JP2008228464A

JP2008228464A - コイル加熱装置

Info

Publication number: JP2008228464A
Application number: JP2007063994A
Authority: JP
Inventors: Shiro Nakamura; 史朗中村; Keiji Matsumoto; 圭司松本
Original assignee: OET KK
Current assignee: OET KK
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】高周波誘導加熱手段を採用するものでありながら、コアの熱変形等のおそれがなく、簡単な構成により効果的にコイル部を加熱することが可能なコイル加熱装置を提供する。
【解決手段】コアＦに巻装されたコイル部Ｌを高周波誘導加熱手段１のヘッドコイル３で発生する高周波磁束により加熱するコイル加熱装置において、前記ヘッドコイル３は、高周波磁束ＨＡ，ＨＢの発生方向が互いに逆方向となる少なくとも一対のループ状部３Ａ，３Ｂから構成されている。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えばモータや発電機のステータ、トランス等の製造工程において、コアに巻装されたコイル部を加熱するのに使用されるコイル加熱装置に関する。

例えば、モータや発電機のステータやトランスの製造工程では、コアに巻装されたコイル部にワニスを含浸したり、樹脂モールドを施すようになっているが、このワニス含浸等が良好に行えるように、ワニス含浸や樹脂モールド等の作業に先立って、コイル部を予備加熱するようになっている。また、コイル部に含浸されたワニス等を乾燥硬化させるために、コイル部を加熱することも行われている。

従来、例えば前記ステータの製造工程では、ワニス含浸や樹脂モールド等の作業に先立ってコイル部を予備加熱するために、ステータを加熱炉に搬入して、ステータ全体を加熱していた。

ところが、上記した従来の方法では、作業者がステータを加熱炉に挿入し、加熱後に、ステータを加熱炉から取り出して次の工程に送らなければならず、作業効率が悪い他に、加熱時間が比較的長時間となることから、使用電力量が大きくなるという問題があった。

また、所定温度まで加熱されたステータを加熱炉から取り出し、次工程に搬送するまでに手間がかかることから、コイル部を所定温度に保ちにくい。そのため、コイル部に塗布したワニスが良好に含浸しにくくなるとか、クラックが生じて樹脂製品の品質を損なうといった問題もある。

そこで、作業効率の改善、加熱時間の短縮による電力消費の低減化等を目的として、環状コア内に高周波誘導加熱用ヘッドコイルを配置し、このヘッドコイルによる高周波誘導加熱により、コイル部を加熱することが提案されている。

また、高周波誘導加熱方式による加熱に加え、コイル部に通電してコイル部を自己発熱させるようにした技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６０−８２０５０号公報。

しかし、前記高周波誘導加熱用ヘッドコイルを環状コアの中空部に配置して高周波誘導加熱方式で加熱する方法では、高周波誘導加熱用ヘッドコイルから発生する高周波磁束により、特にコアの外周部の厚さ方向の端部が局部的に加熱されて熱変形を起こしたり、損傷したりするおそれがあるという問題があった。

また、コイル部に通電して自己発熱させる技術では、自己発熱温度がばらついたり、通電時に電磁力が発生して、コイル部全体が振動するという問題があった。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、高周波誘導加熱手段を採用するものでありながら、コアの熱変形等のおそれがなく、簡単な構成により効果的にコイル部を加熱することが可能なコイル加熱装置を提供することを課題としている。

