JP5766352B2 - 回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物、それを用いた回転電機及びその製造方法 - Google Patents
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従って、本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、優れた機械的特性及び耐熱性を有する回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物を提供することを目的としている。
即ち、本発明に係る回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物は、重合度が2以上である直鎖状エポキシ樹脂及びエポキシアクリレート樹脂からなる群から選択される少なくとも1種と、ノボラック型エポキシ樹脂及びナフタレン型エポキシ化合物からなる群から選択される少なくとも1種とがエーテル結合され、重量平均分子量が2000〜10000であるエポキシ樹脂を含むことを特徴とするものである。
本発明の実施の形態による回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物は、直鎖状エポキシ樹脂及びエポキシアクリレート樹脂からなる群から選択される少なくとも1種の応力緩和骨格を有する化合物と、ノボラック型エポキシ樹脂及びナフタレン型エポキシ化合物からなる群から選択される少なくとも1種の剛直骨格を有する化合物とを反応させて得られる重量平均分子量が2000〜10000のエポキシ樹脂を含むことを特徴とするものである。
なお、本実施の形態におけるエポキシ樹脂の重量平均分子量は、以下の装置を用いて、テトラヒドロフランを展開溶媒とし、サンプル濃度:0.1重量%、測定時の流量:1mL/分で測定した数値である。
使用機器;東ソー株式会社製HLC−8320
カラム;TSK―GEL1000〜4000
標準試料;ポリスチレン
本発明の実施の形態による固定子を図面に基づいて説明する。図1及び2に示すように、固定子は、鉄板を円筒状に積層した固定子コア1と、この固定子コア1の内周面において軸方向に形成された複数のスロット2と、複数のスロット2の内側に設けられた絶縁フィルム3と、複数のスロット2に巻きつけられた電線4と、電線4を結束するための縛り糸5と、固定子を覆う液状熱硬化性樹脂組成物の硬化体6とで構成されている。このような固定子は、複数のスロット2に絶縁処理を施し電線4を所定回数巻きつけ、固定子を上述した回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物で被覆した後、硬化させることにより絶縁処理
して得ることができる。この固定子を回転子の外側又は内側に配置することで回転電機が製造される。
なお、本発明の実施の形態による回転電機は、複数のスロットを有する固定子が上述した液状熱硬化性樹脂組成物により含浸されたものであればよく、複数のスロットを有する固定子に電線あるいはコイルが組み入れられていてもいなくてもよい。また、固定子コア内への含浸性、巻線間への含浸性、コイル絶縁を形成している絶縁フィルム等の絶縁層への含浸性を高めるために真空含浸を行ってもよい。絶縁フィルムを用いた固定子の場合、コイル導体上に絶縁フィルムを巻回し、この巻回層に上述した液状熱硬化性樹脂組成物を公知の条件で真空加圧含浸した後、金型に挿入し、加熱加圧成形せしめて絶縁コイルを製造する。この場合の成形条件としては、100℃〜250℃の加熱温度、5kg/cm2〜100kg/cm2の成形圧力、4時間〜24時間の加熱時間が採用される。また、それ以外の場合は100℃〜250℃の加熱温度、0.5時間〜20時間の加熱時間が採用される。それにより電気的性質及び熱的性質に優れた絶縁コイル及び巻線が得られる。成形条件が上記範囲を外れると、得られる絶縁コイルの層間接着力が弱く、その結果熱劣化時の電気特性が著しく低下し、また絶縁層に浮きや剥がれが生じ、好ましくない。また、成形条件が上記範囲を外れると、電線間の固着力が弱く、その結果、熱劣化あるいは機械的劣化時の電気特性が低下し、好ましくない。
m−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(重合度3〜6の混合物、エポキシ当量:200)100重量部にビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜4の混合物、エポキシ当量:190)20重量部及びナフテン酸亜鉛1重量部を添加した後、150℃で2時間加熱撹拌を行った。得られたエポキシ樹脂の重量平均分子量は3400であった。100℃まで冷却後、ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド50重量部を添加し、同温で2時間撹拌を行った。80℃以下まで冷却後、硬化剤としてメチルテトラヒドロ無水フタル酸60重量部を添加し、実施例1の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。この組成物を加熱硬化させ、得られた硬化体の耐熱性及びクラック性を評価した。耐熱性に関しては、TMASS6000(セイコーインスツル(株))を用い、昇温速度10℃/分でガラス転移温度を評価した。また、クラック性に関しては、3mm厚の硬化体を220℃の硬化炉内で10日間保持した後、クラック有無を外観検査した。得られた硬化体のガラス転移温度は150℃であり、またクラックの発生は認められなかった。このように、実施例1の液状熱硬化性樹脂組成物は、耐熱性及び機械的特性に優れていることが確認された。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜4の混合物、エポキシ当量:190)20重量部の代わりにビスフェノールF型エポキシ樹脂(重合度1〜5の混合物、エポキシ当量:190)50重量部を用いた以外は実施例1と同様にしてエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂の重量平均分子量は5100であった。このエポキシ樹脂を用い、ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド50重量部の代わりにトリアリルイソシアヌレート50重量部を用いた以外は実施例1と同様にして実施例2の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。実施例1と同様にして硬化体の特性を調べたところ、ガラス転移温度は139℃であり、またクラックの発生は認められず、耐熱性及び機械的特性に優れていることが確認された。
