CN104272562B - 发动机用线圈骨架 - Google Patents

Abstract

一种发动机用线圈骨架，其具有缠绕线圈的线圈骨架主体部和一体设置于该线圈骨架主体部的两端部的凸缘部，包含使用具有酰胺键的聚合物成型的树脂成型体、和含有芳族聚酰胺纸的绝缘纸，所述芳族聚酰胺纸由芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维形成，并且前述树脂成型体表面与前述芳族聚酰胺纸直接粘接。该发动机用线圈骨架能够耐电动发电机等的高效率化、大输出功率化。

Description

发动机用线圈骨架

技术领域

本发明涉及发动机用线圈骨架，更具体而言涉及例如在构成混合动力汽车、电动汽车等的电动发电机的发动机定子等中，以缠绕线圈的状态嵌入到磁芯线圈等芯材的发动机用线圈骨架。

背景技术

在混合动力汽车、电动汽车装载作为电动机及发电机选择性地发挥功能的电动发电机。上述电动发电机例如具备：固定于在轴心周围能够旋转地支承的输出轴的圆柱状的转子、具有相对于该转子的外周面隔着规定的间隙的内周面的发动机定子、和容纳该发动机定子的发动机外壳。

构成这种电动发电机的发动机定子通常由芯材和线圈构成，为了将该芯材与线圈之间绝缘，而将线圈缠绕于发动机用的线圈骨架，将该缠绕有线圈的线圈骨架嵌入到芯材。

以往，作为这种发动机用线圈骨架，例如提出了专利文献1、专利文献2等专利申请，这种以往的发动机用线圈骨架通常由合成树脂构成，例如若为集中卷定子的情况下，则使用聚苯硫醚等。

但是，由这种合成树脂构成线圈骨架的情况下，该线圈骨架的厚度下限为0.6mm左右，对于近年的电动发电机等的日益高效率化、大输出功率化及紧凑化而言，未必能够充分应对。

这种状况下，关于紧凑化，提出了一种发动机用线圈骨架，其中，线圈骨架主体部和凸缘部由绝缘纸形成，并且该由绝缘纸形成的主体部和凸缘部的至少与线圈接触的面由芳香族聚酰胺纤维构成(专利文献3)。利用该技术时，使用包含在下述结构的绝缘纸：基材的表面背面两侧介由粘接剂(10)、(10)设置有由芳香族聚酰胺纤维形成的耐热片材(9)、(9)，作为粘接剂，使用丙烯酸系粘接剂、含有环氧树脂成分、酚醛树脂成分、丙烯酸系树脂成分和咪唑系固化剂成分的热固性树脂组合物。

对于要求高效率和大输出功率的发动机用线圈骨架而言，需要同时满足

1)薄(低厚度)、

2)防止线圈与芯材的接地(高耐电压、耐部分放电)、

3)耐线圈的发热(耐热性)、

4)具有机械强度

这四种特性。特别是认为低厚度从越薄则越可以以这种程度使线圈增量、使线圈间隙因数增加、能够实现大输出功率化的意义来说是极其重要的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-102454号公报

专利文献2：日本特开2002-142399号公报

专利文献3：日本特开2008-263704号公报。

发明内容

本发明的目的在于，提供能够耐电动发电机等的高效率化、大输出功率化的发动机用线圈骨架。

本发明人等鉴于上述状况，为了开发能够耐电动发电机等的高效率化、大输出功率化的发动机用线圈骨架而进行了深入研究，结果达成了本发明。

第一方式中，本发明提供一种发动机用线圈骨架，其特征在于，其具有缠绕线圈的线圈骨架主体部和一体设置于该线圈骨架主体部的两端部的凸缘部，包含使用具有酰胺键的聚合物成型的树脂成型体、和含有芳族聚酰胺纸的绝缘纸，所述芳族聚酰胺纸由芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维形成，并且前述树脂成型体表面与前述芳族聚酰胺纸直接粘接。

