CN103339205A - 模制结构体以及电动机 - Google Patents

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Abstract

本发明的模制结构体是由模制用树脂形成的,该模制用树脂至少由热固性树脂、具有电绝缘性的含有至少金属水合物的无机填充剂、以及分散剂构成。由此,能够提高模制用树脂中的无机填充剂的分散性,能够实现无机填充剂的高填充化、高流动化。结果,由高热导率且成型性优异的模制用树脂能够得到具有高散热性的模制结构体。

Description

模制结构体以及电动机
技术领域
本发明涉及将卷绕于铁芯核的电磁线圈进行模制成型而成的模制结构体以及电动机。
背景技术
一直以来,对于家用电器用电动机、变压器等机器,强烈要求小型化、薄型化以及高输出功率化。另外,考虑到使用机器的环境,要求的是低噪音并且低振动的机器。
为了实现上述要求,提出了将卷绕于铁芯核中的电磁线圈使用模制用树脂进行模制成型而成的低噪音且低振动的电动机。需要说明的是,关于电动机的构成,在以后的实施方式中,进行详细地说明。
但是,近年来随着市场环境意识的提高,不只是电动机的小型·薄型化·输出功率高密度化,安全性、对环境低负担的要求也变得强烈。因此,对于构成电动机的定子1等的模制结构体,不仅要求实现小型化而且还要求能够抑制温度上升的高散热性。
另外,为了确保电动机的安全性,对于模制用树脂,要求兼顾高的耐电压和阻燃性。但是,现有的配混于模制用树脂中的阻燃剂正在使用对环境负担重的臭氧。因此,寻求对环境负担小的阻燃剂。
为了满足上述要求,进行了例如专利文献1~专利文献4所示的以下研究。
专利文献1所述的发明通过向不饱和聚酯树脂中填充热导率高的填充剂即高温焙烧过的氧化镁65~80%,实现了模制用树脂的高热导率化。但是,上述模制用树脂不具有阻燃性,因此难以确保家用电器用电动机、变压器等模制用树脂所要求的阻燃性。另外,由于高填充有填充剂,模制用树脂中的树脂成分相对地不充分,不能够得到使填充剂均匀分散的模制用树脂。
专利文献2所述的发明通过使不饱和聚酯树脂含有热导率高的氧化铝和赋予阻燃性的红磷,实现了模制用树脂的高热导率化和阻燃性。但是,将模制用树脂成型时,由于红磷产生的渗出所导致的模具腐蚀以及高温高湿的使用环境下磷的表面析出,存在定子的绝缘电阻降低的可能性。另外,模制用树脂中所含有的磷存在不被允许应用于环保产品的可能性。
专利文献3所述的发明通过使用在环氧树脂和填充剂中含有金属粉的模制用树脂,实现了模制用树脂的高热导率化。但是,由于环氧树脂自身的粘性高,不能将填充剂均匀地分散。因此,限制环氧树脂分子量的规格、对混炼方法加以限制而将填充剂均匀地分散。因此,存在制造周期变长的问题。另外,将卷绕于铁芯核的电磁线圈进行模制成型时,存在绕组间混入具有导电性的金属粉的情况。此时,如果金属粉附近的绕组覆膜有针孔存在,则模制结构体的绝缘耐压降低。另外,由于模制用树脂中填充有金属粉,因此模制成型时存在模具在短时间内被金属粉擦伤的问题。
另外,专利文献4所述的发明通过使用环氧树脂中添加有湿润分散剂并且高填充有无机填料作为填充剂的模制用树脂,实现了半固化片的高热导率化。但是,与专利文献2同样地,由于环氧树脂自身的粘性高,不能将填充剂均匀地分散。另外,半固化片用的树脂由于流动性低而不能用于将电动机的电磁线圈模制成型,因此存在不能制作模制结构体的问题。
现有专利技术
专利文献
专利文献1:日本专利第3622724号公报
专利文献2:日本专利第4186930号公报
专利文献3:日本特开2004-143368号公报
专利文献4:日本特开2010-260990号公报
发明内容
发明要解决的问题
为了解决上述问题,本发明的模制结构体是由模制用树脂形成的,该模制用树脂至少由热固性树脂、具有电绝缘性的含有至少金属水合物的无机填充剂、以及分散剂构成。
用于解决问题的方案
