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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023165640
(43)【公開日】2023-11-16
(54)【発明の名称】コロナ耐性ポリイミド絶縁体を有するマグネットワイヤ
(51)【国際特許分類】
H01B 7/02 20060101AFI20231109BHJP
C08L 79/08 20060101ALI20231109BHJP
C08K 3/013 20180101ALI20231109BHJP
【ＦＩ】
H01B7/02 A
C08L79/08 C
C08L79/08 B
C08K3/013
【審査請求】未請求
【請求項の数】24
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023072593
(22)【出願日】2023-04-26
(31)【優先権主張番号】17/731,350
(32)【優先日】2022-04-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】598077037
【氏名又は名称】エセックス フルカワ マグネット ワイヤ ユーエスエイ エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100173473
【弁理士】
【氏名又は名称】高井良 克己
(72)【発明者】
【氏名】マシュー リーチ
(72)【発明者】
【氏名】ジェイムズ ジェイ コーネル
(72)【発明者】
【氏名】アレン ロー ギッシンジャー
(72)【発明者】
【氏名】アラン アール ネル
(72)【発明者】
【氏名】フレデリック マーシャル マクファーランド
(72)【発明者】
【氏名】タマンナ ファードス マクファーランド
(72)【発明者】
【氏名】モハンマド マズハル サイード
【テーマコード（参考）】
4J002
5G309
【Ｆターム（参考）】
4J002CM04W
4J002CM04X
4J002DE096
4J002DE136
4J002DJ017
4J002FD016
4J002FD017
4J002FD12W
4J002FD12X
4J002GQ01
4J002HA08
5G309MA02
5G309MA03
5G309MA04
5G309MA11
(57)【要約】 （修正有）
【課題】コロナ耐性エナメル絶縁体を有するマグネットワイヤは、導体及び導体の周囲に形成された多層絶縁システムとを含んでもよい。
【解決手段】絶縁システムは、第１のポリマー性エナメル絶縁から形成されたベースコートを含んでもよい。第２のポリマー性エナメル絶縁体から形成されたミッドコートはベースコートの周囲に形成されてもよく、第２のポリマー性エナメル絶縁体はベースポリイミド材料中に分散された充填材を含んでもよい。充填材は、２０重量％～８０重量％の二酸化シリカと２０重量％～８０重量％の二酸化チタンとを含んでもよい。加えて、絶縁システムは、ミッドコートの周囲に形成された第３のポリマー性エナメル絶縁体から形成されたトップコートを含んでもよい。
【選択図】図２
【解決手段】絶縁システムは、第１のポリマー性エナメル絶縁から形成されたベースコートを含んでもよい。第２のポリマー性エナメル絶縁体から形成されたミッドコートはベースコートの周囲に形成されてもよく、第２のポリマー性エナメル絶縁体はベースポリイミド材料中に分散された充填材を含んでもよい。充填材は、２０重量％～８０重量％の二酸化シリカと２０重量％～８０重量％の二酸化チタンとを含んでもよい。加えて、絶縁システムは、ミッドコートの周囲に形成された第３のポリマー性エナメル絶縁体から形成されたトップコートを含んでもよい。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下：
導体；及び
前記導体の周囲に形成された絶縁システム
を含むマグネットワイヤであって、
前記絶縁システムが、以下：
第１のポリマー性エナメル絶縁体のベースコート；
前記ベースコートの周囲に形成された第２のポリマー性エナメル絶縁体のミッドコートであって、前記第２のポリマーエナメル絶縁体が、ベースポリイミド材料中に分散された充填材を含み、前記充填材が、２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化シリカと２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化チタンとを含む、第２のポリマー性エナメル絶縁体；及び
前記ミッドコートの周囲に形成された第３のポリマー性エナメル絶縁体のトップコート
を含み、
前記ミッドコートが、前記絶縁システムの全体の厚さの少なくとも５パーセントを占める、
マグネットワイヤ。
導体；及び
前記導体の周囲に形成された絶縁システム
を含むマグネットワイヤであって、
前記絶縁システムが、以下：
第１のポリマー性エナメル絶縁体のベースコート；
前記ベースコートの周囲に形成された第２のポリマー性エナメル絶縁体のミッドコートであって、前記第２のポリマーエナメル絶縁体が、ベースポリイミド材料中に分散された充填材を含み、前記充填材が、２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化シリカと２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化チタンとを含む、第２のポリマー性エナメル絶縁体；及び
前記ミッドコートの周囲に形成された第３のポリマー性エナメル絶縁体のトップコート
を含み、
前記ミッドコートが、前記絶縁システムの全体の厚さの少なくとも５パーセントを占める、
マグネットワイヤ。
【請求項2】
前記ワイヤが４ｍｍのマンドレルの周囲に１８０度曲げられた時に、トップコート割れ頻度が、１．２５未満であり、前記トップコート割れ頻度が、前記マンドレルの周囲にそれぞれ曲げられた前記ワイヤの２０個のサンプル当たりのそれぞれのトップコートにおける割れの数を表す、請求項１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項3】
前記ベースコートが、（ｉ）ポリエステル、（ｉｉ）ＴＨＥＩＣポリエステル、（ｉｉｉ）ポリエステルイミド、又は（ｉｖ）ポリアミドイミドのうちの１つを含む、請求項１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項4】
前記トップコートが、非充填ポリアミドイミドを含む、請求項１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項5】
請求項１に記載のマグネットワイヤであって：
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの１０パーセント～７０パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの５パーセント～８０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～５０パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの１０パーセント～７０パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの５パーセント～８０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～５０パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
【請求項6】
請求項１に記載のマグネットワイヤであって：
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの４５パーセント～６５パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの５パーセント～４０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～３５パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの４５パーセント～６５パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの５パーセント～４０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～３５パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
【請求項7】
請求項１に記載のマグネットワイヤであって：
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの４５パーセント～６５パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの２５パーセント～４０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～１５パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの４５パーセント～６５パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの２５パーセント～４０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～１５パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
【請求項8】
前記充填材が、１０重量パーセント～２５重量パーセントの前記第２のポリマー性エナメル絶縁体を含む、請求項１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項9】
前記絶縁システムが、少なくとも２４０℃の熱指数を有する、請求項１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項10】
前記絶縁システムが、少なくとも２６０℃の熱指数を有する、請求項１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項11】
以下：
導体；及び
前記導体の周囲に形成された絶縁システム
を含むマグネットワイヤであって、
前記絶縁システムが、以下：
第１のポリマー性エナメル絶縁体のベースコート；
前記ベースコートの周囲に形成された第２のポリマー性エナメル絶縁体のミッドコートであって、前記第２のポリマーエナメル絶縁体が、ベースポリイミド材料中に分散された充填材を含み、前記充填材が、２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化シリカと２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化チタンとを含む、第２のポリマー性エナメル絶縁体；及び
前記ミッドコートの周囲に形成された第３のポリマー性エナメル絶縁体のトップコート
を含み、
前記ワイヤが４ｍｍのマンドレルの周囲に１８０度曲げられた時に、トップコート割れ頻度が、１．２５未満であり、前記トップコート割れ頻度が、前記マンドレルの周囲にそれぞれ曲げられた前記ワイヤの２０個のサンプル当たりのそれぞれのトップコートにおける割れの数を表す、
マグネットワイヤ。
導体；及び
前記導体の周囲に形成された絶縁システム
を含むマグネットワイヤであって、
前記絶縁システムが、以下：
第１のポリマー性エナメル絶縁体のベースコート；
前記ベースコートの周囲に形成された第２のポリマー性エナメル絶縁体のミッドコートであって、前記第２のポリマーエナメル絶縁体が、ベースポリイミド材料中に分散された充填材を含み、前記充填材が、２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化シリカと２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化チタンとを含む、第２のポリマー性エナメル絶縁体；及び
