JP2007274763A - ワニス含浸方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱時間が短縮でき、水分除去効率にも優れた予備乾燥工程を含み、最終的に高品質のモータを得ることができるワニス含浸方法を提供すること。
【解決手段】ステータコアに挿入配設した巻線コイルを加熱して、巻線コイルにおける電線被膜樹脂の残留応力除去及び水分除去を行うための予備乾燥工程Ｓ２と、予備乾燥工程Ｓ２において加熱された巻線コイルの温度をワニスの滴下温度まで低下させる冷却工程Ｓ３と、巻線コイルへのワニスの滴下を行う滴下工程Ｓ４とを含む。予備乾燥工程Ｓ２においては、ステータコアを減圧雰囲気下に配置すると共に、巻線コイルに高周波電力を直接投入して該巻線コイルを加熱する。予備乾燥工程Ｓ２における減圧雰囲気は、１０ｋＰａ以下の減圧状態とすることが好ましい。予備乾燥工程Ｓ２における巻線コイルの加熱温度は、電線被膜樹脂のガラス転移温度以上融点以下の温度とすることが好ましい。
【選択図】図５

Description

本発明は、ステータコアに挿入配設した巻線コイルにワニスを滴下含浸させるワニス含浸方法に関する。

例えば、車両等に用いるモータのステータにおいては、ステータコアのスロットに挿入配設した巻線コイルに対してワニスを滴下して、巻線コイルにおける各電線同士の絶縁性、耐振性、耐油性、耐薬品性、放熱性等を向上させている。
例えば、特許文献１に開示されるワニスの滴下含浸方法においては、巻線コイルを挿入配設したステータコアを、その軸方向が水平方向になるようにして保持する。そして、このステータコアを回転させながら、巻線コイルの一部がステータコアの軸方向端部から突出してなるコイルエンド部へワニスを滴下している。
これにより、コイルエンド部に滴下したワニスを、ステータコアのスロット内に挿入配設されている巻線コイルの内部へ毛細管現象によって浸透させ、巻線コイルの全体にワニスを含浸させている。

特開２００３−１８９５２３号公報

ところで、ステータコアに挿入配置された巻線コイルは、それまでのコイル形成工程等を経ることによって、各被覆電線の被膜（電線被膜樹脂）に、残留応力が生じた状態となっている。また、ステータコアのスロットに挿入されるスロット絶縁紙やウエッジ等には、ある程度の水分が含有されている。これらの残留応力および水分を残したままでワニスの含浸を行った場合には、耐久性等に不利であることが知られている。そこで、ワニスの滴下工程を実施する前に、巻線コイルを備えたステータコアを加熱して、電線被膜樹脂樹脂のアニーリングおよび水分の除去を行う予備加熱工程が実施されている。

しかしながら、従来の予備加熱工程は、通常、熱風循環炉を用いて行われるが、残留応力除去および水分除去を充分に行うには、比較的長い時間が必要であった。そのため、予備加熱工程の合理化、つまり、加熱時間の短縮および水分除去効率の向上が求められていた。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、加熱時間が短縮でき、水分除去効率にも優れた予備乾燥工程を含み、最終的に高品質のモータを得ることができるワニス含浸方法を提供しようとするものである。

本発明は、ステータコアに挿入配設した巻線コイルを加熱して、該巻線コイルにおける電線被膜樹脂の残留応力除去及び水分除去を行うための予備乾燥工程と、
該予備乾燥工程において加熱された上記巻線コイルの温度をワニスの滴下温度まで低下させる冷却工程と、
上記巻線コイルへの上記ワニスの滴下を行う滴下工程とを含み、
上記予備乾燥工程においては、上記ステータコアを減圧雰囲気下に配置すると共に、上記巻線コイルに高周波電力を直接投入して該巻線コイルを加熱することを特徴とするワニス含浸方法にある（請求項１）。

本発明のワニス含浸方法における上記予備乾燥工程では、単に、巻線コイルを備えたステータコアを加熱するのではなく、上記ステータコアを減圧雰囲気下に配置して加熱する。これにより、常温で加熱する場合に比べて、水分の沸点が低くなり、水分の除去効率を格段に向上させることができる。

また、上記巻線コイルの加熱を、巻線コイルに高周波電力を直接投入することにより行う。この高周波電力の直接投入は、巻線コイルの自己発熱および巻線コイルから生じる磁界によってステータコアが誘導加熱される作用とが相俟って、従来よりも早期に加熱することができる。そのため、加熱による水分の除去および電線被膜樹脂の残留応力除去を従来よりも効率よく行うことができる。

