JP7466465B2 - Insulating material for rotating electrical machines and rotating electrical machines - Google Patents
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Description
本発明は、モータ(電動機)や発電機の絶縁性を維持して短絡等を防止することのできる回転電機用絶縁材及び回転電機に関するものである。 The present invention relates to an insulating material for rotating electric machines that can maintain the insulation properties of motors (electric motors) and generators and prevent short circuits, etc., and to a rotating electric machine.
近年、環境問題意識の高まりから電気自動車(EV)、ハイブリッド車(HV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド車(PHV)、燃料電池自動車(FCV)等の電動車、電気車、あるいは電気機関車等のモータを動力として走行する交通機関の開発が脚光をあびている。これらの交通機関で使用される回転電機であるモータは、小型化、高出力化、高効率化が図られているが、これらに伴い、高電圧・高電流化の動きが急速に高まってきている。したがって、係るモータに使用される絶縁シートは、これまで以上に高い電気特性や機械特性、低い吸水性、優れた耐熱性が要求される。In recent years, due to growing awareness of environmental issues, the development of transportation that runs on motors such as electric vehicles (EVs), hybrid vehicles (HVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid vehicles (PHVs), fuel cell vehicles (FCVs), electric vehicles, or electric locomotives has been in the spotlight. The motors used in these transportation systems, which are rotating electrical machines, have been made smaller, more powerful, and more efficient, but this has led to a rapid increase in the trend toward higher voltages and currents. Therefore, the insulating sheets used in such motors are required to have higher electrical and mechanical properties, lower water absorption, and excellent heat resistance than ever before.
モータに使用される絶縁シートとしては、例えば(1)導電巻線とステータのコアとの間の絶縁性を確保するため、ステータのスロットの内壁面と、スロット内に収容される導電巻線との間に手作業で挿入して介在されるスロット材(特許文献1参照)、(2)ステータのコアの入口を塞ぐよう取り付けられて導電巻線の脱落を防止するウェッジ(特許文献2参照)、(3)三相交流モータ等において、相の異なる導電巻線間に介装される相間絶縁シート(特許文献3参照)等があげられる。Examples of insulating sheets used in motors include: (1) slot material that is manually inserted between the inner wall surface of a stator slot and the conductive winding housed in the slot to ensure insulation between the conductive winding and the stator core (see Patent Document 1); (2) wedges that are attached to block the entrance of the stator core to prevent the conductive winding from falling off (see Patent Document 2); and (3) interphase insulating sheets that are interposed between conductive windings of different phases in three-phase AC motors, etc. (see Patent Document 3).
モータに使用される具体的な絶縁シートとしては、全芳香族アラミド樹脂繊維シート〔デュポン 帝人 アドバンスト ペーパー社製:製品名:ノーメックス紙〕、ポリエーテルエーテルケトン繊維からなる絶縁紙(特許文献4参照)、ポリエチレンテレフタレート樹脂繊維やポリブチレンナフタレート樹脂繊維等のポリエステル樹脂製の繊維シート等からなる樹脂繊維シート、ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムやポリエチレンナフタレート樹脂フィルム等からなるポリエステル系フィルム、二軸配向されたポリフェニレンスルフィド樹脂フィルム(特許文献5参照)や無配向のポリフェニレンスルフィド樹脂シート(特許文献6参照)等からなるポリフェニレンスルフィド樹脂フィルム、あるいは樹脂シートが提案され、実施されている。 Specific insulating sheets that have been proposed and implemented for use in motors include fully aromatic aramid resin fiber sheets (manufactured by DuPont Teijin Advanced Paper: product name: Nomex paper), insulating paper made of polyether ether ketone fibers (see Patent Document 4), resin fiber sheets made of polyester resin fiber sheets such as polyethylene terephthalate resin fibers and polybutylene naphthalate resin fibers, polyester films made of polyethylene terephthalate resin films and polyethylene naphthalate resin films, polyphenylene sulfide resin films made of biaxially oriented polyphenylene sulfide resin films (see Patent Document 5) and non-oriented polyphenylene sulfide resin sheets (see Patent Document 6), or resin sheets.
従来のモータに使用される絶縁シートは、全芳香族アラミド樹脂繊維シート、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリエステル樹脂製の繊維シートからなるシートの場合には、モータ油の含浸性や滑り性が高く、スロット内に挿入する際の作業性の向上が期待できる。 The insulating sheets used in conventional motors, such as those made of fully aromatic aramid resin fiber sheets, polyether ether ketone fibers, and polyester resin fiber sheets, have high motor oil impregnation and slipperiness, and are expected to improve workability when inserting them into the slots.
しかしながら、近年、モータは、小型で高出力・高効率化が要求されている関係上、導電巻線の占有率の増大が求められている。この点、樹脂繊維シートは、樹脂シートに比較して電気特性が低い関係上、樹脂シートよりも薄肉化が困難なので、樹脂シートより占有率を増大させることが困難である。However, in recent years, there has been a demand for motors to be compact, high-output, and highly efficient, and so there is a demand to increase the proportion of conductive windings. In this regard, resin fiber sheets have poorer electrical properties than resin sheets, so it is more difficult to make them thinner than resin sheets, and so it is more difficult to increase the proportion of conductive windings than resin sheets.
また、樹脂繊維シートは、吸水率が高いので、誘電特性や絶縁耐力等の電気特性が温湿度の環境変化の影響を受けやすく、周波数依存性が大きくなり、好ましくない。また、樹脂繊維シートは、ピンホール等の貫通孔を有する場合、この貫通孔の形成個所の電気特性(絶縁耐力)が低下することとなる。さらに、樹脂繊維シートは、内部に空孔(気泡)が存在すると、気泡存在個所において、低い電圧で部分放電の発生するおそれがある。In addition, resin fiber sheets have a high water absorption rate, so their electrical properties, such as dielectric properties and dielectric strength, are easily affected by environmental changes in temperature and humidity, and are highly frequency-dependent, which is undesirable. Furthermore, if the resin fiber sheet has through holes such as pinholes, the electrical properties (dielectric strength) at the locations where the through holes are formed will decrease. Furthermore, if the resin fiber sheet has internal voids (air bubbles), partial discharges may occur at low voltages at the locations where the bubbles are present.
一方、ポリエチレンテレフタレート樹脂やポリエチレンナフタレート樹脂等のポリエステル系の絶縁シートは、耐熱性に劣り、IEC Publication 85(1984)の耐熱区分において、E種(許容最高温度:120℃)であるため、同耐熱区分において、F種(許容最高温度:155℃)を必要とする電気自動車、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、燃料電池自動車等のモータ用に使用することができない。On the other hand, polyester-based insulating sheets such as polyethylene terephthalate resin and polyethylene naphthalate resin have poor heat resistance and are classified as Class E (maximum allowable temperature: 120°C) in the heat resistance classification of IEC Publication 85 (1984). Therefore, they cannot be used for motors of electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, fuel cell vehicles, etc., which require Class F (maximum allowable temperature: 155°C) in the same heat resistance classification.
また、二軸配向のポリフェニレンスルフィド樹脂フィルムや無配向のポリフェニレンスルフィド樹脂フィルムは、IEC Publication 85(1984)の耐熱区分において、F種(許容最高温度:155℃)やH種(許容最高温度:180℃)を満足するものの、引張破断時伸びが小さく、靱性に劣るため、スロット材やウェッジに加工してスロット内に挿入する場合、破断したり、割れたり、裂けてしまうという問題が発生する。In addition, although biaxially oriented polyphenylene sulfide resin films and non-oriented polyphenylene sulfide resin films satisfy the heat resistance classifications of IEC Publication 85 (1984), Class F (maximum allowable temperature: 155°C) and Class H (maximum allowable temperature: 180°C), their tensile elongation at break is small and their toughness is poor, so when they are processed into slot material or wedges and inserted into slots, problems arise in that they break, crack, or tear.
また、従来においては、全芳香族アラミド繊維シートの電気絶縁性を向上させるため、アラミドフィブリッド及びアラミド短繊維を主体として紙状に形成されたアラミド紙とポリエステル系樹脂フィルムとを直接熱接合して得られるアラミド-ポリエステル積層体(特許第4607826号公報参照)、アラミド繊維シート又はアラミド繊維紙とポリフェニレンフェニレンサルファイド樹脂フィルムとを接着剤を用いることなく接着して得られる積層体が開発され、提案されている(特許第4402734号公報参照、特開2011‐140151号公報参照)。In addition, in the past, in order to improve the electrical insulation of fully aromatic aramid fiber sheets, aramid-polyester laminates obtained by directly thermally bonding aramid paper formed into a paper-like shape mainly from aramid fibrids and aramid short fibers to a polyester-based resin film (see Japanese Patent No. 4607826), and laminates obtained by bonding an aramid fiber sheet or aramid fiber paper to a polyphenylene phenylene sulfide resin film without using an adhesive have been developed and proposed (see Japanese Patent No. 4402734, see JP 2011-140151 A).
しかしながら、アラミド-ポリエステル系フィルム積層体は、アラミド紙の絶縁性を向上させることができるものの、ポリエステル系フィルムの耐熱性が劣るので、F種で使用することは困難である。また、耐加水分解性も劣るので、高温高湿度の環境下での使用に適しているとは言い難い。さらに、ポリエステル系フィルムは、耐薬品性にも問題がある。However, although aramid-polyester film laminates can improve the insulating properties of aramid paper, the heat resistance of the polyester film is poor, making it difficult to use in Class F. In addition, the hydrolysis resistance is also poor, making it difficult to say that it is suitable for use in high-temperature, high-humidity environments. Furthermore, polyester film has problems with chemical resistance.
また、アラミド繊維シート又はアラミド繊維紙とポリフェニレンサルファイド樹脂フィルムとからなる積層体は、無配向のポリフェニレンサルファイド樹脂シート、あるいはポリフェニレンサルファイド樹脂フィルムの靱性を向上させることが可能ではあるが、アラミド繊維シート又はアラミド繊維紙とポリフェニレンサルファイド樹脂フィルムとの接着性が不十分なため、層間剥離が発生し、接着性に問題が生じる。 In addition, a laminate consisting of an aramid fiber sheet or aramid fiber paper and a polyphenylene sulfide resin film can improve the toughness of the non-oriented polyphenylene sulfide resin sheet or polyphenylene sulfide resin film, but the adhesion between the aramid fiber sheet or aramid fiber paper and the polyphenylene sulfide resin film is insufficient, resulting in delamination and problems with adhesion.
本発明は上記に鑑みなされたもので、導電巻線の占有率を増大させることができ、しかも、優れた電気絶縁性、低誘電性、高剛性、高靭性、低吸水性、高耐熱性、耐薬品性等を得ることのできる回転電機用絶縁材及び回転電機を提供することを目的としている。The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide an insulating material for rotating electric machines and a rotating electric machine that can increase the occupancy rate of conductive windings and also provide excellent electrical insulation properties, low dielectric properties, high rigidity, high toughness, low water absorption, high heat resistance, chemical resistance, etc.
本発明者等は、鋭意検討の上、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の優れた性質に着目し、本発明を完成させた。ポリアリーレンエーテルケトン(芳香族ポリエーテルケトンともいう、PAEK)樹脂は、電気特性、機械特性、耐熱性、耐薬品性、耐放射線性、耐加水分解性、低吸水性、リサイクル性等に優れる熱可塑性の結晶性樹脂である。この優れた性質に鑑み、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂は、自動車分野、エネルギー分野、半導体分野、医療分野、航空・宇宙分等の広範囲な分野で使用が提案され、利用されている。After extensive research, the inventors focused on the excellent properties of polyarylene ether ketone resins and completed the present invention. Polyarylene ether ketone (also called aromatic polyether ketone, PAEK) resins are thermoplastic crystalline resins that have excellent electrical properties, mechanical properties, heat resistance, chemical resistance, radiation resistance, hydrolysis resistance, low water absorption, and recyclability. In view of these excellent properties, polyarylene ether ketone resins have been proposed for use and are being used in a wide range of fields, including the automotive field, energy field, semiconductor field, medical field, and aerospace.
