JP5667243B2 - 樹脂成形部を有する電動機ステータの製造方法、電動機ステータおよび電動機 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂成形部を有する電動機ステータの製造方法、電動機ステータおよび電動機に関する。

この種の電動機ステータの製造方法として、例えば特許文献１記載の方法が知られている。特許文献１記載の方法では、中空状の固定子鉄心の両端部にブラケットを取り付けてステータを構成するとともに、そのステータを上下の金型の間に立設させた状態で配置する。下側の金型からは中芯が立設されており、固定子鉄心とブラケットの内部に中芯が挿入される。この状態で、下側のブラケットに設けられた樹脂注入口を介して樹脂を加圧注入し、固定子鉄心およびブラケットと中芯との間に樹脂を充填して、ステータに樹脂部を形成する。

特開平５−５６６１１号公報

ところで、電動機ステータのブラケットには、巻線に接続された引き出し線をステータの外側に取り出すために、ブラケットを径方向に貫通する開口部を設ける場合がある。しかしながら、ブラケットに開口部が設けられると、樹脂を加圧注入した際に、開口部から樹脂が流出してしまうおそれがある。

本発明の一態様である電動機ステータの製造方法は、巻線が巻回された中空状のステータコアの端部に中空状のブラケットを取り付けるとともに、ブラケットの周面に設けられた開口部を貫通させて、巻線に接続された引き出し線をブラケットの外側に取り出す工程と、ステータコアおよびブラケットの内部に中芯を配置する工程と、開口部よりも小さい貫通孔を有するシール部材を、引き出し線を貫通孔に貫通させながら開口部を塞ぐようにブラケットの外周面に取り付ける工程と、ステータコアおよびブラケットと中芯との間の環状空間に溶融樹脂を充填して樹脂部を形成する工程と、を含む。

また、本発明の他の態様である電動機ステータは、上記製造方法により製造された電動機ステータであって、溶融樹脂を充填する工程で形成された開口部における樹脂部の成形面は、ブラケットの外周面から突出していない。

さらに、本発明の他の態様である電動機は、上記ステータを有する。

本発明によれば、シール部材の貫通孔から引き出し線を貫通させて、引き出し線の取出用の開口部を塞ぐようにブラケットの外周面にシール部材を取り付けるようにした。これにより、溶融樹脂を注入した際の開口部からの樹脂の流出を防ぐことができる。

本発明の実施形態に係る電動機の内部構成を概略的に示す図。 図１に示されるステータの斜視図。 本発明の実施形態に係る電動機ステータの製造方法の一手順を示す図。 本発明の実施形態に係る電動機ステータの製造方法の一手順を示す図。 本発明の実施形態に係る電動機ステータの製造方法の一手順を示す図。 図５の押さえ部材の斜視図。 図５のシール部材が熱膨張された状態を示す斜視図。 図４の変形例を示す図。

以下、図１〜図８を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電動機１００の内部構成を概略的に示す断面図である。この電動機１００は、ロータ１（回転子）と、ステータ２（固定子）とを有する三相誘導電動機であり、例えば工作機械の主軸駆動用として用いられる。

図１に示すようにロータ１は、中心軸線Ｌ０に沿って延在する回転軸１０を有し、回転軸１０の両端部がそれぞれベアリング１１，１２により回転可能に支持されている。回転軸１０には、複数枚の電磁鋼板を積層して構成されたロータコア１３が一体に取り付けられている。ロータコア１３の内部には複数のスロット孔が設けられ、スロット孔には金属棒または金属が充填されており、両端部の短絡環でそれらは短絡されている。なお、以下では、軸線Ｌ０に平行な方向を軸方向、軸線Ｌ０から放射状に延びる方向を径方向、軸線Ｌ０を中心とした円の周面に沿った方向を周方向と呼ぶ。

ステータ２は、軸線Ｌ０を中心とした中空状のステータコア２０を有する。ステータコア２０は、複数枚の電磁鋼板を積層して構成され、ロータ１の外周面との間に全周にわたって隙間を空けて配置されている。ステータコア２０の軸方向両端部には、ブラケット２１，２２が取り付けられている。ブラケット２１，２２は、ステータコア２０を軸方向に貫通する貫通ボルト（不図示）によりステータコア２０に一体に締結されている。

