JPH02164246A - 小形回転電機の回転子の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は小形回転電機の回転子に係り、特しこその成層
鉄心上に巻線を巻装し、樹脂材等番こより固定して成る
小形回転電機の回転子、その製造方法及びその製造装置
に係る。

〔従来の技術〕 従来、例えば自動車用スタータモータ等の小形回転電機
の回転子は、回転軸上に成層鉄心を取り付け、その・円
周上に複数設けた巻線挿入溝にコイルを挿入した後、そ
の上から例えばワニス等を塗布し、これを乾燥硬化して
コイルの固定を行ってい。

一方、近年においては、自動車等の軽量化により、車載
機器の小形軽量化の要求が強く、これに伴い、回転電機
の回転子もますます小形軽量化することが要求されてい
る。また、この様な要求は、単に車載機器のみに限らず
、電動工具等の小形回転電機を使用する分野においても
同様である。

しかしながら、−船釣に、モータ等回転電機の回転子を
小形化すると、その回転数が増加するためモータ回転子
の負荷が増大するとともにその電流密度も増大する。そ
のため、モータ回転子の温度１昇も従来のものに比転し
著しく高くなり、従来のワニス等ではその耐熱性が不十
分であった。

すなわち、従来のワニス等では、高負荷時の４００℃〜
４５０℃の高温に１０分程度さらされると１発煙し、ク
ラックやふくれ等を生じ、その絶縁性が低下するととも
に機械的強度も減少してしまう。特に、既述のスタータ
モータ等においては、機関の始動時に大電流が流れて回
転子が高温になるとともにその回転数も数千回転毎分に
達し、これでは巻線が飛び出してしまうと言う不具合い
があった。

また、従来の溶剤型ワニスのなかにはポリアミドイミド
やポリイミド系のワニスがあるが、これらは処理時間が
長く、固着力が比較的低く、またワニス中に含まれるＮ
−メチル−２−ピロリドン。

ジメチルアセトアミドなどの極性溶媒が絶縁線輪である
エナメル銅線の皮膜をおかすことから実用には至ってい
ない。

粉体エポキシは、一般に小形モータ等に広く使用されて
いるが、やはり耐熱性に劣り、さらに回転子のスロット
、コイル内部にまで浸透含浸しにくく、上記の様な高負
荷・高回転で使用される小形回転電機の回転子のモール
ド絶縁固定材として適していない。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記従来技術における問題点に鑑み、高負荷
・高回転においてもコイル間の絶縁不良を生じずかつコ
イルの飛び出し等のない小形回転電機の回転子登、さら
にはこの小形回転機の回転子を製造するに適した製造方
法及び製造装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記本発明の第１の目的は１回転軸と、上記回転軸上に
固定され成層鉄心と、上記成層鉄心外周に形成されたコ
イル挿入溝に挿入固定されたコイルとから成る小形回転
電機の回転子において、上記成層鉄心のコイル挿入溝及
び上記コイルのコイル端部の少なくとも一部を、テトラ
フェノールエタンのテトラグリシジルエタール、ノボラ
ックフェノール樹脂、無機質充てん材を含む樹脂組成物
によって充填あるいは被覆し、硬化したことを特徴とす
る小形回転電機の回転子により達成される。

上記本発明の第２の目的は１回転軸と、上記回転軸上に
固定され成層鉄心と、上記成層鉄心外周に形成されたコ
イル挿入溝に挿入固定されたコイルとがら成る小形回転
電機の回転子の製造方法において、上記コイルを上記成
層鉄心のコイル挿入溝に巻装した後、上記成層鉄心のコ
イル挿入溝及び上記コイルのコイル端部の少なくとも一
部を。

テトラフェノールエタンのテトラグリシジルエタール、
ノボラックフェノール樹脂、無機質充てん材を含む樹脂
組成物によって充填あるいは被覆し、その後１５０℃以
上の温度下で上記樹脂組成物を硬化させたことを特徴と
する小形回転電機の回転子の製造方法によって達成され
る。

