JPWO2011148476A1 - 固定子構造及び固定子製造方法 - Google Patents

Abstract

固定子の樹脂モールド部又はインシュレータに発生する応力を低減可能な固定子構造及び固定子製造方法の提供にあたり、導体が巻回されたコイルと、インシュレータを介してコイルが組み付けられるティースを備えた固定子コアと、を有する固定子構造において、インシュレータに組み付けられたコイルが樹脂モールドされて一体化され、インシュレータと固定子コアの軸方向端面との間に、固定子コアの径方向に連続する空間を有し、インシュレータと固定子コアのティース側面とが、接着又は溶着するものである。

Description

本発明は、モータに用いるステータにコイルを巻回する技術に関するものであり、詳しくはコイルに絶縁被覆する手順を工夫することで製造コストを低減する技術に関するものである。

車載用のモータのうち、車の駆動に用いるモータは、小型化と高出力化を求められている。モータを小型化及び高出力化するためには、固定子に備えるコイルに流す電流量を増やす等して磁力を強化する必要がある。しかしながら、コイルに流す電流量を増やすと放熱性の問題が発生する。したがって、モータの小型化や高出力化を追及すると、固定子使用時に発生する熱を固定子から効率よく放出する方法を検討する必要がある。

特許文献１には、電動機固定子及び電動機に関する技術が開示されている。
固定子コアのティース部側面に、ポリイミド樹脂やアミドイミド樹脂などの絶縁性の樹脂材料にアルミナやシリカ等のフィラー材料を混入して均一の厚さになるように塗布して被覆材とし、この樹脂被覆材が完全に硬化する前に巻線してコイルを形成している。絶縁性の樹脂にフィラー材を混入してティース部側面に塗布して形成することで、コイルと被覆材及びティース部との密着性を向上させて放熱性を高めている。

しかし、このような放熱性向上の手法を施しても、巻き線に用いる導線が丸線であると導線に流すことのできる電流量に限界がある。丸線をペアにして巻回しコイルを形成する手法を用いて対策する場合もあるが、固定子の高出力化を図るためにはさらにコイルの占積率を向上させる必要がある。
このため、占積率の向上に有利な平角導体をコイルに用いることが検討されている。
ただし、平角導体をコイルとして用いる場合には、平角導体の断面積が広いためにコイル形状に巻回することが困難である。また、平角導体の断面積を広げることで電流密度を上げることは可能だが、渦電流の問題が生ずる。このため、平角導体を巻回してコイルを形成するにあたり、さまざまな検討がなされている。

特許文献２には、分割固定子製造方法に関する技術が開示されている。
平角導体を巻回した後、コイルをインシュレータに組み付ける。その状態で金型に配置し樹脂モールドすることで、コイル及びインシュレータを樹脂モールド形成で一体化したコイルカセットユニットを形成する。このコイルカセットユニットを分割式の固定子コアに組み付けることで、固定子を形成している。
このように固定子を形成することで、インシュレータとコイルとの密着度を向上させて、固定子使用時に発生するコイルからの発熱を効率よく伝達し、固定子の放熱性を向上させることが可能である。

特許文献３には、分割固定子及び分割固定子製造方法に関する技術が開示されている。
固定子コアに形成されるティースにインシュレータをインサート成形する際に、ティースの側面に接着剤を塗布しておく。そして、インシュレータを形成した後にコイルを組み付けして固定子コアを樹脂モールドする。

ティース側面に接着剤を塗布しておくことで、インシュレータを形成する樹脂の内部に混入されるフィラー材料の整列を防ぎ、インシュレータの熱伝導性を向上させることが可能となる。

特開２００７−２１５３３４号公報 特開２００９−１７１７４０号公報 特開２００９−２１９２３５号公報

しかしながら、特許文献２及び特許文献３には、以下に説明する課題があると考えられる。
平角導体を巻回してコイルを形成した場合、形成するコイルの曲げ部にはある程度の曲げ半径を必要とする。これは、平角導体は所定の断面積を有するためである。特にモータの高出力化のためにはエッジワイズ曲げコイルが有効であるが、エッジワイズ曲げコイルは、エッジワイズ曲げ加工しない場合よりも曲げ部分の曲げ半径は大きくなる。
その結果、固定子コアの端面とコイルの内周面との間に隙間が生じることになる。特に、コイルに流す電流を増やすために平角断面の断面積を増やすと、コイルと固定子コアの端面との隙間は開く傾向にある。

上述の理由により、特許文献２及び特許文献３に開示の技術を用いて固定子を製造すると、このコイルと固定子コアの端面との隙間には、固定子のコイルエンドを樹脂モールドする際に、樹脂が多量に流れ込む結果となる。
平角導体の平角断面の断面積やコイルエンド部分の曲げ半径によっては、モータ使用時にこの樹脂モールド部の内部に熱の影響による内部応力が蓄積してクラックが生じ、コイルと固定子コアとの間の絶縁が確保できなくなる虞がある。