由此,能够提高模制用树脂中的无机填充剂的分散性,实现无机填充剂的高填充性、高流动性。进一步,通过不含有磷系阻燃剂之类的环境负担重的物质的金属水合物,能够提高模制用树脂的阻燃性。结果,通过使用具有高热导率和阻燃性并且成型性优异的模制用树脂,能够得到具有高散热性和高可靠性的模制结构体。
附图说明
图1为表示本发明实施方式中的电动机构成的截面图。
图2为表示相同实施方式的电动机绕组温度与模制用树脂的热导率的关系的图。
具体实施方式
以下,对于本发明的实施方式的模制结构体以及使用了该模制结构体的电动机,参照附图进行说明。需要说明的是,本发明不受本实施方式的限定。
(实施方式)
以下,对于本发明实施方式中的模制结构体使用图1进行说明。需要说明的是,图1中,以例如小型空调用电动机等家用电器用的电动机为例进行说明,该电动机是由将卷绕于铁芯核的电磁线圈使用模制用树脂进行模制成型而成的模制结构体形成的。
图1为表示本发明实施方式中的电动机构成的截面图。
如图1所示,电动机由定子1、驱动电路4、外周具有永磁体7的转子6构成。电动机的定子1是在铁芯核1a中介由线圈架卷绕绕组2而构成的;以除了铁芯核1a的内周面以外的部分被由模制用树脂形成的模制结构体3包围的方式一体地成型。此时,在定子1的一侧端面侧1b用于收纳支承转子6的轴承5a的轴承壳体通过由模制用树脂形成的模制结构体3一体地成型;定子的另一端面侧1c设有开口部。驱动电路4配置于绕组2和轴承5a之间,与定子1一起以被由模制用树脂形成的模制结构体3包围的方式一体地成型。
另外,在转子6中,轴8的一端从定子1的开口部插入至轴承5a,轴8的另一端插入至轴承5b,轴承5b收纳于具有轴承收纳部的托架9所形成的轴承收纳部。并且,定子1另一端面侧1c以托架9作为盖,从而转子6的轴8介由轴承5a、5b被可旋转地支承于定子1。
由以上的结构,伴随着转子旋转的、铁芯核1a和绕组2中产生的振动被构成定子1的模制结构体3抑制,从而得到振动少并且静音性优异的电动机。
构成本实施方式的模制结构体3的模制用树脂是由例如包含不饱和聚酯的热固性树脂、包含至少例如氢氧化铝等金属水合物的绝缘性无机填充剂、以及湿润分散剂等分散剂构成的。
此时,如以下详细地说明,分散剂的添加量优选为无机填充剂重量的0.5%~2%。另外,无机填充剂的含量优选为模制用树脂中的热固性树脂等树脂的2倍以上。
另外,作为热固性树脂的不饱和聚酯树脂的粘度优选为300mPa·s左右。由此,通过通常的混炼机(叶片的形状为例如:双臂型、西格玛(sigma)型、Z型等),能够容易地将无机填充剂和玻璃纤维等均匀地分散。
需要说明的是,使用粘度为3000mPa·s的环氧树脂作为热固性树脂时,难以将无机填充剂和玻璃纤维均匀地分散并进行混炼。另外,将环氧树脂等模制用树脂进行长时间混炼时,由于摩擦使得热固化开始,因此模制成型时模制用树脂变得难以混入绕组间。因此,即便使用含有热导率高的环氧树脂等的模制用树脂,作为模制结构体,电磁线圈温度上升的抑制、防振特性也会降低。
由此,能够得到具有热导率为1.5W/m·K以上并且具有UL标准94、V-0(厚度1/16英寸)(以下,称为“V-0”)的阻燃性的模制结构体。即,通过使用上述模制用树脂,能够使图1的电动机的模制结构体的最薄部10薄至例如1.6mm,与以往相比薄20%左右。结果,能够实现电动机的小型化和阻燃性V-0两者兼顾。
另外,模制用树脂只由热固性树脂和具有绝缘性的无机填充剂构成。因此,即便绕组2存在覆膜的缺陷(初始的针孔、绕组时损伤等),也能够防止模制成型时绕组2间的绝缘耐压的降低。结果,能够防止构成电动机的模制结构体整体的绝缘耐压的降低。
以下,对于构成本实施方式的模制结构体的模制用树脂的特性,进行详细地说明。
