JP2604063B2 - 電磁石用コイルの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電磁石用コイルの製造方法に関する。

（従来の技術） 従来電磁石のコイルは一般に巻型の上に絶縁導体を多
重に巻回し、絶縁スペーサ等による楔で固定していた。
例えば、第８図に示す鞍形コイルを一例にとり説明す
る。即ち、巻型１として、外周面に接着剤を塗布した後
半硬化状に乾かしたFW（フイラメントワインディング）
により作られたエポキシガラス絶縁筒２を用意する。こ
の絶縁筒２の上に、接着剤を塗布した絶縁導体３をガラ
スエポキシ積層板のようなFRP（繊維強化プラスチック
ス）から成る絶縁スペーサ４を介して、多重に巻回し加
熱加圧し、接着剤を硬化することにより製作していた。

（発明が解決しようとする課題） このような従来技術によれば、絶縁スペーサ４を介し
て絶縁導体３を巻くため、絶縁導体３の位置の精度が出
難く、従って磁場精度も出難い。また、第９図に示すよ
うな複雑な形状の絶縁スペーサ４を用意する必要があ
り、絶縁スペーサ４の機械加工が大変である。更に、絶
縁スペーサ４を介して絶縁導体３を巻くため、巻線作業
に手間が掛かり、同じ電磁石用コイルを多数製作するに
は不向きであった。

本発明は、絶縁導体の位置の精度が正確で磁場精度が
高く、絶縁スペーサを複雑な形状に機械加工する必要が
なく、同じ形状の電磁石コイルを多数製作するのに巻線
作業の手間が掛からない電磁石用コイルの製造方法を提
供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、溝を有する巻型に絶縁導体を巻回し、この
絶縁導体に絶縁板を接着させた後巻型から取り出したも
のを、金型に入れた後、樹脂を注入し、硬化することに
よって一体化したことにより成る電磁石用コイルの製造
方法である。即ち、第１図に平面図で示すように、予め
所要の形状に掘り込んだ溝５を有する巻型１を用意して
おく。この巻型の表面は予め離型剤を処理しておく。次
に、第２図に第１図のＩ−Ｉ部の断面から見た図を示す
が、この溝にエナメル皮膜、絶縁性繊維あるいは絶縁テ
ープ等を用いて絶縁された絶縁導体３を巻き込む。この
際、巻き上がった絶縁導体の高さの方が溝の深さよりや
や大きくしておく。また、絶縁導体を多重に巻回する際
には、絶縁導体間にプリプレグ状の接着剤を有する接着
シート６を挿入しながら絶縁導体を巻き込む。絶縁導体
を巻き込み終わったら、絶縁導体と絶縁板の間に半硬化
状の接着剤７を介在させながら、絶縁導体の上に絶縁板
８を置き、更にその上に当板９を当てる。全体を加熱し
ながら、当板を介して絶縁導体を加圧し、絶縁導体を絶
縁板に接着剤により接着させる。次に、当板を除去し、
絶縁体が接着した絶縁板を巻型１から取り出す。然る
後、第３図に示すように、この絶縁板８が接着した絶縁
導体３を金型10に入れた後、金型内の空隙に樹脂11を注
型あるいは含浸等の方法で注入し、加熱硬化する。

加熱硬化が終了したら、金型を取り外すことによって
第４図に示すような電磁石用のコイルが得られる。

なお、本発明において、絶縁板８は、ガラスエポキシ
積層板のようなFRPや樹脂または充填材入り樹脂を硬化
した板でもよい。また、厚くて剛直なものでもよいが、
薄くて柔軟性のある材料でも良い。

接着剤７は絶縁導体３や絶縁板８の表面に塗布し半硬
化状にしてもよいし、プリプレグ状の接着剤を有する接
着シートを用いてもよい。

また、金型内で空隙になると思われる部分には、予め
FRPの他、ガラス繊維、ポリエステルやアラミド等から
成るフェルト、アラミド繊維とガラス繊維から成るGAボ
ード（日本アロマ社商品名）などの絶縁物を詰め込んで
もよい。

樹脂はエポキシ、ポリイミド等の熱硬化性樹脂が適し
ており、樹脂そのものでも、樹脂にシリカ、アルミナ、
マグネシア、ジルコニア、カオリン等の絶縁性充填材を
混合したものを使用しても良い。

