JP2889689B2 - 円筒形回転子の製造方法 - Google Patents

円筒形回転子の製造方法

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JP2889689B2 JP33218790A JP33218790A JP2889689B2 JP 2889689 B2 JP2889689 B2 JP 2889689B2 JP 33218790 A JP33218790 A JP 33218790A JP 33218790 A JP33218790 A JP 33218790A JP 2889689 B2 JP2889689 B2 JP 2889689B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は円筒形回転子の製造方法に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
第6図には円筒形回転子のエンド部の従来例が示され
ている。同図に示されているように、回転子1のコイル
エンド2には鉄心3および金属性支持体4、コイル5等
の回転で生ずる遠心力が加わるため、コイル5に応力が
負荷され、コイル5が変形する。コイル5にはこれらの
応力に抗しての絶縁物が施行されているが、この変形が
絶縁物の許容歪、許容応力以上になると絶縁物が破壊
し、コイル5と鉄心3あるいは金属性支持体4等のアー
ス電位部とが短絡して、回転子1の破壊に至り、最悪時
には回転電機の運転不能となる。
すなわちコイルエンド2に硬化性樹脂含浸のバインド
材6を所定の巻付張力で巻回した後、一括加熱硬化して
一括固化している。この際、硬化性樹脂が硬化収縮する
ため、硬化後の巻付バインド材6の厚さtが減じる。こ
のため、この収縮変位分Δtに対応する巻付張力が低下
し、これによりコイルエンド2の巻締力fが低下する。
これは上述のように運転時のコイル5に加わる応力への
抗力低下となり、コイル5を変位変形させるのである。
このような状況に対処して、現在、コイルエンド部2
にバインドリング7を適切に取付け固定して、コイル5
の変形を防止している。このバインドリング7は非磁性
金属バインドリングや非磁性金属バインド線、あるいは
非金属性の繊維(ガラス繊維、カーボン繊維などの無機
繊維や芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエステル繊維
などの有機繊維)に、硬化性樹脂を含浸させたものを硬
化して形成される。
特に最近の大容量、高効率化傾向に伴い、回転子1の
大径、長軸化および回転数の増大化になると、コイルエ
ンド2に過大な遠心力が働くため、コイルエンド2への
負荷応力および歪も増大してコイル変形をきたし、コイ
ル5の破壊を招く。そこでこれらに対処してバインド材
自体を軽く、かつ比強度および比弾性率の大きい材料を
用いて、コイルエンド2に加わる負荷応力および歪を極
力低減させるバインド固定の方法が採られている。
これらの例として特開昭56−49644号公報、特開昭63
−124741号公報、特開昭63−228936号公報などがある。
特開昭56−49644号公報では、高弾性繊維バインド材
に被着用樹脂を若干塗布したのち、このバインド材を巻
付張力下で溶融被着用樹脂槽内を通し、余剰樹脂を絞り
取ってバインド巻回後、これを加熱して樹脂を硬化させ
バインド巻回の回転子を得ている。
また、特開昭63−124741号公報、特開昭63−228936号
公報では、カーボン繊維プラスチックを主体とするバイ
ンド材としている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術を特開昭56−49644号公報の場合、遠心
力等によるバインド材に加わる荷重が小さい場合には効
果があるが、回転子の大径化、高速回転数化になると相
当な厚さの高弾性繊維バインド材の巻回が必要となる。
そうなるとバインド材を全巻回後に被着用樹脂を液状状
態から加熱により固化(硬化)状態化させるためにバイ
ンド繊維間の被着用樹脂の硬化収縮量が大きくなった
り、バインド層内に剥離やクラックが生じて所定の巻付
張力の低下が生じることがある。
また、特開昭63−124741号公報、特開昭63−228936号
公報では、特にカーボン自体が導電性であるため、この
微粉化による絶縁抵抗低下、接地電位の適切処理などの
特別な工夫が必要とされる。また、バインド材を回転子
に巻回後、含浸樹脂を加熱硬化させるため、上記特開昭
56−49644号公報の場合と同様に硬化収縮や剥離、クラ
ック発生による巻付張力の低下が生じることがあり、こ
の補償のためにバインド材の追加巻付が必要となって生
産効率の低下、回転子コイルエンド外径寸法の増大化を
招くことがある。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、硬化性
樹脂を被覆含浸した非金属弾性繊維バインド材の巻付張
力による巻締力の低下のないバインドリングを有するこ
とを可能とした円筒形回転子の製造方法を提供すること
を目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的は、可塑剤を所定量配合した熱硬化性樹脂を