車載されるモータは、モータ使用時には発熱するが、使用していないときには周囲の環境温度まで冷却される。したがって、使用環境下において固定子の樹脂モールド部及びインシュレータには高頻度で熱サイクル負荷がかかることになる。そして、樹脂とコイル及び固定子コアの膨張率が異なるため、樹脂モールド部の樹脂が多いと樹脂の収縮率も高くなる。その結果、モータの使用環境下において固定子の樹脂の内部に応力が蓄積し、クラックなどを生じる虞がある。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、固定子の樹脂モールド部又はインシュレータに発生する応力を低減可能な固定子構造及び固定子製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の態様による固定子構造は、以下のような特徴を有する。
（１）導体が巻回されて形成されるコイルと、インシュレータを介して前記コイルが組み付けられるティースを備えた固定子コアと、を有する固定子構造において、前記インシュレータに組み付けられた前記コイルが樹脂モールドされて一体化され、前記インシュレータと前記固定子コアの軸方向端面との間に、前記固定子コアの径方向に連続する空間を有していることが好ましい。

（２）（１）に記載の固定子構造において、前記インシュレータと前記固定子コアの前記ティース側面とが、接着又は溶着されていることが好ましい。

（３）（２）に記載の固定子構造において、前記固定子コアの前記ティース側面と、前記インシュレータとが超音波溶着され、固定されていることが好ましい。

（４）（２）に記載の固定子構造において、前記固定子コアの前記ティース側面と、前記インシュレータとが熱溶着され、固定されていることが好ましい。

また、前記目的を達成するために、本発明の別態様による固定子製造方法は以下のような特徴を有する。
（５）固定子コアに形成されたティースにインシュレータを介してコイルを組み付け、固定子を形成する固定子製造方法において、前記ティース側面に接し、前記ティース端面との間に空間を有する形状に形成された前記インシュレータを金型内に配置し、前記インシュレータの上に前記コイルを組み付け、前記金型に樹脂を注入することで、前記コイルの表面を覆うように樹脂モールドしてコイルユニットを形成し、前記コイルユニットを前記固定子コアの前記ティースに組み付けて前記固定子を形成することが好ましい。

（６）（５）に記載の固定子製造方法において、前記インシュレータを形成する樹脂と異なる樹脂を用いて、前記コイルの表面を覆うように樹脂モールドしたことが好ましい。

（７）（５）又は（６）に記載の固定子製造方法において、前記コイルユニットの内周面に露出するインシュレータと、前記固定子コアの前記ティース側面とを高熱伝導性を有する接着剤、又は熱溶着、又は超音波溶着にて接合することが好ましい。

（８）（７）に記載の固定子製造方法において、前記コイルユニットを前記固定子コアの内径側より均一に圧力をかけながら接合することが好ましい。

このような特徴を有する本発明による固定子の一態様により、以下のような作用、効果が得られる。
上記（１）に記載される発明の態様は、導体が巻回されて形成されるコイルと、インシュレータを介してコイルが組み付けられるティースを備えた固定子コアと、を有する固定子構造において、インシュレータに組み付けられたコイルが樹脂モールドされて一体化され、インシュレータと固定子コアの軸方向端面との間に、固定子コアの径方向に連続する空間を有しているものである。

インシュレータにコイルが組み付けられ、コイル及びインシュレータが樹脂モールドされることで、インシュレータとコイルとが樹脂モールドによって一体化される。この際、インシュレータと固定コアの端面との間に空間があることで、課題に示したような集中応力の発生を抑制できる。
前述した通り、コイルを覆う樹脂モールド部分に集中応力が発生するのは、樹脂モールド部やインシュレータと固定子コアとの熱膨張率の差が大きく、モータの使用環境下において応力が集中する部分が生じるためである。

そして、集中応力が生じるのは出願人の調査によれば固定子コアの有するティースの４隅であることが判明している。これは、従来技術において固定子コア端面とコイルとの間の空間に多量の樹脂を必要とするためだと考えられ、この空間の樹脂が収縮する事でティースの４隅に集中応力が発生することになると推測される。
しかしながら、本発明ではインシュレータと固定子コア端面との間に空間を形成しており、固定子コア端面とインシュレータとが接触する部分を抑え、かつ固定子コア端面とコイルとの間の空間の樹脂の量を削減している。この結果、モータの使用環境下にあっても、樹脂モールド部やインシュレータと固定子コアとの熱膨張率の差の影響を受けての応力発生を、抑制することが可能となる。

また、上記（２）に記載される発明の態様は、（１）に記載の固定子構造において、インシュレータと固定子コアのティース側面とが、接着又は溶着されているものである。
固定子に振動が加えられた際にコイルが固定子に対して動くようなことを防ぐ機能は、固定子コアとインシュレータとはティース側面において接着又は溶着などにより実現されている。
また、従来用いられてきたカセットコイルに関する技術では、インシュレータ或いは樹脂モールド部に固定子コアと係合する突起を設け、固定子コアに穴部を設け、機械的に結合するような手法が用いられてきた。しかしながら、このような手法ではインシュレータと固定子コアとの間に空隙が出来る等、コイルからの放熱に不利な状態となる場合が多かった。
しかしながらインシュレータとティース側面において接着又は溶着されることで、インシュレータと固定子コアが密着し、放熱性の向上に寄与することが可能となる。

また、上記（３）に記載される発明の態様は、（２）に記載の固定子構造において、固定子コアのティース側面と、インシュレータとが超音波溶着され、固定されているものである。
インシュレータとティース側面とは超音波溶着されて固定されているので、インシュレータとティース側面との間に空気層ができにくく、放熱性能を高めることが可能である。