本発明においては上記課題を解決するため、溶融押出成形されて回転電機の短絡を防止するポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートからなるものであり、
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートは、相対結晶化度が95%以上100%以下、厚さが100μm以上750μm以下、ガラス転移点が150℃以上180℃以下であり、
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの電気特性は、シリコーン油中の絶縁破壊強さが9kV以上、シリコーン油中の単位厚さ当たりの絶縁破壊強さが50kV/mm以上400kV/mm以下、周波数1GHzにおける比誘電率が1.5以上3.1以下、誘電正接が0.0001以上0.007以下であり、
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの機械特性は、引張弾性率が3500N/mm
2
以上4700N/mm
2
以下、引張最大強度が100N/mm
2
以上かつ引張破断時伸びが200%以上であり、
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの吸水率は、23℃で0.7%以下であることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention provides a polyarylene ether ketone resin sheet that is melt extruded to prevent short circuits in rotating electrical machines ,
The polyarylene ether ketone resin sheet has a relative crystallinity of 95% or more and 100% or less , a thickness of 100 μm or more and 750 μm or less, and a glass transition point of 150° C. or more and 180° C. or less ,
The electrical properties of the polyarylene ether ketone resin sheet are a dielectric breakdown strength in silicone oil of 9 kV or more, a dielectric breakdown strength per unit thickness in silicone oil of 50 kV/mm or more and 400 kV/mm or less , a relative dielectric constant at a frequency of 1 GHz of 1.5 or more and 3.1 or less , and a dielectric dissipation factor of 0.0001 or more and 0.007 or less,
The mechanical properties of the polyarylene ether ketone resin sheet are a tensile modulus of 3500 N/mm2 or more and 4700 N/mm2 or less , a maximum tensile strength of 100 N/mm2 or more, and a tensile elongation at break of 200% or more ;
The polyarylene ether ketone resin sheet is characterized in that its water absorption rate at 23°C is 0.7% or less .
なお、絶縁材のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートは、ポリエーテルエーテルケトン樹脂シートであることが好ましい。 The insulating polyarylene ether ketone resin sheet is preferably a polyether ether ketone resin sheet.
また、回転電機のステータとロータの少なくともいずれか一方に凹み形成されたスロットに、導電巻線を収納する略U字形のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートを挿入し、このポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートを、スロットと導電巻線との間に介在する絶縁性の壁部材としても良い。 In addition, a substantially U-shaped polyarylene ether ketone resin sheet that houses a conductive winding can be inserted into a slot formed in at least one of the stator and rotor of a rotating electric machine, and this polyarylene ether ketone resin sheet can be used as an insulating wall member interposed between the slot and the conductive winding.
また、厚さ50μm以上1000μm以下のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートを、壁部材の内部を複数に区画する区画部材とすることができる。
また、厚さ50μm以上1000μm以下のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートを、壁部材の開口部を覆う被覆部材とすることもできる。
Furthermore, a polyarylene ether ketone resin sheet having a thickness of 50 μm or more and 1000 μm or less can be used as a partition member that partitions the inside of the wall member into a plurality of sections.
Furthermore, a polyarylene ether ketone resin sheet having a thickness of 50 μm or more and 1000 μm or less can be used as a covering member that covers the opening of the wall member.
また、本発明においては上記課題を解決するため、回転電機に請求項1、2、又は3記載の回転電機用絶縁材を有することを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that a rotating electric machine includes the insulating material for a rotating electric machine according to
ここで、特許請求の範囲におけるポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートは、透明、不透明、半透明、無延伸シート、一軸延伸シート、二軸延伸シートを特に問うものではない。このポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートには、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートとポリアリーレンエーテルケトン樹脂フィルムのいずれもが含まれる。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートは、一枚でも良いし、複数枚でも良い。Here, the polyarylene ether ketone resin sheet in the claims does not particularly matter whether it is transparent, opaque, translucent, unstretched, uniaxially stretched, or biaxially stretched. This polyarylene ether ketone resin sheet includes both polyarylene ether ketone resin sheets and polyarylene ether ketone resin films. In addition, the polyarylene ether ketone resin sheet may be one sheet or multiple sheets.
回転電機用絶縁材を製造する場合、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂含有の成形材料を溶融混練し、この成形材料を成形機のダイスによりポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートに押出成形し、このポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートを冷却ロールに接触させて冷却すれば良い。また、回転電機には、少なくとも各種のモータ(電動機)と発電機とが含まれる。スロットは、回転電機のステータあるいはロータに凹み形成されても良いし、ステータとロータとにそれぞれ凹み形成されても良い。When manufacturing insulating material for rotating electrical machines, a molding material containing polyarylene ether ketone resin is melt-kneaded, and the molding material is extruded into a polyarylene ether ketone resin sheet using a die of a molding machine, and the polyarylene ether ketone resin sheet is cooled by contacting it with a cooling roll. Rotating electrical machines include at least various motors (electric motors) and generators. The slots may be recessed into the stator or rotor of the rotating electrical machine, or may be recessed into both the stator and the rotor.
本発明によれば、電気特性に優れるポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートを選択してその厚さを100μm以上750μm以下とするので、絶縁材の薄肉化を図ることができ、導電巻線の占有率を増大させることができる。また、絶縁材のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートは、吸水率が低いので、誘電特性や絶縁耐力等の電気特性が温湿度等の環境変化の影響を受けにくく、周波数依存性が大きくなるのを防ぐことができる。 According to the present invention, a polyarylene ether ketone resin sheet having excellent electrical properties is selected and its thickness is set to 100 μm or more and 750 μm or less , so that the insulating material can be made thinner and the occupancy rate of the conductive winding can be increased. In addition, since the polyarylene ether ketone resin sheet of the insulating material has a low water absorption rate, the electrical properties such as the dielectric properties and dielectric strength are not easily affected by environmental changes such as temperature and humidity, and it is possible to prevent the frequency dependence from becoming large.
また、絶縁材のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートは、電気絶縁性に優れるので、電気特性の低下を抑制し、低い電圧で部分放電の発生するおそれを低減することができる。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートは、耐熱性やリサイクル性等に優れるので、電気自動車、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、燃料電池自動車等の回転電機用に使用することが可能となる。さらに、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートは、機械特性にも優れるので、回転電機のスロットに壁部材として挿入しても、壁部材の破断、割れ、裂け等を抑制することができる。In addition, the insulating polyarylene ether ketone resin sheet has excellent electrical insulation properties, which can suppress the deterioration of electrical properties and reduce the risk of partial discharge occurring at low voltages. In addition, the polyarylene ether ketone resin sheet has excellent heat resistance and recyclability, making it possible to use it for rotating electric machines such as electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, and fuel cell vehicles. Furthermore, the polyarylene ether ketone resin sheet has excellent mechanical properties, so even if it is inserted as a wall member into the slot of a rotating electric machine, it can suppress the breakage, cracking, and tearing of the wall member.
本発明によれば、回転電機用絶縁材としてポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートを採用するので、優れた電気特性、機械特性、耐熱性、耐薬品性、耐放射線性、耐加水分解性、低吸水性、リサイクル性等を得ることができるという効果がある。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの相対結晶化度が95%以上100%以下で耐熱性が十分なので、モータより発生する熱で変形したり、割れたり、あるいは寸法の変化を招くのを防止することができる。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの剛性も十分となるので、コアのスロットに挿入する場合、座屈するおそれを払拭することができる。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの厚さが100μm以上750μm以下なので、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの電気絶縁性の低下を防止しながら導電巻線の占有率を増大させることができる。
また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートのガラス転移点が150℃以上180℃以下なので、耐熱性の維持が期待できる他、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートを押出成形する場合、特殊な押出成形設備を要することなくコスト削減を図ることが可能となる。加えて、使用可能な押出成形機が制限されるおそれを払拭することが可能となる。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの電気特性が、シリコーン油中の絶縁破壊強さが9kV以上、シリコーン油中の単位厚さ当たりの絶縁破壊強さが50kV/mm以上400kV/mm以下、周波数1GHzにおける比誘電率が1.5以上3.1以下、誘電正接が0.0001以上0.007以下なので、サージ電圧による絶縁破壊やポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの自己発熱による熱分解を防ぎ、回転電機の高電流・高電圧化の実現が容易になる。
According to the present invention, since the polyarylene ether ketone resin sheet is adopted as an insulating material for a rotating electric machine, it is possible to obtain excellent electrical properties, mechanical properties, heat resistance, chemical resistance, radiation resistance, hydrolysis resistance, low water absorption, recyclability, and the like. In addition, since the relative crystallinity of the polyarylene ether ketone resin sheet is 95% or more and 100% or less , and the heat resistance is sufficient, it is possible to prevent deformation, cracking, or dimensional changes caused by heat generated by a motor. In addition, since the rigidity of the polyarylene ether ketone resin sheet is sufficient, it is possible to eliminate the risk of buckling when inserted into a slot of a core. In addition, since the thickness of the polyarylene ether ketone resin sheet is 100 μm or more and 750 μm or less , it is possible to increase the occupancy rate of the conductive winding while preventing the deterioration of the electrical insulation of the polyarylene ether ketone resin sheet.
In addition, since the glass transition point of the polyarylene ether ketone resin sheet is 150°C or more and 180°C or less, it is expected that the heat resistance can be maintained, and when the polyarylene ether ketone resin sheet is extruded, it is possible to reduce costs without requiring special extrusion molding equipment. In addition, it is possible to eliminate the risk of limiting the extruder that can be used. In addition, the electrical properties of the polyarylene ether ketone resin sheet are a dielectric breakdown strength of 9 kV or more in silicone oil, a dielectric breakdown strength per unit thickness in silicone oil of 50 kV/mm or more and 400 kV/mm or less , a relative dielectric constant at a frequency of 1 GHz of 1.5 to 3.1 , and a dielectric loss tangent of 0.0001 to 0.007, so that dielectric breakdown due to surge voltage and thermal decomposition due to self-heating of the polyarylene ether ketone resin sheet are prevented, and it is easy to realize high current and high voltage for rotating electric machines.
また、駆動電圧の高電圧化が求められる電気自動車、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車等では、サージ電圧による絶縁破壊や部分放電に伴う導電巻線の絶縁劣化が回転電機の耐電圧寿命の低下を招き、大きな問題となるが、上記電気特性を有するポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの選択により、電気自動車、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、燃料電池自動車等のモータの絶縁性をハイレベルに確保することが容易となる。
また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの引張最大強度が100N/mm
2
以上かつ引張破断時伸びが200%以上なので、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートに充分な靭性を確保し、回転電機のスロットに壁部材として挿入するとき、破断、割れ、裂け等のトラブルが生じるのを防ぐことが可能となる。さらに、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの23℃における吸水率が0.7%以下であるので、例え回転電機の使用環境が高湿度環境下でも、優れた電気特性を維持することが可能となる。
Furthermore, in electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, and the like, which require higher driving voltages, insulation breakdown due to surge voltages and insulation deterioration of the conductive windings due to partial discharges can lead to a reduction in the voltage withstand life of the rotating electric machine, posing a major problem. However, by selecting a polyarylene ether ketone resin sheet having the above-mentioned electrical properties, it becomes easy to ensure a high level of insulation in the motors of electric vehicles, hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and the like.
In addition, since the polyarylene ether ketone resin sheet has a maximum tensile strength of 100 N/mm2 or more and a tensile elongation at break of 200% or more, sufficient toughness is ensured in the polyarylene ether ketone resin sheet, and it is possible to prevent problems such as breakage, cracking, and tearing when the polyarylene ether ketone resin sheet is inserted as a wall member into a slot of a rotating electric machine. Furthermore, since the water absorption rate of the polyarylene ether ketone resin sheet at 23°C is 0.7% or less , it is possible to maintain excellent electrical properties even if the rotating electric machine is used in a high humidity environment.
