JP2006211822A - 回転電機用電機子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 射出成形により電機子のボビンとコアを一体成形させる製造方法において、成形時の射出圧による磁極歯の変形を防止する。
【解決手段】 放射状に突出する複数の磁極歯８２を備えたコア８を成形金型１７内に配置し、成形金型１７内に絶縁性樹脂を射出することにより、コア８の磁極歯８２の周囲にボビンを一体成形するステータの製造方法において、
成形金型１７の下型２０に、コア８の磁極歯８２の頭部８５の下端面８５ａに接して、これを支持するコア押え部２７が設けられる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、発電機や電動モータ等の回転電機のロータ又はステータとなる電機子の製造方法に関する。

内燃機関（エンジン）では、内燃機関のクランク軸にフライホイール兼用のロータを固定し、このロータに固定された永久磁石がステータに対向した位置で回転することで車両に必要な交流電力を作る永久磁石式交流発電機が広く用いられている（例えば特許文献１参照）。

一般に交流発電機のステータは、金属板を積層した放射状に突出する磁極歯を有するステータヨーク（コア）と、このステータヨークの各磁極歯に嵌め込まれた絶縁材料からなるボビンと、このボビン上に巻回されたコイルから構成される。ロータ又はステータの磁極歯に対向する永久磁石を備える。ロータの回転によってコイルに起電力を生じる。磁極歯のコイル巻回部分は矩形断面であり、コ字状断面のボビンが上下両側から装着される。

ところで、大型の交流発電機はその出力増加に伴って、コイル温度が過度に上昇する傾向にあり、ともするとコイル被膜の耐熱温度（約２２０℃）を超える場合がある。発電機の発電効率を高めるためには、コイル表面から放熱させると共に、コイル内面側の磁極歯を通してコアを介して効率よく放熱することにより、コイル被膜温度が耐熱温度以下になるようにしなければならない。しかしながら、交流発電機のステータは一般に、コアとは別体のボビンがコアに装着されるために、ボビン内面とコア外面の間に微少な間隙（空気）が生じ、この間隙が断熱層として作用してコイルからコア側への放熱性が低下する。

このような問題に対し、成形金型内にコアを配置し、型内に樹脂を射出することによりコア周りにボビンを一体成形してボビン・コア間の間隙による断熱層を完全に無くし、ボビンからコアへの熱伝達性を向上させた一体成形ボビンが知られている。

しかしながらこの成形法は、金型内のコア外面と金型内面との間に形成される極めて狭窄した空間の隅々までに短時間で成形樹脂を充填しなければならないため、射出圧は例えば１５０ＭＰａ（＝１．５ｔｏｎ／ｃｍ^２）といったように従来の射出圧の約５倍ほどの高圧で成形樹脂が射出される。

このため射出成形の際には高い射出圧により、コアの成形金型によって支持されていない部分、具体的にはコア本体から放射状に突出した磁極歯はコア本体から片持ち状に支持されるため、特に先端部が樹脂流れ方向に変形するといったような問題がある。

特願２００４−１９５４３３号

本発明は、このような現状を考慮したものであって、放射状に突出する複数の磁極歯を備えるコアに対し、射出成形により、少なくとも前記磁極歯を覆うようにボビンを一体成形するようにした回転電気用電機子において、成形時、前記コアに変形が生じないような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、請求項１の発明は、放射状に突出する複数の磁極歯を備えて電機子を構成するコアを成形金型内に配置し、該成形金型内に絶縁性樹脂を射出することにより、前記コアの磁極歯の周囲に電機子のボビンを一体成形する回転電気用電機子の製造方法において、前記成形金型には、型内に配置された前記コアの磁極歯の先端部のコア軸方向端面に接して、これを支持するコア押え部が設けられていることを特徴とする回転電機用電機子の製造方法を提供する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の製造方法において、前記コア押え部は、前記磁極歯の先端部のコア軸方向の両方の端面の内、前記絶縁性樹脂の成形金型内流れ方向下流側に位置する端面に接するように形成されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２に記載の製造方法において、前記コア押え部は、前記端面のコア円周方向の中央部分に接するように形成されることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２に記載の製造方法において、前記成形金型は、コアを収納する中型と、該中型上に載置され樹脂注入孔が形成される上型と、前記中型の下に配置される下型とを有し、該下型の上面にはボビンを形成するための凹部が形成され、前記コア押え部は前記下型に設けられ前記凹部に突出する突起であることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１に記載の製造方法において、前記電機子は、発電機またはモータのステータ或いはロータであることを特徴とする。

請求項６の発明は、放射状に突出する複数の磁極歯を備えるコアと、絶縁性樹脂材料からなり、前記磁極歯の周囲に前記コアと一体成形されるボビンとを備えた回転電機用電機子であって、前記磁極歯先端のコア軸方向の端面上には、前記ボビンと一体の絶縁材が形成され、該絶縁材には切欠きが設けられることを特徴とする回転電機用電機子を提供する。

