JP2020515223A - 固定子スタックおよび回転子スタック用の複合材料 - Google Patents
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Abstract
本発明は、特に第１および第２の電気鋼帯層、ならびにそれらの間に配置されたポリマー層を含む、固定子スタックおよび／または回転子スタックで使用するための複合材料であって、ポリマー層が、架橋高分子量アクリレート系コポリマーからなり、３〜２０μｍの範囲の層厚を有する、複合材料に関する。【選択図】図１
Description
本出願は、特に固定子スタックおよび／または回転子スタックで使用するための複合材料、ならびに本発明の複合材料を製造するためのプロセスに関する。さらなる態様では、本発明は、固定子スタックおよび回転子スタック、ならびに固定子スタックおよび／または回転子スタックを製造するためのプロセスに関する。本発明はさらに、電動機および発電機に関する。
車のインテリアの品質は、ますます重要になっている。匂い、感触、外観だけでなく、サウンドスケープも現代のインテリアデザインのさらなる重要な要素である。特に電動車（Ｅ車）の場合、それは、距離の問題のために、依然として、騒音の煩わしさを低減する手段の選択において、妥協する必要があるが、これらは品質を犠牲にしている。
現在の従来技術によれば、騒音の煩わしさは、様々な二次音響手段を用いることによって低減されている。おそらく最も一般的に使用されている手段は、防音マットである。従来技術から知られている騒音の煩わしさを低減させるさらなる手段は、対応する車体部品が製造される構造伝達騒音減衰複合シートである。
騒音の煩わしさの低減を含む用途のための電動機におけるそのような構造伝達騒音減衰複合シートの使用もまた従来技術から知られている。例えば、米国特許第６，４９９，２０９号明細書は、多数の複合シートから製造された固定子スタックおよび回転子スタックを開示している。個々の複合シートは、ここでは、２層の外側磁性層およびそれらの間に配置された架橋アクリルポリマーをベースとする約２５μｍ厚の粘弾性フィルムからなる。
従来技術から知られるさらなる複合シートは、Ｂｏｎｄａｌ（登録商標）ＣＰＴの商品名で知られている。複合シートは、２枚の外側単純鋼板；これらは、規定された軟磁気特性を有さず、およびそれらの間に配置された４０μｍ厚のポリマー層からなる。
そのようなシステムは、相応して厚い層厚のために好適である要求される音響特性および接着力値を示すが、既知のシステムは、依然として固定子スタックおよび／または回転子スタックでの使用に十分な磁気特性ならびに固定子スタックおよび／または回転子スタックでこれらを使用して達成可能な鉄充填率を有さない。それ故、これらの複合シートを開発するためのさらなる可能性がある。
本発明の目的は、従来技術よりも改善された複合材料、特にモノリシック電気鋼帯と同等の特性を有する固定子スタックおよび／または回転子スタック用の複合材料を提供することである。
この目的は、請求項１に記載の特徴を有する複合材料によって達成される。
本発明の有利な構成および変形例は、従属請求項および以下の説明から明らかになる。
本発明によれば、特に固定子スタックおよび／または回転子スタックに使用するための複合材料は、第１および第２の電気鋼帯層、およびそれらの間に配置されたポリマー層を含み、ポリマー層は、高分子量の架橋アクリレート系コポリマーからなり、３〜２０μｍの範囲の層厚を有する。
驚くべきことに、本発明の複合材料は、従来技術から知られている複合材料と比較して、モノリシック電気鋼帯板の範囲内の規定された軟磁気特性を有することが見出された。
複合材料は、好ましくはＤＩＮ ＥＮ ６０４０４−２により決定した、０．７〜７Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび１．９〜１５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／または１．４９〜１．７Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６〜１．８Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度の損失を有する。
より好ましい実施形態では、複合材料は、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４−２により決定した、１．０〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．４〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／または１．４９〜１．５７Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度の損失を有する。
