JP2008278683A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】コアと一体成形インシュレータとの相対的位置精度の高いステータを提供する。
【解決手段】ステータの分割コア１１のヨーク部１１ａの軸方向に直交する側端面１１ｚの周方向における中央部には、それぞれ上段溝１６ａと下段溝１６ｂとからなる段付きの溝１６が設けられている。分割コア１１に対するインシュレータ２０の一体成形時において、分割コア１１の上下２つの下段溝１６ｂには位置決めピン３８が係合して、位置決めピン３８により、インサート成形時における分割コア１１の位置が固定されている。樹脂が射出されると、溝１６のうち上段溝１６ａに、樹脂が入り込んで樹脂溜まりが形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、コアにコイルを巻き付けてなるモータや発電機のステータの構造に係り、特にインサート成形されたインシュレータを備えたものの改良に関する。

近年、各種電気機器、電気自動車，ハイブリッド車，ロボットなどの新技術の進展に伴い、それらに用いられる回転電機（モータや発電機）に要求される性能が高度化してきている。たとえば、産業用モータ、電気自動車やハイブリッド車などにおいては、省スペース化が求められている。

そこで、特許文献１には、個々のコアのティース部の周囲に被覆されるインシュレータをインサート成形することにより、インシュレータの肉厚を低減して、ステータ全体の小型化などを図っている。すなわち、一般に、インシュレータは分割された複数の部品として成形された後、コアの表面を覆うように組み付けられるが、インサート成形を利用する場合には、金型にコアをセットしてコアの周囲に樹脂を流し込むことにより、インシュレータを成形することになる。
特開２００４−２０８３８６号公報

しかしながら、特許文献１の技術を用いると、ステータをアセンブリしてロータと組み合わせる際に互いに干渉し合って組み付けに手間がかかる、インシュレータの上にコイルを整列させて巻き付けるのが困難である、配電部材（バスバー）との接合精度がよくない、などの不具合があった。

そこで、本発明者が上記不具合の原因を調べたところ、コアに対するインシュレータの位置にばらつきがあるなど、相対的位置精度がよくないことが主因であると推測された。

本発明の目的は、コアに対するインシュレータの相対的位置精度を向上させる手段を講ずることにより、上記諸不具合が抑制されたステータを提供することにある。

本発明のステータは、コアと一体成形されたインシュレータを設けるとともに、コアのヨーク部または鍔部のステータ軸方向に直交する側端面に開口する凹部を設けたものである。

これにより、凹部を利用して、一体成形時の位置決めピンを凹部に嵌合させることや、凹部に一体成形の樹脂を埋め込ませることが可能になる。したがって、コアに対するインシュレータの相対的位置精度、特にコアのステータ軸方向の精度が向上し、上記諸不具合が緩和されることになる。

すなわち、一体成形時、凹部に位置決めピンを係合させることにより、コアに対するインシュレータの形状を所望の形状通りに形成することが可能になる。また、一体成形用の樹脂を凹部に埋め込ませることにより、成形後においても、インシュレータとコアとがずれないように保持できる。このように、コアに対するインシュレータの相対的位置精度の向上により、上述の不具合がより緩和される。

特に、凹部が、段付き形状であることにより、下段部に位置決めピンを挿入して上段部に樹脂が入り込むように設計することができるので、位置決めピンの係合と樹脂の埋込みとを、容易に実現することができる。

凹部がコアのヨーク部の中央部に形成されていることにより、コイルを流れる電流によったコアに生じる磁界との干渉が生じないので、凹部による磁気性能への悪影響を回避することができる。

凹部のコーナー部が面取りされていることにより、コーナー部におけるインシュレータの破損を抑制することができる。ここで、面取りされているとは、面と面とが交差する角線部に、斜面または丸みが付けられていることをいう。

