JP5064215B2 - 電動機及びステータの製造方法並びに電動機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電動機、電動機を構成するステータの製造方法、電動機の製造方法に関する。
本願は、２００５年５月３１日に日本に出願された特願２００５−１５９３５１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

電動機は、例えば、有底筒状のケース内にステータユニットを収容したステータと、ロータとを有している。ステータユニットは、磁性材料からなるステータコアを有し、ステータコアのティース部には巻線が巻き回されることでコイルが形成されている。ここで、ステータユニットは、ケースの円筒部分のみに接し、ロータはケースの底部に軸支されている（例えば、特許文献１参照）。さらに、この種の電動機では、ステータのコイルを保護したり、コイルの巻線のばらつきを防止したりするために、コイルを形成した後に、コーティング材を上方から滴下してコーティングしてあるものがある。このような電動機を組み立てる際には、ステータユニットのコイルにコーティング材を滴下し、コーティング材を硬化させた後に、ステータユニットをケースに圧入する。
特開平９−１８２４０３号公報

コイルの内部にコーティング材を十分に浸透させるためには、コーティング材を多めに滴下する必要がある。しかしながら、この際に発生するコーティング材の余剰分はコイルの下部に集まってしまう。そのため、コーティング材を硬化させると、コイルの下方に余分なコーティング材の塊が形成されるという問題があった。このような塊は、ステータユニットをケースに圧入する際には邪魔になるので切除しなければならず、工数増加の原因となっていた。また、自動化された製造ラインでは、余分なコーティング材からなる塊を切除する装置が必要になるので製造コストが増加する原因となっていた。さらに、切除したコーティング材は、再利用ができないので、廃棄処理しなければならないという問題があった。
この発明は、このような事情に鑑みてなされており、コイルのコーティングに伴う処理の煩雑さを解消することを主な目的とする。

上記の課題を解決する本発明に係る第一の発明は、ステータコアにコイルを巻装したステータユニットを円筒状の側部の一端をエンド部で閉塞した有底筒形状のケースに収容したステータと、前記ケースに回転自在に支持されるロータとを有し、前記ケースの前記エンド部である底部に、軸線方向の中心部の周囲に環状の凹部が前記底部から前記ケースの内側に向う方向に塑性変形によって形成されると共に、前記凹部によって保持部を形成し、該保持部によって前記ロータの一端を回転自在に支持し、前記エンド部の周縁部に、前記保持部を囲むように環状に形成された受け部を形成し、前記受け部は、前記コイルを覆うように前記ケースの開口部側から注入されたコーティング材が、前記コイルの各巻線を伝って前記コイルの下部に到達し、この下部から滴下した前記コイルを覆うのに必要とされる量を超えた前記コーティング材の余剰分を受け入れるよう構成されていることを特徴とする。
この電動機では、コーティング材でコイルを覆ったときに発生するコーティング材の余剰分をケースの受け部に収容する。その結果、コーティング材の余剰分は除去されることなく、ケース内に残る。

本発明に係る第二の発明は、上記第一の発明に係る電動機において、前記受け部内の前記コーティング材を介して前記コイルが前記エンド部に固定されていることを特徴とする。
この電動機では、受け部に収容されたコーティング材の余剰分がステータユニットとケースのエンド部とを連結させる。その結果、エンド部の耐振性が向上する。

