JP2015006034A - コア部材及びそれを用いた回転電機とその製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コイルの放熱性の確保に好適なコア部材及びそれを用いた回転電機とその製造方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】円周状の内周面若しくは外周面に複数のティース１２が配置され、これらティース１２間に、コイル線材１４Ａが配置されたスロット空間１３を備える円筒状のコア部材１０をモールド対象とし、コア部材１０を収容するキャビティＣが形成された一対の金型３０，４０内に樹脂５２を注入して、樹脂５２によりモールドする回転電機のコア部材１０の製造装置である。そして、コイル線材１４Ａを、当該スロット空間１３内においてコア部材１０の外径側へ付勢し、コイル線材１４Ａを外径側に付勢した後若しくは外径側に付勢しつつ、キャビティＣに樹脂５２を充填するようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、モータやジェネレータ等の回転電機のコイルを巻回し樹脂によりモールドしたステータやロータ等のコア部材及びそれを用いた回転電機とその製造方法及び製造装置に関するものである。

従来からモータやジェネレータ等の回転電機において、コイルを巻回したステータやロータ等のコア部材の絶縁性や強度を確保するために、樹脂によるモールドが実施されている（特許文献１参照）。

特許文献１では、コイルを巻回したコア部材としてのステータを上金型と下金型とで形成したキャビティに収容し、樹脂のモールド時に放熱性の観点からボイドを発生させないように、上金型からキャビティ内の空気を排出しつつキャビティの下方から樹脂を注入する工法が実施されている。

特開２００８−２６０１９０号公報

ところで、コア部材に巻回されるコイルは界磁電流によりそれ自身から発熱するため、この熱をコア部材（ステータ若しくはロータ）を経由させて外部へ逃がす構造が必要である。しかしながら、コア部材（ステータやロータ）のスロット空間に巻回されたコイル線材は、スロット空間内に隙間をもって分布され、夫々の線材同士が互いに密に接触していない状態となる。このような場合には、各コイル線材の熱は、最終的にワークを構成するステータ若しくはロータに伝達されるものであるが、その伝達経路に隙間があることにより、隣接するコイル線材に直接伝達される割合が減少することとなり、コイルの放熱性に課題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、コイルの放熱性の確保に好適なコア部材及びそれを用いた回転電機とその製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、円周状の内周面若しくは外周面に複数のティースが配置されてこれらティース間に半径方向のスロット空間を備え、当該スロット空間内にコイル線材が配置された円筒状のコア部材をモールド対象とする。そして、当該円筒状のコア部材を収容するキャビティが形成された一対の金型内に樹脂を注入してコア部材を樹脂によりモールドする回転電機のコア部材の製造装置である。そして、スロット空間内に配置されたコイル線材を当該スロット空間内においてコア部材の外径側へ付勢する付勢手段と、付勢手段によりコイル線材を外径側に付勢した後若しくは外径側に付勢しつつ、キャビティに樹脂を充填する樹脂充填手段と、を備える。

したがって、本発明では、付勢手段によりコイル線材を外径側に付勢した後若しくは外径側に付勢しつつ、キャビティに樹脂を充填するため、コア部材のスロット空間に配置されているコイル線材同士を密に接触させることができる。このため、コイル線材の熱を密着する隣のコイル線材に順次伝達して最終的にコア部材を構成するステータコア若しくはロータコアを介して外部への放熱性を向上させることができる。

本発明の一実施形態のコア部材の製造方法及び製造装置によって、モールド成形するコア部材について、ステータを例として、説明する、断面図（Ａ）及びＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。 同じくコア部材に対して樹脂をモールドするための前工程の状態を示す断面図である。 型開きされた状態における、ワークを含む、モールド成形装置の主要構成を示す断面図である。 型閉めされた状態におけるモールド成形装置の主要構成を示す断面図である。 キャビティに樹脂が注入され始めた状態を示す断面図である。 モールド成形後に実施される中子抜き工程を示す断面図である。 図６に続く、中子抜き工程を示す断面図である。 コア部材のスロット空間に挿入されたコイル線材の状態を説明する断面図（Ａ）及びコイル線材の分布状態を説明する図（Ｂ）である。 コア部材のモールド成形後のスロット空間に挿入されたコイル線材の状態を説明する断面図（Ａ）及びコイル線材の分布状態を説明する図（Ｂ）である。 コア部材として、回転電機のロータ(回転子、電機子)を対象として樹脂モールド成型をした要部断面図である。 本発明の第２実施形態における、ワークに対してモールド成形するための製造装置であるモールド成形装置の断面図（Ａ）及びワークの断面図（Ｂ）である。 モールド成形中における動作状態を示すモールド成形装置の断面図（Ａ）及びモールド成形後のワークの断面図（Ｂ）である。 本発明の第３実施形態における、ワークに対してモールド成形するための製造装置であるモールド成形装置の断面図である。 モールド成形中における動作状態を示すモールド成形装置の断面図である。

以下、本発明のコア部材及びそれを用いた回転電機とその製造方法及び製造装置を各実施形態に基づいて説明する。

（第１実施形態）
先ず、本発明のコア部材の製造方法及び製造装置によって、モールド成形するコア部材について、ステータを例として、図１を参照しながら説明する。図１は、ステータの断面図（Ａ）及びＡ−Ａ断面図（Ｂ）である。図１に示すように、コア部材１０としてのステータ１０Ａには、内周に複数（２４箇所）のティース１２を備える積層鋼板から成るステータコア１１と、各ティース１２間のスロット空間１３内に装着された複数のコイル１４とを備える。

