JP4116236B2 - 積層部材およびそれを用いた回転電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱硬化性樹脂を含浸した繊維基材を複数積層し、加熱加圧して成形される積層部材およびそれを用いた回転電機に係り、特に熱伝導性の向上と機械特性の向上とを両立させ、また冷却性能を向上させるようにした積層部材およびそれを用いた回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、強化繊維または強化繊維の織布（クロス）等の繊維基材に熱硬化樹脂を含浸し、それを複数積層して加熱加圧して成形される積層板は、絶縁構造物として使用され、積層部材、あるいはＦＲＰと呼称されて、各方面で重用されてきている。
【０００３】
このうち、特に回転電機等の電気機器においては、ガラス強化繊維エポキシ樹脂積層板が、最も広く用いられてきている。
【０００４】
このガラス強化繊維エポキシ樹脂積層板は、電気絶縁性や機械特性に優れ、また耐熱的にも幅広く対応できるバランスのとれた特性を有しており、さらに経済的でもある。
【０００５】
しかしながら、熱伝導率が低く、利用領域に制限があることから、最近では熱伝導率の高い製品が望まれてきている。
【０００６】
ところで、通常、有機材料の熱伝導率を高くするためには、熱伝導率の高い無機質充填材を複合する手法が採られる。
【０００７】
そして、積層板においても、積層方向の室温から極低温までの収縮率を低下するために、無機質充填材を複合した研究が行なわれてきている。
【０００８】
例えば、「ＣＥＣ／ＩＣＭＣ in Albuque Arb-8 “GLASSFIBER REINFORCED PLASTICS FOR CRYOGENIC USE IMPROVEMENT OF THEMAL CONTRACTION AND ELASTICMODULUS IN THICKNESS DIRECTION」、および「強化プラスチック Vol.29、No．12、P．537 技術資料“極低温用エポキシＧＦＲＰの構成と物性”」等によれば、アルミナやシリカ等を、少量の１ないし２Vol％複合しただけでも、曲げ特性や圧縮特性等の機械特性がかなり低下している。
【０００９】
また、例えば“特開平９−２７２１５５号公報”では、収縮を少なくするために充填材を複合しているが、粒子径や形状を工夫して機械的強さの低下を少なくするようにしている。
【００１０】
しかしながら、熱伝導率を高くするためには、窒化物や酸化物の固い粒子をある程度大量に複合することが必要である。
【００１１】
代表的な充填材としては、例えば窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ等であるが、これらは機械特性を大幅に低下させてしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、熱伝導率の向上と機械特性とを両立させる積層板は、現在のところ存在せず、最近では、その出現が強く望まれてきている。
【００１３】
本発明の目的は、熱伝導性の向上と機械特性の向上とを両立させることが可能な積層部材を提供することにある。
【００１４】
さらに、本発明の目的は、冷却性能を向上させて、高出力化、小型化に寄与することが可能な回転電機を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、熱硬化性樹脂を含浸したモース硬度が７以上の繊維基材を複数積層し、加熱加圧して成形される積層部材において、熱硬化性樹脂に、モース硬度が７以下でかつ熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材を添加複合している。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による積層部材の構成例を示す断面図である。
【００４１】
すなわち、本実施の形態による積層部材は、図１に示すように、熱硬化性樹脂１を含浸した板状の繊維基材２を複数枚（本例では５枚）積層し、プレス型３により加熱加圧して成形される積層部材において、熱硬化性樹脂１に、モース硬度が７以下でかつ熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材４を添加複合した構成としている。
【００４２】
ここで、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材４としては、例えば酸化マグネシウムを用いることが好ましい。
【００４３】
この無機質充填材４である酸化マグネシウムは、モース硬度が６であり、モース硬度が７以下で最も熱伝導率の高い絶縁体に属し、平均粒子径が繊維基材２の繊維径の３倍程度以下の大きさのものが好ましい。
【００４４】
本積層部材は、実際には、次のようにして作製する。
【００４５】
すなわち、熱硬化性樹脂１中に、無機質充填材４である酸化マグネシウムを添加複合し、繊維基材２に塗布する。
【００４６】
次に、この繊維基材２を５枚積層し、プレス型３により加熱加圧して積層部材を作製する。
【００４７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による積層部材においては、熱硬化性樹脂１に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の酸化マグネシウム等の無機質充填材４を添加複合していることにより、熱伝導性を向上させることができる。
【００４８】
すなわち、積層部材に複合できる量的な限界から、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材４を配合することにより、熱伝導性を向上した積層部材として効果的である。
【００４９】
また、熱硬化性樹脂１に、モース硬度が７以下の酸化マグネシウム等の無機質充填材４を添加複合していることにより、繊維基材２を傷めないため、積層部材としての機械的な強度を低下することが無く、機械特性を向上させることができる。
【００５０】
さらに、機械加工性を大幅に向上させる（機械加工を容易にする）ことができる。
【００５１】
すなわち、無機質充填材４のモース硬度を７以下としたのは、一般に積層部材に多用されている繊維基材２（ガラスクロス）の繊維が、モース硬度が７のため、積層部材を加熱加圧する製造過程でクロスに傷を付けたり、繊維を破断したりすることで、積層部材の機械的強度に影響することが予測されるためである。
【００５２】
上述したように、本実施の形態による積層部材では、熱伝導性の向上と機械特性の向上とを両立させることが可能となる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
本実施の形態による積層部材は、前記図１に示した第１の実施の形態の積層部材における繊維基材２として、平織のガラスクロスを用いて構成している。
【００５４】
ここで、ガラスクロスとしては、特に織糸間に隙間空間のある目抜きガラスクロスを用いることが好ましい。
【００５５】
また、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材４としては、前記酸化マグネシウムに加えて、その他の成分も添加複合し、これらを主成分として用いることが好ましい。
【００５６】
次に、以上のように構成した本実施の形態による積層部材においては、繊維基材２として、目抜きガラスクロス等のガラスクロスを用いていることにより、前記第１の実施の形態の場合に比べて、熱伝導性をより一層向上させることができる。
