JP2006174637A - 回転電機のステータ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂モールド成形時、樹脂成形圧力によるステータコアの正規位置からのズレを確実に防止することができる回転電機のステータ製造方法を提供すること。
【解決手段】 ステータコア５の外周にコイル６を巻き付けたコイル６付きステータコア５をステータ成形容器３０に入れ、該ステータ成形容器３０に加熱溶融樹脂を射出して一体化する樹脂モールド成形を行う回転電機のステータ製造方法において、前記ステータコア５の表面に凸部５ａ，５ｂを設け、該凸部５ａ，５ｂが嵌め合わされる凹部３０ａ，３０ｂをステータ成形容器３０に設け、前記ステータコア５をステータ成形容器３０内に入れる際、ステータコア５を容器内で凹凸位置決めした状態で樹脂を射出し、樹脂が硬化した後、ステータコア５の表面に設けた凸部５ａ，５ｂを除去するようにした。
【選択図】 図８

Description

本発明は、ハイブリッド車や電気自動車等の動力源として適用される回転電機のステータ製造方法に関するものである。

ハイブリッド駆動ユニットに適用される回転電機としては、例えば、複合電流によって駆動され、アウターロータと、インナーロータと、アウターロータとインナーロータとの間に挟まれた一つのステータと、からなるラジアル２ロータ型回転電機が知られている。このラジアル２ロータ型回転電機のステータは、コイル付きステータコアの両端面に一対のギャラリープレートを配置し、該一対のギャラリープレートをボルト・ナットにより軸方向に締結してステータ骨格体を構成し、該ステータ骨格体をステータ成形容器に入れ、該ステータ成形容器に加熱溶融樹脂を射出して一体化する樹脂モールド成形を行うことで製造される（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４１５３号公報。

しかしながら、従来の回転電機のステータ製造方法にあっては、樹脂一体のステータを製造する際、ステータコアを所定の位置に固定する一対のギャラリープレートとボルト・ナットによる軸方向締結力が樹脂の成形圧力に耐えられず、ステータコアが所定の位置からずれてしまう、という問題があった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、樹脂モールド成形時、樹脂成形圧力によるステータコアの正規位置からのズレを確実に防止することができる回転電機のステータ製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の回転電機のステータ製造方法では、ステータコアの外周にコイルを巻き付けたコイル付きステータコアをステータ成形容器に入れ、該ステータ成形容器に加熱溶融樹脂を射出して一体化する樹脂モールド成形を行う回転電機のステータ製造方法において、
前記ステータコアの表面に凸部を設け、該凸部が嵌め合わされる凹部をステータ成形容器に設け、
前記ステータコアをステータ成形容器内に入れる際、ステータコアを容器内で凹凸位置決めした状態で樹脂を射出し、樹脂が硬化した後、ステータコアの表面に設けた凸部を除去することを特徴とする。

よって、本発明の回転電機のステータ製造方法にあっては、ステータコアをステータ成形容器内に入れる際、ステータコアを容器内で凹凸位置決めした状態で樹脂を射出し、樹脂が硬化した後、ステータコアの表面に設けた凸部を除去するため、樹脂モールド成形時に大きな樹脂成形圧力が加わっても、ステータコアとステータ成形容器との凹凸位置決めにより、ステータコアが正規位置からズレることを確実に防止することができる。

以下、本発明の回転電機のステータ製造方法を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１及び実施例２に基づいて説明する。

まず、複軸多層モータの構成を説明する。
図１は本発明のステータ製造方法が適用された複軸多層モータＭ（回転電機）を示す断面図、図２は実施例１の複軸多層モータＭの1/3モデルを示す縦断正面図、図３は実施例１の複軸多層モータＭのステータコイルに印加する複合電流の一例を示す図である。

前記複軸多層モータＭは、外観的には１つのモータであるが２つのモータジェネレータ機能を有する。この複軸多層モータＭは、モータケース１に固定され、コイルを巻いた固定電機子としてのステータＳと、前記ステータＳの内側に配置し、永久磁石を埋設したインナーロータIRと、前記ステータＳの外側に配置し、永久磁石を埋設したアウターロータORと、を同軸上に三層配置することで構成されている。

