JP2014534552A - 高温用途用のハイブリッド誘電体膜 - Google Patents

Abstract

高温電気機械において使用される高温絶縁組立体、および高温電気機械において導電材料を絶縁するための高温絶縁組立体を形成する方法。組立体は、高分子膜、および高分子膜上に配置された少なくとも１つのセラミック被膜を含む。高分子膜は、導電性配線上に配置される、または相分離およびスロットライナ用の導体巻線絶縁体として使用される。少なくとも１つのセラミック被膜は、１ナノメートル〜１０，０００ナノメートルの範囲にある厚さを有することができる。【選択図】図２

Description

本開示は、一般に熱酸化およびコロナ放電耐性を改善した組立体およびそうした改善を行う方法に関し、より詳細には可撓性の耐高熱性誘電体材料を形成する組立体およびそうした材料を形成するための方法に関する。

電動機および発電機における絶縁材料として有用である高分子膜が知られている。知られている高分子膜は、電気的結線のショート、すなわち短絡を抑止するために導電材料を他の導電材料から絶縁する誘電体材料として働く。絶縁は、電圧ハザードに対する保護を行い、電流のリークならびに放電および短絡を抑止する。

図１は、電動機１０の断面を概略的に示す。高分子膜は、様々な場所で絶縁材料として使用される。例えば、高分子膜は、相絶縁／コイル端絶縁１２として使用される。また、高分子膜は、接地絶縁／スロットライナ１４として使用される。また、高分子膜は、ターン絶縁１６、銅線被膜として使用されることがある。巻線１８、２０および２２は、電動機１０内の電圧ストレスレベルに対して配置される。交流電動機または発電機については、通常、１２０度間隔の３つの電圧位相がある。巻線１８は、一般に２つの異なる位相で互いに隣接する線を指し、この線は、最も高い電圧降下を有し、そのためこれらの相間電圧降下を分離しておくためには、線被膜に加えて絶縁体が必要である。巻線２０は、一般に接地されたスチール磁心（またはスチール積層板）に隣接する線を指す。線２０と磁心間の電圧は、対接地線間電圧であり、この電圧も高く、そのため線被膜に加えて接地絶縁が必要である。巻線２２は、同じ電圧位相で互いに隣接する線を指し、電圧降下が最小であり、そのため導電線上の被膜で十分な絶縁を行うことができる。

電動機および発電機において現在使用される高分子膜は、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリフェニレンオキシド、ポリイミドなどの高熱高分子膜、芳香族ポリイミド、芳香族ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルホン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）および他のフッ素重合体のうちの１つまたは複数から作られる。

膜様の材料は、そうした材料によって可撓性が与えられるため、電気機械において使用される線のような導電材料とともにしばしば使用される。導電材料は、しばしば湾曲したおよび／もしくは非平面的の向きに巻かれ、または保持されるという点において可撓性が必要である。導電材料に対して過度のストレスを生成せずに、そうした導電材料を適切に被膜するために、薄い膜様の材料が使用される。また、膜様の材料は、巻線のための相分離およびスロットライナとして頻繁に使用される。膜の可撓性および耐摩耗性は、膜が製造組み立て工程中に機械的ストレスに耐え抜くために必要である。

しかし、電動機および／または発電機における導電材料を絶縁するために使用される公知の高分子膜には、欠点が存在する。現在公知の高分子膜は、最大２６０°Ｃまでの熱安定性または温熱指数しか有していない。「熱安定性」（「ｈｅａｔ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ」）または「温熱指数」（「ｔｈｅｒｍａｌ ｉｎｄｅｘ」）が意味するものは、材料の誘電的および／または機械的完全性が２６０°Ｃで２０，０００時間の熱エージング後に損なわれないということである。温熱指数を定義するために使用される標準的な試験方法は、ＡＳＴＭ Ｄ２３０７に見出すことができる。最近の電動機および発電機は、２６０°Ｃよりも高熱に耐えることが可能な材料を必要とし、したがってより高温で動作するようにしばしば製造される。

前世代の電気駆動装置は、高いｄＶ／ｄＴ ＰＷＭ駆動によって駆動される最近のパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動の電動機／駆動装置と異なり、ほとんどが一定の周波数で動作する線間電圧で動作し、部分放電開始電圧（ＰＤＩＶ）またはコロナ開始電圧（ＣＩＶ）に近い、またはそれよりも高い電圧で動作した。

