绝缘电线、线圈和电子/电气设备

技术领域

本发明涉及绝缘电线制造的技术领域，特别涉及一种绝缘电线、线圈和电子/电气设备。

背景技术

近年来电子或电气设备(简称为电子/电气设备)的可靠性要求越来越高，对线材的各种性能、例如耐热性、机械特性、化学特性、电气特性，与以往相比也提出了更高的要求。

以马达或变压器为代表的电子/电气设备的设备小型化和高性能化正在迅速发展，为了提高汽车电驱电机等马达性能，绝缘电线进行绕线加工(hairpin等形式)后将其压入非常窄的定子槽(stator slot)中，这对定子的槽满率提出了更高的要求,即导体的截面积相对于定子槽截面积的比例(占空系数)要求提高。

为了提高占空系数，提出了扁平线的使用，但是扁平线的角部在线圈加工弯曲时，由于施加较强压力易导致绝缘被覆层破裂。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种绝缘电线、线圈和电子/电气设备。

(二)技术方案

本发明的第一方面提供了一种绝缘电线，包括：

导体裸线，沿与所述导体裸线长度方向相切的横截面呈矩形结构，所述矩形结构的相邻侧面以圆角相接；

以及依次形成于所述导体裸线外侧的粘合层和热塑性树脂层；其中，

所述粘合层在所述圆角处的厚度t

进一步地，所述导体裸线在所述圆角处的曲率半径设为R，所述粘合层在所述圆角处的曲率半径设为R

R

R

进一步地，所述t

进一步地，所述R的取值范围为1/100T—1/3T；其中，T为所述导体裸线的厚度。

进一步地，所述导体裸线的宽度为0.30-25.00mm；所述导体裸线的厚度为0.20-5.00mm。

进一步地，所述热塑性树脂层在所述圆角处的厚度t

进一步地，所述热塑性树脂层在所述圆角处的厚度t

进一步地，形成所述粘合层的材料包括粘合剂，所述粘合剂包含混合的有机溶剂、聚酰胺酰亚胺树脂以及PEEK纳米粉末材料；形成所述热塑性树脂层的材料包括PEEK树脂。

本发明的第二方面提供了一种线圈，包含所述的绝缘电线。

本发明的第三方面提供了一种电子/电气设备，包含所述的线圈。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

粘合层在圆角处的厚度t

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的绝缘电线的结构示意图；

图2是根据本发明相关技术制备的绝缘电线1的局部结构示意图；

图3是根据本发明相关技术制备的绝缘电线2的结构示意图；

图4是本发明实施例和对比例的绝缘电线进行U型弯曲测试的示意图；

附图标记：

11－导体裸线；12－粘合层；13－热塑性树脂层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

为了提高占空系数，提出了扁平线的使用，并要求导体的角部曲率半径更小。但是，导体的角部曲率半径减小后，绝缘导线的绝缘被覆层容易因弯曲加工而产生破裂。

鉴于此，本发明的第一方面提供了一种绝缘电线，如图1所示，包括：导体裸线11，沿与所述导体裸线11长度方向相切的横截面呈矩形结构，所述矩形结构的相邻侧面以圆角相接；以及依次形成于所述导体裸线11外侧的粘合层12和热塑性树脂层13；其中，所述粘合层12在所述圆角处的厚度t

一些实施例中，所述导体裸线11在所述圆角处的曲率半径设为R，所述粘合层12在所述圆角处的曲率半径设为R

R

式中，t为所述粘合层12和热塑性树脂层13在所述侧面处的厚度之和；

R

式中，t'