また、上記（４）に記載される発明の態様は、（２）に記載の固定子構造において、固定子コアのティース側面と、インシュレータとが熱溶着され、固定されているものである。
インシュレータとティース側面とは熱溶着されて固定されているので、（３）と同じくインシュレータとティース側面との間に空気層ができにくく、放熱性能を高めることが可能である。

また、このような特徴を有する本発明による固定子製造方法の一態様により、以下のような作用、効果が得られる。
上記（５）に記載の発明の態様は、固定子コアに形成されたティースにインシュレータを介してコイルを組み付け、固定子を形成する固定子製造方法において、ティース側面に接し、ティース端面との間に空間を有する形状に形成されたインシュレータを金型内に配置し、インシュレータの上にコイルを組み付け、金型に樹脂を注入することで、コイルの表面を覆うように樹脂モールドしてコイルユニットを形成し、コイルユニットを固定子コアのティースに組み付けて固定子を形成するものである。

インシュレータと固定コアの端面に隙間を設けて形成し、インシュレータ上にコイルを組み付けしてインサート成形してコイルユニットを形成するので、（１）に記載の固定子構造と同様に、課題に示したような集中応力の発生を抑制できる。
すなわち、インシュレータと固定子コア端面との間に空間を設けた構成とする固定子を形成することで、課題に示したティースの四隅に対応するインシュレータ及び樹脂モールド部の部分に応力が蓄積することを抑えることができる。
その結果、固定子の寿命を延ばすことに貢献する。

また、上記（６）に記載の発明の態様は、（５）に記載の固定子製造方法において、インシュレータを形成する樹脂と異なる樹脂を用いて、コイルの表面を覆うように樹脂モールドすることも可能である。
インシュレータと、コイルを覆う樹脂モールドした部分とは異なる樹脂を使用することができるため、インシュレータと樹脂モールドした部分とは別の機能を備えることができる。
例えば、駆動用モータの場合は、コイルで発した熱量の大半がインシュレータを介してコイルへと放熱されるため、インシュレータには熱伝導性の高い樹脂を用い、インシュレータに比べて用いる樹脂量の多いモールド部分には安価な樹脂を用いることなどが可能となる。その結果、固定子のコストダウンに貢献することができる。

また、上記（７）に記載の発明の態様は、（５）又は（６）に記載の固定子製造方法において、コイルユニットの内周面に露出するインシュレータと、固定子コアのティース側面とを高熱伝導性を有する接着剤、又は熱溶着、又は超音波溶着にて接合するものである。
固定子コアに備えるティース側面とインシュレータとを接着、又は熱溶着、又は超音波溶着によって接合することで、固定子コアに対してコイルユニットが密着して、コイルからの発熱を効率よく固定子コア側に伝達することが可能となる。
また、固定子に振動が加えられた際にもコイルユニットが振動によって動くことを抑制できるので、インシュレータとティース側面とが擦れて絶縁性を損なうことを抑えることができる。

また、上記（８）に記載の発明の態様は、（７）に記載の固定子製造方法において、記載の固定子製造方法において、コイルユニットを固定子コアの内径側より均一に圧力をかけながら接合するものである。
コイルユニットを固定子コアにセットして接合する際に、固定子コアの内径側より均一に圧力をかけながら接合を行うので、コイルユニットを溶着する際に、コイルユニットの表面の樹脂が一旦軟化して硬化することで固定子コアに力が発生しても、固定子コアが変形することを抑制することが可能となる。

固定子コアは積層鋼板で形成されているが、積層鋼板の形成方法によっては積層する鋼板の間に若干の隙間ができる場合がある。この状態でティースにコイルユニットを組み付けて溶着を行うと、樹脂が硬化する際に発生する力によって固定子コアに力がかかる可能性がある。コイルユニットは固定子コアの内径側に配置され、固定子コアの外径側はフリーな状態にある。よって、この力によって固定子コアの内側に配置されるティースを締め付ける変形が生じる可能性がある。しかしながら、固定子コア内径側より均一に圧力をかけながら接合を行うことで、この力による変形を抑制することが可能である。

第１実施形態の、固定子の斜視図である。 第１実施形態の、分割コアユニットの斜視図である。 第１実施形態の、分割コアユニットの断面図である。 第１実施形態の、コイルユニットの斜視図である。 第１実施形態の、インシュレータの斜視図である。 第１実施形態の、金型でインシュレータを形成する様子を表した断面図である。 第１実施形態の、樹脂モールド部を形成する様子を表した断面図である。 第１実施形態の、インシュレータにコイルを組み付けた状態の斜視図である。 第１実施形態の、第４金型の側面断面図である。 第１実施形態の、第５金型の側面断面図である。 第１実施形態の、コイルユニットを溶着する様子を表した断面図である。 第１実施形態の、コイルの断面図である。 比較のために用意した従来技術によるコイルの断面図である。 第２実施形態の、固定子の断面図である。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態の固定子１０の斜視図を示す。
図２に、分割コアユニット１１０の斜視図を示す。
図３に、分割コアユニット１１０の断面図を示す。
固定子１０は分割型の固定子コアを用いており、図２に示される分割コアユニット１１０が１８個円環状に配置されて、固定子１０を形成している。
分割コアユニット１１０は固定子コアピース１１１と、平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工して巻回したコイル１１２、樹脂モールド部１１３、及びインシュレータ１１４を備えている。また、分割コアユニット１１０の外周にはアウターリング１０２が嵌められている。

