JP5296888B2 - 回転電機のモールドステータの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、分割積層コアからなる回転電機のモールドフレーム型ステータの製造方法に関するものである。

従来、回転電機のステータとして、磁極ティース単位毎に分割されコア片を２枚以上積層固定した複数の分割積層コアで構成する積層固定鉄心がある。
分割積層コアのティース部には、積層固定鉄心の径方向に直交する巻線部を備えており、その巻線部が中心方向に向くように円環状に複数個組み合わせて配置する。そして、これらを取り囲むように環状構造体を被せ、内径方向に押圧して一体構造として構成されたステータを用いた回転電機が開示されている。
また、分割積層コアを円環状に複数個組み合わせて配置した後、隣り合うヨーク部同士を溶接、あるいは接着することで一体構造として構成されたステータを用いた回転電機が開示されている（例えば、特許文献１）。
また、鉄心片を積層して２種類の分割積層コアを構成し、ヨーク部の周方向両端部に連結部を設けて隣接する分割積層コア同士をピンで回転可能に連結した回転電機のステータが開示されている（例えば、特許文献２）。

特開平６−１０５４８７号公報（実施例１〜３、図１、図２、図３） 特開２００３−５２１３８号公報（請求項１、図１〜図６）

特許文献２のような、コア片を積層して分割積層コアを構成するステータの場合、一般的に積層するコア片の上下面には、それぞれ隣接するコア片同士をかしめて嵌合するための凹凸部を設けている。
しかし、この凹凸部のかしめ工程によって、コア片には応力が発生する。この応力は、スムーズな磁束の流れを阻害する要因となる。
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、回転電機のステータを構成する分割積層コアにおいて、各コア片の上下面に、結合用の凹凸部等を設けることなく精度良くコア片を積層し、巻線し、ステータの外周部を樹脂モールド加工できる回転電機のステータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法は、複数のコア片を積層して構成する分割積層コアにコイルを巻線し、複数の前記分割積層コアを環状に連結して外周面をモールドして固定する回転電機のステータの製造方法において、
各前記分割積層コアの同一積層に使用するコア片を、これらのコア片のバックヨーク部の外周部中心に接続したブリッジ部を介して連結部に連結したコアシートを複数枚用意し、これらのコアシートを積み重ねて分割積層コア群構造体を構成する積層工程と、
前記分割積層コア群構造体の各分割積層コアのティース部にコイルを巻線する巻線工程と、
巻線した各前記分割積層コアの前記ブリッジ部を切断することによって各前記分割積層コアを前記分割積層コア群構造体から分離する切断工程と、
切断した各前記分割積層コアを環状に配置してステータを構成し、前記ステータの外周部を仮固定する仮固定工程と、
前記ステータの内径と同一の直径をもつ軸棒を前記ステータの回転軸と同軸に前記ステータの内周側に挿入し、前記軸棒を挿入した前記ステータをモールド金型にセットし、前記ステータの外周面を樹脂でモールドするモールド工程とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の回転電機のモールドステータの製造方法は、
各前記分割積層コアの同一積層に使用するコア片を、これらのコア片のバックヨーク部の外周部中心に接続したブリッジ部を介して連結部に連結したコアシートを複数枚用意し、これらのコアシートを積み重ねて分割積層コア群構造体を構成する積層工程と、
前記分割積層コア群構造体の各分割積層コアのティース部にコイルを巻線する巻線工程と、
巻線した各前記分割積層コアの前記ブリッジ部を切断することによって各前記分割積層コアを前記分割積層コア群構造体から分離する切断工程と、
切断した各前記分割積層コアを環状に配置してステータを構成し、前記ステータの外周部を仮固定する仮固定工程と、
前記ステータの内径と同一の直径をもつ軸棒を前記ステータの回転軸と同軸に前記ステータの内周側に挿入し、前記軸棒を挿入した前記ステータをモールド金型にセットし、前記ステータの外周面を樹脂でモールドするモールド工程とを備えたことを特徴とするものなので、
回転電機のステータを構成する分割積層コアにおいて、各コア片の上下面には、結合用の凹凸部等を設ける必要が無く、コア片にかかる応力を著しく低減できる。
その結果、磁気特性にすぐれたステータを精度良く製造することができる。

本発明に係る回転電機のモールドステータの実施の形態１における断面図である。 本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法の、実施の形態１における積層工程、巻線工程、切断工程を示す図である。 本発明に係る回転電機のステータの分割積層コアの斜視図である。 本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法の、実施の形態１における仮固定工程を示す図である。工程を示す図である。 本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法の、実施の形態１におけるモールド工程を示す図である。 本発明に係る回転電機のモールドステータの実施の形態２における斜視図である。 本発明に係る回転電機のモールドステータの製造に使用する分割積層コア群構造体の実施の形態２における断面図である。 本発明に係る回転電機のモールドステータの製造に使用するコアシートの連結部の上下の面に設けた凹部、凸部の実施の形態３における斜視図である。 本発明に係る回転電機のモールドステータの製造に使用する分割積層コア群構造体の実施の形態３における断面図である。 本発明に係る回転電機のモールドステータの製造に使用する分割積層コア群構造体の実施の形態５における断面図である。 本発明に係る回転電機のモールドステータの実施の形態６における要部断面図である。