导体裸线11的角部圆弧的曲率半径R越小，使得导体裸线11的横截面呈大致矩形结构，这样可提高占空系数；为了使得粘合层12在圆角处的厚度t

一些实施例中，t

绝缘层可包括粘合层12和热塑性树脂层13；粘合层12在圆角处的厚度t

(1)导体裸线11的矩形结构的长边所在侧面和短边所在侧面的绝缘漆膜如果是均匀的，例如圆角处的绝缘漆膜厚度最大可做到

(2)圆角处的绝缘漆膜凸出，这种异形情况会导致绝缘电线的漆膜不规则，如图2所示，绝缘电线在缠绕时，会导致绝缘电线无法缠紧，反而降低绝缘电线的槽满率。

导体裸线11的矩形结构的长边所在侧面和短边所在侧面的绝缘漆膜如果是均匀的，可不考虑1.3倍偏心率，则优选的方案为t、t

一些实施例中，所述导体裸线11的宽度为0.30-25.00mm；所述导体裸线11的厚度T为0.20-5.00mm。

如果过度减小导体裸线11在圆角处的曲率半径R，如图3所示，则存在以下问题：一是会增加导体裸线11的角部加工难度；二是导体裸线11的角部更加尖锐，容易产生尖端效应，更加容易发生尖端放电，因此在角部更容易被击穿。

为了解决上述这些问题，一些实施例中，所述R的取值范围为1/100T—1/3T；其中，T为所述导体裸线11的厚度。优选的，导体裸线11在圆角处的曲率半径R可设为1/50T—1/5T，可使得导体裸线11的横截面呈大致矩形结构，这样可提高占空系数；而且易于实现对导体裸线11的角部加工，避免在导体裸线11的角部产生尖端效应，从而可避免尖端放电导致角部易于被击穿。

一些实施例中，所述热塑性树脂层13在所述圆角处的厚度t

一些实施例中，所述热塑性树脂层13在所述圆角处的厚度t

一些实施例中，形成所述粘合层12的材料包括粘合剂，所述粘合剂包含混合的有机溶剂、聚酰胺酰亚胺树脂以及PEEK纳米粉末材料；形成所述热塑性树脂层13的材料包括PEEK树脂。

一些实施例中，粘合层12位于所述导体裸线11和所述热塑性树脂层13之间。热塑性树脂层13层可设为由PEEK树脂材料形成，粘合层12既能够很好地与导体裸线材料粘合，也能够很好地与PEEK树脂绝缘层粘合，使得所生产的绝缘电线线材具有良好的粘合性。

具体的，本发明实施例中的粘合层12可以直接涂覆在导体裸线11上，可以先在导体裸线11上设置一层PAI底漆层，其通过在导体上涂覆PAI清漆，然后进行烘烤所得；但出于成本的考虑，更优选地，粘合层直接涂覆在导体表面，而无需单独设置PAI底漆层；且粘合层主要为PAI树脂，能够起到现有技术中普遍层间绝缘作用，因此无需在导体裸线表层烘烤形成单独的PAI底漆层。

一些实施例中，形成所述粘合层12的材料包括粘合剂，所述粘合剂包含混合的有机溶剂、聚酰胺酰亚胺树脂以及PEEK纳米粉末材料；形成所述热塑性树脂层的材料包括PEEK树脂。

示例性实施例中，粘合剂的组分包括有机溶剂、聚酰胺酰亚胺(PAI)树脂以及PEEK纳米粉末材料；其中按重量份数计，有机溶剂50-80份、聚酰胺酰亚胺树脂20-30份以及PEEK纳米粉末材料2-8份；对于有机溶剂的选择，考虑能够溶解PAI树脂，也能够使PEEK纳米粉末在PAI树脂基体中良好分散的种类，包括含氮极性溶剂、醚基溶剂、二甲苯或其混合，其中含氮极性溶剂具体选自：N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四甲基脲以及二甲基乙烯脲中的一种或二种以上的溶剂，醚基溶剂具体选自：二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二乙二醇以及三乙二醇中的一种或二种以上的溶剂；为了使得PEEK纳米粉末材料在有机溶剂中具有较好的分散性，也可以添加分散剂，分散剂为本领域常用的表面活性剂，进一步优选为：十六烷基三甲基溴化铵、烷基酚环氧乙烷缩合物乳化剂、十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。

