JP5754268B2

JP5754268B2 - リフティングマグネット

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Publication number: JP5754268B2
Application number: JP2011147407A
Authority: JP
Inventors: 山本　明; 山本　　明; 明塩崎; 文雄森川
Original assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Current assignee: Sinfonia Technology Co Ltd
Priority date: 2011-07-01
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-07-01
Also published as: JP2013014398A

Description

本発明は、リフティングマグネットに関するものである。

従来より、製鉄所等でスクラップ等の重量鋼材を吊り上げて搬送するために、リフティングマグネットが利用されている。この種のリフティングマグネットは、中央部にスプールを設けた金属製のケースと、スプールの周囲に設けられてケースに収容されるコイルとを備え、ケース内に含浸樹脂を注入し、コイルの巻線間及びコイルとケースとの間に充填することでコイルを絶縁しつつケース内にコイルを固定するように構成しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

ところで、このようなリフティングマグネットにおいては、含浸樹脂の熱伝導率がコイルやケースといった金属部材の熱伝導率に比べて低いため、コイル内に発生した熱が放散されにくく、含浸樹脂の内部で大きな熱勾配が発生し、コイルが極めて高温となることがある。そして、コイルの高温化は起磁力の低下を招き、リフティングマグネットを長時間使用すると吊り量（リフティングマグネットにより吊り下げることができる鋼材の重量）が大きく低下するという問題が生じる。このような問題を解決すべく、前掲の特許文献１では、熱放散性や絶縁性の観点、あるいは注入時の樹脂内の空隙発生・気泡発生や通電時のコイルの温度上昇抑制という観点から、含浸樹脂にシリカなどの充填材を含有させることにより、熱伝導率を向上させた含浸樹脂を用いたリフティングマグネットが提案されている。

また、コイルとケースとの間に形成されて含浸樹脂を充填可能な空間に１枚又は複数枚の絶縁材を配置したリフティングマグネットも知られている。このような絶縁材や含浸樹脂を有するリフティングマグネットにおいては、通電時のコイルの発熱を適切に放散できるように、上述した含浸樹脂の熱伝導率を高くすることに加えて、例えばコイルとケースとの間に形成されて含浸樹脂が充填可能な空間（絶縁空間）を狭く設定したり、絶縁材の熱伝導率を高くする方法も考えられる。

しかしながら、含浸樹脂の熱伝導率を高くするためには、充填材を多量に添加する必要があり、コストアップのみならず、コイル内部への含浸性が低下したり
、気泡が生じ易くなど、良好な絶縁信頼性を得ることができないという問題が考えられる。また、絶縁空間を従来よりも大幅に狭く設定した場合には、当然のことながら含浸樹脂が充填されるスペースが小さくなるため、耐衝撃性や絶縁性能が大きく低下し、１種類の絶縁材に高い熱伝導性や絶縁性を付与するための技術開発にはコストも嵩むという問題がある。

そこで、本発明者は、絶縁空間を従来よりも若干小さく設定するとともに、含浸樹脂の熱伝導率を若干高くすることによって、大幅なコストアップを回避しつつ、良好な熱放散性を得ることが可能なリフティングマグネットの開発を検討した。また、本発明者は、絶縁材として、機械的強度を高めるための第１絶縁材と、絶縁性を向上させるための第２絶縁材という機能が異なる２種類の絶縁材を適用し、これら絶縁材を適宜に層状に重ねた絶縁材積層部を絶縁空間に配置するという斬新な技術を案出した。ここで、第１絶縁材は、未硬化状態の含浸樹脂が通過可能な例えばメッシュ状のものであり、第２絶縁材は、未硬化状態の含浸樹脂が通過不能な例えばフィルム状のものである。

特開２００６−６２７９１号公報

しかしながら、上述の構成を採用したリフティングマグネットは、熱伝導率が向上して、耐衝撃性及びコイルへの含浸性も向上したものの、絶縁空間内において含浸不良が生じ、絶縁信頼性が悪化することがある。つまり、絶縁材の積層パターンによっては、絶縁材同士の間やケースと絶縁材との間に含浸不良による空隙が生じていた。

以上のような問題に鑑みて、本発明は、良好な絶縁信頼性を得ることができるとともに、熱伝導性の向上にも貢献する絶縁空間（絶縁部）を有するリフティングマグネットを提供しようとするものである。

本発明者は、鋭意研究の結果、種類の異なる絶縁材を積層した絶縁材積層部として、未硬化状態の含浸樹脂が通過不能な第２絶縁材を連続して重ねた構成を採用した場合に、２枚以上重なった第２絶縁材同士の間に含浸樹脂が含浸せず、第２絶縁材同士の間に空隙が生じた点と、絶縁材積層部として、金属性のケースに第２絶縁材を直接接触させた構成を採用した場合に、含浸樹脂が第２絶縁材とケースとの間に含浸せず、第２絶縁材とケースとの間で空隙が生じた点に着目して、このような含浸不良による空隙が、絶縁部として機能する絶縁空間で発生することを防止し、絶縁信頼性に優れた本発明に係るリフティングマグネットを案出するに至った。

すなわち、本発明は、金属製のケースと、ケースに収容されたコイルと、コイルの巻線間に充填される含浸樹脂とを備え、ケースを、天板と、底板と、コイルの内周側に配置されるスプールと、コイルの外周側に配置されるヨークとを用いて構成し、これら天板、底板、スプール及びヨークとコイルとの間に含浸樹脂が充填可能な絶縁空間を形成したリフティングマグネットに関するものである。