【００５７】
すなわち、織り目が粗く透けた目抜きガラスクロスを使用すると、ガラス繊維の熱伝導率が低いため、積層部材にしても熱伝導性を低下させる要因が少なくなり、熱伝導率に及ぼす効果が大きい。
【００５８】
また、目抜きガラスクロスを使用した場合には、無機質充填材４による損傷が少ないため、モース硬度の高い無機質充填材も使用できると同時に、複合塗料溶液中における高熱伝導充填材の沈降防止や複合塗料溶液の粘度調整等のために、シリカ等を適用することが好ましいこともある。
【００５９】
さらに、無機質充填材４として、酸化マグネシウム以外に、その他の成分を必要に応じて添加複合していることにより、熱伝導性をさらにより一層向上させることができる。
【００６０】
上述したように、本実施の形態による積層部材では、より一層の熱伝導性の向上と機械特性の向上とを両立させることが可能となる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
本実施の形態では、前記第１または第２の実施の形態の積層部材をシート状またはテープ状とし、Ｂステージ化することにより、プリプレグシートまたはプリプレグテープを構成している。
【００６２】
本プリプレグシートまたはプリプレグテープは、実際には、前述した高熱伝導性の無機質充填材４を添加複合した絶縁塗料を、シート状またはテープ状の繊維基材２に塗布し、Ｂステージ化して作製する。
【００６３】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるプリプレグシートまたはプリプレグテープにおいては、積層部材をシート状またはテープ状とし、Ｂステージ化していることにより、絶縁層の熱伝導性を向上させることができる。
【００６４】
特に、電気的に絶縁性で高熱伝導を必要とする凹凸面や曲面を有する個所の接着等に使用する場合に、極めて有用な効果を奏することができる。
【００６５】
（変形例）
前記第１または第２の実施の形態の積層部材をシート状またはテープ状とし、その少なくとも片面に、マイカ、または無機質充填材とマイカとを複合した層を形成し、Ｂステージ化することにより、プリプレグシートまたはプリプレグテープを構成するようにしてもよく、
上述したように、本実施の形態によるプリプレグシートまたはプリプレグテープでは、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、電気的に絶縁性で高熱伝導を必要とする凹凸面や曲面を有する個所の接着等に使用する場合に極めて有用な絶縁部材を得ることが可能となる。
【００６６】
（第４の実施の形態）
本実施の形態では、前記第３の実施の形態またはその変形例のプリプレグシートまたはプリプレグテープを、導体で構成されたコイルに所定回巻き付けて絶縁層として硬化成形することにより、絶縁コイルを構成し、さらに当該絶縁コイルを備えて回転電機を構成している。
【００６７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による絶縁コイルおよびそれを備えた回転電機においては、プリプレグシートまたはプリプレグテープを巻き付けて絶縁層として硬化成形した絶縁コイルとしていることにより、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、コイルの小型化、冷却性能の向上に寄与することができる。
【００６８】
また、第３の実施の形態のプリプレグシートまたはプリプレグテープは、比較的低電界の回転電機コイルに、またその変形例のプリプレグシートまたはプリプレグテープは、比較的高電界の回転電機コイルにそれぞれ使用することにより、コイルの冷却と絶縁性とを両立することができる。
【００６９】
上述したように、本実施の形態による絶縁コイルおよびそれを備えた回転電機では、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、コイル、回転電機の小型化、冷却性能の向上に寄与することが可能となる。
【００７０】
（第５の実施の形態）
本実施の形態では、前記第１または第２の実施の形態の積層部材を、コイルと当該コイルを収納するスロットとの層間であるスロット底面またはスロット側面またはコイル間、もしくは楔下のうちの少なくとも１個所に密着するように挿入して成るスロット構成を有する回転電機を構成している。
【００７１】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるスロット構成を有する回転電機においては、コイルと当該コイルを収納するスロットとの層間であるスロット底面またはスロット側面またはコイル間、もしくは楔下のうちの少なくとも１個所に、前述した積層部材を設置していることにより、冷却性能を向上させてコイル温度が低下でき、高出力化、小型化の向上に寄与することができる。
【００７２】
上述したように、本実施の形態による回転電機では、冷却性能を向上させてコイル温度が低下でき、高出力化、小型化の向上に寄与することが可能となる。
【００７３】
（第６の実施の形態）
本実施の形態では、前記第１または第２の実施の形態の積層部材を、界磁コイルと鉄心との間に挿入して成る回転子を備えて回転電機を構成している。
【００７４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による回転子を備えた回転電機においては、界磁コイルと鉄心との間に、前述した積層部材を設置していることにより、冷却性能を向上させてコイル温度が低下でき、高出力化、小型化の向上に寄与することができる。
【００７５】
上述したように、本実施の形態による回転電機では、冷却性能を向上させてコイル温度が低下でき、高出力化、小型化の向上に寄与することが可能となる。
【００７６】
（第７の実施の形態）
本実施の形態では、前記第５または第６の実施の形態の回転電機において、挿入する積層部材の表面に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の弾性体を配設する構成としている。
【００７７】
ここで、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の弾性体としては、例えばシリコーンゴム、またはシリコーンゲルを積層部材に直接配設するか、もしくはシリコーンゴムまたはシリコーンゲルを積層部材に塗布挿入し加硫硬化することが好ましい。
【００７８】
また、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の弾性体としては、例えば熱硬化性樹脂で構成し、積層部材に塗布挿入し硬化接着することが好ましい。
【００７９】
次に、以上のように構成した本実施の形態による回転電機においては、コイルと当該コイルを収納するスロットとの間、あるいは界磁コイルと鉄心との間に挿入する積層部材の表面に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上のシリコーン系の弾性体、あるいは熱硬化性樹脂製の弾性体を配設していることにより、積層部材の接触面の密着性を高めることができ、熱流方向に断層を形成しないため、冷却性能を高めることが可能な回転電機を得ることができる。
【００８０】
上述したように、本実施の形態による回転電機では、積層部材の接触面の密着性を高めることができ、熱流方向に断層を形成しないため、冷却性能を高めることが可能となる。
【００８１】
（第８の実施の形態）