固定子コアピース１１１は、プレス等で形成された電磁鋼板を複数枚積層して形成されており、内周側に向けて凸になるようティース部１１１ａを備えている。固定子コアピース１１１の端面は、積層された電磁鋼板の両端の一面が固定子コア端面１１１ｂとして形成されている。ティース部１１１ａに対して周方向の左右には、スロット底部１１１ｃが形成される。
固定子コアピース１１１に形成されるティース部１１１ａには、コイルユニット１２０が配置される。
図４に、コイルユニット１２０の斜視図を示す。
コイルユニット１２０は、図３に示すようにコイル１１２、インシュレータ１１４を備え、コイル１１２の周囲を覆うように形成される樹脂モールド部１１３を有している。
コイル１１２は平角導体Ｄをエッジワイズ曲げ加工し、コイルエンド側に外側コイル端子部１１２ａと内側コイル端子部１１２ｂを備えている。平角導体Ｄは、矩形断面を有する銅等の導電性の高い金属の周囲にエナメルなどの絶縁性樹脂を施したものである。

樹脂モールド部１１３とインシュレータ１１４は、ＰＰＳ樹脂などの熱可塑性樹脂を用いて形成されている。ただし、インシュレータ１１４には熱伝導性を高めるために、フィラー材を多く混入しており、一方の樹脂モールド部１１３はインシュレータ１１４に比べてフィラー材の混入比率を少なくしている。また、後述する超音波溶着に用いる溶着シロを形成する為に、図３に示すティース部１１１ａ側面、及びスロット底部１１１ｃと接触する部分のインシュレータ１１４の厚みは０〜４０％程度厚く設定されている。

図５に、インシュレータ１１４の斜視図を示す。
インシュレータ１１４は、略長方形の断面を有する筒状部１１４ａと平板からなる板状部１１４ｂとからなり、後述するように金型を用いて一体的に成形される。筒状部１１４ａは、固定子コアピース１１１を形成した際に、コイル１１２とティース部１１１ａ側面との絶縁を図る機能を有する。板状部１１４ｂはコイル１１２とスロット底部１１１ｃとの絶縁を図る機能を有する。

次に、コイルユニット１２０の形成過程について説明する。
図６に、金型でインシュレータ１１４を形成する様子を表した断面図を示す。
図７に、樹脂モールド部１１３を形成する様子を表した断面図を示す。図６及び図７は、各金型に配置したコイル１１２及びインシュレータ１１４の短辺側中央で切断した断面図である。
図８に、インシュレータ１１４にコイル１１２を組み付けた状態の斜視図を示す。
インシュレータ１１４に組み付けられたコイル１１２を、第１金型Ｄ１に配置し第２金型Ｄ２及び第３金型Ｄ３を所定の場所に配置する。そして、第１金型Ｄ１と第２金型Ｄ２及び第３金型Ｄ３とで囲まれて形成されるキャビティに、湯口Ｒから樹脂を注入することでインシュレータ１１４を形成する。この結果、図５に示す形状のインシュレータ１１４が第１金型Ｄ１の上に形成される。

次に、第１金型Ｄ１にインシュレータ１１４が乗っている状態で、図８に示すように、コイル１１２をインシュレータ１１４に配設する。そして、第４金型Ｄ４と第５金型Ｄ５を所定の場所に移動させる。
図９に、第４金型Ｄ４の側面断面図を示す。コイルユニット１２０の短辺側中央で切断した第４金型の側面断面である。
図１０に、第５金型Ｄ５の側面断面図を示す。コイルユニット１２０のリード側コイルエンドで切断した第５金型の断面である。
第４金型Ｄ４には、コイル１１２の長辺部分１辺につき４箇所、合計８箇所にコイル押圧ピンＰ１が備えられている。また、図７に示されるノズルＮを配置するリード側窪部Ｄ４１と反リード側窪部Ｄ４２が備えられている。

第５金型Ｄ５には、コイル１１２の端部である外側コイル端子部１１２ａ及び内側コイル端子部１１２ｂを押さえるための、外側端部押圧ピンＰ２と内側端部押圧ピンＰ３が設けられている。
コイル押圧ピンＰ１、外側端部押圧ピンＰ２及び内側端部押圧ピンＰ３には、それぞれコイル１１２を加圧して第１金型Ｄ１側に押しつけるためのスプリングが設けられている。コイル押圧ピンＰ１には、コイル１１２がインシュレータ１１４から浮き上がらないように押さえる機能がある。外側端部押圧ピンＰ２及び内側端部押圧ピンＰ３には、外側コイル端子部１１２ａ及び内側コイル端子部１１２ｂの位置が所定の位置にくるように成形するため押さえる機能がある。
そして、第１金型Ｄ１と第４金型Ｄ４及び第５金型Ｄ５で囲まれて形成されるキャビティに、ノズルＮから樹脂を注入して樹脂モールド部１１３を形成する。
このようにしてコイルユニット１２０は形成される。

