电磁线圈及其制造方法以及绝缘带的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种具有绝缘包覆体的电磁线圈，该绝缘包覆体在线圈导体上交替地层叠了包括云母的云母层和包括纤维强化材料、无机粒子以及树脂的加强层，其中前述无机粒子包括将六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。该电磁线圈具备抑制无机粒子的外部流失且确保了良好的热传导性的绝缘包覆体。另外，本发明是一种绝缘带，具有包括云母的云母层和包括纤维强化材料、无机粒子以及树脂且被层叠在前述云母层上的加强层，其中前述无机粒子包括将六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。该绝缘带提供抑制无机粒子的外部流失且确保了良好的热传导性的绝缘包覆体。
【专利说明】电磁线圈及其制造方法以及绝缘带
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于电磁设备(例如，旋转机等)的电磁线圈及其制造方法以及绝缘带，尤其涉及热传导性以及耐电压特性优异的电磁线圈及其制造方法以及用于该电磁线圈的制造的绝缘带。
【背景技术】
[0002]用于电磁设备(例如，旋转机等)的电磁线圈的绝缘包覆体一般使用包括云母(云母)、无机粒子以及热硬化性树脂的复合材料。由于这样的电磁线圈的绝缘包覆体在电磁设备的运转中因电磁线圈的温度上升而热劣化，所以，需要通过有效地冷却来抑制劣化。
[0003]因此，以往就要求电磁线圈的绝缘包覆体的高热传导化，提出了作为与绝缘包覆体配合的无机粒子，使用热传导性高的无机粒子的情况(例如，参见专利文献I)。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本特开平11 - 206056号公报
【发明内容】
[0007]发明所要解决的课题
[0008]一般来说，电磁线圈是通过在将绝缘带缠绕到线圈导体后，对绝缘带含浸液状的树脂组成物，模制成规定的厚度，最后，使树脂组成物硬化而制造，但是，在以往的电磁线圈中，存在在模制时绝缘带所含的无机粒子与所含浸的树脂组成物一起向绝缘带的外部流失这样的问题。由此，即使作为无机粒子使用热传导性高的无机粒子，也不能充分地得到提高热传导性的效果。
[0009]本发明是为解决上述那样的课题做出的发明，其目的是提供一种具备抑制无机粒子的外部流失且确保了良好的热传导性的绝缘包覆体的电磁线圈及其制造方法。
[0010]另外，本发明以提供一种提供抑制无机粒子的外部流失且确保了良好的热传导性的绝缘包覆体的绝缘带为目的。
[0011]用于解决课题的手段
[0012]本
【发明者】们为了解决上述那样的课题认真进行了研究，结果为，发现通过使用将六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子作为无机粒子，能够抑制无机粒子的外部流失，使无机粒子在绝缘包覆体中高充填化。
[0013]S卩，本发明是一种电磁线圈，所述电磁线圈具有绝缘包覆体，所述绝缘包覆体在线圈导体上交替地层叠了包括云母的云母层和包括纤维强化材料、无机粒子以及树脂的加强层，其特征在于，前述无机粒子包括将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，本发明是一种电磁线圈的制造方法，所述电磁线圈具有绝缘包覆体，该绝缘包覆体在线圈导体上交替地层叠了包括云母的云母层和包括纤维强化材料、无机粒子以及树脂的加强层，其特征在于，前述无机粒子包括将六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子，该电磁线圈的制造方法包括:将包括前述云母、前述纤维强化材料以及前述无机粒子的绝缘带向前述线圈导体缠绕的工序；和对被缠绕于前述线圈导体的前述绝缘带含浸液状的树脂组成物并使之硬化的工序。
[0015]另外，本发明是一种绝缘带，所述绝缘带具有包括云母的云母层和包括纤维强化材料、无机粒子以及树脂且被层叠在前述云母层上的加强层，其特征在于，前述无机粒子包括将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，本发明是一种电磁线圈，其特征在于，具备:线圈导体；以及绝缘包覆体，该绝缘包覆体具有缠绕在前述线圈导体的外周部的上述的绝缘带，并且前述绝缘带通过树脂与前述线圈导体一体化。
[0017]发明效果
[0018]根据本发明，能够提供一种具备抑制无机粒子的外部流失且确保了良好的热传导性的绝缘包覆体的电磁线圈及其制造方法。
[0019]另外，根据本发明，能够提供一种如下的绝缘带，其提供抑制无机粒子的外部流失且确保了良好的热传导性的绝缘包覆体。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是基于本发明的实施方式I的电磁线圈的剖视图。
