一种包覆规定均匀度的皮膜的扁线的制作方法

1.本实用新型涉及一种包覆规定均匀度的皮膜的扁线。


背景技术：

2.搭载于环保车(ecology car)的ev(电动汽车；electric vehicle)、phev(插电式混合动力汽车；plug
‑
in hybrid electric vehicle)、hev(混合动力汽车；hybrid electric vehicle)用电机经常在高温状态下使用，因此使用包覆了耐热性良好的绝缘材料例如聚酰胺酰亚胺(以下称为ai)薄膜等的电线作为电机电线。
3.以小型化、高输出化为目的的电机的电线，若其电线形状为圆形线则难以提高作为导体截面积与线圈截面积的比值的占空系数，故而变更为扁线(矩形线)。然而，漆包线通常在涂布绝缘材料后会进行烘干，漆膜会在烘干后收缩。圆形线具有中心对称的圆形截面，因此漆膜收缩后厚度比较均匀，而扁线会由于其大致矩形的截面形状而导致收缩后的漆膜厚度不均。
4.此外，作为包覆于导线外的绝缘材料，如果皮膜的厚度较厚，会造成散热不良，使扁线的冷却性能下降，从而导致电机效率下降。另一方面，如果皮膜的厚度较薄，则应对浪涌的能力降低，浪涌电压会在皮膜的表面发生微小电流，在皮膜上形成小孔并最终导致短路。再一方面，当皮膜厚度不均匀时，也可能会因收缩程度不同而出现裂痕。
5.具体地，图7是将带皮膜的扁线(以下简称“扁线”)放置在高温环境下的热耐久试验的示意图。图8是以往的扁线皮膜破裂现象的示意图，其中(a)是示出以往扁线的皮膜的不均匀的图，(b)是示意性示出热耐久试验下扁线表面的皮膜破裂现象的图。图9是以往的扁线在热耐久试验下皮膜出现螺旋状破裂的示意图。
6.如图7所示，一般会对带皮膜的扁线实施将扁线长时间放置于高温环境下以此检验其耐热性的热耐久试验。由于扁线上包覆的ai的温度指数为220℃，因此在热耐久试验中使用的180℃、200℃、220℃等试验环境时，皮膜在该温度条件下的绝缘性降低较小、不会发生问题，但是当放置时间达到2000hrs.以上时皮膜会如图9所示发生螺旋状破裂。而对圆形线实施同样的热耐久试验则不发生皮膜破裂。


技术实现要素：

7.实用新型要解决的问题：
8.基于此，本实用新型人将高温长时间放置后不发生皮膜破裂的圆形线与皮膜破裂的以往的扁线相比后发现，圆形线沿全周范围皮膜厚度均匀，而扁线沿全周包覆的皮膜厚度不均，在截面观察下如图8中(a)所示其皮膜厚度呈“厚
‑
薄
‑
厚”的状态。该“厚
‑
薄
‑
厚”的结构如果各处厚度过于不均，则会使各处的散热能力差异较大，在长时间放置于高温环境、例如180℃、2000hrs.的热耐久试验条件下，扁线表面的皮膜会如图8中(b)和图9所示那般发生破裂。
9.此外，扁线在绕组过程中由于有该“厚
‑
薄
‑
厚”的结构，容易在中间厚度较薄处留
有间隙，因此不利于线圈散热且降低占空系数，影响电机的效率。
10.针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能通过在导线表面包覆规定均匀度的皮膜来改善热耐久后的皮膜破裂的包覆有规定均匀度的皮膜的扁线。
11.解决问题的技术手段：
12.本实用新型提供一种包覆规定均匀度的皮膜的扁线，其特征在于，包括截面呈圆角矩形形状的导线以及包覆所述导线的外周面的皮膜；所述导线具有沿轴线方向延伸的四个表面和分别衔接彼此相邻的两个所述表面的四个圆角面；所述皮膜包括：分别包覆四个所述圆角面的四个拐角部；分别覆盖所述四个表面的中央的四个中央部；以及分别衔接相邻的所述拐角部与所述中间部的八个衔接部；所述扁线的皮膜均匀度小于1.35，所述皮膜均匀度是任意一个所述衔接部的最大厚度与位于其两侧的所述拐角部以及所述中央部的最小厚度的比值；所述皮膜通过多次重复使表面涂布清漆的所述导体通过形成有通孔的模具，再烧结硬化所述清漆而得到。
