JP5681232B2

JP5681232B2 - 射出成形により樹脂注入する電動機のステータ

Info

Publication number: JP5681232B2
Application number: JP2013100461A
Authority: JP
Inventors: 毅田巻
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: JP2014218063A; US20140333158A1; US9369010B2; CN104143863A; DE102014106361B4; CN203942338U; CN104143863B; DE102014106361A1

Description

本発明は、電動機のステータに関する。

一般的に、ステータコアに巻回される巻線を固定するとともに、巻線からの放熱作用を向上させることを目的として、電動機のステータの内周部には、樹脂モールド部が形成される。さらに、防水性の向上又はモータ外表面の塗装工程の省略を目的として、ステータの外周部に樹脂モールド部が形成されることがある。ステータの外周部に形成される樹脂モールド部は、モータを小型化すること、及びステータコアの熱を外部に効率的に放出することを目的として、できる限り薄肉であることが望ましい。しかしながら、薄肉の樹脂モールド部を射出成形によって形成しようとすると、樹脂の流路が狭くなるので注入される樹脂の流動性が十分に得られない場合がある。その結果として、樹脂が充填されない箇所が局所的に発生する場合がある。

特許文献１〜３には、ステータの周囲に樹脂モールド部を形成することが開示されている。特許文献１には、ステータコア、巻線及びそれらステータコアと巻線とを絶縁する一対のインシュレータとともに樹脂で一体成形されるフレームを備えた電動機のステータが開示されている。そして、一対のインシュレータの間に形成される隙間に樹脂を充填することを目的として、ステータコアの外周部から内周部まで貫通する貫通孔が樹脂の流路として形成されている。また、特許文献２には、ステータコア及びステータコアに巻回されたコイルとともに一体成形される樹脂製のフレームを形成することが開示されている。さらに、特許文献３には、電動機の電機子の周囲を覆うように樹脂モールド部を形成することが開示されている。

特開２０１２−１１５０５０号公報特許第３５５２２６６号公報特許第５１２４２１９号公報

樹脂を外周部に隙間なく充填できるようにした電動機のステータが望まれている。

本願の１番目の発明によれば、コアバック及び該コアバックから内側に向かって突出する複数のティースを有するステータコアと、射出成形によって前記ステータコアの内周部及び外周部に形成される樹脂モールド部と、を具備する電動機のステータであって、当該ステータの軸方向端部に設けられていて前記ステータコアの前記内周部と前記外周部とを仕切る仕切部材を具備しており、前記仕切部材によって、前記軸方向端部から注入される樹脂が前記内周部及び前記外周部に分岐して流れるようになる、ステータが提供される。
本願の２番目の発明によれば、１番目の発明に係るステータにおいて、前記仕切部材には、当該ステータの前記軸方向端部から前記外周部に樹脂が流れるように樹脂流路が形成される。
本願の３番目の発明によれば、２番目の発明に係るステータにおいて、前記樹脂流路が、前記仕切部材の軸方向端面から前記ステータコアの前記外周部まで延在する貫通孔によって形成される。
本願の４番目の発明によれば、２番目の発明に係るステータにおいて、前記樹脂流路が、前記仕切部材の軸方向端面から前記ステータコアの前記外周部まで延在する溝によって形成される。
本願の５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明に係るステータにおいて、前記樹脂モールド部を形成する射出成形によって、当該ステータの軸方向端面に溝が形成される。

上記構成を備えたステータによれば、内周部と外周部とを仕切る仕切部材を設けることによって、樹脂モールド部を形成する射出成形工程において、ステータの軸方向端部からステータの内周部に注入される樹脂の流れから分岐するようにステータの外周部に樹脂が注入される。それにより、ステータの外周部に注入される樹脂にも十分な射出圧力が付与されるようになり、樹脂を外周部に隙間なく充填できるようになる。