加えて、限られた容積／空間により、電気機械の線巻きならびにケーブル布線における高電圧信号／電力線の分離および間隔あけが制限され、高温とともに低圧が組み合わされたパワーエレクトロニクスは、結果としてしばしば放電に対するＰＤＩＶ／ＣＩＶに近い、またはそれよりも高い動作となる。

高分子膜が高温用途において使用される場合は、より大きな熱抵抗を実現するために従来、雲母、セラミックおよびガラステープが用いられている。しかし、それらの剛性および低い絶縁耐力のために、適切な絶縁耐力を達成するには厚さを厚くする必要がある。これらのタイプの絶縁を利用する電源装置のサイズおよび重量は、それぞれ、大きくおよび重くなる傾向があり、したがってシステムの出力密度が全体として犠牲にされる。

別の欠点は、公知の高分子膜が限られた期間しかコロナ放電に耐えることができないということである。例えば、発明者が行った実験において、ポリイミド膜に２０キロヘルツ（ｋＨｚ）の連続した矩形波パルスを加えた。ポリイミド膜は、破壊する点にまで劣化するか、または短絡するまでに、１０分持ちこたえなかった。

現在の最先端の絶縁膜の公知の欠点を考えると、電気機械における導電材料を絶縁するための改善された絶縁組立体および方法は、当技術分野において歓迎されるであろう。

欧州特許第２４９５９２２号

本開示の実施形態は、高温の電気機械において使用される高温絶縁組立体を含む。組立体は、高分子膜、および高分子膜上に配置された少なくとも１つのセラミック被膜を含む。高分子膜は、導電性配線上に配置されるか、または導体を巻く絶縁体として使用される。

本開示の別の実施形態は、非平面的の向きに巻かれた導電性配線を備える電動機または発電機、および導電性配線を絶縁するための絶縁組立体を含む電気機械を含む。絶縁組立体は、高分子膜、および高分子膜上に配置された少なくとも１つのセラミック被膜を含む。高分子膜は、導電性配線上に配置される、または導体を巻く絶縁体に使用される。

一実施形態は、高温の電気機械において導電材料を絶縁するための高温絶縁組立体を形成するための方法を含む。本方法は、高分子膜上にセラミック材料の少なくとも１つの層を堆積するステップ、ならびにセラミック材料の少なくとも１つの層および高分子膜を導電材料に隣接して配置するステップを含む。

これら、ならびに他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を添付図面とともに考察するとさらに理解され、および／または明確になる可能性がある。

絶縁が使用される様々な場所を示す電動機の概略断面図である。 実施形態による絶縁組立体の概略図である。 実施形態によるセラミック被膜の概略図である。 実施形態による絶縁組立体を示す透過型電子顕微鏡画像である。 実施形態による絶縁組立体を形成するための堆積システムの概略図である。 実施形態による絶縁組立体を形成するための堆積システムの概略図である。 公知の絶縁組立体および実施形態により形成された絶縁組立体の熱的安定性を示すグラフ表示であり、１０°Ｃ／分の温度上昇レートでの温度に対する重量損失を百分率でプロットする。 実施形態による導電材料のまわりに絶縁組立体を形成するための処理ステップを示す図である。

本明細書は、本システム／方法の実施形態および態様をよりよく定義し、その作製を実施する当業者を手引きするある一定の定義および方法を提供する。特定の用語または語句に対する定義の提供、または提供の欠如は、いかなる特定の重要性も、または重要性の欠如も意味することは意図されておらず、むしろ、別段の指摘がなければ、用語は、当業者による慣例的な用法に従って理解されるものとする。

別段の定めがなければ、本明細書で使用される用語は、本発明が属する当技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用されるような「第１の」（「ｆｉｒｓｔ」）、「第２の」（「ｓｅｃｏｎｄ」）などの用語は、いかなる順序、量、または重要性も意味せず、むしろある要素を別の要素と区別するために使用される。また、「１つの」（「ａ」）、「１つの」（「ａｎ」）という用語は、量の限定を意味せず、むしろ参照されたアイテムの少なくとも１つの存在を意味し、「前」（「ｆｒｏｎｔ」）、「後」（「ｂａｃｋ」）、「底部」（「ｂｏｔｔｏｍ」）、および／または「上部」（「ｔｏｐ」）という用語は、別段の指摘がなければ、単に説明の便宜上使用され、いかなる１つの位置または空間的な向きにも限定されない。