上記本発明の第３の目的は、回転軸と、上記回転軸上に
固定され成層鉄心と、上記成層鉄心外周に形成されたコ
イル挿入溝に挿入固定されたコイルとから成る小形回転
電機の回転子の製造装置において、さらに、上記成層鉄
心のコイル挿入溝及び上記コイルのコイル端部の少なく
とも一部を、テトラフェノールエタンのテトラグリシジ
ルエタール、ノボラックフェノール樹脂、無機質充てん
材を含む樹脂組成物によって充填あるいは被覆する手段
、及び１５０℃以上の温度下で上記樹脂組成物を硬化さ
せる熱硬化炉とを備えたことを特徴とする小形回転電機
の回転子の製造装置によって達成される。

〔作用〕

テトラフェノールエタンのテトラグリシジルエタール、
ノボラックフェノール樹脂、無機質充てん材を含む樹脂
組成物は、常温では固体粉状であり、１００℃〜１５０
℃で溶融液状となり、１５０℃以上で熱硬化する。この
樹脂組成物は、また。

熱硬化後は耐熱性に優れ、４００℃〜４５０℃の高温下
でも発煙、クランク、ふくれを生ぜず、絶縁性９機械的
強度を低下させない。

本発明では、上記樹脂組成物のかかる特性を利用し、す
なわち、小形回転電機の回転子において、成層鉄心のコ
イル挿入溝及びコイル端部の少なくとも一部に、テトラ
フェノールエタンのテトラグリシジルエタール、ノボラ
ックフェノール樹脂。

無機質充てん材を含む樹脂組成物によって充填あるいは
被覆し、これを硬化させることにより、高負荷・高回転
時においても絶縁不良やコイルの飛び出し等を生じるこ
とのない小形回転電機の回転子を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図（ａ）には、本発明になる小形回転電機、特に自
動車用スタータモータの回転子１が示されている。図に
も示される様に、この回転子１は、図には示されていな
いモータブラケット内に回転可能に支承される回転軸２
を有し、この回転軸２上には、複数の鋼板を積層して円
筒状に形成した電機子鉄心３とさらに整流子４が取り付
けられている。この電機子鉄心３の外周表面には、第１
図（ｂ）にも示されるように、複数の溝５が形成され、
この溝５め中にはコイル６がそう入されている。このコ
イル６は、例えばエナメル被覆を施したいわゆるエナメ
ル線を所定の形状に整形した後、これを上記溝５内にそ
う人し、その端部を上記整流子４の整流子片に接続する
。また、このコイル６の端部及び上記コイル挿入溝５に
は、以下に詳述する絶縁性樹脂組成物７を付着、充填し
て、硬化させている。

すなわち、本発明では、この絶縁性樹脂組成物７により
、回転子のコイルの絶縁とともにコイルの固定をも行っ
ている。この様な絶縁性樹脂組成物７は、Ａ）テトラフ
ェノールエタンのテトラグリシジルエーテル、Ｂ）ノボ
ラックフェノール樹脂およびＣ）無機質充てん材を含む
常温で固体の樹脂組成物を、加熱した回転子１のコイル
端部及びコイル挿入溝に散布した後、１５０°Ｃ以上の
温度下で硬化させてなるものである。散布方法は固体樹
脂組成物を粉状にし、上方から自然落下させて回転子１
上に付着させるか、粉状の固体樹脂組成物に回転子１の
外周部を接触または暦法させて付着させる。または空気
と粉体固体樹脂の組成物を混合しである圧力で吹付けて
付着させる。このように処理した回転子は４００℃から
４５０℃に１０分程度加熱されてもこの組成物にクラッ
クやふくれがなくかつ高温時の固着力にすぐれているた
め１回転子１の高速回転子に耐え、更にこの組成物は、
スロットおよび巻線の内部にまで十分に浸透含浸すると
いう特徴を有する。