本実施の形態では、図２および図３に示すように、前記第１または第２の実施の形態の積層部材を挿入する絶縁カラー（高熱伝導ＦＲＰ）５を、界磁コイル６と磁極７との間に、ダブテールあるいはテーパ状に組み立て、炭素繊維８またはその成形部品で固定して成る回転子を備えて回転電機を構成している。
【００８２】
なお、９はポール絶縁（高熱伝導ＦＲＰ）を示している。
【００８３】
次に、以上のように構成した本実施の形態による回転子を備えた回転電機においては、積層部材を挿入する絶縁カラー５をダブテールあるいはテーパ状に組み立て、界磁コイル６および磁極７と絶縁カラー５を一体に接着固定していることにより、絶縁カラー５を積層部材に組み込んで積層部材の利用率を低下させることなく、絶縁カラー５が遠心力の影響に耐えるような構造の回転子を備えた回転電機を得ることができる。
【００８４】
すなわち、絶縁カラー５は、回転子に組み込まれるので、一体化した積層部材で遠心力の影響に耐えるような構造になっている場合が多い。しかしながら、積層部材の利用率が低下して材料の無駄が多く経済的でない。
【００８５】
そこで、これを積層部材に組込みその形状を工夫すると同時に、強度の高い炭素繊維８、あるいは炭素繊維８に樹脂を含浸したテープあるいは紐状のもので接着固定することにより、積層部材の利用率が低下せず、材料の無駄が少なくなって経済的となる。
【００８６】
（変形例）
前記本実施の形態の回転電機において、絶縁カラー５の組み立て後、当該絶縁カラー５が界磁コイル６および磁極７と接する面に、前記第３の実施の形態またはその変形例のプリプレグシートまたはプリプレグテープを配置して、コイル組み立て後の熱処理で界磁コイル６および磁極７と絶縁カラー５を一体に接着して成る回転子を備えて回転電機を構成するようにしてもよい。
【００８７】
上述したように、本実施の形態による回転電機では、絶縁カラー５を積層部材に組み込んで積層部材の利用率を低下させることなく、絶縁カラー５が遠心力の影響に耐えるような回転子を備えた回転電機を得ることが可能となる。
【００８８】
（その他の実施の形態）
前記各実施の形態では、繊維基材として板状のものを複数積層する場合について説明したが、これに限らず、繊維基材として板状の形状以外のものを複数積層する構成としても、前述の場合と同様の作用効果を奏することが可能である。
【００８９】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００９０】
（実施例１）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に、芳香族アミン、硬化促進剤、溶剤を配合した樹脂系に、無機質充填材としてモース硬度６の酸化マグネシウムを９０ｗｔ％複合した。
【００９１】
この酸化マグネシウムとしては、協和化学工業（株）製のパイロキスマの粒子径３μｍのものと粒子径１８μｍのものとを等量使用した。
【００９２】
この複合樹脂を、平織りガラスクロス（厚さ０．１５、タテ糸３５、ヨコ糸３５）に塗布含浸し、プリプレグ化した。
【００９３】
このシートを積層して、１５０℃、３ＭＰａの条件で６０分間、熱プレスで成形して、厚さ３ｍｍの積層部材を作製した。
【００９４】
その結果を、下記表１に示す。
【００９５】
（比較例１）
比較例として、前記実施例１で示した樹脂に無機質充填材を複合しない樹脂のみで、前記実施例１の場合と同一製造条件で積層部材を作成した。
【００９６】
（実施例２および３）
前記実施例１と同様であるが、平織りガラスクロス（厚さ０．１、タテ糸２５、ヨコ糸２５）を、薄く網目の荒い材料に代え、樹脂に複合する酸化マグネシウムの含有量を変えた。
【００９７】
その他の製造条件は、前記実施例１の場合と同様にした。
【００９８】
その結果を、下記表１に示す。
【００９９】
（実施例４乃至６）
前記実施例１の場合と同様であるが、繊維基材であるガラスクロスとして、鐘紡（株）製のテキストグラススクリムクロス ＫＳ５３８０（厚さ０．１１、タテ糸１６、ヨコ糸１５）を使用した。
【０１００】
これは、平織りに属するが、織目に隙間のある目抜きガラスクロスである。
【０１０１】
また、樹脂に複合する酸化マグネシウムも同様で、その含有量を変えた。
【０１０２】
その他の製造条件は、前記実施例１の場合と同様にした。
【０１０３】
その結果を、下記表１に示す。
【０１０４】
【表１】
＊１．充填率：含浸樹脂に含まれる無機質充填材の充填率（ｗｔ％）。
【０１０５】
＊２．熱伝導率：京都電子製・ＱＴＭ−５００による測定値（Ｗ／ｍＫ）。
【０１０６】
＊３．機械特性：曲げ強さ、圧縮強さは、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じた。
【０１０７】
積層部材における熱伝導率は、ガラスクロスの織り目密度の影響を強く受ける。
【０１０８】
比較的一般的な“平織りガラスクロスＡ”においては、無機質充填材の充填率が高くとも、熱伝導率の向上は比較的少ない。
【０１０９】
そして、ガラスクロスの織り密度がＢ，Ｃと少なくなるに従って、熱伝導の向上効果が大きくなる。
【０１１０】
また、曲げ強さは、ガラス密度の影響を受けている。
【０１１１】
圧縮強さは、あまり変化が無いので、無機質充填材がガラス繊維に傷をつける等の悪影響を与えていないものと考えられる。
【０１１２】
（実施例７および８）
前記実施例４に示したプリプレグシート、およびプリプレグテープを作製した。
【０１１３】
また、この材料の片面に、集成マイカとアルミナ微粒子とを複合した樹脂を、集成マイカ５０ｇ／ｍ２になるマイカ層を作成した。
【０１１４】
この２種類のプリプレグテープを、厚さ１０ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ８００ｍｍのアルミニウム導体に１／２重ねで４回巻き付け、その上に離型テープを巻き、さらに２ｍｍ厚さの鉄板を当て、ルミラーテープを巻きつけ固定して、モデルコイルを作成した。
【０１１５】
このモデルコイルを圧力タンク中に設置して、所定時間真空引きした後、１５０℃の液体ポリエチレンワックスを導入し、その後０．５ＭＰａに加圧して５時間硬化した。
【０１１６】
冷却後、鉄板離型テープまで取り外し、その上にコロナ防止塗料を塗布してモデルコイルとした。
【０１１７】
両モデルコイルの電気特性は、コロナ防止塗料の外側にアルミ箔を巻き付けて電極とし、熱伝導率は絶縁層を切り出して試験した。
【０１１８】
その実験結果を、下記表２に示す。
【０１１９】
（比較例２）
モデルコイルの構成は、絶縁テープが通常使用しているガラステープで裏打ちしたマイカプリプレグテープである。
【０１２０】
その他は、前記実施例７および８の場合と同じ方法である。
【０１２１】
【表２】
＊１；ｔａｎδ（％）は定格電圧における値。
【０１２２】
＊２；短時間破壊（昇圧速度１ｋＶ／ｓｅｃ）を絶縁厚さ１ｍｍに対する比較。
【０１２３】
コイル絶縁に適用した時、熱伝導率の効果は大きく、冷却性能の向上、小型化に貢献することができる。
【０１２４】
（実施例９）
回転電機である、６ｋＶ、３０００ｋＷの電動機の固定子鉄心のスロットに、前記実施例５に示した厚さ０．８ｍｍの積層部材を、底面と両側面に挿入した。
【０１２５】
この積層部材には、コイルおよびスロット面との密着を良くするために、１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するシリコーンを塗布した。
【０１２６】
通常の条件で製作した同一定格の電動機と負荷実験を比較したところ、定格負荷条件でのコイル温度は、本実施例を適用した電動機の方が７℃低く、大きな冷却効果が得られた。