13.根据本实用新型，能通过在导线表面包覆规定均匀度的皮膜来改善热耐久后的皮膜破裂的包覆有规定均匀度的皮膜的扁线。
14.也可以是，本实用新型中，所述清漆为聚酯亚胺清漆和/或聚酰胺酰亚胺清漆。
15.也可以是，本实用新型中，所述清漆的粘度为150泊以上。由此，能通过使清漆高粘度化来防止皮膜厚度不均。
16.也可以是，本实用新型中，在形成所述皮膜的过程中，每次增加厚度3
‑
3.5um。由此，能通过薄涂来防止皮膜厚度不均。
17.也可以是，本实用新型中，所述衔接部的最大厚度为200um以下。
18.也可以是，本实用新型中，所述导线的厚度与宽度之比为1:1～1:12.5，所述圆角面的半径为0.15～0.80mm。
19.也可以是，本实用新型中，所述导线的材料为c1100韧铜或c1020无氧铜。
20.实用新型效果：
21.本实用新型的扁线具有高占空系数，且高温长时间下难以发生皮膜破裂。
附图说明
22.图1是分别示出本实用新型一实施形态的包覆规定均匀度的皮膜的扁线与以往扁线的截面结构的示意图，(a)是该实施形态的扁线，(b)是以往的扁线；
23.图2是图1所示两种扁线的皮膜均匀度的计算示意图，(a)是该实施形态的扁线，(b)是以往的扁线；
24.图3是图1所示两种扁线在热耐久试验后皮膜状态的观察示意图，(a)是该实施形态的扁线，(b)是以往的扁线；
25.图4是对扁线进行弯曲加工的示意图；
26.图5示意性示出了扁线的皮膜在不同状态下的弹性余量；
27.图6是示出本实用新型一实施形态的包覆规定均匀度的皮膜的扁线的制造方法的示意图，(a)示出了在导线外侧包覆皮膜的模具，(b)是示出用于制造包覆皮膜的扁线的烧结炉的图；
28.图7是将带皮膜的扁线放置在高温环境下的热耐久试验的示意图；
29.图8是以往的扁线的皮膜破裂现象的示意图，(a)是示出以往扁线的皮膜的不均匀的图，(b)是示意性示出热耐久试验下扁线表面的皮膜破裂现象的图；
30.图9是图8所示以往的扁线在热耐久试验下皮膜出现螺旋状破裂的示意图；
31.符号说明：
32.100、扁线；10、导线；20、皮膜；30、模具；40、清漆；50、烧结炉。
具体实施方式
33.以下结合附图和下述实施方式进一步说明本实用新型，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本实用新型，而非限制本实用新型。
34.在此公开一种表面包覆规定均匀度的皮膜，并由此改善长时间在高温环境下发生皮膜破裂的扁线。
35.本实用新型中的扁线是所谓的漆包线，主要在汽车电机中作为绕组线使用。图1是分别示出本实用新型一实施形态的包覆规定均匀度的皮膜的扁线与以往的扁线的截面结构的示意图，(a)是该实施形态的扁线，(b)是以往的扁线。如图1中(a)、(b)所示，扁线包括铜等金属制的导线和包覆于导线外侧的皮膜。
36.导线是由例如通过上引法(upcast method)、浸涂法(dip forming)等制造的c1100韧铜、c1020无氧铜等具有高导电率的金属材料通过压延、伸线加工得到的扁铜线，是承载和传导电流的导体。如图1中(a)所示，沿截面方向观察，导线的截面呈大致圆角矩形形状，其厚度与宽度之比可以是1:1～1:12.5，本实施形态中厚度与宽度的比例可以是1:1.83，圆角半径(后述圆角面的半径)可以是0.15～0.80mm。具体地，导线包括：通过上述圆角矩形(即截面)的一对长边且沿导线轴线方向延伸的上、下表面；通过上述圆角矩形的一对短边且沿导线轴线方向延伸的左、右表面；以及将上述四个表面中相邻的表面彼此衔接且沿导线轴线方向延伸的四个圆角面。