請求項2記載の発明によれば、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートがポリエーテルエーテルケトン樹脂シートなので、樹脂シートの成形性や入手性を向上させ、製造コストの低減を図ることができる。
According to the invention described in
請求項3記載の発明によれば、厚さ50μm以上1000μm以下のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートを、少なくとも略U字形に形成してスロットと導電巻線との間に介在する壁部材とするので、導電巻線の占有率を増大させることができ、しかも、優れた電気絶縁性、低誘電性、高剛性、高靭性、低吸水性、高耐熱性、耐薬品性等を得ることができるという効果がある。
請求項4記載の発明によれば、回転電機のステータ及びロータ、ステータ、又はロータの絶縁劣化を防ぎ、回転電機の突発的な停止等の故障を有効に防止することが可能となる。
According to the invention described in
According to the fourth aspect of the present invention , it is possible to prevent deterioration of the insulation of the stator and rotor of a rotating electric machine, and to effectively prevent failures such as a sudden stop of the rotating electric machine.
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における回転電機用絶縁材は、図1ないし図5に示すように、回転電機1のステータ3に複数のスロット5を凹み形成し、各スロット5に、導電巻線7用の絶縁材10を挿入した絶縁材であり、絶縁材10を熱可塑性のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11とし、このポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を、スロット5と複数本の導電巻線7との間に介在する壁部材14とするようにしている。A preferred embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. In this embodiment, the insulating material for a rotating electric machine is an insulating material in which a plurality of
回転電機1は、図1ないし図3に部分的に示すように、例えば電気自動車やハイブリッド車用のモータ2等からなり、ハウジングの内部外周に、ロータを包囲して回転させるステータ3が設置される。このステータ3は、回転可能なロータに嵌合される円筒形のコア4と、このコア4に収納される複数本の導電巻線7とを備え、コア4のロータに対向する内周面の周方向に、複数のスロット5が一列に並べて凹み形成されており、この複数のスロット5内に、磁界を発生させる複数本の導電巻線7がそれぞれ巻かれて間接的に収納される。
As partially shown in Figures 1 to 3, a rotating
ステータ3のコア4は、図1ないし図3に示すように、渦電流の影響を低減する観点から、複数枚のケイ素鋼板等からなる鉄芯の積層により構成されたり、あるいは一体成形される。また、各スロット5は、略U字を描くよう凹み形成されてその開口部6がコア4の中心部方向に指向し、底部が平坦面あるいは湾曲面に形成される。このスロット5の開口部6は、必要に応じ、底部よりも幅狭に形成され、絶縁材10であるポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の飛び出しや脱落を防止する。各導電巻線7は、分布巻きされる丸い銅線が主に使用されるが、巻線密度を向上させたい場合には、断面矩形(方形)の平角銅線が使用される。
As shown in Figures 1 to 3, the
絶縁材10であるポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11は、図1、図2、図4に示すように、可撓性を有する平面略U字形に屈曲形成され、スロット5に着脱自在に嵌挿されてその開口部12がコア4の中心部方向に指向し、複数本の導電巻線7を直接収納する。絶縁材10として、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11が使用されるが、これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の採用により、電気特性、機械特性、耐熱性、耐薬品性、耐放射線性、耐加水分解性、低吸水性、リサイクル性等の向上を図ることができるからである。ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の図2における上下両端部13は、それぞれ外側に折り返され、コア4の表裏面のスロット5周縁部にそれぞれ係合して位置ずれや脱落を防止する。
As shown in Figures 1, 2, and 4, the polyarylene ether
このようなポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11は、コア4のスロット5に嵌挿されて位置決めされ、複数本の導電巻線7を収納するが、この収納により、スロット5の内面と複数本の導電巻線7との間に壁部材14として介在し、スロット5と複数本の導電巻線7とを離隔してこれらの間に絶縁性を確保するよう機能する。Such a polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の具体例としては、ポリエーテルケトン(PEK)樹脂シート、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂シート、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹脂シート、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)樹脂シート、及びポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)樹脂シートがあげられる。これらの樹脂シートは、いずれも絶縁材10として採用することが可能ではあるが、易入手性、成形の容易化、製造コスト等の観点からすると、ポリエーテルエーテルケトン樹脂シートが最適である。Specific examples of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の電気特性(電気絶縁性)は、回転電機1の高電流・高電圧化の実現のため、シリコーン油中の絶縁破壊電圧が7kV以上、シリコーン油の単位厚さ当たりの絶縁破壊電圧である絶縁破壊強さが40kV/mm以上、周波数1GHzにおける比誘電率で3.1以下、誘電正接で0.01以下が好ましい。In order to realize high current and high voltage in the rotating
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の機械特性は、剛性や靭性の向上を期すため、引張弾性率で3000N/mm2以上、引張最大強度で80N/mm2以上、かつ引張破断時伸びで80%以上が好ましい。また、23℃における吸水率は、高湿度環境下でも優れた電気特性を維持する観点から、1.0%以下が良い。さらに、厚さは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の電気絶縁性の低下を防止しながら導電巻線7の占有率を増大させる観点から、50μm以上1000μm以下の薄肉が良い。
The mechanical properties of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の相対結晶化度は、80%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは100%が良い。これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の相対結晶化度が80%未満の場合には、耐熱性が不十分であるため、モータ2より発生する熱で壁部材14が変形したり、割れたり、あるいは寸法の変化を招くからである。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の引張弾性率が低く、剛性も不十分となるため、コア4のスロット5に壁部材14を挿入する場合、座屈するおそれがあるからである。The relative crystallinity of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の結晶化は、相対結晶化度により表すことができる。このポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の相対結晶化度は、示差走査熱量計を用いて10℃/分の昇温速度で測定した熱分析結果に基づき、以下の式により算出される。
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc:再結晶化ピークの熱量(J/g)
ΔHm:結晶融解ピークの熱量(J/g)
The crystallization of the polyarylene ether
Relative crystallinity (%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ΔHc: Heat of recrystallization peak (J / g)
ΔHm: Heat of crystal melting peak (J / g)
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11のガラス転移点は、耐熱性を維持する観点から、140℃以上、好ましくは145℃以上、より好ましくは150℃以上、さらに好ましくは155℃以上である。このポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11のガラス転移点の上限は、特に限定されるものでないが、実用上は180℃以下である。これは、ガラス転移点温度が180℃を越えると、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を押出成形する場合、押出成形温度が450℃を越えるため、押出成形設備に特殊な設備を必要とし、コスト高を招くからである。また、使用可能な押出成形機が制限されてしまうからである。From the viewpoint of maintaining heat resistance, the glass transition point of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11のガラス転移点は、動的粘弾性測定の温度変化における損失弾性率(E’’)曲線のピーク温度である。ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の損失弾性率(E’’)のピーク温度は、押出方向と幅方向(押出方向の直角方向)において上記範囲である。The glass transition point of the polyarylene ether
さて、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の成形材料Mであるポリアリーレンエーテルケトン樹脂は、アリーレン基、エーテル基、及びカルボニル基からなる結晶性樹脂であり、例えば特許5709878号公報や特許第5847522号公報に記載された樹脂があげられる。このポリアリーレンエーテルケトン樹脂の具体例としては、例えば、化学式(1)で表される化学構造式を有するポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、化学式(2)で表される化学構造を有するポリエーテルケトン(PEK)樹脂、化学式(3)で表される化学構造を有するポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹脂、化学式(4)で表される化学構造を有するポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)樹脂、あるいは化学式(5)で表される化学構造を有するポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)樹脂等があげられる。Now, the polyarylene ether ketone resin, which is the molding material M of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂は、1種単独でも良いし、2種以上を混合して使用しても良い。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂は、化学式(1)~(5)で表される化学構造を2つ以上有する共重合体であっても良い。ポリアリーレンエーテルケトン樹脂は、通常、粉状、顆粒状、ペレット状等の成形加工に適した形態で使用される。これらポリアリーレンエーテルケトン樹脂の中では、樹脂シートの成形性の点でポリエーテルエーテルケトン樹脂とポリエーテルケトンケトン樹脂とが好ましい。さらに好ましくは、ポリエーテルエーテルケトン樹脂が易入手性とコスト面の観点から最適である。The polyarylene ether ketone resin may be used alone or in a mixture of two or more types. The polyarylene ether ketone resin may also be a copolymer having two or more chemical structures represented by chemical formulas (1) to (5). The polyarylene ether ketone resin is usually used in a form suitable for molding, such as a powder, granule, or pellet form. Among these polyarylene ether ketone resins, polyether ether ketone resin and polyether ketone ketone resin are preferred in terms of moldability of the resin sheet. More preferably, polyether ether ketone resin is optimal in terms of ease of availability and cost.
ポリエーテルエーテルケトン樹脂の具体例としては、Victrex Powderシリーズ、Victrex Granulesシリーズ〔ビクトレック社製:製品名〕、ベスタキープシリーズ〔ダイセル・エボニック社製:製品名〕、キータスパイア PEEKシリーズ〔ソルベイスペシャルティポリマーズ社製:製品名〕があげられる。また、ポリエーテルケトンケトン樹脂の具体例としては、KEPSTANシリーズ〔アルケマ社製:製品名〕があげられる。 Specific examples of polyether ether ketone resins include the Victrex Powder series, the Victrex Granules series (product name manufactured by Victrex), the VestaKeep series (product name manufactured by Daicel-Evonik), and the KetaSpire PEEK series (product name manufactured by Solvay Specialty Polymers). Specific examples of polyether ketone ketone resins include the KEPSTAN series (product name manufactured by Arkema).
成形材料Mには、少なくともポリアリーレンエーテルケトン樹脂が含有されるが、このポリアリーレンエーテルケトン樹脂の他、本発明の特性を損なわない範囲において、ポリイミド(PI)樹脂、ポリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂等のポリイミド樹脂、ポリアミド4T(PA4T)樹脂、ポリアミド6T(PA6T)樹脂、変性ポリアミド6T(変性PA6T)樹脂、ポリアミド9T(PA9T)樹脂、ポリアミド10T(PA10T)樹脂、ポリアミド11T(PA11T)樹脂、ポリアミド6(PA6)樹脂、ポリアミド66(PA66)樹脂、ポリアミド46(PA46)樹脂等のポリアミド樹脂、ポリサルホン(PSU)樹脂、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂、ポリフェニレンサルホン(PPSU)樹脂等のポリサルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリフェニレンスルフィドケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィドスルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィドケトンスルホン樹脂等のポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリエチレンナフタレート(PEN)樹脂等のポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)樹脂、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピル共重合体(FEP)樹脂、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体(ETFE)樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)樹脂、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)樹脂、フッ化ビニリデン・テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂等のフッ素樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリアリレート(PAR)樹脂、液晶ポリマー(LCP)等が必要に応じ、添加される。The molding material M contains at least a polyarylene ether ketone resin, but in addition to this polyarylene ether ketone resin, polyimide resins such as polyimide (PI) resin, polyamideimide (PAI) resin, and polyetherimide (PEI) resin, polyamide 4T (PA4T) resin, polyamide 6T (PA6T) resin, modified polyamide 6T (modified PA6T) resin, polyamide 9T (PA9T) resin, polyamide 10T (PA10T) resin, polyamide 11T (PA11T) resin, polyamide 6 (PA6) resin, polyamide 66 (PA66) resin, and polyamide 46 (PA46) resin, polyamide resins such as polysulfone (PSU) resin, polyethersulfone (PES) resin, and polyphenylene sulfone (PPSU) resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyphenylene sulfide ketone resin, and polyphenylene sulfide ketone resin may also be used, provided that the characteristics of the present invention are not impaired. Polyarylene sulfide resins such as polyphenylene sulfide ketone sulfone resin, polyethylene terephthalate (PET) resin, polybutylene terephthalate (PBT) resin, polyethylene naphthalate (PEN) resin and other polyester resins, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, polytetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) resin, tetrafluoroethylene-hexafluoropropyl copolymer (FEP) resin, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) resin, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) resin, polyvinylidene fluoride (PVdF) resin, fluorine resins such as vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer resin, polycarbonate (PC) resin, polyarylate (PAR) resin, liquid crystal polymer (LCP), etc. are added as necessary.
