JP2021007298A

JP2021007298A - 電動機の製造方法

Info

Publication number: JP2021007298A
Application number: JP2020174138A
Authority: JP
Inventors: 宜弘山田; Nobuhiro Yamada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-10-15
Filing date: 2020-10-15
Publication date: 2021-01-21

Abstract

【課題】密閉型の電動機のケース内面での結露の発生を防止する電動機の製造方法を得ること。【解決手段】ステータコア１０の周囲に樹脂製のインシュレータ１１，１２を介して巻線１３が巻き付けられた固定子１がケース３０，３２の内部の密閉空間に収容された密閉型の電動機６０の製造方法であって、インシュレータ１１，１２を、電動機６０の定格温度範囲の下限温度においてインシュレータ１１，１２から揮発した水蒸気がケース３０，３２の内部に結露を発生させる量未満の水分を含有している状態である乾燥状態に乾燥させる工程と、ステータコア１０に乾燥状態のインシュレータ１１，１２を組み付ける工程とを有する。【選択図】図１

Description

本開示は、密閉型の電動機の製造方法に関する。

特許文献１に開示されるように、電動機の巻線とステータコアとの間の絶縁物であるインシュレータには、樹脂成型品が利用されている。インシュレータは、巻線の温度上昇に耐えること、薄い肉厚で成型して巻線スペースを確保できること、絶縁性能を有すること、適度な柔らかさを持ちステータコアへの組み付けが容易であること、及び低価格であることが要求される。

特開２００９−３８９４７号公報

インシュレータに使用される樹脂は、吸湿性を有し、成型後は空気中の水分を吸収し、内部に蓄える。電動機の運転時に電流が流れて巻線の温度が上昇すると、巻線と接触しているインシュレータの温度も上昇する。インシュレータが内部に水分を蓄えていると、温度の上昇に伴って水蒸気が放出される。

したがって、電動機内部への水、埃又はガスの侵入を防止する目的で、ケースを密閉する密閉型の電動機は、インシュレータから放出された水蒸気が凝縮し、ケース内面に結露が発生する可能性があった。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、密閉型の電動機のケース内面での結露の発生を防止する電動機の製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る電動機の製造方法は、ステータコアの周囲に樹脂製のインシュレータを介して巻線が巻き付けられた固定子がケースの内部の密閉空間に収容された密閉型の電動機の製造方法であって、インシュレータを、電動機の定格温度範囲の下限温度においてインシュレータから揮発した水蒸気がケースの内部に結露を発生させる量未満の水分を含有している状態である乾燥状態に乾燥させる工程と、ステータコアに乾燥状態のインシュレータを組み付ける工程とを有する。

本開示によれば、密閉型の電動機のケース内面での結露の発生を防止する電動機の製造方法を提供できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電動機の断面図実施の形態１に係る電動機の製造方法の流れを示すフローチャート実施の形態１に係る電動機のケース内の空気の温度と水蒸気量との関係を示す図実施の形態１に係る電動機の製造方法の第１の手法を示すフローチャート実施の形態１に係る電動機の製造方法の第２の手法を示すフローチャート

以下に、実施の形態に係る電動機の製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電動機の断面図である。電動機６０は、直流ブラシレスモータである。ケース３０，３２は、固定子１及び回転子２を収容する密閉空間を形成する。ケース３０とケース３２との合わせ面は、ゴム製のＯリング５３で密閉されており、外部からの水、埃及びガスの侵入が防止されている。また、軸２１が貫通する部分は、ゴム製のオイルシール５１により密閉されており、外部からの水、埃及びガスの侵入が防止されている。また、電源コード４２が貫通する部分は、ゴム製のコードブッシュ５２により密閉されており、外部からの水、埃及びガスの侵入が防止されている。

回転子２は、電磁鋼板を積層したロータコア２２が軸２１に組み付けられている。回転子２は、ケース３０に設置される軸受２３と、ブラケット３１に設置される軸受２４とで支持される。

固定子１は、電磁鋼板を積層して構成されたステータコア１０と、ステータコア１０に組み付けられた樹脂製のインシュレータ１１，１２と、インシュレータ１１，１２の上からステータコア１０に複数環状に巻かれた巻線１３とを有する。固定子１は、ケース３０に固定される。ステータコア１０と巻線１３とは、インシュレータ１１，１２によって絶縁される。インシュレータ１１，１２の材料には、ナイロンを始めとするポリアミド合成樹脂を適用可能であるが、これに限定されない。

巻線１３に流す電流を制御する駆動回路４１は、ケース３２に固定されて支持されている。巻線１３と駆動回路４１とは、不図示のリード線で接続される。ブラケット３１には、リード線が貫通する穴が形成されている。

巻線１３に電流が流れることで、ステータコア１０に磁力が発生し、電磁石となる。巻線１３に流す電流を駆動回路４１が順次切り替えることで、ステータコア１０側の電磁石の磁力とロータコア２２側の磁力との引力及び斥力で軸２１が回転する。

