CN102460906A - 电动机用绝缘片及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

形成线槽绝缘片(12)的电动机用绝缘片是将芳纶纸和PPS薄膜直接进行加压层叠而不使用粘接剂。即，在芳纶纸与PPS薄膜之间，未设置粘接剂层。与聚酰亚胺薄膜相比，PPS薄膜较为廉价，且例如散热性等热特性也较好，从而对热的耐久性也较好。其结果是，即使长时间暴露于高温下，也能维持较高的强度。另外，由于将芳纶纸和PPS薄膜直接进行层叠而未设置粘接剂层，因此，能减小相当于粘接剂层的厚度，从而能实现薄膜化。

Description

电动机用绝缘片及其制造方法
技术领域
本发明涉及例如电动机或发电机等的电动机用绝缘片，特别涉及机械特性、耐热性、电绝缘性、耐化学药品性优异的电动机用绝缘片及其制造方法。
背景技术
近年来，随着混合动力汽车或电动汽车等的普及，对小型且高输出的电动机进行了开发。在这样的用于混合动力汽车或电动汽车的电动机中，利用绝缘片在线圈与卷绕该线圈的铁心之间进行绝缘。作为用于电动机的绝缘片，例如使用被称为芳纶纸的耐热性合成绝缘纸。具体而言，例如已知有美国杜邦(Du Pont)公司的耐热性、机械特性、电绝缘特性优异的、厚度2～20密耳(mil：千分之一英寸)的芳族聚酰胺纸(商品名称：诺梅克斯(Nomex：注册商标)#410、诺梅克斯#411)等。使用该芳纶纸作为I.E.C.标准85(1984)的耐热分级中要求H级(180℃)的高耐热性的变压器、电动机、及发电机的绝缘材料。
另一个面，较便宜的聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯等聚酯类薄膜(以下称为PET类薄膜)的耐热性比芳纶纸要差，在I.E.C.标准85(1984)的耐热分级中是E级(120℃)。因此，这些PET类薄膜无法适用于混合动力汽车或电动汽车的电动机。
另外，作为无需满足H级左右的耐热性的F级(155℃)用绝缘材料，以往提出有如下所示的(A)～(C)的材料。
(A)有效利用芳纶纸的耐热性和抗氧化性的特征以及PET类薄膜的电绝缘性，将这两者用粘接剂进行贴合而形成的多层结构的绝缘材料。
(B)将芳纶纸和PET类薄膜在高温、高压下进行热粘接并层叠成一体而形成的绝缘材料。该绝缘材料是使间位芳纶纸与双向拉伸PET薄膜相重合、在温度220～250℃、线压50kg/cm以上的条件下进行加压、加热、从而通过热粘接来层叠成一体的芳纶层叠体。
(C)将PET熔接或以熔点以上的温度浸渍于包括芳纶纤维和芳纶浆粕的芳纶纸层(A层)的表面上，使所获得的层与PET薄膜相重合，然后，在220～250℃的辊子温度下，以50kg/cm以上的压力使PET之间进行熔接，再以100℃/分钟以上的降温速度进行急冷，从而获得层叠体。
然而，将上述(A)的芳纶纸和PET类薄膜利用粘接剂进行贴合而形成的绝缘材料的粘接剂较硬。因此，存在以下缺点：即，有损芳纶纸和PET类薄膜的优异的柔性，从而弯曲加工等的加工性较差。另外，在将上述(A)运用于含有润滑油等油的设备时，粘接剂成分有可能会溶出至油中，从而限制了用途。此外，由于粘接剂的层具有几μ至几十μm左右的厚度，因此，片材的厚度会增加，从而会妨碍电动机的小型化。
与此不同的是，上述(B)、(C)的材料未使用粘接剂，而是利用热熔接将芳纶纸与PET类薄膜进行接合。由此，(B)和(C)的材料消除了使用粘接剂的缺点。然而，由于上述(B)的材料的热熔接的温度接近PET的熔点(约260℃)，因此，PET薄膜的尺寸变化较大。其结果是，(B)的材料容易发生翘曲、收缩、褶皱，从而会产生PET有一部分晶化等的问题。因而，实际情况是(B)的材料难以获得质量稳定的产品。上述(C)的材料也与(B)的材料相同，热熔接温度较高。因此，在(C)的材料中，浸渍于芳纶纸的PET的一部分会发生晶化，从而会有损优异的柔性。