本発明に係る第三の発明は、ステータコアにコイルを巻装したステータユニットを円筒状の側部の一端をエンド部で閉塞した有底筒形状のケースに収容したステータと、前記ケースに回転自在に支持されるロータとを有し、前記ケースの前記エンド部である底部に、軸線方向の中心部の周囲に環状の凹部が前記底部から前記ケース内側に向う方向に塑性変形によって形成されると共に、前記凹部によって保持部を形成し、該保持部によって前記ロータの一端を回転自在に支持している電動機の前記ステータを製造する方法であって、前記ケースに前記ステータユニットを収容した後に、前記ケースを開口部が上向きとなるよう配置し、前記ケースの開口部側から前記コイルを覆うコーティング材を供給し、前記コーティング材は前記コイルの各巻線を伝って前記コイルの下部に到達し、前記コーティング材の前記コイルの下部から滴下した前記コイルを覆うのに必要とされる量を超えた余剰分を前記ケースの前記エンド部の周縁部に前記保持部を囲むように環状に形成された受け部に溜めた後に、前記コーティング材を硬化させることを特徴とする。
このステータの製造方法では、ケースに収容したステータユニットに対してコーティング材を供給するので、コーティング材の余剰分は、ケースの受け部に溜まる。この状態でコーティング材を硬化させると、コーティング材の余剰分は受け部内で硬化し、ケース内に残る。

本発明に係る第四の発明は、上記第三の発明に係るステータの製造方法によって前記ステータを製造した後に、前記ステータに前記ロータを挿入し、前記ケースの開口部を覆うブラケットと前記ケースの前記保持部とで前記ロータを回転自在に支持させることを特徴とする。
この電動機の製造方法では、ケースの受け部にコーティング材の余剰分を収容したままで、ステータにロータが組み付けられ、電動機が製造される。

本発明によれば、ケースにコーティング材を受け入れ可能な受け部を形成したので、コイルをコーティングする際に発生するコーティング材の余剰分を受け部に収容した状態で電動機を組み立てることができる。このため、コーティング材の余剰分を切除する必要がなくなるので、工数の削減が図れ、従来のように切除したコーティング材の余剰分を廃棄処理する必要がなくなる。また、受け部に収容されたコーティング材でケースのエンド部とステータユニットとを連結させるようにすると、底部の強度を向上させることができ、ケースを肉薄に製造しながらも製品の性能を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る電動機の構成を示す断面図である。 図１のＡ矢視図である。 コイルをコーティングする工程を説明する断面図である。

符号の説明

１ ブラシレスモータ（電動機）
２ ケース
２Ｂ 底部（エンド部）
２Ｃ 凹部
２Ｄ 開口部
３ ステータユニット
５ ブラケット
６ ロータ
１２ 保持部
１３ 受け部
１５ ステータコア
２１ コーティング材

発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に本実施の形態に係る電動機であるブラシレスモータの構成を示す。ブラシレスモータ１は、ケース２にステータユニット３を圧入したステータ４と、ケース２に固定されるブラケット５と、ケース２及びブラケット５に回転自在に支持されるロータ６とを含んで構成されている。

ケース２は、円筒状の側部２Ａと、側部２Ａの一方の端部を閉塞するエンド部である底部２Ｂとを有し、全体として有底筒形状になっている。底部２Ｂには、軸線方向の中心部の周囲に環状の凹部２Ｃがケース２内側に向う塑性変形によって形成されている。この凹部２Ｃによって、底部２Ｂの中心部にはベアリング１１を圧入する保持部１２が形成され、底部２Ｂの周縁部には受け部１３が保持部１２を囲むように環状に形成されている。

ステータユニット３は、磁性材料から製造されるステータコア１５と、絶縁物であるインシュレータ１６の外周に形成されたコイル１７を有している。コイル１７の巻線１９は、ケース２の開口部２Ｄ側に固定されたターミナル２０に接続されている。また、図２に示すように、ステータコア１５は、ケース２の内周に圧接される環状部を有し、この環状部の内周側からは、軸線に向かってティース部１８が等間隔に複数延設されている。インシュレータ１６は、ティース部１８を覆うようにステータコア１５に装着され、インシュレータ１６の外周に巻線１９が巻き回されることでコイル１７が形成されている。さらに、隣り合うティース部１８の内周に形成される開口部には、絶縁材料からなるウェッジ２５が挿入されており、このウェッジ２５によってティース部１８が形成する内周側の開口部が閉塞されている。

