JP2006296037A - モータのステータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアに鍔部を有するステータを、容易に製造する。
【解決手段】複数の鍔部３０を、樹脂部品３３によりモータの周方向に沿って環状に配置固定し、また、コイル２０をコア本体１０に装着した後、コア本体１０を鍔部３０に固定する。コア本体１０と鍔部３０とを、磁性材を配合した樹脂材料からなる接着材により接合したり、一方の挿入孔３４に他方を挿入することで両者を固定する。コア本体１０と鍔部３０の形状がそれぞれ簡易な形状となり、それぞれを容易に形成することができる。この場合、予め鍔部３０を固定手段によりモータの周方向に沿って環状に配置しておき、他の部分にコイル２０を装着した後に、他の部分を各鍔部３０に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータのステータ及びその製造方法に関する。

環境問題からハイブリッド自動車のような高電圧（約５００Ｖ）の自動車が開発されている。ハイブリッド自動車内における電力は、バッテリーからの直流をインバータで３相交流に変換し、車両を駆動するモータに供給している。

図１１は、モータの構成要素であるステータの部分的な構成を示した断面図である。従来より、ステータ１００はステータコア１１０とコイル１２０とを備え、ステータコア１１０のティース部１１１にコイル１２０を巻回した構成となっている。

このようなステータ１００は、ロータ２００との間で磁気回路を形成し、トルクを発生させる役割を果たす。そして、コイル１２０により生成される磁場を効率よくロータ２００側へ誘導するために、ティース部１１１は、その先端に外側へ突き出した鍔部１１２を有している。

このような従来のステータの構成については、たとえば、特許文献１に開示されている。

特開２００４−４０８７１号公報

上記のように、従来のステータコア１１０は、ティース部１１１の先端に鍔部１１２を有している。しかしながら、このような複雑な形状を有するステータコア１１０をばらつきなく製造するためには、高度な成形技術が必要となる。また、このようなステータコア１１０にコイル１２０を装着するときに、鍔部１１２が障害となって装着困難となる場合があった。特に、ティース部１１１の先端の鍔部１１２は数ｍｍ程度の厚さで成型しなければならず、コイル１２０と鍔部１１２との間のギャップや、ティース部１１１の先端の空間確保も必要である。また、プレスによる成型も、寸法精度のばらつきによって生じるギャップのばらつきにより、モータのトルク特性が大きく変動するため、ギャップの内径精度を確保する必要があることから、製造コストが上昇する問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、ステータコアに鍔部を有するステータを、容易に製造できる技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、請求項１に記載の発明は、モータのステータであって、前記モータの周方向に配列された複数の分割ステータを備え、前記分割ステータが、先端に外方へ突き出した形状の鍔部を有するステータコアと、前記ステータコアに巻回されるコイルと、を備え、前記ステータコアのうち、前記鍔部が、他の部分と別体に成形され、複数の当該鍔部が、所定の固定手段により前記モータの周方向に沿って環状に配置固定されたものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のステータであって、前記鍔部と前記他の部分とが、磁性材を配合した樹脂材料により接合して固定されているものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のステータであって、前記鍔部と前記他の部分のうちの一方に、挿入孔が形成され、前記鍔部と前記他の部分のうちの他方の一部が、前記挿入孔に挿入して固定されているものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３までのいずれかに記載のステータであって、前記ステータコアは、圧粉磁性体により形成されているものである。

請求項５に記載の発明は、鍔部を有するステータコアと当該ステータコアに巻回されるコイルとを備えるステータの製造方法であって、複数の前記鍔部が、所定の固定手段により前記モータの周方向に沿って環状に配置固定する第１の工程と、前記コイルを前記ステータコアの前記他の部分に装着する第２の工程と、前記ステータコアの前記他の部分を前記鍔部に固定する第３の工程とを備えるものである。

請求項１〜請求項５に記載の発明では、ステータコアの先端部分となる鍔部が、他の部分とは別体に成形されるため、他の部分と鍔部の形状がそれぞれ簡易な形状となり、よってそれぞれを容易に形成することができる。

請求項２に記載の発明では、他の部分と鍔部とを、磁性材を配合した樹脂材料からなる接着材により接合しているので、接合面における磁気抵抗を小さくして接合することが可能となる。