前記ミッドコートの周囲に形成された第３のポリマー性エナメル絶縁体のトップコート
を含み、
前記ワイヤが４ｍｍのマンドレルの周囲に１８０度曲げられた時に、トップコート割れ頻度が、１．２５未満であり、前記トップコート割れ頻度が、前記マンドレルの周囲にそれぞれ曲げられた前記ワイヤの２０個のサンプル当たりのそれぞれのトップコートにおける割れの数を表す、
マグネットワイヤ。
【請求項12】
前記ベースコートが、（ｉ）ポリエステル、（ｉｉ）ＴＨＥＩＣポリエステル、（ｉｉｉ）ポリエステルイミド、又は（ｉｖ）ポリアミドイミドのうちの１つを含む、請求項１１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項13】
前記トップコートが、非充填ポリアミドイミドを含む、請求項１１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項14】
請求項１１に記載のマグネットワイヤであって：
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの１０パーセント～７０パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの５パーセント～８０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～５０パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの１０パーセント～７０パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの５パーセント～８０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～５０パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
【請求項15】
請求項１１に記載のマグネットワイヤであって：
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの４５パーセント～６５パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの５パーセント～４０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～３５パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの４５パーセント～６５パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの５パーセント～４０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～３５パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
【請求項16】
請求項１１に記載のマグネットワイヤであって：
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの４５パーセント～６５パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの２５パーセント～４０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～１５パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
前記ベースコートが、前記絶縁システムの合計厚さの４５パーセント～６５パーセントである第１の厚さを有し；
前記ミッドコートが、前記合計厚さの２５パーセント～４０パーセントである第２の厚さを有し；かつ
前記トップコートが、前記合計厚さの５パーセント～１５パーセントである第３の厚さを有する
マグネットワイヤ。
【請求項17】
前記充填材が、１０重量パーセント～２５重量パーセントの前記第２のポリマー性エナメル絶縁体を含む、請求項１１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項18】
前記絶縁システムが、少なくとも２４０℃の熱指数を有する、請求項１１に記載のマグネットワイヤ。
【請求項19】
以下：
導体；及び
前記導体の周囲に形成された合計厚さを有する絶縁システム
を含むマグネットワイヤであって、
前記絶縁システムが、以下：
ＴＨＥＩＣポリエステルを含む第１のポリマー性エナメル絶縁体のベースコートであって、前記ベースコートが、前記合計厚さの１０パーセント～７０パーセントである第１の厚さで形成される、ベースコート；
前記ベースコートの周囲に、前記合計厚さの５パーセント～８０パーセントである第２の厚さで形成された第２のポリマー性エナメル絶縁体のミッドコートであって、前記第２のポリマー性エナメル絶縁体が、ベースポリイミド材料中に分散された充填材を含み、前記充填材が、２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化シリカと２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化チタンとを含む、ミッドコート；及び
ポリアミドイミドを含む第３のポリマー性エナメル絶縁体のトップコートであって、前記トップコートが、前記ミッドコートの周囲に、前記合計厚さの５パーセント～５０パーセントである第３の厚さで形成さる、トップコート
を含む、
マグネットワイヤ。
導体；及び
前記導体の周囲に形成された合計厚さを有する絶縁システム
を含むマグネットワイヤであって、
前記絶縁システムが、以下：
ＴＨＥＩＣポリエステルを含む第１のポリマー性エナメル絶縁体のベースコートであって、前記ベースコートが、前記合計厚さの１０パーセント～７０パーセントである第１の厚さで形成される、ベースコート；
前記ベースコートの周囲に、前記合計厚さの５パーセント～８０パーセントである第２の厚さで形成された第２のポリマー性エナメル絶縁体のミッドコートであって、前記第２のポリマー性エナメル絶縁体が、ベースポリイミド材料中に分散された充填材を含み、前記充填材が、２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化シリカと２０重量パーセント～８０重量パーセントの二酸化チタンとを含む、ミッドコート；及び
ポリアミドイミドを含む第３のポリマー性エナメル絶縁体のトップコートであって、前記トップコートが、前記ミッドコートの周囲に、前記合計厚さの５パーセント～５０パーセントである第３の厚さで形成さる、トップコート
を含む、
マグネットワイヤ。
【請求項20】
前記ワイヤが４ｍｍのマンドレルの周囲に１８０度曲げられた時に、トップコート割れ頻度が、１．２５未満であり、前記トップコート割れ頻度が、前記マンドレルの周囲にそれぞれ曲げられた前記ワイヤの２０個のサンプル当たりのそれぞれのトップコートにおける割れの数を表す、請求項１９に記載のマグネットワイヤ。
【請求項21】
請求項１９に記載のマグネットワイヤであって：
前記第１の厚さが、前記絶縁システムの合計厚さの４５％～６５％であり；
前記第２の厚さが、前記合計厚さの５％～４０％であり；かつ
前記第３の厚さが、前記合計厚さの５％～３５％である
マグネットワイヤ。
前記第１の厚さが、前記絶縁システムの合計厚さの４５％～６５％であり；
前記第２の厚さが、前記合計厚さの５％～４０％であり；かつ
前記第３の厚さが、前記合計厚さの５％～３５％である
マグネットワイヤ。
【請求項22】
請求項１９に記載のマグネットワイヤであって：
前記第１の厚さが、前記合計厚さの４５％～６５％であり；
前記第２の厚さが、前記合計厚さの２５％～４０％であり；かつ
前記第３の厚さが、前記合計厚さの５％～１５％である
マグネットワイヤ。
前記第１の厚さが、前記合計厚さの４５％～６５％であり；
前記第２の厚さが、前記合計厚さの２５％～４０％であり；かつ
前記第３の厚さが、前記合計厚さの５％～１５％である
マグネットワイヤ。
【請求項23】
前記充填材が、１０重量パーセント～２５重量パーセントの前記第２のポリマー性エナメル絶縁体を含む、請求項１９に記載のマグネットワイヤ。
【請求項24】
前記絶縁システムが、少なくとも２４０℃の熱指数を有する、請求項１９に記載のマグネットワイヤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２１年５月１０日に出願され、「Ｍａｇｎｅｔ Ｗｉｒｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｒｏｎａ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｉｍｉｄｅ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ」と題された米国特許出願第１７／３１６，３３３号の一部継続出願であり、２０２０年８月２６日に出願された米国特許第１１，００４，５７５号の一部継続出願であり、「Ｍａｇｎｅｔ Ｗｉｒｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｒｏｎａ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ」と題され、２０１９年５月６日に出願された米国特許第１０，７９６，８２０号の一部継続出願であり、「Ｍａｇｎｅｔ Ｗｉｒｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｒｏｎａ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ」と題され、２０１８年５月７日に出願された米国仮出願第６２／６６７，６４９号の優先権を主張し、「Ｃｏｒｏｎａ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｍａｇｎｅｔ Ｗｉｒｅ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ」と題する。これらの先行事項のそれぞれの内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２１年５月１０日に出願され、「Ｍａｇｎｅｔ Ｗｉｒｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｒｏｎａ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｐｏｌｙａｍｉｄｅｉｍｉｄｅ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ」と題された米国特許出願第１７／３１６，３３３号の一部継続出願であり、２０２０年８月２６日に出願された米国特許第１１，００４，５７５号の一部継続出願であり、「Ｍａｇｎｅｔ Ｗｉｒｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｒｏｎａ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ」と題され、２０１９年５月６日に出願された米国特許第１０，７９６，８２０号の一部継続出願であり、「Ｍａｇｎｅｔ Ｗｉｒｅ ｗｉｔｈ Ｃｏｒｏｎａ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ」と題され、２０１８年５月７日に出願された米国仮出願第６２／６６７，６４９号の優先権を主張し、「Ｃｏｒｏｎａ Ｒｅｓｉｓｔａｎｔ Ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ Ｍａｇｎｅｔ Ｗｉｒｅ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ」と題する。これらの先行事項のそれぞれの内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
