JP3936534B2

JP3936534B2 - 固定子コア及びモータ固定子の製造方法

Info

Publication number: JP3936534B2
Application number: JP2000393268A
Authority: JP
Inventors: 裕治榎本; 幸記種田; 光一郎大原; 俊彦酒井; 俊美虻川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-12-21
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2007-06-27
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP2002199666A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石モータ、シンクロナスモータ、インダクションモータ、ステッピングモータ等、固定子と回転子で構成されるモータ、あるいは発電機などの回転電機に係り、特にその固定子をヨーク部と突極磁極であるティース等に分割し、樹脂で成形、またはその他の締結方法で成形加工した回転電機および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記モータの固定子コアを樹脂成形する方法に関する従来技術としては、特開平８−７０５５０号公報，特開平１０−２４８１９３号公報（従来技術１）、および特開平６−１０５４８７号公報（従来技術２）が知られている。
【０００３】
従来技術１に代表される固定子コア構造は、図２（ａ）に示すように、突極磁極のティース部３とヨーク部４からなる固定子コアが一体で打抜きされ、そのコアに巻線を施し、樹脂封止することによって固定子を得る構造を持つ。この構造は、コイルの絶縁確保とコアとコイルの固定を目的としている。また、樹脂成形で、固定子をハウジング及びエンドブラケットに固定する基準部分（インロー部）、軸受け保持部などを成形で形成し、高精度化する目的も併せ持つ。
【０００４】
また、従来技術２は、図２（ｂ）に示すようにヨーク部とティース部を含めて複数に分割することで、ボビン巻線が可能となり巻線の高密度化を実現できるため、従来技術１に比べてモータを小形、高効率化できる。これは、固定子の１突極分のヨーク部とティース部を持つピースを円周上に固定子の突極数分を配置することにより固定子コアを得るため、コイル巻線作業を容易にすることが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１においては、固定子コアに巻線を施す場合に、固定子のティース先端部の開口部から、巻線を施すことになるので、占積率の高い巻線ができないという問題がある。
【０００６】
従来技術２は、従来技術１の問題を解決可能であるが、固定子コアを分割し、巻線後に再組立するため、固定子の内径寸法精度，内径真円度等の組立精度を確保できないといった問題点がある。また、この従来技術では、組立後の固定子コアは円筒形状の心金を用いて樹脂により封止される構造をとるが、分割されたコアを封止する場合に、巻線後に再組立するため、一体打抜きされたコアに比べて組立後の精度を確保するのに比較的手間を必要とする。更に、固定子封止のためには成形型に固定子をセットする必要があり、高精度に封止固定子を得る為にはクリアランスがゼロの状態で型へセットすることが望ましいが、上記理由で作業が困難な為、ある程度のクリアランスが必要であり、位置決め誤差を誘発し、封止製品の機械精度が悪化する課題があった。本発明の目的は、分割コアを採用し、巻線を高占積率化したものを用いるモータにおいて、モータ効率を高め、かつ、ティース先端部（固定子内径部）の寸法精度を高め、モールドなどの固定法によって機械的強度を高め、コギングトルクの少ない電動機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、固定子コアを樹脂封止する構造において、封止金型の固定子内径部を拘束する心金部は、内側から外側に向かって開くことができる構造を有し、その心金部に、心金部の内径よりも大きい外径を有する軸を挿入することによって、心金部、すなわち、固定子セット時は可能最小内径以下の寸法にて心金を挿入し、その後、可能最大内径の寸法に心金寸法を拡張し、固定子内径部のばらつきを可能最大内径に揃えた後、樹脂封止などの成形加工を施すことで、製品内径部の精度向上を狙う。