JP6801946B2 - インシュレータの形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、インシュレータの形成方法に係り、特に、回転電機のステータにおいてティースの周囲に装着されるインシュレータの形成方法に関する。

例えば、下記特許文献１には、回転電機のロータコアを構成する分割コアを成形金型内に配置し、上部金型のゲートから成形金型内のキャビティに絶縁性樹脂を注入することにより、分割コアのティース周囲にインシュレータをモールド一体形成することが記載されている。

また、下記特許文献２には、回転電機のステータコアのティースに装着されて、ティースに巻装されるコイルとステータコアとを絶縁するインシュレータが記載されている。このインシュレータは、ステータコアとは別部材として形成され、ステータコアのティースに対して径方向から装着される。そして、カセットコイルがティースの周囲にあるインシュレータ上に径方向から挿入配置される。

特開２０１３−２３６４５０号公報 特開２０１４−１２８１０８号公報

上記特許文献２に記載されるインシュレータでは、インシュレータが成形型を用いた射出成形によって形成される場合、成形型のキャビティ内で絶縁性樹脂がおおよそ均一な速度で充填されなければ、完成したインシュレータにおいてティースのコイル挿入側端部に対応する部分に外反りが発生し、コイルの挿入性を悪化させることがある。

本発明の目的は、ティースのコイル挿入側端部に対応する部分に外反りが生じにくくコイル挿入性の悪化を抑制できるインシュレータの形成方法を提供することにある。

本発明に係るインシュレータの形成方法は、ヨークと該ヨークから径方向に突出するティースとを備えるステータコアの前記ティースに径方向内側から装着され、前記ティースに径方向内側から組み付けられるコイルと前記ステータコアとを絶縁するインシュレータの形成方法であって、周方向壁部および軸方向壁部により形成される筒状のティース収容部を、成形型内で前記周方向壁部の前記ヨークに対応する端部側であり、かつ軸方向壁部寄りの位置から絶縁性樹脂を注入することにより形成し、前記軸方向壁部の径方向内側の端部における前記ティース収容部の内面に凹部を形成することによって前記ティース収容部に薄肉部を形成するものである。

本発明に係るインシュレータの形成方法によれば、インシュレータにおいてティース収容部の軸方向壁部の一部に薄肉部を設けることで、成形型のゲートからキャビティ内に注入された絶縁性樹脂が周方向壁部側から軸方向壁部側へ回り込むのを抑制できる。これにより、上記絶縁性樹脂がおおよそ均一な速度で充填されて周方向壁部を形成することが可能になる。その結果、ティース収容部のコイル挿入側端部の外反りを抑制でき、コイル挿入性の悪化を低減できる。

本発明の一実施形態で形成できるインシュレータをステータコアのティースに装着された状態で示す断面図である。 図１に示したインシュレータの斜視図と一部拡大図である。 インシュレータのコイル挿入側端部の反り状態を示す図であり、（ａ）は内反りした状態を示し、（ｂ）外反りした状態を示し、（ｃ）は反りが生じていない通常状態を示す。 比較例のインシュレータが射出成形される際の絶縁性樹脂材料の流れを概略的に示す図である。 インシュレータのコイル挿入側端部に外反りが生じるメカニズムを説明するための模式図である。 本実施形態のインシュレータが射出成形される際の絶縁性樹脂材料の流れを概略的に示す図である。 本実施形態のインシュレータのコイル挿入側端部に内反りが生じるメカニズムを説明するための図である。

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、本発明の一実施形態で形成できるインシュレータ１０をステータコアのティースに装着された状態で示す断面図である。図２は、図１に示したインシュレータ１０の斜視図と一部拡大図である。

図１に示されるように、インシュレータ１０は、例えば回転電機に用いられるステータ１を構成するステータコア２に装着される。ステータコア２は、例えば、略円環状に打ち抜き加工された電磁鋼板を多数枚積層して構成される筒状の部材である。ステータコア２は、周方向へ円環状に延在するヨーク３と、ヨーク３から径方向内側（図１中の下側）に突出するティース４とを備える。図１では１つのティース４のみを示すが、ティース４は周方向（図１中の左右方向）に等間隔で複数設けられている。

なお、本実施形態ではステータコア２が電磁鋼板を積層して一体に構成される例について説明するが、これに限定されるものではない。例えば、ステータコア２は、ヨーク３が各ティース４に対応して分割されている分割コアを円環状に配列して、円筒状のケース部材を外側に嵌め込むことによって構成されてもよい。あるいは、ステータコア２は、磁性粉末にバインダー樹脂を混合して加圧成形された圧粉コアで構成されてもよい。