[0021]图2是将图1中的I个绝缘层局部放大来表示的剖视图。
[0022]图3是表示六方晶氮化硼的一次粒子的粒子形状的示意图。
[0023]图4是将六方晶氮化硼的一次粒子作为无机粒子使用的绝缘层的剖视图。
[0024]图5是将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图。
[0025]图6是将二次凝聚粒作为无机粒子使用的绝缘层的剖视图。
[0026]图7是基于本发明的实施方式2的绝缘带的剖视图。
[0027]图8是图7的绝缘带的立体图。
[0028]图9是使用图7的绝缘带制作的电磁线圈的剖视图。
[0029]图10是表示向含浸了液状的树脂组成物的图7的绝缘带施加压力的状态的说明图。
【具体实施方式】
[0030]实施方式I
[0031]下面，一边参见附图，一边对本发明的实施方式I进行说明。
[0032]图1是基于本发明的实施方式I的电磁线圈的剖视图。
[0033]在图1中，电磁线圈I由线圈导体2和层叠在线圈导体2上的绝缘包覆体6构成。
[0034]绝缘包覆体6层叠多个绝缘层5而形成，各绝缘层5由云母层3以及加强层4的层叠物形成。即，绝缘包覆体6是交替地层叠云母层3和加强层4的绝缘物。
[0035]图2是将图1中的I个绝缘层5(云母层3以及加强层4)局部放大来表示的剖视图。
[0036]图2中，云母层3是包括云母(云母)的层。另外，能够以相互重叠的多片云母的形态包括云母层3。作为云母，虽未被特别限定，但是，能够使用集成云母、薄片云母、集成云母等。另外，云母层3除云母外，也能够包括树脂。
[0037]云母层3中使用的树脂是使云母结合的成分。作为可在云母层3中使用的树脂，虽未被特别限定，但能够列举出热硬化性树脂(例如，环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树月旨等)。
[0038]云母层3的厚度t3可与电磁线圈I的耐用年数相应地适宜调整，未被特别限定。云母层3的优选厚度t3在60μπι<?3< 150μπι的范围内。但是，因为云母本身的热传导性低，所以，若考虑耐电压特性和热传导性的平衡，则更优选云母层3的厚度t3在80 μ m ^ t3 ^ 120 μ m 的范围内。
[0039]加强层4包括纤维强化材料7、无机粒子8以及树脂9。
[0040]另外，无机粒子8包括将六方晶氮化硼(h-BN)的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。
[0041]作为二次凝聚粒子，未被特别限定，能够使用在该【技术领域】使用公知的方法制造的二次凝聚粒子。
[0042]这里，六方晶氮化硼的一次粒子具有与石墨相同的层状的结晶构造，其粒子形状如图3所示，为鳞片状。另外，六方晶氮化硼的一次粒子10具有长径方向的热传导率高，短径方向的热传导率低这样 的各向异性的热传导性，可以说，长径方向和短径方向之间的热传导率之差为几倍到几十倍。
[0043]因此，使六方晶氮化硼的一次粒子10的长径方向定向在绝缘层5的所希望的传热方向是最有效的热传导性提高方法，但是，在电磁线圈I的制法上，难以控制六方晶氮化硼的一次粒子10的定向。实际上，如图4所示，在将六方晶氮化硼的一次粒子10作为无机粒子8使用的绝缘层5中，由于一次粒子10的长径方向与绝缘层5的厚度方向垂直地定向，所以，绝缘层5的厚度方向的热传导性没有充分地提高。另外，在图4中，为了容易理解，针对加强层4中所含的纤维强化材料7没有图示。另外，图4中的箭头表示热传导良好的方向。
[0044]因此，通过制作图5所示那样的六方晶氮化硼的一次粒子10朝向各种各样的方向的凝聚粉(使一次粒子10凝聚而形成的二次凝聚粒子11)，将该二次凝聚粒子11作为无机粒子8来配合，如图6所示，能够降低因六方晶氮化硼的一次粒子10的形状而引起的各向异性的热传导性，提高绝缘层5的厚度方向的热传导性。另外，在图6中，为了容易理解，针对加强层4中所含的纤维强化材料7没有图示。另外，图6中的箭头表示热传导良好的方向。其结果为，因为绝缘包覆体6的热传导性提高，所以，可以有效地冷却线圈导体2。
[0045]另外，一般来说，电磁线圈I是通过在线圈导体2缠绕了绝缘带后，对绝缘带含浸液状的树脂组成物，模制成规定的厚度，最后，使树脂组成物硬化来制造。此时，为使无机粒子8承载于绝缘带，需要粘接剂(树脂9)，且为使绝缘带和含浸于绝缘带的树脂组成物一体化，对该粘接剂(树脂9)要求与含浸于绝缘带的树脂组成物的相溶性良好。由此，在对绝缘带含浸树脂组成物时，粘接剂(树脂9)溶解于含浸在绝缘带中的树脂组成物，在模制时，无机粒子8从缠绕在线圈导体2上的绝缘带的缝隙与所含浸的树脂组成物一起向外部流失。该流失现象主要因无机粒子8的粒径而引起，存在若无机粒径7小，则外部流失多的倾向。[0046]但是，在将二次凝聚粒子11作为无机粒子8使用的情况下，由于二次凝聚粒子11的粒径比较大，所以，难以从绝缘带引起二次凝聚粒子11的物理性的移动。其结果为，可抑制模制时的二次凝聚粒子11的外部流失，在加强层4中将二次凝聚粒子11高充填化。