各ティース１２に巻回されるコイル１４は、絶縁シート１６に包まれてスロット空間１３内に収容される領域（コイル線材１４Ａという）を備える。また、コイル１４は、スロット空間１３の軸方向端部より出てティース１２の軸方向端部を巻回する領域（コイルエンド１４Ｂという）を備える。各コイル１４は、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相を形成するように、図示しないコイル１４の線材端がバスバーによって接続され、バスバーのＵ，Ｖ，Ｗ相の各端部は、３本の端子１４Ｃ（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に接続されている。

このようにステータコア１１にコイル１４が装着されたステータ１０Ａは、図２に示すように、ハウジング１５に圧入状態で装着される。ハウジング１５は、冷却部材、例えば、内部が空洞に形成されて、冷却液を循環させるウォータジャケット１５Ａを備えている。これにより、コイル１４で生じた熱は、ステータコア１１を介してハウジング１５に伝達され、ウォータジャケット１５Ａを循環する冷却液により冷却されるようにしている。以下では、ステータコア１１にコイル１４が装着された状態のステータ１０Ａをハウジング１５に圧入装着したものを、単に「ワークＷ」という。

次いで、ワークＷに対して樹脂５２をモールドするための前工程として、ステータ１０Ａの内周に、中子２０を挿入する。中子２０は、その外周面がステータコア１１の内周に係合することにより、モールド樹脂５２が充填されるキャビティＣの内周面を形成する。バスバーが配置される中子２０の一方の軸方向端部は、ステータコア１１の軸方向端部より突出され、同様に突出配置されるコイルエンド１４Ｂと同等の長さに設定されている。これにより、中子２０の一方の軸方向端部は、キャビティＣの上側領域の内周面を形成する。

また、中子２０の一方の軸方向端部の端面は、中央領域が平面状２１に形成されると共にその外周縁領域は軸方向に突出する環状隆起部２２に形成されている。平面状部分２１及び環状隆起部２２は、後述する上金型３０との隙間により、キャビティＣへ流入するモールド樹脂５２のランナ３５及びゲート３６を形成するようにしている。また、中子２０の他方の軸方向端部は、ステータコア１１の他方の軸方向端部より突出し、その端面が後述する下金型４０に接触して、キャビティＣの下側領域の内周面を形成する。

中子２０が装着されたワークＷでは、コイル線材１４Ａが配置されているスロット空間１３は、中子２０により内周側の開口が閉じられる。このため、各スロット空間１３は、ステータコア１１の両端部に開口して軸方向に連なる夫々独立した軸方向空間となる。

次いで、ワークＷに対して樹脂５２をモールドするための前工程として、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各端子１４Ｃ（Ｕ，Ｖ，Ｗ）に、端子１４Ｃに対するモールド樹脂５２を形成する端子用型材２３が装着されて、ワークＷに対するモールド成形のための前工程が完了する。

次に、ワークＷに対してモールド成形するための製造装置であるモールド成形装置の第１実施形態について、図３を参照しながら説明する。図３は、図２に示す中子２０及び端子用型材２３が装着されたワークＷに対して、モールド成形するモールド成形装置の主要構成を示す断面図である。モールド成形装置Ｍは、ワークＷのハウジング１５の上部に係合してキャビティＣの上部領域を形成する上金型３０と、同じくステータ１０Ａのハウジング１５の下部に係合してキャビティＣの下部領域を形成する下金型４０と、を備える。上金型３０はモールド成形装置Ｍのダイプレート３１（固定側）に支持され、下金型４０はモールド成形装置Ｍのダイプレート４１（可動側）に支持され、下金型４０が昇降することにより、互いに型閉めおよび型開きするよう構成されている。上金型３０の背面（図中上部）には樹脂５２を金型内に注入するための樹脂射出部５０が設けられている。

上金型３０の中央部には樹脂射出部５０と連なって上下方向に貫通したスプルー３２が設けられている。上金型３０のワークＷに対面する前面（図中下部）には、型閉め時にコイルエンド１４Ｂ及び中子２０を収容するよう凹み３３が設けられている。そして、凹み３３を囲んで下方に突出する円筒部３４の先端は、型閉め時にワークＷのハウジング１５端面に当接する。これにより、凹み３３・中子２０・ハウジング１５により、コイルエンド１４Ｂを囲んでキャビティＣの上部領域を形成する。また、円筒部３４の一部には切り欠き３４Ａが設けられ、型閉め時に端子用型材２３を切り欠き３４Ａ内に受入れて収容するよう構成している。

樹脂射出部５０は、上金型３０の背面に固定したポット５１（シリンダ）と、ポット５１内に投入された熱硬化性樹脂５２を圧縮して、上金型３０のスプルー３２から押出すプランジャ５３と、プランジャ５３を下方へ加圧する図示しない加圧機と、から構成されている。なお、加圧機としては、例えば、油圧シリンダやエアシリンダ等が使用される。

なお、熱硬化性樹脂５２は、不飽和ポリエステル樹脂成形材料やエポキシ樹脂成形材料等、硬化することで３次元架橋が行われ不溶不融の硬化物となる樹脂である。また、この熱硬化性樹脂５２に、無機充填材や補強剤を混合するものであってもよい。無機充填材としては、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム、シリカ、クレー、タルク等がある。また、補強剤としては、ガラス繊維、ビニロン繊維等がある。ポット５１内には、流動状態の熱硬化性樹脂５２が、モールド成形の開始にあわせて挿入される。以下では、熱硬化性樹脂５２について、単に「樹脂５２」という。

