CN106104705A

CN106104705A - 电绝缘的导电线材

Info

Publication number: CN106104705A
Application number: CN201580012040.0A
Authority: CN
Inventors: 伯努瓦·佩蒂特加斯
Original assignee: Moteurs Leroy Somer SA
Current assignee: Moteurs Leroy Somer SA
Priority date: 2014-03-04
Filing date: 2015-03-02
Publication date: 2016-11-09
Also published as: EP3114694A1; FR3018403B1; FR3018403A1; WO2015132713A1

Abstract

本发明涉及一种电绝缘的导电线材，其包括导电芯和覆盖所述芯的绝缘结构，所述绝缘结构至少包含一个第一电绝缘材料的层和一个第二电绝缘材料的层。所述第一电绝缘材料的层和所述第二电绝缘材料的层被至少一个不同于所述第一电绝缘材料和所述第二电绝缘材料的第三绝缘材料层隔开。所述第一电绝缘材料的层和所述第二电绝缘材料的层中的至少之一位于所述绝缘结构的内部。所述第一电绝缘材料和所述第二电绝缘材料包含聚酯酰亚胺和/或聚酯。

Description

电绝缘的导电线材

本发明涉及一种电绝缘的导电线材、其制造及其在旋转电机中的用途。

背景技术

200℃热指数和/或等级H或C的电绝缘的导电线材由覆盖有绝缘结构的导电芯构成，所述绝缘结构由用三(羟乙基)异氰脲酸酯(THEIC)改性的聚酯(PE)和/或聚酯酰亚胺(PEI)的多层沉积物，然后聚酰胺-酰亚胺(PAI)的多层沉积物组成。由PEI和/或PE的多层沉积物形成的PEI和/或PE的层占绝缘结构的厚度的60％至90％，而由PAI的多层沉积物形成的PAI的层占10％至40％。

电绝缘的导电线材主要用于电力、电子或电气工程领域。电绝缘结构尤其必须确保各个相邻的导体的电绝缘以及相对于机器的金属本体的电绝缘。为此，绝缘结构必须满足一套规格，尤其包括绝缘电压、耐温性和抵抗机械应力的能力，所述机械应力在缠绕和/或***电机的槽时产生。

在专利申请US 2012/0247807中，与导电芯接触的绝缘材料层具有改善的附着性质，使得整根线材对局部放电的总抗性提高。

在专利申请US 2011/0198118中，绝缘结构由交替的磁性清漆层和电绝缘材料的层构成，所述电绝缘材料的层使得能够抵消感应的干扰电流以限制邻近效应和趋肤效应。

在专利申请EP 2 555 204中，绝缘结构由交替的具有高介电常数尤其包含聚酰胺-酰亚胺的材料层和具有低介电常数尤其包含聚醚酰亚胺的材料层构成。这种交替使得可以获得更好的介质击穿抗性和局部放电抗性。在获得相当于标准线材的局部放电抗性的局部放电抗性时，绝缘结构的厚度可减小。

仍然存在对利用易于制造的、较小厚度的和具有符合要求的热性质、机械性质(尤其关于柔韧性)和电性质的改善的绝缘结构的需求。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明的主题为一种电绝缘的导电线材，其包括：

-导电芯，和

-覆盖芯的绝缘结构，其至少包含：

·一个第一电绝缘材料的层，

·一个第二电绝缘材料的层，

第一电绝缘材料的层和第二电绝缘材料的层被至少一个不同于第一电绝缘材料和第二电绝缘材料的第三电绝缘材料的层隔开，第一电绝缘材料的层和第二电绝缘材料的层中的至少之一在绝缘结构的内部，第一电绝缘材料和第二电绝缘材料包含聚酯酰亚胺和/或聚酯。

“电绝缘材料”意指不传导电流的材料。这些材料的功能是阻止电流在两个导体之间流过。

“绝缘材料的层”意指厚度基本恒定绝缘材料的的均匀延伸，其涵盖不同的材料。各层优选在其制造期间由绝缘材料的至少一层沉积物形成，更优选由绝缘材料的至少两层相继沉积物形成。焙烧之后，每层沉积物的厚度优选为0.5μm至10μm，更优选0.5μm至4μm。优选地，绝缘结构由覆盖芯的相继的绝缘材料层构成。