内径部の精度は、ティースピッチ間のばらつき、内径真円度、内径寸法などをいう。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に係るモータ製造方法の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【０００９】
図１には、本発明に係るモータ封止金型の一実施の形態である基本的な１２突極磁極でなる固定子コア内径拘束心金構造を示す。
【００１０】
図１に示したコア構造は、円筒状のヨーク部分（以下ヨーク部と称する）４と、分割された１２個の突極磁極でなるティース部３を持つ回転電機固定子コアの例である。
【００１１】
この分割コア固定子を樹脂封止する金型の内径拘束心金１は円筒状であり、固定子コアのティース先端部スロット開口部をガイドする１２個のブレード１ａを有し、固定子コアの突極磁極数に合わせてそのスロットピッチ角度に等分され、さらに１２個のスリット１ｂを有する構造を持つ。この内径拘束心金１の内径側に心金１の内径よりも大きい外径を有する軸２を挿入することによって、心金１は固定子内径を径方向に拡張する機能を持つ。
【００１２】
この拡張によって、分割コアを再組立したときのコア精度を心金１の加工精度程度に向上することができる。また、ブレード１ａが周方向の等分割機能を有している。
【００１３】
図１に示すような構造の分割コアにおいては、ヨーク部４とティース部３を略台形形状で形成された嵌合部６に組立のための微小な隙間（ギャップ）が必要である。たとえば、この図１のように軸方向に組立する構造においては、はめあい公差程度の隙間が必要となる。その隙間のうち、ラジアル方向（径方向）の隙間をなくす必要がある場合の組立方法として本発明が有効である。
【００１４】
本発明の心金構造は、分割コア組立後の内径部分の精度を成形前に矯正し、その状態を保持したまま、組立後の精度を向上して樹脂成形するための方法である。図３に心金１の構造を示す。中空の円筒に軸方向に一部スリットもブレードも設けない箇所を残し突極磁極数と同じ１２ヶ所のスリット１ｂと、１２個の隣あわせる突極磁極間の開口部２１に挿入されるブレード１ａを等ピッチで配置しスリットのある部分が径方向にある程度可動できる構造とする。その内径寸法をφｄ_１とする。φｄ₂部分に固定子コアが配置される。スリット１ｂとブレード１ａは固定子コアの軸方向長さに対し、長い寸法で構成され、その軸端部にはスリットとブレードは設けていない。
【００１５】
図４に心金１に挿入する軸２を示す。この軸の外径寸法は、φｄ₂とし、心金内径との関係を式1に示すように、心金１の内径寸法φｄ_１よりも軸２の外径寸法φｄ₂を大きくする関係とする。この関係をもつことで、図５に示すように、心金へ軸を挿入する前の心金外径寸法φＤ_１よりも心金へ軸を挿入した後の心金外径寸法φＤ₂が大きくなる式２の関係となる。この構造を固定子内径の拡張位置決めに採用し、固定子内径の精度向上を実現する。
【００１６】
図６にその手順を示す。（ａ）に固定子の横断面図を示す。手順としてまず、（ｂ）に示すように固定子に心金をセットする。心金のブレード１ａは磁極間の開口部に挿入される。また、心金１のスリット部１ｂはティース先端部の周方向中央部に位置する。この心金は突極磁極の内径に比べ小さいので固定子内径の精度などの出来如何にかかわらず、容易にセットすることができる。次に、心金の内側に、テーパ形状の部分から軸を挿入し、心金の内径、外径を広げ、固定子内径のティースの嵌合部隙間によるガタ分の遊びを吸収する。これによって、この心金装着時のティース先端位置精度は、この心金の加工精度程度に抑えることができる。この精度を保ち、図６のセット状態で固定子を樹脂封止することで固定子の内径部精度の確保ができる。
【００１７】