【０１２７】
なお、ここでは、高熱伝導性のシリコーンを塗布したが、熱流方向に断層を作らないことが重要であり、これ以外のものとして、ある程度の熱伝導率を有するゴム、ゲル状物、高分子の接着剤等が有用であり、使用することができる。
【０１２８】
（実施例１０および１１）
回転電機である、６ｋＶ，２５００ｋＷの電動機に、高熱伝導積層部材を適用した。
【０１２９】
従来、絶縁カラーは遠心力が大きいことから、積層部材を切り抜く一体構造をとっていた。
【０１３０】
この方式は、材料に無駄があり、加工に時間がかかる。
【０１３１】
そこで、実施例１０では、絶縁カラーを前記図３に示したように４分割にして、遠心力をテーパで押さえる構造にして、突き合わせ面はエポキシ系の接着剤で接着し、外周部を一方向性炭素繊維を樹脂でまとめた材料で固めて一体化した。
【０１３２】
そして、その両面に１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するシリコーンを塗布した。
【０１３３】
また、実施例１１では、実施例１０の炭素繊維に代りに、前記第３の実施の形態のプリプレグシートを両面に配置した。
【０１３４】
両実施例共に、ポール絶縁は同じ方式をとった。
【０１３５】
磁極の周りには、プリプレグシートを密着するように２回巻き付け、高熱伝導積層部材のコイルに接する面に、１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するシリコーンを塗布して、磁極とコイルとの隙間に挿入した。
【０１３６】
前記図２に示したように組み立て後、１２０℃で５時間、樹脂の硬化のために熱処理を行ない接着することで一体化した。
【０１３７】
負荷実験を行なって導体温度を従来の方式と比較したところ、両実施例に差はなく、１０℃の冷却効果を確認することができた。
【０１３８】
また、３６００ｒｐｍ回転の状態下でも、組み立てた絶縁カラーに何ら異常はなく、本組み立て方式でも十分使用できることを確認することができた。
【０１３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１乃至請求項５の発明の積層部材によれば、熱硬化性樹脂に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の酸化マグネシウム等の無機質充填材を添加複合するようにしているので、熱伝導性を向上させることが可能となる。
【０１４０】
また、熱硬化性樹脂に、モース硬度が７以下の酸化マグネシウム等の無機質充填材を添加複合するようにしているので、繊維基材を傷めないため、積層部材としての機械的な強度を低下することが無く、機械特性を向上させることができ、さらに機械加工性を向上させることが可能となる。
【０１４１】
また、繊維基材として、織り目の粗い目抜きガラスクロス等のガラスクロスを用いるようにしているので、熱伝導性をより一層向上させることが可能となる。
【０１４２】
さらに、モース硬度が７以下の無機質充填材として、特にモース硬度が６の酸化マグネシウムを用いるようにしているので、繊維基材を傷めないため、積層板としての機械的な強度を低下することがなく良好である。さらに、機械加工性が極めて良好である。
【０１４３】
以上のように、高熱伝導積層部材として、熱伝導率に優れかつ機械的強さにも優れた効果が得られる。
【０１４４】
一方、請求項６および請求項７の発明のプリプレグによれば、前記高熱伝導積層部材をシート状またはテープ状とし、必要に応じて少なくとも片面に、マイカ、または充填材とマイカとの複合層を形成し、Ｂステージ化するようにしているので、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、特に電気的に絶縁性で高熱伝導を必要とする凹凸面や曲面を有する個所の接着等に使用する場合に、極めて有用な効果を奏することが可能となる。
【０１４５】
また、請求項８および請求項９の発明の絶縁コイルおよび回転電機によれば、前記プリプレグを巻き付けて絶縁層として硬化成形した絶縁コイルとするようにしているので、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、コイルの小型化、冷却性能の向上に寄与することが可能となる。さらに、当該絶縁コイルを回転電機コイルに使用して、コイルの冷却と絶縁性とを両立することが可能となる。
【０１４６】
一方、請求項１０乃至請求項１４の発明の回転電機によれば、コイルと当該コイルを収納するスロットとの層間、また回転子の界磁コイルと鉄心との間に、前記積層部材を設置するようにしているので、冷却性能を向上させてコイル温度が大幅に低下でき、回転機の高出力化、小型化の向上に寄与することが可能となる。
【０１４７】
また、請求項１５および請求項１６の発明の回転電機によれば、積層部材を挿入する絶縁カラーをダブテールあるいはテーパ状に組み立て、必要に応じて絶縁カラーが界磁コイルおよび磁極と接する面に前記プリプレグを配置して、界磁コイルおよび磁極と絶縁カラーを一体に接着固定するようにしているので、絶縁カラーを積層部材に組み込んで積層部材の利用率を低下させることなく、絶縁カラーが遠心力の影響に耐えるような構造の回転子を備えた回転電機を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による積層部材の構成例を示す断面図。
【図２】本発明の第８の実施の形態による回転電機における界磁コイルの一例を示す概要図。
【図３】本発明の第８の実施の形態による回転電機における絶縁カラーの一例を示す概要図。
【符号の説明】
１…熱硬化性樹脂
２…繊維基材
３…プレス型
４…無機質充填材
５…絶縁カラー
６…界磁コイル
７…磁極
８…炭素繊維
９…ポール絶縁。
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱硬化性樹脂を含浸した繊維基材を複数積層し、加熱加圧して成形される積層部材およびそれを用いた回転電機に係り、特に熱伝導性の向上と機械特性の向上とを両立させ、また冷却性能を向上させるようにした積層部材およびそれを用いた回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、強化繊維または強化繊維の織布（クロス）等の繊維基材に熱硬化樹脂を含浸し、それを複数積層して加熱加圧して成形される積層板は、絶縁構造物として使用され、積層部材、あるいはＦＲＰと呼称されて、各方面で重用されてきている。
【０００３】
このうち、特に回転電機等の電気機器においては、ガラス強化繊維エポキシ樹脂積層板が、最も広く用いられてきている。
【０００４】
このガラス強化繊維エポキシ樹脂積層板は、電気絶縁性や機械特性に優れ、また耐熱的にも幅広く対応できるバランスのとれた特性を有しており、さらに経済的でもある。
【０００５】
しかしながら、熱伝導率が低く、利用領域に制限があることから、最近では熱伝導率の高い製品が望まれてきている。
【０００６】
ところで、通常、有機材料の熱伝導率を高くするためには、熱伝導率の高い無機質充填材を複合する手法が採られる。
【０００７】
そして、積層板においても、積層方向の室温から極低温までの収縮率を低下するために、無機質充填材を複合した研究が行なわれてきている。
【０００８】
