JP2009290955A - モールドコイル及びモールドコイルの製造方法、モールドコイルを用いてなるステータ - Google Patents

Abstract

【課題】リング状に配置された各コアに嵌め込まれることでステータを構成するモールドコイルにおいて、コイル自体を用いてコアからの抜け防止を図ることができると共に、ステータとバスバーとの接続を容易にすることができるモールドコイル及びモールドコイルの製造方法、該モールドコイルを用いてなるステータの提供を課題とする。
【解決手段】コイル２１表面が樹脂モールドされてなるモールドコイル２０であって、モールドコイル２０の一方のコイルエンド外側端面２２ａにはコア１０からの抜けを防止する抜け止めリング３００を嵌め込むための嵌合用凹部２２ｂを形成し、他方のコイルエンド外側端面２２ｃにはリング状のバスバーフォルダ４００を嵌め込むための嵌合用凹部２２ｄを形成してある。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コイルの表面が樹脂モールドされてなるモールドコイル及びモールドコイルの製造方法、該モールドコイルを用いてなるステータに関する。

従来、コアに嵌め込まれたコイルの抜けを防止することができるステータとしては、例えば下記特許文献１がある。特許文献１に示すモータまたは発電機のコイル巻線構造は、モータまたは発電機のコイル占積率を高めることができ、また突極部からのコイルの抜けを簡単に防止することができるメリットがある。
特開２００４−９６８２０号公報

しかしながら上記特許文献１で示すモータまたは発電機のコイル巻線構造は、突極部につば部を設けることで突極部からのコイルの抜けを防止することができるものであり、コイル自体を用いて抜け防止を図ることができるものではなかった。

そこで本発明は上記従来における問題点を解決し、リング状に配置された各コアに嵌め込まれることでステータを構成するモールドコイルにおいて、コイル自体を用いてコアからの抜け防止を図ることができると共に、ステータとバスバーとの接続を容易にすることができるモールドコイル及びモールドコイルの製造方法、該モールドコイルを用いてなるステータの提供を課題とする。

本発明のモールドコイルは、コイルの表面が樹脂モールドされてなるモールドコイルであって、樹脂を施した一方のコイルエンド外側端面には、コアからの抜けを防止する抜け止めリングを嵌め込むための嵌合用凹部を形成し、樹脂を施した他方のコイルエンド外側端面には、リング状のバスバーフォルダを嵌め込むための嵌合用凹部を形成してあることを第１の特徴としている。

上記本発明の第１の特徴によれば、コイルの表面が樹脂モールドされてなるモールドコイルであって、樹脂を施した一方のコイルエンド外側端面には、コアからの抜けを防止する抜け止めリングを嵌め込むための嵌合用凹部を形成してある構成としてあることから、樹脂を施した一方のコイルエンド外側端面に抜け止めリングを確実に嵌め込むことができる。また樹脂を施した他方のコイルエンド外側端面には、リング状のバスバーフォルダを嵌め込むための嵌合用凹部を形成してある構成としてあることから、樹脂を施した他方のコイルエンド外側端面に確実にリング状のバスバーフォルダを嵌め込むことができる。

また本発明のステータは、上記第１の特徴に記載のモールドコイルが、リング状に配置された各コアのティース部に嵌め込まれてリング状を構成しており、該モールドコイルの一方のコイルエンド外側端面の各嵌合用凹部に抜け止めリングが嵌め込まれ、他方のコイルエンド外側端面の各嵌合用凹部にリング状のバスバーフォルダが嵌め込まれてあることを第２の特徴としている。

上記本発明の第２の特徴によれば、第１の特徴に記載のモールドコイルが、リング状に配置された各コアのティース部に嵌め込まれてリング状を構成しており、該モールドコイルの一方のコイルエンド外側端面の各嵌合用凹部に抜け止めリングが嵌め込まれ、他方のコイルエンド外側端面の各嵌合用凹部にリング状のバスバーフォルダが嵌め込まれてある構成としてあることから、一方のコイルエンド外側端面の各嵌合用凹部に抜け止めリングが嵌め込まれることで、リング状を構成するモールドコイルが抜け止めリングにより一体的に固定される。よって各モールドコイルの各コアからの抜けを一体的に防止することができる。また他方のコイルエンド外側端面にリング状のバスバーフォルダが嵌め込まれることで、ステータとバスバーとの接続を容易且つ確実に行うことができる。