各层中沉积数目的选择使得绝缘材料各施用层的厚度可以得到控制并且获得厚度受控的绝缘结构。

绝缘结构可总共包含4层至30层相继的沉积物，更优选10层至20层相继的沉积物。如上所述，各层对应于至少两层沉积物。相继沉积物的数目尤其取决于所使用的清漆的类型并且取决于导电芯的横向尺寸。

“绝缘结构的内部”意指第一电绝缘材料的层和第二电绝缘材料的层中的至少之一既不是绝缘结构径向上的最内层也不是径向上的最外层。第一电绝缘材料的层和第二电绝缘材料的层中的至少之一被设置成接触另两个材料(不同于第一材料或第二材料的材料)的层。

聚酯酰亚胺和聚酯为通常用于使导电线材绝缘的化合物。其因其良好的物理性质和机械性质(尤其是关于柔韧性)而被公知。

本发明中交替的不同材料层使得绝缘结构的整体性质，尤其是局部放电抗性、电绝缘性和柔韧度得到改善，而对于基本相当的性质，绝缘结构的厚度得以减小。

这种方案使得可以容易地制造标准直径的绝缘导电线材，其相对于标准导电线材包含直径较大的导电芯和厚度较小的绝缘结构。由于旋转电机的定子和转子的槽(该槽旨在用于容纳多根绝缘导电线材)的填充系数可被提高，这使得可以改善旋转电机的效能。填充系数的提高可达1％至3％。

优选地，绝缘结构不包含磁性颗粒或聚醚酰亚胺。

优选地，第一绝缘材料和第二绝缘材料选自以下聚酯种类：包括聚酯、聚酯酰亚胺、用三(羟乙基)异氰脲酸酯(THEIC)改性的聚酯、用三(羟乙基)异氰脲酸酯(THEIC)改性的聚酯酰亚胺、耐电晕聚酯、耐电晕聚酯酰亚胺及其共混物。用THEIC进行的改性使得聚酯和聚酯酰亚胺的电性质、机械性质和热性质得到改善，并且获得热耐受性与机械性质(尤其是刚性和附着性)之间的良好折衷。

优选地，第三电绝缘材料选自以下种类的第三电绝缘材料，包括聚酰胺-酰亚胺、耐电晕聚酰胺-酰亚胺、滑动性改善的聚酰胺-酰亚胺、耐240℃的聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚醚酮及其共混物。这些材料尤其具有比上述聚酯种类的材料更好的热稳定性以及更高的玻璃化转变温度。

绝缘结构的径向最外层不能包含第一电绝缘材料或第二电绝缘材料。绝缘结构的径向最外层优选包含选自第三电绝缘材料的种类的材料。优选地，绝缘结构的径向最外层包含聚醚醚酮，其尤其具有良好的耐高温性和良好的耐机械磨损性。

绝缘结构的径向最内层不能包含第一电绝缘材料和第二电绝缘材料。绝缘结构的径向最内层可包含聚酰胺，其特征尤其在于对导电芯的良好附着性。

至少第一电绝缘材料的层和第二电绝缘材料的层可在绝缘结构的内部。

第一电绝缘材料的层和第二电绝缘材料的层可由来自上述聚酯种类的相同材料制成。

绝缘结构可包含至少三个来自聚酯种类的电绝缘材料的层，各层成对地被至少一个来自第三电绝缘材料种类的电绝缘材料的层彼此隔开。

绝缘结构可包含交替的来自聚酯种类的电绝缘材料的层和来自第三电绝缘材料种类的电绝缘材料的层，绝缘结构总共包含至少四个不同的层。

导电芯优选由金属并且尤其是由铜、镀镍铜、钢、铝、银或其混合物或其合金制成。导电芯的截面优选为圆形的、非圆形的，并且尤其包括平的或多边形的。导电芯的直径优选为10 20μm至6mm。

绝缘结构的厚度取决于所讨论的待被绝缘的芯的直径并且取决于所期望的整体性质。绝缘结构的厚度优选为5μm至140μm。

根据本发明的另一方面，其又一个主题是用于制造根据本发明的电绝缘的导电线材的方法，该方法包括以下步骤：

a)进行第一电绝缘材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积，

b)在步骤a)中形成的第一电绝缘材料的层之上进行第三电绝缘材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积，以及

c)在步骤b)中形成的第三电绝缘材料的层之上进行第二电绝缘材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积。

