JP5382221B2 - インシュレータとモータ、およびインシュレータとコイルを備えたステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータを構成するステータコアのティースに嵌め合いされるインシュレータと、コイルを備えたインシュレータを具備するステータおよびロータからなるモータ、および、インシュレータとコイルを備えたステータの製造方法に関するものである。

自動車産業においては、ハイブリッド自動車や電気自動車のさらなる走行性能の向上を目指して、駆動用モータの高出力化、軽量化、小型化への開発が日々進められている。また、家電製品メーカーにおいても、各種家電製品に内蔵されるモータのさらなる小型化、高性能化への開発に余念がない。

モータを構成するステータは、円環状のヨークと、このヨークから径方向内側に突出する複数のティースと、隣接するティース間に形成されるスロットとを備えた鋼板が積層されてなるステータコアから形成されており、コイルがこのスロット内に挿入されながら、ティース間に巻装されることによってステータが製造される。

ティースとコイルとの間の絶縁性を確保する観点からそれらの間には絶縁紙が介装されることがあるが、この絶縁紙にてコイルとコア間の絶縁を図る場合には、絶縁紙とコアの間に空気層が形成され易く、この空気層が熱抵抗を増大させるためにモータ駆動時にコイルで生じるジュール熱をコアへ十分に放熱できないといった問題がある。

そこで、絶縁素材の樹脂をたとえばティース周りに一体成形してインシュレータを形成することにより、インシュレータとコアの密着性を担保して双方の間に空気層を形成させない方策が取られている。

このティース周りへのインシュレータの一体成形においては、放熱性の観点からこのインシュレータは可及的に薄層であるのが好ましいものの、たとえば放熱性を高めるためにインシュレータの厚みを薄くしていくと、射出成形時に充填不良を来たし易く、さらには、コアに比して樹脂製インシュレータの線膨張係数が格段に高いために、使用環境によっては温度ストレスに起因するクラックが生じ易いといった問題がある。

そこで、インシュレータを成形しておき、このインシュレータの周りに予め形成されたコイルを嵌めこんだものをティースに嵌め合いする製造方法も適用されており、インシュレータをティースに嵌め合いした後にたとえば必要に応じて樹脂をモールドすることにより、インシュレータとティースの間に形成され得る隙間を解消でき、上記するティース周りへのインシュレータの一体成形の場合の課題を解消することができる。

ここで、従来のインシュレータの形態として図５，６に示すインシュレータを挙げることができる。

図５で示すインシュレータＩは、不図示のステータコアのティースに嵌め合いされる筒状の本体Ｔ３と、コイルＣのヨーク側端部を留める鍔Ｔ２と、コイルＣのティース先端側の端部を留める鍔Ｔ１とが絶縁樹脂材にて一体に成形されたものである。

図示するインシュレータＩにおいて、ティース先端側の鍔Ｔ１は、コイルＣがインシュレータＩの周りに嵌め合いされた後に、インシュレータの先端から抜けるのを防止するために設けられている。

さらに、コイルＣのティース先端からの距離をこの鍔Ｔ１にて一定の長さに保持できる（もしくはコイルの端部とロータの離間を所定長に保持できる）ことにより、モータ駆動時にコイルに生じ得る銅損を抑制する作用も有している。すなわち、鍔Ｔ１がない場合は、コイルＣがティースの先端まで移動し、場合によっては抜け落ちることとなるが、コイルＣがティースの先端で係止された状態では、モータ駆動時の磁束変動にともなう磁界の変化によってコイルＣに銅損が生じ易くなることから、鍔Ｔ１には、コイルＣの抜け防止と銅損抑制という２つの大きな作用効果が期待されており、図示例のようにこれをティース先端側に具備するインシュレータは一般に適用されている。

しかし、薄肉のインシュレータに剛性の高い平角線を直接巻装するとインシュレータが割れる可能性が十分にあることから、これを回避するために、予め巻装されたコイルをインシュレータに嵌め込む必要がある。しかし、コイルＣの抜け防止のための鍔Ｔ１がインシュレータＩの先端に存在することで、図５で示すように予め導線（図示例は平角線）が巻装されて形成されたコイルＣをインシュレータＩに嵌め込もうとすると（Ｚ１方向）、今度は鍔Ｔ１がコイルＣと干渉してしまい、この嵌め込みの際に鍔Ｔ１が破損してしまうという別の問題が生じてしまう。