また、成形材料Mには、本発明の特性を損なわない範囲において、上記樹脂の他、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、滑剤、難燃剤、帯電防止剤、耐熱向上剤、無機化合物、有機化合物等が選択的に添加される。In addition to the above resins, antioxidants, light stabilizers, ultraviolet absorbers, plasticizers, lubricants, flame retardants, antistatic agents, heat resistance enhancers, inorganic compounds, organic compounds, etc. may be selectively added to the molding material M within the limits that do not impair the characteristics of the present invention.
成形材料Mのポリアリーレンエーテルケトン樹脂が使用されることにより、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11は、厚さ50μm以上1000μm以下の樹脂シートに製造される。ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11は、溶融押出成形法、カレンダー成形法、あるいはキャスティング法等の公知の製造法により製造可能であるが、ハンドリング性や設備の簡略化の観点からすると、溶融押出成形法により連続的に押出成形されることが好ましい。By using the polyarylene ether ketone resin of the molding material M, the polyarylene ether
ここで、溶融押出成形法とは、図5に示すように、製造装置の溶融押出成形機20を使用して成形材料Mを溶融混練し、溶融押出成形機20のTダイス23からポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を連続的に押し出して製造する方法である。Here, the melt extrusion molding method is a method of melt-kneading a molding material M using a
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の製造装置としては、特に限定されるものではないが、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂含有の成形材料Mを使用してポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を製造する装置であり、成形材料Mを溶融混練する溶融押出成形機20と、この溶融押出成形機20に装着されてポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を押し出すTダイス23と、このTダイス23から押し出されたポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を冷却する冷却ロール26と、Tダイス23から押し出されたポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11に接触して冷却ロール26に圧接する一対の圧着ロール27と、冷却ロール26により冷却されたポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を巻き取る巻取機28とを備えて構成される。The manufacturing apparatus for the polyarylene ether
溶融押出成形機20は、例えば単軸押出成形機や二軸押出成形機等からなり、投入された成形材料Mを溶融混練するよう機能する。この溶融押出成形機20の上部後方には、成形材料M用の原料投入口21が設置され、この原料投入口21には、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、窒素ガス、二酸化炭素ガス等の不活性ガス(図5の矢印参照)を必要に応じて供給する不活性ガス供給管22が接続されており、この不活性ガス供給管22による不活性ガスの流入により、成形材料Mの酸化劣化や酸素架橋が有効に防止される。The melt
溶融押出成形機20の溶融混練時におけるポリアリーレンエーテルケトン樹脂の温度は、溶融可能で、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂が分解しない温度であれば、特に制限されるものではないが、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の熱分解温度未満の範囲が良い。The temperature of the polyarylene ether ketone resin during melt kneading in the melt
具体的には、320℃以上450℃以下、好ましくは360℃以上420℃以下、さらに好ましくは380℃以上400℃以下の範囲が良い。これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点未満の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂含有の成形材料Mを溶融押出成形することができず、逆に熱分解温度を越える場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂が激しく分解するおそれがあるという理由に基づく。Specifically, the range is preferably 320°C or higher and 450°C or lower, more preferably 360°C or higher and 420°C or lower, and even more preferably 380°C or higher and 400°C or lower. This is because if the temperature is lower than the melting point of the polyarylene ether ketone resin, the molding material M containing the polyarylene ether ketone resin cannot be melt extrusion molded, and conversely, if the temperature exceeds the thermal decomposition temperature, the polyarylene ether ketone resin may be violently decomposed.
Tダイス23は、溶融押出成形機20の先端部に連結管24を介して装着され、溶融した成形材料Mを帯形のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11に成形して連続的に下方に押し出すよう機能する。このTダイス23の上流には、連結管24に装着されたギアポンプ25が位置し、このギアポンプ25が成形材料Mを一定速度で、かつ高精度にTダイス23に移送する。Tダイス23とギアポンプ25との間には、溶融した成形材料Mのゲルあるいは異物等を分離する目的で図示しないフィルタが選択的に設置される。The T-die 23 is attached to the tip of the melt
Tダイス23の押し出し時の温度は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の熱分解温度未満、具体的には、320℃以上450℃以下、好ましくは360℃以上420℃以下、さらに好ましくは380℃以上400℃以下の範囲に調整される。これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の融点未満の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂含有の成形材料Mの溶融押出成形が困難化し、逆に熱分解温度を越える場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂が激しく分解するおそれがあるという理由に基づく。The temperature during extrusion of the T-die 23 is adjusted to a range between the melting point of the polyarylene ether ketone resin and the thermal decomposition temperature of the polyarylene ether ketone resin, specifically, 320°C to 450°C, preferably 360°C to 420°C, and more preferably 380°C to 400°C. This is because if the temperature is below the melting point of the polyarylene ether ketone resin, it becomes difficult to melt extrude the molding material M containing the polyarylene ether ketone resin, and conversely, if the temperature exceeds the thermal decomposition temperature, the polyarylene ether ketone resin may decompose violently.
冷却ロール26は、例えば一対の圧着ロール27よりも拡径の金属ロールからなり、Tダイス23の下方に回転可能に軸支されて押し出されたポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を圧着ロール27との間に挟持し、圧着ロール27と共にポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を短時間で冷却しながらその厚さを所定の範囲内に制御する。The
冷却ロール26は、一対の圧着ロール27と同様、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+20℃〕以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の融点未満、好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+30℃〕以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+150℃〕以下、より好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+50℃〕以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+100℃〕以下、さらに好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+60℃〕以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+90℃〕の温度範囲に調整され、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11に摺接する。
The
冷却ロール26の温度がポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+20℃〕以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の融点未満の温度範囲に調整されるのは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の相対結晶化度が80%以上に調整されるためである。The temperature of the
この点について説明すると、冷却ロール26の温度がポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+20℃〕未満の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の相対結晶化度が80%未満となり、モータ2より発生する熱で壁部材14が変形したり、割れたり、あるいは寸法変化を招くおそれがある。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の引張弾性率も小さく、剛性も不十分となるため、壁部材14をステータ3のスロット5内に挿入する場合、座屈するおそれもある。これに対し、冷却ロール26の温度がポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の融点以上の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の製造中にポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11が冷却ロール26に貼り付き、破断するおそれがある。
To explain this point, if the temperature of the
冷却ロール26の温度調整や冷却方法としては、特に限定されるものではないが、例えば空気、水、オイル等の熱媒体による方法、あるいは電気ヒータや誘電加熱等の方法が該当する。The method for adjusting the temperature or cooling the
一対の圧着ロール27は、冷却ロール26を挟持するようTダイス23の下方に回転可能に軸支される。この一対の圧着ロール27とその下流に位置する巻取機28の巻取管29との間には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の側部にスリットを形成するスリット刃30が少なくとも昇降可能に配置され、このスリット刃30と巻取機28との間には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11にテンションを作用させて円滑に巻き取るためのテンションロール31が回転可能に必要数軸支される。A pair of pressure rolls 27 are rotatably supported below the T-die 23 so as to sandwich the
各圧着ロール27の周面には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11と冷却ロール26との密着性を向上させるため、少なくとも天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、ノルボルネンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、ニトリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム層が必要に応じて被覆形成され、このゴム層には、シリカやアルミナ等の無機化合物が選択的に添加される。これらの中では、耐熱性に優れるシリコーンゴムやフッ素ゴムの採用が好ましい。
To improve the adhesion between the polyarylene ether
圧着ロール27は、表面が金属の金属弾性ロールが必要に応じて使用され、この金属弾性ロールが使用される場合には、表面が平滑性に優れるポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の成形が可能となる。この金属弾性ロールの具体例としては、金属スリーブロール、エアーロール〔ディムコ社製:製品名〕、UFロール〔日立造船社製:製品名〕が該当する。
The
このような一対の圧着ロール27は、冷却ロール26と同様、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+20℃〕以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の融点未満、好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+30℃〕以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+150℃〕以下、より好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+50℃〕以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+100℃〕以下、さらに好ましくはポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+60℃〕以上ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+90℃〕の温度範囲に調整され、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11に圧接する。
Similar to the
圧着ロール27の温度が係る温度範囲に調整されるのは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の相対結晶化が80%以上に調整されるためである。すなわち、圧着ロール27の温度がポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の〔ガラス転移点+20℃〕未満の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の相対結晶化度が80%未満となり、モータ2より発生する熱で壁部材14が変形したり、割れたり、あるいは寸法が変化することとなる。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の剛性も不十分となり、コア4のスロット5内に挿入する場合、座屈のおそれもある。これに対し、圧着ロール27の温度がポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の融点以上の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の製造中にポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11が冷却ロール26に貼り付き、破断のおそれがある。The temperature of the
圧着ロール27の温度調整や冷却方法としては、冷却ロール26と同様、限定されるものではなく、例えば空気、水、オイル等の熱媒体による方法、あるいは電気ヒータや誘電加熱等があげられる。
As with the
上記構成において、回転電機1用のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を製造する場合には、先ず、溶融押出成形機20の原料投入口21に成形材料Mを投入してこの成形材料Mを溶融混練し、Tダイス23からポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を連続的に帯形に押し出す。この際、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の溶融混練前における含水率は、2000ppm以下、好ましくは1000ppm以下、より好ましくは500ppm以下、さらに好ましくは300ppm以下に調整される。In the above configuration, when manufacturing a polyarylene ether
これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の溶融混練前における含水率が2000ppmを越える場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂が発泡するおそれがあるという理由に基づく。ポリアリーレンエーテルケトン樹脂の溶融混練前の含水率の下限は、特に限定されるものでないが、100ppm以上が好適である。This is because if the water content of the polyarylene ether ketone resin before melt-kneading exceeds 2000 ppm, the polyarylene ether ketone resin may foam. The lower limit of the water content of the polyarylene ether ketone resin before melt-kneading is not particularly limited, but is preferably 100 ppm or more.
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を押し出したら、冷却ロール26、一対の圧着ロール27、テンションロール31、巻取機28の巻取管29に順次巻架するとともに、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を冷却ロール26に摺接させて短時間で冷却し、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の両側部をスリット刃30でそれぞれカットして体裁を整え、巻取機28の巻取管29に順次巻き取れば、回転電機1用のポリアリーレンエーテル樹脂シートを製造することができる。Once the polyarylene ether
この際、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の相対結晶化度と貯蔵弾性率(E’)とは、Tダイス23より押し出されたポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を直ちに冷却することで調整することができる。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を冷却ロール26に密着させる方法としては、ハンドリング性や設備の簡略化の観点から、圧着ロール27により、冷却ロール26にポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を押し付けて密着させるタッチロール法の採用が好ましい。At this time, the relative crystallinity and storage modulus (E') of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11と冷却ロール26との密着時間は、特に限定されるものではないが、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を瞬時に冷却する観点からすると、0.1秒以上120秒以下、好ましくは0.5秒以上60秒以下、より好ましくは1秒以上30秒以下が最適である。The contact time between the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の表面は、そのままでも良いが、本発明の効果を失わない範囲で微細な凹凸を形成し、表面の摩擦係数を低下させることができる。この微細な凹凸の形成方法としては、(1)ポリアリーレンエーテルケトン樹脂を溶融押出成形機20により溶融混練し、この溶融混練したポリアリーレンエーテルケトン樹脂をTダイス23から微細な凹凸を周面に備えた冷却ロール26上に吐き出して密着させ、圧着ロール27との間にポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を挟み、微細な凹凸を形成する方法、(2)ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11に微小なジルコニア、ガラス、ステンレス等の無機化合物、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、あるいは植物の種等の有機化合物を吹き付けて微細な凹凸を形成する方法、(3)ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を微細な凹凸を備えた金型でプレス成形し、微細な凹凸を形成する方法があげられる。The surface of the polyarylene ether
これらの形成方法の中では、設備の簡略化、凹凸サイズの精度、凹凸形成の均一化、あるいは凹凸形成の容易化、凹凸を連続的に形成する観点から、(1)の方法が最適である。Of these methods, method (1) is optimal from the standpoint of simplifying the equipment, the accuracy of the size of the unevenness, the uniformity of the unevenness formation, or the ease of forming the unevenness, and the continuous formation of the unevenness.