ステータコア２のティース４は、軸方向断面が略台形状をなしてヨーク３から突出する本体部４ａと、径方向内側において等幅に延伸している先端部４ｂとを有する。また、ティース４の根元部の周方向両側に位置するヨーク３の内面は、略平面状に形成されている。

インシュレータ１０は、ステータコア２のティース４に対して径方向内側から矢印Ａ方向に装着される。そして、ステータコア２のティース４の外周には、コイル５が径方向内側から矢印Ａ方向に挿入されて組み付けられる。これにより、コイル５は、インシュレータ１０によりステータコア２と電気的に絶縁された状態でティース４に集中巻で巻装される。そして、各ティース４に組み付けられたコイル５同士が図示しないバスバー等で電気的に接続されることにより、ステータコイルが構成される。

コイル５は、インシュレータ１０のティース収容部の周囲に配置される。本実施形態では、コイル５は、例えば平角形のコイル導線５ａを２重巻きして予めコイル状に形成されたカセットコイルが用いられる。ただし、これに限定されるものではなく、ティース４に装着されたインシュレータ１０の上に図示しない巻線機から繰り出されたコイル導線を巻き付けてコイル５を形成してもよい。

また、コイル５は、略台形状をなすティース４の周方向側面にインシュレータ１０を介して密接に巻装されるように形成されている。具体的には、コイル５を構成するコイル導線５ａは、径方向内側のターンになるほど周方向間隔、すなわち、図１中の左右方向の間隔が狭くなるようにずれた状態で巻かれている。これにより、コイル５の内周面は階段状をなしてテーパ状に狭くなるように形成されている。

インシュレータ１０は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の絶縁性樹脂材料を射出成形することによって形成される。インシュレータ１０は、ステータコア２とコイル５との間に介在して両者を電気的に絶縁する機能を有する。インシュレータ１０は、例えば接着剤等を用いてステータコア２に固定することができる。

図１および図２に示されるように、インシュレータ１０は、ティース４の外周面に密接する形状に形成された筒状のティース収容部１２と、ティース収容部１２の径方向外側の端部から周方向および軸方向に延びて形成されるフランジ部１４とを備える。

インシュレータ１０のティース収容部１２は、コイル５をステータコア２のティース４から絶縁する機能を有する。また、インシュレータ１０のフランジ部１４のうちステータコア２のヨーク３に接触して配置される部分１４ａは、コイル５をヨーク３から絶縁する機能を果たす。さらに、フランジ部１４のうちステータコア２の軸端面から突出する部分１４ｂはコイル５が径方向外側へ巻き崩れるのを抑制する機能を果たす。なお、図１ではコイル５が組み付けられる途中の状態が示されており、コイル５はインシュレータ１０のフランジ部１４に接触した状態に配置される。

インシュレータ１０の筒状をなすティース収容部１２は、それぞれ２つの周方向壁部１６および軸方向壁部１８により形成されている。ここで周方向壁部１６とはティース４への組付状態でステータコア２の周方向に向く壁部をいい、軸方向壁部１８とはティース４への組付状態でステータコア２の軸方向に向く壁部をいう。

ティース収容部１２の周方向壁部１６の内面は、ティース４の周方向側面に密接する形状に形成されている。より詳しくは、周方向壁部１６の内面は、略台形状をなすティース４の本体部４ａの周方向側面に接触するとともに、等幅で径方向に伸びる先端部４ｂの周方向側面に接触するように形成されている。他方、ティース収容部１２の周方向壁部１６の外面は、コイル５の内周面に密接するように形成されている。より詳しくは、径方向内側へいくほど周方向間隔が狭くなるようにずれて巻かれているコイル導線５ａの内周面に沿って接触するように、階段状に形成されている。これにより、インシュレータ１０へのコイル５の組付状態をより安定したものにできるとともに、コイル５で生じた熱をインシュレータ１０を介して効率良くティース４（すなわちステータコア２）に放熱することができる利点がある。

これに対し、ティース収容部１２の軸方向壁部１８は、軸方向から見て略台形状をなすとともに、その内面および外面が径方向に沿って延びて形成されている。軸方向壁部１８の中央部には、互いに離間した２つのリブ１９が軸方向へ突出するとともに径方向に延びて形成されている。これらのリブ１９は、コイル５がインシュレータ１０のティース収容部１２の外周に組み付けられたときにコイル５の内周面に当接して軸方向位置を決める機能を果たすとともに、ティース収容部１２を補強する機能を果たす。