量に関連して使用される「約」（「ａｂｏｕｔ」）という修飾語は、表示された値を包含し、文脈によって規定された意味を有する（例えば、特定の量の測定に関連する誤差の程度を含む）。本明細書の全体を通して「一実施形態」、「別の実施形態」、「実施形態」などへの言及は、その実施形態に関連して記載される特定の要素（例えば、特徴、構造、および／または特性）が、本明細書に記載される少なくとも１つの実施形態に含まれ、他の実施形態に存在しても、または存在しなくてもよいことを意味する。加えて、記載された発明の特徴が様々な実施形態において任意の適切な方法で組み合わせられてもよいことを理解されたい。

図２に示すように、絶縁セパレータ組立体１００が示されている。絶縁セパレータ１００は、第１のセラミック被膜１０４ａと第２のセラミック被膜１０４ｂとの間にはさまれた高分子膜１０２を含む。

高分子膜１０２は、架橋ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミドなどの高熱高分子膜、芳香族ポリイミド、芳香族ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）のうちの１つまたは複数から作られてもよい。あるいは、高分子膜１０２は、いくつか例を挙げると、任意の数の、例えば、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィドなどの他の適切な材料、またはペルフルオロアルコキシル（ＰＦＡ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、フルオロエチレン−プロピレン（ＦＥＰ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、およびポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などの他の適切なフッ素重合体から作られてもよい。

セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂのそれぞれは、単一の層、または多くの層の被膜から作られてもよい。さらに、セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂは、両方とも高分子膜１０２を間にはさむ代わりに、高分子膜の一方の側にあってもよい。セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ１つまたは複数の無機材料から作られてもよい。より具体的には、セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ窒化シリコン、酸化シリコン、オキシ窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ、ＶＩＩＡ、ＩＢおよびＩＩＢ族の元素の組み合わせ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢおよびＶＢ族の金属、希土類金属、およびそれらの任意の組み合わせから作られてもよい。

あるいは、セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ１つまたは複数の有機材料から作られてもよい。より具体的には、セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂは、それぞれ炭化シリコン、有機金属のシラン、または焼結後のセラミック被膜の形態から作られてもよい。

セラミック被膜１０４ａは、セラミック被膜１０４ｂとは異なる材料から作られてもよい。例えば、セラミック被膜１０４ａは、無機材料から作られてもよく、セラミック被膜１０４ｂは、有機材料から作られてもよい。あるいは、セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂのそれぞれが、異なる無機材料から作られてもよい。

図３に例示的なセラミック被膜１０４ａを示す。セラミック被膜１０４ｂも同様に形成されてもよいことを理解されたい。第１の被膜層１０６は、高分子膜１０２上に堆積される。第１の被膜層１０６は、本質的に有機であってもまたは無機であってもよい。次いで、第２の被膜層１０８が、第１の被膜層１０６上に堆積されうる。第２の被膜層１０８は、本質的に有機であってもまたは無機であってもよい。一実施形態において、第２の被膜層１０８は、第１の被膜層１０６と同じ材料から作られる。一実施形態において、第２の被膜層１０８は、第１の被膜層１０６と同じタイプの、すなわち有機または無機の材料から作られるが、そのタイプの異なる材料から作られる。例えば、一実施形態において、第１の被膜層１０６は、窒化シリコン（ＳｉＮｘ、ここにｘは約０．６〜２．０であり、以降ＳｉＮと呼ぶ）から作られ、第２の被膜層１０８は、炭化シリコン（ＳｉＣｘ、ここにｘは約１．０〜２．０であり、以降ＳｉＣと呼ぶ）から作られる。

第３の被膜層１１０が、第２の被膜層１０８上に堆積されうる。第３の被膜層１１０は、本質的に有機であってもまたは無機であってもよい。一実施形態において、第３の被膜層１１０は、第１の被膜層１０６と同じ材料から作られる。一実施形態において、第３の被膜層１１０は、第２の被膜層１０８と同じ材料から作られる。一実施形態において、第３の被膜層１１０は、第１の被膜層１０６と同じタイプの、すなわち有機または無機の材料から作られるが、そのタイプの異なる材料から作られる。一実施形態において、第３の被膜層１１０は、第２の被膜層１０８と同じタイプの材料から作られるが、そのタイプの異なる材料から作られる。一実施形態において、第１の被膜層１０６は、ＳｉＮから作られ、第２の被膜層１０８は、ＳｉＣから作られ、第３の被膜層１１０は、ＳｉＮから作られる。一実施形態において、第１および第２の被膜層１０６、１０８は、ＳｉＮから作られ、第３の被膜層１１０は、ＳｉＣから作られる。一実施形態において、第１の被膜層１０６は、ＳｉＮから作られ、第２の被膜層１０８は、ＳｉＣから作られ、第３の被膜層１１０は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）から作られる。

