JP2012182907A - 回転電機の回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁界コイルの巻線に塗布した未硬化樹脂が、巻線の全体に偏りなく付着した状態で加熱硬化させることのできる回転電機の回転子の製造方法の提供。
【解決手段】未硬化樹脂を巻線６に含浸されたコア組付体８は、水平に保持され塗布された未硬化樹脂の落下速度より大きい回転速度で回転される。熱風炉には、天井に多数の噴孔２６からなる熱風吹出口２７が設けてあり、底には熱風の吸引ダクト２８を備えた吸引口２９が配置されている。多数の噴孔２６は、コア組付体８の外径より小さい穴径を有し、回転子１の外径より小さいピッチで配列されている。
【選択図】図５

Description

この発明は、磁界コイルの巻線を熱硬化性の樹脂で固着する回転電機の回転子の製造方法に関する。

車両用交流発電機の回転子として、ランデル型ロータコアが使用されている。ランデル型ロータコアは、円筒状のボス部、ボス部の一端から展長されたディスク部、およびディスク部の外周から等間隔で他端側に延長された複数の爪部を有している一対のポールコアを対向して組み合わせている。各ポールコアの隣接した爪部の間は、ディスク部の外周に達するＶ字状の溝（Ｖ溝）となっている。

この一対のポールコアの間に磁界コイルを配し、軸心にシャフトを圧入することにより、コア組付体が組み付けられる。磁界コイルは、電気絶縁性のボビンと、このボビンに電導線を巻回した巻線とからなる。コア組付体は、一対のポールコアの爪部が所要の隙間を隔てて相互に噛み合わされ、爪部の間に波形隙間が連続的に形成される。

波形隙間は、ディスク部の外周を除く部分が、巻線の外周面が露出した窓となっている。この窓から巻線の外周面に未硬化樹脂が滴下などの方法で塗布され、巻線に含浸される。未硬化樹脂が巻線に含浸されたコア組付体は、熱風炉内で所定時間、所定の温度で加熱される。熱硬化した樹脂で巻線が固着され、回転子が製造される。

特許文献１には、未硬化樹脂を磁界コイルの巻線に塗布したコア組付体を、加熱して熱硬化する工程において、コア組付体のシャフトを水平にした状態で未硬化樹脂の塗布を行った後、コア組付体のシャフト（回転軸）を垂直に立てて加熱硬化する技術が開示されている。

回転軸を垂直に立てた状態では、巻線に含浸され表面張力より巻線に保持されている未硬化樹脂が、重力の作用で下方に移動し、巻線の上部では含浸樹脂が少なく、巻線の下部では含浸樹脂が多くなる傾向がある。巻線に含浸された未硬化樹脂の移動は、表面張力の作用が少なく、より重力の作用を受けやすい巻線の表面（外周面）で生じ易い。このため、回転子は、回転軸方向の一方側は樹脂膜厚が薄くなり、逆側は厚くなり易い。

回転子において、巻線の固着、導電線同士の絶縁に必要な含浸樹脂であるが、必要な膜厚が不足すると、その機能が十分に果たせなくなる可能性がある。また、一定膜厚以上の塗布は無駄であるだけでなく、回転子が回転する際に生じる遠心力に曝され、導電線にストレスを与える問題がある。

特開２００３−３０４６７１号公報

この発明の目的は、磁界コイルの巻線に含浸した未硬化樹脂が巻線の全体に偏りなく分布した状態で、熱硬化させることのできる回転電機の回転子の製造方法の提供にある。
請求項２に記載の発明の目的は、未硬化樹脂を含浸した巻線全体を均等に熱風に晒すことができ、巻線全体の未硬化樹脂を均一に熱硬化させることのできる回転電機の回転子の製造方法の提供にある。
請求項３に記載の発明の目的は、未硬化樹脂を含浸した巻線が層流の熱風により加熱され、巻線全体の未硬化樹脂を均一に熱硬化させることのできる回転電機の回転子の製造方法の提供にある。
請求項４に記載の発明の目的は、巻線に含浸した未硬化樹脂を巻線全体に偏りなく分布させた状態で熱風により加熱できる回転電機の回転子の製造方法の提供にある。