ステータコア２０の内周面には、周方向等間隔に複数のスロット孔２３が軸方向全長にわたって延設されている。各スロット２３孔には、電気的に独立した三相交流用の巻線２４、すなわちＵ相用巻線、Ｖ相用巻線、Ｗ相用巻線がそれぞれ交互に配設されている。これら巻線２４のコイルエンド部２４ａにはそれぞれ引き出し線２５（ケーブル）が接続されている。引き出し線２５は、ブラケット２２に設けられた径方向の開口部２６を貫通し、ステータ２の外側に取り出される。ブラケット２２の外周面には端子箱２７が装着され、端子箱２７を介して引き出し線２５が電源ケーブルに接続されている。引き出し線２５を介して巻線２４に電力が供給されることで、回転磁界が形成され、ロータ１が回転する。

各ブラケット２１，２２と巻線２４のコイルエンド部２４ａとの間の隙間３１，３２およびステータコア２０のスロット孔と巻線２４との間の隙間３３にはそれぞれ樹脂が充填され、環状の樹脂部３４〜３６が形成されている。樹脂部３６と樹脂部３４，３５とは接続しており、樹脂部３４〜３６は、軸方向に連続して形成されている。

図２は、ステータ２の斜視図である。図２に示すように、ブラケット２２の開口部２６は略矩形状を呈し、開口部２６の縁部に沿って開口部２６からは３本の引き出し線２５が一列に並んで突出している。開口部２６の周囲には、端子箱２７（図１）を取り付けるための座面２８が形成されている。座面２８には、端子箱取付用のねじ孔２９が設けられている。

開口部２６の内側には樹脂部３５が形成されており、樹脂部３５の表面（成形面３５ａ）が外側に露出している。成形面３５ａは、ブラケット２２の外周面、すなわち座面２８よりも径方向内側に位置し、座面２８よりも凹んでいる。このように成形面３５ａが座面２８よりも径方向内側に位置することで、端子箱２７を樹脂部３５と干渉することなく座面２８に容易に取り付けることができる。また、引き出し線２５の屈曲性が維持され、端子箱２７への接続が容易になる。

次に、ステータ２の樹脂部３４〜３６の成形方法（樹脂成形方法）について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る電動機ステータの製造方法の一手順を示す図、すなわちステータ組立体の断面図であり、図４は、斜視図である。まず、ステータコア２０に巻線２４を巻回するとともに、ステータコア２０の軸方向両端部に貫通ボルトを用いてブラケット２１，２２を取り付け、ステータコア２０とブラケット２１，２２とを一体化したステータ組立体２００を構成する。このとき、巻線２４の端部に接続された引き出し線２５を、ブラケット２２の開口部２６を貫通させてブラケット２２の外側に取り出す。

この状態で、図３に示すように、ステータ組立体２００の内部に、ステータコア２０とブラケット２１，２２とを貫通して円筒状の内芯３を挿入し、ブラケット２１を下側、ブラケット２２を上側とした立設状態で、ステータ組立体２００を台の上面１０１に載置する。内芯３の外周面の径はステータコア２０の内周面の径とほぼ等しく、内芯３は、ステータコア２０の内側に、スロット溝２３の部位を除き隙間なく配置される。なお、内芯３の外周面の径をステータコア２０の内周面の径よりも小さくして、内芯３とステータコア２０との間に全周にわたって隙間を設けてもよい。

内芯３の先端部には段部３ａが設けられており、内芯３を挿入した状態では、段部３ａの軸方向端面がブラケット２１の軸方向端面に当接する。このとき、ブラケット２２の上端部内周面と中芯３の外周面との間に、環状の樹脂注入部３７が形成される。樹脂注入部３７は、ブラケット２２とコイルエンド部２４ａとの間の隙間３２、およびスロット孔２３と巻線２４との間の隙間３３を介して、下側のブラケット２１とコイルエンド部２４ａとの間の隙間３１と連通している。

