JPS6148336B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は電機巻線の製造方法に係り、特に、あ
らかじめフイルム絶縁されている平角導体を所定
形状に屈曲して製作するものに好適な電機巻線の
製造方法に関する。 一般に回転電機、例えば直流電動機の電機子巻
線は、複数本の平角導体を用い、この平角導体の
夫々に素線絶縁としてガラステープを巻付け、さ
らに、これら平角導体を積重ねた状態でその外周
を主絶縁層で絶縁している。しかし、素線絶縁と
してガラステープを用いると、素線絶縁の厚みが
厚くなり、占積率が悪くなつて直流電動機の小形
軽量化の要求に反することになるので、最近は素
線絶縁として厚みが薄いフイルム材を巻付けた平
角導体を用いる傾向にある。 第１図は、電機巻線として車両用直流電動機の
電機子巻線２を示したものであり、この電機子巻
線２は第２図に示すように、例えばポリイミドフ
イルム４で被覆絶縁された平角導体３を複数本積
重ねて所定形状に屈曲し、その後、一括して主絶
縁層５で絶縁している。このように構成された電
機子巻線２は、第１図に示すように、電機子鉄心
１の巻線溝1Sに組込まれて楔Ｗで固定され、さ
らに電機子鉄心１の軸方向外側に張出した電機子
巻線２の端部は、エンドプレートEPの外周上に
ガラスバインド線６によつて緊縛されている。そ
して、電機子巻線２の端部をガラスバインド線６
で緊縛した後、該電機子巻線２にワニスを含浸し
て電機子（回転子）を製作している。 このように、素線絶縁としてポリイミドフイル
ム４などのフイルム材により平角導体３を被覆す
ることにより、占積率のすぐれた電機子巻線２が
得られ、従つて、電機子全体を小形化することが
できる。 ところが、その反面、車両用直流電動機の運転
時に電機子巻線２、特に平角導体３に思わぬ問題
が存在していた。即ち、本来平角導体３は断面が
長方形を成しているが、平角導体３を所定形状に
屈曲する際、その屈曲部の断面形状が変形し、こ
の変形により素線絶縁であるポリイミドフイルム
４に亀裂を生じさせる欠点である。つまり、平角
導体３を屈曲すると、屈曲された平角導体３の内
側には圧縮力が働らき、その外側には引張力が働
らいて、第３図に示すように屈曲部の平角導体３
の厚さは内側が厚く外側が薄くなる。このため、
これら平角導体３を屈曲方向が同方向となるよう
複数本積重ね、主絶縁層５で絶縁すると、隣接平
角導体３は厚さの厚い側のみ、即ち、内側のみで
接することになり接触部分が限られる。このよう
な形状の電機子巻線２の端部を第１図、及び第２
図に示すように、ガラスバインド線６で緊縛する
と、前記隣接平角導体３の接触部である限られた
部分に圧縮応力が集中し、かつ、電機子が回転す
ると遠心力に伴なう圧縮応力も作用することにな
る。特に、車両用直流電動機の電機子の回転速度
はかなり高く、従つて、圧縮応力も極めて大きく
なり、平角導体３の屈曲部における接触面圧は平
角導体３の直線部における接触面圧の20〜30倍に
も達してしまう。一方、平角導体３の素線絶縁と
して使用されるブイルム材は、常温における圧縮
強度は極めて大きいが、高温になるに従つて低下
する性質がある。従つて、電機子製作時の熱処理
温度や運転時の温度上昇でフイルム材の圧縮強度
が低下している状態のところに、前記ガラスバイ
ンド線６による圧縮力や運転時の遠心力による圧
縮力等が作用すると、第４図に示すように隣接平
角導体３ａ、及び３ｂの接触部のポリイミドフイ
ルム４ａ、及び４ｂが割裂し、ついには隣接平角
導体３ａ，３ｂが短絡することになる。第５図に
示すように、特に、この割裂７は平角導体３の屈
曲の内側で、かつ、隣接する平角導体と接する面
のポリイミドフイルム４に導体長手方向に沿つて
生ずる。これを防止するには、平角導体の屈曲部
の内側と外側の厚みを同一にしてフイルム絶縁を