請求項１の発明によれば、成形金型に電機子コアを収納し、コアにボビンを一体成形する製造方法において、前記成形金型にコア押え部を設け、コアより放射状に突出する磁極歯先端の端面をコア軸方向から前記コア押え部によって支持することにより、成形樹脂の射出圧による磁極歯の変形を防止することができる。なお、コアの軸方向とは電機子ロータの回転軸方向であり、ステータについてもこのロータの回転軸と同軸方向である。

請求項２の発明によれば、前記コア押え部は、前記磁極歯の先端部のコア軸方向の端面の内、前記絶縁性樹脂の成形金型内流れ方向下流側に位置する端面に接するように形成されることにより、磁極歯の樹脂流れ方向下流側への変形を防止することができる。

請求項３の発明によれば、前記コア押え部を、磁極歯の先端部の端面のコア円周方向の中央部分に接するように形成することにより、小さなコア押え部でも効率よくかつ均等に磁極歯の変形に対処することができる。

請求項４の発明によれば、前記成形金型を、コアを収納する中型と、該中型上に載置され樹脂注入孔が形成される上型と、前記中型の下に配置される下型とで構成し、前記コア押え部を下型の凹部に突出する突起としたことにより、磁極歯の下型方向への変形を上記突起により防止することができる。

請求項５の発明によれば、前記電機子を、発電機またはモータのステータ或いはロータとすることにより、一体成形型ステータまたはロータの成形時の変形を防止することができる。

請求項６の発明によれば、回転電機用電機子は、磁極歯を備えたコアとボビンを一体化したことにより、磁極歯周囲のコイルからコアへの放熱性が向上する。また、一体化成形の際、磁極歯先端の切欠き部が金型側に支持された状態で射出成形されるため、射出圧による磁極歯の変形がないコアが得られる。このような電機子を、発電機またはモータのステータ或いはロータとすることにより、一体成形型ステータまたはロータの放熱性が向上して出力向上が図られる。

図１は、本発明に係る製造方法によって製造された電機子を備えた回転電機の縦断面図である。ここでは回転電機は、内燃機関に装備される磁石式発電機として、また電機子はその発電機のステータとして例示される。

この実施形態の発電機１は、その駆動源をエンジン（図示せず）のクランクシャフト２とし、テーパ付けされたその端部にナット３を介して嵌合される一体型ロータ４を備える。尚、図中５は、クランクシャフト２と一体型ロータ４との間で回転滑りを生じないための廻り止め（キー）である。

一体型ロータ４は、クランクシャフト２に嵌合するボス部４１と、ボス部４１の軸方向一端に設けられたフランジ部４１ａを介してボス部４１に一体化されたカップ状のロータ部４２と、フランジ部４１ａを介してボス部４１に一体化された円筒状のクラッチ外輪部４３とによって構成されている。ロータ部４２は、その内壁面４２ａに周方向に隔置された複数の永久磁石６を備えている。

ロータ部４２はその軸方向一端（ボス部４１のフランジ部４１ａ側）に底壁部４２ｂを備えており、所謂カップ形を有している。ボス部４１とロータ部４２とはボス部側のフランジ部４１ａとロータ部側の底壁部４２ｂを介して一体化されており、その材料は同一である。

ボス部４１のフランジ部４１ａよりエンジン側には、ベアリング１１を介してクランクシャフト２に回転可能に支持されるフライホィール１２と、ワンウェイクラッチ１３がそれぞれ設けられる。ワンウェイクラッチ１３は、クランクシャフト２の回転をロータ４を介してフライホィール１２側に伝達するものであって、クランクシャフト２の回転数を越えてフライホィール１２が回転する状況下においては、フライホィール１２が空転し、その回転力がロータ４側に伝わらないようになっている。このワンウェイクラッチ１３は、複数のローラ１４とこれらローラ１４を支持するローラホルダ１５からなるクラッチ内輪部１３ａ、および前出のクラッチ外輪部４３とによって構成される。

クラッチ外輪部４３は、前述したように、一体型ロータ４のボス部４１のフランジ部４１ａの外端からエンジン側（図で左側）に突出した円筒形状を有し、同材料でフランジ部４１ａに一体化されている。そしてこの円筒部分の内側に、クラッチ内輪部１３ａのローラ１４を配するようになっている。クラッチ外輪部４３のエンジン側の端部には、ローラ１４がクラッチ外輪部４３から飛び出さないようにするためのカバー１６が装着される。