前記インナーロータIRは、その内筒面が第１モータ中空軸２の段差軸端部に対して圧入（或いは、焼きばめ）により固定されている。このインナーロータIRには、図２に示すように、積層された電磁鋼鈑による積層コア３に対し磁束形成を考慮した配置によるインナーロータマグネット４が軸方向に１２本埋設されている。また、インナーロータIRは、コギングトルク低減対策として、軸方向で２分割し、インナーロータマグネット４の配置を周方向にずらし、例えば、10度のスキュー角度を設定している。ここで、「コギングトルク」とは、ステータＳとインナーロータIRとの間に発生する軸吸引力に基づくトルクの回転角に対する変化、いわゆる、トルクムラのことをいう。但し、Ｗ字配置による４本のインナーロータマグネット４が１極対を構成し、全周で３極対としてある。

前記ステータＳは、モータケース１に固定された静止部材であり、電磁鋼鈑を積層してなる複数のステータコア５と、各ステータコア５に巻き付けたコイル６と、を有している。前記コイル６付きステータコア５は、６相コイルを３回繰り返しながら円周上に１８個配置され、該６相コイルに対しては、図外のインバータから軸方向積層したバスバー７を介して複合電流が印加される。この複合電流は、図３に示すように、インナーロータIRを駆動させるための第１の交流電流と、アウターロータORを駆動させるための第２の交流電流とを複合させたものである。

前記アウターロータORは、その外筒面がアウターロータケース８に対してロー付け、或いは、接着により固定されている。そして、アウターロータケース８の正面側には正面側連結ケース９が固定され、背面側には背面側連結ケース１０が固定されている。そして、この背面側連結ケース１０に第２モータ軸１１がスプライン結合されている。このアウターロータORには、図２に示すように、積層された電磁鋼鈑による積層コア１２に対し磁束形成を考慮した配置によるアウターロータマグネット１３が、両端位置に空間を介して軸方向に１２本埋設されている。このアウターロータマグネット１３は、インナーロータマグネット４と異なり、２本のアウターロータマグネット１３，１３が１極対を構成し、全周で６極対としてある。

次に、実施例１の複軸多層モータＭのステータ製造方法について説明する。
図４は実施例１のコイル６付きステータコア５を示す図である。前記コイル６付きステータコア５は、インナーロータIR及びアウターロータORとの対向面、すなわち内外ティース面に、軸方向に沿った凸部５ａ，５ｂを有するステータコア５と、該ステータコア５に巻き回されたコイル６と、前記ステータコア５と前記コイル６間に介装された絶縁確保のためのインシュレータ部材１４，１４と、を備えている。ここで、ステータコア５は、電磁鋼板を凸部５ａ，５ｂに沿った方向に積層して作成し、且つ、ステータコア５を形成する電磁鋼板は凸部５ａ，５ｂにおいて、溶接により一体化されており、ステータコア５自身の剛性を高めてある。

図５は実施例１のステータ骨格体構造を示す図である。前記ステータ骨格体構造は、図４に示すコイル６付きステータコア５を、軸方向両端から別部材である一対のギャラリープレート２１，２２で挟み込み、図示しないボルト２３，２４及びナット２５，２６（図１及び図２参照）で固定することで構成される。すなわち、一対のギャラリープレート２１，２２とボルト２３，２４及びナット２５，２６は、コイル６付きステータコア５（＝ステータティースST）を取り囲むような配置になっており、一対のギャラリープレート２１，２２とボルト２３，２４及びナット２５，２６が金属などの電気伝導性の材料で製造されている場合、それらの間の電気的な絶縁を確保しておかないと、ステータティースSTを通過する磁束によってループ電流が流れ、大きな損失を生じる。そのため、ボルト２３，２４の座金に樹脂やセラミックを使用するなどの絶縁対策を施してある。
なお、図５において、２１ａ，２１ｂはギャラリープレート２１に形成されたボルト２３，２４の挿通穴、２２ａ，２２ｂはギャラリープレート２２に形成されたボルト２３，２４の挿通穴である。なお、図１において、２０は前記ギャラリープレート２１と一体にボルト固定されるエンドプレートである。