また本発明のステータは、上記本発明の第２の特徴に加えて、コアは、分割ステータコアであることを第３の特徴としている。

上記本発明の第３の特徴によれば、上記本発明の第２の特徴による作用効果に加えて、コアは、分割ステータコアである構成としてあることから、ステータを構成するコアが分割されることで、製造工程を細分化することができ、製造効率のよいステータとすることができる。

また本発明のモールドコイルの製造方法は、コイルを配置した成形型内に樹脂を注入することで、コイルの表面が樹脂モールドされてなるモールドコイルを製造する方法であって、少なくともコイルを金型に配置するコイル配置工程と、金型内に配置されたコイルの表面に樹脂を注入する樹脂注入工程とを有し、樹脂注入工程において樹脂を施す際に、一方のコイルエンド外側端面には、コアからの抜けを防止する抜け止めリングを嵌め込むための嵌合用凹部を形成し、他方のコイルエンド外側端面には、リング状のバスバーフォルダを嵌め込むための嵌合用凹部を形成することを第４の特徴としている。

上記本発明の第４の特徴によれば、コイルを配置した成形型内に樹脂を注入することで、コイルの表面が樹脂モールドされてなるモールドコイルを製造する方法であって、少なくともコイルを金型に配置するコイル配置工程と、金型内に配置されたコイルの表面に樹脂を注入する樹脂注入工程とを有する構成としてあることから、コイル配置工程によりコイルを確実に金型に配置することができる。また樹脂注入工程によりコイルの表面に確実に樹脂を注入しモールドすることができる。
また樹脂注入工程において樹脂を施す際に、一方のコイルエンド外側端面には、コアからの抜けを防止する抜け止めリングを嵌め込むための嵌合用凹部を形成し、他方のコイルエンド外側端面には、リング状のバスバーフォルダを嵌め込むための嵌合用凹部を形成する構成としてあることから、樹脂注入工程において樹脂を注入することで、一方のコイルエンド外側端面には、コアからの抜けを防止する抜け止めリングを嵌め込むための嵌合用凹部を形成することができ、他方のコイルエンド外側端面には、リング状のバスバーフォルダを嵌め込むための嵌合用凹部を形成することができる。

本発明のモールドコイル及びモールドコイルの製造方法、該モールドコイルを用いたステータによれば、リング状に配置された各コアに嵌め込まれることでステータを構成するモールドコイルにおいて、コイル自体を用いてコアからの抜け防止を図ることができると共に、ステータとバスバーとの接続を容易にすることができるモールドコイル及びモールドコイルの製造方法、該モールドコイルを用いてなるステータを提供することができる。

以下の図面を参照して、本発明の実施形態に係るステータを説明し、本発明の理解に供する。しかし、以下の説明は本発明の実施形態であって、特許請求の範囲に記載の内容を限定するものではない。

図１は本発明の実施形態に係るステータと該ステータに嵌め込まれる抜け止めリング及びバスバーフォルダとを示す全体斜視図である。図２は図１の部分拡大図で、（ａ）はモールドコイルと抜け止めリングとバスバーフォルダとが一体化された状態を示し、（ｂ）は（ａ）の分解斜視図である。図３は本発明の実施形態に係るモールドコイルの配置工程を説明する図で、コイルを金型に配置する状態を示す。図４は本発明の実施形態に係るモールドコイルの配置工程を説明する図で、（ａ）はコイルとコイル型と下型とを嵌め合わせた状態を示し、（ｂ）は全ての金型を嵌め合わせた状態を示す。図５は図４（ｂ）の縦断面図である。

まず図１、図２を参照して、本発明の実施形態に係るステータ１を説明する。

図１、図２を参照して、本発明の実施形態に係るステータ１は、モータの分割ステータであり、側面同士で当接されリング状に配置された複数の分割ステータ１００と締結リング２００とから構成される。またステータ１は、その下部に図１に示す抜け止めリング３００が嵌め込まれ、その上部に図１に示すバスバーフォルダ４００が嵌め込まれる。

