JP4336354B2 - グラスファイバを含んだ絶縁体を有したモータの回転子 - Google Patents

Description

本発明は、コイルが巻線されるコアの接触表面に絶縁体を被覆させたモータ回転子に係り、さらに詳細には、プラスチックとグラスファイバとが８０〜９０重量％：１０〜２０重量％の割合で加熱されて混合されたプラスチック溶融体を、インサートモールディングによって電機子コアの外周面に形成することを特徴とする。

一般的に、モータは、ケースに固定された固定子と、電流印加によってこの固定子と相互作用により回転する回転子とを具備している。

前記回転子は、外周面に電磁コイルを巻いてその電磁コイルに流れる電流により電磁気が誘導されることにより、固定子に対して相対的に軸回転を行うが、電機子回転軸と電磁コイルとが接地され、回転軸を介して外部と通電されないように、電機子コアと電磁コイルとが絶縁状態に維持されることが重要である。このために、電機子コアと電磁コイルとの間には、絶縁特性にすぐれた素材を利用してコア周辺に絶縁膜を形成している。

具体的に述べれば、回転子は、コア１１０（図４）にコイルが巻かれているが、電流がコイルに流れれば、コア１１０に磁力が発生してコア１１０に極性が形成される。このコア１１０は、円形鉄板に円周方向に沿って多くの溝が形成され、かかる鉄板を何枚か積層して円筒形に構成するが、その中心に回転軸１３０を挿入固定した。特に、コア１１０とコイルとの間には、絶縁体１２０が介在され、従来には、図４に図示されているように、絶縁体をコア表面にコーティングして使用した。

具体的に、微細な粉末の絶縁物質をコア１１０の表面に塗布し、コイルが巻線されないコア１１０の突極面の部分からは払拭した後、コアの表面に塗布された絶縁物質を熱で完全に固着させ、コイルが巻線されるコアの表面部位に絶縁体１２０をコーティングさせ、これをパウダコーティングという。

このように、従来は、コアに微細粉形態の絶縁物を蒸着することにより、蒸着装置に微細な粉末（粉塵）が飛び散り、装置の故障が多いだけではなく、作業時に粉塵が外部に流出して作業者の健康を害し、作業環境を劣悪にする要因になっていた。この絶縁物粉末は、カルシウムカルボナイド、エポキシ樹脂、アンヒドライド、二酸化チタン、塗料、シリカ及びフェノールを成分として製造されるが、このうち、特にエポキシ樹脂が主に利用されており、エポキシを使用したコーティングをエポキシパウダコーティングという。

前記エポキシパウダコーティング法は、環境的な側面で有害である。また、エポキシのような製品は、高温や高圧などにも耐えられずに、容易に破損してしまうという問題点もあった。

かかる問題点を解決すべく、絶縁体２２０（図５）を人体に比較的無害なポリアミド素材を利用し、前記絶縁体２２０をコア２１０の形態に合うように成形させた後、コア２１０の表面に挿入装着させることにより、コア２１０の表面に均一厚さに絶縁体２２０の被覆が可能であり、必要によって回転軸２３０とコア２１０とを分離した状態で運搬可能にするモータ回転子と関連した特許文献１があり、その構成は、図５に示されている。

しかし、前記発明には次のような問題点がある。

第一に、プラスチック射出成形物をあらかじめ製作して組立てる方法は、コア周辺に直接コーティング膜を形成する方式に比べ、作業工程が複雑であり、かつ作業時間が延長してしまう。

第二に、絶縁体として単純にポリアミド系の原材料だけを利用してコアを絶縁させており、高温では、絶縁性が落ちるという問題点があった。すなわち、ポリアミド系の原材料だけを使用すれば、低温では、絶縁性には問題ないが、高温になるほどその絶縁性が順次低下し、回転子の効率を大きく落とすことになる。

第三に、多量に生産された装着式絶縁体の大きさや形状が均一ではない場合、製作面で困難さが伴う。すなわち、絶縁体が基準値より大きく生産された場合、コアにゆるめに挟まれた絶縁体は、容易にコアから分離され、絶縁体が基準値に比べて小さく生産された場合、絶縁体を無理にはめ込まねばならないので、製作時間が遅延するという問題点がある。