ここで、含浸樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ワニス等の樹脂材料と、この樹脂材料に混合される充填材とを含有したものが好ましく、樹脂材料と充填材の他に、硬化剤や促進剤等を適宜含有させることができる。なお、含浸樹脂中に占める充填材の割合や含浸樹脂自体の熱伝導率は適宜の値に設定することができる。また、充填材としては、ドロマイト、チタニア、ベリリヤ、窒化アルミニウム、窒化ボロン、マグネシア、金属粉末、炭化ケイ素、カーボンブラック、黒鉛から選択される何れか一種又は複数種の組み合わせからなるものを挙げることができる。これらの材料のなかでも、ドロマイトが安全性やコスト面からも好適であるが、チタニア、ベリリヤ、窒化アルミニウム、窒化ボロン、マグネシアについては安価に入手できれば有用な素材である。また、金属粉末、炭化ケイ素、カーボンブラック、黒鉛は導電性物質であるため、適宜の絶縁対策を施したものであれば有用な素材として利用できる。なお、以上の他にもシリカやアルミナ等も充填材の候補として考えられる。

そして、本発明に係るリフティングマグネットは、絶縁空間のうち、コイルと天板との間の第１絶縁空間、コイルと底板との間の第２絶縁空間、及びコイルとスプールとの間の第３絶縁空間に、相互に種類の異なる第１絶縁材及び第２絶縁材を層状に重ねた絶縁材積層部を配置し、絶縁材積層部の具体的な構成として、未硬化状態の含浸樹脂が通過可能であり且つ第２絶縁材よりも機械的強度が高い第１絶縁材を、天板、底板、スプールに接触又は含浸樹脂が充填される空間を介して対面させるととともに、未硬化状態の含浸樹脂が通過不能であり且つ第１絶縁材よりも絶縁性能が高い第２絶縁材同士を重ね合わせていない構成を採用していることを特徴としている。

ここで、第１絶縁材としては、ガラスクロス、ガラスマット、アルミナクロス、テトロンクロス等を挙げることができ、第２絶縁材しては、アラミド繊維、マイカ、フレキシブルマイカ、フッ素樹脂、イミド系樹脂、ＰＥＴ等を挙げることができる。

このように、本発明のリフティングマグネットでは、絶縁空間のうち、コイルと天板との間である第１絶縁空間、コイルと底板との間である第２絶縁空間、コイルとスプールとの間である第３絶縁空間に配置する絶縁材積層部を、ケースを構成する天板、底板、スプールには第２絶縁材ではなく未硬化状態の含浸樹脂が通過可能な第１絶縁材を直接または含浸樹脂が充填された空間を介して対面させるという条件（第１条件）と、未硬化状態の含浸樹脂が通過不能な第２絶縁材を連続して積層しないという条件（第２条件）とを両方満たすように構成している。これにより、第２絶縁材を連続して重ねて使用した場合に生じ得る不具合、つまり未硬化状態の含浸樹脂が２枚以上重なった第２絶縁材同士の間に十分に充填されず、その部分で空隙が生じるという不具合を解消することができるとともに、金属性の天板、底板及びスプールにそれぞれ第２絶縁材を直接接触させた場合に生じる不具合、つまり未硬化状態の含浸樹脂が天板、底板又はスプールと第２絶縁材との間に十分に充填されず、その部分で空隙が生じるという不具合も解消することができ、空隙のない良好な充填状態を得ることができ、絶縁信頼性に優れた絶縁部として機能する絶縁空間を実現することができる。

さらに、本発明のリフティングマグネットであれば、空隙のない絶縁信頼性に優れた絶縁空間を形成することによって、絶縁空間に空隙が生じた場合と比較して熱伝導性の向上も図ることができる。そして、本発明のリフティングマグネットであれば、有効な耐衝撃性を確保可能な範囲内で絶縁空間を従来よりも小さく設定した場合であっても十分な絶縁効果を得ることができ、絶縁空間の狭小化に伴って熱伝導効果をより一層向上させることができる。また、絶縁空間の狭小化により充填樹脂の使用量を低減することも可能であるため、コストダウン及び軽量化をも図ることができる。

さらに、本発明のリフティングマグネットは、第１絶縁材よりも絶縁性能が高い第２絶縁材を備えた絶縁積層部を絶縁空間に配置しているため、絶縁空間の絶縁性能を有効に高めることができるとともに、第２絶縁材よりも機械的強度が高い第１絶縁材を備えた絶縁積層部を絶縁空間に配置することによって、耐衝撃性を高めることができる。このような技術を採用することによって、有効な耐衝撃性及び絶縁性能を確保しつつ絶縁空間を従来よりも小さく設定することが可能であり、絶縁空間の狭小化に伴う熱伝導効果の向上を図ることが可能である。

なお、絶縁空間のうち、コイルとヨークとの間の絶縁空間（第４絶縁空間）は、他の絶縁空間（第１絶縁空間、第２絶縁空間、第３絶縁空間）と比較して十分に大きいため、他の絶縁空間よりも含浸樹脂を多く充填でき、良好な絶縁性能を得ることが可能である。したがって、この第４絶縁空間には、第１絶縁材よりも絶縁性能が高い一方で含浸樹脂を通過させないという特性を有する第２絶縁材を敢えて配置する必要性は乏しいと考えられる。しかしながら、本発明は、第４絶縁空間に、上述の第１条件及び第２条件を満たす絶縁材積層部を配置する態様を除外するものではない。

