JPH05144654A - 電磁石用コイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 絶縁導体の位置精度が正確で磁場精度が高
く、絶縁スペーサを複雑な形状に機械加工する必要がな
く、同一形状のコイルを多数製作する場合にも適した大
型の電磁石用コイルの製造方法を提供する。 【構成】 溝５を有する巻型１に絶縁導体３を巻回し、
この絶縁導体３に穴あき絶縁板８を接着させた後、巻型
１から取り出し金型10に入れ、充填材入りの樹脂11を注
入し加熱硬化して一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電磁石用コイルの製造法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来電磁石のコイルは一般に巻型の上に
絶縁導体を多重に巻回し、絶縁スペーサ等による楔で固
定していた。例えば、図９に示す鞍形コイルを一例にと
り説明する。即ち、巻型１として、外周面に接着剤を塗
布した後半硬化状に乾かしたＦＷ（フィラメントワイン
ディング）により作られたエポキシガラス絶縁筒２を用
意する。この絶縁筒の上に、接着剤を塗布した絶縁導体
３をガラスエポキシ積層板のようなＦＲＰ（繊維強化プ
ラスチックス）から成る絶縁スペーサ４を介して、多重
に巻回し加熱加圧し、接着剤を硬化することにより製作
していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来技術に
よれば、絶縁スペーサ４を介して絶縁導体３を巻くた
め、絶縁導体の位置の精度が出難く、従って磁場精度も
出難い。また、図10に示すような複雑な形状の絶縁スペ
ーサ４を用意する必要があり、絶縁スペーサの機械加工
が大変である。更に、絶縁スペーサを介して絶縁導体を
巻くため、巻線作業に手間が掛かり、同じ電磁石用コイ
ルを多数製作するには不向きであった。

【０００４】本発明は、絶縁導体の位置の精度が正確で
磁場精度が高く、かつ、絶縁スペーサを複雑な形状に機
械加工する必要がなく、同じ形状の電磁石用コイルを複
数製作するのにも適した大形の電磁石用コイルの製造方
法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、溝を有する巻
型に絶縁導体を巻回し、この絶縁導体に穴あき絶縁板を
接着させた後巻型から取り出したものを金型に入れ、さ
らに充填材入りの樹脂を注入し加熱硬化することによっ
て一体化することを特徴とする電磁石用コイルの製造方
法である。即ち、図１に平面図で示すように、予め所要
の形状に掘り込んだ溝５を有する巻型１を用意してお
く。この巻型の表面は予め離型剤を処理しておく。次
に、図１の − 部の断面から見た図２（ａ）におい
て、この溝５にエナメル皮膜、絶縁性繊維あるいは絶縁
テープ等を用いて絶縁された絶縁導体３を巻き込む。こ
の際、巻き上がった絶縁導体の高さの方が溝の深さより
やや大きくしておく。また、絶縁導体を多重に巻回する
際には、絶縁導体間にプリプレグ状の接着剤を有する接
着シート６を挿入しながら複縁導体を巻き込む。絶縁導
体を巻き込み終わったら、絶縁導体と穴あき絶縁板８の
間に半硬化状の接着剤７を介在させながら、絶縁導体の
上に穴あき絶縁板８を置き、更にその上に当板９を当て
る。全体を加熱しながら、当板９を介して絶縁導体を加
圧し、絶縁導体を穴あき絶縁板８に接着剤により接着さ
せる。次に当板９を除去し、絶縁導体が接着した穴あき
絶縁板を巻型１から取り出す。然る後、図２（ｂ）に示
すように、この絶縁板８が接着した絶縁導体３を金型10
に入れた後、金型内の空隙に充填材入りの樹脂11を注型
により注入し、加熱硬化する。加熱硬化が終了したら、
金型を取り外すことによって図３に示すような電磁石用
のコイルが得られる。

