JP5980185B2 - 樹脂モールドステータおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂にてモールドされたステータに関連する。

従来より、例えば、ブラシレスＤＣモータにおいて、ステータの保護のために、樹脂にてモールドされたステータが設けられる場合がある。また、特開２００１−２５８１８６号公報に開示されるように、樹脂にてモールドされるステータのコアとして、直線状の積層コアを折り曲げて環状にしたものも知られている。巻線が施された環状のコアは、環状に維持された状態で金型内で樹脂にてモールドされる。モールド時には、環状のステータの複数のティースの内側に芯金が挿入される。これにより、ティースの先端面以外の領域が樹脂にて覆われる。

しかし、コアの折り曲げ位置に存在する節は剛性が低いため、金型内に樹脂を注入する際に、樹脂の流れの力を受けて環状のコアの形状が僅かに歪むことがある。コアの真円度やティースのピッチの均一性が低下したり、あるいは、コアの歪みにより回転部とステータとの同軸度が低下すると、モータの振動が増大してしまう。

一方、特開２００４−３１２７９０号公報では、全ティースの先端部中央に係合凹部を設け、芯金の外周に係合突条を設け、環状のコアに芯金を挿入する際に、係合突条が係合凹部に係合する。これにより、金型内に樹脂を注入する際に複数のティースのピッチが所定の間隔に保たれ、かつ、その内径も保持される。
特開２００１−２５８１８６号公報 特開２００４−３１２７９０号公報

ところで、特開２００４−３１２７９０号公報等の方法のように、芯金の突起に全てのティースを係合させる場合、芯金の周囲にコアを配置した組立体を組み立てる作業に時間を要する、又は組み立てを容易にするための余分な冶具等が必要になる、又は組立作業者に熟練が要求される。

本発明は、樹脂モールドステータを製造する際に、作業性を低下させることなくコアの形状を確保することを目的としている。

本発明の例示的な一の実施形態に係る樹脂モールドステータの製造方法は、ａ）複数のコア要素と、複数の節と、複数の巻線と、を備え、前記複数のコア要素が直線状に配列され、各コア要素が部分コアバックとティースとを含み、前記部分コアバックが隣接する部分コアバックと節にて結合し、各ティースに巻線が施された、直線状巻線コアを準備する工程と、ｂ）前記直線状巻線コアを前記複数の節にて曲げて複数のティースが径方向内方を向く環状とし、かつ、柱状の芯金の外周面に前記複数のティースの先端を対向させることにより、ステータを前記芯金に組み付けた芯金組立体を得、さらに、当該芯金組立体を金型内に配置する、または、柱状の芯金を備えた金型にて、前記芯金の外周面に前記複数のティースの先端を対向させることにより、ステータを前記芯金に組み付けた芯金組立体とし、当該芯金組立体を金型内に位置させる、工程と、ｃ）前記金型内に樹脂を注入し、当該樹脂にて少なくとも各ティースの巻線を覆い、当該樹脂を硬化させる工程と、ｄ）樹脂モールドされたステータを前記金型および前記芯金から取り出す工程と、を備え、前記芯金は、前記外周面から径方向外方に突出する３以上かつティースの本数未満の複数のリブを含み、前記複数のリブのそれぞれは、中心軸に平行に延び、前記芯金組立体において、前記複数のリブのそれぞれは、互いに隣接するティース先端間の間隙内で、周方向に等間隔に位置する。

本発明は、樹脂モールドステータにも向けられている。

本発明によれば、樹脂モールドステータを製造する際に、作業性を低下させることなくコアの形状を確保することができる。

図１は、樹脂モールドステータの製造の流れを示す図である。 図２は、直線状コアを示す平面図である。 図３は、ステータを示す平面図である。 図４は、環状コアを示す平面図である。 図５は、芯金を示す平面図である。 図６は、芯金組立体を示す平面図である。 図７は、芯金組立体におけるリブ近傍を拡大して示す図である。 図８は、１つのリブを拡大して示す横断面図である。 図９は、金型内に芯金組立体が配置された状態を示す縦断面図である。 図１０は、樹脂モールドステータを示す正面図である。 図１１は、樹脂モールドステータを示す底面図である。 図１２は、樹脂モールドステータの一部と、その周囲の樹脂の横断面を示す図である。 図１３は、溝を示す横断面図である。

本明細書では、ステータの中心軸方向の一方側を「上側」と呼び、他方側を「下側」と呼ぶ。なお、上下方向は、説明の便宜上定めるものであり、重力方向に一致する必要はない。また、中心軸に平行な方向を「軸方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸を中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。

