JP5262923B2 - ワニス含浸前処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータコアに装着したコイルにワニス含浸処理を行う前に、コイルに対するワニスの濡れ性を向上させるための前処理に関する。

モータのステータコアあるいはロータコア（これらをモータコアという）に装着されるコイルは、通常は被覆導体を多数巻回して構成される。これらの多数の被覆導体の耐久性を高めるために、隙間にワニスを含浸させて固化させることにより、コイルを固着することが行われている。
コイルへのワニス含浸方法としては、たとえば特許文献１に記載されているように、ステータの軸方向を横向きにして回転させながら、円環状に配されたコイルエンド部にワニスを滴下して浸透させる方法がある。

特開２００４−１９４３９８号公報

ところで、コイルを構成する被覆導体は、導体の表面に絶縁性樹脂よりなる被膜を有している。また、被覆導体には、コイルの成形時、コアへの装着時、さらにはコイルエンド部等の整形時に機械的なストレスが付与される。このような機械的ストレスによるダメージを少しでも緩和するために、被覆導体の被膜には、液体パラフィンあるいは鉱物油などの潤滑剤を表面に塗布するか被膜樹脂内に予め含有させておくことにより、すべり性を向上させてある。

しかしながら、上記のすべり性の向上は被覆導体へのダメージの低減に有効である一方、含浸させるワニスの被覆導体に対する濡れ性を低下させてしまう。ワニス濡れ性の低下は、被覆導体表面に供給されたワニスが弾いて飛散したり、コイル内部へのワニスの浸透性が低下するという現象が起こる要因となりうる。これらの現象は、飛散して不要部位に付着したワニスの除去作業の追加、ワニスの消費量の増加及びワニス含浸処理時間の増加等につながり、ひいては製造コストの増加にもつながってしまう。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ワニス含浸処理を行う前に、コイルを構成する被覆導体表面のワニス濡れ性を向上させることが可能なワニス含浸前処理方法及びその装置を提供しようとするものである。

第１の発明は、モータコアに装着したコイルを構成する被覆導体表面のワニス濡れ性を向上させるために行うワニス含浸前処理方法であって、
上記コイルの周囲が減圧雰囲気となるよう減圧する減圧工程と、
上記減圧雰囲気中において電子が飛翔するよう放電させ、上記コイルに電子を衝突させる放電工程とを有することを特徴とするワニス含浸前処理方法にある（請求項１）。

第２の発明は、モータコアに装着したコイルを構成する被覆導体表面のワニス濡れ性を向上させるためのワニス含浸前処理装置であって、
コイルを装着したモータコアを収容する容器と、
該容器内を減圧するための真空ポンプと、
上記減圧雰囲気中において電子が飛翔するよう放電させるための放電用電極と、
上記放電用電極に電力を供給する電源とを有することを特徴とするワニス含浸前処理装置にある（請求項５）。

第１の発明は、少なくとも、上記減圧工程と上記放電工程とを行う。上記減圧工程では、コイルの周囲を囲む雰囲気を減圧雰囲気とすることによって、被覆導体表面に存在する潤滑剤の沸点を低下させることができる。これにより、被覆導体表面の潤滑剤をある程度蒸発除去することができる。さらに、上記放電工程では、上記減圧雰囲気の実現によって比較的容易に電子を飛翔させることができ、飛翔する電子を被覆導体表面に衝突させることによって、その表面に微小な凹凸を形成することができる。このような潤滑剤の蒸発除去と表面における微小凹凸の形成によって、その後に行うワニス含浸処理におけるワニスの濡れ性が向上し、ワニスの弾きが少なくなるとともに内部へ浸透性が向上する。

第２の発明の装置は、上記容器内にコイルを装着したモータコアを収容し、上記真空ポンプによって容器内を減圧雰囲気とすることができ、これにより上述した減圧工程を実施することができる。さらに、上記放電用電極に電源から電力を供給することによって、電子を飛翔させる放電を行うことができ、これにより上記放電工程を実施することができる。それ故、本発明の装置を用いれば、上述した優れたワニス含浸前処理方法を容易に実施することができる。

実施例１における、ワニス含浸前処理装置の構成を示す説明図。 実施例１における、放電用電極の構成を示す説明図。 実施例１における、ワニス含浸前処理後の被覆導体表面の状態を示す説明図。 実施例２における、放電用電極の構成を示す説明図。 参考実験例における、放電電圧とグリセリン中での絶縁破壊電圧値との関係を示す説明図。

本発明を適用するコイルの被覆導体としては、丸線あるいは角線の導体表面に絶縁性樹脂よりなる被膜を有するものである。この被膜としては、たとえば、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミドなどの様々な樹脂がある。また、被膜の潤滑性を高めるために表面に存在する潤滑剤としては、液体パラフィンあるいは鉱物油などがある。

