JP6708470B2 - 絶縁構造を有する電動機のステータ - Google Patents

Description

本発明は、絶縁構造を有する電動機のステータに関する。

近年、各種産業機器に利用される電動機では、さらなる小型化及び高性能化を目的として、ステータに取り付けられる巻線の高密度化が進められている。ところが、巻線が高密度に配置されると、巻線がティース部に接触するおそれや、隣接して配置され互いに相が異なる巻線同士が接触するおそれがある。

そこで、安全性の観点からステータの絶縁性能の向上が求められており、絶縁構造を有する種々のステータが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。これら特許文献１及び２では、巻線とティース部の間や巻線の相間に絶縁紙や絶縁板を挿入することで、ステータの絶縁性を向上できるとされている。

特開２０００−３３３３９９号公報 特許第５２９７３６４号公報

しかしながら、従来のステータでは、巻線とティース部の間や巻線の相間に絶縁紙や絶縁板を挿入する煩雑な工程が必要であり、多大な工数を要していた。

また、ティース部と該ティース部の外周を覆う外形部とに分割されるモールドステータの製造には、射出成形が利用されるところ、従来のステータでは射出成形時の射出圧によって巻線が移動してはみ出したり、射出圧によって絶縁紙が変形する等の不具合が生じていた。そのため、巻線とティース部が接触したり、互いに相が異なる巻線同士が接触する等して絶縁不良になるおそれがあった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、容易且つ確実に絶縁できる絶縁構造を有する電動機のステータを提供することにある。

本発明に係る電動機のステータ（例えば、後述のステータ１）は、円筒状の円筒部（例えば、後述の円筒部１１１）と、該円筒部の外周に周方向に所定間隔で設けられ該円筒部から径方向外側に突出する複数の凸部（例えば、後述の凸部１１２）と、を有するティース部（例えば、後述のティース部１１）と、筒状を有しその中空部（例えば、後述の中空部１３３）に前記ティース部の凸部が挿通されて嵌合するとともに、その外周に巻線（例えば、後述の巻線１４）が巻回される複数のボビン（例えば、後述のボビン１３）と、前記ティース部の径方向外側に配置され、前記ティース部及び前記ボビンの外周に嵌合する筒状の外形部（例えば、後述の外形部１２）と、前記ティース部の円筒部と前記ボビンとの間を埋めるように配置され、前記ティース部と前記巻線とを電気的に絶縁する第１絶縁部（例えば、後述の第１絶縁部１５）と、を備える。

前記複数の第１絶縁部は、前記ティース部と一体化されていてもよい。

前記電動機のステータは、隣接する前記ボビン間に形成される隙間（例えば、後述の隙間Ｃ，Ｃａ，Ｃｂ）に嵌合して配置され、これらボビンに巻回される互いに異なる相の巻線同士を電気的に絶縁する複数の第２絶縁部（例えば、後述の相間絶縁部１６１）をさらに備えていてもよい。

前記複数の第２絶縁部は、一体化されていてもよい。

本発明によれば、容易且つ確実に絶縁できる絶縁構造を有する電動機のステータを提供できる。

第１実施形態に係るステータの径方向断面図である。 第１実施形態に係るステータのティース部の斜視図である。 第１実施形態に係るステータの分解斜視図である。 第１実施形態に係るステータの作用効果を説明するための図である。 第２実施形態に係るステータの径方向断面図である。 第２実施形態に係るステータの第２絶縁部の斜視図である。 第２実施形態に係るステータの作用効果を説明するための図である。 従来例１のステータを説明するための図である。 従来例２のステータを説明するための図である。 従来例３のステータを説明するための図である。 従来例３のステータを説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、第２実施形態の説明において、第１実施形態と共通する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るステータ１の径方向断面図である。図２は、第１実施形態に係るステータ１のティース部１１の斜視図である。図３は、第１実施形態に係るステータ１の分解斜視図である。なお、図３では、外形部１２の記載を省略して示している。

本実施形態に係るステータ１は、図示しないロータとともに電動機を構成する。図１〜図３に示すように、本実施形態に係る電動機のステータ１は、ティース部１１と、外形部１２と、に分割されたモールドステータである。

ティース部１１は、ステータ１の軸方向に複数の電磁鋼板が積層されることで形成される。ティース部１１は、円筒部１１１と、複数の凸部１１２と、を備える。これら円筒部１１１と凸部１１２とにより、複数のスロット１１３が周方向に複数形成されている。

