電磁線圈及其制造方法以及絕緣帶的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有絕緣包覆體的電磁線圈，該絕緣包覆體在線圈導(dǎo)體上交替地層疊了包括云母的云母層和包括纖維強化材料、無機粒子以及樹脂的加強層，其中前述無機粒子包括將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。該電磁線圈具備抑制無機粒子的外部流失且確保了良好的熱傳導(dǎo)性的絕緣包覆體。另外，本發(fā)明是一種絕緣帶，具有包括云母的云母層和包括纖維強化材料、無機粒子以及樹脂且被層疊在前述云母層上的加強層，其中前述無機粒子包括將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。該絕緣帶提供抑制無機粒子的外部流失且確保了良好的熱傳導(dǎo)性的絕緣包覆體。
【專利說明】電磁線圈及其制造方法以及絕緣帶
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于電磁設(shè)備(例如，旋轉(zhuǎn)機等)的電磁線圈及其制造方法以及絕緣帶，尤其涉及熱傳導(dǎo)性以及耐電壓特性優(yōu)異的電磁線圈及其制造方法以及用于該電磁線圈的制造的絕緣帶。
【背景技術(shù)】
[0002]用于電磁設(shè)備(例如，旋轉(zhuǎn)機等)的電磁線圈的絕緣包覆體一般使用包括云母(云母)、無機粒子以及熱硬化性樹脂的復(fù)合材料。由于這樣的電磁線圈的絕緣包覆體在電磁設(shè)備的運轉(zhuǎn)中因電磁線圈的溫度上升而熱劣化，所以，需要通過有效地冷卻來抑制劣化。
[0003]因此，以往就要求電磁線圈的絕緣包覆體的高熱傳導(dǎo)化，提出了作為與絕緣包覆體配合的無機粒子，使用熱傳導(dǎo)性高的無機粒子的情況(例如，參見專利文獻I)。
[0004]在先技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開平11 - 206056號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明所要解決的課題
[0008]一般來說，電磁線圈是通過在將絕緣帶纏繞到線圈導(dǎo)體后，對絕緣帶含浸液狀的樹脂組成物，模制成規(guī)定的厚度，最后，使樹脂組成物硬化而制造，但是，在以往的電磁線圈中，存在在模制時絕緣帶所含的無機粒子與所含浸的樹脂組成物一起向絕緣帶的外部流失這樣的問題。由此，即使作為無機粒子使用熱傳導(dǎo)性高的無機粒子，也不能充分地得到提高熱傳導(dǎo)性的效果。
[0009]本發(fā)明是為解決上述那樣的課題做出的發(fā)明，其目的是提供一種具備抑制無機粒子的外部流失且確保了良好的熱傳導(dǎo)性的絕緣包覆體的電磁線圈及其制造方法。
[0010]另外，本發(fā)明以提供一種提供抑制無機粒子的外部流失且確保了良好的熱傳導(dǎo)性的絕緣包覆體的絕緣帶為目的。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]本
【發(fā)明者】們?yōu)榱私鉀Q上述那樣的課題認真進行了研究，結(jié)果為，發(fā)現(xiàn)通過使用將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子作為無機粒子，能夠抑制無機粒子的外部流失，使無機粒子在絕緣包覆體中高充填化。
[0013]S卩，本發(fā)明是一種電磁線圈，所述電磁線圈具有絕緣包覆體，所述絕緣包覆體在線圈導(dǎo)體上交替地層疊了包括云母的云母層和包括纖維強化材料、無機粒子以及樹脂的加強層，其特征在于，前述無機粒子包括將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。
[0014]另外，本發(fā)明是一種電磁線圈的制造方法，所述電磁線圈具有絕緣包覆體，該絕緣包覆體在線圈導(dǎo)體上交替地層疊了包括云母的云母層和包括纖維強化材料、無機粒子以及樹脂的加強層，其特征在于，前述無機粒子包括將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子，該電磁線圈的制造方法包括:將包括前述云母、前述纖維強化材料以及前述無機粒子的絕緣帶向前述線圈導(dǎo)體纏繞的工序；和對被纏繞于前述線圈導(dǎo)體的前述絕緣帶含浸液狀的樹脂組成物并使之硬化的工序。
[0015]另外，本發(fā)明是一種絕緣帶，所述絕緣帶具有包括云母的云母層和包括纖維強化材料、無機粒子以及樹脂且被層疊在前述云母層上的加強層，其特征在于，前述無機粒子包括將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。
[0016]再有，本發(fā)明是一種電磁線圈，其特征在于，具備:線圈導(dǎo)體；以及絕緣包覆體，該絕緣包覆體具有纏繞在前述線圈導(dǎo)體的外周部的上述的絕緣帶，并且前述絕緣帶通過樹脂與前述線圈導(dǎo)體一體化。
[0017]發(fā)明效果
[0018]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種具備抑制無機粒子的外部流失且確保了良好的熱傳導(dǎo)性的絕緣包覆體的電磁線圈及其制造方法。