下金型４０は、上面にステータ１０Ａのコイルエンド１４Ｂを収容する環状溝４２を備える。また、環状溝４２で囲まれた中央領域は上方へ突出して中子２０の下面に当接してキャビティＣの内周面を形成し、環状溝４２の外周領域はハウジング１５の端面に当接する。そして、ハウジング１５の内面・下金型４０（環状溝４２・中央領域・外周領域）・中子２０により、コイルエンド１４Ｂを囲んでキャビティＣの下部領域を形成する。環状溝４２の底部には、イジェクトピン４３が出没可能に配置されている。

以上の構成のモールド成形装置Ｍによるモールド成形方法について、図３〜図７に基づいて、以下に説明する。先ず、図３に示すように、下金型４０がモールド成形装置Ｍの図示しないアクチュエータにより、下方へ移動されて上金型３０から離間され、上金型３０と下金型４０とが型開きされる。この状態で、ハンドリング装置または作業者により、中子２０及び端子用型材２３が装着されたワークＷが、下金型４０にセットされ位置決めされる。

次いで、図４に示すように、下金型４０が図示しないアクチュエータにより上昇される。これにより、下金型４０にセッとされているワークＷのハウジング１５の上端が上金型３０に当接し、ワークＷ側の端子用型材２３が上金型３０の円筒部３４の切り欠き３４Ａに嵌合して型閉めされる。このとき、ワークＷのコイルエンド１４Ｂは上金型３０の凹み３３内に入り込み、中子２０の上端面が上金型３０の凹み３３の底部と対面する。そして、下金型４０をさらに上昇方向に付勢して、数十トンの押圧力がかかる状態とする。すなわち、金型が型締めされる。このように数十トンの荷重を加えることにより、ワークＷのハウジング１５の上下端面と下金型４０及び上金型３０とを密着させることができる。

この状態においては、上金型３０と下金型４０とがワークＷを挟んで型閉めされることにより、上金型３０の凹み３３と中子２０外周面とハウジング１５内面とによりキャビティＣの上部領域が形成される。また、下金型４０の環状溝４２及びその外周領域と中子２０外周とハウジング１５内面とによりキャビティＣの下部領域が形成される。同時に、キャビティＣの上下領域は、コイル線材１４Ａが配置され且つ中子２０により内周側が閉じられているステータコア１１のスロット空間１３を介して連通した状態となる。

また、中子２０の上端面（バスバーが配置される一方の軸方向端面）の平面状部分２１は、上金型３０の凹み３３の底面との隙間空間により、スプルー３２から射出されるモールド樹脂５２のランナ３５を形成する。また、中子２０の上端面（軸方向端面）の外周縁領域の環状隆起部２２は、上金型３０の凹み３３の底面との隙間との隙間を狭めた状態となり、ランナ３５を介して供給されるモールド樹脂５２のキャビティＣへの流入に対するゲート３６を形成する。

なお、モールド成形に当たっては、ポット５１に投入される樹脂５２は、安定流動しやすいように３０℃〜８０℃に予備加熱されており、また、上金型３０、下金型４０、およびワークＷは、１２０〜１６０℃に温調されている。このように、上下金型３０，４０とワークＷとの温度は等しくなるように設定しておくことが好ましい。このような状態において、ポット５１に樹脂５２が挿入される。

その状態で、樹脂射出部５０の加圧機によりプランジャ５３が下降され、ポット５１内に投入されている樹脂５２を加圧して、上金型３０のスプルー３２を経由させて注入を開始する。樹脂５２は、スプルー３２を通って、円盤状の隙間からなるランナ３５を通って、３６０度全ての位置からゲート３６を介してキャビティＣの上部領域から進入する。ここで、ランナ３５からキャビティＣに入るゲート３６の部分は、幅が狭くなり、モールド成形終了後に、ワークＷとランナ３５とを簡単に分離することができる。

ゲート３６を通過した樹脂５２は、図５に示すように、キャビティＣの上部領域のコイルエンド１４Ｂの内周側領域に充填される。次いで、コイルエンド１４Ｂと上金型３０との隙間を通ってコイルエンド１４Ｂの外周側領域にも充填される。即ち、樹脂５２はコイルエンド１４Ｂの内周側に充填され、次いでコイルエンド１４Ｂの外周側に充填される。このため、樹脂５２はスロット空間１３の内部に配置されているコイル線材１４Ａに対して、外径側から充填されることなく、内径側から充填される。キャビティＣの上部領域において、コイルエンド１４Ｂの軸方向端部と上金型３０の凹み３３底部との隙間を比較的小さく形成することにより、スロット空間１３に対する内径側からの充填をより一層促進させることができる。

樹脂５２のスロット空間１３の内径側、即ち、コイル線材１４Ａよりも内径側への充填は、コイル線材１４ＡをワークＷの外径側に押圧付与しつつスロット空間１３の上方から下方に向かって徐々に進行する。

コイル線材１４Ａは、スロット空間１３において、図８に示すように、絶縁シート１６に包まれた状態で配置されている。このため、スロット空間１３のコイル線材１４Ａより内径側に樹脂が充填されると、樹脂５２の充填に連れて、絶縁シート１６に包まれたコイル線材１４Ａはスロット空間１３の外径側に押付けられる。結果として、図９に示すように、コイル線材１４Ａは絶縁シート１６に包まれた状態で、スロット空間１３の外径側壁面に押付けられ、コイル線材１４Ａ同士は互いに密に接触した状態となる。

その後、樹脂５２はキャビティＣの下部領域に到達し、下部領域のコイルエンド１４Ｂの内周側領域を充填し、コイルエンド１４Ｂの軸方向端部と下金型４０との隙間を通って、コイルエンド１４Ｂの外周側領域に充填される。そして、キャビティＣの全領域に樹脂５２が完全に充填されると、加圧機及びプランジャの下降が停止してスプルーからの樹脂５２の注入が終了する。