制造方法还可包括以下步骤：

d)在步骤c)中形成的第一电绝缘材料的层之上进行来自第三电绝缘材料种类的材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积，和/或

e)在沉积步骤a)中形成的第一电绝缘材料的层之前进行来自第三电绝缘材料种类的材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积，和/或

f)在步骤d)中形成的绝缘材料层之上进行电绝缘材料的，尤其是来自聚酯种类或来自第三电绝缘材料种类的材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积，和/或

g)在形成步骤e)中的绝缘材料层之前进行绝缘材料的，尤其是来自聚酯种类或来自第三电绝缘材料种类的材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积。

本发明的又一个主题是包含至少一个定子和一个转子的旋转电机，定子或转子包含至少一个容纳多根根据本发明的电绝缘的导电线材的槽。

通过阅读以下详细描述的本发明的一些示例性非限制实施方案并通过研究附图可更好地理解本发明，在附图中：

-图1至3示意性示出根据本发明的多种不同线材的横截面，

-图4至7示意性示出根据本发明的多种不同线材的局部纵截面，和

-图8至12示出根据本发明的导电芯的横截面。

在图中，为了清除起见，并未总是遵守各组成元件的实际相对比例。

图1至3示出根据本发明的示例性电绝缘的导电线材2.

各线材2包含导电芯5和覆盖导电芯5的绝缘结构10。绝缘结构10包括至少三个绝缘材料层15a、15b、15c。

这些层的至少两层15a和15c包含第一电绝缘材料和第二电绝缘材料并且被至少一个第三绝缘材料层15b隔开，第一电绝缘材料和第二电绝缘材料包含聚酯(PE)和/或聚酯酰亚胺(PEI)。第一绝缘材料和第三绝缘材料优选由来自聚酯种类的材料制成，聚酯种类包括PE或PEI、用三(羟乙基)异氰脲酸酯(THEIC)改性的PE或PEI、耐电晕的PE或PEI及其共混物。THEIC使得可以使PE或PEI复杂化并且使得可以改善材料的热性质、物理性质和化学性质。

第三电绝缘材料优选由来自第三电绝缘材料种类的材料制成，该第三电绝缘材料种类包括聚酰胺-酰亚胺(PAI)、耐电晕PAI、滑动性改善的PAI、耐240℃的PAI、聚酰亚胺(PI)、聚醚醚酮(PEEK)及其共混物。

耐电晕PAI尤其可通过使性质不同的粉末共混或者通过对粉末进行化学处理(尤其是利用钛或铝(如专利申请1983022中所述)或二氧化硅)或者通过添加填料来获得。

滑动性改善的PAI尤其可通过与迁移至表面的蜡的乳液或者通过化学处理来获得。

第一绝缘材料层和第二绝缘材料层15a和15c可以不由相同的、来自上述聚酯种类的材料制成。例如，上述层中之一可由用THEIC改性的PEI制成，上述层中之另一可由耐电晕PEI制成。所有组合均是可能的。

作为变化方案，第一绝缘材料层和第二绝缘材料层15a和15c可由相同的、来自上述聚酯种类的材料制成。

作为一个变化方案(未示出)，绝缘结构可在第一材料层和第二材料层15a和15c之间包含多个绝缘或非绝缘材料层。

第一绝缘材料和第二绝缘材料这两层15a和15c中的至少之一既不是绝缘结构10的底层17(即，径向最内层)，也不是顶层19(即，径向最外层)。这意味着绝缘结构包含至少一个能够形成绝缘结构10的底层17(如图1所示)或者能够形成绝缘结构10的顶层19(如图2所示)的附加层。

如图3所示，绝缘结构10可包含多个附加层，一层可能形成绝缘结构10的顶层19，而另一层可能形成绝缘结构10的底层17，第一绝缘材料和第二绝缘材料的两个层15a和15c在绝缘结构10的内部。

优选地，附加层可由电绝缘材料制成。底层17可由来自上述聚酯种类的材料或由PA制成，而顶层19可由来自第三电绝缘材料种类的材料并且尤其是由PEEK、由滑动性改善的PAI或由耐240℃的PAI制成。

