JP6747113B2

JP6747113B2 - モールドモータの製造装置

Info

Publication number: JP6747113B2
Application number: JP2016135829A
Authority: JP
Inventors: 山田　耕司; 耕司山田; 良崇新明
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-07-08
Also published as: JP2018007519A

Description

本発明は、樹脂でステータをモールドするモールドモータの製造装置に関する。

ステータコアとコイルとを樹脂でモールドし、モータの小型軽量化や磁気音の低減、あるいは、高湿度や汚染下での絶縁特性（環境特性）を向上させたモールドモータが用いられている（例えば、特許文献１参照）。モールドモータにおいては、コイルやコイルエンドがモールド樹脂から露出しないように樹脂モールドすることが重要で、特許文献１には樹脂をコイルエンドの内周側から外周側に向かって注入することでコイルエンドの内周側が樹脂モールドから露出することを抑制する製造方法が提案されている。

モータにはコイル温度の測定のためにコイルエンド等に温度測定用のサーミスタが取り付けられる。コイル温度を正確に測定するためには、サーミスタをコイルの表面に密着させることが重要である。このため、樹脂モールドする際の樹脂射出口に対向する位置にサーミスタを配置し、樹脂モールドの際の樹脂の射出圧力によってサーミスタをコイル表面に押し付けて固定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、平角線を複数列かつ複数層に集中巻で巻回することにより、占積率の向上を図ったステータコイルの構造が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開昭６１−６６５５５号公報特開２０１０−２７３５１４号公報特開２０１４−１７９１８号公報

ところで、近年、コイルエンドの樹脂モールドに穴を設け、この穴にサーミスタを取り付けてコイルの温度測定を行うことが行われることが多い。この場合、サーミスタ取り付け穴の位置が型に樹脂を注入する樹脂注入孔から離れた位置にある場合、サーミスタ取り付け穴の近傍で樹脂にボイドが発生してしまい、温度の計測誤差が発生してしまうという問題があった。

また、図３、図４に示すように、平角状のコイル線１５を２層に集中巻で巻回したコイル１４では、コイル１４の下側の面は二層のコイル線１５が平行で平面状となるので、図５、図６に示すようにインシュレータ１８の固定ツメ１９によってコイル線１５を半径方向に固定し、コイル線１５がステータ１００の内周側に傾かないようにしている。一方、コイル１４の上側の面は内周層のコイル線１５と外周層のコイル線１５とが交差する渡りが形成されるため表面が平面状にならず凹凸面となる。このため、コイル１４の上面は、インシュレータ１８によってコイル線１５を半径方向に固定することができず、内周側のコイル線１５がステータ１００の内周側に傾いてしまい、ロータとの隙間が狭くなりコイル１４の発熱や損失が大きくなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、ステータを樹脂モールドする際に、内周側に傾いているコイル線を外周側に押し付けると共に、サーミスタ取り付け穴近傍でのボイドの発生を抑制することを目的とする。

本発明のモールドモータの製造装置は、ティースと、前記ティースの軸方向端面から軸方向外側に離間して配置されて周方向に延びるバスバーとを含むステータを樹脂モールドするモールドモータの製造装置であって、バスバー側のコイルエンドを収容する円環状の第１凹部を有する円柱状の第１型と、前記バスバーと反対側の他のコイルエンドを収容する円環状の第２凹部を有する円柱状の第２型と、前記ステータの内周側の円柱状の空間に嵌り込み、前記第１型の前記第１凹部に隣接する第１中央部と前記第２型の前記第２凹部に隣接する第２中央部との間に挟みこまれる円柱状のセンターポストと、を有し、前記第１型は、サーミスタ取り付け穴形成用の凸部が前記第１凹部の底面に配置され、前記第１中央部から前記第１凹部の内周面に向かって半径方向に貫通する樹脂注入孔を備え、前記樹脂注入孔は、周方向位置が前記凸部の周方向位置に対応する位置であり、軸方向位置が、前記ティースのバスバー側の軸方向端面と前記バスバーの軸方向外側端面との間にあること、を特徴とする。

本発明は、ステータを樹脂モールドする際に、内周側に傾いているコイル線を外周側に押し付けると共に、サーミスタ取り付け用穴近傍でのボイドの発生を抑制することができる。