図７に樹脂成形金型の構造を示す。樹脂金型の下型１２に心金1，軸２と嵌合する箇所を設け、成形型内部に固定子、心金をセットできる構造とする。金型上部には、樹脂の注入口９を設け、その注入口を有する上型の内部に心金の一部が拘束される構造とする。これにより、上型と下型のは心金によって軸ずれのない構造となる。型で囲まれた空間部に樹脂を注入することで、モールドされた固定子を得ることができる。この成形後の内径真円度は心金によって位置決めされた状態のまま成形されるため、心金の加工精度程度の真円度を確保できる。
【００１８】
本実施例によれば、軸２を挿入することによって、心金１の外径側がティースの内径側に密着するので、ティースの回転子に対向する内径側に樹脂が付かない状態で樹脂封止できる。樹脂封止したときにティースの内側に薄い樹脂膜ができると、電磁振動によってはがれ落ちる虞があるが、本実施例によればこのようなことがない。
【００１９】
図８に本発明の実施例にさらに工程を加えることで高精度化できる例を示す。固定子のコイルの占積率が高い場合など、ティースの傾きによって軸を挿入することが困難な場合に、軸を挿入する場合に加振器で振動を加えながら挿入することが有効である。ＸＹＺ方向の細かい振動を与えることによって、ティース先端を矯正することができ、小さな挿入力で軸の挿入ができる。また、挿入後にθ方向に細かい正逆の加振を行なうことで、組立したティースとヨークの局部的な残留応力を開放することが出来るため、位置が落ち着く効果がある。この場合、加振周波数は１００Hz〜１kHzとする。また、加振振幅(p-p)は、ティースとヨークの嵌合部の微少隙間程度を与えるのが良い。例えば本実施例ではティースとヨークの嵌合部の微少隙間が１０μｍ程度なので加振振幅(p-p)を１０μｍ程度とする。
【００２０】
図９には本発明の第２の実施例を示す。図２の（ｂ）の構造をもつ分割コアモータにおいても、この手法が適用可能である。この分割コア方法を用いる場合には、コアが分割されているため、心金による内径方向からの拡張作用により外径方向に押されて、コアが開いてしまわないように、外径部押さえ金具１１でコアの外周方向から内径側に向かう方向に押しつけて組立することが必須であるが、内側にも外側からの力に耐える心金が必要であるため、本発明の心金が有効である。つまり、分割コアを組立するときに、内側と外側から押し付け合い、正規の位置にコアを位置決めした状態で、第１実施例の樹脂封止固定の代わりにレーザ溶接などの分割コア固定を行なうことで高精度の内径をもつモータ固定子を得ることができる。
【００２１】
図１０に本発明の第３の実施例をしめす。図１０に示すように本発明の心金にスリットとブレードを構成した心金は、アウターロータ型のモータの固定子に対しても同様の効果を持つ。また、その組立方法も内径と外径を反転するだけで基本的な考え方は同じである。また、本発明のブレード形状は、三角形状としても周方向分割精度を確保される。
【００２２】
また、第１の実施例の心金の拡張方法は、心金内径よりも太い軸の挿入のほか、空気，油圧式バルーンチャック、ねじ式拡張機構なども応用できる。図１１にバルーンチャックによって拘束する構造を示す．金型の内部に、心金１の内側に圧縮空気を供給する配管１５を設け、その配管を通じて圧縮空気を供給する。心金の内側には、ゴムなどの収縮可能な部材で構成されたバルーンチャックを設け、圧縮空気の供給により、心金を拡張する。図１２にネジ式の拡張機構を示す。ネジを締めつけすることによって心金１を拡張することができる構成となっている。
【００２３】
なお、本発明は、発電機であってもモータと同様に適用できる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、樹脂モールドによってコア，コイルを固定する方式のため、機械的強度が高い。また、心金にスリットとブレードを設けた構成で、心金を基準で成形するため、内径真円度などの精度も高いモータを実現することが可能である。これによってモータとしてコギングトルクが低減でき、特に低速回転時の制御性が向上し、脈動トルクが小さくなるので低振動、低騒音なモータを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電動機コア内径成形方法の基本的な構造を示す断面図である。
【図２】本発明に関連する公知のコア形状の形態を示す図である。