最も好ましくは、複合材料は、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４−２により決定した、
−１．３〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．８〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．４９〜１．５５Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度、または
−１．３５〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび３．０〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．４９〜１．５７Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度、または
−１．０〜１．１Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．４〜２．８Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．５２〜１．５４Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６１〜１．６３Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度の範囲での損失を有する。
−１．３〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．８〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．４９〜１．５５Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度、または
−１．３５〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび３．０〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．４９〜１．５７Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度、または
−１．０〜１．１Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．４〜２．８Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．５２〜１．５４Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６１〜１．６３Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度の範囲での損失を有する。
さらに、驚くべきことに、本発明の複合材料は、固定子スタックおよび／または回転子スタックの使用分野において同等の鉄充填率を有することが見出された。
本発明の複合材料を使用する固定子スタックおよび／または回転子スタックにおける鉄充填率は、好ましくは９６．０％〜９９．０％、より好ましくは９７．８％〜９９．０％、さらにより好ましくは９８．３〜９８．９、最も好ましくは９８．５％〜９８．８％である。
本発明の複合材料を使用することにより、電動機で発生する構造伝達音を積極的に大幅に低減するだけでなく、さらに例えば、使用される電気鋼帯板の厚さの変動により、さらなるコスト上の利点および／または効率の向上のいずれかをもたらすことが可能である。
高分子量の架橋アクリレート系コポリマーからなるポリマー層のおかげで、振動および／または発振を改善された方法で吸収し、それらを熱エネルギーに変換することが可能である。これは、二次的な音響手段の使用を明らかに低減させるまたはさらに完全に排除することができるように、固有のモータ振動（構造伝達音）の著しい低減を達成する。これは、従来の電動機よりも重量上の利点をもたらし、それ故、電気自動車の距離の増加をもたらす。
電気鋼帯板の磁気消散損失は、使用されるシートの厚さまたは断面に非常に大きく依存する。一般に、電気鋼帯の層厚が薄いほど、損失は小さい。本発明の複合シートを使用すると、例えば０．５ｍｍの厚さを有するモノリシック電気鋼帯と比較して、０．２５ｍｍの厚さを有する同じ品質の２つの電気鋼帯を互いに結合することが可能になる。したがって、１つのモータタイプに基づいて、モータの効率を大幅に高め、または同じ効率でより小さなモータを構築することを可能にすることができる。後者は、重量上の利点をもたらす。さらに、低品質の電気鋼帯の使用も可能である。このようにして、同じ効率を有するモータを製造することが可能であり、それは上記モータタイプと比較して低コストで製造可能である。