另外，作为I.E.C.标准的耐热分级中满足H级(180℃)的材料，提出有用特殊的粘接剂将芳纶纸与聚酰亚胺薄膜进行层叠而获得的材料。然而，聚酰亚胺薄膜非常昂贵，且作为结果而获得的芳纶纸和聚酰亚胺薄膜的层叠体也是昂贵的材料。因此，无法将该芳纶纸和聚酰亚胺薄膜的层叠体推广运用于普及用的混合动力汽车和电动汽车。
其结果是，难以在不导致价格的上升的前提下，兼顾例如耐热性和散热性等热特性与耐久性。另外，厚度增加或柔性降低、以及热特性降低会妨碍电动机中的线圈匝数增加，从而存在会妨碍电动机性能的进一步提高的问题。
发明内容
因此，本发明提供一种电动机用绝缘片及其制造方法，该电动机用绝缘片以低廉的价格兼顾热特性和耐久性，从而有助于电动机进一步小型化和提高性能。
本发明的电动机用绝缘片是在电动机的铁心与线圈之间进行绝缘的电动机用绝缘片，其特征在于，包括：芳纶纸，该芳纶纸以芳纶纤维和短纤维为主体，形成为纸状；以及芳族聚合物薄膜，该芳族聚合物薄膜由从包括聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、及对位芳族聚酰胺的组中选出的一种或两种以上所形成，呈片状，将其直接与所述芳纶纸进行加压层叠。
利用上述结构，本发明的电动机用绝缘片将芳纶纸和芳族聚合物薄膜直接进行加压层叠，而不使用粘接剂。即，在芳纶纸与芳族聚合物薄膜之间，未设置粘接剂层。与聚酰亚胺薄膜相比，芳族聚合物薄膜较为廉价，且例如散热性等热特性也较好，从而对热的耐久性也较好。其结果是，即使长时间暴露于高温下，也能维持较高的强度。另外，由于将芳纶纸和芳族聚合物薄膜直接进行层叠而未设置粘接剂层，因此，能减小相当于粘接剂层的厚度。因而，能进一步实现薄膜化。其结果是，能实现线圈匝数增加而不导致电动机大型化。而且，由于能实现薄膜化，因此，热传导率较高，从而有助于线圈散热。因而，既能以低廉的价格兼顾热特性和耐久性，又能有助于电动机进一步小型化和提高性能。
另外，本发明的电动机用绝缘片是在芳族聚合物薄膜的两个面上都层叠有芳纶纸。将芳纶纸与芳族聚合物薄膜直接进行层叠。因此，即使在芳族聚合物薄膜的两个面上都层叠芳纶纸，也能抑制整个厚度增加。因而，能有助于电动机进一步小型化和提高性能。
此外，本发明的电动机用绝缘片使用聚苯硫醚(PPS：Poly PhenyleneSulfide)薄膜来作为芳族聚合物薄膜。PPS的耐热性较好，且机械强度也较高。因此，即使减小厚度也能维持高强度。因而，既能提高耐久性，又能有助于电动机进一步小型化和提高性能。
本发明的电动机用绝缘片的制造方法的特征在于，包括：准备芳纶纸和芳族聚合物薄膜的工序，所述芳纶纸以芳纶纤维和短纤维为主体，形成为纸状，所述芳族聚合物薄膜由从包括聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、及对位芳族聚酰胺的组中选出的一种或两种以上的材料所形成，呈片状；对所述芳纶纸或所述芳族聚合物薄膜之中的至少一种材料的表面实施等离子体处理的工序；以及以实施了等离子体处理的面作为接合面、对所述芳纶纸和所述芳族聚合物薄膜进行加压并进行接合的工序。
在本发明的电动机用绝缘片的制造方法中，对芳纶纸或芳族聚合物薄膜之中的至少一种材料的表面实施等离子体处理。然后，以实施了等离子体处理的面作为接合面，对芳纶纸和芳族聚合物薄膜进行加压并进行接合。这样，通过对芳纶纸或芳族聚合物薄膜的表面实施等离子体处理，从而能将两者进行接合而不使用粘合剂。其结果是，无需粘接剂层，从而能实现厚度减小。因而，既能以低廉的价格兼顾热特性和耐久性，又能有助于电动机进一步小型化和提高性能。
附图说明
图1是表示运用一个实施方式所涉及的电动机用绝缘片的电动机的铁心的简要立体图。
图2是表示包括一个实施方式所涉及的电动机用绝缘片的线槽绝缘片的简要立体图。
图3是表示包括一个实施方式所涉及的电动机用绝缘片的楔子的简要立体图。
