JPWO2018154726A1 - 電動機の固定子の製造方法、電動機の固定子及び電動機 - Google Patents

Abstract

電動機（１００）の固定子（２００）の製造方法は、軸方向の両端にインシュレータ（４）を設けて軸方向両端にインシュレータ（４）を介して巻線（３）が施された固定子鉄心（２）の内側に芯棒治具を挿入する工程と、巻線（３）を覆う第１のカバー（５ａ）が、芯棒治具に位置決めされたインシュレータ（４）に装着される工程と、インシュレータ（４）と第１のカバー（５ａ）との隙間に充填剤（６ａ）が充填される工程とを備えたことを特徴とする。

Description

本発明は、電動機の固定子の製造方法、電動機の固定子及び電動機に関する。

特許文献１には、複数の分割コアを環状に配列して構成される固定子鉄心に樹脂を設けることにより固定子を製造する方法が開示されている。特許文献１に開示された固定子の製造方法では、固定子鉄心の内側に挿入され固定子鉄心の径方向における位置決めを行う金型中芯と、固定子鉄心の外周部を固定する下型とが用いられる。下型には、固定子鉄心の外周部を固定するための突起が設けられている。特許文献１に開示された固定子の製造方法では、固定子鉄心が金型中芯に密着した状態で、かつ、固定子鉄心の外周部が下型に固定された状態で樹脂が充填される。そのため、樹脂が充填されるときの圧力により複数の分割コアが径方向外側に広がることが抑制され、固定子鉄心とインシュレータと巻線とが樹脂で一体に固定される。

特開２００１−２６８８６２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された固定子の製造方法では、金型中芯だけでなく固定子鉄心の外周部を固定する下型が必要であるため、樹脂を設ける前の固定子を下型に設置する工程と、樹脂が設けられた後の固定子を下型から取外す工程が生じる。そのため、固定子の製造工程を減らして固定子の製造時間を短縮させることができる電動機の開発が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、固定子の製造時間を短縮させることができる電動機の固定子の製造方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電動機の固定子の製造方法は、軸方向両端にインシュレータを介して巻線が施された固定子鉄心の内側に芯棒治具を挿入する工程と、巻線を覆うカバーが、芯棒治具に位置決めされたインシュレータに装着される工程と、インシュレータとカバーとの隙間に充填剤が充填される工程とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る電動機の固定子の製造方法は、固定子の製造時間を短縮させることができるという効果を奏する。

実施の形態に係る電動機の断面図 図１に示される固定子の製作手順を説明するための図 図１に示す第１のカバーの変形例を示す図 図３に示される固定子の製作手順を説明するための図 図３に示される固定子の外観図 図５に示す固定子の変形例を示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る電動機の固定子の製造方法、電動機の固定子及び電動機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
図１は実施の形態に係る電動機の断面図である。図２は図１に示される固定子の製作手順を説明するための図である。図１に示す実施の形態に係る電動機１００は、固定子２００と、固定子２００の内側に設けられる回転子３００とを備える。回転子３００は、筒状の回転子鉄心３０１と、回転子鉄心３０１を貫通するシャフト３０２とを備える。固定子２００は、筒状のフレーム１と、フレーム１の内側に設けられる固定子鉄心２と、マグネットワイヤを巻き付けて形成される巻線３と、固定子鉄心２と巻線３とを電気的に絶縁するインシュレータ４と、巻線３を覆うようにインシュレータ４に設けられる環状の第１のカバー５ａと、巻線３を覆うようにインシュレータ４に設けられる環状の第２のカバー５ｂと、充填剤６ａと、充填剤６ｂとを備える。

固定子鉄心２の中心軸ＡＸの軸線方向は、図１中に矢印Ｄ１で示される方向である。固定子鉄心２の中心軸ＡＸの周方向は、図１中に矢印Ｄ２で示される方向である。第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂのそれぞれは、周方向Ｄ２に連なる環状の部材である。