上記課題は、以下の手段によって解決される。
（１）コアに巻装されたコイル部を高周波誘導加熱手段のヘッドコイルで発生する高周波磁束を利用して加熱するコイル加熱装置において、前記ヘッドコイルは、高周波磁束の発生方向が互いに逆方向となる少なくとも一対のループ状部から構成されていることを特徴とするコイル加熱装置。
（２）前記各ループ状部の周囲に、各ループ状部によりそれぞれ発生する高周波磁束を前記コイル部に集中的に作用させる磁路をもった磁性体が配置されている前項（１）に記載のコイル加熱装置。
（３）前記ヘッドコイルは、環状コアの厚さ方向の少なくとも一端側に突出状に存在するコイル部に対して、該コアの厚さ方向外方から対向配置されるものとなされており、
各ループ状部は、前記環状のコア及びコイル部に対応して、円弧状に形成されている前項１または２に記載のコイル加熱装置。
（４）前記ヘッドコイルは、一対のループ状部で構成されるとともに、一方のループ状部は、前記コアの一方の略半分に対応して、各基端側から各先端側まで平行状態で略円弧状に延びるとともに、互いに先端同志がＵターン部を介して連成された外側及び内側辺部で構成される一方、ヘッドコイルの他方のループ状部は、前記コアの他方の略半分に対応して、各基端側から各先端側まで平行状態で略円弧状に延びるとともに、互いに先端同志がＵターン部を介して連成された外側及び内側辺部で構成されており、前記一方のループ状部における外側辺部の基端と他方のループ状部における内側辺部の基端とを一対として、あるいは一方のループ状部における内側辺部の基端と他方のループ状部における外側辺部の基端とを一対として通電端とし、前記一対のループ状部における前記通電端となっていない側の辺部の基端同志を連成してある前項３に記載のコイル加熱装置。

前項（１）に記載の発明によれば、ヘッドコイルに通電することにより、一方のループ状部と他方のループ状部に互いに逆向きの高周波磁束が発生する。このため、ヘッドコイルの全体から生じる磁束の分布において、遠方にまで及んでから折り返すような磁束の形成が抑制され、もっぱら局所的な磁束、例えばヘッドコイルのコイル線の外側をコイル線の外周に沿って一方向に回って閉じるような局所的な磁束や、あるいはさらに一方のループ状部の経路と他方のループ状部の経路とを周回するような経路で閉じる局所的な磁束が、支配的に生じているものと考えられる。そして、このようなヘッドコイルを、ステータやトランス等のコア部に巻装されたコイル部の近くに配置して駆動することにより、遠方にまで及んでから折り返すような磁束を抑制して、この磁束が存在した場合にコア部に発生する渦電流が抑制され、コア部の発熱が抑制される。一方、ヘッドコイルが近接配置されたコイル部に対しては前記局部的な磁束が作用することにより、コイル部に渦電流を生じさせ、これによりコイル部を発熱させる。このようにして、コアの発熱を抑制しながら、コイル部を効果的に発熱させることができる。

前項（２）に記載の発明によれば、各ループ状部によりそれぞれ発生する高周波磁束が、磁性体によりコイル部に集中透過されるから、さらにコイル部を効率的に加熱することができる。

前項（３）に記載の発明によれば、環状コアの厚さ方向の少なくとも一端側に突出状のコイル部を有する、例えばモータや発電機のステータのコイル部の加熱等にそのまま適用でき、これにより、コイル部に対する高周波誘導加熱を良好に行わせることができる。しかも、少なくとも一対のループ状部に互いに逆向きの高周波磁束が発生するから、環状コアの中空部を貫く磁束が相殺されることになり、環状コアの中空部を貫く磁束が存在する場合にこの磁束を打ち消すための電流が環状コアの閉回路に流れることによるコアの発熱減少をも防止でき、コアの発熱を抑制しながらコイル部のみを加熱する効果を、益々有効に発揮させることができる。

前項（４）に記載の発明によれば、一対のループ状部で構成されたヘッドコイルにおける一方のループ状部が、前記コアの一方の略半分に対応して、各基端側から各先端側まで平行状態で略円弧状に延びるとともに、互いに先端同志がＵターン部を介して連成された外側及び内側辺部で構成される一方、他方のループ状部が、前記コアの他方の略半分に対応して、各基端側から各先端側まで平行状態で略円弧状に延びるとともに、互いに先端同志がＵターン部を介して連成された外側及び内側辺部で構成されているから、環状コアの厚さ方向の少なくとも一端側に形成された突出状のコイル部を、コアの発熱を抑制しながら確実に加熱することができる。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２は、それぞれこの発明の一実施形態に係るコイル加熱装置により、モータまたは発電機のステータにおけるコイル部を加熱している状態を示す正面図及び断面図である。

