JP2006280084A - Stator for motor - Google Patents

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Shinichi Iizuka
慎一 飯塚
Yasuhiro Endo
康浩 遠藤
Ryoji Mizutani
良治 水谷
Kazutaka Tatematsu
和高 立松
Kenji Harada
健司 原田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Toyota Motor Corp
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electromagnetic member that is excellent in heat resistance having coils comprising conductors covered by a glass-system insulating material, that hardly causes a fracture including a break or a crack of the insulation cover, and that makes it easy to repair such a fracture even if it occurs. <P>SOLUTION: This stator for a motor comprises a magnetic material core, coils of conductors provided around the magnetic material core and covered by a glass layer made of an inorganic oxide and whose softening temperature is 400°C or larger and less than 800°C, a protective sheet layer inserted between the magnetic material core and the glass layer and that has higher softening temperature than the glass layer, and a molded layer provided on the outside circumference of the coil. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、磁界発生のためのコイルを含むモータ用ステータ、特にコイル/コア一体型モータにおけるモータ用ステータに関するものである。   The present invention relates to a motor stator including a coil for generating a magnetic field, and more particularly to a motor stator in a coil / core integrated motor.

電気自動車やハイブリッド自動車の動力用等に、小型で高出力のモータが求められている。小型で高出力のモータを得るためには、モータのステータ等に設けられるコイルへの電流密度が高いことが望ましい。しかし、高い電流密度によりコイルの発熱が大きくなるので、コイルを被覆する絶縁材料に耐熱性の優れた材料が求められる。   There is a demand for a small, high-output motor for powering electric vehicles and hybrid vehicles. In order to obtain a small and high output motor, it is desirable that the current density to the coil provided in the stator of the motor is high. However, since the heat generation of the coil increases due to the high current density, a material having excellent heat resistance is required for the insulating material covering the coil.

耐熱性の優れた絶縁材料としてはポリイミド樹脂が知られており、ポリイミド樹脂で絶縁被覆されたポリイミド線は、耐熱寿命250℃程度を達成する。しかし近年、動力用モータ等についてはより小型化かつ高出力化が要求されおり、従来のポリイミド樹脂を越えるより高い耐熱性を有する絶縁材料で被覆されたコイルがモータ用に求められるようになった。   A polyimide resin is known as an insulating material having excellent heat resistance, and a polyimide wire that is insulation-coated with a polyimide resin achieves a heat resistant life of about 250 ° C. Recently, however, power motors and the like have been required to be smaller and have higher output, and coils coated with an insulating material having higher heat resistance than conventional polyimide resins have been required for motors. .

ポリイミド樹脂より高い耐熱性を有する絶縁材料として、無機ガラス系絶縁材料が期待されている。ガラス系絶縁材料は、優れた絶縁性を有するものも多く、又通常ポリイミド線の耐熱寿命の温度(約250℃)よりはるかに高いガラス転移点や軟化点を有し、耐熱性に優れる場合が多い。   An inorganic glass-based insulating material is expected as an insulating material having higher heat resistance than a polyimide resin. Many glass-based insulating materials have excellent insulating properties, and usually have a glass transition point and softening point that are much higher than the temperature (about 250 ° C.) of the heat resistance life of polyimide wires, and may have excellent heat resistance. Many.

しかし、ガラス系絶縁材料は脆く、振動や曲げ等により割れやクラック等の破断が生じやすい。従って、モータのステータのコイルの絶縁被覆にガラス系絶縁材料を用いると、コイルを磁性体心(鉄心等)に装着する際のコイルと磁性体心のこすれや、モータ使用時の磁気振動の衝撃による破断が生じやすくなり、絶縁性の低下が問題となると考えられていた。   However, glass-based insulating materials are fragile, and breakage such as cracks or cracks is likely to occur due to vibration or bending. Therefore, when a glass-based insulating material is used for the insulation coating of the stator coil of the motor, the coil and the magnetic core are rubbed when the coil is mounted on a magnetic core (iron core, etc.), and the magnetic vibration shock when the motor is used It has been thought that breakage due to the above is likely to occur, and a decrease in insulation becomes a problem.

本発明は、磁界発生のためのコイルを含むモータ用ステータであって、該コイルは耐熱性に優れたガラス系の絶縁材で被覆され、従って高温環境下での使用が可能であるとともに、該絶縁被覆の割れやクラック等の破断が生じにくく、又は破断が生じてもその修復が容易であるとの特徴を有するモータ用ステータを提供することを課題とする。   The present invention is a stator for a motor including a coil for generating a magnetic field, and the coil is coated with a glass-based insulating material having excellent heat resistance, and thus can be used in a high-temperature environment. It is an object of the present invention to provide a stator for a motor having a feature that breakage such as cracks or cracks in an insulating coating hardly occurs, or that the breakage is easy to repair.

本発明者は、鋭意検討の結果、ガラス系の絶縁材として特定の範囲の軟化温度を有するものを用い、かつ該絶縁材で被覆されたコイルを、該絶縁材よりも高い軟化温度を有する保護シート層で覆うことにより、絶縁被覆の破断の発生を低減しかつ破断の修復を可能にすること、又、コイルの外周に、該コイルを固定するためのモールド層を設けることによっても絶縁被覆の破断の発生をさらに低減できることを見出した。本発明は、このような知見に基づき完成されたものである。   As a result of intensive studies, the present inventor used a glass-based insulating material having a softening temperature in a specific range, and protected a coil covered with the insulating material having a softening temperature higher than that of the insulating material. Covering with a sheet layer reduces the occurrence of breakage of the insulation coating and makes it possible to repair the breakage. Also, by providing a mold layer for fixing the coil on the outer periphery of the coil, It has been found that the occurrence of breakage can be further reduced. The present invention has been completed based on such findings.