37.皮膜是包覆于上述导线外周的漆膜，主要用作导线的绝缘涂层。漆膜的材料优选为聚酰胺酰亚胺(ai)，但不限于此，也可以是聚酯亚胺(ei)，还可以是聚酰胺酰亚胺与聚酯亚胺配合使用(即ei ai)等。作为皮膜的结构的示例，可以形成为以高附着力的ai(厚度5
‑
10um)、ai(厚度45
‑
50um)构成的多层结构皮膜或是以高附着力的ei(厚度5
‑
10um)、ei(厚度25
‑
30um)、ai(厚度20
‑
30um)构成的多层结构皮膜等。具体地，皮膜包括：分别包覆上述导线的四个圆角面的四个拐角部；分别覆盖上述各表面各自的中央附近部分的四个中央部；以及分别衔接彼此相邻的拐角部与中间部的八个衔接部。
38.与圆线相比，如图7中(a)、图1中(b)所示，以往的扁线的绝缘涂层在烘干硬化过程中收缩变形，导线表面的皮膜会形成“厚
‑
薄
‑
厚”的不均匀结构。由于高温促使ai皮膜氧化，使得皮膜弹性下降，上述不均匀结构的皮膜会在膨胀时产生应力从而在热耐久试验中破裂。因此有必要研究导线表面皮膜各处的厚度对扁线破裂造成的影响。
39.此处，通过定义“皮膜均匀度”来衡量导线表面皮膜厚度的均匀程度。图2是两种扁线的皮膜均匀度的计算示意图，(a)是本实施形态的扁线，(b)是以往的扁线。
40.如图2中(a)、(b)所示，在导线的上表面上，皮膜包括：包覆位于导线上表面左右两端两个圆角面的上表面左侧拐角部、上表面右侧拐角部；覆盖导线上表面的中央附近部分的上表面中央部；以及将上表面左侧拐角部、上表面右侧拐角部与上表面中央部分别衔接
的上表面左侧衔接部、上表面右侧衔接部。皮膜的上半部分由该上表面左侧拐角部、上表面左侧衔接部、上表面中央部、上表面右侧衔接部以及上表面右侧拐角部依次连接构成，形成连续曲线形状。
41.对于皮膜而言，两个彼此邻接的部分的厚度之比反映了皮膜的起伏程度、也即皮膜均匀度。如图8中(b)所示，由于皮膜的上半部分形成为“厚
‑
薄
‑
厚”的结构、更具体地，皮膜按上述上表面左侧拐角部、上表面左侧衔接部、上表面中央部、上表面右侧衔接部以及上表面右侧拐角部的顺序依次形成为“薄
‑
厚
‑
薄
‑
厚
‑
薄”的结构，所以只有对较薄的区域选择其最小厚度、对较厚的区域选择其最大厚度时才能最好地反应相邻皮膜的起伏程度。因此，如图2中(a)、(b)所示，通过测量对上表面左侧拐角部、上表面中央部及上表面右侧拐角部选取各自的最薄部位即位置1、5、3，对上表面左侧衔接部、上表面右侧衔接部选取各自的最厚部位即位置2、4。本实用新型中，可以通过利用扁线的截面，借助离子研磨或手工研磨等研磨方法使用光学显微镜来检测皮膜厚度，但不限于此，也可以是采用其他现有的方法来检测皮膜厚度。
42.因此，对于包覆于导线上表面的皮膜，上表面左侧拐角部与上表面左侧衔接部之间的皮膜均匀度a满足a＝t2/t1；
43.上表面左侧衔接部与上表面中央部之间的皮膜均匀度b满足b＝t2/t3；
44.上表面中央部与上表面右侧衔接部之间的皮膜均匀度c满足c＝t4/t3；
45.上表面右侧衔接部与上表面右侧拐角部之间的皮膜均匀度d满足d＝t4/t5；
46.以上t1～t5是上述位置1～位置5的皮膜厚度。
47.另外，对于包覆于导线的下表面的皮膜，定义方式与上述相同。即，包覆于导线的下表面的皮膜由下表面左侧拐角部、下表面左侧衔接部、下表面中央部、下表面右侧衔接部以及下表面右侧拐角部依次连续构成，其厚度选取位置分别为位置1’～位置5’，其皮膜均匀度分别满足a’＝t2’/t1’、b’＝t2’/t3’、c’＝t4’/t3’、d’＝t4’/t5’，其中t1’～t5’是上述位置1’～位置5’的厚度。