第二方式中，本发明提供根据第一方式所述的发动机用线圈骨架，其特征在于，在与树脂成型体接触的面的绝缘纸浸渗有形成树脂成型体的树脂。

第三方式中，本发明提供根据第一方式或第二方式所述的发动机用线圈骨架，其特征在于，在树脂成型体存在用于线圈的定位的槽。

第四方式中，本发明提供第一方式～第三方式中任一项所述的发动机用线圈骨架的制造方法，其特征在于，在成型树脂成型体时，同时进行与绝缘纸的粘接。

第五方式中，本发明提供一种发动机，其特征在于，其使用在第一方式～第三方式中任一项所述的发动机用线圈骨架***芯材、在发动机用线圈骨架上缠绕线圈而成的定子。

第六方式中，本发明提供一种电动发电机，其特征在于，其使用在第一方式～第三方式中任一项所述的发动机用线圈骨架***芯材、在发动机用线圈骨架上缠绕线圈而成的定子。

第七方式中，本发明提供一种发电机，其特征在于，其使用在第一方式～第三方式中任一项所述的发动机用线圈骨架***芯材、在发动机用线圈骨架上缠绕线圈而成的定子。

附图说明

[图1]为一实施方式的发动机用线圈骨架的立体图。

[图2]表示与一实施方式成对的发动机用线圈骨架组合时(中央放入定子芯)的方式。

[图3]为构成线圈骨架的弯曲了的绝缘纸的立体图。

[图4]为构成线圈骨架的树脂成型体的立体图。

具体实施方式

(绝缘纸)

本发明中，绝缘纸指的是至少一侧的面由芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维形成的芳族聚酰胺纸，芳族聚酰胺纸其本身或含有芳族聚酰胺纸的层叠片材都是合适的。

(芳族聚酰胺)

本发明中，芳族聚酰胺指的是酰胺键的60%以上与芳香环直接键合的线状高分子化合物(芳香族聚酰胺)。作为这种芳族聚酰胺，可列举出例如聚间苯二甲酰间苯二胺及其共聚物、聚对苯二甲酰对苯二胺及其共聚物、聚(对亚苯基)-共聚(3,4’-二苯基醚)对苯二甲酰胺等。这些芳族聚酰胺例如通过使用了间苯二甲酰氯和间苯二胺的以往已知的界面聚合法、溶液聚合法等在工业上制造，可以以市售品形式获得，但是不限定于此。这些芳族聚酰胺中，聚间苯二甲酰间苯二胺由于具备良好的成型加工性、热粘接性、阻燃性、耐热性等特性而优选使用。

(芳族聚酰胺纤条体)

本发明中，芳族聚酰胺纤条体指的是具有抄纸性的薄膜状的芳族聚酰胺颗粒，也被称为芳族聚酰胺浆粕(参照日本特公昭35-11851号公报、日本特公昭37-5732号公报等)。

芳族聚酰胺纤条体熟知与通常的木材浆粕同样地实施离解、打浆处理（叩解処理），作为抄纸原料使用，为了保持适于抄纸的品质，可以实施所谓打浆处理。该打浆处理可以通过盘磨机、打浆机、其它的带来机械的切断作用的抄纸原料处理机器实施。该操作中，纤条体的形态变化可以通过日本工业标准P8121中规定的滤水度试验方法(freeness)监测。本发明中，实施了打浆处理后的芳族聚酰胺纤条体的滤水度优选处于10cm³～300cm³的范围内。对于滤水度大于该范围的纤条体而言，由此成型的多热 性电绝缘片材材料的强度有可能降低。另一方面，若想要得到小于10cm³的滤水度，则所投入的机械动力的利用效率减小，另外，单位时间的处理量大多减小，进而，纤条体的微细化过度进行，因此容易导致所谓粘合剂功能的降低。因此，即使如此想要得到小于10cm³的滤水度，也没有发现格外的优点。

(芳族聚酰胺短纤维)

芳族聚酰胺短纤维为将以芳族聚酰胺作为材料的纤维切断而成的，作为这种纤维，可列举出例如可以以帝人(株)的“テイジンコーネックス(注册商标)”、デュポン社的“ノーメックス(注册商标)”等商品名获得的纤维，但是不限定于它们。

芳族聚酰胺短纤维的长度通常可以从1mm以上且不足50mm、优选2～10mm的范围内选择。若短纤维的长度小于1mm则片材材料的力学特性降低，另一方面，为50mm以上时，在利用湿式法的芳族聚酰胺纸的制造时容易产生“缠绕”、“捆束”等，容易成为缺陷的原因。

(芳族聚酰胺纸)

本发明中，芳族聚酰胺纸指的是主要由前述的芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维构成的片材状物，通常具有20μm～1000μm、优选25～200μm的范围内厚度。进而，芳族聚酰胺纸通常具有10g/m²～1000g/m²、优选15～200g/m²的范围内的基重。特别优选芳族聚酰胺纤条体/芳族聚酰胺短纤维=30/70～70/30(重量比)。