次に上記の樹脂組成物７の各成分について説明する。

本発明においては、Ａ）成分のテトラフェノールエタン
のテトラグリシジルエーテルとは、式（１）で表わされ
るテトラフェノールエタンのテトラグリシジルエーテル
が用いられる。

式（１） 必要に応じて、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリン
から誘導されるジグリシジルエーテル及びその誘導体、
ビスフェノールＦとエピクロルヒドリンから誘導される
ジグリシジルエーテル及びその誘導体等の通称エピ−ビ
ス型液状エポキシ樹脂、多価アルコールとエピクロルヒ
ドリンがら誘導されるジグリシジルエーテル、多塩基酸
とエピクロルヒドリンから誘導されるグリシジルエステ
ル及びその誘導体、水添ビスフェノールＡとエピクロル
ヒドリンから誘導されるグリシジルエーテル及びその誘
導体、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメ
チル−３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキサンカ
ルボキシレート、ジシクロペンタンジエンオキサイド、
ビニルシクロヘキセンオキサイド、ビス（２，３−エポ
キシシクロペンチル）エーテル、３，４−エポキシシク
ロヘキシルメチル（３，４−エポキシシクロヘキサン）
カルボキシレート、ビス（３，４−エポキシ−６−メチ
ルシクロヘキシルメチル）アジペート、リモネンジオキ
サイド等の脂環式エポキシ及びその誘導体、イソブチレ
ンから誘導されるメチル置換型エポキシ、ジエチレング
リコールジグリジルエーテル、フェニルグリジルエーテ
ル、ブチルグリシジルエーテルなどのエポキシ化合物が
テトラフェノールエタンのテトラグリシジルエーテルと
混合して使用できる。

Ｂ）成分のノボラックフェノール樹脂とは一般的なノボ
ラックフェノール樹脂、クレゾールノボラック樹脂など
が使用できる。

Ｃ）成分の無機質布てん材としては、酸化アルミニウム
、石英粉、タルク、マイカ、ケイ酸カルシウム、酸化マ
グネシウム、などが用いられ粒子径１〜２００μｍのも
のが好ましい。

Ｂ）成分は接着力および耐熱性の点から、Ａ）成分１０
０重量部に対し、３０〜７０重量部の範囲で用いること
が好ましい。

Ｃ）成分は、粘度および耐熱性の点から、Ａ）成分１０
０重量部に対して５０〜４００重量部の範囲で用いるこ
とが好ましい。

上記の樹脂組成物は、第３図のグラフにも示す様に、常
温において粉体状であり、回転子１のコイル上に散布付
着、充填処理を行う場合には１回転子１を加熱させて行
うが、作業性およびポットライフの点からは、その温度
は１００〜２００℃の範囲で行うことが望ましい。樹脂
組成物は回転子１に付着後、熱によって溶融し、スロッ
ト５の深部にまで浸入する。また、この樹脂組成物を硬
化するためには、１５０℃以上の温度で加熱することが
必要である。時間的に早く加熱硬化させるために温度を
高くするか、少量の硬化促進剤を入れると良い。

次に、上記第１図（ａ）及び（ｂ）に示す小形回転電機
の回転子の製造方法について、第２図（ａ）、（ｂ）及
び（ｃ）を用いながら説明する。

まず、第２図（ａ）において、回転子１を１７０℃にヒ
ータ１０で加熱する。第２図（ｂ）には、第２図（ａ）
で加熱された回転１の外周部に常温の樹脂組成物７の粉
体を上部より自然落下させモールドの必要な箇所に滴下
している様子を示す。

付着した樹脂組成物７は１回転子１の熱により溶融し、
深部まで浸入する。この樹脂組成物７は、第３図に示す
様に、常温では粉体であり、１００℃〜１５０℃の温度
範囲で液状となり、これを常温に戻すことにより再び粉
体になる。また、この樹脂組成物は、１５０℃以上に加
熱されることにより熱硬化を始め、その硬化後は温度を
下げても液状、粉末状に戻ることはないという特性を有
している。回転子１に付着しなかった樹脂組成物７は、
溶融しないで落下するため、再使用が可能である。