図１は、本発明の例示的な一の実施形態に係る樹脂モールドステータの製造の流れを示す図である。

樹脂モールドステータの製造では、まず、鋼板を金型で打ち抜いた打ち抜き片を積層し、直線状コアが準備される。図２は直線状コア２を示す平面図である。直線状コア２は、複数のコア要素２１と、複数の節２２と、を含む。複数のコア要素２１は直線状に配列される。各コア要素２１は、部分コアバック２１１と、ティース２１２と、を含む。部分コアバック２１１は、隣接する部分コアバック２１１と節２２にて結合する。節２２は、部分コアバック２１１の両側部であって、ティース２１２とは反対側に位置する。節２２の数は、部分コアバック２１１の数よりも１つ少ない。

直線状コア２が準備されると、各ティース２１２にインシュレータが装着される。インシュレータ上から各ティース２１２に導線が巻回される（ステップＳ１１）。以下、巻線が施された直線状のコアを、「直線状巻線コア」と呼ぶ。すなわち、直線状巻線コアは、複数のコア要素２１と、節２２と、巻線と、を少なくとも含む。直線状巻線コアは、節２２にて曲げられる。これにより、直線状巻線コアは、複数のティース２１２が径方向内方を向く環状となる（ステップＳ１２）。直線状巻線コアの両端部は接合される。

以下、環状の巻線コアを「環状巻線コア」と呼ぶ。環状巻線コアには必要に応じて他の部品が取り付けられる。樹脂にてモールドされる直前の状態の環状巻線コアを含む部品を以下、「ステータ」と呼ぶ。以下の説明におけるステータに対する作業は、実質的に環状巻線コアに対する作業でもある。

図３は、ステータ１０を示す平面図である。図４は、ステータ１０における環状コア２ａを示す平面図である。環状コア２ａでは、部分コアバック２１１が環状に配列される。直線状コア２にて両端に位置する部分コアバック２１３は、溶接またはかしめにて結合される。複数の部分コアバック２１１により、環状のコアバック２３１が構成される。複数のティース２１２は、コアバック２３１から径方向内方に延びる。ステータ１０のインシュレータ２３２上には、３本の接続ピン２３３が設けられる。接続ピン２３３には巻線２３４を形成する導線の端部が接続される。

次に、柱状の芯金がステータ１０に挿入される（ステップＳ１３）。換言すれば、芯金は環状巻線コアに挿入される。すなわち、芯金は環状巻線コアの複数のティース２１２に囲まれた空隙に挿入される。図５は、芯金８１の平面図である。図６は、芯金８１がステータ１０に挿入された状態を示す平面図である。以下、ステータ１０を芯金８１に組み付けた組立体を「芯金組立体７０」と呼ぶ。芯金組立体７０では、芯金８１の外周面に複数のティース２１２の先端が対向する。芯金組立体７０を得る際には、環状巻線コアを芯金８１に巻き付けるようにしてステータ１０を芯金８１に取り付けてもよい。

芯金組立体７０は金型に取り付けられ、金型を閉じることにより、金型内に配置される（ステップＳ１４）。芯金８１は、予め金型に備えられていてもよい。すなわち、芯金８１は金型に予め固定されていてもよい。この場合、芯金８１の外周面に複数のティース２１２の先端を対向させてステータ１０を芯金８１に組み付けて芯金組立体７０とし、金型を閉じることにより、芯金組立体７０は金型内に位置する。

芯金８１は、外周面から径方向外方に僅かに突出する４本のリブ８１１を含む。複数のリブ８１１のそれぞれは、芯金８１の中心軸Ｊ１に平行に延びる。芯金組立体７０では、中心軸Ｊ１は、ステータ１０の中心軸に一致する。以下の説明では、ステータ１０の中心軸についても区別することなく符号Ｊ１を付す。図６において、外周の二点鎖線は、金型により形成される空間の内周面を示す。

図７は、芯金組立体７０におけるリブ８１１近傍を拡大して示す図である。ティース２１２の先端は、インシュレータ２３２から露出する。芯金組立体７０では、複数のリブ８１１のそれぞれは、互いに隣接するティース２１２の先端間の間隙内に位置する。すなわち、中心軸Ｊ１からリブ８１１の先端までの距離は、中心軸Ｊ１からティース２１２の先端面の周方向端部までの距離よりも長い。図８は、１つのリブ８１１を拡大して示す横断面図である。各リブ８１１の周方向の幅は、中心軸Ｊ１から離れるに従って小さくなる。これにより、リブ８１１の側面がティース２１２の先端の位置決めの際の案内面となり、環状巻線コアの真円度を矯正しつつ環状巻線コア内へ芯金８１の挿入が容易となる。

