JP5611485B1 - 絶縁テープ及びその製造方法、並びに固定子コイル - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、熱伝導率が高い絶縁被覆体を有する固定子コイルを提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、マイカを含むマイカ層と、前記マイカ層上に積層された補強層であって、充填材及び繊維強化材を含む補強層と、前記補強層上に積層された平板層であって、アスペクト比が30以上の平板状無機粒子を含む平板層とを有することを特徴とする絶縁テープである。
また、本発明によれば、熱伝導率が高い絶縁被覆体を有する固定子コイルを提供することができる。
図1は、本発明の実施の形態1による絶縁テープを模式的に示す断面図である。図1において、絶縁テープ1は、マイカ層2と、マイカ層2上に積層された補強層3と、補強層3上に積層された平板層4とを有する。
或いは、マイカ層2の支持材として各種樹脂フィルムを用いてもよい。樹脂フィルムとしては特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
充填材6としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。充填材6の例としては、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、炭酸マグネシウム、グラファイト、カーボンチューブ、窒化ホウ素、ホウ化チタン、炭化珪素、窒化珪素、結晶シリカ、窒化アルミニウム等が挙げられる。これらは単独又は複数を組み合わせて用いることができる。
絶縁テープ1における充填材6の体積充填率は、樹脂組成物の含浸性の観点から、50体積%以下である。体積充填率が50体積%を超えると、固定子コイルの製造の際に樹脂組成物が十分に含浸せず、所望の特性が得られない場合がある。
窒化ホウ素の一次粒子は、黒鉛と同様の層状構造を有しており、その粒子形状は鱗片状であって、長径方向の熱伝導率が高く、短径方向の熱伝導率が低いという異方的な熱伝導性を有する。そのため、窒化ホウ素の一次粒子を充填材6として用いた場合、絶縁テープ1の製造条件によっては、窒化ホウ素の異方的な熱伝導性のために所望の熱伝導性を有する絶縁被覆体が得られない場合がある。
二次凝集粒子の製造方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、窒化ホウ素の一次粒子を無機バインダによって凝集させることによって二次凝集粒子を製造することができる。無機バインダとしては、特に限定されず、例えば、ホウ酸、アルカリ土類金属のホウ酸塩(ホウ酸カルシウム、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム)、ケイ酸ソーダ、リン酸アルミ等が挙げられる。
繊維強化材7の厚さは、特に限定されないが、80μm以下であることが好ましい。繊維強化材7の厚さが80μmを超えると、絶縁テープ1が厚くなり過ぎてしまい、コイル導体に巻き付け難くなることがある。また、絶縁テープ1の厚さを一定とした場合には、絶縁性を担うマイカ5の充填率を相対的に少なくする必要があるため、絶縁被覆体の電気絶縁特性が低下することがある。
ここで、平板状無機粒子8のアスペクト比とは、平板状無機粒子8の最長径を最短径(厚さ)で除して得られる値を意味する。また、平板状無機粒子8の投影面積が最大となるように配置した時の最も長い辺を最長径、その厚みを最短径、長い辺の平均を平均長径という。最長径、最短径(厚さ)及び平均長径は、電子顕微鏡等を用いて測定することができる。
また、絶縁テープ1は、固定子コイルを製造する際にコイル導体の外周部に巻回されるため、平板状無機粒子8のアスペクト比が大きすぎると絶縁テープ1がコイル導体の外周部に巻きつけ難くなる。そのため、充填材6の流出抑制効果及び絶縁テープ1の巻回性の両方の特性を得る観点から、平板状無機粒子8のアスペクト比は50〜300であることが好ましい。
各種平板状無機粒子8の中でも、マイカは、アスペクト比が高い(平均長径が100〜500μm、厚さが1μm以下)ものが多く、且つ電気絶縁性にも優れていることから好ましい。
これに対して、平板層4が存在しない場合、図3に示すように、補強層3に含有される充填材6の流出経路が多く(図中の矢印は充填材6の流出経路を表す)、固定子コイルを製造する際(特に、加熱プレスの際)に、含浸に用いられる樹脂組成物と共に充填材6が流出してしまい、所望の熱伝導性を有する絶縁被覆体を形成することができない。
また、平板状無機粒子8の平均長径は、充填材6の平均粒径よりも大きいことが好ましい。平板状無機粒子8の平均長径が、充填材6の平均粒径よりも大きいと、平板状無機粒子8の間からの充填材6の外部流出を、より一層抑制することができる。
まず、マイカ5を含む分散液を抄造してマイカ層2を形成する。