m−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(重合度3〜6の混合物、エポキシ当量:200)100重量部の代わりにフェノールノボラック型エポキシ樹脂(重合度3〜6の混合物、エポキシ当量:200)100重量部を用い、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜4の混合物、エポキシ当量:190)20重量部の代わりにビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度5〜10の混合物、エポキシ当量:450)10重量部を用いた以外は実施例1と同様にしてエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂の重量平均分子量は3000であった。このエポキシ樹脂を用い、ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミドの量を30重量部に変更した以外は実施例1と同様にして実施例3の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。実施例1と同様にして硬化体の特性を調べたところ、ガラス転移温度は140℃であり、またクラックの発生は認められず、耐熱性及び機械的特性に優れていることが確認された。
m−クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(重合度3〜6の混合物、エポキシ当量200)100重量部の代わりに1,5−ナフタレンジグリシジルエーテルナフタレン100重量部を用い、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜4の混合物、エポキシ当量:190)20重量部の代わりにエポキシアクリレート樹脂(重合度1〜15の混合物)20重量部を用いた以外は実施例1と同様にしてエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂の重量平均分子量は6500であった。このエポキシ樹脂を用い、実施例1と同様にして実施例4の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。実施例1と同様にして硬化体の特性を調べたところ、ガラス転移温度は162℃であり、またクラックの発生は認められず、耐熱性及び機械的特性に優れていることが確認された。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜4の混合物、エポキシ当量:190)20重量部の代わりにブロム化ビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜5の混合物、エポキシ当量:500)50重量部を用いた以外は実施例1と同様にしてエポキシ樹脂を得た。得られたエポキシ樹脂の重量平均分子量は5600であった。このエポキシ樹脂を用い、ビスフェノールAジフェニルエーテルビスマレイミド50重量部の代わりにトリアリルイソシアヌレート50重量部を用いた以外は実施例1と同様にして実施例5の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。実施例1と同様にして硬化体の特性を調べたところ、ガラス転移温度は156℃であり、またクラックの発生は認められず、耐熱性及び機械的特性に優れていることが確認された。
実施例1の液状熱硬化性樹脂組成物を用い、エナメル電線を巻線した固定子コイルを常圧含浸した。その後、160℃で8時間加熱硬化した。この固定子を用いた回転電機を作製し、150℃〜−40℃のヒートサイクルを行った後、絶縁抵抗を測定した結果、ヒートサイクル試験前と同等で良好であった(1000MΩ以上の絶縁抵抗)。また、外観検査したところ、クラックの発生は認められなかった。
2×5×2000mmの2重ガラス巻き平角銅線を2列20段に組み合わせた40×10mmの断面を持つコイル導体上に、ガラスクロス(有沢製作所製、厚さ0.025mm)を裏打材として得られる集成マイカテープを半重ね巻きにして12回巻回し、更に保護テープとしてテトロン(登録商標)テープ(帝人株式会社製、厚さ0.13mm)を1回巻回し、実施例1の液状熱硬化性樹脂組成物を圧力0.1mmHg以下で120分の真空含浸を行い、次いで圧力3kg/cm2で180分加圧した後、金型に挿入し、温度150℃、圧力20kg/cm2、6時間の条件で加熱加圧成形を行った後、更に150℃で16時間の条件で硬化を行って絶縁コイルを得た。初期のΔtanδ、破壊電圧及び180℃で16日後のΔtanδを測定した。その結果、初期のΔtanδは0.02、破壊電圧は105kV、180℃で16日後のΔTanδは0.16であり、絶縁コイルの特性は良好であった。