すなわち、本発明はその請求項1として、磁性体心、該磁性体心の周囲に設けられ、無機酸化物からなりかつ軟化温度が400℃以上で800℃未満のガラス層により被覆された導体のコイル、該磁性体心及び該ガラス層間に設けられ、無機酸化物からなりかつ該ガラス層より高い軟化温度を有する保護シート層、及び該コイルの外周に設けられたモールド層を有することを特徴とするモータ用ステータを提供する。   That is, the present invention provides, as claim 1, a magnetic core, a conductor provided around the magnetic core and covered with a glass layer made of an inorganic oxide and having a softening temperature of 400 ° C. or higher and lower than 800 ° C. A protective sheet layer made of an inorganic oxide and having a softening temperature higher than that of the glass layer, and a mold layer provided on the outer periphery of the coil, provided between the coil, the magnetic core and the glass layer. A motor stator is provided.

前記本発明のモータ用ステータに含まれるコイルを形成する導体の材質は特に限定されず、銅、銀又はこれらを主成分とする合金からなるものや、銅、銀等にニッケル等のめっきがされたものが例示されるが、通常は、銅又は銅を主成分とする合金が用いられる。又、導体の形状も特に限定されないが、ステータ内で導体の占積率を高くし、かつ電界集中を防ぐために、断面平角状のものが好ましい。   The material of the conductor forming the coil included in the motor stator of the present invention is not particularly limited, and is made of copper, silver or an alloy containing these as a main component, or copper or silver is plated with nickel or the like. In general, copper or an alloy containing copper as a main component is used. The shape of the conductor is not particularly limited, but a conductor having a rectangular cross section is preferable in order to increase the space factor of the conductor in the stator and prevent electric field concentration.

この導体の表面は、無機酸化物からなるガラス層で絶縁被覆される。被覆が、ガラス化した緻密な分子構造を有することにより、優れた絶縁性が得られる。さらに、導体の酸化防止、腐食防止に寄与するとの効果も発揮される。   The surface of this conductor is insulated with a glass layer made of an inorganic oxide. Since the coating has a dense molecular structure vitrified, excellent insulating properties can be obtained. Furthermore, the effect of contributing to the oxidation prevention and corrosion prevention of the conductor is also exhibited.

ガラス層は、その軟化温度が400℃以上で800℃未満の範囲であることを特徴とする。ポリイミド樹脂をはるかに越える高い耐熱性を得るためには、軟化温度を400℃以上とする必要がある。ここで軟化温度とは、TMA法により、荷重10g、昇温10℃/分の条件で測定したときの変曲点の温度を言う。   The glass layer has a softening temperature in the range of 400 ° C. or higher and lower than 800 ° C. In order to obtain high heat resistance far exceeding that of the polyimide resin, the softening temperature needs to be 400 ° C. or higher. Here, the softening temperature refers to the temperature at the inflection point when measured by the TMA method under conditions of a load of 10 g and a temperature increase of 10 ° C./min.

又、ガラス層が400℃以上で800℃未満の軟化温度を有するので、この温度範囲で、ガラス層の粘度を10ポイズ以下とすることが可能となり、この温度範囲でのアニールにより、幅50μm程度までの微細クラックを容易に消失させることができる。従って、ステータの製造過程でのこすれ、衝撃やコイルの変形等により生じた微細クラックを、このアニールにより消失させ、クラックが生じた絶縁被覆を自己修復させることができる。ガラス層の軟化温度が800℃以上の場合は、アニールによるガラス層のクラック等の修復が困難になり、又、保護シート層の材料の選択が困難になる。P酸化物及びB酸化物を含有するガラスでは、この範囲内の軟化温度は容易に得ることができる。 Further, since the glass layer has a softening temperature of 400 ° C. or more and less than 800 ° C., the viscosity of the glass layer can be made 10 5 poises or less in this temperature range, and the width is 50 μm by annealing in this temperature range. Fine cracks to the extent can be easily eliminated. Therefore, fine cracks caused by rubbing, impact, coil deformation, etc. during the manufacturing process of the stator can be eliminated by this annealing, and the insulating coating in which the cracks have occurred can be self-repaired. When the softening temperature of the glass layer is 800 ° C. or higher, it becomes difficult to repair a crack or the like of the glass layer by annealing, and it is difficult to select a material for the protective sheet layer. In a glass containing P oxide and B oxide, a softening temperature within this range can be easily obtained.

この導体の表面を被覆する絶縁材であるガラス層としては、ガラス転移点において、8〜23×10−6/℃の範囲内の熱膨張率を有するものが好ましい。請求項2は、この好ましい態様に該当する。 As a glass layer which is an insulating material which coat | covers the surface of this conductor, what has a thermal expansion coefficient in the range of 8-23 * 10 < -6 > / degreeC in a glass transition point is preferable. Claim 2 corresponds to this preferable mode.

前記範囲内の熱膨張率を有する結果、室温からガラス転移点の範囲の温度で、該ガラス層は、銅(熱膨張率:17×10−6/℃)、銀(熱膨張率:19×10−6/℃)、金(熱膨張率:14×10−6/℃)等の導体や、導体めっきとして使用されるニッケル(熱膨張率:13×10−6/℃)に近い熱膨張率を有することになり、通電等に伴う環境温度の変化等により生じるクラック等の破断の発生を防ぐことができる。 As a result of having a coefficient of thermal expansion within the above range, at a temperature ranging from room temperature to the glass transition point, the glass layer is composed of copper (thermal expansion coefficient: 17 × 10 −6 / ° C.), silver (thermal expansion coefficient: 19 ×). 10 −6 / ° C.), gold (thermal expansion coefficient: 14 × 10 −6 / ° C.), etc., and thermal expansion close to nickel (thermal expansion coefficient: 13 × 10 −6 / ° C.) used as conductor plating Therefore, it is possible to prevent the occurrence of breakage such as a crack caused by a change in environmental temperature accompanying energization or the like.

前記範囲内の熱膨張率は、ガラス層を構成する無機酸化物として、P酸化物、B酸化物及び2種類以上のアルカリ金属酸化物を用いることにより得ることができる。熱膨張率は、P酸化物とB酸化物の比率や、アルカリ金属酸化物の含有量により変動する。そこで前記範囲の熱膨張率は、これらを後述する範囲内で調整して得られる。   The coefficient of thermal expansion within the above range can be obtained by using P oxide, B oxide and two or more kinds of alkali metal oxides as the inorganic oxide constituting the glass layer. The coefficient of thermal expansion varies depending on the ratio of P oxide and B oxide and the content of alkali metal oxide. Therefore, the thermal expansion coefficient in the above range is obtained by adjusting these within the range described later.