実際には、複合材料自体およびそれから製造された構成要素は、異なる油とある程度接触するが、それらのいくつかは非常に攻撃的であり、ポリマー層を攻撃し、それ故に層間剥離を引き起こす可能性がある。このため、ポリマー層は、そのような工業用油に対して安定であることが望ましい。したがって、高分子量の架橋アクリレート系コポリマーが、好ましくはそれぞれが１〜１２個の炭素原子を有するアルキル基を有する少なくとも１つアルキルアクリレートエステルモノマー単位および／またはアルキルメタクリレートエステルモノマー単位、グリシジルモノマー単位、不飽和カルボン酸モノマー単位の共重合化混合物と、架橋剤とから構成されるとき、ポリマー層の膨潤または複合材料の層間剥離が見られないことが見出された。
より好ましい実施形態では、高分子量の架橋アクリレート系コポリマーは、もっぱら２つの成分、すなわち共重合化混合物と、架橋剤とから構成される。
さらに好ましい実施形態では、共重合化混合物は、それぞれが１〜１２個の炭素原子を有するアルキル基を有する少なくとも１つのアルキルアクリレートエステルモノマー単位および／またはアルキルメタクリレートエステルモノマー単位、グリシジルモノマー単位、ならびに不飽和カルボン酸モノマー単位からなる。
好ましくは、グリシジルモノマー単位は、アリルグリシジルエーテル、グリシジルアクリレートエステル、グリシジルメタクリレートエステル、および／またはそれらの混合物からなる群から選択される。
アクリル酸アルキルエステルモノマー単位および／またはメタクリル酸アルキルエステルモノマー単位は、好ましくは４〜１２個の炭素原子を有するアルキル基を有する。
ポリマー層が−１５℃より高いガラス転移温度を有する場合、好ましい実施形態では、１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキルアクリレートエステルモノマー単位および／またはアルキルメタクリレートエステルモノマー単位を共重合化させる混合物に添加し得る。
好ましい実施形態では、高分子量の架橋アクリレート系コポリマーは、それぞれが、４〜１２個の炭素原子を有するアルキル基を有する少なくとも５５重量％〜８５重量％のアルキルアクリレートエステルモノマー単位および／またはアルキルメタクリレートエステルモノマー単位、それぞれが、１〜４個の炭素原子を有するアルキル基を有する０重量％〜３５重量％のアルキルアクリレートエステルモノマー単位および／またはアルキルメタクリレートエステルモノマー単位、０．０１重量％〜２重量％のグリシジルモノマー単位、１重量％〜１５重量％、より好ましくは３重量％〜１３重量％の不飽和カルボン酸モノマー単位の共重合化混合物と、０．０５重量％〜１重量％の架橋剤とから構成される。
好ましくは、共重合化混合物は、５００〜１５００ｋＤａ、より好ましくは６００〜１０００ｋＤａ、さらにより好ましくは７００〜９００ｋＤａ、最も好ましくは８００ｋＤａ±２０ｋＤａの範囲の平均モル質量を有する。平均モル質量は、ここではＧＰＣによって確認される。ポリスチレン標準を較正に使用した。
好ましくは、４〜１２個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキルアクリレートエステルモノマー単位および／またはアルキルメタクリレートエステルモノマー単位は、２−エチルヘキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ブチルアクリレート、２−メチルブチルアクリレート、４−メチル−２−ペンチルアクリレート、イソデシルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、および／またはそれらの混合物から選択される。
好ましくは、不飽和カルボン酸モノマー単位は、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、および／またはそれらの混合物から選択される。好ましい混合物は、アクリル酸およびメタクリル酸、アクリル酸およびフマル酸、またはメタクリル酸およびフマル酸から構成される。
好ましい実施形態では、共重合は、溶媒混合物、好ましくは酢酸エチルとアセトンとの混合物を用いて実施される。溶媒混合物は、還流を可能にする比を６８〜７８℃の範囲内で有するのが好ましい。
共重合中の固形分は、好ましくは４０〜６０重量％の範囲である。
共重合のためのフリーラジカル開始剤としてＡＩＢＮを使用することが好ましい。
さらに、共重合は、好ましくは≧５００ｋＤａの平均モル質量を有する高分子量のコポリマーが達成されるように、窒素雰囲気下で実施されるのが好ましい。
架橋剤は、好ましくは、アルミニウムアセチルアセトネート（ＡｌＡＣＡ）、鉄アセチルアセトネート（ＦｅＡＣＡ）、チタンアセチルアセトネート（ＴｉＡＣＡ）、またはジルコニウムアセチルアセトネート（ＺｒＡＣＡ）から選択される。
さらなる好ましい実施形態では、電気鋼帯層は、５０〜１５００μｍの範囲、より好ましくは５０〜１０００μｍの範囲、さらにより好ましくは５０〜７５０μｍの範囲、最も好ましくは５０〜６５０μｍの範囲の層厚を有する。