[0019]另外，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種如下的絕緣帶，其提供抑制無機粒子的外部流失且確保了良好的熱傳導(dǎo)性的絕緣包覆體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是基于本發(fā)明的實施方式I的電磁線圈的剖視圖。
[0021]圖2是將圖1中的I個絕緣層局部放大來表示的剖視圖。
[0022]圖3是表示六方晶氮化硼的一次粒子的粒子形狀的示意圖。
[0023]圖4是將六方晶氮化硼的一次粒子作為無機粒子使用的絕緣層的剖視圖。
[0024]圖5是將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子的示意圖。
[0025]圖6是將二次凝聚粒作為無機粒子使用的絕緣層的剖視圖。
[0026]圖7是基于本發(fā)明的實施方式2的絕緣帶的剖視圖。
[0027]圖8是圖7的絕緣帶的立體圖。
[0028]圖9是使用圖7的絕緣帶制作的電磁線圈的剖視圖。
[0029]圖10是表示向含浸了液狀的樹脂組成物的圖7的絕緣帶施加壓力的狀態(tài)的說明圖。
【具體實施方式】
[0030]實施方式I
[0031]下面，一邊參見附圖，一邊對本發(fā)明的實施方式I進行說明。
[0032]圖1是基于本發(fā)明的實施方式I的電磁線圈的剖視圖。
[0033]在圖1中，電磁線圈I由線圈導(dǎo)體2和層疊在線圈導(dǎo)體2上的絕緣包覆體6構(gòu)成。
[0034]絕緣包覆體6層疊多個絕緣層5而形成，各絕緣層5由云母層3以及加強層4的層疊物形成。即，絕緣包覆體6是交替地層疊云母層3和加強層4的絕緣物。
[0035]圖2是將圖1中的I個絕緣層5(云母層3以及加強層4)局部放大來表示的剖視圖。
[0036]圖2中，云母層3是包括云母(云母)的層。另外，能夠以相互重疊的多片云母的形態(tài)包括云母層3。作為云母，雖未被特別限定，但是，能夠使用集成云母、薄片云母、集成云母等。另外，云母層3除云母外，也能夠包括樹脂。
[0037]云母層3中使用的樹脂是使云母結(jié)合的成分。作為可在云母層3中使用的樹脂，雖未被特別限定，但能夠列舉出熱硬化性樹脂(例如，環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹月旨等)。
[0038]云母層3的厚度t3可與電磁線圈I的耐用年數(shù)相應(yīng)地適宜調(diào)整，未被特別限定。云母層3的優(yōu)選厚度t3在60μπι<?3< 150μπι的范圍內(nèi)。但是，因為云母本身的熱傳導(dǎo)性低，所以，若考慮耐電壓特性和熱傳導(dǎo)性的平衡，則更優(yōu)選云母層3的厚度t3在80 μ m ^ t3 ^ 120 μ m 的范圍內(nèi)。
[0039]加強層4包括纖維強化材料7、無機粒子8以及樹脂9。
[0040]另外，無機粒子8包括將六方晶氮化硼(h-BN)的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。
[0041]作為二次凝聚粒子，未被特別限定，能夠使用在該【技術(shù)領(lǐng)域】使用公知的方法制造的二次凝聚粒子。
[0042]這里，六方晶氮化硼的一次粒子具有與石墨相同的層狀的結(jié)晶構(gòu)造，其粒子形狀如圖3所示，為鱗片狀。另外，六方晶氮化硼的一次粒子10具有長徑方向的熱傳導(dǎo)率高，短徑方向的熱傳導(dǎo)率低這樣 的各向異性的熱傳導(dǎo)性，可以說，長徑方向和短徑方向之間的熱傳導(dǎo)率之差為幾倍到幾十倍。
[0043]因此，使六方晶氮化硼的一次粒子10的長徑方向定向在絕緣層5的所希望的傳熱方向是最有效的熱傳導(dǎo)性提高方法，但是，在電磁線圈I的制法上，難以控制六方晶氮化硼的一次粒子10的定向。實際上，如圖4所示，在將六方晶氮化硼的一次粒子10作為無機粒子8使用的絕緣層5中，由于一次粒子10的長徑方向與絕緣層5的厚度方向垂直地定向，所以，絕緣層5的厚度方向的熱傳導(dǎo)性沒有充分地提高。另外，在圖4中，為了容易理解，針對加強層4中所含的纖維強化材料7沒有圖示。另外，圖4中的箭頭表示熱傳導(dǎo)良好的方向。
[0044]因此，通過制作圖5所示那樣的六方晶氮化硼的一次粒子10朝向各種各樣的方向的凝聚粉(使一次粒子10凝聚而形成的二次凝聚粒子11)，將該二次凝聚粒子11作為無機粒子8來配合，如圖6所示，能夠降低因六方晶氮化硼的一次粒子10的形狀而引起的各向異性的熱傳導(dǎo)性，提高絕緣層5的厚度方向的熱傳導(dǎo)性。另外，在圖6中，為了容易理解，針對加強層4中所含的纖維強化材料7沒有圖示。另外，圖6中的箭頭表示熱傳導(dǎo)良好的方向。其結(jié)果為，因為絕緣包覆體6的熱傳導(dǎo)性提高，所以，可以有效地冷卻線圈導(dǎo)體2。
[0045]另外，一般來說，電磁線圈I是通過在線圈導(dǎo)體2纏繞了絕緣帶后，對絕緣帶含浸液狀的樹脂組成物，模制成規(guī)定的厚度，最后，使樹脂組成物硬化來制造。此時，為使無機粒子8承載于絕緣帶，需要粘接劑(樹脂9)，且為使絕緣帶和含浸于絕緣帶的樹脂組成物一體化，對該粘接劑(樹脂9)要求與含浸于絕緣帶的樹脂組成物的相溶性良好。由此，在對絕緣帶含浸樹脂組成物時，粘接劑(樹脂9)溶解于含浸在絕緣帶中的樹脂組成物，在模制時，無機粒子8從纏繞在線圈導(dǎo)體2上的絕緣帶的縫隙與所含浸的樹脂組成物一起向外部流失。該流失現(xiàn)象主要因無機粒子8的粒徑而引起，存在若無機粒徑7小，則外部流失多的傾向。[0046]但是，在將二次凝聚粒子11作為無機粒子8使用的情況下，由于二次凝聚粒子11的粒徑比較大，所以，難以從絕緣帶引起二次凝聚粒子11的物理性的移動。其結(jié)果為，可抑制模制時的二次凝聚粒子11的外部流失，在加強層4中將二次凝聚粒子11高充填化。