芳族聚酰胺纸通常通过将前述芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维混合后片材化的方法制造。具体而言，例如可以适用将上述芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维干式共混后、利用气流形成片材的方法；将芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维在液体介质中分散混合后、吐出到透液性的支承体例如网或带上而片材化，去除液体并且进行干燥的方法等，但是它们之中，优选选择使用水作为介质的所谓湿式抄造法。

湿式抄造法中，通常为将至少含有芳族聚酰胺纤条体、芳族聚酰胺短纤维的单一或混合物的水性浆料，送液到抄纸机并进行分散后，通过脱水、揸水以及干燥操作以片材形式卷取的方法。作为抄纸机，利用长网抄纸机、圆网抄纸机、倾斜型抄纸机和它们组合而成的联合抄纸机等。利用联合抄纸机制造的情况下，通过将配混比率不同的浆料进行片材成型并合为一体，可以得到包含多层纸层的复合体片材。抄造时根据需要使用分散性提高剂、消泡剂、纸力增强剂等添加剂。

如上所述得到的芳族聚酰胺纸，通过在一对辊之间高温高压下热压，可以提高密度、机械强度。热压的条件例如使用金属制辊的情况下，可例示出温度100～400℃、线压力50～400kg/cm的范围内，但是不限定于它们。热压时也可以层叠多张芳族聚酰胺纸。上述热压加工也可以按照任意的顺序进行多次。

本发明中，前述绝缘纸的与树脂成型体粘接一侧的面的含有由芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维形成的芳族聚酰胺纸的绝缘纸，除了单纯的前述芳族聚酰胺纸之外，还可以列举出将前述芳族聚酰胺纸与聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚酰胺、半芳香族聚酰胺、苯氧基等聚合物或这些聚合物的共混物、合金等的薄膜层叠，并用粘接剂等粘接而成的片材。在此，作为用于层叠芳族聚酰胺纸的粘接剂，可以使用该技术领域中通常使用的任意一种合适的粘接剂，可列举出例如环氧类、丙烯酸类、酚类、聚氨酯类、硅类、聚酯类、酰胺类等粘接剂，但是不限定于它们。作为对于前述芳族聚酰胺纸的层叠体而言优选的粘接组合物，可列举出[丙烯酸类、硅类、聚氨酯类、聚酯类、环氧类等]。另外，利用粘接剂与上述薄膜层叠的情况下，薄膜通常大多被拉伸，这是由于，利用后文所述的制作线圈骨架时的熔融注塑成型法制造本发明的发动机用线圈骨架的情况下，容易产生由于收缩所导致的层叠片材的变形。

优选使用预先将上述聚合物熔融制膜而成的薄膜与上述芳族聚酰胺纸重叠，并进行加热加压，使聚合物熔融浸渗到芳族聚酰胺纸中的方法；将聚合物的抄造物(网)和芳族聚酰胺纸抄合或重叠，并进行加热加压，使树脂熔融浸渗到芳族聚酰胺纸中的方法；将树脂熔融挤出到芳族聚酰胺纸上并进行热粘着的方法等。

层叠的层数可以根据层叠体的用途、目的适当选择，但是若至少一侧的表层为芳族聚酰胺纸的层则光滑性良好，因此对于发动机而言，具有下述效果：例如容易在发动机定子的芯材与线圈之间、即设置于芯材的狭缝之间***上述线圈骨架，所以优选。可列举出例如日本特开2006-321183中记载的通过将树脂熔融挤出到芳族聚酰胺纸上并进行热粘着的方法制作的由芳香族聚酰胺树脂和分子内具有环氧基的含环氧基的苯氧基树脂形成、前述含环氧基的苯氧基树脂的比率为30～50质量%的聚合物与芳族聚酰胺纸的双层层叠片材，芳族聚酰胺纸、前述聚合物和芳族聚酰胺纸的三层层叠片材，但是不限定于它们。

层叠体的厚度根据层叠体的用途和目的适当选择，若弯曲、卷缠等加工性没有问题，则可以选择任意的厚度。通常，从加工性的观点考虑，优选50μm～1000μm(特别优选70～200μm)的范围内的厚度，但是不限定于此。

(树脂成型体)