第１の実施形態に係る電動機の構成を示す概略断面図である。図１の電動機のステータを示す側面図である。図１の電動機のステータにおいて樹脂モールド部を形成する射出成形工程を示す図である。図１の電動機のステータにおいて樹脂モールド部を形成する射出成形工程を示す図である。図３Ｂの領域３Ｃを拡大して示す部分拡大図である。第２の実施形態に係る電動機のステータにおいて樹脂モールド部を形成する射出成形工程を示す図である。第２の実施形態に係る電動機のステータにおいて樹脂モールド部を形成する射出成形工程を示す図である。図４Ｂの領域４Ｃを拡大して示す部分拡大図である。後工程を実行する前の第２の実施形態に係るステータを示す概略断面図である。図５Ａのステータを示す側面図である。図５Ａの領域５Ｃを拡大して示す部分拡大図である。後工程を実行した後の第２の実施形態に係るステータを示す概略断面図である。図６Ａのステータを示す側面図である。図６Ａの領域６Ｃを拡大して示す部分拡大図である。後工程を実行する前の第２の実施形態の変形例に係るステータを示す概略断面図である。図７Ａのステータを示す側面図である。図７Ａの領域７Ｃを拡大して示す部分拡大図である。後工程を実行した後の第２の実施形態の変形例に係るステータを示す概略断面図である。図８Ａのステータを示す側面図である。図８Ａの領域８Ｃを拡大して示す部分拡大図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図示される実施形態の構成要素は、本発明の理解を助けるために縮尺が実用的な形態から適宜変更されている。また、同様の構成要素には同一の参照符号が使用される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る電動機１００の構成を示す概略断面図である。図２は、図１の電動機１００のステータ１０を示す側面図である。電動機１００は、ステータ１０と、ステータ１０の両端において前方軸受５２及び後方軸受５４によって軸線Ｏの回りに回転可能に支持されるロータ５０と、ロータ５０の位置及び速度等を検出する検出器６０と、を備えている。電動機１００は、検出器６０からの検出信号を外部の制御装置に伝達するのに使用される信号コネクタ６２をさらに備えている。

ステータ１０は、磁性を有する材料、例えばケイ素鋼から形成される薄板を軸線Ｏの方向に積層することによって形成されるステータコア１２を備えている。ステータコア１２は、概ね円筒形状を有するコアバックと、コアバックからロータ５０に向かって、すなわち半径方向内側に向かって突出していて周方向に所定の間隔を空けて形成される複数のティースと、を有している。ティースの周りには、絶縁体１４を介して巻線１６が巻回されている。図１において、絶縁体１４は、巻線１６が巻き回されていない半径方向内側の端部のみが視認可能であり、巻線１６は破線で示されている。巻線１６には、電源コネクタ１８を介して交流電流が供給され、回転磁界が発生するようになっている。

本発明を適用可能な電動機は特定のタイプのものに限定されない。例えば、電動機１００は、巻線１６によって生成される回転磁界と、ロータ５０の外周部に配列される永久磁石（図示せず）とが互いに協働することによってロータ５０を回転させる回転トルクが得られるように形成される。或いは、電動機１００は、ロータ５０に誘導電流を発生させることによって回転トルクが得られるように形成されていてもよい。また、ステータコア１２は、前述したような積層コアに限定されず、一体的に形成されたものであってもよい。

ステータ１０の前方軸受５２は、ステータ１０の一方の端部に設けられるフランジ５６によって保持されている。フランジ５６は、例えばねじ留めなどの公知の手段によってステータコア１２に取付けられている。また、フランジ５６に対向するステータ１０の端面には、パッキン２４を収容する溝２６が形成されている。

フランジ５６は、前方軸受５２の半径方向外側に延在していて前方軸受５２を保持する軸受保持部５６ａと、軸受保持部５６ａの端部から概ね半径方向外側に向かって延在する本体部５６ｂと、後述するステータ１０のハウジング２０に嵌合するようにハウジング２０に対して相補形状を有する嵌合部５６ｃと、を有している。さらに、フランジ５６とロータ５０との間には、オイルシール５８が設けられている。また、ステータ１０の前方軸受５２の反対側に設けられる後方軸受５４は、概ね環状の軸受ホルダ５９によって半径方向外側から保持されている。

図１において、ステータコア１２の周囲のハッチングが施された部位は、樹脂を充填することによって形成される樹脂モールド部２２である。樹脂モールド部２２は、ステータコア１２（特にコアバック）の外周を覆うように形成される外方モールド部２２ａと、巻線１６を含浸させるように形成される内方モールド部２２ｂと、を有している。このように、本明細書においては、ステータ１０のコアバックよりも半径方向外側に形成される部位を外方モールド部２２ａ、コアバックの半径方向内側に形成される部位を内方モールド部２２ｂ、とそれぞれ便宜上称することとする。