[0047]另外，由于二次凝聚粒子11和樹脂9之間的接觸面積比一次粒子10和樹脂9之間的接觸面積小，所以，通過使用二次凝聚粒子11作為無機粒子8，還能夠提高無機粒子8和樹脂9之間的粘接強度。
[0048]無機粒子8在上述的二次凝聚粒子11的基礎(chǔ)上，能夠進一步包括在該【技術(shù)領(lǐng)域】公知的粒子。作為除上述的二次凝聚粒子11以外可使用的無機粒子8，可列舉出氮化鋁、氮化硅、氧化鋁、氧化鎂、氧化鈹、碳化硅等。這些能夠單獨或?qū)?種以上組合來使用。
[0049]就無機粒子8的最大粒徑Dmax而言，雖未被特別限定，但從絕緣層5的厚度控制以及熱傳導(dǎo)性的觀點出發(fā)，優(yōu)選Dmax ≤ 50 μ mo若無機粒子8的最大粒徑Dmax > 50 μ m,則伴隨著無機粒子8的最大粒徑Dmax的增加，與樹脂9之間的粘接性容易下降。其結(jié)果為，容易在樹脂9和無機粒子8的界面產(chǎn)生龜裂，存在耐電壓性下降的情況。
[0050]另外，無機粒子8的平均粒徑Dave從絕緣層5的熱傳導(dǎo)性等的觀點出發(fā)，優(yōu)選相對于加強層4的厚度t4，在0.5 X t4≤Dave≤1.2 X t4的范圍內(nèi)。若無機粒子8的平均粒徑Dave < 0.5X t4，則難以在其與云母層3之間形成熱傳導(dǎo)的路徑。另外，在制造絕緣包覆體6時，由于無機粒子8容易從纖維強化材料7的縫隙流出，所以，難以得到所希望的熱傳導(dǎo)率。另一方面，在無機粒子8的平均粒徑Dave > 1.2 X t4，使絕緣包覆體6的云母含有量為一定的情況下，存在加強層4的厚度t4與平均粒徑Dave相應(yīng)地增大的傾向，結(jié)果為，絕緣包覆體6的厚度增加。另外，在使絕緣包覆體6的厚度為一定的情況下，因為云母含有量減少，所以，長期耐電壓性下降。
[0051]另外，無機粒子8的平均粒徑Dave可以為加強層4的厚度t4的1.2倍(> I倍)，這是因為橫向長的無機粒子8以橫放的形式被配置在加強層4內(nèi)。即，無機粒子8尤其是二次凝聚粒子11在形成絕緣包覆體6時，能夠以其凝聚構(gòu)造適當破碎的狀態(tài)被配置。
[0052]對于平均粒徑Dave以及最大粒徑Dmax的測定方法,將在后面闡述。
[0053]加強層4中的無機粒子8的比例雖未被特別限定，但是，從熱傳導(dǎo)性的觀點出發(fā)，優(yōu)選為40~65質(zhì)量％。若無機粒子8的比例不足40質(zhì)量％，則難以得到所希望的熱傳導(dǎo)性。另一方面，若無機粒子8的比例超過65質(zhì)量％，則加強層4中的樹脂9的比例少，因此，容易在云母層3和加強層4之間引起剝離。其結(jié)果為，絕緣包覆體6的耐電壓性容易下降。
[0054]另外，加強層4中的無機粒子8的比例能夠通過下面的步驟(1)~(8)求出。
[0055](I)以500°C焚燒切斷成Icm見方的絕緣層5，測定樹脂9的質(zhì)量。
[0056](2)由比重液將上述(I)的焚燒試料分離成云母、纖維強化材料7、無機粒子8 ( 二次凝聚粒子及其以外的無機粒子)，計量各質(zhì)量。針對各分離物的組成，由ICP-AES(電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析裝置)確定含有元素。
[0057](3)觀察絕緣層5的截面，測定云母層3的厚度t3以及加強層4的厚度t4。
[0058](4)根據(jù)在上述(2)求出的云母質(zhì)量/云母比重( = 2.7)，求出云母層3的厚度t3中的云母厚度。
[0059] (5)從云母層3的厚度t3減去在上述⑷求出的云母厚度，求出云母層3的樹脂厚度。[0060](6)從在上述(5)求出的樹脂厚度/樹脂比重算出云母層3中的樹脂質(zhì)量。
[0061](7)從在上述(I)求出的絕緣層5的樹脂質(zhì)量減去在上述(5)求出的云母層3中的樹脂質(zhì)量，作為加強層4中的樹脂質(zhì)量。
[0062](8)從在上述(2)求出的纖維強化材料7、無機粒子8 ( 二次凝聚粒子及其以外的無機粒子)的合計質(zhì)量和在上述(7)求出的加強層4中的樹脂質(zhì)量，算出加強層4中的無機粒子8的質(zhì)量比率。
[0063]用于加強層4的樹脂9是承載無機粒子8的成分。作為在加強層4中可使用的樹脂9，雖未被特別限定，但是，可列舉出熱硬化性樹脂(例如，環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等)。另外，用于加強層4的樹脂9能夠是與用于云母層3的樹脂相同的成分。
[0064]作為用于加強層4的纖維強化材料7雖未被特別限定，但是，優(yōu)選使用作為強度以及成本最佳的材料的玻璃布。玻璃布是經(jīng)緯地編織了玻璃纖維的布狀材料，能夠支持并機械性地加強云母層3。
[0065]纖維強化材料7具有可捕捉無機粒子8的縫隙(例如，在為玻璃布的情況下，是形成在玻璃纖維的交叉部的開口部)。
[0066]優(yōu)選纖維強化材料7的開口率K7在35 % < K7 < 90 %的范圍內(nèi)。若纖維強化材料7的開口率K7 < 35%，則難以將無機粒子8捕捉到纖維強化材料7的開口部。另外，由于在纖維強化材料7上存在無機粒子8，所以，加強層4變厚，熱傳導(dǎo)性容易下降。另一方面，若纖維強化材料7的K7 > 90%，則纖維強化材料7的開口部增多，容易將無機粒子8捕捉到纖維強化材料7的開口部，因此，容易控制絕緣層5的厚度。反之，在制造電磁線圈I時，無機粒子8容易從纖維強化材料7的縫隙流出，因此，熱傳導(dǎo)性容易下降。