図１及び図２において、このコイル加熱装置は、ステータＭのコイル部Ｌにワニスを塗布して含浸するのに先立って、該コイル部Ｌを予備加熱するために使用される。加熱手段としては、高周波誘導加熱装置１が用いられている。

前記ステータＭは、多数のケイ素鋼板を厚さ方向で積層してなる環状のコアＦにおける内周突部Ｆａに三相のコイル部Ｌを巻装してあり、コアＦの厚さ方向の両端側に、コイル部Ｌの環状引き回し部Ｌａが突出状態に存在している。また、このコイル部Ｌには、三相の外部端子Ｔが設けられている。

前記高周波誘導加熱装置１は、例えば、高周波発振部２（図４）と、前記コアＦの厚さ方向の外方から前記コイル部Ｌの引き回し部Ｌａに対向配置された上下一対のヘッドコイル３，３と、各ヘッドコイル３，３をそれぞれ収容した上下の磁性収容体４，４とを備えている。

上下のヘッドコイル３，３は同じ構成であり、また、上下の磁性収容体４，４も同じ構成であるから、以下においては、それぞれ一方のヘッドコイル３及び磁性収容体４を代表して説明する。

前記ヘッドコイル３は、前記高周波発振部２からの電力供給によって、高周波磁束を発生するものであり、コアＦの左半分及び右半分にそれぞれ対応する左右一対のループ状部３Ａ，３Ｂで構成されている。

左側のループ状部３Ａは、図３及び図４に示すように、コアＦの左半分の略半周分に対応して、各基端側から各先端側まで平行状態で略円弧状に延びるとともに、互いに先端同志がＵターン部３０ａを介して連成された外側及び内側辺部３１ａ，３２ａにより構成されている。

また、右側のループ状部３Ｂは、前記コアＦの右半分の略半周分に対応して、各基端側から各先端側まで平行状態で略円弧状に延びるとともに、互いに先端同志がＵターン部３０ｂを介して連成された外側及び内側辺部３１ｂ，３２ｂにより構成されている。

前記左側のループ状部３Ａにおける外側辺部３１ａの基端３１０ａと右側のループ状部３Ｂにおける内側辺部３２ｂの基端３２０ｂとが前記高周波発振部２に対して接続される一対の通電端として設定されている。そして、この場合、一対のループ状部３Ａ，３Ｂにおける前記通電端となっていない側の辺部、つまり、左側のループ状部３Ａにおける内側辺部３２ａの基端３２０ａと右側のループ状部３Ｂにおける外側辺部３１ｂの基端３１０ｂとが直接連成されている。なお、左側のループ状部３Ａにおける内側辺部３２ａの基端３２０ａと右側のループ状部３Ｂにおける外側辺部３１ｂの基端３１０ｂとを一対の通電端として設定してもよい。その場合には、一対のループ状部３Ａ，３Ｂにおける前記通電端となっていない側の辺部、つまり、左側のループ状部３Ａにおける外側辺部３１ａの基端３１０ａと右側のループ状部３Ｂにおける内側辺部３２ｂの基端３２０ｂとが直接連成される。

つまり、左側のループ状部３Ａと右側のループ状部３Ｂの各内側辺部３２ａ、３２ｂどうしが連成されたコイルヘッドに対して、左側のループ状部３Ａまたは右側のループ状部３Ｂの一方を１８０度転位させた位置関係に構成されている。

