JP6307876B2 - ステータ、及び、ステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に用いられるステータ及びその製造方法に関する。

従来、回転電機のステータにおいて、導電性のステータコアと、ステータコアのティースに巻装されるコイルとを絶縁するためにインシュレータが設けられている。

例えば、特許文献１には、モータのステータコアを構成する分割コアにおいて、一定幅を有するティースおよびティースに連設されるヨークの表面に熱可塑性樹脂をインサート成形することによって、インシュレータを分割コアと一体成形することが記載されている。

特開２００８−１６０９３８号公報

上記特許文献１では、インシュレータがインサート成形によって形成されるため、インシュレータの外径側壁部がステータコアのヨークに沿った形状に形成されることになる。

これに対し、ヨーク形状に沿わない形状のティースの外径側壁部を有するインシュレータをティース先端側から挿入して接着剤で固定する場合、ティースに対してインシュレータを安定して固定する手法が必要となる。

本発明の目的は、ティースに沿わない形状の径方向壁部を有するインシュレータをステータコアに安定して固定することができるステータおよびステータの製造方法を提供することである。

本発明の一態様であるステータは、周方向に延在するヨークと、該ヨークから径方向に突出する複数のティースとを有するステータコアと、前記ティースの径方向先端から取り付けられ、前記ティースを収容した状態に配置される本体部と該本体部の端部から径方向と略直交する方向に突出する壁部とを有するインシュレータと、前記インシュレータの本体部に巻装されるコイルと、前記インシュレータが前記ティースに前記壁部の周方向端部が周方向で隣り合う２つのティース間のヨーク表面に当接した状態に組み付けられたとき、前記インシュレータの壁部と前記ヨークとの間に形成される三角形状の隙間の一部に付設される膨張性の接着剤と、を備え、前記接着剤は、前記インシュレータの組付後の加熱により前記隙間のみを埋めるように膨張して前記インシュレータを前記ステータコアに接着固定するものである。

本発明に係るステータにおいて、前記接着剤は、前記インシュレータの組付前に前記インシュレータの壁部または前記隙間に対応する前記ヨークの表面に付設されるシート状の接着剤であるのが好ましい。

また、本発明に係るステータにおいて、前記ティースの基端側に対応する前記ヨークの径方向幅が、周方向に隣り合う２つのティース間に形成されたスロットの周方向中央領域に対応する前記ヨークの径方向幅以上に形成されていてもよい。

さらに、本発明に係るステータにおいて、前記接着剤は、加熱により発泡して膨張する発泡性接着剤であることが好ましい。

本発明の別の態様であるステータの製造方法は、周方向に延在するヨークと、該ヨークから径方向に突出するティースとを有するステータコア、および、コイルが巻装される本体部と該本体部の端部から径方向と略直交する方向に突出して周方向端部が前記ヨークの表面に当接した状態で前記ヨークとの間に三角形状の隙間を形成する壁部を有するインシュレータを準備する準備工程と、前記インシュレータの壁部、または、前記ヨークの内面に膨張する接着剤を付設する付設工程と、前記インシュレータを前記ティースの先端側から径方向に組み付けて、前記インシュレータの壁部の周方向端部が前記ヨークの表面に当接した状態に装着する装着工程と、前記ステータコアおよび前記インシュレータを加熱して、前記インシュレータの壁部と前記ヨークとの間の前記隙間のみを埋めるように前記接着剤を膨張させて、前記インシュレータを前記ステータコアに接着固定する、加熱工程とを含むものである。

本発明に係るステータ及びその製造方法によれば、ヨークに沿わない形状を有するインシュレータの壁部とヨークとの間に形成される隙間を埋めるように接着剤が膨張してインシュレータが固定されるので、接着剤を付ける位置や使用量に多少のばらつきがあっても、インシュレータを安定して固定することができる。

また、膨張する接着剤は、インシュレータの壁部とヨークの間に形成される隙間のみに設けられ、ティースとインシュレータの本体部との間には設けられない。そのため、ティースの周囲にインシュレータを挿入して配置するときに、接着剤がティース表面またはインシュレータ本体部内面に接触して剥がれてしまうことがない。さらに、インシュレータの固定に用いる接着剤量を低減できてコストダウンを図ることができる。