本発明によれば、良好な絶縁性を維持しながらコイルの放熱性能を向上させることができ、コイルの温度上昇とそれに伴う起磁力及び吊り量の低下を防止・抑制することができ、コストダウンや軽量化にも資するリフティングマグネットを得ることが可能である。

本発明の一実施形態に係るリフティングマグネットの外観を示す斜視図。同リフティングマグネットの外観を示す平面図。同リフティングマグネットの外観を示す正面図。同リフティングマグネットの内部構造を一部省略して模式的に示す縦断面図。図４の要部を模式的に示す図。同リフティングマグネット内のコイル内部の状態を模式的に示す断面図。同リフティングマグネットの製造工程を模式的に示す図。同実施形態の一実施例における第１絶縁空間内の絶縁構成と性能評価を比較例と対比させた表として示す図。同実施例における第２絶縁空間内の絶縁構成と性能評価を比較例と対比させた表として示す図。同実施例における第３絶縁空間内の絶縁構成と性能評価を比較例と対比させた表として示す図。同実施例における第４絶縁空間内の絶縁構成と性能評価を比較例と対比させた表として示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１、図２、図３は、それぞれ本発明の一例である本実施形態のリフティングマグネット１の外観を示す斜視図、平面図、正面図であり、図４はこのリフティングマグネット１の内部の概要を一部省略して示す模式的な縦断面図であり、図５は図４の一部を拡大して模式的に示す図である。これら各図に示すように、本実施形態に係るリフティングマグネット１は、扁平な概略円筒状のケース２と、ケース２の内部に配置されるコイル３とを備え、ケース２とコイル３との間に、含浸樹脂４を充填可能な絶縁空間５を形成したものである。なお、図４及び図５ではコイル３の形態を省略形で記載している。

ケース２は、それぞれ鉄等の金属材料からなる天板２１と、底板２２と、スプール２３と、横板に相当するヨーク２４とを主体として構成したものである。天板２１と底板２２は、上下に対をなして配置される例えば概略円盤状の部材である。天板２１の上面には、端子箱２１ａが溶接等により取り付けられる。ヨーク２４は、天板２１と底板２２の周縁部同士をつなぐように配置される円筒形状の部材であり、本実施形態のリフティングマグネット１においては磁路として機能している。スプール２３は、天板２１、底板２２、ヨーク２４で包囲されたケース２内部の空間において、天板２１と底板２２の中央部同士の間に配置される円柱状若しくは円筒状の部材であり、このスプール２３の周囲にコイル３が配置されることとなる。

コイル３は、平角線と呼ばれる断面形状が扁平な導電性の金属線材３１（本発明の巻線に相当、図６参照）をスプール２３の外周面に沿って巻き回したものである。なお、コイル３はスプール２３に対して直接巻き回したもの（直巻き）であってもよいし、予め別途に用意される型（ボビン）の周りに線材３１を巻き回し、離型したコイル３をスプール２３とヨーク２４との間の空間に収めて底板２２に載置したもの（型巻き）であっても構わない。型巻きの場合は、直巻きの場合よりも、スプール２３とコイル３との間の隙間が大きくなる傾向がある。コイル３における金属線材３１の巻き数は、リフティングマグネット１の設定吊り量等の能力に応じて適宜設定することができる。なお、金属線材３１の形状は上述した平角線に限られるものではなく、断面が略円形状のものを採用してもよいし、金属線材３１の材質も適宜に設定することができる。

このようなコイル３とケース２との間に形成される絶縁空間５は、図５に示すように、コイル３と天板２１との間の第１絶縁空間５１、コイル３と底板２２との間の第２絶縁空間５２、コイル３とスプール２３との間の第３絶縁空間５３、コイル３とヨーク２４との間の第４絶縁空間５４からなるものと捉えることができる。そして、第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３には、種類及び機能の異なる第１絶縁材Ａ及び第２絶縁材Ｂを適宜のパターンで積層した絶縁材積層部６を配置し、その状態で充填させた未硬化状態の含浸樹脂４を熱硬化させている。なお、第４絶縁空間５４には、後述するように第１絶縁材Ａのみを配置し、その状態で充填させた未硬化状態の含浸樹脂４を熱硬化させている。

第１絶縁材Ａは、未硬化状態の含浸樹脂４が通過可能な例えばメッシュ状をなし、第２絶縁材Ｂよりも機械的強度が高いものである。第１絶縁材Ａとしては、ガラスクロス、アルミナクロス、テトロンクロス、ガラスマット等を挙げることができる。

第２絶縁材Ｂは、未硬化状態の含浸樹脂４が通過不能な例えばフィルム状をなし、第１絶縁材Ａよりも絶縁性能が高いものである。第２絶縁材Ｂとしては、アラミド繊維、マイカ、フレキシブルマイカ、フッ素樹脂、イミド樹脂、ＰＥＴ等を挙げることができる。