前記左側のループ状部３Ａにおいては、前記高周波発振部２からの矢印方向の通電によって、前記外側辺部３１ａと内側辺部３２ａとの間に、図３に示す方向の高周波磁束ＨＡが発生し、他方、右側のループ状部３Ｂにおいては、前記外側辺部３１ｂと内側辺部３２ｂとの間に、図３に示すように、前記高周波磁束ＨＡとは向きが逆となる高周波磁束ＨＢが発生するようになっている。また、左側のループ状部３Ａの外側辺部３１ａの外側、右側のループ状部３Ｂの外側辺部３１ｂの外側にも相互に逆向きの磁束が発生し、左側のループ状部３Ａの内側辺部３２ａの内側、右側のループ状部３Ｂの内側辺部３２ｂの内側にも相互に逆向きの磁束が発生するようになっている。従って、左右のループ状部３Ａと３Ｂで囲まれた中央部の空間を貫く磁束は、相互に打ち消されて、総和がゼロないしこれに近い値となっている。しかも、左右のループ状部３Ａ、３Ｂに発生する磁束は相互に逆向きであるから、ヘッドコイル１には、遠方にまで及んでから折り返すような磁束が発生せず、もっぱら一方向に出てヘッドコイルのコイル線の周りをコイル線の外周に沿って単に戻っていくような局所的な磁束や、一方のループ状部３Ａの経路と他方のループ状部３Ｂの経路とを周回するような経路で閉じる局所的な磁束が、支配的に生じていると考えられる。

前記磁性収容体４は、例えば図４及び図５に示すように、本体４０が、珪素鋼板のような磁性金属材により折り曲げ状の外周壁部４１と内周壁部４２を有する平面形状が円形の桶形に成形されており、前記外周壁部４１と内周壁部４２との空所に前記ヘッドコイル３が水平に収容されるようになっている。

前記本体４０における外周壁部４１と内周壁部４２との間に位置して、左側部位には、図４及び図５に示すように、前記左側のループ状部３Ａにおける外側辺部３１ａと内側辺部３２ａとの間の空間に嵌り込む左側磁路として、円弧状の左側磁性突部４Ａが設けられており、また、右側部位には、図４及び図５に示すように、前記右側のループ状部３Ｂにおける外側辺部３１ｂと内側辺部３２ｂとの間の空間に嵌り込む右側磁路として、円弧状の右側磁性突部４Ｂが設けられている。

なお、前記外周壁部４１には、前記ヘッドコイル３における通電端３１０ａ，３２０ｂの引き出しを妨げない開口部４３が形成されている。

次に、前記コアＦに巻装されたコイル部Ｌの引き回し部Ｌａにワニスを含浸させるに際し、その作業に先立って予備加熱のための高周波誘導加熱を実施する手順について説明する。

まず、前記ヘッドコイル３を図５に示すように前記磁性収容体４に収容する。この収容状態では、前記左側の磁性突部４Ａが前記左側のループ状部３Ａにおける外側辺部３１ａと内側辺部３２ａとの間に嵌り込んだ状態となり、また、前記右側の磁性突部４Ｂが前記右側のループ状部３Ｂにおける外側辺部３１ｂと内側辺部３２ｂとの間に嵌り込んだ状態となる（図６参照）。

このように磁性収容体４に収容されたヘッドコイル３を、図１，図２及び図６に示すように、磁性収容体４の外周壁部４１と内周壁部４２とがコイル部Ｌの引き回し部Ｌａ側を向く配置で、かつ前記コアＦの厚さ方向外方から引き回し部Ｌａに対向する状態に配置してから、高周波発振部２を駆動する。

高周波発振部２の駆動によって、前記通電端３１０ａ，３２０ｂからヘッドコイル３に、例えば図３及び図４に示す方向への通電が行われる。これにより、ヘッドコイル３における左側のループ状部３Ａにおける外側辺部３１ａと内側辺部３２ａとの間に、図３に示すように、紙面表面側から裏面側に向かう高周波磁束ＨＡが発生する一方、右側のループ状部３Ｂにおける外側辺部３ｂａと内側辺部３２ｂとの間に、図３に示すように、紙面裏面側から表面側に向かう高周波磁束ＨＢが発生する。

ところで、仮に、従来のように、一つのループ状ヘッドコイルのみを使用して高周波磁束を発生させた場合には、該ループ状ヘッドコイルには、遠方にまで及んでから折り返すような高周波磁束が発生し、それによる渦電流によってコアＦの端部等に発熱が生じる。しかも、コアＦの中空部を厚さ方向に貫通する磁束も生じて、この磁束を打ち消すための電流がコアＦに流れてコアＦはさらに発熱し、熱変形を起こしたり損傷したりするおそれがある。

