高导热性绝缘部件及其制造方法、电磁线圈技术

本发明专利技术涉及带状或薄片状的高导热性绝缘部件、其制造方法、使用该高导热性绝缘部件的电磁线圈、以及具有该电磁线圈的发电机等电磁设备。为了使电磁设备实现高效化、小型化、低成本化，需要提高电磁线圈的冷却性能，因此，虽然研讨了将用于电磁线圈中的带状或薄片状的绝缘部件做成高导热部件，但在以前的绝缘部件中存在不能获得足够的导热率、或只能使用特殊的树脂成分等问题。在本发明专利技术中，作为带状或薄片状的绝缘部件，使用在树脂基体材料中分散具有１Ｗ／ｍＫ以上且３００Ｗ／ｍＫ以下的导热率的第１粒子和具有０．５Ｗ／ｍＫ以上且３００Ｗ／ｍＫ以下的导热率的第２粒子的材料，从而解决了上述问题。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于发电机、电动机、变压器这样的电磁设备的电磁线圈的带状或薄片状的高导热性绝缘部件及其制造方法，还涉及采用高导热性绝缘部件制造的电磁线圈及电磁设备。
技术介绍
为了使电磁设备高效率化、小型化、低成本化，需要提高电磁线圈的冷却性能。作为提高电磁线圈的冷却性能的方法之一，是使在电磁线圈的周边使用的电绝缘性的带状或薄片状部件具有高导热性。以往的电绝缘材料的导热率在3～37W/mK的范围。在日本特开平11-71498号公报中，公开了以提高电绝缘材料的导热率为目的，为了增加充填材的量，改变基体树脂的成分的技术。但是，该现有文献的电绝缘材料导热率不足，此外，可使用的树脂只限制在特殊的成分。在日本特开2002-93257号公报中，公开了具有含无机粉末的内衬材料的高导热性的云母基体材料薄片，作为用于电磁线圈的电绝缘材料。但是，该现有文献的电绝缘材料，由于用于内衬材料的、显示高导热性的材料不具有足够的导热性，因此作为电磁线圈的绝缘层，导热率不足。在日本特开平11-323162号公报中，公开了为提高绝缘层的导热率，通过在绝缘层中采用结晶性环氧树脂，提高树脂的导热率的技术。但是，该现有文献的结晶性环氧树脂，由于在室温下呈固体状态，所以其处理困难。在日本特开平10-174333号公报中，公开了为提高绝缘层的导热率，在绕线导体上交替卷绕导热薄片的电磁线圈。但是，如果采用该现有文献的电磁线圈，由于热流被云母层隔热，所以难于得到高的导热率。如此，采用以往的电绝缘材料，存在不能得到足够的导热率，其制造费工、费时、增加成本等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种能够不受树脂成分限制的、导热率高且容易制造的、通用性强的高导热性绝缘部件及其制造方法，此外，还提供一种采用如此的高导热性绝缘部件的电磁线圈及电磁设备。本专利技术的高导热性绝缘部件，含有树脂基体材料；第1粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有1W/mK以上、300W/mK以下的导热率；以及第2粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有0.5W/mK以上且300W/mK以下的导热率。通过将本专利技术的高导热性绝缘部件与以往的云母带组合，用于绕线导体(Cu线圈)，能够提供兼备优良的散热特性(冷却能)和卷圆形的电磁线圈。当然，也可以单独使用本专利技术的高导热性绝缘部件。本专利技术的高导热性绝缘部件，是具有云母层及内衬材料层的带状或薄片状的高导热性绝缘部件，所述内衬材料层含有树脂基体材料；第1粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有1W/mK以上、300W/mK以下的导热率；以及第2粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有0.5W/mK以上且300W/mK以下的导热率。本专利技术的高导热性绝缘部件，是具有云母层及内衬材料层的带状或薄片状的高导热性绝缘部件，所述云母层含有云母纸(micapaper)，由云母鳞片(mica scales)构成；以及第2粒子，分散在所述云母纸中，具有0.5W/mK以上且300W/mK以下的导热率。