前記分割ステータ１００は、ステータ１を構成する分割ステータであり、図１に示すように、コア１０と、モールドコイル２０とから構成される。

前記コア１０は、分割ステータコアである。このコア１０は、図２に示すように、通常の分割ステータのステータコアと同様に、ヨーク部１１と、ティース部１２とから構成され、その外形を略Ｔ字状としてある。またティース部１２はステータ１が構成された状態で、図１には詳細には図示していないロータの外周面に配置された永久磁石と対向配置されるようになっている。このコア１０は、図１、図２に示すように、複数枚の薄い電磁鋼板を積層して形成されている。このようにコア１０として電磁鋼板を用いることで、電磁鋼板は鋼板を打ち抜くことで容易に製造することができることから、ステータ１の製造効率を向上させることができる。

なおコア１０としては、必ずしも電磁鋼板を用いる必要はなく、モータのコアとして用いられるものであれば如何なるものであってもよい。例えば圧粉磁心を用いることができる。形状自由度が高く、熱伝導率が高い圧粉磁心を用いることで、ステータ１の製造効率及び放熱性を向上させることができる。また圧粉磁心は衝撃荷重をかけることで容易に破壊できるため、リサイクル可能なコスト面に配慮したステータ１とすることができる。
またコア１０は、必ずしもモータの分割ステータコアである必要はなく、トランス、リアクトル等各種発電機のコアとしてもよい。

前記モールドコイル２０は、コイルの表面が樹脂モールドされたコイルであり、図２に示すようにコイル２１と、樹脂２２とから構成される。

前記コイル２１は、平角線のエッジワイズ巻きコイルである。また図２に詳細には図示されていないが、コイル２１を構成する平角線はコイル軸方向に密着されている。このような構成とすることで、隣接する平角線に隙間が空くことがない。よって平角線同士の熱伝導を向上させることができる。従って、ステータ１の放熱性を向上させることができる。

なおコイル２１を構成する平角線は、例えば銅、アルミ、銀、金、これらの合金等、線材として通常用いられるものであれば如何なるものであってもよい。また平角線は、複数本の素線で構成される集合線でも、１本の素線で構成されるものでも何れであってもよい。また必ずしも平角線である必要はなく、丸線、六角線、矩形線等コイルを構成する線材として通常用いられるものであれば、その形状、材質、導径等は適宜変更可能である。

前記樹脂２２は、コイル２１の表面をモールドするためのものである。
図２に詳しくは図示されていないが、コイル端子２１ａとロータ側端面２１ｂとを除くコイル２１の表面が樹脂２２でモールドされている。このような構成とすることで、まずコイル端子２１ａとロータ側端面２１ｂとを除くコイル表面と樹脂２２との間に隙間を生じることがない。よってコイル１０に発生した熱は、コイル１０から空気層を経ることなく密着した樹脂２２を経て速やかに外方に熱伝導し、放熱していくことができる。よってステータ１の放熱性を向上させることができる。

またコイルサイドの外側端面２１ｃが樹脂モールドされることで、隣接するコイル２１間の絶縁を確実に行うことができる。またコア１０と当接せず、樹脂モールドする必要のないコイル端子２１ａとロータ側端面２１ｂとをコイル露出部分とすることで、樹脂２２の使用量を抑制することができ、コスト面に配慮したステータ１とすることができる。勿論、樹脂２２でモールドされたコイル２１は、外部からの損傷から保護される。
またコイル２１に寸法ばらつきがある場合等、コイル表面に凹凸が生じている場合でも、コイル表面の形状に沿って樹脂２２が満遍なく広がることで、コイル表面の寸法ばらつきを吸収することができる。従って放熱性のよいステータ１とすることができる。