この発明の要旨は、回転子の加熱工程において、コア組付体を水平に配し、巻線に含浸させた未硬化樹脂が硬化するまでシャフト軸回りに回転させつづけ、同時に磁界コイルに向かって重力と逆方向から（重力と同方向の）熱風を吹きつける回転電機の回転子の製造方法にある。

コア組付体を水平に配しシャフト軸回りに回転させつづけることにより、重力の作用で下方に移動する未硬化樹脂の偏りを低減できるとともに、シャフトの軸方向に均一な未硬化樹脂の含浸分布を維持できる。また、磁界コイルに向かって重力と逆方向から熱風を吹きつけることにより、巻線の外周面に付着した未硬化樹脂の厚さのばらつきを低減できる。これにより、磁界コイルの巻線に含浸した未硬化樹脂が巻線の全体に偏りなく分布した状態で、熱風により巻線の含浸未硬化樹脂を加熱硬化させることができる。

請求項２の発明では、熱風を吹きつける熱風吹き付け手段は、回転子の外径より小さい多数の噴孔を回転子の外径より小さいピッチで配列した熱風吹出口から未硬化樹脂が含浸した磁界コイルを有する回転子に送風することを特徴とする。
これにより、磁界コイルの巻線に均一な温度の熱風を均等に当てることができ、塗布したゲル化樹脂を巻線の全体に偏りなく効率的に加熱硬化させることができ、生産性および製品の歩留りが向上する。

請求項３に記載の発明では、熱風吹き付け手段は、回転子の下流側に吸引手段を有することを特徴とする。
これにより、熱風を吸引することにより、熱風吹出口から回転子回りに吹き出した温風が、回転子の下流側を含めて流速が上昇する傾向となり、流量が増し、熱交換能力が向上する。

請求項４に記載の発明では、組付体の回転速度は、塗布された未硬化樹脂の落下速度より大きいことを特徴とする。
これにより、重力の作用で未硬化樹脂の含浸量が不均一になる不具合が防止でき。磁界コイルの巻線に均一に付着された状態で熱風による加熱硬化させることができる。

回転電機の回転子の一部断面図および要部拡大図である。 未硬化樹脂の滴下装置の概略図である。 回転子の熱風による樹脂の熱硬化工程図である。 熱風炉の平面図である。 熱風炉の正面図である。

この発明を実施するための形態を図に示す実施例とともに説明する。

図１は、車両用交流発電機の回転子１を示し、エンジンによって駆動され、発電のための界磁子として作動する。回転子１は、シャフト２と、このシャフト２に対向して固着された一対のポールコア３、３とを備える。これらポールコア３、３の間には、電気絶縁性のボビン４と、このボビン４に緻密に巻回された電導線である巻線５とからなる磁界コイル６が配設されている。巻線５は円筒状を呈し、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂７により固着されている。

ポールコア３、３はそれぞれ同形であり、シャフト２に外嵌めされる円筒状のボス部３１、３１と、このボス部３１、３１のそれぞれの外側端面から径方向に展長したディスク部３２、３２とを備える。各ディスク部３２の外周部分からは、複数の爪部３３が軸方向（内側方向）に延長されている。図１の実施例では、ポールコア３、３の爪部３３、３３は、同一形状で等間隔に形成され、爪部３３、３３の外周面は、シャフト２と同軸心を有する円筒面内に位置している。

ポールコア３の隣接する爪部３３、３３間は、略Ｕ字状ないし略Ｖ字状の溝（Ｖ溝）３４が、ディスク部３２の外周に食い込んで形成されている。一対のポールコア３、３は互いに対向して配され、ボス部３１、３１の先端面が突き合わされて、ボス部３１、３１の外周には磁界コイル６が外嵌めされている。この状態で配された一対のポールコア３、３および磁界コイル６にはシャフト２が圧入され、コア組付体８が形成される。

一方のポールコア３の爪部３３と他方のポールコア３の爪部３３とは、所要の隙間を有して交互に噛み合わせた状態となっており、爪部３３と爪部３３との間には、波形隙間９が円筒面に連続して形成されている。ポールコア３、３の各ボス部３１、３１とディスク部３２、３２と、爪部３３、３３とで囲まれた中空部に、磁界コイル６が収容されている。