このように、本発明では、上記の特殊な予備乾燥工程によって、従来よりも加熱時間が短縮でき、水分除去効率も向上できる。そのため、この予備乾燥工程を含むワニス含浸方法を実施することにより、最終的に高品質のモータを得ることができる。

本発明においては、上記予備乾燥工程における減圧雰囲気は、１０ｋＰａ以下の減圧状態とすることが好ましい（請求項２）。上記予備乾燥工程における減圧雰囲気は、常圧よりも少しでも減圧されていれば効果が生じるが、特に、１０ｋＰａ以下の減圧状態とすることによって、水の沸点を５０℃以下に低下させることができ、減圧効果を非常に高くすることができる。なお、減圧状態は、設備費用の許容する範囲で圧力が低いほど（真空度が高いほど）好ましい。

また、上記予備乾燥工程における上記巻線コイルの加熱温度は、上記電線被膜樹脂のガラス転移温度以上、融点以下の温度とすることが好ましい（請求項３）。上記予備乾燥工程では、水分の除去だけでなく、電線被膜樹脂の残留応力除去を行うアニーリングをも目的としている。このため、このアニーリング作用をより有効に得るには、上記のごとく巻線コイルの加熱温度を、電線被膜樹脂のガラス転移温度以上、融点以下の温度とすることが好ましい。

また、本発明では、上記予備乾燥工程を行った後、加熱された上記巻線コイルの温度をワニスの滴下温度まで低下させる冷却工程を行った後に上記滴下工程を行う。ここで、ワニスの滴下温度とは、ワニスの硬化温度よりも低く、かつ、ワニスの流動性が十分に得られる温度であって、ワニスの種類によって決定される。

また、上記冷却工程を経て行われる上記滴下工程は、ステータコアをその中心軸を中心にして回転させながら行うことが好ましい。これにより、ステータコアからはみ出したコイルエンド部にワニスを滴下する場合に、その周方向に均一にワニスを供給することができる。また、ワニス滴下を所定期間続けた後、浸透させるためにワニス滴下を停止するサイクルを複数回繰り返すようにしてもよい。

また、上記滴下工程の後に、上記巻線コイルに浸透した上記ワニスを硬化させる加熱硬化工程を行う際には、上記巻線コイルに高周波電力を直接投入することにより上記巻線コイルを加熱することが好ましい（請求項４）。この場合には、上記予備乾燥工程から加熱硬化工程までを、ステータコアを移動させずに１つの装置内で実施することが可能となり、製造方法の合理化を図ることができる。

以下に、本発明の実施例にかかるワニス含浸方法につき、図面を用いて説明する。
（実施例１）
まず、本例のワニス含浸方法を行うためのワニス含装置１について説明する。
本例のワニス含浸装置１は、図１、図４に示すごとく、上記ステータコア９１を保持して回転させる回転手段２を有する。
回転手段２は、回転モータ２１と、この回転モータ２１の出力軸に接続された回転主軸２２と、この回転主軸２２に移動可能に配設されたチャック部３と、ステータコア９１が回転手段２によって回転するときに通電手段４における通電ケーブル４１が捩れることを防止する捩れ防止機構２４とを有している。

上記回転主軸２２は、水平方向に向けて配設されており、上記チャック部３は、回転主軸２２に対してその径方向外方に突出可能な複数の爪部３１によって構成されている。本例では６つの爪部３１によってステータコア９１の内周側における６箇所の位置を押圧して、ステータコア９１を保持するよう構成されている。

また、回転モータ２１は、上記回転主軸２２を所定の回転角度で往復回転させるよう構成されている。そして、上記捩れ防止機構２４は、通電ケーブル４１を保持して、回転主軸２２の回転に従動して回転可能なケーブルベア（登録商標）を用いて構成されている。
なお、回転モータ２１により回転主軸２２を一方向に向けて連続回転させるよう構成した場合には、捩れ防止機構２４は、ケーブルベア（登録商標）を用いる代わりに、スリップリングを用いて構成することができる。このスリップリングは、通電ケーブル４１の途中に配設し、通電ケーブル４１の一方側と他方側とを電気的に接続すると共に、回転主軸２２の中心軸線回りに形成した複数の接続リング部によって、電気的接続を行ったまま回転することができるものである。