モールドモータのステータを示す斜視図である。図１に示すステータのステータコアとコイルの断面図である。図２に示すコイルの斜視図である。図３に示すコイルの断面図である。ステータコアにコイルとバスバーを取り付けた状態を示す斜視図である。図５に示すステータを本発明の実施形態の製造装置に取り付けた状態を示す断面図である。図５に示すステータを本発明の他の実施形態の製造装置に取り付けた状態を示す断面図である。図５に示すステータを従来技術の製造装置に取り付けた状態を示す断面図である。

本実施形態のモールドモータの製造装置について説明する前に、本実施形態の製造装置によって製造されるステータ１００について説明する。図１に示すように、本実施形態の製造装置で製造されるステータ１００は、ステータコア１０の軸方向端面から上下方向に突出するコイルエンド１７の表面とステータコア１０の内周２０とを樹脂２５でモールドしたものである。上側のコイルエンド１７をモールドする樹脂２５の表面には、コイルエンド１７の温度を検出するサーミスタを挿入するための有底穴３０が設けられている。ここで、コイルエンド１７は、図５〜図８に示すように、ステータコア１０のティース１２に巻回されたコイル１４のティース１２の上下の軸方向端面から上下方向に突出した部分をいう。

図２に示すように、ステータ１００は、円環状のヨーク１１と、ヨーク１１から内周側に突出する複数のティース１２と、ティース１２に巻回されたコイル１４を備えている。ヨーク１１とティース１２は電磁鋼板を積層したものでステータコア１０を構成する。また、隣接するティース１２の間にはスロット１３が設けられている。コイル１４は、平角状のコイル線１５を２層、５列に集中巻としたものである。

図３、図４を参照しながらコイル１４の構成について説明する。図３に示すように、コイル１４は、平角状断面の導体素線に絶縁層が被覆されて成るコイル線１５を内周層と外周層との２層に巻回した渦状コイルを５列の奇数列に巻回することで形成されている。

図３、図４に示すように、コイル１４は、ステータコア１０の径方向に並んで設けられた５列の渦状コイルＵ１、Ｕ２・・・Ｕ５を備える。各渦状コイルＵ１、Ｕ２・・・Ｕ５は、内周層と外周層との２層に１巻きずつのターン部Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔ１０を含んでいる。各渦状コイルはターン部Ｔ８等の内周層の外側にターン部Ｔ１０等の外周層が設けられている。ステータ１００の径方向に並んで設けられる複数列の渦状コイルＵ１、Ｕ２・・・Ｕ５は、総列数は５である。

なお、図３、図４では、Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔ１０によりターン部を示しており、外周から巻始めの１ターン目がＴ１でこのターン部Ｔ１が２ターン目のターン部Ｔ２として内周に巻回され、以下、同様にターン部Ｔ１０まで巻回されている。そして図３に示すように巻始めのターン部Ｔ１に巻始め側端部ＰＳが形成され、巻終りのターン部Ｔ１０に巻終り側端部ＰＧが形成されている。

図３、図４に示すように、巻始め側端部ＰＳが設けられる１ターン目のターン部Ｔ１は、１列目の渦状コイルＵ１の外周層で巻かれて、その後渦状コイルＵ１の内周層の２ターン目のターン部Ｔ２がターン部Ｔ１の内周に沿って巻かれる。この場合、１ターン目のターン部Ｔ１は、図４にＴ１→Ｔ２で示す部分で、２ターン目のターン部Ｔ２に移行する。以下、Ｔ２→Ｔ３、Ｔ３→Ｔ４・・・は同様の意味である。また、図２、図３でコイル１４の内部に示した矢印は巻始めから巻き終りに向かう方向を示している。

２ターン目のターン部Ｔ２は巻終りで３ターン目のターン部Ｔ３の巻始めに、図４にＴ２→Ｔ３で示される渡りで接続される。この場合、１列目の渦状コイルＵ１と、２列目の渦状コイルＵ２とが内周層同士で接続され、１回目の渡りが形成される。

３ターン目のターン部Ｔ３が内周層で巻かれた後、４ターン目のターン部Ｔ４がターン部Ｔ３の外周に沿って外周層で巻かれて２列目の渦状コイルＵ２が形成される。４ターン目のターン部Ｔ４は巻終りで５ターン目のターン部Ｔ５の巻始めに、図４にＴ４→Ｔ５で示される渡りで接続される。この場合、２列目の渦状コイルＵ２と、３列目の渦状コイルＵ３とが外周層同士で接続され、２回目の渡りが形成される。以上のように、図３、図４に示すコイル１４では、渦状コイルの奇数列から偶数列への渡りは内周層同士で行われ、また、偶数列から奇数列への渡りは外周層同士で行われる。

