JP2009131052A - モールドコイルの製造方法およびモールドコイル、それを用いた固定子および回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】工数が少なく、かつ内包コイルを傷つけることがないモールドコイルとの製造方法を提供する。
【解決手段】モールド下型６とモールド上型８とを用いて空芯コイル３の表面を絶縁性樹脂からなるモールド材をゲート８ｂから注入してモールドするモールドコイルの製造方法において、モールド下型６と空芯コイル３との間に空隙１１を持たせる形状に絶縁性樹脂からなるスペーサ２を予め成形し、このスペーサ２を空芯コイル３の空芯部に挿入した状態になるようにスペーサ２と空芯コイル３とをモールド型６、８のキャビティ内にセットし、モールド材をキャビティ内に充填するようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、モールドコイルの製造方法およびモールドコイル、それを用いた固定子および回転電機に関し、特に、工数が少なく、かつ内包コイルを傷つけることのないモールドコイルの製造方法に関する。

回転電機には、モータと発電機があるが、以下では代表としてモータについて説明することとし、発電機については原則モータと同様な構成で実現できるので、発電機についての説明は割愛する。
図７は本発明が対象とするモータの側断面図である。図７において、１０１は固定子鉄心であり、その磁極歯部分にはコイル１０２が巻装されている。１０３はフレームであり、固定子鉄心１０１の外周部と固着されている。１０５は回転子であり、シャフト１０４に固着されており、その固定子鉄心１０１内周部と対向する外周面には、マグネット１０６が固着されている。シャフト１０４はベアリング１０７とフランジ１０８を介して、フレーム１０３にモータ軸方向に回転自在に接続されている。
また、コイル１０２の周囲には、コイル１０２と固定子鉄心１０１の固着を行うため、モールド材として絶縁性樹脂１０９が充填されている。
この絶縁性樹脂１０９は、図８に示すように、固定子鉄心ティース部１０１ａにコイル１０２を装着したのち、固定子鉄心ヨーク部１０１ｂと組み合わせた後、固定子鉄心全体を固着するように充填される（例えば 特許文献１）。
また、固定子鉄心をティース部とヨーク部に分割するのではなく、極歯単位に略Ｔ字状に分割したものもある（例えば 特許文献２）。特許文献２記載の固定子鉄心の場合もティース部にコイルを巻回したのち、所定数だけ分割鉄心を組み合わせた後、固定子鉄心全体をモールドすることが多い。
このように、従来のモータは、固定子鉄心全体をモールドすることで、コイルと固定子鉄心間の固着およびコイルから固定子コアへの放熱を確保している。
しかし、従来の方法では、分割固定子鉄心を組み合わせる際にティース部に装着したコイル表面に傷がつく可能性があった。
そこで、コイルをティ−ス部に巻回するのではなく、あらかじめモールドしたコイルを用いる方法もあった（例えば特許文献３）。

特許文献３記載のモールドコイルの製作方法を図９と図１０を用いて説明する。
なお、符号については、図８と同一なものについては説明を省略する。
まず、図示しない巻枠にエナメル線を巻回することにより、コイル１０２を形成する。エナメル線には、予めアルコールや熱で加工することにより束ねたときに融着して一体化する自己融着型の導線が用いられている。
そして、図示していない治具により、その形状を一定に成形する作業を行う。
その後、通電加熱や熱風加熱をコイル１０２に行うことにより、重なり合う自己融着線を互いに融着させてコイル１０２を固化させる。
そして、紐取付工程が行われる。紐取付工程では、図９に示すように、コイル１０２の巻線部分にコイル１０２の巻線方向と直交する方向に紐１１０を巻回する作業が行われる。紐１１０は、モールド１０９の射出・硬化に必要な温度とコイルの耐熱保証温度にも耐えることができる耐熱性と絶縁性を備えた材質によって構成されており、ほぼ一定の太さを有している。紐１１０は、コイル１０２を覆うモールド１０９の厚さを均一にしたい箇所に巻き付けられ、両端を結紐している。
その後、モールド工程が行われる。モールド工程では、図１０に示すように、モールド型１１１内に上記コイル１０２を挿入して絶縁性樹脂（モールド材）１０９を充填する作業が行われる。モールド型１１１は、相対的に上下移動して接離する上型１１２と下型１１３を有しており、上型１１２には、コイル１０２を挿入可能な矩形環状形状の凹陥部１１２ａが設けられ、下型１１３は、上型１１２との協働により凹陥部１１２ａを閉塞してモールド型１１１内にキャビティを形成するように構成されている。コイル１０２に巻回された紐１１０により、キャビティ内に配置されたコイル１０２と上型１１２および下型１１３の間に、紐１１０の太さと等しい空隙ｔが形成されている。
この状態で、キャビティ内に絶縁性樹脂（モールド材）１０９を注入すると、絶縁性樹脂１０９がコイル１０２全体を包み込む。
絶縁性樹脂１０９が硬化した後、モールド型１１１をばらすとモールドコイルが完成する。
特許第３６６０５３２公報（図４） 特開平０７−２９８５２２公報（図２） 特開２００５−９３８７９公報（図３、図４）

