JPH0386034A - 回転電機の回転子及びその絶縁方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転電機の回転子及びその絶縁方法に関する
。

〔従来の技術〕

例えば、回転電機の回転子は、電機子コイルの絶縁及び
機械的な固定強度を与えるために、ワニス等のモールド
材でコイル挿入用のスロット等を充填したり、コイル端
部を被覆している。この種の絶縁モールドとしては、従
来より、エポキシ系の樹脂組成物が広く用いられ、液状
のものと、常温で固体（粉体物）のものがある、このう
ち、後者のものは、エポキシ樹脂粉体（粉体には、酸無
水物系硬化剤や硅酸カルシウム等の充填材が含有される
）を、予め高温加熱した回転子の表面に付着させ、この
樹脂を回転子の熱で溶融させて硬化させている。また、
前者の場合には、液状エポキシ樹脂に硬化剤の他に硬化
促進剤を含有させて、液状エポキシ樹脂を加熱硬化させ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、自動車の分野等おいては、エンジンルームの
小スペース化により、車載機器の小形軽量化の要求が強
く、これに伴い、例えばスタータモータのような回転電
機の回転子も益々小形軽量化することが要求されている
。

一般に、回転子を小形化すると、回転数が増加するため
、回転子にかかる負荷が増大すると共に、電機子コイル
の電流密度も増大する。このため。

回転子の温度も上昇し、従来のものより著しく高温化す
る傾向にあった。

このような状況の下で、前述した従来のモールド材（ワ
ニス）は、液状のもの粉体状のもの双方ともに耐熱性の
配慮が充分ではなく、また、後者のものは回転子のスロ
ット内部にエポキシ樹脂が浸透含浸しに＜＜、高負荷、
高回転で使用される小形回転子の絶縁、固定材としては
適していない。

耐熱性の問題からすれば、従来のワニスでは、高負荷時
に３５０℃程度にさらされると、発煙し、クラックやふ
くれが生じ、そのため、その絶縁性が低下すると共に、
機械的強度も減少してしまう。

特に、高負荷、高回転形のスタータモータにおいては、
短時間ではあるが非常に大きな電機子電流が流れて、回
転子自体が始動時に３５０℃程度に加熱されるため、上
記問題が生じ易い、加えて回転数も毎分数千回転に達し
、樹脂劣化によりモールドの機械強度が弱まると、電機
子コイルが飛び出す原因にもなる。

本発明は、以上の点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、回転電機の回転子の耐熱性及び機械強
度を向上させ、高負荷、高回転においてもコイル間の絶
縁不良をなくし、コイルの飛び出し等をなくしてこの種
回転電機の信頼性を高めることにある。

〔課題を解決するための手段〕

第１の課題解決手段は、回転子の構造に係る発明で、次
のように構成する。

すなわち、回転軸１回転軸に固着された積層鉄心と、積
層鉄心外周のスロットに挿入固定されたコイル等を備え
る回転電機の回転子において、前記回転子の少なくとも
スロットとコイルの端部とは、液状エポキシ樹脂、酸無
水物系硬化剤。

マレイミド樹脂、ワラストナイトを含む樹脂組成物を充
填或いは被覆して硬化させたモールド構造を呈し、且つ
、このモールド構造は、エポキシ樹脂に対する前記酸無
水物系硬化剤の配合量が、エポキシ樹脂のエポキシ基１
当量に対して０．５〜１．５当量とし、前記エポキシ樹
脂、マレイミド樹脂及びワラストナイトは、エポキシ樹
脂１００重量部に対してマレイミド樹脂が３〜５０重量
部、ワラストナイトが５０〜４００重量部としてなる。

第２の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段に用い
た樹脂組成物を回転子にモールドする場合の方法の発明
で、その内容は、回転子の製造に際して予め第１の課題
解決手段で述べた絶縁性樹脂組成物を形成し、回転子の
コイルを前記スロットに巻装した後、少なくとも前記ス
ロット及びコイル端部に前記樹脂組成物を充填或いは被
覆し、その後に１６０＠Ｃ〜２００’　Ｃの温度下で上
記樹脂組成物を硬化させてなる。

〔作用〕

本発明の回転子におけるモールド構造は、前述したよう
に絶縁性を有する液状エポキシ樹脂に充填剤として、マ
レイミド樹脂、ワラストナイトを含有させてなる。この
回転子のモールド構造において、ワラストナイトが耐ク
ラツクの要素となる他に、マレイミド樹脂が耐熱性、耐
クラツク性の向上の要素となる。そして、本発明では、
特に、マレイミドＪｅ４′ｔ３を加えた点に従来にはな
い、大きな特徴を有する。