円筒部１１１は、ステータ１の径方向内側において、円筒状に形成される。円筒部１１１の中空部には、図示しないロータが回転自在に配置される。
凸部１１２は、円筒部１１１から径方向外側に突出して形成される。凸部１１２は、円筒部１１１の周方向に等間隔で複数形成され、いずれもステータ１の軸方向の一端から他端まで延びている。また、凸部１１２は、後述するボビン１３の中空部に嵌合する形状となっている。

外形部１２は、ティース部１１の外周を覆うように設けられ、ステータ１の外形部分を構成する。外形部１２は、ティース部１１と同様に、ステータ１の軸方向に複数の電磁鋼板が積層されることで形成される。上述したように本実施形態のステータ１はモールドステータであり、外形部１２とティース部１１で囲われたスロット１１３内に、ステータ１の軸方向から樹脂が充填される。図１に示すように、本実施形態の外形部１２は、径方向の断面形状が略正方形状であり、それぞれの角部が略半円状に切り欠かれた形状となっているが、これに限定されない。

また、ステータ１は、ボビン１３と、巻線１４と、第１絶縁部１５と、を備える。

ボビン１３は、略四角筒状の角筒部１３１と、該角筒部１３１の軸方向両端にフランジ状に設けられた一対の角板部１３２と、を備える。ボビン１３は、角筒部１３１の中空部１３３に、ティース部１１の凸部１１２が挿通されて嵌合されることで、ティース部１１の外周に複数配置される。周方向に隣接するボビン１３間には、径方向に延びる隙間Ｃが形成されている。

一対の角板部１３２は、径方向内側に配置される内側角板部１３２ａと、径方向外側に配置される外側角板部１３２ｂと、を備える。これら内側角板部１３２ａ及び外側角板部１３２ｂは、いずれも略四角環状であり、外側角板部１３２ｂの方が内側角板部１３２ａよりも幅寸法が大きく形成されている。これにより、ティース部１１の外周に周方向に密にボビン１３を配置可能となっている。
また、隣接するボビン１３間の隙間Ｃは、隣接する内側角板部１３２ａ同士の間に形成される隙間Ｃａと、隣接する外側角板部１３２ｂ同士の間に形成される隙間Ｃｂと、により形成される。

上述したように、角筒部１３１の中空部１３３には、ティース部１１の凸部１１２が挿通されて嵌合される。また、角筒部１３１の外周には、巻線１４が所定回数、巻回されている。これにより、巻線１４がスロット１１３内に配置されるようになっている。

ボビン１３の角筒部１３１の外周に巻回される巻線１４は、ステータ１の軸方向に延びるように配置される。周方向に隣接する巻線１４同士は、互いに異なる相を有する。また、巻線１４の一端は、他の巻線１４の一端に接続され、巻線１４の他端は、図示しない動力コネクタに接続された配線基板に配線され、３相結線される。

第１絶縁部１５は、ティース部１１の円筒部１１１とボビン１３との間を埋めるように配置される。すなわち、従来のステータではティース部の円筒部とボビンとの間には隙間が形成されていたところ、本実施形態ではかかる隙間を第１絶縁部１５が埋めるように配置される。従って、第１絶縁部１５は、ティース部１１の円筒部１１１とボビン１３との間に嵌合している。

第１絶縁部１５は、電気的絶縁性の部材で構成されており、これにより、ティース部１１と巻線１４とを電気的に絶縁する。本実施形態では、第１絶縁部１５は、径方向断面視で略菱形を有し、ステータ１の軸方向に延びている。

また、本実施形態の第１絶縁部１５は、射出成形時にティース部１１をインサート成形することにより、ティース部１１と一体成形される。すなわち、第１絶縁部１５は、射出成形により形成される。

次に、従来のステータと対比させながら、本実施形態に係るステータ１の作用効果について詳しく説明する。

図８は、従来例１のステータ７を説明するための図である。詳しくは、図８はステータ７の径方向断面における巻線１４周辺の拡大図である。
図８に示すように、従来例１のステータ７は、周方向に隣接するボビン７３，７３間に形成される隙間Ｃが、ティース部１１の円筒部１１１まで延びている。すなわち、ボビン７３の径方向内側面がティース部１１の円筒部１１１の外周面に当接しており、ボビン７３の径方向内側面と円筒部１１１の外周面との間に絶縁紙等の絶縁部材は配置されていない。そのためステータ７では、図８中に矢印で示すように、射出成形時において径方向外側の広い隙間（隙間Ｃｂ）から径方向内側の狭い隙間（隙間Ｃａ）に向かって高い射出圧で樹脂が流入する。すると、流入した樹脂によって巻線１４が径方向内側の隙間Ｃａに向かって移動し、隙間Ｃａを通ってティース部１１の円筒部１１１に接触するおそれがある。

