JP7468049B2

JP7468049B2 - ヨークおよびヨークの製造方法

Info

Publication number: JP7468049B2
Application number: JP2020054258A
Authority: JP
Inventors: 貴大園田; 陽平森; 裕希梅; 鋒李
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2024-04-16
Anticipated expiration: 2040-03-25
Also published as: JP2021158714A; CN113452174A

Description

本発明は、ヨークおよびヨークの製造方法に関する。

従来、モータの固定子を構成するヨークを、ティース毎に分割し、この分割されたヨークを金型に挿入し、金型の内部に樹脂を充填することでティースの外周にインシュレータを一体的に形成する技術として特許文献１に記載されたものが知られている。

特許文献１に記載された技術では、ティース毎に分割された分割ヨーク（特許文献１では固定子コア）のうち、バックヨークの端部を連結部で連結し、複数のティースを開く方向に展開し、この展開状態で複数の分割ヨークを金型の内部に固定し、金型内部に樹脂を充填することで、ティースの外周に樹脂を一体形成している。

特開２００６－１８０６９８号公報

特許文献１に示されるように、複数の分割ヨークを金型の内部に固定し、金型の内部に溶融した樹脂を充填することで、ティースの外周にインシュレータ形成したものでは、金型の内部に充填した樹脂の一部が、分割ヨークの外面と、金型の内面との境界から流れ出すことにより、所謂、バリが形成されることがあった。

分割ヨークとして、例えば、バックヨーク部と、このバックヨーク部に一体形成されるティース部とを備えた構成では、ティース部の外周からバックヨーク部の一部に亘る領域に対し、金型を用いてインシュレータを一体形成する場合に、バックヨークの端部（ヨークの周方向に沿う方向の端部）に樹脂の一部が漏出し、バリが突出する形態で形成されることも考えられた。

このようにバリが形成されたものでは、分割ヨークを環状に配置してヨークを構成する場合に、バリによってバックヨークの端部同士の連結が妨げられる不都合を招くものであった。

このように形成されるバリは、金型の精度を高めることによってある程度解消できるものの、バリの発生を完全に防ぐことは困難であり、改善が望まれる。

このような理由から、分割ヨークにインシュレータを形成する際にバリの発生を抑制するヨーク、及び、ヨークの製造方法が求められる。

本発明に係るヨークの特徴構成は、複数の分割ヨークを環状に配置して構成されるヨークであって、前記分割ヨークは、複数の磁性鋼板の積層により一体的に形成された前記ヨークの周方向に延びるバックヨーク部、及び、このバックヨーク部から前記ヨークの径方向に延びる単一のティース部、並びに、前記ティース部から前記バックヨーク部に亘る領域を覆うように絶縁性樹脂を一体形成したインシュレータを有し、前記ヨークの軸芯方向視において、前記ティース部を覆う領域の前記インシュレータが基準値の厚さで形成され、前記ヨークの軸芯方向視において、前記バックヨーク部を覆う前記インシュレータが、前記バックヨーク部の端部に近い位置ほど、前記基準値より薄い肉厚で複数段の階段状に前記肉厚が低減する外縁領域を備えている点にある。

この特徴構成によると、分割ヨークの外面に一体形成されるインシュレータが、この分割ヨークのバックヨーク部の端部に近い位置ほど階段状に厚さが低減する外縁部領域を備えている。このような構成であるため、例えば、分割ヨークを金型の内部に固定し、金型の内部に溶融した樹脂を充填してインシュレータを形成する場合でも、外縁領域に樹脂が流れる際に広い領域から優先的に充填されるため階段状に狭くなる領域において樹脂の流れる温度（フローフロント温度）が低下するため、インシュレータを形成すべき領域から外部に樹脂が流出する現象を抑制しバリの発生を抑制できる。
従って、分割ヨークにインシュレータを形成する際にバリの発生を抑制するヨークが構成された。特に、このようにバリの発生が抑制されるため、バリを除去する作業を省くこともできる。