マイカ5を含む分散液の調製方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、マイカ5を水中に分散させることによって分散液を調製することができる。分散液におけるマイカ5の含有量は、特に限定されず、マイカ5の種類等に応じて適宜調整すればよい。
分散液の抄造方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、市販の抄紙機を用いて分散液を抄造することにより、マイカ層2となるマイカシートを得ることができる。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。熱硬化性樹脂の例としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、及びポリイミド樹脂等が挙げられる。これらの中でも、エポキシ樹脂は、耐熱性や接着性等の特性に優れているので好ましい。エポキシ樹脂の例としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、脂環脂肪族エポキシ樹脂、及びグリシジル−アミノフェノール系エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
硬化剤の配合量は、使用する熱硬化性樹脂や硬化剤の種類等に応じて適宜設定する必要があるが、一般的に100質量部の熱硬化性樹脂に対して0.1質量部以上200質量部以下である。
溶剤の配合量は、樹脂組成物の所望とする粘度に応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
マイカシートに繊維強化材7を貼り合わせる方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、マイカシートと繊維強化材7とを樹脂組成物を用いて貼り合わせればよい。具体的には、ロールコーター法又はスプレー法等の公知の方法を用いて樹脂組成物を繊維強化材7に塗布し、樹脂組成物中の溶剤を揮発させた後、その上にマイカシートを重ねる。その後、この積層物を60〜70℃の加熱下で熱ロール等により加圧して圧着させればよい。
塗布したスラリーは、ドクターブレード等の公知の方法を用いて切削した後、60〜70℃の加熱下で熱ロール等を用いて加圧される。これにより、均一且つ所望の厚さの補強層3を形成することができる。
また、切削条件としては、特に限定されないが、マイカシートとドクターブレードとのクリアランス(ギャップ)が0.01〜0.1mmであることが好ましく、切削温度が10〜40℃であることが好ましく、切削速度(ドクターブレードに対するマイカシートの走行速度)が5m/分以下であることが好ましい。ギャップが0.01mm未満であると、繊維強化材7が剥離してしまう場合がある。一方、ギャップが0.1mmを超えると、補強層3が厚くなりすぎてしまう。また、切削温度が10℃未満であると、塗布物の粘性が高く、平滑に切削できないことがある。一方、切削温度が40℃を超えると、塗布物の溶剤の揮発速度が大きくなり、均一な厚さに切削することができない。
平板状無機粒子8を含むスラリーとしては、特に限定されず、例えば、平板状無機粒子8と溶剤との混合物を用いることができる。
溶剤としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。溶剤の例としては、トルエンやメチルエチルケトン等の有機溶剤が挙げられる。これらは、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
溶剤の配合量は、スラリーの塗布性に応じて適宜調整すればよく、特に限定されない。
平板状無機粒子8を含むスラリーの塗布後、所定の温度に加熱して溶剤を揮発させることにより、平板層4を形成することができる。
本発明の実施の形態2による固定子コイルは、コイル導体と、このコイル導体の外周部に巻回された実施の形態1の絶縁テープ1を有し、絶縁テープ1が樹脂によって前記コイル導体と一体化された絶縁被覆体とを備えている。本実施の形態の固定子コイルは、使用する絶縁テープに主な特徴があり、その他の構成は従来公知の構成(例えば、図4の構成)を採用することができる。
まず、絶縁被覆された複数の素線導体を束ねて構成されたコイル導体の外周部に、絶縁テープ1を一部(例えば、絶縁テープ1の幅の半分の部分)が互いに重なるように複数回巻き付ける。ここで、コイル導体を構成する素線としては、導電性であれば特に限定されず、銅、アルミニウム、銀等からなる素線を用いることができる。
熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、実施の形態1において例示したものと同じものを用いることができる。
硬化剤の配合量は、使用する熱硬化性樹脂や硬化剤の種類等に応じて適宜設定する必要があるが、一般的に100質量部の熱硬化性樹脂に対して0.1質量部以上200質量部以下である。
