JP3473277B2 - 電動機の固定子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は空調機器や給湯機器
等に使用される、外装が合成樹脂によって覆われた電動
機の固定子に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、空調機器や給湯機等に使用される
電動機は、防振性・形状任意性・信頼性等に優れている
という理由から、その固定子を合成樹脂または合成樹脂
複合材（以下モールド材という）によりモールドするこ
とが広く行われている。その代表的な例について図５を
参照しながら説明する。図５は固定子をモールド材でモ
ールドした電動機の断面図を示す。図５に示すように電
動機は固定子鉄心２と固定子巻線３と、固定子鉄心２お
よび固定子巻線３をモールドしているモールド材１とで
構成された固定子と、前記固定子に取り付けられた軸受
保持部と、前記軸受保持部に収納された軸受５と、前記
軸受５により前記固定子に対して回転自在に保持される
回転子４とで構成されている。 【０００３】上記構成の電動機において、従来はモール
ド材１として不飽和ポリエステル，熱可塑性樹脂，ガラ
ス繊維，炭酸カルシウム，クレー，タルクなどの混合物
が使用されていた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のモールド材１を使用した構成では、モールド材
の熱伝導率が低く、電動機の鉄心および巻線から発生す
る熱を充分に放散させる事が出来ないという欠点があっ
た。特に近年、エアコンや給湯機などの小型高性能化に
伴い、それらに使用される電動機についても小型化・高
出力化が強く求められ、その結果として電動機の鉄心お
よび巻線の発生する熱量は増大の一途をたどっており、
従来の電動機では温度上昇を適正な範囲内に抑えること
が困難になってきている。これに対応するため、例えば
図６に示すように電動機の外周に熱放散用のフィン７を
モールド材１にて一体成形することにより放熱面積を増
大させ、温度上昇を抑制する事が試みられている。しか
しながらこの方法ではモールド材として従来の不飽和ポ
リエステル，熱可塑性樹脂，ガラス繊維，炭酸カルシウ
ム，クレー，タルクなどの混合物が使用されているため
熱伝導率が低く、充分な効果が得られなかった。従っ
て、固定子をモールドした電動機の熱放散性を向上さ
せ、温度上昇を低減させるためにはモールド材の熱伝導
率を向上させる事が必須であるといえる。これを解決す
るために特開平５−２０２２７７が提案され、モールド
材に配合する充填材としてマグネシア，窒化アルミニウ
ム，アルミナ等を使用する技術が開示されている。しか
しながら特開平５−２０２２７７に開示されたモールド
材の配合では熱伝導率そのものも充分に大きく出来ず、
更にモールド材として要求されるヒートサイクルに対す
る信頼性やモールド時の成形性が満足できるものではな
いという欠点を有していた。 【０００５】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、電動機の小型化・高出力化に対応し、特に
熱放散性にすぐれ、またヒートサイクルなどに対する信
頼性とモールドする際の成形性に優れた電動機の固定子
を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、特定の成分と配合比を有する低収縮性不飽
和ポリエステル樹脂，粉末水酸化アルミニウム，粉末ア
ルミナ，ガラス繊維を特定の配合比で混合したモールド
材を使用して電動機の固定子をモールドしたものであ
る。上記モールド材によりモールドする事で、熱放散性
にすぐれ且つ信頼性の高い電動機の固定子を提供する事
ができる。 【０００７】 【発明の実施の形態】本発明は、図１に示すような固定
子巻線３および固定子鉄心２の少なくとも一部がモール
ド材１０により一体にモールドされた電動機の固定子に
おいて、前記モールド材１０が質量百分率で４０％以上
５０％以下のイソフタル酸系不飽和ポリエステル、２１
％以上４７％以下のスチレンモノマー、１０％以上２０
％以下の飽和ポリエステルおよび３％以上９％以下のポ
リエチレン微粉末からなる低収縮性不飽和ポリエステル
樹脂と、粉末の水酸化アルミニウムと、粉末のアルミナ
と、ガラス繊維とからなり、前記低収縮性不飽和ポリエ
ステル樹脂が質量百分率で１５％以上２５％以下、前記
粉末の水酸化アルミニウムが質量百分率で５％以上３０
％以下、前記粉末のアルミナが質量百分率で４０％以上
６０％以下、前記ガラス繊維が質量百分率で１０％以上
