JP5664896B2 - 回転電機用アセンブリの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コイル部を含むステータと、ステータの内側において軸心回りで回転自在に支持されたロータとを備えた回転電機用アセンブリの製造方法に関する。

この種の回転電機に関連する先行技術文献情報として下記に示す特許文献１がある。この特許文献１に記された回転電機では、周方向に分割された多数のコアを用い、この各コアのティースにコイルを装着した後に同コイルを含めたティースの全体を樹脂モールドし、このように一部樹脂モールドされた多数のコアを別途用意した外筒の内周に環状に並べて焼き嵌めし、最後に全てのコアを外筒と共に筐体を構成する樹脂によってモールドすることで、筐体と一体化されたステータを得ている。

特開２０１０−７４９２６号公報（０００９〜００１５段落、図４、図８）

しかし、特許文献１に記された回転電機では、ステータを構成するコアの径方向に関する全体と、コアに巻回されたコイルとを含めてステータのほぼ全体が、筐体を構成する樹脂によってモールドされる構成のため、少なくともステータのコイル部に耐水性を持たせる必要のない回転電機に関しては、必要以上に多量の樹脂が消費されるという課題が残されていた。

そこで、本発明の目的は、上に例示した従来技術による回転電機が与える課題に鑑み、筐体形成用の樹脂の消費量を抑制可能な回転電機用アセンブリの製造方法を提供することにある。

本発明による回転電機用アセンブリの製造方法の特徴構成は、
環状の外側コアと、前記外側コアの内周側に圧入可能な内側コアとをステータの構成部品とする工程と、
前記内側コアにコイルを取り付ける工程と、
前記外側コアの外周面を、筐体を構成する樹脂によってモールドする工程と、
前記樹脂によってモールドされた前記外側コアの内周側に、前記コイルを支持した前記内側コアを前記外側コアの軸心に沿って圧入する工程と、を有する点にある。

本構成であれば、筐体を樹脂でモールド成形する際に、筐体の外壁部によって共に一体的にモールド成形されるのは、ステータの構成部品のうちの、圧入固定部を除く外側コアの部位のみに限られる。したがって、巻回されたコイルを含むステータの内側部位を含めた全体が筐体でモールド成形される従来の方法に比して、筐体形成用の樹脂の消費量が有意に抑制され、材料消費量の削減や完成した製品の軽量化にも貢献できる。そして、かくして得られた回転電機用アセンブリのステータの内周側に、極性の異なる複数の磁石を外周に備えたシャフトなどを回転自在に枢支させれば、筐体を形成する樹脂の消費量が抑制された回転電機が得られる。

本発明に係る回転電機を備えたエンジンの構成を示す略図である。 回転電機を含む電動ウォータポンプを示す破断正面図である。 電動ウォータポンプに含まれる回転電機部の破断側面図である。 外側コアと内側コアとの一部を示す概略斜視図である。 電動ウォータポンプの製造工程の一部を示す略図である。 別実施形態による外側コアと内側コアとの一部を示す概略正面図である。 さらに別の実施形態による外側コアと内側コアとの一部を示す概略斜視図である。

以下に本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る回転電機を構成の一部として備えた電動ウォータポンプを示す。

（電動ウォータポンプの構成）
この電動ウォータポンプ１は、ラジエータ５０で冷却された冷却水をエンジン６０のシリンダーヘッドに向けて送り出すために用いられ、ハウジング２と、ハウジング２に回転可能に支持されたインペラ５とを有する。

図２に示すように、電動ウォータポンプ１のハウジング２は、モータを構成する回転電機部２ａと、回転電機部２ａに連設されたポンプ室２ｂとを備える。インペラ５はポンプ室２ｂに配置されており、ポンプ室２ｂには、冷却水を吸入する吸入口２ｐと、冷却水を送り出す吐出口２ｑとが設けられている。

インペラ５は、ハウジング２の内部において軸心Ｘ回りで回転自在に支持された１本のシャフト４の先端に固定されている。シャフト４の後端と中間部とは、ハウジング２に設置された一対のベアリング３ａ，３ｂによって回転自在に支持されている。