例えば、「ＣＥＣ／ＩＣＭＣ in Albuque Arb-8 “GLASSFIBER REINFORCED PLASTICS FOR CRYOGENIC USE IMPROVEMENT OF THEMAL CONTRACTION AND ELASTICMODULUS IN THICKNESS DIRECTION」、および「強化プラスチック Vol.29、No．12、P．537 技術資料“極低温用エポキシＧＦＲＰの構成と物性”」等によれば、アルミナやシリカ等を、少量の１ないし２Vol％複合しただけでも、曲げ特性や圧縮特性等の機械特性がかなり低下している。
【０００９】
また、例えば“特開平９−２７２１５５号公報”では、収縮を少なくするために充填材を複合しているが、粒子径や形状を工夫して機械的強さの低下を少なくするようにしている。
【００１０】
しかしながら、熱伝導率を高くするためには、窒化物や酸化物の固い粒子をある程度大量に複合することが必要である。
【００１１】
代表的な充填材としては、例えば窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミナ等であるが、これらは機械特性を大幅に低下させてしまう。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、熱伝導率の向上と機械特性とを両立させる積層板は、現在のところ存在せず、最近では、その出現が強く望まれてきている。
【００１３】
本発明の目的は、熱伝導性の向上と機械特性の向上とを両立させることが可能な積層部材を提供することにある。
【００１４】
さらに、本発明の目的は、冷却性能を向上させて、高出力化、小型化に寄与することが可能な回転電機を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、熱硬化性樹脂を含浸したモース硬度が７以上の繊維基材を複数積層し、加熱加圧して成形される積層部材において、熱硬化性樹脂に、モース硬度が７以下でかつ熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材を添加複合している。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による積層部材の構成例を示す断面図である。
【００４１】
すなわち、本実施の形態による積層部材は、図１に示すように、熱硬化性樹脂１を含浸した板状の繊維基材２を複数枚（本例では５枚）積層し、プレス型３により加熱加圧して成形される積層部材において、熱硬化性樹脂１に、モース硬度が７以下でかつ熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材４を添加複合した構成としている。
【００４２】
ここで、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材４としては、例えば酸化マグネシウムを用いることが好ましい。
【００４３】
この無機質充填材４である酸化マグネシウムは、モース硬度が６であり、モース硬度が７以下で最も熱伝導率の高い絶縁体に属し、平均粒子径が繊維基材２の繊維径の３倍程度以下の大きさのものが好ましい。
【００４４】
本積層部材は、実際には、次のようにして作製する。
【００４５】
すなわち、熱硬化性樹脂１中に、無機質充填材４である酸化マグネシウムを添加複合し、繊維基材２に塗布する。
【００４６】
次に、この繊維基材２を５枚積層し、プレス型３により加熱加圧して積層部材を作製する。
【００４７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による積層部材においては、熱硬化性樹脂１に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の酸化マグネシウム等の無機質充填材４を添加複合していることにより、熱伝導性を向上させることができる。
【００４８】
すなわち、積層部材に複合できる量的な限界から、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材４を配合することにより、熱伝導性を向上した積層部材として効果的である。
【００４９】
また、熱硬化性樹脂１に、モース硬度が７以下の酸化マグネシウム等の無機質充填材４を添加複合していることにより、繊維基材２を傷めないため、積層部材としての機械的な強度を低下することが無く、機械特性を向上させることができる。
【００５０】
さらに、機械加工性を大幅に向上させる（機械加工を容易にする）ことができる。
【００５１】
すなわち、無機質充填材４のモース硬度を７以下としたのは、一般に積層部材に多用されている繊維基材２（ガラスクロス）の繊維が、モース硬度が７のため、積層部材を加熱加圧する製造過程でクロスに傷を付けたり、繊維を破断したりすることで、積層部材の機械的強度に影響することが予測されるためである。
【００５２】
上述したように、本実施の形態による積層部材では、熱伝導性の向上と機械特性の向上とを両立させることが可能となる。
【００５３】
（第２の実施の形態）
本実施の形態による積層部材は、前記図１に示した第１の実施の形態の積層部材における繊維基材２として、平織のガラスクロスを用いて構成している。
【００５４】
ここで、ガラスクロスとしては、特に織糸間に隙間空間のある目抜きガラスクロスを用いることが好ましい。
【００５５】
また、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材４としては、前記酸化マグネシウムに加えて、その他の成分も添加複合し、これらを主成分として用いることが好ましい。
【００５６】
次に、以上のように構成した本実施の形態による積層部材においては、繊維基材２として、目抜きガラスクロス等のガラスクロスを用いていることにより、前記第１の実施の形態の場合に比べて、熱伝導性をより一層向上させることができる。
【００５７】
すなわち、織り目が粗く透けた目抜きガラスクロスを使用すると、ガラス繊維の熱伝導率が低いため、積層部材にしても熱伝導性を低下させる要因が少なくなり、熱伝導率に及ぼす効果が大きい。
【００５８】
また、目抜きガラスクロスを使用した場合には、無機質充填材４による損傷が少ないため、モース硬度の高い無機質充填材も使用できると同時に、複合塗料溶液中における高熱伝導充填材の沈降防止や複合塗料溶液の粘度調整等のために、シリカ等を適用することが好ましいこともある。
【００５９】
さらに、無機質充填材４として、酸化マグネシウム以外に、その他の成分を必要に応じて添加複合していることにより、熱伝導性をさらにより一層向上させることができる。
【００６０】
上述したように、本実施の形態による積層部材では、より一層の熱伝導性の向上と機械特性の向上とを両立させることが可能となる。
【００６１】
（第３の実施の形態）
本実施の形態では、前記第１または第２の実施の形態の積層部材をシート状またはテープ状とし、Ｂステージ化することにより、プリプレグシートまたはプリプレグテープを構成している。
【００６２】
本プリプレグシートまたはプリプレグテープは、実際には、前述した高熱伝導性の無機質充填材４を添加複合した絶縁塗料を、シート状またはテープ状の繊維基材２に塗布し、Ｂステージ化して作製する。
【００６３】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるプリプレグシートまたはプリプレグテープにおいては、積層部材をシート状またはテープ状とし、Ｂステージ化していることにより、絶縁層の熱伝導性を向上させることができる。
【００６４】
特に、電気的に絶縁性で高熱伝導を必要とする凹凸面や曲面を有する個所の接着等に使用する場合に、極めて有用な効果を奏することができる。
【００６５】
（変形例）
