特許 7274893 回転電機の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-05-09

(45)【発行日】2023-05-17

(54)【発明の名称】回転電機の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/02 20060101AFI20230510BHJP

【ＦＩ】

H02K15/02 J

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019050307

(22)【出願日】2019-03-18

(65)【公開番号】P2020156153

(43)【公開日】2020-09-24

【審査請求日】2022-01-06

(73)【特許権者】

【識別番号】513296958

【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 雅一

(72)【発明者】

【氏名】高橋 洋介

(72)【発明者】

【氏名】浦野 雅春

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 陽介

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特開平０８－３１７６１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２６０６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－０９１１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第５６９１１２１（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １５／０２

Ｈ０２Ｋ １７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転子鉄心のスロットに導電材料を設けて形成される回転電機の回転子の製造方法であって、
前記回転子鉄心を配置した際に軸方向において上方側となる上端面に、当該上端面を覆う円形状に形成され、前記スロットに対応する位置に１つ以上の開口部が形成されている上端側治具を取り付けるとともに、軸方向において下方側となる下端面に、円柱状に形成され、当該下端面に接触して各スロットに蓋をする下端側治具とを取り付けて、前記回転子鉄心を軸方向に加圧する工程と、
チタンセラミックス樹脂系塗料をシンナーで希釈したものであって焼き付け乾燥することで前記スロットの内表面に絶縁被膜を形成する処理液を、前記上端側治具の前記開口部から、下端側を前記下端側治具によって蓋をされた状態の前記スロットに前記充填する工程と、
余剰の前記処理液を前記スロットから除去する工程と、
前記上端側治具および前記下端側治具を取り外す工程と、
余剰の前記処理液を除去した前記回転子鉄心を予備乾燥する工程と、
焼付け乾燥により前記スロットの内表面に前記絶縁被膜を形成する工程と、を含み、
絶縁被膜を形成する工程において、鉄心焼鈍と前記絶縁被膜の形成とを同時に行うことを特徴とする回転子の製造方法。

【請求項2】

予備乾燥する工程では、予備乾燥の熱源として前記処理液に含まれる有機溶剤を燃焼させた熱エネルギーを利用することを特徴とする請求項１記載の回転子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、回転電機の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、いわゆるかご形誘導電動機のような回転電機の回転子は、鉄心片を積層した回転子鉄心のスロットに、導電材料であるアルミニウムや銅などをダイカストあるいは溶湯鍛造することにより形成されている。このとき、導電材料と回転子鉄心とが短絡すると、漏れ電流が流れて回転電機の効率が低下することになる。そのため、回転子鉄心のスロットは、その内表面に絶縁被膜を形成するなどの絶縁処理が施されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－１８８０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来の絶縁被膜は、鉄酸化物系の粉体状の絶縁物を処理して形成されていた。この場合、絶縁被膜の形成時にアルカリ性の腐食性ガスが発生し、周辺の装置を腐食させる可能性があった。また、絶縁被膜は、最終的に粉体に近い状態になるため、密着性も良好ではなかった。また、ダイカスト後のヒートショックによりスロットから導体を剥離させて絶縁することができず、効率の改善ができないケースも存在していた。さらに、粉体状の絶縁物が、スロット以外の部分、つまりは、回転電機の効率を向上させるために必要となる部分にも多く付着してしまうため、後処理で除去する必要があり、処理剤の使用量の増加と手間の発生とを招いていた。
そこで、信頼性が高く効率低下を抑制できる回転電機の回転子を容易且つ安価に製造することができる製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

また、実施形態の回転電機の回転子の製造方法は、前記回転子鉄心を配置した際に軸方向において上方側となる上端面に、当該上端面を覆う円形状に形成され、前記スロットに対応する位置に１つ以上の開口部が形成されている上端側治具を取り付けるとともに、軸方向において下方側となる下端面に、円柱状に形成され、当該下端面に接触して各スロットに蓋をする下端側治具とを取り付けて、前記回転子鉄心を軸方向に加圧する工程と、チタンセラミックス樹脂系塗料をシンナーで希釈したものであって焼き付け乾燥することで前記スロットの内表面に絶縁被膜を形成する処理液を、前記上端側治具の前記開口部から、下端側を前記下端側治具によって蓋をされた状態の前記スロットに前記充填する工程と、余剰の前記処理液を前記スロットから除去する工程と、前記上端側治具および前記下端側治具を取り外す工程と、余剰の前記処理液を除去した前記回転子鉄心を予備乾燥する工程と、焼付け乾燥により前記スロットの内表面に前記絶縁被膜を形成する工程と、を含み、絶縁被膜を形成する工程において、鉄心焼鈍と前記絶縁被膜の形成とを同時に行うことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態の回転子の一部を模式的に示す図

