JP2017103923A - ステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの製造時に絶縁部材をコア部に固定する手間が生じるのを抑制する。【解決手段】ステータは、複数のコアプレートを積層方向に積層して形成される積層コア部と、積層コア部の積層方向の端部に位置する端部プレートを覆う絶縁部材とを備える。ステータの製造工程は、複数のコアプレートを準備する準備工程と、複数のコアプレートのうちの端部プレートと絶縁部材とを一体成形する成形工程と、複数のコアプレートのうちの端部プレートを除いた残りのプレートを積層する積層工程と、一体成形工程において絶縁部材と一体成形された端部プレートと、積層工程において形成された中間プレートとを連結する連結工程とを含む。【選択図】図６

Description

本発明は、モータに含まれるステータの製造方法に関する。

特開２００７−３１２５４９号公報（特許文献１）には、複数のコアプレートを積層方向に積層して形成される円環状のコア部と、コア部の積層方向の端部を覆う円環状の絶縁部材とを備えるステータが開示されている。コア部の内周面には、複数のティースが周方向に所定間隔を隔てて配列される。ティース端部には、積層方向に突出する突出部が設けられる。絶縁部材には、複数のティースの突出部がそれぞれ嵌め込まれる複数の溝部が形成されている。絶縁部材の複数の溝部に複数のティース端部をそれぞれ嵌め込むことによって、絶縁部材がコア部に固定される。

特開２００７−３１２５４９号公報 特開２００３−２９９２８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたステータのように絶縁部材の複数の溝部に複数のティース端部をそれぞれ嵌め込むのには、手間がかってしまうという問題がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ステータの製造時に絶縁部材をコア部に固定する手間が生じるのを抑制することである。

この発明に係る製造方法は、複数のコアプレートを積層方向に積層して形成されるコア部と、コア部の積層方向の端部を覆う絶縁部材とを備えるステータの製造方法であって、複数のコアプレートを準備する第１工程と、コア部の積層方向の端部に位置する端部プレートと絶縁部材とを一体成形する第２工程と、第２工程において絶縁部材と一体成形された端部プレートと、複数のコアプレートのうちの端部プレートを除いた残部プレートとを連結する第３工程とを含む。

上記の製造方法によれば、複数のコアプレートが第１工程において準備され、コア部の積層方向の端部に位置する端部プレートと絶縁部材とが第２工程において一体成形され、第２工程において絶縁部材と一体成形された端部プレートと残部プレートとが第３工程において連結される。そのため、絶縁部材をコア部に固定する手間が生じる工程を経ることなく、ステータを製造することができる。その結果、ステータの製造時に絶縁部材をコア部に固定する手間が生じるのを抑制することができる。

ステータを備えるモータジェネレータの断面を模式的に示す図である。 ステータの正面図である。 ステータコアの部分的な拡大図である。 ステータコアの部分的な斜視図である。 ステータコアの断面図である。 ステータコアの製造工程を模式的に示す図である。 ステータコアの部分的な断面図である。

以下、本実施の形態によるステータの製造方法を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

＜ステータの構成＞
図１は、本発明の実施の形態によるステータ５０を備えるモータジェネレータ１の断面を模式的に示す図である。モータジェネレータ１は、電動車両（電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車など）を走行させるためのトルクを発生可能な回転電機である。すなわち、モータジェネレータ１は電動車両に搭載される。モータジェネレータ１は、ロータ１０と、ステータ５０とを備える。

ロータ１０は、ロータコア１１と、磁石１３とを有する。ロータコア１１は、中心軸１０１に沿って延びるシャフト５８に固定される。シャフト５８は、ロータコア１１とともに中心軸１０１を中心に回転する。ロータコア１１は、中心軸１０１に沿った円筒形状を有する。ロータコア１１は、複数のロータコアプレート（電磁鋼板）１２を中心軸１０１の軸方向に積層して形成される。磁石１３は、ロータコア１１に埋設される。

ステータ５０は、ロータ１０の外周上に配置される。ステータ５０は、ステータコア５１と、コイル５４とを含む。ステータコア５１は、積層コア部５２と、絶縁部材５３とを含む。

積層コア部５２は、複数のステータコアプレート（電磁鋼板）を中心軸１０１に沿う方に積層されて形成される。以下、複数のステータコアプレートが積層される方向（中心軸１０１に沿う方向）を、単に「積層方向」とも記載する。