[0067]纖維強化材料7的開口部的一邊的長度由于具有與無機粒子8的大小的關(guān)系性，所以，優(yōu)選設(shè)定在50μπι以上。另外，由于若開口部的間距變大，則機械強度容易下降，所以，從機械強度的觀點出發(fā)，優(yōu)選開口部的一邊的長度在2mm以下。
[0068]另外，纖維強化材料7的厚度t7通常優(yōu)選在10 μ m < t7 < 40 μ m的范圍內(nèi)。尤其是纖維強化材料7的厚度t7更優(yōu)選相對于無機粒子8的徑D8在0.8XD8 < t7 < 2XD8的范圍內(nèi)。這是因為，纖維強化材料7的厚度t7還是接近無機粒子8的徑D8的情況更能夠在容易控制絕緣層5的厚度的基礎(chǔ)上，抑制無機粒子8從纖維強化材料7的縫隙流出。
[0069]在各絕緣層5中，優(yōu)選云母層3和加強層4的厚度比R (云母層3的厚度t3/加強層4的厚度t4)在1.6 < RS 2.2的范圍內(nèi)。若該比R< 1.6，則云母層3 (云母含有量)變少，因此，存在絕緣層5的長期耐電壓性下降的情況。另一方面，若該比R > 2.2，則對高熱傳導(dǎo)化有效的加強層4變少，因此，難以得到絕緣層5 (絕緣包覆體6)的高熱傳導(dǎo)化。
[0070]上面，對與云母層3以及加強層4有關(guān)的結(jié)構(gòu)進行了闡述，但是，這些層(絕緣包覆體6)中的各成分的體積比例從熱傳導(dǎo)性以及耐電特性的觀點出發(fā)，優(yōu)選云母在45?55vol %的范圍內(nèi)，纖維強化材料7在5?7vol %的范圍內(nèi)，無機粒子8在3?12vol %的范圍內(nèi)，樹脂9在30?45vol %的范圍內(nèi)。該體積比例平衡性良好，能夠穩(wěn)定地提高熱傳導(dǎo)性以及耐電特性。
[0071]作為線圈導(dǎo)體2，未被特別限定，能夠使用在該【技術(shù)領(lǐng)域】公知的線圈導(dǎo)體。
[0072]接著，對基于本發(fā)明的實施方式I的電磁線圈I的制造方法進行說明。
[0073]首先，將包括云母、纖維強化材料7以及無機粒子8的絕緣帶半重疊纏繞多次地卷繞在線圈導(dǎo)體2上。
[0074]接著，對纏繞了絕緣帶的線圈導(dǎo)體2含浸液狀的樹脂9 (未硬化的樹脂:例如，包括熱硬化性樹脂成分以及硬化劑的熱硬化性樹脂組成物)，模制成規(guī)定的厚度，最后，使樹脂9硬化，據(jù)此，能夠得到電磁線圈。
[0075]根據(jù)該方法，不使絕緣包覆體6的厚度厚到在必要以上，而能夠得到耐電壓特性以及熱傳導(dǎo)性優(yōu)異的電磁線圈I。
[0076]這里，作為硬化方法未被特別限定，只要與所使用的樹脂9的種類相應(yīng)地適宜選擇即可。優(yōu)選的硬化方法是加熱硬化。
[0077]作為絕緣帶，能夠通過在由粘接劑(粘合劑樹脂:例如，熱硬化性樹脂)粘接了云母和纖維強化材料7的帶基材的纖維強化材料7側(cè)涂敷含有無機粒子8、樹脂9以及溶劑的漿料并進行干燥得到。作為粘接劑以及溶劑未被特別限定，能夠使用在該【技術(shù)領(lǐng)域】公知的粘接劑以及溶劑。
[0078]絕緣帶中的二次凝聚粒子11的單位面積重量(每單位面積(Im2)的質(zhì)量)從提高絕緣帶的柔軟性、絕緣層5的熱電導(dǎo)性的觀點出發(fā)，優(yōu)選為10g/m2~40g/m2。
[0079]根據(jù)本發(fā)明的實施方式1，由于作為無機粒子8使用將六方晶氮化硼的一次粒子
10凝聚而形成的二次凝聚粒子11，所以，能夠抑制無機粒子8的外部流失，在絕緣包覆體6中將無機粒子 8高充填化，作為其結(jié)果，能夠得到具備確保了良好的熱傳導(dǎo)性的絕緣包覆體6的電磁線圈I。另外，在以往的電磁線圈中，在為了提高絕緣包覆體的熱傳導(dǎo)率而使無機粒子的含有量增加的情況下，絕緣包覆體變厚，樹脂的含有率下降，因此，容易從樹脂和無機粒子的界面引起絕緣破壞(也就是說，在受到機械以及熱應(yīng)力時，容易在內(nèi)部產(chǎn)生龜裂，耐電壓性下降)這樣的問題，與此相對，根據(jù)本發(fā)明的實施方式1，還可以不使絕緣包覆體6的厚度厚到必要以上地確保優(yōu)異的耐電壓特性以及熱傳導(dǎo)性。
[0080]實施方式2.[0081]圖7是基于本發(fā)明的實施方式2的絕緣帶的剖視圖。另外，圖8是圖7的絕緣帶的立體圖。圖中，絕緣帶20具有云母層3和被層疊在云母層3上的加強層4。
[0082]云母層3包括云母21。作為云母層3，能夠使用與實施方式I相同的云母層。
[0083]加強層4包括纖維強化材料7、無機粒子8以及樹脂9。無機粒子8避開纖維強化材料7被配置，纖維強化材料7以及無機粒子8通過樹脂9與云母層3 —體化。
[0084]無機粒子8包括將六方晶氮化硼(h-BN)的一次粒子10凝聚而形成的二次凝聚粒子11 ο
[0085]該二次凝聚粒子11能夠使用在該【技術(shù)領(lǐng)域】中公知的方法制作。優(yōu)選的二次凝聚粒子11能夠使用無機粘合劑等，通過使一次粒子10凝聚來制作。
[0086]作為無機粘合劑的成分未被特別限定，但是，優(yōu)選使用硼酸、堿土類金屬的硼酸鹽。這是因為，與硅酸鈉、磷酸鋁等成分相比，一次粒子10的粘結(jié)力、絕緣性、與h-BN的適應(yīng)容易程度的方面優(yōu)異。尤其是硼酸鈣、硼酸鎂、硼酸鈉、硼酸鉀由于與樹脂9的粘結(jié)力優(yōu)異，所以，適合作為無機粘合劑的成分。