ロータ４の内部には、ロータ回転によって交流電力を生じるステータ７が配置される。ステータ７は、磁性材料からなるリング状薄板を多数積層させたコア（ステータヨーク）８を有する。コア８は放射状に突出する磁極歯８２（図３参照）を有する。この磁極歯８２は矩形断面であり、この矩形断面部分に、例えば射出成形等によりボビン９が一体成形される。ボビン９周りにコイル１０が巻回される。

図２は上記ステータ７の平面図である。また、図３はボビン９を一体成形する前のコア８の平面図である。

図３に示すように、コア８は、円形の本体部８１と、その外周に放射状に突出する多数の磁極歯８２とを一体で備えており、これらは前述したように薄板を多数積層することによって形成される。本体部８１はその中央にクランクシャフト２を通すための開口部８３を有する。各磁極歯８２は、矩形断面のコイル巻回部８４と、その外側端に接続する頭部８５とからなり、平面視で略Ｔ字形状を有する。本体部８１の外側には各隣接する磁極歯８２、８２間にスロット８６が形成される。

図４は、コア８に対しボビン９を一体成形した後のステータ７（コイル１０を除く）の外観斜視図である。絶縁性樹脂材料からなるボビン９は、コイル巻回部８４の周囲のみならず、各磁極歯８２の頭部８５（図３）のコア軸方向の両端面の上にも形成され、さらにコア本体部８１の外側面（スロット８６の内奥面）と、コア本体部８１のコア軸方向の両端面の外縁部分（磁極歯の根本部分）にも形成される。なお、コア本体部８１のコア軸方向両端面上に形成されるボビン部分９ａの内、一方の端面側には、各磁極歯８２間にコイル巻掛けのための係止突起９１も一体形成される。ボビン９は、後述する射出成形法によって形成される。

図５はボビン形成のための射出成形金型１７の外観斜視図、図６は、コア収納状態における射出成形金型１７の部分的縦断面図である。
図５に示すように、射出成形金型１７は、上型１８、中型１９、及び下型２０から構成される。上型１８の裏面には、コア８の上端面の一部および磁極歯８２のコイル巻回部８４の上部を被覆するボビン部分を形成するための凹部２１（図６参照）が形成される。２２は中型１９、下型２０との位置合わせ用穴、２３は樹脂注入口（ゲート）である。

中型１９は、各磁極歯８２のコイル巻回部８４の側面とコア本体部８１の側面を被覆するボビン部分を形成するものであり、コア８を収納するための開口部２４が形成される。従って開口部２４は、平面視においてコア８に近似した形状を有する。２５は上型１８の位置合わせ用穴２２と整合する位置合わせ用穴である。

下型２０は中型１９の下方に配置され、コア本体８１の一部および磁極歯８２のコイル巻回部８４の下部を被覆するボビン部分を形成する。このため、下型２０にはその上面に凹部２６（図６参照）が形成される。

図７は、磁極歯８２の下方に位置する凹部２６の部分的外観斜視図である。凹部２６は、コア本体８１の外縁部に対応するリング状の溝部分２６ａと、この溝部分２６ａから各磁極歯８２のコイル巻回部８４に対応して突出する複数の放射状の溝部分２６ｂと、各磁極歯８２の頭部８５に対応して溝部分２６ｂとＴ字をなす溝部分２６ｃとによって構成される。

この下型２０において、本実施形態によれば、各溝部分２６ｃの内部であってかつコア円周方向（矢印Ａ方向）のほぼ中間位置に、溝部分２６ｃの内壁から内側（溝部分２６ａ側）に向けてコア押え部２７が突出する。このコア押え部２７は、図６に示すようにコア８を射出成形金型１７内に配置した状態において、各磁極歯８２の頭部８５のコア軸方向（矢印Ｂ方向）における下端面８５ａを下側から支える。

図５に示すように、ボビン形成のための射出成形にあたり、まず中型１９が下型２０の上に適切な位置関係（磁極歯の頭部を収納する開口部部分の中央に下型２０のコア押え部２５が位置する関係）を以って置かれ、次いでコア８が中型１９の開口部２４の中に収納される。次に、中型１９の上に上型１８をセットし、これらの型１８、１９、２０をボルト（不図示）などの締め付け手段を介して一体化する。そして、上型１８の樹脂注入口２３から射出成形型１７の内部に溶融樹脂が注入される。図６の矢印は、樹脂注入口２３から注入された溶融樹脂の型内流れ方向を示している。

前述したように、射出成形型１７の内部ではコア８は、その本体８１の大部分が下型２０によって下方支持されると共に、各磁極歯８２の頭部８５の下端面８５ａはコア押え部２７によって下方支持されている。すなわち、コア８の各各磁極歯８２は、その根元部分のみならず、先端部分においても下方支持されるため、溶融樹脂が高い射出成形圧力で型内を流れる状態でも樹脂流れによって磁極歯８２の先端が下方に変形することはない。なお、図４に示したステータ７の磁極歯８２下部に形成された切欠き２８は、上述したコア押え部２７によって磁極歯８２のコア軸方向の下端面８５ａが支持され、結果としてここには樹脂がまわらないことによるものである。