積層コア部５２は、積層方向の一方の端部に位置する端部プレート５２Ａと、積層方向の他方の端部に位置する端部プレート５２Ｂと、端部プレート５２Ａと端部プレート５２Ｂとに挟まれる中間プレート５２Ｃとを含む。

本実施の形態においては、端部プレート５２Ａ，５２Ｂの各々に１枚のプレートが含まれ、中間プレート５２Ｃに２枚以上のプレートが含まれる場合を例示するが、端部プレート５２Ａ，５２Ｂおよび中間プレート５２Ｃの各々に含まれるプレート数はこれに限定されない。たとえば、端部プレート５２Ａ，５２Ｂの各々に２枚以上のプレートが含まれるようにしてもよいし、中間プレート５２Ｃに１枚のプレートが含まれるようにしてもよい。

絶縁部材５３は、樹脂製であり、電気を絶縁する特性を有する。絶縁部材５３は、端部プレート５２Ａを覆う絶縁部材５３Ａと、端部プレート５２Ｂを覆う絶縁部材５３Ｂとを含む。

コイル５４は、絶縁部材５３Ａ，５３Ｂを介在した状態でステータコア５１に巻回される。これにより、コイル５４とステータコア５１とが絶縁される。

コイル５４は、３相ケーブル６０によって図示しない三相インバータに電気的に接続されている。３相ケーブル６０は、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３からなる。コイル５４は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これらの３つのコイルの端子に、それぞれ、Ｕ相ケーブル６１、Ｖ相ケーブル６２およびＷ相ケーブル６３が接続されている。

図２は、積層方向の一方側（絶縁部材５３Ａ側）から見たステータ５０の正面図である。積層コア部５２は、中心軸１０１を中心として円環状に形成される。積層コア部５２の内周面には、複数のティース５５が周方向に所定間隔を隔てて配列される。絶縁部材５３Ａは、積層コア部５２の積層方向の端部に位置する端部プレート５２Ａの内周部分（ティース部分を含む）を覆うように円環状に形成される。

コイル５４は、Ｕ相コイルを構成するコイルＵ０〜Ｕ７、Ｖ相コイルを構成するコイルＶ０〜Ｖ７およびＷ相コイルを構成するコイルＷ０〜Ｗ７からなる。コイルＵ０〜Ｕ７，Ｖ０〜Ｖ７，Ｗ０〜Ｗ７の各々は、周方向に連続する所定数（図２に示す例では５つ）のティース５５に跨って巻回される。コイルＵ０〜Ｕ７は、最外周に配置されている。コイルＶ０〜Ｖ７は、コイルＵ０〜Ｕ７よりも中心軸１０１側であって、それぞれ、コイルＵ０〜Ｕ７に対して周方向に一定の位相（図２に示す例ではティース２つ分の位相）だけずれた位置に配置されている。コイルＷ０〜Ｗ７は、コイルＶ０〜Ｖ７よりも中心軸１０１側であって、それぞれ、コイルＶ０〜Ｖ７に対して周方向に一定の位相（図２に示す例ではティース２つ分の位相）だけずれた位置に配置されている。なお、コイル５４の巻き方は、図２に示すような複数のティースに跨って巻回する巻き方（いわゆる分布巻き）に限定されず、１つのティースに集中的に巻回する巻き方（いわゆる集中巻き）であってもよい。

図３は、積層方向の一方側（絶縁部材５３Ａ側）から見たステータコア５１の部分的な拡大図である。図４は、ステータコア５１の部分的な斜視図である。図３，４に示されるように、絶縁部材５３Ａは、積層コア部５２の積層方向の一方の端部に位置する端部プレート５２Ａの内周部分（ティース部分を含む）を覆うように配置される。また、図４に示されるように、同様に、絶縁部材５３Ｂは、積層コア部５２の積層方向の他方の端部に位置する端部プレート５２Ｂの内周部分（ティース部分を含む）を覆うように配置される。

＜ステータの製造方法＞
上記のような構成を有するステータ５０の製造方法を以下に説明する。

図５は、図３に示すＶ−Ｖ線におけるステータコア５１の断面図である。本実施の形態によるステータコア５１は、上述のように、複数のステータコアプレートを積層方向に積層して形成される積層コア部５２と、積層コア部５２の積層方向の端部に位置する端部プレート５２Ａ，５２Ｂをそれぞれ覆う絶縁部材５３Ａ，５３Ｂとを備える。

このうち、端部プレート５２Ａ（電磁鋼板）と絶縁部材５３Ａ（樹脂）とは一体成形される。ここでいう一体成形とは、絶縁部材５３Ａを端部プレート５２Ａに接合させながら（一体化させながら）成形することを意味する。一体成形の例としては、いわゆるインサート成形が挙げられる。