【図2】回転子の製造工程の流れを示す図

【図3】回転子鉄心の構成を模式的に示す図

【図4】治具を取り付けた状態を模式的に示す図

【図5】図４の矢印Ｖ方向から上端側治具を視た状態を模式的に示す図

【図6】図５のＶＩ－ＶＩ線での断面を模式的に示す図

【図7】処理液を充填する態様を模式的に示す図

【図8】回転子鉄心を焼き付け乾燥する態様を模式的に示す図

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の回転子１は、回転子鉄心２のスロット３の内表面に絶縁被膜４が形成されており、その絶縁被膜４を挟んでスロット３内に導体５が設けられている。回転子鉄心２は、複数の鉄心片６（図３参照）を積層することにより形成されている。導体５は、例えばアルミニウムや銅などの導電材料をダイカストによりスロット３に鋳込むことにより形成されている。なお、導体５としては、導電合金材料を用いることもできる。また、ダイカストではなく、溶湯鍛造により導体５を設けることもできる。

【0009】

絶縁被膜４は、チラノワニスからなるものであり、詳細は後述するが、チタンセラミックス樹脂系塗料をシンナーで希釈した処理液７（図７参照）をスロット３に充填した後に焼き付け乾燥することで形成されている。この絶縁被膜４は、概ね数μｍ程度の厚みで、スロット３の内表面に均一に形成されている。

【0010】

次に、上記した構成の回転子１の製造方法について、主に絶縁被膜４を形成する工程とともに説明する。
前述のように、従来のものは、アルカリ性の腐食性ガスが発生して周辺の装置を腐食させる可能性があったり、密着性も良好ではなかったり、効率の改善ができなかったり、使用量の増加と手間の発生とを招いていたりした。そこで、本実施形態では、以下のようにして、信頼性が高く効率低下を抑制できるとともに、容易且つ安価に製造することができる回転子１を製造している。

【0011】

まず、図２に示す前工程では、薄板状の電磁鋼板をプレス機で打ち抜くことによって、スロット３と図示しない回転軸部材が挿入される孔部とを形成した鉄心片６が製造されている。そして、この鉄心片６をスロット３の位置を合わせた状態で所定の枚数積層することにより、回転子鉄心２を形成する（Ｓ１）。

【0012】

このとき、各鉄心片６は、図３に示すように、次工程のダイカスト時に使用する芯金治具８が孔部に挿入される態様で積層されている。これにより、複数枚の鉄心片６を、その中心位置を一致させた状態で積層することができる。また、次工程となるダイカスト時の積層作業を省略することができ、生産性を向上させることもできる。

【0013】

続いて、図４に示すように、回転子鉄心２の軸方向における両端面、より具体的には、図示上方側となる上端面と図示下方側となる下端面とに、それぞれ上端側治具９および下端側治具１０を取り付ける（Ｓ２）。

【0014】

これら上端側治具９と下端側治具１０は、図示しない締結治具によって互いに締結されることにより、回転子鉄心２を軸方向に加圧している。これにより、鉄心片６の隙間への処理液７の侵入を防止することができる。なお、下端側治具１０を作業台に載置し、上方から下端側治具１０を押さえることにより加圧する構成とすることもできる。

【0015】

ところで、回転子鉄心２には複数のスロット３が設けられており、また、そのスロット３は回転子鉄心２を軸方向に貫通している。そのため、そのようなスロット３の内表面に処理液７を均一に塗布することは一般的には困難あるいは非常に手間が掛かることになる。そこで、本実施形態では、スロット３の内表面への処理液７の塗布を容易に行うことができるように治具の構造を工夫している。

【0016】

具体的には、図５に示すように、上端側治具９は、回転子鉄心２の上端面を概ね覆う円形状に形成されているとともに、スロット３に対応する位置に、１つ以上、本実施形態では４つの開口部９ａが形成されている。また、上端側治具９は、中央に芯金治具８を通すための開口が形成されている内周部９ｂと、回転子鉄心２の外周に沿った概ね円環状に形成されている外周部９ｃとが、ブリッジ部９ｄによって接続された構造となっている。

【0017】

内周部９ｂは、図６に示すように、その下端がスロット３の内周側において回転子鉄心２の上端面に接触している。このとき、内周部９ｂの下端は、回転子鉄心２の周方向の全域において、回転子鉄心２の上端面に接触している。なお、図６では、図面を見やすくするためにハッチングを省略している。