そして以下同様に巻回と渡りが繰り返される。図４に示すように、各ターン部Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔ１０の移行部、すなわち渡りは各渦状コイルの上側のコイルエンド１７の部分で行われるので、コイル１４の上側のコイルエンド１７の外表面には渡りによる凹凸が形成されるが、コイル１４の周方向の内側面及び外側面、下側のコイルエンドの内表面、外表面は平面状となり、スロット１３内でのコイル１４の占積率を悪化させることなく、各ターン部Ｔ１、Ｔ２・・・Ｔ１０の長さを確保できる。

図３、図４を参照して説明したコイル１４は、インシュレータ１８に取り付けられた後、図５に示すように、ステータコア１０のティース１２に挿入される。インシュレータ１８は、ティース１２の上下の軸方向端面と周方向の両側面とを覆う四角い筒状の筒状部１８ｂと、筒状部１８ｂに接続されヨーク１１の内周面を覆うフランジ部１８ａと、フランジ部１８ａの下側からステータ１００の半径方向内側に向かって伸びて、コイル１４の下側のコイルエンド１７を半径方向に固定する固定ツメ１９とを含んでいる。なお、インシュレータ１８をティース１２に取り付けてからコイル１４をインシュレータ１８に取り付けるようにしてもよい。

ティース１２に取り付けられたコイル１４の上側のコイルエンド１７の巻始め側端部ＰＳと巻終り側端部ＰＧには、次のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル１４との間を接続するバスバー１６が接続されている。図５に示すように、バスバー１６は、巻始め側端部ＰＳ、巻終り側端部ＰＧから周方向に延びている。

次に、図６を参照しながら図５に示すような状態に組み立てられたステータ１００のコイルエンド１７と内周２０とを樹脂モールドする製造装置５０について説明する。

図６に示すように、製造装置５０は、コイル１４の上側のバスバー１６と上側のコイルエンド１７とを収容する円環状の第１凹部５２を有する円柱状の第１型５１と、コイル１４の下側のコイルエンド１７（バスバー１６と反対側のコイルエンド１７）を収容する円環状の第２凹部５７を有する円柱状の第２型５６と、ステータ１００の内周２０の側の円柱状の空間に嵌り込み、第１型５１の第１凹部５２に隣接する第１中央部５５と第２型５６の第２凹部５７に隣接する第２中央部５８との間に挟みこまれる円柱状のセンターポスト５９と、を有している。

また、第１型５１の第１凹部５２の底面にはサーミスタ取り付け穴形成用の凸部５３が配置されている。第１型５１の第１中央部５５には、上面から上下方向に延びる樹脂注入開始開口５４ａと、樹脂注入開始開口５４ａに連通して第１中央部５５の中央から凸部５３の近傍の第１凹部５２の内周面に向かって半径方向に貫通する樹脂注入孔５４ｂと、が設けられている。

第１型５１の外周側の下面と第１中央部５５の下面とは同一面となっている。同様に第２型５６の外周側の上面と第２中央部５８の上面とは同一面となっている。また、センターポスト５９の高さは、ティース１２の軸方向高さと同一高さで、その外径はステータ１００の内周２０の内径よりも少し小さい。図５に示すように、ヨーク１１の上側の軸方向端面とティース１２の上側の軸方向端面とは同一面であり、ヨーク１１の下側の軸方向端面とティース１２の下側の軸方向端面とは同一面である。

次に、製造装置５０にステータ１００を組み込む手順について説明する。まず、図６に示すように、円柱状の第２型５６の中心軸にステータ１００の中心軸を合わせて、下側の第２型５６の外周の軸方向上側端面にステータ１００のヨーク１１の下側の軸方向端面を載置する。次に、第２型５６の中心軸にセンターポスト５９の中心軸を合わせてセンターポスト５９をステータ１００の内周２０の中に挿入し、その下側端面を第２型５６の第２中央部５８の上側の端面に合わせる。この状態で、センターポスト５９の上側の軸方向端面は、ティース１２の上側端面と同一面となっている。次に、第１型５１の中心軸をステータ１００の中心軸に合わせ、第１凹部５２を下側に向けて第１凹部５２の外周の軸方向下側端面をヨーク１１の上側の軸方向端面に合わせる。すると、第１型５１の第１中央部５５の軸方向下側端面は、センターポスト５９の軸方向上側端面に接する。