このような第１絶縁材Ａと第２絶縁材Ｂとを適宜の積層パターンで層状に重ねてなる絶縁材積層部６は、次の２つの条件を満たす構成を有する。すなわち、第１条件は、第１絶縁材Ａを、天板２１、底板２２、スプール２３に接触又は含浸樹脂４が充填された空間（以下、「含浸樹脂充填空間４Ｓ」と称す）を介して対面させるという条件であり、第２条件は、第２絶縁材Ｂ同士を連続して重ね合わせないという条件である。これらの条件を満たす範囲内であれば、絶縁材積層部６の積層パターンは適宜変更することができる。例えば、第１絶縁材Ａ同士を連続して重ね合わせたり、第２絶縁材Ｂを第１絶縁材Ａで挟んだり、同一の絶縁材積層部６を、第１絶縁材Ａとして機能するが種類（素材）は異なる複数種の絶縁材を用いて構成したり、第２絶縁材Ｂとして機能するが種類（素材）は異なる複数種の絶縁材を用いて構成することができる。共通の絶縁空間内に配置される絶縁材積層部６を構成する第１絶縁材Ａ及び第２絶縁材Ｂは、厚み寸法（積層方向に沿った寸法）が相互に異なっていても構わないが、厚み寸法以外の寸法（平面サイズ）は同一ないし略同一に揃えておくことが好ましい。

ここで、図５に示すように、本実施形態において、第１絶縁空間５１に配置した絶縁材積層部６は、コイル３側から第１絶縁材Ａ、第２絶縁材Ｂ、第１絶縁材Ａの順番で積層したものであり、この絶縁材積層部６を第１絶縁空間５１に配置した状態で、コイル３側の第１絶縁材Ａがコイル３に直接接触し、反コイル３側の第１絶縁材Ａが天板２１に含浸樹脂４が充填された空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を介して対面している。なお、図５では、連続して重なる第１絶縁材Ａ同士の境界線を省略して各第１絶縁材Ａに共通のハッチングを付している。

また、第２絶縁空間５２に配置した絶縁材積層部６は、コイル３側から第１絶縁材Ａ、第１絶縁材Ａ、第２絶縁材Ｂ、第１絶縁材Ａの順番で積層したものであり、この絶縁材積層部６を第１絶縁空間５１に配置した状態で、反コイル３側の第１絶縁材Ａが底板２２に直接接触し、コイル３側の第１絶縁材Ａが含浸樹脂充填空間４Ｓを介してコイル３に対面している。

第３絶縁空間５３に配置した絶縁材積層部６は、コイル３側から第１絶縁材Ａ、第１絶縁材Ａ、第２絶縁材Ｂ、第１絶縁材Ａ、第１絶縁材Ａの順番で積層したものであり、この絶縁材積層部６を第３絶縁空間５３に配置した状態で、コイル３側の第１絶縁材Ａがコイル３に直接接触し、反コイル３側の第１絶縁材Ａがスプール２３に直接接触している。

なお、本実施形態のリフティングマグネット１は、コイル３とヨーク２４との間の第４絶縁空間５４に第１絶縁材Ａのみを配置している。そして第４絶縁空間５４に第１絶縁材Ａを配置した状態で、この第１絶縁材Ａがコイル３に直接接触するとともに、含浸樹脂充填空間４Ｓを介してヨーク２４に対面している。

ここで、各絶縁空間５（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３、第４絶縁空間５４）内における共通の構成として、未硬化状態の含浸樹脂４が通過可能な第１絶縁材Ａをコイル３に直接接触させるか、あるいは含浸樹脂充填空間４Ｓを介してコイル３に対面させている点を挙げることができる。

各絶縁空間５（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３、第４絶縁空間５４）に充填される含浸樹脂４は、樹脂材料と充填材とを混合し、加熱により硬化させたものである。この含浸樹脂４は、図５に示したように、コイル３とケース２（天板２１、底板２２、スプール２３、ヨーク２４）との間の絶縁空間５（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３、第４絶縁空間５４）に充填されるだけでなく、図６に示すように、コイル３内の小さい隙間、すなわちスプール２３に巻き回された金属線材３１同士の隙間にも浸透して充填されている。このように含浸樹脂４は、ケース２内のあらゆる空間・隙間に充填され、硬化後には、ケース２とコイル３とを含浸樹脂４により一体化させている。

本実施形態では、樹脂材料に例えばエポキシ樹脂を採用し、充填材に例えばドロマイト（苦灰石、ＣａＭｇ（ＣＯ_３）_２）を採用している。樹脂材料についてはエポキシ樹脂の他にも、シリコーンやウレタン樹脂、或いはワニス等を適用できる。ドロマイトとしては、例えば粒径３〜２０μｍの略球形状の粒子を利用し、ドロマイトの含浸樹脂４全体に対する割合を例えば５５〜６０重量％としている。このようなドロマイトを充填材とし、樹脂材料であるエポキシ樹脂に混合した含浸樹脂４の熱伝導率は約０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。ここで、樹脂材料及び充填材の種類については必ずしもこの限りではなく、また、含浸樹脂４の全体に占める充填材の割合は例えば４０重量％以上６５重量％以下の範囲で、また樹脂材料と充填材とを混合した含浸樹脂４の熱伝導率が例えば０．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上０．５６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の範囲で任意に設定することが好ましいが、上記数値以外の適宜の値に設定してもよい。

