JP4356406B2

JP4356406B2 - 回転電機巻線コイルの加熱処理装置

Info

Publication number: JP4356406B2
Application number: JP2003318951A
Authority: JP
Inventors: 英明木村; 徹畔柳; 信之浅岡
Original assignee: Aisin AW Co Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 2003-09-10
Filing date: 2003-09-10
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2023-09-10
Also published as: JP2005086954A

Description

本発明は、電動機、発電機、電動発電機等の回転電機の製造に係り、特に、回転電機の巻線コイルを含浸ワニスの硬化により固定する技術に関する。

電動機や発電機等の回転電機の固定子等の製造工程の中には、固定子のスロットに挿入された巻線コイルの絶縁強化、耐振、耐油、耐薬品、放熱性等の向上を目的として巻線コイルにワニスを塗布して硬化させる含浸ワニス工程がある。この含浸ワニス工程には、ワニス滴下工程のほかに、その前処理及び後処理のための加熱処理工程として、図４に処理フローを示すような予備乾燥、ゲル化、硬化の工程がある。

従来の一般的加熱方法としては、図５に示すようなオーブン加熱、図６に示すような熱風循環炉等による加熱が知られている。図５に示すオーブン加熱では、ワーク（図は、巻線コイル挿入済みの固定子を示す）をオーブン内に入れてヒータ加熱された空気により加熱する方法が採られる。したがって、この方法はバッチ処理となる。また、図６に示す熱風循環炉による加熱では、炉内のトンネルをワークを通過させながら、同じくヒータ加熱された空気で加熱する方法が採られる。この方法は、オーブン加熱とは異なり、連続処理が可能となる。

ところで、従来の加熱方法には次のような問題点がある。
（１）従来の加熱方法では、ヒータを熱源として空気を温めてから、加熱された空気でワークを表面側から温める加熱が行われるため、ワークの深部に当たるコイルエンド内、スロット内を確実に温めるには長時間を要し、特にワニスを硬化させるには、３〜５時間程度にも及ぶ長い加熱時間を要する。
（２）上記のように長時間の工程となることで、生産性を上げるためには、バッチ式で一度に大量処理するのが有利であるが、バッチ処理では、設備も大型となってスぺースが広く必要となり、少量生産には不向きとなる。また、連続処理では、生産量に関係なく炉の長さが極めて長くなる。
（３）ワニス工程での品質不良が後の工程で発見された場合、同一処理された大量の製品は不良品扱いとなり、後の工程では手直しはできないので、破棄しなけらばならないため、製品ロスが多く発生する。
（４）ワニスの硬化処理は、加熱している空気の温度で管理されるが、加熱空気の温度管理では、実際にコイルにかかる温度は不明であり、ワニス硬化状態は、詳細には把握できない。

なお、回転電機のワニス含浸処理を開示する技術として、特許文献１記載の技術がある。
特開平７−３１１０８号公報

ところで、上記のような問題点を解決すべく、他の加熱方法として、巻線コイルに直接、高周波電流、直流電圧、交流電圧等の電力を供給して、コイルの自己発熱及び誘導加熱を用いる方法が想起される。こうした方法は、加熱効率が良いことから、処理時間の短縮に有利であり、電力の制御であることから、温度管理も容易である利点が得られると考えられる。このような加熱のための装置構成としては、ワークへの電力供給のための給電線接続が必要となる。この接続をワークへの直接接続とした場合、万一、電力供給状態で接続作業を行ってしまうと、感電する危険があるため、接続のたびに、電力供給が遮断されていることをテスター等で確認してから作業しなくてはならない。こうした作業は能率向上阻害の要因となる。

本発明は、上記のような事情に鑑み案出されたものであり、回転電機の製造における巻線コイルにワニスを含浸させて硬化させる一連の工程において、巻線コイルを短時間で均一に加熱することを主たる目的とし、その作業性を向上させることを更なる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、回転電機の巻線コイルにワニスを含浸させて硬化させる工程における回転電機巻線コイルの加熱処理に使用する装置において、
前記装置は、巻線コイルを配したワークを載置する機台と、
該機台に載置したワークの巻線コイルに加熱のための電力を投入する電源装置と、
上記巻線コイルのリードに接続される結線手段とを備え、
上記電源装置からの給電線には給電側コネクタが接続されており、
上記結線手段は、上記ワークに着脱自在に取付け可能な端子台と、該端子台に設けられ上記巻線コイルのリードと着脱自在に接続可能な接続部を有する中継ターミナルと、該中継ターミナルから導線を介して接続された端子台側コネクタとを有し、
上記結線手段は、上記端子台の上記中継ターミナルの接続部と上記巻線コイルのリードとを接続した後に、上記給電側コネクタに対して上記端子台側コネクタを嵌め合わせることにより上記電源装置に接続可能とされたことを特徴とする回転電機巻線コイルの加熱処理装置にある。