（作用） 本発明において、予め所要の形状に掘り込んだ溝５を
有する巻型１を用意して、この溝に絶縁導体を巻き込ん
だのは、所定の形状に絶縁導体を巻き上げるためであ
る。絶縁導体を多重に巻回する際には、絶縁導体間にプ
リプレグ状の接着剤を有する接着シート６を挿入しなが
ら絶縁導体を巻き込んだのは、後に加熱加圧された際に
絶縁導体間に接着剤が溶け出た後、硬化し絶縁導体相互
を接着させるためである。また、絶縁導体を巻き込み終
った後、絶縁板８と絶縁導体３の間に半硬化状の接着剤
７を介在させたのは、後に加熱加圧された際に接着剤が
溶け出た後、硬化し絶縁導体と絶縁板を接着させるため
である。巻き込まれた絶縁導体を接着した絶縁シートを
金型10に配置した後、金型内の空隙に樹脂11を注型ある
いは含浸等の方法によって、真空注入を行い、加熱硬化
したのは、絶縁導体を固定すると共に、コイルを絶縁す
るためである。巻型の表面に予め離型剤を処理しておい
たのは、絶縁板の表面に塗布してある接着剤や接着シー
トに含まれる接着剤が溶け出て、絶縁板あるいは絶縁導
体が巻型と接着してしまい、巻型から接着板と絶縁導体
を取り出すことができなくなるのを避けるためである。

加熱硬化する際には、少なくとも樹脂がゲル状になる
まで加圧するとよいのは、樹脂がゲル化する際に起きる
収縮を加圧により補充できるので、硬化によるヒケの発
生を防ぐことができる。

また、金型内の空隙に絶縁物を詰めたり、樹脂に充填
材を混合すると樹脂の線膨脹率が高くなり、線膨脹率が
導体の値に近くなるため、線膨脹率の差に基づく熱応力
を低減でき、クラックの発生を押さえることができるよ
うになるし、熱伝導率を向上できるので、冷却がよくな
る。また、弾性率が向上するので、電磁石全体の剛性が
上がり、機械的に強い電磁石を得ることができる。

このように、本発明では、予め所要の形状に堀り込ん
だ溝５を有する巻型１を用意して、この溝に絶縁導体を
巻き込むようにしたため、寸法精度の高いコイルが得ら
れる。また、巻型と金型を各１個用意することにより、
従来のような絶縁スペーサを挿入しながら絶縁導体を巻
くという煩雑な作業なしに多数のコイルが同じような精
度でできる。

（実施例） 以下本発明の一実施例について第１図ないし第７図に
示す図面を用いて以下に詳細に説明する。

先ず、直径が50μｍの電気銅の表面にポリエステルイ
ミドから成るエナメル皮膜を被覆した細線を撚って、断
面が4mm×10mmの平角状の撚線と成し、この上からエポ
キシワニスをガラステープに塗布して半硬化状態にした
プリプレグ絶縁テープを飛ばし巻して絶縁導体３を得
る。この絶縁導体３を、第５図に示すように、表面に溝
５を有し表面にポリテトラフルオロエチレンを焼き付け
離型処理を施した半円柱状の鋼鉄製巻型１に、２層巻き
込む。この際、巻き上がった絶縁導体３の高さの方が溝
５の深さよりやや大きくしておく。この上に、厚さが0.
5mmの柔軟性のあるエポキシガラスシートから成る絶縁
板８を置く。更にこの上から、表面をポリテトラフルオ
ロエチレンを焼き付け離型処理を施した当板９を当て、
全体を加熱しながら当板にプレスで圧力を加え、プリプ
レグ絶縁テープを硬化させる。次に、当板９を除去し、
絶縁導体３が接着した絶縁板８を巻型１から取り出すこ
とにより、第６図に示すような絶縁板を接着した鞍形コ
イルを得る。

別の形状を堀り込んだ巻型を用いて、同様な方法によ
り、別の形状を有する絶縁導体が接着された絶縁板を得
る。このようにして絶縁板に接着した３種類の鞍形コイ
ル（以下A,B,Cコイルと称する）各２個を用意する。

別に、表面をポリテトラフルオロエチレンを焼き付け
離型処理を施した円筒状の鋼鉄製マンドレルを用意す
る。この表面に厚さが0.13mmのガラスクロスシートを張
力を加えた状態で10回巻回する。この上に、上記で得ら
れた絶縁板８に接着した３種類の鞍形コイルA,B,Cを、
先ずＡコイルの各１個ずつを、マンドレルの円周上180
゜位置をずらした対称の位置に、配置する。次にその上
にＢコイルを、更にその上にＣコイルを各１個ずつを同
様に、マンドレルの円周上180゜位置をずらした対称の
位置に、配置する。この上から、厚さが0.13mmのガラス
クロスシートを張力を加えた状態で10回巻回する。この
外側から、表面をポリテトラフルオロエチレンを焼き付
け離型処理を施した金型を取り付け、密閉する。次に、
減圧容器中に全体を搬入し、金型内の空隙部を真空ポン
プで減圧し、エポキシ樹脂組成物から成る樹脂11を送り
込んだ後、加圧し樹脂を含浸する。然る後樹脂を加熱し
硬化させる。