本発明の複合材料は、等しい厚さまたは異なる厚さの２つの電気鋼帯層を使用して製造することができる。
電気鋼帯は、好ましくは、方向性または非方向性電気鋼帯である。方向性電気鋼帯は、変圧器の構築に使用され；非方向性鋼帯は、電動機および発電機の構築に使用される。
２つの電気鋼帯間の短絡を防止するために、好ましい構成では、電気シールドを達成するために電気鋼帯層に絶縁層が提供される。電気鋼帯層は、好ましくは０．５〜５μｍ、より好ましくは１〜１．５μｍの範囲の層厚を有する絶縁層を有する。
絶縁層は、有機ポリマー、例えばアクリレート樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、およびポリウレタン樹脂、またはそれらの混合物からなり得る。別の好ましい変形例では、有機ポリマーは、さらなる無機成分、例えばリン酸アルミニウム、顔料および／もしくは充填剤、例えば二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム（カオリン）、二酸化ケイ素、または硫化亜鉛を含有してもよい。
特に好ましい実施変形例では、絶縁層は、熱的に活性化可能な接着剤からなる。
別の好ましい実施形態では、ポリマー層は、３〜１０μｍの範囲、より好ましくは４〜８μｍの範囲、最も好ましくは４．５〜７．５μｍの範囲の層厚を有する。
さらなる態様では、本発明は、
−第１の電気鋼帯層を提供すること、
−高分子量のアクリレート系コポリマーおよび架橋剤からなるポリマー組成物で第１の電気鋼帯層を被覆すること、
−被覆された第１の電気鋼帯層を加熱すること、
−第２の電気鋼帯層を提供して、加熱すること、
−３〜２０μｍの範囲の層厚を有する高分子量の架橋アクリレート系コポリマーからなるポリマー層を有する複合材料を得るために、２つの電気鋼帯層を積層すること
の工程段階を含む、複合シートを連続的に製造するためのプロセスに関する。
−第１の電気鋼帯層を提供すること、
−高分子量のアクリレート系コポリマーおよび架橋剤からなるポリマー組成物で第１の電気鋼帯層を被覆すること、
−被覆された第１の電気鋼帯層を加熱すること、
−第２の電気鋼帯層を提供して、加熱すること、
−３〜２０μｍの範囲の層厚を有する高分子量の架橋アクリレート系コポリマーからなるポリマー層を有する複合材料を得るために、２つの電気鋼帯層を積層すること
の工程段階を含む、複合シートを連続的に製造するためのプロセスに関する。
第１の電気鋼帯およびまた第２の電気鋼帯は、コイルとして提供されることが好ましく、したがって本発明の複合材料を製造するための連続的なプロセスを実装することができる。
第１の電気鋼帯は、好ましくはコーターを用いて被覆される。このようにして、ポリマー組成物の均質層が第１の電気鋼帯層に塗布される。塗布は、積層工程後に、複合材料が、３〜２０μｍの範囲、好ましくは３〜１０μｍの範囲、より好ましくは４〜８μｍの範囲、最も好ましくは４．５〜７．５μｍの範囲の層厚を有するポリマー層を有するように行われる。
好ましい実施形態では、電気鋼帯の被覆されていない面は、ポリマー組成物で被覆されている。
さらなる好ましい実施形態では、第１の電気鋼帯層を提供する工程とポリマー層を塗布する工程との間に、第１の電気鋼帯層の前処理が行われる。前処理は、洗浄操作であることが好ましい。使用される電気鋼帯の表面は、ここでは付着している汚れ粒子および油が除去されており、それ故にポリマー組成物を適用するために調製される。
好ましい実施形態では、高分子量のアクリレート系コポリマーは、それぞれが１〜１２個の炭素原子を有するアルキル基を有する少なくとも１つのアルキルアクリレートエステルモノマー単位および／またはアルキルメタクリレートエステルモノマー単位、グリシジルモノマー単位、ならびに不飽和カルボン酸モノマー単位の共重合化混合物によって形成される。
電気鋼帯層は、好ましくは１５０〜２５０℃の範囲、より好ましくは１６０〜１９０℃の範囲、さらに好ましくは１７５〜１８５℃の範囲の温度に加熱される。電気鋼帯層は、従来のオーブンによってまたは誘導によって加熱することができる。対応する技術は、当業者に知られている。
２つの加熱された電気鋼帯層は、ラミネーターステーションによって積層されるのが好ましい。ポリマー組成物が塗布された第１の電気鋼帯層は、本発明の複合材料を得るために、ここでは第２の電気鋼帯層と組み合わされる。
まだ熱い複合材料は、一般に冷却ゾーンを通過し、そこでそれは、室温まで冷却されて、次に巻かれてコイルを得る。
特に好ましい実施変形例では、次の処理過程で、熱活性化可能な接着剤がコイル被覆法によって複合材料の片面、より好ましくは両面に塗布される。これは、領域の一部にわたって、より好ましくは全領域にわたって複合材料に塗布することができる。
さらなる態様では、本発明は、本発明のプロセスによって製造された複合材料に関する。
このようにして製造された複合材料は、従来技術から知られている複合材料と比較して、モノリシック電気鋼帯板の範囲内の軟磁気特性を有することが好ましい。