また、図１に示すごとく、ワニス含浸装置１は、回転手段２にステータコア９１を保持した状態で、巻線コイル９２に高周波電力を直接投入して該巻線コイル９２を加熱するための通電手段４を有している。通電手段４は、通電ケーブル４１の端部に形成した通電ケーブル端子と、巻線コイル９２におけるリード線の端部に形成したリード線端子との電気的接続を行う接続治具８を有している。この接続治具８は、通電ケーブル端子を取り付けたケーブル側治具部８１と、リード線端子を取り付けるリード線側治具部８２とからなり、このケーブル側治具部８１とリード線側治具部８２とは互いに着脱可能に構成されている。

通電手段４は、３相の高周波電流を発生させる高周波電源装置４０によって構成されており、この高周波電源装置４０は、位相のずれた３相の高周波電流をステータコア９１に挿入配設した３相の巻線コイル９２に通電するよう構成されている。また、通電ケーブル端子は、高周波電源装置４０から通電を行うための電流を流す通電ケーブル４１の先端部に圧着されている。

また、高周波電源装置４０は、インバータ等を用いて、商用の３相交流電源の周波数を高くして高周波電流を形成することができる。
そして、通電手段４は、ステータ９における巻線コイル９２に通電を行い、巻線コイル９２をその電気抵抗により自己発熱させると共に、通電による磁界の発生により、ステータコア９１に渦電流を発生させ、ステータコア９１を誘導加熱させることにより、ステータ９を各処理工程に適した温度に加熱することができる。

また、図１に示すごとく、本例のワニス滴下手段５は、ワニスを貯留する貯留タンク（図示略）と、この貯留タンクからワニスを送液するポンプ５５（図７）と、このポンプの吐出口に接続された送液管と、この送液管の先端部に接続したワニス滴下ノズル５１と、送液管中に配設されたバルブ（図示略）とを有している。
ワニス滴下ノズル５１は、巻線コイル９２のコイルエンド部９２２に均一にワニスを滴下できるように、複数箇所に設けてある。

具体的には、図１、図２に示すごとく、後述する減圧タンク６の奥側には、奥側に位置するコイルエンド部９２２の外周面にワニスを滴下するためのワニス滴下ノズル５１ａがステータコア９１の上方に３個配設されていると共に、奥側に位置するコイルエンド部９２２の内周面にワニスを滴下するためのワニス滴下ノズル５１ｂが回転主軸２２から突出する形態で配設されている。
また、図１、図３に示すごとく、減圧タンク６の開口部側には、開口部側に位置するコイルエンド部９２２の外周面にワニスを滴下するためのワニス滴下ノズル５１ｃがステータコア９１の上方に３個配設されていると共に、開口部側に位置するコイルエンド部９２２の内周面にワニスを滴下するためのワニス滴下ノズル５１ｄがコイルエンド部９２２内に位置するように配設されている。実際には、これらのワニス滴下ノズル５１ｃ、５１ｄは、後述する減圧タンク６の開閉扉６６に固定されている。

また、上記ワニス含浸装置１は、図１、図４に示すごとく、少なくとも回転手段２及びワニス滴下手段５を内蔵するよう設けられた減圧タンク６と、減圧タンク６内の減圧を行う減圧ポンプ７１とを有している。
減圧タンク６には、この減圧タンク６内に空気を供給するための空気供給口６２と、減圧ポンプ７１を接続した吸引口６１とが形成されている。また、空気供給口６２には、減圧タンク６内に空気を供給する空気ブロア７２が接続されている。

また、図１に示すごとく、減圧タンク６は、容器本体６５と、この容器本体６５に対して開閉可能な開閉扉６６とを有している。減圧タンク６には、ワニスが加熱された際に蒸発するワニス中の溶媒等を排気口６３から排気する排気脱臭装置７３と、この蒸発した溶媒等の濃度を検出するガス濃度検出器とが配設されている。そして、制御手段１０は、ガス濃度検出器７３１により検出した上記溶媒等の濃度を監視して、上記通電手段４による加熱量を制御するよう構成されている。

また、図１に示すごとく、上記回転手段２、通電手段４、ワニス滴下手段５、減圧ポンプ７１及び空気ブロア７２は、制御手段１０に電気的に接続され、この制御手段１０によって制御されるように構成されている。
すなわち、制御手段１０は、回転手段２がステータコア９１を回転させるタイミング、通電手段４により巻線コイル９２に通電を行うタイミング、及びワニス滴下手段５により巻線コイル９２にワニスの滴下を行うタイミング、減圧ポンプ７１により減圧タンク６内の減圧を行うタイミング、空気ブロア７２により減圧タンク６内へ空気の供給を行うタイミング等を制御することができる。

