JP2015139269A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコイルの周囲に溶融樹脂を充填してステータコイルの周囲を樹脂成形物で被覆する場合、樹脂成形物中にボイドが形成されやすい。【解決手段】絶縁体２０は、ステータコア１０の側面を被覆する側壁２２と、上面を被覆する上壁２４を備えている。側壁と上壁の半径方向内側の端面の位置関係が溶融樹脂の流動に影響を与える。上壁の半径方向内側の端面２４ｃ，２４ｄ，２４ｆを、側壁の半径方向内側の端面２２ａよりも半径方向外側にオフセットすると、ボイドの発生を抑制することができる。【選択図】図１

Description

本明細書では、モーターまたはジェネレーター等の回転電機に用いる固定子（以下ではステータという。）に関する技術を開示する。

ステータは、ステータコアの周囲にステータコイルを巻きつけた構造を備えている。ステータコアとステータコイルを絶縁するために両者の間に絶縁体を配置する場合があり、ステータコイルの位置を固定するためにステータコイルの周囲に溶融樹脂を充填し、溶融樹脂が硬化することで形成される樹脂成形物でステータコイルを被覆することがある。

特許文献１は、予め成形しておいた絶縁体にステータコアを組み付ける技術を示している。特許文献２は、ステータコアの周囲に絶縁体を射出成形する技術を示している。ステータコイルは、ステータコアの周方向の側面と軸方向の上下面に沿ってを巻きつけることから、いずれの技術によっても、絶縁体は、ステータコアの周方向の側面を被覆する側壁と、ステータコアの軸方向の上面を被覆する上壁を備えている。

特開２０１０−２４６２６９号公報 特開２０１２−６０７９５号公報

絶縁体の周方向側壁と軸方向上壁に沿って巻かれたステータコイルの周囲に溶融樹脂を充填して樹脂成形物でステータコイルを被覆する場合、溶融樹脂はステータコアの周方向側面に沿って上面に向かって流動し、周方向側面と軸方向上面の境界を乗り越えた後に、ステータコアの軸方向上面と絶縁体の上壁の上方空間を充填する。このとき、溶融樹脂に空気が巻き込まれ、樹脂成形物中にボイド（気泡）が発生しやすい。
樹脂成形物中にボイドが発生すると、ボイドからクラックが発生し、クラックによって樹脂成形物の一部が剥離し、剥離物が回転電機の運転に影響を与える可能性がある。ボイドの発生を抑制する必要がある。

樹脂成形物中にボイドが発生する原因を研究したところ、下記のことが判明した。
図４は、特許文献１に記載されているステータコア１０と絶縁体５０とステータコイル４０の分解斜視図を示している。ステータコイル４０は、左半分のみを図示している。絶縁体５０は、ステータコア１０の周方向の側面を被覆する側壁５２と、ステータコア１０の軸方向の上面を被覆する上壁５４，５７を備えている。ステータコア１０の上面は、側壁５２からの延長部５４の下面と、一対の縦壁５６間に形成されている上壁５７の下面に接している。
ステータコア１０の半径方向内側の面は、絶縁体５０で覆われない。そのために、側壁５２には半径方向内側の端面５２ａが形成され、上壁５７にも半径方向内側の端面５７ａが形成されている。特許文献１に記載されている技術では、上壁５７の半径方向内側の端面５７ａが、側壁５２の半径方向内側の端面５２ａよりも、距離ａだけ半径方向内側にオフセットされている。

ステータコイル４０の内側に絶縁体５０が挿入されるようにしてステータコイル４０と絶縁体５０とステータコア１０が組み付けられる。その後に、ステータコイル４０の周囲に溶融樹脂を充填する。溶融樹脂は、図４の矢印Ｄに示すように、ステータコア１０の側面に沿って下から上に流れる。本明細書では、ステータコアの側面に沿って流れる溶融樹脂の上流側を下といい、下流側を上という。
なお図４に示す特徴であって、上記に説明されていない特徴は、実施例の項目で説明する。図１〜３と図４において、同じ参照番号が使用されている部材は、同じ部材であることを意味している。

溶融樹脂に空気が巻き込まれる現象を研究したところ、上壁５７の半径方向内側の端面５７ａが側壁５２の半径方向内側の端面５２ａより半径方向内側にオフセットされていると、空気の混入現象が活発化することが判明した。逆に、端面５７ａが端面５２ａより半径方向外側にオフセットされていると、溶融樹脂の流動がスムース化され、空気の混入現象が抑制されることが判明した。
本明細書で開示するステータは、ステータコアと絶縁体とステータコイルと樹脂成形物を備えており、ステータコイルの周囲が樹脂成形物で被覆されている。複数本のステータコイルが円環状に配置されており、ステータは略円環状の形状をしている。絶縁体は、ステータコアの周方向側面を被覆する側壁と、ステータコアの軸方向上面を被覆する上壁を備えている。上壁の半径方向内側の端面は、側壁の半径方向内側の端面より、半径方向外側にオフセットされている。
上記の構成を備えていると、溶融樹脂の流動がスムース化され、空気の混入現象が抑制される。ステータコイルの周囲を覆っている樹脂成形物中に生じるボイドの数を抑制することができる。