以上説明したように、本実施形態によれば下型２０の凹部２６にコア押え部２７を設け、磁極歯８２の先端を下側より支持したことにより、射出成形時の成形樹脂圧による磁極歯８２の変形を防止することができる。なお、実施形態では、磁極歯８２の頭部８５のコア軸方向の両端面の内、樹脂流れ方向下流側に位置する端面８５ａを下方から支持するものであるが、上型１８にも同様にコア押え部を形成し、磁極歯８２に対し上下両側から頭部８５を挟持するようにしても良い。

本実施形態では、コア押え部２７は磁極歯８２の端面８５ａの中で、コア円周方向の中央部分のみを支持するように形成されているため、端面８５ａ全域を下方支持する場合に比較して、小さいコア押え部ながらも効果的かつ均等に磁極歯８２の変形を防止することができる。当然、コア押え部２５を、磁極歯８２先端部の端面全域を支持するように形成しても良い。この場合、前述した切欠き２６は無くなる。

さらに本実施形態では、電機子として発電機のステータ７を例にとったが、同様に変形の恐れがある、発電機のロータまたはモータのステータやロータにも本発明の製造方法を適用できる。

本発明の利用例として、ステータ側にコイルが備わる発電機に限らず、ロータ側にコイルが備わる発電機、あるいは電動モータのロータやステータ等、コア本体から片持ち状に突出する磁極歯のボビンを介して磁極歯にコイルが巻回される電機子の全般に本発明の製造方法を適用することができる。

本発明に係る製造方法によって製造された電機子を備えた回転電機の縦断面図。 図１のステータの平面図。 ボビンを一体成形する前のコアの平面図 コアとボビンとを一体化させたステータの外観斜視図。 射出成形型とコアの外観斜視図。 コアを収納した状態にある射出成形金型の部分的縦断面図。 下型の凹部の部分的外観斜視図。

符号の説明

１：発電機、２：クランクシャフト、３：ナット、４：ロータ、
５：廻り止め、６：マグネット、７：ステータ、８：コア、
９：ボビン、９ａ：円環部（ボビン部分）、１０：コイル、
１１：ボールベアリング、１２：フライホィール、
１３：ワンウェイクラッチ、１３ａ：クラッチ内輪部、
１４：ローラ、１５：ローラホルダ、１６：カバー、
１７：射出成形型、１８：上型、１９：中型、２０：下型
２１：凹部、２２：位置合わせ用穴、２３：樹脂注入口（ゲート）
２４：開口部、２５：位置合わせ用穴、２６：凹部
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ：溝部分、２７：コア押え部、２８：切欠き、
４１：ボス部、４１ａ：フランジ部、４２：ロータ部、
４２ａ：壁面、４２ｂ：底壁部、４３：クラッチ外輪部、８１：本体部、
８２：磁極歯、８３：開口部、８４：コイル巻回部、８５：頭部、
８５ａ：下端面、８６：スロット、９１：係止突起。

Claims (6)

1. 放射状に突出する複数の磁極歯を備えて電機子を構成するコアを成形金型内に配置し、該成形金型内に絶縁性樹脂を射出することにより、前記コアの磁極歯の周囲に電機子のボビンを一体成形する回転電気用電機子の製造方法において、
   前記成形金型には、型内に配置された前記コアの磁極歯の先端部のコア軸方向端面に接して、これを支持するコア押え部が設けられていることを特徴とする回転電機用電機子の製造方法。
2. 前記コア押え部は、前記磁極歯の先端部のコア軸方向の両方の端面の内、前記絶縁性樹脂の成形金型内流れ方向下流側に位置する端面に接するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機用電機子の製造方法。
3. 前記コア押え部は、前記端面のコア円周方向の中央部分に接するように形成されることを特徴とする請求項２に記載の回転電機用電機子の製造方法。
4. 前記成形金型は、コアを収納する中型と、該中型上に載置され樹脂注入孔が形成される上型と、前記中型の下に配置される下型とを有し、該下型の上面にはボビンを形成するための凹部が形成され、前記コア押え部は前記下型に設けられ前記凹部に突出する突起であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機用電機子の製造方法。
5. 前記電機子は、発電機またはモータのステータ或いはロータであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機用電機子の製造方法。
6. 放射状に突出する複数の磁極歯を備えるコアと、絶縁性樹脂材料からなり、前記磁極歯の周囲に前記コアと一体成形されるボビンとを備えた回転電機用電機子であって、
   前記磁極歯先端のコア軸方向の端面上には、前記ボビンと一体の絶縁材が形成され、該絶縁材には切欠きが設けられることを特徴とする回転電機用電機子。
   
   

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