[0087]優(yōu)選二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P在15以下。這里，二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P根據(jù)使用X線衍射裝置，向二次凝聚粒子11的單體(h-BN的粒子單體)照射X線而得到的X線衍射圖求出。具體地說，有關(guān)h-BN的粒子單體的X線衍射圖中的〈002〉面的相對于〈100〉面的衍射峰的強度比(1〈002>/1〈100>)是h-BN的定向指數(shù)(二次凝聚粒子11的定向指數(shù))P。
[0088]二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P在h-BN的長徑方向定向在水平方向(即、沿著云母層3和加強層4的交界面的方向)的比例多的情況下變大，在h-BN的長徑方向定向在垂直方向(即、與云母層3和加強層4的交界面垂直的方向)的比例多的情況下變小。若二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P超過15，則h-BN的長徑方向定向在水平方向的比例變多，加強層4的熱傳導(dǎo)率的各向異性變大。
[0089]二次凝聚粒子11凝聚(一體化)，使多個一次粒子10成為隨機的定向，據(jù)此，二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P在15以下，能夠降低加強層4的熱傳導(dǎo)率的各向異性。
[0090]另外，無機粒子8除上述的二次凝聚粒子11外，能夠包括在該【技術(shù)領(lǐng)域】公知的無機粒子。
[0091]作為纖維強化材料7，未被特別限定，但是，優(yōu)選是將捆扎多個玻璃纖維而制作的多根經(jīng)紗22和捆扎多個玻璃纖維而制作的多根緯紗23編織成格子狀而構(gòu)成的玻璃布。
[0092]纖維強化材料7沿云母層3和加強層4的交界面配置。
[0093]纖維強化材料7如圖8所示，具有由經(jīng)紗22和緯紗23包圍的多個開口部24。在開口部24內(nèi)配置多個無機粒子8。
[0094]經(jīng)紗22以及緯紗23的各自的截面形狀為大致圓形狀。因此，經(jīng)紗22以及緯紗23沿加強層4的厚度方向看時的寬度和沿云母層3和加強層4的交界面從側(cè)方看時的寬度大致相同。
[0095]作為樹脂9，未被特別限定，能夠使用在該【技術(shù)領(lǐng)域】公知的樹脂。作為可在加強層4中使用的樹脂9，雖未被特別限定，但可列舉出熱硬化性樹脂(例如，環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂等)。另外，用于加強層4的樹脂9能夠是與用于云母層3的樹脂相同的成分。
[0096]圖9是使用了圖7的絕緣帶20的電磁線圈的剖視圖。
[0097]電磁線圈I例如被設(shè)置在大型的旋轉(zhuǎn)機(馬達、發(fā)電機)等電磁設(shè)備上。電磁線圈I具有捆扎被絕緣包覆的多個線料導(dǎo)體而構(gòu)成的線圈導(dǎo)體(線料束)2和包圍線圈導(dǎo)體2的外周部的絕緣包覆體6。
[0098]絕緣包覆體6具有被卷繞在線圈導(dǎo)體2的外周部的絕緣帶20。另外,絕緣包覆體6通過使用樹脂組成物(例如，熱硬化性樹脂成分以及包括硬化劑的熱硬化性樹脂組成物)，將絕緣帶20與線圈導(dǎo)體2 —體化而成形。絕緣帶20 —邊相互將一部分重疊，一邊在線圈導(dǎo)體2的外周部纏繞多次。因此，在絕緣包覆體6中，如圖9所示，成為絕緣帶20作為多個層而重疊的狀態(tài)。來自線圈導(dǎo)體2的熱沿絕緣帶20的層疊方向(即、絕緣帶20的厚度方向)傳遞，向外部擴散。
[0099]接著，對絕緣帶20的制造方法進行說明。
[0100]首先，用熱硬化性樹脂粘合云母21和纖維強化材料7，做成帶基材。
[0101]另外，將無機粒子8添加到液狀的樹脂9中，用有機溶劑稀釋，調(diào)配漿料。
[0102]接著，在帶基材的纖維強化材料7側(cè)的面上涂敷漿料，使?jié){料中的有機溶劑揮發(fā)。據(jù)此，完成絕緣片材。
[0103]接著，通過將絕緣片材切斷成規(guī)定的寬度，制作絕緣帶20 (云母帶)。[0104]接著，對電磁線圈30的制造方法進行說明。
[0105]首先，在將被絕緣包覆的多個線料導(dǎo)體捆扎而構(gòu)成的線圈導(dǎo)體2的外周部纏繞多次絕緣帶20，使一部分(例如，絕緣帶20的寬度的一半的部分)相互重疊。
[0106]接著，對纏繞于線圈導(dǎo)體2的絕緣帶20含浸液狀的樹脂9 (例如，包括樹脂成分和硬化劑的樹脂組成物)。此后，通過從絕緣帶20的外側(cè)將線圈導(dǎo)體2模制來對絕緣帶20施加壓力。
[0107]這里，圖10是表示向含浸了液狀的樹脂9的圖7的絕緣帶20施加壓力的狀態(tài)的說明圖。
[0108]如圖10所示，若對含浸了液狀的樹脂9的絕緣帶20向沿著絕緣帶20的厚度方向的箭頭A的方向施加壓力，則絕緣帶20內(nèi)的樹脂9向沿著云母層3和加強層4的交界面的箭頭B的方向移動,絕緣帶20內(nèi)的剩余的樹脂9從絕緣帶20之間的縫隙向絕緣帶20外被擠出。