回転子鉄心３０１及び固定子鉄心２は、不図示の電磁鋼板母材から環状に打ち抜かれた複数の薄板を、軸線方向Ｄ１に積層して構成される。複数の薄板は、かしめ、溶接又は接着で相互に固定される。

インシュレータ４は、固定子鉄心２を構成する不図示のバックヨーク及びティースに組み付けられる。マグネットワイヤがインシュレータ４にコイル状に巻き付けられて層状に形成されることにより巻線３が得られる。マグネットワイヤは導電性の電線であり、マグネットワイヤの外周面には絶縁被膜が施されている。インシュレータ４は、ポリブチレンテレフタレート（ＰｏｌｙＢｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（Ｐｏｌｙ Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ：ＰＰＳ）又は液晶ポリマー（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＬＣＰ）といった絶縁性の樹脂を成形して得られる。インシュレータ４は、固定子鉄心２の軸線方向Ｄ１の端面に設置される基部４１と、基部４１の径方向Ｄ３の内側に設けられる内壁４２と、基部４１の径方向Ｄ３の外側に設けられる外壁４３とを備える。

第１のカバー５ａは、基部５ａ１と、基部５ａ１の径方向Ｄ３の外側に設けられる縁部５ａ２とを備える。基部５ａ１は、インシュレータ４の外壁４３の軸線方向Ｄ１の端部と対向すると共に、巻線３と対向する位置に設置される。基部５ａ１の径方向Ｄ３の内側の端部５ａ１１は、インシュレータ４の内壁４２に接する。縁部５ａ２は、インシュレータ４の外壁４３の径方向Ｄ３の外側面と対向する位置に設置される。縁部５ａ２の軸線方向Ｄ１の端部５ａ２１は、フレーム１の軸線方向Ｄ１の端部に接する。

第２のカバー５ｂは、基部５ｂ１と、基部５ｂ１の径方向Ｄ３の外側に設けられる縁部５ｂ２とを備える。基部５ｂ１は、インシュレータ４の外壁４３の軸線方向Ｄ１の端部と対向すると共に、巻線３と対向する位置に設置される。基部５ｂ１の径方向Ｄ３の内側の端部５ｂ１１は、インシュレータ４の内壁４２に接する。縁部５ｂ２は、インシュレータ４の外壁４３の径方向Ｄ３の外側面と対向する位置に設置される。縁部５ｂ２の軸線方向Ｄ１の端部５ｂ２１は、フレーム１の軸線方向Ｄ１の端部に接する。

フレーム１、第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂのそれぞれの材料としては、アルミニウム合金、オーステナイト系ステンレス合金、銅合金、鋳鉄、鋼、又は鉄合金を例示できる。

インシュレータ４と第１のカバー５ａとの間と、巻線３と第１のカバー５ａとの間とには、図２に示す隙間７ａが形成される。隙間７ａには充填剤６ａが充填されている。充填剤６ａは、インシュレータ４と巻線３とに第１のカバー５ａを固定するための材料である。インシュレータ４と第２のカバー５ｂとの間と、巻線３と第２のカバー５ｂとの間とには、図２に示す隙間７ｂが形成される。隙間７ｂには充填剤６ｂが充填されている。充填剤６ｂは、インシュレータ４と巻線３とに第２のカバー５ｂを固定するための材料である。充填剤６ａ，６ｂとしては、エポキシ樹脂、シリコン、ワニス又は接着剤を例示できる。

図２を用いて固定子２００の製作手順を説明する。
（１）固定子鉄心２にインシュレータ４が取付けられる。
（２）インシュレータ４にマグネットワイヤが巻き付けられることにより巻線３が形成される。
（３）固定子鉄心２の外周部にフレーム１が焼き嵌めされる。
（４）固定子鉄心２の内側に芯棒治具８が挿入され、固定子鉄心２に挿入された芯棒治具８に、第１のカバー５ａと第２のカバー５ｂとが装着される。
（５）射出成型機を用いた圧力注型により、インシュレータ４と第１のカバー５ａとの間の隙間７ａに、図１に示す充填剤６ａが充填される。
（６）射出成型機を用いた圧力注型により、インシュレータ４と第２のカバー５ｂとの間の隙間７ｂに、図１に示す充填剤６ｂが充填される。