P酸化物、B酸化物及び2種類以上のアルカリ金属酸化物からなるガラス層は、この熱膨張率が得られるとの特徴の他にも、結晶化しにくく安定したガラス状態が得られる、熱劣化や放電劣化しにくく良好な高温絶縁性が達成される等の優れた特徴を有し、又人体に有害な鉛系等の物質を含まないので、コイルの絶縁被覆用のガラス層として好ましい。又、P酸化物、B酸化物及び2種類以上のアルカリ金属酸化物からなるガラスにより、軟化温度の400〜800℃の範囲を容易に得ることができる。請求項3はこの好ましい態様に該当し、前記のモータ用ステータであって、ガラス層が、(1)P酸化物及びB酸化物並びに(2)2種類以上のアルカリ金属酸化物を主成分として含有することを特徴とするモータ用ステータを提供するものである。   The glass layer composed of P oxide, B oxide, and two or more kinds of alkali metal oxides, in addition to the feature that this coefficient of thermal expansion can be obtained, is resistant to crystallization, and a stable glass state is obtained. In addition, it has excellent characteristics such as good discharge resistance and good high-temperature insulation properties, and does not contain lead-based substances harmful to the human body, so it is preferable as a glass layer for coil insulation coating. Moreover, the range of 400-800 degreeC of softening temperature can be easily obtained with the glass which consists of P oxide, B oxide, and 2 or more types of alkali metal oxides. Claim 3 corresponds to this preferred embodiment, wherein the glass stator has (1) P oxide and B oxide and (2) two or more kinds of alkali metal oxides as a main component. The present invention provides a stator for a motor characterized by being contained.

なお、ガラス中には、P酸化物、B酸化物、アルカリ金属酸化物が、それぞれ独立した分子としては存在しない。そこで「(1)並びに(2)を含有する。」とは、P酸化物、B酸化物及び2種類以上のアルカリ金属酸化物が、それぞれ独立した分子として存在していると仮定した場合と同じ組成を、前記のガラスが有することを意味する。   Note that P oxide, B oxide, and alkali metal oxide do not exist as independent molecules in the glass. Therefore, “containing (1) and (2)” is the same as the case where it is assumed that P oxide, B oxide and two or more kinds of alkali metal oxides exist as independent molecules. It means that the glass has a composition.

(1)P酸化物及びB酸化物と(2)2種類以上のアルカリ金属酸化物の比率は、好ましくは、モル比で1:0.1〜1:1.2の範囲である。(2)の含有量が(1)の1モルに対し0.1モル未満になると熱膨張率が低下し、8〜23×10−6/℃の範囲とすることが困難になる。一方、1.2モルを越えるとガラス化しにくくなる。より高い耐熱性、絶縁抵抗を得るためには、(1)と(2)の比率は、モル比で1:0.1〜1:0.6の範囲がより好ましい。(1)P酸化物及びB酸化物としては、それぞれ、P及びBが例示される。 The ratio of (1) P oxide and B oxide to (2) two or more alkali metal oxides is preferably in the range of 1: 0.1 to 1: 1.2 in terms of molar ratio. When the content of (2) is less than 0.1 mol with respect to 1 mol of (1), the coefficient of thermal expansion decreases and it becomes difficult to set the content in the range of 8 to 23 × 10 −6 / ° C. On the other hand, when it exceeds 1.2 mol, it becomes difficult to vitrify. In order to obtain higher heat resistance and insulation resistance, the ratio of (1) and (2) is more preferably in the range of 1: 0.1 to 1: 0.6 in terms of molar ratio. (1) Examples of P oxide and B oxide include P 2 O 5 and B 2 O 3 , respectively.

アルカリ金属は、イオン伝導性が大きいので、ガラスの絶縁性を低下させる。しかし、2種類以上のアルカリ金属をガラス中に含有させることによりガラスの絶縁性の低下を防ぐことができる。   Alkali metals have high ionic conductivity, and thus reduce the insulating properties of the glass. However, by containing two or more kinds of alkali metals in the glass, it is possible to prevent a decrease in the insulating properties of the glass.

2種類以上のアルカリ金属酸化物としては、その入手しやすさ等から、LiO、NaO又はKOが好ましい。又、2種類以上のアルカリ金属酸化物間の比率は等モルに近い程絶縁性の低下を防ぐ効果が大きい。従って、それらの組成は、その中の1種類のアルカリ金属酸化物の含有量1モルに対し、他のアルカリ金属酸化物の含有量が0.8〜1.2モルであることが好ましい。LiO、NaO及びKOから選ばれる組合せの中でもLiO及びKOの組合せが、絶縁性の低下を防ぐ点から特に好ましい。 As the two or more types of alkali metal oxides, Li 2 O, Na 2 O, or K 2 O is preferable because of its availability. Further, the closer the ratio between two or more types of alkali metal oxides is to an equimolar ratio, the greater the effect of preventing a decrease in insulation. Therefore, in these compositions, the content of other alkali metal oxides is preferably 0.8 to 1.2 mol with respect to 1 mol of one type of alkali metal oxide. Among the combinations selected from Li 2 O, Na 2 O and K 2 O, the combination of Li 2 O and K 2 O is particularly preferable from the viewpoint of preventing a decrease in insulating properties.

ガラス層を構成する無機酸化物は、さらに好ましくは、前記の(1)及び(2)に加えて、(3)P酸化物及びB酸化物より融点の高い酸化物を含有する。請求項4は、この好ましい態様に該当する。(3)の含有により、ガラス層の耐水性を向上させることができる。特に、P酸化物のB酸化物に対する比率が大きい場合は、耐水性が低下する傾向があるので、(3)の含有が好ましい。(3)はいわゆる無機修飾酸化物であり、ガラスを形成するものではないが、ガラスを形成する原子間の隙間に入り、ガラスの物性を変える効果を有するものである。   The inorganic oxide constituting the glass layer more preferably contains (3) an oxide having a melting point higher than that of the P oxide and the B oxide in addition to the above (1) and (2). Claim 4 corresponds to this preferred embodiment. By containing (3), the water resistance of the glass layer can be improved. In particular, when the ratio of P oxide to B oxide is large, the water resistance tends to decrease, so the content of (3) is preferable. (3) is a so-called inorganic modified oxide, which does not form glass, but has an effect of changing the physical properties of the glass by entering into gaps between atoms forming the glass.