[0109]因此，若從絕緣帶20的外側(cè)將線圈導(dǎo)體2模制，則絕緣帶20內(nèi)的剩余的樹脂9向絕緣帶20外被擠出。此時，雖然無機粒子8欲與樹脂9 一起移動，但是，由于無機粒子8 (尤其是二次凝聚粒子11)被保持在纖維強化材料7的開口部24內(nèi)，所以，無機粒子8的移動被纖維強化材料7抑制，無機粒子8的向絕緣帶20外的流出被抑制。
[0110]接著，通過對絕緣帶20進行加熱等，使含浸于絕緣帶20的樹脂9硬化。據(jù)此，完成電磁線圈41。
[0111]在上述那樣的絕緣帶20中，因為在加強層4中包括二次凝聚粒子11作為無機粒子8，所以，能夠抑制無機粒子8的外部流失，在加強層4中使無機粒子8高充填化，作為其結(jié)果，成為提供確保了良好的熱傳導(dǎo)性的絕緣包覆體6的絕緣帶。另外，通過使二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P在15以下，能夠使多個一次粒子10成為隨機的定向，能夠降低絕緣帶20的熱傳導(dǎo)率的各向異性。據(jù)此，即使向絕緣帶20施加壓力，也能夠防止加強層4的在厚度方向的熱傳導(dǎo)率極端下降，能夠更可靠地確保絕緣帶20的在厚度方向的熱傳導(dǎo)性能。
[0112]這里,在具有絕緣帶20的絕緣包覆體6中，如上所述，h-BN的長徑方向越靠近絕緣包覆體6的厚度方向越能夠提高絕緣包覆體6的熱傳導(dǎo)性能，但是，由于在成形絕緣包覆體6時，向絕緣帶20施加壓力，所以，因含浸于絕緣帶20的液狀的樹脂9的流動、壓力等而存在h-BN容易沿云母層3和加強層4的交界面被定向的傾向。
[0113]一邊改變二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P，一邊比較絕緣包覆體6的熱傳導(dǎo)性能，結(jié)果，清楚了尤其是在二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P在15以下時，即使是在通過向含浸了樹脂9的絕緣帶20施加壓力的制法成形了絕緣包覆體6的情況下，絕緣包覆體6的在厚度方向的熱傳導(dǎo)性能也得以確保。即、清楚了若二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P在15以下，則絕緣包覆體6具有可將電磁線圈I的溫度維持在電磁線圈I的允許上限溫度以下的熱傳導(dǎo)性能。反之，若二次凝聚粒子11的定向指數(shù)P超過15,則存在難以確保絕緣包覆體6的熱傳導(dǎo)性能的情況。
[0114]由于這種情況，不僅在絕緣帶20,在使用絕緣帶20制作的絕緣包覆體6中，也能夠更可靠地確保熱傳導(dǎo)性能。
[0115]另外，二次凝聚粒子11通過使無機粘合劑的成分為硼酸或堿土類金屬的硼酸鹽，而成為耐壓縮性以及耐樹脂溶解性優(yōu)異的二次凝聚粒子，因此，例如即使對絕緣帶20含浸液狀的樹脂9或向絕緣帶20施加壓力的情況下，也能夠更可靠地維持二次凝聚粒子11的狀態(tài)。因此，能夠更可靠地謀求提高具有絕緣帶20的絕緣包覆體6的熱傳導(dǎo)性能。
[0116]另外，在上述的例中，通過無機粘合劑使多個一次粒子10凝聚(一體化)，但是，使之凝聚的方法并不限定于此。例如，也可以通過將多個一次粒子10物理壓縮進行一體化的方法、通過具有粘接性能的樹脂將多個一次粒子10 —體化的方法、通過燒結(jié)將多個一次粒子10在固相-固相之間粘結(jié)而進行一體化的方法等，使多個一次粒子10凝聚。
[0117]另外，優(yōu)選二次凝聚粒子11的平均粒徑在ΙΟμπι?40μπι的范圍內(nèi)。若二次凝聚粒子11的平均粒徑在該范圍內(nèi)，則能夠更可靠地抑制絕緣帶20的熱傳導(dǎo)性能的下降，且還能夠抑制絕緣帶20的耐電壓性能的下降。
[0118]S卩、若二次凝聚粒子11的平均粒徑超過40 μ m，則二次凝聚粒子11和樹脂9的粘接性容易下降，所以，容易在二次凝聚粒子11和樹脂9的界面處產(chǎn)生龜裂。另外，因為加強層4的厚度伴隨著二次凝聚粒子11的平均粒徑的增加而變厚，所以，在不改變絕緣包覆體6的厚度的情況下，承擔絕緣性的云母層3的含有比變小。由于這樣的情況，若二次凝聚粒子11的平均粒徑超過40 μ m，則絕緣帶20的耐電壓性能容易下降。另外，若二次凝聚粒子
11的平均粒徑超過40 μ m，則加強層4的厚度變厚，所以，在絕緣帶20中，熱傳導(dǎo)率低的樹脂9的比率容易變大，絕緣帶20的熱傳導(dǎo)率也下降。
[0119]另一方面，若二次凝聚粒子11的平均粒徑不足10 μ m，則在向含浸了樹脂9的絕緣帶20施加壓力并從絕緣帶20的端部擠出剩余的樹脂9時，絕緣帶20內(nèi)的二次凝聚粒子11容易與剩余的樹脂9 一起流出。由此，做完的絕緣包覆體6內(nèi)的二次凝聚粒子11的含有率下降，絕緣包覆體6的熱傳導(dǎo)性能下降。
[0120]因此，通過使二次凝聚粒子11的平均粒徑在10 μ m?40 μ m的范圍內(nèi)，能夠抑制絕緣帶20的熱傳導(dǎo)性能以及耐電壓性能的各自的下降。
[0121]另外，優(yōu)選二次凝聚粒子11的孔隙率(形成在一次粒子10之間的空隙相對于二次凝聚粒子11的整體的比例)在40%以下。若二次凝聚粒子11的孔隙率超過40%，則被凝聚的多個一次粒子10彼此接觸的頻度變低，難以確保二次凝聚粒子11的熱傳導(dǎo)性能。因此，通過使二次凝聚粒子11的孔隙率在40%以下，能夠謀求提高二次凝聚粒子11本身的熱傳導(dǎo)性能，能夠謀求提高絕緣帶20的熱傳導(dǎo)性能。