第４の被膜層１１２が、第３の被膜層１１０上に堆積されうる。第４の被膜層１１２は、本質的に有機であってもまたは無機であってもよい。一実施形態において、第４の被膜層１１２は、第１の被膜層１０６、第２の被膜層１０８、および／または第３の被膜層１１０と同じ材料から作られる。一実施形態において、第３の被膜層１１０は、第１、第２、および／または第３の被膜層１０６、１０８、１１０と同じタイプの、すなわち有機または無機の材料から作られるが、そのタイプの異なる材料からから作られる。一実施形態において、第１、第２、および／または第３の被膜層１０６、１０８、１１０は、ＳｉＮから作られ、第４の被膜層１１２は、ＳｉＣから作られる。一実施形態において、第１の被膜層、第２の被膜層および第３の被膜層１０６、１０８、１１０は、ＳｉＮから作られ、第４の被膜層１１２は、Ａｌ₂Ｏ₃から作られる。一実施形態において、第１の被膜層１０６は、ＳｉＣから作られ、第２の被膜層１０８は、ＳｉＮから作られ、第３の被膜層１１０は、ＳｉＣから作られ、第４の被膜層１１２は、Ａｌ₂Ｏ₃から作られる。

これらの実施形態は、本質的に単なる例示であって、他の材料および材料の組み合わせを用いてもよいことを理解されたい。例えば、被膜層の数は、図３に示す４層よりも多くまたは少なくてもよいことを理解されたい。さらに、無機材料が堆積され次いで有機材料が堆積される処理条件に徐々に調整されてもよい。

セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂは、熱酸化耐性において著しい改善を提供する。酸素は、その存在が劣化を加速し、ならびにコロナ放電のサイズに影響するという点で懸念事項である。

セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂの全体の厚さは、被膜の組成ならびにいくつかの競合する要因、すなわち熱抵抗および可撓性に基づいて決定される。セラミック被膜１０４ａ、１０４ｂの厚さならびに組成は、高分子膜１０２に提供される熱抵抗に影響を及ぼす。傾斜組成を設けること、すなわち１つまたはいくつかの材料の層が異なる材料（複数可）の第２の層の上に重なることにより、傾斜してない組成の被膜層を設けるよりも大きな熱抵抗が提供される。具体的には、傾斜組成は、材料間のインターフェースのしにくさをなくすことによって異なる材料間の付着を改善する。さらに、組成が厚いほど、より大きな熱抵抗が提供される。

しかし、組成が厚いほど、セラミック被膜のひび割れにつながる過度のストレスを生成することなく被膜された電気部品が呈することができる可撓性がより低くなる。一実施形態は、それぞれがサブミクロンからナノメートルの範囲にあるセラミック被膜１０４ａ、１０４ｂを提供する。一実施形態は、対になったセラミック被膜１０４ａ、１０４ｂの代わりに単一のセラミック被膜のみを提供する。

高分子膜１０２上に形成された、サブミクロンからナノメートルの範囲にあるセラミック被膜１０４ａ、１０４ｂは、高電圧および高温用途での電気部品を保護するための可撓性の耐高熱性誘電体シールドを提供する。サブミクロンからナノメートル厚の範囲にあるセラミック被膜を形成することにより、ハイブリッドセラミック被膜および高分子構造体は、膜の可撓性を維持しながら、熱酸化およびコロナが引き起こす劣化を克服する。そうした構造体は、従来の高分子材料が耐え抜くことができる温度よりも高い温度で、ならびに航空機およびより高い高度の用途において見出されるようなより高い電圧およびより低い圧力で使用することができる。そうした構造体は、例えば、電動機、変圧器、発電機、ダウンホール電動機、電力用電子基板用、ならびに電力およびエネルギーコンデンサ用の巻線および膜絶縁などの様々な高出力密度および高電圧用途において有用性を見出すことができる。