图4是表示包括一个实施方式所涉及的电动机用绝缘片的相间片材的简要立体图。
图5是简要表示低温等离子体处理机的结构的纵向剖视图。
图6是表示一个实施方式所涉及的电动机用绝缘片的接合温度和接合压力与接合强度之间的关系的图。
图7是表示对一个实施方式所涉及的电动机用绝缘片与市售的比较例的耐热性进行比较而获得的试验结果的图。
具体实施方式
下面，基于附图，对实施方式进行说明。
一个实施方式的电动机用绝缘片是芳纶—芳族聚合物薄膜层叠体。在芳纶—芳族聚合物薄膜层叠体中，直接将芳纶纸和芳族聚合物薄膜进行热接合，而不设置粘接剂。
如图1所示，电动机用绝缘片用于对例如混合动力汽车或电动汽车所使用的电动机的铁心10与线圈进行绝缘。电动机的铁心10为内周侧具有径向凹凸的形状，在向其内周侧突出的多个突出部11上分别卷绕有线圈。为了在该线圈与铁心10的突出部11之间进行绝缘，在铁心10的突出部11与线圈之间插入由如图2所示的电动机用绝缘片所形成的线槽绝缘片12。
具体而言，在图1所示的铁心10的突出部11之间插入线槽绝缘片12。然后，在将线槽绝缘片12插入铁心10之后，以将绝缘片12夹在线圈与突出部11之间的状态绕上线圈。另外，对电动机的铁心10，再插入或设置图3所示的楔子13、或图4所示的相间片材14等。这样的线槽绝缘片12、楔子13及相间片材14都由本实施例的电动机用绝缘片形成。因此，对于形成线槽绝缘片12、楔子13及相间片材14的电动机用绝缘片，不仅理所当然地需要有较高的绝缘性，而且需要有较高的热耐久性、以及将线圈所产生的热传导至铁心10的导热性。另外，由于将线槽绝缘片12夹在铁心10与线圈之间，因此，越薄越好。使线槽绝缘片12减薄，从而在铁心10的圆周方向上相邻的突出部11之间的间隔、即能绕上线圈的空间会增大。其结果是，若铁心10的突出部11之间的距离、即突出部11之间的空间具有相同的容积，则能增加线圈的匝数，若线圈的匝数相同，则能减少铁心10的突出部11之间的容积。对于楔子13和相间片材14也相同。其结果是，实现了薄膜化的电动机用绝缘片能有助于兼顾电动机的小型化和高输出。
下面，对电动机用绝缘片进行详细说明。
芳纶纸形成为以包含聚间亚苯基间苯二甲酰胺(间位芳纶)的纤维和短纤维为主体的纸状。对该芳纶纸的纸表面进行低温等离子体处理，从而赋予该芳纶纸能在其自身与芳族聚合物薄膜之间直接进行热接合的特性。
详细而言，作为本实施方式所使用的芳纶纸，采用市售的厚度5mil(“1mil”是1/1000英寸)的芳纶纸。该芳纶纸例如由杜邦帝人特种纸(日本)有限公司(DuPont Teijin Advanced Papers(Japan)Ltd.)以“诺美(NOMEX)”的商品名称进行市售。另外，作为本实施方式所使用的芳族聚合物薄膜，采用市售的厚度50μm的PPS薄膜。该PPS薄膜例如由日本东丽株式会社(TorayIndustries，Inc)以“TORERINA”的商品名称进行市售。
利用图5所示的内部电极方式的低温等离子体处理机1，改变处理强度等条件，对芳纶纸与PPS薄膜之间的接合面实施低温等离子体处理。在这种情况下，低温等离子体处理机1的处理强度在30W·min/m2～1500W·min/m2的范围内。在本实施方式的情况下，芳纶纸的接合面侧的原子数之比X(O/C)为0.31。
图5所示的低温等离子体处理机1包括可进行密封的处理室2。该处理室2的内部收纳有处理用辊子3，并具有电极4，所述电极4稍稍空开间隙而包围在该处理用辊子3的周围。电极4与高频电源5相连接，处理用辊子3接地。通过打开与真空泵相连接的阀门6来对处理室2的内部进行减压，并通过打开与气体提供源相连接的阀门7来向处理室2的处理部分、即放电部分提供处理用的气体。这里，作为处理用的气体，例如采用氩气或氮气。处理室2还设置有测量内部压力的压力计8。