請求項３に記載の発明では、鍔部と他の部分のうちの一方の挿入孔に他方を挿入するだけで、鍔部と他の部分とを容易に固定できる。

請求項４に記載の発明では、ステータコアの成形がさらに容易となり、形状の自由度が高くなる。また、圧粉磁性体の粒子間を電気的に絶縁可能であるため、渦電流の発生を防止し、エネルギーロスを低減できる。

請求項５に記載の発明では、予め鍔部を固定手段によりモータの周方向に沿って環状に配置しておき、他の部分にコイルを装着した後に、他の部分を各鍔部に固定するだけでよいため、コイルの装着時に鍔部が障害となることはない。しかも、予め鍔部を位置決めすることで、複数の分割ステータを容易に位置決めできる。

｛第１の実施の形態｝
＜１．ステータの構成＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係るステータの部分的構成を示した断面図である。このステータは、図１の如く、モータの周方向に沿って円環状に配列された複数の分割ステータ１により構成されている。

各分割ステータ１は、コア本体１０、コイル２０、及び鍔部３０を備えている。これらのコア本体１０、コイル２０、及び鍔部３０は、予め別個に形成されたものであり、これらを結合させて分割ステータ１が構成されている。

図２（ａ）は、コア本体１０の正面図、図２（ｂ）は、コア本体１０を図２（ａ）のＡ−Ａ線で切断した断面図である。コア本体１０は、モータの外周を構成するヨーク部１１と、ヨーク部１１からモータの内方へ向かって突き出した四角柱状のティース部１２とを有している。このコア本体１０は、金属磁性粉末（たとえば、鉄粉）、または所定の被膜（たとえば、燐酸化合物被膜）で覆った金属磁性粉末を、樹脂で結合した圧粉磁性体により形成されている。圧粉磁性体の結合用樹脂としては、たとえばポリフェニレンサルファイド、可溶性ポリイミド、もしくは他の樹脂、またはこれらの混合物が用いられる。コア本体１０は、圧粉磁性体材料を所定の型に充填して加圧、圧縮した後、加熱処理して形成する。

図３（ａ）は、コイル２０の正面図、図３（ｂ）は、コイル２０を図３（ａ）のＢ−Ｂ線で切断した断面図である。コイル２０は、平角形の銅線２１を螺旋状に巻回したものであり、コア本体１０のティース部１２に外挿される。銅線２１は、その抵抗値を一定とするために断面積は一定であるが、分割ステータ１内におけるコイル２０の占積率を確保するために、モータの外方ほど幅が広く扁平な断面形状となっている。したがって、コイル２０は、全体として略切頭四角錐状の外形となる。一方、コイル２０の内側は、コア本体１０のティース部１２の外側面と略同一寸法の四角柱形の空間となっている。尚、本発明は、このコイル２０のように、断面形状が変化する場合に限定されるものではなく、例えば、コイル２０の断面形状が一定であってもよい。

図４（ａ）は、鍔部３０の正面図、図４（ｂ）は、鍔部３０を図４（ａ）のＣ−Ｃ線で切断した断面図である。鍔部３０は、コア本体１０と同一の圧粉磁性体を略板状に形成したものであって、ロータに近い部分（図４（ｂ）中の下端部）に、外側へ突き出した鍔３１を有するとともに、鍔部３０の中央部には、コア本体１０のティース部１２の先端と略同一の寸法に形成された凸部３２が突出形成されている。この凸部３２の先端面（上端面）は、磁性材を配合した樹脂材料からなる接着材によりコア本体１０の先端面（下端面）に接合されることになる（図１）。

この鍔部３０の鍔３１の全体と凸部３２の側面は、図１及び図４（ｂ）のように、固定手段としての略環状の樹脂部品３３に埋め込まれるようにして予め固定される。ただし、凸部３２の先端面（上端面）は、上述のようにコア本体１０の先端面（下端面）に接合される必要があるため、樹脂部品３３の外周面に沿って露出される。このように、鍔部３０を予め略環状の樹脂部品３３の環形状に沿って配置することで、樹脂形成された各鍔部３０の配置ピッチが、樹脂部品３３によって精度良く決定されるため、互いに隣り合う鍔３１同士の間の離間寸法（鍔間ギャップ）が均一に設定され、且つこの各鍔部３０に接着材により接合されて互いに隣り合うコア本体１０同士の配置精度が向上される。