１５％以下であるとしたものであり、特にモールド材１
０によってモールドされた固定子鉄心２や固定子巻線３
から発生する熱を外部に放散し易くし、且つ優れたヒー
トサイクルに対する信頼性およびモールド時の優れた成
形性を有する電動機の固定子としたものである。以下に
その作用を説明する。 【０００８】先ず本発明で使用するイソフタル酸系不飽
和ポリエステルと飽和ポリエステルとポリエチレン微粉
末について説明する。 【０００９】一般に各種不飽和ポリエステル樹脂に低収
縮化剤として各種の熱可塑性樹脂を配合する事により樹
脂の収縮率を低減させる事ができるが、硬化物の耐熱性
の低下，色むら，ヒートサイクルなどに対する信頼性の
低下等問題が生じ易い。しかしながら本発明で使用する
イソフタル酸系不飽和ポリエステル樹脂はテレフタル酸
系またはオルソフタル酸系不飽和ポリエステル樹脂と比
較してその硬化物の耐熱性が極めて良好であるので、低
収縮化の為に熱可塑性樹脂を配合しても電動機としての
耐熱性は充分確保できる。また、低収縮化剤としての飽
和ポリエステルはイソフタル酸系不飽和ポリエステルと
相溶性が極めて良く、また充填材として使用している粉
末の水酸化アルミニウムや粉末のアルミナ等と相性が良
いからである。また、ポリエチレンの微粉末を低収縮化
剤として使用する理由は、ポリエチレンの微粉末を配合
する事により低収縮化の効果が著しく向上するからであ
る。 【００１０】本発明におけるイソフタル酸系不飽和ポリ
エステルはその化学成分のうち、飽和ジカルボン酸成分
としてはイソフタル酸を用い、また不飽和ジカルボン酸
成分としてはフマール酸もしくはマレイン酸、グリコー
ル成分としてエチレングリコールもしくはプロピレング
リコール等を用いて合成されたものである。また、本発
明における飽和ポリエステルはフタル酸成分とグリコー
ル類等を用いて合成されたものである。 【００１１】本発明における低収縮性不飽和ポリエステ
ル樹脂の配合割合について説明する。イソフタル酸系不
飽和ポリエステルを４０以上５０質量％以下にする理由
は、４０質量％以下にすると樹脂の耐熱性が著しく低下
し、５０質量％以上にすると低収縮化効果が得られない
からである。またスチレンモノマーを２１以上４７質量
％以下にする理由は、２１質量％以下にするとモールド
材の粘度が増加して成形性が悪くなり、さらに不飽和ポ
リエステルの架橋成分としての役割を充分に果せなくな
って硬化物の信頼性が低下する等の問題点が有り、４７
質量％以上にするとモールド材の粘度が低下しすぎて成
形した際に樹脂の内部に充填不足による空間が発生した
り樹脂成分と充填材が分離し易くなるからである。ま
た、飽和ポリエステルを１０以上２０質量％以下にする
理由は、１０質量％以下にすると低収縮化効果が低下す
るからであり、２０質量％以上にすると耐熱性，色むら
などが問題となるからである。また、ポリエチレン微粉
末を３以上９質量％以下にする理由は、３質量％以下で
は低収縮化効果が充分に発揮されないからであり、９質
量％以上では耐熱性や強度が低下するからである。 【００１２】次に本発明におけるモールド材の配合成分
について説明する。前記低収縮性不飽和ポリエステル樹
脂を１５以上２５質量％以下にする理由は、１５質量％
以下ではモールド材の粘度が低下し成形が困難になるか
らであり、２５質量％以上にするとモールド材の収縮率
および線膨張係数が大きくなり、特にヒートサイクルな
どに対する信頼性が低下するからである。 【００１３】また、水酸化アルミニウムおよびアルミナ
の粒径は４５μm以下、ガラス繊維の長さは３mm以下と
するのが好ましい。その理由は４５μm以上の粒径の水
酸化アルミニウムまたはアルミナ、繊維長が３mm以上の
ガラス繊維を使用するとモールド材が巻線間やスロット
間に含浸し難くなる、樹脂成分と充填剤が分離し易くな
る、ヒートサイクルなどに対する信頼性が低下する等の
理由による。 【００１４】粉末のアルミナを４０以上６０質量％以下
にする理由は、粉末のアルミナが４０質量％以下ではモ
ールド材の熱伝導率を充分に大きくする事が出来ないか
らであり、６０質量％以上ではモールド材の収縮率が大
きくなったりヒートサイクルに対する信頼性が低下する
からである。 【００１５】粉末の水酸化アルミニウムを５以上３０質
量％以下とする理由は水酸化アルミニウムが炭酸カルシ
ウムと比べて比較的熱伝導率が高く入手し易いという理
由からモールド材の流動性が低下しない範囲で配合して
いるものである。 【００１６】ガラス繊維を１０以上１５質量％以下とす
る理由は１０質量％以下では強度や収縮率、ヒートサイ