[0047]另外，由于二次凝聚粒子11和树脂9之间的接触面积比一次粒子10和树脂9之间的接触面积小，所以，通过使用二次凝聚粒子11作为无机粒子8，还能够提高无机粒子8和树脂9之间的粘接强度。
[0048]无机粒子8在上述的二次凝聚粒子11的基础上，能够进一步包括在该【技术领域】公知的粒子。作为除上述的二次凝聚粒子11以外可使用的无机粒子8，可列举出氮化铝、氮化硅、氧化铝、氧化镁、氧化铍、碳化硅等。这些能够单独或将2种以上组合来使用。
[0049]就无机粒子8的最大粒径Dmax而言，虽未被特别限定，但从绝缘层5的厚度控制以及热传导性的观点出发，优选Dmax ≤ 50 μ mo若无机粒子8的最大粒径Dmax > 50 μ m,则伴随着无机粒子8的最大粒径Dmax的增加，与树脂9之间的粘接性容易下降。其结果为，容易在树脂9和无机粒子8的界面产生龟裂，存在耐电压性下降的情况。
[0050]另外，无机粒子8的平均粒径Dave从绝缘层5的热传导性等的观点出发，优选相对于加强层4的厚度t4，在0.5 X t4≤Dave≤1.2 X t4的范围内。若无机粒子8的平均粒径Dave < 0.5X t4，则难以在其与云母层3之间形成热传导的路径。另外，在制造绝缘包覆体6时，由于无机粒子8容易从纤维强化材料7的缝隙流出，所以，难以得到所希望的热传导率。另一方面，在无机粒子8的平均粒径Dave > 1.2 X t4，使绝缘包覆体6的云母含有量为一定的情况下，存在加强层4的厚度t4与平均粒径Dave相应地增大的倾向，结果为，绝缘包覆体6的厚度增加。另外，在使绝缘包覆体6的厚度为一定的情况下，因为云母含有量减少，所以，长期耐电压性下降。
[0051]另外，无机粒子8的平均粒径Dave可以为加强层4的厚度t4的1.2倍(> I倍)，这是因为横向长的无机粒子8以横放的形式被配置在加强层4内。即，无机粒子8尤其是二次凝聚粒子11在形成绝缘包覆体6时，能够以其凝聚构造适当破碎的状态被配置。
[0052]对于平均粒径Dave以及最大粒径Dmax的测定方法,将在后面阐述。
[0053]加强层4中的无机粒子8的比例虽未被特别限定，但是，从热传导性的观点出发，优选为40~65质量％。若无机粒子8的比例不足40质量％，则难以得到所希望的热传导性。另一方面，若无机粒子8的比例超过65质量％，则加强层4中的树脂9的比例少，因此，容易在云母层3和加强层4之间引起剥离。其结果为，绝缘包覆体6的耐电压性容易下降。
[0054]另外，加强层4中的无机粒子8的比例能够通过下面的步骤(1)~(8)求出。
[0055](I)以500°C焚烧切断成Icm见方的绝缘层5，测定树脂9的质量。
[0056](2)由比重液将上述(I)的焚烧试料分离成云母、纤维强化材料7、无机粒子8 ( 二次凝聚粒子及其以外的无机粒子)，计量各质量。针对各分离物的组成，由ICP-AES(电感耦合等离子体发射光谱分析装置)确定含有元素。
[0057](3)观察绝缘层5的截面，测定云母层3的厚度t3以及加强层4的厚度t4。
[0058](4)根据在上述(2)求出的云母质量/云母比重( = 2.7)，求出云母层3的厚度t3中的云母厚度。
[0059] (5)从云母层3的厚度t3减去在上述⑷求出的云母厚度，求出云母层3的树脂厚度。[0060](6)从在上述(5)求出的树脂厚度/树脂比重算出云母层3中的树脂质量。
[0061](7)从在上述(I)求出的绝缘层5的树脂质量减去在上述(5)求出的云母层3中的树脂质量，作为加强层4中的树脂质量。
[0062](8)从在上述(2)求出的纤维强化材料7、无机粒子8 ( 二次凝聚粒子及其以外的无机粒子)的合计质量和在上述(7)求出的加强层4中的树脂质量，算出加强层4中的无机粒子8的质量比率。
[0063]用于加强层4的树脂9是承载无机粒子8的成分。作为在加强层4中可使用的树脂9，虽未被特别限定，但是，可列举出热硬化性树脂(例如，环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等)。另外，用于加强层4的树脂9能够是与用于云母层3的树脂相同的成分。
[0064]作为用于加强层4的纤维强化材料7虽未被特别限定，但是，优选使用作为强度以及成本最佳的材料的玻璃布。玻璃布是经纬地编织了玻璃纤维的布状材料，能够支持并机械性地加强云母层3。
[0065]纤维强化材料7具有可捕捉无机粒子8的缝隙(例如，在为玻璃布的情况下，是形成在玻璃纤维的交叉部的开口部)。