前記第１または第２の実施の形態の積層部材をシート状またはテープ状とし、その少なくとも片面に、マイカ、または無機質充填材とマイカとを複合した層を形成し、Ｂステージ化することにより、プリプレグシートまたはプリプレグテープを構成するようにしてもよく、
上述したように、本実施の形態によるプリプレグシートまたはプリプレグテープでは、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、電気的に絶縁性で高熱伝導を必要とする凹凸面や曲面を有する個所の接着等に使用する場合に極めて有用な絶縁部材を得ることが可能となる。
【００６６】
（第４の実施の形態）
本実施の形態では、前記第３の実施の形態またはその変形例のプリプレグシートまたはプリプレグテープを、導体で構成されたコイルに所定回巻き付けて絶縁層として硬化成形することにより、絶縁コイルを構成し、さらに当該絶縁コイルを備えて回転電機を構成している。
【００６７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による絶縁コイルおよびそれを備えた回転電機においては、プリプレグシートまたはプリプレグテープを巻き付けて絶縁層として硬化成形した絶縁コイルとしていることにより、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、コイルの小型化、冷却性能の向上に寄与することができる。
【００６８】
また、第３の実施の形態のプリプレグシートまたはプリプレグテープは、比較的低電界の回転電機コイルに、またその変形例のプリプレグシートまたはプリプレグテープは、比較的高電界の回転電機コイルにそれぞれ使用することにより、コイルの冷却と絶縁性とを両立することができる。
【００６９】
上述したように、本実施の形態による絶縁コイルおよびそれを備えた回転電機では、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、コイル、回転電機の小型化、冷却性能の向上に寄与することが可能となる。
【００７０】
（第５の実施の形態）
本実施の形態では、前記第１または第２の実施の形態の積層部材を、コイルと当該コイルを収納するスロットとの層間であるスロット底面またはスロット側面またはコイル間、もしくは楔下のうちの少なくとも１個所に密着するように挿入して成るスロット構成を有する回転電機を構成している。
【００７１】
次に、以上のように構成した本実施の形態によるスロット構成を有する回転電機においては、コイルと当該コイルを収納するスロットとの層間であるスロット底面またはスロット側面またはコイル間、もしくは楔下のうちの少なくとも１個所に、前述した積層部材を設置していることにより、冷却性能を向上させてコイル温度が低下でき、高出力化、小型化の向上に寄与することができる。
【００７２】
上述したように、本実施の形態による回転電機では、冷却性能を向上させてコイル温度が低下でき、高出力化、小型化の向上に寄与することが可能となる。
【００７３】
（第６の実施の形態）
本実施の形態では、前記第１または第２の実施の形態の積層部材を、界磁コイルと鉄心との間に挿入して成る回転子を備えて回転電機を構成している。
【００７４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による回転子を備えた回転電機においては、界磁コイルと鉄心との間に、前述した積層部材を設置していることにより、冷却性能を向上させてコイル温度が低下でき、高出力化、小型化の向上に寄与することができる。
【００７５】
上述したように、本実施の形態による回転電機では、冷却性能を向上させてコイル温度が低下でき、高出力化、小型化の向上に寄与することが可能となる。
【００７６】
（第７の実施の形態）
本実施の形態では、前記第５または第６の実施の形態の回転電機において、挿入する積層部材の表面に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の弾性体を配設する構成としている。
【００７７】
ここで、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の弾性体としては、例えばシリコーンゴム、またはシリコーンゲルを積層部材に直接配設するか、もしくはシリコーンゴムまたはシリコーンゲルを積層部材に塗布挿入し加硫硬化することが好ましい。
【００７８】
また、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の弾性体としては、例えば熱硬化性樹脂で構成し、積層部材に塗布挿入し硬化接着することが好ましい。
【００７９】
次に、以上のように構成した本実施の形態による回転電機においては、コイルと当該コイルを収納するスロットとの間、あるいは界磁コイルと鉄心との間に挿入する積層部材の表面に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上のシリコーン系の弾性体、あるいは熱硬化性樹脂製の弾性体を配設していることにより、積層部材の接触面の密着性を高めることができ、熱流方向に断層を形成しないため、冷却性能を高めることが可能な回転電機を得ることができる。
【００８０】
上述したように、本実施の形態による回転電機では、積層部材の接触面の密着性を高めることができ、熱流方向に断層を形成しないため、冷却性能を高めることが可能となる。
【００８１】
（第８の実施の形態）
本実施の形態では、図２および図３に示すように、前記第１または第２の実施の形態の積層部材を挿入する絶縁カラー（高熱伝導ＦＲＰ）５を、界磁コイル６と磁極７との間に、ダブテールあるいはテーパ状に組み立て、炭素繊維８またはその成形部品で固定して成る回転子を備えて回転電機を構成している。
【００８２】
なお、９はポール絶縁（高熱伝導ＦＲＰ）を示している。
【００８３】
次に、以上のように構成した本実施の形態による回転子を備えた回転電機においては、積層部材を挿入する絶縁カラー５をダブテールあるいはテーパ状に組み立て、界磁コイル６および磁極７と絶縁カラー５を一体に接着固定していることにより、絶縁カラー５を積層部材に組み込んで積層部材の利用率を低下させることなく、絶縁カラー５が遠心力の影響に耐えるような構造の回転子を備えた回転電機を得ることができる。
【００８４】
すなわち、絶縁カラー５は、回転子に組み込まれるので、一体化した積層部材で遠心力の影響に耐えるような構造になっている場合が多い。しかしながら、積層部材の利用率が低下して材料の無駄が多く経済的でない。
【００８５】
そこで、これを積層部材に組込みその形状を工夫すると同時に、強度の高い炭素繊維８、あるいは炭素繊維８に樹脂を含浸したテープあるいは紐状のもので接着固定することにより、積層部材の利用率が低下せず、材料の無駄が少なくなって経済的となる。
【００８６】
（変形例）
前記本実施の形態の回転電機において、絶縁カラー５の組み立て後、当該絶縁カラー５が界磁コイル６および磁極７と接する面に、前記第３の実施の形態またはその変形例のプリプレグシートまたはプリプレグテープを配置して、コイル組み立て後の熱処理で界磁コイル６および磁極７と絶縁カラー５を一体に接着して成る回転子を備えて回転電機を構成するようにしてもよい。
【００８７】
上述したように、本実施の形態による回転電機では、絶縁カラー５を積層部材に組み込んで積層部材の利用率を低下させることなく、絶縁カラー５が遠心力の影響に耐えるような回転子を備えた回転電機を得ることが可能となる。
【００８８】
（その他の実施の形態）