リブ８１１の根元の周方向の幅は、ティース２１２間の周方向の最小幅よりも僅かに大きい。リブ８１１の一方の側面は、一方のティース２１２に接触または近接する。リブ８１１の他方の側面は、他方のティース２１２に接触または近接する。

芯金組立体７０が金型内に配置されると、金型内に樹脂が注入される（ステップＳ１５）。リブ８１１の存在により、モールド時のコアの真円度および芯金組立体７０の同軸度を維持することができる。なお、リブ８１１の数は、３以上かつティース２１２の本数未満であればよい。好ましくは、リブ８１１は周方向に等間隔に位置する。これにより、モールド時のコアの真円度、並びに、芯金８１およびステータ１０の同軸度を容易に維持することができる。

樹脂は、少なくとも各ティース２１２の巻線を覆う。ティース２１２の先端面は、芯金８１の外周面に接触または近接するため、樹脂には覆われない。樹脂が硬化した後、金型は開かれ、樹脂モールドされたステータ１０が金型および芯金８１から取り出される（ステップＳ１６）。

図９は、金型８０内に芯金組立体７０が配置された状態を示す縦断面図である。なお、芯金８１は金型８０の一部と捉えられてもよい。図９の下側から上方を向く方向が図６の平面視の方向に対応する。金型８０は、上金型８２と、下金型８３と、を含む。芯金８１の下部８１４は、下金型８３に固定される。芯金８１の上部８１２は、金型８０を閉じた状態で上金型８２にほぼ接する。芯金８１の中央部８１３の外周面にステータ１０は取り付けられる。リブ８１１はこの中央部８１３に設けられる。芯金組立体７０において、各リブ８１１は、複数のティース２１２の少なくとも軸方向の一端から他端に亘る部分に存在する。これにより、リブ８１１はティース２１２を安定して支持する。

いわゆるゲートである樹脂の注入口８２１は、上金型８２と下金型８３との間に設けられる。樹脂の流路は、上金型８２に溝を設けることにより、上金型８２と下金型８３との間に設けられる。図６にて二点鎖線にて示すように、注入口８２１は、周方向においてリブ８１１とリブ８１１との間に位置する。さらに、注入口８２１は、節２２と径方向に対向する。これにより、樹脂は、この節２２の両側のティース２１２を広げるようにコアに力を与える。

図１０は、金型８０から取り出された樹脂モールドステータ１００を示す正面図である。図１１は、樹脂モールドステータ１００の底面図である。図１２は、樹脂モールドステータ１００の一部と、その周囲のモールド樹脂４の横断面を示す図である。図１０における上下方向は、図９の上下方向に対応する。

樹脂モールドステータ１００は、環状巻線コアを含むステータ１０と、モールド樹脂４と、を含む。モールド樹脂４は、ステータ１０のティース２１２の先端面以外のほぼ全ての部位を覆う。すなわち、複数のティース２１２の先端面は、モールド樹脂４の内周面から露出する。なお、モールド樹脂４は、環状巻線コアの少なくとも巻線２３４を覆うのであれば、ティース２１２の先端面以外の全体を覆う必要はない。環状巻線コアは、既述のように、複数のコア要素２１と、複数の節２２と、複数の巻線２３４と、を含む。環状巻線コアでは、コア要素２１は環状に配列される。ティース２１２は、部分コアバック２１１から径方向内方に延びる。

複数のコア要素２１では、１箇所を除いて部分コアバック２１１は隣接する部分コアバック２１１と節２２にて結合する。当該１箇所にて隣接する部分コアバック２１３、すなわち、図１２の中央にて隣接する部分コアバック２１３は溶接またはかしめにて結合する。図１１に示すように、接続ピン２３３は、モールド樹脂４から突出する。

芯金８１のリブ８１１の存在により、図１３の拡大図に示すように、モールド樹脂４の内周面には、互いに隣接するティース２１２の先端間の間隙内に向かって窪む溝４１が形成される。なお、ここでの先端間の間隙は、モールド樹脂４の存在を無視した間隙を指す。換言すれば、中心軸Ｊ１から溝４１の底面までの距離は、中心軸Ｊ１からティース２１２の先端面の周方向端部までの距離よりも長い。