(3)P酸化物及びB酸化物より融点の高い酸化物としては、Al及びSiOが好ましく例示される。なお、前記の(1)及び(2)の場合と同様に、(3)を含有するとは、(3)を必ずしも独立した分子として含有するものではないが(3)を分子として含有したと仮定した場合と同じ組成をガラスが有することを意味する。 (3) As an oxide having a higher melting point than P oxide and B oxide, Al 2 O 3 and SiO 2 are preferably exemplified. As in the cases of (1) and (2) above, including (3) does not necessarily include (3) as an independent molecule, but assumes that (3) is included as a molecule. It means that the glass has the same composition as the case.

ガラス層は、例えば、それを構成する無機酸化物の溶融液に、絶縁被覆される導体を浸漬して引上げ、冷却して固化する方法や、ガラス粉末の分散液に導体を浸漬した後、加熱してガラス粉末を溶融し、冷却、固化する方法等により形成することができる。ガラス層の形成後に導体の形状の加工を行うと、ガラス層の破断が生じやすいので、予めコイル状にした後ガラス層を形成し、形成後の形状加工は、コイルの導体間隔の圧縮等必要最小限に止めることが好ましい。   The glass layer is, for example, a method in which a conductor to be insulated is immersed in a melt of an inorganic oxide constituting the glass layer, pulled up, cooled and solidified, or after the conductor is immersed in a dispersion of glass powder and then heated. Then, the glass powder can be formed by melting, cooling and solidifying the glass powder. If the shape of the conductor is processed after the formation of the glass layer, the glass layer is likely to break. Therefore, after forming the glass layer in advance, the glass layer is formed. It is preferable to keep it to a minimum.

ガラス粉末の分散液を使用する場合、ガラス粉末を分散する溶剤としては、150℃以上の高沸点を有するものが好ましく、ポリエチレングリコールやα−テルピネオールが例示される。さらに、粘度を下げるため、好ましくは1−メチル−2−ピロリドン等が該溶剤に添加される。   When a glass powder dispersion is used, the solvent for dispersing the glass powder is preferably a solvent having a high boiling point of 150 ° C. or higher, and examples thereof include polyethylene glycol and α-terpineol. Further, 1-methyl-2-pyrrolidone or the like is preferably added to the solvent in order to lower the viscosity.

本発明のモータ用ステータを構成する保護シート層は、磁性体心及びガラス層間に設けられる。すなわち、該ガラス層の外周を覆い、ガラス層を保護する作用をするものである。保護シート層により、磁性体心等から与えられる衝撃、例えばコイルを磁性体心へ挿入する際やモータ使用時の磁気振動による衝撃を緩和することができ、ガラス層の割れやクラック等の発生を低減することができる。   The protective sheet layer constituting the motor stator of the present invention is provided between the magnetic core and the glass layer. That is, the outer periphery of the glass layer is covered and the glass layer is protected. The protective sheet layer can mitigate shocks applied from the magnetic core, such as when a coil is inserted into the magnetic core or due to magnetic vibration when a motor is used. Can be reduced.

又、保護シート層は、該ガラス層の軟化温度より高い軟化温度を有することを特徴とする。その結果ガラス層の軟化温度より高い温度でのアニールが可能になり、このアニールによりガラス層に生じたクラック等を修復することができる。ガラス層の軟化温度より高い温度でアニールをすることにより、ガラス層の粘度は10ポイズ程度以下となるが、該ガラス層は保護シート層により覆われているので、ガラス層の破損等は生じない。 The protective sheet layer has a softening temperature higher than the softening temperature of the glass layer. As a result, annealing at a temperature higher than the softening temperature of the glass layer becomes possible, and cracks and the like generated in the glass layer by this annealing can be repaired. By annealing at a temperature higher than the softening temperature of the glass layer, the viscosity of the glass layer becomes about 10 5 poises or less, but the glass layer is covered with a protective sheet layer, so that the glass layer is damaged. Absent.

なお、クラック等の修復をより充分に行うためには、アニールの温度はガラス層の軟化温度より数十℃以上高いことが好ましく、又保護シート層の軟化を充分に防ぐために、保護シート層の軟化温度は、アニールの温度よりさらに数十℃以上高いことが好ましい。従って好ましくは、保護シート層は、ガラス層の軟化温度より100℃以上高い軟化温度を有する。   In order to sufficiently repair cracks and the like, the annealing temperature is preferably several tens of degrees Celsius or higher than the softening temperature of the glass layer, and in order to sufficiently prevent softening of the protective sheet layer, The softening temperature is preferably higher by several tens of degrees C. than the annealing temperature. Therefore, preferably, the protective sheet layer has a softening temperature that is 100 ° C. or more higher than the softening temperature of the glass layer.

保護シート層は無機酸化物からなる。この無機酸化物としては、振動や衝撃によりクラック等が発生しにくい材質、例えばクッション性を有するものが好ましく用いられる。この観点から、好ましくは、気孔率が10容量%以上で90容量%未満の多孔質材料が、保護シート層の材質として用いられる。請求項5は、この好ましい態様に該当する。ここで、気孔率とは、多孔質材料の全体積に対する気孔の体積の比率であり、ガラス層上に組付け後の値、例えば保護シート層がその組付けの際圧縮された場合は、圧縮後の値である。   The protective sheet layer is made of an inorganic oxide. As this inorganic oxide, a material which is not easily cracked by vibration or impact, for example, a cushioning material is preferably used. From this viewpoint, a porous material having a porosity of 10% by volume or more and less than 90% by volume is preferably used as the material for the protective sheet layer. Claim 5 corresponds to this preferable mode. Here, the porosity is the ratio of the volume of the pores to the total volume of the porous material. The value after assembling on the glass layer, for example, when the protective sheet layer is compressed during the assembling, is compressed. It is a later value.