また、インシュレータ１０は、フランジ部１４の軸方向部分１４ｂに立設された２つの係合爪２０を有する。係合爪２０の先端は、軸方向に沿って折れ曲がったフック部になっている。係合爪２０は、コイル５がインシュレータ１０のティース収容部１２の外周に組み付けられるとき、それ自身の弾性によって軸方向内側へ一旦撓んだ後に元の状態に復元することにより、コイル５の径方向で最も内側で且つ内周側に位置するコイル導線５ａにフック部が係合する。これにより、係合爪２０は、インシュレータ１０へのコイル５の組付状態が保持されることになる。軸方向壁部１８の端部には、２つのリブ１９の間に切欠部２２が形成されている。この切欠部２２は、係合爪２０のフック部が軸方向内側へ撓んだときに軸方向壁部１８に干渉しないようにするための逃がし部である。

本実施形態のインシュレータ１０では、ティース収容部１２の軸方向壁部１８の一部に薄肉部２４が形成されている。薄肉部２４は、軸方向壁部１８の端部の内面に例えば長方形状の凹部を設けることにより、軸方向壁部１８の厚みが他の部分よりも薄くなった部分である。本実施形態では、各軸方向壁部１８の切欠部２２の両側に２つの薄肉部２４が形成されている。ただし、薄肉部２４は、長方形状以外の形状であってもよく、また、軸方向壁部１８の外面に凹部を設けることによって形成されてもよい。

以下において、薄肉部２４が設けられているティース収容部１２の端部を「コイル挿入側端部」といい、特にティース収容部１２の周方向壁部１６の端部をコイル挿入側端部１７という。これは、インシュレータ１０がステータコア２のティース４に装着されたときティース４の先端部４ｂの周囲に配置されて、コイル５がインシュレータ１０のティース収容部１２の上に挿入配置されるときの端部となることによる。

図３は、インシュレータ１０のコイル挿入側端部１７の反り状態を示す図であり、（ａ）は内反りした状態を示し、（ｂ）外反りした状態を示し、（ｃ）は反りが生じていない通常状態を示す。ここで、「内反り」とは、インシュレータ１０のコイル挿入側端部１７がティース４の先端部４ｂに近づく方向に湾曲変形した反りを意味し、「外反り」とはインシュレータ１０のコイル挿入側端部１７がティース４の先端部４ｂから離れる方向に湾曲変形した反りを意味する。

図３（ａ）に示されるようにインシュレータ１０のティース収容部１２のコイル挿入側端部１７に内反りが生じている場合、および、図３（ｃ）に示されるようにコイル挿入側端部１７に反りが生じていない通常状態では、コイル５を挿入配置するとき径方向の最も外側で内周のコイル導線５ｂに干渉することなくコイル５を組み付けることができる。

これに対し、図３（ｂ）に示されるようにインシュレータ１０のコイル挿入側端部１７に外反りが生じている場合、コイル挿入側端部１７がコイル導線５ｂと干渉してコイル５の挿入組付けができないか、あるいは、インシュレータ１０の破損やコイル５を構成するコイル導線５ｂの絶縁皮膜の損傷などが発生するおそれがある。そのため、本実施形態のインシュレータ１０では、軸方向壁部１８のコイル挿入側端部に薄肉部２４を設けることにより、外反りの発生を抑制することとした。次に、図４および図５を参照してインシュレータ１０のコイル挿入側端部１７に外反りが発生するメカニズムについて説明する。

図４は、比較例のインシュレータ１０ａが射出成形される際の絶縁性樹脂材料の流れを概略的に示す図である。図５は、インシュレータ１０ａのコイル挿入側端部に外反りが生じるメカニズムを説明するための模式図である。

図４に示される比較例のインシュレータ１０ａは、ティース収容部１２の軸方向壁部１８に薄肉部が設けられていない点だけが本実施形態のインシュレータ１０と異なる。したがって、同一の構成については同一符号を付して、重複する説明を繰り返さない。

図４および図５を参照すると、インシュレータ１０ａは、成形型３０を構成する外型３２と内型３４との間に形成されるキャビティ３６内にゲート３８から絶縁性樹脂が注入および充填されて形成される。図４には２つのゲート３８が示されているが、１つのゲート３８からキャビティ３６内に注入された絶縁性樹脂の流れが多数の矢印で示されている。