本実施形態のステータを含む回転電機の軸方向と直交する方向の断面図ある。 インシュレータの斜視図である。 図１におけるステータの１つのティースを拡大して示す図である。 （ａ）はヨークに沿った壁部を有するインシュレータとティースとの間に接着剤が設けられた場合、（ｂ）はヨークに沿った壁部を有するインシュレータとヨークとの間に接着剤が設けられた場合を示す、図３と同様の図である。 ステータの製造方法を示すフローチャートである。 ティースの断面が略台形状をなす場合の変形例を示す、図３と同様の図である。

以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は、本発明の１つの実施形態であるステータを備える回転電機１における軸方向と直交する方向の断面図である。図１において、径方向が矢印Ｒで、周方向が矢印Ｃで示してある。また、軸方向は、図１の紙面に垂直な方向である。

回転電機１は、略円筒状をなすステータ２と、ステータ２の径方向内側にギャップ３を介して設けられたロータ４とを備える。ロータ４は、中心に固定されたシャフト４ｂを介して、回転電機１を収容するケース（図示せず）に回転可能に支持されている。図１では、永久磁石４ａを内蔵するロータ４を示すが、永久磁石を含まないタイプのロータであってもよい。

ステータ２は、ステータコア５と、ステータコア５に巻装されたコイル６と、ステータコア５とコイルとを絶縁するインシュレータ７とを備える。

ステータコア５は、例えば電磁鋼板を略円環状に打ち抜き加工したものを多数枚積層して、カシメ、溶接等によって一体に連結されて構成される磁性板材の積層体である。ステータコア５は、略円環状をなすヨーク８と、ヨーク８の径方向内側から突出するとともに周方向に所定間隔で形成された複数のティース９とを有する。これにより、周方向に隣接するティース９の間には、溝状のスロット１０が軸方向両側および径方向内側に開口して形成されている。また、本実施形態では、ティース９は、径方向に直交する方向の幅Ｗｔが一定に形成されている。

なお、本実施形態ではステータコア５は、環状の磁性板材積層体として一体に形成されているものとして説明するが、ヨーク８がティース９の両側で周方向に所定間隔に分断された分割コアからなってもよい。この場合、分割コアは、略円弧状のヨークとティースとで平面視が略Ｔ字状をなす。このような分割コアを環状に配列し、その外周側に円筒状ケースを焼嵌め、圧入等によって外装することにより一体に連結されステータコアが構成されてもよい。また、ステータコア５は、磁性粉末を樹脂コーティングしたものを成形型で圧縮成形した圧粉磁心として形成されてもよい。

コイル６は、例えば銅線に絶縁被覆された巻線がインシュレータ７に巻回されて構成されている。本実施形態ではコイル６は、各ティース９に集中巻方式でそれぞれ巻装されている。また、コイル６を構成する巻線の断面は、円形であってもよいし、あるいは、角形であってもよい。

インシュレータ７は、ステータコア５とコイル６とを電気的に絶縁する機能を有する。また、本実施形態ではインシュレータ７は、コイル６をステータコア５に固定する機能も有する。インシュレータ７は、絶縁性樹脂によって形成され、より具体的には例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の熱可塑性樹脂によって好適に形成される。

図２は、インシュレータ７の斜視図である。図２において、軸方向が矢印Ａによって示されている。インシュレータ７は、矩形筒状をなす本体部１４と、本体部１４の径方向両端部からフランジ状に突出する内径側壁部１６および外径側壁部１８とを有する。インシュレータ７は、熱可塑性樹脂を用いて成形型で一体成形することができる。

インシュレータ７の本体部１４は、コイル６をティース９の周囲に絶縁状態で巻装するためのボビンを構成する。インシュレータ７の本体部１４の内部空間１５は、ティース９を略隙間無く収容可能な形状および大きさに形成されている。これにより、インシュレータ７がティース９の周囲に配置されたとき、ティース９の外周面に本体部１４の内周面が密着した状態に配置され、インシュレータ７の周方向位置が決まるようになっている。

インシュレータ７の内径側壁部１６および外径側壁部１８は、長方形状の枠をなすようにそれぞれ形成されている。また、本実施形態では、内径側壁部１６および外径側壁部１８は、径方向と略直交する方向に延出して形成されている。ここで「略直交」とは、９０°に正確に一致していなくても良いとの意味であり、９０°を含む角度範囲内の或る角度に設定されてもよい。さらに、内径側壁部１６は、周方向に隣接するインシュレータ７同士で干渉しないように、外径側壁部１８よりも小さく形成されている。