ここで、図４を参照すると、絶縁セパレータ組立体１００の透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像が示されている。絶縁セパレータ１００は、エポキシ材料１１６に付着させた材料１１４上に配置されたセラミック被膜１０４ａを含む。材料１１４は、例えば導電性部材であってもよい。セラミック被膜１０４ａは、厚さＣ_Tを有し、この厚さがサブミクロンからナノメートルの範囲にあってもよい。一実施形態において、厚さＣ_Tは、約１万ナノメートル〜１ナノメートルの範囲にある。一実施形態において、厚さＣ_Tは、約７５０ナノメートル〜２５ナノメートルの範囲にある。一実施形態において、厚さＣ_Tは、約５００ナノメートル〜５０ナノメートルの範囲にある。一実施形態において、厚さＣ_Tは、約３５０ナノメートル〜７５ナノメートルの範囲にある。一実施形態において、厚さＣ_Tは、約２５０ナノメートル〜１００ナノメートルの範囲にある。一実施形態において、厚さＣ_Tは、１０ナノメートル以下である。

特に図５を参照すると、高分子膜１０２上にセラミック被膜を堆積するための堆積システム２００が示されている。堆積システム２００は、堆積チャンバ２０２、１対のスプール２１０、２１２、および堆積組立体２１４ａ、２１４ｂを含む。ガス入口によって、ガスが堆積チャンバ２０２に入ることができ、高分子膜１０２上に材料を堆積させることができる。

高分子膜１０２は、繰り出しスプール２１０から巻き取りスプール２１２まで延在する。スプール２１０、２１２は、高分子膜１０２が堆積チャンバ２０２を通って移動するとき、高分子膜１０２に対して十分な張力を提供する。スプール２１０を繰り出しスプールと呼び、スプール２１２を巻き取りスプールと呼ぶが、反対もまた正確でありうることを理解されたい。さらに、スプール２１０、２１２は、それぞれが時計方向または反時計方向に回転できるように構成される。したがって、スプール２１０、２１２は、高分子膜１０２をスプール２１０からスプール２１２の方向に、または反対方向に堆積チャンバ２０２を通って移動させることができる。高分子膜１０２の移動方向を変更できることよって、ロール間機構を介して多層のセラミック被膜を連続的に高分子膜１０２に付着させることができる。方向を変更するとともに、高分子膜１０２上のセラミック被膜を傾斜組成を考慮して、堆積のための新しい材料を堆積チャンバ２０２に投入することができる。

堆積システム２００は、適切なやり方で材料を連続して堆積できるように構成されうる。堆積システムの実施形態は、化学気相堆積（「ＣＶＤ」）、プラズマ促進化学気相堆積（「ＰＥＣＶＤ」）、高周波プラズマ促進化学気相堆積（「ＲＦＰＥＣＶＤ」）、拡張性熱プラズマ化学気相堆積（「ＥＴＰＣＶＤ」）、スパッタリング、反応性スパッタリング、電子サイクロトロン共鳴プラズマ促進化学気相堆積（「ＥＣＲＰＥＣＶＤ」）、誘導結合プラズマ促進化学気相堆積（「ＩＣＰＥＣＶＤ」）、蒸発処理、原子層堆積処理、スラリー被膜、またはそれらの組み合わせによる堆積を考慮して構成される。

ここで図６を参照すると、堆積チャンバ３０２、１対のスプール２１０、２１２および堆積組立体を含む堆積システム３００が示されている。堆積チャンバ３０２は、バッフル３０６によって第２の堆積チャンバ３０８から隔離された第１の堆積チャンバ３０２を含む。１対の堆積チャンバ３０２、３０８が存在することによって、連続的なやり方で高分子膜上のセラミック材料を傾斜組成にすることができる。さらに、堆積チャンバ３０２、３０８のそれぞれは、堆積チャンバ間の著しい相互汚染を防ぐバッフル３０６によって、異なる材料を堆積することができる。

堆積システム内に３つ以上の堆積チャンバを含んでもよいことを認識されたい。膜様の構成要素上への材料の連続的な堆積についての詳細は、２０１１年７月１２日に発行され、本特許出願と共通の譲受人によって所有される米国特許第７，９７６，８９９号を参照されたい。米国特許第７，９７６，８９９号の全内容が参照により本明細書に組み込まれる。

ここで図７を参照すると、公知の絶縁組立体および本発明の実施形態により形成された絶縁組立体の熱的安定性を示すグラフ表示が示されている。図７に示す結果を提供する熱重量分析は、１０°Ｃ／分の温度上昇レートに基づく。