これによると、分割ヨークの外面にインシュレータを金型で形成する場合に、３段の段差の部位で樹脂の流れが抑制され、バリの発生が良好に抑制される。

上記構成に加えた構成として、前記インシュレータが、前記ティース部の基端部において前記磁性鋼板が積層する積層方向に突出し、且つ前記ティース部の基端部において前記ティース部の基端部の幅より広く形成された基端側規制部を有しても良い。また、上記構成に加えた構成として、前記外縁領域は、前記バックヨーク部の端部において前記ヨークの軸芯に沿う方向の全体に亘って形成されても良い。

これによると、バックヨーク部の端部において、ヨークの軸芯に沿う方向の全幅に外縁領域が形成されるため、広い領域でのバリの発生を抑制できる。

本発明に係るヨークの製造方法の特徴構成は、複数の分割ヨークを環状に配置して構成されるヨークの製造方法であって、複数の磁性鋼板を積層して、前記ヨークの周方向に延びるバックヨーク部と、このバックヨーク部から前記ヨークの径方向に延びる単一のティース部とを有する前記分割ヨークを一体的に形成し、前記分割ヨークを金型の内部に収容し、前記金型の内部空間に対し、溶融した絶縁性樹脂を充填して硬化させることにより、インシュレータが形成された前記分割ヨークを環状に配置して、隣接する前記バックヨーク部同士を接合するものであり、前記金型は、前記ヨークの軸芯方向視において、前記バックヨーク部との間に前記バックヨーク部の端部に近い位置ほど、前記ティース部との間に形成された基準ギャップ値より小さいギャップ値となる複数のギャップを形成することにより、前記バックヨーク部の端部に近い位置ほど複数段の階段状に肉厚が低減される外縁領域を有する前記インシュレータを形成する点にある。

これによると、分割ヨークを金型の内部に固定し、金型の内部に溶融した樹脂を充填し硬化させることにより、分割ヨークの外面のバックヨークの端部近くに、階段状に厚さが低減する外縁領域を有するインシュレータが形成される。また、このように金型を用いてインシュレータを形成する場合には、外縁領域に樹脂が流れる際に広い領域から優先的に充填されるため階段状に狭くなる領域において樹脂の流れる温度（フローフロント温度）が低下するため、インシュレータを形成すべき領域から外部に樹脂が流出する現象を抑制し、バリの発生を抑制できる。そして、このようにインシュレータが一体形成された分割ヨークを環状に配置することでヨークが完成する。
従って、分割ヨークにインシュレータを形成する際にバリの発生を抑制するヨークの製造方法が構成された。特に、このようにバリが抑制されるため、バリを除去する作業を省くことができる。

電動モータのヨークを示す断面図である。コイル素線が巻回された分割ヨークの断面図である。分割ヨークの斜視図である。バックヨーク部に形成されたインシュレータの横断平面図である。分割ヨークの上面に形成されたインシュレータの縦断側面図である。バックヨーク部と金型との横断平面図である。ヨーク上面と金型との縦断側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１には電動モータの断面を示しており、軸芯Ｘを中心とする筒状のケース１の内周に複数（本実施形態では９つ）の分割ヨーク１０を環状に配置してヨークＹが構成されている。このヨークＹは磁気回路を形成するものであり、電動モータのステータ（固定子）として機能する。

また、ケース１には、軸芯Ｘと同軸芯で回転自在に支持されるシャフト２と一体回転するロータ３が、環状となるヨークＹの内部空間に配置されている。ロータ３は回転子として機能するものであり、複数の永久磁石４が埋め込まれている。尚、ケース１は樹脂のような非磁性体のものが用いられるが、鉄材のように磁性体の材料を用いても良い。

図１～図３に示すように、分割ヨーク１０は、ヨークＹの周方向に延びるバックヨーク部１１と、このバックヨーク部１１からヨークＹの径方向に延びる単一のティース部１２とが複数の磁性鋼板を積層して構成されている。また、分割ヨーク１０は、ティース部１２からバックヨーク部１１に亘る領域を覆う絶縁性樹脂で成るインシュレータ１３を備えており、このインシュレータ１３の外周に対し、絶縁被膜が形成された銅線等のコイル素線１４を巻回してコイル部Ｃが形成されている。