図３は、図１におけるステータ２の１つのティース９を拡大して示す図である。インシュレータ７の外径側壁部１８は、本体部１４からＬ字状に曲がって直線状に延びており、周方向の端部がヨーク内面に接触している。これにより、インシュレータ７の径方向位置が決められている。

これに対し、ティース９に連設されるヨーク内径側表面（すなわちスロット１０の外径側底面に相当）８ａは、ティース９の側面に対して９０°より小さく角度をなして周方向に延びている。このヨーク内径側表面８ａは、直線状をなす平面であってもよいし、あるいは、円弧状をなす湾曲面であってもよい。

このように、インシュレータ７の外径側壁部１８は、ヨーク８の内径側表面８ａに沿わない形状を有している。したがって、インシュレータ７の外径側壁部１８とヨーク内径側表面８ａとの間に例えば細い三角形状の隙間が形成されている。

本実施形態では、ティース９の基端側に対応するヨーク８の径方向幅Ｗｙ１は、スロット１０の周方向中央領域に対応する位置でのヨーク８の径方向幅Ｗｙ２以上となるように形成されている。これにより、ティース９からヨーク８を通る磁束の流れに影響を与えることなく、接着剤用の隙間を確保することができる。

インシュレータ７の外径側壁部１８とヨーク内径側表面８ａとの間の隙間には、接着剤２０が充填されている。この接着剤２０によって、インシュレータ７がステータコア５に固定されている。また、コイル６もインシュレータ７を介してステータコア５に固定されているといえる。

接着剤２０には、膨張する接着剤が用いられる。より具体的には、加熱により発泡して膨張する発泡性接着剤を用いるのが好ましい。このように膨張する接着剤２０を用いることで、インシュレータ７とヨーク８との間の隙間を埋めるように接着剤２０が膨張してインシュレータ７が固定されるので、接着剤２０を付ける位置や使用量に多少のばらつきがあっても、インシュレータ７を安定して固定することができる。

接着剤２０は、後述するように、インシュレータ７がティース９に組み付けられる前に、インシュレータ７の外径側壁部１８の表面に付設される。ただし、これに限定されるものではなく、ステータコア５のヨーク内径側表面８ａに付設されてもよい。

また、発泡性の接着剤２０として、常態ではシート状をなし、予備加熱することによって粘着性を発現する接着シートを用いるのが好ましい。このような接着シートは取り扱いが容易で、接着剤量のばらつき無く使用できる利点がある。ただし、これに限定されるものではなく、常態でゲル状をなす発泡性接着剤を用いてもよい。

本実施形態では、インシュレータ７の外径側壁部１８とヨーク８の間に形成される隙間のみに接着剤２０が設けられ、インシュレータ７の本体部１４とティース９との間に接着剤は設けられていない。図４（ａ）に示すように、ヨーク８に沿った外径側壁部１８を有するインシュレータ７とティース９との間に接着剤２２を設ける場合、ティース９の側面またはインシュレータ７の本体部１４の内面に接着剤２２を付けてインシュレータ７を組み付ける際に接着剤２２が剥がれてしまい、インシュレータ７の固定強度が低下することがある。他方、図４（ｂ）に示すように、ヨーク８に沿った外径側壁部１８を有するインシュレータ７とヨーク８との間に接着剤２２を設ける場合、接着剤２２の厚みを予め考慮して、その分だけ本体部１４の径方向長さを短く設計する必要があり、そうするとスロット１０内に占めるコイル６の占積率が低下することになる。

これに対し、本実施形態では、インシュレータ７の本体部１４とティース９との間に接着剤は設けられていないため、ティース９の周囲にインシュレータ７を挿入して配置するときに接着剤がティース表面またはインシュレータ７の本体部１４の内面に接触して剥がれてしまうことがなく、また、インシュレータ７の固定に用いる接着剤量を低減できてコストダウンを図ることができる。さらに、スロット１０内のコイル占積率を低下させることもない。

続いて、図５を参照して、上記構成からなるステータ２の製造方法について説明する。

まず、ステータコア５と、コイル６が巻回されたインシュレータ７とを準備する（ステップＳ１０）。

次に、インシュレータ７の外径側壁部１８の表面に、シート状の接着剤２０を付設する（ステップＳ１２）。このとき、接着剤２０を予備加熱して粘着性を発現させたうえで、インシュレータ７に付けることは上述したとおりである。

そして、インシュレータ７をティースに装着する（ステップＳ１４）。このとき、インシュレータ７の本体部１４にティース９を内径側の先端部から挿入するようにして、インシュレータ７を組み付ける。