図２は、実施の形態１に係る電動機の製造方法の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１において、インシュレータ１１，１２を成型する。ステップＳ２において、ステータコア１０に乾燥状態のインシュレータ１１，１２を組み付ける。乾燥状態とは、電動機６０の定格温度範囲の下限値において、インシュレータ１１，１２から揮発した水蒸気がケース３０，３２の内部に結露を発生させる量未満の水分を含有している状態を指す。ステップＳ３において、インシュレータ１１，１２の上からステータコア１０に巻線１３を巻く。ステップＳ４において、固定子１及び回転子２をケース３０，３２に収容する。

巻線１３は、抵抗成分を有するため、電流が流れると発熱する。ステータコア１０と巻線１３とを絶縁するインシュレータ１１，１２は、巻線１３と接触しており、巻線１３で発生した熱が伝わる。インシュレータ１１，１２の内部に水分が含まれる場合、インシュレータ１１，１２の温度が上昇することで、インシュレータ１１，１２の内部の水分が蒸発し、ケース３０，３２内の湿度が上昇する。また、巻線１３で発生した熱は、ケース３０，３２内の空気にも伝わり、ケース３０，３２内の空気の温度が上昇する。ケース３０，３２内の空気の温度が上昇すると、飽和水蒸気量も増加するため、インシュレータ１１，１２の内部からの水分の蒸発量も増大する。

外気と触れておりかつ巻線１３から遠い部分であるケース３２は、電動機６０の中で最も温度が低い部分である。ケース３２の内面付近では、局所的に空気の温度が低く、飽和水蒸気量も低いため、電動機６０の使用状況によっては巻線１３の温度とケース３２との温度差が大きくなる。巻線１３の温度とケース３２との温度差が大きくなって、ケース３２の内面付近の空気の水蒸気量が飽和水蒸気量を超えると、ケース３２に結露が発生する。

図３は、実施の形態１に係る電動機のケース内の空気の温度と水蒸気量との関係を示す図である。図３中の曲線Ｓは、飽和水蒸気量を示しており、温度と水蒸気量との組み合わせが曲線Ｓよりも上側の領域となることは実際にはありえず、空気中の水蒸気は結露する。ケース３０，３２内の空気の温度がＴ_１、水蒸気量がＨ_１の場合、ケース３０，３２内の空気の温度が低下すると、温度Ｔ_２、水蒸気量Ｈ_１で飽和する。さらにケース３０，３２内の空気の温度をＴ_３まで下げると、曲線Ｓに沿って水蒸気量はＨ_３まで低下する。このとき、（Ｈ_１−Ｈ_３）に相当する水蒸気は、ケース３０，３２内において結露水となる。

ケース３２の内面付近の空気の水蒸気量が、結露条件を満たす状態となり、ケース３２に結露が発生すると、ケース３０，３２内の空気の湿度は下がる。ケース３０，３２内の空気の湿度が下がると、さらにインシュレータ１１，１２の内部の水分の蒸発が促進され、最終的にはインシュレータ１１，１２の内部の水分は、大部分がケース３２での結露水となる。

インシュレータ１１，１２の材料に適用可能なナイロン６，６のうちの一種の温度２３℃での平衡吸水率は、相対湿度が５０％の場合２．７％であり、日本国の国内での平均湿度に相当する相対湿度７０％の場合４．５％であり、相対湿度１００％の場合８．５％である。インシュレータ１１，１２を成型する際には、乾燥状態の材料を用いるため、成型直後のインシュレータ１１，１２は、水分を０．３％以上含むことはない。なお、乾燥状態ではない材料を用いる場合であっても、成型時の加熱により材料内の水分は揮発するため、成型直後のインシュレータ１１，１２は、乾燥状態となる。

成型後のインシュレータ１１，１２は、空気中の水分を吸収して内部に蓄える。実施の形態１において、インシュレータ１１，１２の質量は乾燥状態で６４ｇであり、平衡吸水率での吸水量は、相対湿度５０％で１．７ｇであり、相対湿度７０％で２．９ｇであり、相対湿度１００％で５．４ｇである。なお、インシュレータ１１，１２の吸水速度は、樹脂の種類、雰囲気の温湿度及びインシュレータ１１，１２の厚さによって異なる。インシュレータ１１，１２は、巻線１３を配置するスペースを確保する目的で、厚さが０．５ｍｍ以下の部分が多く、表面積が大きいため、吸水速度は速い。日本国の国内における常温では、成型後１ヶ月でのインシュレータ１１，１２の吸水量は、１ｇを超える。温度２８℃、相対湿度８５％では、インシュレータ１１，１２は１日で１．５ｇ吸水する。

結露水が発生し電気回路部へ滴下した場合、電気回路部は故障に至る。具体的な故障内容には、巻線１３の短絡故障、腐食断線及び絶縁不良が挙げられる。特に、電子回路基板を内蔵する電動機６０では、水分に弱い部品も多く、故障確率が高くなり、製品寿命が短くなる。実施の形態１において、電子回路基板は、駆動回路４１である。

実施の形態１に係る電動機６０では、インシュレータ１１，１２は、吸水率が２％以下の乾燥状態でステータコア１０に組み付けられ、電動機６０に組み込まれる。

実施の形態１に係る電動機６０は、下記の第１の手法、第２の手法及び第３の手法のいずれかを適用して製造されており、吸水率が２％以下の乾燥状態でインシュレータ１１，１２をステータコア１０に組み付けられている。