＜２．ステータの製造手順＞
このような構成を有するステータを製造するときには、まず、上記のコア本体１０、コイル２０、及び鍔部３０を、それぞれ別体で形成する。

そして、複数の鍔部３０は、図１及び図４（ｂ）のように、略環状の樹脂部品３３に埋め込まれるようにして固定される。ただし、鍔部３０の凸部３２の先端面（上端面）は、後工程でコア本体１０の先端面（下端面）に接合される必要があるため、樹脂部品３３の外周面に沿って露出された状態とされる。

次に、図５に示したように、コア本体１０のティース部１２へ、コイル２０を外挿する。

その後、図６の一部破断斜視図に示したように、鍔部３０の凸部３２の先端面（上端面）に対して、磁性材を配合した樹脂材料からなる接着材を用いて、コア本体１０の先端面（下端面）を接合する。尚、図６において斜線ハッチングで示された部分は、理解の容易のために破断された端面であり、また便宜上、コイル２０が図示省略されている。

かかる状態で、コイル２０は、図１に示す如く、コア本体１０のティース部１２に外挿された状態で、コア本体１０のヨーク部１１と鍔部３０の鍔３１とに挟まれた状態となる。

さらに、複数のコア本体１０を樹脂部品３３の環形状に沿って全周分並べて接合する。そうすると、複数の分割ステータ１が樹脂部品３３の環形状に沿って全周分並んだ状態となり、図１のステータが完成する。

このように、本実施の形態のステータは、ステータコアの先端部分となる鍔部３０が、コア本体１０とは別体に形成されるため、コア本体１０と鍔部３０の形状がそれぞれ簡易な形状となり、よってそれぞれを容易に形成することができる。

また、予め鍔部３０を環形状の樹脂部品３３に沿って配置しておき、コア本体１０のティース部１２にコイル２０を外挿した後、ティース部１２の先端面を各鍔部３０に接着材で接合するだけでよいため、コイル２０の装着時にステータコアの鍔３１が障害となることはない。しかも、予め鍔部３０を位置決めすることで、複数の分割ステータ１を容易に位置決めできる。

以上より、ステータコアに鍔３１を有するステータを、容易に製造することができる。

また、コア本体１０と鍔部３０とを、磁性材を配合した樹脂材料からなる接着材により接合しているので、接合面における磁気抵抗を小さくして接合することが可能となる。

｛第２の実施の形態｝
＜１．ステータの構成＞
図７は本発明の第２の実施の形態に係るステータの部分的構成を示した模式図である。このステータは、図７の如く、モータの周方向に沿って円環状に配列された複数の分割ステータ１により構成されている点で、第１の実施の形態と共通している。ただし、第１の実施の形態にでは、鍔部３０がコア本体１０のティース部１２の先端面に接着材により接合されていたのに対して、この第２の実施の形態では、図８の如く、鍔部３０の内部に中空状の挿入孔３４が形成されて環状に形成されている。

ここで、図８（ａ）は、鍔部３０の正面図、図８（ｂ）は、鍔部３０を図８（ａ）のＤ−Ｄ線で切断した断面図である。鍔部３０は、コア本体１０と同一の圧粉磁性体を、略四角環形状に形成したものであって、鍔部３０の全周自体が鍔３１として機能するものである。また、鍔部３０の内周径、即ち挿入孔３４の径（長径及び短径）は、コア本体１０のティース部１２の外側面に対応するように略同一の寸法に形成されている。

また、隣り合って配置される鍔部３０同士は、固定手段としての樹脂部品３３ａによって連結され、この樹脂部品３３ａと鍔部３０によって、図７のように、全体として環形状に形成される。

コア本体１０及びコイル２０の構成は第１の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。

＜２．ステータの製造手順＞
このような構成を有するステータを製造するときには、まず、上記のコア本体１０、コイル２０、及び鍔部３０を、それぞれ別体で形成する。

そして、複数の鍔部３０は、図７及び図８（ｂ）のように、樹脂部品３３ａによって連結されて、略環状に配置固定される。

次に、図５に示した第１の実施の形態と同様に、コア本体１０のティース部１２へ、コイル２０を外挿する。

その後、図７に示したように、コア本体１０のティース部１２の先端を鍔部３０の挿入孔３４に挿入する。このようにして、複数のコア本体１０を環形状の全周分並べると、複数の分割ステータ１が樹脂部品３３の環形状に沿って全周分並んだ状態となり、ステータが完成する。