首先,以下的(表1)中表示:树脂量、树脂的成型性以及模制用树脂或模制结构体的热导率与湿润分散剂添加量的关系。(表1)中,湿润分散剂的添加量以湿润分散剂的添加量相对于无机填充剂的比例(%)表示。需要说明的是,树脂量是指例如模制用树脂(100%)中混炼的作为热固性树脂的不饱和聚酯树脂的量。另外,虽然(表1)中没有表示,但从模制用树脂中减去树脂量和湿润分散剂后的剩余量相当于无机填充剂的量。另外,(表1)中所示的“-”表示未测定,后面的表中也同样。另外,以后所示的热导率以使用NETZSCH公司制造的LFA 447 NanoFlash(氙闪光分析仪))装置而测定的值表示。
[表1]
Figure BDA00003567498800051
如(表1)所示,不添加湿润分散剂的情况下,树脂量为20%以下时混炼性降低而模制结构体的成型变得不可能。
但是,即便在树脂量为19%以下的情况下,通过添加相对于无机填充剂为1%左右的湿润分散剂,直到树脂量为17%为止也可以进行模制结构体的成型。
即,通过添加湿润分散剂,即便增加无机填充剂且减少树脂量,也能够成型模制结构体。结果,可以得到具有1.6W/m·K以上的高热导率的模制用树脂和模制结构体。
需要说明的是,为了提高尺寸稳定性,热固性树脂中也可以含有例如聚苯乙烯、热塑性聚乙烯等具有缓和模制用树脂的收缩作用的树脂。此时,热固性树脂和低收缩剂的总计相当于(表1)的树脂量。
接着,(表2)中表示:相对于无机填充剂的湿润分散剂的添加量与模制用树脂的成型性和模制结构体的热导率的关系。
[表2]
Figure BDA00003567498800061
如(表2)所示,不添加湿润分散剂时,模制用树脂的混炼性变差,不能成型模制结构体。另一方面,相对于无机填充剂的湿润分散剂的添加量为3%以上时,模制结构体的热导率降低而没有提高热导率的效果。
即,相对于无机填充剂的湿润分散剂的添加量优选设为0.5%~2%。结果,能够得到热导率高的模制用树脂和模制结构体。
此时,可以使用例如硅烷偶联剂进行无机填充剂的表面处理。由此,通过提高模制用树脂中的无机填充剂的分散性并且提高树脂和无机填充剂的密合性,能够得到热导率高的模制用树脂和模制结构体。
接着,以下(表3)中表示:模制用树脂中不饱和聚酯树脂的树脂量和作为无机填充剂的金属水合物的含量在模制用树脂中所占的比率,与阻燃性的关系。
(表3)使用树脂量和金属水合物在模制用树脂中所占比率不同的1.6mm厚(1/16英寸)的样品A、样品B以及样品C,基于UL燃烧试验法的UL94V-0、V-1、V-2标准,对阻燃性进行评价。
需要说明的是,(表3)中,作为赋予阻燃性的金属水合物,以氢氧化铝为例进行说明,但不限于此。另外,(表3)中,作为除了金属水合物以外的无机填充剂,以碳酸钙为例进行说明,但不限于此。
[表3]
Figure BDA00003567498800071
如(表3)所示,金属水合物相对于树脂量的比率小于2倍的样品A表现出V-2的阻燃性。另一方面,可知金属水合物相对于树脂量的比率为2倍的样品B、为2倍以上的样品C,能够得到V-0高的阻燃性。即,可知:金属水合物通过加热时产生的分解水吸收燃烧热而对模制用树脂赋予阻燃性;而金属水合物相对于树脂量的比率为2倍以上时,能够赋予更高的阻燃性。
需要说明的是,作为在400℃以下表现出阻燃性的金属水合物,除了氢氧化铝以外,也可以使用氢氧化镁。
另外,为了提高尺寸稳定性,作为热固性树脂的不饱和聚乙烯中也可以含有包含例如聚苯乙烯、热塑性聚乙烯等热塑性树脂的低收缩剂。此时,热固性树脂和低收缩剂的总量相当于(表3)的树脂量。
因此,通过使用金属水合物作为阻燃剂,可以得到具备V-0阻燃性的模制用树脂和模制结构体。因此,从环境负担的观点出发,不必使用应用受到限制的包含卤素、磷等的阻燃剂。
需要说明的是,(表3)中,作为一例,关于相对于(表1)中所示的21%的树脂量的金属水合物的效果进行说明,但不限于此。添加(表1)的湿润分散剂的情况下,只要添加相对于17%~19%树脂量为2倍以上的金属水合物,能够得到相同的效果。
以下,对于构成如上述形成的模制结构体的模制用树脂的散热性,使用图2进行说明。需要说明的是,图2以使用由上述模制用树脂形成的模制结构体形成的小型空调用电动机为例进行说明。
图2为表示本发明实施方式中的电动机的绕组温度与模制结构体的热导率的关系的图。