一些实施例中，粘合剂的固含量为20-40％，30℃温度下的粘度为2500-3500cp，优选为3000cp。

一些实施例中，基于绝缘性以及挤出性能的考虑，PEEK树脂材料玻璃化转变温度在320-360℃，400℃下的融化粘度为120-140pa.s，优选为130pa.s，在该融化粘度范围的PEEK树脂材料具有良好的熔融挤出效果，具有平衡的机械性能和可加工性能，可以通过调控分子量，以及对树脂体系进行改性，得到满足不同条件的玻璃化转变温度和熔融指数的PEEK绝缘树脂层。

一些实施例中，沿与所述导体裸线长度方向相切的横截面呈矩形结构。导体裸线的横截面可以是圆形或矩形结构，矩形结构的角部可设有圆弧，材质可为铜、铝及其合金形成的导体裸线11，出于焊接的考虑，优选含氧量为30ppm以下的低氧铜或无氧铜的导体。

本发明实施例中的绝缘电线，其制备方法可具体包括如下步骤：

步骤S110，使用漆包机在导体裸线11的外侧涂覆粘合剂，涂覆过程中，粘合剂中的有机溶剂挥发，粘合剂固化形成包覆导体裸线11的粘合层12，得到芯线，然后在进入螺杆挤出机机头前，对芯线进行预热，预热温度要达到400℃以上，在此过程中粘合剂中的有机溶剂会进一步挥发。

其中，所述粘合剂的具体制作过程为：将聚酰胺酰亚胺树脂溶于有机溶剂中，加热搅拌溶解后，加入PEEK纳米粉末材料，充分搅拌溶解后，再次加入有机溶剂以调整固含和粘度，得到粘合剂。

步骤S120，将PEEK树脂材料加入螺杆挤出机料筒中，在380-410℃温度下，将PEEK树脂材料加热达到熔融状态，然后通过螺杆挤出机螺杆的转动，使PEEK树脂材料在料筒内均匀流动，将预热后的芯线放置于螺杆挤出机机头前，机头处通过不同规格模具使PEEK树脂材料在芯线表面均匀的进行包裹，冷却结晶后形成PEEK热塑性树脂层13，得到如图1所示的绝缘电线结构。

下面通过具体实施例来阐明本发明的实施过程，并充分评价实施效果。

实施例1－4

导体裸线11的横截面设为矩形结构，其为2.00×3.00mm的扁平线，矩形的角部设有圆弧，导体裸线11的材质为铜、铝及其合金。

步骤S210，制备粘合剂

将25g改性聚酰胺酰亚胺树脂溶于50mlN-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲苯的混合液(V/V：1/1)中，加热搅拌溶解后，加入5gPEEK纳米粉末材料，平均粒径为50-100nm；充分搅拌溶解后，再次加入25mlN-甲基吡咯烷酮和二甲苯的混合液进行调整固含和粘度。

步骤S220，涂覆粘合层12

将粘合剂使用漆包机在扁平型铜导体裸线11上进行涂敷，涂敷厚度为10μm，涂敷过程中，粘合剂中的有机溶剂挥发，粘合剂固化形成粘合层，得到芯线，然后对芯线预热到400℃。

步骤S230，挤出形成PEEK热塑性树脂层13

提供玻璃化转变温度为340℃的PEEK树脂材料，将PEEK树脂材料加入螺杆挤出机料筒中，并加热达到380℃的熔融状态，然后通过螺杆挤出机螺杆的转动，使PEEK树脂材料在料筒内均匀流动，将预热后的芯线放置于螺杆挤出机机头前，机头处通过挤出模具使PEEK树脂材料在芯线表面均匀的进行包裹，冷却结晶后形成厚度为160μm的PEEK热塑性树脂层13，通过对挤出模具进行微调或更换,以得到如表1所示的本发明实施例1－4中的扁平型的绝缘电线。