次に、本実施形態のリフティングマグネット１の製造工程について、図７の模式図を参照して説明する。

まず、底板２２とスプール２３とを溶接により接合する（同図、工程＜I＞）。接合に際しては、例えば図示されるように、底板２２の中央部に形成された取付孔２２ａに、やや先細となったスプール２３の下端部２３ａを挿入し、両者を溶接することとしている。次に、スプール２３の外周面に第３絶縁空間５３に配置すべき絶縁材積層部６を配置するとともに、底板２２上に第２絶縁空間５２に配置すべき絶縁材積層部６を載置した状態で（図示省略）、スプール２３の外周面に沿ってコイル３を形成する（同図、工程＜II＞）。コイル３の形成に際しては、スプール２３に金属線材３１を巻き付けてコイル３形状とする。そして、コイル３の外周面に第４絶縁空間５４に配置すべき絶縁材（本実施形態では１枚の第１絶縁材Ａ）を配置するとともに、コイル３上に第１絶縁空間５１に配置すべき絶縁材積層部６を載置した状態で（図示省略）、底板２２、スプール２３、コイル３の組と、天板２１とスプール２３、天板２１とヨーク２４をそれぞれ溶接し、天板２１の上面に端子箱２１ａを溶接により取り付ける（同図、工程＜III＞）。

次に、ケース２及びコイル３を上下反転させて例えば木製の台座７等に載置し、ヨーク２４と底板２２とを溶接により接合し、スプール２３の下端とヨーク２４の下端に接地部材（インナーポール２３ｐ、アウターポール２４ｐ）を溶接により取り付ける（同図、工程＜IV＞）。このように、ケース２及びコイル３を一旦上下反転させるのは、図中工程＜III＞の状態でインナーポール２３ｐ及びアウターポール２４ｐを溶接するには、ケース２をクレーン等で吊り下げてインナーポール２３ｐ及びアウターポール２４ｐを溶接しなければならず、作業上無理があり、安全性にも問題があるからである。最後に、組み立てられたケース２及びコイル３の上下を元に戻し、密閉されたケース２の内部を減圧して真空状態にするとともに、ヨーク２４に形成した樹脂注入口２４１から例えば一端に真空ポンプ（図示省略）を接続したホースｈを介して、コイル３が配置されたケース２内に未硬化状態の含浸樹脂４を注入する（同図、工程＜V＞）。ここで、含浸樹脂４を注入する際の真空条件（減圧条件）は、例えば８００Ｐａ以下である。そして、ケース２内に含浸樹脂４を十分に充填し終えた段階で注入を終了した後、ホースｈを取り外したケース２全体を加熱して含浸樹脂４を硬化させることにより、ケース２とコイル３と含浸樹脂４とが一体となったリフティングマグネット１の製作が完了し、図４に示すリフティングマグネット１を得ることができる。

上述した工程＜V＞の通り、本実施形態のリフティングマグネット１の製造工程においては、コイル３を収容したケース２内を真空状態として含浸樹脂４を注入するため、含浸樹脂４はケース２とコイル３との絶縁空間５（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３、第４絶縁空間５４）の間のみならず、図６に示したように、コイル３の内部の隙間にまで浸透する。この際、コイル３とヨーク２４との間の第４絶縁空間５４に配置している第１絶縁材Ａは、未硬化状態の含浸樹脂４を通すものであるため、ヨーク２４側からケース２内に注入された含浸樹脂４は第４絶縁空間５４のみならず、第１絶縁材Ａを通過してコイル３内にも含浸して充填される。さらに、図５では便宜上、第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３及び第４絶縁空間５４が相互に各絶縁空間に配置した絶縁材積層部６によって隙間無く密閉された空間として示しているが、実際には、各絶縁空間（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３、第４絶縁空間５４）同士の境界部分には多かれ少なかれ隙間が存在し、その隙間から含浸樹脂４が各絶縁空間（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３、第４絶縁空間５４）の隅々にまで行き渡り、各絶縁空間５（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３）は含浸樹脂４で満たされる。

そして、本実施形態に係るリフティングマグネットでは、各絶縁空間５（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３、第４絶縁空間５４）に配置したメッシュ状をなす第１絶縁材Ａの各網目（図示省略）に含浸樹脂４が含浸した状態となり、１枚又は複数枚重ねた第１絶縁材Ａ自体には空隙が生じていない良好な含浸状態を得ることができる。一方、第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３に配置した絶縁材積層部６のうちフィルム状をなす第２絶縁材Ｂには含浸樹脂４が含浸する空隙がそもそも存在せず、各絶縁材積層部６において第２絶縁材Ｂ同士を連続して重ねていないため、第２絶縁材Ｂ同士の間に含浸樹脂４が十分に充填されずに空隙が生じ得る事態を回避することができる。

さらに、本実施形態に係るリフティングマグネット１は、各絶縁材積層部６のうち、ケース２を構成する天板２１、底板２２、スプール２３にそれぞれ直接接触する部分又は含浸樹脂充填空間４Ｓを介して対面する部分に第１絶縁材Ａを配置しているため、各網目に含浸樹脂４が含浸した状態にある第１絶縁材Ａとケース２との間に不要な空隙が生じることを防止することができる。