隙間７ａに充填された充填剤６ａが硬化することにより、第１のカバー５ａがインシュレータ４と巻線３とに固定され、一体化される。また充填された充填剤６ａによって、第１のカバー５ａとフレーム１との間の隙間が埋められる。隙間７ｂに充填された充填剤６ｂが硬化することにより、第２のカバー５ｂがインシュレータ４と巻線３とに固定され、一体化される。また充填された充填剤６ｂによって、第２のカバー５ｂとフレーム１との間の隙間が埋められる。

従来の固定子では、フレームへのカバーの固定にネジ止め構造が用いられる場合がある。ネジ止め構造を用いた場合、固定子の組立時にフレーム及びカバーのそれぞれに形成されたネジ穴の位置がずれてネジ穴を再加工するという手間が生じる。実施の形態に係る固定子２００では、充填剤６ａ，６ｂにより、第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂがフレーム１、インシュレータ４及び巻線３に固定されるため、フレーム１、第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂへのネジ穴加工が不要になる。そのため固定子２００の組立の際、ネジ穴を再加工するという手間を省くことができる。

また従来の固定子では、フレームとカバーとが接する部分にインロー構造が設けられる場合がある。インロー構造は、カバーの端部に凹部を設けておき、フレームに凹部を嵌め合わせるように構成される。インロー構造が設けられている従来の固定子では、フレームにカバーを組み付ける際、フレームへのカバーの位置決めを行う必要がある。本実施の形態に係る固定子２００では、インロー構造を用いなくとも、インシュレータ４の内壁４２により、フレーム１への第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂの位置決めがなされるため、インロー構造を設けるための加工が不要である。

また従来の固定子では、フレームとカバーとの対向部分の隙間を埋めるためにフレームとカバーとの間にＯリングを挟み込むシール構造が設けられる場合がある。シール構造は、カバーの端部に凹部を設けておき、凹部にＯリングを埋め込むように構成される。実施の形態に係る固定子２００では、充填された充填剤６ａ，６ｂが硬化することによって、第１のカバー５ａとフレーム１との間の隙間が埋められるため、シール構造を設けるための加工が不要である。

なお図１に示される固定子２００では、第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂのそれぞれの基部５ａ１，５ｂ１の内側の端部５ａ１１，５ｂ１１が、インシュレータ４の内壁４２に接することによって、フレーム１への第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂの位置決めがなされるが、固定子２００の構造は図示例に限定されない。第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂのそれぞれの基部５ａ１，５ｂ１の内径が図２の芯棒治具８の外径と同一となるように構成され、このように構成された基部５ａ１，５ｂ１の内周部が芯棒治具８の外周部に接するように構成してもよい。このように構成された固定子２００では、芯棒治具８により、フレーム１への第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂの位置決めがなされるため、ネジ穴を再加工するという手間を省くことができ、インロー構造を設けるための加工が不要であり、さらにシール構造を設けるための加工が不要である。

図３は図１に示す第１のカバーの変形例を示す図である。図４は図３に示される固定子の製作手順を説明するための図である。図３に示される固定子２００Ａと図２に示される固定子２００との相違点は、固定子２００Ａでは、図２に示す第１のカバー５ａの代わりに、軸受９を支持する環状のブラケット１０が用いられていることである。

ブラケット１０は、軸受９の外輪を保持するハウジング１０１と、ハウジング１０１の径方向Ｄ３の外側に設けられる外周部１０２と、外周部１０２から軸線方向Ｄ１に延びる縁部１０３とを備える。

ハウジング１０１は、内径が互いに異なる第１の内周部１０１１及び第２の内周部１０１２を備え、第２の内周部１０１２の内径は、第１の内周部１０１１の内径よりも大きく、かつ、固定子鉄心２及びインシュレータ４の内径に等しい。第２の内周部１０１２には軸受９の外輪の外周面が接する。第１の内周部１０１１には軸受９の外輪の軸方向端面が接する。縁部１０３の軸線方向Ｄ１の端部１０３１は、フレーム１の軸線方向Ｄ１の端部に接する。インシュレータ４とブラケット１０との間には図４に示す隙間７ａが形成され、隙間７ａには充填剤６ａが充填されている。