[0122]另外，優(yōu)選纖維強化材料7的開口率R(即、沿絕緣帶20的厚度方向看纖維強化材料7時的開口部24的合計面積SI相對于纖維強化材料7整體的面積SO的比例:R = SI/SO)在40%以上，纖維強化材料7的厚度tl (圖10)相對于無機粒子8 ( 二次凝聚粒子11)的平均粒徑t2(圖10)在0.6倍以上。若是這樣，則能夠在纖維強化材料7的開口部24內(nèi)更可靠地保持無機粒子8，能夠抑制絕緣帶20的耐電壓性能以及熱傳導(dǎo)性能的各自的下降。
[0123]即、因為若纖維強化材料7的開口率R不足40 %，則無機粒子8難以進入開口部24內(nèi)，所以，加強層4的厚度變厚。據(jù)此，與上述同樣，絕緣帶20中的云母層3的含有比變低，絕緣帶20的耐電壓性能下降。另外，在絕緣帶20中，熱傳導(dǎo)率低的樹脂9的比率容易變高，絕緣帶20的熱傳導(dǎo)率也下降。
[0124]另外,在成形絕緣包覆體6時,如圖10所示，向絕緣帶20施加壓力，因此,無機粒子8也因含浸于絕緣帶20的液狀的樹脂9的流動而欲移動。但是，若纖維強化材料7的厚度相對于無機粒子8 ( 二次凝聚粒子11)的平均粒徑在0.6倍以上，則能夠由纖維強化材料7有效地阻止無機粒子8的移動，能夠抑制無機粒子8向絕緣帶20外的流出。據(jù)此，能夠抑制因無機粒子8的流出導(dǎo)致的絕緣帶20的熱傳導(dǎo)性能的下降。與此相對，若纖維強化材料7的厚度相對于無機粒子8的平均粒徑不足0.6倍，則無機粒子8容易在纖維強化材料7通過，由纖維強化材料7阻止無機粒子8移動的效果下降。
[0125]因此，通過使纖維強化材料7的開口率R在40%以上，使纖維強化材料7的厚度相對于無機粒子8的平均粒徑在0.6倍以上，能夠抑制絕緣帶20的耐電壓性能以及熱傳導(dǎo)性能的各自的下降。
[0126]但是，若纖維強化材料7的厚度相對于無機粒子8的平均粒徑超過2.0倍，則加強層4的厚度隨著纖維強化材料7的厚度的增加而變厚，所以，由于與上述相同的理由，絕緣帶20的耐電壓性能以及熱傳導(dǎo)性能下降。因此，更優(yōu)選纖維強化材料7的厚度相對于無機粒子8的平均粒徑在2.0倍以下。
[0127]實施例
[0128]下面，列舉實施例以及比較例，更具體地說明有關(guān)本發(fā)明的實施方式I以及2的電磁線圈。
[0129]<實施方式I的實施例以及比較例>
[0130]首先，使用混合了雙酚A型環(huán)氧樹脂{商品名:- C - 一卜(注冊商標)834(日本環(huán)氧樹脂株式會社(Y ^ > 二100重量份和環(huán)烷酸鋅10重量份的樹脂組成物，粘合集成云母和玻璃布(尤尼吉可(工二十力)H25、單位面積重量=25g/m2)，制作帶基材。
[0131]接著，將雙酚A型環(huán)氧樹脂{商品名:- C - 一卜(注冊商標)834(日本環(huán)氧樹脂株式會社)}和環(huán)烷酸鋅混合，添加將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子作為無機粒子，使用甲基乙基甲酮稀釋，據(jù)此，調(diào)配漿料。
[0132]接著，在通過噴涂法將該漿料涂敷到上述帶基材后，使有機溶劑揮發(fā)，進而切斷為寬度30mm,據(jù)此,得到絕緣帶。
[0133]接著，通過將該絕緣帶半重疊卷繞在50mmX 12mmX 1140mm的線圈導(dǎo)體，纏繞至
3.2mm的厚度。
[0134]接著，通過真空加壓含浸方式，對被纏繞在線圈導(dǎo)體上的絕緣帶含浸液狀的樹脂組成物。此時使用的樹脂組成物由雙酚A型環(huán)氧樹脂{商品名:二 C - 一卜(注冊商標)828(日本環(huán)氧樹脂株式會社)}和甲基四氫鄰苯二甲酸酐硬化劑(^ + 卜9 t F口無水7夕 >酸硬化剤){商品名:HN-2200(注冊商標)(日立化成工業(yè)株式會社)}構(gòu)成。
[0135]最后，使用夾具進行模制，使由含浸了樹脂組成物的絕緣帶構(gòu)成的層的厚度為3mm的厚度，由干燥爐加熱，使樹脂組成物硬化，據(jù)此，制作電磁線圈。
[0136]除使用其它的各種各樣的無機粒子外，按照上述的步驟制作電磁線圈。所使用的無機粒子的特性以及所制作的電磁線圈中的絕緣包覆體的特性表示在表1。
[0137]在表1中，作為無機粒子的特性，表示無機粒子的種類(六方晶氮化硼、氮化鋁、熔融硅石)、二次凝聚粒子的有無以及最大粒徑(μπι)。另外，作為絕緣包覆體的特性，表示云母層和加強層之比(t3/t4)、玻璃布的開口率Κ7、填料層中的無機粒子的平均粒徑Dave和加強層的厚度t4之比(Dave/t4)、耐電壓(V )的相對值以及熱傳導(dǎo)率(W/m.K)的相對值。
[0138]下面，說明各特性的測定方法。
[0139]1.無機粒子的特性
[0140](1-1) 二次凝聚粒子的有無
[0141]無機粒子中的二次凝聚粒子的有無是用電子顯微鏡觀察絕緣包覆體的截面，判定是否存在一次粒子凝聚的狀態(tài)(二次凝聚粒子)。
[0142](1-2) Dmax
[0143]無機粒子的最大粒徑Dmax是用電子顯微鏡觀察絕緣包覆體的截面，測定最大的無機粒子的長片。
[0144](1-3) Dave/14
[0145]對于無機粒子的平均粒徑Dave和加強層的厚度t4之比(Dave/t4)的算出，通過下述的方法進行(a)無機粒子的平均粒徑Dave以及(b)加強層4的厚度t4的測定。
[0146](a)無機粒子的平均粒徑Dave
[0147]以500°C 焚燒被切斷成Icm見方的絕緣包覆體，使用比重液，將無機粒子分離。接著，使用粒度分布計(日機裝V ^ '7 口卜9 (Microtrack)MT3000),針對分離的無機粒子求出平均粒徑(體積標準)。