[0066]优选纤维强化材料7的开口率K7在35 % < K7 < 90 %的范围内。若纤维强化材料7的开口率K7 < 35%，则难以将无机粒子8捕捉到纤维强化材料7的开口部。另外，由于在纤维强化材料7上存在无机粒子8，所以，加强层4变厚，热传导性容易下降。另一方面，若纤维强化材料7的K7 > 90%，则纤维强化材料7的开口部增多，容易将无机粒子8捕捉到纤维强化材料7的开口部，因此，容易控制绝缘层5的厚度。反之，在制造电磁线圈I时，无机粒子8容易从纤维强化材料7的缝隙流出，因此，热传导性容易下降。
[0067]纤维强化材料7的开口部的一边的长度由于具有与无机粒子8的大小的关系性，所以，优选设定在50μπι以上。另外，由于若开口部的间距变大，则机械强度容易下降，所以，从机械强度的观点出发，优选开口部的一边的长度在2mm以下。
[0068]另外，纤维强化材料7的厚度t7通常优选在10 μ m < t7 < 40 μ m的范围内。尤其是纤维强化材料7的厚度t7更优选相对于无机粒子8的径D8在0.8XD8 < t7 < 2XD8的范围内。这是因为，纤维强化材料7的厚度t7还是接近无机粒子8的径D8的情况更能够在容易控制绝缘层5的厚度的基础上，抑制无机粒子8从纤维强化材料7的缝隙流出。
[0069]在各绝缘层5中，优选云母层3和加强层4的厚度比R (云母层3的厚度t3/加强层4的厚度t4)在1.6 < RS 2.2的范围内。若该比R< 1.6，则云母层3 (云母含有量)变少，因此，存在绝缘层5的长期耐电压性下降的情况。另一方面，若该比R > 2.2，则对高热传导化有效的加强层4变少，因此，难以得到绝缘层5 (绝缘包覆体6)的高热传导化。
[0070]上面，对与云母层3以及加强层4有关的结构进行了阐述，但是，这些层(绝缘包覆体6)中的各成分的体积比例从热传导性以及耐电特性的观点出发，优选云母在45?55vol %的范围内，纤维强化材料7在5?7vol %的范围内，无机粒子8在3?12vol %的范围内，树脂9在30?45vol %的范围内。该体积比例平衡性良好，能够稳定地提高热传导性以及耐电特性。
[0071]作为线圈导体2，未被特别限定，能够使用在该【技术领域】公知的线圈导体。
[0072]接着，对基于本发明的实施方式I的电磁线圈I的制造方法进行说明。
[0073]首先，将包括云母、纤维强化材料7以及无机粒子8的绝缘带半重叠缠绕多次地卷绕在线圈导体2上。
[0074]接着，对缠绕了绝缘带的线圈导体2含浸液状的树脂9 (未硬化的树脂:例如，包括热硬化性树脂成分以及硬化剂的热硬化性树脂组成物)，模制成规定的厚度，最后，使树脂9硬化，据此，能够得到电磁线圈。
[0075]根据该方法，不使绝缘包覆体6的厚度厚到在必要以上，而能够得到耐电压特性以及热传导性优异的电磁线圈I。
[0076]这里，作为硬化方法未被特别限定，只要与所使用的树脂9的种类相应地适宜选择即可。优选的硬化方法是加热硬化。
[0077]作为绝缘带，能够通过在由粘接剂(粘合剂树脂:例如，热硬化性树脂)粘接了云母和纤维强化材料7的带基材的纤维强化材料7侧涂敷含有无机粒子8、树脂9以及溶剂的浆料并进行干燥得到。作为粘接剂以及溶剂未被特别限定，能够使用在该【技术领域】公知的粘接剂以及溶剂。
[0078]绝缘带中的二次凝聚粒子11的单位面积重量(每单位面积(Im2)的质量)从提高绝缘带的柔软性、绝缘层5的热电导性的观点出发，优选为10g/m2~40g/m2。
[0079]根据本发明的实施方式1，由于作为无机粒子8使用将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，能够抑制无机粒子8的外部流失，在绝缘包覆体6中将无机粒子 8高充填化，作为其结果，能够得到具备确保了良好的热传导性的绝缘包覆体6的电磁线圈I。另外，在以往的电磁线圈中，在为了提高绝缘包覆体的热传导率而使无机粒子的含有量增加的情况下，绝缘包覆体变厚，树脂的含有率下降，因此，容易从树脂和无机粒子的界面引起绝缘破坏(也就是说，在受到机械以及热应力时，容易在内部产生龟裂，耐电压性下降)这样的问题，与此相对，根据本发明的实施方式1，还可以不使绝缘包覆体6的厚度厚到必要以上地确保优异的耐电压特性以及热传导性。
[0080]实施方式2.[0081]图7是基于本发明的实施方式2的绝缘带的剖视图。另外，图8是图7的绝缘带的立体图。图中，绝缘带20具有云母层3和被层叠在云母层3上的加强层4。
[0082]云母层3包括云母21。作为云母层3，能够使用与实施方式I相同的云母层。
[0083]加强层4包括纤维强化材料7、无机粒子8以及树脂9。无机粒子8避开纤维强化材料7被配置，纤维强化材料7以及无机粒子8通过树脂9与云母层3 —体化。
[0084]无机粒子8包括将六方晶氮化硼(h-BN)的一次粒子10凝聚而形成的二次凝聚粒子11 ο
[0085]该二次凝聚粒子11能够使用在该【技术领域】中公知的方法制作。优选的二次凝聚粒子11能够使用无机粘合剂等，通过使一次粒子10凝聚来制作。
[0086]作为无机粘合剂的成分未被特别限定，但是，优选使用硼酸、碱土类金属的硼酸盐。这是因为，与硅酸钠、磷酸铝等成分相比，一次粒子10的粘结力、绝缘性、与h-BN的适应容易程度的方面优异。尤其是硼酸钙、硼酸镁、硼酸钠、硼酸钾由于与树脂9的粘结力优异，所以，适合作为无机粘合剂的成分。