フランジ５６が設けられるステータ１０の前方端において、外方モールド部２２ａと内方モールド部２２ｂとは、概ね円筒形状を有するハウジング２０によって半径方向において互いに仕切られている。ハウジング２０は、巻線１６の端部（コイルエンド）を被覆するように形成されていてもよい。ハウジング２０は、樹脂、金属などの任意の材料から形成され得る。ハウジング２０は、良好な電気伝導性を有する材料、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金から形成されるのが好ましい。その場合、ハウジング２０がステータコア１２とフランジ５６との間に介在していて各部材が電気的に接続されるので、ステータコア１２を接地する作用が向上する。特に、ハウジング２０及びフランジ５６が相補形状を有していて互いに嵌合されるように形成される場合、ハウジング２０とフランジ５６との間が面接触するようになって、接地作用を顕著に向上できる。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る電動機１００のステータ１０において、樹脂モールド部２２を形成する工程を示す図である。図３Ａは、樹脂ＲＳが射出成形装置９０から金型８０内に射出される前の状態を示しており、図３Ｂは、樹脂ＲＳが金型８０内に充填された後の状態を示している。図３Ｃは、図３Ｂの領域３Ｃを拡大して示す部分拡大図である。

本実施形態において、金型８０の樹脂注入口付近の内部空間は、図示されるようにハウジング２０によってステータ１０の半径方向において仕切られているので、外方ゲート８２及び内方ゲート８４がハウジング２０の半径方向外側及び半径方向内側にそれぞれ設けられている。ハウジング２０は、射出圧力によって所定の位置から移動しないように予め公知の手段によって固定される。例えばハウジング２０は、ステータコア１２にねじ留めされてもよいし、或いは、金型８０に仮止めされてもよい。

図３Ｃを参照すると、ハウジング２０は、フランジ５６に面接触するように概ね平坦な端面２０ｄを形成する端面部２０ａと、端面部２０ａの外径よりも大きくかつステータコア１２と概ね同一の大きさの外径を有していてステータコア１２の端部に接触するように軸線Ｏの方向に沿って延在する外縁部２０ｂと、端面部２０ａ及び外縁部２０ｂを互いに接続するようにそれらの間に延在していて徐々に拡大する直径を有する拡径部２０ｃと、を有している。図示されるように、外方ゲート８２は、外方モールド部２２ａの外表面と、ハウジング２０の端面部２０ａとの間に形成される領域に設けられる。

このように、本実施形態によれば、金型８０内に注入される樹脂ＲＳは、ハウジング２０によってステータ１０の外周側と内周側とに向かってそれぞれ分岐して流れるようになる。それにより、樹脂が十分な圧力を伴ってステータ１０の外周側の領域内に射出されるので、薄肉の外方モールド部２２ａを隙間なく形成できるようになる。

続いて、他の実施形態について説明する。前述した事項と重複する内容は適宜省略される。図４Ａ及び図４Ｂは、第２の実施形態に係る電動機のステータ３０において樹脂モールド部２２を形成する射出成形工程を示す図である。図４Ａは、樹脂ＲＳが射出成形装置９０から金型８０内に射出される前の状態を示しており、図４Ｂは、樹脂ＲＳが金型８０内に充填された後の状態を示している。図４Ｃは、図４Ｂの領域４Ｃを拡大して示す部分拡大図である。

本実施形態において、ハウジング２０には、フランジ（図１参照）に対向するハウジング２０の端面２０ｄからステータ３０の外周部に連通するように貫通孔３２が形成されている。貫通孔３２は、端面部２０ａ、拡径部２０ｃ及び外縁部２０ｂにわたって延在している。貫通孔３２は、周方向に所定の間隔を空けて複数個、例えば８個設けられている（図６Ｂ参照）。

図４Ｃを参照するとよく分かるように、本実施形態において、ステータ３０の外周側に設けられる外方ゲート８２は、ハウジング２０の貫通孔３２に連通するように形成される。それにより、外方ゲート８２を通って注入される樹脂ＲＳは、貫通孔３２を通ってステータ３０の外周側に流入する。このようにして、外方モールド部２２ａが形成される。

本実施形態によれば、第１の実施形態に関連して説明した利点に加えて、パッキン２４（図１参照）を収容するための溝２６を、射出成形工程によって樹脂モールド部２２と同時に形成できるようになる。すなわち、図４Ｃに示されるように、外方ゲート８２がステータ３０の内周部により近い位置に設けられるので、ハウジング２０の端面部２０ａの外周側の領域を自由に成形可能になる。したがって、パッキン２４が設けられる溝２６を射出成形によってステータ３０の端面に形成できる。