そこで、図５で示すインシュレータＩのように筒状の本体Ｔ３を有する構造に代えて、図６で示すように、ヨーク側の基部Ｔ４とこの基部Ｔ４から張り出す２つの腕部Ｔ５，Ｔ５と、この腕部Ｔ５の先端に設けられた鍔Ｔ６とからなる平面視Ｕの字状のインシュレータＩ’も発案されている。

このインシュレータＩ’によれば、コイルＣをインシュレータＩ’に嵌め込む際に２つの腕部Ｔ５，Ｔ５を内側に撓ませることで（Ｚ２方向）、コイルＣを鍔Ｔ６と干渉させることなく腕部Ｔ５に嵌め込むことが可能となる（Ｚ１方向）。

しかし、このインシュレータＩ’の場合には、基部Ｔ４と腕部Ｔ５の取り合い部、すなわち腕部Ｔ５の根元部Ｔ５ａにこの撓みの際に生じる曲げモーメントが集中的に作用することから、この外力に抗するために根元部Ｔ５ａの肉厚を相対的に厚く成形してその剛性を高める必要がある。

根元部Ｔ５ａの肉厚を厚くすることでその剛性を高くすることはできるが、その形成素材はヤング率の高くない樹脂であることから、この樹脂製のインシュレータの根元部Ｔ５ａに曲げモーメントが集中することによってこの領域が塑性変形したり、クラックが生じることを完全に解消することはできない。

このように、そのティース先端側にコイルの抜け防止用の鍔を具備するインシュレータに対して形成済みのコイルを嵌め込むこれまでの技術はいずれも、インシュレータのいずれかの箇所における破損の可能性を有するものである。

ここで、従来の公開技術として、２つの分割体から構成されたインシュレータが特許文献１，２に開示されている。より具体的には、特許文献１ではインシュレータを周方向（ステータの周方向）、すなわち、その左右で２分してなる分割体が開示されており、特許文献２ではインシュレータをティースの高さ方向の途中で上下に２分してなる分割体が開示されている。

特許文献１，２で開示のインシュレータの構造を明確に理解するべく、これらを図７ａ，ｂに模擬している。特許文献１で開示されるインシュレータは、これが周方向で２分された２つの分割体Ｉａ、Ｉａから構成されており、特許文献２で開示されるインシュレータは、これが上下で２分された２つの分割体Ｉｂ、Ｉｂから構成されている。

しかし、これらの分割体から構成されたインシュレータのいずれを適用したとしても、インシュレータがその先端に鍔を具備する場合において、予め形成されたコイルを鍔と干渉することなくインシュレータに嵌め合いしようとすると、依然としてインシュレータのいずれかの箇所で破損が生じ得ることに変わりはない。

特開２００６−３４０５８１号公報 特開２００７−２４４０６５号公報

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、その先端にコイルの抜けを防止する鍔を備えたインシュレータに関し、このインシュレータにコイルを嵌め合いする際に、この鍔とコイルが干渉することなく、しかも、この嵌め合いの際にインシュレータに破損が生じ得ない構造のインシュレータと、このインシュレータおよびコイルを備えたステータとロータからなるモータ、さらには、このインシュレータとコイルを備えたステータの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるインシュレータは、ステータのティースに嵌め合いされ、その外周にコイルが形成されるインシュレータであって、前記インシュレータは、ティースに嵌め合いされた際にティースの根元側に配される第１の分割体と、ティースの先端側に配されてこの第１の分割体と嵌め合いされることでインシュレータを形成する第２の分割体とからなり、第２の分割体は、そのティースの先端側の端面にコイルの抜けを防止する鍔を備えているものである。

本発明のインシュレータは、２つの分割体が嵌め合いされてその全体が構成されるものであるが、たとえば図７ａ，ｂで示すように、周方向（左右方向）で２分された分割体や上下方向で２分された分割体ではなく、ステータのティースの張り出し方向、すなわち、径方向で分割され、少なくとも一方の分割体（第２の分割体）はティース先端側のコイル抜け防止用の鍔のすべてを備えた分割体からなるものである。