図６は前記ステータ骨格体をステータ成形容器に挿入する前の樹脂成形容器挿入準備工程を示す図である。前記ステータ成形容器３０のインナーロータ成形型３０’には、前記ステータコア５のインナーロータ側ティース面に設けられた凸部５ａと嵌め合う凹部３０ａが紙面垂直方向に設けられている。前記ステータ成形容器３０のアウターロータ成形型３０"には、前記ステータコア５のアウターロータ側ティース面に設けられた凸部５ｂと嵌め合う凹部３０ｂが紙面垂直方向に設けられている。この凹部３０ａ，３０ｂは、ステータコア５の凸部５ａ，５ｂと緩み勝手に嵌め合わされるように寸法的に余裕を持って作られている。

図７は前記ステータ骨格体をステータ成形容器３０に凹凸位置決め状態にて挿入した樹脂成形容器挿入工程を示す図である。この樹脂成形容器挿入工程では、ステータコア５に設けられた凸部５ａ，５ｂが、ステータ成形容器３０に設けられた凹部３０ａ，３０ｂに嵌めあって固定される。すなわち、後述する樹脂モールド工程において、ステータコア５が規定の位置からずれることがないように、ステータコア５の凸部５ａ，５ｂとステータ成形容器３０の凹部３０ａ，３０ｂが嵌め合わされる。

図８はステータ成形容器３０とステータ骨格体との間に形成される空間に樹脂を射出により充填する樹脂モールド工程を示す図である。この樹脂モールド工程では、樹脂が紙面垂直方向から射出され、ステータ成形容器３０とステータ骨格体との間に形成される空間に充填される。このとき、ステータコア５の凸部５ａ，５ｂとステータ成形容器３０の凹部３０ａ，３０ｂが嵌め合わされているので、ステータコア５が規定の位置からずれることなしに、樹脂を充填することができる。この樹脂モールド工程により、樹脂モールド部２７が形成されるが、樹脂モールド工程において、図１及び図２に示すように、ステータＳを冷却する冷却媒体を通す冷却媒体通路２８を周方向に隣接するステータコア５，５間の位置に形成するようにしても良い。

図９及び図１０はステータ成形容器３０の型から樹脂モールド成形品を外した樹脂モールド成形工程を示す図である。この樹脂モールド成形工程では、樹脂が硬化した後、ステータ成形容器３０のインナーロータ成形型３０’とアウターロータ成形型３０"を外すことで、樹脂モールド部２７によりステータ骨格体を覆った樹脂モールド成形品を得る。この樹脂モールド成形品は、図９及び図１０に示すように、ステータコア５のティース表面に設けた凸部５ａ，５ｂが残った状態である。

図１１は機械加工によってステータコア５の凸部５ａ，５ｂを除去するコア凸部除去工程を示す図である。このコア凸部除去工程は、樹脂成形後、インナーロータIRとアウターロータORとの両エアギャップ面の精度確保のため、機械加工が実施されるが、この機械加工時にステータコア５の凸部５ａ，５ｂを除去することができる。よって、ステータコア５の凸部５ａ，５ｂを除去するためのみの工程追加を要さず、エアギャップ面の精度を確保するための機械加工を利用してステータコア５の凸部５ａ，５ｂが除去されることになる。

図１２及び図１３はステータコア５の凸部５ａ，５ｂを除去した後のステータ製造完了工程を示す図である。このステータ製造完了工程では、ステータコア５の凸部５ａ，５ｂが除去されているばかりでなく、上記機械加工により、インナーロータIRとアウターロータORとの両エアギャップ面の面精度も確保されたステータＳが得られる。