上記減圧工程は、上述したごとく被覆導体表面の潤滑剤の蒸発除去に効果があるとともに、その後の上記放電工程の放電を起こりやすくするという効果が得られる。そのため、上記減圧工程で実現する上記減圧雰囲気の減圧度は、これらの効果が生じる範囲であればよい。具体的には、上記減圧雰囲気の減圧度は、１〜１０Ｔｏｒｒであることが好ましい（請求項２）。一方、この減圧度が１Ｔｏｒｒ未満の場合には、設備仕様が高機能（容器の耐圧性、真空ポンプの能力を高める必要がある）となり、設備コストが高くなって実用性が低下するおそれがある。さらには、減圧状態を真空に近づけすぎると、いわゆる真空絶縁状態となり、かえって放電させる電圧が高くなり、被膜へのダメージが高くなるおそれがある。また、減圧度が１０Ｔｏｒｒを超える場合には、放電させる電圧が３ｋＶ以上必要となり、被膜へのダメージが高くなるおそれがある。

上記放電工程において使用する電極としては、コイルに衝突する電子を飛翔させる放電が可能であれば、様々な形態を採用することができる。そして、コイルを挟んで配置する一対の電極を準備してこれらの間において放電させてもよいし、コイルを装着したモータコアを一方の電極として用い、もう一つ別に準備した電極との間で放電させてもよい。
特に、モータコアから突出したコイルエンド部に対して処理を行う場合には、上記放電工程は、上記モータコアから突出したコイルエンド部を挟むように配置した一対の放電用電極間において放電させることにより行うことが好ましい（請求項３）。これにより、コイルエンド部に対して効率よく電子を当てることができる。

また、モータコアに設けたスロット内に挿入されたコイルの部分を処理する場合には、モータコアを一方の電極として使用することともできる。すなわち、上記放電工程は、上記モータコアと対向する放電用電極との間において放電させることにより行うこともできる（請求項４）。

上記放電用電極の形態をさらに具体的に挙げると、次のようなものがある。
まず、上記モータコアから突出したコイルエンド部が円環状に配されている場合には、上記放電用電極としては、上記コイルエンド部の内周側に配置される中央電極と、上記コイルエンド部の外周側に配置される外周電極とを有し、該外周電極と上記中央電極との間において放電可能に構成されていることが好ましい（請求項６）。この場合には、コイルエンド部が円環状に配されている場合であるので、上記中央電極と上記外周電極とを用いることによって、容易にコイルエンド部を挟む構成を実現することができる。
また、この場合、上記外周電極と上記中央電極は、円環状を呈していることが好ましい（請求項７）。

また、上記放電用電極としては、上記モータコアと対向する対向電極を有し、該対向電極と上記モータコアとの間において放電可能に構成されていることもできる（請求項８）。この場合には、上述したごとく、モータコアに設けたスロット内に挿入されたコイルの部分を処理する場合に有効である。

（実施例１）
本発明の実施例にかかるワニス含浸前処理方法及びその装置について、図１〜図３を用いて説明する。
本例のワニス含浸前処理装置１は、図１に示すごとく、モータコア８に装着したコイル７を構成する被覆導体表面のワニス濡れ性を向上させるための装置である。
ワニス含浸前処理装置１は、同図に示すごとく、コイル７を装着したモータコア８を収容する容器１０と、該容器１０内を減圧するための真空ポンプ１１と、減圧雰囲気中において電子が飛翔するよう放電させるための放電用電極２と、放電用電極２に電力を供給する電源（放電用電源）１５とを有する。さらに、ワニス含浸前処理装置１は、放電時の電圧波形を測定するための電圧波形測定器１６を有している。

本例のモータコア８から突出したコイル７のコイルエンド部７０は円環状に配されている。図１においては、モータコア８は、その軸方向を上下方向に向けて配置し、コイルエンド部７０の全体の断面形状を示してある。
コイル７を構成する被覆導体は、直径が略０．８ｍｍの断面円形の丸導線を用いている。その表面を被覆している被膜は、ポリアミド樹脂よりなる。また、その表面には、鉱物油よりなる潤滑剤が存在している。

放電用電極２としては、軸方向上方に突出したコイルエンド部７０ａと、軸方向下方に突出したコイルエンド部７０ｂに対してそれぞれ一組ずつ設けてある。
上方のコイルエンド部７０ａに対応する放電用電極２ａとしては、コイルエンド部７０ａの内周側に配置される中央電極２１ａと、上記コイルエンド部７０ａの外周側に配置される外周電極２２ａとを有し、外周電極２１ａと中央電極２２ａとの間において放電可能に構成されている。同様に、下方のコイルエンド部７０ｂに対応する放電用電極２ｂとしては、コイルエンド部７０ｂの内周側に配置される中央電極２１ｂと、上記コイルエンド部７０ｂの外周側に配置される外周電極２２ｂとを有し、外周電極２１ｂと中央電極２２ｂとの間において放電可能に構成されている。