このインシュレータ１３は、非ニュートン流体としての熱可塑性樹脂を用いることを想定しているが、インシュレータ１３を形成する樹脂は、絶縁性の樹脂であれば、特定の樹脂に限るものではない。

図２、図３に示すように、バックヨーク部１１において、ヨークＹの周方向に沿う方向での両端部の一方に凸部１１ａを形成し、他方に凹部１１ｂを形成している。尚、凸部１１ａは、磁性鋼板の積層方向に沿って突出する領域として形成され、凹部１１ｂは、磁性鋼板の積層方向に沿う溝状に形成されている。これにより、図１に示すように、凸部１１ａと凹部１１ｂとが嵌合することにより隣合う分割ヨーク１０を接合し、適正な位置関係に維持できる。

〔インシュレータ〕
図１～図５に示すように、分割ヨーク１０は、軸芯Ｘに沿う方向に磁性鋼板を積層することで固定子のコアを構成するものであり、ティース部１２の突出側の端部には、ティース部１２より周方向に幅を拡大した鍔状部１２ａが形成されている。

インシュレータ１３は、ティース部１２の突出側の端部から、バックヨーク部１１に亘る領域に形成されるものであり、ティース部１２の突出側の端部には、ティース部１２を取り囲むようにティース部１２から外方に張り出す先端側規制部１３ａが一体形成され、このティース部１２の基端部には積層方向の両方向（軸芯Ｘに沿う方向の両側）に張り出す基端側規制部１３ｂが一体形成されている。

また、先端側規制部１３ａは、ティース部１２の突出側の端部において磁性鋼板の積層方向に沿う方向の両側に突出し、基端側規制部１３ｂは、ティース部１２の基端に連なるバックヨーク部１１において、磁性鋼板の積層方向に沿う方向の両側に突出している。このようにインシュレータ１３が形成されることにより、先端側規制部１３ａと基端側規制部１３ｂとの間においてティース部１２を取り囲む領域にコイル部Ｃを形成するコイル素線１４が巻回される。

図３、図４に示すように、インシュレータ１３は、軸芯Ｘの方向視において、このインシュレータ１３のうち分割ヨーク１０のバックヨーク部１１の端部の近くに、端部に近い位置ほど階段状に厚さが低減する外縁領域１３Ｅを有している。この外縁領域１３Ｅは、分割ヨーク１０のバックヨーク部１１のうちティース部１２に向かう面に形成される。

図４に示すように、インシュレータ１３は分割ヨーク１０の外面に対して基準値Ｔｓの厚さで形成されるものであるが、外縁領域１３Ｅは、分割ヨーク１０の外面との境界近い位置で基準値Ｔｓから第１肉厚値Ｔ１、第２肉厚値Ｔ２と段階的に肉厚が減ずるように形成されている。また、インシュレータ１３のうち、基準値Ｔｓの厚さの部位と、第１肉厚値Ｔ１の部位と、第２肉厚値Ｔ２部位との境界には、夫々同じ傾斜となる傾斜面１３ｓが形成されている。

インシュレータ１３は、図６に示すように、分割ヨーク１０の一部を金型２０の内部に収容して固定し、金型２０の内部に溶融状態の絶縁性樹脂を充填し、硬化させることにより、分割ヨーク１０と一体形成されている。このようにインシュレータ１３を一体形成する際に前述した外縁領域１３Ｅが形成されるため、金型２０のうち外縁領域１３Ｅに対応する領域には、分割ヨーク１０の外面と金型２０の内面との間に基準ギャップ値Ｇｓと、第１ギャップ値Ｇ１と、第２ギャップ値Ｇ２とを形成するように金型２０の内面が成形されている。

尚、基準ギャップ値Ｇｓの値（基準値Ｔｓの値）は０．３５ｍｍ程度であり、第１ギャップ値Ｇ１の値（第１肉厚値Ｔ１の値）は０．２５ｍｍ程度であり、第２ギャップ値Ｇ２の値（第２肉厚値Ｔ２の値）は０．１５ｍｍ程度である。これにより基準ギャップ値Ｇｓの領域に樹脂が流れる際の抵抗値と比較して、第１ギャップ値Ｇ１の領域の抵抗値は大きく、第２ギャップ値Ｇ２の領域の抵抗値が更に大きくなる。