次に、樹脂組成物７によってモールドされた回転子１は
、第２図（ｃ）に示す様に、１５０℃以上の温度で熱硬
化される。すなわち１図中ではヒータ１１により２２０
　℃の温度に加熱された加熱炉中において約１０分間加
熱して熱硬化を行う。

この熱硬化に必要な加熱温度は、これを下げれば、硬化
に必要な加熱時間も長くなってくる。

以上の様にして製造された回転子１は、４００℃以上に
加熱されても、上記熱硬化された樹脂組成物７にクラッ
クが生じたり、ガスを噴出したり、あるいは発煙する等
の問題はなかった。特に、エンジン始動用スタータモー
タの回転子に使用した場合、始動時において短時間では
あるが非常に大きな電機子電流が流れ、回転子１自体が
４００℃近くにまで加熱され、特にモータが小形化され
た場合には著しい。しかしながら、上記電機子コイルは
上記絶縁樹脂組成物によってその外周を充填被覆されて
いるため絶縁不良等を生じることはなかった。また、ス
タータモータは、その始動時においては数千回転７分の
高速度に達するが、上記コイルをモールドする樹脂組成
物は耐熱性にも優れており、遠心力によってコイルが飛
び出すこともなかった。

第４図には、上記小形回転電機の回転子の製造装置が示
されており、上述の製造方法を実施するものである。第
４図において、この回転子の製造装置は、加熱炉１２が
設けられ、その右側側面には散布設備１３が設けられ、
これら加熱炉１２と散布設備１３の略中央部をベルトコ
ンベア装置１４が設けられており、このベルトコンベア
装置１４を駆動するためのローラ１５がその両端に設け
られている。上記加熱炉１２は、上記ベルトコンベア装
置１４により上下二つの部分に分けられ、その上の部分
を熱硬化炉１６とし、その下の部分を全熱炉１７として
いる。すなわち、加熱炉１２の熱硬化炉部１６の上方に
はヒータ１８が設けられ、熱硬化炉１６内の温度は上記
樹脂組成物の熱硬化に必要な温度である１５０℃以上に
保たれている。一方、上記加熱炉１２の下部の全熱炉１
７は、上記樹脂組成物の溶融温度である１００℃〜２０
０℃の範囲に保たれている。

上記散布設備１３の下部を通過する回転子１のコイル端
部等に粉体樹脂組成物７が落下、付着される。この樹脂
組成物７の落下量は、仕切板などの装置で適量に調整さ
れる。付着し、溶融した樹脂組成物７は、付着むらを生
ずるため表面を平滑にしたり余分に付着した樹脂を除去
するための掻き板あるいはブラシ１９が設けられている
。

一方、散布設備１３の下部には受は皿２０が設けられ、
樹脂７の回転子１に付着しないで落下した樹脂組成物７
がこの受は皿２０に受けられ、再び散布設備１３に集め
られ、再使用される。

また、上記ベルトコンベア装置１４の表面上には、等間
隔に、回転子１をベルト上に固定するための回転子固定
装置２１が設けられ１図にも示される様に、絶縁樹脂を
被覆、充填処理すべき回転子１が順次上記ベルトコンベ
ア装置１４の回転子固定装置２１上に固定されて上記加
熱炉１２の全熱炉１７の左側開口部から炉内に導入され
る。

この製造装置のＶＩ−ＶＩ断面が第５図に示されている
。第５図からも明らかな様に、ベルトコンベア装置１４
のローラ１５の回転軸２２の端部には歯車２３が取り付
けられている。他方、駆動用のモータ２４の回転出力軸
にも歯車２５が設けられ、これらの歯車２３及び２５が
相互に噛み合い、もって駆動用モータ２４の回転力が上
記ベルトコンベア装置１４のローラ１５に伝達される。