波形隙間９は、ディスク部３２の外周以外の中間部が、巻線５の外周面が露出した平行四辺形状の領域（平行四辺形状の窓１０と呼ぶ）をもっている。この窓１０から、巻線５の外周面に、流動性のある未硬化の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂など）７が、滴下などの方法により塗布される。塗布された未硬化樹脂７は、巻線５の表面で伸展するとともに巻線５の内部に含浸される。続いて、コア組付体８は、熱風炉２０（図３に示す）内で加熱され、未硬化樹脂７が熱硬化し巻線５の表面および内部を固着する。

図２は、コア組付体８に、巻線５を固着するための未硬化樹脂７を滴下、塗布する樹脂塗布装置１１の概略を示す。樹脂塗布装置１１は、加圧手段１２を有する未硬化樹脂供給装置１３、未硬化樹脂の滴下ノズル１４、未硬化樹脂供給装置１３と滴下ノズル１４との連結流路１５を備えている。滴下ノズル１４には、滴下ノズル１４を水平に往復駆動させる水平駆動機構１６が付設されている。

滴下ノズル１４の下方には、コア組付体８のシャフト２を水平に保持しながら回転させる回転手段１７が設置され、滴下ノズル１４とワークであるコア組付体８との間には、滴下される未硬化樹脂７の検出手段１８が装着されている。１９は、検出手段１８からの信号を入力して、加圧手段１２、水平駆動機構１６、回転手段１７を制御する制御装置である。

巻線５への未硬化樹脂の含浸は、水平に保持したコア組付体８を回転手段１７により回転させながら、窓１０を通じて、滴下ノズル１４から流動性のある未硬化樹脂を巻線５の外周面に滴下することによりなされる。コア組付体８の回転速度、滴下ノズル１４の位置および滴下ノズル１４からの滴下量は、制御装置１９により適正に制御される。滴下された未硬化樹脂７は、巻線５の表面で伸展するとともに巻線５の内部に含浸される。つぎに、熱風炉２０（図３に示す）内で加熱して巻線５に含浸された未硬化樹脂７を熱硬化させて回転子１が製造される。

図３〜図５は、熱風炉２０内で、熱風によりコア組付体８の巻線５に含浸された未硬化樹脂７を熱硬化させる工程を示す。
図３は熱風炉２０の平面図を示し、熱風炉２０内は、ワーク（コア組付体８）を徐々に温度上昇させる第１ゾーン２Ａ、所定の温度で未硬化樹脂７を熱硬化させる第２ゾーン２Ｂ、第３ゾーン２Ｃ、第４ゾーン２Ｄがある。熱風炉２０内には、垂直に設置された駆動輪２１、２２にコンベア２３が水平に掛け渡されている。

コンベア２３には、シャフト２の一端を掴んでコア組付体８を水平に保持するチャック２４が外向きに列設されている。各チャック２４には、コア組付体８をシャフト２の軸回りに回転させる回転機構２５が付設されている。各チャック２４には、巻線５に未硬化樹脂７を含浸させたコア組付体８が、水平に保持されている。チャック２４は、回転機構２５により水平軸回りに所定の回転速度で回転しており、コア組付体８も水平に設定されたシャフト２の軸回りに所定の回転速度で回転している。

図４は熱風炉２０の第１ゾーン２Ａの正面図を示す。熱風炉２０の第２ゾーン２Ｂ、第３ゾーン２Ｃ、第４ゾーン２Ｄも第１ゾーン２Ａと同様の構造を有している。
熱風炉２０の天井には、図４のＡ−Ａ視図に示す如く、格子状または千鳥格子状に配された多数の噴孔２６からなる熱風吹出口２７が設けてあり、熱風炉２０の底には熱風の吸引ダクト２８を備えた吸引口２９が配置されている。多数の噴孔２６は、コア組付体８の外径より小さい穴径で、コア組付体８の外径より小さいピッチで配列された多数の噴孔２６から構成されている。

図５に示す如く、コア組付体８（回転子１）の外径より小さい穴径で、コア組付体８の外径より小さいピッチで配列された多数の噴孔２６から構成されている熱風吹出口２７は、矢印群３０で示す均一な流速で大面積の熱風Ｆを、重力と反対方向（図示上方向）からコア組付体８に吹き付ける。