[0087]优选二次凝聚粒子11的定向指数P在15以下。这里，二次凝聚粒子11的定向指数P根据使用X线衍射装置，向二次凝聚粒子11的单体(h-BN的粒子单体)照射X线而得到的X线衍射图求出。具体地说，有关h-BN的粒子单体的X线衍射图中的〈002〉面的相对于〈100〉面的衍射峰的强度比(1〈002>/1〈100>)是h-BN的定向指数(二次凝聚粒子11的定向指数)P。
[0088]二次凝聚粒子11的定向指数P在h-BN的长径方向定向在水平方向(即、沿着云母层3和加强层4的交界面的方向)的比例多的情况下变大，在h-BN的长径方向定向在垂直方向(即、与云母层3和加强层4的交界面垂直的方向)的比例多的情况下变小。若二次凝聚粒子11的定向指数P超过15，则h-BN的长径方向定向在水平方向的比例变多，加强层4的热传导率的各向异性变大。
[0089]二次凝聚粒子11凝聚(一体化)，使多个一次粒子10成为随机的定向，据此，二次凝聚粒子11的定向指数P在15以下，能够降低加强层4的热传导率的各向异性。
[0090]另外，无机粒子8除上述的二次凝聚粒子11外，能够包括在该【技术领域】公知的无机粒子。
[0091]作为纤维强化材料7，未被特别限定，但是，优选是将捆扎多个玻璃纤维而制作的多根经纱22和捆扎多个玻璃纤维而制作的多根纬纱23编织成格子状而构成的玻璃布。
[0092]纤维强化材料7沿云母层3和加强层4的交界面配置。
[0093]纤维强化材料7如图8所示，具有由经纱22和纬纱23包围的多个开口部24。在开口部24内配置多个无机粒子8。
[0094]经纱22以及纬纱23的各自的截面形状为大致圆形状。因此，经纱22以及纬纱23沿加强层4的厚度方向看时的宽度和沿云母层3和加强层4的交界面从侧方看时的宽度大致相同。
[0095]作为树脂9，未被特别限定，能够使用在该【技术领域】公知的树脂。作为可在加强层4中使用的树脂9，虽未被特别限定，但可列举出热硬化性树脂(例如，环氧树脂、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂等)。另外，用于加强层4的树脂9能够是与用于云母层3的树脂相同的成分。
[0096]图9是使用了图7的绝缘带20的电磁线圈的剖视图。
[0097]电磁线圈I例如被设置在大型的旋转机(马达、发电机)等电磁设备上。电磁线圈I具有捆扎被绝缘包覆的多个线料导体而构成的线圈导体(线料束)2和包围线圈导体2的外周部的绝缘包覆体6。
[0098]绝缘包覆体6具有被卷绕在线圈导体2的外周部的绝缘带20。另外,绝缘包覆体6通过使用树脂组成物(例如，热硬化性树脂成分以及包括硬化剂的热硬化性树脂组成物)，将绝缘带20与线圈导体2 —体化而成形。绝缘带20 —边相互将一部分重叠，一边在线圈导体2的外周部缠绕多次。因此，在绝缘包覆体6中，如图9所示，成为绝缘带20作为多个层而重叠的状态。来自线圈导体2的热沿绝缘带20的层叠方向(即、绝缘带20的厚度方向)传递，向外部扩散。
[0099]接着，对绝缘带20的制造方法进行说明。
[0100]首先，用热硬化性树脂粘合云母21和纤维强化材料7，做成带基材。
[0101]另外，将无机粒子8添加到液状的树脂9中，用有机溶剂稀释，调配浆料。
[0102]接着，在带基材的纤维强化材料7侧的面上涂敷浆料，使浆料中的有机溶剂挥发。据此，完成绝缘片材。
[0103]接着，通过将绝缘片材切断成规定的宽度，制作绝缘带20 (云母带)。[0104]接着，对电磁线圈30的制造方法进行说明。
[0105]首先，在将被绝缘包覆的多个线料导体捆扎而构成的线圈导体2的外周部缠绕多次绝缘带20，使一部分(例如，绝缘带20的宽度的一半的部分)相互重叠。
[0106]接着，对缠绕于线圈导体2的绝缘带20含浸液状的树脂9 (例如，包括树脂成分和硬化剂的树脂组成物)。此后，通过从绝缘带20的外侧将线圈导体2模制来对绝缘带20施加压力。
[0107]这里，图10是表示向含浸了液状的树脂9的图7的绝缘带20施加压力的状态的说明图。
[0108]如图10所示，若对含浸了液状的树脂9的绝缘带20向沿着绝缘带20的厚度方向的箭头A的方向施加压力，则绝缘带20内的树脂9向沿着云母层3和加强层4的交界面的箭头B的方向移动,绝缘带20内的剩余的树脂9从绝缘带20之间的缝隙向绝缘带20外被挤出。
[0109]因此，若从绝缘带20的外侧将线圈导体2模制，则绝缘带20内的剩余的树脂9向绝缘带20外被挤出。此时，虽然无机粒子8欲与树脂9 一起移动，但是，由于无机粒子8 (尤其是二次凝聚粒子11)被保持在纤维强化材料7的开口部24内，所以，无机粒子8的移动被纤维强化材料7抑制，无机粒子8的向绝缘带20外的流出被抑制。
[0110]接着，通过对绝缘带20进行加热等，使含浸于绝缘带20的树脂9硬化。据此，完成电磁线圈41。