また、ベルトコンベア装置１４のベルト上に取り付けら
れた回転子固定装置２１は、第５図に明らかに示される
様に、その先端をループ状にし、この中に回転子１の回
転軸２をそう人し、回転子１を回転可能に固定するもの
である。また、この回転子１を固定する際、回転軸２の
左端にはスプロケット２６を取り付け、これらスプロケ
ット２６の外周にはチェーン２７が掛けられている。

このチェーン２７は、さらに、チェーン駆動用モータ２
８の出力軸に取り付けられたスプロケット２９を介して
回転され、もって、回転子１は加熱炉１２及び散布設備
１３部で回転しながら移動する。

次に、上記製造装置の動作について以下に詳述する。第
４図において、加熱炉１２の左側の開口にはベルトコン
ベア装置１４が突出しており、このベルト表面に取り付
けられた回転子固定装置２１の外周ループに、コイルが
巻装された回転子１の回転軸２を挿入・固定する。また
、同時に、この回転軸２にはスプロケット２６（第５図
）を取り付け、回転駆動用チェーン２７を掛ける。この
様な状態で、上記回転子１は上記ベルトコンベア装置１
４上で回転しながら、まず加熱炉１２の下側の全熱炉１
７内に導入される。この全熱炉１７内で、上記回転子１
は樹脂組成物の溶融温度である１００℃〜２００℃の温
度範囲内に加熱され、次いで散布設備１３部に導入され
る。

この散布設備１３下部において、上記回転子１のコイル
端部に粉状の樹脂組成物が落下され、この樹脂組成物が
コイル端部に付着するとともに溶融し、鉄心溝に挿入さ
れたコイル内にも浸入し。

回転子１をモールドする。この時、第５図によっても説
明した様に、回転子１は回転しながら移動するため、落
下された樹脂組成物が回転子１の一部に集中することな
く、全体として均一にモールドされることになる。その
後、この樹脂によってモールドされた回転子１は、特に
その鉄心表面部を掻き板あるいはブラシ１９により余分
に付着した樹脂を取り去る。そして、この回転子１は熱
硬化炉１６内に導入され、ここで１５０℃以上の温度で
熱硬化され、回転子１が完成される。この完成された回
転子１は、再び、上記加熱炉１２の開口部に戻り、ベル
トコンベア装置１４から取り外されて冷却される。

上記の製造装置においては、加熱炉１２は１回転子１を
炉内で運搬するベルトコンベア装置１４により上下に二
つに分けられ、絶縁樹脂組成物を回転子１に散布、充填
する前に、上記加熱炉１２の下部の全熱炉１７において
樹脂組成物の溶融温度に余熱している。この様に、樹脂
を散布、充填する前に回転子１を予め全加熱して置くこ
とにより、上記樹脂組成物が上記回転子１の表面に付着
して、溶融し、溝内のコイル深部にも十分に浸入する。

また、アルミナなどの無機質をフィラーとして、使用し
た場合は、上記熱硬化炉１６内において上記樹脂組成物
が半硬化状態で取り出すことが望ましい。何故ならば、
上記樹脂組成物は、完全に熱硬化した後は硬過ぎて、バ
イト等によりその表面を切削することが困難となるから
である。また、回転子１の回転バランスを調整するため
、鉄心表面を切削加工する場合においても上記同様、上
記樹脂組成物の半硬化状態で行うことが望ましい。

また、第４図にも示す様に、上記樹脂組成物の付着時に
余分に落下したものは樹脂量は皿２０に回収され、散布
設備１３に戻され、再利用される。

このため、上記樹脂組成物を絶縁モールド材と使用する
ことにより、余分な樹脂組成物を再利用することが可能
となり、もって絶縁材の無駄な使用を最小限に抑え、よ
り安価に小形回転電機の回転子を製造することが可能と
なる。