上記の構成において、前記結線手段は、前記ワークに取付け可能な端子台を有する構成とするのが有効である。また、前記給電線側のコネクタは、前記機台に取付けられた構成とするのが有効である。また、前記ワークが回転電機の固定子である場合、前記端子台は、回転電機を機器に取付けるために固定子が備える取付手段に固定可能とされるのが有効である。

上記請求項１に記載の構成では、ワークを加熱処理のために機台に載置して、電力投入ために電源装置に結線する際に、ワークに結線手段を連結してから、コネクタを接続することで、ワーク側のコネクタと電源装置側のコネクタをワンタッチで接続することで、感電することなく、且つ毎回電力供給の非通電の確認をすることなく、結線作業を安全且つ能率よく行うことができる。そして、巻線コイルに電力を直接投入することで、巻線コイルの内部からの自己発熱及び誘導加熱の併用によって巻線コイルを加熱することができる。したがって、この構成によれば、巻線コイルを表面からの加熱により温める方法に比べて、より均一な加熱処理がなされる。しかも、巻線コイル自身の発熱による効率の良い加熱となるため、処理時間が大幅に短縮される。また、巻線コイルを加熱する装置として、オーブン、熱風循環炉等の大型装置は必要とせず、巻線コイルへの電力供給のための電源装置が必要なだけとなるので、加熱設備の小型化が可能となる。

また、ワークに予め端子台を取付けて、端子台と巻線コイルのリードを接続しておくことで、コネクタを接続する作業が先行することがなくなるため、作業手順ミスによる感電の危険性を一層低減することができる。

次に、請求項２に記載の構成では、ワークを支持した治具側で結線作業を行うことができるため、作業能率が向上する。

また、請求項３に記載の構成では、端子台をワークとしてのステータが本来備える取付手段を利用して固定することができるため、端子台の格別の支持手段の使用を不要とすることができる。

本発明における電源装置は、高周波電力を供給するものとするのが有効である。これにより加熱処理に要する時間を従来の処理に対して大幅に短縮することができる。また、本発明の装置は、回転電機の巻線コイルにワニスを含浸させて硬化させる工程における巻線コイルの予備乾燥工程、巻線コイルに含浸させたワニスのゲル化工程及び硬化処理工程の全てに適用可能であるが、特にワークを回転させない予備乾燥工程に用いて有効なものである。

本発明を３相コイルを組込んだ固定子の製造に適用する場合を例として説明する。図１は実施例の回転電機巻線コイルの加熱処理装置をブロックで示す。図示するように、この装置は、高周波電源装置１を主体として構成されている。高周波電源装置１は、商用の３相２００Ｖ電源２にノイズ除去用のトランス３を介して接続するものとされている。この例の高周波電源装置１は、ノイズ除去により波形の乱れのない３相電流を直流に変換する、例えばコンバータからなる整流部１１と、整流部１１で整流された脈流を平滑化する、例えばコンデンサからなる平滑部１２と、平滑化された直流を単相２０ｋＨｚ程度の高周波電流に変換する、例えばインバータからなる高周波発生部１３を備えて構成されている。この高周波発生部１３は、制御部１４により制御するものとされ、制御部１４へは温度情報と制御条件が入力されるように、例えば巻線コイルＳｃに組込まれたサーミスタを検出素子とする温度情報取得手段１５と、加熱条件の条件入力手段１６が接続されている。なお、図１において、符号Ｓは、処理対象のワークとしての回転電機の巻線コイル挿入済みの固定子を示す。