インサート成形は、樹脂成形用の金型にインサート品（金属部品など）を装填した後、金型内に高温に加熱されて溶融された樹脂を注入し、インサート品を樹脂で包み込んで固化させ、樹脂とインサート品とを一体化させた部品を製造する工法である。本実施の形態においては、絶縁部材５３Ａ（樹脂）を成形するための金型に端部プレート５２Ａを装填した後、金型に樹脂を注入し、端部プレート５２Ａを樹脂で包み込み固化させることによって、絶縁部材５３Ａを端部プレート５２Ａに接合させながら成形することができる。同様のインサート成形によって、端部プレート５２Ｂと絶縁部材５３Ｂとも一体成形される。

そして、絶縁部材５３Ａと一体成形された端部プレート５２Ａ（金属）が、残りの中間プレート５２Ｃ（金属）の一方の端面にかしめや溶接などによって連結される。同様に、絶縁部材５３Ｂと一体成形された端部プレート５２Ｂ（金属）が、残りの中間プレート５２Ｃ（金属）の他方の端面にかしめや溶接などによって連結される。これにより、ステータコア５１が形成される。このように形成されたステータコア５１のティース５５に、図２に示したようにコイル５４が巻回される。これにより、ステータ５０が形成される。

図６は、ステータコア５１の製造工程を模式的に示す図である。ステータコア５１の製造工程には、準備工程、一体成形工程、積層工程、連結工程が含まれる。

準備工程では、積層コア部５２を構成する複数のコアプレートが金型などを用いて成形されてそれぞれ準備される。

一体成形工程では、準備工程で準備された複数のコアプレートのうちの端部プレート５２Ａと絶縁部材５３Ａとが上述のように一体成形される。同様に、準備工程で準備された複数のコアプレートのうちの端部プレート５２Ｂと絶縁部材５３Ｂとが一体成形される。

積層工程では、準備工程で準備された複数のコアプレートのうちの端部プレート５２Ａ，５２Ｂを除いた残りのプレートを積層することによって、中間プレート５２Ｃが形成される。なお、積層工程は、一体成形工程の前あるいは一体成形工程と同時に行なわれてもよい。

連結工程では、一体成形工程において絶縁部材５３Ａと一体成形された端部プレート５２Ａと、積層工程において形成された中間プレート５２Ｃとが連結される。また、一体成形工程において絶縁部材５３Ｂと一体成形された端部プレート５２Ｂと、積層工程で形成された中間プレート５２Ｃとが連結される。これにより、ステータコア５１が製造される。

以上のように、本実施の形態によるステータ５０の製造方法によれば、積層コア部５２を構成する複数のコアプレートを準備し、準備された複数のコアプレートのうちの積層コア部５２の積層方向の一方の端部に位置する端部プレート５２Ａと絶縁部材５３Ａとを一体成形するとともに、積層コア部５２の積層方向の他方の端部に位置する端部プレート５２Ｂと絶縁部材５３Ｂとを一体成形する。そして、絶縁部材５３Ａ，５３Ｂとそれぞれ一体成形された端部プレート５２Ａ，５２Ｂと、残りの中間プレート５２ＣＣとを連結することによってステータコア５１（ステータ５０）を形成する。そのため、絶縁部材５３Ａ，５３Ｂを積層コア部５２に固定する手間が生じる工程を経ることなく、ステータコア５１を製造することができる。その結果、ステータ５０の製造時に絶縁部材５３Ａ，５３Ｂを積層コア部５２に固定する手間が生じるのを抑制することができる。

さらに、本実施の形態によるステータ５０の製造方法は、端部プレート５２Ａ，５２Ｂと絶縁部材５３Ａ，５３Ｂとをそれぞれ一体成形するため、次のようなさまざまな利点を有する。

図７は、図３に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線におけるステータコア５１の部分的な断面図である。なお、図７の下側には、比較例として、一体成形しない場合（絶縁部材と端部プレートとを別々に形成した後に両者を組み付ける場合）が示されている。なお、図７には、代表的に絶縁部材５３Ａと端部プレート５２Ａとを含む部分の断面を示しているが、絶縁部材５３Ｂと端部プレート５２Ｂとを含む部分の断面も同様の形状を有する。