本実施の形態では、溝４１の数は４であり、４つの溝４１は周方向に等間隔に位置する。例えば、１２スロットコアの場合、溝の数は、等間隔となる４個、６個、または３個が望ましい。２４スロットコアの場合、溝の数は、等間隔となる８個、１２個、または６個が望ましい。各溝４１は、中心軸Ｊ１に平行に延びる。溝４１の数は４には限定されず、３以上かつティース２１２の本数未満である。好ましくは、複数の溝４１は、周方向に等間隔に位置する。また、各溝４１の形状はリブ８１１と同じであり、各溝４１の周方向の幅は、中心軸Ｊ１から離れるに従って小さくなる。

各溝４１は、複数のティース２１２の少なくとも軸方向の一端から他端に亘る部分に存在する。溝４１は、モールド樹脂４の最内周面の上下方向全体に存在する必要はない。例えば、溝４１は、ティース２１２の先端面の上下方向の一方端から始まり、モールド樹脂４の最内周面の他方端まで連続してもよい。

仮に、芯金の外周面が完全な円筒面である場合、すなわち、芯金にリブが設けられない場合、ティースの位置は、ティースの先端面が芯金の外周面に倣うことにより決定される。しかし、ティースの先端面と芯金の外周面との間には僅かな隙間が設けられるため、樹脂にてモールドする際に、樹脂から力を受けてティースの位置が許容範囲以上に移動してしまう虞がある。ステータの真円度を向上するためには、芯金とティースの先端面との間の距離を極端に小さくする必要があるが、この距離を小さくするとステータに芯金を挿入することが困難となる。

これに対し、樹脂モールドステータ１００の製造では、芯金８１のリブ８１１がティース２１２の先端の間に位置する。これにより、モールド時に、各リブ８１１の両側のティース２１２の先端の移動を抑制することができる。その結果、少ない数のリブ８１１でステータ１０のコアの形状を確保することができ、モータの振動や騒音を防止することができる。また、リブ８１１とティース２１２の先端との間の距離を小さくすることにより、真円度を向上するために芯金８１の外周面とティース２１２の先端面とを極限まで近づける必要がなくなる。また、芯金８１をステータ１０に挿入する際の接触領域が削減され、作業性の低下が防止される。また、本発明の方法では、先端が完全に位置決めされていないティース２１２が、一つ以上存在することを許容する。言い替えれば、ティース２１２の先端の周方向の両端の内、片方、若しくは両方ともリブ８１１に接していないティース２１２が一つ以上存在する芯金組立体を形成する。この場合、リブ８１１の数は、ティース２１２の数未満になる。こうすることで、芯金８１をステータ１０に挿入する際の作業性の低下が防止される。

なお、ティース２１２の先端の周方向の両端の内、片方、若しくは両方ともリブ８１１に接していないティースを許容した場合、ティース２１２先端の位置決め精度が低下することが懸念される。しかし、周方向両端の内の片方、若しくは隣接するティース又は更にその先に位置するティース２１２の先端を位置決めすることで、芯金組立体全体の形状は比較理想に近い状態を維持することが出来る。

また、リブ８１１をスロット内に位置させてティース２１２の位置を拘束することにより、ティース２１２の先端には芯金８１と係合するための溝や突起は不要となる。ティース２１２の先端に溝や突起を設ける場合、モールド時に樹脂が溝や突起に付着し、その後、微小な樹脂片が剥離してモータ内に落下する虞も生じるが、本発明ではその問題も回避可能である。

なお、１つのリブ８１１で２つのティース２１２の位置をおよそ拘束することができるため、リブ８１１の数は、ティース２１２の数の半分以下であることが好ましい。もちろん、製造される樹脂モールドステータ１００の溝４１の数および位置は、リブ８１１の数および位置と一致する。

芯金８１には、ティース２１２の先端間に入り込まない程度の低いリブがさらに設けられてもよい。このようなリブは、上記説明におけるリブ８１１には含まれない。

リブ８１１は周方向に等間隔に存在しなくてもよい。この場合であっても、ステータ１０のコアの真円度をある程度確保することができる。また、リブ８１１は周方向の一部において等間隔に存在し、周方向の他の部位において不等間隔に存在してもよい。リブ８１１が等間隔に存在する場合、コアの真円度を容易に確保することができる。

直線状コア２は、２以上の部分直線状コアに分かれていてもよい。この場合、環状コアを形成するための部分コアバック２１１の溶接またはかしめが行われる箇所は、２箇所以上となる。一般的に表現すれば、節２２の数はコア要素２１の数よりも１以上少ない。

ティース２１２の数は上記実施形態にて示したものには限定されず、様々に変更されてよい。リブ８１１の数も、確保したい真円度に応じて適宜変更されてよい。例えば、ティース２１２の数が１２の場合、リブ８１１の数は３、４、６から選択可能である。リブ８１１を周方向に等間隔に配置しない場合、リブ８１１の数はさらに柔軟に変更可能である。

