(57)【要約】  【課題】  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、巻線を短時間で均一に加熱することを主たる目的とする。  【解決手段】  回転電機巻線を商用電源より高い周波数の電源を用いて誘導加熱する方法において、環体の径方向中心軸と直角方向を軸方向とするように巻かれた加熱コイルを使用する回転電機巻線の加熱法。  【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機巻線を商用電源より高い周波数の電源を用いて誘導加熱する方法において、環体の径方向中心軸と直角方向を軸方向とするように巻かれた加熱コイルを使用することを特徴とする回転電機巻線の加熱法。
【請求項２】
請求項１において、加熱コイルの断面形状が、巻線に侵入する少なくとも２組の上下２辺の長さが同一でないことを特徴とする回転電機巻線の加熱法。
【請求項３】
請求項１又は２において、加熱コイルが環体径方向中心軸に対して二分割されていることを特徴とする回転電機巻線の加熱法。
【請求項４】
回転電機巻線を商用電源より高い高周波電源を用いて誘導加熱する方法において、環体の径方向中心軸と直角方向に平板状に巻かれた加熱コイルを使用することを特徴とする回転電機巻線の加熱法。
【請求項５】
回転電機巻線を予備加熱後、ワニスを滴下含浸させ、これを加熱処理により硬化させる装置において、請求項１ないし４のいずれかに記載の加熱コイルを用いることを特徴とする処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、回転電機の巻線をワニス含浸及び硬化により固定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機や発電機等の回転電機の固定子などの製造工程の中には、挿入された巻線の絶縁強化、耐震、耐油、耐薬品性、放熱性などの向上を目的として巻線にワニスを滴下含浸して硬化させるワニス含浸工程がある。このワニス含浸工程には、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、予備加熱、硬化のための加熱処理の工程がある。
【０００３】
従来の一般的な加熱法としては、熱風循環炉等による熱風加熱、直接通電や誘導加熱等による直接加熱などが知られている。熱風循環炉による加熱では、ヒータを熱源として空気を温めてから、加熱された空気で被加熱体であるワークを表面から温める加熱が行われる。
【０００４】
また、誘導加熱による加熱では、巻線や巻線が巻かれた金属製の環体が周囲に設置した加熱コイルから交流電源により発生した磁界を直接受ける。金属内部ではこの磁界により渦電流が発生し、そのジュール熱で直接金属部が発熱する。このため、ワークの昇温速度が速いという利点がある。
【特許文献１】特開２００６−０３５８３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、熱風循環炉による加熱では、ワークの深部あたるコイルエンド内部、スロット内部コイル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、１時間から２時間にも及ぶ長い加熱時間を要する。連続処理では、生産量に関係無く炉の長さが極めて長くなる。ワニス工程での品質不良が後工程で発見された場合、同一処理された大量の製品が不良扱いとなる。この不良品は後工程では手直しが出来ないので、破棄しなければならず、製品ロスが多く発生する。ワニスの硬化処理は、加熱されている空気温度で管理されるが、加熱空気の温度管理では、実際の巻線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。
【０００６】
誘導加熱においては、加熱コイルとワーク間の距離が離れると、磁界がワークに到達せずワークが全く発熱しない。このため、従来の加熱コイルは、環体の径方向中心軸と同心円の円筒型ボビンの外周部に導線を巻いてコイルを製作し、ワークとコイル間の距離を極力小さくしていた。
【０００７】
しかし、用途によってはワークの接続端子部等の付属部品が環体から径方向に長く伸びている。このような場合には、付属部品と干渉しないように円筒型ボビンの内径を大きくする必要がでてくるが、ワークと加熱コイルの間隔が大きくなり過ぎると、ワークが発熱せず誘導加熱が適用できなくなる。また、ワニス滴下後の熱処理に円筒型加熱コイルを使用すると、巻線下側からワニスがたれ落ち、たれ落ちたワニスが堆積硬化して、加熱コイルを破損させたり、ワークと衝突してワークを破損させたり、装置搬送部を破損させたりして正常な運転が不可能となる。これらのような場合の巻線加熱には、熱風循環炉等の熱風加熱方式が使用されていた。