また、図７に示すように、金型２０には、前述した先端側規制部１３ａと基端側規制部１３ｂとを形成するための空間が形成されており、これらのうち基端側規制部１３ｂの外周部位から溶融した樹脂を金型２０内部に充填するためのゲート２１が形成されている。

〔金型によるインシュレータの形成〕
図６、図７に示すように金型２０が構成されているため、ゲート２１から充填された溶融状態の樹脂は、充填の初期においてゲート２１に近い領域から、その周囲の領域に拡大するように流れる。また、充填の初期には、樹脂が第１ギャップ値Ｇ１の領域に向けて流れようとした場合でも、第１ギャップ値Ｇ１の領域で樹脂の流れに作用する抵抗が、基準ギャップ値Ｇｓの領域に樹脂が流れる際の抵抗値より大きいため、金型２０の内部において樹脂が充填されていない基準ギャップ値Ｇｓの領域が存在する場合には、最初にその領域に樹脂が流れることになる。

この後に、金型２０の内部で基準ギャップ値Ｇｓとなる領域のほぼ全てに樹脂が充填された後に第１ギャップ値Ｇ１の領域に樹脂が充填されるものの、第２ギャップ値Ｇ２の領域に樹脂が流れる際の抵抗値が大きいため、この第２ギャップ値Ｇ２における樹脂の流れが抑制され、この領域における樹脂の圧力も低減される。

これにより、金型２０の内部では、樹脂の充填の開始から、第１ギャップ値Ｇ１と、第２ギャップ値Ｇ２との領域に樹脂が充填されるまで時間遅れを作り出し、高圧樹脂が直接流れ込む現象が抑制されるだけでなく、樹脂が第２ギャップ値Ｇ２の領域に流れた際の樹脂の圧力は大きく低下するため、第２ギャップ値Ｇ２の端部から樹脂が外部に流れ出し、バリが作り出される不都合を抑制している。

特に、外縁領域１３Ｅがバックヨーク部１１の端部近くで、磁性鋼板の積層方向に沿う直線状の領域に形成され、ゲート２１から充填された樹脂が流れる方向が、磁性鋼板の積層方向に沿っている。従って、ゲート２１から充填された樹脂が第１ギャップ値Ｇ１と、第２ギャップ値Ｇ２との領域の近傍を流れる場合でも、樹脂は磁性鋼板の積層方向に優先的に流れ、樹脂が第１ギャップ値Ｇ１、第２ギャップ値Ｇ２の領域に流れる現象が抑制され、バリの発生も良好に抑制する。

〔ヨークの製造方法〕
ヨークＹを製造する場合には、前述したように分割ヨーク１０の一部を金型２０の内部に収容して固定し、熔解した樹脂を金型２０の内部に充填することでインシュレータ１３を形成する。

次に、インシュレータ１３の外面にコイル素線１４を巻回してコイル部Ｃを形成し、コイル部Ｃが形成された複数の分割ヨーク１０を環状に配置し、その後、分割ヨーク１０を接合してヨークＹを形成する。

〔実施形態の作用効果〕
磁性鋼板を積層した分割ヨーク１０の一部を金型２０の内部に収容して固定し、金型２０の内部に溶融した樹脂を充填し、冷却の後に金型２０から取り出した分割ヨーク１０には一体的にインシュレータ１３が強固に形成されることになる。また、金型２０の内面形状の設定により、インシュレータ１３のうち、バックヨーク部１１の端部の近くに外縁領域１３Ｅを形成しているため、この端部において樹脂が外部に漏出する現象が抑制されバリの発生の防止を実現している。

これにより、隣接する分割ヨーク１０のバックヨーク部１１の端部同士を連結する際に、バリによって連結が妨げられる不都合を解消し、例えば、バリを除去するための作業を行うことなく、電動モータの組み立て作業の迅速化を実現する。

更に、このように、金型２０を用いて分割ヨーク１０にインシュレータ１３を一体的に形成し、インシュレータ１３の外面にコイル素線１４を巻回してコイル部Ｃを形成し、この分割ヨーク１０を環状に配置してヨークＹを製造する製造方法によって、電動モータの組み立てを容易に行えるものとなる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）図５、図７に示すように、バックヨーク部１１のうち、基端側規制部１３ｂを基準に径方向でヨークＹの外周に近い位置に外縁領域１３Ｅを形成することにより、この部位で樹脂のバリの発生を抑制するように構成しても良い。