本発明のステータによると、コアに対するインシュレータの相対的位置精度の向上を図ることができる。

図１は、実施の形態における回転電機（モータや発電機）のステータ１０の概略的な構造を示す断面図である。同図に示すように、ステータ１０は、複数の分割コア１１を環状に組み合わせた後、図示しないリング部材等を用いて外側から囲み込んで組み付けられる。本実施形態では、コアとして分割コア１１を集合させたものを用いているが、コアが分割されずに一体化されたものであってもよい。

ステータ１０の内方には、永久磁石を設けたロータ（図示せず）が配置される。分割コア１１は、ヨーク部１１ａと、ヨーク部１１ａからロータ側に突出したティース部１１ｂと、ティース部１１ｂの先端から外方に拡大した鍔部１１ｃとを有し、本実施の形態では、絶縁被膜を有する磁性粉末を圧縮成形して形成されている。ただし、多数の珪素鋼板を樹脂絶縁層を挟んで積層したものであってもよい。

分割コア１１のうちヨーク部１１ａの背面および鍔部１１ｃの前面を除く部分は、樹脂からなるインシュレータ２０によって覆われている。本実施の形態では、インシュレータ２０は、後述するように、インサート成形により分割コア１１と一体的に形成されたものである。分割コア１１のヨーク部１１ａと、ティース部１１ｂと、鍔部１１ｃとによって囲まれるサイド側の領域（スロット領域Ｒsl）には、インシュレータ２０を挟んで、コイル１２が巻き付けられている。

図２は、本実施の形態における分割コア１１のヨーク部１１ａの構造を示す斜視図である。図２は、ヨーク部１１ａの背面１１ｘ側から見た構造を表している。同図に示すように、ヨーク部１１ａは、ティース部１１ｂに対向する側の面である背面１１ｘと、ティース部側の面である前面１１ｙと、軸（ステータ軸）方向に直交する側端面（上面および下面）１１ｚと、周方向に直交する側端面（側面）１１ｗとを有している。そして、ヨーク部１１ａの軸方向に直交する２つの側端面１１ｚと背面１１ｘとが交わる２つの角線部のほぼ中央部には、それぞれ上段溝１６ａと下段溝１６ｂとからなる段付きの溝１６が設けられている。本実施の形態では、溝１６は、軸方向に直交する側端面１１ｚと背面１１ｘとが交わる角線部に形成されているので、軸方向に直交する側端面１１ｚと背面１１ｘとの双方に開口していることになる。しかし、溝１６は、軸方向に直交する側端面１１ｚの一部に開口していればよく、背面１１ｘに開口している必要はない。溝１６が、軸方向に直交している側端面１１ｚに開口していれば、一体成形時に樹脂の流れ込みが可能だからである。

図３は、本実施の形態におけるインサート成形時の構造を示す図である。図３に示す分割コア１１は、図１とおなじ断面における構造を表している。同図に示すように、射出成形金型は、下金型３１と、上金型３３と、側方金型３４とを備えている。側方金型３４は、本件では二方ないし四方に分割されている。そして、分割コア１１と、下金型３１，上金型３３および側方金型３４とによって囲まれる空間に樹脂が射出されて、インシュレータ２０が形成される。つまり、分割コア１１を覆うようにインシュレータ２０が形成され、分割コア１１とインシュレータ２０とが一体的に形成される（いわゆるインサート成形）。

その際、分割コア１１の上下２つの下段溝１６ｂには、側方金型３４に取り付けられた位置決めピン３８が係合していて、位置決めピン３８により、インサート成形時における分割コア１１の位置が固定されている。また、樹脂が射出されると、溝１６のうち上段溝１６ａに、樹脂が入り込んで樹脂溜まりが形成される。そのとき、位置決めピン３８が存在していた領域には、樹脂が存在しない空間として残される。

インサート成形に使用される樹脂は、射出成形が可能な樹脂であればよいが、耐熱性とコイルを巻き付ける際の加重に耐えうる強度を必要とするので、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニルサルファイド樹脂），ＬＣＰ樹脂（液晶ポリマー樹脂）などのいわゆるエンジニアリングプラスチックが好ましい。