このように、製造装置５０にステータ１００を組み込むと、ステータ１００の上側のコイルエンド１７は第１凹部５２の中に収容され、下側のコイルエンド１７は第２凹部５７の中に収容され、第１凹部５２の下側には、ティース１２の上側の軸方向端面と略同一高さの位置に樹脂注入開始開口５４ａに連通して第１凹部５２にモールド用の樹脂を注入する樹脂注入孔５４ｂが開口している。また、センターポスト５９の外径はステータ１００の内周２０の内径よりも少し小さいので、センターポスト５９とステータ１００の内周２０との間には、上側の第１凹部５２と下側の第２凹部５７とを連通する隙間が形成されている。

図６に示すように、コイル１４の下側のコイルエンド１７は、インシュレータ１８のフランジ部１８ａから半径方向に延びる固定ツメ１９によって半径方向に固定されているが、バスバー１６が接続されている上側のコイルエンド１７は、渡りにより凹凸があるためコイル線１５は半径方向に固定されていない。このため、巻き終わり側端部ＰＧのある内周側のコイル線１５、バスバー１６は、若干内周側に倒れた状態となっている。

次に、第１型５１、第２型５６をヨーク１１の上側の軸方向端面と下側の軸方向端面に圧着させて樹脂が外部に漏れないようにした後、第１型５１の樹脂注入開始開口５４ａから樹脂を注入する。樹脂注入開始開口５４ａから注入された樹脂は、樹脂注入開始開口５４ａから樹脂注入孔５４ｂに流入し、第１中央部５５の中心部から半径方向に第１凹部５２に向かって流れていく。樹脂注入孔５４ｂから半径方向に流出した樹脂は、最初に巻き終わり側端部ＰＧのある内周側のコイル線１５、バスバー１６に当たり、樹脂の流体力でこれらを半径方向外側に押し付けて垂直状態とする。また、硬化前の粘度の低い状態の樹脂は、第１凹部５２の底部に配置された凸部５３の周囲に流れ込み、図１に示すサーミスタ取り付け用の有底穴３０を形成する。樹脂注入孔５４ｂは、凸部５３の近傍となる様に配置されているので、硬化前の粘度の低い状態の樹脂によりサーミスタ取り付け用の有底穴３０が形成されるので、この部分にボイドの発生することを低減することができる。このように、第１凹部５２に流入した樹脂は、内周側に倒れている巻き終わり側端部ＰＧのある内周側のコイル線１５、バスバー１６を外周側に押し付けながら第１凹部５２に収容されている上側のコイルエンド１７、バスバー１６をモールドし、サーミスタ取り付け用の有底穴３０を形成する。

また、樹脂注入孔５４ｂから第１凹部５２に流入した樹脂は、センターポスト５９とステータ１００の内周２０の間および、図５に示すような隣接するコイル１４の周方向の隙間を通って下側の第２凹部５７に流入して下側のコイルエンド１７をモールドする。

樹脂が硬化した後、ステータ１００を製造装置５０から取り外すと、図１に示すようにステータコア１０の軸方向端面から上下方向に突出するコイルエンド１７の表面とステータコア１０の内周２０とが樹脂２５でモールドされ、上側のコイルエンド１７をモールドする樹脂２５の表面にコイルエンド１７の温度を検出するサーミスタを挿入するための有底穴３０が設けられたステータ１００となる。

以上説明した実施形態では、樹脂注入孔５４ｂは、第１型５１の第１凹部５２の底面に設けられ、ティース１２の上側の軸方向端面と略同一高さに配置されていることとして説明したが、樹脂注入孔５４ｂの軸方向位置はこの位置に限らず、樹脂を第１凹部５２に注入した際に、樹脂の流体力で内周側に傾いている巻き終わり側端部ＰＧのある内周側のコイル線１５、バスバー１６を外周側に押し付けることができるような位置であれば、図６に示す範囲Ａのように、ティース１２のバスバー１６の側の軸方向端面とバスバー１６の上端面との間に配置されていてもよい。

