JPS5935546A - 水中モ−タの固定子の製造方法 - 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】 本発明は水中モータの固定子の製造方法に関するもので
ある。

一般に水中モータは誘導電動機であり、電圧が殆んど生
じない回転子はコイル導体が直接に水と接するようにな
っている。固定子のコイルには高電圧が印加されるが、
コイル絶縁層が直接水に触れていると絶縁耐力が著しく
低下するので、出力５０ＫＷ程度の中・小型モータでは
固定子全体をステンレス鋼の容器に納め、固定子と容器
との隙間には無機質粉混入のモールドレジンを充填した
、所謂キャンド方式が採用されている。しかし出力が大
きい大型水中モータでは、固定子の内径と長さとを長く
シ１、またステンレス鋼製の容器すなわちキャンも座屈
が発生しないように厚さを厚くする必要がある。

ところでステンレス鋼の電気電導率は約２×１０６Ω−
２ｍ”で、他の金属に比べて小さいとは云え導電性であ
るので、固定子と回転子との間隙に発生する交流磁界に
よってキャン壁内にうず電流積を生ずる。このうす電流
積はキャンの電気伝導率、厚さ、固定子コイルの長さに
比例し、またキャンの周長の３乗に比例する。そのため
大型水中モータではキャンの周長が大きくなる関係で、
厚さ０．２　ｍｍのキャンにしてもうず電流積が出力の
数％に達し、水中モータとして実用することができなか
った。

このためキャンの材質を金属ではなく繊維強化プラスチ
ック（以下、ＦＲＰと称す）にすることが提案されてい
る。１几Ｐの強化繊維はガラス繊維あるいはカーボン繊
維が一般的であり、ガラス繊維強化プラスチック（以−
ド、ＧＦＲＰと称す）は電気絶縁性であり、うず電流積
は生じない。これに対してカーボン繊維強化プラスチッ
ク（以下Ｃ’ＦＲＰと称す）は導電性ではあるが、その
電気電導率は約１〜３　ｘ　１０’−＃’Ω−１・ｍ−
’で、ステンレス鋼のそれよシも２桁小さい。従ってＣ
ＦＲＰを使用したＣＦＲＰキャンの厚さをステンレス鋼
キャンの厚さの１０倍、すなわち約２ｆｉにしてもうず
電流積は１桁小さくなり、出力に対して１％以下にする
ことができる。

またキャンは座屈を発生しないようにするため剛性が要
求される。一般に弾性率はステンレス鋼（約２０，００
０Ｋｇ／ｍｍ’　）に比べてＣＦＲＰ（約ｓ、ｏ００Ｋ
ｇ／耐２）は小さく、ＧＦＲＰ（粗■叱ｇ／ｉ　）は更
に小さい。このため例えば厚さ０．２ｒｒｒＩｎのステ
ンレス鋼キャンと同程度の剛性を得るには、ＣＦＲＰキ
ャンでは厚さ０．８ｗ、ＧＦ几Ｐキャンでは厚さ２、Ｏ
ｔｒｒｍが必要である。キャンが厚くなるとその厚くな
った分だけ固定子コアと回転子との間隙を大きくしなけ
ればならず、慨ヌ抵抗が増して磁界が減小し、効率の低
下をきたすことになるので、ＦＲＰキャンはＣＦＲＰに
して厚さは１．０問以下に押えるのが望ましい。

ところで＝般にＦＲＰのキャンではＦＲＰの樹脂部分を
水分が透過し、長期間後にはキャン内のコイル絶縁層が
吸水して絶縁耐力の低下をきたす恐れがある。エポキシ
樹脂をベースとするＣＦＲＰの水温６０Ｃでの水分拡散
係数は約１×１０−７ｗｎ２・ｓ−１で、飽和吸水率は
約２．０％である。キャンの厚さを１．　Ｏｔｍとして
透水量を計算するとキャン壁１０ｃｒｎ角当り１年間に
約２．０ｇとなり、一般にモータの寿命と考えられてい
る２０年間では４０ｇに達する。固定子コイルの絶縁層
の材質にもよるが、一般には１０ｃｒｎ角当り水分がｉ
ｏｇ程度浸入すれば絶縁層は著しく絶縁低下をきたす。

すなわちＣＦＲＰのキャン（厚さ１．０　調）でカバー
しても約５年で寿命に達してしまう。

すなわちステンレス鋼のキャンでは固定子コアの内側の
キャン、外側のキャンならびに両端部のキャップを溶接
によって気密に一体化できるが、ＦＲ，Ｐのキャンの場
合には、キャップをＦＲＰで作るにしろステンレス鋼に
するにしろ、キャンとは接着によシ一体化する必要があ
り、この接着部に沿っての透水が問題となり、信頼性に
不安がある。このような従来の方法ではＦＲＰの円筒を
２本用意し固定子コアの内側と外側とに置き、一方何に
はキーヤツブを接着してふさいでおき、他方側からモー
ルドレジンを流し込んで硬化した後に、キャップを接着
して他方側もふさぐ。この方法は接着部に沿っての透水
が問題であるばかりでなく、固定子コアの内径、Ｆ几Ｐ
キャンの外径、内径および真円度、回転子の外径との間
の寸法公差等を考えに入れると厚さＩＭで作るのがかな
り困難であり、また実際問題として厚さ１叫前後のＦｌ
（、Ｐ円筒をボイドレスで精度よく作るのは非常に困難
である。一般に２８２円筒を作るには金属製マンドレル
の周囲に高強度繊維クロスを巻回し、レジンをき浸し硬
化してからマンドレルを引き抜く。