【０００８】
なお、上記環体とは、例えばドーナツ状の電磁鋼板（プレス加工によって打抜き形成されたもの）が複数枚積層されて円柱状に構成されたもので、内周に複数個のスロットが設けられており、１つのスロットから隣接するスロットへ巻線がほどこされているものを言い、場合によってはコア等とも称される。図１に環体及び巻線の例を示す。この環体と巻線などを合わせたものをワークと呼ぶ。
【０００９】
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、巻線を短時間で均一に加熱することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下のものに関する。
（１）回転電機巻線を商用電源より高い周波数の電源を用いて誘導加熱する方法において、環体の径方向中心軸と直角方向を軸方向とするように巻かれた加熱コイルを使用する回転電機巻線の加熱法。
（２）項（１）において、熱コイルの断面形状が、巻線に侵入する少なくとも２組の上下２辺の長さが同一でない回転電機巻線の加熱法。
（３）項（１）又は（２）において、加熱コイルが環体径方向中心軸に対して二分割されていることを特徴とする回転電機巻線の加熱法。
（４）回転電機巻線を商用電源より高い高周波電源を用いて誘導加熱する方法において、環体の径方向中心軸と直角方向に平板状に巻かれた加熱コイルを使用することを特徴とする回転電機巻線の加熱法。
（５）回転電機巻線を予備加熱後、ワニスを滴下含浸させ、これを加熱処理により硬化させる装置において、請求項１乃至４の何れかに記載の加熱コイルを用いる処理装置。
【発明の効果】
【００１１】
上記（１）に記載の構成では、円筒形加熱コイルと異なり、加熱コイルとワーク環体の径方向距離を充分取っても、環体に面する径方向の直角方向では距離を短くすることができるので、交流電源により発生する磁界を充分ワークに伝えることができる。また、硬化炉で使用する場合、加熱コイルの開口方向をワークのワニスたれ落ち方向と一致させれば、加熱コイルにワニスが堆積することは無い。
【００１２】
また、（２）に記載の発明のように、加熱コイルの断面形状が、巻線に侵入する上下２辺の長さが同一でなく台形状にすれば、コイル巻数を多くしてもコイルに使用する電線の全長を短くでき、加熱コイルのインピーダンスを下げることができる。その結果、加熱コイルに流れる電流を確保し発熱させることができる。インピーダンスが高くなりすぎると、加熱コイルに流れる電流が減少し、所定の加熱量が得られない。
【００１３】
（３）に記載の発明のように、環体径方向中心軸に対して二分割になるような２つの加熱コイルを使用すれば、同一形状１つの場合に比べて例えばワークの昇温速度を約２倍程度に速くすることができる。
【００１４】
（４）に記載の発明のように、環体の径方向中心軸と直角方向に平板状に巻かれた加熱コイルを使用すると、半径方向の距離とは無関係に加熱コイルをワークに近づけることができる。また、ワークからのたれ落ちによるワニス堆積も無い。
【００１５】
（５）記載の発明のように、（１）乃至（３）のいずれかに記載の加熱コイルを用いれば、回転電機巻線を予備加熱後、ワニスを滴下含浸させ、加熱処理により硬化させるに好適なワニスの処理装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明における回転電機の巻線にワニスを滴下含浸・硬化させる工程を以下の例に従って説明する。図２に例示するとおり、本工程ではまずワークが装置内に搬送され、例えば内径チャックなどの方法により保持される。一般に内径チャックには、自転機構が組み込まれているため、ワークは搬送中自転している。受入部からワークは、次工程の予備加熱部に入る。予備加熱部で、ワークは誘導加熱により加熱される。
【００１７】
図３は、誘導加熱によるワークの予備加熱を模式的に示したものである。ワーク１は、環体の内径を支持する内径チャックの付いたシャフト１０により保持されている。シャフト１０は、自転機構の有る搬送機構１１により移動し、予備加熱室１２の加熱コイル１３の有る所定位置まで搬送される。加熱コイル１３は、前後移動機構１４により、ワーク１周囲の所定位置まで移動する。
【００１８】
