JP5162914B2 - 電機子コイル処理方法およびその方法により製造される整流子モータ - Google Patents

Description

本発明は、整流子モータの電機子コイルを固定するための電機子コイル処理方法およびその方法により製造される整流子モータに関する。

図１は一般的な整流子モータの外観側面図である。この整流子モータ１は、図１に示すように、シャフト２と、シャフト２に圧入固定される電機子鉄心３と、シャフト２に圧入固定される整流子４と、複数のコイル片からなり、電機子鉄心３のスロットに巻装される電機子コイル５と、により構成される。ここで、整流子４は、端部にフック部８が形成された複数の整流子子片６からなる。そして、電機子コイル５がフック部８に係合することにより、電機子コイル５と整流子４とが電気的に接続されている。なお、より詳細には、コイル５とフック部８とは、コイル５がフック部８に溶接されることにより係合している。

このような構成の整流子モータの課題として、毎分数万回転（掃除機の場合は毎分３万〜４．５万回転）で利用される場合には、電機子コイル５に大きな遠心力が働き、電機子コイルの形状が崩れる恐れがある。このため、特許文献１に記載の発明のように、電機子コイルにワニスを塗布した後熱処理を行い、電機子コイルを固定する方法が提案されている。この特許文献１に記載の発明は、不飽和ポリエステル系のワニスに対して、低い温度で活性化する有機過酸化物を添加併用するとともに、電機子コイルの予備過熱温度を加熱硬化温度よりも低く設定してワニス処理を行うものである。このような構成から、特許文献１に記載の発明は、ワニスの硬化反応を緩慢にするとともにゲル化を促進することができ、ワニスの付着量の増加、厚肉塗膜化によるクラックの発生の抑制を図ることができる。

また、特許文献２に記載の発明のように、粉体状態の樹脂を電機子コイルに塗布した後熱処理を行い、電機子コイルを固定する方法も提案されている。この特許文献２に記載の発明は、鉄心のコイル挿入溝およびコイルの端部の少なくとも一部に、テトラフェノールエタンのテトラグリシジルエタール、ノボラックフェノール樹脂、無機質充填剤を含む樹脂塑性物の粉体を、回転子を１００℃以上に加熱しつつ付着させた後１５０℃以上の温度下で樹脂組成物を硬化させるものである。このような構成から、特許文献２に記載の発明は、４００℃〜４５０℃の高温下でも絶縁樹脂の発煙、クラックあるいはふくれ等を生じず、その絶縁性、機械的強度を低下させることもなく、もって高負荷、高回転にも耐え得る小型の回転子を提供することができる。
特開平６−１４５０３号公報 特開平２−１６４２４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、電機子コイルにワニスを塗布した後熱処理を行う場合は、ワニスを内でゲル化させるために、整流子モータ１を予熱する必要があり、また塗布に際しても、ワニス塗布のバランスを保つために、電機子を回転させながらワニスを塗布する必要がある。また、ワニスにはスチレン，アクリル，ヒドロキシメチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）等が含有されており、ワニス処理工程において、多量のＶＯＣ（揮発性有機化合物）が発生し、発生したＶＯＣを排気するために排気設備も必要となる。このため、特許文献１に記載の発明では、ワニス塗布専用の大きな設備が必要となっていた。そして、塗布時にはワニスが液状であるため、塗布量管理が困難であり製品バラツキが多くなるという問題や、電機子鉄心３の外周にワニスが付着して、固定子鉄心とのクリアランスが無くなりモータがロックするという問題も生じていた。更に、塗布したワニスが整流子子片の間に付着し、整流子子片間で絶線不良を引き起こすという問題が生じることもあった。

一方、特許文献２に記載の発明のように、粉体状態の樹脂を電機子コイルに塗布した後熱処理を行う場合には、粉体の塗布量管理が困難となっていた。また、塗布した粉体樹脂が近辺に飛散して周囲を汚染したり、整流子子片の間に付着して整流子子片間で絶線不良を引き起こすという問題も生じていた。