如图4和6所示，绝缘结构10可包含至少一个由来自上述聚酯种类的材料制成的附加层21a和至少一个由来自第三电绝缘材料种类的材料制成的附加层21b，后一层优选设置在由来自上述聚酯种类的材料制成的两个层之间。

第三电绝缘材料种类的不同层并且特别是第三材料层15b和附加层21b可以不全部由来自第三电绝缘材料种类的相同材料制成。例如，第三材料层可由PAI制成，而附加层21b可由耐240℃的PAI制成。所有组合均是可能的。

作为一个变化方案，第三电绝缘材料种类的所有层可由来自第三电绝缘材料种类的相同材料制成。

优选地，如所示，绝缘结构为交替的来上述聚酯种类的材料层和来自第三电绝缘材料种类的材料层。

绝缘结构10的厚度D优选为5μm至140μm。

如图4至7所示，各层可包含至少一层电绝缘材料沉积物25。各层沉积物的厚度e为0.5μm至10μm，并且更优选0.5μm至4μm。

导电芯5的截面可为圆形的(如图8所示)，并且尤其包括平的(如图9所示)或多边形的(如图10和11所示)。优选地，导电芯可内切于直径d为10μm至6mm的圆。

作为一个变化方案，如图12所示，导电芯具有最大尺寸d₁尤其为1mm至16mm和最小尺寸d₂尤其为0.8mm至6mm的细长截面。其最短侧边30a优选为圆弧形，而其最长侧边优选为直线。

为了生产各个层，可生产厚度受控的相继沉积物，其中对两层相继沉积物之间进行焙烧尤其使得材料能够聚合。

可采用任何公知的用于在导电芯上沉积层特别是电绝缘材料层的现有技术方法，并且尤其是专利US 2011/0198118中描述的沉积方法。

图4至7示出不同的示例性绝缘结构构造。

如图4所示，起始于导电芯，绝缘结构10可包含分布在六个层之间的十二层沉积物25，各层由两层相继沉积物25组成，包含聚酯或聚酯酰亚胺的层与来自第三电绝缘材料种类的材料的层交替。

如图5所示，绝缘结构10可包含分布在四个层之间的十二层沉积物25，包含聚酯或聚酯酰亚胺的层与来自第三电绝缘材料种类的材料的层交替，起始于芯5的前两层由四层相继沉积物25组成，而后两层由两层相继沉积物25组成。

如图6所示，绝缘结构10可包含分布在六个层之间的十五层沉积物25，包含聚酯或聚酯酰亚胺的层与来自第三电绝缘材料种类的材料的层交替，起始于芯5的第一层由两层沉积物25组成，随后三层由三层沉积物25组成，而最后两层由两层相继沉积物25组成。

如图7所示，绝缘结构10可包含分布在四个层之间的十五层沉积物25，包含聚酯或聚酯酰亚胺的层与来自第三电绝缘材料种类的材料的层交替，起始于芯5的前三层由四层沉积物25组成，而最后一层由三层沉积物25组成。

实施例

本发明将在以下实施例中进行更详细的描述。但是，本发明不限于这些实施例，可预见未由实施例示出的任何其他组合。

表1和2对应于直径小于1mm的导电线材，而表3和4对应于直径大于1mm的导电线材。

在下表中：

-PEI/PE-THEIC表示用THEIC改性的聚酯酰亚胺或聚酯。

-PAI表示聚酰胺-酰亚胺。

-PAI 240℃表示耐240℃的聚酰胺-酰亚胺。

-滑动性改善的PAI表示滑动性改善的聚酰胺-酰亚胺。

-耐电晕PAI表示耐电晕聚酰胺-酰亚胺。

-耐电晕PEI表示耐电晕聚酯酰亚胺。

在所有实施例中，绝缘结构可通过在由铜制成的导电线材上进行相继沉积并焙烧沉积物1至12或15来产生。

表1

表2

表3

表4

以上示例性绝缘结构使得能够获得厚度小于200℃热指数和/或等级H或C的导电线材的厚度但是性质相当的绝缘结构。对于相当的导电线材直径，这些绝缘结构使得能够使用更大的铜线。铜线的截面增大1％至5％，并且优选增大1％至3％。