そして、キャビティＣ内への樹脂５２充填後、樹脂射出部５０の加圧機によりプランジャ５３が上方へ移動される。次いで、キャビティＣ内に充填された樹脂５２が硬化すると、下金型４０が、図示しないアクチュエータにより下方へ移動されて、型開きされる。

次いで、ワークＷがハンドリング装置または作業者により、下金型４０から上方へ移動される。次いで、図６に示すように、ワークＷのハウジング１５と下金型４０を支持するダイプレート３１，４１との間、および、中子２０と上金型３０との間に、それぞれ中子抜き治具２４が介装される。次いで、図７に示すように、下金型４０を図示しないアクチュエータにより上昇させて上下金型３０，４０を接近させる型閉めが実行される。これにより、ワークＷは下金型４０の上昇に伴って上昇するが、中子２０は中子抜き治具２４を介して上金型３０と共に停止しているため、中子２０とワークＷとの相対位置が変化して、中子２０はワークＷから下方へ抜き取られる。このようにして、中子２０が抜き取られたワークＷはモールド成形装置Ｍから搬出され、中子２０及び端子用型材２３が装着された新たなワークＷが型開きされた上下金型３０，４０間に投入され、次のワークＷに対するモールド成形が開始される。なお、モールド成形後のワークＷから中子２０を抜く方法としては、上記した方法に限定されるものではなく、他の方法や次工程で実行してもよい。

なお、上記実施形態において、コア部材１０として、回転電機のステータ１０Ａを対象とするものについて説明したが、回転電機のロータ(回転子、電機子)を対象としてモールド成型を実施するものであってもよい。即ち、回転電機のロータ１０Ｂ(回転子、電機子)においても、図１０に示すように、ロータコア１７の外周に複数のティース１２が円周方向に配置され、これらティース１２間には、絶縁シート１６に包まれたコイル線材１４Ａを収容したスロット空間１３を備える。このようなロータ１０Ｂ(回転子、電機子)においても、コア部材１０であるロータ１０Ｂを収容するキャビティＣが形成された一対の金型内に樹脂５２を注入してロータ１０Ｂ（コア部材１０）を樹脂５２によりモールドして、ステータ１０Ａと同様に、実施できる。

即ち、ロータ１０Ｂを収容するキャビティＣの内径側から樹脂５２をキャビティＣに注入して、ロータコア１７の内径側から外径側に向かって樹脂５２を流動させると、コイル線材１４Ａを当該スロット空間１３内において、ロータコア１７の外径側へ付勢できる。その結果、スロット空間１３内のコイル線材１４Ａをロータコア１７の外径側に片寄せて樹脂モールドすることができる。コイル線材１４Ａをロータコア１７のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させるため、コイル線材１４Ａを外周に隣接して配置されるステータ１０Ａに近づけることができ、ロータ１０Ｂの回転力を発生させるための磁界をより強くでき、回転電機の出力向上を実現することができる。

本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。

（ア）円周状の内周面若しくは外周面に複数のティース１２が配置されてこれらティース１２間に半径方向のスロット空間１３を備え、当該スロット空間１３内にコイル線材１４Ａが配置された円筒状のコア部材１０をモールド対象とする。そして、当該円筒状のコア部材１０を収容するキャビティＣが形成された一対の金型３０，４０内に樹脂５２を注入してコア部材１０を樹脂５２によりモールドする回転電機のコア部材１０の製造装置である。そして、スロット空間１３内に配置されたコイル線材１４Ａを、当該スロット空間１３内においてコア部材１０の外径側へ付勢する付勢手段（樹脂５２のキャビティＣの内径側へ注入するランナ３５及びゲート３６）と、付勢手段によりコイル線材１４Ａを外径側に付勢した後若しくは外径側に付勢しつつ、キャビティＣに樹脂５２を充填する樹脂充填手段（樹脂射出部５０）と、を備える。

即ち、付勢手段によりコイル線材１４Ａを外径側に付勢した後若しくは外径側に付勢しつつ、キャビティＣに樹脂５２を充填するため、コア部材１０のスロット空間１３に配置されているコイル線材１４Ａ同士を密に接触させることができる。このため、コイル線材１４Ａの熱を密着する隣のコイル線材１４Ａに順次伝達して最終的にコア部材１０を構成するステータコア１１若しくはロータコア１７を介して外部への放熱性を向上させることができる。そして、コア部材１０がステータ１０Ａである場合には、コイル線材１４Ａをステータコア１１のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させると、ステータ１０Ａの外周に嵌合されるハウジング１５に近づけて配置でき、熱の伝達経路を短縮でき、放熱性を向上させることができる。そして、ハウジング１５に、冷却機能として、例えば、ウォータジャケット１５Ａ等を備える構成とすれば、更に放熱性を向上させることができる。また、コア部材１０がロータ１０Ｂである場合には、コイル線材１４Ａをロータコア１７のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させると、外周に隣接して配置されるステータ１０Ａにコイル線材１４Ａを近づけることができる。この結果、ロータ１０Ｂの回転力を発生させるための磁界をより強くでき、回転電機の出力向上を実現することができる。