図４に従来から一般に加熱に使用されてきた円筒型コイルを例示する。円筒型コイルはワーク外周部を取り囲むように配置され、同時にコイルは周方向に沿って巻かれている。交流電源によりコイルに電流が流れると、コイルの周囲に磁界が発生する。磁界は、金属のワーク環体及び巻線を突き抜ける方向で発生し、環体及び巻線内に渦電流を発生さる。この渦電流のジュール熱によりワークは発熱する。ワークが自転していれば、磁界とワークの相対位置が変わるので、発熱はより均一に行われる。
一方、ワークによっては接続端子部等の付属部品が環体から径方向に長く伸びている。この場合に従来型の円筒形加熱コイルを使用すると、ワークと加熱コイルの距離が離れすぎる。その結果、磁路の空隙長が過大となり電流が激減し、ワーク加熱が不可能となる。本発明によれば、加熱コイルを径と直角方向の面からワークに近づけ、ワークを加熱できる。
図５から図９に示す加熱コイル１６は、上下に貫通してコイル形成されたもので、ワークと加熱コイルの軸方向距離が小さくなるよう設計されている。
【００１９】
図１０から図１２に示す加熱コイルは、突起物などの少ない片方の軸方向からの加熱する方式となっている。この場合、内径チャックの反対側に加熱コイルを設置する場合は、図１０に示す円板コイルを使用できる。他方、内径チャック側に加熱コイルを設置する場合は、内径チャックのシャフトを外した図１２に示す切欠き付き円板加熱コイルが好適である。いずれの円板コイルでも、導線の巻き中心が１個ないし複数個あるコイルで１つの円板加熱コイルを形成することが好ましい。
【００２０】
次工程でワークにはワニスが滴下含浸される。ワニスは自転中のワーク両側の巻線３のコイルエンド付近に設置されたノズルから滴下され、ワニスは毛管現象によって巻線全体にわたって浸透含浸される。含浸されたワニスは次工程で硬化される。ワニス硬化工程では、従来熱風加熱により硬化が行われてきた。これは、ワニスの硬化工程で溶剤などが蒸発し、使用雰囲気が溶剤雰囲気になりこれが発火する等の安全性の問題と、円筒形コイルを使用した場合ワークからたれ落ちるワニスがコイルに付着するという問題が有るからである。
【００２１】
安全性に関しては、溶剤雰囲気下で誘導加熱を使用すると、例えば、通電される加熱コイルから発火に注意を要するが、この危険性に対処するためには、例えば炉内の換気を充分に行うことなどによって、ワニスから発生する溶剤の雰囲気濃度を管理し、爆発限界の充分下のレベルに保つことが重要である。この他加熱コイルに関しては、例えば特開２００４−１２７５４６号公報に示される方式を使用すれば発火防止の観点から有用である。また、加熱コイル端子の接続に関しては、コイル端子線を安全な部位まで伸ばして、その場所に端子箱を作り、端子箱をチッソパージして安全を図ることも発火防止の観点から有用である。コイルを形成する素線にはリッツ線などのエナメル被覆のより線が用いられることが多いが、この場合は素線をガラス繊維チューブなどで絶縁した後、２本の線をより合わせて端子箱まで配線すると良い。配線でのリッツ線使用はより合わせることが、コイル端子線を延長する場合には好適である。これは、配線通過部分で反対方向に流れる電流が互いの磁束を打消し合う方向で働き、誘導加熱を押さえることができるためである。
【００２２】
ワーク形状によっては、作製した加熱コイルから発生する磁界が、環体や巻線に充分到達せず、電力出力が得られない場合がある。この場合は、例えば棒状のフェライトをコイル導線に対して５０〜９０度の角度を持って導線表面に設置すると、磁路が確保され電力出力が得られる。フェライトの角度は、環体に対しては中心軸に向かうように放射状に、かつ導線に対しては９０度近くなるようにするのが理想であるが、ワーク径から両者の角度を考慮して導線に対し５０〜９０度の範囲で角度を決定することが好適である。この角度が適切に設定できない場合は、コイル導線を環体の周方向に沿うよう、可能な限り変更すると出力が増大するので好適である。
【００２３】
本発明における加熱処理は、回転電機の巻線にワニスを含浸させて硬化させる工程における巻線の予備加熱工程、巻線に含浸させたワニス硬化熱処理工程の一部又は全部に適用するのが有効である。
【実施例】
【００２４】
本発明におけるワーク１の加熱様態概要を図５に例示する。ワーク１は内径チャックの付いたシャフト１０により保持され、自転機構付の搬送装置１１により、加熱室１２の所定位置に移動する。所定位置の上部には、加熱コイル１６が配置されており、加熱コイル１６は上下機構１７により、ワーク１の所定位置まで降下する。加熱コイル１６は加熱終了後上昇し、ワーク１は次の位置まで移動する。
【００２５】