前記各実施の形態では、繊維基材として板状のものを複数積層する場合について説明したが、これに限らず、繊維基材として板状の形状以外のものを複数積層する構成としても、前述の場合と同様の作用効果を奏することが可能である。
【００８９】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００９０】
（実施例１）
ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂に、芳香族アミン、硬化促進剤、溶剤を配合した樹脂系に、無機質充填材としてモース硬度６の酸化マグネシウムを９０ｗｔ％複合した。
【００９１】
この酸化マグネシウムとしては、協和化学工業（株）製のパイロキスマの粒子径３μｍのものと粒子径１８μｍのものとを等量使用した。
【００９２】
この複合樹脂を、平織りガラスクロス（厚さ０．１５、タテ糸３５、ヨコ糸３５）に塗布含浸し、プリプレグ化した。
【００９３】
このシートを積層して、１５０℃、３ＭＰａの条件で６０分間、熱プレスで成形して、厚さ３ｍｍの積層部材を作製した。
【００９４】
その結果を、下記表１に示す。
【００９５】
（比較例１）
比較例として、前記実施例１で示した樹脂に無機質充填材を複合しない樹脂のみで、前記実施例１の場合と同一製造条件で積層部材を作成した。
【００９６】
（実施例２および３）
前記実施例１と同様であるが、平織りガラスクロス（厚さ０．１、タテ糸２５、ヨコ糸２５）を、薄く網目の荒い材料に代え、樹脂に複合する酸化マグネシウムの含有量を変えた。
【００９７】
その他の製造条件は、前記実施例１の場合と同様にした。
【００９８】
その結果を、下記表１に示す。
【００９９】
（実施例４乃至６）
前記実施例１の場合と同様であるが、繊維基材であるガラスクロスとして、鐘紡（株）製のテキストグラススクリムクロス ＫＳ５３８０（厚さ０．１１、タテ糸１６、ヨコ糸１５）を使用した。
【０１００】
これは、平織りに属するが、織目に隙間のある目抜きガラスクロスである。
【０１０１】
また、樹脂に複合する酸化マグネシウムも同様で、その含有量を変えた。
【０１０２】
その他の製造条件は、前記実施例１の場合と同様にした。
【０１０３】
その結果を、下記表１に示す。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
＊２．熱伝導率：京都電子製・ＱＴＭ−５００による測定値（Ｗ／ｍＫ）。
【０１０６】
＊３．機械特性：曲げ強さ、圧縮強さは、ＪＩＳ Ｋ ６９１１に準じた。
【０１０７】
積層部材における熱伝導率は、ガラスクロスの織り目密度の影響を強く受ける。
【０１０８】
比較的一般的な“平織りガラスクロスＡ”においては、無機質充填材の充填率が高くとも、熱伝導率の向上は比較的少ない。
【０１０９】
そして、ガラスクロスの織り密度がＢ，Ｃと少なくなるに従って、熱伝導の向上効果が大きくなる。
【０１１０】
また、曲げ強さは、ガラス密度の影響を受けている。
【０１１１】
圧縮強さは、あまり変化が無いので、無機質充填材がガラス繊維に傷をつける等の悪影響を与えていないものと考えられる。
【０１１２】
（実施例７および８）
前記実施例４に示したプリプレグシート、およびプリプレグテープを作製した。
【０１１３】
また、この材料の片面に、集成マイカとアルミナ微粒子とを複合した樹脂を、集成マイカ５０ｇ／ｍ２になるマイカ層を作成した。
【０１１４】
この２種類のプリプレグテープを、厚さ１０ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ８００ｍｍのアルミニウム導体に１／２重ねで４回巻き付け、その上に離型テープを巻き、さらに２ｍｍ厚さの鉄板を当て、ルミラーテープを巻きつけ固定して、モデルコイルを作成した。
【０１１５】
このモデルコイルを圧力タンク中に設置して、所定時間真空引きした後、１５０℃の液体ポリエチレンワックスを導入し、その後０．５ＭＰａに加圧して５時間硬化した。
【０１１６】
冷却後、鉄板離型テープまで取り外し、その上にコロナ防止塗料を塗布してモデルコイルとした。
【０１１７】
両モデルコイルの電気特性は、コロナ防止塗料の外側にアルミ箔を巻き付けて電極とし、熱伝導率は絶縁層を切り出して試験した。
【０１１８】
その実験結果を、下記表２に示す。
【０１１９】
（比較例２）
モデルコイルの構成は、絶縁テープが通常使用しているガラステープで裏打ちしたマイカプリプレグテープである。
【０１２０】
その他は、前記実施例７および８の場合と同じ方法である。
【０１２１】
【表２】
【０１２２】
＊２；短時間破壊（昇圧速度１ｋＶ／ｓｅｃ）を絶縁厚さ１ｍｍに対する比較。
【０１２３】
コイル絶縁に適用した時、熱伝導率の効果は大きく、冷却性能の向上、小型化に貢献することができる。
【０１２４】
（実施例９）
回転電機である、６ｋＶ、３０００ｋＷの電動機の固定子鉄心のスロットに、前記実施例５に示した厚さ０．８ｍｍの積層部材を、底面と両側面に挿入した。
【０１２５】
この積層部材には、コイルおよびスロット面との密着を良くするために、１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するシリコーンを塗布した。
【０１２６】
通常の条件で製作した同一定格の電動機と負荷実験を比較したところ、定格負荷条件でのコイル温度は、本実施例を適用した電動機の方が７℃低く、大きな冷却効果が得られた。
【０１２７】
なお、ここでは、高熱伝導性のシリコーンを塗布したが、熱流方向に断層を作らないことが重要であり、これ以外のものとして、ある程度の熱伝導率を有するゴム、ゲル状物、高分子の接着剤等が有用であり、使用することができる。
【０１２８】
（実施例１０および１１）
回転電機である、６ｋＶ，２５００ｋＷの電動機に、高熱伝導積層部材を適用した。
【０１２９】
従来、絶縁カラーは遠心力が大きいことから、積層部材を切り抜く一体構造をとっていた。
【０１３０】
この方式は、材料に無駄があり、加工に時間がかかる。
【０１３１】
そこで、実施例１０では、絶縁カラーを前記図３に示したように４分割にして、遠心力をテーパで押さえる構造にして、突き合わせ面はエポキシ系の接着剤で接着し、外周部を一方向性炭素繊維を樹脂でまとめた材料で固めて一体化した。
【０１３２】
そして、その両面に１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するシリコーンを塗布した。
【０１３３】
また、実施例１１では、実施例１０の炭素繊維に代りに、前記第３の実施の形態のプリプレグシートを両面に配置した。
【０１３４】
両実施例共に、ポール絶縁は同じ方式をとった。
【０１３５】
磁極の周りには、プリプレグシートを密着するように２回巻き付け、高熱伝導積層部材のコイルに接する面に、１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有するシリコーンを塗布して、磁極とコイルとの隙間に挿入した。
【０１３６】
前記図２に示したように組み立て後、１２０℃で５時間、樹脂の硬化のために熱処理を行ない接着することで一体化した。
【０１３７】
負荷実験を行なって導体温度を従来の方式と比較したところ、両実施例に差はなく、１０℃の冷却効果を確認することができた。
【０１３８】
また、３６００ｒｐｍ回転の状態下でも、組み立てた絶縁カラーに何ら異常はなく、本組み立て方式でも十分使用できることを確認することができた。