気孔率が10容量%以上の多孔質材料を用いることにより、保護シート層はクッション性を有するようになり、磁性体心等からの振動や衝撃によるガラス層の破断をより発生しにくくする。一方気孔率が90容量%以上となると、保護シート層の強度が低く、加工等の際に破損しやすくなる。又モータ使用時に気孔内の空間で部分放電が発生する、導電性の異物が入り込む等により絶縁性能が低下する場合がある。気孔率は、より好ましくは、40容量%以上で60容量%未満の範囲である。   By using a porous material having a porosity of 10% by volume or more, the protective sheet layer has a cushioning property, and the glass layer is more unlikely to be broken by vibration or impact from the magnetic core. On the other hand, when the porosity is 90% by volume or more, the strength of the protective sheet layer is low, and it is easy to break during processing. In addition, when the motor is used, the insulation performance may be deteriorated due to partial discharge occurring in the space in the pores or entry of conductive foreign matter. The porosity is more preferably in the range of 40% by volume or more and less than 60% by volume.

保護シート層を構成する無機酸化物としては、AlやSiOが例示される。AlやSiOの融点は1000℃をはるかに越えるので、これらを主成分とすることにより、前記ガラス層の軟化温度より100℃以上高い軟化温度が容易に達成される。 Examples of the inorganic oxide constituting the protective sheet layer include Al 2 O 3 and SiO 2 . Since the melting points of Al 2 O 3 and SiO 2 far exceed 1000 ° C., a softening temperature higher than the softening temperature of the glass layer by at least 100 ° C. can be easily achieved by using these as the main components.

気孔率が10容量%以上で90容量%未満の多孔質材料としては、絶縁性の無機系繊維からなる材料が例示される。より具体的には、アルミナファイバーやSiO系ガラス繊維、これらの織布、不織布等が挙げられる。 Examples of the porous material having a porosity of 10% by volume or more and less than 90% by volume include materials made of insulating inorganic fibers. More specifically, examples thereof include alumina fibers and SiO 2 glass fibers, woven fabrics and nonwoven fabrics thereof.

保護シート層の形成に有機バインダーを用いると、有機樹脂の熱劣化が生じるのでモータ用ステータを300℃以上の高温で使用することは困難となる。そこで、保護シート層は、好ましくは、有機バインダーを用いずに形成される。織布や不織布を用いることにより、有機材料のバインダーを使用せずに容易に保護シート層の形成が可能である。従って、保護シート層を構成する多孔質材料としては織布又は不織布が好ましい。請求項6はこの好ましい態様に該当する。   When an organic binder is used for forming the protective sheet layer, the organic resin is thermally deteriorated, so that it is difficult to use the motor stator at a high temperature of 300 ° C. or higher. Therefore, the protective sheet layer is preferably formed without using an organic binder. By using a woven fabric or a non-woven fabric, a protective sheet layer can be easily formed without using an organic material binder. Therefore, the porous material constituting the protective sheet layer is preferably a woven fabric or a non-woven fabric. Claim 6 corresponds to this preferred embodiment.

具体的には保護シート層のガラス層上への組付けは、例えば、ガラス層形成後、ガラス層により被覆されたコイルの外側に、無機系繊維やその織布、不織布等を巻付ける方法により、又は、ガラス層により被覆されたコイルの磁性体心側の面に、織布、不織布を貼り付ける方法により行うことができる。ガラス層上への固着をより確実に行い、保護シート層が多孔性材料の場合は所定の気孔率を得るために、貼り付けや巻付けの際又は貼り付けや巻付け後等に、保護シート層の圧縮を行ってもよい。   Specifically, the assembling of the protective sheet layer onto the glass layer is performed, for example, by a method in which an inorganic fiber or a woven or non-woven fabric is wound around a coil covered with the glass layer after the glass layer is formed. Or it can carry out by the method of affixing a woven fabric and a nonwoven fabric on the surface at the side of the magnetic core of the coil covered with the glass layer. In order to more reliably adhere to the glass layer and to obtain a predetermined porosity when the protective sheet layer is a porous material, the protective sheet is applied during or after attaching or after attaching or winding. Layer compression may be performed.

本発明のモータ用ステータを構成する磁性体心とは、鉄等の強磁性体からなる心(コア)であり、例えば、鉄粉等の磁性体粉を用い、粉体モールドにより成形して製造することができる。又、所定の形状の珪素鋼板等を積層して製造することも可能である。   The magnetic core constituting the motor stator of the present invention is a core (core) made of a ferromagnetic material such as iron, and is manufactured by using a magnetic powder such as iron powder and molding it by a powder mold. can do. It is also possible to manufacture by laminating silicon steel plates or the like having a predetermined shape.

本発明のモータ用ステータは、磁性体心と、その周囲に設けられた絶縁被覆されたコイル、及び磁性体心とコイル間の保護シート層を有するものであるが、さらに前記コイルの外周にモールド層を設けることを特徴とする。モールド層は、ステータ内にコイルを固定するために設けられる。コイルが固定されることにより、磁気振動が起きてもコイルと磁性体心とのぶつかりを防ぐことができ、衝撃による絶縁被覆の破断を低減することができる。   The stator for a motor of the present invention has a magnetic core, an insulating coating coil provided around the magnetic core, and a protective sheet layer between the magnetic core and the coil. A layer is provided. The mold layer is provided to fix the coil in the stator. By fixing the coil, collision between the coil and the magnetic core can be prevented even when magnetic vibration occurs, and the breakage of the insulating coating due to impact can be reduced.

モールド層はさらに、絶縁層としての作用も奏する。すなわち隣接するコイル間に生じる電圧差、例えば3相交流モータでは相間電圧が大きいと、ガラスの絶縁被覆のみでは耐電圧が不十分となる。この場合モールド層が耐電圧が補う役割をする。モールド層の厚みは、コイルの固定及び求められる耐電圧を得るために必要な厚み以上とする。   The mold layer also functions as an insulating layer. That is, if a voltage difference generated between adjacent coils, for example, a three-phase AC motor has a large interphase voltage, the withstand voltage is insufficient with only the insulating coating of glass. In this case, the mold layer serves to supplement the withstand voltage. The thickness of the mold layer is not less than the thickness necessary for fixing the coil and obtaining the required withstand voltage.