また図２に示すように、モールドコイル２０において２面ある樹脂を施したコイルエンド外側端面のうち、下方のコイルエンド外側端面２２ａには、抜け止めリング３００を嵌め込むための嵌合用凹部２２ｂを形成している。また他方のコイル端子２１ａ側となるコイルエンド外側端面２２ｃには、バスバーフォルダ４００を嵌め込むための嵌合用凹部２２ｄを形成している。

このような構成とすることで、図１に示すように、リング状に配置された複数個のコア１０のそれぞれにモールドコイル２０を嵌め込みステータ１を構成することで、同時に嵌合用凹部２２ｂ、２２ｄをリング状に配置させることができる。よって図１、図２に示すように、リング状に配置された嵌合用凹部２２ｂに後述するリング状の抜け止めリング３００を嵌め込むだけで、抜け止めリング３００をステータ１に容易且つ確実に取り付けることができる。更に後述するリング状のバスバーフォルダ４００を嵌合凹部２２ｄに嵌め込むだけで、別途部品を設けることなくバスバーフォルダ４００をステータ１に容易且つ確実に取り付けることができる。
よって複数個のコア１０に嵌め込んである各モールドコイル２０を１部材からなる抜け止めリング３００及びリング状のバスバーフォルダ４００でステータ１の上下から一体的に固定することができる。よって各モールドコイル２０の各コア１０からの抜けを一体的に防止することができる。

なお嵌合用凹部２２ｂ、２２ｄの形状や数は本実施例のものに限るものではなく、適宜変更可能である。
またコイル２１の表面をモールドする樹脂２２の厚みは、印加電圧や結線方式に応じた線間電圧に対する絶縁を満たす必要があると共に、占積率、放熱性を考慮すれば、少なくとも０．１５ｍｍ以上であることが望ましい。更にモールドコイル２０の内周は、ティース部１２の外周よりも大きいものであることが必要である。

樹脂２２としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等、モールド樹脂として通常使用されるものであれば如何なるものであってもよい。
また本実施例においては、ロータ側端面２１ｂを樹脂２２でモールドしない構成としてあるが、勿論、樹脂２２でモールドする構成であってもよい。なお、その場合はステータ１の放熱性を考慮して、分割ステータ１００のロータ側端面２１ｂが面一となるようにモールドすることが望ましい。

前記締結リング２００は、図１に示すように、側面同士で当接した状態でリング状に配置された複数の分割ステータ１００を焼きバメにより一体化するためのリングである。締結リング２００の形状、材質等は、焼きバメに使用されるリングとして通常用いられるものであれば如何なるものであってもよい。

前記抜け止めリング３００は、ステータ１に嵌め込まれることで、モールドコイル２０のコア１０からの抜けを防止するためのものである。この抜け止めリング３００には、図１、図２に示すように、その上部端面に嵌合用凹部２２ｂと同一形状、同一個数の凸部３１０が設けられている。
このような構成とすることで、凸部３１０を嵌合用凹部２２ｂに嵌め込むだけで抜け止めリング３００をステータ１に容易且つ確実に接続させることができる。よって複数個のコア１０に嵌め込んである各モールドコイル２０を１部材からなるリング状の抜け止めリング３００で一体的に固定することができる。よって各モールドコイル２０の各コア１０からの抜けを防止することができる。
なお凸部３１０の形状や数は本実施例のものに限るものではなく、嵌合用凹部２２ｂの形状に合わせて適宜変更可能である。

前記バスバーフォルダ４００は、モールドコイル２０のコア１０からの抜けを防止すると共に、図示していないバスバーを取り付けるためのものである。このバスバー４００には、図１、図２に示すように、その下部端面にモールドコイル２０に設けられたバスバーフォルダ嵌合用凹部２２ｄと同形状、同一個数の凸部４１０が設けられ、上部に図示していないバスバーを接続するためのバスバー嵌合用溝４２０が設けられている。