将第1粒子的导热率λ的下限值设定在1W/mK的理由是，因为如果采用低于此值的导热率λ，不能得到所要求的散热特性。将第1粒子的导热率λ的上限值设定在300W/mK以下的理由是，因为如果充填具有大于此值的导热率λ的金属粉或碳纳米管，导电率σ过大，有损部件的绝缘性。将第2粒子的导热率λ的下限值设定在0.5W/mK的理由是，因为如果采用低于此值的导热率λ，不能得到所要求的散热特性。将第2粒子的导热率λ的上限值设定在300W/mK以下的理由是，与所述第1粒子的理由相同。但是，如果满足将第2粒子的体积含有率设在33.3vol％以下的条件(参照图30)，作为第2粒子，能够限定地充填如金、铜、铁这样的金属或碳。如果满足此条件，因为不会有损害部件绝缘性的顾虑。在本专利技术中，第2粒子的粒径，优选比第1粒子的粒径小，更优选小于等于第1粒子的粒径的0.15倍。其理由是，如果第2粒子与第1粒子的粒径比接近0.15，如图7所示，导热率λ降低。第1粒子的粒径，优选设定在0.05μm以上、100μm以下(50nm～105nm)的范围。如果第1粒子的粒径小于0.05μm，因为难于在层中均匀分散粒子，有电绝缘破坏强度降低的顾虑。相反，如果第1粒子的粒径大于100μm，因为损失带部件或薄片部件的平坦性，同时厚度容易不均匀。此外，第2粒子的粒径，优选小于等于云母鳞片的直径的至少0.15倍。其理由也是，如果云母鳞片与第2粒子的粒径比接近0.15，导热率λ降低。第1粒子由从氮化硼、氮化铝、氧化铝、氧化镁、氮化硅、氧化铬、氢化铝、人造金刚石、金刚石状碳、碳状金刚石、碳化硅、层状硅酸盐粘土矿物及云母等中选择的1种或2种以上构成。因为，这些材料的粒子，在通常的状态下具有1W/mK以上、300W/mK以下的导热率λ。第2粒子由从氮化硼、碳、氮化铝、氧化铝、氧化镁、氮化硅、氧化铬、氢化铝、人造金刚石、金刚石状碳、碳状金刚石、碳化硅、金、铜、铁、层状硅酸盐粘土矿物及云母等中选择的1种或2种以上构成。特别是，第2粒子最优选由碳或氧化铝中的任何一种构成。碳黑这样的碳粒子非常适合提高本专利技术部件的导热率λ。此外，氧化铝粒子，即使在提高本专利技术部件的导热率λ，同时不损害部件的绝缘性的方面，也是很适合的。内衬材料层上的第2粒子的含量，优选设定在0.5vol％以上。因为如果增加第2粒子的含量，可提高导热率λ。特别是因为，如果含有1vol％以上的第2粒子，如图3及图9所示，能够飞跃地提高导热率λ。第2粒子的含量，相对于该第2粒子和树脂的总和，优选设定在33.3vol％以下，更优选设定在23vol％以下。因为如果过剩含有第2粒子，导电率σ过大。特别是，如果采用超过33.3vol％的第2粒子的含量，如图30所示，导电率σ过大，降低部件的绝缘性。可以将内衬材料层设在云母层的两面，也可以将云母层设在内衬材料层的两面(参照图15)。内衬材料层的宽度可以大于云母层，云母层的宽度也可以大于内衬材料层(参照图18)。高导热性绝缘部件的总厚度，在是带的情况下，设定在0.2～0.6mm，在是薄片的情况下，设定在0.2～0.8mm。云母层和内衬材料层的厚度比率，优选设定在6∶4～4∶6的范围，更优选设定在11∶9～9∶11的范围。本专利技术的高导热性绝缘部件的制造方法，制造具有云母层及内衬材料层的带状或薄片状的高导热性绝缘部件，包括以下步骤(a)按规定比例混合具有1W/mK以上且300W/mK以下的导热率的第1粒子、具有0.5W/mK以上且300W/mK以下的导热率的第2粒子和树脂溶液；(b)将所述混合物浸渍在浸渍体中；(c)加热浸渍在所述浸渍体中的所述混合物进行固化，从而得到内衬材料层；(d)在云母纸(mica paper)上贴合粘接所述内衬材料层；(e)通过用辊压(rollerpress)从上下面施加压力，将贴合粘接的所述内衬材料层及云母纸成型为带状或薄片状。上述的浸渍体也可以是玻璃纤维布(glass cloth)或树脂薄膜中的任何一种。在采用玻璃纤维布制作内衬材料层的情况下，按照图1所示的工序B1(工序S1～S3)进行。在采用树脂薄膜制作内衬材料层的情况下，按照图13所示的工序B2(工序S11～S12)进行。