実施の形態１．
本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法の実施の形態１を、図を用いて説明する。
図１は、本発明に係る回転電機のモールドステータ１の断面図である。この図１は、コイル３を巻線した複数の分割積層コア７１を環状に組み合わせて薄膜テープ４で固定し、これを金型に入れて周囲を樹脂５で固めて製造したモールドステータ１の断面を示している。
以下、このモールドステータ１の製造方法について順に説明する。
図２は積層工程、巻線工程及び切断工程を示す図である。
図２（ａ）は、１枚のコアシート６の形状を示す図である。
図２（ｂ）は、複数のコアシート６を積層した分割積層コア群構造体７を示す図である。
図２（ｃ）は、分割積層コア群構造体７にコイル３を巻線した状態を示す図である。
図２（ｄ）は、コイル３を巻線した分割積層コア群構造体７から分割積層コア７１を切断する工程を示す図である。

積層工程から順次説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、電磁鋼板から、ステータ２を構成する分割積層コア７１に使用するコア片６１を複数枚打ち抜く。この時、コア片６１をバラバラに打ち抜くのではない。所定の数のコア片６１を、各コア片６１のヨーク部の外周側中心部の一部分だけが、共通の連結部６３にブリッジ部６２を介して繋がっている状態で打ち抜く。
このようにして打ち抜いたコアシート６を複数枚順に積層し、図２（ｂ）に示すように、分割積層コア群構造体７を構成する。以上の工程が積層工程である。

次に、巻線工程を説明する。
巻線工程では、分割積層コア群構造体７の各分割積層コア７１のティース部にコイル３を巻線する。
コイル３を巻くにあたり、各コアシート６が巻線途中でずれないように、各コアシート６の連結部６３を積層した部分である積層連結部７３を上下から押圧するなどして固定する。このようにすると精度良くコイル３を巻線できる。
この巻線工程では、所定の張力を負荷してコイル３を巻くため、コイル３を形成した分割積層コア７１の各コア片６１は、上下のコア片６１を互いに嵌合する嵌合部を持たなくても互いにずれることは無い。

次に、切断工程を説明する。
図３は切断した分割積層コア７１を示す斜視図である。
図２（ｃ）に示すように、全ての分割積層コア７１にコイル３を形成した後、積層連結部７３を固定したままの状態で、各分割積層コア７１を分割積層コア群構造体７から、積層ブリッジ部７２を切断することによって切り離す。
なお、巻線時に分割積層コア７１間に渡り線を施すか否かは製造する回転電機によって決めれば良い。

次に、仮固定工程を説明する。
図４は、仮固定工程を示す図である。図４（ａ）に示すように分割積層コア７１を環状に組み合わせてステータ２を構成し、図４（ｂ）に示す、絶縁性及び耐熱性を備えた薄膜テープ４で周囲を仮固定する。
後のモールド工程の処理において、ステータ２の最終的な形状調整を行うので、仮固定工程ではさほど分割積層コア間の固定精度にこだわる必要はない。

次にモールド工程を説明する。
図５はモールド工程を示す図である。
この工程では、まず、前の仮固定工程で環状に仮固定したステータ２の内周部にモールド心棒１０を挿入してステータ２の形状を整える。
このモールド心棒１０の直径はステータ２の内径と等しい。
したがって、ステータ２の内周面である各分割積層コア７１のティース部の内周側先端面がモールド心棒１０の外周面に倣い、ステータ２の形状をその内周面を基準として精度良く保持できる。
次に、内周側にモールド心棒１０を挿入したステータ２を金型９の中の所定の位置にセットして湯口から樹脂を注入する。
樹脂５が固まった後、金型９を分解し、モールド心棒１０を抜くと、ステータ２の外周部と上下端面の外周部を樹脂でモールドされた、図６に示すモールドステータ１が完成する。