図４は、図１に示すIV-IV線における断面図である。同図に示すように、インシュレータ２０は、分割コア１１のヨーク部１１ａを覆うヨーク被覆部２０ａと、分割コア１１のティース部１１ｂを覆うティース被覆部２０ｂと、分割コア１１の鍔部１１ｃを覆う鍔被覆部２０ｃとを有している。図４には全貌が示されていないが、インシュレータ２０は、分割コア１１のティース部１１ｂの四方を覆い、ヨーク部１１ａの軸方向に直交する２つの側端面１１ｚを覆っている。そして、インシュレータ２０のヨーク被覆部２０ａの先端部には、分割コア１１のヨーク部１１ａの軸方向に直交する側端面１１ｚから回り込んで上段溝１６ａを埋める樹脂溜まり２０ｄと、樹脂溜まり２０ｄに隣接して形成された空白部Ｒpnとが形成されている。空白部Rpnは、一体成形時に位置決めピン３８が存在していた部位に相当する。つまり、インシュレータ２０の樹脂溜まり２０ｄと前面１１ｙを覆う部分とにより、ヨーク部１１ａを両側から把持していることになる。

本実施の形態によると、分割コア１１に、凹部である溝（段付きの溝１６）を設けたので、インサート成形時に位置決めピン３８を係合させたり、樹脂溜まり２０ｄを設けることが可能になった。すなわち、インサート成形時に位置決めピン３８で分割コア１１の位置を確実に固定することにより、樹脂が流し込まれる分割コア１１の周囲の空間を、常にほぼ一定形状に維持することができるので、分割コア１１とインシュレータ２０との相対的位置精度が向上する。

特に、本実施の形態のように、凹部が上段溝１６ａと下段溝１６ｂとからなる段付きの溝１６である場合には、位置決めピン３８を下段溝１６ｂに係合させつつ、上段溝１６ａに樹脂を流し込んで樹脂溜まり２０ｄを形成することができる。そして、この樹脂溜まり２０ｄと、ティース部側の面である前面１１ｙを覆う部分とにより、分割コア１１のヨーク部１１ａが把持されることになる。したがって、図４に示す状態における，分割コア１１とインシュレータ２０との相対的移動が規制されるので、成形後にインシュレータ２０が分割コア１１から剥離し、或いは浮き上がるのを抑制することができる。

特に、溝１６が、ヨーク部１１ａの軸方向に直交する側端面１１ｚと背面１１ｘとが交わる角線のほぼ中央部に設けられていることが、溝１６（凹部）によって磁気性能が悪影響を受けない点で、好ましい。図５に示すように、スロット領域Rslのコイル１２による磁界は図中の矢印のように生じるので、溝１６がほぼヨーク部１１ａの周方向における中央部Rctに設けられていれば、溝１６が磁界と干渉することがないからである。ただし、溝１６の形成位置は、ヨーク部１１ａの軸方向に直交する側端面１１ｚの周方向における中央部に限定されるものではない。

（他の実施の形態）
図６は、上記実施の形態の溝形成位置に関する変形例を示す斜視図である。この変形例では、上段溝１６ａおよび下段溝１６ｂからなる段付きの溝１６が、ヨーク部１１ａの背面１１ｘ，軸方向に直交する側端面１１ｚ，および周方向に直交する側端面１１ｗが交わるコーナーに設けられている。つまり、溝１６は、軸方向に直交する側端面１１ｚの周方向における端部に設けられていることになる。この場合には、溝１６（凹部）によって磁気性能が悪影響を多少受ける可能性はあるが、本発明の基本的な効果である，分割コア１１とインシュレータ２０との相対的位置精度の向上を図ることはできる。

上記実施の形態では、分割コア１１に設けられる凹部が段付きの溝１６である場合について説明したが、溝１６の形状はかかる実施の形態の形状に限定されるものではない。図７（ａ）〜（ｃ）は、溝の形状に関する変形例を示す図である。