【０００６】なお、本発明において、穴あき絶縁板８
は、ガラスエポキシ積層板のようなＦＲＰ（繊維強化プ
ラスチックス）や樹脂または充填材入り樹脂を硬化した
板でもよい。また、厚くて剛直なものでよいが、薄くて
柔軟性のある材料でも良い。図４に示すように、このよ
うな絶縁板12に機械加工により例えば直径10mm程度の穴
13を格子状に 100mm間隔に満遍なく開けて得られる。ま
た図６に示すように、電気絶縁用ガラス繊維14をクロス
状に織って得られる穴13を有する、目の粗い例えば厚さ
0.1〜 2.0mmの電気絶縁ガラスクロスに予めエポキシ樹
脂を含浸し硬化したものでもよい。接着剤７は絶縁導体
３や穴あき絶縁板８の表面に塗布し半硬化状にしてもよ
いし、プリプレグ状の接着剤を有する接着シートを用い
てもよい。

【０００７】また、金型内で空隙になると思われる部分
には、予めＦＲＰの他、ガラス繊維、ポリエステルやア
ラミド等から成るフェルト、アラミド繊維とガラス繊維
から成るＧＡボード（日本アロマ社商品名）などの絶縁
物を詰め込むとよい。

【０００８】充填材入りの樹脂はエポキシ、ポリイミド
等の熱硬化性樹脂にシリカ、アルミナ、マグネシア、ジ
ルコニア、カオリン、ガラスの短繊維等の絶縁性充填材
を樹脂 100重量部に対して充填材50〜400 重量部混合し
たものを使用する。充填材は界面活性剤で処理したもの
を使用しても良い。

【０００９】

【作用】本発明においては、予め所要の形状に掘り込ん
だ溝５を有する巻型１を用意して、この溝に絶縁導体を
巻き込んだので、所定の形状に絶縁導体を巻き上げるこ
とができる。また、絶縁導体を多重に巻回する際に、絶
縁導体間にプリプレグ状の接着剤を有する接着シート６
を挿入しながら絶縁導体を巻き込んだので、後に加熱加
圧された際に絶縁導体間に接着剤が溶け出た後、硬化し
絶縁導体相互を接着させることができる。また、絶縁導
体を巻き込み終った後、穴あき絶縁板８と絶縁導体３の
間に半硬化状の接着剤７を介在させたことにより、後に
加後加圧された際に接着剤が溶け出た後、硬化し絶縁導
体と穴の開いた絶縁板を接着させることができる。ま
た、巻き込まれた絶縁導体を接着した穴あき絶縁板を金
型10に配置した後、金型内の空隙に樹脂11を真空加圧注
型し、加熱硬化したことにより、絶縁導体が固定され、
コイルが絶縁される。また、巻型の表面に予め離型剤を
処理しておくことにより、穴あき絶縁板の表面に塗布し
てある接着剤や接着シートに含まれる接着剤が溶け出
て、穴あき絶縁板あるいは絶縁導体が巻型と接着してし
まい、巻型から穴あき絶縁板と絶縁導体を取り出すこと
ができなくなるという問題を回避できる。

【００１０】さらに、穴あき絶縁板を使用したことによ
って、この穴を通して、粘度の高い充填材入り樹脂を金
型内の空間に満遍なく注入させることができ、絶縁導体
を接着した穴あき絶縁板を何層も重ねて電磁石を製作す
るときに、絶縁板が高粘度の注型樹脂が金型内の空間に
浸入する障害となるのを防止できる。

【００１１】また、加熱硬化する際に、少なくとも樹脂
がゲル状になるまで加圧することにより、樹脂がゲル化
する際に起きる収縮を加圧により補充できるので、硬化
によるヒゲの発生を防ぐことができる。

【００１２】また、充填材入りの樹脂を使用したり、金
型内の空隙に絶縁物を詰めたことにより、樹脂だけに比
較して硬化物の線膨脹率が低くなり、線膨脹率が導体の
値に近くなるため、線膨脹率の差に基づく熱応力を低減
でき、クラックの発生を押さえることができるようにな
り、熱伝導率を向上できるので、冷却がよくなる。ま
た、弾性率が向上するので、電磁石全体の剛性が上が
り、機械的に強い電磁石を得ることができる。

【００１３】このように、本発明では、予め所要の形状
に掘り込んだ溝５を有する巻型１を用意して、この溝に
絶縁導体を巻き込むようにしたため、寸法精度の高いコ
イルができる。また、巻型と金型を各１個用意すること
により、多数のコイルが同じような精度で、かつ従来の
ような絶縁スペーサを挿入しながら絶縁導体を巻くとい
う煩雑な作業が不要になる。