従って、いつも高精度の絶縁体を生産しなければならないが、かかる高精度の絶縁体の生産は、必然的に生産コストの上昇を呼び起こす。

第四に、装着式絶縁体の場合、別途に生産された絶縁体を手作業でコアに結合させている。しかし、何枚かの鋼板からなるコアの外面と絶縁体は、完全な結合をなし難く、特に積層されたコア間に小さな隙間が発生した場合、前記微細な隙間を介して電流が漏れて絶縁性が低下してしまう。
大韓民国特許公開１０−２００５−００４６３５９号公報（「装着式絶縁体を有するモータ回転子及びその絶縁体」）

本発明は、前記エポキシパウダコーティング及び装着式絶縁体を有するモータの回転子が有した問題点を解決するために提案されるものである。

装着方式で絶縁体をコアに挟むのではなく、インサートモールディングによってコア周辺に絶縁体を一体に形成させ、工程数が増加せず、かつ高効率のコアを生産できるようにすることを目的とする。

また、絶縁体としてポリアミド素材及びグラスファイバを含んで成形し、高温では、絶縁性を向上させることを目的とする。

また、絶縁体をコアにインサートモールディングによって一体に形成することにより、絶縁体を別途に製作してコアに挟み込む方式に比べ、絶縁体の大きさ及び形状が精密であるという必要がなく、インサートモールディングによって絶縁体がコアの表面に形成されるので、微細な隙間が形成されず、これによる電流の不要な漏れを防止することを目的とする。

前記のような目的を達成するために、本発明によるモータの回転子は、放射状に交互に形成される複数のスロットと突極とを有すると共に中央に孔が形成されている複数の薄い鋼板が積層されて構成されるコアと、前記コアのスロットを介して前記突極に巻線される複数のコイルと、前記コアの表面全体を囲うように一体に被覆されている絶縁体とを備え、前記絶縁体の上端と下端とには、前記孔の内周面に沿って管状の延長支持部が突設され、この延長支持部と前記孔とに回転軸が挟み込まれるようになっており、前記絶縁体は、ポリアミド素材とグラスファイバとから構成されており、前記絶縁体のうちグラスファイバの比率は、１０〜２０重量％の比率であり、前記コア、前記絶縁体及び前記延長支持部は、インサートモールディングによって一体に形成されていることを特徴とするものである。

装着式に絶縁体をコアに挟むのではなく、インサートモールディングによってコア周辺に絶縁体を一体に形成させ、工程数が増加せず、かつ高効率のコアを生産できる。

絶縁剤としてポリアミド素材及びグラスファイバでもって成形するために、環境汚染が防止されるだけではなく、高温では、絶縁性低下が起きることを防止できる。

また、絶縁体をコアにインサートモールディングによって一体に形成することにより、絶縁体を別途に挟み込む方式に比べ、絶縁体の大きさ及び形状が精密である必要がなく、製作コストが節減されるだけではなく、コアと絶縁体との間に微細な隙間が形成されることを防止し、かつ不要な電流漏れを防止して製品の効率を極大化できる。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明によるモータの回転子を詳細に説明する。図面にて、同じ参照符号は、同じ機能を有する部材を表す。

まず、図１ないし図３を参照すれば、本発明のモータの回転子は、コア１０を具備し、前記コア１０は、複数の薄い鋼板１１、例えば、磁気的特性と抵抗率とにすぐれるケイ素鋼板を積層して構成する。鋼板１１は、円形ベースを有し、ベースの中央に孔１４が形成されている。鋼板１１の外縁には、複数のスロット１３と突極１２とが放射状に交互に形成されており、スロット１３と突極１２は、それぞれ互いに同じ間隔をなしている。そして、突極１２の末端には、磁界形成のための突極面が形成されている。

図２を参照すれば、孔１４の内面と突極１２の突極面とを除外したコア１０の表面全体、すなわち、コア１０の最上端と最下端とに配置されている鋼板１１の上面と下面、そして突極１２の外面を囲うように絶縁体２０が被覆されている。また、前記孔１４の円周を内周とし、コアの最上端と最下端とから延長して外側に突出されている円筒形状の延長支持部１５を具備している。