ティースに嵌め合いされた際にティースの根元側（ヨーク側）に配される第１の分割体は、ティースに嵌め合いされる筒状の本体と、たとえばコイルのヨーク側端部を留める別途の鍔とから構成できる。

ここで、この筒状の本体は、その側面の一部が切り込まれており、この切込みの形状と相補的な形状を有する側面（側片）とコイル抜け防止用の鍔を具備した第２の分割体が、これらの切込みと側片同士を嵌め合いすることによってインシュレータが形成できる。

上記する第１の分割体の本体側面に設けられた切込みの形状（およびこれと相補的な第２の分割体の側片の形状）は多様であり、たとえば、台形状の切込み、細長帯状の切込み、三角形状の切込み、半楕円状の切込みとこれらに対応する側片などを挙げることができる。

また、第２の分割体の前記側片の先端には、第１の分割体と嵌め合いされた際にたとえばステータコアのヨークに形成された凹溝もしくは貫通孔に係合する爪部が形成されているのがよく、この爪部をステータコアの凹溝等に係合することで、インシュレータをティースに嵌め合い固定することができる。

上記する本発明のインシュレータによれば、インシュレータのティース先端側の鍔がインシュレータ周りに予め導線が巻装形成されてなるコイルを配設する際の障害とはなり得ず、さらに、コイルをインシュレータ周りに配設する際にインシュレータのいずれかの箇所が破損することもない。

また、本発明は上記するコイルを有するインシュレータがティースに嵌め合いされたステータと、その内側に配されたロータとからなるモータにも及ぶものである。

さらに、本発明はインシュレータとコイルを備えたステータの製造方法にも及ぶものであり、ティースに嵌め合いされた際にティースの根元側に配される第１の分割体と、ティースの先端側に配されてこの第１の分割体と嵌め合いされることでインシュレータを形成する第２の分割体とからなり、第２の分割体は、そのティースの先端側の端面にコイルの抜けを防止する鍔を備えているインシュレータを用意する第１の工程、第２の分割体に予め形成されたコイルを係合させ、ティースの根元側に配された第１の分割体に第２の分割体を嵌め合いすることで、ティースの周りにインシュレータが形成され、かつインシュレータの周りにコイルが形成される第２の工程からなるものである。

この製造方法は、第２の分割体のたとえば鍔にコイルを係合させておき、ステータのティースに第１の分割体を嵌め合いしておき、コイルが係合された第２の分割体をティース周りの第１の分割体に嵌め合いすることで、ティースの周りにインシュレータおよびコイルを一気に形成する製造方法である。

また、本発明のインシュレータとコイルを備えたステータの製造方法の他の実施の形態として、第２の分割体に予め形成されたコイルを係合させ、第１の分割体に第２の分割体を嵌め合いしてコイルがその周りに形成されたインシュレータをまず構成し、次いで、このインシュレータをティースに嵌め込む方法もある。

いずれの製造方法であっても、インシュレータのティース先端側の鍔がインシュレータ周りにコイルを形成する際の障害とはなりえず、コイルを具備する鍔付きのインシュレータをティースの周りに効率的に配設することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明のインシュレータとこのインシュレータとコイルを備えたステータの製造方法によれば、インシュレータがティースの根元部に嵌め込まれる第１の分割体と、少なくともコイルの抜け防止用の鍔を具備して第１の分割体と嵌め合いされる第２の分割体とから構成されることにより、予め形成されたコイルを鍔と干渉させることなく、さらには第１、第２の分割体を破損させることなく第１、第２の分割体が嵌め合いされてなるインシュレータ周りにコイルを配設することができる。

本発明のインシュレータの分解斜視図であって、ステータのティースにこのインシュレータが嵌め合いされるのを模擬した図である。 図１で示す嵌め合いによってティース周りに形成されたコイルを具備するインシュレータの一実施の形態を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）の順に、本発明のインシュレータとコイルを備えたステータの製造方法の一実施の形態を説明したフロー図である。 インシュレータの他の実施の形態を示す斜視図である。 従来のインシュレータの一実施の形態と、これにコイルを嵌め込む際の課題を説明した図である。 従来のインシュレータの他の実施の形態と、これにコイルを嵌め込む際の課題を説明した図である。 （ａ）、（ｂ）ともに従来のインシュレータのさらに他の実施の形態を示した斜視図である。