在辊压中，优选采用热辊压法。辊压一般设定为只1次的单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高导热性绝缘部件，其特征在于，含有：树脂基体材料；第１粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有１Ｗ／ｍＫ以上且３００Ｗ／ｍＫ以下的导热率；以及第２粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有０．５Ｗ／ｍＫ以上且３００Ｗ／ｍＫ以下的导热率。

【技术特征摘要】
JP 2002-7-4 196363/2002;JP 2003-5-22 144919/20031.一种高导热性绝缘部件，其特征在于，含有树脂基体材料；第1粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有1W/mK以上且300W/mK以下的导热率；以及第2粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有0.5W/mK以上且300W/mK以下的导热率。2.一种高导热性绝缘部件，是具有云母层及内衬材料层的带状或薄片状的高导热性绝缘部件，其特征在于，所述内衬材料层含有树脂基体材料；第1粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有1W/mK以上且300W/mK以下的导热率；以及第2粒子，分散在所述树脂基体材料中，具有0.5W/mK以上且300W/mK以下的导热率。3.一种高导热性绝缘部件，是具有云母层及内衬材料层的带状或薄片状的高导热性绝缘部件，其特征在于，所述云母层含有云母纸(mica paper)，由云母鳞片(mica scales)构成；以及第2粒子，分散在所述云母纸中，具有0.5W/mK以上且300W/mK以下的导热率。4.如权利要求1所述的绝缘部件，其特征在于，所述第2粒子的粒径比所述第1粒子的粒径小。5.如权利要求1所述的绝缘部件，其特征在于，所述第2粒子的粒径小于等于所述第1粒子的粒径的0.15倍。6.如权利要求3所述的绝缘部件，其特征在于，所述第2粒子的粒径小于等于所述云母鳞片的直径的至少0.15倍。7.如权利要求1所述的绝缘部件，其特征在于，所述第1粒子由从氮化硼、氮化铝、氧化铝、氧化镁、氮化硅、氧化铬、氢化铝、人造金刚石、金刚石状碳、碳状金刚石、碳化硅、层状硅酸盐粘土矿物及云母等中选择的1种或2种以上构成。8.如权利要求1所述的绝缘部件，其特征在于，所述第2粒子由碳或氧化铝中的任何一种构成。9.如权利要求3所述的绝缘部件，其特征在于，所述第2粒子由从氮化硼、碳、氮化铝、氧化铝、氧化镁、氮化硅、氧化铬、氢化铝、人造金刚石、金刚石状碳、碳状金刚石、碳化硅、金、铜、铁、层状硅酸盐粘土矿物及云母等中选择的1种或2种以上构成。10.如权利要求3所述的绝缘部件，其特征在于，所述第2粒子由碳或氧化铝中的任何一种构成。11.如权利要求1所述的绝缘部件，其特征在于，所述内衬材料层中的所述第2粒子的含量大于等于0.5vol％。12.如权利要求1所述的绝缘部件，其特征在于，相对于该第2粒子和所述树脂的总和，所述第2粒子的含量在33.3vol％以下。13.如权利要求2所述的绝缘部件，其特征在于，所述内衬材料层设在所述云母层的两面。14.如权利要求3所述的绝缘部件，其特征在于，所述云母层设在所述内衬材料层的两面。15.如权利要求2所述的绝缘部件，其特征在于，所述云母层含有云母纸(mica paper)，由云母鳞片(mica scales)构成；以及第2粒子，分散在所述云母纸中，具有0.5W/mK以上且300W/mK以下的导热率。16.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈本彻志，土屋宽芳，泽史雄，岩田宪之，小山充彦，铃木幸男，铃木明彦，大高彻，石井重仁，长野进，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：JP[日本]