WO2020044892A1

WO2020044892A1 - 樹脂組成物と樹脂シート及び当該樹脂組成物を用いた固定子と当該固定子を用いた回転電機

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Publication number: WO2020044892A1
Application number: PCT/JP2019/029157
Authority: WO
Inventors: 孝仁村木; 松延　豊; 知弘安達; 博光岡本
Original assignee: 日立オートモティブシステムズ株式会社
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2019-07-25
Publication date: 2020-03-05
Also published as: CN112566968A; JP2020033433A; CN112566968B; JP7092617B2

Abstract

本発明の課題は、フィラーが高充填可能な発泡樹脂組成物および該組成物を用いた電気機器を提供することである。　本発明の電気機器は、(Ａ) マイクロカプセル型発泡剤と（Ｂ）発泡剤よりも硬さが低いフィラーとを含むことを特徴とする樹脂組成物、および該組成物を用いる。

Description

樹脂組成物と樹脂シート及び当該樹脂組成物を用いた固定子と当該固定子を用いた回転電機

　樹脂組成物と樹脂シートに関し、特に当該樹脂組成物を用いた固定子と当該固定子を用いた回転電機に関する。

　従来、電気機器、特に回転電機においてそのコイルの固定には含浸性や接着力の観点から、液状のエポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。しかし、液状樹脂の塗布には専用の装置が必要であり、さらに塗布時の垂れ落ちや　不要部分への付着などが生じ、作業性に問題が多い。一方、近年これらの問題を解決する手段の一つとして、発泡樹脂を用いたコイル固定法が検討されてきている（例えば、特許文献２、３参照）。

特開２０１５－１９４５７号公報特開２０１３－１０３９６４号公報特開２０１８－２１２０３号公報

　特許文献２の技術では、発泡樹脂の適用により、塗布時の垂れ落ちといった、液状樹脂が有していた課題は解決されているものの、樹脂内に気泡が生成しているため、強度や熱伝導率の低下といった新たな課題が生じている。特許文献３の技術では、耐熱性フィラーの添加により、強度や熱伝導率の低下を抑制している。しかし、耐熱性フィラーは硬度が高いものが多く、樹脂との混合時に発泡剤をつぶしてしまい発泡度が不十分となるといった課題がある。

　本発明に係る樹脂組成物は、マイクロカプセル型発泡剤と、発泡剤よりも硬さが低いフィラーとを含む樹脂組成物および該樹脂組成物により固定されたコイルと該コイルを有する電気機器であることを特徴とする。

　本発明によれば、作業性と強度、熱伝導性に優れた樹脂組成物および該組成物を用いた電気機器を提供することができる。

本実施形態に係る回転電機１０の構成を示す断面図である。本実施形態に係る回転電機１０の固定子２０の全体斜視図である。図２の点線部Ａで囲まれた部分であって固定子コイル６０周辺の拡大断面図である。

　本発明者らは、前述の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、樹脂が（Ａ）マイクロカプセル型発泡剤と、（Ｂ）発泡剤よりも硬さが低いフィラーと、を含む樹脂組成物が好ましいことを見出した。以下、本発明の実施形態に係る樹脂組成物を詳細に説明する。

　（熱硬化性樹脂組成物の構成）
　（Ａ）マイクロカプセル型発泡剤は、特に限定されるものではなく、例えば、揮発性溶剤をアクリル樹脂で包んだコア-シェル構造を有する構造であれば良い。合成法も特に限定されることは無く、界面重合法、ｉｎ　ｓｉｔｕ法などが適用可能である。

　（Ｂ）発泡剤よりも硬さが低いフィラーは、グラファイトやタルク、石膏、雲母、窒化ホウ素、大理石、ポリエチレンやポリスチレン、各種液晶性樹脂などの塊状物などがあげられる。これらの中でも、モース硬度が３よりも小さいフィラーが、混合時にマイクロカプセルの破損が少ない観点から、好ましい。

　これら成分を含む樹脂母材としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、いずれも使用可能ではあるが、耐熱性や強度の観点から、熱硬化性樹脂がより好ましい。熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂やビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂が挙げられ、耐熱性の観点から、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂が好ましい。

　エポキシ樹脂は、特に限定されるものではなく、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、ダイマー酸変性ビスフェノールA型などのビスフェノール型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型、クレゾールノボラック型などのノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂などが挙げられる。これらエポキシ樹脂は、一種類のみを用いてもよいし、適宜、二種類以上を混合して用いてもよい。また、エポキシ樹脂の硬化剤としては、酸無水物やフェノール、フェノールノボラック、ジシアンジアミドなどが挙げられる。

