(57)【要約】【課題】短時間で固定を加熱でき、かつインシュレータ等の接触する樹脂部品に損傷を与えることのなく、安定した絶縁性能を保持できる固定子加熱方法を提供すること。【解決手段】薄板鋼板が積層されて構成された固定子コア３に導体コイル４が装着された固定子に対して、導体コイル４間に絶縁樹脂を充填成形することにより導体コイル４を固定するための導体コイル樹脂成形工程の前加熱として、導体コイル４に交流電流を流すことにより、固定子を加熱する固定子加熱方法であって、固定子コア３の導体コイル４を収納する空間が形成された上型１と、固定子コア３の導体コイル４を収納する空間が形成された下型２と、上型１と下型２とで、固定子コア３の導体装着部の内外周上面と、内外周下面とを各々挟み持った状態で、固定子の加熱を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄板鋼板が積層されて構成された固定子コアに導体コイルが装着された固定子に対して、前記導体コイル間に絶縁樹脂を充填成形することにより前記導体コイルを固定するための導体コイル樹脂成形工程の前加熱として、前記導体コイルに交流電流を流すことにより、前記固定子を加熱する固定子加熱方法において、
前記固定子コアの前記導体コイルを収納する空間が形成された上型と、
前記固定子コアの前記導体コイルを収納する空間が形成された下型と、
前記上型と前記下型とで、前記固定子コアの前記導体装着部の内外周上面と、内外周下面とを各々挟み持った状態で、前記固定子の加熱を行うことを特徴とする固定子加熱方法。
【請求項２】
請求項１に記載する固定子加熱方法において、
前記上型または前記下型に、インシュレータまたはバスバーの前記固定子コア外側に露出する部分を押さえることを特徴とする固定子加熱方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載する固定子加熱方法において、
前記上型または前記下型の少なくともいずれか一方の、前記導体装着部の外周部を挟み込む位置に、ヒータを設けたことを特徴とする固定子加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、モータの部品である固定子コアに導体コイルが装着された固定子に関し、さらに詳細には、導体コイル間に絶縁樹脂を充填成形することにより導体コイルを固定し、かつ導体コイルの熱を放熱するための導体コイル樹脂成形工程の前加熱として、固定子を加熱する固定子加熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定子コアに導体コイルが装着された固定子に対して、導体コイルを成形固定する処理方法として、導体コイル間にワニスを含浸させて加熱してワニスを硬化させるワニス含浸法や、型を用いて樹脂材料を射出成形することにより、導体コイル間に絶縁樹脂を充填成形する樹脂モールド法が行われている。
そして、導体コイルにワニスを含浸させる方法には、固定子を回転させながらワニスを滴下含浸させる方法と、導体コイルの下部をワニス槽に漬けてワニスを毛細管現象により含浸させる浸積方法が知られている。いずれの場合にも、水分除去及び巻線ストレス緩和（アニール処理）を行う予熱乾燥工程、及び熱硬化樹脂を硬化させるために導体コイルを加熱する固定子加熱工程を、成形工程前後に必要とする。
同様に、樹脂モールド法においても、樹脂は一般に熱硬化性タイプが使用されるため、金型に固定子を入れてインサート射出成形するときに、固定子が加熱されていないと、樹脂を硬化させるのに時間がかかりすぎ、また樹脂が熱可塑性タイプの場合には、固定子が加熱されていないと、樹脂の成形で流動性が著しく悪化して、未充填等の不具合を起すため、導体コイルや固定子コアを一定温度範囲内に予め均一加熱しておく固定子加熱工程を必要とする。例えば、熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル系、エポキシ系、ＰＰＳ系、ＬＣＰ系等の樹脂がある。
【０００３】
固定子は、固定子コアと、固定子コアに装着された導体コイルとから構成されるが、特に導体コイル全体が短時間で均一に加熱されることを理想とする。少なくとも、短時間で導体コイル全体の温度分布が所定の範囲内に入ることを必要とする。熱風昇温炉内に固定子を入れて加熱する方法は、固定子全体が均一に加熱される点良いが、２０℃から１５０℃まで加熱するのに、８０分かかるように、時間がかかりすぎて、生産効率が悪い。