次に示す図２は、加熱処理装置の治具側の実体的装置構成を示す。図示するように、この装置は、本例において、回転電機の巻線コイルを配した固定子とされるワークＳを載置する機台４上に、ワークＳを回転させない場合の定置（後記する予備乾燥のための加熱処理の際の定置）のための着脱可能な治具４１と、ワークＳへの給電のための高周波電源１（図１参照）からの３本の給電線１７の３極コネクタ１８を主要な構成として備える。治具４１は、ワークＳの周面形状に沿った部分円筒形の受け面の中央に、軸線方向に延びる溝４１ａを備える構成とされ、この溝４１ａに、ワークＳの円筒形周面周方向３箇所に突出形成されたボルト挿通孔を備える突起Ｓｆの１つをはめ込んで、ワークＳが位置決め保持される。なお、この治具４１は、位置決め保持した後、チャック４２を開いてワークＳを把持すると、ワークＳが溝４１ａから浮き、取外し可能となる。これによりワークＳの加熱時にチャック４２以外の余分な接触物のワークＳへの接触による加熱への影響を排除することができる。コネクタ１８は、３本の給電線１７により図示しない高周波電源に接続されている。なお、この装置におけるチャック４２は、ワークＳを内周側で支持し、処理工程によっては軸線回りに回転させる（この操作は、後記するワニス滴下、ゲル化、硬化のための過熱処理の際に使用される）ために設けられている。また、符号４４は、このチャック４２によりワークＳを内径側で支持して回転させながら別途機台に設置するワニスの滴下装置によるワークＳへのワニスの含浸処理を行う際に、ワークから落ちるワニスを受けるステンレス製のバットを示す。

本発明の主題に係る結線手段５は、巻線コイルのリード端子Ｓｔにコネクタ５５を介して着脱自在に接続可能とされている。結線手段５は、ワークＳに取付け可能な端子台５１を有する。この端子台５１は、コ字状の取付金具と、取付金具に絶縁材５２を介して固定された導体からなる３極の中継ターミナルを備え、取付金具の両脚部に、ワークＳへの取付けのためのボルト孔を備える構成とされている。各中継ターミナルは、導線５４を介して端子台５１側のコネクタ５５に接続され、各ターミナルごとに巻線コイルのリード端子５３ａ，５３ｂ，５３ｃを着脱自在に接続する接続部が設けられている。この例の場合、ワークＳが回転電機の固定子であることから、端子台５１は、回転電機を機器に取付けるために固定子が備える取付手段としての突起Ｓｆのボルト孔にボルト止めするか、又は端子台５１から延びる両脚部をボルト孔に挿入し、両脚部に設けられた孔にスナップピンを挿入することで固定可能とされている。そして、この結線手段５に対する給電線側のコネクタ１８は、機台４から延びるブラケット４３に取付けられている。

上記結線手段５の接続作業は、機台４への載置に先立ち又は載置後に、端子台５１をワークＳの軸線方向一端部にボルト止め固定し、巻線コイルの３相のリード端子Ｓｔをそれぞれ端子台５１の３極の中継ターミナルの接続部にボルト止め等で固定し、最後に端子台５１から延びる導線５４のコネクタ５５を機台４側のコネクタ１８に嵌め合わせる作業となる。この作業手順により、結線作業時に毎回高周波電源装置１からの電力供給が遮断されていることをテスター等で確認する作業なしで、万一、電力供給状態で結線作業を行ってしまっても、コネク夕１８，５５同士をはめ込むだけの作業となるので、感電の危険を回避することができる。また、端子台５１あるいは電線１７を直接ワークＳのリード端子Ｓｔへ接続するには、各リード端子Ｓｔをドライバ等の工具を使って接続作業を行わなくてはならず、５分程度時間がかかるのに対して、ワンタッチでコネクタ同士をはめ込むだけなので、３０秒程度の短時間で行うことができ、工数低減となる。

上記の構成からなる加熱処理装置の高周波電源装置１の高周波電流の出力側を、前記結線手段５を介して機台４に設置したワークＳの３相巻線コイルＳｃに接続し、Ｕ−Ｖ相、Ｖ−Ｗ相、Ｗ−Ｕ相の巻線の順に電力を投入すると、ワークＳは、巻線コイルＳｃの内部からの自己発熱及び誘導加熱により自身で内部から発熱する。本例では、この発熱を利用して巻線コイルＳｃの加熱処理を行う。次に示す図３は、各工程での処理内容と、コイル温度の関係を、横軸を時間、縦軸を巻線コイル温度で表す温度チャートである。このチャートは、一般的な加熱処理工程の手順に従うもので、当初の巻線コイルの残留ストレス及び水分の除去のための予備乾燥、予備乾燥により温度上昇した巻線コイルをワニスの含浸に適した温度にするための冷却、適温でのワニスの滴下、滴下したワニスのゲル化のための加熱及び温度保持、硬化のための加熱（２００°Ｃ程度）の継続及び最後の常温に戻すための冷却の各工程を示す。これらの工程のうち、本例による加熱処理は、当初の予備乾燥のための加熱、ゲル化のための加熱及び硬化のための加熱に適用されている。これらの処理は、サーミスタ１５が取得する温度をモニタしながら制御部１４に設定された温度チャートに沿うように、制御部１４から高周波発生部１３に信号を伝達させて、高周波発生部１３から電流又は時間制御された電力を出力させる操作として行われる。そして、ワークＳに電力を所定時間通電して加熱する。