　不飽和ポリエステル樹脂は、特に限定されるのもではなく、二塩基酸と多価アルコールから得られる縮合物をラジカル重合性単量体に溶解して得られる。不飽和ポリエステル樹脂の原料として用いられる二塩基酸としては、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、無水イタコン酸等のα、β－不飽和二塩基酸や、フタル酸、無水フタル酸、ハロゲン化無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、テトラヒドロフタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、コハク酸、マロン酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、１、１０－デカンジカルボン酸、２、６－ナフタレンジカルボン酸、２、７－ナフタレンジカルボン酸、２、３－ナフタレンジカルボン酸、２、３－ナフタレンジカルボン酸無水物、４、４´－ビフェニルジカルボン酸、およびこれらのジアルキルエステル等の飽和二塩基酸等を用いることができる。しかし、特にこれらの化合物に限定されるものではない。これらの二塩基酸等は、一種類のみを用いてもよいし、適宜、二種類以上を混合して用いてもよい。

　不飽和ポリエステル樹脂の原料として用いられる多価アルコール類としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、２－メチル－１、３－プロパンジオール、１、３－ブタンジオール、ビスフェノールＡとプロピレンオキシドまたはエチレンオキシドとの付加物、グリセリン、トリメチロールプロパン、１、３－プロパンジオール、１、２－シクロヘキサングリコール、１、３－シクロヘキサングリコール、１、４－シクロヘキサングリコール、パラキシレングリコール、ビシクロヘキシル－４、４´－ジオール、２、６－デカリングリコール、トリス（２－ヒドロキシエチル）イソシアヌレート等を用いることができる。しかし、特にこれらの化合物に限定されるものではない。また、エタノールアミン等のアミノアルコール類を用いてもよい。これら多価アルコール類は、一種類のみを用いてもよいし、適宜、二種類以上を混合してもよい。また必要により、ジシクロペンタジエン系化合物を樹脂骨格中に組み入れてもよい。

　ビニルエステル樹脂の原料として用いられるエポキシ化合物としては、分子中に少なくとも２個のエポキシ基を有する化合物が用いられる。このようなエポキシ化合物としては、例えば、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ等のビスフェノール類とエピハロヒドリンとの縮合反応により得られるエピビスタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、フェノール、クレゾール、ビスフェノール等のフェノール類とホルマリンとの縮合物であるノボラックとエピハロヒドリンとの縮合反応により得られるノボラックタイプグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、テトラヒドロフタル酸、ヘキサヒドロフタル酸とエピハロヒドリンとの縮合反応により得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、４、４´－ビフェノール、２、６－ナフタレンジオール、水添ビスフェノールやグリコール類とエピハロヒドリンとの縮合反応により得られるグリシジルエーテル型エポキシ樹脂や、ヒダントインやシアヌール酸とエピハロヒドリンとの縮合反応により得られる含アミングリシジルエーテル型エポキシ樹脂等を用いることができる。しかし、特にこれらの化合物に限定されるものではない。これらエポキシ化合物は、一種類のみを用いてもよく、適宜二種類以上を混合して用いてもよい。

　ビニルエステル樹脂の原料として用いられる不飽和一塩基酸としては、例えば、アクリル酸、メタアクリル酸、クロトン酸等を用いることができる。また、マレイン酸、イタコン酸等のハーフエステル等を用いてもよい。しかし、特にこれらに限定されるものではない。これら不飽和一塩基酸は、一種類のみを用いてもよく、適宜二種類以上を混合して用いてもよい。

　上述した樹脂組成物には、必要に応じて、その他任意成分を添加してもよい。任意成分としては、例えば、ラジカル重合性単量体や重合開始剤、硬化促進剤、重合禁止剤、接着力向上剤等が挙げられる。