【0018】

また、外周部９ｃは、その下端が、スロット３の外周側において回転子鉄心２の上端面に接触している。このとき、外周部９ｃの下端は、回転子鉄心２の周方向の全域において、回転子鉄心２の上端面に接触している。

【0019】

そして、ブリッジ部９ｄは、回転子鉄心２の上端面から離間した状態で内周部９ｂと外周部９ｃとを接続している。このため、ブリッジ部９ｄの下方には、ブリッジ部９ｄと回転子鉄心２の上端面との間に空間（Ｓ）が形成されている。

【0020】

そのため、上端側治具９を回転子鉄心２の上端面に取り付けている状態であっても、内周部９ｂと外周部９ｃとの間には、概ねスロット３の径方向と同程度の隙間が、回転子鉄心２の周方向の全域に形成された状態となっている。つまり、各スロット３は、その上端側が開放された状態となっている。また、各スロット３は、その内周側と外周側、つまりは、径方向における両端側が、上端面に押し付けられている内周部９ｂと外周部９ｃとによって封止された状態となっている。

【0021】

一方、下端側治具１０は、概ね円柱状に形成されており、図４に示すように、その中央部に芯金治具８が挿入される凹部１０ａが形成されている。そして凹部１０ａの外周側は、回転子鉄心２の下端面に接触している。つまり、各スロット３の下端側は、下端側治具１０によって蓋をされた状態となっている。

【0022】

そのため、開口部９ａから処理液７を供給すれば、その処理液７は、直近のスロット３の内部に充填されるとともに周方向にも広がっていき、広がった処理液７が他のスロット３にも充填される。つまり、各スロット３に個別に処理液７を充填するような作業をしなくても、また、処理液７の注ぎ口を移動させたりしなくても、１箇所の開口部９ａから処理液７を注ぐだけで全てのスロット３に対して処理液７を充填することができるようになる。これにより、処理液７を充填する作業を大幅に簡素化することができる。

【0023】

また、スロット３に処理液７を充填すれば、スロット３の内表面は、その下端から上端まで処理液７と接触することになる。これにより、スロット３の内表面に均等に処理液７を塗布することができる。なお、処理液７が上端面側に若干溢れたとしても、スロット３の内周側と外周側とは内周部９ｂと外周部９ｃとによって封止されているため、意図しない部位に処理液７が付着することが防止される。

【0024】

続いて、治具が取り付けられた回転子鉄心２およびスロット３の内表面に付着している油を除去する（Ｓ３）。この油は、例えばプレス加工時に付着したものである。なお、油の除去とともに、回転子鉄心２に付着している埃等の除去も行われる。すなわち、油を除去する工程では、回転子鉄心２および治具のクリーニングが行われる。

【0025】

そして、クリーニングされた回転子鉄心２のスロット３に、絶縁被膜４を形成するための処理液７を充填する（Ｓ４）。この処理液７は、チタンセラミックス樹脂系塗料（例えば、オキツモ株式会社製チラノコートＴＹＲ－１１８１）を、Ｎｏ１００シンナーまたはＮｏ１００Ｂシンナーにて大凡５０％～７５％の希釈率に希釈した溶液である。つまり、絶縁被膜４を構成するチラノワニスとして、鉄、マンガン、コバルト複合酸化物を用いている。また、絶縁被膜４が概ね数μｍ程度の厚みで形成されるようにするために、一般的な利用形態よりも希釈率を高くしている。

【0026】

処理液７は、図７に示すように、攪拌機１１によって常に撹拌された状態で、タンク１２内に貯留されている。そして、処理液７は、ポンプ１３によって組み上げられて回転子鉄心２に供給されて各スロット３に充填される。このとき、スロット３の径方向における両端側は治具によって封止されているため、処理液７は、基本的にスロット３にのみ充填されるようになり、処理液７の使用量を必要最低限に抑えることができる。

【0027】

なお、上記したように１箇所の開口部９ａから供給することによって各スロット３に処理液７を充填することができるものの、回転子鉄心２を全体的に回転させながら供給する構成とすることにより、充填作業の効率を高めることができる。その場合、ポンプ１３の代わりにいわゆるディスペンサーを用いることで、回転と供給とを同期させながら充填することができる。

【0028】

続いて、スロット３内に充填された余剰の処理液７を除去する（Ｓ５）。このとき、スロット３内の余剰の処理液７は、治具を取り付けた状態の回転子鉄心２を全体的に傾けることにより、自重によってタンク１２内に排出される。そのため、例えば装置で余剰分を吸い取るような場合とは異なり、スロット３の内表面に付着した処理液７が過度に除去されてしまうことが防止される。また、余剰の処理液７は次の充填に利用されるため、処理液７の利用量を抑えることができる。なお、回転子鉄心２をクリーニングした際に、回転子鉄心２の外周面をビニール材などによってマスキングしておくことで、処理液７を排出する際に回転子鉄心２の外周面に処理液７が付着することを防止できる。