複合材料は、好ましくはＤＩＮ ＥＮ ６０４０４−２により決定した、０．７〜７Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび１．９〜１５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／または１．４９〜１．７Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６〜１．８Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度の損失を有する。
より好ましい実施形態では、複合材料は、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４−２により決定した、１．０〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．４〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／または１．４９〜１．５７Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度の損失を有する。
最も好ましくは、複合材料は、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４−２により決定した、
−１．３〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．８〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．４９〜１．５５Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度、または
−１．３５〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび３．０〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．４９〜１．５７Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度、または
−１．０〜１．１Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．４〜２．８Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．５２〜１．５４Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６１〜１．６３Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度の範囲での損失を有する。
−１．３〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．８〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．４９〜１．５５Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度、または
−１．３５〜１．５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび３．０〜３．３Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．４９〜１．５７Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６０〜１．６５Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度、または
−１．０〜１．１Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび２．４〜２．８Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／もしくは１．５２〜１．５４Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６１〜１．６３Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度の範囲での損失を有する。
さらなる態様では、本発明は、本発明の複合材料の多数の層を含む固定子スタックに関する。
さらなる態様では、本発明は、本発明の複合材料の多数の層を含む回転子スタックに関する。
本発明の固定子スタックおよび／または回転子スタックは、均質または不均質構造を有するのが好ましい。均質構造は、本発明の複合材料の多数の層からなる。不均質構造は、本発明の複合材料の多数の層およびそれらの間に配置されたモノリシック電気鋼帯層からなる。例えば、構造は、３層おきにモノリシック電気鋼帯からなる配置を有し得る。