本発明は、以上のような課題を解決するものであり、大きな専用設備を必要とせず、安定して電気子コイルを固定することができる整流子モータの電気子コイル処理方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、シャフトと、前記シャフトに圧入固定される電機子鉄心と、前記シャフトに圧入固定される整流子と、複数のコイル片からなり、前記電機子鉄心のスロットに巻装される電機子コイルと、により構成される整流子モータの電機子コイル処理方法において、長繊維束に樹脂を塗布、含浸させてシート状に形成したプリプレグシートを、前記電機子コイルにおける前記電機子鉄心からの突出部上に配置するプリプレグシート配置工程と、前記プリプレグシート配置工程において前記電機子コイル上に配置された前記プリプレグシートを加熱して焼成する加熱処理工程と、を備えることを特徴とする整流子モータの電機子コイル処理方法において、
さらに、前記プリプレグシート配置工程の後、前記プリプレグシートを電機子コイルの形状に沿わせるために前記プリプレグシート上に押え部材を配置する押え部材配置工程を備える整流子モータの電機子コイル処理方法である。

第２の発明は、第１の発明において、前記押え部材の前記プリプレグシートとの当接面がフッ素加工される整流子モータの電機子コイル処理方法である。

第３の発明は、第１の発明又は第２の発明において、前記プリプレグシートの樹脂は熱硬化性樹脂であり、前記長繊維束は、絶縁材料からなる電機子コイル処理方法である。

第４の発明は、第３の発明において、前記プリプレグシートの焼成温度と前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度は、前記整流子モータの前記高速回転時の温度よりも高いことを特徴とする電機子コイル処理方法である。

第５の発明は、第４の発明において、前記プリプレグシートの焼成温度は、前記熱硬化性樹脂の最低硬化温度よりも高く、前記電機子コイル、前記整流子の樹脂部品及び前記電機子鉄心の樹脂部品の耐熱温度よりも低いことを特徴とする電機子コイル処理方法である。

第６の発明は、第１の発明から第５の発明の整流子モータの電機子コイル処理方法により処理して製造される整流子モータである。

本発明によれば、プリプレグシートを電機子コイルにおける鉄心からの突出部上に配置するプリプレグシート配置工程と、プリプレグシート配置工程において電機子コイル上に配置されたプリプレグシートを加熱して焼成する加熱処理工程とを備えることから、ワニスを塗布するための大型専用設備や発生するＶＯＣを除去するための排気装置を必要とすることなく、大きな専用設備を必要とせず、安定して電気子コイルを固定することができる。

また、本発明によれば、プリプレグシートの樹脂は熱硬化性樹脂であることから、溶解して脱落することがなく、長繊維束は、絶縁材料からなることから、電機子コイルの絶縁を維持しつつ、クラックの発生を防止することができる。

また、本発明によれば、プリプレグシートの焼成温度と熱硬化性樹脂のガラス転移温度は、整流子モータの高速回転時の温度よりも高いため、整流子モータの高回転時であっても、プリプレグシートの樹脂が軟化することがなく、安定して電機子コイルを固定することができる。

また、本発明によれば、プリプレグシートの焼成温度は、熱硬化性樹脂の最低硬化温度よりも高く、整流子の樹脂部品および前記電機子鉄心の樹脂部品の耐熱温度よりも低いことから、プリプレグシートを十分に熱硬化させることができるとともに、整流子や電機子鉄心の部品を熱劣化させることもない。このため、整流子モータの品質を向上させることができる。

また、本発明によれば、プリプレグシートを、整流子側の前記電機子コイルにおける鉄心からの突出部上に配置することから、回転時に特に温度が上昇する部分のみを固定することができるため、材料コストを低減することができる。すなわち、高温により皮膜が剥がれやすくなっており、さらに回転による遠心力を受けるために、断線のおそれがある整流子側のみを固定して、断線を防止することができる。

また、本発明によれば、プリプレグシート配置工程の後、プリプレグシートを電機子コイルの形状に沿わせるためにプリプレグシート上に押え部材を配置する押え部材配置工程を、さらに備えることから、プリプレグシートと電機子コイルとが密接した状態で、プリプレグシートを焼成することができる。そのため、安定して電機子コイルを固定することができる。

また、本発明によれば、押え部材のプリプレグシートとの当接面がフッ素加工されることから、プリプレグシートの焼成後にプリプレグシートと押え部材とが接着されることを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る整流子モータ１の側面図である。