次に、図４に示すように、ブラケット２２の座面２８にシール部材４を、さらにシール部材４の外側に押さえ部材５を、それぞれボルト６を用いて装着する。すなわち、シール部材４の貫通孔４１および押さえ部材５の貫通孔５１を介してボルト６をボルト孔２９に螺合する。図５は、本発明の実施形態に係る電動機ステータの製造方法の一手順を示す図、すなわちシール部材４と押さえ部材５の取付状態を示すステータ組立体２００の要部断面図である。

図４，５に示すように、シール部材４は、第１面４ａと第２面４ｂとを有する矩形状の所定厚さの板状部材であり、少なくとも樹脂成形温度までの耐熱性を有するゴム材料等により構成されている。シール部材４には、開口部２６から取り出された引き出し線２５の位置に対応して、開口部２６よりも小さい矩形状の貫通孔４２が開口されている。シール部材４は、第１面４ａを座面２８に向けて、引き出し線２５を貫通孔４２から貫通させた状態で座面２８に取り付けられる。なお、図４では、引き出し線２５が上方に折り曲げられているが、引き出し線２５は、貫通孔４２を貫通させた後に、上方に折り曲げられる。

押さえ部材５は、第１面５ａと第２面５ｂとを有するシール部材４よりも板厚が厚い矩形状の板状部材であり、シール部材４よりも線膨張係数が低い金属や樹脂等により構成されている。図６は、第１面５ａ側から見た押さえ部材５の斜視図である。図６に示すように、押さえ部材５の第１面５ａには、引き出し線２５の位置に対応して凹部５２が形成されている。

凹部５２の幅は、シール部材４の貫通孔４２の幅とほぼ等しく、凹部５２の深さは、引き出し線２５の外径とほぼ等しい。凹部５２は、押さえ部材５の上端面５ｃにかけて延設されている。図５に示すように、押さえ部材５はその第１面５ａをシール部材４の第２面４ｂに密着した状態で取り付けられ、押さえ部材５を取り付けた状態では、上方に折り曲げられた引き出し線２５が凹部５２に収容され、押さえ部材５の上端面５ｃから引き出し線２５が突出する。

以上のようにシール部材４と押さえ部材５とが取り付けられた後、ステータ組立体２００を加熱し、ブラケット２２と中芯３の間の樹脂注入部３７（図３）から溶融樹脂を注入する。溶融樹脂は、熱硬化性の樹脂を溶融させたものであり、注入された溶融樹脂は重力により下方に流れる。これによりステータ組立体２００と中芯３との間の隙間３１〜３３が溶融樹脂により充填され、樹脂部３４〜３６が形成される。

樹脂の注入時には、ステータ組立体２００の過熱によりシール部材４が熱膨張しており、シール部材４の貫通孔４２と引き出し線２５との間の隙間が塞がれている。これにより開口部２６からの樹脂の流出を防ぐことができる。この場合、シール部材４は、押さえ部材５により第２面４ｂ側における変形が阻止されているため、図７に示すように熱膨張により第１面４ａ側に変形する。すなわち、図５の点線に示すように、シール部材４は開口部２６に沿って膨出し、膨出部４５が形成される。このため、膨出部４５により樹脂が径方向内側に押し込まれ、開口部２６の内側における樹脂部３５の成形面３５ａ（図２）が座面２８よりも凹む。その結果、成形面３５ａが座面２８よりも径方向外側に突出することを防止できる。

溶融樹脂が凝固すると、中芯３を取り出すとともに、ボルト６を取り外し、押さえ部材５とシール部材４を取り外す。以上で、電動機ステータ２が完成する。その後、ステータ２の座面２８には、ねじ孔２９にボルトを螺合して端子箱２７が取り付けられる。

図８は、図４の変形例を示す図である。図８の例では、引き出し線２５の下方の開口部２６の下側空間２６ａに所定厚さの挿入部材７を挿入した後、シール部材４と押さえ部材５をボルト６により座面に取り付ける。挿入部材７は、開口部２６に沿った形状に形成され、挿入部材７により下側空間２６ａが塞がれる。ステータ組立体２００を加熱すると、シール部材４が開口部２６に沿って変形し、挿入部材７が径方向内側に押し込まれる。これにより、樹脂部３５の成形面３５ａを、図４の製造方法を用いた場合よりも径方向内側に位置させることができる。挿入部材７の厚さを適宜設定することで、成形面３５ａの径方向の位置を容易に調整できる。

