CN109155575B

CN109155575B - 金属板层叠体和其制造方法

Info

Publication number: CN109155575B
Application number: CN201780031210.9A
Authority: CN
Inventors: 浮谷孝一; 成濑新二; 藤森龙士; 近藤千寻; 田中康纪
Original assignee: DuPont Teijin Advanced Papers Japan Ltd
Current assignee: DuPont Teijin Advanced Papers Japan Ltd
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2017-04-25
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2037-04-25
Also published as: KR20190007496A; WO2017199703A1; TW201743543A; JP7004491B2; TWI731071B; JP2017208984A; CN109155575A

Abstract

提供金属板层叠体的制造方法，其包括：层叠多个金属板的步骤，在此层叠的金属板在金属板的厚度方向上具有平行的狭槽；在前述狭槽中插入层叠聚芳酰胺纸和树脂膜而得到的层叠绝缘片的步骤；通过使前述层叠的金属板改变角度地旋转从而形成斜扭的步骤。

Description

金属板层叠体和其制造方法

技术领域

本发明涉及在层叠多个金属板而得到的层叠体中，在狭槽中插入以聚芳酰胺纸作为主体的绝缘片后形成了斜扭的金属板层叠体、和其制造方法，特别涉及电动机中的转子或定子、和其制造方法。

背景技术

电动机的定子、转子中，狭槽与线圈的绝缘中使用片状绝缘材料、树脂涂装等手段。通过树脂涂装而形成绝缘层时，多使用在吹附热固性树脂的粉体后，在高温下进行固定化的手段。使用热固性树脂时，需要考虑了作业者的安全的防尘设备、树脂吹附后的固化中使用的固化炉。此外，与应用了绝缘片的情况下相比，由于使用固化炉，因此能量消耗量也多。进一步，在吹附粉体树脂时，能够在平滑的面上形成均匀厚度的绝缘层，但狭槽那样的组入结构的情况中，存在狭槽的端部等具有角的部分的绝缘层变薄的倾向。因此，需要将作为整体的粉体树脂吹附时的厚度设定为厚，但如果绝缘层变厚，则相应地线圈的占有率降低，因此存在效率降低的课题。

另一方面，将片状绝缘材料用于绝缘层时，定子、转子的狭槽中使短条状的片状绝缘材料在以沿着狭槽形状的方式弯曲的状态下进行插入。片状绝缘材料的情况与吹附粉体树脂的情况相比，绝缘层也变薄，因此能够进行电动机的小型化、高效率化。插入广泛使用效率优异的利用自动插入机的连续插入。然而，施加了斜扭的狭槽的情况中，狭槽的形状并非直线，因此难以将片状的绝缘材料通过自动插入机而插入。因此，已知如日本特开2012-196033号公报那样，在斜扭形成前的狭槽为直线的状态下插入绝缘片后，对层叠钢板施加扭转而与绝缘片一起形成斜扭的方法。如果施加扭转，则狭槽端的一端和另一端的距离变宽，但此时，插入的绝缘片需要追随狭槽。

多数情况中，绝缘片中使用聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜等树脂膜。以单独体使用这些树脂膜时，存在容易使得狭槽开口部的角、毛刺成为起点而发生树脂膜的破裂、破损的课题。日本特开2006-197662号公报中，公开了以聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)膜和聚苯硫醚(PPS)膜的层叠膜作为绝缘片的带斜扭定子。