大型水中モータでは直径が４００〜５００１ＭＬのＦ几
Ｐキャンを必要とする。このように大きな直径で厚さが
約ＩＷｒＭのＦ）１．Ｐ円筒をつくる場合には、まずマ
ンドレルを引き抜く際に損傷し易い。これを防止するた
めに厚目に作り、マンドレルを抜いてから外径加工する
のは、長さが１ｍ以上もあるＦＲＰキャンでは加工中の
変形のため不可能に近い。また外径が精度よくできない
と固定子コア内径との間に寸法公差分の余裕をとってお
く必要があり、厚さを薄くするか間隙を大きくしなけれ
ばならないが、いずれも望ましくない。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、その目的
とするところは、ＦＲＰキャンド方式で態率がよく信頼
性にすぐれた水中モータの固定子の製造方法を提供する
にある。

すなわら本発明は、固定子のコイルエンド部をコンパク
トにレジンモールドする工程と、このレジンモールドし
た固定子の全周面にトロ・ｆダル状に遮水テープを巻回
する工程と、この遮水テープの巻回層の外周にトロイダ
ル状にレジン含浸高強度繊維クロステープを巻回する工
程と、この巻回した固定子を回転子の外径より代かに大
きなマンドレルに挿入し、レジンを硬化する工程と、硬
化後にマンドレルを引き抜く工程とからなることを特徴
とするも・のである。

以下、図示した実悔例に基づいて本発明を説明する。第
１図には本発明の製造方法によって作られた固定子が、
第２図から紀５図には本発明の一実施例、がボされてい
る。本実施例による固定子１を、固定子コア２の両端に
突出しているコイルエンド３０部分をコンパクトにモー
ルドレジン４で固めたのち、固定子の全周面に遮水層５
を設け、更にその周囲にＦＲ，Ｐ保護層６を施して形成
した、このように固定子１が形成されるようにしたので
、固定子１の耐水性がよくなって寿命が長くなり、’Ｆ
ＲＰキャンド方法で効率がよく信頼性にすぐれた水中モ
ータの固定子の製造方法を得ることがでへる。

すなわら水中モータの固定子１のスロット内のコイル部
分は第２図に示されているように底コイル３ａ、上コイ
ル３ｂ、コイル間スペーサ７およびウェッジ８等より構
成されている。このウェッジ８の上の隙間にも予めモー
ルドレジン４ａを充填シテおく必要があり、モールドレ
ジン４ａを充填したがこの部分のモールドレジンはでき
うれば鉄粉などの透磁性粉を混入したレジンを用いると
、所謂率・性体ウェッジを用いたとの同様の効果が期待
でき、効率が向上する。

そして図中Ａ部分の遮水層５とＦＲＰ保護層６とは第３
図に示されているように、遮水層５は遮水テープ９を、
ＦＲＰ保膜層６は高強度繊維クロステープ１０を共にト
ロイダル状にラップ巻回し−て形成した。このトロイダ
ル状の巻回は漏水層５について第４図に示しであるよう
に、遮水テープ９を軸方向に渡し乍ら固定子全体を包み
込むようにするが、遮水テープ９は不透水性の金属箔（
例えばアルミ箔）９ａとプラスチックフィルム９ｂとを
貼合せた複合テープで構成し、これにレジンを塗布して
接着させ乍ら巻回する。との遮水テープ９はプラスチッ
クフィルム９ｂに金属を蒸着したもの、グラスチックフ
ィルムがなくて金属箔９ａだけのものであってもよく、
これらをレジンで接着させ乍ら巻回する。また金属箔９
ａけ遮水のために用いるのであるから例えば０．０１ｗ
程度の厚さでよく、遮水層５の個々の遮水テープ９間は
周方向にはプラスチックフィルム９ｂなど絶縁物９ｂで
絶縁されている。

ところでうず電流積は前述のように導電層の幅（この場
合は全周長がテープ幅ごとに分割されている）の３乗に
比例するので、固定子コアの内径が４００　ｒａｎ　（
周長約１２００聴）の場合に幅６０咽の遮水テープ９を
用いれば全周は２０分割され、うず電流積は２０ｓ１す
なわち８千分の１となるので、例えアルミ箔を用いても
うず電流積は十分に小さくできる。この遮水層５もラッ
プした接着部に沿って透水するが、ラップ幅ｌを大きく
するか、複数層にすることにより極めて小ざくできる。

