JP2017112745A - フレームレス回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フレームレス回転電機の固定子を製造する工程を簡略化する。【解決手段】固定子鉄心１に固定子巻線２を備えた固定子本体１０を予熱した後、固定子本体１０を軸心Ｓを中心として周方向に回転しつつ、絶縁ワニスＶによりコイルエンド２ｂを滴下含浸すると共に絶縁ワニスＶ１により固定子鉄心１の外周面を滴下含浸する。その後、絶縁ワニスＶ，Ｖ１を加熱硬化し、更に冷却する。これにより、固定子鉄心１の外周面を別途工程により塗装する必要がなくなる。【選択図】図１

Description

本発明はフレームレス回転電機の製造方法に関し、特に固定子の製造工程を簡略化できるように工夫したものである。

各種の産業分野において、フレームレスモータが使用されている。例えばフォークリフトの走行用や荷役用や操舵用のモータや、ハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用のモータとして、フレームレスモータが使用されている。フレームレスモータは、固定子鉄心の外周側にフレームを取り付けておらず、固定子鉄心の外周面が直接空気に接触するようにしたものである。このような構造を採用することにより、固定子ひいてはモータを効果的に空気冷却することができる。

ここで、フレームレスモータの構造の一例を簡単に説明する。フレームレスモータの固定子は、薄板鋼板を積層した円筒状の固定子鉄心と、この固定子鉄心の内周面に形成したスロットに挿入された固定子巻線（固定子コイル）と、固定子鉄心の一端側に取り付けられた一端側のブラケットと、固定子鉄心の他端側に取り付けられた他端側のブラケットと、固定子鉄心の軸方向に延びて一端側と他端側のブラケットを固定子鉄心側に締め付けて両ブラケットを固定子鉄心に一体に固定する通しボルトを有している。回転子は固定子鉄心の内側に設けられ、回転子のシャフトは、両方のブラケットに設けた軸受により回転自在に支持されている（特許文献１参照）。

フレームレスモータを製造する手順は、次のようになっている。
（１） 固定子鉄心のスロットに固定子コイルを挿入し、固定子コイル相互を接続して固定子巻線を形成する。このとき固定子巻線（固定子コイル）のうち、固定子コイルの端面から外側に出ている部分が、コイルエンドである。
（２） コイルエンドの部分を固めて固定子コイルの振動を抑えるため、接着性及び耐熱性を有する絶縁ワニスを、滴下含浸法によりコイルエンドに施す。なお、従来の滴下含浸法の詳細は後述する。
（３） 回転子を固定子の内側に配置する。また、通しボルトにより両方のブラケットを固定子鉄心に固定すると共に、回転子のシャフトをブラケットの軸受により支持する。

ここで従来の滴下含浸法及び付随する製造工程について説明する。
滴下含浸法は、固定子鉄心のスロットに固定子巻線（固定子コイル）を挿入した物（以下これを「固定子本体」と称する）に対して行うものであり、耐熱性を有する熱硬化性の絶縁ワニスを、コイルエンドの部分に滴下して含浸させ、その後に絶縁ワニスを熱硬化させて、コイルエンド相互を固定・接着するものである。このようにコイルエンド相互を固定・接着することにより、コイルエンド部分が固まり固定子コイルの振動を抑えることができる。また、コイルエンド部分の絶縁も強化される（特許文献１，２参照）。

滴下含浸をするには、先ず、固定子本体を予熱する。予熱するには固定子本体を予熱室に搬入し、赤外線加熱、誘導加熱、炉内加熱または通電加熱などの方法により、固定子本体を予熱する（図３のステップＳ１）。

次に、予熱された固定子本体を滴下含浸室に移動し、滴下含浸をする。図４は滴下含浸をしている状態を示した概念図であり、１は固定子鉄心、２は固定子巻線（固定子コイル）、２ａは口出し線である。固定子巻線２のうち固定子鉄心１の端面から外側に出ている部分２ｂがコイルエンドである。ここでは、固定子鉄心１に固定子巻線２を備えたものを、固定子本体１０と称する。