如图2所示,模制结构体的热导率为1.7时,能够将绕组的温度上升控制在120℃左右。另一方面,模制结构体的热导率为0.75时,绕组的温度上升至140℃。因此,通过提高热导率,能够提供例如20℃的电动机的绕组温度上升富余空间(margin)。
即,可知使用上述(表1)~(表3)说明的规定的配合比率,提高构成模制结构体的模制用树脂的热导率,由此能够有效地将绕组产生的热向外部散热。
根据本实施方式,通过具有高热导率的模制结构体能够降低绕组的温度上升和电动机各部的温度上升。结果,能够提高构成驱动电路4的电子部件等的耐久性,能够谋求提高电动机等机器的可靠性、安全性。
需要说明的是,本实施方式中,作为热固性树脂以不饱和聚酯树脂为例进行了说明,但不限于此。例如,也可以为环氧改性聚酯。由此,能够得到同样的效果。
另外,本实施方式中,作为除了金属水合物以外的无机填充剂,以碳酸钙为例进行了说明,但不限于此。也可以为例如滑石。由此,能够得到同样的效果。
另外,本实施方式中,作为无机填充剂的表面处理剂,以硅烷偶联剂为例进行了说明,但不限于此。也可以使用例如:钛酸酯系、铝酸酯系的偶联剂。由此,能够得到同样的效果。
本发明的模制结构体是由模制用树脂形成的,该模制用树脂至少由热固性树脂、具有电绝缘性的含有至少金属水合物的无机填充剂、以及分散剂构成的。由此,能够提高模制用树脂中的无机填充剂的分散性,能够实现无机填充剂的高填充性、高流动性。结果,通过高热导率且成型性优异的模制用树脂,能够得到具有高散热性的模制结构体。进一步,模制用树脂的高流动性使得成型时模制用树脂流入至电磁线圈间的细小部分中,在电磁线圈表面上密合。结果,能够提高电磁线圈的散热性。
另外,本发明的分散剂为湿润分散剂。由此,能够提高模制用树脂中无机填充剂的分散性。
另外,本发明模制结构体中的湿润分散剂添加量相对于无机填充剂的重量为0.5%~2%。由此,能够使模制用树脂的流动性和散热性达到最适。
另外,本发明的无机填充剂含量为模制用树脂中树脂总含量的2倍以上。由此,能够不含有环境负担高的物质而提高模制用树脂的阻燃性。
另外,本发明模制结构体的热固性树脂为不饱和聚酯。由此,能够提高模制用树脂的热导率并且能够将无机填充剂充分地混炼。
另外,本发明模制结构体的模制用树脂中,除了包含湿润分散剂外还包含硅烷偶联剂。由此,能够进一步提高无机填充剂的分散性。
另外,本发明的电动机具备:使用上述模制用树脂将至少卷绕于铁芯核的电磁线圈模制成型的模制结构体。由此,能够得到阻燃性高、安全的、高输出功率的小型且薄型的电动机。
产业上的可利用性
本发明可以应用于:要求高安全性和可靠性的、使用模制用树脂形成的模制结构体、特别是使用模制结构体的期望小型化、高输出功率化的电动机等的技术领域。
附图标记说明
1 定子
1a 铁芯核
1b、1c 端面侧
2 绕组
3 模制结构体
4 驱动电路
5a、5b 轴承
6 转子
7 永磁体
8 轴
9 托架
10 最薄部

Claims (7)

1.一种模制结构体,其是由模制用树脂形成的,该模制用树脂至少由热固性树脂、具有电绝缘性的含有至少金属水合物的无机填充剂、以及分散剂构成。
2.根据权利要求1所述的模制结构体,其中,所述分散剂为湿润分散剂。
3.根据权利要求2所述的模制结构体,其中,所述湿润分散剂的添加量相对于所述无机填充剂的重量为0.5%~2%。
4.根据权利要求1所述的模制结构体,其中,所述无机填充剂的含量为所述模制用树脂的总含量的2倍以上。
5.根据权利要求1所述的模制结构体,其中,所述热固性树脂为不饱和聚酯。
6.根据权利要求2所述的模制结构体,其中,在所述模制用树脂中除了包含湿润分散剂外还包含硅烷偶联剂。
7.一种电动机,其具备权利要求1~权利要求6中任一项所述的模制结构体,该模制结构体是通过模制用树脂使至少卷绕于铁芯核的电磁线圈模制成型而成的。
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