（技術分野）
本開示の実施形態は一般にマグネットワイヤに関し、より詳細には、モータ巻線の寿命及び熱伝導率を改善するように設計されたコロナ耐性ポリイミドを組み込んだ絶縁システムを含むマグネットワイヤに関する。
本開示の実施形態は一般にマグネットワイヤに関し、より詳細には、モータ巻線の寿命及び熱伝導率を改善するように設計されたコロナ耐性ポリイミドを組み込んだ絶縁システムを含むマグネットワイヤに関する。
【背景技術】
【0003】
（背景）
巻線又は磁気巻線とも呼ばれるマグネットワイヤは、インバータ駆動モータ、モータスタータジェネレータ、変圧器などの多種多様な電気機械及び装置において利用されている。マグネットワイヤは、典型的には中心導体の周囲に形成されたポリマー性エナメル絶縁体を含む。エナメル絶縁体はワイヤ上にワニスを塗布し、オーブン中でワニスを硬化させて溶媒を除去することによって形成され、それによって薄いエナメル層が形成される。このプロセスは、所望のエナメル質の構築又は厚さが達成されるまで繰り返される。エナメル層を形成するために利用されるポリマー材料は、特定の最高温度下での使用が意図される。さらに、電気機器は、ワイヤ絶縁を破壊又は劣化させる可能性がある比較的高い電圧条件にさらされる可能性がある。例えば、インバータは特定のタイプのモータに入力される可変周波数を生成することができ、可変周波数は、早期のモータ巻線故障を引き起こす急峻な波形を示すことができる。
巻線又は磁気巻線とも呼ばれるマグネットワイヤは、インバータ駆動モータ、モータスタータジェネレータ、変圧器などの多種多様な電気機械及び装置において利用されている。マグネットワイヤは、典型的には中心導体の周囲に形成されたポリマー性エナメル絶縁体を含む。エナメル絶縁体はワイヤ上にワニスを塗布し、オーブン中でワニスを硬化させて溶媒を除去することによって形成され、それによって薄いエナメル層が形成される。このプロセスは、所望のエナメル質の構築又は厚さが達成されるまで繰り返される。エナメル層を形成するために利用されるポリマー材料は、特定の最高温度下での使用が意図される。さらに、電気機器は、ワイヤ絶縁を破壊又は劣化させる可能性がある比較的高い電圧条件にさらされる可能性がある。例えば、インバータは特定のタイプのモータに入力される可変周波数を生成することができ、可変周波数は、早期のモータ巻線故障を引き起こす急峻な波形を示すことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ワイヤ絶縁の劣化の結果として早期故障を低減する試みがなされてきた。これらの試みは、電気機械及び装置の取扱い及び製造中のワイヤ及び絶縁体への損傷を最小限にすること、ならびに適切な場合にはより短いリード長を使用することを含んでいた。さらに、インバータ駆動部とモータとの間のリアクトルコイル又はフィルタは、インバータ駆動部／モータの組合せによって生成される電圧スパイク及び高周波数を低減することによって、巻き線の寿命を延ばすことができる。しかしながら、そのような巻は高価であり、システムの全体的なコストを増大させる。絶縁の量を増加させることは電気機器内の巻き線の寿命を改善することができるが、この選択肢は高価であり、デバイス内の銅のための空間の量を減少させ、それによって、より効率の低いモータを生成する。さらに、層間の層間剥離は、ある数のエナメル層に達した後に起こり得る。したがって、電気機器内に存在するより高い温度及び／又は電圧に長期間耐えるように設計された絶縁体を有する改善されたマグネットワイヤの機会が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
詳細な説明は、添付の図面を参照して記載される。図において、参照番号の最も左の数字は、参照番号が最初に現れる図を識別する。異なる図における同じ参照番号の使用は類似又は同一のアイテムを示すが、様々な実施形態は図に示される元素及び／又は構成元素以外の元素及び／又は構成元素を利用し得る。加えて、図面は、本明細書に記載される例示的な実施形態を示すために提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【発明を実施するための形態】
【0007】
（詳細な説明）
本開示の特定の実施形態は、従来のＰＩ絶縁体と比較して改善されたコロナ耐性、熱伝導性、及び／又は熱寿命向上を有するポリイミド（「ＰＩ」）エナメル絶縁体の少なくとも１つの層を含むマグネットワイヤを対象とする。改善されたＰＩ絶縁層は、ＰＩポリマー又は樹脂に添加された充填材を含むことができる。充填材は、少なくとも二酸化チタン（ＴｉＯ２）（二二酸化チタンとも称される）と二酸化シリカ（ＳｉＯ２）（シリカとも称される）との混合物を含んでもよい。混合物は、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ２ Ｏ３）（酸化クロムとも呼ばれる）などの、所望の他の適切な材料をさらに含んでもよい。充填材の添加は、充填されたＰＩから形成されるエナメル層及び／又は充填されたＰＩエナメル層を組み込むマグネットワイヤ絶縁システムのコロナ耐性及び／又は熱寿命を改善することができる。その結果、マグネットワイヤ及び／又はマグネットワイヤを組み込んだ電気装置（例えば、モータ等）の寿命は、部分放電及び／又は他の悪条件下で増加又は延長され得る。特定の実施形態では、充填材の添加が磁石ワイヤの熱伝導性を改善することもできる。
本開示の特定の実施形態は、従来のＰＩ絶縁体と比較して改善されたコロナ耐性、熱伝導性、及び／又は熱寿命向上を有するポリイミド（「ＰＩ」）エナメル絶縁体の少なくとも１つの層を含むマグネットワイヤを対象とする。改善されたＰＩ絶縁層は、ＰＩポリマー又は樹脂に添加された充填材を含むことができる。充填材は、少なくとも二酸化チタン（ＴｉＯ２）（二二酸化チタンとも称される）と二酸化シリカ（ＳｉＯ２）（シリカとも称される）との混合物を含んでもよい。混合物は、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ２ Ｏ３）（酸化クロムとも呼ばれる）などの、所望の他の適切な材料をさらに含んでもよい。充填材の添加は、充填されたＰＩから形成されるエナメル層及び／又は充填されたＰＩエナメル層を組み込むマグネットワイヤ絶縁システムのコロナ耐性及び／又は熱寿命を改善することができる。その結果、マグネットワイヤ及び／又はマグネットワイヤを組み込んだ電気装置（例えば、モータ等）の寿命は、部分放電及び／又は他の悪条件下で増加又は延長され得る。特定の実施形態では、充填材の添加が磁石ワイヤの熱伝導性を改善することもできる。
【0008】
充填材材料は充填材入りＰＩ層を形成するために、任意の適切な比率でＰＩに添加され得る。例えば、充填材の総量は約１０重量パーセント（１０％）～約２５重量パーセント（２５％）、例えば、約１５重量パーセント（１５％）であり得る。充填材に組み込まれる様々な構成要素のために、多種多様なブレンド又は混合率を利用することができる。例えば、二酸化チタン及び二酸化シリカは、多種多様な適切な重量比でブレンドすることができる。様々な実施形態において、充填材は、約２０重量パーセント（２０％）～約８０重量パーセント（８０％）の二酸化シリカと、約２０重量パーセント（２０％）～約８０重量パーセント（８０％）の二酸化チタンとを含み得る。
【0009】
特定の実施形態において、１つ以上の充填されたＰＩ層は、マグネットワイヤ絶縁システム全体において追加のエナメル絶縁層と組み合わされてもよい。例えば、１つ以上の充填ＰＩ層を、ポリエステル、ＴＨＥＩＣポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミド（「ＰＡＩ」）、未充填ＰＩ、及び／又は他の適切な材料から形成されるエナメルの１つ以上の追加の層と組み合わせることができる。エナメルの各追加層は、非充填層として、又は任意の適切な充填材料を含む充填層として形成され得る。さらに、任意の適切な数の追加の層を充填ＰＩ層と組み合わせることができ、各追加の層は任意の適切な厚さを有することができる。任意の適切な厚さ比を、充填されたＰＩ層及び追加の層と共に利用することができる。充填されたＰＩ層を１つ以上の追加の層と組み合わせるエナメル系は、多種多様な利益を提供し得る。例えば、エナメル系の全体的なコストは、全ての充填されたＰＩを含む系と比較して低減され得る。しかしながら、エナメル系の全体的な性能（例えば、耐熱性、コロナ耐性など）は全ての充填されたＰＩを含む絶縁体の性能に匹敵し得、及び／又は所望の用途（例えば、電気自動車用途など）に適し得る。別の実施例として、エナメル系は、磁石ワイヤを成形又は加工することを可能にする、強化された柔軟性を提供することができる。
【0010】
特定の例示的な実施形態では、マグネットワイヤが３層絶縁システムを用いて形成されてもよい。ベースコートは、ポリエステル、ＴＨＥＩＣポリエステル、ポリエステルイミド、又はＰＡＩなどの第１のポリマー材料から導体の周囲に形成され得る。１つの例示的な実施形態では、ベースコートが比較的高い固形分及び粘度を有するＴＨＥＩＣポリエステルから形成されてもよい。ミッドコートは、ベースコート上に充填されたＰＩから形成されてもよい。次いで、非充填ＰＡＩから形成されたトップコートなどのトップコートを、充填されたＰＩミッドコートの上に形成することができる。ベースコート、ミッドコート、及びトップコートのそれぞれは、所望の層厚を提供する任意の適切な数の副層を含むことができる。さらに、ベースコート、ミッドコート、及びトップコートの間の任意の適切な厚さの比を利用することができる。特定の実施形態ではベースコートが合計絶縁厚さの約１０パーセント（１０％）～７０パーセント（７０％）の間の第１の厚さを有することができ、ミッドコートは合計絶縁厚さの約５パーセント（５％）～８０パーセント（８０％）の間の第２の厚さを有することができ、トップコートは合計絶縁厚さの約５パーセント（５％）～５０パーセント（５０％）の間の第３の厚さを有することができる。特定の実施形態ではベースコートが総厚さの約４５パーセント（４５％）～６５パーセント（６５％）を占めることができ、ミッドコートは総厚さの約２５パーセント（２５％）～４０パーセント（４０％）を占めることができ、トップコートは総厚さの５パーセント（５％）～１５パーセント（１５％）を占めることができる。さらに他の実施形態ではベースコートが総厚さの約４５パーセント（４５％）～６５パーセント（６５％）を占めることができ、ミッドコートは総厚さの約５パーセント（５％）～４０パーセント（４０％）を占めることができ、トップコートは総厚さの５パーセント（５％）～３５パーセント（３５％）を占めることができる。特定の実施形態では、ミッドコートが合計エナメル絶縁厚さの少なくとも５パーセント（５％）を占める場合、マグネットワイヤが所望の電気的性能を提供し得ることが見出された。他の実施形態では、ミッドコートが合計エナメル絶縁厚さの少なくとも１５、２０、又は２５パーセントを占める場合、所望の電気的性能が提供され得る。
【0011】