次に、コイルユニット１２０を固定子コアピース１１１に溶着する際の手順を説明する。
図１１に、コイルユニット１２０を溶着する様子を表した断面図を示す。
コイルユニット１２０は、上述した手順で樹脂モールド部１１３を形成することで、インシュレータ１１４と樹脂モールド部１１３で、コイル１１２を覆う状態に形成された後、図２に示す状態の分割コアユニット１１０を形成するために、固定子コアピース１１１に備えられたティース部１１１ａにコイルユニット１２０が組み付けられる。
そして、固定子コアピース１１１の外周面１１１ｄ側に接するようにして超音波振動機１３０が配置され、分割コアユニット１１０の内周側からコイルユニット１２０を押さえるようにして加圧ユニット１３１で加圧される。

加圧ユニット１３１でのコイルユニット１２０への加圧は、コイルユニット１２０が固定子コアピース１１１のスロット底部１１１ｃに均一に押し付けられるようになされる。
この状態で超音波振動機１３０を動作させることで、コイルユニット１２０が固定子コアピース１１１のティース部１１１ａ側面及びスロット底部１１１ｃにて超音波溶着される。
なお、図示されていないが、コイルユニット１２０は固定子コアピース１１１のティース部１１１ａに、固定子コア端面１１１ｂに接する空間１５０が、固定子コアピース１１１の両端面に均等にできるように位置決めされ、溶着されているものとする。なお、この空間１５０は分割コアユニット１１０の内周側から外周側に向けて径方向に貫通するように形成されている。

このように分割コアユニット１１０は形成され、複数の分割コアユニット１１０を円環状に並べてアウターリングを外周に配置して焼きバメすることで、分割コアユニット１１０を円環状に保持する。
分割コアユニット１１０のコイルエンドから突出している外側コイル端子部１１２ａ及び内側コイル端子部１１２ｂと図示しないバスバを溶接することで、コイル１１２を電気的に接合する。第１実施形態では３相の固定子１０を形成する。

第１実施形態の固定子１０は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。
まず、第１実施形態の固定子構造及び固定子製造方法に効果として、固定子１０のコイルエンドにて発生する集中応力を低減できる点が挙げられる。
第１実施形態の固定子構造は、平角導体Ｄが巻回されたコイル１１２と、インシュレータ１１４を介してコイル１１２が組み付けられるティースを備えた分割コアユニット１１０と、を有する固定子構造において、インシュレータ１１４に組み付けられたコイル１１２が樹脂モールドされて一体化され、インシュレータ１１４と固定子コア端面１１１ｂとの間に、分割コアユニット１１０の径方向に連続する空間を有し、インシュレータ１１４と分割コアユニット１１０のティース部１１１ａ側面とが、接着又は溶着されているものである。

図１２に、第１実施形態のコイル１１２の断面図を示す。図２の部分拡大図である。
図１３に、比較のために用意した従来技術によるコイル１１２の断面図を示す。
従来技術における固定子のコイルエンドに樹脂モールド部１１３を形成した場合には、課題にも示した通り、図１３に示したような収縮力Ｆが、固定子コアピース１１１の固定子コア端面１１１ｂにインシュレータ１４を介して接触する端面接触部１１３ａに発生する。ここで端面接触部１１３ａは、コイル１１２の内周面とティース部１１１ａに接するインシュレータ１４で囲まれた部分に存在する樹脂の塊のことを指している。
なお、樹脂で形成される端面接触部１１３ａとインシュレータ１４とは密着しているものとする。

固定子１０を用いたモータの使用環境下では、固定子コアピース１１１と端面接触部１１３ａ及びインシュレータ１４との熱収縮率が異なるため、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４において内部応力を生じる結果となる。
特にティース部１１１ａの周囲４隅に形成される角部Ｐにおいては、端面接触部１１３ａの体積が大きいために収縮量も大きく、結果としてインシュレータ１１４及び樹脂モールド部１１３の角部Ｐ付近に集中応力を生ずることになる。
しかし、第１実施形態の固定子構造を採用した場合、図１２に示すようにティース部１１１ａの両端部には空間１５０が形成され、固定子コア端面１１１ｂに接する樹脂が存在しないため、従来技術の問題点として上げられたような収縮力Ｆが発生しない。このため、樹脂モールド部１１３内部及びインシュレータ１１４内部にて集中応力が発生することを抑制することが可能となる。

集中応力発生を抑制できることで、固定子１０の寿命を延ばすことが期待できる。
従来技術による樹脂モールド部１１３を固定子１０に形成して、固定子１０をモータに用いた場合、モータの使用環境下において角部Ｐに集中応力が生じ、インシュレータ１１４又は樹脂モールド部１１３の絶縁性を損なう虞がある。コイル１１２と固定子コアピース１１１との絶縁はインシュレータ１１４によって確保されており、この絶縁性が確保できなくなることで固定子１０を用いたモータの寿命を縮めることになる。
第１実施形態の固定子構造では、集中応力の発生の抑制により、角部Ｐにおける絶縁性の低下を抑制でき、結果的に固定子１０を用いたモータの長寿命化に貢献できる。

