JP2009213311A - 回転電機の固定子用ボビンとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図り構成を簡素にしてコストダウン化を図った回転電機の固定子コイルの提供。
【解決手段】導線６を保持する樹脂製の第１保持部材７と、この第１保持部材７に薄膜体の第２保持部材８を射出成形により接合し結合して保持部材５とする。この保持部材５に銅線等の導体の導線６を巻回して固定子コイル４とする。この固定子コイル４はステータ２のティース３に挿入される。第２保持部材８はフィルム状の合成樹脂薄板材である。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回転電機の固定子用ボビンとその製造方法に関する。更に詳しくは、ステータのティースに挿入される回転電機の固定子用ボビンとその製造方法に関する。

従来から誘導電動機等の回転電機の固定子は、ステータの凸状の部位として設けられるティースに、予め巻回形成された一体のコイルを挿入して形成されている。ティースは、ステータに溝として設けられたスロットの間の凸状の部分である。このコイルは、樹脂で成形された保持部材に導体であるコイルを巻回して形成されているものである。このコイルは、ボビンに電線を巻回するものが一般的に知られている。

最近は、複数の板状の導体を積層にして樹脂で一体化するタイプのものも開示されている（例えば、特許文献１参照）。この文献の技術内容は、導体を２組の直線状導体として絶縁樹脂により一体モールド成形して形成されたものである。又、この特許文献１の技術と同様に、複数の板状の導体を積層したものであるが、占積率を向上させコイルターン間の絶縁とを両立させた固定子及びそれに用いられる部品が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

更に、渡りコイルの設置に関わる技術ではあるが、ステータに直接導線を巻回する例が開示されている。これに関わる技術は、ステータ鉄心のスロット内に直接導線を積層組み込まれた例（例えば、特許文献３参照）や、ステータに各相のコイルを巻き付ける例（例えば、特許文献４，５参照）のものが開示されている。
特開２００１−１７８０５３号公報 特開２００７−２５９５５５号公報 特開平６−２０９５３５号公報 特開２００７−１８１３７２号公報 特許第２９４２１９４号公報

従来から回転電機のステータに固定子コイルを挿入構成のものは公知であるが、個別に構成される固定子コイルは、一般に樹脂等で成形された保持体（ボビンともいう。）に導線を巻回して構成されたものである。この巻回は通常自動で行われる。この固定子コイルが積層体の導線からなる場合は、固定子コイルを構成する積層体が個別にステータのスロットに挿入された後は、ティースの両側の各積層体を同様の積層体でつなぎ、ティースを積層体で巻きつけた構成にして、コイル積層体を得ている。接続コイルで各コイル積層体のコイル端を接続するようになっている。

例えば、１２極３相の回転電機であれば、接続コイルの接続で、同一相の４ヶの固定子コイルが３相形成されることになる。通常コイル巻回のための樹脂保持部材は、成形により一体化して製造されたものであり、導線がこの保持部材に巻回されると、保持部材と一体的に固定子コイルが形成され、独立して構成された形態のものとして個々にステータのティースに挿入される。

この樹脂製の保持部材は、回転電機の形式により大きさや種類、形状等が異なる。この保持部材は、導線が独立して個別にティースに挿入されるものであるが故に必要なものである。またこの保持部材の製造は金型成形で形成されるものであり、大量生産される部材である。例えば、自動車関連分野においては、数の多さに加え、軽量化、コストダウン化が一層強く求められている。

従って、この保持部材といえども、より薄く、加工や組み立て性のよいものでなければならずそのことが要求されている。この保持部材は、絶縁性があり導線を巻回できる機能があればよいので、構成が簡素化されできるだけ薄い構成になっているものが理想である。従来の一体化した樹脂製のものであると、複雑な型構成での射出成形が必要である上に、重量が増し、コストアップにもなっていた。

一方、前述した文献にも開示されているステータに直接巻回させるタイプの回転電機の固定子コイルは、個別の固定子コイルの構成ではないが、組み付け上での不安定性、アンバランスがあり、又組み付け上の工数を多く要し問題が多いことから、当然のことながら大量生産には不向きである。

この固定子コイルは、導線の太さ、厚み、隙間等のばらつきが生じると、回転電機の性能に影響を及ぼし、性能にもばらつきが生じてしまう。これらのことを考慮して、安定し一定の組みつけができる構成の製造法が従来から要求されている。個別の固定子コイルは、組み立て工数の削減を図ることに加え、軽量化且つ大量生産化も更に要求される。