被覆含浸した非金属弾性繊維バインド材をコイルエンド
部に巻付張力を加えて巻回すると同時に、熱硬化性樹脂
を加熱硬化させて巻回するバインド材を一体に固化させ
ることにより、達成される。
〔作用〕
上記手段を設けたので、硬化性樹脂の硬化収縮応力が
緩和されるようになる。
すなわちバインド材を巻付張力下で巻回すると同時に
加熱してバインド材の硬化性樹脂を一体固化硬化収縮さ
せるので、巻付張力を低下させずにバインドリングの巻
締力を働かせることができるようになる。
さらに、硬化性樹脂の中に可塑剤を配合したので、硬
化性樹脂の硬化収縮に伴う残留応力や熱応力を緩和させ
てバインド材の層内剥離やクラック防止が可能となり、
巻締力の低下防止が可能となるのである。
〔実施例〕
以下図示した実施例に基づいて本発明を説明する。第
1図には本発明の一実施例が示されている。なお、従来
と同じ部品には同じ符号を付したので説明を省略する。
本実施例では、可塑剤を所定量配合した熱硬化性樹脂を
被覆含浸した非金属弾性繊維バインド材6aをコイルエン
ドに巻付張力を加えて巻回すると同時に、熱硬化性樹脂
を加熱硬化させて巻回するバインド材6aを一体に固化さ
せた。このようにすることにより、硬化性樹脂の硬化収
縮応力が緩和されるようになって、硬化性樹脂を被覆含
浸した非金属弾性繊維バインド材6aの巻付張力による巻
締力の低下のないバインドリング7aを有することを可能
とした円筒形回転子の製造方法を得ることができる。
すなわち引張弾性率7×103N/mm2、太さ1500デニー
ルのパラ系アラミドのコポリパラフェニレン・3・4′
−オキシジフェニレン・テレフタラミドの非金属弾性繊
維を第3図に示されているようにバインド基材6Aとし、
この基材6Aに半硬化性エポキシ樹脂6B(可塑剤6Cとして
ポリアセタールを体積含有量で10%含む)を体積含有量
で35%となるように被覆含浸した。この被覆含浸したア
ラミドのバインド材6a(テープ厚さ0.20mm、テープ幅20
mm)を第1図に示す回転装置8に取り付けた円筒形回転
子コイルエンドモデル2a(円形の2分割金属性リングで
外径φ800mm)に一方を巻始め固定し、他方をテンショ
ン機9のテンションローラ10を介してバインドドラム11
に巻き付ける。この後、回転装置8を第1図中の矢印方
向に回転させると同時にテンション機9のテンションロ
ーラ10に荷重を加えて張力を発生させ、バインド材6aを
巻付張力392N/mm2(40kg/mm2)で半掛で25回巻回すると
同時に、バインド材6aを各層毎に赤外線ヒータ12で巻回
バインド部を180℃で加熱して、硬化性樹脂で一体固化
したバインドリング7aを有する回転子コイルエンドモデ
ル2aを製造した。
このコイルエンドモデル2aを第2図に示すように、中
央切欠き部に油圧シリンダ13を配置して、運転時の遠心
力等に対応する荷重Fを発生させてバインドリング7aに
引張応力を加えて、バインドリング7aの変位が始まる変
位開始引張応力T0と,バインドリング7aが破壊する時の
引張破壊応力TBを測定した。測定結果を第4図に示す。
第4図から明らかなように、本実施例1のバインド材
を用いたバインドリングの変位開始引張応力T0は、使用
したバインド材の巻付張力と同等以上であることから、
コイルエンドへの巻締力の低下がないことが確認され
た。特に本バインドリングは変位開始引張応力T0負荷時
でも剥離やクラックの発生もなく、極めて良好であっ
た。
この理由は前述したように、バインド材を巻付張力で
巻回すると同時に加熱してバインド材の硬化性樹脂を一
体固化、硬化収縮させるので、巻付応力を低下させずに
バインドリングの巻締力を働かせることにある。
さらに、硬化性樹脂の中に可塑剤を配合したので、硬
化収縮に伴う残留応力が熱応力の緩和が効してバインド
リングのバインド層内剥離やクラックなどの空隙も外観
上認められず、巻付張力の低下がなかったことによる。
実施例1と比較するため、実施例1と同じ構成のバイ
ンド材とコイルエンドモデルを用いて、巻付張力392N/m
m2でバインド材を室温〜60℃で半硬化性樹脂を溶融させ
ながら、半掛25回巻回したのち、コイルエンドモデルを
180℃に加熱して硬化させ、バインドリングを一括固化
させた。このバインドリングに実施例1と同様に油圧シ
リンダで荷重を与えて、バインドリングの変位開始引張
応力T0と引張破壊応力TBおよびバインドリングの外観状
況を測定した。測定結果は第4図に示されているよう
に、変位開始引張応力T0は巻付張力よりも低く、巻締力
の低下が認められ、かつ引張破壊応力TBも実施例1の場
合よりも若干低目であった。また、引張応力が実施例1
の変位開始引張応力(T0=450N/mm2)を加えた時に、バ
インドリングの外観にバインド繊維の剥離が若干生じて
いた。
この比較例のように、バインド材を未硬化のまま巻回
したバインドリングを一括して加熱硬化させると、巻付
バインド厚さに硬化収縮による縮少変位が生じ、これが
巻付張力の低下を招き、バインドリングの巻締力を低下
させる。また、硬化樹脂とバインド繊維間に剥離やクラ
ックを生じるのである。