この整流子モータ１は、シャフト２と、シャフト２に圧入固定される電機子鉄心３と、シャフト２に圧入固定される整流子４と、複数のコイル片からなり、電機子鉄心３のスロットに巻装される電機子コイル５と、により構成される。整流子４は端部にフック部８が形成された複数の整流子片６により構成される。電機子コイル５がフック部８に溶接されることにより係合する。これにより、電機子コイル５と整流子４とが電気的に接続される。また、この整流子モータ１における電機子コイル５の整流子４側の電機子鉄心３からの突出部上には、プリプレグシート７が配置されている。そして、電機子コイル５の整流子４側の電機子鉄心３からの突出部は、プリプレグシート９の樹脂成分により安定して固定されている。

図２は、本発明の実施形態に係る整流子モータ１の電機子コイル５の固定手段としてのプリプレグシート７を示す説明図である。なお、図２（ａ）は成形する前のプリプレグシート７を平面視した図であり、図２（ｂ）は成形した後のプリプレグシート７を平面視した図である。

プリプレグシート７は、長繊維束に樹脂を塗布、含浸させてシート状に形成されたものであり、この厚さは１ｍｍに形成されている。

このプリプレグシート７を構成する長繊維は、ガラス繊維である。この繊維は、平均繊維径が５μｍ乃至１０μｍであることが好ましく、平均繊維径が５μｍであることがさらに好ましい。これは、平均繊維径が５μｍ以下であるような細繊維である場合には、プリプレグシート７の強度が弱くなり、平均繊維径が１００μｍ以上であるような太繊維である場合には、電機子コイル５の形状に合わせる程度のしなやかさを出すことが困難となるためである。また、繊維の平均繊維径は、電機子コイル５のコイル線径の１／１０未満であることが好ましい。これは、平均繊維径がコイル線径の１／１０以上である場合には、プリプレグシート５の繊維が電機子コイル５における隣接するコイル同士の間に入り込むことが困難となり、電機子コイル５を安定して固定することが困難となるためである。

また、このプリプレグシート７を構成する樹脂は、ガラス転移温度が１２０℃のエポキシ樹脂である。ここで、ガラス転移温度とは、低温では結晶なみに堅く流動性がなかった固体が、急速に剛性と粘度が低下し流動性を増す温度のことをいう。この樹脂のガラス転移温度は１２０℃であり、整流子モータ１の使用時の温度は約１００℃であることから、整流子モータ１の使用時に樹脂が軟化することを防止することができる。このため、樹脂の軟化と整流子モータ１の回転による遠心力とにより、樹脂が剥がれ落ち、電機子コイル５が移動したり磨耗劣化されたりすることを防止することができ、整流子モータの特性を維持することができる。

整流子モータ１の電機子コイル５上に配置されるプリプレグシート７は、図２（ｂ）のように、打抜型により扇状に打抜成形される。このプリプレグシート７は、ドーナツ形状を３分割した形状に成形される。このように分割した形状に成形することにより、プリプレグシート７の電機子コイル５上への配置を容易にすることができる。また、このプリプレグシート７は薄膜状であるので、成形する際に樹脂金型のような大型金型を用いる必要もない。このため、成形コストを低減することができる。

このプリプレグシート７を用いて電機子コイル５を固定することから、ＶＯＣの発生を抑えることができる。このため、ＶＯＣを除去するための排気装置を必要としない。また、ワニスを塗布する必要もない。従って、ＶＯＣ排気装置やワニス塗布装置などの大型専用設備を必要としないので、製造コストを低減することができる。

図３は、整流子モータ１を上方から示す上面図である。

図３に示すように、プリプレグシート７は、隣合うプリプレグシート７とほぼ隙間のない状態で電機子コイル５上に配置される。これにより、整流子モータ１における電機子コイル５の整流子４側の電機子鉄心３からの突出部上の全面をプリプレグシート７で被覆することができる。このため、電機子コイル５が安定して固定される。

図４は、整流子モータ１の電機子コイル５を固定する工程を整流子モータ１を側面視した説明図である。また、図５はプリプレグシート７上に押え部材９を配置する前の上面図であり、図６はプリプレグシート７上に押え部材９を配置したときの上面図である。なお、図４（ａ）はプリプレグシート７を配置する前の側面図、図４（ｂ）はプリプレグシート７を配置したときの側面図、図４（ｃ）は電機子コイル５上に配置されたプリプレグシート７上に押え部材９を配置したときの側面図である。