ここで、図１に示すように、インシュレータ１６は、ブラシレスモータ１の軸線方向の一方の端部１６Ａが延びてケース２の底部２Ｂに突き当てられている。さらに、コイル１７は、その外周がコーティング材２１で覆われている。コーティング材２１としては、例えば、ワニスやエポキシ等が用いられる。図１に示すように、このコーティング材２１は、その一部がケース２の底部２Ｃの受け部１３内で、かつインシュレータ１６の端部１６Ａとコイル１７と底部２Ｂとが形成する空間１３Ａに入り込んでおり、底部２Ｂに接着している。

図１に示すように、ロータ６は、軸線方向に延びる回転軸３０を有し、回転軸３０の外周部には、永久磁石３１が磁極を周方向に交互に配置させるように固定されており、さらに永久磁石３１の外側を覆うようにマグネットカバー３２が装着されている。回転軸３０の一方の端部は、ケース２の底部２Ｂの保持部１２に圧入されたベアリング１１に回転自在に支持されている。回転軸３０の他方の端部側には、ロータ６の回転位置を検出するレゾルバ３４のレゾルバロータ３４Ａが固定されている。さらに、回転軸３０の他方の端部側は、ベアリング３５に回転自在に支持されている。このベアリング３５は、ケース２の開口部２Ｄを覆うように固定されるブラケット５に圧入されている。

ブラケット５は、円盤形状を有し、その中央を軸線方向に貫通する支持孔３６にベアリング３５が圧入されている。また、支持孔３６には、レゾルバ３４を構成するレゾルバステータ４４Ｂが固定されており、レゾルバステータ４４Ｂの出力は、ブラケット５の側部に突設されたソケット３７の端子に接続されている。さらに、ブラケット５の側部には、ソケット３８が突設されており、このソケット３８の端子は、バスバー４０を介してターミナル２０に電気的に接続されている。

この実施の形態の作用について説明する。
まず、ブラシレスモータ１を製造する際には、ステータユニット３とロータ６とをそれぞれ別々に組み立てる。ケース２の底部２Ｂに塑性加工を施して保持部１２と、受け部１３とを形成し、保持部１２にベアリング１１を圧入する。磁性材料を打ち抜いたコアプレートを積層してステータコア１５を製造し、ステータコア１５のティース部１８には、インシュレータ１６を装着する。さらに、インシュレータ１６の外周に重なるようにして巻線１９を巻き回してコイル１７を形成する。このようにしてステータユニット３を製造したら、ステータユニット３をケース２に圧入する。この際に、インシュレータ１６の端部１６Ａは、受け部１３内に入り込んでケース２の底部２Ｂに当接する。これに対して、コイル１７は底部２Ｂには当接しないので、コイル１７とインシュレータ１６の端部１６Ａと底部２Ｂとの間に空間１３Ａが形成される。なお、巻線１９の端部は、ケース２の開口部２Ｄ側に引き出しておく。

次に、ケース２内に収容したステータユニット３のコイル１７に対してコーティングを実施する。まず、図３に示すように、ケース２の開口部２Ｄを上向きに配置してから、ノズル５１をコイル１７の上端部に近づける。ノズル５１には、コーティング材２１の供給装置（不図示）が接続されているので、ノズル５１からコーティング材２１を吐出してコイル１７に注入する。コーティング材２１には、粘度の高い液体が用いられる。このコーティング材２１は、コイル１７の各巻線１９を覆うと共に、巻線１９を伝ってコイル１７の下部に到達する。コーティング材２１は、コイル１７を覆うのに必要とされる量よりも多く注入されるので、余剰のコーティング材２１がコイル１７の下部から受け部１３の空間１３Ａ内に滴下して液溜まりを形成する。受け部１３の空間１３Ａ内のコーティング材２１がコイル１７の下部を浸す程度に溜まったら、コーティング材２１の注入を停止し、コーティング材２１を硬化させる。その結果、コイル１７がコーティング材２１に覆われると共に、ケース２の底部２Ｂとコイル１７とが受け部１３の空間１３Ａ内のコーティング材２１を介して連結される。