また、第１実施形態の固定子構造を用いた効果として、固定子１０の軽量化が可能な点が挙げられる。
分割コアユニット１１０に２箇所の空間１５０を設けることで、分割コアユニット１１０に用いる樹脂モールド部１１３を形成するための樹脂の量を削減することが出来る。この結果、分割コアユニット１１０の軽量化に貢献することができる。
１箇所の空間１５０の重量自体は分割コアユニット１１０全体の重量に比べれば僅かだが、分割コアユニット１１０には２箇所設けられ、この分割コアユニット１１０が複数並べられて用いられるため、固定子１０に１８個の分割コアユニット１１０を用いる場合は、３６箇所の空間１５０が固定子１０に形成されていることになり、それなりの重量低減効果がある。
また、固定子１０に空間１５０が形成されていることで、単純に樹脂モールド部１１３を形成する際に必要とする樹脂量を削減することが可能となり、その結果、固定子１０のコストダウンに貢献することが可能となる。

また、空間１５０は分割コアユニット１１０の内周側から外周側に向けて貫通する形状となっているため、この空間１５０に冷却液等を流すことで固定子１０の冷却効果を高めることが可能となる。
モータに用いられる固定子１０の発熱は、コイル１１２に通電した際に抵抗発熱によって発生する熱によるもの、及び外部から伝達されるものの２種類がある。例えば駆動用モータの場合は、コイル１１２からの発熱に関しては、主に固定子コアピース１１１のティース部１１１ａにインシュレータ１１４を介して伝達することで放熱される。
したがって、固定子コア端面１１１ｂに直接冷却液が接することで、冷却効率を向上させることが可能となる。また、コイル１１２のコイルエンド側に突出する部分も、インシュレータ１１４を介して冷却液に接することが可能となるので、冷却効率の向上が期待できる。また、空間１５０は固定子１０に対して放射状に形成されるため、冷却液を用いるのに有利である。

また、第１実施形態の固定子構造を用いた効果として、インシュレータ１１４からティース部１１１ａへの熱伝導性の向上を図ることが可能である。
インシュレータ１１４とティース部１１１ａとは、前述した通り超音波溶着で溶着されている。インシュレータ１１４を固定子コアピース１１１に対して溶着するため、インシュレータ１１４と固定子コアピース１１１との間に空気層ができにくく、熱伝導性を阻害する要因を少なくすることが可能である。
従来技術では、固定子の構造にコイルカセット方式を採用する際、固定子コア端面の一部に凹部を形成し、コイルユニットのインシュレータ又は樹脂モールド部の一部に凸部を形成して、該凹部に該凸部をはめ込むといった機械的な接合方法を採用するケースが多かった。
しかし、このような方法では、第１実施例における固定子１０のティース部１１１ａ側面とコイルユニット１２０との間、つまりティース部１１１ａ側面と、それに面するインシュレータ１１４の筒状部１１４ａとの間に該当する部分に空気層が形成されることが避けられなかった。

空気層は熱伝達を阻害し、固定子１０からの放熱を妨げることになる。第１実施形態の固定子１０の構造は固定子コアピース１１１とコイルユニット１２０との固定方法に溶着を採用することで、このような空気層が形成されることを防いでいる。
また、従来技術の方法では、固定子コアピース形成した凹部に対してコイルユニットに形成した凸部が嵌り込む様な構成を採っていた為、コイルユニットから延長されて形成された該凸部の一部にワレが生じるなどの問題があった。
しかし、第１実施形態の固定子１０ではコイルユニット１２０と固定子コアピース１１１との接合に超音波溶着を用いることでこのような問題も解決している。

また、第１実施形態の固定子構造を用いた効果として、インシュレータ１１４と樹脂モールド部１１３とで樹脂の材質を変えることが出来るので、コストダウンに貢献することが可能となる。
例えば駆動用モータの場合には、インシュレータ１１４に関しては、コイル１１２と固定子コアピース１１１との絶縁性を確保する機能と、コイル１１２から固定子コアピース１１１への熱伝達性を確保する機能とを必要とするため、フィラー材の混入比率を多くして、絶縁性能を確保しつつ熱伝達性能を実現している。一方で、単体で射出成形することが出来る為にそれ程樹脂の流動性をそれ程必要とせず、比較的成形し易い。

一方で、樹脂モールド部１１３には、コイル１１２の隙間に樹脂が入り込む必要があるため、樹脂の流動性を確保する必要がある一方で、それ程熱伝達性能を必要とせず、絶縁性能に関してもインシュレータ１１４ほど絶縁性を必要とされない。
したがって、第１実施形態の固定子製造方法に示したように２色成形することで、インシュレータ１１４と樹脂モールド部１１３との材質を変更することが出来る。具体的には、インシュレータ１１４よりも樹脂モールド部１１３に用いる樹脂に混入するフィラー材の量を減らしたり、使用する樹脂そのものを変更したり、といったことが可能となる。
これによって、固定子１０のコストダウンに貢献することが出来る。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
（第２実施形態）
第２実施形態は第１実施形態とほぼ同じ構成であるが、分割コアユニット１１０の形成過程において、コイルユニット１２０と固定子コアピース１１１との接合方法が異なる。
第２実施形態のコイルユニット１２０と固定子コアピース１１１との接合は、熱溶着によって行われている。超音波溶着ではなく熱溶着を用いることで、設備の簡易化を図ることが可能となる。ただし、インシュレータ１１４に用いる樹脂に熱可塑性で接着力の強い材質を選定する必要がある。