（イ）付勢手段は、コア部材１０を収容するキャビティＣの内径側から樹脂５２をキャビティＣに注入して、コア部材１０の内径側から外径側に向かって樹脂５２を流動させるものである。こうすることにより、コイル線材１４Ａを当該スロット空間１３内においてコア部材１０の外径側へ付勢することができる。このため、コイル線材１４Ａは絶縁シート１６に包まれた状態で、内径側から外径側に向かって樹脂５２を流動によって、スロット空間１３の外径側壁面に押付けられ、コイル線材１４Ａ同士は互いに密に接触した状態とできる。結果として、コア部材１０のスロット空間１３に配置されているコイル線材１４Ａ同士を密に接触させることができる。結果として、コイル線材１４Ａの熱を密着する隣のコイル線材１４Ａに順次伝達して最終的にコア部材１０を構成するステータコア１１若しくはロータコア１７を介して外部への放熱性を向上させることができる。

（ウ）上記した製造装置を用いて得られる回転電機のコア部材１０であり、スロット空間１３内のコイル線材１４Ａがコア部材１０の外径側に偏って配置されていると共にスロット空間１３内に充填された樹脂５２によりモールドされている。即ち、スロット空間１３内のコイル線材１４Ａがコア部材１０の外径側に偏って配置され且つスロット空間１３内に充填された樹脂５２によりモールドされている。このため、コイル線材１４Ａの熱を密着する隣のコイル線材１４Ａに順次伝達して最終的にコア部材１０を構成するステータコア１１若しくはロータコア１７を介して外部への放熱性を向上させることができる。

（エ）上記した製造装置を用いて得られるコア部材１０を用いた回転電機であり、コア部材１０は回転電機のステータ１０Ａを構成し、冷却部材を備えるハウジング１５内に嵌合させて備えることを特徴とする。即ち、コア部材１０がステータ１０Ａである場合には、コイル線材１４Ａをステータコア１１のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させると、ステータ１０Ａの外周に嵌合されるハウジング１５に近づけて配置でき、熱の伝達経路を短縮でき、放熱性を向上させることができる。そして、ハウジング１５に、冷却機能として、例えば、ウォータジャケット１５Ａ等を備える構成とすれば、更に放熱性を向上させることができる。

（第２実施形態）
図１１〜図１２は、本発明を適用したコア部材及びそれを用いた回転電機とその製造方法及び製造装置の第２実施形態を示し、図１１はワークに対してモールド成形するための製造装置であるモールド成形装置の断面図（Ａ）及びワークの断面図（Ｂ）である。また、図１２はモールド成形中における動作状態を示すモールド成形装置の断面図（Ａ）及びモールド成形後のワークの断面図（Ｂ）である。本実施形態のモールド成形装置においては、コア部材のスロット空間に配置されたコイル線材を遠心力により外径側に付与する構成を第１実施形態に追加したものである。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態においては、上下金型３０，４０及びその間に保持したワークＷに対して遠心力を付与するために、これらを回転可能とする。即ち、上下金型３０，４０及びその間に保持したワークＷを回転可能とするために、上下ダイプレート３１，４１を上下金型３０，４０と共に回転する部材と回転しない部材とに分離し、両者間に回転軸受３１Ａ，４１Ａを配置している。なお、上下金型３０，４０及びその間に保持したワークＷを回転可能とする方法としては、上記構造に限定されるものでなく、例えば、上下のダイプレート３１，４１をモールド成形装置Ｍの装置本体に対して回転可能に支持させ、これらを図示しないアクチュエータにより回転駆動可能としてもよい。その他の構成は、第１実施形態と同様に構成している。

本実施形態においては、第１実施形態と同様に、上金型３０と下金型４０とでワークＷを挟んで型閉めして、図１１に示す状態とする。次いで、図示しないアクチュエータにより、上下金型３０，４０及びその間に保持したワークＷを回転させる。この回転に伴い、ワークＷのスロット空間１３に配置されているコイル線材１４Ａは、図８に示す状態から、ワークＷに加えられる回転に伴う遠心力により、図９に示すように、絶縁シート１６に包まれた状態でスロット空間１３の外径側に押付けられる。これにより、ステータコア１１のコイル線材１４Ａが配置されたスロット空間１３は、中子２０により閉じられた内周側に大きい空間部が形成され、当該空間を介してキャビティＣの上下領域は連通した状態となる。

その状態で、樹脂射出部５０の加圧機によりプランジャ５３が下降され、ポット５１内に投入されている樹脂５２を加圧して、上金型３０のスプルー３２を経由させて注入を開始する。樹脂５２は、スプルー３２を通って、円盤状の隙間からなるランナ３５を通って、３６０度全ての位置からゲート３６を介してキャビティＣの上部領域に進入する。

ゲート３６を通過した樹脂５２は、図１２に示すように、キャビティＣの上部領域のコイルエンド１４Ｂの内周側領域に充填される。次いで、コイルエンド１４Ｂと上金型３０との隙間を通ってコイルエンド１４Ｂの外周側領域にも充填される。同時に、樹脂５２は、ステータコア１１のスロット空間１３のコイル線材１４Ａが外径側に移動して空いた内径側に流入し、コイル線材１４Ａを更に外径側に押付けつつ、スロット空間１３に充填される。

樹脂５２のスロット空間１３の内径側、即ち、コイル線材１４Ａよりも内径側への充填は、コイル線材１４ＡをワークＷ外径側に押圧付与しつつスロット空間１３の上方から下方に向かって徐々に進行する。

即ち、スロット空間１３のコイル線材１４Ａより内径側に樹脂５２が充填されると、樹脂５２の充填に連れて、絶縁シート１６に包まれたコイル線材１４Ａはスロット空間１３の外径側に押付けられる。結果として、図１２（Ｂ）に示すように、コイル線材１４Ａは絶縁シート１６に包まれた状態で、スロット空間１３の外径側壁面に押付けられ、コイル線材１４Ａ同士は互いに密に接触した状態となる。