上記の絶縁体は、特許文献１に示すように、ステータコアと別に製造された部材であってもよいし、特許文献２に示すように、ステータコアの周囲に射出成型された部材であってもよい。前者の場合、１本のステータコイルに１個の絶縁体が対応してもよいし、複数個の部材を組み合わせて１本のステータコイルに対応する絶縁体を構成してもよい。あるいは、１個の絶縁体が複数本のステータコイルに対応するものであってもよい。
ステータコイルの周囲を樹脂成形物で被覆する構造には、ステータコイル毎に樹脂成形物で被覆する構造と、複数本のステータコイルを１個の樹脂成形物で被覆する構造が含まれる。すなわち、複数本のステータコイルを円環状に配置する前に樹脂成形物で覆ってもよいし、複数本のステータコイルを円環状に配置した後に樹脂成形物で覆ってもよい。

本明細書に開示されているステータによると、ステータコイルを被覆している樹脂成形物中にボイドが発生することが抑制されており、樹脂成形物の強度が高い。樹脂成形物の一部が剥離するといったことが生じにくく、回転電機の信頼性・耐久性が向上する。

本明細書で開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明を実施するための形態、及び実施例にて詳しく説明する。

実施例のステータ（１本のステータコイルに対応する部分）の分解斜視図。 絶縁体の側壁と上壁の近傍の斜視図。 絶縁体の上壁の平面図。 従来のステータ（１本のステータコイルに対応する部分）の分解斜視図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を下記に列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれが独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。
（特徴１）ステータコア１０の軸方向上面に接する上壁を平面視すると、切欠きが形成されている。
（特徴２）その切欠きの上部に、ステータコイル４０と係合してステータコイルが半径方向内側に移動することを禁止するフック３０が形成されている。
（特徴３）ステータコイル４０にフック３０を係止させる際に一時的にフック３０を下方に変位させる必要がある。絶縁体の上壁に切欠きが形成されているために、フック３０が上壁と干渉せずに、下方に変位することができる。

図１において、参照番号１０はステータコアを示し、複数枚の電磁鋼板１２が上下方向に積層されている。ステータコア１０は、手前側の側面（周方向の側面）１３と、上面（軸方向の上面）１４と、奥側の側面（周方向の側面であるが、図示されていない）と、下面（軸方向の下面であるが、図示されていない）と、半径方向内側の端面１５と、半径方向外側の端面（図示されていない）を備えている。手前側の側面１３と奥側の側面の間の距離は、半径方向外側に向かうほど広がっている。

参照番号２０は絶縁体であり、本実施例ではステータコア１０と別に成形されている。ステータコア１０の周囲に射出成形して絶縁体２０を作成してもよい。絶縁体２０は、ステータコアの手前側の側面１３に接して被覆する手前側の側壁２２と、上面１４に接して被覆する上壁２４と、奥側の側面に接して被覆する奥側の側壁（図示されていない）と、下面に接する下壁（図示されていない）と、背面壁３８を備えている。
上壁２４には、上方から平面視したときに切欠きが形成されている。その詳細は下記のとおりであり、図１〜図３に図示されている。図２は、絶縁体２０のみを斜視した図であり、図３は絶縁体２０の上壁２４を平面視した図である。
上壁２４の両サイドにおける半径方向内側の端面２４ａは、側壁２２の半径方向内側の端面２２ａと同一面になっている。上壁２４の端面は、端面２４ａから半径方向外側に向きを変え、半径方向内側の端面２４ｃに連なっている。端面２４ｂは、端面２４ａと端面２４ｃの間を半径方向に延びている端面である。上壁２４の上面に、一対の縦壁２６が形成されている。一対の縦壁２６の間では、上壁２４の半径方向内側の端面２４ｆが、さらに半径方向外側にオフセットされている。端面２４ｅは、端面２４ｃと端面２４ｆの間を半径方向に延びている端面である。縦壁２６の半径方向内側の端面２４ｄは、端面２４ｃと同一面である。
半径方向内側の端面のうち、端面２４ａは、実質的に側壁２２の端面２２ａの延長部であり、側壁２２の端面２２ａの一部であるということができる。上壁２４の半径方向内側の端面は、２４ｃ、２４ｄ、２４ｆであり、側壁２２の端面２２ａよりも半径方向外側にオフセットされている。端面２４ｃ、２４ｄは、端面２２ａより距離ｂだけ半径方向外側にオフセットされており、端面２４ｆは、端面２２ａより距離ｃだけ半径方向外側にオフセットされている。