发明内容

本发明的目的在于，提供对于具有斜扭的金属板层叠体的狭槽而言，应用由聚芳酰胺纸和树脂膜构成的高耐热绝缘片的金属层叠体和其制造方法、以及转子和定子。

本发明包括下述方式。

1.金属板层叠体的制造方法，其包括：

层叠多个金属板的步骤，在此层叠的金属板在金属板的厚度方向上具有平行的狭槽；

在前述狭槽中插入层叠聚芳酰胺纸和树脂膜而得到的层叠绝缘片的步骤；

通过使前述层叠的金属板改变角度地旋转从而形成斜扭的步骤。

2.根据上述1所述的金属板层叠体的制造方法，其中，前述层叠绝缘片是在树脂膜的单面上层叠有聚芳酰胺纸的2层结构。

3.根据上述1所述的金属板层叠体的制造方法，其中，前述层叠绝缘片是在树脂膜的两面上分别层叠有聚芳酰胺纸的3层结构。

4.根据上述1~3中任一项所述的金属板层叠体的制造方法，其中，前述层叠绝缘片的常温下的断裂伸长率为15%以上。

5.根据上述1~4中任一项所述的金属板层叠体的制造方法，其中，前述层叠绝缘片的厚度为30μm至2000μm。

6.金属板层叠体，其包含：

(a)层叠的多个金属板，在此层叠的金属板在金属板的厚度方向上具有平行的狭槽，且前述狭槽与芯棒具备恒定角度而倾斜，和

(b)插入前述狭槽中的层叠绝缘片，其包含至少各一层聚芳酰胺纸和树脂膜。

7.根据上述6所述的金属板层叠体，其中，前述(b)层叠绝缘片是在树脂膜的单面上层叠有聚芳酰胺纸的2层结构。

8.根据上述6所述的金属板层叠体，其中，前述(b)层叠绝缘片是在树脂膜的两面上分别层叠有聚芳酰胺纸的3层结构。

9.根据上述6~8中任一项所述的金属板层叠体，其中，前述(b)层叠绝缘片的常温下的断裂伸长率为15%以上。

10.根据上述6~9中任一项所述的金属板层叠体，其中，前述(b)层叠绝缘片的厚度为30μm至2000μm。

11.定子或转子，其包含上述6~10中任一项所述的金属板层叠体。

附图说明

图1是实施例1的金属板层叠体模型。

图2是形成斜扭的金属板层叠体的照片。

图3是表示3层结构的层叠绝缘片的一例的截面图。

具体实施方式

(层叠绝缘片)

层叠绝缘片是指使树脂膜的单面或两面与聚芳酰胺纸贴合而得到的形成至少2层以上的层结构的层叠片。图3是表示3层结构的层叠绝缘片的一例的截面图。层叠绝缘片10是使上述树脂膜12的表面和背面各自与上述聚芳酰胺纸11粘接而得到的聚芳酰胺纸-树脂膜-聚芳酰胺纸的3层结构。

绝缘层叠片的厚度优选为30μm~2000μm、优选为35μm~600μm、更优选为40μm~200μm。

层叠绝缘片的常温下的断裂伸长率优选为15%以上、更优选为20%以上。

使1张树脂膜与1张聚芳酰胺纸贴合而得到的2层产品能够提供薄的绝缘层，因此能够期待电动机、发电机的小型化。聚芳酰胺纸与通用树脂膜相比长期耐热性优异，因此优选在达到更高温的一侧配置聚芳酰胺纸。具有用2张聚芳酰胺纸挟持1张树脂膜而得到的结构的3层的层叠绝缘片在厚度方向上具有对象的结构，因此具有在贴合后也难以发生翘曲的优点，故而也适合于在自动插入机中使用。

(层叠绝缘片制造方法)

聚芳酰胺纸在树脂膜上的粘接可以使用粘接剂。粘接剂没有特别限定，可以使用市售的环氧树脂系、酚醛树脂系或丙烯酸树脂系的固化型粘接剂。可以使该粘接剂在树脂膜和聚芳酰胺纸中任一者或两者的表面上涂布、或浸渗于其中，将树脂膜和聚芳酰胺纸贴合并接合。

(聚芳酰胺)

本发明中聚芳酰胺是指酰胺键中的60%以上直接键合于芳香环的线状高分子化合物。作为这样的聚芳酰胺，可以举出例如聚间亚苯基间苯二甲酰胺和其共聚物、聚对亚苯基对苯二甲酰胺和其共聚物、共聚对亚苯基·3,4'-二苯醚对苯二甲酰胺等。

这些聚芳酰胺可以通过例如利用芳族酸二酰氯和芳族二胺的缩合反应的溶液聚合法、二阶段界面聚合法等来工业化制造，从而作为市售品而获取，但不限于此。这些聚芳酰胺之中，聚间亚苯基间苯二甲酰胺在具备良好的成型加工性、阻燃性、耐热性等特性方面是优选的。

(聚芳酰胺纤条体)