[0148](b)加強層的厚度t4
[0149]用電子顯微鏡觀察絕緣包覆體的截面，隨機地計量50處的加強層4的厚度t4，將其平均值作為平均粒徑Dave求出。
[0150]加強層4中的無機粒子的質(zhì)量比率通過前述的步驟(1)~(8)求出。
[0151]2.電磁線圈中的絕緣包覆體的特性
[0152](2-1)熱傳導(dǎo)率
[0153]絕緣包覆體的熱傳導(dǎo)率是針對從電磁線圈的絕緣層切出的試驗片，使用熱傳導(dǎo)率測定裝置(NETZSCH 社，々七 7 y 7 7 y 'y T f y -1 (Xenon Flash Analyzer)LFA447NanoFlash (注冊商標))測定。
[0154](2-2)耐電壓特性
[0155]耐電壓特性是針對從電磁線圈的絕緣包覆體切出的試驗片，以200°C劣化4天后，在25 °C下，通過循序法施加電壓，利用產(chǎn)生絕緣破壞的電壓求出。
[0156][表 I]
[0157]
【權(quán)利要求】
1.一種電磁線圈，所述電磁線圈具有絕緣包覆體，所述絕緣包覆體在線圈導(dǎo)體上交替地層疊了包括云母的云母層和包括纖維強化材料、無機粒子以及樹脂的加強層，所述電磁線圈的特征在于， 前述無機粒子包括將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁線圈，其特征在于，前述云母層的厚度t3和前述加強層的厚度t4之比(t3/t4)在1.6~2.2的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電磁線圈，其特征在于，前述纖維強化材料由玻璃布構(gòu)成，并且，前述玻璃布的開口率在35%~90%的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項所述的電磁線圈，其特征在于，前述二次凝聚粒子的平均粒徑相對于前述加強層的厚度t4，在0.5Xt4~1.2Xt4的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1至4中的任一項所述的電磁線圈，其特征在于，前述二次凝聚粒子的最大粒徑在50 μ m以下。
6.如權(quán)利要求1至5中的任一項所述的電磁線圈，其特征在于， 在前述絕緣包覆體中， 前述云母在45~55vol %的范圍內(nèi)， 前述纖維強化材料在5~7vol %的范圍內(nèi)， 前述無機粒子在3~12vol %的范圍內(nèi)， 前述樹脂在30~45VoI %的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1至6中的任一項所述的電磁線圈，其特征在于，前述纖維強化材料的厚度在10 μ m~40 μ m的范圍內(nèi)。
8.一種電磁線圈的制造方法， 所述電磁線圈具有絕緣包覆體，該絕緣包覆體在線圈導(dǎo)體上交替地層疊了包括云母的云母層和包括纖維強化材料、無機粒子以及樹脂的加強層，其特征在于， 前述無機粒子包括將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子， 所述電磁線圈的制造方法包括: 將包括前述云母、前述纖維強化材料以及前述無機粒子的絕緣帶向前述線圈導(dǎo)體纏繞的工序；和 對被纏繞于前述線圈導(dǎo)體的前述絕緣帶含浸液狀的樹脂組成物并使之硬化的工序。
9.如權(quán)利要求8所述的電磁線圈的制造方法，其特征在于，前述絕緣帶中的前述二次凝聚粒子的單位面積重量在10g/m2~40g/m2的范圍內(nèi)。
10.一種絕緣帶，所述絕緣帶具有包括云母的云母層和包括纖維強化材料、無機粒子以及樹脂且被層疊在前述云母層上的加強層， 所述絕緣帶的特征在于，前述無機粒子包括將六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。
11.如權(quán)利要求10所述的絕緣帶，其特征在于，前述無機粒子避開前述纖維強化材料被配置，前述纖維強化材料以及前述無機粒子通過前述樹脂與前述云母層一體化。
12.如權(quán)利要求10或11所述的絕緣帶，其特征在于，前述二次凝聚粒子的定向指數(shù)在15以下。
13.如權(quán)利要求10至 12中的任一項所述的絕緣帶，其特征在于，前述二次凝聚粒子的平均粒徑在10 μ m~40 μ m的范圍內(nèi)。
14.如權(quán)利要求10至13中的任一項所述的絕緣帶，其特征在于，前述二次凝聚粒子由無機粘合劑凝聚，前述無機粘合劑包括從硼酸以及堿土類金屬的硼酸鹽構(gòu)成的組中選擇的至少I種。
15.如權(quán)利要求10至14中的任一項所述的絕緣帶，其特征在于，前述二次凝聚粒子的孔隙率在40%以下。
16.如權(quán)利要求10至15中的任一項所述的絕緣帶，其特征在于，上述纖維強化材料是開口率在40%以上的玻璃布，且前述玻璃布的厚度相對于前述二次凝聚粒子的平均粒徑在0.6倍以上。
17.—種電磁線圈，其特征在于，具備: 線圈導(dǎo)體；和 絕緣包覆體，其具有纏繞在前述線圈導(dǎo)體的外周部上的權(quán)利要求10至16中的任一項所述的絕緣帶，且前述絕緣帶通過樹脂與前述線圈導(dǎo)體一體化。
【文檔編號】H02K3/30GK103930957SQ201280055757
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】馬淵貴裕, 山本茂之, 筑地真, 久保一樹 申請人:三菱電機株式會社