また、上記ステータコア９１には、サーミスタ等の温度検出器（図示略）が埋設されている。この温度検出器を用いてステータコア９１の温度を検出することにより、当該ステータ９を用いて構成する３相モータの温度の監視が可能になっている。
また、上記接続治具８は、上記通電ケーブル端子とリード線端子とのみを接続したが、上記ワニス含浸を行う際のステータ９の温度を検出するために、上記温度検出器における温度検出線端子を、制御手段１０における入力線端子と接続することもできる。
そして、この場合には、制御手段１０は、温度検出器によって検出したステータコア９１の温度を監視して、このステータコア９１の温度が各工程を行うのに適した温度になるよう通電手段４を制御することができる。

このような構成のワニス含浸装置１を用いた本例のワニス含浸方法は、図５に示すごとく、ワーク取付工程Ｓ１、予備乾燥工程Ｓ２、第１冷却工程Ｓ３、滴下工程Ｓ４、加熱硬化工程Ｓ５、第２冷却工程Ｓ６、ワーク取り外し工程Ｓ７を順次実施する。
まず、ワーク取付工程Ｓ１は、図１に示すごとく、巻線コイル９２を挿入配設してなるステータコア９１を、減圧タンク６内の回転手段２のチャック部３に保持させることにより実施する。

次に、ステータコア９１に挿入配設した巻線コイル９２を加熱して、巻線コイル９２における電線被膜樹脂の残留応力除去及び水分除去を行うための予備乾燥工程Ｓ２を行う。本例では、ステータコア９１を減圧雰囲気下に配置すると共に、巻線コイル９２に高周波電力を直接投入して該巻線コイル９２を加熱する。

より具体的には、上述した減圧ポンプ７１を運転して、減圧タンク６の減圧を行う。この減圧処理を行いながら、上記通電手段４を用いて巻線コイル９２に直接高周波電力を投入する。これにより、減圧状態の中での巻線コイル９２の加熱を行うことができる。本例では、１０ｋＰａ以下の圧力となるまで減圧すると共に、巻線コイル９２の温度は１８０℃まで加熱した。

次に、第１冷却工程Ｓ３を行う。この工程では、回転手段２のチャック部３にステータコア９１を保持して回転させながら、上記空気供給口６２から冷却用の空気を導入して、ワニス滴下温度であるおよそ８０〜１１０℃になるまで冷却する。なお、ワニス滴下温度は、ワニス中の触媒（過酸化物）が反応を開始する温度以下である。このとき、排気脱臭装置７３も運転して減圧タンク６内から排気を行いながらスムーズな空気の流れを実現する。

次に、ワニスの滴下工程Ｓ４を行う。この工程では、回転手段２のチャック部３にステータコア９１を保持して回転させながら、上記ワニス滴下手段５によりワニスの滴下を行う。このとき、滴下されたワニスは、コイルエンド部９２２から巻線コイル９２の挿入配設部９２１に向かって毛細管現象により浸透する。このとき、常温であるワニスの滴下によって、コイル温度が低下しないようにコイル温度を検出し、滴下に最適なコイル温度に保持されるように温度制御しながら行うことで、毛細管現象をより効果的に行っている。

次に、加熱硬化工程Ｓ５を行う。この工程でも、ステータコア９１をチャック３に取り付けたまま、上述した通電手段４を用いて巻線コイル９２およびステータコア９１を加熱する。まず、滴下されたワニス中の触媒が反応開始する温度まで（１２０℃）上げて硬化反応を開始させる。これにより、ワニス粘度が高くなり流動性をなくす（ゲル化）。その後、更にコイル温度を上げ（１６５℃）ワニスを完全に硬化させる。また、この工程では、ワニスの溶剤成分が多量に蒸発するので、上記排気脱臭装置７３を運転する。加熱によってワニスがゲル化し、硬化し、巻線コイル９２の各電線が固定される。

次に、第２冷却工程Ｓ６を行う。この工程では、上述した第１冷却工程Ｓ３の場合と同様に、回転手段２のチャック部３にステータコア９１を保持して回転させながら、上記空気供給口６２から冷却用の空気を導入して、作業者が取り扱い可能な温度であるおよそ４０℃になるまで冷却する。このとき、排気脱臭装置７３も運転して減圧タンク６内から排気を行いながらスムーズな空気の流れを実現する。
その後、チャック部３の爪部３１を縮小させることによってステータコア９１を自由状態とし、外部へ取り外すワーク取り出し工程Ｓ７を実施する。