表述“包括/含有/包含”应理解成与表述“包括/含有/包含至少一个”同义。并且全部的值范围应理解为包括端点。

Claims

1.一种电绝缘的导电线材，其包括

-导电芯，和

-覆盖所述芯的绝缘结构，其至少包含：

·一个第一电绝缘材料的层，

·一个第二电绝缘材料的层，

所述第一电绝缘材料的层和所述第二电绝缘材料的层被至少一个不同于所述第一电绝缘材料和所述第二电绝缘材料的第三电绝缘材料的层隔开，所述第一电绝缘材料的层和所述第二电绝缘材料的层中的至少之一在所述绝缘结构的内部，所述第一电绝缘材料和所述第二电绝缘材料包含聚酯酰亚胺和/或聚酯。

2.根据权利要求1所述的线材，所述绝缘结构不包含磁性颗粒。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的线材，所述第一绝缘材料和所述第二绝缘材料来自聚酯种类，所述聚酯种类包括聚酯、聚酯酰亚胺、用三(羟乙基)异氰脲酸酯改性的聚酯、用三(羟乙基)异氰脲酸酯改性的聚酯酰亚胺、耐电晕聚酯、耐电晕聚酯酰亚胺及其共混物。

4.根据前述权利要求中任一项所述的线材，所述第三绝缘体来自第三电绝缘材料种类，所述第三电绝缘材料种类包括聚酰胺-酰亚胺、耐电晕聚酰胺-酰亚胺、滑动性改善的聚酰胺-酰亚胺、耐240℃的聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚醚酮及其共混物。

5.根据前述权利要求中任一项所述的线材，所述绝缘结构的径向最外层不包含所述第一电绝缘材料或所述第二电绝缘材料。

6.根据权利要求4或5所述的线材，所述绝缘结构的径向最外层包含来自所述第三绝缘材料种类的材料。

7.根据前述权利要求中任一项所述的线材，所述绝缘结构的径向最内层不包含所述第一绝缘材料或所述第二绝缘材料。

8.根据权利要求7所述的线材，所述绝缘结构的径向最内层包含聚酰胺。

9.根据前述权利要求中任一项所述的线材，所述第一电绝缘材料的层和所述第二电绝缘材料的层在所述绝缘结构的内部。

10.根据前述权利要求中任一项所述的线材，所述第一电绝缘材料、所述第二电绝缘材料和所述第三电绝缘材料的各层由厚度为0.5μm至10μm并且更优选0.5μm至4μm的所述材料的至少一层沉积物形成。

11.根据权利要求10所述的线材，所述第一电绝缘材料、所述第二电绝缘材料和所述第三电绝缘材料的各层由所述材料的至少两层相继的沉积物形成。

12.根据前述权利要求中任一项所述的线材，所述导电芯的截面为圆形的或非圆形的，并且尤其包括平的、多边形的或细长的。

13.一种用于制造根据前述权利要求中任一项所述的线材的方法，其包括以下步骤：

-进行所述第一电绝缘材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积，

-在步骤a)中形成的所述第一电绝缘材料的层之上进行所述第三电绝缘材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积，以及

-在步骤b)中形成的所述第三电绝缘材料的层之上进行所述第二电绝缘材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积。

14.根据权利要求13中所述的制造方法，其包括以下步骤：在步骤c)中形成的所述第一电绝缘材料的层之上进行来自第三电绝缘材料种类的材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积，所述第三电绝缘材料种类包括聚酰胺-酰亚胺、耐电晕聚酰胺-酰亚胺、滑动性改善的聚酰胺-酰亚胺、耐240℃的聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚醚酮及其共混物。

15.根据权利要求13或14中所述的制造方法，其包括以下步骤：在沉积步骤a)中形成的所述第一电绝缘材料的层之前进行来自所述第三电绝缘材料种类的材料的至少一次沉积，更优选多次相继沉积，所述第三电绝缘材料种类包括聚酰胺-酰亚胺、耐电晕聚酰胺-酰亚胺、滑动性改善的聚酰胺-酰亚胺、耐240℃的聚酰胺-酰亚胺、聚酰亚胺、聚醚醚酮及其共混物。

16.一种旋转电机，其包含至少一个定子和一个转子，所述定子或转子包含至少一个容纳多根根据权利要求1至12中任一项所述的电绝缘的导电线材的槽。