マレイミド樹脂は、エポキシ樹脂１００重量部に対して
、３〜５０重量部で配合される。その理由は、この配合
量が前記範囲よりも少なくなると、硬化物の耐熱性が劣
るようになり、また前記範囲より多くなると、耐クラツ
ク性及び含浸性が悪くなるためである。

ワラストナイトの配合量は、エポキシ樹脂１００重量部
に対して、５０〜４００重量部である。その理由は、こ
の配合量が前記範囲よりも少なくなると。

硬化物の耐クラツク性が損なわれ、また前記範囲より多
くなると含浸性が悪くなるためである。

このような回転子モールドに用いる樹脂組成物は、液状
の状態では、含浸性に優れるので、回転子のスロットの
ような狭あいな場所であっても、充分に浸透、充填させ
ることが可能となり、コイルとスロット間の接着効果を
増長させる。

また、樹脂組成物は、酸無水物系硬化剤の存在で硬化す
る。この回転子モールドは、マレイミド樹脂を適宜配合
量含有させることで、耐熱性に優れ、３５０℃の温度に
１０分間程度加熱されても、クラックやふくれがないこ
とが確認された。また、高温時の機械的固定強度（固着
力）に優れている。

従って、スタータモータのような高負荷、高回転の回転
子のモールドとして使用した場合には、熱によって絶縁
破壊が生じることがなく、且つ、回転子のコイルが高速
回転によってスロットから飛び出す事態も防止できる。

なお、第２の課題解決手段では、スロットやコイル端部
等に締縁モールドを施す場合に、１６０’　Ｃ〜２００
℃の温度下で上記樹脂組成物を硬化させているが、これ
は、樹脂組成物がモールド個所に充填し易くするためで
ある。

すなわち１回転子におけるスロット等にモールドを施す
場合、温度が前記範囲よりも低いと、樹脂組成物がゲル
化するまでに時間を要し、前記範囲よりも高いと、回転
子のスロット深部にまで樹脂組成物が充填する前に硬化
を始め、以上の事情を配慮して、前記温度範囲を設定し
たものである。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は自動車用スタータモータに用いる回転子ｌの斜
視図、第２図は、その一部所面図である。

回転子■は、モータブラケット（図示せず）内に回転可
能に支承される回転軸２を有し、回転軸２上には、複数
の鋼板を積層して１円筒状に形成した電機子鉄心３と、
整流子４が装着されている。

電機子鉄心３の外周表面には、第２図に示されるように
、複数のスロット５が形成され、スロット５の中には、
コイル６が挿入されている。コイル６は、例えばエナメ
ル被覆したいわゆるエナメル線を所定の形状に整形した
後に、これをスロツト５内に挿入し、その一端部を整流
子片に接続する。また、コイル６の端部及びスロット５
には。

絶縁性樹脂組成物７を付着、充填して加熱硬化させてい
る。この絶縁性樹脂組成物７は、モールドの役割をなし
て、回転子のコイルの絶縁と共にコイル６をスロット５
内に固定する役割もなす。

ここで、本実施例におけるモールド構造たる絶縁性樹脂
組成物７における具体例について説明する。

絶縁性樹脂組成物７は、Ａ）液状エポキシ樹脂、Ｂ）酸
無水物系硬化剤、Ｃ）マレイミド樹脂、Ｄ）ワラストナ
イトを含む液状樹脂組成物からなる。

本実施例で用いるエポキシ樹脂は、常温で液状を呈し、
エポキシ基を１分子に２個以上持つポリエポキシ化合物
であれば特に制限されず、種々のものが使用可能である
。このようなものとしては、例えば、ビスフェノールＡ
のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ビスフェノール
Ｆのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、フェノールノ
ボラック型のグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリ
セリンのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂、ポリアル
キレンオキサイドのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂
、ダイマー酸のグリシジルエステル型エポキシ樹脂、ブ
ロム化ビスフェノールＡのグリシジルエーテル型エポキ
シ樹脂、ビニルシクロヘキセンジオキサイド等の脂環式
エポキシ樹脂、ポリブタジェンを過酢酸でエポキシ化し
たエポキシ樹脂等が挙げられる。上記エポキシ樹脂の混
合物およびエポキシ樹脂の粘度を低下させるためのエポ
キシ化合物との混合物も使用することができる。