また、図９は、従来例２のステータ８を説明するための図である。詳しくは、図９はステータ８の径方向断面における巻線１４周辺の拡大図である。
図９に示すように、従来例２のステータ８は、ボビン８３の径方向内側面とティース部１１の円筒部１１１の外周面との間に隙間が形成されている。そして、該隙間には、円筒部１１１の外周面に沿って絶縁紙１７が配置されている。そのため、かかる絶縁紙１７により、射出圧で巻線１４が隙間Ｃａまで移動した場合であっても、ティース部１１の円筒部１１１までは至らず、絶縁性が確保される。

ところがこの従来例２のステータ８では、かかる絶縁紙１７を該隙間に挿入する際に、絶縁紙１７の剛性が低いため挿入が困難で煩雑な作業となるため、多大な工数を要するという問題がある。さらには、絶縁紙１７の挿入が困難であるため適切な位置に配置できないおそれがあり、この場合には絶縁不良となるおそれがある。

また、図１０及び図１１は、従来例３のステータ９を説明するための図である。詳しくは、これらはステータ９の径方向断面における巻線１４周辺の拡大図であり、図１０は射出成形前の状態を示す図であり、図１１は射出成形時の状態を示す図である。
図１０に示すように、従来例３のステータ９は、上述の従来例１と同様にボビン７３，７３間にティース部１１の円筒部１１１まで延びる隙間Ｃが形成されている。そして、この隙間Ｃに、径方向に延びる絶縁紙１８が配置されている。この絶縁紙１８は、円筒部１１１の外周面からボビン７３の外側角板部７３２ｂまで延びている。

ところがこの従来例３のステータ９では、上述の従来例２と同様に製造に多大な工数を要するという問題がある。また、図１１中に矢印で示すように、射出成形時において径方向外側の隙間Ｃｂから径方向内側に向かって高い射出圧で樹脂が流入すると、巻線１４とともに絶縁紙１８が径方向内側に向かって移動し、絶縁紙１８が折り畳まれる等して変形しながら円筒部１１１側に偏った配置となる。その結果、絶縁不良となるおそれがある。

以上説明したように従来例１〜３いずれも十分な絶縁性が確保できていないのが現状であり、これに対して、本実施形態のステータ１は十分な絶縁性が確保されている。
ここで、図４は、本実施形態に係るステータ１の作用効果を説明するための図である。詳しくは、図４は、図１に示されるステータ１の径方向断面における巻線１４周辺の拡大図である。

図４中に矢印で示すように、本実施形態のステータ１においても、射出成形時において径方向外側の隙間Ｃｂから径方向内側に向かって高い射出圧で樹脂が流入する。ただし、ボビン１３の径方向内側面とティース部１１の円筒部１１１の外周面との間には、第１絶縁部１５がその間を埋めるように嵌合して配置されているため、射出圧により巻線１４が円筒部１１１側に移動したとしても、第１絶縁部１５によって遮られてティース部１１まで至ることはない。
また、ボビン１３の径方向内側面とティース部１１の円筒部１１１の外周面との間には隙間が無いため、ボビン１３間の隙間Ｃに流入する樹脂量がそもそも低減される。そのため、巻線１４の移動も抑制され、巻線１４同士の接触も抑制される。これにより、本実施形態のステータ１では高い絶縁性が得られるようになっている。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、ティース部１１と外形部１２により分割構成されるステータ１において、ティース部１１の円筒部１１１とボビン１３との間を埋めるように、ティース部１１と巻線１４とを電気的に絶縁する第１絶縁部１５を配置した。
これにより、上述したように第１絶縁部１５によって、巻線１４がティース部１１の円筒部１１１の外周面に接触するのが回避される。同時に、隣接して配置され互いに相が異なる巻線１４同士が接触するのが抑制される。従って本実施形態のステータ１によれば、射出圧に耐え得る剛性を有する絶縁構造が得られ、絶縁不良となるのを防止できる。

また本実施形態では、複数の第１絶縁部１５を、ティース部１１と一体化して形成した。これにより、第１絶縁部１５の挿入作業が不要となり、工数を大幅に削減できる。特に、射出成形によりティース部１１をインサート成形して第１絶縁部１５をティース部１１と一体成形することにより、上述の効果がより確実に得られる。