次に、本発明の解決課題について説明する。
内外二つのロータ間にステータが配置された、複合電流で駆動されるラジアル２ロータ型回転電機は、通常の電動機と異なり、ステータコア同士がヨークを介して機械的に結合していない。そのため、複数のステータコアを、軸方向両端から円環状の別部材で挟み、この別部材をボルトなどで締結することにより所定位置に固定する必要があった。しかしながら、上記別部材とボルトは、ステータコアの周りに閉回路を作らないように電気的に絶縁する必要があり、ステータコアを所定の位置に固定する締結力が不十分になることがあった。そのため、ステータコアを別部材で挟み込んで固定した骨格体構造に樹脂材料を射出して、樹脂一体構造とすることにより、十分な強度を得ていた。
このような樹脂一体ラジアル２ロータ型電動機を作製する際、ステータコアを所定の位置に固定する概別部材とボルトによる締結力が樹脂の成形圧力に耐えられず、ステータコアが所定の位置からずれてしまうという問題点があった。

次に、実施例１のステータ製造方法について説明する。
実施例１のステータ製造方法によれば、インナーロータIRとアウターロータORとの二つのロータ間にステータＳが配置され、複合電流で駆動される複軸多層モータＭのステータ製造方法において、コイル６を巻回したステータコア５をステータ成形容器３０に入れ、樹脂を射出して一体化する際、ステータコア５の表面に凸部５ａ，５ｂを設け、該凸部５ａ，５ｂが嵌め合わされる凹部３０ａ，３０ｂをステータ成形容器３０に設け、該ステータコア５をステータ成形容器３０内に入れる際、ステータコア５を容器内で凹凸位置決めした状態で樹脂を射出し、樹脂が硬化した後、凸部５ａ，５ｂを除去するようにしたので、ステータコア５を確実に規定の位置に固定することが可能となる。

また、ステータコア５の表面に設ける凸部５ａ，５ｂを両ロータTR,ORに対向するティース面に設けたため、樹脂成形後のエアギャップ面の精度確保のための機械加工時に、前記凸部５ａ，５ｂを除去することができるので、機械加工工程を増やすことがなく、コスト高を招くことがない。

さらに、ステータコア５の両ロータTR,ORに対向するティース面に設けられた凸部５ａ，５ｂが、ステータコア５を成形容器に挿入する方向に沿った線状にあるため、ステータコア５のステータ成形容器３０への挿入がスムーズに行えるとともに、樹脂成形の際に問題となる円周方向のステータコア５のずれを確実に防ぐことができる。

加えて、ステータコア５の両ロータTR,ORに対向するティース面に設けられた凸部５ａ，５ｂで、ステータコア５内に積層された電磁鋼板が溶接され、一体化されているため、ステータコア５そのものの剛性を高くすることができ、ステータ骨格体の強度を高くすることができる。また、コイル６（エナメル線）を巻回する際のハンドリング（作業性）が良く、更に、樹脂一体化後、凸部５ａ，５ｂを機械加工によって除去してしまうため、ループ電流による損失増加を招くこともない。

次に、効果を説明する。
実施例１の回転電機のステータ製造方法にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) ステータコア５の外周にコイル６を巻き付けたコイル６付きステータコア５をステータ成形容器３０に入れ、該ステータ成形容器３０に加熱溶融樹脂を射出して一体化する樹脂モールド成形を行う回転電機のステータ製造方法において、前記ステータコア５の表面に凸部５ａ，５ｂを設け、該凸部５ａ，５ｂが嵌め合わされる凹部３０ａ，３０ｂをステータ成形容器３０に設け、前記ステータコア５をステータ成形容器３０内に入れる際、ステータコア５を容器内で凹凸位置決めした状態で樹脂を射出し、樹脂が硬化した後、ステータコア５の表面に設けた凸部５ａ，５ｂを除去するため、樹脂モールド成形時、樹脂成形圧力によるステータコア５の正規位置からのズレを確実に防止することができる。

(2) 前記回転電機は、円筒状のステータＳの内外に、それぞれ独立に制御可能なアウタロータOR及びインナロータIRを配置した複軸多層モータＭであるため、ステータＳに対しアウタロータORとインナロータIRとの間にて位相管理やエアギャップ管理が要求される複軸多層モータＭにおいて、要求に応える高いステータＳのステータコア位置精度や形状精度を確保することができる。