以上のように、特許文献３記載のモールドコイルを製作する工程においては、モールド型とコイルの間隔を確保するために、コイルに紐を複数結紐する必要があり、これには工数がかかるという問題があった。
また、それ以上に、結紐時にコイルを傷つける恐れがあるという問題もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、工数が少なく、かつ内包コイルを傷つけることがないモールドコイルの製造方法およびそのモールドコイル、それを用いた回転子および回転電機を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載のモールドコイルの製造方法の発明は、モールド型を用いて空芯コイルの表面を絶縁性樹脂からなるモールド材でモールドするモールドコイルの製造方法において、絶縁性樹脂からなるスペーサを前記モールド型と前記空芯コイルの間に空隙を持たせる形状に予め成形し、前記スペーサが前記空芯コイルの空芯部に挿入された状態になるように前記スペーサと前記空芯コイルとを前記モールド型のキャビティ内にセットし、前記モールド材を前記キャビティ内に充填することにより、前記空芯コイルを前記スペーサと前記モールド材とで含包させることを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のモールドコイルの製造方法において、前記スペーサが基部と前記基部から垂直上方に延びる筒部とから成る形状であることを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項２記載のモールドコイルの製造方法において、前記スペーサの筒部の厚みを、前記筒部の前記基部に接する部位の厚みが前記空芯コイルの空芯部のモールド材の厚みに等しく、他の部位は前記厚みよりも薄くしたことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項３記載のモールドコイルの製造方法において、前記スペーサの筒部の厚みを、前記基部に接する部位から上方端部に向かうにしたがって前記厚みから徐々に薄くしたことを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載のモールドコイルの製造方法において、前記スペーサの熱変形温度が、前記モールド材の充填時の温度よりも高いことを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載のモールドコイルの製造方法において、前記スペーサおよび前記モールド材がともに、絶縁性のフィラーと熱可塑性マトリックス樹脂からなることを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項６記載のモールドコイルの製造方法において、前記スペーサおよび前記モールド材の前記熱可塑性マトリックス樹脂は同一であることを特徴としている。

請求項８記載のモールドコイルの発明は、絶縁性樹脂からなるモールド材と絶縁性樹脂からなるスペーサとで空芯コイルの表面が覆われたモールドコイルであって、前記スペーサが基部と前記基部から垂直上方に延びる筒部とから成り、かつ前記筒部の最大厚みの部位が前記空芯コイルの空芯部のモールド材の厚みに等しいことを特徴としている。
請求項９記載の発明は、請求項８記載のモールドコイルにおいて、前記スペーサの筒部の厚みが、前記基部に接する部位が最大でそこから上方端部に向かうにしたがって前記厚みから徐々に薄くなるものであることを特徴としている。
請求項１０記載の発明は、請求項８又は９記載のモールドコイルにおいて、前記スペーサの熱変形温度が、前記モールド材の充填時の温度よりも高いことを特徴としている。
請求項１１記載の発明は、請求項８〜１０のいずれか１項記載のモールドコイルにおいて、前記スペーサおよび前記モールド材はともに、絶縁性のフィラーと熱可塑性マトリックス樹脂からなることを特徴としている。
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のモールドコイルにおいて、前記スペーサおよび前記モールド材の前記熱可塑性マトリックス樹脂は同一であることを特徴としている。
請求項１３記載の固定子の発明は、モールドしたコイルを巻装した固定子鉄心を有する固定子において、前記コイルが請求項８〜１２のいずれか１項記載のモールドコイルであることを特徴としている。
請求項１４記載の回転電機の発明は、円筒状内部空間のある固定子鉄心を有する固定子と、前記円筒状内部空間の内周部と対向する外周面にマグネットが固着された回転子と、を備えた回転電機において、前記固定子が請求項１３記載の固定子であることを特徴としている。