【0029】

その後、治具を取り外し、回転子鉄心２を予備乾燥する（Ｓ６）。このとき、予備乾燥する際の熱源は、処理液７に含まれるシンナーなどの有機溶剤を燃焼させた熱エネルギーが利用されている。これにより、別の熱源を用いる場合に比べてエネルギー消費を削減しつつ、予備乾燥を行うことができる。

【0030】

予備乾燥が完了した回転子鉄心２は、図８に示すように、例えば複数個が乾燥炉１４内に載置され、３８０℃以上の温度で本乾燥が行われる。これにより、回転子鉄心２の焼鈍しが行われる。以下、回転子鉄心２の焼鈍しを、鉄心焼鈍と称する。

【0031】

また、３８０℃以上の温度で本乾燥を行うことにより、スロット３の内表面に付着している処理液７が焼き付け乾燥され、スロット３の内表面に絶縁被膜４が形成される。つまり、本実施形態では、鉄心焼鈍と絶縁被膜４の形成とを同時に行われている。このように焼付け乾燥により絶縁被膜４を形成できる構成としたことにより、それぞれを別工程で行う場合に比べて、作業効率を大きく改善することができる。

【0032】

本乾燥が完了した回転子鉄心２は、後工程において、スロット３内に導電材料である例えばアルミニウムや銅がダイカストにより鋳込まれて導体５が設けられる。これにより、回転子１が製造される。

【0033】

以上説明した製造方法、および、その製造方法により製造された回転子１によれば、次のような効果を得ることができる。
回転子１は、スロット３の内表面に、焼付け乾燥により形成されたチラノワニスからなる絶縁被膜４が設けられている。このチラノワニスからなる絶縁被膜４によって、導体５と回転子鉄心２との接触が防止され、漏れ電流を低減することができる。

【0034】

このとき、チラノワニスからなる絶縁被膜４は例えばアルミ溶湯と接着しないことから、ダイカスト時のアルミ溶湯の流動性を妨げることが無く、成形性を向上させることができる。また、ダイカスト後のヒートショックにより、導体５と絶縁被膜４とが容易に剥離することから、絶縁性を更に向上させることができる。また、形成されるチラノワニスからなる絶縁被膜４は、スロット３の内表面のみに必要な厚みで形成することができ、処理液７の使用量が削減されてコストを低減することができる。
したがって、信頼性が高く効率低下を抑制できる回転電機の回転子１を製造することができる。

【0035】

また、絶縁被膜４は、３８０℃以上の焼付け乾燥により形成されている。これにより、回転子鉄心２の鉄心焼鈍と絶縁被膜４の形成とを同時に行うことができ、作業効率を大きく改善することができる。
絶縁被膜４を構成するチラノワニスとして、鉄、マンガン、コバルト複合酸化物を用いている。これにより、高い耐熱性と高い絶縁性とを確保することができる。

【0036】

また、絶縁被膜４を形成するための処理液７は、一般的な利用形態よりも希釈率を高くしている。これにより、概ね数μｍ程度の厚みで絶縁被膜４が形成され、絶縁被膜４が割れ難くすることができる。

【0037】

また、回転子１の製造方法では、スロット３の内表面にチラノワニスからなる絶縁被膜４を形成するための処理液７を、スロット３に充填する工程と、余剰の処理液７をスロット３から除去する工程と、余剰の処理液７を除去した回転子鉄心２を予備乾燥する工程と、焼付け乾燥によりスロット３の内表面に絶縁被膜４を形成する工程と、を含み、鉄心焼鈍と絶縁被膜４の形成とを同時に行っている。

【0038】

このような製造方法により製造された回転子１は、上記したように信頼性が高く効率低下を抑制できるものとなり、そのような回転子１を容易且つ安価に製造することができる。

【0039】

また、予備乾燥する工程では、予備乾燥の熱源として処理液７に含まれる有機溶剤を燃焼させた熱エネルギーを利用している。これにより、別の熱源を利用する場合に比べて消費エネルギーを削減することができる。

【0040】

また、処理液７を充填する工程では、回転子鉄心２を積層方向に加圧しながら処理液７を充填する。これにより、鉄心片６の隙間に処理液７が侵入することが防止され、処理液７の使用量を削減することができる。

【0041】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0042】

図面中、１は回転子、２は回転子鉄心、３はスロット、４は絶縁被膜、５は導体（導電材料）、７は処理液を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】