(1)の形成方法をさらに詳細に説明すると、(1-1)ポリアリーレンエーテルケトン樹脂を溶融押出成形機20のTダイス23から微細な凹凸を周面に備えた冷却ロール26上に吐き出すとともに、この吐出物を冷却ロール26と微細な凹凸を周面に備えた圧着ロール27とで挟み、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の溶融押出成形と同時に成形する方法、(1-2)成形したポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を微細な凹凸を周面に備えた冷却ロール26と微細な凹凸を周面に備えた圧着ロール27とで挟み、凹凸を形成する方法があげられる。これらの中では、設備の簡略化の観点から、(1-1)の形成方法が最適である。
To explain the formation method of (1) in more detail, there are (1-1) a method in which polyarylene ether ketone resin is discharged from the T-die 23 of the melt
製造されたポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートのシリコーン油中の絶縁破壊電圧は、7kV以上であるが、好ましくは9kV以上、より好ましくは10kV以上が良い。また、製造されたポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11のシリコーン油中の単位厚さ当たりの絶縁破壊電圧である絶縁破壊強さは、40kV/mm以上であるが、好ましくは50kV/mm以上、より好ましくは60kV/mm以上400kV/mm以下が良い。これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11のシリコーン油中の単位厚さ当たりの絶縁破壊強さが40kV/mm未満の場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を絶縁材10として使用するとき、サージ電圧による絶縁破壊が発生してしまうおそれがあるからである。The dielectric breakdown voltage of the produced polyarylene ether ketone resin sheet in silicone oil is 7 kV or more, preferably 9 kV or more, and more preferably 10 kV or more. The dielectric breakdown strength, which is the dielectric breakdown voltage per unit thickness of the produced polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の23℃の周波数1GHzにおける比誘電率は、3.1以下、好ましくは3.05以下であるが、実用上は1.5以上3.1以下である。これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の周波数1GHzにおける比誘電率が3.1を越える場合には、絶縁破壊の初期現象である部分放電開始電圧を充分に上げることができないので、サージ電圧による絶縁破壊を防止するのが困難になるからである。The relative dielectric constant of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の23℃の周波数1GHzにおける誘電正接は、0.01以下であるが、好ましくは0.007以下、より好ましくは0.005以下、さらに好ましくは0.003以下が良い。これは、1GHzにおける誘電正接が0.01以下であれば、自己発熱してポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11が溶融したり、熱分解したりすることを防止することが可能になるという理由に基づく。この誘電正接の下限は、限定されるものではないが、実用上0.0001以上である。The dielectric tangent of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の引張弾性率は、3000N/mm2以上であるが、好ましくは3300N/mm2以上5000N/mm2以下、より好ましくは3500N/mm2以上4700N/mm2以下、さらに好ましくは4000N/mm2以上4500N/mm2以下の範囲が良い。これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の引張弾性率が3000N/mm2未満の場合には、剛性が不十分となり、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を壁部材14に加工し、スロット5内に挿入するとき、座屈するおそれがあるからである。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の引張弾性率が5000N/mm2を越える場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の成形に長時間を要し、コストの削減が期待できなくなるからである。
The tensile modulus of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の引張最大強度は、80N/mm2以上であるが、好ましくは90N/mm2以上、より好ましくは100N/mm2以上が良い。また、引張破断時伸びは、80%以上であるが、好ましくは100%以上、より好ましくは200%以上が良い。これは、引張最大強度が80N/mm2未満で破断時伸びが80%未満の場合には、ポリエーテルエーテルケトン樹脂シートが充分な靭性を有していないので、スロット5に壁部材14として挿入するとき、破断、割れ、裂け等のトラブルが生じてしまうおそれがあるからである。
The polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の吸水率は、温度23℃で1.0%以下であるが、好ましくは0.7%以下、より好ましくは0.5%以下が良い。これは、23℃における吸水率が1.0%以下の場合には、高温湿度環境下でも高い電気絶縁性を維持することができるからである。このポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の23℃における吸水率は、低い程好ましいが、実用上は0%以上である。The water absorption rate of the polyarylene ether
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の厚さは、コア4の大きさやスロット5の形状等により変更されるが、50μm以上1000μm以下、好ましくは100μm以上750μm以下、より好ましくは125μm以上500μm以下、さらに好ましくは150μm以上300μm以下が良い。これは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の厚さが50μm未満の場合には、充分な電気絶縁性を得ることができず、逆にポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の厚さが1000μmを越える場合には、スロット5内の導電巻線7の占有率が低下し、モータ2の小型化や高出力化に問題が生じるからである。The thickness of the polyarylene ether
上記構成によれば、絶縁材10を、樹脂繊維シートではなく、電気特性に優れるポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11としてその厚さを50μm以上1000μm以下とするので、薄肉化を図ることができ、導電巻線7の占有率を増大させることができる。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11は、吸水率が低いので、誘電特性や絶縁耐力等の電気絶縁性質が温湿度等の環境変化の影響を受けにくく、周波数依存性が大きくなるのを有効に防止することができる。According to the above configuration, the insulating
また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11は、電気絶縁性に優れるので、電気特性の低下を抑制し、低電圧で部分放電の発生するおそれを有効に排除することができる。また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11は、耐熱性や耐薬品性に優れるので、電気自動車、ハイブリッド車、プラグインハイブリッド車、燃料電池自動車等のモータ2の絶縁用に使用することが可能となる。In addition, the polyarylene ether
また、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11は、機械特性にも優れるので、コア4のスロット5に壁部材14として挿入しても、壁部材14の破断、割れ、裂け等の防止が大いに期待できる。さらに、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11は、摺動性に優れるので、コア4のスロット5に壁部材14を挿入する作業の自動化に資することができ、この場合には、手作業に比べ、作業時間の短縮が大いに期待できる。In addition, since the polyarylene ether
次に、図6は本発明の第2の実施形態を示すもので、この場合には、絶縁材10を、厚さ50μm以上1000μm以下のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11とし、このポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を、壁部材14とする他、壁部材14の内部を複数に区画する区画部材15とするとともに、壁部材14の開口部12を嵌合被覆する被覆部材16とするようにしている。
Next, Figure 6 shows a second embodiment of the present invention, in which the insulating
区画部材15は、例えばモータ2が多相交流モータ等の場合、断面皿形等に形成されて壁部材14の内部に必要数取り付けられ、相間絶縁紙として導電巻線7の各相間の絶縁を確保するよう機能する。また、被覆部材16は、例えば断面皿形等に形成され、壁部材14の内部から導電巻線7が外部に飛び出すのを防止する。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
For example, when the
本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、多相コイルの各相間の絶縁を確保したり、電気絶縁性を維持しながら壁部材14内から導電巻線7が飛び出すのを防止することができるのは明らかである。In this embodiment, the same effects as those of the above embodiment can be expected, and it is clear that it is possible to ensure insulation between each phase of a multi-phase coil and prevent the conductive winding 7 from protruding from within the
なお、上記実施形態では回転電機1のステータ3に複数のスロット5を凹み形成したが、回転電機1のロータに複数のスロット5を凹み形成し、各スロット5に、絶縁材10のポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を挿入しても良い。また、上記実施形態ではポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11を単に示したが、何ら限定されるものではなく、例えばポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の片面あるいは両面に、樹脂繊維シートを積層接着しても良い。In the above embodiment,
また、優れたオイル含浸性と滑り性を獲得したい場合には、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート11の表裏両面に上下一対の樹脂繊維シートを多層構造に備えることもできる。この場合の樹脂繊維シートとしては、融点が250℃以上の結晶性熱可塑性樹脂、ガラス転移点が200℃以上の非晶性熱可塑性樹脂あるいは熱硬化性樹脂の樹脂シートがあげられる。In addition, when it is desired to obtain excellent oil impregnation and slipperiness, a pair of upper and lower resin fiber sheets can be provided in a multi-layer structure on both the front and back sides of the polyarylene ether
融点が250℃の結晶性熱可塑性樹脂の具体例としては、好ましくはポリイミド(PI)樹脂、ポリアミド4T(PA4T)樹脂、ポリアミド6T(PA6T)樹脂、変性ポリアミド6T(変性PA6T)樹脂、ポリアミド9T(PA9T)樹脂、ポリアミド10T(PA10T)樹脂等の半芳香族ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリフェニレンスルフィドケトン樹脂、ポリフェニレンスルフィドスルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィドケトンスルホン樹脂等のポリアリーレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン(PEK)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリエーテルケトンンケトン(PEKK)樹脂、ポリエーテルエーテルケトンケトン(PEEKK)樹脂、あるいはポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)樹脂等のポリアリーレンエーテルケトン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン-パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)樹脂、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピル共重合体(FEP)樹脂等のフッ素樹脂、液晶ポリマー(LCP)等があげられる。ガラス転移点が200℃以上の非晶性熱可塑性樹の具体例としては、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂等のポリイミド樹脂、ポリサルホン(PSU)樹脂、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂、ポリフェニレンサルホン(PPSU)樹脂等のポリサルホン樹脂、ポリアリレート(PAR)樹脂等があげられる。 Specific examples of crystalline thermoplastic resins having a melting point of 250°C are preferably polyimide (PI) resin, semi-aromatic polyamide resins such as polyamide 4T (PA4T) resin, polyamide 6T (PA6T) resin, modified polyamide 6T (modified PA6T) resin, polyamide 9T (PA9T) resin, and polyamide 10T (PA10T) resin, polyarylene sulfide resins such as polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyphenylene sulfide ketone resin, polyphenylene sulfide sulfone resin, and polyphenylene sulfide ketone sulfone resin, polyether ketone (PEK) resin, and poly Examples of the non-crystalline thermoplastic resin having a glass transition temperature of 200° C. or higher include polyarylene ether ketone resins such as polyether ether ketone (PEEK) resin, polyether ketone ketone (PEKK) resin, polyether ether ketone ketone (PEEKK) resin, or polyether ketone ether ketone ketone (PEKEKK) resin, polyester resin, fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, polytetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) resin, and tetrafluoroethylene-hexafluoropropyl copolymer (FEP) resin, liquid crystal polymer (LCP), etc. Specific examples of the non-crystalline thermoplastic resin having a glass transition temperature of 200° C. or higher include polyimide resins such as polyetherimide (PEI) resin, polysulfone resins such as polysulfone (PSU) resin, polyethersulfone (PES) resin, and polyphenylenesulfone (PPSU) resin, and polyarylate (PAR) resin, etc.
熱硬化性樹脂の具体例としては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド(PI)樹脂等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、全芳香族アラミド樹脂等があげられる。これらの樹脂の中では、耐薬品性の観点から、結晶性熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂が好ましい。より好ましくは、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂との接着性を向上させるため、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂が好適であり、さらに好ましくは、易入手性及びコストの点でポリエーテルエーテルケトン樹脂が最適である。 Specific examples of thermosetting resins include polyimide resins such as polyamideimide (PI) resins, epoxy resins, phenolic resins, silicone resins, and wholly aromatic aramid resins. Among these resins, crystalline thermoplastic resins or thermosetting resins are preferred from the viewpoint of chemical resistance. More preferably, polyarylene ether ketone resins are suitable for improving adhesion with polyarylene ether ketone resins, and even more preferably, polyether ether ketone resins are optimal in terms of ease of availability and cost.