一対の縦壁２６の間を係止壁２８が延びており、その先端にフック３０が形成されている。係止壁２８の下面と上壁２４の上面との間には間隔が確保されており、係止壁２８は下方に撓むことができる。下方に撓めながらステータコイル４０を絶縁体２０に組み付けることができる。組み付けると、フック３０がステータコイル４０に係止する。フック３０は、絶縁体２０に対してステータコイル４０が半径方向内側に変位するのを禁止する。絶縁体２０の上壁２４に切欠きが形成されているために、フック３０は上壁２４と干渉せずに下方に変位することができる。

絶縁体２０の下壁から一対の脚部３２が延びており、その峰に沿って係止峰３４が延びている。係止峰３４の先端にもフック３６が形成されている。
背面壁３８には、ステータコア１０が通過する開孔が形成されている。

背面壁３８の半径方向外側から、絶縁体２０にステータコア１０を挿入する。するとステータコア１０の周方向側面が絶縁体２０の側壁２２に密着し、ステータコア１０の軸方向上面が絶縁体２０の上壁２４に密着する。次いでステータコイル４０を半径方向内側から外側に移動させる。ステータコイル４０の内側面は絶縁体２０の側壁２２によって位置決めされ、ステータコイル４０の内下面は絶縁体２０の係止峰３４によって位置決めされ、ステータコイル４０の内上面は絶縁体２０の係止壁２８によって位置決めされる。ステータコイル４０は、背面壁３８とフック３０、３６によって、半径方向の位置が規制される。

ステータコア１０と絶縁体２０とステータコイル４０が組み付けられたら、その組み立て体を型内に収容し、溶融樹脂をステータコイル４０の周辺に充填し、ステータコイル４０を樹脂成形物で被覆する。これによって、ステータコイル４０の形状自体が固定され、ステータコイル４０と絶縁体２０の位置関係が固定される。
溶融樹脂は、矢印Ｄに示すように、ステータコア１０の側面１３に沿って下方から上方に流れる。ステータコア１０の上面１４に達した溶融樹脂は上面１４の上方に残されている空間を充填し、絶縁体２０の上壁２４の上面に達した溶融樹脂は、上壁２４の上方に残されている空間を充填する。
その際に、図１に示すように、上壁２４の半径方向内側の端面２４ｃ、２４ｄ、２４ｆが、側壁２２の半径方向内側の端面２２ａより半径方向外側にオフセットされていると、上面１４と上壁２４の上方に残されている空間に流れる混む溶融樹脂に空気が混入することが抑制される。溶融樹脂が硬化して形成される樹脂成形物にボイドが生じることが抑制される。

上記に説明したように、溶融樹脂をステータコイル４０の周辺に充填してステータコイル４０を樹脂成形物で被覆する場合、側壁２２の半径方向内側の端面２２ａと上壁の半径方向内側の端面の位置関係が重要であり、図４に示すように、上壁の端面５７ａが側壁の端面５２ａよりも半径方向内側にオフセットされているとボイドが多い樹脂成形物となるのに対し、図１に示すように、上壁の端面２４ｃ、２４ｄ、２４ｆが側壁の端面２２ａよりも半径方向外側にオフセットされているとボイドが少ない樹脂成形物を成形することができる。本明細書に記載の技術によると、樹脂成形物の一部が剥がれる事態の発生を防止でき、回転電機の耐久性と信頼性を高めることができる。

以上、本明細書が開示する技術の実施例について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：ステータコア
１２：鋼板
１３：側面
１４：上面
１５：半径方向内側の端面
２０：絶縁体
２２：側壁
２２ａ：端面
２４：上壁
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４Ｆ：端面
２６：縦壁
２８：係止壁
３０：フック
３２：脚
３４：係止峰
３６：フック
３８：背面壁
４０：コテータコイル
４２：コイル本体
４４：引き出し線
５２：側壁
５２ａ：端面
５４：上壁
５６：縦壁
５７：上壁
５７ａ：端面

Claims (1)

1. ステータコアと絶縁体とステータコイルと樹脂成形物を備えており、ステータコイルの周囲が樹脂成形物で被覆されている略円環状のステータであり、
   前記絶縁体は、前記ステータコアの周方向側面を被覆する側壁と、前記ステータコアの軸方向上面を被覆する上壁を備えており、
   前記上壁の半径方向内側の端面が、前記側壁の半径方向内側の端面より、半径方向外側にオフセットしていることを特徴とするステータ。

Images