对比例1和2

采用与本发明实施例1－4相同的制备步骤制备得到如表1所示的对比例1-2中的扁平型的绝缘电线。

下面对本发明实施例中及对比例中的绝缘电线进行以下几方面的性能测试：

1.BDV测试(绝缘击穿电压)：将绝缘电线一端除去绝缘，在直径φ25mm圆棒上宽边弯曲后，放入至少有5mm厚的金属钢珠容器中，试样端头应伸出足够长度避免闪络。在导体和金属钢珠之间施加试验电压。以升压速度500V/秒、漏电流5mA进行升压。测试5次并将平均值作为绝缘击穿电压评价值。

评价基准如下：

A+：16.5kV以上；

A：15kV以上且小于16.5kV；

B：13.5kV以上且小于15kV；

C：小于13.5kV；

2.PDIV测试(局部放电起始电压)：取两根约300mm线样，每根一端去除10-15mm绝缘层，模型成型，直线部150mm左右,用PI胶带将绝缘电线背靠背紧密缠绕，按如下规定条件在试样两导体间施加正弦电压，测试并记录测试值。测试条件：室温：25℃±5℃，电压上升速率：50V/S；频率：50Hz,局部放电量100pc。评价基准如下(峰值)：

A+：2200Vp以上；

A：2000Vp以上且2200Vp以下；

B：2000Vp以下；

3.附着性测试

分别取实施例1-4和对比例1-2的绝缘电线300mm作为试样，将试样放置于两夹具之间，试样与夹具放置在同一轴线上，夹住两端，以300mm/min的速率拉伸15％，检查试样漆膜失去附着性的长度。本测试方法中，漆膜失去附着性的长度小于1倍线宽则代表漆膜的附着性优异。

A+：0.8mm以下；

A：0.8mm以上且1mm以下

B：1mm以上且1.5mm以下；

C：1.5mm以上；

4.柔韧性测试

柔韧性测试：如图4所示，取两条长400mm直线的绝缘电线，将该两条绝缘电线分别绕着一个抛光的试验轴芯沿两个方向各弯曲180±2°，U型弯头之间的直线部分至少为150mm，一条进行平绕(轴芯直径＝线厚的0.5～2倍)，另一条进行立绕(轴芯直径＝线宽的0.5～2倍)。图4中，“B”和“D”分别代表绝缘电线的线宽和线厚。试样应在强迫通风烘箱中加热30min，温度为240±5℃。烘烤后从烘箱中取出式样冷却至室温，用10倍放大镜观察。

本试验中，平绕和立绕后，将产品表面光洁无开裂的情况记为“合格”；将表面开裂的情况记为“不合格”。

A+：弯曲半径0.5倍线宽或线厚及以下，不开裂；

A：弯曲半径0.5倍以上且1.0倍以下，不开裂；

B：弯曲半径1.0倍以上且2.0倍以下，不开裂；

C：弯曲半径2.0倍以上，不开裂。

本发明实施例中与对比例中绝缘电线通过实验和测试得到的数据如表1所示：

表1绝缘电线的测试数据

由表1中的数据不难得到，对于本发明实施例的绝缘电线，粘合层12和热塑性树脂层13在所述侧面处的厚度之和t为170μm，当粘合层12在圆角处的厚度t1和热塑性树脂层13在圆角处的厚度t2满足上述式3时，本发明实施例1－4中的绝缘电线的局部放电起始电压(PDIV)和绝缘击穿电压(BDV)性能优越，且明显高于对比例1和2；另外，对本发明实施例1－4中的绝缘电线进行附着性测试和柔韧性测试，其性能评价也明显优于对比例1和2；由此可得知，通过加大圆角处的绝缘漆膜厚度，可避免圆角处的绝缘漆膜因弯曲加工而产生破裂，并可提高圆角处的击穿电压和局部放电起始电压。

此外，由表1中的数据可得到在对比例1中，将热塑性树脂层13在圆角处的曲率半径R

在对比例2中，将热塑性树脂层13在圆角处的曲率半径R

本发明的第二方面提供了一种线圈，包含所述的绝缘电线。

本发明的第三方面提供了一种电子/电气设备，包含所述的线圈。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。