以下、本発明に係る回転電機用絶縁材の実施例を比較例と共に説明する。
〔実施例1〕
先ず、モータ用の絶縁材を製造するため、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂として、市販のポリエーテルエーテルケトン樹脂〔ソルベイスペシャルティポリマーズ社製 製品名:キータスパイアPEEK KT-851NL SP(以下、「KT-851NL SP」と略す〕を用意し、このポリエーテルエーテルケトン樹脂を160℃に加熱した除湿熱風乾燥機で12時間以上乾燥させた。
EXAMPLES Hereinafter, examples of the insulating material for a rotating electrical machine according to the present invention will be described together with comparative examples.
Example 1
First, in order to manufacture an insulating material for a motor, a commercially available polyether ether ketone resin (manufactured by Solvay Specialty Polymers, product name: KetaSpire PEEK KT-851NL SP (hereinafter abbreviated as "KT-851NL SP")) was prepared as a polyarylene ether ketone resin, and this polyether ether ketone resin was dried for 12 hours or more in a dehumidified hot air dryer heated to 160°C.
ポリエーテルエーテルケトン樹脂を乾燥させたら、乾燥させたポリエーテルエーテルケトン樹脂の含水率が300ppm以下であることを確認し、ポリエーテルエーテルケトン樹脂を幅900mmのTダイスを備えたφ40mmの単軸溶融押出成形機にセットして溶融混練し、この溶融混練したポリエーテルエーテルケトン樹脂を単軸溶融押出成形機のTダイスから連続的に押し出し、絶縁材であるポリエーテルエーテルケトン樹脂製の樹脂シートを帯形に成形した。After drying the polyether ether ketone resin, it was confirmed that the moisture content of the dried polyether ether ketone resin was 300 ppm or less. The polyether ether ketone resin was then set in a φ40 mm single-screw melt extruder equipped with a 900 mm wide T-die and melt-kneaded. This melt-kneaded polyether ether ketone resin was then continuously extruded from the T-die of the single-screw melt extruder to form a ribbon-shaped resin sheet made of polyether ether ketone resin, which is an insulating material.
この際、ポリエーテルエーテルケトン樹脂の含水率は、微量水分測定装置〔三菱化学社製 製品名:CA‐100型〕を用い、カールフィッシャー滴定法により測定した。また、単軸溶融押出成形機は、L/D=32、圧縮比:2.5、スクリュー:フルフライトスクリュータイプとした。The moisture content of the polyether ether ketone resin was measured by Karl Fischer titration using a trace moisture analyzer (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, product name: CA-100 type). The single-screw melt extruder had an L/D ratio of 32, a compression ratio of 2.5, and a full-flight screw type screw.
単軸溶融押出成形機の温度は380~400℃、Tダイスの温度は400℃、これら単軸溶融押出成形機とTダイスとを連結する連結管の温度は400℃に調整した。また、溶融したポリエーテルエーテルケトン樹脂の温度については、Tダイス入口の樹脂温度を測定することとし、測定したところ、397℃であった。単軸押出成形機にポリエーテルエーテルケトン樹脂を投入する際、不活性ガス供給管により、窒素ガスを18L/分で供給した。The temperature of the single-screw melt extruder was adjusted to 380-400°C, the temperature of the T-die to 400°C, and the temperature of the connecting pipe connecting these single-screw melt extruders to the T-die to 400°C. The temperature of the molten polyether ether ketone resin was measured by measuring the resin temperature at the inlet of the T-die, which was found to be 397°C. When the polyether ether ketone resin was fed into the single-screw extruder, nitrogen gas was supplied at 18 L/min through an inert gas supply pipe.
こうしてポリエーテルエーテルケトン樹脂製の樹脂シートを押出成形したら、連続したポリエーテルエーテルケトン樹脂製の樹脂シートの両端部をスリット刃で裁断して巻取機の巻取管に順次巻き取り、長さ100m、幅650mmの樹脂シートを製造した。この際、樹脂シートは、周面に凹凸を備えた210℃の冷却ロール、シリコーンゴム製の一対の圧着ロール、及びこれらの下流に位置する6インチの巻取管に順次巻架し、冷却ロールと圧着ロールとに狭持させた。この際、圧着ロールの表面温度を非接触式の温度計で測定したところ、216℃であった。After the polyether ether ketone resin sheet was extruded in this manner, both ends of the continuous polyether ether ketone resin sheet were cut with a slit blade and sequentially wound around a winding tube of a winding machine to produce a resin sheet 100 m long and 650 mm wide. At this time, the resin sheet was sequentially wound around a 210°C cooling roll with irregularities on the circumferential surface, a pair of pressure rolls made of silicone rubber, and a 6-inch winding tube located downstream of these, and was sandwiched between the cooling roll and the pressure roll. At this time, the surface temperature of the pressure roll was measured with a non-contact thermometer and was found to be 216°C.
モータ用の絶縁材である樹脂シートが得られたら、この樹脂シートのシート厚、吸水率、相対結晶化度、機械特性、電気特性、長期耐熱性を測定し、その結果を表1に記載した。機械特性は、引張最大強度、引張破断時伸び、及び引張弾性率で評価した。また、電気特性は、絶縁破壊電圧、絶縁破壊強さ、比誘電率、及び誘電正接で評価した。絶縁破壊電圧と絶縁破壊強さは、シリコーン油中、温度23℃と200℃の場合について評価した。Once the resin sheet, which is an insulating material for motors, was obtained, the sheet thickness, water absorption rate, relative crystallinity, mechanical properties, electrical properties, and long-term heat resistance of the resin sheet were measured, and the results are shown in Table 1. The mechanical properties were evaluated in terms of maximum tensile strength, tensile elongation at break, and tensile modulus. The electrical properties were evaluated in terms of breakdown voltage, breakdown strength, relative dielectric constant, and dielectric tangent. The breakdown voltage and breakdown strength were evaluated in silicone oil at temperatures of 23°C and 200°C.
樹脂シートの長期耐熱性は、樹脂シートを200℃に加熱した熱風オーブン中に入れ1000時間静置し、静置前後の機械特性と電気特性とで評価した。機械特性は、引張最大強度、引張破断時伸び、及び引張弾性率で評価した。また、電気特性は、絶縁破壊電圧、絶縁破壊強さ、比誘電率、及び誘電正接で評価した。The long-term heat resistance of the resin sheet was evaluated by placing the resin sheet in a hot air oven heated to 200°C and leaving it for 1000 hours, and measuring the mechanical and electrical properties before and after leaving it. The mechanical properties were evaluated in terms of maximum tensile strength, tensile elongation at break, and tensile modulus. The electrical properties were evaluated in terms of breakdown voltage, breakdown strength, dielectric constant, and dielectric dissipation factor.
・樹脂シートのシート厚
樹脂シートのシート厚さについては、マイクロメータ〔ミツトヨ社製 製品名:クーラントプルーフマイクロメータ 符号MDC-25PJ〕を使用して測定した。測定に際しては、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの幅方向(押出方向の直角方向)任意の10箇所測定し、その平均値をシート厚とした。
The thickness of the resin sheet was measured using a micrometer (manufactured by Mitutoyo Corporation, product name: Coolant Proof Micrometer, code MDC-25PJ). The thickness was measured at 10 arbitrary points in the width direction (perpendicular to the extrusion direction) of the polyarylene ether ketone resin sheet, and the average value was taken as the sheet thickness.
・樹脂シートの吸水率
樹脂シート吸水率は、JIS K 7209 A法に準拠して測定した。浸漬時間は、24時間とした。また、測定は、3枚の試験片を使用し、測定値の平均値を吸水率とした。
Water Absorption of Resin Sheet The water absorption of the resin sheet was measured in accordance with JIS K 7209 Method A. The immersion time was 24 hours. The measurement was performed using three test pieces, and the average value of the measured values was taken as the water absorption.
・樹脂シートの相対結晶化度
樹脂シートの相対結晶化度については、樹脂シートから測定試料約8mgを秤量し、示差走査熱量計〔エスアイアイ・ナノテクノロジーズ社製 製品名:EXSTAR7000シリーズ X-DSC7000〕を使用して昇温速度10℃/分、測定温度範囲20℃から380℃まで測定した。このときに得られる結晶融解ピークの熱量(J/g)、再結晶化ピークの熱量(J/g)から以下の式を用いて算出した。
Relative crystallinity of resin sheet The relative crystallinity of the resin sheet was measured by weighing about 8 mg of a measurement sample from the resin sheet and using a differential scanning calorimeter (manufactured by SII Nanotechnologies, Inc., product name: EXSTAR7000 series X-DSC7000) at a heating rate of 10° C./min and a measurement temperature range of 20° C. to 380° C. The crystallinity was calculated using the following formula from the heat quantity (J/g) of the crystal melting peak and the heat quantity (J/g) of the recrystallization peak obtained at this time.
相対結晶化度(%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
ここで、ΔHcは樹脂シートの10℃/分の昇温条件下での再結晶化ピークの熱量(J/g)を表し、ΔHmは樹脂シートの10℃/分の昇温条件下での結晶融解ピークの熱量(J/g)を表す。
Relative crystallinity (%)={1-(ΔHc/ΔHm)}×100
Here, ΔHc represents the heat quantity (J/g) of the recrystallization peak of the resin sheet when the temperature is increased at 10° C./min, and ΔHm represents the heat quantity (J/g) of the crystalline melting peak of the resin sheet when the temperature is increased at 10° C./min.
・樹脂シートの機械特性
樹脂シートの機械特性は、23℃における引張最大強度、引張破断時伸び、及び引張弾性率で評価した。機械特性は、押出方向と幅方向(押出方向の直角方向)について測定した。測定は、JISK 7127に準拠し、引張速度50mm/分、温度23℃±2℃、相対湿度50RH±5%RHの条件で測定した。また、引張最大強度、引張破断時伸び、引張弾性率については、5回測定し、その平均値を引張最大強度、引張破断時伸び、引張弾性率とした。
Mechanical properties of resin sheet The mechanical properties of the resin sheet were evaluated by the maximum tensile strength, tensile elongation at break, and tensile modulus at 23 ° C. The mechanical properties were measured in the extrusion direction and the width direction (perpendicular to the extrusion direction). The measurement was performed in accordance with JIS K 7127 under the conditions of a tensile speed of 50 mm/min, a temperature of 23 ° C. ± 2 ° C., and a relative humidity of 50 RH ± 5% RH. The maximum tensile strength, tensile elongation at break, and tensile modulus were measured five times, and the average values were taken as the maximum tensile strength, tensile elongation at break, and tensile modulus.
・樹脂シートの絶縁破壊電圧と絶縁破壊強さ
温度23℃と200℃におけるシリコーン油中における樹脂シートの絶縁破壊電圧と絶縁破壊強さについては、IEC 60243-1に準拠して測定した。具体的には、シリコーン油中で昇温方式(短時間法)により、交流(50Hz)、温度23℃±2℃と200℃、電極形状は上電極φ25mm、高さ25mmの円柱形、台座となる下電極φ25mm、高さ25mmの円柱形で測定した。絶縁破壊電圧については、5回測定し、その平均値を絶縁破壊電圧とした。また、昇圧速度は、表2に記載した。
The dielectric breakdown voltage and dielectric breakdown strength of the resin sheet The dielectric breakdown voltage and dielectric breakdown strength of the resin sheet in silicone oil at temperatures of 23°C and 200°C were measured in accordance with IEC 60243-1. Specifically, the dielectric breakdown voltage and dielectric breakdown strength were measured in silicone oil by a temperature rise method (short-time method), with alternating current (50 Hz), temperatures of 23°C±2°C and 200°C, and the electrode shape was a cylinder with an upper electrode of φ25 mm and height of 25 mm, and a lower electrode serving as a base of φ25 mm and height of 25 mm. The dielectric breakdown voltage was measured five times, and the average value was taken as the dielectric breakdown voltage. The voltage rise rate is shown in Table 2.