［第２実施形態］
図５は、第２実施形態に係るステータ２の径方向断面図である。
図５に示すように、本実施形態に係るステータ２は、第１実施形態に係るステータ１と比べて、第２絶縁部材１６をさらに備える以外は同一の構成である。

図６は、本実施形態に係るステータ２の第２絶縁部材１６の斜視図である。
図６に示すように、第２絶縁部材１６は、複数の相間絶縁部１６１と、連結部１６２と、を含んで構成される。
相間絶縁部１６１は、隣接して配置され互いに相が異なる巻線１４同士間の隙間Ｃに嵌合して複数配置される。相間絶縁部１６１は、径方向断面視で細長い矩形状を有し、ステータ１の径方向に延びている。また、相間絶縁部１６１は、ステータ１の軸方向の一端から他端まで延びて設けられている。この第２絶縁部材１６は、電気的絶縁性の部材で構成され、互いに相が異なる巻線１４同士を電気的に絶縁する。

連結部１６２は、相間絶縁部１６１の一端に配置される。連結部１６２は、円環状を有し、複数の相間絶縁部１６１を連結して一体化している。

ここで、図７は、第２実施形態に係るステータ２の作用効果を説明するための図である。
図７に示すように、第２絶縁部材１６（相間絶縁部１６１）によって、ステータ２の射出成形時に巻線１４の移動が抑制され、互いに相が異なる巻線１４同士の接触が抑制される。

本実施形態によれば、上述の第１実施形態の効果に加えて以下の効果が奏される。
すなわち本実施形態によれば、隣接するボビン１３間に形成される隙間に嵌合し、これらボビン１３に巻回される互いに異なる相の巻線１４同士を電気的に絶縁する複数の相間絶縁部１６１をさらに配置した。
これにより、上述したように射出圧によって巻線１４の移動が抑制されるため、互いに相が異なる巻線１４同士が接触するのがより抑制される。

また本実施形態では、複数の相間絶縁部１６１を一体化して形成した。これにより、相間絶縁部１６１の挿入を１回の作業で可能であり、工数を削減できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。

１，２ ステータ
１１ ティース部
１２ 外形部
１３ ボビン
１４ 巻線
１５ 第１絶縁部
１６ 第２絶縁部材
１１１ 円筒部
１１２ 凸部
１３３ 中空部
１６１ 相間絶縁部（第２絶縁部）
Ｃ，Ｃａ，Ｃｂ 隙間

Claims (3)

1. 円筒状の円筒部と、該円筒部の外周に周方向に所定間隔で設けられ該円筒部から径方向外側に突出する複数の凸部と、を有するティース部と、
   筒状を有しその中空部に前記ティース部の凸部が挿通されて嵌合するとともに、その外周に巻線が巻回される複数のボビンと、
   前記ティース部の径方向外側に配置され、前記ティース部及び前記ボビンの外周に嵌合する筒状の外形部と、
   前記ティース部の円筒部の外周面と前記ボビンの径方向内側面との間を埋めるように配置され、前記ティース部と前記巻線とを電気的に絶縁する第１絶縁部と、を備える、
   樹脂の射出成形により形成されるモールドステータで構成される電動機のステータの製造方法であって、
   前記複数の第１絶縁部と、前記ティース部とを一体成形することで、前記ティース部と前記巻線とを電気的に絶縁するように前記第１絶縁部を配置する第１絶縁部配置工程と、
   前記複数のボビンの中空部に前記ティース部の複数の凸部を挿通して嵌合するボビン挿通工程と、
   前記ティース部及び前記ボビンの外周に嵌合する筒状の外形部を、前記ティース部の径方向外側に配置する外形部嵌合工程と、
   前記ティース部と、前記第１絶縁部と、前記ボビンと、前記外形部と、によって囲まれた空間に樹脂を射出成形することによって前記モールドステータを形成する射出成形工程と、をこの順に有する電動機のステータの製造方法。
2. 前記外形部嵌合工程と、前記射出成形工程と、の間に、
   前記複数のボビンに巻回される互いに異なる相の巻線同士を電気的に絶縁する複数の第２絶縁部を、隣接する前記ボビン間に形成される隙間に嵌合して配置する第２絶縁部嵌合工程をさらに有する、請求項１に記載の電動機のステータの製造方法。
3. 前記第２絶縁部嵌合工程の前に、前記複数の第２絶縁部を一体化する第２絶縁部一体化工程をさらに有する、請求項２に記載の電動機のステータの製造方法。
   

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