この実施の形態１の回転電機のモールドステータ１の製造方法によれば、回転電機のステータを構成する分割積層コア７１において、各コア片６１の上下面には、結合用の凹凸部等を設ける必要が無く、コア片６１にかかる応力を著しく低減できる。その結果、磁気特性にすぐれた効率の良い回転電機のモールドステータ１を精度良く製造することができる。
また、モールド時に、モールド心棒１０をステータ２の内側に挿入することによって、ステータ２の内周面を基準として分割積層コア７１を整形することができる。これによって、コギングトルクやトルクリップルの低減を図ることができる。
また、積層されたコア片６１間に、かしめや接着による空隙が発生しないので、コア占積率を良好に保持できる。
また、溶接や接着、高精度なピン孔の加工等を必要としないので、製造コストの大幅削減が可能となる。
更に、廃棄時においては、鉄心片を溶接、接着していないので、樹脂を溶かしてコイルを切断するだけで簡単に分解でき、分別、再資源化が非常に容易であるという効果がある。

実施の形態２．
本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法の実施の形態２を、図を用いて説明する。
なお、実施の形態１と異なる部分のみ説明し、共通部分は省略する。
図７は本実施の形態２における分割積層コア群構造体１０７を、長手方向垂直かつ積層方向に、ブリッジ部６２を含む位置で切断した断面図である。
実施の形態１では上下に接する各コアシート６を嵌合する部材は設けず、そのままコアシート６を積層して、コイル３をティース部に巻線することによって固定する方法を採用していた。
この実施の形態では、各コアシートの連結部１６３の上面に凹部６５、下面に凸部６４を設けて、コアシート１０６を積層した後、凹部６５と凸部６４をかしめて結合している。
図７では、最上部に使用するコアシートの上面の凹部を省き、最下層のコアシートの上面の凹部はそのまま貫通孔としているが、全て同じコアシート１０６を積層しても良い。

その他の構成については実施の形態１と同じである。
このように、積層連結部１７３の上下に隣接するコアシート１０６間を結合することで、巻線時にも確実にコアシート１０６間のずれを防止し、積層状態を精度良く保持できる。
また、凹部６５と凸部６４のかしめ加工時に応力がかかっても、分割積層コア群構造体１０７の各ティースにコイル３を巻線した後、積層ブリッジ部を切断して分割積層コア７１を切り離すので、分割積層コア７１自身がその応力の影響を受けることはない。
さらに、各コアシート１０６が結合されているので実施の形態１に比べて、コイル３を巻線する前の分割積層コア群構造体１０７の取扱が容易となる。

実施の形態３
本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法の実施の形態３を、図を用いて説明する。なお、実施の形態１及び実施の形態２と異なる部分のみ記載し、共通部分は省略する。
図８（ａ）、（ｂ）は、コアシートの連結部の上下の面に設けた凹部、凸部の変形例を示す図である。
図９は、コアシート２０６，２０６１を交互に積層した分割積層コア群構造体の積層連結部２７３を長手方向かつ積層方向に２等分した断面図である。
図８（ａ）の下側に描かれたコアシート２０６の連結部２６３には、図に示すように、右側から交互に凸部２６４、開口部２６５を交互に設けている。
また図８（ａ）の上側に描かれたコアシート２０６１の連結部２６３１には、図に示すように、右側から開口部２６５と凸部２６４を交互に設けている。
図では開口部２６５及び凸部２６４を交互に設けているが、分割積層コアの最上段に使用するコアシートの凸部２６４と、最下段を構成するコアシートの開口部２６５については設けなくても良い。

凸部２６４は、コアシート２０６、２０６１の連結部２６３，２６３１から切り曲げて成形する。
手順としては、連結部２６３、２６３１上の所定の位置に、凸部２６４の支持部として曲げ加工される一辺を除いて３辺をプレス切断する。
切断した部分を裏面から押圧することによって凸部２６４を曲げ加工する。
開口部２６５の内壁面の一つには、凸部２６４との接圧を保持し、コアシート２０６，２０６１積層時の水平、垂直両方向の積層精度を向上させるため、板ばね２６５１を設けている。
図では、開口部２６５の内壁面であって、ブリッジ部から一番遠い内壁面の下側端部に設けている。これにより板ばね２６５１は上下に撓る構造となる。

凸部２６４の、結合部２６３の長手方向に対して垂直な幅は、板ばね２６５１と、これと対面する壁面との間の間隔より僅かに大きくなるよう設定する。
コアシート２０６、２０６１を交互に積層し、上下から挟んで押圧すると、板ばね２６５１は図の上側に撓って、凸部２６４を板ばね２６５１に対向する開口部内壁面に押圧する。
これによってすべての凸部２６４のコア片６１側の側面が、開口部２６５のコア片６１側の内壁面に等しく押圧される。
このような構成によれば、実施の形態２の効果に加え、コアシートの積層精度を更に向上させることができる。