48.作为实施例，对图1中(a)示出的本实施形态的覆盖于导线上下表面的皮膜各处的厚度分别测量四组数据，具体地例如可以沿平角线的轴线方向上间隔规定的距离选取四个截面，对每个截面分别进行测量。然后计算其皮膜均匀度，计算结果可以参见表1、表2。应说明的是，除了对导线上下表面之外，还要计算皮膜左右表面的皮膜均匀度，计算方式与上述相同，在此省略说明。
49.表1
[0050] a(t2/t1)b(t2/t3)c(t4/t3)d(t4/t5)n＝10.881.111.291.06n＝20.881.131.271.02n＝30.881.071.241.05n＝40.891.071.221.03。
[0051]
表2
[0052]
[0053][0054]
同样地，对图1中(b)示出的以往的覆盖于导线上下表面的皮膜各处的厚度分别测量四组数据，并计算其皮膜均匀度，计算结果可以参见表3、表4。
[0055]
表3
[0056] a(t2/t1)b(t2/t3)c(t4/t3)d(t4/t5)n＝11.851.391.161.62n＝21.811.421.191.61n＝31.921.401.161.62n＝41.891.431.091.51。
[0057]
表4
[0058] a’(t2’/t1’)b’(t2’/t3’)c’(t4’/t3’)d’(t4’/t5’)n＝11.961.181.332.22n＝21.961.261.382.22n＝31.951.211.372.14n＝41.771.151.382.24。
[0059]
作为另一实施例，对图1中(a)示出另一组覆盖于导线上下表面的皮膜各处的厚度分别测量四组数据，并计算其皮膜均匀度，计算结果可以参见表5、表6。除了对导线上下表面进行计算之外，同样还要计算皮膜左右表面的皮膜均匀度的计算，在此省略说明。
[0060]
表5
[0061] a(t2/t1)b(t2/t3)c(t4/t3)d(t4/t5)n＝10.871.021.331.10n＝20.881.051.281.08n＝30.891.081.271.09n＝40.881.031.291.11。
[0062]
表6
[0063]
ꢀꢀ
a’(t2’/t1’)b’(t2’/t3’)c’(t4’/t3’)d’(t4’/t5’)n＝10.931.071.221.11n＝20.921.061.211.09n＝30.971.091.241.07n＝40.971.101.231.08。
[0064]
同样地，对图1中(b)示出的作为对比例的另一组以往的覆盖于导线上下表面的皮
膜各处的厚度分别测量四组数据，并计算其皮膜均匀度，计算结果可以参见表7、表8。
[0065]
表7
[0066] a(t2/t1)b(t2/t3)c(t4/t3)d(t4/t5)n＝12.121.101.102.02n＝22.161.081.132.11n＝32.081.111.152.03n＝42.131.071.112.08。
[0067]
表8
[0068] a’(t2’/t1’)b’(t2’/t3’)c’(t4’/t3’)d’(t4’/t5’)n＝12.031.111.142.11n＝22.041.131.132.14n＝32.011.091.122.13n＝42.081.151.152.15。
[0069]
图3是对图1所示两种扁线进行热耐久试验后的皮膜状态的观察示意图，其中(a)是本实施形态的扁线，(b)是以往的扁线。如图3中(a)所示，本实施形态的扁线在热耐久后皮膜不发生破裂。而以往的扁线在热耐久后如图3中(b)所示出现皮膜破裂现象。
[0070]
同时，对作为比较例的圆形线、皮膜厚度不同的多种以往的扁线以及作为实施例的皮膜厚度不同的多种本实用新型的扁线测量并计算皮膜均匀度，然后将它们在180℃温度下放置2000hrs.以进行热耐久试验。
[0071]