m−クレゾールノボラック性エポキシ樹脂(重合度3〜6の混合物、エポキシ当量:200)100重量部にビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜5の混合物、エポキシ当量:190)20重量部、ナフテン酸亜鉛1重量部及び硬化剤としてのメチルテトラヒドロ無水フタル酸60重量部を添加し、比較例1の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。実施例1と同様にして硬化体の特性を調べたところ、ガラス転移温度は131℃であり、またクラックの発生が認められた。
ビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜5の混合物、エポキシ当量:190)20重量部の代わりにビスフェノールF型エポキシ樹脂(重合度1〜5の混合物、エポキシ当量:190)200重量部を用いた以外は比較例1と同様にして比較例2の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。実施例1と同様にして硬化体の特性を調べたところ、ガラス転移温度は122℃であり、またクラックの発生が認められた。
m−クレゾールノボラック性エポキシ樹脂(重合度3〜6の混合物、エポキシ当量:200)の量を90重量部に変更し、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜5の混合物、エポキシ当量:190)20重量部の代わりにビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜12、エポキシ当量:470)2重量部を用いた以外は比較例1と同様にして比較例3の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。実施例1と同様にして硬化体の特性を調べたところ、ガラス転移温度は118℃であり、またクラックの発生が認められた。
m−クレゾールノボラック性エポキシ樹脂(重合度3〜6の混合物、エポキシ当量:200)100重量部の代わりに1,5−ナフタレンジグリシジルエーテルナフタレン85重量部を用い、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜5の混合物、エポキシ当量:190)20重量部の代わりにビスフェノールA型エポキシ樹脂(重合度1〜15、エポキシ当量:500)1重量部を用いた以外は比較例1と同様にして比較例4の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。実施例1と同様にして硬化体の特性を調べたところ、ガラス転移温度は128℃であり、またクラックの発生が認められた。
1,5−ナフタレンジグリシジルエーテルナフタレン85重量部にビスフェノールF型エポキシ樹脂(重合度1〜5の混合物、エポキシ当量:190)200重量部及びナフテン酸亜鉛1重量部を添加した後、150℃で1時間加熱撹拌を行った。得られたエポキシ樹脂の重量平均分子量は1600であった。このエポキシ樹脂を用い、実施例1と同様にして比較例5の液状熱硬化性樹脂組成物を調製した。実施例1と同様にして硬化体の特性を調べたところ、ガラス転移温度は128℃であり、またクラックの発生が認められた。
Claims (6)
- 重合度が2以上である直鎖状エポキシ樹脂及びエポキシアクリレート樹脂からなる群から選択される少なくとも1種と、ノボラック型エポキシ樹脂及びナフタレン型エポキシ化合物からなる群から選択される少なくとも1種とがエーテル結合され、重量平均分子量が2000〜10000であるエポキシ樹脂を含むことを特徴とする回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物。
- 前記ノボラック型エポキシ樹脂は、重合度が3以上であることを特徴とする請求項1に記載の回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物。
- 前記エポキシ樹脂は、前記ノボラック型エポキシ樹脂及び前記ナフタレン型エポキシ化合物らなる群から選択される少なくとも1種の100エポキシ当量に対して、2〜50エポキシ当量の前記直鎖状エポキシ樹脂及び前記エポキシアクリレート樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を反応させて得られるものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物。
- 前記熱硬化性樹脂組成物は、ビスマレイミド及びイソシアヌレートからなる群から選択される少なくとも1種を更に含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物。
- 回転子と、前記回転子の外側又は内側に配置され、複数のスロットを有する固定子とを備え、前記スロットは、請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転電機固定子コイル絶縁用液状熱硬化性樹脂組成物の硬化体で覆われた巻線を具備することを特徴とする回転電機。
- 重合度が2以上である直鎖状エポキシ樹脂及びエポキシアクリレート樹脂からなる群から選択される少なくとも1種と、ノボラック型エポキシ樹脂及びナフタレン型エポキシ化合物からなる群から選択される少なくとも1種とがエーテル結合され、重量平均分子量が2000〜10000であるエポキシ樹脂を、ビスマレイミド及びイソシアヌレートからなる群から選択される少なくとも1種と混合して液状熱硬化性樹脂組成物を得る工程と、
固定子にある複数のスロットに絶縁処理を施し電線を所定回数巻きつける工程と、
前記固定子を前記液状熱硬化性樹脂組成物で被覆し、硬化させることにより絶縁処理した固定子を得る工程と、
前記固定子の内側又は外側に回転子を配置する工程と
を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
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