請求項１記載の発明によると、コイルのモールド時には前工程として、空芯コイルにスペーサを挿入するだけでよいので、工数が削減でき、生産性が向上するとともに、コイル表面を傷つける恐れが減少し、回転電機の信頼性も向上する。
また、請求項２記載の発明によると、スペーサが基部と筒部とから成るので、空芯コイルにスペーサを挿入する場合に基部がストッパとなるため挿入し易くなる。
また、請求項３および８記載の発明によると、筒部の基部に接する部位の厚みが最も厚く、他の部位はその厚みよりも薄くしたので、空芯コイルにスペーサを挿入する際にスペーサの筒部でコイル表面を傷つける恐れが少なくなる。
また、請求項４および９記載の発明によると、筒部の基部に接する部位から上方端部に向かうにしたがって徐々に薄くしたので、空芯コイルにスペーサを挿入する際にスペーサの筒部でコイル表面を傷つける恐れがさらに低くなる。
また、請求項５および１０記載の発明によると、モールド材充填時に、スペーサが変形することがないので、成形コイルの寸法精度が向上する。
また、請求項６および１１記載の発明によると、モールドコイルを分解する際に熱を加えることで、容易にエナメル線とスペーサおよびモールドを形成していた樹脂部に分離することができ、リサイクル性に優れる。
また、請求項７および１２記載の発明によると、スペーサおよびモールドのマトリックス樹脂が同一であるので、リサイクル時に単一の樹脂材として取り出すことができるため、さらにリサイクル性が向上する。
また、請求項１３記載の発明によると、生産性が良く、信頼性が高くさらにリサイクル性に優れた回転電機用の固定子を得ることができる。
また、請求項１４記載の発明によると、生産性が良く、信頼性が高くさらにリサイクル性に優れた回転電機を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下では、モールドコイルの製造方法について述べる。モールドコイルについては、以下説明する製造方法により製造することで得られるので、説明を割愛する。

図１は本発明の実施例１に係る製造方法により製造したモールドコイルの斜視図、図２はモールドコイルの長手方向中央部コイルの巻回方向に対して直角方向の断面図、図３はモールド前のコイルの斜視図、図４はスペーサの斜視図、図５はコイル位置決め時の金型の断面を示す断面図、図６はモールド材充填時の金型の断面を示す断面図である。
図１〜図６において、１（図１、図２）はモールドコイル、２（図１、図２、図４、図６）はスペーサ、３（図２、図３、図５、図６）はコイル、４（図１、図３）は自己融着エナメル線、５（図１、図２）はモールド材、６（図５、図６）は下型、７（図５）は位置決め型、８（図６）は上型、９（図６）はスライド型、１０（図６）はアンギュラピンである。
まず、図示しない巻枠に自己融着エナメル線４を巻回し、図３に示すような、自己融着エナメル線４の巻回方向に対して、直角断面が中心部に長方形の空間部を有し、外形が概、台形状のコイル３を形成する。この場合、自己融着層として、アルコール融着性のものを用いてもよいし、加熱融着性のものを用いてもよい。
また、自己融着エナメル線４を巻回しながら、同時に融着を行ってもよいし、エナメル線を巻回後、図示しない成形型でコイル３を成型しながら融着を行ってもよい。
次に、コイル３の空芯部に、コイル３の外形断面の台形短辺側から、図４に示すようなコイルの空芯部およびコイルの片側側面に接するように、かつ、モールド型とコイルの間に空隙を持たせる形状のスペーサ２を、コイル３の空芯部に挿入する。このスペーサ２は、絶縁性のフィラーと熱可塑性マトリックス樹脂、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）からなっており、あらかじめ、射出成型等の手法により成型されている。また、スペーサ２の熱可塑性マトリックス樹脂は、後述するモールド材５と共通であることが好ましい。
また、フィラーの配合比を上げ、スペーサ２の熱変形温度（ＪＩＳ Ｋ６９１１に基づいて測られる荷重撓み温度）を、モールド材５の充填時の温度よりも高くすることが好ましい。