将卷绕成辊筒状的处理前的芳纶纸F从提供部9拉出，一边利用处理室2内的多个导向辊10对所述芳纶纸F进行导向，一边将其在处理用辊子3上卷绕一周左右。由此，芳纶纸F通过处理用辊子3与电极4之间的处理部分。在该处理部分对芳纶纸F进行等离子体处理之后，一边利用导向辊10对所述芳纶纸F进行导向，一边在卷绕部11将其进行再卷绕。对芳纶纸F的接合面进行低温等离子体处理。即，在将PPS薄膜与芳纶纸F的两面相接合的情况下，对芳纶纸F的两面都实施等离子体处理。另外，在将PPS薄膜与芳纶纸F的单面相接合的情况下，只对芳纶纸F的与PPS相接合的一侧的面实施等离子体处理。
对与芳纶纸相接合的PPS薄膜的表面也实施改善接合性的处理。利用内部电极方式的低温等离子体处理机1，与上述相同地也对PPS薄膜实施低温等离子体处理。直接将这些经等离子体处理的芳纶纸和PPS薄膜进行热接合，以形成电动机用绝缘片。在进行热接合时，使用热压机，将使芳纶纸与PPS树脂薄膜重合而得的层叠体夹在例如经加热的热板间，并进行10分钟的加压(压力20kg/cm2)。之后，释放压力，取出已接合的电动机用绝缘片，使其自然冷却至室温。
下面，基于图6，对电动机用绝缘片的接合温度和接合压力与接合强度之间的关系进行说明。
在图6的情况下，标记“◎”表示接合强度极高的“最好”，标记“○”表示接合强度较高的“较好”，标记“△”表示接合强度比“○：较好”要低的“一般”，标记“×”表示接合强度不够的“差”。作为产品，优选为达到“○：较好”以上。在该图6中，对将实施了上述的等离子体处理的芳纶纸和PPS薄膜进行热接合时的温度与压力之间的关系进行了验证。由图6可知，接合温度越高，接合强度越高，且接合压力越大，接合强度越高。这样，适当地选择接合温度和接合压力，从而能使电动机用绝缘片获得足够的接合强度。
接着，在耐热性上对电动机用绝缘片的实施例与市售的比较例进行比较，将比较的试验结果示出于图7。
实施例和比较例都在PPS薄膜的两面上接合有芳纶纸。这里，比较例与实施例不同，是利用粘接剂将芳纶纸与PPS薄膜相接合的市售的层叠体。即，在比较例的情况下，在芳纶纸与PPS薄膜之间，设置有粘接剂层。以较高的粘接力将芳纶纸与PPS薄膜进行接合、且耐热性较好的粘接剂还未开发出来。因此，与本实施例相比，市售的芳纶纸与PPS薄膜的层叠体的热特性和耐久性较差，厚度也较大。
图7表示对将电动机用绝缘片的实施例和比较例的层叠体放入设定为180℃的加热烘箱并经过一定时间之后的、拉伸强度的保持率进行测定而得的结果。这里，所谓拉伸强度的保持率是指将放入烘箱之前的初始状态的拉伸强度设为“100％”的、经过一定时间之后的拉伸强度。在图7中，标记“◎”表示拉伸强度的保持率为“100％”，标记“○”表示拉伸强度的保持率为“80％以上”，标记“△”表示拉伸强度的保持率为“50％以上”，标记“×”表示拉伸强度的保持率为“小于50％”。另外，在图7中所示的数字表示拉伸强度的保持率(％)。
由图7可知，即使暴露于180℃下的时间经过2000小时，电动机用绝缘片的实施例的拉伸强度的保持率也维持在100％。即，即使在180℃的环境中经过2000小时，电动机用绝缘片的实施例也维持足够的拉伸强度。另一方面，在比较例的层叠体的情况下，暴露在180℃的环境中的时间越长，拉伸强度的保持率下降得越低。具体而言，在比较例的情况下，若经过250小时，则拉伸强度的保持率将下降至85％，若经过2000小时，则拉伸强度的保持率将下降至30％。
在混合动力汽车和电动汽车的情况下，要求当暴露在180℃的环境中的状态下经过2000小时以上时、维持拉伸强度的保持率。在无法满足该要求的情况下，电动机的长时间使用有可能会导致绝缘破坏，或者有可能会导致电动机性能下降。
如图7所示，即使经过2000小时，电动机用绝缘片的实施例也能维持足够的拉伸强度。这样，电动机用绝缘片的实施例能满足混合动力汽车和电动汽车的电动机所要求的性能。与此不同的是，比较例的层叠体的恶化的进展较为明显，若经过2000小时，则拉伸强度的保持率将下降至50％以下。因此，比较例的层叠体对于混合动力汽车和电动汽车的电动机不实用。