第１の手法では、ステータコア１０に組み付けるのに先立ってインシュレータ１１，１２を乾燥させ、乾燥状態とする。実施の形態１において、インシュレータ１１，１２は、吸水率が２％以下のとき乾燥状態であるとする。図４は、実施の形態１に係る電動機の製造方法の第１の手法を示すフローチャートである。図４は、図２のステップＳ２の処理の詳細を示している。ステップＳ１１において、インシュレータ１１，１２を乾燥させ、乾燥状態にする。乾燥方法は、温度を１００℃に設定した定温乾燥機にインシュレータ１１，１２を入れて、乾燥機内の空気の飽和水蒸気量を上昇させ湿度を下げることで、インシュレータ１１，１２内部の水分を蒸発させる。ステップＳ１２において、乾燥状態にしたインシュレータ１１，１２をステータコア１０に組み付ける。

第２の手法では、成型された乾燥状態のインシュレータ１１，１２を、ステータコア１０に組み付けるまでの間、低湿状態で保管し、インシュレータ１１，１２を乾燥状態のまま維持する。図５は、実施の形態１に係る電動機の製造方法の第２の手法を示すフローチャートである。図５は、図２のステップＳ２の処理の詳細を示している。ステップＳ２１において、インシュレータ１１，１２を低湿環境で保管する。ナイロン６，６であれば、相対湿度４０％以下が低湿状態に該当する。ステップＳ２２において、乾燥状態が維持されているインシュレータ１１，１２をステータコア１０に組み付ける。

第３の手法では、成型された乾燥状態のインシュレータ１１，１２を、乾燥状態である間にステータコア１０に組み付ける。すなわち、インシュレータ１１，１２を成型後、吸水率が２％を超えないうちにステータコア１０に組み付ける。

電動機６０を組み立てる環境は、低湿度であるほど好ましく、高湿度環境の場合には、インシュレータ１１，１２が吸湿する前に組み立てる必要がある。相対湿度８５％の環境の場合、吸水率を２％以下にするには、インシュレータ１１，１２を成型後２０時間以内に電動機６０を密閉状態に組み上げる必要がある。

乾燥状態のインシュレータ１１，１２が密閉型の電動機６０に組み込まれると、インシュレータ１１，１２は、ケース３０，３２内の空気中の水分を吸収し、ケース３０，３２内は低湿度となる。図３の低湿度状態では、高湿度状態よりも温度差が大きくないと結露が発生しないため、結露が発生する可能性は高湿度状態よりも低くなる。ケース３０，３２内でインシュレータ１１，１２が吸収する水分は、ケース３０，３２内の空間に存在可能な水蒸気量であり、吸湿性の高い材料で作られたインシュレータ１１，１２の吸水可能量の１割未満である。実施の形態１では、ケース３０，３２内の空間の大きさが０．００２ｍ^３で、温度が２８℃で相対湿度が８５％の時に組み立てを実施すると、ケース３０，３２内に存在できる水蒸気量は０．０５ｇ程度である。インシュレータ１１，１２の吸水可能量は、相対湿度８５％では４ｇである。既にインシュレータ１１，１２が２％吸水している場合、インシュレータ１１，１２は１．３ｇの水分を吸水していることになるため、残りの吸水可能量は２．７ｇとなる。ケース３０，３２内の水蒸気０．０５ｇはインシュレータ１１，１２が吸水していき、ケース３０，３２内は低湿度となる。

実施の形態１に係る電動機の製造方法によれば、乾燥状態のインシュレータ１１，１２をステータコア１０に組み付けるため、ケース３０，３２内面での結露の発生を防止することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１固定子、２回転子、１０ステータコア、１１，１２インシュレータ、１３巻線、２１軸、２２ロータコア、２３，２４軸受、３０，３２ケース、３１ブラケット、４１駆動回路、４２電源コード、５１オイルシール、５２コードブッシュ、５３Ｏリング、６０電動機。

Claims

ステータコアの周囲に樹脂製のインシュレータを介して巻線が巻き付けられた固定子がケースの内部の密閉空間に収容された密閉型の電動機の製造方法であって、
前記インシュレータを、前記電動機の定格温度範囲の下限温度において前記インシュレータから揮発した水蒸気が前記ケースの内部に結露を発生させる量未満の水分を含有している状態である乾燥状態に乾燥させる工程と、
前記ステータコアに前記乾燥状態のインシュレータを組み付ける工程とを有することを特徴とする電動機の製造方法。
前記インシュレータの材料にナイロン６，６を用い、
前記ステータコアに前記インシュレータを組み付ける工程の前段に、成型された前記乾燥状態の前記インシュレータを相対湿度４０％以下の低湿環境で保管し、前記乾燥状態を維持する工程を有することを特徴とする請求項１に記載の電動機の製造方法。
成型された前記乾燥状態の前記インシュレータを、成型後２０時間以内に、前記ステータコアに組み付けることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機の製造方法。