回転電機部２ａは、ハウジング２の内面に配置されたステータ７と、ステータ７の内側において軸心Ｘ回りで回転自在に支持された環状の磁石６（ロータの一例）とを有する。
磁石６は、一対のベアリング３ａ，３ｂの間の領域において、シャフト４の外周面に接着などで固定されており、図３に例示するように、着磁により外周面にＮ極とＳ極が交互に２組形成されている。尚、環状磁石を用いずに、外周面がＮ極とＳ極である個々の磁石を交互に配置して構成することもでき、Ｎ極とＳ極の極数も任意である。

（ステータの構成）
図２及び図３に示すように、ステータ７は、ハウジング２の内周面に沿って延設された環状の外側コア８と、外側コアに圧入固定された内側コア９とで構成されている。銅線を巻回したコイル１０は内側コア９にのみ巻回されており、コイル１０の端部は電動ウォータポンプ１を駆動制御する通電制御部２０と電気的に接続される。

内側コア９は、環状のコア本体９ａの外周に複数のティース部９ｂが等間隔で一体的に突出形成された概して星型の部材であり、コイル１０が各ティース部９ｂには外嵌配置されている。

図３及び図４に示すように、各ティース部９ｂの径方向に関する外側端部には径方向外側から見ると矩形の係入突起９ｃが一体的に突出形成されている。他方、外側コア８の内周面には、内側コア９の各係入突起９ｃを圧入によって受け入れ可能な複数の係合凹部８ａが形成されている。

尚、ハウジング２を形成するための樹脂の充填は、内側コア９を外側コア８に圧入固定する前の状態で行われ、樹脂の固化後に、外側コア８に対する内側コア９の圧入固定が行われる。したがって、樹脂の充填した段階では、内側コア９やコイル１０を含まない外側コア８のみがハウジング２の内周部に一体的にインサート成形されることになる。

外側コア８の係合凹部８ａと、内側コア９の係入突起９ｃとの形状及び寸法は、軸心Ｘに沿って行われる圧入を介して始めて嵌合可能なように設定されている。特に、ハウジング２の樹脂に対して圧入による負荷が掛かり難いように、圧入作業中及び圧入完了後において、軸心に関して径方向の応力よりも周方向の応力が支配的となるように、係合凹部８ａと係入突起９ｃとの形状及び寸法が設定されている。

より具体的には、外側コア８の係合凹部８ａの周方向長さは、内側コア９の係入突起９ｃの周方向長さを上回らないように設定されているため、圧入中及び圧入完了後において、周方向の応力が継続的に保持される。しかし、内側コア９の係入突起９ｃは外側コア８の係合凹部８ａの底面には達しないため、圧入中及び圧入完了後において、径方向には殆ど応力が作用しない。

（電動ウォータポンプの製造手順）
電動ウォータポンプ１を製造する際には、先ず、図５に例示する専用金型１５の所定位置に外側コア８を固定させた状態で、専用金型１５の空洞部１５Ｖにハウジング２を形成する樹脂の充填が実施される。外側コア８は多数枚の同一形状の電磁鋼板８ｓが積層されたものからなる。各電磁鋼板８ｓの表裏面には圧入によって一体化するためのダボや窪みは形成されていないが、代わりに、係合凹部８ａに係入可能な複数の突起を備えた概して円柱状の治具１６ａ，１６ｂを用いて金型１５の所定位置に設置するため、電磁鋼板８ｓどうしの面ずれ等は生じない。
上述した樹脂の充填によって、外側コア８のうち、内側コア９との圧入固定部８ａを除く部位が筐体２の外壁部２Ｗの内周面付近にモールド成形され、圧入固定部８ａのみが径方向内側に露出した状態が得られる。

本発明による回転電機の製造方法では、少なくとも外側コア８に関しては、電磁鋼板どうしを事前に一体化する工程、すなわち、個々の電磁鋼板に対してダボをプレス加工によって形成して、互いに圧入する工程、或いは、レーザー溶接によって接合するなどの工程が不要となる。また、予め多数の電磁鋼板どうしを接合して得られたステータのコアをハウジングや金型の内面に設置する煩雑な作業も不要となる。すなわち、本発明による製造方法では、外側コア８を構成する各電磁鋼板８ｓを専用金型１５の内面に沿って装着し、治具１６ａ，１６ｂによって内周面側から固定すれば、自動的に電磁鋼板８ｓどうしが外側コア８の完成形状に沿って揃うので、外側コア８の組み立て作業が容易である。