また、コイル３内の微小な隙間も含めてケース２内の絶縁空間５全体（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３、第４絶縁空間５４）に隙間無く含浸樹脂４を充填した本実施形態に係るリフティングマグネット１は、コイル３の放熱性を極めて良好なものとすることができ、長時間の使用後でも吊り量が大幅に低減することのない実用性に優れたものになる。加えて、各絶縁空間５内に充填された含浸樹脂４及び各絶縁材Ａ，Ｂが協働して、コイル３の絶縁を図る絶縁部として機能するとともに、耐衝撃性の向上にも貢献することにより、良好な絶縁性及び耐衝撃性を得ることが可能なリフティングマグネット１を実現することができる。

次に、本実施形態に係るリフティングマグネット１のうち、特に絶縁部として機能する絶縁空間５内の構造、特に絶縁材積層部６の具体的な一例（実施例）に関する構造及び性能（絶縁信頼性、熱伝導効果）を、図８乃至図１１を参照しながら、従来のリフティングマグネットに相当する比較例１と、本実施例に係るリフティングマグネット１を案出する前段階のリフティングマグネットに相当する比較例２と対比して述べる。なお、以下の説明及び図８乃至図１１中における「絶縁厚み」とは、絶縁材Ａ，Ｂを含めて含浸樹脂４が充填される絶縁空間５内においてコイル３とケース２（天板２１、底板２２、スプール２３、ヨーク２４）とが対面する方向の寸法であり、各絶縁空間５１，５２，５３，５４内に形成される絶縁部の厚みと同義である。また、図８乃至図１１中における各絶縁材（Ａ），（Ｂ）の右側に記載している数値は、各絶縁材（Ａ），（Ｂ）の積層方向の寸法である「厚み」とその枚数を表す。そして、性能評価項目である「絶縁信頼性」は、絶縁空間内に空隙が存在しない場合に「良」（同図中「○」で示す）とし、空隙が存在する場合に「不良」（同図中「×」で示す）とするものであり、「熱伝導効果」（熱伝導性）は、所定の基準値を満たす場合に「良」（同図中「○」で示す）として、所定の基準値を満たさない場合に「不良」（同図中「×」で示す）とするものである。

まず、天板２１側の絶縁空間５（第１絶縁空間５１）内の構成について図８を参照しながら説明する。比較例１では、第１絶縁空間５１内に、天板２１側から順に厚み２．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスマット）を１枚、厚み０．５ｍｍの第２絶縁材Ｂ（アラミド繊維）を１枚積層した絶縁材積層部６をコイル３に接触する位置に配置するとともに、この絶縁材積層部６と天板２１との間に厚み０．５ｍｍの空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を形成し、この絶縁材積層部６と含浸樹脂充填空間４Ｓとによって第１絶縁空間５１内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を３．５ｍｍに設定している。

比較例２では、第１絶縁空間５１内に、天板２１側から順に厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を１枚、厚み０．５ｍｍの第２絶縁材Ｂ（マイカ）を２枚積層した絶縁材積層部６をコイル３に接触する位置に配置するとともに、この絶縁材積層部６と天板２１との間に厚み０．５ｍｍの空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を形成し、この絶縁材積層部６と含浸樹脂充填空間４Ｓとによって第１絶縁空間５１内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を２．０ｍｍに設定している。

そして、実施例では、第１絶縁空間５１内に、天板２１側から順に厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を１枚、厚み０．５ｍｍの第２絶縁材Ｂ（マイカ）を１枚、厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を１枚積層した絶縁材積層部６をコイル３に接触する位置に配置するとともに、この絶縁材積層部６と天板２１との間に厚み０．５ｍｍの空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を形成し、この絶縁材積層部６と含浸樹脂充填空間４Ｓとによって構成される第１絶縁空間５１内の絶縁部の厚み（絶縁厚み）を２．０ｍｍに設定している。

以上の構成を有する各例について検証したところ、比較例１は、絶縁信頼性が「良」であるものの熱伝導性で所定の基準値を満たさなかった。また、比較例２は、熱伝導性で所定の基準値を満たしたものの絶縁信頼性が「不良」であった。一方、実施例は、絶縁信頼性及び熱伝導性ともに「良」であった。

次に、底板２２側の絶縁空間５（第２絶縁空間５２）内の構成について図９を参照しながら説明する。比較例１では、コイル３側から順に厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を４枚、厚み１．０ｍｍの第２絶縁材Ｂ（マイカ）を１枚積層した絶縁材積層部６を底板２２に接触する位置に配置するとともに、この絶縁材積層部６とコイル３との間に厚み０．５ｍｍの空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を形成し、この絶縁材積層部６と含浸樹脂充填空間４Ｓとによって第２絶縁空間５２内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を３．５ｍｍに設定している。

比較例２でが、コイル３側から順に厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を２枚、厚み１．０ｍｍの第２絶縁材Ｂ（マイカ）を２枚積層した絶縁材積層部６を底板２２に接触する位置に配置するとともに、この絶縁材積層部６とコイル３との間に厚み０．５ｍｍの空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を形成し、この絶縁材積層部６と含浸樹脂充填空間４Ｓとによって第２絶縁空間５２内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を２．５ｍｍに設定している。

そして、実施例では、コイル３側から順に厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を１枚、厚み０．５ｍｍの第２絶縁材Ｂ（マイカ）を１枚、厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を１枚積層した絶縁材積層部６を底板２２に接触する位置に配置するとともに、この絶縁材積層部６とコイル３との間に厚み０．５ｍｍの空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を形成し、この絶縁材積層部６と含浸樹脂充填空間４Ｓとによって第２絶縁空間５２内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を２．５ｍｍに設定している。