施せばよい。その１つの対策としてフイルム絶縁
を施していない裸の平角導体であれば、該平角導
体の屈曲部内側の厚さを直線部の厚さと同じ寸法
となるまで切削加工し、この加工後、素線絶縁で
あるポリイミドフイルムで絶縁することにより隣
接平角導体の接触部における圧縮応力の集中を分
散させることができる。しかし、これは裸の平角
導体であれば可能なもので、あらかじめフイルム
絶縁を施している上述した平角導体３では不可能
であり、しかも裸の平角導体を屈曲加工後一本一
本切削加工することは多大な時間と労力を必要と
し、さらに切削加工後の絶縁作業も極めて厄介で
ある。また、前記切削加工の代りに、所定形状に
屈曲したフイルム絶縁が施されていない平角導体
の屈曲部内側を加圧して潰し外側とほぼ同一厚み
とし、その後フイルム絶縁を施すことも考えられ
るが、これも加圧後の素線絶縁作業が極めて厄介
となる欠点があつた。 このように、あらかじめフイルム絶縁を施した
平角導体を使用する場合には問題があり、これを
改善しようとしてもよい解決手段がなかつた。 本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その
目的とするところは、あらかじめフイルム絶縁が
施された平角導体を所定形状に屈曲して製作する
ものであつても、簡単な加工により圧縮力が働い
ても高温時におけるフイルム絶縁の割裂を防止し
て隣接平角導体間の短絡のない信頼性のすぐれた
電機巻線の製造方法を提供するにある。 本発明はあらかじめフイルム絶縁された平角導
体を複数本積重ねた後所定形状に屈曲し、該平角
導体の屈曲部を導体の積重ね方向から前記フイル
ム絶縁材の圧縮強度が維持できる温度下で加圧し
て該平角導体屈曲部の積重ね方向の最大厚さを平
角導体の直線部積重ね方向の厚さとほぼ同じにな
るように潰し、隣接平角導体との接触部をほぼ平
面に形成した後、これを一括して主絶縁層で絶縁
することにより所期の目的を達成するようになし
たものである。 即ち、フイルム材は前述のように高温時におけ
る圧縮強度は低いが、常温時における圧縮強度は
ほとんどのものが2000Kg／cm²以上あることに着目
し、平角導体の屈曲部をフイルム絶縁がなされた
状態で常温において加圧して潰し、これにより隣
接平角導体の屈曲部における接触面積を増し、フ
イルム材の割裂を防止するようにしたものであ
る。 以下、図面の実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。尚、符号は従来と同一のものは同符号
を使用する。 第６図，第７図，及び第８図に本発明の一実施
例を示す。 該図の本実施例では、あらかじめポリイミドフ
イルム４で素線絶縁された平角導体を複数本積重
ねた後所定形状に屈曲し、この平角導体３の屈曲
部を常温下で積重ね方向（第６図矢印方向）から
加圧して隣接平角導体３との接触部Ｃを第７図、
及び第８図のように潰して平面接触部C₁を形成
する。この時の平角導体３の接触部間の最大厚さ
Ｔは、直線部分における平角導体３の厚さとほぼ
同じ厚さ、例えば直線部の厚さに対し±２％の範
囲となる程度に潰す。これにより、平角導体３の
屈曲部分が直線部分に対して著しく厚くなること
はなく、電機子巻線２の電機子鉄心への組込みを
容易に行うことができる。また、平角導体３上の
ポリイミドフイルム４は、常温下での圧縮強度が
大きいために、常温下での加圧によつても何等損
傷せず、平角導体３に密着したまま平角導体３の
変形に追従できる。このようにして平角導体３の
屈曲部を常温下で加圧して平面接触部C₁を形成
した後、該平角導体３を複数本一括して主絶縁層
５で被覆絶縁し電機子巻線２を形成する。 このように形成した電機子巻線２を第１図に示
すように、電機子鉄心１の巻線溝１Ｓに組込み楔
Ｗで固定し、かつ、電機子巻線２の端部をガラス