１，１Ａ…第１の分割体、１１，１１Ａ…ティース根元側の鍔、１１ａ…開口、１２，１２Ａ…筒状の本体、１２ａ，１２Ａａ…切欠き、２，２Ａ…第２の分割体、２１，２１Ａ…ティース先端側の鍔、２１ａ…開口、２２，２２Ａ…側片、２２ａ…爪部、３，３Ａ…インシュレータ、４…コイル、５…ステータ、５１…ティース、５２…ヨーク、５２ａ…凹溝

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、第１の分割体の筒状の本体に形成された切欠きの形状および第２の分割体の側片の形状は図示例に限定されるものでなく、相互に相補的な形状であれば多様な形状を適用できる。また、図示例は、円環状のステータのティースにインシュレータを嵌め合いする形態を示しているが、ステータが分割ステータ（円弧状のヨークと１つのティースからなるステータ）からなり、各分割ステータコアのティースにコイルを具備するインシュレータが嵌め合いされ、この分割ステータコアが周方向に組み付けられてなるものであってもよい。

図１は、本発明のインシュレータの分解斜視図であって、ステータのティースにインシュレータが嵌め合いされるのを説明した図であり、図２は、図１で示す嵌め合いによってティース周りに形成されたコイルを具備するインシュレータの一実施の形態を示す斜視図である。

図１は、平面視が円環状のステータ５の一部のティース５１と、これに嵌め合いされるコイル４を具備するインシュレータ３の分解斜視図である。なお、第２の分割体２やインシュレータ３を明りょうに視認できるように、コイル４は１点鎖線で示している。

不図示のモータを構成するステータ５は、円環状のヨーク５２と、このヨーク５２から径方向内側に突出する複数のティース５１，…とから構成されており、たとえば電磁鋼板をヨークおよびティースの平面形状に打ち抜いた環状片を所定基数積層し、かしめ等することによって形成されている。

インシュレータ３は、このティース５１の根元側に配される絶縁樹脂製の第１の分割体１と、この第１の分割体１に嵌め合いされる絶縁樹脂製の第２の分割体２から構成されている。

第１の分割体１は、その周囲に配設されるコイル４のヨーク側端部を留めるティース根元側の鍔１１と、この鍔１１と連続してティース５１が貫通する筒状の本体１２とから構成されており、鍔１１にはティース５１が貫通する開口１１ａが開設されており、本体１２の上側および下側には台形状の切欠き１２ａが開設されている。

一方、第２の分割体２は、ティース先端側の鍔２１と、この鍔２１と連続して上記する台形状の切欠き１２ａ，１２ａと相補的な形状を有する側片２２，２２とから構成されており、鍔２１にはティース５１が貫通可能な開口２１ａが開設されており、側片２２の先端にはステータ側に突の爪部２２ａが具備されている。

インシュレータ３をティース５１に嵌め込むに際しては、まず、予め平角線等が巻装形成されたコイル４を第２の分割体２の側片２２に遊嵌しておき、この側片２２が第１の分割体１の切欠き１２ａと嵌め合いされるように第１、第２の分割体１，２を嵌め合いすることで（Ｘ２方向）、コイルがその周囲に配設されたインシュレータ３が一気に形成される。

そして、インシュレータ３をティース５１に嵌め合いすることにより（Ｘ１方向）、コイルを具備するインシュレータを備えたステータが形成される。

なお、ヨーク５２のうち、磁束流れに影響しない箇所には凹溝５２ａ（もしくは貫通孔であってもよい）が設けてあり、第１の分割体１に嵌め合いされた第２の分割体２の側片２２の先端が、鍔１１の後方に延びてその爪部２２ａが凹溝５２ａに係合することにより、図２で示すようにティース５１へのインシュレータ３の嵌め合い固定が完了する。