ここで、導体コイルは、絶縁被覆が付けられ電気用端子を備えるので、通電することにより容易に加熱できるが、固定子コアは絶縁被覆がなく通電することが困難な上、熱容量も大きく短時間で加熱することが困難である。
固定子コアを加熱する方法として、特許文献１には、巻線コイルに通電して通電加熱すると同時に、乾燥炉内に熱風を供給してコイル全体を加熱する方法が開示されている。
また、特許文献２には、ワニス処理時の固定子の加熱時間を短縮するため、巻線コイルに通電することにより、巻線コイルを自己発熱により加熱し、同時に誘電加熱現象を利用して固定子コアを加熱する技術が記載されている。
特許文献１の方法や、特許文献２の方法によれば、数分間で固定子を加熱できることが知られている。
【０００４】
【特許文献１】特開2004-096876号公報
【特許文献２】特開2005-086954号公報
【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、従来の固定子加熱方法には、以下の問題があった。
すなわち、電線コイルに通電して加熱する方法では、導体である電線が巻かれた電線コイルに通電して、それにより熱を発生させて、電線コイルを加熱している。この場合、通常は、交流電流を通電しているので、交流電流により磁界が発生し、発生した磁界により積層されている薄板鋼板が積層されている方向に力を受ける。そして、交流であるため、磁界が１８０度反転するため、薄板鋼板が磁界から受ける力も１８０度反転した力を受ける。この反転する力により、固定子コアを構成する薄板鋼板が微小量ではあるが振動する。特に、積層された薄板鋼板のうち、外側に位置する薄板鋼板の微小振動が計測される。
薄板鋼板が微小量振動すると、薄板鋼板に接触している樹脂製のインシュレータやバスバーの接触部分が擦れて削られ損傷を受ける恐れがあった。そして、インシュレータやバスバーが擦れて削られて損傷を受けると、絶縁性樹脂が薄くなるため、絶縁性が低下する問題があった。
【０００６】
ここで、交流電流を通電せずに、直流電流を通電すれば、振動が発生せず、問題が解決できることはわかっている。しかし、固定子を短時間で加熱するため、大きな電流を流す必要があり、大きな直流電流を発生させる装置は、費用が高くなり、また、耐久性にも問題があるため、工場生産で多量の固定子を加熱するには不適である。
【０００７】
この発明は上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、短時間で固定を加熱でき、かつインシュレータ等の接触する樹脂部品に損傷を与えることのなく、安定した絶縁性能を保持できる固定子加熱方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の固定子加熱方法は、次のような工程を有している。
(１)  薄板鋼板が積層されて構成された固定子コアに導体コイルが装着された固定子に対して、導体コイル間に絶縁樹脂を充填成形することにより導体コイルを固定するための導体コイル樹脂成形工程の前加熱として、導体コイルに交流電流を流すことにより、固定子を加熱する固定子加熱方法であって、固定子コアの導体コイルを収納する空間が形成された上型と、固定子コアの導体コイルを収納する空間が形成された下型と、上型と下型とで、固定子コアの導体装着部の内外周上面と、内外周下面とを各々挟み持った状態で、固定子の加熱を行う。
【０００９】
(２)  (１)に記載する固定子加熱方法において、前記上型または前記下型に、インシュレータまたはバスバーの前記固定子コア外側に露出する部分を押さえることを特徴とする。
(３)（１）または（２）に記載する固定子加熱方法において、前記上型または前記下型の少なくともいずれか一方の、前記導体装着部の外周部を挟み込む位置に、ヒータを設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成を有する固定子加熱方法の作用及び効果について説明する。
導体コイルに交流電流を通電すると、交流電流により磁界が発生し、発生した磁界により積層されている薄板鋼板が積層されている方向に力を受ける。そして、交流であるため、磁界が１８０度反転するため、薄板鋼板が磁界から受ける力も１８０度反転した力を受ける。
しかし、上型と下型とで積層されている薄板鋼板の固定子コアの導体装着部の内外周上面と、内外周下面とを各々挟み持った状態で、固定子の加熱を行っているので、積層鋼板が微小振動することがない。従って、積層鋼板が微小振動することにより生じる薄板鋼板に接触している樹脂製のインシュレータやバスバーの接触部分が擦れて削られ損傷を受ける恐れがなくなる。また、上型に固定子コアの導体コイルを収納する空間が形成され、下型に固定子コアの導体コイルを収納する空間が形成されているので、上型と下型とで固定子を挟みこんだ状態で、導体コイルが上型と下型とで構成される収納空間の内部にあるので、導体コイルから熱が逃げるのを低減することができる。すなわち、収納空間の空気が閉じ込められていて循環できないため、すぐに高温となり、導体コイルから空気に放熱される熱量が低減される。