次に、成形されたハウジング２を金型１５から取り出し、樹脂の充填によってハウジング２に一体化された外側コア８に対して、予め各ティース部９ｂにコイル１０が外嵌配置された内側コア９を軸芯Ｘに沿って圧入することで、ハウジング２内にステータ７が設置された回転電機用アセンブリ２Ｅが得られる。

圧入時に内側コア９が所定位置よりもポンプ室２ｂ側に行き過ぎることを防止する抜け止め手段として、図４に例示されるように、外側コア８の最もポンプ室２ｂ寄りの少なくとも一枚の電磁鋼板８ｓは係合凹部８ａを形成していない。同様に、内側コア９の最もポンプ室２ｂ寄りの少なくとも一枚の電磁鋼板９ｓは係入突起９ｃを構成していない。

内側コア９も多数枚の同一形状の電磁鋼板９ｓが積層されたものからなるが、隣接する電磁鋼板９ｓどうしは、互いの表裏面に形成されたダボ９ｄと凹部（不図示）との相互圧入によって、ティース部９ｂへのコイル１０の設置以前に一体化されている。電磁鋼板９ｓどうしは部分的にレーザー熔接を施すことなどによって一体化してもよい。

その後、ステータ７が設置されたハウジング２（回転電機用アセンブリ２Ｅ）に対して、ポンプ室２ｐ寄りのベアリング３ａ、磁石６を設置済みのシャフト４の順に挿入し、引き続き、ハウジング２の後端を、カバー２と、他方のベアリング３ｂとで閉鎖し、シャフト４の先端にインペラ５を取り付け、コイル１０の各接点を通電制御部２０に接続すると図２のような電動ウォータポンプ１が得られる。

〔別実施形態〕
〈１〉図６に例示するように、平面視において、外側コア８の係合凹部８ａを構成する左右の側面を、互いに平行な面ではなく、径方向内側に向かって次第に幅広となる傾斜面とする形態で実施してもよい。この形態では、内側コア９の係入突起９ｃは、左右の側面の全体ではなく、先端側の角部のみで外側コア８の係合凹部８ａに圧入される。そのため、軸心Ｘに沿った圧入操作に際して、内側コア９の係入突起９ｃの一部が外側コア８の係合凹部８ａ内の正しくない位置に嵌まり込んで、圧入操作に支障を来たす虞が抑制され、また、内側コア９が外側コア８に対して自動的にセンタリングされる。

〈２〉図７に例示するように、内側コア９を、環状のコア本体９ａによって星型に一体化された部材とせず、互いに独立した複数のティース状コアの形態で実施してもよい。この場合、外側コア８の係合凹部８ａを、図６とは逆の、径方向内側に向かって次第に幅が狭隘となる傾斜面とし、これに合わせて内側コア９の係入突起９ｃも、やはり径方向内側に向かって次第に幅が狭くなる傾斜面としておけば、個々の内側コア９を外側コア８の所定箇所に圧入固定することができる。

〈３〉内側コア９を構成する多数の電磁鋼板９ｓの全数が圧入されるのではなく、最上層の数枚の電磁鋼板９ｓのみを圧入によって固定される圧入鋼板とし、圧入鋼板よりも下方の鋼板は係入突起９ｃが係合凹部８ａに対して圧入を伴わない単純な当接のみを示す形態で実施することも可能である。

筐体に、軸心回りで回転自在に支持されたロータと、コイルが巻回されたコアを備えつつロータの外周側に配置されるステータとを内装した回転電機の構成を、筐体を形成するための樹脂の消費量を抑制可能にする発明として利用できる。

２ ハウジング（筐体）
２ａ 回転電機部
２Ｅ 回転電機用アセンブリ
２Ｗ 外壁部
６ 磁石（ロータ）
７ ステータ
８ 外側コア
８ａ 係合凹部（圧入固定部、溝部）
９ 内側コア
９ｃ 係入突起（圧入固定部）
１０ コイル
Ｘ 軸心

Claims (1)

1. 環状の外側コアと、前記外側コアの内周側に圧入可能な内側コアとをステータの構成部品とする工程と、
   前記内側コアにコイルを取り付ける工程と、
   前記外側コアの外周面を、筐体を構成する樹脂によってモールドする工程と、
   前記樹脂によってモールドされた前記外側コアの内周側に、前記コイルを支持した前記内側コアを前記外側コアの軸心に沿って圧入する工程と、を有する回転電機用アセンブリの製造方法。

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