絶縁破壊強さは、絶縁破壊電圧を測定する個所のシート厚を絶縁破壊電圧を測定する前に予め測定し、絶縁破壊電圧を測定後、絶縁破壊電圧をそのシート厚で割った値とした。 The dielectric breakdown strength was calculated by measuring the sheet thickness at the location where the dielectric breakdown voltage was to be measured before measuring the dielectric breakdown voltage, and then dividing the dielectric breakdown voltage by the sheet thickness after measuring the dielectric breakdown voltage.
・樹脂シートの比誘電率と誘電正接
周波数:1GHz、温度23℃における樹脂シートの比誘電率と誘電正接は、ASTM D2520を参考とした、空洞共振器摂動法により測定した。ネットワーク・アナライザーはPNA-Lネットワーク・アナライザー N5230A〔アジレント・テクノロージ社製:製品名〕を用い、空洞共振器は空洞共振器 1GHz用;CP431〔関東電子応用開発社製:製品名〕を用いた。比誘電率と誘電正接の測定は、温度23℃±1℃、湿度50%RH±5%RHの環境下で実施した。比誘電率と誘電正接については、2回測定し、その平均値を比誘電率と誘電正接とした。
The dielectric constant and dielectric loss tangent of the resin sheet The dielectric constant and dielectric loss tangent of the resin sheet at a frequency of 1 GHz and a temperature of 23°C were measured by a cavity resonator perturbation method with reference to ASTM D2520. The network analyzer used was a PNA-L network analyzer N5230A (product name, manufactured by Agilent Technologies), and the cavity resonator used was a cavity resonator for 1 GHz; CP431 (product name, manufactured by Kanto Electronics Application Development). The dielectric constant and dielectric loss tangent were measured in an environment with a temperature of 23°C ± 1°C and a humidity of 50% RH ± 5% RH. The dielectric constant and dielectric loss tangent were measured twice, and the average values were taken as the dielectric constant and dielectric loss tangent.
・樹脂シートの長期耐熱性(機械特性)
樹脂シートの長期耐熱性における機械特性は、樹脂シートを温度200℃の熱風オーブン中に入れて1000時間静置し、静置前後の機械的特性を評価し、下記の判定基準で長期耐熱性を判定した。機械特性は、引張最大強度、引張破断時伸び、及び引張弾性率で評価した。また、機械特性は、押出方向と幅方向(押出方向の直角方向)について測定した。測定は、JISK 7127に準拠し、引張速度50mm/分、温度23℃±2℃、相対湿度50%RH±5%RHの条件で測定した。引張最大強度、引張破断時伸び、及び引張弾性率については、5回測定し、その平均値を引張最大強度、引張破断時伸び、引張弾性率とした。
- Long-term heat resistance (mechanical properties) of resin sheets
The mechanical properties of the resin sheet in the long-term heat resistance were evaluated by placing the resin sheet in a hot air oven at a temperature of 200° C. and leaving it for 1000 hours, evaluating the mechanical properties before and after leaving it, and judging the long-term heat resistance according to the following criteria. The mechanical properties were evaluated by the maximum tensile strength, tensile elongation at break, and tensile modulus. The mechanical properties were measured in the extrusion direction and the width direction (perpendicular to the extrusion direction). The measurement was performed in accordance with JIS K 7127 under the conditions of a tensile speed of 50 mm/min, a temperature of 23° C.±2° C., and a relative humidity of 50% RH±5% RH. The maximum tensile strength, tensile elongation at break, and tensile modulus were measured five times, and the average values were taken as the maximum tensile strength, tensile elongation at break, and tensile modulus.
機械特性の長期耐熱性=|(X1-X0)/X0×100|
X1:静置後の測定値
X0:静置前の測定値
〔判定基準〕
◎:変化率が10%以下
○:変化率が10%を越え20%以下
Long-term heat resistance of mechanical properties = |(X1-X0)/X0 x 100|
X1: Measured value after standing still X0: Measured value before standing still [criteria]
◎: The rate of change is 10% or less. ○: The rate of change is between 10% and 20%.
・樹脂シートの長期耐熱性(電気特性)
樹脂シートの長期耐熱性における絶縁破壊電圧と絶縁破壊強さは、樹脂シートを温度200℃の熱風オーブン中に入れて1000時間静置し、静置前後の絶縁破壊電圧と絶縁破壊強さを評価し、下記の判定基準で長期耐熱性を判定した。温度23℃における、シリコーン油中における樹脂シートの絶縁破壊電圧と絶縁破壊強さは、IEC 60243-1に準拠して測定した。具体的には、シリコーン油中で昇温方式(短時間法)により、交流(50Hz)、温度23℃±2℃、電極形状は上電極φ25mm、高さ25mmの円柱形、台座となる下電極φ25mm、高さ25mmの円柱形で測定した。
- Long-term heat resistance (electrical properties) of resin sheets
The dielectric breakdown voltage and dielectric breakdown strength in the long-term heat resistance of the resin sheet were measured by placing the resin sheet in a hot air oven at a temperature of 200° C. and leaving it for 1000 hours, evaluating the dielectric breakdown voltage and dielectric breakdown strength before and after leaving it, and judging the long-term heat resistance according to the following criteria. The dielectric breakdown voltage and dielectric breakdown strength of the resin sheet in silicone oil at a temperature of 23° C. were measured in accordance with IEC 60243-1. Specifically, the measurements were performed in silicone oil using a temperature rise method (short-time method), with AC (50 Hz), a temperature of 23° C.±2° C., and an upper electrode cylindrical with a diameter of 25 mm and a height of 25 mm, and a lower electrode serving as a base cylindrical with a diameter of 25 mm and a height of 25 mm.
絶縁破壊電圧は、5回測定し、その平均値を絶縁破壊電圧とした。昇圧速度は、表2に記載した。また、絶縁破壊強さは、絶縁破壊電圧を測定する個所のシート厚を絶縁破壊電圧を測定する前に予め測定し、絶縁破壊電圧を測定後、絶縁破壊電圧をそのシート厚で割った値とした。The dielectric breakdown voltage was measured five times, and the average value was used as the dielectric breakdown voltage. The voltage rise rate is shown in Table 2. In addition, the dielectric breakdown strength was calculated by measuring the sheet thickness at the point where the dielectric breakdown voltage was to be measured before measuring the dielectric breakdown voltage, and then dividing the dielectric breakdown voltage by the sheet thickness after measuring the dielectric breakdown voltage.
絶縁破壊強度と絶縁破壊強さの変化率=|(X1-X0)/X0×100|
X1:静置後の測定値
X0:静置前の測定値
〔判定基準〕
◎:変化率が10%以下
○:変化率が10%を越え20%以下
Dielectric breakdown strength and rate of change in dielectric breakdown strength = |(X1-X0)/X0 x 100|
X1: Measured value after standing still X0: Measured value before standing still [criteria]
◎: The rate of change is 10% or less. ○: The rate of change is between 10% and 20%.
・樹脂シートの長期耐熱性(比誘電率と誘電正接)
樹脂シートの長期耐熱性における比誘電率と誘電正接は、樹脂シートを温度200℃の熱風オーブン中に入れて1000時間静置し、静置前後の比誘電率と誘電正接を評価し、下記の判定基準で長期耐熱性を判定した。周波数:1GHz、温度23℃における樹脂シートの比誘電率と誘電正接は、ASTM D2520を参考とした、空洞共振器摂動法により測定した。ネットワーク・アナライザーはPNA-Lネットワーク・アナライザー N5230A〔アジレント・テクノロージ社製:製品名〕を用い、空洞共振器は空洞共振器 1GHz用;CP431〔関東電子応用開発社製:製品名〕を用いた。
- Long-term heat resistance of resin sheets (relative dielectric constant and dielectric tangent)
The dielectric constant and dielectric loss tangent in the long-term heat resistance of the resin sheet were evaluated by placing the resin sheet in a hot air oven at a temperature of 200°C and leaving it for 1000 hours, evaluating the dielectric constant and dielectric loss tangent before and after leaving it, and judging the long-term heat resistance according to the following criteria. The dielectric constant and dielectric loss tangent of the resin sheet at a frequency of 1 GHz and a temperature of 23°C were measured by a cavity resonator perturbation method with reference to ASTM D2520. The network analyzer used was a PNA-L network analyzer N5230A [product name, manufactured by Agilent Technologies], and the cavity resonator used was a cavity resonator for 1 GHz; CP431 [product name, manufactured by Kanto Electronics Application Development Co., Ltd.].
比誘電率と誘電正接の測定は、温度:23℃±1℃、湿度50%RH±5%RH環境下で実施した。比誘電率と誘電正接については、5回測定し、その平均値を比誘電率と誘電正接とした。The measurements of the dielectric constant and the dielectric loss tangent were carried out in an environment of temperature: 23°C ± 1°C and humidity: 50% RH ± 5% RH. The dielectric constant and the dielectric loss tangent were measured five times, and the average values were used as the dielectric constant and the dielectric loss tangent.
比誘電率と誘電正接の変化率=|(X1-X0)/X0×100|
X1:静置後の測定値
X0:静置前の測定値
〔判定基準〕
◎:変化率が10%以下
○:変化率が10%を越え20%以下
Rate of change of dielectric constant and dielectric tangent = |(X1-X0)/X0 x 100|
X1: Measured value after standing still X0: Measured value before standing still [criteria]
◎: The rate of change is 10% or less. ○: The rate of change is between 10% and 20%.
〔実施例2〕
モータ用の絶縁材を製造するため、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂として、実施例1で用いた市販のポリエーテルエーテルケトン樹脂を用意し、実施例1と同様の方法により、ポリエーテルエーテルケトン樹脂製の樹脂シートを帯形に成形した。樹脂シートを帯形に成形したら、樹脂シートのシート厚、吸水率、相対結晶化度、機械特性、電気特性を測定し、その測定結果を表1に記載した。溶融したポリエーテルエーテルケトン樹脂の温度については、Tダイス入口の樹脂温度を測定することとし、測定したところ、397℃であった。また、圧着ロールの表面温度を非接触式の温度計で測定したところ、213℃であった。
Example 2
In order to manufacture an insulating material for a motor, the commercially available polyether ether ketone resin used in Example 1 was prepared as the polyarylene ether ketone resin, and a resin sheet made of polyether ether ketone resin was formed into a strip shape by the same method as in Example 1. After the resin sheet was formed into a strip shape, the sheet thickness, water absorption rate, relative crystallinity, mechanical properties, and electrical properties of the resin sheet were measured, and the measurement results are shown in Table 1. The temperature of the molten polyether ether ketone resin was measured by measuring the resin temperature at the inlet of the T-die, and was found to be 397°C. In addition, the surface temperature of the pressure roll was measured with a non-contact thermometer and found to be 213°C.
〔実施例3〕
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂として、実施例1で用いた市販のポリエーテルエーテルケトン樹脂を用意し、実施例1と同様の方法により、ポリエーテルエーテルケトン樹脂製の樹脂シートを帯形に成形した。樹脂シートを帯形に成形したら、押出成形した樹脂シートのシート厚、吸水率、相対性結晶化度、機械特性、電気特性を測定し、その測定結果を表1に記載した。
Example 3
As the polyarylene ether ketone resin, the commercially available polyether ether ketone resin used in Example 1 was prepared, and a resin sheet made of the polyether ether ketone resin was formed into a strip shape by the same method as in Example 1. After the resin sheet was formed into a strip shape, the sheet thickness, water absorption rate, relative crystallinity, mechanical properties, and electrical properties of the extrusion-molded resin sheet were measured, and the measurement results are shown in Table 1.