本開示の他の実施形態は、改善されたコロナ耐性、熱伝導性、及び／又は熱寿命向上を有するＰＩエナメル絶縁体の少なくとも１つの層を含むマグネットワイヤを作製する方法を対象とする。例えば、３層絶縁システムを含むマグネットワイヤを形成することができる。導体を設けることができ、適切なエナメル絶縁システムを導体の周囲に形成することができる。第１に、第１のポリマー性エナメル絶縁体のベースコートを導体の周囲に形成することができる。ベースコートは、ポリエステル、ＴＨＥＩＣポリエステル、ポリエステルイミド、又はＰＡＩなどの任意の適切な材料を含むことができる。特定の実施形態では、ベースコートを形成することは高粘度及び／又は高固形分のＴＨＥＩＣポリエステル材料を含むワニスを導体上に塗布し、塗布された材料を硬化させることを含むことができる。ベースコートの形成に続いて、ベースポリイミド材料内に分散された充填材料（例えば、二酸化シリカと二酸化チタンとの組み合わせ）を含むワニスを塗布し、塗布されたワニスを硬化させる結果として、第２のポリマー性エナメル絶縁体のミッドコートを導体の周囲に形成することができる。特定の実施形態では、高粘度及び／又は高固形分のポリイミド材料を充填し、適用することができる。ミッドコートの適用に続いて、第３のポリマー性エナメル絶縁体のトップコートをミッドコートの周囲に形成することができる。トップコートは、ＰＡＩなどの任意の適切な材料を含むことができる。特定の実施形態では、トップコートを形成することはＰＡＩを含むワニスをミッドコート上に塗布することと、塗布された材料を硬化させることとを含み得る。さらに、ベースコート、ミッドコート、及びトップコートは、任意の適切な厚さ及び／又はビルドで形成されてもよく、幅広い種類の厚さ比が形成されてもよい。続いて、形成された磁石ワイヤを４ｍｍのマンドレルの周囲に１８０度曲げると、トップコート亀裂周波数は１．２５未満であり、トップコート亀裂周波数は、マンドレルの周囲にそれぞれ曲げられたワイヤの２０個のサンプル当たりのそれぞれのトップコートにおける亀裂の数を表す。
【0012】
本開示の実施形態は、ここで、本開示の特定の実施形態が示される添付の図面を参照して、以下でより完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は本開示が徹底的かつ完全であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるように提供される。同じ参照符号は全体を通して同じ要素を指す。
【0013】
ここで図面を参照すると、図１Ａは、エナメル絶縁体で被覆された導体１１０を含む、実施例丸い磁石ワイヤ１００の断面端面図を示す。任意の適切な数のエナメル層を、所望に応じて利用することができる。示されるように、ベースコート１２０及びトップコート１３０などの複数のエナメル層が、導体１１０の周囲に形成され得る。他の実施形態では、エナメル絶縁体の単一層が利用されてもよい。図２Ａ及び図２Ｂを参照して以下でより詳細に説明する実施形態などのさらに他の実施形態では、エナメル絶縁体の３つ以上の層を利用することができる。例えば、マグネットワイヤは、ベースコートエナメル層、ミッドコートエナメル層、及びトップコートエナメル層を含むことができる。さらに、エナメル層の１つ又は複数は適切な無機充填材を含む充填ＰＩ層であってもよく、充填材は二酸化シリカと二酸化チタンとの組み合わせを含んでもよい。
【0014】
図１Ｂは、エナメル絶縁体で被覆された導体１６０を含む、実施例矩形磁石ワイヤ１５０の断面端面図を示す。任意の適切な数のエナメル層を、所望に応じて利用することができる。示されるように、ベースコート１７０及びトップコート１８０などの複数のエナメル層が、導体１６０の周囲に形成され得る。他の実施形態では、エナメル絶縁体の単一層を利用することができる。図２Ａ及び図２Ｂを参照して以下でより詳細に説明する実施形態などのさらに他の実施形態では、エナメル絶縁体の３つ以上の層を利用することができる。例えば、マグネットワイヤは、ベースコートエナメル層、ミッドコートエナメル層、及びトップコートエナメル層を含むことができる。さらに、エナメル層の１つ又は複数は適切な無機充填材を含む充填ＰＩ層であってもよく、充填材は二酸化シリカと二酸化チタンとの組み合わせを含んでもよい。図１Ａの丸いワイヤ１００については以下でより詳細に説明するが、図１Ｂの長方形ワイヤ１５０の様々な構成要素は図１Ａの丸いワイヤ１００について説明したものと同様であり得ることが理解されよう。
【0015】
導体１１０は、多種多様な適切な材料又は材料の組み合わせから形成され得る。例えば、導体１１０は、銅、アルミニウム、アニール銅、無酸素銅、銀めっき銅、ニッケルめっき銅、銅クラッドアルミニウム（「ＣＣＡ」）、銀、金、導電性合金、バイメタル、カーボンナノチューブ、又は任意の他の適切な導電性材料から形成され得る。さらに、導体１１０は、図示の円形又は円形断面形状などの任意の適切な断面形状で形成されてもよい。他の実施形態では、導体１１０が長方形（図１Ｂに示すように）、正方形、楕円形、楕円形、又は任意の他の適切な断面形状を有することができる。長方形などの特定の断面形状について所望されるように、導体は丸みを帯びた、鋭い、滑らかな、湾曲した、角度の付いた、切頭した、又は他の方法で形成された角を有し得る。導体１１０はまた、任意の適切な寸法、例えば、任意の適切なゲージ（例えば、１６ ＡＷＧ、１８ ＡＷＧなど）、直径、高さ、幅、断面積などで形成され得る。例えば、長方形導体は、約１．０ｍｍ～約３．０ｍｍの短辺と、約２．０ｍｍ～約５．０ｍｍの長辺とを有することができる。
【0016】
図示のベースコート１２０及びトップコート１３０などのエナメルの任意の数の層を、導体１１０の周囲に形成することができる。エナメル層は典型的にはポリマーワニスを導体１１０に塗布し、次いで、導体１１０を適切なエナメル炉又は炉内で焼成することによって形成される。ポリマーワニスは典型的には１種以上の溶媒中に懸濁された熱硬化性ポリマー材料又は樹脂（すなわち、固形）を含む。熱硬化性又は熱硬化性ポリマーは軟質固体又は粘性液体（例えば、粉末など）から不溶性又は架橋樹脂に不可逆的に硬化され得る材料である。熱硬化性ポリマーは、典型的には溶融加工がポリマーを分解又は分解するので、押出による適用のために溶融することができない。したがって、熱硬化性ポリマーを溶媒中に懸濁させてワニスを形成し、これを塗布して硬化させてエナメル薄膜層を形成することができる。ワニスの塗布に続いて、溶剤は、ベーキング又は他の適切な硬化の結果として除去され、それによって、固体ポリマー性エナメル層を残す。必要に応じて、エナメルの複数の層を導体１１０に適用して、所望のエナメルの厚さ又は構築物（例えば、導体及び任意の下にある層の厚さを差し引いたエナメルの厚さ）を達成することができる。各エナメル層は、同様のプロセスを利用して形成することができる。換言すれば、第１のエナメル層は例えば、適切なワニスを塗布し、導体をエナメル処理オーブンに通すことによって形成することができる。続いて、第２のエナメル層は適切なワニスを塗布し、導体を同じエナメル化オーブン又は異なるエナメル化オーブンのいずれかに通すことによって形成することができる。追加の層が同様に形成される。エナメルオーブンは、オーブンを通るワイヤの複数回の通過を容易にするように構成されてもよい。必要に応じて、１つ以上のエナメル化炉に加えて、又はその代替として、他の硬化装置を利用することができる。例えば、１つ以上の適切な赤外線、紫外線、電子ビーム、及び／又は他の硬化システムが利用されてもよい。
【0017】
ベースコート１２０及びトップコート１３０などのエナメルの各層は、任意の適切な数の副層で形成され得る。例えば、ベースコート１２０は単一のエナメル層を含んでもよく、あるいは所望の構築又は厚さが達成されるまで形成される複数のエナメル層又は下層を含んでもよい。同様に、トップコート１３０は、１つ又は複数の副層を含むことができる。エナメル質の各層は、約５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、７５、８０、９０、又は１００マイクロメートルの厚さ、上記値のいずれか２つの間の温度範囲に含まれる厚さ、及び／又は上記値のうちの１つによって最小又は最大端部のいずれかに境界付けられた温度範囲に含まれる厚さなど、任意の所望の厚。全絶縁システム（例えば、エナメル層の複合厚さ）はまた、約３０、４０、５０、６０、７０、７５、８０、９０、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、又は３００マイクロメートルの厚さ、上記値のうちのいずれか２つの間の温度範囲に含まれる厚さ（例えば、６０～１００マイクロメートルの厚さなど）、及び／又は上記値のうちの１つによって最小又は最大端部のいずれかに境界付けられた温度範囲に含まれる厚さなど、任意の適切な厚さを有し得る。特定の実施形態では、例示的な厚さ値がエナメル層又はエナメルシステム全体の厚さに適用することができる。他の実施形態では、例示的な厚さ値がエナメル層又は全体エナメル系の構築物（例えば、エナメルの追加から生じるワイヤの全体の厚さの変化、エナメル層又はエナメル系の厚さの２倍、エナメル層又はエナメル系から生じるワイヤの両側の厚さなど）に適用され得る。さらに他の実施形態では、エナメル層又はエナメル系のための例示的な構築厚みさ値を提供するために、上記で提供された例示的な厚みさ値を２倍にすることができる。実際、任意の適切な厚さを有するエナメル層及び／又は絶縁システムを用いて、多種多様な異なるワイヤ構造を形成することができる。
【0018】
エナメル層を形成するために、所望に応じて、多種多様な異なるタイプのポリマー材料を利用することができる。好適な熱硬化性材料の実施例としてはポリイミド（「ＰＩ」）、ポリアミドイミド（「ＰＡＩ」）、アミドイミド、ポリエステル、トリス（２－ヒドロキシエチルイソシアヌレート）又はＴＨＥＩＣポリエステル、ポリエステルイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリスルフィド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリケトンなどが挙げられるが、これらに限定されない。本開示の一態様によれば、少なくとも１つのエナメル層は、ポリイミド（「ＰＩ」）を含んでもよい。特定の実施形態では、複数のポリイミド層が形成され得る。例えば、ベースコート１２０及びトップコート１３０の両方をＰＩ層として形成することができる。他の実施形態では、１つ又は複数のＰＩ層を、他のタイプの材料から形成されたエナメル層と組み合わせることができる。例えば、ベースコート１２０はＰＩから形成されてもよく、トップコート１３０は別のポリマー材料又はポリマー材料のブレンドを含む。さらに、本開示の一態様によれば、以下でより詳細に説明するように、１つ又は複数のＰＩ層は、充填ＰＩ層として形成され得る。
【0019】
特定の実施形態では、ベースコート１２０が充填ＰＩの１つ以上の層を含んでもよく、未充填トップコート１３０（例えば、未充填ＰＡＩトップコートなど）がベースコート１２０の上に形成されてもよい。必要に応じて、ＰＩベースコート１２０とトップコート１３０との間の任意の適切な構築又は板厚比を利用することができる。特定の実施形態では、ＰＩベースコート１２０とトップコート１３０との間の厚さ又は構築比が約９５／５～約８５／１５であってもよい。言い換えれば、トップコート１３０の厚さ又は構築物は、組み合わされたエナメル絶縁体の全体の厚み構築物の約５．０パーセント～約１５．０パーセントを構成し得る。他の実施形態では、トップコート１３０が組み合わされたエナメル絶縁体の全体の厚さ又は構築物の約２、３、５、７、１０、１２、１５、２０、又は２５パーセントを構成し得る。
【0020】
図２Ａは、実施例３コート円形磁石ワイヤ２００の断面端面図を示す。図２Ａに示される実施形態は、ポリマーベースコート２２０によって囲まれた導体２１０と、ベースコート２２０上に配置された第１のポリマー層２３０と、第１のポリマー層２３０上に配置された第２のポリマー層２４０とを含む。特定の実施形態では第１のポリマー層２３０がミッドコート２３０と呼ばれることがあり、第２のポリマー層２４０はトップコート２４０と呼ばれることがある。同様に、図２Ｂは、実施例３コート矩形磁石ワイヤ２５０の断面端面図を示す。ワイヤ２５０は、ポリマーベースコート２７０によって囲まれた導体２６０と、ベースコート２７０上に配置された第１のポリマー層２８０（又はミッドコート２８０）と、第１のポリマー層２８０上に配置された第２のポリマー層２９０（又はトップコート２９０）とを含む。図２Ａの丸いワイヤ２００については以下でより詳細に説明するが、図２Ｂの長方形ワイヤ２５０の様々な構成要素は図２Ａの丸いワイヤ２００について説明したものと同様であり得ることが理解されよう。
【0021】