本実施の形態においては、絶縁部材５３Ａと端部プレート５２Ａとを一体成形するため、絶縁部材５３Ａの組み付け公差が不要となる。すなわち、一体成形しない場合には、絶縁部材５３Ａの組み付け公差Ｔが必要となる。これに対し、本実施の形態においては、一体成形によって絶縁部材５３Ａの組み付け公差が不要となるため、以下のような利点がある。

まず、コイル５４をより積層コア部５２に近い位置に配置することができるため、コイル５４と積層コア部５２の側面との間に形成される無駄なスペースを小さくすることができる。そのため、スロット占積率（各ティース５５間のスペース（いわゆるスロット）に対してコイル５４が占める割合）を高めることができるので、高トルク密度化を実現することが可能となる。

また、絶縁部材５３Ａにおけるティース５５を覆う部分の幅Ｗ１を、一体成形しない場合の幅Ｗ２よりも小さくすることができる。そのため、各ティース５５を覆う絶縁部材５３Ａ間の距離Ｄ１を、一体成形しない場合の距離Ｄ２よりも長くすることができる。そのため、各ティース５５間のスペースをより大きく確保することが可能となる。

また、絶縁部材５３Ａにおける端部プレート５２Ａとの接合面の寸法精度が、一体成形しない場合よりも向上する。そのため、たとえば、絶縁部材５３Ａにおける端部プレート５２Ａとの接合面の平面度公差の影響で、コイル５４の位置ずれが生じたり不要な応力が発生したりすることが抑制され易くなる。また、端部プレート５２Ａと絶縁部材５３Ａとの接合面にコイル５４をより近づけることが可能になるため、コイルエンド（コイル５４におけるステータコア５１の外側に出る余分な部分）の小型化が可能となる。

さらに、本実施の形態においては、絶縁部材５３Ａと積層コア部５２の全体とを一体成形するのではなく、絶縁部材５３Ａと積層コア部５２の一部（端部プレート５２Ａ）とを一体成形するため、成形が容易となる利点もある。すなわち、仮に絶縁部材５３Ａと積層コア部５２の全体とを一体成形するものとすると成形型の大型化、作業の困難さ、寸法精度の悪化を招くが、本実施の形態においてはこれらの問題を解消し得る。

なお、絶縁部材５３Ｂと端部プレート５２Ｂとを一体成形する利点も、絶縁部材５３Ａと端部プレート５２Ａとを一体成形する利点と同様である。

＜変形例＞
上述の実施の形態は、たとえば以下のように変更することもできる。

（１） 上述の実施の形態においては、絶縁部材５３Ａ，５３Ｂのティース部分の幅Ｗ１が中間プレート５２Ｃのティース部分の幅よりも大きい場合を示した（図７参照）。しかしながら、絶縁部材５３のティース部分の幅Ｗ１を、中間プレート５２Ｃのティース部分の幅と同じにしてもよい。なお、このような変形は、絶縁部材５３と一体成形される端部プレート５２Ａ，５２Ｂのティース部分の幅を、中間プレート５２Ｃのティース部分の幅よりも絶縁部材５３の幅分だけ小さくすることによって実現可能である。

（２） 上述の実施の形態においては絶縁部材５３を円環状として１つの部材としたが、絶縁部材５３の形状はこれに限定されない。たとえば、複数のティースをそれぞれ覆う複数の絶縁部材を別々に設けるようにしてもよい。また、積層コア部の端部プレートがティース毎に分割されていてもよい。

（３） 上述の実施の形態においては中間プレート５２Ｃの側面が絶縁部材で覆われておらずに露出しているが、中間プレート５２Ｃの側面を絶縁部材で覆うようにしてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ モータジェネレータ、１０ ロータ、１１ ロータコア、１３ 磁石、５０ ステータ、５１ ステータコア、５２ 積層コア部、５２Ａ，５２Ｂ 端部プレート、５２Ｃ 中間プレート、５３Ａ，５３Ｂ 絶縁部材、５４ コイル、５５ ティース、５８ シャフト、６０ 三相ケーブル、１０１ 中心軸。

Claims (1)

1. 複数のコアプレートを積層方向に積層して形成されるコア部と、前記コア部の積層方向の端部を覆う絶縁部材とを備えるステータの製造方法であって、
   前記複数のコアプレートを準備する第１工程と、
   前記コア部の積層方向の端部に位置する端部プレートと前記絶縁部材とを一体成形する第２工程と、
   前記第２工程において前記絶縁部材と一体成形された前記端部プレートと、前記複数のコアプレートのうちの前記端部プレートを除いた残部プレートとを連結する第３工程とを含む、ステータの製造方法。

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