図１４に、第２実施形態の固定子１０の断面図を示す。
コイルユニット１２０を形成した後に、インシュレータ１１４の固定子コアピース１１１と接する部分を再加熱して軟化させ、図１１に示した超音波溶着する場合と同じように分割コアユニット１１０の内周側から均一な力を加えながら硬化させることで、コイルユニット１２０と固定子コアピース１１１とを溶着する。この際には超音波振動機１３０の代わりに固定子コアピース１１１の外周面を受ける単なる治具を用意して、加圧ユニット１３１の力を受けることとする。
こうすることで、図１２に示すように固定子コアピース１１１とコイルユニット１２０が備えるインシュレータ１１４の間には溶着層Ｗが形成され、固定子コアピース１１１のティース部１１１ａ側面とコイルユニット１２０のインシュレータ１１４が接する面は、熱溶着される。
このように形成された固定子１０は、第１実施形態の固定子１０と同等の効果が得られる。

また、別の実施形態として、熱溶着を行う代わりに接着剤を用いる方法も考えられる。インシュレータ１１４の固定子コアピース１１１と接する部分に接着剤を塗布して、加圧ユニット１３１を用いて加圧して接着することで、超音波溶着や熱溶着と同等の効果を得ることが可能である。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。
例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、固定子コアピース１１１を用い分割式の固定子１０を採用していたが、一体型の固定子コアを用いることを妨げない。コイルユニット１２０の組み付け性と引き換えに、渦電流の発生を抑制できる為、固定子１０を用いたモータの性能向上に貢献することが可能である。
また、第１実施形態及び第２実施形態で具体的に材料を示している部分については、同等の機能を有する他の材料と置換することを妨げない。また、設計変更の範囲内での固定子１０の構造の変更を妨げない。

１０ 固定子
１０２ アウターリング
１１０ 分割コアユニット
１１１ 固定子コアピース
１１１ａ ティース部
１１１ｂ 固定子コア端面
１１１ｃ スロット底部
１１１ｄ 外周面
１１２ コイル
１１２ａ 外側コイル端子部
１１２ｂ 内側コイル端子部
１１３ 樹脂モールド部
１１３ａ 端面接触部
１１４ インシュレータ
１１４ａ 筒状部
１１４ｂ 板状部
１２０ コイルユニット
１３０ 超音波振動機
１３１ 加圧ユニット
１５０ 空間
Ｄ 平角導体
Ｆ 収縮力

【０００４】
課題を解決するための手段
［００１３］
前記目的を達成するために、本発明の一態様による固定子構造は、以下のような特徴を有する。
（１）導体が巻回されて形成されるコイルと、インシュレータを介して前記コイルが組み付けられるティースを備えた固定子コアと、を有する固定子構造において、前記インシュレータが、前記ティースの側面と接する筒状部を備え、前記インシュレータと、前記インシュレータの前記筒状部に挿入されて組み付けられた前記コイルとが樹脂モールドされて一体化され、前記インシュレータと前記固定子コアの軸方向端面との間に、前記固定子コアの径方向に連続する空間を有している。
［００１４］
（２）（１）に記載の固定子構造において、前記インシュレータと前記固定子コアの前記ティース側面とが、接着又は溶着されていることが好ましい。
［００１５］
（３）（２）に記載の固定子構造において、前記固定子コアの前記ティース側面と、前記インシュレータとが超音波溶着され、固定されていることが好ましい。
［００１６］
（４）（２）に記載の固定子構造において、前記固定子コアの前記ティース側面と、前記インシュレータとが熱溶着され、固定されていることが好ましい。
［００１７］
また、前記目的を達成するために、本発明の別態様による固定子製造方法は以下のような特徴を有する。
（５）固定子コアに形成されたティースにインシュレータを介してコイルを組み付け、固定子を形成する固定子製造方法において、前記ティース側面に接し、前記ティース端面との間に空間を有する形状に形成された前記インシュレータを金型内に配置し、前記インシュレータの上に前記コイルを組み付け、前記金型に樹脂を注入することで、前記コイルの表面を覆うように樹脂モールドしてコイルユニットを形成し、前記コイルユニットを前記固定子コアの前記ティースに組み付け、前記コイルユニットと前記ティース側面とを接着又は溶着して前記固定子を形成する。
［００１８］
（６）（５）に記載の固定子製造方法において、前記インシュレータを形成する樹脂と異なる樹脂を用いて、前記コイルの表面を覆うように樹脂モール