このステータの製造方法をより具体的に図３ａ、ｂ、ｃの順で示すフロー図を参照して説明する。

まず、第１の分割体１、第２の分割体２およびコイル４を用意し、図３ａで示すように、第２の分割体２の側片２２に平角線が巻装形成されたコイル４を遊嵌し（Ｙ１方向）、鍔２１でコイル４を係合させる。

次に、図３ｂで示すように、鍔２１にコイル４が形成された状態の第２の分割体２の側片２２と、第１の分割体１の本体１２の切欠き１２ａを嵌め合いして（Ｙ２方向）インシュレータを形成し、このインシュレータの形成と同時にその周囲にコイル４が配設される。

図３ｂで示すインシュレータ周りへのコイル４の配設に際して、このインシュレータを構成する鍔２１とコイル４は一切干渉しない。

さらに、このコイル４の配設に際して、インシュレータに何等の破損部位も生じない。

コイル４がその周囲に配設されたインシュレータ３が形成されたら、図３ｃで示すように、ステータ５のティース５１にインシュレータ３を嵌め合いし（Ｙ３方向）、その第２の分割体２の側片２２に具備された爪部２２ａをヨーク５２の凹溝５２ａに係合させることにより、コイル４およびインシュレータ３を具備するステータ５が製造される。

なお、ステータが分割ステータからなる場合には、各分割ステータコアのティースに図示例のごとくコイルが配設されたインシュレータを嵌め合いし、インシュレータが嵌め合いされた分割ステータコアを周方向に組み付けることで分割ステータが製造できる。

なお、図３で示す製造方法、すなわちインシュレータを形成した後にこれをティースに嵌め合いする方法以外にも、第１の分割体をティースに嵌め合いしておき、コイルが仮に係合された第２の分割体を第１の分割体に嵌め合いする方法であってもよい。

いずれの製造方法であっても、予め導線が巻装形成されたコイルをこのコイルの抜け防止用の鍔をティース先端側に具備するインシュレータ周りに配設するに際し、この鍔とコイルが干渉することはなく、インシュレータに破損箇所が生じることもなく、効率的にインシュレータへのコイルの配設をおこなうことができる。

なお、ティースにコイルを具備するインシュレータが嵌め合いされたら、このティースとインシュレータの間に形成され得る隙間を閉塞するための樹脂をモールドしてもよい。

図４は、インシュレータの他の実施の形態を示す斜視図である。

同図で示すインシュレータ３Ａは、第１の分割体１Ａが、ティース根元側の鍔１１Ａと連続する筒状本体１２Ａに開設される切欠き１２Ａａが細長の帯状であり、第２の分割体２Ａのコイルの抜け防止用の鍔２１Ａに連続する側片２２Ａも、切欠き１２Ａａと相補的な細長の帯状を呈したものである。

なお、図示を省略するが、図１，４のように、第２の分割体の上側および下側に側片が設けられた形態のほかにも、第２の分割体の左側および右側に側片が設けられ、第１の分割体の本体の左右の側面にこれらが嵌め合いされる切欠きが設けられた形態であってもよい。また、第２の分割体の上側、下側、左側、右側にそれぞれ側片が設けられ、第１の分割体の本体の上下左右の各側面にこれらが嵌め合いされる切欠きが設けられた形態であってもよい。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

Claims (2)

1. ステータのティースに嵌め合いされ、その外周にコイルが形成されるインシュレータであって、
   前記インシュレータは、ティースに嵌め合いされた際にティースの根元側に配される第１の分割体と、ティースの先端側に配されてこの第１の分割体と嵌め合いされることでインシュレータを形成する第２の分割体とからなり、
   第１の分割体は、その周囲に配設されるコイルのヨーク側端部を留めるティースの根元側の鍔と、この鍔と連続してティースが貫通する筒状の本体とから構成され、鍔にはティースが貫通する開口が開設され、本体には切欠きが開設されており、
   第２の分割体は、そのティースの先端側の端面にコイルの抜けを防止する鍔と、この鍔と連続して前記切欠きと相補的な形状を有する側片とから構成されており、該側片が該切欠きと嵌め合いされるようにして第１、第２の分割体を嵌め合いして形成されるインシュレータ。
2. ステータコアのティースの周りにコイルを具備する請求項１に記載のインシュレータが嵌め合いされてなるステータと、その内側のロータとからなるモータ。

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