【００１４】

【実施例】（実施例の構成）以下本発明の一実施例につ
いて図１ないし図８に示す画面を用いて以下に詳細に説
明する。

【００１５】先ず、直径が50μm の電気銅の表面にポリ
エステルイミドから成るエナメル皮膜を被覆した細線を
撚って、断面が４mm×10mmの平角状の撚線と成し、この
上からエポキシワニスをガラステープに塗布して半硬化
状態にしたプリプレグ絶縁テープを飛ばし巻して絶縁導
体３を得る。この絶縁導体３を、図７に示すように、表
面に溝５を有し表面にポリテトラフルオロエチレンを焼
き付け離型処理を施した半円柱状の鋼鉄製巻型１に、２
層巻き込む。この際、巻き上がった絶縁導体の高さの方
が溝の深さよりやや大きくしておく。この上に、厚さが
0.5mmの柔軟性のある目の粗いガラスクロスシートにエ
ポキシ樹脂を含浸・硬化した後さらに表面にエポキシ樹
脂を塗布・乾燥してプリプレグ層を形成した穴あき絶縁
板８を置く。

【００１６】更にこの上から、表面をポリテトラフルオ
ロエチレンを焼き付け離型処理を施した当板９を当て、
全体を加熱しながら当板にプレスで圧力を加え、プリプ
レグ絶縁テープおよび穴あき絶縁板８表面のプリプレグ
層を硬化させる。次に、当板９を除去し、絶縁導体が接
着した穴あき絶縁板８を巻型１から取り出すことによ
り、図７に示すような穴あき絶縁板８に接着した鞍形コ
イルを得る。

【００１７】別の形状を掘り込んだ巻型を用いて、同様
な方法により、別の形状を有する絶縁導体が接着された
絶縁板を得る。このようにして絶縁板に接着した３種類
の鞍形コイル（以下Ａ，Ｂ，Ｃコイルと称する）各２個
を用意する。

【００１８】別に、表面をポリテトラフルオロエチレン
を焼き付け離型処理を施した円筒状の鋼鉄製マンドレル
を用意する。この表面に厚さが0.13mmの目の粗いガラス
クロスシートを張力を加えた状態で10回巻回する。この
上に、上記で得られた穴あき絶縁板８に接着した３種類
の鞍形コイルを、先ずＡコイルの各１個ずつを、マンド
レルの円周上に 180°位置をずらした対称の位置に、配
置する。次にその上にＢコイルを、更にその上にＣコイ
ルを各１個ずつを同様に、マンドレルの円周上に 180°
位置をずらした対称の位置に、配置する。この上から、
厚さが0.13mmの目の粗いガラスクロスシートを張力を加
えた状態で10回巻回する。この外側から、表面をポリテ
トラフルオロエチレンを焼き付け離型処理を施した金型
を取り付け密閉する。

【００１９】次に、減圧容器中に全体を搬入し、金型内
の空隙部を真空ポンプで減圧にし、次の配合から成る充
填材入りのエポキシ樹脂組成物を送り込み、７気圧の圧
力を加えながら 120℃にて15ｈ加熱することによって注
型・硬化する。加熱硬化が終了したら、金型を取り外
し、次にマンドレルを除去すれば図８に断面図で示すよ
うな電磁石用のコイルが得られる。 （実施例の作用）

【００２０】上記実施例において、絶縁導体として、細
線から成る撚線を使用したので、渦電流損を少くでき、
断面積の大きい平角線が巻回し易くなり、絶縁導体の上
にプリプレグ絶縁テープを巻いたことにより、後に加熱
加圧することにより樹脂が溶け出し、硬化して、導体同
士間、及び導体と軟柔性のある目の粗いガラスクロスシ
ートに充填材入りのエポキシ樹脂を含浸・硬化した後さ
らに表面にエポキシ樹脂を塗布・乾燥してプリプレグ層
を形成した穴あき絶縁板８の間が接着される。また、プ
リプレグ絶縁テープを飛ばし巻したのでは、所要の形状
に巻回し易くすると同時に、後に樹脂が撚線内の空隙に
含浸する際の樹脂の浸入路が確保できる。