その後、樹脂５２はキャビティＣの下部領域に到達し、下部領域のコイルエンド１４Ｂの内周側領域を充填し、コイルエンド１４Ｂの軸方向端部と下金型４０との隙間を通って、コイルエンド１４Ｂの外周側領域に充填される。そして、キャビティＣの全領域に樹脂５２が完全に充填されると、加圧機及びプランジャ５３の下降が停止してスプルー３２からの樹脂５２の注入が終了する。

スロット空間１３に充填された樹脂５２は、遠心力により外径側に付勢されるため、スロット空間１３の内径側から離れ、内径側に配置されている中子２０とステータコア１１との嵌合部（隙間）から排除される。結果として、中子２０を抜く際に中子２０とステータコア１１との嵌合部（隙間）に樹脂５２が入り込むことにより生ずるステータコア１１の内径側がかじって樹脂割れや変形することを防止できる。

キャビティＣ内への樹脂充填後、上下金型３０，４０及びその間に保持したワークＷの回転が停止され、樹脂射出部５０の加圧機によりプランジャ５３が上方へ移動される。次いで、キャビティＣ内に充填された樹脂５２が硬化すると、下金型４０が、図示しないアクチュエータにより下方へ移動されて、型開きされる。次いで、第１実施形態と同様に、中子抜き工程及びその後の工程が実施される。

なお、本実施形態におけるコア部材１０として、回転電機のステータ１０Ａを対象とするものについて説明したが、第１実施形態で説明した、回転電機のロータ１０Ｂ(回転子、電機子)を対象としてモールド成型を実施するものであってもよい。この場合においては、ロータ１０Ｂに作用する遠心力により、コイル線材１４Ａをロータコア１７のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させることができる。このため、外周に隣接して配置されるステータ１０Ａにコイル線材１４Ａを近づけることができ、ロータ１０Ｂの回転力を発生させるための磁界をより強くでき、回転電機の出力向上を実現することができる。

以上に説明した本実施形態により得られるコア部材１０においては、コア部材１０のスロット空間１３に配置されているコイル線材１４Ａ同士を密に接触させることができる。このため、コイル線材１４Ａの熱を密着する隣のコイル線材１４Ａに順次伝達して最終的にコア部材１０を構成するステータコア１１若しくはロータコア１７を介して外部への放熱性を向上させることができる。そして、コア部材１０がステータ１０Ａである場合には、コイル線材１４Ａをステータコア１１のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させると、ステータ１０Ａの外周に嵌合されるハウジング１５に近づけて配置でき、熱の伝達経路を短縮でき、放熱性を向上させることができる。そして、ハウジング１５に、冷却機能として、例えば、ウォータジャケット１５Ａ等を備える構成とすれば、更に放熱性を向上させることができる。また、コア部材１０がロータ１０Ｂである場合には、コイル線材１４Ａをロータコア１７のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させると、外周に隣接して配置されるステータ１０Ａにコイル線材１４Ａを近づけることができる。この結果、ロータ１０Ｂの回転力を発生させるための磁界をより強くでき、回転電機の出力向上を実現することができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（エ）に加えて以下に記載した効果を奏することができる。

（オ）付勢手段は、回転軸受３１Ａ，４１Ａによりコア部材１０を回転可能に支持し、当該コア部材を回転させて生ずる遠心力によりコイル線材１４Ａを当該スロット空間１３内においてコア部材１０の外径側へ付勢するものである。このため、樹脂５２をキャビティＣに注入する前にコイル線材１４Ａをコア部材１０の外径側へ付勢することができ、確実にコイル線材１４Ａの位置決めができる。しかも、その後のキャビティＣへの樹脂５２の注入により、第１実施形態における樹脂５２による外径方向への付勢作用と相まって、より一層確実にコイル線材１４Ａをコア部材１０の外径側へ位置させてモールドすることができる。

（第３実施形態）
図１３及び図１４は、本発明を適用したコア部材及びそれを用いた回転電機とその製造方法及び製造装置の第３実施形態を示し、図１３はワークに対してモールド成形するための製造装置であるモールド成形装置の断面図、図１４はモールド成形中における動作状態を示すモールド成形装置の断面図である。本実施形態のモールド成形装置においては、コア部材のスロット空間に配置されたコイル線材を空気圧により外径側に付与する構成を第１実施形態に追加したものである。なお、第１実施形態と同一装置には同一符号を付してその説明を省略ないし簡略化する。

本実施形態においては、コア部材１０であるステータコア１１のスロット空間１３に配置されたコイル線材１４Ａを空気圧により外径側に付与するために、中子２０の中心部には空気圧を導入する軸方向の通路２４Ａを備える。中子２０には、また、この軸方向の通路２４Ａに軸方向に隔たった複数の箇所（図では４箇所）で連通し、半径方向に配置されてスロット空間１３の内径側開口と対面する複数の放射方向通路２４Ａを備える。また、ワークＷのハウジング１５の軸方向両端部の上下金型３０，４０と接触する領域には、上下金型３０，４０及びハウジング１５で形成したキャビティＣ内の空気を排出する空気排出通路２６Ａを設けている。

そして、軸方向の通路２４Ａには空気供給装置２５が接続され、空気排出通路２６Ａには空気排出装置２６が接続されている。その他の構成は、第１実施形態と同様に構成している。