本実施形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）電動機ステータ２の製造方法は、巻線２４が巻回されたステータコア２０の軸方向両端部にブラケット２１，２２を取り付けるとともに、ブラケット２２の周面に設けられた開口部２６を貫通させて、巻線２４に接続された引き出し線２５をブラケット２２の外側に取り出す工程（図３）と、ステータコア２０およびブラケット２１，２２の内部に中芯３を配置する工程（図３）と、開口部２６よりも小さい貫通孔４２を有するシール部材４を、引き出し線２５を貫通孔４２に貫通させながら開口部２６を塞ぐようにブラケット２２の外周面（座面２８）に取り付ける工程（図４）と、ステータコア２０およびブラケット２１，２２と中芯３との間の環状空間（隙間３１〜３３）に溶融樹脂を充填して樹脂部３４〜３６を形成する工程とを含む。このため、開口部２６がシール部材４でシールされ、開口部２６からの樹脂の流出を防ぐことができる。

このような製造方法によって製造されたステータ２は、開口部２６における樹脂部３５の成形面３５ａがブラケット２２の座面２８から径方向外側に突出していない（図２）。このため、シール部材４を取り外した後に、座面２８に端子箱２７を容易に取り付けることができる。すなわち、成形面３５ａが座面２８よりも突出していると、端子箱２７をそのまま取り付けることができないので、突出部を除去する必要があるが、本実施形態では、突出部の除去作業が不要である。

（２）シール部材４を取り付ける工程では、シール部材４よりも線膨張係数の小さい材質からなる押さえ部材５を、シール部材４の外表面（第２面４ｂ）に密着させて取り付ける。このため、シール部材４が熱膨張した際に、シール部材４の径方向外側への変形が押さえ部材５によって阻止され、シール部材４が開口部２６の内側に変形する。その結果、樹脂部３５の成形面３５ａを座面２８から凹んだ形状とすることができ、成形面３５ａが座面２８よりも径方向外側に突出することを確実に防止できる。

（３）溶融樹脂を充填する工程では、ブラケット２１，２２が取り付けられたステータコア２０、すなわちステータ組立体２００を立設させて隙間３１〜３３の上方の樹脂注入部３７から溶融樹脂を注入する。注入された溶融樹脂は、重力によって下方に流れ、隙間３１〜３３を充填する。このように溶融樹脂を上方から注入することで、樹脂を隙間３１〜３３に充填させるための加圧装置等が不要となり、成形作業を容易に行うことができる。

（４）開口部２６の一部を塞ぐように開口部２６に挿入部材７を挿入した後に、シール部材４を取り付けることもできる（図８）。これにより開口部２６における樹脂部３５の成形面３５ａを径方向内側に容易にずらすことができる。

（５）ブラケット２２の座面２８に端子箱２７を取り付けるためのねじ孔２９を設け、ねじ孔２９を用いてシール部材４を取り付ける（図４）。これにより、シール部材４の取付用のねじ孔を別途設ける必要がなく、ブラケット２２の形状を簡素化できる。

なお、ステータコア２０とブラケット２１，２２の構成、すなわち電動機ステータの構成は上述したものに限らない。開口部２６における樹脂部３５の成形面３５ａは、ステータコア２０の外周面から径方向外側に突出していなければよく、例えば成形面３５ａとステータコア２０の外周面とが同一面上にあってもよい。電動機ステータ２を製造する場合の治具である中芯３、シール部材４、および押さえ部材５の構成は上述したものに限らない。押さえ部材５を用いずにシール部材４を取り付けるようにしてもよい。中芯３を配置する工程と、シール部材４を取り付ける工程の順序はどちらが先でもよい。中芯３とステータコア２０の内周面との間に隙間を設け、この隙間に樹脂を充填するようにしてもよい。