モールド樹脂４の外形は円筒面には限定されない。例えば、角柱状の面であってもよい。金型の分離方向は上下方向のみには限定されない。樹脂の注入位置も上記実施形態にて示した位置には限定されず、例えば、上下から樹脂が注入されてもよい。

上記実施形態および各変形例における構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わされてよい。

本発明に係る樹脂モールドステータは、家電製品用モータ、産業用モータ、動力用モータ等の様々な用途のモータのステータとして利用することができる。

２ 直線状コア
２ａ 環状コア
４ モールド樹脂
１０ ステータ（環状巻線コア）
２１ コア要素
２２ 節
４１ 溝
７０ 芯金組立体
８０ 金型
８１ 芯金
１００ 樹脂モールドステータ
２１１ 部分コアバック
２１２ ティース
２３４ 巻線
８１１ リブ
Ｊ１ 中心軸
Ｓ１１〜Ｓ１６ ステップ

Claims (7)

1. ａ）複数のコア要素と、複数の節と、複数の巻線と、を備え、前記複数のコア要素が直線状に配列され、各コア要素が部分コアバックとティースとを含み、前記部分コアバックが隣接する部分コアバックと節にて結合し、各ティースに巻線が施された、直線状巻線コアを準備する工程と、
   ｂ）前記直線状巻線コアを前記複数の節にて曲げて複数のティースが径方向内方を向く環状とし、かつ、柱状の芯金の外周面に前記複数のティースの先端を対向させることにより、ステータを前記芯金に組み付けた芯金組立体を得、さらに、当該芯金組立体を金型内に配置する、または、柱状の芯金を備えた金型にて、前記芯金の外周面に前記複数のティースの先端を対向させることにより、ステータを前記芯金に組み付けた芯金組立体とし、当該芯金組立体を金型内に位置させる、工程と、
   ｃ）前記金型内に樹脂を注入し、当該樹脂にて少なくとも各ティースの巻線を覆い、当該樹脂を硬化させる工程と、
   ｄ）樹脂モールドされたステータを前記金型および前記芯金から取り出す工程と、
   を備え、
   前記芯金は、前記外周面から径方向外方に突出する３以上かつティースの本数未満の複数のリブを含み、
   前記複数のリブのそれぞれは、中心軸に平行に延び、
   前記芯金組立体において、前記複数のリブのそれぞれは、互いに隣接するティース先端間の間隙内で、周方向に等間隔に位置する、樹脂モールドステータの製造方法。
   
2. 前記ｂ）工程は、
   前記直線状巻線コアを環状に曲げて環状巻線コアを得る工程と、
   前記環状巻線コアに前記芯金を挿入する工程と、
   を備える、請求項１に記載の樹脂モールドステータの製造方法。
   
3. 前記複数のリブのそれぞれの周方向の幅は、前記中心軸から離れるに従って小さくなる、請求項１又は請求項２に記載の樹脂モールドステータの製造方法。
   
4. 前記芯金組立体において、前記複数のリブのそれぞれが、前記複数のティースの少なくとも軸方向の一端から他端に亘る部分に存在する、請求項１ないし３のいずれかに記載の樹脂モールドステータの製造方法。
   
5. 環状巻線コアと、
   前記環状巻線コアの少なくとも巻線を覆う環状のモールド樹脂と、
   を備え、
   前記環状巻線コアは、複数のコア要素と、複数の節と、複数の巻線と、を備え、
   前記複数のコア要素は環状に配列され、各コア要素が部分コアバックと、前記部分コアバックから径方向内方に延びるティースとを含み、
   隣接する前記部分コアバックの少なくとも１箇所は、互いの部分コアバックが結合する溶接部またはかしめ部を含み、
   隣接する前記部分コアバックの他の箇所は、互いの部分コアバックが結合する節を含み、
   前記各ティースは、巻線が施され、
   複数のティースの先端面は、前記モールド樹脂の内周面から露出し、
   前記モールド樹脂の内周面は、互いに隣接するティース先端間の間隙内に向かって窪む３以上かつティースの本数未満の複数の溝を含み、前記複数の溝のそれぞれは、中心軸に平行に延び、周方向に等間隔に位置する、樹脂モールドステータ。
6. 前記複数の溝のそれぞれの周方向の幅は、前記中心軸から離れるに従って小さくなる、請求項５に記載の樹脂モールドステータ。
   
7. 前記複数の溝のそれぞれが、前記複数のティースの少なくとも軸方向の一端から他端に亘る部分に存在する、請求項５又は請求項６に記載の樹脂モールドステータ。
   
   

Images