更に、固定子のスロットに固定子コイルの占積率を高めることは、回転電機の高効率化を図ることになる。そのスロットは、固定子コイル、巻線を巻き回す前に電気的に絶縁される必要がある。その手段としては、例えば固定子のティースに導線を担持できるプラスチック製の担体を取り付ける方法、或いは固定子のスロットの上にプラスチック製のプレートを被せる方法が知られている。この担体、プレートが薄い方が、導線の占積率の向上に貢献できる。

本発明はこのような従来の問題点を解決するために創案されたもので、次の目的を達成する。
本発明の目的は、軽量化を図った回転電機の固定子用ボビンとその製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、構成を簡素にして製造性をよくしコストダウン化を図った回転電機の固定子用ボビンとその製造方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、薄い絶縁性、かつ、非磁性体の保持部材からなる回転電機の固定子用ボビンとその製造方法を提供することにある。

本発明は、目的を達成するために次の手段をとる。
発明１の回転電機の固定子用ボビンは、回転電機のステータ（２）のティース（３）に挿入される固定子用ボビン（４）であって、電線が巻回された導線（６）と、導線を保持するためのもので、絶縁体で、かつ非磁性体である合成樹脂製の二つの第１保持部材（７，７）と、及び、二つの第１保持部材に両端が一体に接合され、絶縁体で、かつ非磁性体である薄膜体の第２保持部材（８）とからなる。

発明２の回転電機の固定子用ボビンは、発明１の回転電機の固定子用ボビンにおいて、第２保持部材（８）は、紙、不織布、及び合成樹脂製フィルム状の合成樹脂材から選択される１つであることを特徴とする。
発明３の回転電機の固定子用ボビンは、発明１の回転電機の固定子用ボビンにおいて、第１保持部材（７）と第２保持部材（８）の接合は、射出成形により一体的に接合されたものであることを特徴とする。

発明４の回転電機の固定子用ボビンの製造方法は、発明１の回転電機の固定子用ボビンの製造方法において、所定形状に整形された第２保持部材（８）を射出成形金型にインサートし、射出成形金型を閉じて、第１保持部材（７，７）に対応する区画された空間であるキャビディを形成し、キャビティに熱可塑性合成樹脂を射出して、第１保持部材（７，７）を成形すると同時に、第２保持部材（８）と第１保持部材（７，７）を一体にすることを特徴とする。

発明５の回転電機の固定子用ボビンの製造方法は、発明４の回転電機の固定子用ボビンの製造方法において、第２保持部材（８）は、紙、不織布、及び合成樹脂製フィルム状の合成樹脂材から選択される１つであることを特徴とする。

保持部材を薄膜体の樹脂を使用し接合する樹脂体構成としたので、この保持部材を適用して導線を巻回して構成された回転電機の固定子用ボビンは軽量化されたものとなった。又構成が簡素で大量生産によるコストダウン化ができるものとなった。

本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、模式的に固定子１を示す外観図であるが、この固定子１はステータ２と、このステータ２に設けられるティース３（凸部位）に挿入される固定子コイル４とから構成されている。具体的に、ティース３に固定子コイル４がどのように挿入されるかを図２に模式的に図示している。

本実施の形態においては、固定子コイル４をステータ側に設ける前提で説明するが、ローター側に同様の構成で設けることも可能である。固定子コイル４がティース３に挿入されると、図示していないが各固定子コイル４の端子に接続コイルが取り付けられる。この固定子については、本発明の要旨でないので詳細説明は省略する。

図の固定子コイル４は、導線を複数回巻回したものとして構成されているが、導線自体が板状のものであってもよい。板状の導線の場合は、径方向に沿って積層され、この積層された個々の導線に跨って渡り導線が接続されコイル積層体が構成される。本発明は、このようにティース３に個別に挿入される固定子コイル４に関わるものである。

次に本発明に関わる固定子コイル４の構成について説明するが、先ず本発明の理解を容易にするため、従来構成のコイルを説明する。図９は、従来のコイルで使用される保持部材５０の構成を示している。この保持部材５０は両サイドに鍔部５１を有し、この鍔部５１に挟まれた中央部外周５２に二点鎖線で示す導線５３が巻回されコイルを構成している。この保持部材５０は射出成形により一体的に形成されたものである。

この保持部材５０は成形により可能な限り薄く構成されている。しかし、金型を使用する成形加工で薄くすることは限界があり、ある一定の厚さは確保せざるを得ない。このようなことから金型成形による保持部材は大型、小型モータに関わらずある厚さを有する射出成形部材となっている。この様な従来の構成に対して、本発明はこれらの課題を解決するものである。次に本発明に関わる固定子コイル４を説明する。