【００１１】
また、積層鋼板を上型と下型とで挟み込んだ状態で、通電加熱すると、固定子コイルの外側に露出していて、自由状態にあるインシュレータやバスバーが積層鋼板の微小な振動を拾って、ほんの僅かであるが、振動する恐れがある。インシュレータやバスバーが僅かに振動しても、積層鋼板との間で擦れが生じてインシュレータやバスバーが損傷する恐れがある。
しかし、本発明では、インシュレータまたはバスバーの前記固定子コア外側に露出する部分を押さえているので、インシュレータやバスバーが僅かでも振動するのを防止できるので、インシュレータやバスバーに損傷が生じる恐れがない。
【００１２】
積層鋼板の内周部に設けられたスロット内に導体コイルが装着されているため、積層コイルの内周側は加熱されやすく、すぐに目標温度(例えば１３０℃〜１４０℃)となる。しかし、積層鋼板の外周部は、導体コイルから距離があり、また、体積も大きいので目標温度まで加熱するのに時間がかかる。
この問題を解決するために、本発明では、上型または下型の少なくともいずれか一方の、導体装着部の外周部を挟み込む位置に、ヒータを設けているので、積層鋼板の外周部を挟み込んだ状態で、積層鋼板の外周部をヒータにより直接加熱できるため、積層鋼板の外周部を短い時間で加熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態である固定子の加熱方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１に、固定子加熱方法で使用する上型１と下型２とに挟まれた状態における固定子の断面図を示す。
固定子コア３は、厚さが約０．３ｍｍの鋼板３ａが数十枚積層されて積層鋼板からなる固定子コア３が形成されている。固定子コア３の全体の厚さは２６ｍｍである。固定子コア３の内周面には、四角体形状の凸部が１２箇所に中心に向かって突き出ている。凸部には、ニクロム皮膜銅線からなる導体コイル４が巻かれたインシュレータ５の中空孔が装着されている。インシュレータ５の外側に突き出している胴体コイル４の端子部にバスバー６が接続されている。
【００１４】
インシュレータ５の形状を図３に斜視図で示す。また、バスバー６の形状を図４に斜視図で示す。インシュレータ５は、絶縁性を確保するため樹脂で構成され、中空部５ａの両端に壁５ｃ，５ｄが形成され、壁５ｃ，５ｄの間の中空部５ａの外周部５ｂに導体コイル４が巻かれる。この導体コイル４が巻かれている部分は、絶縁性を確保できれば良いので薄く構成されている。図２に示すように、固定子として組みあがった状態で、インシュレータ５の中空に固定子コア３の凸部が進入している。ここで、固定子コア３が振動すると、インシュレータ５の中空部５ａの外周部５ｂを削り取ることになり、インシュレータ５の絶縁性が損なわれる恐れがある。
バスバー６は、１２個あるインシュレータ５に巻かれた導体コイル４を配線するためのものであり、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相に各々の導体コイル４を接続して３相コイルを形成し、それらを外部と接続するためのコネクタ６ａを備えている。
【００１５】
次に、下型２の構造を説明する。下型２は、中空円筒形状のアルミ製である。下型２の上面に、全周にわたって、溝形状の下型収納部２ａが形成されている。下型収納部２ａには、下型インシュレータ押え部２ｅが全周にわたって形成されている。下型インシュレータ押え部２ｅは、固定子が下型２に装着されたときに、丁度インシュレータ５の外側壁５ｄの下面と当接して、インシュレータを押える機能を有している。下型収納部２ａの幅は、下型インシュレータ押え部２ｅが、インシュレータ５の壁５ｄと当接しているときに、壁５ｃが下型収納部２ａの内周壁に接触する幅である。
下型収納部２ａを形成する内周部は、下型内周上押え部２ｃを構成している。また、下型収納部２ａを形成する外周部は、下型外周上面押え部２ｂを構成している。下型内周上押え部２ｃは、固定子コア３の１２箇所の凸部の先端部、すなわち、インシュレータ５の中空部を貫通して少し突き出している凸部先端部を下側から支持している。下型外周上面押え部２ｂは、固定子コア３の外周部の下面を支持している。下型外周上面押え部２ｂには、数箇所にヒータ７が取り付けられている。本実施例では、ヒータを下型外周押え部２ｂにのみ設けているが、さらに、上型外周下面押え部１ｂにもヒータを設けても良い。