前記絶縁体２０は、ポリアミド素材とグラスファイバとから構成されており、前記グラスファイバは、全体絶縁体２０のうち１０〜２０重量％の比率を有する。

本発明の回転子において、絶縁体２０は、コアにインサートモールディングによって結合され、かかるインサートモールディングについて述べれば、次の通りである。

鋼板１１を積層して構成されたコア１０を、公知の金型のキャビティ（図示せず）に載置させる。このとき、コア１０の孔１４には、流動性絶縁体２０が充填されないようにコア金型（図示せず）を挟み、コア１０の突極面は、キャビティの内面にぴったりと密着させる。コア１０の上面と下面、及び突極１２とキャビティの内面との間に、絶縁体２０の厚さほど間隔を維持させて流動性絶縁体２０を充填させる。

コア１０が載置されている金型のキャビティに流動性絶縁体、例えばポリアミド溶液を充填する。金型のキャビティに充填される流動性絶縁体は、コア１０の表面全体を囲いつつ成形される。コア１０と絶縁体２０の成形品を金型のキャビティから取り出した後、流動性絶縁体２０を硬化させれば、コア１０は、絶縁体２０に一体化した構造に製造される。一方、前記絶縁体の上端と下端とには、延長支持部１５も同時に一体に形成される。

生産されたコア１０は、延長支持部１５と孔１４内部とに回転軸３０が挟まれれば、あらゆる製作が完了する。

従って、本発明によれば、コアと絶縁体との結合は、インサートモールディングによってただ一回の工程によって行われ、作業者は、完成したコア組み立て体の延長支持部１５と孔１４とにシャフト３０を挟み込みだけでよい。

このように、生産されたコア１０と絶縁体２０の成形品が回転軸３０が挟まれていない状態で生産されるために、保管や運搬時には、分離された状態を維持し、実際、モータ内への挿入が必要な場合にだけ、回転軸３０をコア１０の孔１４に挟み込む。このように、簡単な組立作業によって製品が完成されるために、従来技術に比べ、製作コストの節減が予想されるだけではなく、運搬コストの減少をももたらす。

また、突極１２の末端を除外したコア１０の表面全体を囲う絶縁体２０の一体型被覆構造により、コア１０の絶縁特性を大きく向上させる。特に、機械的強度及び耐摩耗性にすぐれるポリアミド素材に、絶縁性能にすぐれるグラスファイバを混合することにより、回転子が１４０℃以上の高温下におかれる時でも絶縁性が落ちない。

このとき、絶縁体に含まれるグラスファイバの比率は、１０重量％〜２０重量％が望ましく、さらに望ましくは、１２〜１４重量％がよい。このように、グラスファイバの比率を１０〜２０重量％とする理由は、重量比を変化させていき絶縁性能と強度とを試験した結果、グラスファイバの比率が前記範囲に比べて大きくなれば、回転子の高温での絶縁性は向上するが、ガラス固有の特性であるもろさ（ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓ）が増大して強度が弱くなり、小さい衝撃にも破壊されてしまうという危険性が大きくなる。

また、ガラスファイバの比率が前記範囲に比べて小さくなれば、高温になるほど絶縁性能が低下した。

このように、ガラスファイバを前述の割合で混合し、容易に破壊されず、かつ高温絶縁性のよい回転子を作ることが本願発明の重要な特徴であるといえる。

また、本願発明は、以上で述べたインサートモールディングにより、絶縁体２０を一体型被覆構造とするために、コア１０と絶縁体２０との間の微細な隙間をなくすことができ、それにより電流の完壁な漏れ防止が可能である。

以上のような従来技術と本願発明との特徴的な差を具体的に説明するために、次の通り実験を行った。

１．実験条件
実験は、温度変化による耐電圧試験と温度変化による絶縁抵抗試験とを行った。前記実験で使われる使用電圧は、耐電圧試験は、ＡＣ５００Ｖ、ＡＣ１，０００Ｖ、ＡＣ１，５００Ｖ、絶縁抵抗試験は、ＤＣ５００Ｖ、ＤＣ１，０００であり、温度は、２７℃〜１６０℃の間である。