(3) 前記ステータコア５の表面に設けられた凸部５ａ，５ｂは、前記アウタロータOR及びインナロータIRに対向するティース面にそれぞれ設けられているため、樹脂成形後のエアギャップ面の精度確保のための機械加工時に凸部５ａ，５ｂを除去することで、機械加工工程を増やすことがなく、コスト高を招くことがない。

(4) 前記ステータコア５のアウタロータOR及びインナロータIRに対向するティース面に設けられた凸部５ａ，５ｂは、ステータコア５をステータ成形容器３０に挿入する方向に沿った線状にあるため、ステータコア５のステータ成形容器３０への挿入作業がスムーズに行えると共に、円周方向のステータコア５のずれを確実に防止することができる。

(5) 前記ステータコア５のアウタロータOR及びインナロータIRに対向するティース面に設けられた凸部５ａ，５ｂで、ステータコア５内に積層された電磁鋼板が溶接され、一体化されているため、ステータコア５そのものの剛性もステータ骨格体の強度も高くすることができると共に、コイル６を巻回する際のハンドリングを良好にすることができる。

実施例２は、ステータ骨格体を構成するギャラリープレート及びボルト・ナットを省略した低コストな樹脂一体構造のステータを得るようにした例である。

すなわち、実施例２のステータ製造方法では、図１４に示すように、前記ステータ成形容器３０に設けられた凹部３０ａ，３０ｂは、ステータコア５を挿入する方向に、ステータコア５が所定の位置に保持される深さで途切れている。

このように、ステータ成形容器３０に設けられた凹部３０ａ，３０ｂは、ステータコア５の挿入方向のある深さで途切れており、それ以上の深さにステータコア５が入らないようになっている。このようなステータ成形容器３０を用いた場合、ステータコア５を、実施例１のように、一対のギャラリープレート２１，２２で予めステータコア５を挟み込んで固定しておく必要は無く、ステータ成形容器３０に直接、ステータコア５を挿入するだけで、規定の位置にステータコア５を保持することができる。そのため、別部材であるギャラリープレート２１，２２やボルト２３，２４及びナット２５，２６の無い、低コストな樹脂一体構造によるステータＳを得ることができる。なお、他の構成や製造方法については、実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例２の回転電機のステータ製造方法にあっては、実施例１の(1)〜(5)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(6) 前記ステータ成形容器３０に設けられた凹部３０ａ，３０ｂは、ステータコア５を挿入する方向に、ステータコア５が所定の位置に保持される深さで途切れているため、ステータコア５を直接、ステータ成形容器３０に挿入して規定位置に保持することができ、予め複数のステータコア５同士を別部材で締結しておく必要が無く、低コストな樹脂一体構造によるステータＳを製造することができる。

以上、本発明の回転電機のステータ製造方法を実施例１及び実施例２に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

例えば、実施例１，２では、ステータコアの表面に方形状の凸部を設け、ステータ成形容器に方形状の凹部を設ける例を示したが、凹凸嵌合により位置決めを行うなうことが出きる形状であれば、例えば、台形状の凹凸部や三角形状の凹凸部等、他の形状による凹凸部であっても本発明に含まれる。

実施例１，２では、回転電機として、２ロータ・１ステータによる複軸多層モータへの適用例を示したが、本発明の回転電機のステータ製造方法は、１ロータ・１ステータのモータ等、少なくとも一つのステータを有する回転電機であれば、他の回転電機にも適用できる。