　ラジカル重合性単量体は、スチレン、ビニルトルエン、ビニルナフタレン、α－メチルスチレン、ビニルピロリドン、アクリルアミド、アクリロニトリル、アリルアルコール、アリルフェニルエーテル、（メタ）アクリル酸エステル、酢酸ビニル、ビニルピロリドン、(メタ)アクリルアミド、マレイン酸ジエステル、フマル酸ジエステル等が挙げられる。しかし、特にこれらの化合物に限定されるものではない。好ましくはスチレン、ビニルトルエン、（メタ）アクリル酸エステル（例えば、メタクリレート、アクリレート）を用いる。（メタ）アクリル酸エステルとしては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、プロピル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２－エチルヘキシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、ベンジル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、シクロヘキシル（メタ）アクリレート、ジシクロペンタニル（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニル（メタ）アクリレート、イソボルニル（メタ）アクリレート、メトキシ化シクロトリエン（メタ）アクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、３－ヒドロキシプロピル（メタ）アクリレート、４－ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコール（メタ）アクリレート、アルキルオキシポリプロピレングリコール（メタ）アクリレート、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、２－ヒドロキシ－３－フェノキシプロピル（メタ）アクリレート、グリシジル（メタ）アクリレート、カプロラクトン変成テトラフルフリル（メタ）アクリレート、エトキシカルボニルメチル（メタ）アクリレート、２－エチルヘキシルカルビトールアクリレート、１、４－ブタンジオール（メタ）アクリレート、アクリルニトリルブタジエンメタクリレート、ジシクロペンテニルオキシエチルメタクリレートや、２－メタクリロイルオキシエチルイソシアネート、２－メタクリロイルオキシエトキシエチルイソシアネートなどのイソシナト基を有する（メタ）アクリレート、２－（０－[１メチルプロピリデンアミノ]カルボキシアミノ）エチルメタクリレート、２－（１’［２、４ジメチルピラゾニル］カルボキシアミノ）エチルメタクリレートなどの熱潜在性を有するイソシアネート誘導基を有する（メタ）アクリレート等が挙げられる。これら化合物は、一種類のみを用いてもよく、適宜二種類以上を混合して用いてもよい。好ましくは、光重合開始剤の分解を阻害せず、反応性が高い、（メタ）アクリレート類が好ましい。

　重合開始剤は、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酸化安息香酸　ｔ－ブチル、過酸化安息香酸　ｔ－アミル、ｔ－アミル　パーオキシネオデカノエート、ｔ－ブチル　パーオキシネオデカノエート、ｔ－アミル　パーオキシイソブチレート、ジ（ｔ－ブチル）パーオキシド、ジクミルパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、１、１－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、２、２－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ブタン、ｔ－ブチルハイドロパーオキシド、ジ（ｓ－ブチル）パーオキシカーボネート、メチルエチルケトンパーオキシド等を用いることができる。これらの化合物は、一種類のみを用いてもよく、適宜二種類以上を混合して用いてもよい。これらの化合物の中でも、硬化温度の観点から、１、１－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）シクロヘキサン等の、１時間半減温度が１００℃から１５０℃の範囲の化合物が望ましい。

　硬化促進剤としては、ナフテン酸又はオクチル酸の金属塩（コバルト、亜鉛、ジルコニウム、マンガン、カルシウム等の金属塩）が挙げられる。これらは一種類のみを用いてもよく、適宜二種類以上を混合してもよい。

　重合禁止剤としては、ハイドロキノン、パラターシャリーブチルカテコール、ピロガロール等のキノン類が挙げられる。これらは一種類のみを用いてもよく、適宜二種類以上を混合してもよい。

　接着力向上剤としては、ｐ－スチリルトリメトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。これらは一種類のみを用いてもよく、適宜二種類以上を混合してもよい。

　（樹脂組成物の製造方法）
　上述した樹脂組成物は、（Ａ）マイクロカプセル型発泡剤と、（Ｂ）発泡剤よりも硬さが低いフィラー、母材となるエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、その他成分を、均一に攪拌、混合して製造する。また、必要に応じて溶剤を加えても良い。

　上述した樹脂組成物は、電気機器の部品の接着、例えば、回転電機の固定子巻線の固着用途に用いることができる。

　（樹脂組成物の組成例）
　続いて、（Ａ）マイクロカプセル型発泡剤と、（Ｂ）発泡剤よりも硬さが低いフィラーからなる樹脂組成物の組成例について例示する。ただし、以下に示す組成例に限定されるものではない。

　組成例１は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＪＥＲ１００４（三菱ケミカル製）９０重量部、多官能酸無水物リカシッドＴＭＥＧ－Ｓ（新日本理化製）１０重量部、熱膨張性マイクロカプセル（クレハ製）１０重量部、窒化ホウ素３０重量部を混合し、樹脂組成物とする。

　組成例２は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＪＥＲ１００４（三菱ケミカル製）９０重量部、多官能酸無水物リカシッドＴＭＥＧ－Ｓ（新日本理化製）１０重量部、熱膨張性マイクロカプセル（クレハ製）１０重量部、マイカ５０重量部を混合し、樹脂組成物とする。