本发明中聚芳酰胺纤条体是指由聚芳酰胺形成的膜状微小颗粒，有时也被称为聚芳酰胺纸浆。制造方法可以例示出例如日本特公昭35-11851号、日本特公昭37-5732号公报等中记载的方法。聚芳酰胺纤条体与通常的木材纸浆同样地，具有抄纸性，因此在水中分散后，可以通过抄纸机成型为片状。此时，为了保持适合于抄纸的品质，可以实施所谓的叩解处理。该叩解处理可以通过盘磨机、打浆机、其他造成机械性切断作用的抄纸原料处理机器来实施。该操作中，纤条体的形态变化可以用JIS P8121中规定的滤水度(游离度)而监测。

本发明中，实施叩解处理后的聚芳酰胺纤条体的滤水度优选处于10~300cm³(加拿大标准游离度)的范围内。通过将滤水度控制为300cm³以下，由其成型的片材的强度提高。通过设为10cm³以上的滤水度，能够提高投入的机械动力的利用效率，能够提高每单位时间的处理量。进一步，实现了纤条体的适度微细化，抑制了粘接剂功能的降低。

(聚芳酰胺短纤维)

本发明中聚芳酰胺短纤维是指以聚芳酰胺作为原料并将纤维切断为规定的长度的纤维，作为这样的纤维，可以例示出例如デュポン公司的“ノーメックス(注册商标)”、“ケブラー(注册商标)”、帝人(株)的“コーネックス(注册商标)”、“テクノーラ(注册商标)”等，但不限于此。

聚芳酰胺短纤维可以优选具有0.05dtex以上且低于25dtex的范围内的纤度。纤度为0.05dtex以上的纤维在利用湿式法的制造(后述)中难以发生凝集，此外，纤度低于25dtex的纤维的纤维直径达到适度的大小。例如，如果为真圆形状且密度设为1.4g/cm，则在直径为45微米以上的情况下，有可能发生长径比的降低、力学补强效果的减少、聚芳酰胺纸的均匀性不良。

聚芳酰胺短纤维的长度优选选自1mm以上且低于25mm的范围。如果短纤维的长度为1mm以上，则聚芳酰胺纸的力学特性变得充分，如果低于25mm，则后述利用湿式法制造聚芳酰胺纸时，能够抑制“缠绕”“集束”等的发生。

(聚芳酰胺纸)

本发明中聚芳酰胺纸是指以前述聚芳酰胺纤条体和聚芳酰胺短纤维为主而构成的片状物，一般而言具有20μm~1000μm的厚度、优选25μm~500μm的厚度、更优选30μm~100μm的厚度。

进一步，聚芳酰胺纸一般而言具有10g/m²~1000g/m²的单位面积质量、优选15g/m²~400g/m²的单位面积质量、更优选20g/m²~100g/m²的单位面积质量。在此，聚芳酰胺纤条体与聚芳酰胺短纤维的混合比例可以设为任意，但优选将聚芳酰胺纤条体/聚芳酰胺短纤维的比例(质量比)设为1/9~9/1、更优选为2/8~8/2，但不限于该范围。

聚芳酰胺纸一般而言通过将前述聚芳酰胺纤条体和聚芳酰胺短纤维混合后进行片材化的方法而制造。具体而言，可以应用例如将上述聚芳酰胺纤条体和聚芳酰胺短纤维进行干混后、利用气流而形成片材的方法；将聚芳酰胺纤条体和聚芳酰胺短纤维在液体介质中分散混合后，喷射于液体透过性的支承体、例如网或带上而片材化，去除液体而干燥的方法等，这些之中，优选选择使用水作为介质的所谓湿式抄造法。

湿式抄造法中，一般而言为将至少含有聚芳酰胺纤条体、聚芳酰胺短纤维的单一或混合物的水性浆料向抄纸机送液并分散后，通过脱水、压榨和干燥，从而卷取为片材的方法。作为抄纸机，可以利用长网抄纸机、圆网抄纸机、倾斜型抄纸机和将它们组合的联合抄纸机等。利用联合抄纸机制造的情况中，通过将配合比率不同的浆料进行片材成型并合一，从而能够得到包含多个纸层的复合体片。抄造时，根据需要使用分散性改进剂、消泡剂、纸力增强剂等添加剂。

以上述方式得到的聚芳酰胺纸可以通过在一对辊间在高温高压下进行热压，从而提高密度、机械强度。热压的条件例如使用金属制辊时，可以例示出温度100~400℃、线压50~400kg/cm的范围内，但不限于此。热压时，还可以层叠多个聚芳酰胺纸。还可以按照任意顺序进行多次上述热压加工。

(树脂膜)