図１及び図２に示すごとく、中央電極２１ａ、２１ｂは、円環状のコイルエンド部７０ａ、７０ｂの内周面との間に所定の間隔を空けて配される円環状を呈している。また、外周電極２２ａ、２２ｂは、円環状のコイルエンド部７０ａ、７０ｂの外周面との間に所定の間隔を空けて配される円環状を呈している。そして、これらの放電用電極２は、図１に示すごとく、容器１０内において固定されたコイルエンド部７０ａ、７０ｂに対して、軸方向外側から被せるようにして配置する。

また、図１に示すごとく、電源１５は、電線１２０、切り替えスイッチ部１２５、電線１２１を介して中央電極２１ａに接続されると共に、電線１３０、切り替えスイッチ部１３５、電線１３１を介して外周電極２２ａに接続されるように構成されている。さらに、電源１５は、電線１２０、切り替えスイッチ部１２５、電線１２２を介して中央電極２１ｂに接続されると共に、電線１３０、切り替えスイッチ部１３５、電線１３２を介して外周電極２２ｂに接続されるように構成されている。そして、切り替えスイッチ１２５、１３５によって通電する放電用電極の組を切り替えるように構成されている。
また、電圧波形測定器１６は、電線１２８及び電線１３８を、それぞれ電線１２０及び電線１３０に接続され、通電中の回路に接続されるように構成されている。

次に、上記ワニス含浸前処理装置１を用いて行うワニス含浸前処理方法について説明する。
本例では、図１に示すごとくモータコア８及びこれに装着したコイル７を、軸方向を上下方向に向けて容器１０の中に固定すると共に、その両端のコイルエンド部７０ａ、７０ｂをそれぞれ挟むように放電用電極２ａ、２ｂをセットする。

次に、真空ポンプ１１を用いて、コイル７の周囲が減圧雰囲気となるよう減圧する減圧工程を行う。本例では、減圧雰囲気の減圧度は、１〜１０Ｔｏｒｒの範囲、具体的は、５Ｔｏｒｒを目標にして減圧した。
次に、上記減圧雰囲気中において電子が飛翔するよう放電させ、上記コイル７０に電子を衝突させる放電工程を実施する。
具体的には、まず、上記切り替えスイッチ１２５、１３５を操作して、上方の放電用電極２ａのみに通電できる状態とし、電源１５から３００〜３ｋＶの範囲の電圧、具体的には２ｋＶを目標にして電圧を印加して放電を行う。放電は３分間実施し、その後は、上記切り替えスイッチ１２５、１３５を操作して、下方の放電用電極２ｂのみに通電できる状態とし、上記と同様に電圧を印加して放電を行う。この場合の放電時間も３分間とした。

その後、容器１０内を大気圧に戻し、モータコア８及びコイル７を外部に取り出した。そして、コイル７を構成している被覆導体表面をＳＥＭ（電子顕微鏡）を用いて観察した。
観察結果を、図３に示す。同図は、上記ワニス含浸前処理を実施した後の被覆導体表面をＳＥＭで観察した状態をスケッチして表した図である。同図に示すごとく、被覆導体表面７５には、多数の微小な凹部７５５が形成されており、これにより表面に微小凹凸が形成された状態が実現されていた。なお、図示は省略するが、上記ワニス含浸前処理を実施する前の被覆導体表面７５は、ほとんど凹凸がない滑らかな状態である。

このように、本例のワニス含浸前処理を施したコイル７のコイルエンド部７０ａは、その被覆導体表面７５が微小凹凸を有するものとなっている。さらに、上記減圧工程の実施によって、被覆導体表面７５に存在していた潤滑油が少なからず蒸発除去されている。そのため、その後に行うワニス含浸処理におけるワニスの濡れ性が向上し、ワニスの弾きが少なくなるとともに内部へ浸透性が向上する。それ故、ワニス含浸処理時において、ワニスが飛散して不要部位に付着したり、ワニスの消費量が多くなったり、ワニス含浸処理時間が増加するなどの問題を低減することができる。

なお、本例では、コイル７のうち、コイルエンド部７０ａ、７０ｂの表面改質を実施したが、この部分だけの改善でも大きな効果が得られる。
一方、モータコア８のスロットに挿入された部位のコイルの表面改質を実施するには、上記中央電極２１と同様の電極をモータコア８の内部に配置し、モータコア８と中央電極との間において放電工程を実施すればよい。

（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、実施例１における放電電極２の構成を変更した例である。
本例の放電電極２０２は、同図に示すごとく、中央電極２１１と、外周電極２１２とを絶縁部材２１５を介して接合して一体化したものである。そして、全体の断面形状を略コ字状とした。