溶融したポリエーテルエーテルケトン樹脂の温度については、Tダイス入口の樹脂温度を測定することとし、測定したところ、398℃であった。また、冷却ロールは230℃に変更した。圧着ロールの温度を非接触式の温度計で測定したところ、235℃であった。The temperature of the molten polyether ether ketone resin was measured at the entrance of the T-die, and was found to be 398°C. The cooling roll was also changed to 230°C. The temperature of the pressure roll was measured with a non-contact thermometer and was found to be 235°C.
〔比較例1〕
モータ用の絶縁材用の全芳香族ポリアラミド繊維シートとして、市販の全芳香族ポリアラミド繊維シート〔デュポン 帝人 アドバンスト ペーパー社製 製品名:ノーメックス紙 タイプ410 公称厚み:013mm〕を用意し、この全芳香族ポリアラミド繊維シートのシート厚、吸水率、機械的性質、電気絶縁性、長期耐熱性を実施例1と同様の方法により測定し、測定結果を表3に示した。全芳香族ポリアラミド繊維シートは、長手方向を押出方向、短方向を幅方向(押出方向の直角方向)とした。
Comparative Example 1
A commercially available wholly aromatic polyaramid fiber sheet (manufactured by DuPont Teijin Advanced Paper, product name: Nomex paper type 410, nominal thickness: 0.13 mm) was prepared as a wholly aromatic polyaramid fiber sheet for use as an insulating material for motors, and the sheet thickness, water absorption rate, mechanical properties, electrical insulation properties, and long-term heat resistance of this wholly aromatic polyaramid fiber sheet were measured in the same manner as in Example 1, and the measurement results are shown in Table 3. The longitudinal direction of the wholly aromatic polyaramid fiber sheet was the extrusion direction, and the transverse direction was the width direction (direction perpendicular to the extrusion direction).
なお、全芳香族ポリアミド樹脂シートを示差走査熱量計を使用して昇温速度10℃/分、測定温度範囲20℃から380℃で測定した結果、結晶融解ピークが認められなかったため、相対結晶化度を求めなった。In addition, when the wholly aromatic polyamide resin sheet was measured using a differential scanning calorimeter at a heating rate of 10°C/min over a measurement temperature range of 20°C to 380°C, no crystalline melting peak was observed, so the relative crystallinity was not calculated.
〔比較例2〕
絶縁材用の全芳香族ポリアラミド繊維シートとして、市販の全芳香族ポリアラミド繊維シート〔デュポン 帝人 アドバンスト ペーパー社製 製品名:ノーメックス紙 タイプ410 公称厚み:025mm〕を用意し、この全芳香族ポリアラミド繊維シートのシート厚、吸水率、機械的性質、電気的絶縁性質、長期耐熱性を実施例1と同様の方法により測定し、測定結果を表3に示した。全芳香族ポリアラミド繊維シートは、長手方向を押出方向、短方向を幅方向(押出方向の直角方向)とした。
Comparative Example 2
A commercially available wholly aromatic polyaramid fiber sheet (manufactured by DuPont Teijin Advanced Paper, product name: Nomex paper type 410, nominal thickness: 0.25 mm) was prepared as a wholly aromatic polyaramid fiber sheet for insulating material, and the sheet thickness, water absorption rate, mechanical properties, electrical insulation properties, and long-term heat resistance of this wholly aromatic polyaramid fiber sheet were measured in the same manner as in Example 1, and the measurement results are shown in Table 3. The longitudinal direction of the wholly aromatic polyaramid fiber sheet was the extrusion direction, and the transverse direction was the width direction (direction perpendicular to the extrusion direction).
なお、全芳香族ポリアミド樹脂シートを示差走査熱量計を使用して昇温速度10℃/分、測定温度範囲20℃から380℃で測定した結果、結晶融解ピークが認められなかったため、相対結晶化度を求めなった。In addition, when the wholly aromatic polyamide resin sheet was measured using a differential scanning calorimeter at a heating rate of 10°C/min over a measurement temperature range of 20°C to 380°C, no crystalline melting peak was observed, so the relative crystallinity was not calculated.
〔結 果〕
各実施例の絶縁材である樹脂シートの機械特性は、引張弾性率が3500N/mm2以上と高い剛性なので、樹脂シートを壁部材、区画部材、被覆部材に加工し、ステータのコアのスロット内に挿入すれば、座屈防止が期待できる。また、各実施例の樹脂シートは、引張最大強度が100N/mm2以上、かつ引張破断時伸びが200%以上ときわめて高い靱性を有しているので、壁部材、区画部材、被覆部材に加工してステータのコアのスロット内に挿入する場合、破断したり、割れたり、裂けてしまう等のトラブルを未然に防止することができる。
[Results]
The mechanical properties of the resin sheet, which is the insulating material in each embodiment, are such that the tensile modulus is 3500 N/ mm2 or more, and the resin sheet is highly rigid, so that if the resin sheet is processed into a wall member, a partition member, or a covering member and inserted into the slot of a stator core, buckling can be prevented. In addition, the resin sheet in each embodiment has extremely high toughness, with a maximum tensile strength of 100 N/ mm2 or more and a tensile elongation at break of 200% or more, so that if the resin sheet is processed into a wall member, a partition member, or a covering member and inserted into the slot of a stator core, problems such as breakage, cracking, and tearing can be prevented in advance.
各実施例の絶縁材である樹脂シートの吸水率は、温度23℃おいて1.0%以下、具体的には0.7%以下であった。したがって、例えモータの使用環境が高温湿度環境下でも、絶縁破壊強度、絶縁破壊強さ、比誘電率、及び誘電正接等の電気特性を維持することができる。The water absorption rate of the resin sheet, which is the insulating material in each embodiment, was 1.0% or less, specifically 0.7% or less, at a temperature of 23°C. Therefore, even if the motor is used in a high temperature and humidity environment, the electrical properties such as dielectric breakdown strength, dielectric breakdown strength, dielectric constant, and dielectric loss tangent can be maintained.
各実施例の樹脂シートの23℃及び200℃のシリコーン油中の電気絶縁性質は、絶縁破壊電圧に関しては9kV以上、単位厚さ当たりの絶縁破壊電圧である絶縁破壊強さに関しては50kV/mm以上、しかも、23℃における比誘電率に関しては3.0以下であるので、サージ電圧による絶縁破壊の防止性能に優れていると推測される。また、誘電正接が0.003以下なので、自己発熱による溶融や熱分解の排除が期待できる。The electrical insulation properties of the resin sheets of each embodiment in silicone oil at 23°C and 200°C are: breakdown voltage of 9 kV or more, breakdown strength (breakdown voltage per unit thickness) of 50 kV/mm or more, and relative dielectric constant at 23°C of 3.0 or less, so they are presumed to have excellent performance in preventing breakdown due to surge voltage. In addition, since the dielectric tangent is 0.003 or less, it is expected that melting and thermal decomposition due to self-heating will be eliminated.
各実施例の樹脂シートの長期耐熱性は、200℃の熱風オーブン中に静置前後で機械特性の変化率が20%以下、電気絶縁性の変化率が10%以下であった。したがって、モータに実施例の樹脂シートを使用すれば、優れた長期耐熱性が期待できる。The long-term heat resistance of the resin sheets of each embodiment was such that the rate of change in mechanical properties was 20% or less and the rate of change in electrical insulation was 10% or less before and after being placed in a hot air oven at 200°C. Therefore, by using the resin sheets of the embodiments in motors, excellent long-term heat resistance can be expected.
これに対し、各比較例の全芳香族ポリアラミド繊維シートの機械特性は、引張破断時伸びが80%未満で靱性に問題があり、しかも、引張弾性率の幅方向が3500N/mm2未満で剛性が不十分であった。したがって、全芳香族ポリアラミド繊維シートを壁部材、区画部材、被覆部材に加工してステータのコアのスロットに内に挿入する場合、座屈のおそれが少なくないと推測される。また、各比較例の全芳香族ポリアラミド繊維シートの吸水率は、10%以上ときわめて高いので、電気絶縁性が使用環境の影響を大きく受けるおそれがあると推測される。 In contrast, the mechanical properties of the wholly aromatic polyaramid fiber sheets of each Comparative Example were such that the tensile elongation at break was less than 80%, which was problematic in terms of toughness, and the tensile modulus in the width direction was less than 3500 N/ mm2 , which was insufficient in terms of rigidity. Therefore, when the wholly aromatic polyaramid fiber sheets are processed into wall members, partition members, or covering members and inserted into the slots of the stator core, it is presumed that there is a considerable risk of buckling. In addition, the water absorption rate of the wholly aromatic polyaramid fiber sheets of each Comparative Example was extremely high at 10% or more, so it is presumed that the electrical insulation may be significantly affected by the usage environment.
また、各比較例の全芳香族ポリアラミド繊維シートの電気絶縁性は、単位厚さ当たりの絶縁破壊電圧である絶縁破壊強さに関して40kV/mm以下なので、サージ電圧による絶縁破壊の問題が発生すると推測される。さらに、各比較例の全芳香族ポリアラミド繊維シートは、誘電正接が0.019以上なので、自己発熱による溶融や熱分解のおそれが推測される。In addition, the electrical insulation of the fully aromatic polyaramid fiber sheets of each comparative example is 40 kV/mm or less in terms of dielectric breakdown strength, which is the dielectric breakdown voltage per unit thickness, so it is presumed that problems with dielectric breakdown due to surge voltage will occur. Furthermore, the fully aromatic polyaramid fiber sheets of each comparative example have a dielectric loss tangent of 0.019 or more, so there is a risk of melting or thermal decomposition due to self-heating.
本発明に係る回転電機用絶縁材及び回転電機は、電気、電子、自動車、鉄道車両等の製造分野で利用される。The insulating material for rotating electric machines and the rotating electric machine of the present invention are used in the manufacturing fields of electricity, electronics, automobiles, railway vehicles, etc.
1 回転電機
2 モータ
3 ステータ
4 コア
5 スロット
7 導電巻線
10 絶縁材
11 ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シート
14 壁部材
15 区画部材
16 被覆部材
20 溶融押出成形機
23 Tダイス(ダイス)
26 冷却ロール
27 圧着ロール
28 巻取機
M 成形材料
26
Claims (4)
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートは、相対結晶化度が95%以上100%以下、厚さが100μm以上750μm以下、ガラス転移点が150℃以上180℃以下であり、
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの電気特性は、シリコーン油中の絶縁破壊強さが9kV以上、シリコーン油中の単位厚さ当たりの絶縁破壊強さが50kV/mm以上400kV/mm以下、周波数1GHzにおける比誘電率が1.5以上3.1以下、誘電正接が0.0001以上0.007以下であり、
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの機械特性は、引張弾性率が3500N/mm 2 以上4700N/mm 2 以下、引張最大強度が100N/mm 2 以上かつ引張破断時伸びが200%以上であり、
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂シートの吸水率は、23℃で0.7%以下であることを特徴とする回転電機用絶縁材。 An insulating material for a rotating electric machine, which is made of a polyarylene ether ketone resin sheet that is melt-extruded to prevent a short circuit in a rotating electric machine ,
The polyarylene ether ketone resin sheet has a relative crystallinity of 95% or more and 100% or less , a thickness of 100 μm or more and 750 μm or less, and a glass transition point of 150° C. or more and 180° C. or less ,
The electrical properties of the polyarylene ether ketone resin sheet are a dielectric breakdown strength in silicone oil of 9 kV or more, a dielectric breakdown strength per unit thickness in silicone oil of 50 kV/mm or more and 400 kV/mm or less , a relative dielectric constant at a frequency of 1 GHz of 1.5 or more and 3.1 or less , and a dielectric dissipation factor of 0.0001 or more and 0.007 or less,
The mechanical properties of the polyarylene ether ketone resin sheet are a tensile modulus of 3500 N/mm2 or more and 4700 N/mm2 or less , a maximum tensile strength of 100 N/mm2 or more, and a tensile elongation at break of 200% or more ;
1. An insulating material for a rotating electrical machine, comprising a polyarylene ether ketone resin sheet, the polyarylene ether ketone resin sheet having a water absorption rate of 0.7% or less at 23°C.
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