実施例１のステータ製造方法が適用された複軸多層モータ（回転電機）を示す断面図である。 実施例１の複軸多層モータＭの1/3モデルを示す縦断正面図である。 実施例１の複軸多層モータＭのステータコイルに印加する複合電流の一例を示す図である。 実施例１の複軸多層モータＭのコイル付きステータコアを示す図である。 実施例１の複軸多層モータＭのステータ骨格体構造を示す図である。 実施例１のステータ製造方法においてステータ骨格体をステータ成形容器に挿入する前の樹脂成形容器挿入準備工程を示す図である。 実施例１のステータ製造方法においてステータ骨格体をステータ成形容器に凹凸位置決め状態にて挿入した樹脂成形容器挿入工程を示す図である。 実施例１のステータ製造方法においてステータ成形容器とステータ骨格体との間に形成される空間に樹脂を射出により充填する樹脂モールド工程を示す図である。 実施例１のステータ製造方法においてステータ成形容器の型から樹脂モールド成形品を外した樹脂モールド成形工程を示す断面図である。 実施例１のステータ製造方法においてステータ成形容器の型から樹脂モールド成形品を外した樹脂モールド成形工程を終えたステータを示す斜視図である。 実施例１のステータ製造方法において機械加工によってステータコアの凸部を除去するコア凸部除去工程を示す図である。 実施例１のステータ製造方法においてステータコアの凸部を除去した後のステータ製造完了工程を示す断面図である。 実施例１のステータ製造方法においてステータコアの凸部を除去した後のステータ製造完了工程を終えたステータを示す斜視図である。 実施例２の複軸多層モータＭのステータ製造方法においてステータティースをステータ成形容器の型に挿入する工程を示す断面図である。

符号の説明

Ｍ 複軸多層モータ（回転電機）
Ｓ ステータ
IR インナーロータ
OR アウターロータ
１ モータケース
２ 第１モータ中空軸
３ 積層コア
４ インナーロータマグネット
５ ステータコア
５ａ，５ｂ 凸部
６ コイル
７ バスバー
８ アウターロータケース
９ 正面側連結ケース
１０ 背面側連結ケース
１１ 第２モータ軸
１２ 積層コア
１３ アウターロータマグネット
１４ インシュレータ部材
２０ エンドプレート
２１，２２ ギャラリープレート
２３，２４ボルト
２５，２６ ナット
２７ 樹脂モールド部
２８ 冷却媒体通路
３０ ステータ成形容器
３０’ インナーロータ成形型
３０" アウターロータ成形型
３０ａ，３０ｂ 凹部

Claims (6)

1. ステータコアの外周にコイルを巻き付けたコイル付きステータコアをステータ成形容器に入れ、該ステータ成形容器に加熱溶融樹脂を射出して一体化する樹脂モールド成形を行う回転電機のステータ製造方法において、
   前記ステータコアの表面に凸部を設け、該凸部が嵌め合わされる凹部をステータ成形容器に設け、
   前記ステータコアをステータ成形容器内に入れる際、ステータコアを容器内で凹凸位置決めした状態で樹脂を射出し、樹脂が硬化した後、ステータコアの表面に設けた凸部を除去することを特徴とする回転電機のステータ製造方法。
2. 請求項１に記載された回転電機のステータ製造方法において、
   前記回転電機は、円筒状のステータの内外に、それぞれ独立に制御可能なアウタロータ及びインナロータを配置した複軸多層モータであることを特徴とする回転電機のステータ製造方法。
3. 請求項２に記載された回転電機のステータ製造方法において、
   前記ステータコアの表面に設けられた凸部は、前記アウタロータ及びインナロータに対向するティース面にそれぞれ設けられていることを特徴とする回転電機のステータ製造方法。
4. 請求項３に記載された回転電機のステータ製造方法において、
   前記ステータコアのアウタロータ及びインナロータに対向するティース面に設けられた凸部は、ステータコアをステータ成形容器に挿入する方向に沿った線状にあることを特徴とする回転電機のステータ製造方法。
5. 請求項３または４に記載された回転電機のステータ製造方法において、
   前記ステータコアのアウタロータ及びインナロータに対向するティース面に設けられた凸部で、ステータコア内に積層された電磁鋼板が溶接され、一体化されていることを特徴とする回転電機のステータ製造方法。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載された回転電機のステータ製造方法において、
   前記ステータ成形容器に設けられた凹部は、ステータコアを挿入する方向に、ステータコアが所定の位置に保持される深さで途切れていることを特徴とする回転電機のステータ製造方法。

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