これに対し、この発明の実施形態では、前述したように、ヘッドコイル３における左側のループ状部３Ａで発生する高周波磁束ＨＡと右側のループ状部３Ｂで発生する高周波磁束ＨＢとが互いに逆向きとなるから、コアＦの中空部を通過する磁束は相互に打ち消されて総和がゼロないしそれに近い値となる。このため、中空部を通過する磁束を打ち消すためにコアＦを閉回路とする環状電流が流れるのが抑制され、この電流分によるコアＦの自己発熱がなくなる。

しかも、ヘッドコイル３からは、遠方にまで及んでから折り返すような磁束が発生していないから、この磁束によってコアＦに渦電流が発生するのを防止でき、コアＦの発熱をさらに少なくすることが出来る。

一方、ヘッドコイル３との距離が近いコイル部Ｌの引き回し部Ｌａには、ヘッドコイル３のコイル線の外側を外周に沿って一方向に回って閉じるような局所的な高周波磁束や、一方のループ状部３Ａの経路と他方のループ状部３Ｂの経路とを周回するような経路で閉じる局所的な高周波磁束が作用し、この高周波磁束によりコイル部Ｌの引き回し部Ｌａの各素線に渦電流が流れ、引き回し部Ｌａは加熱される。なお、コアＦはヘッドコイル３との距離が、ヘッドコイル３とコイル部Ｌの引き回し部Ｌａとの距離よりも遠いから、前記ヘッドコイル３の局所的な磁束はコアＦにはさほど作用せず、コイル部Ｌのみが効果的に加熱される。

ところで、前記左右一対のループ状部３Ａ，３Ｂで構成されたヘッドコイル３を磁性収容体４に収容せずにそのまま使用することも可能である。しかし、この例では、磁性突部４Ａ，４Ｂ、外周壁部４１及び内周壁部４２が設けられた磁性収容体４を用いるから、前記磁性突部４Ａ，４Ｂ、外周壁部４１及び内周壁部４２がそれぞれ各ループ状部３Ａ，３Ｂで発生する高周波磁束ＨＡ，ＨＢをコイル部Ｌの引き回し部Ｌａに対して集中的に作用させる磁路となり、該高周波磁束ＨＡ，ＨＢの分散が抑制される。つまり、高周波磁束ＨＡ，ＨＢの多くを有効にコイル部Ｌの引き回し部Ｌａに集中させることができ、従って、コイル部Ｌに対する加熱効率を大幅に高めることができる。

上記実施形態では、ヘッドコイル３によりステータＭにおけるコイル部Ｌの引き回し部Ｌａを、高周波誘導加熱する例で説明したが、この例に限られるものではなく、例えばトランス等、コアにコイル部が巻装された各種の装置におけるコイル部の加熱に適用できることは勿論である。

また、円弧状の左側のループ状部３Ａと右側のループ状部３Ｂの構成も、前記実施形態に限定されることはなく、例えば図７に示すように、左側のループ状部３Ａの外側辺部３１ａと右側のループ状部３Ｂの内側辺部３２ｂとを連成するとともに、左側のループ状部３Ａの内側辺部３２ａと右側のループ状部３Ｂの外側辺部３１ｂとを連成し、右側のループ状部３Ｂの外側辺部３１ｂと内側側辺部３２ｂをＵターン部３０ｂを介して連成し、左側のループ状部３Ａの外側辺部３１ａと内側辺部３２ａのそれぞれの基端３１０ａ、３１０ｂを、高周波発振部２に対して接続される一対の通電端として設定しても良い。また、Ｕターン部３０ｂを左側のループ状部３Ａに、通電端を右側のループ状部３Ｂに設定しても良い。

また、円弧状のループ状部は１対でなくても良く、環状のコアＦ及びコイル部Ｌの引き回し部Ｌａに沿って、複数対形成しても良い。

また、前記ヘッドコイル３を構成している左右一対のループ状部３Ａ、３Ｂの平面形状についても、実施形態で示した略円弧状のものに限られるものではなく、適用する装置の形態に応じた変形例を採用可能である。例えば、図８に示すように、平面形状が円形であり、相互に発生する磁束の向きが逆のループ状部３０Ａ，３０Ｂによりヘッドコイル３を構成しても良い。