本发明中，作为树脂膜，可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、聚萘二甲酸乙二醇酯膜、聚苯硫醚膜。树脂膜优选具有常温下60%以上的断裂伸长率、更优选100%以上的断裂伸长率、进一步优选150%以上的断裂伸长率，厚度没有特别限定，优选为10μm~1000μm、更优选为20μm~600μm、更优选为30μm~200μm、更优选为30μm~100μm。作为这样的膜，可以例示出例如帝人デュポンフィルム(株)的“テフレックス(注册商标)”、“テイジン(注册商标)テトロン(注册商标)膜”、“テオネックス(注册商标)”、东レ(株)的“トレリナ(注册商标)膜”等，但不限于此。

(转子、定子)

电动机是利用转子和定子间的磁性排斥，从而将电能转化为力学能量的装置。其种类根据形状、结构、所使用的电源而存在多种变化，在汽车等的驱动电动机、小型电动机中，广泛使用在转子或定子的狭槽中导入线圈，通过流通电流而使转子旋转的方式。转子、定子中使用金属导体、磁石，但特别是为了减少涡流损耗，使用层叠有薄钢板的金属板的层叠体。固定层叠的金属板的方法中，有在各金属板上涂布粘接剂而粘接的方法；通过在层叠体的轴向上施加力并紧固从而一体化的方法等。

此外，在保护线圈的同时，为了抑制漏电流，需要在线圈-定子间或线圈-转子间设置绝缘层。根据施加的电压、产生的热量，选择最佳绝缘层。本发明中，对多个金属板层叠体，使用包含聚芳酰胺纸和树脂膜的层叠绝缘片。

(斜扭)

直流电动机中狭槽相对于旋转轴平行时，根据转子的位置，在旋转方向的扭矩方面产生偏差，有时引起电动机的噪音、振动。通过对狭槽相对于旋转轴赋予角度，在线圈中流通电流，由此所产生的电磁力在宽范围内分散，因此能够减少旋转时的扭矩的偏差。像这样，相对于狭槽的旋转轴带有角度的倾斜狭槽的状态被称为斜扭。对转子、定子赋予斜扭的方法大体分为两种。

一种是在层叠金属板时通过以各个规定的角度旋转而层叠、将各层固定化从而赋予斜扭的方法。此时，线圈的插入在形成斜扭后进行。赋予斜扭的另一种方法是在使金属板不错开地层叠后，通过错开各层叠板而赋予斜扭的方法。错开层叠板的方法中，有以分别旋转恒定角度的方式在各层叠板上预先形成凹凸，在层叠后在最上层和最下层中产生扭转的方法；通过在层叠的全部层叠板中贯穿销而给予恒定角度的倾斜，错开各层叠板的方法。此时，线圈的插入可以在赋予斜扭前进行，也可以在其后进行。

本发明中，可以使金属板不错开地层叠后将层叠绝缘片插入金属板层叠体的狭槽中，接着，通过错开各层叠板，从而形成斜扭。

以下，举出实施例，进一步具体说明本发明。应予说明，这些实施例仅仅是例示，不对本发明的内容进行任何限定。

实施例

[参考例]

(原料制备)

使用日本特开昭52-15621号公报中记载的由定子和转子的组合构成的纸浆颗粒的制造装置(湿式沉淀机)，制造聚间亚苯基间苯二甲酰胺的纤条体。将其用离解机、叩解机处理，将长度加权平均纤维长度调节为0.9mm。所得聚芳酰胺纤条体的滤水度为90cm³。另一方面，将デュポン公司制间位聚芳酰胺纤维(ノーメックス(注册商标)，单纱纤度2旦尼尔)切断为长度6mm(以下记为“聚芳酰胺短纤维”)。

(聚芳酰胺纸的制造)

将如上所述制备的聚芳酰胺纤条体和聚芳酰胺短纤维分别在水中分散，制作浆料。将这些浆料以聚芳酰胺纤条体与聚芳酰胺短纤维达到1/1的配合比率(重量比)的方式混合，用TAPPI式手动抄制机(截面积625cm²)制作片状物。聚芳酰胺纸的单位面积质量、厚度通过改变浆料的投入量而调节。接着，将其通过金属制压延辊而在温度330℃、线压300kg/cm的条件下进行热压加工，得到表1的实施例1和2、以及比较例1和2所示的聚芳酰胺纸。

[实施例1]