成形型３０のゲート３８は、インシュレータ１０ａのティース収容部１２における周方向壁部１６のフランジ部１４側の端部、すなわち、ステータコア２のヨーク３に対応する端部側に位置している。また、ゲート３８は、周方向壁部１６のフランジ部１４側の端部に対応しかつ軸方向壁部１８寄りの位置に配置される。そのため、ゲート３８からキャビティ３６内に注入された絶縁性樹脂は、周方向壁部１６のコイル挿入側端部１７の軸方向中央部分１７ａには比較的速く充填されて硬化が始まる。これに対し、周方向壁部１６のコイル挿入側端部１７の軸方向の両側部分１７ｂ，１７ｃに関しては、ゲート３８から注入された絶縁性樹脂が軸方向壁部１８側に回り込んでからコイル挿入側端部１７の軸方向の両側部分１７ｂ，１７ｃに充填される傾向にある。特に、この傾向は、軸方向壁部１８の厚みが周方向壁部１６よりも厚く設定される場合に、流れ抵抗が小さい軸方向壁部１８側に絶縁性樹脂が流れやすくなるために顕著となる。このように周方向壁部１６の軸方向両側部分１７ｂ，１７ｃについて絶縁性樹脂の充填タイミングが遅れることで、先に固まり始めている軸方向中央部分１７ａに対して軸方向の両側から矢印Ｂ，Ｃで示す方向の押圧力または応力が作用した状態で上記軸方向両側部分１７ｂ，１７ｃが形成される。その結果、比較例のインシュレータ１０ａでは、キャビティ３６のクリアランスに相当する分だけ軸方向両側部分１７ｂ，１７ｃが外側に湾曲変形した外反りが生じることになる。

図６は、本実施形態のインシュレータ１０が射出成形される際の絶縁性樹脂材料の流れを概略的に示す図である。本実施形態のインシュレータ１０では、ティース収容部１２の軸方向壁部１８のコイル挿入側端部に薄肉部２４を設けることによって、周方向壁部１６のコイル挿入側端部１７に外反りが生じるのを抑制している。

より詳しくは、軸方向壁部１８のコイル挿入側端部に薄肉部２４を設けたことで、図６中の多数の矢印で示すように、ゲート３８からキャビティ３６に注入された絶縁性樹脂が軸方向壁部１８側に回り込んでから周方向壁部１６のコイル挿入側端部１７へと流れることが抑制される。これは、薄肉部２４を形成するための凸部（図示せず）が内型３４に形成されているために軸方向壁部１８のコイル挿入側端部での流れ抵抗が大きくなるためである。したがって、ゲート３８から注入された絶縁性樹脂が軸方向壁部１８側に回り込んでから周方向壁部１６の軸方向両側部分１７ｂ，１７ｃに流れることが抑制される。その結果、絶縁性樹脂は、おおよそ均一な速度またはタイミングで周方向壁部１６のコイル挿入側端部１７における軸方向中央部分１７ａおよび軸方向両側部分１７ｂ，１７ｃに充填されて形成されることになる。これにより、周方向壁部１６のコイル挿入側端部１７に外反りが生じるのを抑制することができる。つまり、周方向壁部１６のコイル挿入側端部１７は、図３（ｃ）に示した通常状態か、または、図３（ａ）に示した内反り状態に形成される。よって、インシュレータ１０に対するコイル５の挿入性悪化を低減できる。

図７は、本実施形態のインシュレータ１０のコイル挿入側端部１７に内反りが生じるメカニズムを説明するための図である。成形型３０を構成する外型３２と内型３４では、表面積が外型３２の方が内型３４よりも大きい。そのため、周方向壁部１６が形成される際の冷却（すなわち硬化）が外型３２に面した外表面の方がわずかに早くなる。その結果、周方向壁部１６のコイル挿入側端部１７について見ると、外表面に沿った引張応力が作用することで内反りが発生する傾向になる。このような内反りがコイル挿入側端部１７に生じてもコイル５の挿入および組付けに支障がないことは上述したとおりである。

なお、本発明は、上述した実施形態およびその変形例の構成に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の均等な範囲において種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

１ ステータ、２ ステータコア、３ ヨーク、４ ティース、４ａ 本体部、４ｂ 先端部、５ コイル、５ａ，５ｂ コイル導線、１０，１０ａ インシュレータ、１２ ティース収容部、１４ フランジ部、１４ａ，１４ｂ （フランジ部の）部分、１６ 周方向壁部、１７ コイル挿入側端部、１７ａ 軸方向中央部分、１７ｂ，１７ｃ 軸方向（の）両側部分、１８ 軸方向壁部、１９ リブ、２０ 係合爪、２２ 切欠部、２４ 薄肉部、３０ 成形型、３２ 外型、３４ 内型、３６ キャビティ、３８ ゲート。

Claims (1)

1. ヨークと該ヨークから径方向に突出するティースとを備えるステータコアの前記ティースに径方向内側から装着され、前記ティースに径方向内側から組み付けられるコイルと前記ステータコアとを絶縁するインシュレータの形成方法であって、
   周方向壁部および軸方向壁部により形成される筒状のティース収容部を、成形型内で前記周方向壁部の前記ヨークに対応する端部側であり、かつ軸方向壁部寄りの位置から絶縁性樹脂を注入することにより形成し、前記軸方向壁部の径方向内側の端部における前記ティース収容部の内面に凹部を形成することによって前記ティース収容部に薄肉部を形成する、インシュレータの形成方法。

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