材料に対する温度が上昇すると、材料が熱関連の劣化を示し始める点が到来し、この劣化を重量損失の割合によって測定することができる。実験により、５〜１０重量百分率の割合で導電性部材を絶縁するために使用される材料が失われるとその導電性部材をショートさせてしまう可能性があることが示されている。図７は、被膜のない高分子膜、および本発明の実施形態によるセラミック被膜を有する高分子膜の熱重量分析を示す。温度変化が１０°Ｃ／分のレートであった図７に示すように、被膜のない高分子膜から約５重量百分率が失われた温度は、約５６３°Ｃである。セラミック被膜のない高分子膜から約１０重量百分率が失われた温度は、約５８８°Ｃである。図７におけるセラミック被膜を有する高分子膜から約５重量百分率が失われた温度は、約５７５°Ｃである。セラミック被膜を有する高分子膜から約１０重量百分率が失われた温度は、約６００°Ｃである。

次に、特に図８を参照し、全体に図２〜６を参照して、高電圧および高温用途において電気部品を保護するための可撓性のある高熱耐性の誘電体シールドを形成する方法について説明する。ステップ４００において、セラミック材料の少なくとも１つの層が高分子膜１０２などの高分子膜上に堆積される。ステップ４００は、バッチモードまたは連続モードのどちらで遂行されてもよい。連続モードでは、高分子膜は、１対のスプール間で、ならびに堆積チャンバ２００および／または３００などの堆積チャンバを通って延在することができる。高分子膜は、堆積チャンバを通って何度も送られ、多層のセラミック被膜が得られ、傾斜セラミック被膜組成を形成することができる。

次に、ステップ４０５において、高分子膜が導電材料に隣接して配置される。導電材料に隣接して配置する目的は、導電材料に絶縁を行い、高温環境および用途において導電材料のショートを抑止することである。さらに、セラミック被膜は、コロナ放電保護を行う。

本発明は、限られた数の実施形態に関してのみ詳細に説明したが、本発明がそうした開示した実施形態に限定されないことは容易に理解されるはずである。むしろ、本発明は、これまでに説明されていないが、本発明の趣旨および範囲に見合う任意の数の変形形態、変更形態、置換形態、または均等構成を組み込むために修正されてもよい。例えば、実施形態は、初めに単数を意味することが可能な用語で説明されたが、複数の構成要素が利用されてもよいことを認識されたい。さらに、本発明の様々な実施形態について説明したが、本発明の態様は、説明した実施形態の単に一部しか含みえないことを理解されたい。したがって、本発明は、上記の説明によって限定されると見なされるべきではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

１０ 電動機
１２ 相絶縁／コイル端絶縁
１４ 接地絶縁／スロットライナ
１６ ターン絶縁
１８ 巻線
２０ 巻線
２２ 巻線
１００ 絶縁セパレータ組立体
１０２ 高分子膜
１０４ａ セラミック被膜
１０４ｂ セラミック被膜
１０６ 被膜層
１０８ 被膜層
１１０ 被膜層
１１２ 被膜層
１１６ エポキシ材料
２００ 堆積システム
２０２ 堆積チャンバ
２１０ 繰り出しスプール
２１２ 巻き取りスプール
２１４ａ 堆積組立体
２１４ｂ 堆積組立体
３００ 堆積システム
３０２ 堆積チャンバ
３０８ 堆積チャンバ

Claims (25)