この別実施形態（ａ）の外縁領域１３Ｅの構成は、図５に示すように実施形態で示したものと共通するものであり、金型２０の構造も図７に示すように、実施形態で示したものと共通している。

この別実施形態（ａ）のようにインシュレータ１３のうち、バックヨーク部１１の上下の面においてバリの発生を抑制することにより、複数の分割ヨーク１０でヨークＹを構成する際の分割ヨーク１０の取り扱いが容易となり、バリを除去する作業も不要となる。

（ｂ）実施形態では、外縁領域１３Ｅの段差の数は２つであったが、３つ以上であっても良い。また、複数の段差を形成する場合に、段差同士の間隔を大きくすることもバリの発生を抑制する観点から有効であり、このように段差同士の間隔も任意に設定しても良い。

尚、外縁領域１３Ｅの段差の数や、段差同士の間隔を設定する場合に、インシュレータ１３を形成する樹脂の流動性等の性質に合わせた値に設定することも考えられる。

（ｃ）実施形態では、分割ヨーク１０の一部を金型２０の内部に固定するものであったが、金型２０は、内部に分割ヨーク１０の全体を固定するものであっても良く、金型２０の形状はや構造は実施形態に示すもの以外のものを利用できる。

（ｄ）金型２０によってインシュレータ１３を一体形成したヨークＹは、電動モータに限らず、発電機に用いることも可能である。

本発明は、分割ヨークにインシュレータを形成し、分割ヨークを環状に配置したヨークに利用できる。

１０分割ヨーク
１１バックヨーク部
１２ティース部
１３インシュレータ
１３Ｅ外縁領域
２０金型
Ｙヨーク

Claims

複数の分割ヨークを環状に配置して構成されるヨークであって、
前記分割ヨークは、複数の磁性鋼板の積層により一体的に形成された前記ヨークの周方向に延びるバックヨーク部、及び、このバックヨーク部から前記ヨークの径方向に延びる単一のティース部、並びに、前記ティース部から前記バックヨーク部に亘る領域を覆うように絶縁性樹脂を一体形成したインシュレータを有し、
前記ヨークの軸芯方向視において、前記ティース部を覆う領域の前記インシュレータが基準値の厚さで形成され、前記ヨークの軸芯方向視において、前記バックヨーク部を覆う前記インシュレータが、前記バックヨーク部の端部に近い位置ほど、前記基準値より薄い肉厚で複数段の階段状に前記肉厚が低減する外縁領域を備えているヨーク。
前記インシュレータが、前記ティース部の基端部において前記磁性鋼板が積層する積層方向に突出し、且つ前記ティース部の基端部において前記ティース部の基端部の幅より広く形成された基端側規制部を有している請求項１に記載のヨーク。
前記外縁領域は、前記バックヨーク部の端部において前記ヨークの軸芯に沿う方向の全体に亘って形成されている請求項１又は２に記載のヨーク。
複数の分割ヨークを環状に配置して構成されるヨークの製造方法であって、
複数の磁性鋼板を積層して、前記ヨークの周方向に延びるバックヨーク部と、このバックヨーク部から前記ヨークの径方向に延びる単一のティース部とを有する前記分割ヨークを一体的に形成し、
前記分割ヨークを金型の内部に収容し、前記金型の内部空間に対し、溶融した絶縁性樹脂を充填して硬化させることにより、インシュレータが形成された前記分割ヨークを環状に配置して、隣接する前記バックヨーク部同士を接合するものであり、
前記金型は、前記ヨークの軸芯方向視において、前記バックヨーク部との間に前記バックヨーク部の端部に近い位置ほど、前記ティース部との間に形成された基準ギャップ値より小さいギャップ値となる複数のギャップを形成することにより、前記バックヨーク部の端部に近い位置ほど複数段の階段状に肉厚が低減される外縁領域を有する前記インシュレータを形成するヨークの製造方法。