図２Ａのワイヤ２００に関して、導体２１０は、図１Ａを参照して上述した導体１１０と同様であってもよい。さらに、エナメル２２０、２３０、２４０の様々な層を形成するために、多種多様な適切なポリマーを利用することができる。好適な熱硬化性材料の実施例としてはポリイミド、ポリアミドイミド、アミドイミド、ポリエステル、ＴＨＥＩＣポリエステル、ポリエステルイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンスルホン、ポリスルフィド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリケトンなどが挙げられるが、これらに限定されない。図１Ａのワイヤ１００と同様に、図２Ａのワイヤ２００は、適切な充填材を含む少なくとも１つのＰＩ層を含むことができる。特定の実施形態では、１つ又は複数の充填されたＰＩ層が導体２１０の周りに（例えば、導体２１０の周りに直接、ベースコート２２０の周りになど）形成され得る。必要に応じて、１つ又は複数の非充填層又は自己潤滑層、例えば非充填トップコート２４０を、１つ又は複数の充填されたＰＩ層の周囲に形成することができる。例えば、ＰＩの非充填層又はＰＡＩの非充填層が、１つ又は複数の充填されたＰＩ層の上に形成され得る。特定の実施形態では、充填されたＰＩ上に形成された１つ以上の非充填層が充填されたＰＩ層中の充填材として利用される研磨材料に関連する工具摩耗を減少させるのを助けることができる。加えて、ベースコート２２０、第１のポリマー層２３０、及び第２のポリマー層２４０の各々は、所望回数の副層を含み得る。
【0022】
必要に応じて、マグネットワイヤ絶縁システムに組み込まれる１つ又は複数のＰＩ層を形成するために利用されるＰＩ材料は二無水物成分（例えば、ピロメリット酸二無水物又はＰＭＤＡ）をジアミン成分（例えば、４，４´－オキシジアニリン（「ＯＤＡ」）、２，２－ビス［４－（４－アミノフェノキシ）フェニル］プロパン（「ＢＡＰＰ」）など）と反応させることによって形成され得る。ＰＭＤＡとＯＤＡとを反応させて形成されるＰＩは他のタイプのＰＩよりも高い熱性能を有し、それによってマグネットワイヤの熱指数を高めることが見出されている。ある実施形態では、複数のＰＩ層が形成されてもよい。たとえば、２つの層（たとえば、ベースコート２２０及びミッドコート２３０、ミッドコート２３０及びトップコート２４０など）又は３つの層２２０、２３０、２４０すべてがＰＩ（たとえば、非充填ＰＩベースコート、充填されたＰＩミッドコート、非充填ＰＩトップコートなど）から形成され得る。特定の実施形態では、複数のＰＩ層が同様のＰＩ配合物（例えば、ＰＭＤＡ及びＯＤＡを反応させることによって形成されるＰＩなど）を含み得る。他の実施形態では、少なくとも２つのＰＩ層が異なる配合を有するＰＩ材料から形成され得る。例えば、ベースコート２２０（例えば、非充填ベースコート２２０）は、ＰＭＤＡをＢＡＰＰ又はＢＡＰＰとＯＤＡとのブレンドのいずれかと反応させることによって形成されるＰＩなどの、導体２１０への接着性の向上を促進するＰＩから形成されてもよい。次いで、充填されたミッドコート２３０は、ＰＭＤＡとＯＤＡとを反応させることによって形成されたＰＩを含むことができる。必要に応じて、次いで、トップコート２３０は非充填ＰＩから、又は非充填ＰＡＩなどの別の材料から形成され得る。
【0023】
他の実施形態では、１つ以上のＰＩ層を、他のタイプの熱硬化性材料から形成されたエナメル層と組み合わせることができる。言い換えれば、１つ以上の充填されたＰＩ層は、多層エナメル絶縁システムにおいて追加の層と組み合わされ得る。１つ以上の追加の層（例えば、充填されたＰＩ以外の層）がマグネットワイヤシステムに組み込まれる場合、各追加の層は、多種多様な適切な構造で形成され得る。例えば、エナメル質の各追加層は、非充填層として、又は任意の適切な充填材料を含む充填層として形成され得る。さらに、任意の適切な数の追加の層を充填ＰＩ層と組み合わせることができ、各追加の層は、所望回数の副層及び／又は任意の適切な厚さを有することができる。任意の適切な厚さ比を、充填されたＰＩ層及び追加の層と共に利用することができる。エナメル層の多種多様な適切な組み合わせは、任意の適切な材料及び／又は材料の組み合わせから形成され得る。
【0024】
特定の実施形態では、マグネットワイヤ２００が３層絶縁システムで形成されてもよい。ベースコート２２０は、ポリエステル、ＴＨＥＩＣポリエステル、ポリエステルイミド、又はＰＡＩなどの第１のポリマー材料から形成することができる。ミッドコート２３０は、充填されたＰＩから形成されてもよい。次いで、非充填ＰＡＩから形成されたトップコートなどのトップコート２４０を、充填されたＰＩミッドコート２３０の上に形成することができる。ベースコート２２０、ミッドコート２３０、及びトップコート２４０のそれぞれは、所望の層厚を提供する任意の適切な数の副層を含むことができる。
【0025】
一例として、ベースコート２２０は、ＴＨＥＩＣポリエステルを含んでもよい。必要に応じて、ＴＨＥＩＣポリエステル又は変性ＴＨＥＩＣポリエステルエナメルは、比較的高い固形分含量及び／又は比較的高い粘度を有する材料から形成することができる。例えば、固形分は、少なくとも４０％、好ましくは少なくとも５０％であり得る。特定の実施形態において、固形分は、５０％～５５％であり得る。特定の実施形態において、ＴＨＥＩＣポリエステル材料は、少なくとも２５，０００センチポアズの粘度、例えば２５，０００～６５，０００センチポアズの粘度を有し得る。比較的高い固形分含量及び高い粘度を含む結果として、ベースコート２２０は、１．２未満又は１．１未満の同心度など、比較的低い同心度で形成され得る。これは、長方形ワイヤ（図２Ｂのワイヤ２５０など）に当てはまり、この場合、ワニスは典型的にはワイヤ上への適用とエナメル層への硬化との間に流れるか、又は移動する（例えば、コーナに流れる）。低い同心度を有するベースコート２２０を形成することによって、後続の層の同心度を改善することができ、絶縁システムの柔軟性を高めることができる。
【0026】
ベースコート２２０、ミッドコート２３０、及びトップコート２４０の間の厚さの任意の適切な比を、様々な実施形態において利用することができる。所望に応じて、異なるエナメル層の厚さは、磁石ワイヤ２００の所望の用途（例えば、ハイブリッド及び電気自動車用途など）及び関連する性能要件、例えば、所望の熱性能、コロナ耐性、部分放電性能、可撓性などに少なくとも部分的に基づいてもよい。特定の実施形態ではベースコート２２０が合計絶縁厚さの約１０パーセント（１０％）～７０パーセント（７０％）の間である第１の厚さを有してもよく、ミッドコート２３０は合計絶縁厚さの約５パーセント（５％）～８０パーセント（８０％）の間である第２の厚さを有してもよく、トップコート２４０は合計絶縁厚さの約５パーセント（５％）～５０パーセント（５０％）の間である第３の厚さを有する可能性がある。特定の実施形態ではベースコート２２０が総厚さの約４５パーセント（４５％）～６５パーセント（６５％）を占めてもよく、ミッドコート２３０は総厚さの約２５パーセント（２５％）～４０パーセント（４０％）を占めてもよく、トップコート２４０は総厚さの５パーセント（５％）～１５パーセント（１５％）を占めてもよい。さらに他の実施形態ではベースコートが総厚さの約４５パーセント（４５％）～６５パーセント（６５％）を占めることができ、ミッドコートは総厚さの約５パーセント（５％）～４０パーセント（４０％）を占めることができ、トップコートは総厚さの５パーセント（５％）～３５パーセント（３５％）を占めることができる。
【0027】
ベースコート２２０、ミッドコート２３０、及びトップコート２４０の間の多種多様な他の適切な厚さ比を、所望に応じて利用することができる。特定の実施形態では他のエナメル層（例えば、ベースコート２２０及びトップコート２４０）に対する充填ＰＩ層（例えば、充填ＰＩミッドコート２３０など）の厚さは従来のエナメル絶縁システムと比較して改善された所望の全体的性能を有する絶縁システムをもたらし得る。言い換えれば、充填されたＰＩ絶縁体が全体の絶縁厚さの十分なレベルを占める時に、磁石ワイヤ２００は、所望の熱指数、所望の熱寿命、所望のコロナ耐、所望の部分放電開始電圧などの１つ又は複数の所望の性能特性を示し得る。特定の実施形態では充填されたＰＩエナメル層（例えば、充填されたＰＩミッドコート２３０など）は全体の絶縁厚さの少なくとも５パーセント（５％）を占め得る。実際、充填されたＰＩエナメル層は、コロナ電荷を分散させるのに十分な厚さである場合、特定の用途には十分であり得る。他の実施形態では充填ＰＩエナメル層（例えば、充填ＰＩミッドコート２３０など）は全体の絶縁厚さの少なくとも２５パーセント（２５％）又は少なくとも３０パーセント（３０％）を占めてもよい。様々な他の実施形態では、充填されたＰＩエナメルがエナメル全体の厚さの少なくとも５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、７５、もしくは８０％を占める厚さ、又は上記の値のいずれか２つの間の温度範囲に含まれる厚さを有し得る。
【0028】
多層エナメル絶縁システムに充填されたＰＩを組み込むことによって、多種多様な利益が提供され得る。特定の実施形態では充填ＰＩエナメル層（例えば、３層絶縁システムにおける充填ミッドコート層２３０など）の取り込みは従来のマグネットワイヤと比較して、マグネットワイヤ絶縁システムの熱性能、コロナ放電性能、及び／又は部分放電性能を改善することができる。同等性能特性は、全ての充填されたＰＩエナメルを含む絶縁体に類似又は匹敵し得る。しかしながら、追加の層（すなわち、非充填ＰＩ層）の組み合わせは、全ての充填されたＰＩ又はより高いコストの材料を含むエナメルと比較して、エナメル絶縁システムの全体的なコストを低下させるか、又は低減させることができる。言い換えれば、所望の性能を達成するために十分な量の充填されたＰＩエナメルが含まれてもよく、一方、所望の全体的な絶縁構築又は厚さを達成するために、及び／又は導体２１０への接着及び／又はより低い摩耗などの他の所望のパラメータを促進するために、より低コストのエナメルが利用されてもよい。図１Ａ～図２Ｂのワイヤ１００、１５０、２００、２５０を引き続き参照すると、１つ又は複数の適切な添加剤が、任意選択で、１つ又は複数のエナメル層に組み込まれてもよい。添加剤は、ワイヤの様々な構成要素及び／又は層間の接着の促進、絶縁システムの柔軟性の向上、潤滑の提供、粘度の向上、耐湿性の向上、及び／又は高温安定性の促進など、多種多様な目的を果たすことができる。例えば、添加剤はエナメル層と下地層（例えば、導体、ベースコート、下地エナメル層など）との間、及び／又は充填材とベースポリマー材料との間のより大きな接着を補助又は促進するための接着プロモーターとして機能し得る。様々な実施形態において、所望に応じて、多種多様な適切な添加剤を利用することができる。特定の実施形態では、添加剤がアミン部分をアルデヒド材料（例えば、グリオキサール材料、ホルムアルデヒド材料など）と反応させることによって形成される材料から形成されてもよく、又はそれを含んでもよい。例えば、アルネックス（Ａｌｌｎｅｘ）によって製造され、販売されているサイメル材料などのＣｙｍｅｌＴＭ材料又はレジンは、ＰＩ又は他の熱硬化性材料と併せて添加剤として利用することができる。他の実施形態では、ホルムアルデヒドを含まない添加剤を利用することができる。適切なＣｙｍｅｌ材料又は他の添加剤を利用して、ＰＩエナメル層と下地層（例えば、ベースコート、導体など）との間のより大きな接着を促進し、ベースＰＩポリマー材料を充填材料に結合し、及び／又は柔軟性を高めることができる。他のタイプのＣｙｍｅｌ材料及び／又は架橋材料を所望に応じて利用することができる。
【0029】
特定の実施形態では、１つ以上の適切な表面改質処理を、導体及び／又は任意の数のエナメル層上で利用して、後に形成されるエナメル層との接着を促進することができる。適切な面改質処理の実施例としてはプラズマ処理、紫外線（「ＵＶ」）処理、コロナ放電処理、及び／又はガス火炎処理が挙げられるが、これらに限定されない。表面処理は、導体もしくはエナメル層のトポグラフィーを変化させ、及び／又は導体もしくはエナメル層の表面上に官能基を形成して、後に形成される層の結合を強化又は促進することができる。改変されたトポグラフィーはまた、処理された層の表面張力を改変することによって、後続のエナメル層を形成するために利用されるワニスの濡れ性を増強又は改善し得る。結果として、表面処理は、層間剥離を低減し得る。