此外，还对其中的一部分先进行弯曲加工然后进行热耐久试验。图4是对扁线进行弯曲加工的示意图，图5示意性示出了扁线的皮膜在不同状态下的弹性余量。如图4所示，可以将扁线绕半径2.0～4.0mm的辊子进行立绕弯曲加工。又如图5所示，相对于未进行弯曲加工的扁线而言，进行弯曲加工后的扁线其皮膜的弹性余量大幅下降，而在进行了上述的热耐久试验后，皮膜的弹性进一步下降。ai皮膜的膨胀系数约为大致60ppm/℃，在180℃热耐久后将导线取出放置在常温下，皮膜上较厚部位与较薄部位产生应力差，且皮膜的弹性余量不足，因此发生破裂。
[0072]
试验结果如表9所示。根据表9可知，对于a、b、c、d的最大值小于1.35也即本实施形态的扁线而言，在热耐久后皮膜如图3中(a)所示不发生破裂，而当a、b、c、d的最大值在1.35以上时，热耐久后如图3中(b)出现皮膜破裂现象。另外，作为比较例的圆形线在热耐久试验下也不发生皮膜破裂。
[0073]
表9
[0074][0075]
因此，通过在导线表面包覆规定均匀度的皮膜来改善热耐久后的皮膜破裂问题。这种包覆规定均匀度的皮膜的扁线通过下述方法进行制造。
[0076]
<扁线的制造方法>
[0077]
本实用新型的包覆规定均匀度的皮膜的扁线100可以通过在导线10的外周上形成由例如由ai和/或ei构成的皮膜20来制造。图6是示出包覆规定均匀度的皮膜的扁线100的制造方法的示意图，(a)示出了在导线10外侧包覆皮膜20的模具30，(b)是示出用于制造扁线100的烧结炉50的图。
[0078]
涂布包覆方法可以如图6中(a)所示，可以采用与导线形状相似的模具30。本实用新型中，在导线20的截面形状为矩形的情况下，使用在中央形成有与导线20形状相似的通孔的涂布用模具。作为一个示例，可以选用形成有与导线20相同的厚度与宽度的比例为1:1.83的通孔的模具30。
[0079]
通过将模具30设置在烧结炉50上来制造扁线100，烧结炉50例如可以是常规的立式炉。具体地，如图6中(b)所示，通过将导线10浸没在其中含有清漆40的漆包清漆池中，从而将清漆40(本例中为ai清漆)涂布到导线20的表面。然后使导线20通过模具30中的通孔，从而在导线20上均匀地涂布清漆40。随后进行烘干工序。该涂布、通过模具30以及烘干的工序可以重复多次直至导线10上的皮膜达到规定的厚度，理想是以在导线20的外周每次涂布3
‑
3.5um，即皮膜的厚度增量理想是3
‑
3.5um/回。清漆40的粘度可以是150泊以上。本实用新型中，皮膜的最大厚度(即衔接部的最大厚度)可以是200um以下。
[0080]
此外，也可以是如上所述先在导线10的外周涂布ei清漆进行烧结，然后再在ei皮膜的外侧涂布ai清漆，形成具有ei ai式皮膜的扁线。
[0081]
像这样，通过将从模具30挤出的清漆40反复涂布至导线20然后烘干而成的皮膜20，能确保皮膜均匀度。包覆有这种皮膜的扁线具有高占空系数，且高温长时间下难以发生皮膜破裂。
[0082]
以上的具体实施方式对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应当理解的是，以上仅为本实用新型的一种具体实施方式而已，并不限于本实用新型的保护范围，在不脱离本实用新型的基本特征的宗旨下，本实用新型可体现为多种形式，因此本实用新型中的实施形态是用于说明而非限制，由于本实用新型的范围由权利要求限
定而非由说明书限定，而且落在权利要求界定的范围，或其界定的范围的等价范围内的所有变化都应理解为包括在权利要求书中。凡在本实用新型的精神和原则之内的，所做出的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。