【００１６】
次に、上型１の構造を説明する。上型１は、下型２同じ大きさの中空円筒形状のアルミ製である。上型１の下面に、全周にわたって、溝形状の上型収納部１ａが形成されている。上型収納部１ａには、上型インシュレータ押え部１ｅが全周にわたって形成されている。インシュレータ５の外周壁５ｄの上部は、導体コイル４の端部配線を支持するため上に突き出ている。これに当接して押えるため、上型インシュレータ押え部１ｅは、下型インシュレータ押え部２ｅと形状が異なり、小さな凸部となっている。
上型収納部１ａの内周面は、下型収納部２ａと同じ位置にあるが、外周面は、バスバー６のコネクタ６ａを収納するため、下型収納部２ａより外側の位置にある。
【００１７】
上型収納部１ａを形成する内周部は、上型内周下押え部１ｃを構成している。また、上型収納部１ａを形成する外周部は、上型外周下面押え部１ｂを構成している。上型内周下押え部１ｃは、固定子コア３の１２箇所の凸部の先端部、すなわち、インシュレータ５の中空部を貫通して少し突き出している凸部先端部を上側から支持している。上型外周下面押え部１ｂは、固定子コア３の外周部の上面を支持している。
上型収納部１ａには、バスバー６を上から押えて、固定子コア３と挟み込むためのバスバー押え部１ｆが形成されている。バスバー６のコネクタ６ａは、固定子の１箇所に設けられているのであり、コネクタ６ａは、上型１の外側に出るように、上型１に切欠部が形成されている。
【００１８】
次に、上記構成を有する上型収納部１ａ及び下型収納部２ａとで形成される空間に、固定子を収納して、導体コイル４に通電加熱する作用について説明する。
図示しない加熱用電源コネクタが、バスバー６のコネクタ６ａに接続される。
頭１に示すように、上型収納部１ａ及び下型収納部２ａとで形成される空間に固定子を固定した状態で、鋼板を積層してなる固定子コア３の外周部は、上型外周上面押え部１ｂと下型外周上面押え部２ｂにより、挟まれて上型１の自重で押えられている。また、固定子コア３の内周の凸部は、上型内周上押え部１ｃと下型内周上押え部２ｃにより、挟まれて上型１の自重で押えられている。
また、インシュレータ５の外側の壁５ｄは、上型インシュレータ押え部１ｅと下型インシュレータ押え部２ｅにより、挟まれて上型１の自重で押えられている。また、インシュレータ５の内側の壁５ｃは、上型外周上面押え部１ｂの内周面と下型外周上面押え部２ｂの内周面に密着しており、それら内周面と固定子コア３とで挟まれて押さえつけられている。
また、バスバー６は、バスバー押え部１ｆと固定子コア３の上面とで挟まれて押さえつけられている。
【００１９】
このような状態で、導体コイル４に３相交流を通電して、導体コイル４に抵抗による発熱作用を起させる。これにより、導体コイル４、固定子コア３を加熱する。
導体コイル４に３相交流電流を流したときに、交流電流により磁界が発生し、発生した磁界により固定子コア３の積層されている薄板鋼板が積層されている方向に力を受ける。そして、交流であるため、磁界が１８０度反転するため、薄板鋼板が磁界から受ける力も１８０度反転した力を受ける。この反転する力により、固定子コアを構成する薄板鋼板が上下方向に振動する力を受ける。
しかし、固定子コアの外周部は、上型外周上面押え部１ｂと下型外周上面押え部２ｂにより、挟まれて上型１の自重で押えられているので、振動することがない。また、固定子コア３の内周の凸部は、上型内周上押え部１ｃと下型内周上押え部２ｃにより、挟まれて上型１の自重で押えられているので、振動することがない。
【００２０】
また、インシュレータ５の外側の壁５ｄは、上型インシュレータ押え部１ｅと下型インシュレータ押え部２ｅにより、挟まれて上型１の自重で押えられており、インシュレータ５の内側の壁５ｃは、上型外周下面押え部１ｂの内周面と下型外周上面押え部２ｂの内周面に密着しており、それら内周面と固定子コア３とで挟まれて押さえつけられているので、インシュレータ５が固定子コア３に対して、振動することがない。
また、バスバー６は、バスバー押え部１ｆと固定子コア３の上面とで挟まれて押さえつけられているので、バスバー６が固定子コア３に対して振動することがない。
【００２１】