次に、図５に示すように、スペーサ２の内面に接するように設けられている凸部６aをガイドとして、コイル３とスペーサ２とを下型６に挿入する。上記では、予め、コイル３とスペーサ２とを組み立て、下型６に挿入する方法を記述したが、下型６に、スペーサ２、コイル３の順で挿入してもよい。
次に、下型６の凸部６ａと干渉しないための凹部７ａを備えた位置決め型７を、図５において上方より、コイル３とスペーサ２の寸法から算出される位置までコイル３の上に降下させ、コイル３とスペーサ２の垂直方向の位置を決める。なお、下型６と位置決め型７の水平および垂直相対位置は、下型６と位置決め型７それぞれを保持する図示しないプレス装置により決められている。
次に、位置決め型７を取り去り、替わりに図６に示すように、下型６に設けられた凸部６ａと嵌合するようになっている凹部８ａとおよびモールド材５を注入するゲート８ｂとを備えた上型８を図６の上方から所定位置まで降下させる。また、水平方向からは、上型に固着されたアンギュラピン１０の作用により、スライド型９が所定の位置まで移動する。図６では、左右方向のスライド型９、アンギュラピン１０しか図示していないが、紙面に対して手前側および奥側にも設けられており、四方からスペーサ２およびコイル３を囲うように構成されている。
上型８は、図示しない射出成形装置により、下型６との相対位置が決められている。また、スライド型は、図示しない摺動部材を介して下型６に固定されている。また、プレス装置と射出成形装置を一体とし、位置決め型７と上型８の入れ替えを自動化することもできる。
さらに、下型６、上型８、スライド型９には、必要に応じて、型の温度を保つ加温装置および温度センサを埋め込んでもよい。
図７に示した状態に、下型６、上型８、スライド型９でスペーサ２およびコイル３を囲うと、コイル３のスペーサ２に接していない面には、金型との間に空隙１１が形成される。この状態で、射出成形装置から供給される絶縁性のフィラーと熱可塑性マトリックス樹脂からなるモールド材５をゲート８ｂより充填する。
充填後はモールド材５が硬化するのを待つ。
モールド材５が硬化した後、金型を開き、ゲートカットすると、モールドコイル１が完成する。
このように、コイルのモールド時に、前工程として、空芯コイルに本発明に係るスペーサを挿入するだけでよいので、工数が削減でき、生産性が向上するとともに、コイル表面を傷つける恐れが減少する。そして、スペーサを基部と筒部とから構成するので、空芯コイルにスペーサを挿入する場合に基部がストッパとなるため挿入し易くなり、さらに、その筒部の基部に接する部位を厚みが最も厚くし、その部位から上方端部に向かうにしたがって徐々に薄くしたので、空芯コイルにスペーサを挿入する際にスペーサの筒部でコイル表面を傷つける恐れが低くなる。
また、スペーサの熱変形温度をモールド材の充填時の温度よりも高いものにすることで、モールド材充填時に、スペーサが変形することがなくなる。
そして、そのスペーサおよびモールド材をともに絶縁性のフィラーと熱可塑性マトリックス樹脂からなるものとすることで、モールドコイルを分解する際に熱を加えることで容易にエナメル線とスペーサおよびモールドを形成していた樹脂部に分離することができるようになる。
さらに、スペーサおよびモールド材の熱可塑性マトリックス樹脂を同一とすることで、リサイクル時に単一の樹脂材として取り出すことができるため、リサイクル性が向上する。

以上のことから判るように、本発明に係るモールドコイルが特許文献３記載のモールドコイルと異なる部分は、空芯コイルの空芯部およびコイルの片側側面に接するように、かつ、モールド型とコイルの間に空隙を持たせる形状に予め成形された絶縁性樹脂からなるスペーサを用いる点である。
このスペーサを空芯コイルの空芯部に挿入し、空芯コイルとスペーサとをモールド型のキャビティ内にセットし、スペーサでできるキャビティ内の隙間に、絶縁性樹脂からなるモールド材を充填することにより、コイルのモールド時には前工程として空芯コイルにスペーサを挿入するだけでよいので、工数が削減でき、生産性が向上するとともに、コイルとスペーサとの接する部分がないのでスペーサがコイル表面を傷つける恐れが減少し、回転電機の信頼性を向上させるモールドコイルが得られる。