[0111]在上述那样的绝缘带20中，因为在加强层4中包括二次凝聚粒子11作为无机粒子8，所以，能够抑制无机粒子8的外部流失，在加强层4中使无机粒子8高充填化，作为其结果，成为提供确保了良好的热传导性的绝缘包覆体6的绝缘带。另外，通过使二次凝聚粒子11的定向指数P在15以下，能够使多个一次粒子10成为随机的定向，能够降低绝缘带20的热传导率的各向异性。据此，即使向绝缘带20施加压力，也能够防止加强层4的在厚度方向的热传导率极端下降，能够更可靠地确保绝缘带20的在厚度方向的热传导性能。
[0112]这里,在具有绝缘带20的绝缘包覆体6中，如上所述，h-BN的长径方向越靠近绝缘包覆体6的厚度方向越能够提高绝缘包覆体6的热传导性能，但是，由于在成形绝缘包覆体6时，向绝缘带20施加压力，所以，因含浸于绝缘带20的液状的树脂9的流动、压力等而存在h-BN容易沿云母层3和加强层4的交界面被定向的倾向。
[0113]一边改变二次凝聚粒子11的定向指数P，一边比较绝缘包覆体6的热传导性能，结果，清楚了尤其是在二次凝聚粒子11的定向指数P在15以下时，即使是在通过向含浸了树脂9的绝缘带20施加压力的制法成形了绝缘包覆体6的情况下，绝缘包覆体6的在厚度方向的热传导性能也得以确保。即、清楚了若二次凝聚粒子11的定向指数P在15以下，则绝缘包覆体6具有可将电磁线圈I的温度维持在电磁线圈I的允许上限温度以下的热传导性能。反之，若二次凝聚粒子11的定向指数P超过15,则存在难以确保绝缘包覆体6的热传导性能的情况。
[0114]由于这种情况，不仅在绝缘带20,在使用绝缘带20制作的绝缘包覆体6中，也能够更可靠地确保热传导性能。
[0115]另外，二次凝聚粒子11通过使无机粘合剂的成分为硼酸或碱土类金属的硼酸盐，而成为耐压缩性以及耐树脂溶解性优异的二次凝聚粒子，因此，例如即使对绝缘带20含浸液状的树脂9或向绝缘带20施加压力的情况下，也能够更可靠地维持二次凝聚粒子11的状态。因此，能够更可靠地谋求提高具有绝缘带20的绝缘包覆体6的热传导性能。
[0116]另外，在上述的例中，通过无机粘合剂使多个一次粒子10凝聚(一体化)，但是，使之凝聚的方法并不限定于此。例如，也可以通过将多个一次粒子10物理压缩进行一体化的方法、通过具有粘接性能的树脂将多个一次粒子10 —体化的方法、通过烧结将多个一次粒子10在固相-固相之间粘结而进行一体化的方法等，使多个一次粒子10凝聚。
[0117]另外，优选二次凝聚粒子11的平均粒径在ΙΟμπι?40μπι的范围内。若二次凝聚粒子11的平均粒径在该范围内，则能够更可靠地抑制绝缘带20的热传导性能的下降，且还能够抑制绝缘带20的耐电压性能的下降。
[0118]S卩、若二次凝聚粒子11的平均粒径超过40 μ m，则二次凝聚粒子11和树脂9的粘接性容易下降，所以，容易在二次凝聚粒子11和树脂9的界面处产生龟裂。另外，因为加强层4的厚度伴随着二次凝聚粒子11的平均粒径的增加而变厚，所以，在不改变绝缘包覆体6的厚度的情况下，承担绝缘性的云母层3的含有比变小。由于这样的情况，若二次凝聚粒子11的平均粒径超过40 μ m，则绝缘带20的耐电压性能容易下降。另外，若二次凝聚粒子
11的平均粒径超过40 μ m，则加强层4的厚度变厚，所以，在绝缘带20中，热传导率低的树脂9的比率容易变大，绝缘带20的热传导率也下降。
[0119]另一方面，若二次凝聚粒子11的平均粒径不足10 μ m，则在向含浸了树脂9的绝缘带20施加压力并从绝缘带20的端部挤出剩余的树脂9时，绝缘带20内的二次凝聚粒子11容易与剩余的树脂9 一起流出。由此，做完的绝缘包覆体6内的二次凝聚粒子11的含有率下降，绝缘包覆体6的热传导性能下降。
[0120]因此，通过使二次凝聚粒子11的平均粒径在10 μ m?40 μ m的范围内，能够抑制绝缘带20的热传导性能以及耐电压性能的各自的下降。
[0121]另外，优选二次凝聚粒子11的孔隙率(形成在一次粒子10之间的空隙相对于二次凝聚粒子11的整体的比例)在40%以下。若二次凝聚粒子11的孔隙率超过40%，则被凝聚的多个一次粒子10彼此接触的频度变低，难以确保二次凝聚粒子11的热传导性能。因此，通过使二次凝聚粒子11的孔隙率在40%以下，能够谋求提高二次凝聚粒子11本身的热传导性能，能够谋求提高绝缘带20的热传导性能。
[0122]另外，优选纤维强化材料7的开口率R(即、沿绝缘带20的厚度方向看纤维强化材料7时的开口部24的合计面积SI相对于纤维强化材料7整体的面积SO的比例:R = SI/SO)在40%以上，纤维强化材料7的厚度tl (图10)相对于无机粒子8 ( 二次凝聚粒子11)的平均粒径t2(图10)在0.6倍以上。若是这样，则能够在纤维强化材料7的开口部24内更可靠地保持无机粒子8，能够抑制绝缘带20的耐电压性能以及热传导性能的各自的下降。