この整流子モータ１における電機子コイル５を固定する場合には、まず、電機子コイル５の整流子４側の電機子鉄心３からの突出部にプリプレグシート７を配置する。そして、電機子コイル５上に配置されたプリプレグシート７上に押え部材９を配置する。

ここで、押え部材９は、プリプレグシート７を電機子コイル５の整流子４側の電機子鉄心３からの突出部の外周面形状に沿った形状を有している。このため、押え部材９をプリプレグシート７上に配置することにより、プリプレグシート７を電機子コイル５の整流子４側の電機子鉄心３からの突出部の外周面形状に沿った形状に沿わせることができる。

この押え部材９は、図５および図６に示すように、水平方向に２分割されている。そして、この２分割された押え部材９が水平方向に離隔した状態（図５参照）から、水平方向に近接した状態（図６参照）に移動して、プリプレグシート７上に配置される。このように、押え部材９が２分割されていることから、押え部材９を水平移動させるのみで、プリプレグシート７上に配置させることができる。

また、押え部材９のプリプレグシート７との当接面がフッ素加工される。これにより、プリプレグシート７の焼成後にプリプレグシート７と押え部材９とが接着されることを防止することができる。

プリプレグシート７上に押え部材９を配置すると、整流子モータ１をバッチ炉において焼成する。このとき、バッチ炉内部は１６０℃に設定される。このように、バッチ炉内が１６０℃に設定され、整流子モータの高速回転時の温度よりも高いことから、整流子モータの高回転時であっても、樹脂が後収縮する等の物性変化がなく、安定して電機子コイルを固定することができる。また、バッチ炉内の温度がプリプレグシート７を構成する樹脂の最低硬化温度よりも高いことから、プリプレグシート７を十分に熱硬化させることができる。なお、この物性変化のおそれを防止するためには、焼成温度は使用時の最高温度よりも２０℃程度高く設定されることが好ましい。そして、熱硬化性樹脂のガラス転移温度が整流子モータ１の使用時の最高温度（１００℃程度）よりも高いことから、使用時に樹脂が軟化して保持強度が低下することはない。さらに、整流子の樹脂部品や電機子鉄心３の樹脂部品の耐熱温度が１８０℃の場合には、バッチ炉内の温度がこの耐熱温度よりも低いことから、整流子４や電機子鉄心３の部品を熱劣化することもない。

以上の実施形態のような整流子モータ１の電機子コイル処理方法を利用する場合には、ワニス塗布の場合に生じるような塗布バラツキの問題や電機子鉄心３への樹脂の付着によるアンバランス不良や整流子子片６間に樹脂が入り込むことによる絶線不良の問題を防止することができる。

なお、上述した実施形態において、プリプレグシート７を電機子コイル５の整流子４側の電機子鉄心３からの突出部のみに配置しているが、さらにプリプレグシート７を電機子コイル５の整流子４と逆側の電機子鉄心３の突出部に配置してもよい。このように、プリプレグシート７を電機子コイル５の整流子４側およびその逆側の電機子鉄心３の突出部に配置することにより、電機子コイル５をさらに安定して配置することができる。

また、上述した実施形態において、プリプレグシート７を構成する繊維としてガラス繊維を採用しているが、ガラス繊維には限定されず、アラミド繊維などの絶縁材料であれば良い。

また、上述した実施形態において、プリプレグシート７を構成する樹脂として、ガラス転移温度が１２０℃のエポキシ樹脂を採用しているが、ガラス転移温度が１２０℃のエポキシ樹脂であることには限定されず、ガラス転移温度は本発明に係る整流子モータの使用時の温度よりも高ければ良く、また、ポリエステル樹脂やアクリル樹脂などの熱硬化性樹脂であれば良い。このように、熱硬化性樹脂とすることにより、一時的なモータロックなどによる電機子コイル５の一時的な表面温度上昇（１７０℃程度）が生じても、溶融することがないため、電機子コイル５の表面から樹脂が剥がれ落ちることを防止することができる。