図４を用いて固定子２００Ａの製作手順を説明する。
（１）固定子鉄心２にインシュレータ４が取付けられる。
（２）インシュレータ４にマグネットワイヤが巻き付けられることにより巻線３が形成される。
（３）固定子鉄心２の外周部にフレーム１が焼き嵌めされる。
（４）固定子鉄心２の内側に芯棒治具８が挿入され、固定子鉄心２に挿入された芯棒治具８に、ブラケット１０と第２のカバー５ｂとが装着される。このとき芯棒治具８の外周面にブラケット１０の第２の内周部１０１２が接する。
（５）インシュレータ４とブラケット１０との間の隙間７ａに、図３に示す充填剤６ａが充填される。
（６）インシュレータ４と第２のカバー５ｂとの間の隙間７ｂに、図３に示す充填剤６ｂが充填される。

隙間７ａに充填された充填剤６ａが硬化することにより、ブラケット１０がインシュレータ４と巻線３とに固定される。また充填された充填剤６ａによって、ブラケット１０とフレーム１との間の隙間が埋められる。隙間７ｂに充填された充填剤６ｂが硬化することにより、第２のカバー５ｂがインシュレータ４と巻線３とに固定される。また充填された充填剤６ｂによって、第２のカバー５ｂとフレーム１との間の隙間が埋められる。

固定子２００Ａでは、ブラケット１０の第２の内周部１０１２により、フレーム１へのブラケット１０の位置決めがなされるため、前述したネジ止め構造及びインロー構造を設けるための加工が不要である。また固定子２００Ａでは、充填された充填剤６ａが硬化することによって、ブラケット１０とフレーム１との間の隙間が埋められるため、前述したシール構造を設けるための加工が不要である。

図５は図３に示される固定子の外観図である。図５に示すように固定子２００Ａのブラケット１０には第１の貫通孔１３が設けられている。第１の貫通孔１３は、固定子２００Ａの外部から供給される充填剤６ａを図４に示す隙間７ａへ充填するためのものであり、ブラケット１０の軸方向一端面から軸方向他端面まで貫通する。なお図１に示される第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂには、図５に示す第１の貫通孔１３と同様の貫通孔が設けられているものとする。

図６は図５に示される固定子の変形例を示す図である。図６に示される固定子２００Ｂと図５に示される固定子２００Ａとの相違点は、固定子２００Ｂのブラケット１０には、第１の貫通孔１３に加えて第２の貫通孔１４が設けられていることである。

第１の貫通孔１３及び第２の貫通孔１４は、中心軸ＡＸに対して対称な位置に配置される。第２の貫通孔１４は、図４に示す隙間７ａに存在する空気の排出口である。第１の貫通孔１３から充填剤６ａが供給されたとき、充填剤６ａにより隙間７ａに存在する空気が押し出されて第２の貫通孔１４から排出される。そのため隙間７ａに充填された充填剤６ａでのボイドの発生を抑制できる。ボイドとは充填剤６ａの内部に発生する気泡である。ボイドの発生が抑制されることにより、第２の貫通孔１４が設けられていない場合に比べて、ブラケット１０が図４に示すフレーム１とインシュレータ４と巻線３とに強固に固定されるため、固定子２００Ｂの品質が向上する。なお図１に示される第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂにも図６に示す第２の貫通孔１４と同様の貫通孔を設けてもよい。

以上に説明したように実施の形態に係る固定子２００，２００Ａ，２００Ｂによれば、特許文献１に開示される下型が不要であるため、下型を設置する工程と、樹脂が成型された後の固定子を下型から取外す工程とが不要である。特許文献１に開示される固定子の製造方法では、下型を取外す際、インシュレータ又は巻線に下型が擦れることにより、絶縁不良又はインシュレータの変形といった不具合が生じる場合がある。実施の形態に係る固定子２００，２００Ａ，２００Ｂでは下型が不要であるため、このような不具合が発生せず、固定子２００，２００Ａ，２００Ｂの製造工程を減らして固定子の製造時間を短縮させることができる。