[0123]即、因为若纤维强化材料7的开口率R不足40 %，则无机粒子8难以进入开口部24内，所以，加强层4的厚度变厚。据此，与上述同样，绝缘带20中的云母层3的含有比变低，绝缘带20的耐电压性能下降。另外，在绝缘带20中，热传导率低的树脂9的比率容易变高，绝缘带20的热传导率也下降。
[0124]另外,在成形绝缘包覆体6时,如图10所示，向绝缘带20施加压力，因此,无机粒子8也因含浸于绝缘带20的液状的树脂9的流动而欲移动。但是，若纤维强化材料7的厚度相对于无机粒子8 ( 二次凝聚粒子11)的平均粒径在0.6倍以上，则能够由纤维强化材料7有效地阻止无机粒子8的移动，能够抑制无机粒子8向绝缘带20外的流出。据此，能够抑制因无机粒子8的流出导致的绝缘带20的热传导性能的下降。与此相对，若纤维强化材料7的厚度相对于无机粒子8的平均粒径不足0.6倍，则无机粒子8容易在纤维强化材料7通过，由纤维强化材料7阻止无机粒子8移动的效果下降。
[0125]因此，通过使纤维强化材料7的开口率R在40%以上，使纤维强化材料7的厚度相对于无机粒子8的平均粒径在0.6倍以上，能够抑制绝缘带20的耐电压性能以及热传导性能的各自的下降。
[0126]但是，若纤维强化材料7的厚度相对于无机粒子8的平均粒径超过2.0倍，则加强层4的厚度随着纤维强化材料7的厚度的增加而变厚，所以，由于与上述相同的理由，绝缘带20的耐电压性能以及热传导性能下降。因此，更优选纤维强化材料7的厚度相对于无机粒子8的平均粒径在2.0倍以下。
[0127]实施例
[0128]下面，列举实施例以及比较例，更具体地说明有关本发明的实施方式I以及2的电磁线圈。
[0129]<实施方式I的实施例以及比较例>
[0130]首先，使用混合了双酚A型环氧树脂{商品名:- C - 一卜(注册商标)834(日本环氧树脂株式会社(Y ^ > 二100重量份和环烷酸锌10重量份的树脂组成物，粘合集成云母和玻璃布(尤尼吉可(工二十力)H25、单位面积重量=25g/m2)，制作带基材。
[0131]接着，将双酚A型环氧树脂{商品名:- C - 一卜(注册商标)834(日本环氧树脂株式会社)}和环烷酸锌混合，添加将六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子作为无机粒子，使用甲基乙基甲酮稀释，据此，调配浆料。
[0132]接着，在通过喷涂法将该浆料涂敷到上述带基材后，使有机溶剂挥发，进而切断为宽度30mm,据此,得到绝缘带。
[0133]接着，通过将该绝缘带半重叠卷绕在50mmX 12mmX 1140mm的线圈导体，缠绕至
3.2mm的厚度。
[0134]接着，通过真空加压含浸方式，对被缠绕在线圈导体上的绝缘带含浸液状的树脂组成物。此时使用的树脂组成物由双酚A型环氧树脂{商品名:二 C - 一卜(注册商标)828(日本环氧树脂株式会社)}和甲基四氢邻苯二甲酸酐硬化剂(^ + 卜9 t F口无水7夕 >酸硬化剤){商品名:HN-2200(注册商标)(日立化成工业株式会社)}构成。
[0135]最后，使用夹具进行模制，使由含浸了树脂组成物的绝缘带构成的层的厚度为3mm的厚度，由干燥炉加热，使树脂组成物硬化，据此，制作电磁线圈。
[0136]除使用其它的各种各样的无机粒子外，按照上述的步骤制作电磁线圈。所使用的无机粒子的特性以及所制作的电磁线圈中的绝缘包覆体的特性表示在表1。
[0137]在表1中，作为无机粒子的特性，表示无机粒子的种类(六方晶氮化硼、氮化铝、熔融硅石)、二次凝聚粒子的有无以及最大粒径(μπι)。另外，作为绝缘包覆体的特性，表示云母层和加强层之比(t3/t4)、玻璃布的开口率Κ7、填料层中的无机粒子的平均粒径Dave和加强层的厚度t4之比(Dave/t4)、耐电压(V )的相对值以及热传导率(W/m.K)的相对值。
[0138]下面，说明各特性的测定方法。
[0139]1.无机粒子的特性
[0140](1-1) 二次凝聚粒子的有无
[0141]无机粒子中的二次凝聚粒子的有无是用电子显微镜观察绝缘包覆体的截面，判定是否存在一次粒子凝聚的状态(二次凝聚粒子)。
[0142](1-2) Dmax
[0143]无机粒子的最大粒径Dmax是用电子显微镜观察绝缘包覆体的截面，测定最大的无机粒子的长片。
[0144](1-3) Dave/14
[0145]对于无机粒子的平均粒径Dave和加强层的厚度t4之比(Dave/t4)的算出，通过下述的方法进行(a)无机粒子的平均粒径Dave以及(b)加强层4的厚度t4的测定。
[0146](a)无机粒子的平均粒径Dave
[0147]以500°C 焚烧被切断成Icm见方的绝缘包覆体，使用比重液，将无机粒子分离。接着，使用粒度分布计(日机装V ^ '7 口卜9 (Microtrack)MT3000),针对分离的无机粒子求出平均粒径(体积标准)。
[0148](b)加强层的厚度t4
[0149]用电子显微镜观察绝缘包覆体的截面，随机地计量50处的加强层4的厚度t4，将其平均值作为平均粒径Dave求出。