そしてＦ几Ｐ保副層６も前述のように高強度繊維クロス
テープ１０をトロイダル状にラップ巻回し、レジンを含
浸して形成するが、一般にはエポキシ樹脂を含浸したカ
ーボンクロステージを／・−フラップで複数層に巻回す
る。このようにすると継ぎ目なしのＦＲＰ保護層６を形
成することができる。すなわち第５図に示しであるよう
に、ＦＲＰ保護層６の含浸レジン液状であろうらにその
外周に熱収縮性プラスチックフィルムｔ−Ｆ几Ｐ保護層
６と同様にトロイダル状に巻回して、レジン流出防止ノ
ー１１を設ける。次いで回転子の外径よシも僅かに大き
い（普通は直径で２ｔｍ大きい）マンドレル１２を図中
矢印表示のように挿入し、内側のＦ几Ｐ保護層６にプレ
スが加わるようにして、加熱してレジンを硬化する。こ
のようにすると寸法公差をなんら心配せずに、例え厚さ
が０．５〜１．０鰭の薄いＦ几Ｐ保護層６であっても内
径を精度よく形成できる。

このようにしてＦ几Ｐ保繰層６を形成したのちはマンド
レル１２を引き抜き、固定子１を完成させる。

ところで前述の従来のステンレス鋼キャンド方式を踏襲
したこの′４ｍＦ几Ｐキャンド方式の水中モータの固定
子１ａは、第６図に示しであるように構成されている。

同図で１３８と１３ｂとは予め製作されたＦ几Ｐ円筒で
あり、その一方何にキャップ１４ｆ、接着剤１５で接着
した後、間隙にモールドレジン４ｆ：充填し、充填後は
他方側も同様にキャップを接着する。このように構成、
製作した固定子１ａは次に述べるような欠点を有してい
る。

まず寸法精度よく薄肉のＦ几Ｐ円筒１３ａ、１３ｂ（％
に１３ａ）を作るのが非常に困難であシ、ま／ヒこのＦ
几Ｐ円筒１３ａ、１３ｂはかなシ透水する。次にｌｉ’
　Ｒ１）円筒１３ａ、１３ｂとキャップ１４とを接着す
る場合に、テーパー接着するにしても厚さが１．０　ｗ
程度のＦＲＰ円筒１３ａ、１３ｂではラップ距離ｄを１
０ｗ程度しかとれず、この面に沿っての透水が無視でき
ない。更にコイルエンド３部をコンパクトにモールドす
ることができないので、温度上昇がかなり大きくなり、
モールドレジン４の硬化時にクラックができると薄肉Ｆ
ＲＰ円筒１３ａ、１３ｂまで共割れをおこす懸念がある
。

これに対して本実施例では前述したように、遮水層とＦ
ＲＰ保護層とを夫々のテープでトロイダル状にラップ巻
回形成したので、このような欠点がなく効率がよく信頼
性にすぐれた固定子の製造方法を得ることができる。

上述のように本発明は、コイルエンドをレジンモールド
し、遮水テープ、レジン含浸高強度繊維クロステープで
夫々巻回して遮水層、ＦＲＰ保護層を形成しんので、温
度上昇が低く耐水性がよくなって、固定子の寿命が側止
するようになり、Ｆ几Ｐキャンド方式で効率がよく信頼
性にすぐれた水中モータの固定子の製造方法を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による水中モータの固定子の断面図、第
２図は本発明の水中モータの固定子の製造方法の一実施
例のモールドレジン層の形成方法を説明するスロット内
コイル部分の断面図、第３図は第２図のＡ枠部の遮水層
、Ｆｌ（Ｐ保護層の形成方法を説明する固定子要部の断
面図、第４図は同じく一実施例の論水層の形成力法を説
明する固定子の断面図、第５図は同じく一実施例のＦ几
Ｐ保護層の形成力法を説明する固定子の断面図、第６図
は従来の水中モータの固定子の製造方法による固定子の
断面図である。 １・・・固５ｚ子、３・・・コイルエンド、４・・・モ
ールドレジン、５・・・遮水層、６・・・ＦＩＬＰ保護
層、９・・・１１水テープ、９ａ・・・金属箔（金属の
薄層）、９ｂ・・・絶縁物（絶縁物の薄層）、ｌＯ・・
・レジン含浸高強度手　ｌ　目 第　２　　口 第　３　目 第　４　　囚 第　　５　　口 第　６　ロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １゜固定子コイルエンド部をコンパクトにレジンモール
   ドする工程と、このレジンモールドした固定子の全周面
   にトロイダル状に遮水テープを巻回する工程と、この遮
   水テープの巻回層の外周にトロイダル状にレンジン含浸
   高強度繊維クロステープを巻回する工程と、この巻回し
   た固定子金回転子の外径より僅かに大きなマンドレルに
   挿入し、前記レジンを硬化する工程と、硬化後に前記マ
   ンドレルを引き抜く工程とからなることを特徴とする水
   中モータの固定子の製造方法。 ２、前記遮水テープが、金属の薄層と絶縁物の薄層とを
   合わせて形成されたものである特許請求の範囲第１項記
   載の水中モータの固定子の製造方法。 ３、前記高強度繊維クロステープが、カーボン繊維クロ
   ステープである特許請求の範囲第１項記載の水中モータ
   の固定子の製造方法。