1. 高分子膜と、
   前記高分子膜の少なくとも一方の側に配置され、それによって電気機械において使用される高温絶縁組立体を形成する少なくとも１つのセラミック被膜と
   を備える高温絶縁組立体であって、
   前記高温絶縁組立体が導電性配線上に配置され、あるいは電圧ハザードに対する保護を行う、または電流のリーク、放電および／もしくは短絡電流を抑止するための絶縁体として使用される高温絶縁組立体。
2. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が１ナノメートル〜１０，０００ナノメートルの範囲にある厚さを有する請求項１記載の絶縁組立体。
3. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が１０ナノメートル〜１０００ナノメートルの範囲にある厚さを有する請求項２記載の絶縁組立体。
4. 前記セラミック被膜が前記高分子膜の両側に配置される請求項１記載の絶縁組立体。
5. 前記セラミック被膜が２つ以上の被膜を含む請求項１記載の絶縁組立体。
6. 前記被膜が異なる材料および異なる厚さのうちの少なくとも１つである請求項５記載の絶縁組立体。
7. 前記高温絶縁組立体が摂氏２２０度を超える温度で動作する請求項１記載の絶縁組立体。
8. 前記高分子膜がポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリイミド、芳香族ポリイミド、芳香族ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、フッ素化エチレンプロピレン、ペルフルオロアルコキシ、およびそれらの任意の組み合わせを含む請求項１記載の絶縁組立体。
9. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が１対のセラミック被膜を含み、前記高分子膜が前記１対のセラミック被膜の間にはさまれる請求項１記載の絶縁組立体。
10. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が無機の堆積材料を含む請求項１記載の絶縁組立体。
11. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が窒化シリコン、酸化シリコン、オキシ窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ、ＶＩＩＡ、ＩＢおよびＩＩＢ族の元素の組み合わせ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢおよびＶＢ族の金属、希土類金属、ならびにそれらの任意の組み合わせを含む請求項１０記載の絶縁組立体。
12. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が有機堆積材料を含む請求項１記載の絶縁組立体。
13. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が炭化シリコン、有機金属のシラン、または焼結後のセラミック被膜の形態を含む請求項１２記載の絶縁組立体、
14. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が多層の有機堆積材料の間に交互配置された多層の無機の堆積材料を含む請求項１記載の絶縁組立体。
15. 非平面的の向きに巻かれた導電性配線を備える電動機または発電機と、
    前記電動機または前記発電機の前記導電性配線および導電性本体を絶縁するための高温絶縁組立体とを備える電気機械であって、前記絶縁組立体が、
    高分子膜と、
    前記高分子膜の少なくとも一方の側に配置され、それによって電気機械において使用される前記高温絶縁組立体を形成する少なくとも１つのセラミック被膜とを含み、
    前記高温絶縁組立体が導電性配線上に配置される、または巻線と磁性材料間の絶縁体として使用される電気機械。
16. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が約１ナノメートル〜約１０，０００ナノメートルの範囲にある厚さを有する請求項１５記載の電気機械。
17. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が有機材料、無機材料、またはそれらの組み合わせを含む請求項１５記載の電気機械。
18. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が窒化シリコン、酸化シリコン、オキシ窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化シリコン、ＩＩＡ、ＩＩＩＡ、ＩＶＡ、ＶＡ、ＶＩＡ、ＶＩＩＡ、ＩＢおよびＩＩＢ族の元素の組み合わせ、ＩＩＩＢ、ＩＶＢおよびＶＢ族の金属、希土類金属、ならびにそれらの任意の組み合わせを含むグループの中からの１つまたは複数を含む請求項１７記載の電気機械、
19. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が多層の有機堆積材料の間に交互配置された多層の無機堆積材料を含む請求項１７記載の電気機械。
20. 高分子膜上にセラミック材料の少なくとも１つの層を堆積するステップと、
    前記セラミック材料の少なくとも１つの層および前記高分子膜を配置し、それによって前記絶縁組立体を形成するステップであって、前記絶縁組立体が電気機械における導電材料に近接して位置するステップと
    を含む高温絶縁組立体を形成するための方法。
21. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が約１ナノメートル〜約１０，０００ナノメートルの範囲にある厚さを有する請求項２０記載の方法。
22. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が有機材料、無機材料、またはそれらの組み合わせを含む請求項２０記載の方法。
23. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が窒化シリコン、酸化シリコン、オキシ窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化シリコン、およびそれらの任意の組み合わせを含むグループの中からの１つまたは複数を含む請求項２２記載の方法、
24. 前記少なくとも１つのセラミック被膜が多層の有機堆積材料の間に交互配置された多層の無機堆積材料を含む請求項２２記載の方法。
25. 前記堆積が、化学気相堆積（「ＣＶＤ」）、プラズマ促進化学気相堆積（「ＰＥＣＶＤ」）、高周波プラズマ促進化学気相堆積（「ＲＦＰＥＣＶＤ」）、拡張熱プラズマ化学気相堆積（「ＥＴＰＣＶＤ」）、スパッタリング、反応性スパッタリング、電子サイクロトロン共鳴プラズマ促進化学気相堆積（「ＥＣＲＰＥＣＶＤ」）、誘導結合プラズマ促進化学気相堆積（「ＩＣＰＥＣＶＤ」）、蒸発処理、原子層堆積処理、スラリー被膜、およびそれらの組み合わせを含む請求項２０記載の方法。