また、上述した実施形態において、プリプレグシート７は、電機子コイル５の電機子鉄心３からのドーナツ形状の突出部を３分割した形状に成形されているが、２分割であっても良く、さらに、４分割以上であっても良い。

また、上述した実施形態において、押え部材９が２分割されているが、押え部材９を３分割以上に分割しても良い。

また、上述した実施形態において、バッチ炉の温度を１６０℃として焼成しているが、バッチ炉の温度は１６０℃に限定されることはなく、プリプレグシートを構成する樹脂の最低硬化温度よりも高く、整流子モータ１の実際の使用時の最高温度よりも高く、さらに、電機子コイル、整流子の樹脂部品および電機子鉄心の樹脂部品の耐熱温度よりも低くなるようにバッチ炉の温度を設定すれば良い。これは、焼成温度が最低硬化温度よりも低い場合には、プリプレグシートを十分に硬化させることが困難となり、焼成温度が整流子モータ１の使用時の最高温度よりも低い場合には、使用時に樹脂が後収縮等の物性変化するおそれがあり、焼成温度が電機子コイル、整流子の樹脂部品または電機子鉄心の樹脂部品の耐熱温度より高い場合には、焼成時に電機子コイル、整流子の樹脂部品または電機子鉄心の樹脂部品が熱劣化するおそれがあるためである。また、焼成炉についても、バッチ炉に限定されること無く、連続炉でも良い。

整流子モータの電機子コイルを固定するための電機子コイル処理方法およびその方法により製造される整流子モータに関する。

本発明の実施形態に係る整流子モータ１の側面図 本発明の実施形態に係る整流子モータ１の電機子コイル５の固定手段としてのプリプレグシート７を示す説明図 整流子モータ１を上方から示す上面図 整流子モータ１の電機子コイル５を固定する工程を整流子モータ１を側面視した説明図 プリプレグシート７上に押え部材９を配置する前の上面図 プリプレグシート７上に押え部材９を配置したときの上面図

１ 整流子モータ
２ シャフト
３ 電機子鉄心
４ 整流子
５ 電機子コイル
６ 整流子子片
７ プリプレグシート
８ フック部
９ 押え部材

Claims (6)

1. シャフトと、
   前記シャフトに圧入固定される電機子鉄心と、
   前記シャフトに圧入固定される整流子と、
   複数のコイル片からなり、前記電機子鉄心のスロットに巻装される電機子コイルと、
   により構成される整流子モータの電機子コイル処理方法において、
   長繊維束に樹脂を塗布、含浸させてシート状に形成したプリプレグシートを、前記電機子コイルにおける前記電機子鉄心からの突出部上に配置するプリプレグシート配置工程と、
   前記プリプレグシート配置工程において前記電機子コイル上に配置された前記プリプレグシートを加熱して焼成する加熱処理工程と、
   を備えることを特徴とする整流子モータの電機子コイル処理方法において、
   さらに、前記プリプレグシート配置工程の後、前記プリプレグシートを電機子コイルの形状に沿わせるために前記プリプレグシート上に押え部材を配置する押え部材配置工程を備える整流子モータの電機子コイル処理方法。
2. 請求項１に記載の整流子モータの電機子コイル処理方法において、前記押え部材の前記プリプレグシートとの当接面がフッ素加工される整流子モータの電機子コイル処理方法。
3. 請求項１又は請求項２のいずれかに記載の整流子モータの電機子コイル処理方法において、前記プリプレグシートの樹脂は熱硬化性樹脂であり、前記長繊維束は、絶縁材料からなる整流子モータの電機子コイル処理方法。
4. 請求項３に記載の整流子モータの電機子コイル処理方法において、前記プリプレグシートの焼成温度と前記熱硬化性樹脂のガラス転移温度は、前記整流子モータの前記高速回転時の温度よりも高いことを特徴とする整流子モータの電機子コイル処理方法。
5. 請求項４に記載の整流子モータの電機子コイル処理方法において、前記プリプレグシートの焼成温度は、前記熱硬化性樹脂の最低硬化温度よりも高く、
   前記電機子コイル、前記整流子の樹脂部品及び前記電機子鉄心の樹脂部品の耐熱温度よりも低いことを特徴とする整流子モータの電機子コイル処理方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の整流子モータの電機子コイル処理方法により製造される整流子モータ。