図示はしないが、例えば特許文献２に示すように、固定子鉄心１の内側には径方向に拡縮可能なクランプが配置され、このクランプが拡径して固定子鉄心１の内周面を把持している。このクランプにはシャフトが固定され、このシャフトは軸方向に突出し、回転装置により回転駆動される。このため、回転装置が駆動することにより、固定子本体１０は、その軸心Ｓを回転中心として周方向（α方向）に回転する。

このように固定子本体１０を回転させている状態において、滴下装置のノズル２１からコイルエンド２ｂに向けて絶縁ワニスＶを滴下する。ノズル２１は軸方向のうち、コイルエンド２ｂが占位する区間において、軸方向に移動しつつ絶縁ワニスＶを滴下する。このため、滴下された絶縁ワニスＶはコイルエンド２ｂに均一に含浸される（ステップＳ２）。

次に、コイルエンド２ｂに絶縁ワニスＶが滴下含浸された固定子本体１０を加熱室に移動し、高温で加熱して絶縁ワニスＶ中に含まれている溶剤を揮発させ、絶縁ワニスＶを熱硬化させる（ステップＳ３）。

熱硬化が終了したら、固定子本体１０を加熱室から出し冷却する（ステップＳ４）。冷却手法としては、固定子本体１０を常温環境下に放置して自然冷却したり、または、固定子本体１０に空気を吹き付けて強制冷却したりする。

このようにして、固定子巻線２のコイルエンド２ｂに絶縁ワニスＶを滴下含浸して熱硬化させた後は、固定子鉄心１の外周面の錆止め処理をする。

錆止め処理をするには、前述したステップＳ１からステップＳ４までの処理が完了した固定子本体１０を錆止め工程に移動し（ステップＳ５）、固定子本体１０を予熱し（ステップＳ６）、予熱された固定子本体１０の固定子鉄心１の外周面に、錆止め剤を塗装装置により塗装する（ステップＳ７）。錆止め剤の塗装が完了したら、固定子本体１０を冷却し乾燥させる（ステップＳ８）。

特開平９−２１９９５０号公報 特開２０１５−７６９６７号公報 特開２０００−２８７４１８号公報

ところで上記従来技術では、固定子巻線２のコイルエンド２ｂに絶縁ワニスＶを滴下含浸して熱硬化させ（ステップＳ１−Ｓ５）、その後、更に固定子鉄心１の外周面の錆止め処理（ステップＳ６−Ｓ８）をしなければならず、処理工程が多く時間がかかっていた。

本発明は、上記従来技術に鑑み、滴下含浸処理の後の錆止め処理工程を省略して処理工程を削減した、フレームレス回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、
円筒状の固定子鉄心に固定子巻線を備えた固定子本体を加熱する予熱工程と、
予熱された前記固定子本体をその軸心を回転中心として周方向に回転しつつ、前記固定子巻線のコイルエンドに絶縁ワニスを滴下含浸する工程と、前記固定子鉄心の外周面に絶縁ワニスを滴下含浸する工程とを含む滴下含浸工程と、
前記絶縁ワニスが滴下含浸された前記固定子本体を加熱して、前記コイルエンドに滴下含浸された前記絶縁ワニスと前記固定子鉄心の外周面に滴下含浸された前記絶縁ワニスを加熱硬化させる加熱硬化工程と、
前記コイルエンドに滴下含浸された前記絶縁ワニスと前記固定子鉄心の外周面に滴下含浸された前記絶縁ワニスを加熱硬化した後に、前記固定子本体を冷却する冷却工程と、
を有することを特徴とする。

また本発明は、
前記固定子鉄心の外周面に絶縁ワニスを滴下含浸する前記工程では、
前記固定子鉄心の外周面のうち、軸方向に関して両端の予め決めた区間を除く区間に、前記絶縁ワニスを滴下含浸することを特徴とする。