【０００５】
ドしたことが好ましい。
［００１９］
（７）（５）又は（６）に記載の固定子製造方法において、前記コイルユニットの内周面に露出するインシュレータと、前記固定子コアの前記ティース側面とを高熱伝導性を有する接着剤、又は熱溶着、又は超音波溶着にて接合することが好ましい。
［００２０］
（８）（７）に記載の固定子製造方法において、前記コイルユニットを前記固定子コアの内径側より均一に圧力をかけながら接合することが好ましい。
発明の効果
［００２１］
このような特徴を有する本発明による固定子の一態様により、以下のような作用、効果が得られる。
上記（１）に記載される発明の態様は、導体が巻回されて形成されるコイルと、インシュレータを介して前記コイルが組み付けられるティースを備えた固定子コアと、を有する固定子構造において、インシュレータが、ティースの側面と接する筒状部を備え、インシュレータと、インシュレータの筒状部に挿入されて組み付けられたコイルとが樹脂モールドされて一体化され、インシュレータと固定子コアの軸方向端面との間に、固定子コアの径方向に連続する空間を有しているものである。
［００２２］
インシュレータにコイルが組み付けられ、コイル及びインシュレータが樹脂モールドされることで、インシュレータとコイルとが樹脂モールドによって一体化される。この際、インシュレータと固定コアの端面との間に空間があることで、課題に示したような集中応力の発生を抑制できる。
前述した通り、コイルを覆う樹脂モールド部分に集中応力が発生するのは、樹脂モールド部やインシュレータと固定子コアとの熱膨張率の差が大きく、モータの使用環境下において応力が集中する部分が生じるためである。
［００２３］
そして、集中応力が生じるのは出願人の調査によれば固定子コアの有するティースの４隅であることが判明している。これは、従来技術において固定子コア端面とコイルとの間の空間に多量の樹脂を必要とするためだと考えられ、この空間の樹脂が収縮する事でティースの４隅に集中応力が発生することになると推測される。

【０００７】
固定されているものである。
インシュレータとティース側面とは熱溶着されて固定されているので、（３）と同じくインシュレータとティース側面との間に空気層ができにくく、放熱性能を高めることが可能である。
［００２７］
また、このような特徴を有する本発明による固定子製造方法の一態様により、以下のような作用、効果が得られる。
上記（５）に記載の発明の態様は、固定子コアに形成されたティースにインシュレータを介してコイルを組み付け、固定子を形成する固定子製造方法において、ティース側面に接し、ティース端面との間に空間を有する形状に形成されたインシュレータを金型内に配置し、インシュレータの上にコイルを組み付け、金型に樹脂を注入することで、コイルの表面を覆うように樹脂モールドしてコイルユニットを形成し、コイルユニットを固定子コアのティースに組み付け、コイルユニットとティース側面とを接着又は溶着して固定子を形成するものである。
［００２８］
インシュレータと固定コアの端面に隙間を設けて形成し、インシュレータ上にコイルを組み付けしてインサート成形してコイルユニットを形成するので、（１）に記載の固定子構造と同様に、課題に示したような集中応力の発生を抑制できる。
すなわち、インシュレータと固定子コア端面との間に空間を設けた構成とする固定子を形成することで、課題に示したティースの四隅に対応するインシュレータ及び樹脂モールド部の部分に応力が蓄積することを抑えることができる。
その結果、固定子の寿命を延ばすことに貢献する。
［００２９］
また、上記（６）に記載の発明の態様は、（５）に記載の固定子製造方法において、インシュレータを形成する樹脂と異なる樹脂を用いて、コイルの表面を覆うように樹脂モールドすることも可能である。
インシュレータと、コイルを覆う樹脂モールドした部分とは異なる樹脂を使用することができるため、インシュレータと樹脂モールドした部分とは別の機能を備えることができる。

Claims (8)

1. 導体が巻回されて形成されるコイルと、インシュレータを介して前記コイルが組み付けられるティースを備えた固定子コアと、を有する固定子構造において、
   前記インシュレータに組み付けられた前記コイルが樹脂モールドされて一体化され、
   前記インシュレータと前記固定子コアの軸方向端面との間に、前記固定子コアの径方向に連続する空間を有することを特徴とする固定子構造。
2. 請求項１に記載の固定子構造において、
   前記インシュレータと前記固定子コアの前記ティース側面とが、接着又は溶着されていることを特徴とする固定子構造。
3. 請求項２に記載の固定子構造において、
   前記固定子コアの前記ティース側面と、前記インシュレータとが超音波溶着され、固定されていることを特徴とする固定子構造。
4. 請求項２に記載の固定子構造において、
   前記固定子コアの前記ティース側面と、前記インシュレータとが熱溶着され、固定されていることを特徴とする固定子構造。
5. 固定子コアに形成されたティースにインシュレータを介してコイルを組み付け、固定子を形成する固定子製造方法において、
   前記ティース側面に接し、前記ティース端面との間に空間を有する形状に形成された前記インシュレータを金型内に配置し、前記インシュレータの上に前記コイルを組み付け、前記金型に樹脂を注入することで、前記コイルの表面を覆うように樹脂モールドしてコイルユニットを形成し、
   前記コイルユニットを前記固定子コアの前記ティースに組み付けて前記固定子を形成することを特徴とする固定子製造方法。
6. 請求項５に記載の固定子製造方法において、
   前記インシュレータを形成する樹脂と異なる樹脂を用いて、前記コイルの表面を覆うように樹脂モールドしたことを特徴とする固定子製造方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載の固定子製造方法において、
   前記コイルユニットの内周面に露出するインシュレータと、前記固定子コアの前記ティース側面とを高熱伝導性を有する接着剤、又は熱溶着、又は超音波溶着にて接合することを特徴とする固定子製造方法。
8. 請求項７に記載の固定子製造方法において、
   前記コイルユニットを前記固定子コアの内径側より均一に圧力をかけながら接合することを特徴とする固定子製造方法。

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