本发明中，树脂成型体指的是通过将含有酰胺键的聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺612、聚酰胺11、聚酰胺12、共聚聚酰胺、聚酰胺MXD6、聚酰胺46、甲氧基甲基化聚酰胺、半芳香族聚酰胺等聚合物，或者日本特开2006-321951所示的含有聚酰胺树脂组合物的聚合物、或者它们的混合物，或者前述聚合物与玻璃纤维等无机物的混合物以熔融了的状态***到所希望的模具，冷却后从模具取下的熔融注塑成型法制作的成型体。特别是半芳香族聚酰胺与玻璃纤维的混合物的成型体由于耐热性高而优选。作为这种混合物的例子，可列举出デュポン社的ザイテル(注册商标)HTN51G、52G等，但是不限定于它们。

通过在树脂成型体与线圈接触的部分成型用于线圈的定位的槽，具有线圈的位置稳定、能够实现精度高的整齐缠绕、电动发电机等效率提高的效果，所以优选。

(发动机用线圈骨架的制造方法)

通过在上述模具内预先以前述绝缘纸的至少一部分与熔融了的聚合物接触的方式配置前述绝缘纸，使得熔融了的聚合物浸渗于绝缘纸的至少表面的部分，由此可以制作树脂成型体的部分与绝缘纸粘接而成的发动机用线圈骨架，无需使用粘接剂就可以在制作树脂成型体的同时进行粘接，所以优选实施。

以下列举出实施例对本发明进行说明。需要说明的是，这些实施例用于列举出例子对本发明的内容进行说明，对本发明的内容没有任何限定。

实施例

(参考例)

(原料制造)

使用日本特开昭52-15621号公报中记载的由定子和转子的组合构成的浆粕颗粒的制造装置(湿式沉淀机)，制造聚间苯二甲酰间苯二胺的纤条体。对其利用离解机、打浆机进行处理，将长度加权平均纤维长调节为0.9mm。所得到的芳族聚酰胺纤条体的滤水度为90cm³。

另一方面，将デュポン社制间位芳族聚酰胺纤维(ノーメックス(注册商标)、单丝纤度2但尼尔)切断为长度6mm(以下记载为“芳族聚酰胺短纤维”)。

(绝缘纸的制造)

分别将所制造的芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维在水中分散，制成浆料。将这些浆料以纤条体与芳族聚酰胺短纤维为1/1的配混比率(重量比)混合，利用タッピー式手抄纸机(截面积625cm²)制作片材状物。接着对其通过金属制压延辊在温度330℃、线压力300kg/cm下进行热压加工，得到表1的实施例1和2所示的芳族聚酰胺纸。

另外，利用日本特开2006-321183号公报中记载的方法。使用前述芳族聚酰胺纸和含环氧基的苯氧基树脂含量50重量%的半芳香族聚酰胺树脂组合物，得到包含芳族聚酰胺纸配置于外侧的芳族聚酰胺纸/树脂组合物/芳族聚酰胺纸的三层结构的含有芳族聚酰胺纸的表1的实施例3及4所示的层叠片材。

另外，用粘接剂将芳族聚酰胺纸与东レ社制聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜(S28♯16､厚度16μm)贴合，得到包含芳族聚酰胺纸配置于外侧的芳族聚酰胺纸/聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜/芳族聚酰胺纸的三层结构的含有芳族聚酰胺纸的表1的实施例5及6所示的层叠片材。

(实施例)

(发动机用线圈骨架的制造)

使用参考例中制造的绝缘纸和作为聚合物的デュポン社制半芳香族聚酰胺(ザイテル(注册商标)HTN51G35G35EF)，在表1所示的条件下实施嵌件成型，得到图1所示的发动机用线圈骨架。即，在发动机用线圈骨架成型用模具内的符合线圈骨架主体部的两侧端面的部分，预先装入参考例中制造的绝缘纸，向其中导入デュポン社制半芳香族聚酰胺，通过熔融注塑成型法进行注塑成型，得到树脂成型体和绝缘纸一体成型而成的线圈骨架主体部(如图4所示)、和熔融了的聚合物浸渗于绝缘纸的至少表面部分而直接粘接于树脂成型体的表面而成的图1所示的发动机用线圈骨架。如此得到的发动机用线圈骨架的主要特性值通过下述方法评价。结果如表1所示。

(测定方法)