さらに、上記エポキシ樹脂や混合物には、液状を保持す
る限り、常温で結晶化しているエポキシ樹脂１例えばレ
ゾルシンやハイドロキノンのグリシジル型エポキシ樹脂
や、常温固体状エポキシ樹脂を溶解したものでもよい。

次に硬化剤としては、酸無水物系硬化剤が使用される。

その具体例としては、例えば、メチルテトラヒドロ無水
フタル酸、メチルへキサヒドロ無水フタル酸、無水メチ
ルナジック酸等が挙げられる。さらに酸無水物は、２種
以上を混合して使用することもできる。また、上記酸無
水物は、液状を保持する限り、常温で結晶化している酸
無水物や常温固体の酸無水物１例えばベンゾフェノンテ
トラカルボン酸二無水物、メチルシクロヘキセンジカル
ボン酸無水物、ジシクロペンタジェンと無水マレイン酸
の反応生成物等を溶解して使用することも可能である。

また、硬化促進剤としては、通常用いられている三級ア
ミン、三級アミン塩、四級アンモニウム塩、金属塩、イ
ミダゾール類、ＢＦ、−アミン錯体、１，８−ジアザビ
シクロ（５，４，０）ウンデンセン−７及びその付加物
等が用いられる。これらの例としては、ベンジルジメチ
ルアミン、トリス（２，４，６−シメチルアミノメチル
）フェノール及びその２エチルヘキシル酸塩、ｌ−ベン
ジル−２−メチルイミダゾール、トリメチルアンモニウ
ムクロライド、ＢＦ３モノエチルアミン等がある。

エポキシ樹脂に対する酸無水物系硬化剤の配合量は、エ
ポキシ樹脂のエポキシ基ｌ当量に対して。

０．５〜１．５当量、好ましくは０．７〜１．３当量で
ある。

また酸無水物にワラストナイトを配合することも可能で
ある。

本実施例では、前記酸無水系硬化剤を含むエポキシ樹脂
に対し、さらに、その耐熱性と耐クラツク性を改善する
ためにマレイミド樹脂とワラストナイトを配合する。

マレイミド樹脂は、（↓）式の一般式で表される構造単
位を１分子中に２個以上有するものである。

（１）式 前記式中、Ｒは水素、ハロゲン、アルキル基又はアルコ
キシ基である。

前記一般式で表されるマレイミド樹脂は、常法にしたが
って、無水マレイン酸化合物と多価アミノ化合物とを反
応させてマレアミド酸とした後。

マレアミド酸を脱水環化することのよって製造すること
が可能である。この場合、多価アミノ化合物としては、
例えば、フェニレンジアミン、キシリレンジアミン、４
．４’−ジアミノジフェニル、ビス（４−アミノフェニ
ル）メタン、ビス（４−アミノフェニル）エーテル、ビ
ス（４−アミノ−３−メチルフェニル）メタン、２，２
−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、２，２−ビス
（４−アミノ−３−メチルフェニル）プロパン、２，２
−ビス（４−アミノ−３−クロロフェニル）プロパン、
ｌ、１−ビス（４−アミノフェニル）−１−フェニルエ
タン等が挙げられる。また、マレイミド樹脂としては、
三菱油化社製ＭＰ−２０００Ｘ、　ＭＩＤ−３０００、
住友化学工業社製［１ｅｓｔｌｅｘ、　５Ｎ−２０、Ａ
Ｌ−９０等が挙げられる。

前記ワラストナイト（メタ硅酸カルシウム）としては、
平均粒径０．５〜１００μ国、好ましくは２〜２５μ重
のものが用いられる。このワラストナイトは、Ｃａ５ｉ
ｎ、の化学式で表され１通常、繊維状又は長柱状の粒子
形状を示す。

本実施例では、回転子モールド部（樹脂組成物）７を構
成する場合において、マレイミド樹脂は、エポキシ樹脂
１００重量部に対して、３〜５０重量部、好ましくは５
〜２０重量部の割合で配合される。この配合量が前記範
囲より少なくなると、硬化物の耐熱性が劣るようになり
、また前記範囲よりも多くなると、耐クラツク性及び含
浸性が悪くなる等の問題を生じる。ワラストナイトの配
合量は、エポキシ樹脂１００重量部に対して、５０〜４
００重量部、好ましくは１００〜３００重量部である。

この配合量が前記範囲よりも少なくなると、硬化物の耐
クラツク性が損なわれるようになり、また前記範囲より
多くなると含浸性が悪くなる等の問題が生じる。

さらに、本実施例に用いる組成物には、前記成分の他に
、目的に応じて、難燃剤、カップリング剤、チクソトロ
ピー付与剤、レベリング剤、潤滑剤、タレ防止剤、沈降
防止剤１分散剤、密着付与剤、潤湿剤、染料、顔料等を
配合してもよい。