[0150]加强层4中的无机粒子的质量比率通过前述的步骤(1)~(8)求出。
[0151]2.电磁线圈中的绝缘包覆体的特性
[0152](2-1)热传导率
[0153]绝缘包覆体的热传导率是针对从电磁线圈的绝缘层切出的试验片，使用热传导率测定装置(NETZSCH 社，々七 7 y 7 7 y 'y T f y -1 (Xenon Flash Analyzer)LFA447NanoFlash (注册商标))测定。
[0154](2-2)耐电压特性
[0155]耐电压特性是针对从电磁线圈的绝缘包覆体切出的试验片，以200°C劣化4天后，在25 °C下，通过循序法施加电压，利用产生绝缘破坏的电压求出。
[0156][表 I]
[0157]
【权利要求】
1.一种电磁线圈，所述电磁线圈具有绝缘包覆体，所述绝缘包覆体在线圈导体上交替地层叠了包括云母的云母层和包括纤维强化材料、无机粒子以及树脂的加强层，所述电磁线圈的特征在于， 前述无机粒子包括将六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。
2.如权利要求1所述的电磁线圈，其特征在于，前述云母层的厚度t3和前述加强层的厚度t4之比(t3/t4)在1.6~2.2的范围内。
3.如权利要求1或2所述的电磁线圈，其特征在于，前述纤维强化材料由玻璃布构成，并且，前述玻璃布的开口率在35%~90%的范围内。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的电磁线圈，其特征在于，前述二次凝聚粒子的平均粒径相对于前述加强层的厚度t4，在0.5Xt4~1.2Xt4的范围内。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的电磁线圈，其特征在于，前述二次凝聚粒子的最大粒径在50 μ m以下。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的电磁线圈，其特征在于， 在前述绝缘包覆体中， 前述云母在45~55vol %的范围内， 前述纤维强化材料在5~7vol %的范围内， 前述无机粒子在3~12vol %的范围内， 前述树脂在30~45VoI %的范围内。
7.如权利要求1至6中的任一项所述的电磁线圈，其特征在于，前述纤维强化材料的厚度在10 μ m~40 μ m的范围内。
8.一种电磁线圈的制造方法， 所述电磁线圈具有绝缘包覆体，该绝缘包覆体在线圈导体上交替地层叠了包括云母的云母层和包括纤维强化材料、无机粒子以及树脂的加强层，其特征在于， 前述无机粒子包括将六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子， 所述电磁线圈的制造方法包括: 将包括前述云母、前述纤维强化材料以及前述无机粒子的绝缘带向前述线圈导体缠绕的工序；和 对被缠绕于前述线圈导体的前述绝缘带含浸液状的树脂组成物并使之硬化的工序。
9.如权利要求8所述的电磁线圈的制造方法，其特征在于，前述绝缘带中的前述二次凝聚粒子的单位面积重量在10g/m2~40g/m2的范围内。
10.一种绝缘带，所述绝缘带具有包括云母的云母层和包括纤维强化材料、无机粒子以及树脂且被层叠在前述云母层上的加强层， 所述绝缘带的特征在于，前述无机粒子包括将六方晶氮化硼的一次粒子凝聚而形成的二次凝聚粒子。
11.如权利要求10所述的绝缘带，其特征在于，前述无机粒子避开前述纤维强化材料被配置，前述纤维强化材料以及前述无机粒子通过前述树脂与前述云母层一体化。
12.如权利要求10或11所述的绝缘带，其特征在于，前述二次凝聚粒子的定向指数在15以下。
13.如权利要求10至 12中的任一项所述的绝缘带，其特征在于，前述二次凝聚粒子的平均粒径在10 μ m~40 μ m的范围内。
14.如权利要求10至13中的任一项所述的绝缘带，其特征在于，前述二次凝聚粒子由无机粘合剂凝聚，前述无机粘合剂包括从硼酸以及碱土类金属的硼酸盐构成的组中选择的至少I种。
15.如权利要求10至14中的任一项所述的绝缘带，其特征在于，前述二次凝聚粒子的孔隙率在40%以下。
16.如权利要求10至15中的任一项所述的绝缘带，其特征在于，上述纤维强化材料是开口率在40%以上的玻璃布，且前述玻璃布的厚度相对于前述二次凝聚粒子的平均粒径在0.6倍以上。
17.—种电磁线圈，其特征在于，具备: 线圈导体；和 绝缘包覆体，其具有缠绕在前述线圈导体的外周部上的权利要求10至16中的任一项所述的绝缘带，且前述绝缘带通过树脂与前述线圈导体一体化。
【文档编号】H02K3/30GK103930957SQ201280055757
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2012年11月12日 优先权日:2011年11月14日
【发明者】马渊贵裕, 山本茂之, 筑地真, 久保一树 申请人:三菱电机株式会社