上記実施形態では、ステータコア２０の軸方向両端部にブラケット２１，２２を取り付けるようにしたが、軸方向一端部のみにブラケットを取り付けるものにも、本発明は同様に適用できる。ステータ組立体２００を立設させた状態で、溶融樹脂を上方から注入するようにしたが、溶融樹脂を下側から加圧注入してもよい。射出成型により樹脂を注入してもよい。溶融樹脂を複数個所から注入するようにしてもよい。真空内で樹脂を充填するようにしてもよい。ブラケット２２の外周面に、端子箱２７の取付部とは別にシール部材４の取付部を設けてもよい。開口部２６の周囲の座面２８に端子箱２７を取り付けるようにしたが、電動機１００の吊り下げ用ボルト等、電動機１００の他の付属部品を取り付けるようにしてもよい。上記実施形態では、開口部２６を略矩形状としたが、開口部２６と引き出し線２５との隙間が全周にわたって均一となるように、引き出し線２５の形状に合わせて開口部２６を形成してもよい。例えば、３本の引き出し線２５に対応した３つの円を繋げて開口部を形成してもよい。

本発明は、工作機械の主軸駆動用の電動機に限らず、引き出し線取出用の開口部が開口されたブラケットを有し、開口部に樹脂が充填されたステータを備える他の電動機にも同様に適用できる。電動機は、三相誘導電動機以外であってもよい。

以上の説明はあくまで一例であり、本発明の特徴を損なわない限り、上述した実施形態および変形例により本発明が限定されるものではない。上記実施形態および変形例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。すなわち、本発明の技術的思想の範囲内で考えられる他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上記実施形態と変形例の１つまたは複数を任意に組み合わせることも可能である。

２ ステータ
３ 中芯
４ シール部材
５ 押さえ部材
７ 挿入部材
２０ ステータコア
２１，２２ ブラケット
２４ 巻線
２５ 引き出し線
２６ 開口部
２７ 端子箱
２９ ねじ孔
３１〜３３ 隙間
３４〜３５ 樹脂部
３５ａ 成形面
１００ 電動機

Claims (7)

1. 巻線が巻回された中空状のステータコアの端部に中空状のブラケットを取り付けるとともに、前記ブラケットの周面に設けられた開口部を貫通させて、前記巻線に接続された引き出し線を前記ブラケットの外側に取り出す工程と、
   前記ステータコアおよび前記ブラケットの内部に中芯を配置する工程と、
   前記開口部よりも小さい貫通孔を有するシール部材を、前記引き出し線を前記貫通孔に貫通させながら前記開口部を塞ぐように前記ブラケットの外周面に取り付ける工程と、
   前記ステータコアおよび前記ブラケットと前記中芯との間の環状空間に溶融樹脂を充填して樹脂部を形成する工程と、を含むことを特徴とする電動機ステータの製造方法。
2. 請求項１に記載の電動機ステータの製造方法において、
   前記シール部材を取り付ける工程では、前記シール部材よりも線膨張係数の小さい材質によって構成された押さえ部材を、前記シール部材の外表面に密着させて取り付けることを特徴とする電動機ステータの製造方法。
3. 請求項１または２に記載の電動機ステータの製造方法において、
   前記溶融樹脂を充填する工程では、前記ブラケットが取り付けられた前記ステータコアを立設させて前記環状空間の上方から前記溶融樹脂を注入することを特徴とする電動機ステータの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動機ステータの製造方法において、
   前記シール部材を取り付ける工程では、前記開口部の一部を塞ぐように前記開口部に挿入部材を挿入した後、前記シール部材を取り付けることを特徴とする電動機ステータの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機ステータの製造方法において、
   前記ブラケットの外周面には、前記開口部の周囲に、電動機の付属部品を取り付けるためのねじ孔が設けられ、
   前記シール部材を取り付ける工程では、前記ねじ孔を用いて前記シール部材を取り付けることを特徴とする電動機ステータの製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機ステータの製造方法により製造された電動機ステータであって、前記溶融樹脂を充填する工程で形成された前記開口部における前記樹脂部の成形面は、前記ブラケットの外周面から突出していないことを特徴とする電動機ステータ。
7. 請求項６に記載の電動機ステータを有する電動機。

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