以上のように、本例では、上記一連の工程を上記ワニス含浸装置１だけで実施することができる。そして、ここで注目すべきことは、上記予備乾燥工程Ｓ２では、単に、巻線コイル９２を備えたステータコア９１を加熱するのではなく、ステータコア９１を減圧雰囲気下に配置して加熱する。これにより、常温で加熱する場合に比べて、水分の沸点が低くなり、水分の除去効率を格段に向上させることができる。

また、上記巻線コイル９２の加熱を、巻線コイルに高周波電力を直接投入することにより行う。この高周波電力の直接投入は、巻線コイルの自己発熱および巻線コイルから生じる磁界によってステータコアが誘導加熱される作用とが相俟って、従来よりも早期に加熱することができる。そのため、加熱による水分の除去および電線被膜樹脂の残留応力除去従来よりも効率よく行うことができる。

ここで、上記予備乾燥工程Ｓ２を行う際の減圧による効果の説明図を図６に示す。同図は、横軸に時間（秒）を、縦軸に温度（℃）および真空度（ｋＰａ）を取り、真空度Ａおよび水の沸点温度Ｂをプロットしたものである。また、参考のために、減圧タンク６内の温度Ｃも示した。また、同図における真空度の単位は、常圧を０ｋＰａとして、減圧分を−（マイナス）で示したものである。
同図から知られるように、真空度を−９０ｋＰａよりも高くすること、つまり、およそ１０ｋＰａ以下の圧力まで減圧することによって、少なくとも水の沸点を５０℃以下とすることができ、加熱による水分除去効果を高めることができるということがわかる。

また本例では、上記滴下工程Ｓ４の後に、巻線コイル９２に浸透したワニスを硬化させる加熱硬化工程Ｓ５を行う際には、巻線コイル９２に高周波電力を直接投入することにより巻線コイル９２を加熱する。これによって、上述したごとく、ワニスの滴下処理に基本的に必要なすべての工程を、ステータコア９１を移動させずに１つのワニス含浸装置１内で実施することも可能となり、製造方法の合理化を図ることができる。

実施例１における、ワニス含浸装置の主要部構成を示す説明図。 実施例１における、減圧タンクの奥側のワニス滴下ノズルの配置状態を示す説明図。 実施例１における、減圧タンクの開口部側のワニス滴下ノズルの配置状態を示す説明図。 実施例１における、ワニス含浸装置の全体構成を示す説明図。 実施例１における、ワニス含浸処理の一連の工程を示す説明図。 実施例１における、予備乾燥工程における真空度と水の沸点との関係を示す説明図。

符号の説明

１ ワニス含浸装置
２ 回転手段
３ チャック部
４ 通電手段
５ ワニス滴下手段
６ 減圧タンク
７１ 減圧ポンプ
７２ 空気ブロア
９ ステータ
９１ ステータコア
９１１ スロット
９２ 巻線コイル
９２１ 挿入配設部
９２２ コイルエンド部

Claims (4)

1. ステータコアに挿入配設した巻線コイルを加熱して、該巻線コイルにおける電線被膜樹脂の残留応力除去及び水分除去を行うための予備乾燥工程と、
   該予備乾燥工程において加熱された上記巻線コイルの温度をワニスの滴下温度まで低下させる冷却工程と、
   上記巻線コイルへの上記ワニスの滴下を行う滴下工程とを含み、
   上記予備乾燥工程においては、上記ステータコアを減圧雰囲気下に配置すると共に、上記巻線コイルに高周波電力を直接投入して該巻線コイルを加熱することを特徴とするワニス含浸方法。
2. 請求項１において、上記予備乾燥工程における減圧雰囲気は、１０ｋＰａ以下の減圧状態とすることを特徴とするワニス含浸方法。
3. 請求項１又は２において、上記予備乾燥工程における上記巻線コイルの加熱温度は、上記電線被膜樹脂のガラス転移温度以上、融点以下の温度とすることを特徴とするワニス含浸方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、上記滴下工程の後に、上記巻線コイルに浸透した上記ワニスを硬化させる加熱硬化工程を行う際には、上記巻線コイルに高周波電力を直接投入することにより上記巻線コイルを加熱することを特徴とするワニス含浸方法。

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