最後に、ステータコア５、コイル６およびインシュレータ７を含む全体を所定温度に加熱する（ステップＳ１６）。これにより、接着剤２０が発泡することによりインシュレータ７とヨーク８との間の隙間を埋めて膨張し、インシュレータ７がステータコア５に接着固定される。このとき、接着剤２０の膨張によってインシュレータ７が径方向内側へ移動しないように規制する冶具等を用いるのが良い。

上述したように、本実施形態のステータ２によれば、ヨーク８に沿わない形状を有するインシュレータ７の外径側壁部１８とヨーク８との間に形成される隙間を埋めるように接着剤２０が膨張してインシュレータ７が固定されるので、接着剤２０の付設位置や使用量に多少のばらつきがあっても、インシュレータ７を安定して固定することができる。

また、接着剤２０はインシュレータ７の本体部１４とティース９との間には設けらないため、ティース９の周囲にインシュレータ７を挿入して配置するときに接着剤がティース表面（またはインシュレータ本体部内面）に接触して剥がれてしまうことがない。さらに、インシュレータ７の固定に用いる接着剤量を低減できてコストダウンを図ることができる。

なお、本発明に係るステータおよびその製造方法は、上述した実施形態およびその変形例を限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびそれに均等な範囲で種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記においては、ティース９が一定幅で径方向に突出していると説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、基端側から先端側にかけてテーパ状に幅が狭くなる台形状に形成されてもよい。

１ 回転電機、２ ステータ、３ ギャップ、４ ロータ、４ａ 永久磁石、４ｂ シ ャフト、５ ステータコア、６ コイル、７ インシュレータ、８ ヨーク、８ａ ヨ ーク内径側表面、９ ティース、１０ スロット、１４ 本体部、１５ 内部空間、１ ６ 内径側壁部、１８ 外径側壁部、２０，２２ 接着剤、Ｗｔ ティース幅、Ｗｙ１ ，Ｗｙ２ ヨーク幅。

Claims (5)

1. 周方向に延在するヨークと、該ヨークから径方向に突出する複数のティースとを有するステータコアと、
   前記ティースの径方向先端から取り付けられ、前記ティースを収容した状態に配置される本体部と該本体部の端部から径方向と略直交する方向に突出する壁部とを有するインシュレータと、
   前記インシュレータの本体部に巻装されるコイルと、
   前記インシュレータが前記ティースに前記壁部の周方向端部が周方向で隣り合う２つのティース間のヨーク表面に当接した状態に組み付けられたとき、前記インシュレータの壁部と前記ヨークとの間に形成される三角形状の隙間の一部に付設される膨張性の接着剤と、を備え、
   前記接着剤は、前記インシュレータの組付後の加熱により前記隙間のみを埋めるように膨張して前記インシュレータを前記ステータコアに接着固定する、
   ステータ。
2. 請求項１に記載のステータにおいて、
   前記接着剤は、前記インシュレータの組付前に前記インシュレータの壁部または前記隙間に対応する前記ヨークの表面に付設されるシート状の接着剤であることを特徴とする、ステータ。
3. 請求項１または２に記載のステータにおいて、
   前記ティースの基端側に対応する前記ヨークの径方向幅が、周方向に隣り合う２つのティース間に形成されたスロットの周方向中央領域に対応する前記ヨークの径方向幅以上に形成されていることを特徴とする、ステータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータにおいて、
   前記接着剤は、加熱により発泡して膨張する発泡性接着剤であることを特徴とする、ステータ。
5. 周方向に延在するヨークと、該ヨークから径方向に突出するティースとを有するステータコア、および、コイルが巻装される本体部と該本体部の端部から径方向と略直交する方向に突出して周方向端部が前記ヨークの表面に当接した状態で前記ヨークとの間に三角形状の隙間を形成する壁部を有するインシュレータを準備する準備工程と、
   前記インシュレータの壁部、または、前記ヨークの内面に膨張する接着剤を付設する付設工程と、
   前記インシュレータを前記ティースの先端側から径方向に組み付けて、前記インシュレータの壁部の周方向端部が前記ヨークの表面に当接した状態に装着する装着工程と、
   前記ステータコアおよび前記インシュレータを加熱して、前記インシュレータの壁部と前記ヨークとの間の前記隙間のみを埋めるように前記接着剤を膨張させて、前記インシュレータを前記ステータコアに接着固定する、加熱工程と、
   を含む、ステータの製造方法。