コイルの外周部は、モータ使用時に比較的温度が上がりにくい部分であるが、コイルにポリイミド樹脂の耐熱寿命の温度250℃を越える発熱がある場合は、この部分も250℃に近い温度になる場合がある。そこで、モールド層は、好ましくは、軟化温度が250℃以上の材料により形成される。請求項7はこの好ましい態様に該当する。   The outer periphery of the coil is a part where the temperature is relatively difficult to rise when the motor is used. If the coil has a heat generation exceeding the heat resistant life of 250 ° C of the polyimide resin, this part is also close to 250 ° C. There is. Therefore, the mold layer is preferably formed of a material having a softening temperature of 250 ° C. or higher. Claim 7 corresponds to this preferable mode.

モールド層を形成する材料としては、具体的には、熱可塑性のポリイミドやフッ素系樹脂、熱硬化性のポリイミドやポリアミドイミド、ガラス等の無機短繊維を含有した液晶ポリマー、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド等の熱可塑性樹脂、ポリシラザン等のガラス系無機溶液等を挙げることができる。   Specific examples of the material for forming the mold layer include thermoplastic polyimide, fluorine resin, thermosetting polyimide, polyamideimide, liquid crystal polymer containing inorganic short fibers such as glass, polyether ketone, polyphenylene sulfide. And glass-based inorganic solutions such as polysilazane.

本発明のモータ用ステータは、例えば、ガラス層により絶縁被覆されさらに保護シート層が形成されたコイルを、ステータを構成する磁性体心に挿入し、その後、このようにしてコイルが設けられた磁性体心を複数組合せるとともに、コイルの外周にモールド層を形成することにより得ることができる。この場合磁性体心の挿入を容易に行うために保護シート層上に潤滑成分を塗る等を行ってもよい。又、磁性体心を形成する粉体材料、例えば絶縁材料で被覆された鉄粉中に、絶縁被覆されさらに保護シート層が形成されたコイルを入れ、粉体成型をコイルと一体にして行った後、コイルの外周にモールド層を形成する方法も考えられる。通常磁性体心の組合せは、モールド層の形成後行われる。   In the stator for motors of the present invention, for example, a coil that is insulated and coated with a glass layer and further formed with a protective sheet layer is inserted into the magnetic core that constitutes the stator, and then the magnetic material provided with the coil in this way. It can be obtained by combining a plurality of body cores and forming a mold layer on the outer periphery of the coil. In this case, in order to easily insert the magnetic core, a lubricating component may be applied on the protective sheet layer. Also, a powder material that forms a magnetic core, for example, an iron powder coated with an insulating material, is inserted with a coil that is coated with insulation and further formed with a protective sheet layer, and powder molding is performed integrally with the coil. Thereafter, a method of forming a mold layer on the outer periphery of the coil is also conceivable. Usually, the combination of magnetic cores is performed after the mold layer is formed.

モールド層は、その材料が熱可塑性の材料の場合は射出成形により、熱可塑性以外の材料の場合は含浸等の方法により形成することができる。又予めモールド層の形状に成形された成形シートを作製しておき、この成形シートをモールド層の位置に挿入する方法も採用可能である。   The mold layer can be formed by injection molding when the material is a thermoplastic material, and by a method such as impregnation when the material is other than thermoplastic. It is also possible to employ a method in which a molded sheet that has been molded in the shape of the mold layer is prepared in advance and this molded sheet is inserted into the mold layer.

本発明のモータ用ステータは、耐熱性に優れたガラス系の絶縁材で被覆されたコイルを含むものであり、ポリイミド系樹脂により絶縁被覆されたコイルを用いた従来のモータ用ステータよりも高温環境下での使用が可能である。従って、コイルへの高電流密度が達成でき、小型で高出力のモータの製造を可能とする。さらに、該ガラス系の絶縁被覆の割れやクラック等の破断が生じにくく、又は破断が生じてもアニールによりその修復が容易であるので、小型で高出力のモータ等に好適に用いられる。   The motor stator of the present invention includes a coil coated with a glass-based insulating material excellent in heat resistance, and has a higher temperature environment than a conventional motor stator using a coil coated with a polyimide-based resin. Can be used below. Therefore, a high current density to the coil can be achieved, and a small and high output motor can be manufactured. Furthermore, since breakage such as cracks and cracks of the glass-based insulating coating is unlikely to occur, or even if the breakage occurs, it can be easily repaired by annealing, and therefore, it is suitably used for a small and high-power motor or the like.

本発明のモータ用ステータは、特に、コイル/コア一体型モータに好適に用いられる。コイル/コア一体型モータは、耐熱性がより望まれるとともに、絶縁被覆の破断が生じやすいので、本発明の優れた効果が特に発揮される。   The stator for a motor of the present invention is particularly suitably used for a coil / core integrated motor. The coil / core integrated motor is more desired to have heat resistance, and the insulating coating is liable to break, so that the excellent effect of the present invention is particularly exerted.

次に発明を実施するための最良の形態を実施例により説明する。実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。   Next, the best mode for carrying out the invention will be described by way of examples. The examples are not intended to limit the scope of the invention.

図1は、本実施例のモータ用ステータの部分を示す部分断面図である。図1に示されるように、コイル1は、ステータの先端方向(図中の矢印Yの方向)に行く程幅の広い平角状の導体2(銅)からなり、この導体はガラス層3により被覆されている。コイル1は鉄心4の周囲に設けられており、鉄心4は鉄心4’と結合され、コアが形成されている。鉄心4、4’とガラス層3との間に、すなわち、コイルの端面側及びコイルの内周側(図中の矢印Xの方向)には、保護シート層5が設けられており、この保護シート層5により、ガラス層3が衝撃等から保護される。コイルの外周側には、モールド層6が設けられており、コイル1が振動しないように固定している。   FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a portion of a motor stator of this embodiment. As shown in FIG. 1, the coil 1 is composed of a rectangular conductor 2 (copper) that is wider toward the tip of the stator (in the direction of arrow Y in the figure), and this conductor is covered with a glass layer 3. Has been. The coil 1 is provided around the iron core 4, and the iron core 4 is coupled to the iron core 4 'to form a core. A protective sheet layer 5 is provided between the iron cores 4, 4 ′ and the glass layer 3, that is, on the end face side of the coil and the inner peripheral side of the coil (in the direction of arrow X in the figure). The glass layer 3 is protected from impact and the like by the sheet layer 5. A mold layer 6 is provided on the outer peripheral side of the coil, and the coil 1 is fixed so as not to vibrate.