加熱硬化が終了したら、金型を取り外し、次にマンド
レルを除去すれば第７図に断面図で示すような電磁石用
のコイルが得られる。

上記実施例において、絶縁導体３として、細線から成
る撚線を使用したのは、過電流損を少くするためと、断
面積の大きい平角線を巻回し易くするためである。絶縁
導体の上にプリプレグ絶縁テープを巻いたのは、後に加
熱加圧することにより樹脂が溶け出し、硬化して、導体
同士間及び導体とエポキシガラスシートから成る絶縁板
８の間を接着させるためである。また、プリプレグ絶縁
テープを飛ばし巻したのは、所要の形状に巻回し易くす
ると同時に、後に樹脂が撚線内の空隙に含浸する際の樹
脂の浸入路を確保するためである。マンドレルの表面に
ガラスクロスシートを巻回した上に、上記で得られた絶
縁板８に接着した３種類の鞍形コイルを配置した後、こ
の上からガラスクロスシートを巻回するのは、後に樹脂
を含浸・硬化することにより絶縁導体を固定すると共
に、導体を絶縁するためである。コイルの内外はガラス
クロスシートとエポキシ樹脂から成るFRP12ができ、機
械的に強固な構造が出来上がる。従って、マンドレルを
除去しても、電磁石として一体な構造を保持できるだけ
の機械的強度を有している。

このように本実施例においては、金型に溝を堀ってそ
の溝に絶縁導体を巻き込むため、出来上がったコイルの
寸法精度が高く磁場精度の高い電磁石ができる。また、
巻型と金型を各１個用意することにより、従来のような
絶縁スペーサを挿入しながら絶縁導体を巻くという煩雑
な作業なしに多数のコイルが同じような精度でできる。

なお、上述の実施例では、常電導の電磁石について説
明したが、導体をNbTi等の超電導体から成る絶縁導体を
採用することにより、超電導電磁石コイルを製作するこ
ともできる。

さらに、絶縁導体を金型に入れる際に、ポリエーテル
エーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレンなどの絶
縁性チューブを絶縁導体近傍に配置し、絶縁導体と一緒
に含浸・硬化し、この絶縁性チューブ内に水、油などの
冷却媒体を流すことによって、電磁石を冷却することが
できる。但しこの場合、絶縁チューブに樹脂が含浸しな
いよう、絶縁性チューブの両端を予めシールするとか常
温で固体のパラフィンを高温にして溶かしたものを絶縁
性チューブ内に封入してから樹脂を含浸することが必要
になる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、金型に溝を堀っ
て、その溝に絶縁導体を巻き込むため、出来上がったコ
イルの寸法精度が高く磁場精度の高い電磁石ができる。
また、巻型と金型を各１個用意することにより従来のよ
うな絶縁スペーサを挿入しながら絶縁導体を巻くという
煩雑な作業なしに多数のコイルが同じような精度で繰り
返し製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電磁石コイルの巻型の一実施例を
示す平面図、第２図は第１図のＩ−Ｉ部の断面方向から
見たときの絶縁導体を絶縁板に接着する工程を説明する
ための説明図、第３図は樹脂を含浸した状態を説明する
ための断面図、第４図は出来上がったコイルを示す図、
第５図は本発明に係る電磁石コイルの絶縁導体を絶縁板
に接着する工程を説明するための説明図、第６図は本発
明方法により出来上がった一部のコイルを示す図、第７
図は本発明方法により出来上がった電磁石の断面図、第
８図は従来方式の鞍型コイルを示す立面図、第９図は第
８図に示した従来方式の鞍型コイルを作る際に挿入する
絶縁スペーサである。 １……巻型、２……絶縁筒、 ３……絶縁導体、４……絶縁スペーサ、 ５……溝、６……接着シート、 ７……接着剤、８……絶縁板、 ９……当板、10……金型、 11……樹脂、 12……ガラスクロスとエポキシ樹脂から成るFRP

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溝を有する巻型に絶縁導体を巻回しその上
   からこの絶縁導体を絶縁板で覆い接着させた後、巻型か
   ら取り出し金型に入れた後樹脂を注入して硬化すること
   によって一体化することを特徴とする電磁石用コイルの
   製造方法。
2. 【請求項２】絶縁板は半硬化状の接着剤層を有し、この
   接着剤により絶縁導体と絶縁板を接着させることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電磁石用コイルの製
   造方法。
3. 【請求項３】絶縁導体が撚線から成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の電磁石用コイルの製造方
   法。
4. 【請求項４】絶縁導体表面に絶縁テープが巻かれている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電磁石用
   コイルの製造方法。
5. 【請求項５】絶縁導体は２層以上積み重ねられて構成さ
   れ、各絶縁導体間は接着剤で接着されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電磁石用コイルの製
   造方法。
6. 【請求項６】絶縁板および絶縁導体を予め鞍形状に撓ま
   せた状態で接着させたことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の電磁石用コイルの製造方法。
7. 【請求項７】金型と絶縁板に接着した絶縁導体の間にで
   きる隙間に絶縁材料を詰めた後樹脂を注入することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の電磁石用コイルの
   製造方法。
8. 【請求項８】絶縁導体を金型に入れる際に絶縁導体近傍
   に冷却媒体を通すための絶縁性チューブを配置したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電磁石用コイ
   ルの製造方法。