上記の処理内容から明らかなように、本実施例による加熱処理は、高周波電源装置１とワークＳの結線手段５を介する結線のみにより実行されるため、特にワークＳを取り囲む装置を要することなく行われる。したがって、加熱処理位置にワニス滴下のための装置を配置して、従来のオーブンや熱風循環炉による加熱処理のように、ワニスの滴下のためのステージ替えをなくし、予備乾燥から硬化までの全ての処理を１ステージで実施することも可能である。

以上詳述したように、この実施例によれば、巻線コイルＳｃに高周波電力を直接投入することで、巻線コイルＳｃの内部からの自己発熱及び誘導加熱の併用によって、予備乾燥、ゲル化、硬化処理を短時間（０．５〜１時間程度）で加熱処理できる。また、巻線コイルＳｃを加熱する装置として、オーブン、熱風循環炉等の大型装置は必要とせず、高周波電源装置１のみの使用で装置を小型化できる。更に、万一、不良品が発生した場合でも、処理時間が短いことで、処理結果も短時間で分かるため、早期に不良品を発見でき、ロスを最小限に抑えることができる。しかも、巻線コイルＳｃに組込まれているサーミスタ１５を用いて、温度関連情報としての巻線コイル温度自体あるいは温度により変化する抵抗をモニタして温度制御することで、ワニス硬化を確実に行うことができ、品質が安定する。

なお、温度関連情報の取得手段は、サーミスタに限るものではなく、非接触温度計、熱電対、サーモトレサー等でも代用できる。また、高周波電力を投入すると、誘導加熱によりワークＳを支持している冶具（ワークＳとしての固定子を内径側で支持する内径チャック４２、ワークＳを適宜回転させながら支持する回転台等が想定される）の材質に鉄等の磁性体を使用すると、治具が高温となって、巻線コイルＳｃに冶具温度が伝達されて、温度のばらつきを生じてしまう。このため、冶具の材質には、導伝率の高いアルミニウム、銅及びセラミック等の材質のものを使用して、冶具の発熱を抑えることが望ましい。そうすることで、コイル温度のバラッキを発生させずに済む。

本発明は、一般的な多相回転電機の固定子又は回転子に広く適用可能なものであり、例えば、３相の誘導電動機や発電機における、３相コイルの加熱に適用可能なものである。

実施例の加熱処理装置を示すブロック図である。加熱処理装置の治具側の実体的構成を示す配置図である。実施例の各処理の温度チャートである。一般的含浸ワニス工程の説明図である。従来のオーブン加熱処理を概念的に示す模式図である。従来の熱風循環炉による加熱処理を概念的に示す模式図である。

符号の説明

Ｓワーク
Ｓｃ巻線コイル
Ｓｆ取付手段
１電源装置
４機台
５結線手段
１７給電線
１８給電線側のコネクタ
５１端子台
５５端子台側のコネクタ

Claims

回転電機の巻線コイルにワニスを含浸させて硬化させる工程における回転電機巻線コイルの加熱処理に使用する装置において、
前記装置は、巻線コイルを配したワークを載置する機台と、
該機台に載置したワークの巻線コイルに加熱のための電力を投入する電源装置と、
上記巻線コイルのリードに接続される結線手段とを備え、
上記電源装置からの給電線には給電側コネクタが接続されており、
上記結線手段は、上記ワークに着脱自在に取付け可能な端子台と、該端子台に設けられ上記巻線コイルのリードと着脱自在に接続可能な接続部を有する中継ターミナルと、該中継ターミナルから導線を介して接続された端子台側コネクタとを有し、
上記結線手段は、上記端子台の上記中継ターミナルの接続部と上記巻線コイルのリードとを接続した後に、上記給電側コネクタに対して上記端子台側コネクタを嵌め合わせることにより上記電源装置に接続可能とされたことを特徴とする回転電機巻線コイルの加熱処理装置。
前記給電線側コネクタは、前記機台に取付けられた、請求項１記載の回転電機巻線コイルの加熱処理装置。
前記ワークは、回転電機の固定子であり、前記端子台は、回転電機を機器に取付けるために固定子が備える取付手段に固定可能とされた、請求項１又は２記載の回転電機巻線コ
イルの加熱処理装置。