固定子コア３の振動については、実験により確認している。すなわち、固定子コア３をフリーな状態としたときと、固定子コア３を上型１と下型２とで挟んで押えた状態とで、近くで音の発生を測定した。本来、振動を直接測定するのが良いのであるが、固定子コア３の振動が小さいため、振動センサを取り付けると正確な振動が測定できないおそれがあるため、音に置き換えて振動を推定している。図５にその結果を示す。
押さえが無い状態では、９１．０ｄＢあった騒音が、押さえを設けることにより、７９．７ｄＢまで低減している。ここで、暗騒音は、５５〜６０ｄＢであった。
このように、１１ｄＢも振動(騒音)を低減する効果があった。
【００２２】
また、導体コイル４に通電して、固定子全体を加熱するときに、固定子全体が、上型１の上型収納部１ａと下型２の下型収納部２ａとで形成された空間に閉じ込められた状態で加熱するため、熱が空気中へ放熱することが少なくなり、加熱時間を短縮することができる。
さらに、一般的に、導体コイル４を通電加熱する場合、導体コイル４で発生した熱は速やかに固定子コア３に熱伝導されるため、導体コイル４に近い固定子コア３の内周部は比較的早く温度上昇するが、固定子コア３の外周部は、内周部と比較して温度上昇が遅くなる傾向がある。本実施例では、下型２の下型外周上押え部２ｂまたは上型外周下押え部１ｂのどちらか一方、または両方にヒータ７を設けているので、全体の温度上昇時間を短縮することができる。
【００２３】
以上詳細に説明したように、本発明の固定子加熱方法によれば、薄板鋼板が積層されて構成された固定子コア３に導体コイル４が装着された固定子に対して、導体コイル４間に絶縁樹脂を充填成形することにより導体コイル４を固定するための導体コイル樹脂成形工程の前加熱として、導体コイル４に交流電流を流すことにより、固定子を加熱する固定子加熱方法であって、固定子コア３の導体コイル４を収納する空間が形成された上型１と、固定子コア３の導体コイル４を収納する空間が形成された下型２と、上型１と下型２とで、固定子コア３の導体装着部の内外周上面と、内外周下面とを各々挟み持った状態で、固定子の加熱を行うので、導体コイル３へ交流電流を通電することにより発生する磁界により、固定子コアの上下方向に力が加わっても、固定子コア３の薄板が振動することがないため、インシュレータ５が損傷を受けることがない。
【００２４】
また、上型１または下型２に、インシュレータ５またはバスバー６の固定子コア３外側に露出する部分を押さえるので、インシュレータ５やバスバー６が、固定子コア３に対して振動することがないため、インシュレータ５が損傷を受けることがない。
また、上型１または下型２の少なくともいずれか一方の、導体装着部の外周部を挟み込む位置である下型外周上面押え部２ｂまたは上型外周下面押え部１ｂに、ヒータ７を設けているので、通電加熱で最も温度上昇の遅い固定子コア３の外周部を直接加熱できるため、加熱時間を短縮することができる。
【００２５】
なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
例えば、本実施例では、上型１と下型２とで固定子コア３を挟んで押える力を、上型１の自重のみで行っているが、必要ならば、上型１の上に重りを載せても良いし、エアシリンダ等により加圧力を付加しても良い。
また、本実施例では、固定子コア３の外周部が温度上昇が遅いので、その外周部に対応する位置の上型１及び下型２の部分にヒータ７を設けたが、固定子コア３の形状、導体コイル４の位置等によっては、固定子コア３の別な部分が温度上昇が遅い可能性もある。その場合には、固定子コア３のうち、温度上昇の遅い部位に対応する上型１または下型２の位置にヒータを設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】上型１と下型２とに収納された固定子の構成を示す断面図である。
【図２】固定子の全体構成を示す斜視図である。
【図３】インシュレータ５の構成を示す斜視図である。
【図４】バスバー６の構成を示す斜視図である。
【図５】実験結果を示すデータ図である。
【符号の説明】
【００２７】
１    上型
１ａ  上型収納部
２ｂ  下型外周上面押え部
２ｃ  下型内周上押え部
１ｅ  上型インシュレータ押え部
１ｆ  バスバー押え部
２    下型
２ａ  下型収納部
２ｂ  下型外周上面押え部
２ｃ  下型内周上押え部
２ｅ  下型インシュレータ押え部
３    固定子コア
４    導体コイル
５    インシュレータ
６    バスバー
７    ヒータ
【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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