本実施例のエポキシ樹脂組成物は、その保存及び輸送に
際して、液状エポキシ樹脂とマレイミド樹脂とワラスト
ナイトを含む第１液と、酸無水物系硬化剤を含む第２液
とからなるＺ液とに分けて取扱い、使用に際し、両者は
混合されて、絶縁組成物として構成する。このように、
第１液、第２液と分けることで、液状樹脂組成物の輸送
、保管時の硬化促進を防止できる。

次に、小形回転電機の回転子における製造工程のうち、
特にその絶縁方法について第３図に基づき説明する。

先ず、第３図（ａ）に示すように予め組立られた回転子
（をヒータ８を用いて１５０”　Ｃ〜２００＠Ｃに加熱
する６次に、上記のように加熱された回転子１の外周部
のモールドに必要な個所に、第３図（ｂ）のように樹脂
組成物７を常温の状態で上方に配置したノズル９から自
然滴下させる。滴下によりモールド個所に付着した樹脂
組成物７は、回転子１の熱により粘度低下を起こし、ス
ロット等の深部にまで侵入する。この樹脂組成物７は第
４図に示すように、常温２５’ｃの粘度は約５５０ＰＳ
程度で、１６０℃の高温下では当初１０ＰＳ程度に下が
るが、約６秒後にはゲル化を始めて、急激に粘度が上昇
し硬化する０以上述べたように自然滴下の初期は粘度が
ｔｏｐｓ程度に下がるため、回転子１の鉄心３の外周上
に形成されたスロット５と、その内部に挿入されたコイ
ル６との間の深部にも充分に浸入し。

もって回転子１のスロット５をも、第２図に示すように
、樹脂組成物７によって、はぼ完全に充填することが可
能となる。この場合、回転子１の温度が高すぎると、ス
ロット５の深部にまで樹脂組成物７が充填する前に硬化
を始める。逆に温度が低すぎると、ゲル化するまでに時
間を要するため。

１６０〜１８０°程度が好ましい。

また、回転子ｌの外周部やスロット５の深部に樹脂組成
物７を一様に一充填するためには、回転子１を回転しな
がら行うとよい６例えば１回転子１を４０ｒρ膓程度に
回転させながら行う。一方、短時間にスロット５深部に
まで樹脂組成物７を充填するには、第５図（ａ）に示す
ように、回転子１を１６０〜１８０’　ｃに加熱して、
外周部より加圧器１１で１−３Ｋｇ７ｃｍ”に加圧した
樹脂組成物７を注入すれば効果的である。

また、第５図（ｂ）に示すように、タンク１２内に樹脂
組成物７を収容して、この樹脂組成物７中に沈潜させた
後、タンク１２に設けた空気排出口１３から、タンク内
部１４の空気を抜いて真空状態にすれば、スロット５内
部の空気は泡となって外部に排出され１代わりに樹脂組
成物７がスロット５の深部にまで侵入し、確実に充填す
ることができる。

また、第５図（ｃ）のように、樹脂組成物７を自然滴下
する代わりに、樹脂組成物７の液面を一定に管理した容
器１５の上で回転子ｌを転がすことにより、回転子１の
外周部に樹脂組成物７を一様に付着させ２、充填させる
ことができる。

以上のようにして樹脂組成物７によりモールドされた回
転子１は、第３図（ｃ）に示すように、１６０〜２００
’　ｃの温度に連続して約５〜６分間加熱すると、硬化
を行う、この熱硬化に必要な加熱温度は、これを下げれ
ば硬化に必要な加熱硬化時間も長くなってしまう、逆に
加熱温度が高すぎると、樹脂組成物７からのガス発生が
多くなり１発Ａしたり。

温度差の影響でクラックを生じたりする。このため、熱
硬化温度は上記の如く１６０〜２００℃に設定するのが
好ましい。

しかして、以上のようにして製造された回転子１は、約
３５０℃の温度でＩＯ分間程度加熱された状態が継続し
ても、硬化後の樹脂組成物にクラックが生じたり、ガス
を噴出したり、或いは発煙する等の問題はなかった。