バインド線６で緊縛して電機子巻線２の組込みを
完了する。平角導体３の屈曲部には、前記ガラス
バインド線６の緊縛力と電機子の回転にともなう
回転時の遠心力を受けて大きな圧縮力が作用する
が、本実施例によれば、隣接する平角導体３の接
触部は平面接触部C₁となつており、しかも、平
角導体３の屈曲部最大厚さは直線部の厚さとほぼ
同じであるために、圧縮力が平面接触部C₁のみ
に集中されることがなく、直線部の平角導体上に
も分散される。もし、仮りに平角導体３の直線部
へ圧縮力が分散されなかつた場合でも、屈曲部に
おける隣接平角導体３の接触部が平面となつてい
るので従来に比べて接触面積が増し、従つて、作
用する圧縮力の集中も従来に比べて少なくなり、
運転中に温度が上昇して高温になつてもポリイミ
ドフイルム４に与える影響は小さく、該ポリイミ
ドフイルム４の亀裂の発生はなくなる。 更に、電機子巻線２の製造において、従来と変
るところは加圧作業を行うだけであり、しかも、
本実施例での加圧作業は、素線絶縁であるポリイ
ミドフイルム４を被覆したまま行え、かつ、加圧
作業後もそのまま用いることができるので極めて
簡単であり生産性にすぐれている。 次に135KW車両用主電動機の電機子巻線を４
種製作し、各電機子巻線の絶縁破壊電圧、屈曲部
の応力、及び屈曲部のフイルム絶縁（素線絶縁）
の亀裂の発生状況を検討した結果を説明する。 まず、４種の電機子巻線は、平角導体上に素線
絶縁としてフイルム材を半掛け１回で巻付け、そ
の後加熱してフイルム材を平角導体上に密着せし
め、次にフイルム材を巻付けた平角導体を４本積
重ね、これを所定形状に屈曲した後、一括してポ
リイミドフイルムを半掛け３回で巻付け主絶縁層
を形成し、その上からガラステープを半掛け１回
巻付けて外装絶縁層を形成した。その後、電機子
鉄心の巻線溝に組込み、電機子巻線の電機子鉄心
より張出した端部を接着剤を半硬化状に保持した
ガラスバインド線（日東紡(株)製EGBガラスバイ
ンドテープ）で緊縛し接着剤を硬化させた。そし
て、最後に前記絶縁層内にエポキシワニスを含浸
し硬化させて作業を完了した。 従来例 素線絶縁としてポリイミドフイルムにシート状
の６ふつ化エチレン重合体を重合せ、６ふつ化エ
チレン重合体が平角導体側に面するように巻付け
た。 実施例 １ 素線絶縁は従来例と同じものを用い、主絶縁層
形成前に平角導体の屈曲部を常温下で４本同時に
15トンプレスによつて加圧し、平角導体の屈曲部
の最大厚さを直線部の厚さと同じ厚さとなるよう
に潰した。 実施例 ２ 素線絶縁としてポリアミドイミドフイルムを用
い、実施例１と同じように平角導体の屈曲部を加
圧して潰した。 実施例 ３ 素線絶縁としてポリエステルフイルムを用い、
実施例１と同じように平角導体の屈曲部を加圧し
て潰した。 以上のように形成した４種の電機子巻線につい
て機械的、及び電気的特性を調べた結果を表に示
す（尚、表中発生応力、及び亀裂発生は平角導体
の屈曲部分の圧縮応力、及びフイルム材の亀裂の
有無を示すものであり、また、絶縁破壊電圧は、
隣接する平角導体間の値である。）。

【表】 ※……Kg〓cm²
以上の結果から明らかなように、本発明の各実
施例は従来例に比べて発生応力は約1/20以下、絶
縁破壊電圧は15倍以上の値を有しており、また電
機子巻線の解体調査の結果、本発明の各実施例は
いずれも亀裂の発生は見られなかつた。 これは明らかに、本発明の各実施例は、屈曲部
における平角導体同志の接触面積が増加したこと
を示し、加えて平角導体の屈曲部の最大厚みが直
線部の厚さと同じ厚さとなつて、ガラスバインド
線による緊縛力や遠心力が前記屈曲部に集中され
ずに分散させるためである。 ところで、上記した実施例では、フイルム材と
してポリイミドフイルム、ポリアミドイミドフイ
ルム、ポリエステルフイルムを用い、これらを被