図３は、固定子コイル４の保持部材５を示した外観図である。保持部材５は、ボビンとも言う。この保持部材５に導線６を複数回保持部材５上に巻回して固定子コイル４を単独形態で構成する。導線６を二点鎖線で示している。この固定子コイル４は、図２に図示したように、ステータ２の各ティース３に挿入され固定子１を形成する。

このティース３は放射状に設けられその数は、回転電機の性能に関わり、例えば、ティース３の数が１８であれば、１８個の固定子コイル４を挿入できる。これは、３相のモータの固定子として各相用のコイルとして、６個の固定子コイル４を設けることができる。各固定子コイル４間は導線６の端子を介して接続コイルを接続し、この固定子コイル４がティース３に挿入された後のステータ２は固定子１の形態となる。この固定子１は環状体となっていて、ローターに相対し（図示せず）回転電機を構成している。

回転電機の形態は種々あり、固定子コイル４を環状体であるステータ２に放射状に設けられたティース３に挿入されるものであるが、ティース３及びティース３とティース３の間のスロットの形状は問わない。固定子コイル４は、スロットの空間をできるだけ埋め込むことが好ましい。図中は、スロットの一部、つまり、隣接する固定子コイル４と固定子コイル４の間に、隙間が大きく空いているように見える。これは、固定子コイル４をティース３に挿入される概念を示すためのものである。

スロット内の空間を埋め込む込み、スロットに対する固定子コイルの占積率を高めるように、隣接する固定子コイル４と固定子コイル４の間にできるだけ隙間ない構造の固定子コイル４にする。保持部材５は両サイドに設けられる２つの第１保持部材７に第２保持部材８を挟み相互に跨って接合されたものである。この保持部材５は、樹脂体であり、特に第２保持部材８はフィルム状の薄膜の樹脂体とするものである。

この第２保持部材８の材質は、ＰＢＴ（ポリプチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂であり、本実施の形態においては、Ｌ字状に折り曲げた形状としている。この第２保持部材８は、０．０３から０．３ｍｍ厚さのフィルムで、例えば０．１ｍｍ厚さのフィルムを使用する。一体化後にこの保持部材５の外周に導線６を複数回巻回して固定子コイル４を構成する。次にこの保持部材５の成形方法について説明する。

図４は、金型構成を示す断面図で、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。この金型は、第１金型９と第２金型１０で構成されている。第１金型９の型は保持部材５の基本形状をなしている。先ず第１金型９に第２保持部材８としてフィルム状の樹脂体を第１金型９の型内に挿入配置する。第２保持部材８は極めて薄い薄膜体であるので、真空吸着により保持して搬送し第１金型９の型内所定位置に配置する。このフィルムの設置については、第２金型１０で真空吸着保持し配置する方法でもよい。

次に第２金型１０を閉じて第１保持部材７に相当するキャビティ１１を構成する。このとき第２保持部材８の端部１２は、露出しキャビティ１１内に張り出している。このキャビティ１１に第１金型９のゲート１３を介して樹脂を射出する。樹脂は、ＰＢＴ（ポリプチレンテレフタレート）、ＡＢＳ、ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等である。

この樹脂の射出により、溶融した樹脂はキャビティ１１内に流入し同時に第２保持部材８の端部１２に接触し樹脂が固化すると接合する。これにより第１保持部材７と第２保持部材８は一体化し保持部材５となる。第１保持部材７と第２保持部材８は同じ樹脂であるのが好ましい。

キャビティ１１内に射出された樹脂は、若干第２金型１０と第２保持部材８との間の隙間に侵入し、固化した後模様的に第２保持部材８に沿って痕跡１４として張り出す。しかし、この痕跡１４は、保持部材５の機能には何ら影響を及ぼすものでない。このようにして固化すると射出された樹脂は第１保持部材７となり、第２保持部材８と一体化し、図３に示す保持部材５を構成する。

この保持部材５の外周に導線６を複数回巻回して構成して固定子コイル４としたのが図６に示したものである。この例の保持部材５は、片側のみ鍔部１５を有する形態とし、図６に示すように巻回した導線の一方側の側部を支持した固定子コイル４としている。しかし、前述のとおり保持部材５は種々の形態があり、両側に鍔を有する保持部材であってもよいことはいうまでもない。