ここで、インシュレータ１６の端部１６Ａを底部２Ｂに突き当てているので、コーティング材２１が流出することは殆ど無い。したがって、コーティング材２１が受け部１３から溢れ出て保持部１２に圧入されているベアリング１１を浸すことはない。また、図３に示すように、ウェッジ２５がティース部１８間の内周側の開口部を塞いでいるので、コーティング材２１が内周側にはみ出すことはない。

コーティング材２１を硬化させたら、コイル１７の巻線１９をターミナル２０に取り付ける。そして、ターミナル２０をケース２に固定すると、ステータ４が完成する。なお、図３において、ステータ４のティース部１８は軸線に対してスキューしているが、ティース部１８は必ずしもスキューさせる必要はない。

ロータ６を組み立てる際には、回転軸３０に永久磁石３１を固定してから、マグネットカバー３２を装着する。回転軸３０の他端部側に、レゾルバロータ３４Ａを固定してから、ブラケット５に圧入されたベアリング３５に回転自在に支持させる。さらに、ロータ６の回転軸３０の一端部を、ケース２の底部２Ｂに圧入してあるベアリング１１に軸支させると共に、ブラケット５をケース２にネジ止めする。レゾルバステータ４４Ｂとソケット３７の端子とを電気的に接続し、ブラケット５のバスバー４０にターミナル２０を電気的に接続すると、ブラシレスモータ１が完成する。

ブラシレスモータ１を使用する際には、各ソケット３７，３８を不図示の制御ユニットに接続し、レゾルバ３４で検出するロータ６の回転位置に応じて、ソケット３８からバスバー４０及びターミナル２０を介して、所定のコイル１７に通電する。その結果、ステータコア１５とロータ６とで形成される磁気回路によってロータ６が回転する。この際に、コイル１７とケース２の底部２Ｂとを接続するコーティング材２１が、ロータ６の回転によってケース２の底部２Ｂに発生する振動を抑制する。

この実施の形態によれば、コイル１７をコーティングするにあたり、ケース２に受け部１３を形成すると共に、ステータユニット３を圧入してからコーティング材２１を注入するようにしたので、余剰のコーティング材２１を受け部１３に収容することが可能になる。したがって、従来のようにコーティング材を硬化させた後に余剰分を切除する必要がなくなる。したがって、ブラシレスモータの製造工程における作業工数を削減することが可能になる。また、コーティング材の余剰分を切除する装置が不要になる。さらに、切除後のコーティング材の廃棄処理が不要になる。ここで、インシュレータ１６の端部１６Ａをケース２の底部２Ｂに突き当てたので、コーティング材２１が流出することを防止できる。さらに、ティース部１８間にウェッジ２５を設けたので、コーティング材２１が内周側にはみ出ることはない。このようにすることで、コーティング材２１を従来よりも多く注入してもロータ６を確実に回転させることができる。

また、受け部１３に留置されたコーティング材２１を介してコイル１７をケース２の底部２Ｂに固定させるようにしたので、底部２Ｂに発生する振動を緩和することが可能になり、ブラシレスモータ１の性能を向上させることができる。また、ケースを磁路として使用しない場合には、軽量化の観点からケースの肉厚は薄いものが用いられる。従来、このような場合にはロータの回転時に発生する振動がベアリングを介して肉薄の底部に伝達されて共鳴による音が発生することがあるが、この実施の形態によれば、ケース２を肉薄にしながらも、共鳴による音の発生を防止することができる。

なお、本発明は、前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。
例えば、コーティング材２１を滴下する代わりに、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）等の樹脂材を用いてコイル１７をモールドしても良い。さらに、ケース２も樹脂モールドによって成形すると、工数の削減や、部品精度の低減を図ることができる。
また、ケース２の底部２Ｂをさらに肉薄にし、底部２Ｂ自体にバネ性を持たせても良い。このようにすると、底部２Ｂ及び受け部１３内のコーティング材２１が、波座金のように作用して、ベアリング１１に与圧を作用させることが可能になるので、耐振性をさらに向上させることができる。