また本発明は、
前記コイルエンドに滴下含浸する前記絶縁ワニスと前記固定子鉄心の外周面に滴下含浸する前記絶縁ワニスは、異なる種類であることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁ワニスを滴下含浸し加熱硬化する処理を、コイルエンドのみならず固定子鉄心の外周面にも施すため、コイルエンドを固定する処理と、固定子鉄心の外周面を錆止め処理する工程をまとめて行うことができ、製造工程の簡略化をすることができる。

本発明の実施例における作業工程を示すフローチャート。 本発明の実施例における含浸状態を示す構造図。 従来技術における作業工程を示すフローチャート。 従来技術における含浸状態を示す構造図。

以下、本発明に係るフレームレス回転電機の製造方法を、実施例に基づき詳細に説明する。

〔実施例〕
本発明の実施例を、フローチャートである図１及び含浸状態を示す図２を参照して説明する。本実施例は、フレームレス回転電機（フレームレスモータ）の固定子本体１０に絶縁ワニスを施す手法である。

本実施例では、先ず、円筒状の固定子鉄心１に固定子巻線（固定子コイル）２を備えた固定子本体１０を、予熱室に搬入して予熱する（図１のステップＳ１１：予熱工程）。本例では、固定子鉄心１は、両端に締め金（端板）を有していないタイプの固定子鉄心である。なお図２において、２ａは口出し線、２ｂはコイルエンド、２１，２２は滴下装置のノズルである。

次に予熱された固定子本体１０を滴下含浸室に移動し、滴下含浸する。従来ではコイルエンド２ａに対してのみ滴下含浸をしていたが、本実施例ではコイルエンド２ａのみならず固定子鉄心１の外周面に対しても滴下含浸をする。

図２において、図示はしないが、例えば特許文献２に示すように、固定子鉄心１の内側には径方向に拡縮可能なクランプが配置され、このクランプが拡径して固定子鉄心１の内周面を把持している。このクランプにはシャフトが固定され、このシャフトは軸方向に突出し、回転装置により回転駆動される。このため、回転装置が駆動することにより、固定子本体１０は、その軸心Ｓを回転中心として周方向（α方向）に回転する。

このように固定子本体１０を回転させている状態において、滴下装置のノズル２１から固定子巻線２のコイルエンド２ｂに向けて絶縁ワニスＶを滴下する。ノズル２１は軸方向のうち、コイルエンド２ｂが占位する区間において、軸方向に移動しつつ絶縁ワニスＶを滴下する。このため、滴下された絶縁ワニスＶはコイルエンド２ｂに均一に含浸される（ステップＳ１２：滴下含浸工程）。

次に、固定子本体１０を回転させている状態において、滴下装置の別のノズル２２から回転子鉄心１の外周面に向けて絶縁ワニスＶ１を滴下する。絶縁ワニスＶ１と絶縁ワニスＶは、同じ種類のものであっても異なる種類のものであってもよい。両絶縁ワニスの種類を異ならせる場合には、絶縁ワニスＶとしては接着性の強い耐熱性があるものを、絶縁ワニスＶ１としては塗装に適し且つ膜厚が薄くなるように粘性が低く耐熱性があるものを採用する。

ノズル２２は軸方向のうち、βの区間において軸方向に動く。つまり、固定子鉄心１の外周面のうち、軸方向に関して、両端の予め決めた区間γの部分を除く区間βにおいて、軸方向に移動しつつ絶縁ワニスＶ１を滴下する。このため、固定子鉄心１の外周面のうち、軸方向に関して、両端の予め決めた区間γの部分を除く区間βの部分に、絶縁ワニスＶ２が滴下含浸される（ステップ１３：滴下含浸工程）。

本例において、固定子鉄心１の外周面のうち、軸方向に関して、両端の予め決めた区間γの部分に絶縁ワニスＶ２を含浸しない理由は、固定子鉄心１の外周面のうち、両端のγの部分は、両端のブラケットが嵌合して覆われるため、この部分には絶縁ワニスＶ２を施さないようにしているのである。