如以上所说明的那样，本实施方式的电动机用绝缘片作为适用于混合动力汽车和电动汽车的电动机的绝缘片具有足够的性能。对于本实施方式的电动机用绝缘片，是直接将芳纶纸和PPS薄膜进行加压层叠，而不使用粘接剂。即，在芳纶纸与PPS薄膜之间，未设置粘接剂层。与聚酰亚胺薄膜相比，PPS薄膜较为廉价，且例如散热性等热特性也较好，对热的耐久性也较好。其结果是，即使长时间暴露于高温下，也能维持较高的强度。另外，由于将芳纶纸和PPS薄膜直接进行层叠而未设置粘接剂层，因此，能减小相当于粘接剂层的厚度。因而，能进一步实现薄膜化。其结果是，能实现线圈匝数增加而不导致电动机大型化。而且，由于能实现薄膜化，因此，热传导率较高，从而有助于线圈散热。因而，既能以低廉的价格兼顾热特性和耐久性，又能有助于电动机进一步小型化和提高性能。
另外，电动机用绝缘片在PPS的两个面上都层叠有芳纶纸。将芳纶纸与PPS薄膜直接进行层叠。因此，即使在芳族聚合物薄膜的两个面上都层叠芳纶纸，也能抑制整个厚度增加。因而，既能维持绝缘性，又能有助于电动机进一步小型化和提高性能。
此外，电动机用绝缘片使用PPS薄膜来作为芳族聚合物薄膜。PPS的耐热性较好，且机械强度也较高。因此，即使减小厚度也能维持高强度。因而，既能提高耐久性，又能有助于电动机进一步小型化和提高性能。
电动机用绝缘片对芳纶纸和PPS薄膜之中的至少一种材料的表面实施等离子体处理。然后，以实施了等离子体处理的面作为接合面，对芳纶纸和PPS薄膜进行加压并进行接合。这样，通过对芳纶纸或PPS薄膜的表面实施等离子体处理，从而能将两者进行接合而不使用粘合剂。其结果是，无需粘接剂层，从而能实现厚度减小。因而，既能以低廉的价格兼顾热特性和耐久性，又能有助于电动机进一步小型化和提高性能。
在以上所说明的实施方式中，对使用PPS薄膜来作为芳族聚合物薄膜的例子进行了说明。但是，芳族聚合物不仅可使用PPS，例如聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、以及对位芳族聚酰胺等也与PPS相同能够适用于电动机用绝缘片。
标号说明
图中，标号1表示低温等离子体处理机，标号2表示处理室，标号3表示处理用辊子，标号4表示电极，标号F表示芳纶纸。

Claims (5)

1.一种电动机用绝缘片，所述电动机用绝缘片是在电动机的铁心与线圈之间进行绝缘的电动机用绝缘片，其特征在于，包括：
芳纶纸，该芳纶纸以芳纶纤维和短纤维为主体，形成为纸状；以及
芳族聚合物薄膜，该芳族聚合物薄膜由从包括聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、及对位芳族聚酰胺的组中选出的一种或两种以上的材料所形成，呈片状，将其直接与所述芳纶纸进行加压层叠。
2.如权利要求1所述的电动机用绝缘片，其特征在于，
在所述芳族聚合物薄膜的两个面上都层叠有所述芳纶纸。
3.如权利要求1或2所述的电动机用绝缘片，其特征在于，
所述芳族聚合物薄膜包括聚苯硫醚薄膜。
4.一种电动机用绝缘片的制造方法，其特征在于，包括：
准备芳纶纸和芳族聚合物薄膜的工序，所述芳纶纸以芳纶纤维和短纤维为主体，形成为纸状，所述芳族聚合物薄膜由从包括聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、及对位芳族聚酰胺的组中选出的一种或两种以上的材料所形成，呈片状；
对所述芳纶纸或所述芳族聚合物薄膜之中的至少一种材料的表面实施等离子体处理的工序；以及
以实施了等离子体处理的面作为接合面、对所述芳纶纸和所述芳族聚合物薄膜进行加压并进行接合的工序。
5.如权利要求4所述的电动机用绝缘片的制造方法，其特征在于，
所述芳族聚合物薄膜包括聚苯硫醚。
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