〔発明の効果〕

上記の説明からも明らかな様に１本発明によれば、４０
０°Ｃ〜４５０℃の高温下でも絶縁樹脂の発煙、クラッ
クあるいはふくれ等を生ぜず、その絶縁性、Ｖ＆械的強
度を低下させることもなく、もって高負荷、高回転にも
耐え得る小形回転電機の回転子を提供することができる
という優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の実施例である小形回転電機の回
転子を示す斜視図、第１図（ｂ）は上記第１図（ａ）の
回転子の一部断面図、第２図（ａ）。 （ｂ）、（ｃ）は本発明の回転子の製造方法を説明する
ための説明図、第３図は本発明の回転子に使用される絶
縁樹脂の特性を示すための温度特性グラフを示す図、第
４図は本発明の小形回転電機の回転子を製造する製造装
置を示す図、第５図は節回における■−■断面を示す部
分断面図である。 １・・・回転子、２・・・回転軸、３・・・電機子鉄心
、５コイル挿入溝、６・・・電機子コイル、７・・・絶
縁樹１２・・・加熱炉、１３・・・散布設備、１４・・
・コンペ装置、１６・・・熱硬化炉。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転軸と、上記回転軸上に固定され成層鉄心と、上
   記成層鉄心外周に形成されたコイル挿入溝に挿入固定さ
   れたコイルとから成る小形回転電機の回転子の製造方法
   において、上記コイルを上記成層鉄心のコイル挿入溝に
   巻装した後、上記成層鉄心のコイル挿入溝及び上記コイ
   ルのコイル端部の少なくとも一部に、テトラフェノール
   エタンのテトラグリシジルエタール、ノボラックフェノ
   ール樹脂、無機質充てん材を含む樹脂組成物の粉体を、
   前記回転子を１００℃以上に加熱しつつ付着させその後
   １５０℃以上の温度下で上記樹脂組成物を硬化させたこ
   とを特徴とする小形回転電機の回転子の製造方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記樹脂組成物の
   充填・被覆は、上記回転子を上記回転軸により回転させ
   ながら行うことを特徴とする小形回転電機の回転子の製
   造方法。 ３、回転軸と、上記回転軸上に固定され成層鉄心と、上
   記成層鉄心外周に形成されたコイル挿入溝に挿入固定さ
   れたコイルとから成る小形回転電機の回転子の製造装置
   において、さらに、上記成層鉄心のコイル挿入溝及び上
   記コイルのコイル端部の少なくとも一部に、テトラフェ
   ノールエタンのテトラグリシジルエタール、ノボラック
   フェノール樹脂、無機質充てん材を含む樹脂組成物の粉
   体を供給付着させる手段、及び１５０℃以上の温度下で
   上記樹脂組成物を硬化させる熱硬化炉とを備えたことを
   特徴とする小形回転電機の回転子の製造装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、上記樹脂組成物の
   粉体を供給付着させる手段は上記回転子に吹きつけ、ま
   たは、自然落下付着させるか、上記樹脂組成物中に上記
   回転子外周部を潜沈させる手段とを備えたことを特徴と
   する小形回転電機の回転子の製造装置。 ５、特許請求の範囲第４項において、上記樹脂組成物の
   充填・被覆手段は、さらに、上記回転子をその回転軸に
   より回転するための回転手段を備えたことを特徴とする
   小形回転電機の回転子の製造装置。 ６、特許請求の範囲第４項において、上記樹脂組成物の
   充填・被覆手段は、さらに、上記回転子に付着落下した
   余分の上記樹脂組成物を回収するための手段を備えたこ
   とを特徴とする小形回転電機の回転子の製造装置。 ７、特許請求の範囲第４項において、さらに、上記樹脂
   組成物の充填・被覆前に、上記回転子を１００℃以上に
   予備加熱する予備加熱炉を備えたことを特徴とする小形
   回転電機の回転子の製造装置。