この固定子コイル４の導線６の巻回は、保持部材５の中央の通し穴１６に支持具を通し（図示せず）支持して行うことが可能であり、保持部材５そのものが柔軟構造の部材であることに不具合はない。この固定子コイル４は、導線６の巻回後、端子１７を外方に突き出す構成にし、他の固定子コイル４との相互間を接続コイルで接続し、前述のように回転電機の特性に応じた配線を行う。

第２保持部材８の材質には、絶縁性のある紙、不織布を用いることができる。この紙や不織布は、一般的に、樹脂の第１保持部材７と射出成形で一体化し、固定されることは困難である。そのため、この紙、不織布の組織又は構造のすき間に、樹脂の繊維を含浸させて、射出成形時に、第１保持部材７との一体固定を図る。この含浸用の繊維は、第１保持部材７の材料と同じものが好ましい。このように、第２保持部材８は絶縁性の薄いものを使用し、その薄い分、スロッド内の導線の占積率を高めることができる。従って高効率の回転電機の提供に寄与する。

本実施の形態として、小型モータ適用の比較的簡素な例を示しているが、この例に限定されないことはいうまでもなく、大型のモータにも適用可能で、種々の形態応じることのできる構成である。図７の例は、他の実施の形態例を示す図で、第１保持部材１８の両サイドの縁部１９を幅広にし、接合範囲を広くして第２保持部材８を接合し、導線巻回部に巻回保持用の導線に合わせた細溝２０を複数設けた例を示した保持部材である。

図８の例は、他の実施の形態例を示す図であるが、第１保持部材２１と第２保持部材８の接合を強化する例で、第１保持部材２１の一部２２を第２保持部材８に沿って接着させ、対向する第１保持部材２１同志を補強のため結合させた保持部材である。

以上、実施の形態を種々説明したが、本発明はこの実施の形態例に限定されないことはいうまでもない。例えば、第１保持部材と第２保持部材とを射出成形により接合することで説明したが、この接合は加熱押圧して接着させる形態の方法であってもよい。

図１は、固定子の構成を模式的に示す外観図である。 図２は、本発明に関わる保持部材をステータに挿入する様子を示した外観図である。 図３は、本発明に関わる保持部材の構成を示す外観図である。 図４は、保持部材を成形する金型構成を示す断面図である。 図５は、図４のＡ−Ａ断面図である。 図６は、本発明に関わる固定子コイルを示す外観図である。 図７は、他の実施の形態を示す例で、外周に細溝を設けた保持部材の部分外観図である。 図８は、他の実施の形態を示す例で、第１保持部材を補強した構成を示す保持部材の部分外観図である。 図９は、従来の保持部材の構成例を示す外観図である。

符号の説明

１…固定子
２…ステータ
３…ティース
４…固定子コイル
５…保持部材
６…導線
７…第１保持部材
８…第２保持部材

Claims (5)

1. 回転電機のステータ（２）のティース（３）に挿入される固定子用ボビン（４）
   であって、
   電線が巻回された導線（６）と、
   前記導線を保持するためのもので、絶縁体で、かつ非磁性体である合成樹脂製の二つの第１保持部材（７，７）と、及び、
   前記二つの前記第１保持部材に両端が一体に接合され、絶縁体で、かつ非磁性体である薄膜体の第２保持部材（８）と
   からなる回転電機の固定子用ボビン。
2. 請求項１に記載された回転電機の固定子用ボビンにおいて、
   前記第２保持部材（８）は、紙、不織布、及び合成樹脂製フィルム状の合成樹脂材から選択される１つである
   ことを特徴とする回転電機の固定子用ボビン。
3. 請求項１に記載された回転電機の固定子用ボビンにおいて、
   前記第１保持部材（７）と第２保持部材（８）の接合は、射出成形により一体的に接合されたものである
   ことを特徴とする回転電機の固定子用ボビン。
4. 請求項１に記載の回転電機の固定子用ボビンの製造方法において、
   所定形状に整形された前記第２保持部材（８）を射出成形金型にインサートし、
   前記射出成形金型を閉じて、前記第１保持部材（７，７）に対応する区画された空間であるキャビディを形成し、
   前記キャビティに熱可塑性合成樹脂を射出して、前記第１保持部材（７，７）を成形すると同時に、前記第２保持部材（８）と前記第１保持部材（７，７）を一体にする
   ことを特徴とする回転電機の固定子用ボビンの製造方法。
5. 請求項４に記載の回転電機の固定子用ボビンの製造方法において、
   前記第２保持部材（８）は、紙、不織布、及び合成樹脂製フィルム状の合成樹脂材から選択される１つである
   ことを特徴とする回転電機の固定子用ボビンの製造方法。

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