覆した平角導体を常温下において加圧して潰すこ
とを述べたが、これらのフイルム材の温度と機械
的特性（圧縮強度）との関係は第９図の通りであ
る。即ち、ａはポリイミドフイルム、ｂはポポリ
アミドイミドフイルム、ｃはポリエステルフイル
ムをそれぞれ示し、また、Ｓは15トンプレスによ
る圧縮応力を示す。この特性図から、フイルム材
を損傷しないように平角導体を加圧して潰すに
は、ポリイミドフイルムａは90℃以下、ポリアミ
ドイミドフイルムｂは75℃以下、ポリエステルフ
イルムｃは50℃以下で各々作業すればよく、必ず
しも常温下で作業する必要はない。しかし、例え
ばポリイミドフイルムａを用いた場合、90℃以下
で加圧作業すればよいからと云つて、80℃付近ま
で昇温してから加圧作業したのでは余計な昇温設
備が必要となるばかりでなく、電機子巻線の製造
をより複雑に厄介にするだけでなので、このよう
な場合には常温で加圧作業を行つたほうが有利で
ある。ただ、電機子巻線の製造工程の都合で、平
角導体が常温以上に加熱された状態で加圧工程に
廻される場合には、あえて常温まで戻す必要はな
く、90℃以下になつたら直ちに加圧作業を開始し
たほうが作業工数を短縮する意味で有利である。
このように、加圧作業時のフイルム材周囲の温度
は作業の工程によつて決められるが要するにフイ
ルム材の圧縮強度が維持できる温度範囲内で作業
を行うことが必要である。 以上説明した本発明の電機巻線の製造方法によ
れば、あらかじめフイルム絶縁された平角導体を
複数本積重ねた後所定形状に屈曲し、該平角導体
の屈曲部を導体の積重ね方向から前記フイルム絶
縁材の圧縮強度が維持できる温度下で加圧して該
平角導体屈曲部の積重ね方向の最大厚さを平角導
体の直線部積重ね方向の厚さとほぼ同じになるよ
うに潰し、隣接平角導体との接触部をほぼ平面に
形成した後、これを一括して主絶縁層で絶縁する
ものであるから、あらかじめ平角導体にフイルム
絶縁を施し、これを所定形状に屈曲して製作する
ものであつても、、フイルム材の圧縮強度が維持
できる温度下で加圧されて潰されるため、隣接平
角導体との接触部が平坦に形成されると共に、屈
曲部に圧縮力が作用してもこの力が直線部に分散
され、しかも、高温時にフイルム絶縁が割裂する
ようなことはなく、よつて隣接平角導体間の短絡
がないので信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は電機巻線の例として車両用直流電動機
の電機子巻線の実施状態の要部を示す断面図、第
２図はその電機子巻線の端部を示す斜視図、第３
図は電機子巻線の従来例を示し第２図Ｐ部の拡大
断面図、第４図は第３図P₀部の拡大断面図、第５
図は従来の電機子巻線を構成する平角導体の屈曲
部を示す斜視図、第６図、及び第７図は本発明の
電機巻線の一実施例を示し電機子巻線の製造過程
を説明するための第３図に相当する断面図、第８
図は第２図の電機子巻線を構成する本発明の一実
施例に採用される平角導体の屈曲部を示す斜視
図、第９図は本発明の電機巻線に用いるフイルム
材の温度と圧縮強度の関係を示す特性図である。 ２……電機子巻線（電機巻線）、３……平角導
体、４……ポリイミドフイルム（素線絶縁）、５
……主絶縁層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ あらかじめフイルム絶縁された平角導体を複
   数本積重ねた後所定形状に屈曲し、該平角導体の
   屈曲部を導体の積重ね方向から前記フイルム絶縁
   材の圧縮強度が維持できる温度下で加圧して該平
   角導体屈曲部の積重ね方向の最大厚さを平角導体
   の直線部積重ね方向の厚さとほぼ同じになるよう
   に潰し、隣接平角導体との接触部をほぼ平面に形
   成した後、これを一括して主絶縁層で絶縁するこ
   とを特徴とする電機巻線の製造方法。