　組成例３は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＪＥＲ１００４（三菱ケミカル製）９０重量部、多官能酸無水物リカシッドＴＭＥＧ－Ｓ（新日本理化製）１０重量部、熱膨張性マイクロカプセル（クレハ製）１０重量部、液晶性樹脂破砕物３０重量部を混合し、樹脂組成物とする。

　（熱硬化性樹脂組成物の比較例）
　続いて、熱硬化性樹脂の組成についての比較例を示す。比較例は、硬度が低いフィラーに変えてアルミナを添加している。

　比較例は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂ＪＥＲ１００４（三菱ケミカル製）９０重量部、多官能酸無水物リカシッドＴＭＥＧ－Ｓ（新日本理化製）１０重量部、熱膨張性マイクロカプセル（クレハ製）１０重量部、アルミナ５０重量部を混合し、樹脂組成物とした。

　（樹脂組成物の効果）
　作製した樹脂組成物の効果を確認するため、樹脂組成物の発泡状態を評価した。組成例１から３では、加熱条件化５倍発泡が可能であった。一方、比較例では、同一条件では、３倍発泡が限界であった。これは、比較例においては、発泡剤が混練時に、破砕されたためと考えられる。以上から、本実施例を用いることにより、発泡倍率とフィラーの高充填が両立できる。

　（熱硬化性樹脂組成物を用いた回転電機）
　次に、上述した熱硬化性樹脂組成物を用いた回転電機の実施の例を説明する。以下で説明する実施形態は、あくまでも一例であり、これらの実施例に限定されるものではない。なお、以下の説明では、回転電機の一例として、ハイブリット自動車に用いられる電動機を用いる。以下の説明において、「軸方向」は、回転電機の回転軸に沿った方向を指すものとする。また、「周方向」は、回転電機の回転方向に沿った方向を指すものとする。「径方向」は、回転電機の回転軸を中心としたときの動径方向（半径方向）を指すものとする。「内周側」は径方向内側（内径側）を指し、「外周側」はその逆方向、すなわち径方向外側（外径側）を指すものとする。

　図１は、本実施形態に係る回転電機１０の構成を示す断面図である。

　回転電機１０は、ハウジング５０と、固定子２０と、固定子鉄心２１と、固定子コイル６０と、回転子１１と、から構成される。

　固定子２０は、ハウジング５０の内周側に固定される。回転子１１は、固定子２０の内周側に回転可能に支持されている。

　ハウジング５０は、炭素鋼など鉄系材料の切削により、または、鋳鋼やアルミニウム合金の鋳造により、または、プレス加工によって円筒状に成形される。ハウジング５０は、電動機の外被を構成し、枠体或いはフレームとも称されている。

　ハウジング５０の外周側には、液冷ジャケット１３０が固定されている。液冷ジャケット１３０の内周壁とハウジング５０の外周壁とで、油などの液状の冷媒ＲＦの冷媒通路１５３が構成され、この冷媒通路１５３は液漏れしないように形成されている。液冷ジャケット１３０は、軸受１４４及び軸受１４５を収納しており、軸受ブラケットとも称されている。直接液体冷却の場合、冷媒ＲＦは、冷媒通路１５３を通り、冷媒出口１５４及び冷媒出口１５５から固定子２０へ向けて流出し、固定子２０を冷却する。冷媒貯蔵空間１５０は、冷媒通路１５３と繋がりかつ冷媒ＲＦを貯蔵する。

　回転子１１は、回転子鉄心１２と、回転軸１３と、から構成される。回転子鉄心１２は、珪素鋼板の薄板が積層されて作られている。回転軸１３は、回転子鉄心１２の中心に固定されている。回転軸１３は、液冷ジャケット１３０に取り付けられた軸受１４４及び軸受１４５により回転自在に保持されており、固定子２０内の所定の位置で、固定子２０に対向した位置で回転する。また、回転子１１には、永久磁石１８と、エンドリング（図示せず）が設けられている。

　溶接側コイルエンド６２は、複数の固定子コイル６０が接続される溶接部と配置される側の固定子コイル６０の一部である。反溶接側コイルエンド６１は、固定子２０は挟んで溶接部とは反対側に配置される固定子コイル６０の一部である。

　図２は、本実施形態に係る回転電機１０の固定子２０の全体斜視図である。

　固定子２０は、固定子鉄心２１と、固定子コイル６０と、により構成される。また固定子２０は、固定子鉄心２１と、前記固定子鉄心の内周部に多数個設けられているスロット１５に巻回された固定子コイル６０とから構成される。