さらなる態様では、本発明は、本発明の固定子スタックおよび／または回転子スタックを備える電動機に関する。
さらなる態様では、本発明は、本発明の固定子スタックおよび／または回転子スタックを備える発電機に関する。
本発明のさらなる態様はさらに、
−本発明の複合材料を提供する工程、
−複合材料から多数の薄層を分離する工程、ならびに
−薄層を結合して固定子スタックおよび／または回転子スタックを形成する工程
を含む、固定子スタックおよび／または回転子スタックを製造するためのプロセスに関する。
−本発明の複合材料を提供する工程、
−複合材料から多数の薄層を分離する工程、ならびに
−薄層を結合して固定子スタックおよび／または回転子スタックを形成する工程
を含む、固定子スタックおよび／または回転子スタックを製造するためのプロセスに関する。
好ましくはコイルの形態における複合材料からの薄層の分離は、例えば好適な打ち抜き工具または切断工具によって行うことができる。次いで、分離された薄層を積み重ねて、スタックを得、互いに結合させる。
好ましくはコイルの形態である複合材料が既に提供されていることによって、モノリシック電気鋼帯板を使用した固定子スタックおよび／または回転子スタックの製造と比較して、同じ厚さを有する固定子スタックおよび／または回転子スタックを提供するのに半分の分離層のみしか必要ではないため、分離においてプロセス上の利点が生じる。
薄層の結合は、好ましくはパケット化によって行われ；これは個々の薄層間に機械的結合を生じさせる。この結合は、個々の薄層に打ち抜かれた隆起によって形成される。
より好ましい実施変形例では、個々の薄層は互いに結合される。結合のために熱的に活性化可能な接着剤を使用することが好ましい。熱的に活性化可能な接着剤との結合は、領域の一部にわたって、より好ましくは全領域にわたって行うことができる。これは、薄層の積層の前、最中、または後に活性化され得る。このため、熱的に活性化可能な接着剤は、異なる工程段階にわたって活性化され得、それ故、時間的および／または空間的に分離するように粘着性状態に変換され得る。
あるいは、薄層の結合のために、いわゆるベーキングエナメルまたは点状の接着剤結合を使用することも可能である。
さらなる態様では、本発明は、電動機および／または発電機用の固定子および／または回転子を製造するための本発明の複合材料の使用に関する。
本発明は、以下の実施例により詳細に説明される。
［実施例］
まず最初に、高分子量のアクリレート系コポリマーおよび架橋剤からなるポリマー組成物を製造した。
まず最初に、高分子量のアクリレート系コポリマーおよび架橋剤からなるポリマー組成物を製造した。
この目的のために、２０７ｇのブチルアクリレート、６１．２ｇの２−エチル−ヘキシルアクリレート、２３．１ｇのアクリル酸、および０．１ｇの２，３−エポキシプロピルメタクリレートから構成されるモノマー溶液を調製した。次いで、６８．５ｇをモノマー溶液から取り出し、窒素でパージした１．５リットルの反応器に導入した。反応器には撹拌機、還流冷却器、およびサーミスタを取り付けた。続いて、２９．７ｇの酢酸エチルおよび１８ｇのアセトンをモノマー溶液に添加した。溶液を還流下で加熱した。次いで、０．０５ｇのＡＩＢＮ（ＤｕＰｏｎｔ）を４．５ｇの酢酸エチルに溶解し、還流下で沸騰する溶液に添加した。次いで、溶液を１５分間激しく還流し続けた。残りのモノマー溶液を１９５ｇの酢酸エチル、４０ｇのアセトン、および０．２４ｇのＡＩＢＮと混合し、３時間かけて反応器内の還流下で沸騰する溶液に溶液として絶えず添加した。添加終了後、溶液をさらに１時間還流下に保った。続いて、０．１２ｇのＡＩＢＮ、９ｇの酢酸エチル、および４ｇのアセトンの溶液を反応器に添加し、この溶液をさらに１時間還流下に保った。この操作をさらに２回繰り返した。添加終了後、溶液をさらに１時間還流下に保った。続いて、１７８ｇのトルエンおよび２７ｇのｎ−ヘプタンが存在した。得られた粗生成物は、３６重量％の固形分および８０００Ｐａ・ｓの粘度を有していた。粘度は、ブルックフィールド粘度計（＃４スピンドル、１２ｒｐｍ）を用いて決定した。得られたコポリマーは、７１重量％の酢酸ｎ−ブチル、２１重量％のアクリル酸２−エチルヘキシル、８重量％のアクリル酸、および０．０３重量％の２，３−エポキシプロピルメタクリレートからなっていた。次いで、ポリマー組成物を得るために、コポリマーを０．１重量％のアルミニウムアセチルアセトネートと混合した。
［実施例１］
ポリマー組成物を使用して３つの複合材料を製造した。この目的のために、いずれの場合も、各片の片側が、電気絶縁ワニス（Ｓｔａｂｏｌｉｔ（登録商標）２０）（層厚１μｍ）で被覆されている電気鋼帯型２８０−３０ＡＰ（厚さ３００μｍ）、Ｍ３３０−３５Ａ（厚さ３５０μｍ）、およびＭ３３０−５０Ａ（厚さ５００μｍ）の２つの電気鋼帯片を積層法により結合した。