本実施形態においては、第１実施形態と同様に、上金型３０と下金型４０とでワークＷを挟んで型閉めして、図１３に示す状態とする。次いで、空気供給装置２５及び空気排出装置２６を作動させる。空気供給装置２５より供給された空気は、軸方向通路２４Ａ及び放射方向通路２４Ｂを介してキャビティＣ内のステータコア１１のスロット空間１３に供給され、スロット空間１３の空気はスロット空間１３の軸方向に流れて、キャビティＣの上下領域に到達し、空気排出通路２６Ａを介して空気排出装置２６に吸引される。

このため、コア部材１０であるステータコア１１のスロット空間１３には、半径方向内方から半径方向外側に向かう空気流による付勢力が発生する。この付勢力により、ワークＷのスロット空間１３に配置されているコイル線材１４Ａは、図８に示す状態から、図９に示すように、スロット空間１３の外径側に押付けられる。これにより、ステータコア１１のコイル線材１４Ａが配置されたスロット空間１３は、中子２０により閉じられた内周側に大きい空間部が形成され、当該空間を介してキャビティＣの上下領域は連通した状態とできる。

その状態で、空気供給装置２５及び空気排出装置２６を停止させ、樹脂射出部５０の加圧機によりプランジャ５３が下降され、ポット５１内に投入されている樹脂５２を加圧して、上金型３０のスプルー３２を経由させて注入を開始する。樹脂５２は、スプルー３２を通って、円盤状の隙間からなるランナ３５を通って、３６０度全ての位置からゲート３６を介してキャビティＣの上部領域から進入する。

ゲート３６を通過した樹脂５２は、図１４に示すように、キャビティＣの上部領域のコイルエンド１４Ｂの内周側領域に充填される。次いで、コイルエンド１４Ｂと上金型３０との隙間を通ってコイルエンド１４Ｂの外周側領域にも充填される。同時に、樹脂５２は、スロット空間１３のコイル線材１４Ａが外径側に移動して空いた内径側に流入し、コイル線材１４Ａを更に外径側に押付けつつ、スロット空間１３に充填される。

樹脂５２のスロット空間１３の内径側、即ち、コイル線材１４Ａよりも内径側への充填は、コイル線材１４ＡをワークＷ外径側に押圧付与しつつスロット空間１３の上方から下方に向かって徐々に進行する。

即ち、スロット空間１３のコイル線材１４Ａより内径側に樹脂５２が充填されると、樹脂５２の充填に連れて、絶縁シート１６に包まれたコイル線材１４Ａはスロット空間１３の外径側に押付けられる。結果として、コイル線材１４Ａは絶縁シート１６に包まれた状態で、スロット空間１３の外径側壁面に押付けられ、コイル線材１４Ａ同士は互いに密に接触した状態となる。

その後、樹脂５２はキャビティＣの下部領域に到達し、下部領域のコイルエンド１４Ｂの内周側領域を充填し、コイルエンド１４Ｂの軸方向端部と下金型４０との隙間を通って、コイルエンド１４Ｂの外周側領域に充填される。そして、キャビティＣの全領域に樹脂５２が完全に充填されると、加圧機及びプランジャ５３の下降が停止してスプルー３２からの樹脂５２の注入が終了する。

キャビティＣ内への樹脂充填後、樹脂射出部５０の加圧機によりプランジャ５３が上方へ移動される。次いで、キャビティＣ内に充填された樹脂５２が硬化すると、下金型４０が、図示しないアクチュエータにより下方へ移動されて、型開きされる。次いで、第１実施形態と同様に、中子抜き工程及びその後の工程が実施される。

なお、上記実施形態において、コイル線材１４Ａの外径側への付勢手段として、キャビティＣ内の内周側から外周に向かって吹出す空気流によりコイル線材１４Ａを当該スロット空間１３内においてコア部材１０の外径側へ付勢するものについて説明した。しかし、空気流による付勢に加えて、第２実施形態のワークＷを回転させることによって生ずる遠心力による付勢手段を併用するものであってもよい。

また、本実施形態におけるコア部材１０として、回転電機のステータ１０Ａを対象とするものについて説明したが、第１実施形態で説明した、回転電機のロータ１０Ｂ(回転子、電機子)を対象としてモールド成型を実施するものであってもよい。この場合においても、ロータ１０Ｂの内径側及び外径側に適宜通路が形成して、ロータ１０Ｂの内径側から外径側に流れる空気流を生ずるようにすることで実施することができる。そして、ロータ１０Ｂの内径側から外径側に作用する空気流により、コイル線材１４Ａをロータコア１７のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させることができる。このため、外周に隣接して配置されるステータ１０Ａにコイル線材１４Ａを近づけることができ、ロータ１０Ｂの回転力を発生させるための磁界をより強くでき、回転電機の出力向上を実現することができる。

以上に説明した本実施形態により得られるコア部材１０においては、コア部材１０のスロット空間１３に配置されているコイル線材１４Ａ同士を密に接触させることができる。この結果、コイル線材１４Ａの熱を密着する隣のコイル線材１４Ａに順次伝達して最終的にコア部材１０を構成するステータコア１１若しくはロータコア１７を介して外部への放熱性を向上させることができる。そして、コア部材１０がステータ１０Ａである場合には、コイル線材１４Ａをステータコア１１のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させると、ステータ１０Ａの外周に嵌合されるハウジング１５に近づけて配置でき、熱の伝達経路を短縮でき、放熱性を向上させることができる。そして、ハウジング１５に、冷却機能として、例えば、ウォータジャケット１５Ａ等を備える構成とすれば、更に放熱性を向上させることができる。また、コア部材１０がロータ１０Ｂである場合には、コイル線材１４Ａをロータコア１７のスロット空間１３内の外径側に偏って配置させると、外周に隣接して配置されるステータ１０Ａにコイル線材１４Ａを近づけることができる。この結果、ロータ１０Ｂの回転力を発生させるための磁界をより強くでき、回転電機の出力向上を実現することができる。