以上の構成を有する各例について検証したところ、比較例１は、絶縁信頼性が「良」であったものの熱伝導性では所定の基準値を満たさなかった。また、比較例２は、熱伝導性で所定の基準値を満たしたものの絶縁信頼性が「不良」であった。一方、実施例は、絶縁信頼性及び熱伝導性ともに「良」であった。

次に、スプール２３側の絶縁空間５（第３絶縁空間５３）内の構成について図１０を参照しながら説明する。比較例１では、第３絶縁空間５３内において、スプール２３側から順に厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を５枚、厚み０．５ｍｍの第２絶縁材Ｂ（アラミド繊維）を２枚、厚み０．５ｍｍのその他の材料（テープなど）を１枚分相当積層し、第３絶縁空間５３内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を４．０ｍｍに設定している。

比較例２では、第３絶縁空間５３内に、スプール２３側から順に厚み０．５ｍｍの第２絶縁材Ｂ（アラミド繊維）を５枚、厚み０．３ｍｍの第２絶縁材Ｂ（フレキシブルマイカ）を１枚積層した絶縁材積層部６を配置し、第３絶縁空間５３内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を２．３ｍｍに設定している。なお、絶縁材積層部６のうち第２絶縁材Ｂ（アラミド繊維）がスプール２３に接触するとともに、第２絶縁材Ｂ（フレキシブルマイカ）がコイル３に接触している。

実施例では、第３絶縁空間５３内に、スプール２３側から順に厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を２枚、厚み０．３ｍｍの第２絶縁材Ｂ（フレキシブルマイカ）を１枚、厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を２枚積層した絶縁材積層部６を配置し、第３絶縁空間５３内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を２．３ｍｍに設定している。なお、絶縁材積層部６のうち第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）がスプール２３に接触するとともに、第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）がコイル３に接触している。

以上の構成を有する各例について検証したところ、比較例１は、絶縁信頼性及び熱伝導性ともに「不良」であり、比較例２は、熱伝導性で所定の基準値を満たしたものの絶縁信頼性は「不良」あった。一方、実施例は、絶縁信頼性及び熱伝導性ともに「良」であった。

最後に、ヨーク２４側の絶縁空間５（第４絶縁空間５４）内の構成について図１１を参照しながら説明する。比較例１では、第４絶縁空間５４内においてコイル３に接触する位置に、コイル３側から順に、厚み２．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスマット）を１枚、厚み０．２ｍｍの第１絶縁材Ａ（テープ）を１枚積層したもの配置するとともに、テープとヨーク２４との間に厚み８．３ｍｍの空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を形成し、これらによって第４絶縁空間５４内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を１１．０ｍｍに設定している。

比較例２では、第４絶縁空間５４内においてコイル３に接触する位置に、厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を１枚配置するとともに、この第１絶縁材Ａとヨーク２４との間に厚み３．５ｍｍの空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を形成し、これらによって第４絶縁空間５４内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を４．０ｍｍに設定している。

そして、実施例では、第４絶縁空間５４内においてコイル３に接触する位置に、厚み０．５ｍｍの第１絶縁材Ａ（ガラスクロス）を１枚配置するとともに、この第１絶縁材Ａとヨーク２４との間に厚み３．５ｍｍの空間（含浸樹脂充填空間４Ｓ）を形成し、これらによって第４絶縁空間５４内に形成される絶縁部の厚み（絶縁厚み）を４．０ｍｍに設定している。すなわち、第４絶縁空間５４内の構成は、実施例と比較例２とで同一である。

以上の構成を有する各例について検証したところ、比較例１は、絶縁信頼性が「良」であったものの熱伝導性は「不良」であった。比較例２及び実施例では、絶縁信頼性及び熱伝導性ともに「良」であった。

以上の検証結果より、第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、及び第３絶縁空間５３において共通している事項として、実施例及び比較例２が比較例１よりも熱伝導性が向上している点（第１事象）、実施例が比較例１及び比較例２よりも絶縁信頼性が向上している点（第２事象）、以上の点を挙げることができる。

そして、第１事象については、比較例１に対して実施例及び比較例２では絶縁厚みを小さく設定していることが影響していることがわかる。つまり、絶縁厚みを小さく設定することによって熱伝導性が向上することがわかる。

また、第２事象については、比較例２が第２絶縁材Ｂを連続して重ね合わせている構成、及びケース２に直接接触する位置または含浸樹脂充填空間４Ｓを介してケース２に対面する位置に第２絶縁材Ｂを配置した構成を採用しているのに対して、実施例が第２絶縁材Ｂを連続して重ね合わせていない構成、及びケース２に直接接触する位置または含浸樹脂充填空間４Ｓを介してケース２に対面する位置に第１絶縁材Ａを配置した構成を採用していることが影響していることがわかる。すなわち、絶縁材積層部６を上述の第１条件及び第２条件の何れも満たす構成にすることによって絶縁信頼性が向上することがわかる。