ポリマー組成物を使用して３つの複合材料を製造した。この目的のために、いずれの場合も、各片の片側が、電気絶縁ワニス（Ｓｔａｂｏｌｉｔ（登録商標）２０）（層厚１μｍ）で被覆されている電気鋼帯型２８０−３０ＡＰ（厚さ３００μｍ）、Ｍ３３０−３５Ａ（厚さ３５０μｍ）、およびＭ３３０−５０Ａ（厚さ５００μｍ）の２つの電気鋼帯片を積層法により結合した。
対応する電気鋼帯（ＤＩＮ Ａ４フォーマット）を、実験室用コーターを用いて、被覆されていない面をポリマー組成物で被覆した。ポリマー組成物を完成複合材料における６μｍ±１μｍの層厚に相当する量で塗布した。続いて、溶媒を除去するために、それぞれの試料を空気循環オーブン中で１１０℃で１分間予備乾燥した。積層プロセスのために、対応する試料を連続実験室キルン中で１７０〜１９０℃に加熱した（キルン時間約５０秒）。ＰＭＴ（ピーク金属温度）に達した直後に、同様に１７０〜１９０℃に加熱された第２の電気鋼帯板をロールミルにおける加圧下（３０〜３５Ｎ／ｍｍ）で試料に積層した。
得られた複合材料は、６０８μｍ±１μｍ、７０８±１μｍ、または１００８μｍ±１μｍの全厚を有していた。
得られた複合材料を音響特性、磁気特性、および接着特性に関して特徴付けた。以下の表は、同じ品質の対応するモノリシック電気鋼帯と従来技術から知られている複合材料との比較による結果を示す。
さらに、ポリマー層の安定性を調べた。この目的のために、得られた複合材料からサイズに対応して切断された試験片（２．５×１０ｃｍ）を１２０℃で１６４時間適切な試験液（Ｓｈｅｌｌ ＡＴＦ １３４ ＦＥトランスミッションオイル；Ｎｙｎａｓ Ｎｙｔｒｏ Ｔａｕｒｕｓ変圧器油（ＩＥＣ ６０２９６）Ｅｄ．４−標準グレード）に入れた。ストレス時間が経過した後、試験片を目視検査した。ここではポリマー層の層間剥離または膨潤も検出することは不可能であった。
本発明は、以下の図面により詳細に説明される。個々の図面を示す。
図１は、第１の実施形態における本発明の複合材料１の三層構造を示す。複合材料１は、第１の電気鋼帯層２、第２の電気鋼帯層４、およびそれらの間に配置されたポリマー層３を含む。
図２は、第１の電気鋼帯層２および第２の電気鋼帯層４、ならびにそれらの間に配置されたポリマー層３を有する本発明の複合材料５の第２の実施変形例を示す。ポリマー層３とは反対側に、２つの電気鋼帯層２、４は、それぞれ絶縁層６を有する。好ましい実施変形例では、これは熱的に活性化可能な接着剤によって形成される。
図３は、第２の実施変形例における複合材料５を使用する多層構造７を示す。複合材料５の個々の層は、ここではスタックを形成するために順に重ねて配置される。絶縁層６が熱的に活性化可能な接着剤によって形成される場合、多層構造７は、個々の薄層（図示せず）の間に均質な絶縁層６を有する。
図４は、コイル被覆プラント１０による本発明の複合材料１、５の連続製造のためのプロセスフロー図を示す。プラント１０は、第１のコイル巻き出しステーション１１および第２のコイル巻き出しステーション１２を有し、それらには第１の電気鋼帯層２および第２の電気鋼帯層４が提供されている。さらに、プラント１０は、プロセスを中断する必要を伴わずコイルの交換を可能にする縫合装置１３、ならびに第１のコイル収納部１４および第２のコイル収納部２０を有する。第１の電気鋼帯層２は、電気鋼帯層２の表面から、付着している汚れ粒子および油を取り除くために前処理段階１５に最初に送られてもよい。続いて、塗布ロール１６によって、ポリマー組成物（図示せず）を片面に塗布する。ポリマー組成物で被覆された電気鋼帯層２は、次いで、塗布された被覆が１００〜１２０℃で予備乾燥される２ゾーンオーブン１７を通過する。同時に溶媒を除去する。オーブン１７の第２のゾーンでは、電気鋼帯層２をＰＭＴ（１７０〜１９０℃）まで加熱する。さらに、第２の巻き戻しステーション１２から第２の電気鋼帯層４が提供され、最初に、第２の電気鋼帯層４も同様にＰＭＴに加熱される加熱ステーション１７に送られる。積層ステーション１８において、２つの電気鋼帯層２、４を５ｋＮの圧力下および１５０〜１７０℃の温度で互いに積層して複合材料１、５を得る。続いて、まだ熱い複合材料１、５は、冷却ステーションを通過し、そこでそれは、室温まで冷却され、次いでコイル巻付けステーション２１でコイルに巻き取られる。
図５は、実施例１の変形例２８０−３０ＡＰについての損失係数の測定値の図を示す。測定は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ６７２１−３に従って５００Ｈｚで実施した。この目的のために、試験片（２５０×１５ｍｍ）を使用し、２００ｍｍの自由長が存在する必要があった。試験片を手入れし、バリを取り除いた。金属小板の接着結合の必要はなかった。複合材料が、１５〜９０℃の温度範囲内で０．１〜０．２５の範囲の損失係数を有することが見出された。０．１より大きい損失係数は、その材料が完全に減衰された材料であることを意味する。
１ 複合材料
２ 第１の電気鋼帯層
３ ポリマー層
４ 第２の電気鋼帯層
５ 複合材料
６ 絶縁層
７ 多層構造