【００２１】また、マンドレルの表面に目の粗いガラス
クロスシートを巻回した上に、上記で得られた穴あき絶
縁板に接着した３種類の鞍形コイルを配置した後、この
上から目の粗いガラスクロスシートを巻回し、後に充填
材入りの樹脂をこれらの目の粗いガラスクロスシートの
空隙に、注型・硬化することにより絶縁導体を固定する
と共に、導体が絶縁される。コイルの内外は目の粗いガ
ラスクロスシートと充填材入りのエポキシ樹脂から成る
ＦＲＰ15ができ、機械的に強固な構造が出来上がる。従
って、マンドレルを除去しても、電磁石として一体な構
造を保持できるだけの機械強度を有する。 （実施例の効果）

【００２２】金型に溝を掘って、その溝に絶縁導体を巻
き込むため、出来上がったコイルの寸法精度が高く磁場
精度の高い電磁石ができる。また、巻型と金型を各１個
用意することにより、多数のコイルが同じような精度
で、かつ従来のような絶縁スペーサを挿入しながら絶縁
導体を巻くという煩雑な作業なしにできる。 （他の実施例）

【００２３】上述の実施例では、常電導の電磁石につい
て説明したが、導体をＮｂＴｉ等の超電導体から成る絶
縁導体を採用することにより、超電導電磁石用コイルを
製作することもできる。

【００２４】また、絶縁導体を金型に入れる際に、ポリ
エーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン
などの絶縁性チューブを絶縁導体近傍に配置し、絶縁導
体と一緒に含浸・硬化し、この絶縁性チューブ内に水・
油などの冷却媒体を流すことによって、電磁石を冷却す
ることができる。この場合、絶縁性チューブに樹脂が含
浸しないよう、絶縁性チューブの両端を予めシールする
とか、常温で固体のパラフィンを高温にして溶かしたも
のを絶縁性チューブ内に封入してから、樹脂を含浸する
とよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、金
型に溝を掘って、その溝に絶縁導体を巻き込むため、出
来上がったコイルの寸法精度が高く磁場精度の高い電磁
石ができる。また、巻型と金型を各１個用意することに
より、多数のコイルが同じような精度で、かつ従来のよ
うな絶縁スペーサを挿入しながら絶縁導体を巻くという
煩雑な作業なしに繰り返し、製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すための説明図

【図２】本発明の構成を示すための説明図

【図３】本発明の構成を示すための説明図

【図４】本発明の一実施例に係る穴あき絶縁板の構成図

【図５】本発明の一実施例に係る図４とは異なる穴あき
絶縁板の構成図

【図６】絶縁導体を絶縁板に接着する工程を説明するた
めの構成図

【図７】本発明による方法で出来上がった一部のコイル
を示す構成図

【図８】本発明による方法で出来上がった電磁石の断面
図

【図９】従来方式による鞍型コイルを示す斜視図

【図１０】図９に示す従来方式の鞍型コイルを作る際に
挿入する絶縁スペーサを示す斜視図

【符号の説明】

１…巻型、２…絶縁筒、３…絶縁導体、４…絶縁スペー
サ、５…溝、６…接着シート、７…接着剤、８…穴の開
いた絶縁板、９…当板、10…金型、11…充填材入り樹
脂、12…絶縁板、13…穴、14…電気絶縁用ガラス繊維、
15…目の粗いガラスクロスと充填材入りのエポキシ樹脂
から成るＦＲＰ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溝を有する巻型に絶縁導体を巻回し、こ
   の絶縁導体に穴あき絶縁板を接着させた後、巻型から取
   り出し金型に入れ、充填材入りの樹脂を注入し、しかる
   後加熱硬化することによって一体化することを特徴とす
   る電磁石用コイルの製造方法。
2. 【請求項２】 絶縁板は、表面に半硬化状の接着剤を有
   する穴あき絶縁板を用い、前記接着剤により絶縁導体と
   穴あき絶縁板とを接着させたことを特徴とする請求項１
   に記載の電磁石用コイルの製造方法。
3. 【請求項３】 穴あき絶縁板および絶縁導体は予め鞍形
   状に撓ませた状態で接着させたことを特徴とする請求項
   １に記載の電磁石用コイルの製造方法。
4. 【請求項４】 絶縁導体を金型に入れる際に絶縁導体近
   傍に冷却媒体用の絶縁性チューブを配置したことを特徴
   とする請求項１に記載の電磁石用コイルの製造方法。