図７（ａ）に示す変形例では、凹部である溝１６と位置決めピン３８とが嵌合していて、樹脂溜まりが形成されないことになる。かかる場合にも、位置決めピン３８によってインサート成形時における分割コア１１の位置を固定することにより、分割コア１１とインシュレータ２０との相対的な位置精度の向上を図ることができる。

さらに、図７（ａ）に示す溝形状であっても、いわゆる浮き成形法により、位置決めピン３８が占めていた領域に樹脂溜まりを形成することができる。浮き成形法とは、樹脂が流し込まれるまで位置決めピンにより分割コア１１を固定しておいて、樹脂を流し込みながら位置決めピンを移動させて、溝全体を樹脂で埋める方法である。

図７（ｂ）に示す変形例では、凹部である溝１６の深さが位置決めピン３８の寸法よりも深い場合である。この構造の場合には、凹部である溝１６の形状が段付き溝でなくても、上記浮き成形法を用いることなく、成形時における位置決めピン３８による分割コア１１の移動規制機能と、成形後における樹脂溜まりによるインシュレータの剥離・浮き上がりの防止機能とを発揮することができる。

図７（ｃ）に示す変形例では、段付き状の溝１６において、各角線部が面取りされている。ここでいう面取りされているとは、面と面とが交差する角線部に、斜面または丸みを付けることをいう。したがって、図７（ｃ）においては、各角線部に丸みが付けられているが、斜面をつけてもよい。これにより、樹脂の流れがスムーズになるので、薄肉のインシュレータの形成が容易になる。

上記実施の形態および各変形例では、位置決めピンの形状を角柱としたが、位置決めピンの形状はかかる実施の形態に限定されるものではなく、円柱状，部分円錐状，球状など、他の形状であっても、本発明の効果を発揮することができる。

上記実施の形態では、ヨーク部１１ａに凹部としての溝部１６を設けたが、本発明の凹部は、鍔部１１ｃにおいて上記溝１６に該当する位置に溝等の凹部を設けても、上記実施の形態の基本的な効果を発揮することができる。

上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明のステータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車，ロボットなどに配置されるモータや発電機に利用することができる。

実施の形態におけるステータの概略的な構造を示す断面図である。 実施の形態における分割コアのヨーク部の構造を示す斜視図である。 実施の形態におけるインサート成形時の構造を示す図である。 図１に示すIV-IV線における断面図である。 凹部の形成位置とコイルの磁界との関係を示す断面図である。 溝形成位置に関する変形例を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、溝の形状に関する変形例を示す断面図である。

符号の説明

１０ ステータ
１１ 分割コア
１１ａ ヨーク部
１１ｂ ティース部
１１ｃ 鍔部
１２ コイル
１６ 溝
２０ インシュレータ
２０ａ ヨーク被覆部
２０ｂ ティース被覆部
２０ｃ 鍔被覆部
３１ 下金型
３３ 上金型
３４ 側方金型
３８ 位置決めピン

Claims (6)

1. 磁性材料を主成分として構成され、ヨーク部，ヨーク部から突出したティース部，およびティース部の先端部から側方に拡大した鍔部を有するコアと、
   前記コアの少なくとも一部を覆うように、コアと一体成形されたインシュレータと、
   前記インシュレータの上に巻き付けられたコイル部材と、
   を備えたステータであって、
   前記コアは、前記ヨーク部または鍔部のステータ軸方向に直交する側端面に開口する凹部を有している、ステータ。
2. 請求項１記載のステータにおいて、
   前記凹部は、一体成形における位置決め用ピンと係合可能な凹部である、ステータ。
3. 請求項１または２記載のステータにおいて、
   前記凹部は、前記一体成形用の樹脂で埋められている、ステータ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のステータにおいて、
   前記凹部は、段付き形状である、ステータ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のステータにおいて、
   前記凹部は、前記ヨーク部または鍔部のステータ軸方向に直交する側端面の周方向における中央部に形成されている、ステータ。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のステータにおいて、
   前記凹部のコーナー部は、面取りされている、ステータ。

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