JP2014121222A - レジンモールド構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】新たな温度低減技術によって、高発熱する状態の回転電機の熱抵抗を低減し、回転電機の温度上昇を抑制する技術を提供することを課題とする。
【解決手段】回転電機の固定子は、固定子コア１にインシュレータ２を介して固定子コイル３が巻線されることにより形成される。そして、図３では、この固定子をアルミで形成した外殻のフレーム４に挿入することによって、固定子構造体を形成する。モールド樹脂６は、エポキシやポリエステル等からなる熱硬化性の注型材料や、バルクモールドコンパウンドなどから構成される。放熱性を向上させるため、モールド樹脂はアルミナや窒化珪素等の高熱伝導率充填材が配合された高熱伝導率であることが好ましい。また、巻線間への樹脂が入り込むことによってかつ流動性の高い樹脂が好ましい。
【選択図】図３

Description

本発明は、固定子コアなどに巻回されたコイルを樹脂により樹脂封止する回転電機のレジンモールド構造体に関する。

近年、家電分野や産業機器分野、電装分野等の回転電機やトランスは製品の小型化、薄型化及び高出力化の要望が強くなりつつある。

図１、２を用いて代表的な産業機器用回転電機のステータ構造の従来例について説明する。図１は、従来例Ａの軸方向断面図を示す。図２は、従来例Ｂの軸方向断面図を示す。図１、図２のいずれも、回転電機の固定子は、固定子コア１にインシュレータ２を介して固定子コイル３が巻線されることにより形成される。そして、図１では、この固定子をアルミで形成した外殻のフレーム４に挿入することによって、固定子構造体を形成していた。また、図２では固定子を絶縁性のモールド樹脂５で一体モールドすることにより、ステータを形成している。

近年、回転電機への小型化・薄型化・高出力密度化への要望がさらに強くなっている。この要望を実現するに当たり、固定子コアに巻かれた固定子コイルの温度上昇による回転電機の発熱が課題なる。固定子コイルの発熱により、回転電機の効率の低下だけでなく、回転電機の部材の焼損や寿命の短命化を引き起こすことになる。回転電機の小型化・薄型化の実現と信頼性を両立するために、回転電機の放熱技術向上の要求が大きくなっている。

このような要求に応えるために、従来より以下のような検討がなされてきた。

特許文献１には、固定子と外殻のフレームの間にモールド樹脂を挿入した構造について記載されている。

特許文献２には、巻線と外殻のフレームの間に金属部材等の高熱伝導率材料を挿入した上で、モールド樹脂を挿入した構造について記載されている。

特許文献３には、ステータと外殻のフレームの間に金属部材等の高熱伝導率材料を挿入した構造について記載されている。

実開平４−１２１３６４号公報 特開平１０−５１９８９号公報 特開２００４−７２８３１号公報

近年の回転電機の小型化・薄型化の要望により、従来の回転電機の構造では巻線温度を低減する技術が限界に達しつつあり、従来よりも高発熱する状態の回転電機は、温度上昇が当然、過大となることから、何らかの温度低減技術が希求されている。

特許文献１に記載の技術のように、固定子と外殻のフレームの間にモールド樹脂を挿入した場合、モールド樹脂の硬化時に発生する巣や熱収縮により、外殻のフレームと樹脂、固定子と樹脂間の密着性が低下した場合には、初期の放熱効果を得難いことが考察される。

また、特許文献２に記載の技術のように、巻線と外殻のフレームの間に金属部材等の高熱伝導率材料を充填した上でモールド樹脂を充填した場合も上記同様の理由で、接触熱抵抗が増大する場合には、初期の放熱効果を得難いことが考察される。

さらに、特許文献３に記載の技術のように、固定子と外殻のフレームの間に金属部材等の高熱伝導材料を設けた構造の場合、金属同士の嵌め合い構造になるため、材料自体の熱伝導率は高いが、材料同士の接触状態は点接触であるため、回転電機単体としては、発熱量が過大な場合には、放熱効果に乏しく温度上昇が大きくなることが考察される。

本発明は、新たな温度低減技術によって、高発熱する状態の回転電機の熱抵抗を低減し、回転電機の温度上昇を抑制する技術を提供することを課題とする。具体的には、固定子コイルが巻線されている固定子及び外殻のフレームの表面に表面処理を行うことで、モールド樹脂と回転電機の部材の密着性を向上させることにより、放熱性が高く、温度上昇が抑制された回転電機のレジンモールド構造体を提供するものである。

第１の発明は、固定子コイルが巻線された固定子コアからなる固定子を、モールド樹脂によりモールド成形したレジンモールド構造体において、
前記固定子コア及び前記巻線のいずれかの表面又は前記固定子コア及び前記巻線の各々の表面に、
親和性の高い官能基を分子内に有する界面活性剤を塗布して表面処理された前記固定子を前記モールド樹脂によりモールド成形して構成されたレジンモールド構造体である。

第２の発明は、固定子コイルが巻線された固定子コアと、前記固定子コアを挿入するフレームからなる固定子をモールド樹脂により充填したレジンモールド構造体において、
前記固定子コア、前記巻線、前記フレームのいずれかの表面、
前記固定子コア、前記巻線、前記フレームの全ての表面、
前記固定子コア、前記巻線の各々表面、
前記固定子コア、前記フレームの各々表面又は前記巻線、前記フレームの各々表面に、
親和性の高い官能基を分子内に有する界面活性剤を塗布して表面処理された前記固定子をモールド樹脂により充填して構成されたレジンモールド構造体である。