そして、この回転子をエンジン始動用のスタータモータ
に用いて耐久性テストを行ったところ、始動時において
短時間ではあるが非常に大きな電機子電流が流れ、回転
子１自体がコイルの発熱で３ｓｏ’　ｃまで加熱された
が、この場合にモータが小形化されたものであっても、
絶縁不良が生じることもなかった。また、スタータは、
その始動時においては、毎分数千回転の高速回転を行う
が、モールドする樹脂組成物は、耐熱性、接着性に優れ
る結果、モータ回転の遠心力によって回転子のコイルが
飛び出すことも無い結果が得られた、〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、回転電機を約３５０℃
の高温下で使用しても１回転子の絶縁モールドの耐熱性
が優れて発煙、クラック、ふくれ等の発生を防止でき、
しかもその絶縁性２機械強度を低下させることがないの
で、高負荷、高回転にも耐え得る、高信頼性の小形回転
電機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明の一実施例たる小形回転電機の回転子を
示す斜視図、第２図は上記回転子の部分断面図、第３図
は上記回転子の絶縁作業工程を示す説明図、第４図は上
記実施例に用いる絶縁性樹脂組成物の温度−粘度特性図
、第５図は上記回転子の他の絶縁作業工程を示す説明図
である。 １・・・回転子、２・・・回転軸、３・・・電機子鉄心
、５・・・スロット、６・・・電機子コイル、７・・・
絶縁性樹脂、８．１０・・・ヒータ、９・・・ノズル、
１１・・・樹脂加圧器、１２・・・真空タンク、ｔ５樹
脂容器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸、該回転軸に固着された積層鉄心と、該積層
   鉄心外周のスロットに挿入固定されたコイル等を備える
   回転電機の回転子において、前記回転子の少なくとも前
   記スロットと前記コイルの端部とは、液状エポキシ樹脂
   、酸無水物系硬化剤、マレイミド樹脂、ワラストナイト
   を含む樹脂組成物を充填或いは被覆して硬化させたモー
   ルド構造を呈し、且つ、このモールド構造は、エポキシ
   樹脂に対する前記酸無水物系硬化剤の配合量が、エポキ
   シ樹脂のエポキシ基１当量に対して０．５〜１．５当量
   とし、前記エポキシ樹脂、マレイミド樹脂及びワラスト
   ナイトは、エポキシ樹脂１００重量部に対してマレイミ
   ド樹脂が３〜５０重量部、ワラストナイトが５０〜４０
   ０重量部としてなることを特徴とする回転電機の回転子
   。 ２、第１請求項において、前記ワラストナイトは、繊維
   状又は長柱状の粒子形状で、平均粒径が０．５〜１００
   μｍよりなる回転電機の回転子。 ３、回転軸、該回転軸に固着された積層鉄心と、該積層
   鉄心の外周に形成されたスロットに挿入固定されたコイ
   ル等で構成される回転電機の回転子において、 液状エポキシ樹脂、該エポキシ樹脂に対して配合量がエ
   ポキシ樹脂のエポキシ基１当量に対して０．５〜１．５
   当量とした酸無水物系硬化剤、前記エポキシ樹脂１００
   重量部に対して３〜５０重量部のマレイミド樹脂、前記
   エポキシ樹脂１００重量部に対して５０〜４００重量部
   のワラストナイト等を含む液状の絶縁性樹脂組成物を形
   成し、前記回転子のコイルを前記スロットに巻装した後
   、少なくとも前記スロット及びコイル端部に前記樹脂組
   成物を充填或いは被覆し、その後に１６０℃〜２００℃
   の温度下で上記樹脂組成物を硬化させてなることを特徴
   とする回転子の絶縁方法。 ４、第３請求項において、前記樹脂組成物は、その使用
   前は、前記液状エポキシ樹脂、マレイミド樹脂及びワラ
   ストナイトを含む第１の液と、前記酸無水物系硬化剤を
   含む第２液とに分けて管理し、モールド作業を行う時に
   前記第１の液と第２の液とを混合して使用する回転子の
   絶縁方法。 ５、第３請求項又は第４請求項において、前記樹脂組成
   物を充填・被覆する前に、前記回転子を１５０℃〜２０
   ０℃に予備加熱する工程を有する回転子の絶縁方法。 ６、第３請求項ないし第５請求項のいずれか１項におい
   て、前記樹脂組成物の充填、被覆は、この樹脂組成物を
   液状の状態で容器に収容して、この樹脂組成物の液面に
   前記回転子を接触させつつ回転させながら行う回転子の
   絶縁方法。 ７、第３請求項ないし第５請求項のいずれか１項におい
   て、前記樹脂組成物の充填、被覆は、前記樹脂組成物を
   回転子上に自然滴下、加圧含浸、真空含浸及び浸漬のう
   ちいずれか１つを施して行われる回転子の絶縁方法。