１０ コイル被覆プラント
１１ コイル巻き戻しステーション
１２ コイル巻き戻しステーション
１３ 縫合装置
１４ コイル収納部
１５ 前処理段階
１６ 塗布ロール
１７ 加熱ステーション
１８ 積層ステーション
１９ 冷却ステーション
２０ コイル収納部
２１ コイル巻付けステーション
２ 第１の電気鋼帯層
３ ポリマー層
４ 第２の電気鋼帯層
５ 複合材料
６ 絶縁層
７ 多層構造
１０ コイル被覆プラント
１１ コイル巻き戻しステーション
１２ コイル巻き戻しステーション
１３ 縫合装置
１４ コイル収納部
１５ 前処理段階
１６ 塗布ロール
１７ 加熱ステーション
１８ 積層ステーション
１９ 冷却ステーション
２０ コイル収納部
２１ コイル巻付けステーション
Claims (16)
- 特に固定子スタックおよび／または回転子スタックに使用するための複合材料であって、
−第１および第２の電気鋼帯層、および
−それらの間に配置されたポリマー層を含み、前記ポリマー層が、高分子量の架橋アクリレート系コポリマーからなり、３〜２０μｍの範囲の層厚を有する、複合材料。 - 高分子量の前記架橋アクリレート系コポリマーが、
−少なくとも
−それぞれが１〜１２個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキルアクリレートエステルモノマー単位および／またはアルキルメタクリレートエステルモノマー単位、
−グリシジルモノマー単位、
−不飽和カルボン酸モノマー単位
の共重合化混合物と、
−架橋剤と
から構成される、請求項１に記載の複合材料。 - 前記共重合化混合物が、５００〜１５００ｋＤａの範囲の平均モル質量を有する、請求項２に記載の複合材料。
- 前記電気鋼帯層が、５０〜１５００μｍの範囲の層厚を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合材料。
- 前記電気鋼帯層が、０．５〜２μｍの範囲の層厚を有する絶縁層を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合材料。
- 複合材料を連続的に製造するための方法であって、
−第１の電気鋼帯層を提供すること、
−高分子量のアクリレート系コポリマーおよび架橋剤からなるポリマー組成物で前記第１の電気鋼帯層を被覆すること、
−前記被覆された第１の電気鋼帯層を加熱すること、
−第２の電気鋼帯層を提供して、加熱すること、
−３〜２０μｍの範囲の層厚を有する高分子量の架橋アクリレート系コポリマーからなるポリマー層を有する複合材料を得るために、２つの電気鋼帯層を積層すること
の工程段階を含む、方法。 - 高分子量の前記架橋アクリレート系コポリマーが、少なくとも
−それぞれが１〜１２個の炭素原子を有するアルキル基を有するアルキルアクリレートエステルモノマー単位および／またはアルキルメタクリレートエステルモノマー単位、
−グリシジルモノマー単位、ならびに
−不飽和カルボン酸モノマー単位
の共重合化混合物から形成される、請求項６に記載の方法。 - 前記電気鋼帯層が、１５０〜２５０℃の範囲の温度に加熱される、請求項６または７に記載の方法。
- 請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法によって製造された、複合材料。
- ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４−２により決定した、０．７〜７Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．０；５０Ｈｚおよび１．９〜１５Ｗ／ｋｇの範囲でのＰ１．５；５０Ｈｚ、ならびに／または１．４９〜１．７Ｔの範囲でのＪ２５００の電界強度および１．６〜１．８Ｔの範囲でのＪ５０００の電界強度の損失を有する、請求項９に記載の複合材料。
- 請求項１〜５または９もしくは１０のいずれか一項に記載の多数の複合材料の層を含む、固定子スタック。
- 請求項１〜５または９もしくは１０のいずれか一項に記載の多数の複合材料の層を含む、回転子スタック。
- 請求項１１または１２に記載の固定子スタックおよび／または回転子スタックを備える、電動機。
- 請求項１１または１２に記載の固定子スタックおよび／または回転子スタックを備える、発電機。
- 固定子スタックおよび／または回転子スタックを製造するための方法であって、
−請求項１〜５または９もしくは１０のいずれか一項に記載の複合材料を提供する工程、
−前記複合材料から多数の薄層を分離する工程、ならびに
−前記薄層を結合して固定子スタックおよび／または回転子スタックを形成する工程
を含む、方法。 - 電動機および／または発電機用の固定子スタックおよび／または回転子スタックを製造するための、請求項１〜５または９もしくは１０のいずれか一項に記載の複合材料の使用。
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