また、ヘッドコイル３を左右一対のみのループ状部３Ａ、３Ｂで構成したものに限らず、適用する装置等に応じて変更可能である。例えば、図９に示すように、発生する高周波磁束の向きが交互に逆向きとなるように、複数対のループ状部３０Ａ，３０Ｂ・・・・でヘッドコイル３を構成しても良い。

また、上記の実施形態では、コイル部Ｌのワニス含浸前の予備加熱を行う際に、高周波誘導加熱加熱装置を用いる場合を示したが、加熱の目的は限定されることはなく、含浸されたワニスの乾燥硬化に用いても良く、他の目的の加熱に用いても良い。

この発明の一実施形態に係るコイル加熱装置を用いて、ステータのコイル部を加熱している状態を示す正面図である。同じくコイル部の加熱状態を示す断面図である。コイル加熱装置における高周波誘導加熱用ヘッドコイルを示す平面図である。同じくヘッドコイル及びヘッドコイル用磁性収容体を示す斜視図である。同じくヘッドコイルを磁性収容体に収容した状態を示す平面図である。同じくヘッドコイルによる加熱時の動作説明図である。同じくヘッドコイルの変形例を示す平面図である。同じくヘッドコイルの別の変形例を示す平面図である。同じくヘッドコイルのさらに別の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１高周波誘導加熱手段
３ヘッドコイル
３Ａ（３０Ａ），３Ｂ（３０ｂ）ループ状部
４Ａ，４Ｂ磁路（磁性突部）
３０ａ，３０ｂＵターン部
３１ａ左側のループ状部における外側辺部
３１ｂ右側のループ状部における外側辺部
３２ａ左側のループ状部における内側辺部
３２ｂ右側のループ状部における内側辺部
３１０ａ左側のループ状部における外側辺部の基端（通電端）
３２０ａ左側のループ状部における内側辺部の基端
３１０ｂ右側のループ状部における外側辺部の基端
３２０ｂ右側のループ状部における内側辺部の基端（通電端）
ＨＡ，ＨＢ高周波磁束
Ｆコア
Ｌコイル部
Ｍステータ

Claims

コアに巻装されたコイル部を高周波誘導加熱手段のヘッドコイルで発生する高周波磁束を利用して加熱するコイル加熱装置において、
前記ヘッドコイルは、高周波磁束の発生方向が互いに逆方向となる少なくとも一対のループ状部から構成されていることを特徴とするコイル加熱装置。
前記各ループ状部の周囲に、各ループ状部によりそれぞれ発生する高周波磁束を前記コイル部に集中的に作用させる磁路をもった磁性体が配置されている請求項１に記載のコイル加熱装置。
前記ヘッドコイルは、環状コアの厚さ方向の少なくとも一端側に突出状に存在するコイル部に対して、該コアの厚さ方向外方から対向配置されるものとなされており、
各ループ状部は、前記環状のコア及びコイル部に対応して、円弧状に形成されている請求項１または２に記載のコイル加熱装置。
前記ヘッドコイルは、一対のループ状部で構成されるとともに、一方のループ状部は、前記コアの一方の略半分に対応して、各基端側から各先端側まで平行状態で略円弧状に延びるとともに、互いに先端同志がＵターン部を介して連成された外側及び内側辺部で構成される一方、ヘッドコイルの他方のループ状部は、前記コアの他方の略半分に対応して、各基端側から各先端側まで平行状態で略円弧状に延びるとともに、互いに先端同志がＵターン部を介して連成された外側及び内側辺部で構成されており、
前記一方のループ状部における外側辺部の基端と他方のループ状部における内側辺部の基端とを一対として、あるいは一方のループ状部における内側辺部の基端と他方のループ状部における外側辺部の基端とを一対として通電端とし、
前記一対のループ状部における前記通電端となっていない側の辺部の基端同志を連成してある請求項３に記載のコイル加熱装置。