次に図1に示されるモータ用ステータの製造について述べる。
[ガラスの製造]
原料として、B(添川理化学株式会社製、純度99.9%)、LiPO(白辰化学研究所製、純度3N)、KPO(白辰化学研究所製、純度3N)、及びAl(片山化学工業株式会社製、純度98%以上)を用いた。各原料の配合量は次のとおりである。
:12.7重量部 LiPO:15.7重量部
PO:21.6重量部 Al :0.771重量部
Next, manufacture of the motor stator shown in FIG. 1 will be described.
[Manufacture of glass]
As raw materials, B 2 O 3 (manufactured by Soekawa Riken, purity 99.9%), Li 2 PO 3 (manufactured by Hakuho Chemical Laboratory, purity 3N), K 2 PO 3 (manufactured by Hakuho Chemical Laboratory, purity) 3N) and Al 2 O 3 (manufactured by Katayama Chemical Co., Ltd., purity 98% or more) were used. The blending amount of each raw material is as follows.
B 2 O 3: 12.7 parts by weight Li 2 PO 3: 15.7 parts by weight K 2 PO 3: 21.6 parts by weight Al 2 O 3: 0.771 parts by weight

各原料を十分に混合し、電気炉(1100〜1300℃、大気中)で0.5〜1時間溶融した。その後、炉から取り出し、ステンレス鋳型またはグラファイト板にキャストしてガラスを得た。その結果、P:B:LiO:KO:Alを、33:33:16.5:16.5:2の組成で含有するガラスが50重量部作製された。このガラスの融点(軟化点)は471℃であった。又熱膨張率は13.7×10−6/℃であった。
[分散液の作成]
このようにして得られたガラスを粉砕した後、篩を用いて特定の粒径のガラス粉末を得た。得られたガラス粉末50重量部に、分散溶剤のα−テルピネオール50重量部を加えて、ガラス粉末の分散液(絶縁塗料)を作成した。
Each raw material was sufficiently mixed and melted in an electric furnace (1100 to 1300 ° C., in the air) for 0.5 to 1 hour. Thereafter, the glass was taken out from the furnace and cast into a stainless steel mold or a graphite plate to obtain glass. As a result, 50 parts by weight of glass containing P 2 O 5 : B 2 O 3 : Li 2 O: K 2 O: Al 2 O 3 in a composition of 33: 33: 16.5: 16.5: 2 It was made. The melting point (softening point) of this glass was 471 ° C. The coefficient of thermal expansion was 13.7 × 10 −6 / ° C.
[Create dispersion]
After pulverizing the glass thus obtained, a glass powder having a specific particle size was obtained using a sieve. A dispersion of glass powder (insulating paint) was prepared by adding 50 parts by weight of α-terpineol as a dispersion solvent to 50 parts by weight of the obtained glass powder.

[浸漬工程]
銅からなる平角状の導体2を、径3cmのコイルに加工し、その後前記の分散液に1分間浸漬した後引上げた。
[Immersion process]
A flat rectangular conductor 2 made of copper was processed into a coil having a diameter of 3 cm, and then immersed in the dispersion for 1 minute and then pulled up.

[熱処理工程]
その後、このコイルを、570℃のオーブン中に10分間保持して熱処理した後冷却すると、導体外周に約100μm厚のガラス層3を有するコイルが得られた。その後、コイルの導体2を被覆するガラス層3が互いに接触するように、コイルをその長さ方向(図1のY方向)に圧縮し、コイル1が得られた。
[Heat treatment process]
Thereafter, this coil was kept in an oven at 570 ° C. for 10 minutes, heat-treated, and then cooled to obtain a coil having a glass layer 3 having a thickness of about 100 μm on the outer periphery of the conductor. Thereafter, the coil was compressed in the length direction (Y direction in FIG. 1) so that the glass layers 3 covering the conductor 2 of the coil were in contact with each other, and the coil 1 was obtained.

[保護シート]
前記のようにして得られたコイル1の内周側及び端面に、材料組成がAl−SiO系であって径1〜10μm、長さ0.5〜5mmの短繊維からなる不織状布(不織状絶縁シート:日本無機株式会社製MCペーパー、軟化温度1500℃)を、厚さが約0.5mmになるように貼り付け、貼り付け後の不織布形状で気孔率が70容量%の保護シート層5を形成した。
[Protective sheet]
On the inner peripheral side and the end face of the coil 1 obtained as described above, the material composition is Al 2 O 3 —SiO 2 based, and is composed of short fibers having a diameter of 1 to 10 μm and a length of 0.5 to 5 mm. A woven cloth (nonwoven insulating sheet: MC paper manufactured by Nippon Inorganic Co., Ltd., softening temperature 1500 ° C.) is pasted so that the thickness is about 0.5 mm, and the porosity is 70 in the non-woven form after pasting. A protective sheet layer 5 having a volume% was formed.

[鉄心(磁性体心)]
鉄粉の粉体モールドにより鉄心4を作製し、この鉄心4を、前記のようにして保護シート層5が形成されたコイル1へ挿入した。その後鉄心4’を、鉄心4とは反対側よりコイル1へ挿入し、鉄心4と鉄心4’を結合した。
[Iron core (magnetic core)]
An iron core 4 was produced by a powder mold of iron powder, and this iron core 4 was inserted into the coil 1 on which the protective sheet layer 5 was formed as described above. Thereafter, the iron core 4 ′ was inserted into the coil 1 from the side opposite to the iron core 4, and the iron core 4 and the iron core 4 ′ were joined.