次に、絶縁テープ1を加熱等することにより、絶縁テープ1に含浸されている樹脂組成物を硬化させる。これにより、固定子コイルが完成する。
(実施例1)
集成マイカ粉を水中に分散させ、集成マイカ粉の分散液を調製した後、この分散液を抄紙機にて抄造してマイカシート(マイカ層)を得た。
次に、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名:エピコート834、ジャパンエポキシレジン株式会社製)100質量部及びナフテン酸亜鉛10質量部をメチルエチルケトン400質量部に溶解した樹脂組成物をロールコーター法にてマイカシートに塗布し、その上に支持材(幅1000mm、厚さ0.02mmであり、所定の長さを有するポリエステルフィルム)を重ねて貼り合わせ、全体の厚さが0.1mmの支持材付きマイカシートを得た。
次に、この樹脂組成物をスプレー法にて上記積層物のガラスクロス面に塗布した。次に、この塗布物をクロムメッキ鋼のドクターブレードを用い、ギャップ0.01mm、切削速度3m/分、切削温度25℃の条件下で切削した後、60℃の熱ロールで加圧して補強層を形成した。
得られた絶縁テープは、下記の試験に用いるために幅30mmに切断した。
次に、コイル導体に巻き付けられた絶縁テープに、真空加圧含浸方式によって液状の樹脂組成物を含浸させた。ここで、樹脂組成物としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(商品名:エピコート828、ジャパンエポキシレジン株式会社製)100質量部とメチルテトラヒドロ無水フタル酸硬化剤(商品名:HN−2200、日立化成工業株式会社製)93質量部とからなるものを用いた。
充填材として、平均粒径が60μmの窒化ホウ素の二次凝集粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして絶縁テープ及び固定子コイルを作製した。
(比較例1)
平板層を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にして絶縁テープ及び固定子コイルを作製した。
(比較例2)
ガラスクロスの厚さを75μmに変更すると共に、アスペクト比が20のマイカ粒子(平板状無機粒子)を用いたこと以外は実施例1と同様にして絶縁テープ及び固定子コイルを作製した。
絶縁被覆体の熱伝導率の測定は、固定子コイルから絶縁被覆体の試験片を切り出し、切り出した絶縁被覆体の試験片に対して、熱伝導率測定装置(キセノンフラッシュアナライザ、LFA447NanoFlash(登録商標)、NETZSCH社製)を用いることにより行った。また、絶縁被覆体の絶縁破壊電圧の測定は、JIS−C2126の方法に準拠して行った。これらの結果を表1に示す。
これに対して比較例において作製された固定子コイルの絶縁被覆体は、25kV以上の絶縁破壊電圧を有していたものの、熱伝導率が低かった。
Claims (8)
- マイカを含むマイカ層と、
前記マイカ層上に積層された補強層であって、充填材及び繊維強化材を含む補強層と、
前記補強層上に積層された平板層であって、アスペクト比が30以上の平板状無機粒子を含む平板層と
を有することを特徴とする絶縁テープ。 - 前記平板状無機粒子の平均長径が、前記充填材の平均粒径よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の絶縁テープ。
- 前記平板状無機粒子の平均長径が、80μm以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の絶縁テープ。
- 前記平板状無機粒子がマイカであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の絶縁テープ。
- 前記充填材の熱伝導率が5W/mK以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の絶縁テープ。
- 前記充填材が窒化ホウ素であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の絶縁テープ。
- マイカを含む分散液を抄造してマイカ層を形成する工程と、
前記マイカ層に繊維強化材を貼り合わせた後、充填材を含むスラリーを前記繊維強化材に塗布して補強層を形成する工程と、
アスペクト比が30以上の平板状無機粒子を含むスラリーを前記補強層に塗布して平板層を形成する工程と
を含むことを特徴とする絶縁テープの製造方法。 - コイル導体と、
前記コイル導体の外周部に巻回された請求項1〜6のいずれか一項に記載の絶縁テープを有し、前記絶縁テープが樹脂によって前記コイル導体と一体化された絶縁被覆体と
を備えることを特徴とする固定子コイル。
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