【０１３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１乃至請求項５の発明の積層部材によれば、熱硬化性樹脂に、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の酸化マグネシウム等の無機質充填材を添加複合するようにしているので、熱伝導性を向上させることが可能となる。
【０１４０】
また、熱硬化性樹脂に、モース硬度が７以下の酸化マグネシウム等の無機質充填材を添加複合するようにしているので、繊維基材を傷めないため、積層部材としての機械的な強度を低下することが無く、機械特性を向上させることができ、さらに機械加工性を向上させることが可能となる。
【０１４１】
また、繊維基材として、織り目の粗い目抜きガラスクロス等のガラスクロスを用いるようにしているので、熱伝導性をより一層向上させることが可能となる。
【０１４２】
さらに、モース硬度が７以下の無機質充填材として、特にモース硬度が６の酸化マグネシウムを用いるようにしているので、繊維基材を傷めないため、積層板としての機械的な強度を低下することがなく良好である。さらに、機械加工性が極めて良好である。
【０１４３】
以上のように、高熱伝導積層部材として、熱伝導率に優れかつ機械的強さにも優れた効果が得られる。
【０１４４】
一方、請求項６および請求項７の発明のプリプレグによれば、前記高熱伝導積層部材をシート状またはテープ状とし、必要に応じて少なくとも片面に、マイカ、または充填材とマイカとの複合層を形成し、Ｂステージ化するようにしているので、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、特に電気的に絶縁性で高熱伝導を必要とする凹凸面や曲面を有する個所の接着等に使用する場合に、極めて有用な効果を奏することが可能となる。
【０１４５】
また、請求項８および請求項９の発明の絶縁コイルおよび回転電機によれば、前記プリプレグを巻き付けて絶縁層として硬化成形した絶縁コイルとするようにしているので、絶縁層の熱伝導性を向上させることができ、コイルの小型化、冷却性能の向上に寄与することが可能となる。さらに、当該絶縁コイルを回転電機コイルに使用して、コイルの冷却と絶縁性とを両立することが可能となる。
【０１４６】
一方、請求項１０乃至請求項１４の発明の回転電機によれば、コイルと当該コイルを収納するスロットとの層間、また回転子の界磁コイルと鉄心との間に、前記積層部材を設置するようにしているので、冷却性能を向上させてコイル温度が大幅に低下でき、回転機の高出力化、小型化の向上に寄与することが可能となる。
【０１４７】
また、請求項１５および請求項１６の発明の回転電機によれば、積層部材を挿入する絶縁カラーをダブテールあるいはテーパ状に組み立て、必要に応じて絶縁カラーが界磁コイルおよび磁極と接する面に前記プリプレグを配置して、界磁コイルおよび磁極と絶縁カラーを一体に接着固定するようにしているので、絶縁カラーを積層部材に組み込んで積層部材の利用率を低下させることなく、絶縁カラーが遠心力の影響に耐えるような構造の回転子を備えた回転電機を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による積層部材の構成例を示す断面図。
【図２】本発明の第８の実施の形態による回転電機における界磁コイルの一例を示す概要図。
【図３】本発明の第８の実施の形態による回転電機における絶縁カラーの一例を示す概要図。
【符号の説明】
１…熱硬化性樹脂
２…繊維基材
３…プレス型
４…無機質充填材
５…絶縁カラー
６…界磁コイル
７…磁極
８…炭素繊維
９…ポール絶縁。
Claims (16)
- 熱硬化性樹脂を含浸したモース硬度が７以上の繊維基材を複数積層し、加熱加圧して成形される積層部材において、
前記熱硬化性樹脂に、モース硬度が７以下でかつ熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上の無機質充填材を添加複合して成ることを特徴とする積層部材。 - 前記請求項１に記載の積層部材において、
前記無機質充填材としては、酸化マグネシウムを用いて成ることを特徴とする積層部材。 - 前記請求項１または請求項２に記載の積層部材において、
前記繊維基材としては、ガラスクロスを用いて成ることを特徴とする積層部材。 - 前記請求項３に記載の積層部材において、
前記ガラスクロスとしては、織糸間に隙間空間のある目抜きガラスクロスを用いて成ることを特徴とする積層部材。 - 前記請求項４に記載の積層部材において、
前記無機質充填材としては、少なくとも酸化マグネシウムを主成分とすることを特徴とする積層部材。 - 前記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の積層部材をシート状またはテープ状とし、Ｂステージ化して成ることを特徴とするプリプレグ。
- 前記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の積層部材をシート状またはテープ状とし、その少なくとも片面に、マイカ、または充填材とマイカとを複合した層を形成し、Ｂステージ化して成ることを特徴とするプリプレグ。
- 導体で構成されたコイル本体に、前記請求項６または請求項７に記載のプリプレグを所定回巻き付けて、絶縁層として硬化成形したことを特徴とする絶縁コイル。
- 前記請求項８に記載の絶縁コイルを備えて成ることを特徴とする回転電機。
- コイルと当該コイルを収納するスロットとの層間であるスロット底面またはスロット側面またはコイル間、もしくは楔下のうちの少なくとも１個所に、前記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の積層部材を密着するように挿入して成るスロット構成を有することを特徴とする回転電機。
- 界磁コイルと鉄心との間に、前記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の積層部材を挿入して成る回転子を備えたことを特徴とする回転電機。
- 前記請求項１０または請求項１１に記載の回転電機において、
前記挿入する積層部材の表面に、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の弾性体を配設したことを特徴とする回転電機。 - 前記請求項１２に記載の回転電機において、
前記弾性体としては、シリコーンゴム、またはシリコーンゲルを前記積層部材に直接配設するか、もしくは、シリコーンゴムまたはシリコーンゲルを前記積層部材に塗布挿入し加硫硬化するようにしたことを特徴とする回転電機。 - 前記請求項１２に記載の回転電機において、
前記弾性体としては、熱硬化性樹脂で構成し、前記積層部材に塗布挿入し硬化接着するようにしたことを特徴とする弾性体。 - 界磁コイルと磁極との間に、前記請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の積層部材を挿入する絶縁カラーを遠心力の影響を耐えるようにダブテールあるいはテーパ状に組み立て、炭素繊維またはその成形部品で固定して成る回転子を備えたことを特徴とする回転電機。
- 前記請求項１５に記載の回転電機において、
前記積層部材をシート状またはテープ状とし、Ｂステージ化して成るプリプレグを備え、
前記絶縁カラーの組み立て後、当該絶縁カラーが前記界磁コイルおよび磁極と接する面に、前記プリプレグを配置して、コイル組み立て後の熱処理で前記界磁コイルおよび磁極と絶縁カラーを一体に接着して成る回転子を備えたことを特徴とする回転電機。
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