実験時に使われる製品は、図４に図示されたエポキシパウダコーティングによる回転子１と、図５に図示されたポリアミド素材だけでなされ、装着式の絶縁体が挟まれたコア１０を有した回転子２と、インサートモールディングによって形成され、ポリアミド及びガラスファイバを混合した絶縁体を有した回転子３とを使用した。特に、回転子３で、ガラスファイバは、全体絶縁体成分のうち１３重量％が含まれている。

一方、実験内容で、「不良」と表示したデータは、回転子をモータに使用するとき、適正効率を得られない場合をいう。

２．実験内容
（１）温度変化による耐電圧試験データ

（２）温度変化による絶縁抵抗試験データ

（３）実験結果
１）耐電圧試験の結果、常温で耐電圧出力Ｖによる差は、大きくなかったが、高温になるほどに回転子３の製品が不良がなく、一定した耐電圧を得ることができた。特に、温度１４０℃及びＡＣ１，５００Ｖで、他の製品の場合に回転子としての機能を喪失するほどに効率が不良であった。

２）絶縁抵抗試験の結果、ＤＣ５００Ｖで、回転子１の場合、絶縁効率が落ちることが分かり、回転子２の場合、常温では、比較的良好であるが、高温になるほどに絶縁性が顕著に落ちることが分かり、１６０゜ではほとんど使用し難いほどであった。また、ＤＣ１，０００Ｖである場合、回転子１の場合、常温でもかなり不良な絶縁抵抗値を有するようになり、回転子２の場合、１００℃までは絶縁性が安定していたが、１００℃以上では、絶縁性がかなり落ちるということが分かった。

回転子３の場合は、ほとんどの範囲で安定した絶縁性を維持し、ただし、温度１６０℃で絶縁性が若干低下したが、十分に使用可能な範囲内にある。もちろん、前記１６０℃で絶縁性能をさらに向上させるために、ガラスファイバの比率をさらに増加することも可能であるが、前述のように、強度面では不利になるのである。

３）結論として、実験結果を介して分かるように、ガラスファイバを１３重量％使用した回転子３がエポキシパウダコーティングを利用した回転子１と、装着式絶縁体を使用してポリアミド素材だけを利用した回転子２とに比べ、高温で良好な絶縁性能を示しているということが分かる。

以上で、図１を始めとする図面を参照しつつ説明した回転子は、本実施例に限定されず、本出願書に記載されたコアを基として多様に形態を変形することが可能である。従って、ガラスファイバとポリアミドとの比率を維持した状態で、コアの形状だけ変形することは、本発明の範囲に属すると解釈されるのである。

本発明のガラスファイバを含んだ絶縁体を有したモータの回転子は、例えば、モータ関連の技術分野に効果的に適用可能である。

本発明による回転子を表した斜視図である。 本発明による回転子の平面図である。 本発明による回転子の切開図である。 従来技術により、エポキシパウダコーティングを利用した回転子を表した斜視図である。 従来技術により、装着式絶縁体を有した回転子を表した斜視図である。

符号の説明

１０，１１０，２１０ コア
１１ 鋼板
１２ 突極
１３ スロット
１４ 孔
１５ 延長支持部
２０，１２０，２２０ 絶縁体
３０，１３０，２３０ 回転軸

Claims (2)

1. 放射状に交互に形成される複数のスロットと突極とを有すると共に中央に孔が形成されている複数の薄い鋼板が積層されて構成されるコアと、
   前記コアのスロットを介して前記突極に巻線される複数のコイルと、
   前記コアの表面全体を囲うように一体に被覆されている絶縁体とを備え、
   前記絶縁体の上端と下端とには、前記孔の内周面に沿って管状の延長支持部が突設され、この延長支持部と前記孔とに回転軸が挟み込まれるようになっており、
   前記絶縁体は、ポリアミド素材とグラスファイバとから構成されており、前記絶縁体のうちグラスファイバの比率は、１０〜２０重量％の比率であり、
   前記コア、前記絶縁体及び前記延長支持部は、インサートモールディングによって一体に形成されていることを特徴とするグラスファイバを含んだ絶縁体を有したモータの回転子。
2. 前記グラスファイバの比率は、１２〜１４重量％であることを特徴とする請求項１に記載のグラスファイバを含んだ絶縁体を有したモータの回転子。

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