【0030】
様々な実施形態において所望されるように、絶縁体の１つ以上の他の層が、複数のエナメル層に加えて、マグネットワイヤ１００、１５０、２００、２５０に組み込まれてもよい。例えば、１つ以上の押出熱可塑性層（例えば、押出オーバーコートなど）、半導電性層、テープ絶縁層（例えば、ポリマーテープなど）、及び／又はコンフォーマルコーティング（例えば、パリレンコーティングなど）を、マグネットワイヤ１００、１５０、２００、２５０に組み込むことができる。多種多様な他の絶縁構成及び／又は層の組み合わせが、所望に応じて利用されてもよい。さらに、全体的な絶縁システムは、任意の適切な材料及び／又は材料の組み合わせから形成される任意の数の適切な副層を含むことができる。
【0031】
本開示の一態様によれば、１つ又は複数のポリイミド層（及び潜在的に他のエナメル層）は、適切な充填材を含み得る。例えば、マグネットワイヤ１００、１５０、２００、２５０などのマグネットワイヤに組み込まれた１つ以上のＰＩエナメル層は、適切な充填材を含むことができる。さらに、充填材は、少なくとも二酸化チタン（ＴｉＯ２）と二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）との混合物を含むことができる。二酸化チタンと二酸化ケイ素との混合物はさらに、酸化クロム（ＩＩＩ）（Ｃｒ２ Ｏ３）などの、所望の他の適切な材料を含んでもよい。他の実施形態では、充填材が少なくとも酸化クロムと二酸化シリカとのブレンドを含むことができる。充填材の添加はマグネットワイヤ上の充填されたＰＩから形成されるエナメル層（例えば、図１Ａのベースコート１２０、図２Ａのミッドコート２３０など）のコロナ耐性及び／又は熱寿命を改善し得る。その結果、マグネットワイヤ及び／又はマグネットワイヤを組み込んだ電気装置（例えば、モータ等）の寿命は、部分放電及び／又は他の悪条件下で増加又は延長され得る。
【0032】
充填材の添加はまた、マグネットワイヤ１００、１５０、２００、２５０の熱伝導率を改善し得る。１つ又は複数の充填されたＰＩ絶縁層は、磁石ワイヤの導体から熱を伝導又は引き出すことができる。その結果、マグネットワイヤは、充填された絶縁層を含まない従来のマグネットワイヤよりも比較的低い温度で動作することができる。例えば、電気機械において利用される場合、マグネットワイヤ及び／又は電気機械は、充填された絶縁層を利用しない従来のデバイスよりも摂氏５度、６度、７度、８度、９度、１０度、１１度、又は１２度低い温度で動作し得る。この改善された熱伝導率はより高い電圧でのマグネットワイヤ及び／又は電気機械の動作を容易にし、それによって出力を改善することができる。様々な実施形態において、充填ＰＩ絶縁層は、同様の厚さを有する非充填ＰＩ絶縁層の熱伝導率の少なくとも１。５倍、２倍、３倍、又は４倍の熱伝導率を有し得る。言い換えると、充填材が添加されるベースＰＩ材料の第２の熱伝導率の少なくとも１。５倍、２倍、３倍、又は４倍の第１の熱伝導率を、充填材入りＰＩ絶縁層が有する可能性がある。
【0033】
充填材材料は、任意の適切な比率でＰＩに添加することができる。特定の実施形態において、充填されたＰＩエナメル絶縁層中の充填材の総量は、約１０重量パーセント（１０％）～約２５重量パーセント（２５％）であり得る。例えば、充填材の総量は、約１５重量パーセント（１５％）～約２０重量パーセント（２０％）であり得る。様々な他の実施形態において、充填材の総量は、約５、７．５、１０、１２．５、１５、１７、１７．５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、又は５０重量パーセント、上記値のいずれかの２つの間の範囲に含まれる量、又は上記値の１つにより最小又は最大端部のいずれかに限定される範囲に含まれる量であってもよい。巻き線の寿命の大幅な改善は約５重量％をはるかに下回る総充填材レベルでは観察されず、特定のマグネットワイヤ用途では、充填材の重量パーセントが増加し、閾値を超えるにつれて、絶縁柔軟性は許容できない場合がある。例えば、柔軟性は、重量に基づいて約５０％を超える総充填材レベルで悪影響を受け得る。
【0034】
充填材に組み込まれる様々な構成要素のために、多種多様なブレンド又は混合率を利用することができる。例えば、二酸化チタン及び二酸化シリカは、多種多様な適切な重量比でブレンドすることができる。様々な実施形態において、充填材は、約２０重量パーセント（２０％）～約８０重量パーセント（８０％）の二酸化シリカと、約２０重量パーセント（２０％）～約８０重量パーセント（８０％）の二酸化チタンとを含み得る。例えば、充填材は約２０、２５、３０、３３、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、６７、７０、７５、又は８０重量％の二酸化シリカを含み、重量割合は上記値のいずれかの２つの間（例えば、２０％と４０％との間など）に含まれる重量割合、又は上記値の１つ（例えば、少なくとも２０％など）によって最小端部又は最大端部のいずれかに限定される範囲に含まれる重量割合を含むことができる。同様に、充填材は約２０、２５、３０、３３、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、６７、７０、７５、又は８０重量％の二酸化チタン、上記値のいずれかの２つの間の温度範囲に含まれる重量割合（例えば、２０％と４０％との間など）、又は上記値の１つ（例えば、少なくとも２０％など）によって最小端部又は最大端部のいずれかに限定される温度範囲に含まれる重量割合を含むことができる。所望により、第１の成分（例えば、二酸化チタン）と第２の成分（例えば、二酸化シリカ）との比は、約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、又は任意の他の適切な比であり得る。
【0035】
特定の実施形態において、充填材に利用される成分は、１つ以上の所望の特性に基づいて選択され得る。例えば、第１のフィラー成分（例えば、二酸化チタンなど）は比較的低い抵抗率を有する無機酸化物として選択され得、第２のフィラー成分（例えば、二酸化シリカなど）は、比較的大きい表面積を有する無機酸化物として選択され得る。混合物はエナメル層の形成前にＰＩに添加されてもよく、ＰＩエナメル層は大表面積無機酸化物と低抵抗率無機酸化物との混合物を含んでもよい。大きな表面積の無機酸化物はより多くのエネルギーが絶縁体を貫通することを可能にし、それによって、電気機器における高電圧及び高周波波形によって引き起こされる絶縁体の劣化を低減すると考えられる。二酸化ケイ素又はシリカは、約９０～約５５０ｍ２／ｇの範囲の表面積などの多種多様な比表面積を有する等級で市販されている。例えば、エボニック・デグッサ・コーポレーションから入手可能なＡＥＲＯＳＩＬ ９０は９０ｍ２／ｇの比表面積を有し、キャボット・コーポレーションから入手可能なＣＡＢ－Ｏ－ＳＩＬ ＥＨ－５は、３８０ｍ２／ｇの比表面積を有する。特定の実施形態では、電気機器の巻き線に存在する電圧波形に対する抵抗がシリカ表面積の増加に伴って改善され得る。したがって、約３８０ｍ２／ｇ～約５５０ｍ２／ｇの比表面積を有するシリカ級が好ましく、又は約３８０ｍ２／ｇ、５５０ｍ２／ｇを超える比表面積を有するシリカ級、又は別の閾値が改善された性能を提供し得る。
【0036】
充填材の成分は、任意の適切な粒径、表面積、及び／又は他の寸法を含んでもよい。例えば、フィラー成分は、約１ミクロン未満の公称粒径を有し得る。特定の実施形態では、フィラー成分はナノ粒子を含んでもよい。さらに、多種多様な適切な方法及び／又は技術を利用して、充填材をＰＩ重合体に添加することができる。特定の実施形態では、充填材が凝集体を所望の量未満に減少させるために、媒体接地、ボールミル接地、又は他の方法で接地、又は接地されてもよく、例えば、「８」以上のヘグマンゲージ又は接地であってもよい。これらは、一般に、より高い濃度で作製され、最終製剤の最終的な「レットダウン」において低減することができる。必要に応じて、充填材は、その粒径が約１．０ミクロン未満になるまで粉砕又は粉砕することができる。必要に応じて、他の粒径を得ることができる。特定の実施形態では、充填材が溶媒の存在下でＰＩワニス中に直接粉砕することができる。他の実施形態において、充填材は、別の物質中で粉砕され、次いでＰＩワニスに添加されてもよい。例えば、充填材を含むＰＩ、ＰＡＩ、又は他のペーストを形成することができ、次いで、エナメル層の適用前に、ポリマーペーストをＰＩと組み合わせることができる。ミリング中の溶媒の添加は、フィラー粒子が再凝集又は凝集しないようにすることができることが理解されるのであろう。
【0037】
いったん充填材がＰＩ重合体中に分散されると、ＰＩ重合体は、任意の適切な様式で導体に適用され得る。例えば、未硬化ＰＩ絶縁体はマルチパスコーティング及びフローティング又はワイピングダイを使用してマグネットワイヤに適用され、その後、高温で硬化（例えば、エナメル処理オーブンでの硬化）されてもよい。所望回数のＰＩ高分子層を、マグネットワイヤに組み込むか、又はマグネットワイヤ上に形成することができる。様々な実施形態において、これらのＰＩ層は、導体の周りに直接、又は１つ以上の基層の上に形成されてもよい。他のエナメル層（例えば、ベースコートエナメル層、ポリアミドイミドトップコートなど）も同様の方法で形成することができる。
【0038】
１つ以上の充填されたＰＩエナメル層を含むマグネットワイヤ１００、１５０、２００、２５０は、従来のマグネットワイヤエナメルと比較して、改善されたコロナ耐性、熱伝導性、及び／又は熱性能を示し得る。例えば、１つ以上の充填されたＰＩエナメル層の使用は、熱クラス、熱指数、又は２４０℃以上の耐熱性のマグネットワイヤを提供することができる。特定の実施形態では、充填されたＰＩ絶縁体を含むワイヤが２６０℃以上の熱クラス、熱指数、又は熱耐久性を有し得る。特定の実施形態では１つ又は複数のＰＡＩ層（例えば、ＰＡＩトップコート）の追加はマグネットワイヤの熱クラスを実質的に低減することなく、追加の靭性及び耐摩耗性を提供し得る。マグネットワイヤ又はマグネットワイヤ絶縁層の熱指数は一般に、電気絶縁材料の温度対時間特性を比較するセルシウス度数として定義される。それは、アレニウスプロットの寿命対温度を特定の時間、通常２０，０００時間に外挿することによって得ることができる。磁石ワイヤの熱指数又は熱耐久性を測定又は決定するための１つの試験は、ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌによって示されるＡＳＴＭ Ｄ２３０７試験である。熱クラスは一般に、米国電気工業会（「ＮＥＭＡ」）又はＵＬなどの規格団体によって確立された熱指数の範囲を規定する。例えば、２２０クラスの材料は２２０℃から２３９℃の間の熱指数を有することができ、２４０クラスの材料は、２４０℃と別の閾値との間の熱指数を有する。本発明のＰＩエナメルを含むマグネットワイヤは２６０を超える熱指数を有することが見出され、出願人は最高の既存のＵＬ熱クラスが２４０であったので、ＵＬから新しい熱分類リストを得ることを要求された。さらに、ＰＩへの１つ以上の充填材の添加は、絶縁体の熱老化に悪影響を及ぼすか又は損なうことなく、インバータデューティ寿命及び／又は電気機械寿命を改善することができる。特定の実施形態では、１つ以上の充填材の添加が特定の温度でのマグネットワイヤ絶縁体の熱寿命を改善又は上昇させ得る。例えば、充填されたＰＩ絶縁体の使用は、約３００℃で約１，０００、２，０００、３，０００、又は４０００時間を超える熱寿命をもたらし得る。対照的に、従来の非充填ＰＩは、約３００℃で約４００～５００時間の熱寿命を有し得る。充填されたＰＩについての良好な結果を示すいくつかの例が、以下でより詳細に説明される。
【0039】