クルに対する信頼性の面で問題があり、１５質量％以上
とするとモールド材の流動性が低下し成形性が困難にな
るからである。 【００１７】本発明におけるモールド材料には上記各成
分のほかに不飽和ポリエスエテルの硬化触媒として、有
機過酸化物、例えばメチルエチルケトンパーオキシド，
ヒドロキシヘプチルパーオキシド，ジクミルパーオキシ
ド，第３級ブチルパーベンゾエート等の１種以上を低収
縮性不飽和ポリエステル樹脂に対して０．１から３質量
％配合する事が出来、また離型剤としてステアリン酸，
ステアリン酸カルシウム，ステアリン酸亜鉛を、また着
色剤として酸化チタン，カーボンブラック等をモールド
材に対して０．１から２質量％配合する事ができる。ま
た、低収縮性不飽和ポリエステル樹脂と充填材との相性
をよくするシランカップリング剤などの添加剤も適宜配
合する事ができる。 【００１８】また、上記した成分の混合はニーダによる
湿式混練方式が用いられ、所定時間混練する事により安
定したモールド材を製造する事ができる。 【００１９】 【実施例】 (飽和ポリエステルの効果）イソフタル酸系不飽和ポリ
エステル９質量％、スチレンモノマー７質量％、低収縮
化剤２質量％、ポリエチレン微粉末１質量％、粉末のア
ルミナ４８質量％、水酸化アルミニウム２１質量％、ガ
ラス繊維１０質量％、ステアリン酸亜鉛１．２質量％、
カーボンブラック０．５質量％、ジクミルパーオキシド
０．３質量％を基本配合とし、前記低収縮化剤を飽和ポ
リエステル系，酢酸ビニル系，ゴム系，ポリスチレン系
にした場合の各モールド材の収縮率と色むらを評価し
た。 【００２０】 【表１】【００２１】得られた結果を（表１）に示す。この場合
成形収縮率はＪＩＳ−Ｋ−６９１１に準拠して測定し、
モールド材の成形は金型温度１５０℃、硬化時間５分の
条件で行った。また、色むらの判定は目視により良・可
・不可の３段階評価を行った。 【００２２】（表１）より飽和ポリエステル系の低収縮
化剤を使用する事により、優れたモールド材が得られる
事がわかる。 【００２３】（ポリエチレン微粉末の効果）イソフタル
酸系不飽和ポリエステルとスチレンモノマーと飽和ポリ
エステルとポリエチレン微粉末からなる低収縮性不飽和
ポリエステル樹脂１００質量部に対して粉末のアルミナ
２３５質量部、水酸化アルミニウム１００質量部、ガラ
ス繊維５５質量部、ステアリン酸亜鉛５質量部、カーボ
ンブラック１．５質量部、ジクミルパーオキシド１質量
部を基本配合とし、低収縮性不飽和ポリエステル樹脂の
配合をイソフタル酸系不飽和ポリエステルが４５質量
％、スチレンモノマーが３５質量％とし、飽和ポリエス
テルとポリエチレン微粉末の合計が２０質量％となるよ
うにポリエチレンの微粉末の量を調整しモールド材とし
た。次にこれらのモールド材につき、ＪＩＳ−Ｋ−６９
１１に準拠して成形収縮率と、室温時測定に対する１６
０℃時測定の曲げ強度保持率を測定した。この場合モー
ルド材の成形は金型温度１５０℃、硬化時間５分の条件
で行った。得られた結果を図２に示す。 【００２４】図２よりポリエチレン微粉末が低収縮性不
飽和ポリエステル樹脂に対して３質量％以上配合される
と低収縮化効果が著しくなり、９質量％を超えると１６
０℃における曲げ強度の保持率が低下する。従って、ポ
リエチレン微粉末を低収縮性不飽和ポリエステル樹脂に
対して３から９質量％配合する事により優れた効果があ
る事がわかる。 【００２５】（粉末のアルミナの効果）イソフタル酸系
不飽和ポリエステル４５質量％、スチレンモノマー３５
質量％、飽和ポリエステル１４質量％、ポリエチレン微
粉末６質量％からなる低収縮性不飽和ポリエステル樹脂
２０質量％とガラス繊維１０質量％、ステアリン酸亜鉛
１．２質量％、カーボンブラック０．５質量％、ジクミ
ルパーオキシド０．３質量％と４５μm 以下の粉末のア
ルミナと水酸化アルミニウムの合計が６８質量％を基本
配合とし、粉末のアルミナの配合量を調整しモールド材
とした。 【００２６】次にこれらのモールド材につき熱伝導率と
収縮率と耐ヒートサイクル性、モールド材の流動性を示
すスパイラルフローと図４に示すような６極４５Ｗの電
動機を通常運転したときの巻線温度を評価した。なお、
この場合熱伝導率は非定常熱線法により測定し、耐ヒー
トサイクル性は各モールド材によって成形された電動機
の固定子を１００℃に昇温させ次に−１０℃のメタノー
ル中で急冷させる事を１サイクルとしてクラックが発生
したサイクル数を測定し、スパイラルフローは一定の成
形圧でモールド材が金型の中を流れる距離（大きいほど
流動性が良い）を測定した。得られた結果を図３