本発明の製造方法により製造したモールドコイルの斜視図である。 本発明のモールドコイルの長手方向中央部コイルの巻回方向に対して直角の断面図である。 モールド前のコイルの斜視図である。 スペーサの斜視図である。 コイル位置決め時の金型の断面を示す断面図である。 モールド材充填時の金型の断面を示す断面図である。 モータの側断面図である。 従来の固定子を組み立てて製造する方法を説明する図である。 従来のモールドコイル製造工程における結紐工程を説明する図である。 従来のモールド材充填時の金型の断面を示す断面図である。

符号の説明

１ モールドコイル
２ スペーサ
３ コイル
４ 自己融着エナメル線
５ モールド材
６ 下型
６ａ 凸部
７ 位置決め型
７ａ 凹部
８ 上型
８ａ 凹部
８ｂ ゲート
９ スライド型
１０ アンギュラピン
１１ 空隙
１０１ 固定子鉄心
１０１ａ 固定子鉄心ティース部
１０１ｂ 固定子鉄心ヨーク部
１０２ コイル
１０３ フレーム
１０４ シャフト
１０５ 回転子
１０６ マグネット
１０７ ベアリング
１０８ フランジ
１０９ 絶縁性樹脂（モールド材）
１１０ 紐
１１１ モールド型
１１２ 上型
１１２ａ 環状形状凹陥部
１１３ 下型

Claims (14)

1. モールド型を用いて空芯コイルの表面を絶縁性樹脂からなるモールド材でモールドするモールドコイルの製造方法において、
   絶縁性樹脂からなるスペーサを前記モールド型と前記空芯コイルの間に空隙を持たせる形状に予め成形し、
   前記スペーサが前記空芯コイルの空芯部に挿入された状態になるように前記スペーサと前記空芯コイルとを前記モールド型のキャビティ内にセットし、
   前記モールド材を前記キャビティ内に充填することにより、
   前記空芯コイルを前記スペーサと前記モールド材とで含包させることを特徴とするモールドコイルの製造方法。
2. 前記スペーサが基部と前記基部から垂直上方に延びる筒部とから成る形状であることを特徴とする請求項１記載のモールドコイルの製造方法。
3. 前記スペーサの筒部の厚みを、前記筒部の前記基部に接する部位の厚みが前記空芯コイルの空芯部のモールド材の厚みに等しく、他の部位は前記厚みよりも薄くしたことを特徴とする請求項２記載のモールドコイルの製造方法。
4. 前記スペーサの筒部の厚みを、前記基部に接する部位から上方端部に向かうにしたがって前記厚みから徐々に薄くしたことを特徴とする請求項３記載のモールドコイルの製造方法。
5. 前記スペーサの熱変形温度が、前記モールド材の充填時の温度よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のモールドコイルの製造方法。
6. 前記スペーサおよび前記モールド材はともに、絶縁性のフィラーと熱可塑性マトリックス樹脂からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のモールドコイルの製造方法。
7. 前記スペーサおよび前記モールド材の前記熱可塑性マトリックス樹脂は同一であることを特徴とする請求項６記載のモールドコイルの製造方法。
8. 絶縁性樹脂からなるモールド材と絶縁性樹脂からなるスペーサとで空芯コイルの表面が覆われたモールドコイルであって、前記スペーサが基部と前記基部から垂直上方に延びる筒部とから成り、かつ前記筒部の最大厚みの部位が前記空芯コイルの空芯部のモールド材の厚みに等しいことを特徴とするモールドコイル。
9. 前記スペーサの筒部の厚みが、前記基部に接する部位が最大でそこから上方端部に向かうにしたがって前記厚みから徐々に薄くなるものであることを特徴とする請求項８記載のモールドコイル。
10. 前記スペーサの熱変形温度が、前記モールド材の充填時の温度よりも高いことを特徴とする請求項８又は９記載のモールドコイル。
11. 前記スペーサおよび前記モールド材はともに、絶縁性のフィラーと熱可塑性マトリックス樹脂からなることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項記載のモールドコイル。
12. 前記スペーサおよび前記モールド材の前記熱可塑性マトリックス樹脂は同一であることを特徴とする請求項１１記載のモールドコイル。
13. モールドしたコイルを巻装した固定子鉄心を有する固定子において、前記コイルが請求項８〜１２のいずれか１項記載のモールドコイルであることを特徴とする固定子。
14. 円筒状内部空間のある固定子鉄心を有する固定子と、前記円筒状内部空間の内周部と対向する外周面にマグネットが固着された回転子と、を備えた回転電機において、前記固定子が請求項１３記載の固定子であることを特徴とする回転電機。

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