上述のように、充填されたＰＩ層を多層エナメル絶縁システム（例えば、図２Ａ及び図２Ｂに示されるような３層システム）に組み込むことにより、ワイヤのコストも制御しながら、性能を向上させることができる。例えば、充填されたＰＩ層は従来のマグネットワイヤ絶縁システムと比較して、改善された熱指数、熱寿命、コロナ性能、ＰＤＩＶ性能、及び／又は他の所望の特性を提供することができるが、充填されたＰＩ層と、より安価な材料（例えば、ＴＨＥＩＣポリエステル、ＰＡＩなど）から形成された１つ又は複数の層との組み合わせは全体的なコストを制御するのに役立ち得る。実際、充填されたＰＩ絶縁体中のフィラー材料の独特の組み合わせ及び量、ならびに絶縁システム中の層間の厚さ比は、同様に価格付けされた従来のワイヤのものよりも高い所望の熱指数をもたらし得る。
【0040】
特定の実施形態では、ＴＨＥＩＣポリエステルベースコート２２０、充填ＰＩミッドコート２３０、及び未充填ＰＡＩトップコート２４０を含むシステムなどの、充填ＰＩと追加層との組合せを含む多層エナメル系は所与のアプリケーション（例えば、選択的車両又はハイブリッド電気自動車用のインバータデューティワイヤなど）のための所望の閾値を超える熱指数を有し得る。例えば、多層絶縁システムは、少なくとも２４０℃又は少なくとも２６０℃の熱指数を有することができる。様々な実施形態において、多層絶縁システムは、少なくとも２３０、２３５、２４０、２４５、２５０、２５５、又は２６０℃の熱指数、又は上記の値のいずれか２つの間の範囲に含まれる熱指数を有し得る。特定の実施形態では、絶縁システムの全体的な熱指数が追加の層（例えば、ＴＨＥＩＣポリエステル、ＰＡＩなど）を形成するために利用される特定のポリマー材料によって提供される熱指数を超えてもよい。言い換えれば、充填されたＰＩ層を含めることは絶縁システムの熱指数を改善することができ、一方、他の層を含めることは追加の利点（例えば、コスト上の利益など）を提供することができる。
【0041】
特定の実施形態では、ＴＨＥＩＣポリエステルベースコート２２０、充填ＰＩミッドコート２３０、及び非充填ＰＡＩトップコート２４０を含むシステムなどの、充填ＰＩと追加層との組合せを含む多層エナメル系は所望の用途（例えば、ハイブリッド及び電気自動車用途など）に適した、部分放電開始電圧（「ＰＤＩＶ」）及び絶縁破壊又は絶縁強度性能の向上を示し得る。特定の実施形態では、３層絶縁システムを有する丸いワイヤが少なくとも５００ボルト二乗平均平方根（ＲＭＳ）のＰＤＩＶを有し得る。３層絶縁システムを有する長方形ワイヤは、少なくとも１，１００ボルトの平均ＰＤＩＶを有することができる。他の実施形態では、長方形ワイヤが少なくとも１，０００、１０５０、１，１００、１，１５０、又は１，２００ボルトの平均ＰＤＩＶ、又は上記の値のいずれか２つの間の温度範囲に含まれるＰＤＩＶを有し得る。さらに、３層絶縁システムを有するマグネットワイヤは、少なくとも１５，０００ボルトの室温での絶縁破壊を有することができる。様々な実施形態において、絶縁破壊は、少なくとも１５，０００、１６，０００、１７，０００、１８，０００、１９，０００、又は２０，０００ボルト、又は上記の値のいずれか２つの間の温度範囲に含まれる絶縁破壊であってもよい。
【0042】
加えて、特定の実施形態では充填されたＰＩを１つ又は複数の追加のエナメル層（例えば、ＴＨＥＩＣポリエステルなど）と組み合わせる多層絶縁システムは特定の従来のマグネットワイヤ絶縁システムと比較して、向上した柔軟性を提供し得る。この強化された柔軟性は、磁石ワイヤ２００が絶縁体に亀裂を生じさせることなく、又はそわなければ損傷を与えることなく、所望の用途（例えば、モータ用途など）に組み込むためにより容易に成形又は曲げられることを可能にし得る。例えば、磁石ワイヤ２００は絶縁体を損傷又は損なうことなく、より容易にヘアピン（例えば、ほぼＵ字形のヘアピン）又は他の所定の形状に成形することができる。ポリエステル基材上に充填されたＰＡＩ又はＰＩ絶縁体を組み込んだある種の絶縁システムなどのある種の他の絶縁システムは、同様の曲げ又は形状を受けたときにひび割れエナメルをもたらし得るより低い柔軟性を有することが見出されている。特定の実施形態では、充填されたＰＩを組み込んだ絶縁システムを有するマグネットワイヤ２００がワイヤ２００が１．２５未満のトップコート２４０割れ周波数を有する４ｍｍマンドレルの周囲に１８０°曲げられることを可能にする柔軟性を有し得る。他の実施形態では、トップコート２４０の割れ頻度が１．２５、１．２、１．０、０．８、０．７５、０．６５、０．５、０．４、０．２５、０．１未満、又は上記値のいずれか２つの間の温度範囲に含まれる頻度であってもよい。さらに他の実施形態では、トップコート２４０の割れ頻度はゼロであってもよい。トップコート割れ頻度は屈曲ワイヤの２０個のサンプル当たりのトップコート２４０絶縁層において識別される割れの総数として定義される（例えば、２０個のサンプルについてカウントされた割れの総数を２０で割ったもの）。以下の実施例に示されるように、他の絶縁システムを有するマグネットワイヤははるかに低い柔軟性を示し、その結果、絶縁システムを完全に貫通するトップコート割れ及び／又は割れの両方が生じた。
【0043】
図１Ａ～図２Ｂを参照して上述したマグネットワイヤ１００、１５０、２００、２５０は、単なる例として提供されている。様々な実施形態において所望されるように、図示されたマグネットワイヤ１００、１５０、２００、２５０に多種多様な代替案を作ることができる。例えば、１つ以上のエナメル層に加えて、多種多様な異なるタイプの絶縁層をマグネットワイヤ１００、１５０、２００、２５０に組み込むことができる。別の実施例として、マグネットワイヤ１００、１５０、２００、２５０及び／又は１つ以上の絶縁層の断面形状を変更することができる。実際、本開示は、多種多様な適切なマグネットワイヤ構造を想定している。これらの構造は、任意の数の層及び／又は副層を有する絶縁システムを含むことができる。
【実施例0044】
以下の実施例は例示的かつ非限定的なものとして意図されており、本発明の特定の実施形態を表す。特に明記しない限り、実施例で論じたワイヤサンプルは、「重い」エナメル質構築物を有する１８ ＡＷＧワイヤとして調製した。換言すれば、ワイヤエナメルは、マルチパスコーティング及びワイピングダイを使用して、１８ ＡＷＧ銅ワイヤに適用された。「重い」エナメル質構築物は、約３．０ミル（７６ミクロン）の公称絶縁構築物を有する。
【0045】
表１に示される第１の実施例は、１つ以上の未充填ＰＡＩトップコート層を未充填ＰＩエナメル上に添加する効果を比較する。比較サンプルを、熱老化、繰り返し掻き取り、熱指数、及び温度での熱寿命について試験した。
【0046】
【表1】
【0047】
表１に示されるように、ＰＩエナメル上に単層又は多層ＰＡＩトップコートを形成することは、ワイヤの熱物性にほとんど影響を及ぼさない。４８時間の熱老化の結果はわずかに減少するが、熱老化はＰＩエナメルのみを有するワイヤとＰＡＩトップコートを有するワイヤとの間で同様である。これらの結果は、ＰＡＩ及びＰＩが通常、硬化における知覚される差異のために、互いに組み合わせて使用されないため、予想外であった。繰り返しスクレープ試験によって示されるように、ＰＡＩトップコートの添加は、ワイヤの摩耗性能を大幅に向上させる。繰返し掻き取り試験では、重り付き針を直線ワイヤ片と接触させ、針をワイヤ上で前後に掻き取る。試験の結果は、絶縁体が浸透される前に必要とされる数スクレープを示す。更に、ワイヤサンプルについてのＴｅｃｈｒａｎｄ巻き性結果は同様であった。したがって、ワイヤサンプルは同様の機械的性能を有していた。
【0048】
表２に示される第２の実施例は、ＰＩ中の濃縮物又はＰＡＩペースト中のいずれかとしてＰＩに添加され得る各種充填材を比較する。第１に、表２は、ＰＩ中に二酸化チタン及び二酸化シリカを含有する充填材を添加する効果を示す。表２に示す第１の実施例では、ＰＩペーストを形成するために充填材料をＰＩに直接添加し、次いで、エナメル絶縁体を形成するために使用されるＰＩにＰＩペーストを添加した。次に、表２はＰＡＩペーストを形成するためにＰＡＩに充填材が添加され、次いで、ＰＡＩペーストがＰＩに添加されたエナメルを示す。ＰＡＩペーストは二酸化チタンと二酸化シリカとのブレンド、及び酸化クロムと二酸化シリカとのブレンドの両方を用いて調製された。充填されたＰＩエナメルの各々について、充填材料をボールミルにかけ、使用してペーストを形成し、次いでこれをＰＩに添加した。ＰＡＩペーストが利用される場合、最終絶縁体中のＰＡＩの総量は、絶縁樹脂の約２０重量％までであり得、絶縁体の熱物性を実質的に損なわないようであった。
【0049】
【表2】
【0050】
インバータデューティ寿命を測定するために、インバータ駆動と三相モータを用いて種々のマグネットワイヤを試験した。典型的な誘電体ツイストペアは、ワイヤから作製され、２００℃のオーブン内に置かれた。５７５ボルト（１７５０ボルト・ピーク・ツー・ピーク）ａｃインバータ駆動部からの高電圧、高周波波形を、撚線対のそれぞれに送った。それぞれがほぼ同じ長さを有するツイストペアを、短絡が生じるまで監視し、短絡までの時間を記録した。短絡（故障）までの時間が長いほど、絶縁劣化に対する耐性が向上する。種々のマグネットワイヤエナメル配合物の破損までの時間は、測定された又は決定されたインバータ寿命と称され得る。
【0051】
表２に示すように、充填材ＰＩは、充填材濃縮物のＰＡＩ「ペースト」を含有する充填材ＰＩであっても、未充填エナメル材料と比較して優れたインバータデューティ寿命を提供することができる。さらに、充填されたＰＩは、非充填ＰＩ材料と比較して、強化された熱老化を示し得る。接着プロモーターの添加は柔軟性を改善し、層間剥離を低減し、ワイヤサンプルにおける熱衝撃及び繰り返しの掻き取りを改善し得る。
【0052】
優れた結果を示した少数のサンプルは、二酸化チタンと二酸化シリカとの組み合わせで充填されたＰＩエナメルを含む。この充填材の組み合わせは、熱老化試験中の最良の耐久性の結果を提供した。示されるように、１つのサンプルワイヤは熱エージング試験中に２９０℃で５０００時間にわたって提供され、これはより高い熱クラス又は熱指数材料を示す。実際、本開示の実施形態による充填ＰＩエナメル絶縁体を含むマグネットワイヤは後に、２６０℃を超える熱指数を有すると決定された。
【0053】
二酸化チタンと二酸化シリカの組合せを含む充填ＰＩエナメルで調製したワイヤのサンプルも、いくつかの従来の磁石ワイヤと比較した。充填されたＰＩエナメルを有するワイヤは、１８ ＡＷＧの重いビルド銅ワイヤと、より大きい１２ ＡＷＧの銅ワイヤとの両方を含んでいた。１８本のＡＷＧワイヤサンプルを０．００３２インチのエナメル質構築物で調製し、１２本のＡＷＧワイヤサンプルを０．００４３インチのエナメル質構築物で調製した。これらのワイヤを、従来のエナメル線（例えば、従来の非充填ＰＩワイヤ）と、導体の周りに巻き付けられたコロナ耐性テープで絶縁された従来のワイヤとの両方と比較した。耐コロナテープは、デュポン社製のカプトンＣＲテープと、カネカ社製のアピカルテープの両方を含んでいた。表３に比較の結果を示す。
【0054】
熱耐久性、パルス耐久性、絶縁破壊、及び繰返しスクレープ試験を含む、多種多様な比較試験を、広いワイヤに対して行った。熱耐久試験は、ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌによって示されるＡＳＴＭ Ｄ２３０７標準に従って実施した。パルス耐久試験は、中国ＧＢ／Ｔ ２１７０７－２００８試験方法を用いて１００ ｎｓの立ち上がり時間で実施した。絶縁破壊試験は、米国電気工業協会によって規定された標準的なＮＥＭＡ試験手順に従って、マグネットワイヤサンプルから形成されたツイストペアに対して実施した。
【0055】
繰り返しスクレープ試験は、表１を参照して上述した手順と同様の手順を用いて行った。
【0056】
【表3】
【0057】
表３に示すように、充填されたＰＩを有する１８ＡＷＧワイヤは、非充填ＰＩを有する従来の１８ＡＷＧワイヤと比較して、はるかに高いパルス耐久性及びインバータ寿命を有する。したがって、充填されたＰＩワイヤは、非充填ＰＩワイヤと比較して、改善されたコロナ耐性性能を有する。
【0058】