【図３】本発明の内径拘束心金の構造を示す断面図および側面図である。
【図４】本発明の内径拘束心金の内側に挿入する軸形状を示す側面図である。
【図５】本発明の内径拘束心金と軸の組立関係を示す側面図である。
【図６】本発明の内径拘束心金と軸をモータ固定子の内径部拡張に使用する例を示す図面。
【図７】本発明の内径拘束心金を装着した固定子を樹脂成形する場合の樹脂成形金型構造を示す断面図である。
【図８】本発明の内径拘束心金をモータ固定子に装着し、加振器によって振動を与える方法を説明する側面図である。
【図９】本発明の内径拘束心金を異なる分割コア構造のモータに適用する例を示す断面図である。
【図１０】本発明の心金をアウターロータタイプのモータに適用し、外径側を拘束する心金とした例を示す断面図である。
【図１１】本発明の心金の内側にゴムなどの部材のバルーンチャックを設け圧縮空気によって、拡張して内径を拘束する心金とした例を示す断面図である。
【図１２】本発明の心金をネジによって内径を拡張して拘束する心金とした例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…心金、１ａ…ブレード、１ｂ…スリット、２…軸、３…突極磁極であるティース、４…ヨーク、５…コイル、６…ティースとヨークの嵌合部、７…シャフト、８…マグネット、 φｄ_１…内径拘束心金の軸挿入前の内径寸法、 φｄ_２…軸の外径寸法、 φＤ_１…内径拘束心金の軸挿入前の外径寸法、 φＤ_２…内径拘束心金の軸挿入後の外径寸法、９…樹脂注入口、１０…レーザ溶接ヘッド、１１…外径部押え治具、１２…樹脂成形金型、１３…加振器、１５…空気配管、１６…バルーンチャック、１７…拡張ネジ、２０…固定子コア、２１…開口部。

Claims

円筒状のヨーク部コアとティース部コアなどに分割されたコアで構成される回転電機の固定子コアの製造方法において、
回転子面と対向する固定子のティース面を基準とする真円を形成した部材をティース部とヨーク部の嵌合部のギャップを極小化する方向に拡張してティースを押すとともに、各ティースの円周方向の角度割出位置の精度を補償する複数の突起部をそのスロット数に応じて前記部材の円周上に割出精度良く配置し、各ティース間に嵌入させ、さらに、各ティースの径方向の角度精度を補償するティース先端の回転子との相対面に基準となる真円を形成した拡張治具を用いた方法で位置決め固定して組み立てることを特徴とした固定子コアの製造方法。
円筒状のヨーク部コアとティース部コアなどの分割されたコアで構成される内側回転子構造の回転電機の固定子コアの製造方法において、
固定子内径部に中空円筒状の心金部を装着し、その心金部は外周に固定子の磁極極数と同数の分割ピッチで固定子スロットの開口部をガイドするブレードを設けることにより、固定子内径のティース周方向位置を拘束できる構造を有し、その心金部を装着した状態で成形を行なうことを特徴とする固定子コアの製造方法。
円筒状のヨーク部コアとティース部コアなどの分割されたコアで構成される外側回転子構造の回転電機の固定子コアの製造方法において、
固定子外径部に中空円筒状の心金部を装着し、その心金部は外周に固定子の磁極極数と同数の分割ピッチで固定子スロットの開口部をガイドするブレードを設けることにより、固定子外径のティース周方向位置を拘束できる構造を有し、その心金部を装着した状態で成形を行なうことを特徴とする固定子コアの製造方法。
固定子内径部または外径部に中空円筒状の心金部を装着し、その心金部は外周に固定子の磁極極数と同数の分割ピッチで固定子スロットの開口部をガイドするブレードを設けることにより、固定子内径のティース位置を拘束できる構造を有し、その心金部を装着した状態で加振器などにより、心金部、または、固定子コア全体に振動を与えながら成形を行なうことを特徴とするモータ固定子の製造方法。
固定子内径部または外径部に中空円筒状の心金部を装着し、その心金部は外周に固定子の極数と同数の分割ピッチで固定子スロットの開口部をガイドするブレードを設けることにより、固定子内径のティース位置を拘束できる構造を有し、その心金部を装着した状態で、かつ、外周部からコアを内周に向かって押えながらコア分割部のレーザ溶接などのコア締結加工を行なうことを特徴とするモータ固定子の製造方法。