次、バインド材を構成する硬化性樹脂への可塑剤の適
正配合(硬化性樹脂の中の体積含有率)について実施し
た実施例を、実施例2〜実施例5として第5図に示し
た。
バインド材として実施例1で用いたアラミド非金属弾
性繊維に、硬化性樹脂としてビニルエステル樹脂を、可
塑剤としてポリアセタールをそれぞれ同図に示す割合で
被覆含浸した。アラミドバインド材(テープ幅20mm、テ
ープ厚さ0.20mm)を、実施例1と同様に、巻付張力392N
/mm2(40kg/mm2)で半掛25回巻回すると同時に、150℃
で加熱して一体固化したバインドリングを有するコイル
エンドモデルを製造した。
これら各実施例のバインドリングについて実施例1と
同様に、油圧シリンダで荷重を加えて変位開始引張応力
T0、引張破壊応力TB、引張応力T0負荷時のバインドリン
グの外観を測定した。
測定結果を示す第5図から、硬化性樹脂への可塑剤の
配合か体積含有率で5〜20%であれば、バインドリング
への応力負荷時の初期の剥離やクラックもなく、繰返し
疲労に対しても異常のないことが推定される。一方、可
塑剤の配合が上記の範囲外になると、初期でのバインド
リングの剥離やクラックが、応力集中による繰返し疲労
で進展するのが懸念される。
このように硬化性樹脂への可塑剤の配合量が少ないと
バインドリングに剥離やクラックが生じ易いのは、硬化
性樹脂の硬化収縮時の残留応力や熱応力の緩和効果が十
分でないことによるものと考える。一方、配合量が多す
ぎるとバインドリングに剥離が生じるのは、バインドリ
ング自体の剛性が低下して変位しやすい状態になり、引
張応力負荷下でバインドリング内に働く剪断力や剪断歪
に耐えきれなかったことによると推定する。
以上本実施例によれば、バインド材の巻付張力の低下
のないバインドリングを得ることができるので、コイル
エンド部の巻締力の低下がなくなり、これにより回転子
の運転時に働く遠心力等による設定応力下でもコイルエ
ンドが変位しない、すなわちコイルが有害な変形のない
回転子を得ることができる。
なお、本実施例では非金属弾性繊維としてアラミドの
場合について示したが、カーボン、ガラス、芳香族ポリ
エステル、アルミナ、ボロン等の有機および無機の各種
繊維についても同等の効果を奏することは言うまでもな
い。また、硬化性樹脂についてもポリエステル樹脂、シ
リコーン樹脂などが汎用として有用である。可塑剤につ
いても本実施例ではポリアセタールの場合について示し
たが、この他フェノキシ、シリコーン、ウレタン、ポリ
ブタジェン化合物やその変位化合物などが有用である。
〔発明の効果〕
上述のように本発明は、硬化性樹脂を被覆含浸した非
金属弾性繊維バインド材の巻付張力による巻締力の低下
のないバインドリングを得ることができるようになっ
て、硬化性樹脂を被覆含浸した非金属弾性繊維バインド
材の巻付張力による巻締力の低下のないバインドリング
を有することを可能とした円筒形回転子の製造方法を得
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の円筒形回転子の製造方法の一実施例に
よる装置の説明図、第2図(a),(b)は同じく一実
施例によるバインドリングを示すもので(a)は正面
図、(b)は側面図、第3図は同じく一実施例によるバ
インド材の縦断側面図、第4図は同じく一実施例および
比較例による変位開始引張応力と引張破壊応力の特性
図、第5図は同じく一実施例のバインド材構成によるバ
インドリングの特性図、第6図は従来の円筒形回転子の
製造方法による回転子の縦断側面図である。 1……回転子、2……コイルエンド、2a……コイルエン
ドモデル、3……鉄心、5……コイル、6a……バインド
材、6A……バインド基材、6B……硬化性樹脂、6C……可
塑剤、7a……バインドリング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−49644(JP,A) 特開 平2−155445(JP,A) 特開 昭63−124741(JP,A) 実開 平1−64953(JP,U) 特公 昭55−14613(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02K 3/46 - 3/52 H02K 15/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉄心の溝内に組み込まれたコイルの、前記
    鉄心の溝から外方に突出しているコイルエンド部をバイ
    ンド材で固定する円筒形回転子の製造方法において、可
    塑剤を所定量配合した熱硬化性樹脂を被覆含浸した非金
    属弾性繊維バインド材を前記コイルエンド部に巻付張力
    を加えて巻回すると同時に、前記熱硬化性樹脂を加熱硬
    化させて前記巻回するバインド材を一体に固化させたこ
    とを特徴とする円筒形回転子の製造方法。
  2. 【請求項2】前記熱硬化性樹脂が、前記可塑剤を体積含
    有量で5〜20%配合されたものである請求項1記載の円
    筒形回転子の製造方法。
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