本実施形態においては、第１実施形態における効果（ア）〜（エ）に加えて、以下に記載する効果を奏することができる。

（カ）付勢手段は、コア部材１０の内周に嵌合されてキャビティＣの内周面を形成する中子２０の軸方向通路２４Ａ及び放射方向通路２４Ｂを通してキャビティＣ内の内周側から外周に向かって吹出す空気流である。これにより、コイル線材１４Ａを当該スロット空間１３内においてコア部材１０の外径側へ付勢することができる。このため、樹脂５２をキャビティＣに注入する前にコイル線材１４Ａをコア部材１０の外径側へ付勢することができ、確実にコイル線材１４Ａの位置決めができる。しかも、その後のキャビティＣへの樹脂５２の注入により、第１実施形態における樹脂５２による外径方向への付勢作用と相まって、より一層確実にコイル線材１４Ａをコア部材１０の外径側へ位置させてモールドすることができる。

Ｃ キャビティ
Ｍ モールド成形装置
Ｗ ワーク
１０ コア部材
１０Ａ ステータ
１０Ｂ ロータ
１１ ステータコア
１２ ティース
１３ スロット空間
１４ コイル
１４Ａ コイル線材
１４Ｂ コイルエンド
１５ ハウジング
１５Ａ 冷却部材としてのウォータジャケット
１６ 絶縁シート
１７ ロータコア
２０ 中子
２３ 端子用型材
２４Ａ 付勢手段としての軸方向通路
２４Ｂ 付勢手段としての放射方向通路
３０ 上金型
３１Ａ，４１Ａ 付勢手段としての回転軸受
３５ 付勢手段としてのランナ
３６ 付勢手段としてのゲート
４０ 下金型
５０ 樹脂充填手段としての樹脂射出部
５２ 樹脂

Claims (10)

1. 円周状の内周面若しくは外周面に複数のティースが配置されてこれらティース間に半径方向のスロット空間を備え、当該スロット空間内にコイル線材が配置された円筒状のコア部材をモールド対象とし、当該円筒状のコア部材を収容するキャビティが形成された一対の金型内に樹脂を注入して前記コア部材を樹脂によりモールドする回転電機のコア部材の製造装置において、
   前記スロット空間内に配置されたコイル線材を当該スロット空間内においてコア部材の外径側へ付勢する付勢手段と、
   前記付勢手段によりコイル線材を外径側に付勢した後若しくは外径側に付勢しつつ、前記キャビティに樹脂を充填する樹脂充填手段と、を備えることを特徴とする回転電機のコア部材の製造装置。
2. 前記付勢手段は、コア部材を収容するキャビティの内径側から樹脂をキャビティに注入して、コア部材の内径側から外径側に向かって樹脂を流動させることによりコイル線材を当該スロット空間内においてコア部材の外径側へ付勢するものであることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のコア部材の製造装置。
3. 前記付勢手段は、前記コア部材を回転させて生ずる遠心力によりコイル線材を当該スロット空間内においてコア部材の外径側へ付勢するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機のコア部材の製造装置。
4. 前記付勢手段は、前記コア部材の内周に嵌合されてキャビティの内周面を形成する中子を通してキャビティ内の内周側から外周に向かって吹出す空気流によりコイル線材を当該スロット空間内においてコア部材の外径側へ付勢するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の回転電機のコア部材の製造装置。
5. 円周状の内周面若しくは外周面に複数のティースが配置されてこれらティース間に半径方向のスロット空間を備え、当該スロット空間内にコイル線材が配置された円筒状のコア部材をモールド対象とし、当該円筒状のコア部材を収容するキャビティが形成された一対の金型内に樹脂を注入して前記コア部材を樹脂によりモールドする回転電機のコア部材の製造方法において、
   前記スロット空間内に配置されたコイル線材を付勢手段により当該スロット空間内においてコア部材の外径側へ付勢し、
   前記コイル線材を外径側に付勢した後若しくは外径側に付勢しつつ、樹脂充填手段により前記キャビティに樹脂を充填するようにしたことを特徴とする回転電機のコア部材の製造方法。
6. 前記付勢手段は、コア部材を収容するキャビティの内径側から樹脂をキャビティに注入して、コア部材の内径側から外径側に向かって樹脂を流動させることによりコイル線材を当該スロット空間内においてコア部材の外径側へ付勢するものであることを特徴とする請求項５に記載の回転電機のコア部材の製造方法。
7. 前記付勢手段は、前記コア部材を回転させて生ずる遠心力によりコイル線材を当該スロット空間内においてコア部材の外径側へ付勢するものであることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の回転電機のコア部材の製造方法。
8. 前記付勢手段は、前記コア部材の内周に嵌合されてキャビティの内周面を形成する中子を通してキャビティ内の内周側から外周に向かって吹出す空気流によりコイル線材を当該スロット空間内においてコア部材の外径側へ付勢するものであることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一つに記載の回転電機のコア部材の製造方法。
9. 請求項５ないし請求項８のいずれかの製造方法を用いて得られるコア部材であり、
   前記スロット空間内のコイル線材がコア部材の外径側に偏って配置されていると共にスロット空間内に充填された樹脂によりモールドされていることを特徴とする回転電機のコア部材。
10. 請求項５ないし請求項８のいずれかの製造方法を用いて得られるコア部材を用いた回転電機であり、
    前記コア部材は回転電機のステータを構成し、冷却部材を備えるハウジング内に嵌合させて備えることを特徴とする回転電機。

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