図６、７は、本発明により製作した加熱コイル１６をワーク１に設置したものを、正面及び平面から模式的に示したものである。加熱コイルは、上下貫通した直方体ＦＲＰ製のボビンにリッツ線を巻いて作成した。２０ｋＨｚで測定した該加熱コイルのインピーダンスは３８μＨであった。平面図７に示すように、ワークと加熱コイルは径方向には充分な距離を保ちながら、その直角方向は充分近い距離を保つことができる。この加熱コイルに周波数３０ＫＨｚ、出力１０ＫＷの交流電源を接続したところ、出力１５％を得ワークを加熱することが可能であった。この加熱コイルの貫通部を鉛直方向に取れば、滴下後のワークからたれ落ちるワニスの堆積を防止することができる。一方、図６の内径で従来方式の円筒型コイルを製作した。作製した円筒形コイルのインピーダンスは同測定法で３４μＨであった。この加熱コイルを同電源に接続して加熱検討を行ったが、コイルは磁路の空隙長が過大で電流が激減し加熱はできなかった。
【００２６】
図８は、上下２辺の長さが異なる台形加熱コイルである。この台形コイルでは、１ターン当たりの長さを小さくできるので、インピーダンスを同程度に合わせても、図６の長方形コイルの巻数の１．３倍の巻回数が可能であった。このため、加熱コイルへの通電量は長方形コイルの約３０％アップすることができた。
図９は、台形形コイルを２つ使用した例で、外見的には環体中心軸に対して２分割された形状になっている。この例の配置では、台形コイル１個に比較し交流電源の通電量を約２００％まで向上させることができた。コイルを適正に組合せると、磁路が確保され加熱に有効な電力は約２倍程度になる。
【００２７】
図１０、１１は円板状コイルを使用した例である。この円板状コイルは、環体中心軸を中心に、環体及び巻線にかかるようにコイルを作成し、例えばワークの何も無い中心部にはコイルを作らない。この円板コイルをワーク巻線側面に配置し、交流電源を入れて通電させたところ、２０分で目標温度まで昇温させることができた。
【００２８】
図１２は切欠き付き円板コイルを使用した例である。このコイルは、環体中心軸を中心とした同心円状にコイルを巻けないので、３つのブロックに分割し各ブロックに合う寸法でコイルを巻いた。円板コイルでは、端子が出ているワークに充分近づけず、交流電源を入れてもワークを加熱できなかった。この切欠き付き円板コイルは、支持シャフト側からワークに充分接近できたので、交流電源でワークを加熱することができた。
また、本発明においては、加熱コイルの断面形状が、直線ばかりでなくワーク進入方向の辺を円弧にして、コイル導線が環体周方向に沿うように加熱コイルを形成しても良い。
さらに、ワークを内径チャックで保持する場合ばかりでなく、外形チャックで保持したり、平置で保持したりする場合でも、円板コイルを使用すれば、ワークの加熱は可能である。
なお、図４及び図６から図９においては、巻線は省略して表示し、図３及び図５から図１２においては、加熱コイルの導線は省略して表示している。
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巻線の加熱に適用可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ワークの断面説明図である。
【図２】ワニス含浸工程の説明図である。
【図３】従来のワニス含浸装置加熱部の概略を示す構成図である。
【図４】従来の円筒形加熱コイルの例である。
【図５】本発明によるワニス含浸装置加熱部の概略を示す構成図例である。
【図６】本発明による加熱コイルの概略を示す正面図である。
【図７】本発明による加熱コイルの概略を示す平面図である。
【図８】本発明による台形加熱コイルの概要例である。
【図９】本発明による台形加熱コイル２個使用の概要例である。
【図１０】本発明による円板加熱コイル単体の概要例である。
【図１１】本発明による円板加熱コイルの概要例である。
【図１２】本発明による切欠き付き円板加熱コイルの概要例である。
【符号の説明】
【００３０】
１…ワーク、２…環体、３…巻線、１０…シャフト、１１…運搬装置、１２…加熱室、１３…加熱コイル（従来）、１４…前後移動機構、１６…加熱コイル、１７…上下機構。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2008092733.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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