[モールド層]
鉄心4と鉄心4’の結合後、コイルの外周にモールド層6が形成された。モールド層6の形成は、液晶ポリマー(スミカスーパーLCP E5008、住友化学製)、ポリエーテルエーテルケトン(150GL30、ビクトレックスエムシー製)又はポリシラザン(NN310、クラリアントジャパン製)をそれぞれ用いて行い、3種の構造体、すなわち鉄心4、4’からなるコア、保護シート層5、ガラス層3で絶縁被覆されたコイル1及びモールド層6からなる構造体を3種得た。
[Mold layer]
After joining the iron core 4 and the iron core 4 ′, a mold layer 6 was formed on the outer periphery of the coil. The mold layer 6 is formed using a liquid crystal polymer (Sumikasuper LCP E5008, manufactured by Sumitomo Chemical), polyetheretherketone (150GL30, manufactured by Victorex MC) or polysilazane (NN310, manufactured by Clariant Japan), respectively. Three types of structures, that is, a core made of iron cores 4 and 4 ', a protective sheet layer 5, a coil 1 insulated with a glass layer 3 and a mold layer 6 were obtained.

液晶ポリマー(スミカスーパーLCP E5008、住友化学製)の場合は、日精樹脂工業製の射出成形機を用い、温度390℃、圧力51MPa、速度98mm/秒、金型温度80℃の成形条件で、射出成形により、膜厚300μmのモールド層を形成した。   In the case of a liquid crystal polymer (Sumika Super LCP E5008, manufactured by Sumitomo Chemical Co., Ltd.), an injection molding machine manufactured by Nissei Plastic Industry is used and injection is performed under molding conditions of a temperature of 390 ° C., a pressure of 51 MPa, a speed of 98 mm / second, and a mold temperature of 80 ° C. A mold layer having a film thickness of 300 μm was formed by molding.

ポリエーテルエーテルケトン(150GL30、ビクトレックスエムシー製)の場合は、日精樹脂工業製の射出成形機を用い、温度400℃、圧力115MPa、速度175mm/秒、金型温度190℃の成形条件で、射出成形により、膜厚500μmのモールド層を形成した。   In the case of polyether ether ketone (150GL30, manufactured by Victorex MC), injection was performed using an injection molding machine manufactured by Nissei Plastic Industry under the molding conditions of a temperature of 400 ° C., a pressure of 115 MPa, a speed of 175 mm / sec, and a mold temperature of 190 ° C. A mold layer having a thickness of 500 μm was formed by molding.

ポリシラザン(NN310、クラリアントジャパン製)の場合は、ポリシラザン溶液に全浸漬後引上げ恒温槽で200℃×1時間で溶剤を乾燥し、この全浸漬、乾燥の工程を合計10回繰返し、その後400℃×1時間で硬化させることにより、膜厚約9μmのモールド層を形成した。   In the case of polysilazane (NN310, manufactured by Clariant Japan), the solvent is dried at 200 ° C. × 1 hour in a pulling constant temperature bath after being fully immersed in the polysilazane solution, and this total immersion and drying process is repeated 10 times in total, and then 400 ° C. × By curing for 1 hour, a mold layer having a thickness of about 9 μm was formed.

モールド層6の形成後、得られた構造体、すなわち鉄心4、4’からなるコア、保護シート層5、ガラス層3で絶縁被覆されたコイル1及びモールド層6からなる構造体は、複数円周状に組合わされてモータ用ステータが形成された。   After the formation of the mold layer 6, the obtained structure, that is, the core composed of the iron cores 4, 4 ′, the protective sheet layer 5, the coil 1 insulated with the glass layer 3, and the structure composed of the mold layer 6, has a plurality of circular shapes. A stator for a motor was formed by combining them in a circumferential shape.

実施例のモータ用ステータの部分を示す部分断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the portion of the stator for motors of an example.

符号の説明Explanation of symbols

1 コイル
2 導体
3 ガラス層
4、4’ 鉄心
5 保護シート層
6 モールド層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Coil 2 Conductor 3 Glass layer 4, 4 'Iron core 5 Protection sheet layer 6 Mold layer

Claims (7)

磁性体心、該磁性体心の周囲に設けられ、無機酸化物からなりかつ軟化温度が400℃以上で800℃未満のガラス層により被覆された導体のコイル、該磁性体心及び該ガラス層間に設けられ、無機酸化物からなりかつ該ガラス層より高い軟化温度を有する保護シート層、及び該コイルの外周に設けられたモールド層を有することを特徴とするモータ用ステータ。   A magnetic core, a coil of a conductor provided around the magnetic core and made of an inorganic oxide and covered with a glass layer having a softening temperature of 400 ° C. or higher and lower than 800 ° C., between the magnetic core and the glass layer A motor stator comprising a protective sheet layer made of an inorganic oxide and having a softening temperature higher than that of the glass layer, and a mold layer provided on the outer periphery of the coil. ガラス層の、ガラス転移点における熱膨張率が、8〜23×10−6/℃であることを特徴とする請求項1に記載のモータ用ステータ。 2. The motor stator according to claim 1, wherein the glass layer has a thermal expansion coefficient of 8 to 23 × 10 −6 / ° C. at a glass transition point. ガラス層が、(1)P酸化物及びB酸化物、並びに(2)2種類以上のアルカリ金属酸化物を主成分として含有することを特徴とする請求項2に記載のモータ用ステータ。   3. The motor stator according to claim 2, wherein the glass layer contains (1) P oxide and B oxide, and (2) two or more kinds of alkali metal oxides as main components. ガラス層が、さらに(3)P酸化物及びB酸化物より融点の高い酸化物を含有することを特徴とする請求項3に記載のモータ用ステータ。   The motor stator according to claim 3, wherein the glass layer further contains (3) an oxide having a melting point higher than that of the P oxide and the B oxide. 保護シート層が、気孔率10〜90容量%の多孔質材料からなることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のモータ用ステータ。   The motor stator according to any one of claims 1 to 4, wherein the protective sheet layer is made of a porous material having a porosity of 10 to 90% by volume. 保護シート層が、織布又は不織布から構成されることを特徴とする請求項5に記載のモータ用ステータ。   The motor stator according to claim 5, wherein the protective sheet layer is made of a woven fabric or a non-woven fabric. モールド層が、軟化温度が250℃以上の材料により形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれかに記載のモータ用ステータ。
The stator for a motor according to any one of claims 1 to 6, wherein the mold layer is made of a material having a softening temperature of 250 ° C or higher.
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