本例では、コイルエンド２ｂに対してワニスＶ１を滴下含浸し（ステップ１２）、その後に、固定子鉄心１の外周面に対してワニスＶ２を滴下含浸している（ステップ１３）が、ステップ１２とステップ１３の工程手順を逆にしてもよく、また、ステップ１２とステップ１３の工程を同時に行ってもよい。

次に、コイルエンド２ｂに絶縁ワニスＶが滴下含浸され、且つ、固定子鉄心１の外周面の区間βに対してワニスＶ２を滴下含浸された固定子本体１０を、加熱室に移動し、高温で加熱して絶縁ワニスＶ，Ｖ１中に含まれている溶剤を揮発させ、絶縁ワニスＶ，Ｖ１を熱硬化させる（ステップＳ１４：加熱硬化工程）。

熱硬化が終了したら、固定子本体１０を加熱室から出し冷却する（ステップＳ１５：冷却工程）。冷却手法としては、固定子本体１０を常温環境下に放置して自然冷却したり、または、固定子本体１０に空気を吹き付けて強制冷却したりする。

熱硬化した絶縁ワニスＶにより、コイルエンド２ｂを固めることができ、固定子コイル２の振動を抑えることができる。また熱硬化した絶縁ワニスＶ１により、固定子鉄心１の外周面の区間βの部分に対して錆止め処理をすることができる。

本例では、滴下含浸により錆止め処理もできるので、従来技術で行っていた滴下含浸後の塗装工程（図３のステップＳ６からステップＳ８）が不要になり、作業工数が低減し、その分だけ製造が容易になる。

なお、上記例では、固定子鉄心１の外周面のうち、軸方向に関して区間βの部分に絶縁ワニスＶ１を滴下含浸しているが、固定子の構造によっては、固定子鉄心１の外周面のうち、軸方向の全区間に絶縁ワニスＶ１を滴下含浸することもできる。

本発明は、フレームレス電動機のみならず、フレームレス発電機の固定子を製造するのにも利用することができる。

１ 固定子鉄心
２ 固定子巻線（固定子コイル）
２ａ 口出し線
２ｂ コイルエンド
１０ 固定子本体
２１ ノズル
２２ ノズル
Ｓ 軸心
Ｖ，Ｖ１ 絶縁ワニス
α 周方向

Claims (3)

1. 円筒状の固定子鉄心に固定子巻線を備えた固定子本体を加熱する予熱工程と、
   予熱された前記固定子本体をその軸心を回転中心として周方向に回転しつつ、前記固定子巻線のコイルエンドに絶縁ワニスを滴下含浸する工程と、前記固定子鉄心の外周面に絶縁ワニスを滴下含浸する工程とを含む滴下含浸工程と、
   前記絶縁ワニスが滴下含浸された前記固定子本体を加熱して、前記コイルエンドに滴下含浸された前記絶縁ワニスと前記固定子鉄心の外周面に滴下含浸された前記絶縁ワニスを加熱硬化させる加熱硬化工程と、
   前記コイルエンドに滴下含浸された前記絶縁ワニスと前記固定子鉄心の外周面に滴下含浸された前記絶縁ワニスを加熱硬化した後に、前記固定子本体を冷却する冷却工程と、
   を有することを特徴とするフレームレス回転電機の製造方法。
2. 請求項１において、
   前記固定子鉄心の外周面に絶縁ワニスを滴下含浸する前記工程では、
   前記固定子鉄心の外周面のうち、軸方向に関して両端の予め決めた区間を除く区間に、前記絶縁ワニスを滴下含浸することを特徴とするフレームレス回転電機の製造方法。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記コイルエンドに滴下含浸する前記絶縁ワニスと前記固定子鉄心の外周面に滴下含浸する前記絶縁ワニスは、異なる種類であることを特徴とするフレームレス回転電機の製造方法。

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