このような構成とすることで、凸部４１０を嵌合用凹部２２ｄに嵌め込むだけで、バスバーフォルダ４００をステータ１に容易且つ確実に接続させることができる。よって複数個のコア１０に嵌め込んである各モールドコイル２０を１部材からなるリング状のバスバーフォルダ４００で一体的に固定することができる。よって各モールドコイル２０の各コア１０からの抜けを一体的に防止することができる。
また図示していないバスバーをバスバー嵌合用溝４２０に嵌め込むだけでバスバーをバスバーフォルダ４００に容易且つ確実に接続させることができる。よってステータ１と図示していないバスバーとを容易に一体化させることができる。
なお凸部４１０の形状や数は本実施例のものに限るものではなく、嵌合用凹部２２ｄの形状に合わせて適宜変更可能である。

次に図３〜図５を参照して、本発明の実施形態に係るモールドコイル２０の製造方法を説明する。
本発明の実施形態に係るモールドコイル２０は、表面が樹脂モールドされてなるコイルである。このモールドコイル２０は、簡略化して示す金型５００内にコイル２１を配置し、樹脂２２を金型内に注入することで製造される。
ここで図３に示すように、金型５００は、コイル型５１０と、下型５２０と、上型５３０とから構成される。更にそれぞれの金型には、詳しくは図示していないが最終的にコイル型５１０と、下型５２０と、上型５３０との全てを一体化するための嵌合凸部、嵌合凹部を設けている。

まず図３、図４を参照してコイル配置工程を説明する。
コイル配置工程は、コイル２１を金型５００に配置し、樹脂２２を注入できる状態にする工程である。

まず軸方向に密着された状態のコイル２１を金型５００に配置し、コイル型５１０とコイル２１とを図３に示す黒塗り矢印方向に嵌め合わす。
ここで図３に示すように、コイル型５１０は、コイル型５１１、５１２の２部材で構成され、それぞれに嵌合用溝成形凸部５１１ａ、５１２ａと、凸部５１１ｂ、５１２ｂとを備えている。

更に図３に示すように、嵌合用溝成形凸部５１１ａは、コイルエンド外側端面２１ｄと対向する位置に設けられ、嵌合用溝成形凸部５１２ａは、コイル端子２１ａ側のコイルエンド外側端面２１ｅと対向する位置に設けられている。このような構成とすることで、樹脂注入工程において金型５００内に樹脂２２を施す際に、一方のコイルエンド外側端面２１ｄには、抜け止めリング３００を嵌め込むための嵌合用凹部２２ｂを形成することができ、他方のコイルエンド外側端面２１ｅには、リング状のバスバーフォルダ４００を嵌め込むための嵌合用凹部２２ｄを形成することができる。

また図３、図４に示すように、コイル型５１１、５１２にそれぞれ凸部５１１ｂ、５１２ｂを備える構成とすることで、コイル型５１１、５１２が一体化された際、コイル２１を凸部５１１ｂ、５１２ｂで確実に把持することができる。また凸部５１１ｂ、５１２ｂとすることで、図４、図５に示すように、コイル２１の外周面とコイル型５１０（５１１、５１２）の内周面の間に樹脂注入空間Ｌを成形することができる。

そして図４（ａ）に示すように、コイル型５１０とコイル２１とが嵌め合わされた状態で下型５２０に設けられたコア型５２１にコイル２１を嵌め込む。その際、下型５２０に設けた凸部５２２の上にコイル２１が載るようにすることにより、コア型５２１の外周面とコイル２１の内周面との間の他、下型５２０とコイル２１との間にも樹脂注入空間Ｌが形成される。これにより、コイル型５１０と下型５２０とが嵌め合わされる。またそして上型５３０を図４（ａ）に示す黒塗り矢印方向に下降させる。これにより図４（ｂ）に示すように、コイル型５１０と、下型５２０と、上型５３０との全てが一体化される。よって図４、図５に示すように、金型５００内に樹脂注入空間Ｌが形成され、樹脂２２を注入できる状態となる。

次に図５を参照して、樹脂注入工程を説明する。樹脂注入工程は、金型５００内に樹脂２２を注入することでコイル１０の表面をモールドするための工程である。
コイル型５１０と、下型５２０と、上型５３０との全てを一体化させた状態で、図示していない樹脂注入経路から樹脂２２を金型５００内に注入することにより行う。
この際、樹脂注入空間Ｌに嵌合用溝成形凸部５１１ａ、５１２ａがあることで、嵌合用凹部２２ｂ、２２ｄが成形される。
以上の工程を経た後、樹脂２２が硬化若しくは可塑化することで、モールドコイル２０が成形される。