また実施の形態に係る固定子２００，２００Ａ，２００Ｂでは、固定子鉄心２がフレーム１に焼き嵌めされた状態で樹脂が設けられるため、固定子鉄心２が複数の分割コア片を環状に連結して構成されたものである場合でも、固定子鉄心２の真円度の低下が抑制される。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ フレーム、２ 固定子鉄心、３ 巻線、４ インシュレータ、５ａ 第１のカバー、５ａ１，５ｂ１，４１ 基部、５ａ１１，５ａ２１，５ｂ１１，５ｂ２１，１０３１ 端部、５ａ２，５ｂ２，１０３ 縁部、５ｂ 第２のカバー、６ａ，６ｂ 充填剤、７ａ，７ｂ 隙間、８ 芯棒治具、９ 軸受、１０ ブラケット、１３ 第１の貫通孔、１４ 第２の貫通孔、４２ 内壁、４３ 外壁、１００ 電動機、１０１ ハウジング、１０２ 外周部、２００，２００Ａ，２００Ｂ 固定子、３００ 回転子、３０１ 回転子鉄心、３０２ シャフト、１０１１ 第１の内周部、１０１２ 第２の内周部。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電動機の固定子の製造方法は、軸方向両端にインシュレータを介して巻線が施された固定子鉄心の内側に芯棒治具を挿入する工程と、巻線を覆うカバーが、芯棒治具に位置決めされたインシュレータに装着される工程と、インシュレータとカバーとの隙間に充填剤が充填される工程とを備える。インシュレータは、固定子鉄心の軸線方向の端面に配置される基部と、基部の径方向の内側に設けられる内壁と、を有する。芯棒治具は、内壁に接するように挿入されることを特徴とする。

Claims (11)

1. 軸方向両端にインシュレータを介して巻線が施された固定子鉄心の内側に芯棒治具を挿入する工程と、
   前記巻線を覆うカバーが、前記芯棒治具に位置決めされた前記インシュレータに装着される工程と、
   前記インシュレータと前記カバーとの隙間に充填剤が充填される工程と
   を備えたことを特徴とする電動機の固定子の製造方法。
2. 前記カバーは軸受を支持するブラケットであることを特徴とする請求項１に記載の電動機の固定子の製造方法。
3. 前記充填剤は前記カバーに設けられた第１の貫通孔から前記隙間に供給されること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の電動機の固定子の製造方法。
4. 前記充填剤が前記第１の貫通孔から供給される際、前記カバーに設けられた第２の貫通孔から前記隙間の空気が排出されること
   を特徴とする請求項３に記載の電動機の固定子の製造方法。
5. 射出成型機を用いた圧力注型により、前記充填剤が前記隙間に充填されることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の電動機の固定子の製造方法。
6. 筒状のフレームと、
   前記フレームの内側に設けられる固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心に設けられるインシュレータと、
   前記インシュレータに巻かれる巻線と、
   前記巻線を覆うように前記インシュレータに設けられるカバーと、
   前記インシュレータと前記カバーとの間の隙間に充填され、前記巻線と前記カバーと前記インシュレータとを一体化する充填剤と
   を備えたことを特徴とする電動機の固定子。
7. 前記カバーは軸受を支持するブラケットであることを特徴とする請求項６に記載の電動機の固定子。
8. 前記カバーと前記フレームとの間に前記充填剤が充填されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の電動機の固定子。
9. 前記カバーは、第１の貫通孔を有することを特徴とする請求項６から８の何れか一項に記載の電動機の固定子。
10. 前記カバーは、第２の貫通孔を有することを特徴とする請求項９に記載の電動機の固定子。
11. 請求項６から１０の何れか一項に記載の電動機の固定子を備えたことを特徴とする電動機。

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