インシュレータ１６の端部１６Ａと、ケース２の底部２Ｂとの間には隙間を設けても良い。この場合には、ケース２の凹部２Ｃの高さは、コーティング材２１の液溜まりの高さよりも高く設定される。このようにすることで、コーティング材２１が受け部１３から溢れ出て、保持部１２に圧入されているベアリング１１を浸すことを防止できる。また、ウェッジ２５は必須の構成要素ではなく、ウェッジ２５の代わりに、インシュレータを装着することでティース部１８の内周側の開口部を塞いでも良い。
また、コーティング材２１をステータユニット３の外周にも注入し、コーティング材２１によってステータユニット３とケース２とを接着固定するようにしても良い。この場合には、ステータユニット３をケース２に圧入する必要がなくなるので、高い部品精度が不要になると共に、ステータユニット３を圧入するための装置が不要になる。さらに、圧入によるステータコア１５の磁気歪みを防止することが可能になる。
受け部１３は、底部２Ｂに一体的に形成されていればよく、塑性変形以外の方法で形成しても良い。

本発明によれば、電動機、電動機を構成するステータの製造方法、電動機の製造方法において、コイルのコーティングに伴う処理の煩雑さが解消される。

Claims (4)

1. ステータコアにコイルを巻装したステータユニットを円筒状の側部の一端をエンド部で閉塞した有底筒形状のケースに収容したステータと、前記ケースに回転自在に支持されるロータとを有し、
   前記ケースの前記エンド部である底部に、軸線方向の中心部の周囲に環状の凹部が前記底部から前記ケースの内側に向う方向に塑性変形によって形成されると共に、前記凹部によって保持部を形成し、該保持部によって前記ロータの一端を回転自在に支持し、
   前記エンド部の周縁部に、前記保持部を囲むように環状に形成された受け部を形成し、
   前記受け部は、前記コイルを覆うように前記ケースの開口部側から注入されたコーティング材が、前記コイルの各巻線を伝って前記コイルの下部に到達し、この下部から滴下した前記コイルを覆うのに必要とされる量を超えた前記コーティング材の余剰分を受け入れるよう構成されている電動機。
2. 前記受け部内の前記コーティング材を介して前記コイルが前記エンド部に固定されている請求項１に記載の電動機。
3. ステータコアにコイルを巻装したステータユニットを円筒状の側部の一端をエンド部で閉塞した有底筒形状のケースに収容したステータと、前記ケースに回転自在に支持されるロータとを有し、
   前記ケースの前記エンド部である底部に、軸線方向の中心部の周囲に環状の凹部が前記底部から前記ケース内側に向う方向に塑性変形によって形成されると共に、前記凹部によって保持部を形成し、該保持部によって前記ロータの一端を回転自在に支持している電動機の前記ステータを製造する方法であって、
   前記ケースに前記ステータユニットを収容した後に、前記ケースを開口部が上向きとなるよう配置し、前記ケースの開口部側から前記コイルを覆うコーティング材を供給し、
   前記コーティング材は前記コイルの各巻線を伝って前記コイルの下部に到達し、前記コーティング材の前記コイルの下部から滴下した前記コイルを覆うのに必要とされる量を超えた余剰分を前記ケースの前記エンド部の周縁部に前記保持部を囲むように環状に形成された受け部に溜めた後に、前記コーティング材を硬化させるステータの製造方法。
4. 請求項３に記載のステータの製造方法によって前記ステータを製造した後に、前記ステータに前記ロータを挿入し、前記ケースの開口部を覆うブラケットと前記ケースの前記保持部とで前記ロータを回転自在に支持させる電動機の製造方法。

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