このように、この実施形態によっても、ステータコアの先端部分となる鍔部３０が、コア本体１０とは別体に形成されるため、コア本体１０と鍔部３０の形状がそれぞれ簡易な形状となり、よってそれぞれを容易に形成することができる。

また、鍔部３０を、樹脂部品３３ａで連結することで予め環形状に沿って配置しておき、コア本体１０のティース部１２の先端を鍔部３０の挿入孔３４に挿入するだけでよいため、コイル２０の装着時にステータコアの鍔３１が障害となることはない。

以上より、ステータコアに鍔３１を有するステータを、容易に製造することができる。

｛変形例｝
尚、第１の実施の形態においては、鍔部３０の鍔３１の全体と凸部３２の側面が、略環状の樹脂部品３３に埋め込まれるようにして固定されていたが、例えば図９のように、隣り合って配置される鍔部３０同士が樹脂部品３３ａによって連結され、この樹脂部品３３ａと鍔部３０によって、全体として環形状に形成されるように構成してもよい。この場合においても、コア本体１０と鍔部３０とを、磁性材を配合した樹脂材料からなる接着材により接合する点は、第１の実施の形態と同様である。

また、第２の実施の形態においては、鍔部３０側に挿入孔３４を形成し、この挿入孔３４にコア本体１０のティース部１２の先端を挿入していたが、逆に、例えば図１０のように、コア本体１０のティース部１２の先端部に挿入孔３４ａを形成し、また鍔部３０の中央部に凸部３５を外方向に突出形成して、この鍔部３０側の凸部３５をコア本体１０のティース部１２の挿入孔３４ａに挿入するように構成してもよい。

本発明の第１の実施の形態に係るステータの部分的構成を示した断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るモータのステータにおけるコア本体の構成を示した図である。 本発明の第１の実施の形態に係るモータのステータにおけるコイルの構成を示した図である。 本発明の第１の実施の形態に係るモータのステータにおける鍔部の構成を示した図である。 本発明の第１の実施の形態に係るモータのステータの製造方法の一部を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るモータのステータの製造方法の一部を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るモータのステータの製造方法の一部を示す図である。 変形例に係る鍔部の構成を示した図である。 変形例に係るステータの一部の構成を示した断面図である。 変形例に係るステータの一部の構成を示した断面図である。 従来のステータの部分的構成を示した断面図である。

符号の説明

１ 分割ステータ
１０ コア本体
１１ ヨーク部
１２ ティース部
２０ コイル
２１ 銅線
３０ 鍔部
３１ 鍔
３２ 凸部
３３ 樹脂部品
３３ａ 樹脂部品
３４，３４ａ 挿入孔
３５ 凸部

Claims (5)

1. モータのステータであって、
   前記モータの周方向に配列された複数の分割ステータを備え、
   前記分割ステータが、
   先端に外方へ突き出した形状の鍔部を有するステータコアと、
   前記ステータコアに巻回されるコイルと、
   を備え、
   前記ステータコアのうち、前記鍔部が、他の部分と別体に成形され、複数の当該鍔部が、所定の固定手段により前記モータの周方向に沿って環状に配置固定されたものであることを特徴とするステータ。
2. 請求項１に記載のステータであって、
   前記鍔部と前記他の部分とが、磁性材を配合した樹脂材料により接合して固定されていることを特徴とするステータ。
3. 請求項１に記載のステータであって、
   前記鍔部と前記他の部分のうちの一方に、挿入孔が形成され、前記鍔部と前記他の部分のうちの他方の一部が、前記挿入孔に挿入して固定されていることを特徴とするステータ。
4. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載のステータであって、
   前記ステータコアは、圧粉磁性体により形成されていることを特徴とするステータ。
5. 鍔部を有するステータコアと当該ステータコアに巻回されるコイルとを備えるステータの製造方法であって、
   複数の前記鍔部を、所定の固定手段により前記モータの周方向に沿って環状に配置固定する第１の工程と、
   前記コイルを前記ステータコアの前記他の部分に装着する第２の工程と、
   前記ステータコアの前記他の部分を前記鍔部に固定する第３の工程と
   を備えることを特徴とするステータの製造方法。

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