第３の発明は、前記界面活性剤がシランカップリング剤である請求項１又は請求項２記載のレジンモールド構造体である。

第４の発明は、前記モールド樹脂が熱硬化性樹脂である請求項１又は請求項２記載のレジンモールド構造体である。

本発明のモールド構造体は、固定子コイルが巻線された固定子コアからなる固定子及び固定子を保持する外殻のフレームの表面に、親和性の高い官能基を分子内に有する界面活性剤を表面処理することにより、固定子とモールド樹脂、外殻のフレームとモールド樹脂との密着性を向上させたことを特徴とする。これらの回転電機の部材の密着性を向上させることにより、巻線部で発生した熱を効率的に放熱するモールド構造体を提供可能である。

さらに、分子内に親和性の高い官能基を有する表面処理剤を用いることにより、固定子及び外殻のフレームとモールド樹脂との溶解度パラメータを近づけることが可能になり、樹脂の表面張力を下げることができる。この効果により、樹脂を硬化させる時に発生する巣等の空気層を減らすことや、樹脂を回転電機の部材の細部へ流動させることも可能になり、より放熱性の高い回転電機を提供することが可能となる。

このように、本発明のモールド構造体は高い放熱性を有することにより、従来と比べ、温度上昇の制約に制限されることが少ないため、回転電機の小型化、薄型化及び高出力の実現が可能となる。

従来例Ａの回転電機の断面図 従来例Ｂの回転電機の断面図 本発明の実施例における回転電機の断面図 本発明の実施例におけるシランカップリング剤の溶解度パラメータと接着強度の説明するグラフ シランカップリング剤の種類と樹脂の流動性の関係を示すグラフ

以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。

図３は、本発明のレジンモールド構造体を用いた回転電機の断面図である。回転電機の固定子は、固定子コア１にインシュレータ２を介して固定子コイル３が巻線されることにより形成される。そして、図３では、この固定子をアルミで形成した外殻のフレーム４に挿入することによって、固定子構造体を形成する。

図３におけるモールド樹脂６は、エポキシやポリエステル等からなる熱硬化性の注型材料や、バルクモールドコンパウンド(以下ＢＭＣ)などから構成される。放熱性を向上させるため、モールド樹脂はアルミナや窒化珪素等の高熱伝導率充填材が配合された高熱伝導率であることが好ましい。また、巻線間への樹脂が入り込むことによってかつ流動性の高い樹脂が好ましい。

シランカップリング材は、エタノール等の有機溶剤に溶かし、プライマーとして固定子、フレームといった無機成分からなる回転電機の部材に、ディッピングやスプレー等の方法により均一に塗布する。シランカップリング材を塗布した後、１００℃の高温槽で１５分間乾燥させ、シランカップリング剤の有機官能基が無機材表面の外向きに配向し、充填するモールド樹脂との接着性を向上させる。

図４は、モールド樹脂と鉄板の接着強度とシランカップリング剤の有機官能基の溶解度パラメータ(以下、ＳＰ値)の関係を示したものである。試験方法はＡＳＴＭ Ｄ１００２に従い測定を実施した。モールド樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、モールド樹脂と鉄板の密着強度は、アミノ基やエポキシ基等の反応性基の有無の影響が大きく、反応性基を有することが望ましい。

図５は、シランカップリング剤の種類と樹脂の流動性の関係を示したものである。シランカップリング剤により表面処理を施した鉄板の上に５ｇの不飽和ポリエステル（ＳＰ値１０．３）を滴下し、滴下１分後の濡れ広がった樹脂の面積を測定した。ＳＰ値が近いカップリング剤程、樹脂の表面張力が低下し、樹脂の流動性が良化する。

以上より、シランカップリング剤としては、反応性の官能基を有し、かつＳＰ値の近いものを使用することが好ましい。

本発明の利用分野は、鉄芯コアに巻かれた固定子コイルをモールド成形するモールド構造体に用いられるもので、小型化、高出力化が望まれる回転電機に、特に有用である。

１ 固定子コア
２ インシュレータ
３ 固定子コイル
４ 外殻のフレーム
５ モールド樹脂
６ モールド樹脂

Claims (4)

1. 固定子コイルが巻線された固定子コアからなる固定子を、モールド樹脂によりモールド成形したレジンモールド構造体において、
   前記固定子コア及び前記巻線のいずれかの表面又は前記固定子コア及び前記巻線の各々の表面に、
   親和性の高い官能基を分子内に有する界面活性剤を塗布して表面処理された前記固定子を前記モールド樹脂によりモールド成形して構成されたレジンモールド構造体。
2. 固定子コイルが巻線された固定子コアと、前記固定子コアを挿入するフレームからなる固定子をモールド樹脂により充填したレジンモールド構造体において、
   前記固定子コア、前記巻線、前記フレームのいずれかの表面、
   前記固定子コア、前記巻線、前記フレームの全ての表面、
   前記固定子コア、前記巻線の各々表面、
   前記固定子コア、前記フレームの各々表面又は前記巻線、前記フレームの各々表面に、
   親和性の高い官能基を分子内に有する界面活性剤を塗布して表面処理された前記固定子をモールド樹脂により充填して構成されたレジンモールド構造体。
3. 前記界面活性剤がシランカップリング剤である請求項１又は請求項２記載のレジンモールド構造体。
4. 前記モールド樹脂が熱硬化性樹脂である請求項１又は請求項２記載のレジンモールド構造体。

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