実施の形態４
本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法の実施の形態４を、図９を用いて説明する。なお、実施の形態３と異なる部分のみ記載し、共通部分は省略する。
実施の形態３では、凸部のプレス加工について説明したが、小型回転電機用のステータの場合で、コアシートが小さく薄い場合は、凸部、開口部及び板ばねをエッチングにより微細加工しても良い。
コア片を含めてコアシート全体をエッチング加工する場合は、開口部を先に開けた後に、ばね部分を薄く加工する。この場合、板ばね２６５１は３方向を壁面に固定されている。
しかしながら、図９に示すように、コアシートを積層加圧する時に、凸部２６４が最初に板ばね２６５１に接触する部分は、開口部２６５の壁面から離れた部分である。
したがって、エッチィングで板ばね２６５１を形成した場合でも板ばね２６５１は上側に撓り、凸部２６４を開口部壁面に押圧できる。
連結部にも打ち抜き歪みや溶接歪みが発生しないため、磁気特性の劣化の少ないモールドステータを提供できる。

実施の形態５
本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法の実施の形態５を、図を用いて説明する。なお、実施の形態２と異なる部分のみ記載し、共通部分は省略する。
実施の形態２では、上下に重なる各コアシートの連結部の上下面に凹部と凸部を設けてこれをかしめてコアシート１０６を結合部１６３で結合していた。
本実施の形態では各コアシートは連結部４６３の上下間を別の方法で結合している。
図１０（ａ）は接着剤１１で固定している状態を示している。
また、図１０（ｂ）は連結部の端部を溶接した状態を示している。
それぞれの方法で固定した場合でも実施の形態２の場合と同様の効果を奏する。

実施の形態６
本発明に係る回転電機のモールドステータの製造方法の実施の形態６を、図を用いて説明する。なお、実施の形態１と異なる部分のみ記載し、共通部分は省略する。
図１１は本発明に係る回転電機のモールドステータの実施の形態６における要部断面図である。
この実施の形態では、モールド工程においてステータの隣接するティースの間であるスロットオープン１２に、ステータの回転軸と平行に板状部材１３を挟む工程を追加している。
モールド心棒１０をステータの内周側に挿入する前工程、またはモールド心棒１０に替えて板状部材１３を保持する機能を備えたモールド心棒を利用することによって、モールド心棒の挿入と同時に板状部材１３をスロットオープン１２に挿入する。
このようにすれば、モールド時にスロットオープン１２間の間隔を均等に維持することができ、モールドステータの形状精度を良好に保持し、磁気特性の劣化の少ない、高効率な回転電機のステータを提供することができる。

Claims (8)

1. 複数のコア片を積層して構成する分割積層コアにコイルを巻線し、複数の前記分割積層コアを環状に連結して外周面をモールドして固定する回転電機のステータの製造方法において、
   各前記分割積層コアの同一積層に使用するコア片を、これらのコア片のバックヨーク部の外周部中心に接続したブリッジ部を介して連結部に連結したコアシートを複数枚用意し、これらのコアシートを積み重ねて分割積層コア群構造体を構成する積層工程と、
   前記分割積層コア群構造体の各分割積層コアのティース部にコイルを巻線する巻線工程と、
   巻線した各前記分割積層コアの前記ブリッジ部を切断することによって各前記分割積層コアを前記分割積層コア群構造体から分離する切断工程と、
   切断した各前記分割積層コアを環状に配置してステータを構成し、前記ステータの外周部を仮固定する仮固定工程と、
   前記ステータの内径と同一の直径をもつ軸棒を前記ステータの内周側に挿入し、前記軸棒を挿入した前記ステータをモールド金型にセットし、前記ステータの外周面を樹脂でモールドするモールド工程とからなる回転電機のモールドステータの製造方法。
2. 前記コアシートの前記連結部の上下の一方の面には凹部を、他方の面には凸部を備え、前記積層工程において、前記凹部と前記凸部を嵌合して上下に接するコアシート同士を固定することを特徴とする請求項１に記載の回転電機のモールドステータの製造方法。
3. 前記凸部は前記コアシートを切り曲げて形成することを特徴とする請求項２に記載の回転電機のモールドステータの製造方法。
4. 前記凹部の開口部には上下に接するコアシートを嵌合する時に凸部をコアシート積層方向に対して垂直方向に押圧する力成分を発生させる板バネを備えていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機のモールドステータの製造方法。
5. 前記積層工程において、上下に接する前記コアシート同士を前記連結部を接着することにより固定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機のモールドステータの製造方法。
6. 前記積層工程において、上下に接する前記コアシート同士を前記連結部を溶接することにより固定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の回転電機のモールドステータの製造方法。
7. 前記仮固定工程において、前記ステータの外周部を薄膜断熱シートで仮固定することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機のモールドステータの製造方法。
8. 前記モールド工程において、相互に隣接する各前記分割積層コアのティース間のスロットオープン部に、前記ステータの軸方向と平行に板状部材を挿入し挟持させる工程を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の回転電機のモールドステータの製造方法。

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