このように、射出成形によって樹脂モールド部２２と同時に形成された溝２６は、切削加工などの後工程によって形成される同様の溝に比べてより円滑な表面を有するようになるので、防水性が向上する。また、溝を形成するための後工程の一部を省略できるので、製造工程を簡略化できる。

図５Ａは、後工程を実行する前の第２の実施形態に係るステータ３０を示す概略断面図であり、図５Ｂはその側面図である。図５Ｃは、図５Ａの領域５Ｃを拡大して示す部分拡大図である。図５Ａ〜図５Ｃは、射出成形の後に金型８０から取出した状態のステータ３０を表している。図示されるように、ステータ３０には、外方ゲート８２及び内方ゲート８４に対応する位置（図４Ｃ参照）にゲート跡８６がそれぞれ形成されている。他方、パッキン２４を収容する溝２６はこの時点で既にステータ３０の端面に形成されており、別途の後工程が不要である。

図６Ａは、後工程を実行した後の第２の実施形態に係るステータ３０を示す概略断面図であり、図６Ｂはその側面図である。図６Ｃは、図６Ａの領域６Ｃを拡大して示す部分拡大図である。図５Ａ〜図５Ｃ及び図６Ａ〜図６Ｃを対比すると分かるように、後工程、例えば切削加工によってゲート跡８６が除去されており、ステータ３０の端面が円滑に仕上げられる。

次に、第２の実施形態の変形例について説明する。図７Ａは、後工程を実行する前の第２の実施形態の変形例に係るステータ３０’を示す概略断面図であり、図７Ｂはその側面図である。図７Ｃは、図７Ａの領域７Ｃを拡大して示す部分拡大図である。また、図８Ａは、後工程を実行した後のステータ３０’を示す概略断面図であり、図８Ｂはその側面図である。図８Ｃは、図８Ａの領域８Ｃを拡大して示す部分拡大図である。本変形例においては、前述した貫通孔３２の代わりにハウジング２０に流路溝３４が形成されている。流路溝３４は、図７Ｂに示されるようにハウジング２０の端面２０ｄから外縁部２０ｂまで形成される。

流路溝３４は、前述した貫通孔３２と同様に作用する。すなわち、射出成形によって樹脂モールド部２２を形成する際に、外方ゲート８２から流路溝３４に樹脂が注入される。樹脂は、流路溝３４を通ってステータ３０’の外周部に流れ、それにより外方モールド部２２ａが形成される。

以上、本発明の種々の実施形態及び変形例を説明したが、他の実施形態及び変形例によっても本発明の意図される作用効果を奏することができることは当業者に自明である。特に、本発明の範囲を逸脱することなく前述した実施形態及び変形例の構成要素を削除ないし置換することが可能であるし、公知の手段をさらに付加することが可能である。また、本明細書において明示的又は暗示的に開示される複数の実施形態の特徴を任意に組合せることによっても本発明を実施できることは当業者に自明である。

１０ステータ
１２ステータコア
１４絶縁体
１６巻線
１８電源コネクタ
２０ハウジング（仕切部材）
２２樹脂モールド部
２２ａ外方モールド部
２２ｂ内方モールド部
２４パッキン
２６溝
３０ステータ
３０’ ステータ
３２貫通孔
３４流路溝
５０ロータ
５９軸受ホルダ
６０検出器
８２外方ゲート
８４内方ゲート
８６ゲート後
９０射出成形装置
１００電動機
ＲＳ樹脂

Claims

コアバック及び該コアバックから内側に向かって突出する複数のティースを有するステータコアと、射出成形によって前記ステータコアの内周部及び外周部に形成される樹脂モールド部と、を具備する電動機のステータであって、
当該ステータの軸方向端部に設けられていて前記ステータコアの前記内周部と前記外周部とを仕切る仕切部材を具備しており、
前記仕切部材によって、前記軸方向端部から注入される樹脂が前記内周部及び前記外周部に分岐して流れるようになる、ステータ。
前記仕切部材には、当該ステータの前記軸方向端部から前記外周部に樹脂が流れるように樹脂流路が形成される、請求項１に記載のステータ。
前記樹脂流路が、前記仕切部材の軸方向端面から前記ステータコアの前記外周部まで延在する貫通孔によって形成される、請求項２に記載のステータ。
前記樹脂流路が、前記仕切部材の軸方向端面から前記ステータコアの前記外周部まで延在する溝によって形成される、請求項２に記載のステータ。
前記樹脂モールド部を形成する射出成形によって、当該ステータの軸方向端面に溝が形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載のステータ。