この熱風Ｆは、図５の（ａ）および図５の（ｂ）に示す如く、全体が略等速の気流となって水平に配される熱風吹出口２７付近から、シャフト２の軸回りに回転しているコア組付体８の全体を包むように降下する。これにより、磁界コイル６の巻線５に均一な温度の等速の熱風を均等に当てることができ、塗布した未硬化樹脂７を巻線５の全体に偏りなく加熱硬化させることができる。

また、熱風の吸引ダクト２８を備えた吸引口２９が、回転子１の下流側に設置されている。これにより、図５の（ｂ）に示す流線の如く、磁界コイル６の巻線５の下流ゾーンＡにも層流の均一な温度の熱風を均等に当てることができ、未硬化樹脂７を巻線５の全体に偏りなく加熱硬化させることができる。

さらに、図５の（ｂ）に示す如く、コア組付体８の回転速度は、塗布された未硬化樹脂７の落下速度より大きく設定している。これにより、磁界コイル６の巻線５に含浸している未硬化樹脂７が、重力の作用で流動して偏る不具合を確実に防止でき、未硬化樹脂７が巻線５に均一に付着された状態で熱風による加熱硬化させることができる。

この発明では、加熱工程は、コア組付体８（回転子１）を水平に配し、巻線５に含浸させた未硬化樹脂７が硬化するまでシャフト軸回りに回転させつづけ、同時に磁界コイル６に向かって重力と逆方向から熱風を吹きつける。これにより、磁界コイル６の巻線５に均一な温度の熱風を均等に当てることができ、塗布した未硬化樹脂７を巻線の全体に偏りなく加熱硬化させることができるため、樹脂７が均一に含浸固着した磁界コイル６を備えた回転電機の回転子が製造できる。

１ 車両用交流発電機の回転子
２ シャフト
３、３ ポールコア
３１ 円筒状のボス部
３２ ディスク部
３３ 爪部
３４ Ｖ字状の溝（Ｖ溝）
４ 絶縁ボビン
５ 巻線
６ 磁界コイル
７ 未硬化樹脂（エポキシ樹脂）
８ コア組付体
９ 波形隙間
１０ 窓
１１ 樹脂塗布装置
１２ 加圧手段
１３ 樹脂供給装置
１４ 樹脂の滴下ノズル
１６ 水平駆動機構
１７ 回転手段
１9 制御装置
２０ 熱風炉
２１、２２ 駆動輪
２３ コンベア
２４ チャック
２５ 回転機構
２６ 多数の噴孔
２７ 熱風吹出口
２８ 吸引ダクト
２９ 吸引口

Claims (4)

1. 円筒状のボス部、その一端から展長されたディスク部およびこのディスク部から他端側に延長された多数の爪部を有する一対のコアを対向して配するとともに、この一対のコア内に、絶縁ボビンに導線を多数回巻き重ねた巻線を有する磁界コイルを配し、これらをシャフトを圧入して組付体を形成する組付工程、
   前記巻線の表面から未硬化樹脂を塗布して該巻線に含浸させる樹脂塗布工程、
   加熱して未硬化樹脂を硬化させる加熱工程からなる回転電機の回転子の製造方法であって、
   前記加熱工程は、前記組付体を水平に配し、前記巻線に含浸させた未硬化樹脂が硬化するまでシャフト軸回りに回転させつづけ、同時に磁界コイルに向かって重力と逆方向から熱風を吹きつけることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
2. 請求項１に記載の回転電機の回転子の製造方法において、
   前記熱風を吹きつける熱風吹き付け手段は、前記回転子の外径より小さい熱風吹出口の穴径をもち、前記回転子の外径より小さいピッチで配列された多穴板を通じて前記組付体に送風されることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
3. 請求項２に記載の回転電機の回転子の製造方法であって、
   前記熱風吹き付け手段は、前記組付体の下流側に吸引手段を有することを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の回転電機の回転子の製造方法において、
   前記組付体の回転速度は、塗布された未硬化樹脂の落下速度より大きいことを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。

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