この放電電極２０２は、中央電極と２１１と外周電極２１２を別々に取り扱う必要がないので、容器１０内での電極配置作業が非常に容易である。
なお、図示しないが、上記放電電極２０２と同じものをもう一組設け、２組の放電電極２０２を用いることによって、実施例１と同様の方法を実施することができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果が得られる。

（参考実験例）
本例では、上記実施例１のワニス含浸前処理装置１を用いて、放電工程を実施する際の放電電圧の印加条件を変更して実施例１と同様のワニス含浸処理を実施し、得られたコイルの健全性を調査する実験を行った。
具体的には、コイルを装着したモータコアを２種類準備し、これらを試験材Ａ及び試験材Ｂとした。

そして、試験材Ａ、Ｂに対して、減圧雰囲気は５Ｔｏｒｒ、放電電圧は１５００Ｖｄｃ（Ｖｄｃのｄｃとは直流電圧を示す。）、２０００Ｖｄｃ、３０００Ｖｄｃの３種類で、３分間放電するという条件でワニス含浸前処理を行った。
そして、ワニス含浸前処理後に、試験材Ａ、Ｂのコイルのグリセリン中での絶縁破壊電圧値（ｋＶ）を測定してコイルの健全性を評価した。

絶縁破壊電圧値の測定は、試験材をＪＩＳ Ｃ３００３ １０のエナメル線試験方法に準じて行う。まず、試験材の一方の端面の被膜を１０〜１５ｍｍ除去し、被膜剥離部分をマイナス電極と接続し、他方の端面は大気雰囲気に露出させる。試験材の被膜部分を電解溶液に漬け、電解溶液をプラス電極と接続する。この状態で、５００Ｖ／ｓの昇圧速度で被膜が破壊するまで電圧を印加し、被膜が破壊した時の電圧値を測定した。

測定結果を図５に示す。同図は、放電工程での放電電圧（Ｖｄｃ）を、縦軸にグリセリン中での絶縁破壊電圧値（ｋＶ）をとったものである。
同図から知られるように、放電工程を実施していない、つまり、試験材Ａ、Ｂのいずれも、ワニス含浸前処理を実施していない場合と比べて、ワニス含浸前処理を実施してもほとんど絶縁性の低下が見られなかった。そのため、少なくとも、放電電圧３０００Ｖｄｃ間での条件での放電工程を行った場合には、コイルの健全性を維持したまま、ワニスの塗れ性改善を図ることができることがわかる。

１ ワニス含浸前処理装置
１０ 容器
１１ 真空ポンプ
１５ 電源
７ コイル
７０（７０ａ、７０ｂ） コイルエンド部
８ モータコア

Claims (8)

1. モータコアに装着したコイルを構成する被覆導体表面のワニス濡れ性を向上させるために行うワニス含浸前処理方法であって、
   上記コイルの周囲が減圧雰囲気となるよう減圧する減圧工程と、
   上記減圧雰囲気中において電子が飛翔するよう放電させ、上記コイルに電子を衝突させる放電工程とを有することを特徴とするワニス含浸前処理方法。
2. 請求項１において、上記減圧雰囲気の減圧度は、１〜１０Ｔｏｒｒであることを特徴とするワニス含浸前処理方法。
3. 請求項１又は２において、上記放電工程は、上記モータコアから突出したコイルエンド部を挟むように配置した一対の放電用電極間において放電させることにより行うことを特徴とするワニス含浸前処理方法。
4. 請求項１又は２において、上記放電工程は、上記モータコアと対向する放電用電極との間において放電させることにより行うことを特徴とするワニス含浸前処理方法。
5. モータコアに装着したコイルを構成する被覆導体表面のワニス濡れ性を向上させるためのワニス含浸前処理装置であって、
   コイルを装着したモータコアを収容する容器と、
   該容器内を減圧するための真空ポンプと、
   上記減圧雰囲気中において電子が飛翔するよう放電させるための放電用電極と、
   上記放電用電極に電力を供給する電源とを有することを特徴とするワニス含浸前処理装置。
6. 請求項５において、上記モータコアから突出したコイルエンド部は円環状に配されており、上記放電用電極としては、上記コイルエンド部の内周側に配置される中央電極と、上記コイルエンド部の外周側に配置される外周電極とを有し、該外周電極と上記中央電極との間において放電可能に構成されていることを特徴とするワニス含浸前処理装置。
7. 請求項６において、上記外周電極と上記中央電極は、円環状を呈していることを特徴とするワニス含浸前処理装置。
8. 請求項５〜７のいずれか１項において、上記放電用電極としては、上記モータコアと対向する対向電極を有し、該対向電極と上記モータコアとの間において放電可能に構成されていることを特徴とするワニス含浸前処理装置。

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