将通过[参考例]中记载的方法制作的聚芳酰胺纸(单位面积质量：27.2g/m²，厚度：0.042mm，密度：0.64g/cm³)和聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(帝人デュポンフィルム(株)制“テフレックス(注册商标)FT，厚度50μm”，常温下的断裂伸长率220%)用粘接剂贴合，得到聚芳酰胺纸-聚对苯二甲酸乙二醇酯膜-聚芳酰胺纸的3层层叠体。通过下述方法评价以这样的方式得到的层叠体的主要特性。

[测定方法]

(1)单位面积质量、厚度、密度

按照JIS C 2323-2实施，密度通过(单位面积质量/厚度)而算出。

(2)拉伸强度、常温下的断裂伸长率

按照JIS C 2323-2实施。

(3)斜扭形成时的断裂

斜扭时的伸长率使用模仿电动机的转子的金属板层叠体模型而测定。金属板层叠体模型如图1表示，使厚度2mm、直径100mm的不锈钢制圆盘层叠50张，分别在其中央部具备防止错位的芯棒3，在下部具备基座6，在上部具备带把手5的上盖4。在各金属板上，在圆周的同一位置上具备狭槽2。在狭槽2的上侧的上盖4和下侧的基座6上，形成螺钉孔7。

通过将上部的把手5沿着圆周方向旋转，连接于上盖4的旋转用柱使各金属板各自以同一角度旋转，由此形成斜扭。以沿着狭槽2的曲面的方式插入开有孔9的短条状层叠绝缘片8，使层叠绝缘片的孔9与上盖4和基座6的孔7对齐，通过螺钉和垫圈而固定。使把手旋转至60°，由此研究层叠绝缘片8的有无断裂。

[实施例2]

将通过[参考例]中记载的方法制作的聚芳酰胺纸(单位面积质量：41.2g/m²，厚度：0.058mm，密度：0.71g/cm³)和聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(帝人デュポンフィルム(株)制“テフレックス(注册商标)FT，厚度80μm”，常温下的断裂伸长率220%)用粘接剂贴合，得到聚芳酰胺纸-聚对苯二甲酸乙二醇酯膜的2层叠体。通过与实施例1相同的方法评价以这样的方式得到的层叠体的主要特性。

[比较例1]

将通过[参考例]中记载的方法制作的聚芳酰胺纸(单位面积质量：115g/m²，厚度：0.134mm，密度：0.86g/cm³)作为单独体，与实施例1同样进行评价。

针对实施例1和2、以及比较例1，将斜扭形成时的断裂的结果示于表1。如表1所示那样，在聚芳酰胺纸上贴合聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，由此与具有同等厚度的聚芳酰胺纸单独体相比，发现断裂时的伸长率大幅改善。根据上述结果，可以认为对带斜扭的金属板层叠体应用绝缘片时，有效的是使用实施例所示那样的伸长率大的绝缘片。所得3层绝缘片是在表面上配置有聚芳酰胺纸的结构，因此期待用于要求高耐热性的电动机的转子、定子。

表1

。

附图标记说明

1 金属板层叠体模型

2 狭槽

3 芯棒

4 上盖

5 把手

6 基座

7 螺钉孔

8 短条状绝缘片

9 孔

10 层叠绝缘片

11 聚芳酰胺纸

12 树脂膜。

Claims

1.金属板层叠体的制造方法，其包括：

层叠多个金属板的步骤，在此层叠的金属板具有与金属板的厚度方向平行的狭槽；

在所述狭槽中插入层叠聚芳酰胺纸和树脂膜而得到的层叠绝缘片的步骤；

通过使所述层叠的金属板改变角度地旋转从而形成斜扭的步骤，

所述树脂膜为选自聚对苯二甲酸乙二醇酯膜和聚萘二甲酸乙二醇酯膜中的树脂膜，

所述层叠绝缘片的常温下的断裂伸长率为15%以上。

2.根据权利要求1所述的金属板层叠体的制造方法，其中，所述层叠绝缘片是在树脂膜的单面上层叠有聚芳酰胺纸的2层结构。

3.根据权利要求1所述的金属板层叠体的制造方法，其中，所述层叠绝缘片是在树脂膜的两面上分别层叠有聚芳酰胺纸的3层结构。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的金属板层叠体的制造方法，其中，所述层叠绝缘片的厚度为30μm至2000μm。