さらに、充填されたＰＩを有する１２ＡＷＧワイヤは、巻き付けられたコロナ耐性ポリイミドテープで絶縁された１２ＡＷＧワイヤと比較して、改善されたパルス耐久性能を有する。充填されたＰＩワイヤはまた、より薄い絶縁構造を有し、それによって、ワイヤが、テープで絶縁されたワイヤよりも小さい直径を有することを可能にする。したがって、１２ＡＷＧ充填ＰＩワイヤを、コロナ耐性テープ絶縁体を有するワイヤを従来から利用する用途に組み込むと同時に、特定の改善された性能特性を提供することが可能であり得る。また、エナメル絶縁電線は、テープ絶縁を有する従来の電線よりも加工及び取り扱いが容易であり得る。エナメル線は自動巻取機によって巻き取られ、巻き取られることができるが、これらの機械はテープ絶縁体を損傷する可能性がある。
【0059】
表４に例示される第４の実施例は、二酸化チタン及び二酸化シリカが異なるブレンド比を有するＰＩに充填材を添加する効果を比較する。充填されたＰＩ層は約１５重量％の充填材を含み、ワイヤサンプルは、約２０フィート／分のライン速度で形成された。
【0060】
【表4】
【0061】
表４に示されるように、二酸化チタン及び二酸化ケイ素を含有する充填材の添加は、ＰＩエナメルを有するマグネットワイヤのインバータ寿命を改善する。充填されたＰＩエナメル上のＰＡＩトップコートの添加は、改善された反復スクレープ結果を提供することもできる。
【0062】
電圧耐久試験のために、３５００ボルトの信号が約１０％の伸びで約１５５℃でワイヤサンプル上に伝達され、伸びは、ワイヤに追加の応力を与える。次いで、破壊までの時間を、ワイヤサンプルの各々について測定した。Ｄｆ及びタンデルタ試験は、ワイヤサンプルの電気絶縁損を測定する。
【0063】
表４に示されるように、より多量の二酸化チタンは改善された耐電圧性を提供するが、しかし、より多量の二酸化チタンもまた、Ｄｆ及びタンデルタ値によって示されるように、絶縁体における電磁損の増加に寄与する。同様に、より多量の二酸化ケイ素はより低い電圧耐久性能を有しながら、絶縁体におけるより少ない電気損失を提供する。断熱性能は、充填材としての二酸化チタンと二酸化ケイ素とのブレンドを用いて最適化することができる。例えば、断熱性能は、約２０重量％～約８０重量％の二酸化チタン及び約２０重量％～約８０重量％の二酸化ケイ素を含む充填材で最適化することができる。１つの例示的な実施形態において、改善された性能は、約６０重量％～約８０重量％の二酸化チタン及び約２０重量％～４０重量％の二酸化ケイ素を含む充填材を用いて達成することができる。
【0064】
表５に示される第５の実施例は、ＰＩに充填材を添加することが絶縁体の熱伝導率に及ぼす影響を評価する。充填ＰＩ絶縁体の熱伝導率は、従来の非充填ＰＩ絶縁体と比較される。表５において参照される充填されたＰＩワイヤサンプルは約１５重量％の充填材を含み、ほぼ等しい重量の二酸化チタン及び二酸化ケイ素を含んだ。充填されたＰＩと非充填ＰＩの厚さはほぼ等しい。さらに、ＡＳＴＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｎｏａｌによって確立されたように、約１５０℃でＡＳＴＭ Ｄ５４７０－１７試験を使用して熱伝導性を測定した。
【0065】
【表5】
【0066】
表５に示されるように、充填されたポリイミド絶縁体は、非充填ポリイミドよりもはるかに高い熱伝導性を有し得る。言い換えれば、充填材を塩基ポリイミド材料に組み込むことは材料の熱伝導率を高め、増加した熱伝導率は塩基ポリイミド材料の熱伝導率の少なくとも２倍であってもよい。表５に示されるように、増加した熱伝導率は、ベースポリイミド材料の約４倍であり得る。マグネットワイヤ絶縁体として利用される場合、充填された絶縁体の熱伝導性の向上はマグネットワイヤ導体から熱を引き出し、それによって、マグネットワイヤをより高い電圧で利用することを可能にし、マグネットワイヤ及び／又はマグネットワイヤが組み込まれる電気機械の出力を向上させることができる。
【0067】
表１～５を参照して記載される実施例は１つのエナメル層（例えば、充填ＰＩ）又は２つのエナメル層（例えば、ＰＡＩトップコートで充填ＰＩ）を含むマグネットワイヤに関するが、以下の実施例は主に、３層エナメル絶縁システムに関する。第１に、表６は、他のエナメル層と組み合わせて充填されたエナメル層を含むいくつかの例示的な磁石ワイヤ構造の熱性能データを提供する。第１のワイヤは、約３８ミクロンの構築物を有するＴＨＥＩＣポリエステルベースコートと、約２５ミクロンの構築物を有する充填ＰＩミッドコート（ＴｉＯ2及びＳｉＯ2の等しい部分を有する１５質量％の充填材）と、約１０ミクロンの構築物を有する未充填ＰＡＩトップコートとを有する１８ ＡＷＧワイヤである。第２のワイヤは、約３８ミクロンの構築物を有するポリエステルベースコート、約２５ミクロンの構築物を有する充填ＰＡＩミッドコート（Ｃｒ2Ｏ3及びＳｉＯ2の等しい部分を有する１５質量％の充填材）、及び約８ミクロンの構築物を有する未充填ＰＡＩトップコートを有する１８ ＡＷＧワイヤである。第３のワイヤは、約４０ミクロンの構築物を有するポリエステルベースコートと、約４６ミクロンの構築物を有する充填ＰＡＩミッドコート（３：１のＴｉＯ2及びＳｉＯ2 比率を有する２５質量％の充填材）と、約６ミクロンの構築物を有する未充填ＰＡＩトップコートとを有する１６ＡＷＧワイヤである。熱試験のために、各タイプのワイヤの１０個のサンプルを帯電させ、異なる温度で試験し、絶縁不良までの時間を決定した。本出願の出願時に、完全な試験はまだ完了していなかった。
【0068】
【表6】
【0069】
表６に示されるように、第１のワイヤは、試験された３本のワイヤの最良の熱性能を有した。完全な試験は完了していないが、最初のワイヤは２４０℃を超える熱指数を有し、おそらく２６０℃を超える熱指数を有する。したがって、ＴＨＥＩＣポリエステルベースコート、充填ＰＩミッドコート、及びＰＡＩトップコートを組み合わせた多層構造は、主に充填ＰＩ絶縁体を含むマグネットワイヤと同様の熱性能を有することができる。
【0070】
表７は、表６を参照して上述した３つのワイヤタイプの部分放電開始電圧（「ＰＤＩＶ」）及び絶縁破壊値を提供する。ＰＤＩＶ及び絶縁破壊値は、各ワイヤ型について同様の構造を有する丸いワイヤサンプル及び長方形ワイヤサンプルの両方について提供される。丸線建設は、表６を参照して上述したものと同じである。長方形のサンプルについては、第１のワイヤが約５０ミクロンのビルドを有するＴＨＥＩＣポリエステルベースコート、約２６ミクロンのビルドを有する充填済みＰＩミッドコート（ＴｉＯ2及びＳｉＯ2の等しい部分を有する１５質量％の充填材）、及び約９ミクロンのビルドを有する未充填ＰＡＩトップコートを有する。第２のワイヤは、約５１ミクロンの構築物を有するポリエステルベースコートと、約２５ミクロンの構築物を有する充填ＰＡＩミッドコート（Ｃｒ2Ｏ3 及びＳｉＯ2の等しい部分を有する１５質量％の充填材）と、約９ミクロンの構築物を有する未充填ＰＡＩトップコートとを有する。第３のワイヤは、約５０ミクロンの構築物を有するポリエステルベースコートと、約３０ミクロンの構築物を有する充填ＰＡＩミッドコート（３：１のＴｉＯ2及びＳｉＯ2比率を有する２５質量％の充填材）と、約８ミクロンの構築物を有する未充填ＰＡＩトップコートとを有する。
【0071】
業界標準ＰＤＩＶ試験は一定電流でワイヤサンプルに特定の電圧ランプを印加し、適宜ＰＤＩＶ値を決定する、市販のＰＤＩＶ試験機を用いて行った。二乗平均平方根（「ＲＭＳ」)ＰＤＩＶが丸いワイヤサンプルについて報告され、ピークＰＤＩＶが長方形ワイヤサンプルについて計算される。丸いワイヤサンプルの絶縁破壊を決定するために、２０，０００ボルトまでの上昇した電圧が、ワイヤから形成された撚り対に異なる温度で印加され、絶縁破壊又は破壊の点が識別される。長方形ワイヤについては、一対の試験を、ワイヤサンプルのラッシュペアに対して行った。ワイヤ対は、わずかに曲げられ、一緒にラッシングされ、次いで、異なる温度で２０，０００ボルトまで上昇した電圧にさらされた。さらに、ボールベアリングで囲まれた箱の中にサンプルを入れるショットボックス試験を行った。次いで、ランプ電圧が２０，０００ボルトまで印加され、絶縁不良点が決定される。
【0072】
【表7】
【0073】
表７に示されるように、試験されたワイヤの全ては、ハイブリッド及び電気自動車用途などの多種多様な用途に許容されるＰＤＩＶ及び絶縁破壊性能を示す。第１のワイヤは最良のＰＤＩＶ性能を示した。
【0074】
表８は、表６を参照して上述された３つのワイヤ型についての柔軟性データを提供する。丸いサンプル（表６について上述した構造を有する）及び矩形のサンプル（表７について上述した構造を有する）の両方を試験した。丸いワイヤについては、サンプルを細長くし、異なるサイズを有するマンドレルの周りにコイル状に巻いた。サンプルを２０％伸長し、異なるマンドレルに巻き付け、次いで異なる温度（例えば、２４０℃及び２６０℃）で３０分加熱した耐熱衝撃性試験も実施した。マンドレルサイズは、試験サンプルの直径にほぼ等しい。次いで、トップコート絶縁体（すなわち、ＰＡＩトップコート）に亀裂が形成されているかどうか、及び場合によっては、絶縁体が裸導体に亀裂を生じているかどうかについて判定を行った。長方形ワイヤの場合、サンプルを４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、及び１０ｍｍのマンドレルの周囲に１８０°曲げ、トップコート絶縁体又は裸導体に亀裂が形成されているかどうかを決定した。試験に基づいて、異なるタイプのワイヤについてトップコート割れ周波数を計算した。トップコート亀裂周波数はワイヤの２０の試験サンプル（すなわち、所与のワイヤタイプの２０のサンプル）当たりのそれぞれのトップコートにおける亀裂の数を表す。
【0075】
【表8】
【0076】
表８に示されるように、第１のワイヤは、円形及び矩形サンプルの両方について、第２及び第３のワイヤ型よりもはるかに高い柔軟性を有する。実際、第２及び第３のワイヤのそれぞれの丸い及び矩形のサンプルは多くの場合、すべての絶縁層を通って亀裂が入り、むき出しの銅導体を露出させる。対照的に、トップコート割れは、３０倍の倍率で第１のワイヤにおいて確認された。第１のワイヤの特定のサンプルでは、トップコート割れ周波数はゼロであった。したがって、第１のワイヤの独特のエナメル層構造は、他の試験されたワイヤよりもはるかに高い柔軟性を提供すると結論付けることができる。これは、特に、多くのハイブリッド自動車用途及び電気自動車用途に必要とされる長方形ワイヤに当てはまる。
【0077】
表２～８に含まれるサンプルは充填材料の特定のブレンド比、全体の充填率（例えば、絶縁体の約１５重量％など）、多層系における層構造及び層厚、ならびに層厚の比を提供するが、他の実施形態では多種多様な他の好適なブレンド比、充填率、層構造、及び層厚比を利用することができる。
【0078】
特に明記されない限り、又は使用されるような文脈内で別様に理解されない限り、とりわけ、「ｃａｎ」、「ｃｏｕｌｄ」、「ｍｉｇｈｔ」、又は「ｍａｙ」などの条件付き言語は一般に、ある実施形態が含むことができるが、他の実施形態はある特徴、要素、及び／又は動作を含まないことを伝えることが意図される。したがって、そのような条件付き言語は一般に、特徴、元素、及び／又は動作が１つ又は複数の実施形態のために何らかの形で必要とされること、又は１つ又は複数の実施形態がこれらの特徴、元素、及び／又は動作が任意の特定の実施形態において含まれるか、又は実行されるべきかどうかを、ユーザ入力又はプロンプトを伴って、又は伴わずに、決定するためのロジックを必然的に含む。
【0079】
本明細書に記載される本開示の多くの修正及び他の実施形態は、前記の説明及び関連する図面に提示される教示の利益を有することが明らかであろう。したがって、本開示は開示された特定の実施形態に限定されるべきではなく、修正及び他の実施形態は添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解されたい。本明細書で特定の用語を用いているが、包括的かつ説明のためにのみ用いており、限定するためではない。
【図1】
【図2】
【外国語明細書】