（ａ），図３（ｂ）に示す。 【００２７】図３（ａ），図３（ｂ）より、粉末のアル
ミナの配合量を増加させる事によりモールド材の熱伝導
率は高くなる。小型高出力化の目標レベルである従来の
電動機に対し１５％の小型化または１０％の出力アップ
を達成するためには、経験から巻線温度を１０℃低減さ
せる必要があるが、粉末のアルミナを４０質量％以下に
した場合にはこの値を達成する事が出来ない。また粉末
のアルミナを６０質量％以上とした場合には成形性の指
標となるスパイラルフローや収縮率が悪化し、また信頼
性の指標である耐ヒートサイクル数も悪化する事がわか
る。よって粉末のアルミナを４０から６０質量％配合す
る事により、特に熱放散性にすぐれ、かつ収縮率，流動
性，耐ヒートサイクルなど電動機を製造する際の成形性
や電動機の信頼性を確保したモールド材を得る事ができ
る。 【００２８】（ガラス繊維の効果）イソフタル酸系不飽
和ポリエステル４５質量％、スチレンモノマー３５質量
％、飽和ポリエステル１４質量％、ポリエチレン微粉末
６質量％からなる低収縮性不飽和ポリエステル樹脂２３
質量％と粉末のアルミナ５５質量％、ステアリン酸亜鉛
１．２質量％、カーボンブラック０．５質量％、ジクミ
ルパーオキシド０．３質量％と、水酸化アルミニウムと
ガラス繊維の合計が２０質量％を基本配合としガラス繊
維が配合量を５から２０質量％となるように調整しモー
ルド材とした。次にこれらのモールド材につき耐ヒート
サイクル性とモールド材の流動性を示すスパイラルフロ
ーを測定した。 【００２９】得られた結果を図４に示す。図４よりガラ
ス繊維を１０から１５質量％にした場合が、流動性を著
しく低下させずに耐ヒートサイクル性が良好なモールド
材が得られる事がわかる。 【００３０】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、特定の成
分と配合比を有する低収縮性不飽和ポリエステル樹脂
と、粉末水酸化アルミニウムと、粉末アルミナと、ガラ
ス繊維を特定の配合比で混合したモールド材を使用して
電動機の固定子をモールドする事により、熱放散性にす
ぐれ且つ信頼性の高い電動機の固定子を提供する事がで
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の実施例のモールド材によりモールドさ
れた固定子と回転子からなる電動機の断面図 【図２】ポリエチレン微粉末の配合量に対する収縮率と
室温時測定に対する１６０℃時測定曲げ強度保持率を示
す特性図 【図３】（ａ）粉末のアルミナの配合量に対する熱伝導
率と収縮率と耐ヒートサイクルとスパイラルフローを示
す特性図 （ｂ）粉末のアルミナの配合量に対する電動機の巻線温
度特性図 【図４】ガラス繊維の配合量に対するスパイラルフロー
と耐ヒートサイクル性を示す特性図 【図５】従来のモールド材によりモールドされたフィン
付きの固定子と、回転子からなる電動機の断面図 【図６】従来のモールドモータの全体構成を示す図 【符号の説明】 １，１０ モールド材 ２ 固定子鉄心 ３ 固定子巻線 ４ 回転子 ５ 軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−134340（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−163204（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C08L 67/06 - 67/07

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】固定子卷線および固定子鉄心の少なくとも
   一部がモールド材により一体にモールドされた電動機の
   固定子において、前記モールド材が質量百分率で、４０
   ％以上５０％以下のイソフタル酸系不飽和ポリエステ
   ル、２１％以上４７％以下のスチレンモノマー、１０％
   以上２０％以下の飽和ポリエステル並びに３％以上９％
   以下のポリエチレン微粉末からなる低収縮性不飽和ポリ
   エステル樹脂と、粉末の水酸化アルミニウムと、粉末の
   アルミナと、ガラス繊維とからなり、前記低収縮性不飽
   和ポリエステル樹脂が質量百分率で１５％以上２５％以
   下、前記粉末の水酸化アルミニウムが質量百分率で５％
   以上３０％以下、前記粉末のアルミナが質量百分率で４
   ０％以上６０％以下、前記ガラス繊維が質量百分率で１
   ０％以上１５％以下であることを特徴とする電動機の固
   定子。