甲醚、三乙二醇单甲醚与四乙二醇二甲醚的组合。
[0053]气泡形成用的高沸点溶剂的沸点需要高于热固性树脂的溶剂，并且在向清漆中添加I种高沸点溶剂的情况下，优选高沸点溶剂的沸点比热固性树脂的溶剂的沸点高10°c以上。另外可知，在使用了 I种高沸点溶剂时，高沸点溶剂具有气泡成核剂和发泡剂两方面的作用。另一方面，使用了 2种以上的高沸点溶剂时，沸点最高的溶剂发挥发泡剂的作用，具有介于热固性树脂的溶剂与具有最高沸点的高沸点溶剂的中间的沸点的气泡形成用高沸点溶剂发挥气泡成核剂的作用。优选沸点最高的溶剂的沸点比热固性树脂的溶剂高20°C以上，更优选高出30°C~50°C。具有中间沸点的气泡形成用高沸点溶剂的沸点介于发挥发泡剂作用的溶剂的沸点与热固性树脂的溶剂的沸点的中间即可，优选具有与发泡剂的沸点相差10°C以上的沸点差。具有中间沸点的气泡形成用高沸点溶剂对热固性树脂的溶解度高于发挥发泡剂作用的溶剂时，在对清漆进行烧付后可以形成均匀的气泡。
[0054]可知，在混合了来自上述有机溶剂和至少I种高沸点溶剂的3种以上的溶剂的情况下，可制成形成绝缘电线用皮膜的清漆，所述绝缘电线用皮膜具有包含气泡层的绝缘层。
[0055]通过本发明可以实现高发泡化，即可以实现使皮膜显著低介电常数化。下面阐述其理由。
[0056]可以由相对介电常数算出发泡倍率。已知发泡体的发泡倍率与相对介电常数的关系通常由下式(A.S.Windeler式)表示。
[0057][数学式I]
【权利要求】
1.一种绝缘电线，其在导体上直接或者隔着其他绝缘层而在绝缘被膜中具有热固性树月旨，所述热固性树脂的绝缘被膜通过热固性树脂清漆的烧付而成为含有气泡的层，在其含有气泡的层的上层或者下层形成有不含气泡的层。
2.如权利要求1所述的绝缘电线，其在导体上直接或者隔着其他绝缘层具有热固性树脂层作为绝缘层，所述热固性树脂层含有在热固性树脂的清漆的烧付工序中发泡而形成的气泡，所述的由热固性树脂构成的含有气泡的绝缘层的平均气泡径为ΙΟμπι以下，在该含有气泡的绝缘层的上层和/或下层配置有厚度为I μ m以上且不含气泡的绝缘层，将所述的由热固性树脂构成的含有气泡的绝缘层层积了I次以上。
3.如权利要求1或2所述的绝缘电线，其特征在于，层积2次以上含有气泡的层，所述含有气泡的层由下述组合构成:在上层和/或下层的厚度为I μ m以上的不含气泡的层与含有气泡的层的组合。
4.如权利要求1?3任一项所述的绝缘电线，其中，所述热固性树脂清漆含有热固性树脂的溶剂、气泡形成剂和沸点比热固性树脂的溶剂高的溶剂作为混合溶剂。
5.如权利要求1?4任一项所述的绝缘电线，其特征在于，所述热固性树脂为聚酰胺酰亚胺树脂。
6.如权利要求1?5任一项所述的绝缘电线，其特征在于，所述含有气泡的热固性树脂层中添加有热塑性树脂。
7.—种绝缘电线的制造方法，其在导体上直接或者隔着其他绝缘层涂布热固性树脂的清漆，进行烧付而使该热固性树脂的清漆在烧付工序中发泡，从而具有由热固性树脂构成的含有气泡的层作为绝缘层，所述的含有气泡的绝缘层的平均气泡径为IOym以下，在该含有气泡的绝缘层的上层和/或下层配置有厚度为I μ m以上且不含气泡的绝缘层，将所述的由热固性树脂构成的含有气泡的绝缘层层积了I次以上。
8.如权利要求7所述的绝缘电线的制造方法，其中，气泡形成用的高沸点溶剂的沸点高于热固性树脂的溶剂，在热固性树脂的清漆中添加I种高沸点溶剂时，高沸点溶剂具有气泡成核剂和发泡剂两种作用，而在使用2种以上的高沸点溶剂并添加于清漆时，2种以上的高沸点溶剂分别作为发泡剂和气泡成核剂发挥作用。
9.如权利要求7或8所述的绝缘电线的制造方法，其中，所述热固性树脂的清漆为使用了至少3种沸点为160°C以上的溶剂的混合溶剂。
10.一种电气电子设备，其中，将权利要求1?6任一项所述的绝缘电线用于电气电子设备中所安装的变压器的卷线和/或旋转机的电动机线圈中。
【文档编号】H01B13/00GK103650065SQ201380001974
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年3月6日 优先权日:2012年3月7日
【发明者】大矢真, 武藤大介, 小野寺真, 富泽惠一 申请人:古河电气工业株式会社, 古河电磁线株式会社