(1)基重、厚度的测定

根据JIS C2300-2实施。

(2)密度的计算

通过基重÷厚度计算。

(3)粘接性

肉眼观察绝缘纸与树脂成型体的粘接部分，粘接部分没有皱折(绝缘纸的凸起)的情况判断为“良好”，有皱折的情况判断为“不好”。

(4)绝缘纸部分的外观

肉眼判定绝缘纸的部分的成型时由于热所导致的翘曲的程度。

由表1的结果可知，实施例的发动机用线圈骨架，由于线圈骨架主体部由绝缘纸形成，因此可以期待厚度小(最大厚度135～140μm)、利用线圈的高线圈间隙因数（high coilspace factor）化实现的高效率化，绝缘纸与树脂之间的粘接也充分，因此绝缘击穿电压也充分高，进而所使用的芳族聚酰胺纸和聚合物的耐热性高，因此认为能够充分耐线圈的发热，所以作为能够耐电动发电机等的高效率化、大输出功率化的发动机用线圈骨架是有用的。

(比较例)

(发动机用线圈骨架的制造)

使用上述绝缘纸和作为聚合物的ポリプラスチックス社制聚苯硫醚(フォートロン(注册商标)1140A64))，在表2所示的条件下与实施例同样地实施嵌件成型，得到发动机用线圈骨架。如此得到的发动机用线圈骨架的主要特性值与实施例1同样地评价。结果如表2所示。

由表2的结果可知，比较例的发动机用线圈骨架在绝缘纸存在未浸渗树脂的部分，肉眼可以确认在绝缘纸与树脂成型体之间存在间隙的部分。认为这导致用于发动机等时部分放电产生、由于间隙的部分变厚而线圈的线圈间隙因数减小所导致的效率降低、嵌入到芯时的障碍的原因等，因此认为作为能够耐电动发电机等的高效率化、大输出功率化的发动机用线圈骨架是不合适的。

附图标记说明

1…线圈骨架凸缘部

2…线圈骨架凸缘部

3…用于线圈的定位的槽

4…将线圈骨架嵌入到定子芯时用于组装的凸突起

5…将线圈骨架嵌入到定子芯时用于组装的凹突起。

Claims (9)

1.一种发动机用线圈骨架，其特征在于，其具有缠绕线圈的线圈骨架主体部和一体设置于该线圈骨架主体部的两端部的凸缘部，包含使用具有酰胺键的聚合物通过基于熔融注塑成型法进行注塑成型而成型的树脂成型体、和含有芳族聚酰胺纸的绝缘纸，所述芳族聚酰胺纸由芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维形成，并且通过在发动机用线圈骨架成型用模具内的符合线圈骨架主体部的两侧端面的部分，预先装入前述绝缘纸，向其中导入具有酰胺键的聚合物，通过熔融注塑成型法进行注塑成型，通过树脂成型体和绝缘纸一体成型而成的线圈骨架主体部、和熔融了的前述聚合物浸渗于绝缘纸的至少表面的部分，由此所述树脂成型体表面与所述芳族聚酰胺纸直接粘接。

2.根据权利要求1所述的发动机用线圈骨架，其特征在于，在与树脂成型体接触的面的绝缘纸浸渗有形成树脂成型体的树脂。

3.根据权利要求1或2所述的发动机用线圈骨架，其特征在于，在树脂成型体设置有用于线圈的定位的槽。

4.根据权利要求1所述的发动机用线圈骨架，其中，树脂成型体由聚酰胺树脂及玻璃纤维的混合物形成。

5.一种权利要求1～3中任一项所述的发动机用线圈骨架的制造方法，其特征在于，在成型树脂成型体时，同时进行与绝缘纸的粘接。

6.根据权利要求5所述的发动机用线圈骨架的制造方法，其中，树脂成型体由聚酰胺树脂及玻璃纤维的混合物形成。

7.一种发动机，其特征在于，其使用在权利要求1～3中任一项所述的发动机用线圈骨架***芯材、在发动机用线圈骨架上缠绕线圈而成的定子。

8.一种电动发电机，其特征在于，其使用在权利要求1～3中任一项所述的发动机用线圈骨架***芯材、在发动机用线圈骨架上缠绕线圈而成的定子。

9.一种发电机，其特征在于，其使用在权利要求1～3中任一项所述的发动机用线圈骨架***芯材、在发动机用线圈骨架上缠绕线圈而成的定子。