　固定子鉄心２１は、珪素鋼板の薄板が積層される。固定子コイル６０は、固定子鉄心２１の内周部に多数個設けられているスロット１５に巻回される。図１に示されるように、固定子コイル６０からの発熱は、固定子鉄心２１を介して、ハウジング５０に伝熱され、液冷ジャケット１３０内を流通する冷媒ＲＦにより、放熱される。

　固定子コイル６０間の絶縁のため、固定子コイル６０の間には絶縁紙３００が環状に配置される。溶接部間の絶縁のため、溶接部間には絶縁紙３００が環状に配置される。

　また、スロットライナー３０１が各スロット１５に配設され、固定子鉄心２１と固定子コイル６０との電気的絶縁を施している。スロットライナー３０１は、銅線を包装するようにＢ字形状や、Ｓ字形状に成形されている。

　回転電機１０の組立は、予め、固定子２０をハウジング５０の内側に挿入してハウジング５０の内周壁に取付けておき、その後、固定子２０内に回転子１１を挿入する。次に、回転軸１３に軸受１４４及び軸受１４５が嵌合するようにして液冷ジャケット１３０に組み付ける。

　図３は、図２の点線部Ａで囲まれた部分であって固定子コイル６０周辺の拡大断面図である。

　固定子コイル６０は、断面が略矩形形状の導体（本実施例では銅線）である。断面略矩形形状のコイル導体を用いることで、スロット内の占積率を向上させ、回転電機１０の効率が向上する。

　固定子コイル６０に、（Ａ）マイクロカプセル型発泡剤と、（Ｂ）発泡剤よりも硬さが低いフィラーと、を含む樹脂組成物６０１を塗布する。塗布後、固定子コイル６０をスロット１５に挿入し、誘導加熱および／または通電加熱を用い、樹脂組成物６０１を加熱、硬化する。

　また、樹脂組成物６０１をスロットライナー３０２に事前に塗布し、スロット１５に挿入する。その後、固定子コイル６０を挿入し、誘導加熱および／または通電加熱を用い、樹脂を加熱、硬化する。なお図３は、加熱後の固定子コイル６０と樹脂組成物６０１の状態を示す。固定子コイル６０は、気泡７０１とフィラー７０２を含む樹脂組成物６０１により固定される。

　本樹脂組成物を用いることにより、従来の液状ワニス使用時の垂れ落ちや不要部への付着を防ぐことがモータ製造時の作業性が改善出来る。さらに、フィラーが高重点可能であることから、従来の発泡樹脂組成物よりも、熱伝導率の向上が容易であり、モータの冷却に効果がある。

　以上においては、永久磁石式の回転電機において説明を行ったが、本実施形態の特徴は固定子のコイル絶縁に関するものであるため、回転子は永久磁石式でなく、インダクション式や、シンクロナスリラクタンス、爪磁極式等にも適用可能である。また、巻線方式においては波巻方式であるが、同様の特徴を持つ巻線方式であれば、適用可能である。また、内転型で説明を行っているが、外転型でも同様に適用可能である。

　なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…回転電機、１１…回転子、１２…回転子鉄心、１３…回転軸、１５…スロット、１８…永久磁石、２０…固定子、２１…固定子鉄心、５０…ハウジング、６０…固定子コイル、６１…反溶接側コイルエンド、６２…溶接側コイルエンド、１３０…液冷ジャケット、１４４…軸受、１４５…軸受、１５０…冷媒貯蔵空間、１５３…冷媒通路、１５４…冷媒出口、１５５…冷媒出口、３００…絶縁紙、３０１…スロットライナー、６０１…樹脂組成物、７０１…気泡、７０２…フィラー、ＲＦ…冷媒

Claims

　マイクロカプセル型発泡剤と、当該マイクロカプセル型発泡剤よりも硬さが低いフィラーとを含む樹脂組成物。
　請求項１に記載の樹脂組成物において、
　前記フィラーの硬さが、モース硬度３以下である樹脂組成物。
　請求項１または２に記載の樹脂組成物において、
　熱硬化性である樹脂組成物。
　請求項１から３に記載の樹脂組成物が樹脂フィルムに塗布された樹脂シート。
　請求項１から３のいずれかに記載の樹脂組成物を有する回転電機の固定子であって、
　前記樹脂組成物は、固定子コイルと固定子鉄心の間に配置され、
　前記樹脂組成物は、気泡とフィラー双方を含む樹脂により構成される回転電機の固定子。
　請求項５に記載の固定子を有する回転電機。