次に、図７を参照しながら、他の実施形態について説明する。図６を参照して説明した製造装置５０と同様の部分には、同様の符号を付して説明は省略する。図７に示す製造装置６０は、第１中央部５５の樹脂注入開始開口５４ａの位置を中心からずらして配置したものである。これにより、例えば、中性線等のコイル線１５の内周側への倒れが大きくなる部位に先に樹脂を注入し、コイル線１５の内周側への倒れが大きい部位の倒れを外周側に押し付けることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、以下、図８を参照しながら本発明の実施形態との対比のため従来技術による製造装置７０について簡単に説明する。先に図１〜図７を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図８に示すように、従来技術の製造装置７０は、上側のコイルエンド１７を収容する第１凹部７２を有する第１型７１と、下側のコイルエンド１７を収容する第２凹部７６を有する第２型７５と第１型７１の第１中央部７４と第２型７５の内面との間に挟まれるセンターポスト７９とを含んでいる。上側の第１型７１の第１凹部７２の底面には、図１に示すサーミスタ取り付け用の有底穴３０を形成するための凸部７３が設けられている。下側の第２型７５には、樹脂注入開始開口７７ａと、樹脂注入開始開口７７ａに連通して半径方向に延びて第２凹部７６に貫通する樹脂注入孔７７ｂが配置されている。図１〜図７を参照して説明したと同様、上側の第１凹部７２の中に収容されている巻き終わり側端部ＰＧのある内周側のコイル線１５、バスバー１６は内周側に若干傾斜している。

図８に示す製造装置７０の樹脂注入開始開口７７ａから樹脂を注入すると、注入された樹脂は樹脂注入孔７７ｂから下側の第２凹部７６の中に流入する。第２凹部７６に流入した樹脂は、図５に示すコイル１４の間および、図８に示すステータ１００の内周２０とセンターポスト７９との隙間を通って上側の第１凹部７２に流入する。図８に示すステータ１００の内周２０とセンターポスト７９との隙間を通って上側の第１凹部７２に流入した樹脂は、巻終わり側端部ＰＧのある内周側のコイル線１５、バスバー１６を外周側に押し付けるが、図５に示すコイル１４の間を通って第１凹部７２に流入した樹脂は逆に巻終り側端部ＰＧのある内周側のコイル線１５、バスバー１６を内周側に押し付ける。このため、巻終り側端部ＰＧのある内周側のコイル線１５、バスバー１６を十分に外周側に押し付けることが難しかった。また、サーミスタ取り付け用の有底穴３０を形成するための凸部７３が樹脂注入孔７７ｂから離れた最終充填部となっているので、樹脂の硬化による粘度が増加した樹脂が流入してしまい、ボイドが発生してしまう場合があった。

以上説明したように、図１〜図７を参照して説明した実施形態の製造装置５０，６０は、図８を参照して説明した従来技術の製造装置７０と比較して、ステータ１００のコイル１４を樹脂モールドする際に、内周側に傾いているコイル線１５、バスバー１６を外周側に押し付けると共に、サーミスタ取り付け用の有底穴３０近傍でのボイドの発生を抑制することができるものである。また、実施形態の製造装置５０，６０は内周側に傾いているコイル線１５、バスバー１６を十分に外周側に押し付けることができるので、ロータとの隙間が狭くなることによるコイル１４の発熱や損失の増加を抑制することができる。

１０ステータコア、１１ヨーク、１２ティース、１３スロット、１４コイル、１５コイル線、１６バスバー、１７コイルエンド、１８インシュレータ、１８ａフランジ部、１８ｂ筒状部、１９固定ツメ、２０内周、２５樹脂、３０有底穴、５０，６０，７０製造装置、５１，７１第１型、５２，７２第１凹部、５３，７３凸部、５４ａ，６４ａ，７７ａ樹脂注入開始開口、５４ｂ，６４ｂ，７７ｂ樹脂注入孔、５５，７５，７４第１中央部、５６，７５第２型、５７，７６第２凹部、５８第２中央部、５９，７９センターポスト、１００ステータ、ＰＧ巻き終わり側端部、ＰＳ巻始め側端部。

Claims

ティースと、前記ティースの軸方向端面から軸方向外側に離間して配置されて周方向に延びるバスバーとを含むステータを樹脂モールドするモールドモータの製造装置であって、
バスバー側のコイルエンドを収容する円環状の第１凹部を有する円柱状の第１型と、前記バスバーと反対側の他のコイルエンドを収容する円環状の第２凹部を有する円柱状の第２型と、前記ステータの内周側の円柱状の空間に嵌り込み、前記第１型の前記第１凹部に隣接する第１中央部と前記第２型の前記第２凹部に隣接する第２中央部との間に挟みこまれる円柱状のセンターポストと、を有し、
前記第１型は、サーミスタ取り付け穴形成用の凸部が前記第１凹部の底面に配置され、前記第１中央部から前記第１凹部の内周面に向かって半径方向に貫通する樹脂注入孔を備え、
前記樹脂注入孔は、周方向位置が前記凸部の周方向位置に対応する位置であり、軸方向位置が、前記ティースのバスバー側の軸方向端面と前記バスバーの軸方向外側端面との間にあること、
を特徴とするモールドモータの製造装置。