なお本実施例においては、ステータ１は複数の分割ステータ１００で構成されるものとしたが、必ずしも分割ステータである必要はない。また金型５００を構成するコイル型５１０、下型５２０、上型５３０の形状、大きさ、数等も本実施例のものに限る必要はなく最終的に嵌合用凹部２２ｂ、２２ｄ備えるモールドコイル２０を製造することができるものであれば適宜変更可能である。

本発明は、モールドコイル及び該モールドコイルを用いたステータとして、モータ、トランス、リアクトル等各種電動機、発電機に利用することができる。

本発明の実施形態に係るステータと該ステータに嵌め込まれる抜け止めリング及びバスバーフォルダとを示す全体斜視図である。 図１の部分拡大図で、（ａ）はモールドコイルと抜け止めリングとバスバーフォルダとが一体化された状態を示し、（ｂ）は（ａ）の分解斜視図である。 本発明の実施形態に係るモールドコイルの配置工程を説明する図で、コイルを金型に配置する状態を示す。 本発明の実施形態に係るモールドコイルの配置工程を説明する図で、（ａ）はコイルとコイル型と下型とを嵌め合わせた状態を示し、（ｂ）は全ての金型を嵌め合わせた状態を示す。 図４（ｂ）の縦断面図である。

符号の説明

１ ステータ
１０ コア
１１ ヨーク部
１２ ティース部
２０ モールドコイル
２１ コイル
２１ａ コイル端子
２１ｂ ロータ側端面
２１ｃ コイルサイド外側端面
２１ｄ コイルエンド外側端面
２１ｅ コイルエンド外側端面
２２ 樹脂
２２ａ コイルエンド外側端面
２２ｂ 嵌合用凹部
２２ｃ コイルエンド外側端面
２２ｄ 嵌合用凹部
１００ 分割ステータ
２００ 締結リング
３００ 抜け止めリング
３１０ 凸部
４００ バスバーフォルダ
４１０ 凸部
４２０ バスバー嵌合用溝
５００ 金型
５１０ コイル型
５１１ コイル型
５１１ａ 嵌合用溝成形凸部
５１１ｂ 凸部
５１２ コイル型
５１２ａ 嵌合用溝成形凸部
５１２ｂ 凸部
５２０ 下型
５２１ コア型
５２２ 凸部
５３０ 上型
Ｌ 樹脂注入空間

Claims (4)

1. コイルの表面が樹脂モールドされてなるモールドコイルであって、樹脂を施した一方のコイルエンド外側端面には、コアからの抜けを防止する抜け止めリングを嵌め込むための嵌合用凹部を形成し、樹脂を施した他方のコイルエンド外側端面には、リング状のバスバーフォルダを嵌め込むための嵌合用凹部を形成してあることを特徴とするモールドコイル。
2. 請求項１に記載のモールドコイルが、リング状に配置された各コアのティース部に嵌め込まれてリング状を構成しており、該モールドコイルの一方のコイルエンド外側端面の各嵌合用凹部に抜け止めリングが嵌め込まれ、他方のコイルエンド外側端面の各嵌合用凹部にリング状のバスバーフォルダが嵌め込まれてあることを特徴とするステータ。
3. コアは、分割ステータコアであることを特徴とする請求項２に記載のステータ。
4. コイルを配置した成形型内に樹脂を注入することで、コイルの表面が樹脂モールドされてなるモールドコイルを製造する方法であって、少なくともコイルを金型に配置するコイル配置工程と、金型内に配置されたコイルの表面に樹脂を注入する樹脂注入工程とを有し、樹脂注入工程において樹脂を施す際に、一方のコイルエンド外側端面には、コアからの抜けを防止する抜け止めリングを嵌め込むための嵌合用凹部を形成し、他方のコイルエンド外側端面には、リング状のバスバーフォルダを嵌め込むための嵌合用凹部を形成することを特徴とするモールドコイルの製造方法。

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