以上の考察より、本実施例に係るリフティングマグネット１では、第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３に配置するそれぞれ絶縁材積層部６を上述の第１条件及び第２条件を満たす構成としているため、第２絶縁材Ｂを連続して重ねて使用した場合に生じ得る不具合、つまり未硬化状態の含浸樹脂４が２枚以上重なった第２絶縁材Ｂ同士の間に十分に充填されず、その部分で空隙が生じるという不具合を解消することができるとともに、金属性の天板２１、底板２２及びスプール２３にそれぞれ第２絶縁材Ｂを直接接触させた場合に生じる不具合、つまり未硬化状態の含浸樹脂４が天板２１、底板２２又はスプール２３と第２絶縁材Ｂとの間に十分に充填されず、その部分で空隙が生じるという不具合も解消することができ、空隙のない良好な含浸状態を得ることができ、絶縁信頼性に優れた絶縁部として機能する第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３を実現することができる。

さらに、本実施例のリフティングマグネット１であれば、空隙のない絶縁信頼性に優れた絶縁空間５を形成することによって、絶縁空間５に空隙が生じた場合と比較して熱伝導性の向上も図ることができる。したがって、有効な耐衝撃性を確保できる範囲内で絶縁空間５を従来よりも小さく（絶縁厚みを従来よりも薄く）設定した場合であっても十分な絶縁効果５を得ることができ、絶縁空間５の狭小化に伴って熱伝導効果をより一層向上させることができる。

また、本実施例のリフティングマグネット１は、第１絶縁材Ａよりも絶縁性能が高い第２絶縁材Ｂを備えた絶縁積層部６を絶縁空間５に配置しているため、絶縁空間５の絶縁性能を有効に高めることができるとともに、第２絶縁材Ｂよりも機械的強度が高い第１絶縁材Ａを備えた絶縁積層部６を絶縁空間５に配置することによって、耐衝撃性を高めることができる。このような技術を採用することによって、有効な耐衝撃性及び絶縁性能を確保しつつ絶縁空間５を従来よりも小さく設定することが可能であり、絶縁空間５の狭小化に伴う熱伝導効果の向上を図ることが可能である。そして、絶縁空間５の狭小化によって含浸樹脂の使用量を低減することが可能であるため、リフティングマグネット１のコストダウン及び軽量化にも資する。

また、絶縁空間５のうち、コイル３とヨーク２４との間の第４絶縁空間５４は、他の絶縁空間（第１絶縁空間５１、第２絶縁空間５２、第３絶縁空間５３）と比較して十分に大きいため、他の絶縁空間５１，５２，５３よりも含浸樹脂４を多く充填でき、図１１に示すように、絶縁材積層部６を配置せずとも良好な絶縁性能を得ることが可能である。したがって、この第４絶縁空間５４には、第１絶縁材Ａよりも絶縁性能が高い一方で含浸樹脂４を通過させないという特性を有する第２絶縁材Ｂを敢えて配置する必要性は乏しいことがわかる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、絶縁空間のうちコイルとヨークとの間の第４絶縁空間に、上述の第１条件及び第２条件を満たす絶縁材積層部を配置することもできる。

また、各絶縁材の材質や種類、サイズは適宜変更することができ、積層パターンも上述の第１条件及び第２条件を満たす範囲で適宜変更してもよい。

また、各絶縁空間にそれぞれ同じ積層パターンの絶縁材積層部を配置することもできる。

また、含浸樹脂の構成要素となる充填材には、上述したドロマイトの他にも、安価に入手することができればチタニア、ベリリヤ、窒化アルミニウム、窒化ボロン、マグネシアを適用することができ、絶縁処理を施せば金属粉末、炭化ケイ素、カーボンブラック、黒鉛等の導電性物質を適用することが可能であり、充填材はこれらのうち一種としてもよいし複数種を混在させてもよい。また、充填材の形状や含浸樹脂に占める割合など、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

１…リフティングマグネット
２…ケース
２１…天板
２２…底板
２３…スプール
２４…ヨーク
３…コイル
４…含浸樹脂
５…絶縁空間
５１…第１絶縁空間
５２…第２絶縁空間
５３…第３絶縁空間
５４…第３絶縁空間
６…絶縁材積層部
Ａ…第１絶縁材
Ｂ…第２絶縁材

Claims

金属製のケースと、前記ケースに収容されたコイルと、前記コイルの巻線間に充填される含浸樹脂とを備え、前記ケースを、天板と、底板と、前記コイルの内周側に配置されるスプールと、前記コイルの外周側に配置されるヨークとを用いて構成し、これら天板、底板、スプール及びヨークと前記コイルとの間に前記含浸樹脂を充填可能な絶縁空間を形成したリフティングマグネットであって、
前記絶縁空間のうち、前記コイルと前記天板との間の第１絶縁空間、前記コイルと前記底板との間の第２絶縁空間、及び前記コイルと前記スプールとの間の第３絶縁空間に、相互に種類の異なる第１絶縁材及び第２絶縁材を層状に重ねた絶縁材積層部を配置し、
前記絶縁材積層部は、未硬化状態の前記含浸樹脂が通過可能であり且つ前記第２絶縁材よりも機械的強度が高い前記第１絶縁材を、前記天板、前記底板、前記スプールに接触又は前記含浸樹脂が充填された空間を介して対面させるととともに、未硬化状態の前記含浸樹脂が通過不能であり且つ前記第１絶縁材よりも絶縁性能が高い第２絶縁材同士を重ね合わせていないものであることを特徴とするリフティングマグネット。