(57)【要約】【課題】放熱性に優れ、絶縁性確保を前提として可及的に薄層でありながら、耐クラック性に優れたインシュレータがティース周りに一体成形されているステータと、該ステータを具備するモータを提供する。【解決手段】平面視が略環状のヨーク１２と、該ヨーク１２から径方向内側に突出するティース１１と、隣接するティース１１，１１間に画成されたスロットと、からなるステータ（分割コア１０）であって、少なくとも、ティース１１のスロットに対向する側面１１’と、スロットに対向しない頂面１１”と、の周囲には、一体成形されたインシュレータ２０が備えられており、ティース１１のスロットに対向する側面１１’には、径方向に延びる凹溝１１ａが形成されており、該凹溝１１ａ内において、インシュレータの突条２１ａが形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視が略環状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出するティースと、隣接するティース間に画成されたスロットと、からなるステータであって、
少なくとも、前記ティースのスロットに対向する側面と、スロットに対向しない頂面と、の周囲には、一体成形されたインシュレータが備えられており、
ティースのスロットに対向する側面には、前記径方向に延びる凹溝が形成されており、該凹溝内において、前記インシュレータの突条が形成されている、ステータ。
【請求項２】
前記インシュレータの周りに、断面視が略矩形の平角導体と、該平角導体の外周に形成された絶縁皮膜と、からなる平角線が巻装されている、請求項１に記載のステータ。
【請求項３】
請求項２に記載のステータとその内部で回転するロータと、からなるモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくともティース周りに一体成形されたインシュレータを備えたステータと、該ステータを具備するモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業においては、ハイブリッド自動車や電気自動車のさらなる走行性能の向上を目指して、駆動用モータの高出力化、軽量化、小型化への開発が日々進められている。また、家電製品メーカーにおいても、各種家電製品に内蔵されるモータのさらなる小型化、高性能化への開発に余念がない。
【０００３】
モータ（電動機）を構成するステータコアは一般に、以下２つの形成態様からなっている。その一つは、円環状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出する複数のティースと、隣接するティース間に形成されるスロットとを備えた鋼板が積層された、鋼板積層体から形成されるものである。また、他の一つは、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心、高密度圧粉磁心（ＨＤＭＣ）などからステータコアを成形するものである。
【０００４】
上記するステータコアにおいて、たとえば銅素材の導線周囲にエナメル絶縁皮膜が形成されてなるコイルが、ティース間に画成されたスロット内に挿入されながら、ティース周りに巻装されることによってステータが製造されている。ここで、コイル用の導線の巻装形態には、集中巻き方式と分布巻き方式がある。このうち、集中巻き方式とはティースごとに導線が巻装される形態であり、分布巻き方式とは複数のティースに跨って導線が巻装される形態であり、３相交流モータには、この分布巻き方式のコイルが一般に適用されている。集中巻き、分布巻きいずれの巻装形態においても、ステータコアのスロット面とコイルとの間の絶縁性を確保する観点から、それらの間にはスロット絶縁紙が介装されている。しかし、この絶縁紙にてコイルとコア間の絶縁を図る場合には、該絶縁紙とコアの間に空気層（エアギャップ）が形成されることを回避できず、この空気層が熱抵抗を増大させるために、モータ駆動時にコイルで生じるジュール熱のコアへの放熱性を低下させる大きな原因となっている。
【０００５】
そこで、絶縁素材の樹脂をたとえばティース周りに一体成形してインシュレータを形成することで、該インシュレータとコアの密着性を担保し、もって、双方の間に空気層を形成させない方策が取られることもある。なお、この一体成形にてインシュレータが形成された分割ステータコアが特許文献１に開示されており、この分割ステータコアでは、そのヨークのティース基端側にコイルを案内するガイド溝が設けられている。
【０００６】
モータの小型化、放熱性の観点から、上記する一体成形されたインシュレータは、絶縁性の確保を前提として可及的に薄層であるのが好ましいものの、たとえば放熱性を高めるべく、薄層のインシュレータを射出成形しようとすると、射出成形時の充填不良（樹脂の流動性不良）を来たして成形が困難となり易い。なお、この流動性不良に関して言えば、放熱性を高めるべく、樹脂に無機フィラーを含有する場合に、この流動性不良の問題はより顕著となる。さらに、一体成形されるインシュレータは勿論のこと、別体成形されて後工程にてティースに嵌め合いされる形態のインシュレータにおいても、ステータコアに比して樹脂製のインシュレータの線膨張係数が自ずと高いことから、使用環境によっては、温度ストレスに起因するクラックが生じ易いという問題もある。なお、たとえば、鉄の線膨張係数が１２×１０−６／℃程度であるのに対して、ポリスチレン（ＰＳ）やポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）の線膨張係数は６０×１０−６／℃程度、ポリプロピレン（ＰＰ）の線膨張係数は１００×１０−６／℃程度と、鉄（電磁鋼板を含む）に比して樹脂の線膨張係数はかなり高いものであり、したがって、温度変化時の変形量（膨張量、収縮量）が大きく異なることとなる。
【０００７】
このクラックに関し、本発明者等の知見によれば、一般の筒状のインシュレータにおいて、その隅角部でインシュレータの変形が拘束され、その中央部（たとえばティース側面の中央部に対応する部分）では相対的に変形量が大きくなるために、インシュレータの上記隅角部の近傍、より具体的には、該隅角部から若干中央部側へ入った部分で温度応力が高くなり、ティースの突出方向（径方向）に伸びるクラックがこのインシュレータ部位で生じ易いことが特定されている。
【０００８】
このことを、図５を参照して説明する。図５は、分割ステータコアを形成する分割コアａ（電磁鋼板ａ’の鋼板積層体からなる）のティースａ１周りと、ヨークａ２のスロットｓに対向する面と、にインシュレータｂが一体に成形されたものを示している。同図において、ティース周りのインシュレータｂは、スロットｓに対向する側面ｂ１と、スロットｓに対向しない頂面ｂ２とから形成されており、側面ｂ１と頂面ｂ２からなる隅角部Ｇは、他の部位に比して高剛性となっている。そのため、図示する分割コアａが組み付けられて分割ステータコアを形成し、これを具備するモータが駆動時の高温雰囲気と、（たとえば寒冷地域での）非駆動時と、の間の冷熱サイクルを受けた際には、インシュレータｂの側面ｂ１における隅角部Ｇ近傍において、径方向に延びるクラックｃが生じるというものである。なお、本発明者等によれば、この冷熱サイクル時の温度応力を解析した際に、この隅角部やその近傍で相対的に大きな温度応力が生じていることが特定されており、これは、発生するクラックと相関している。
【０００９】
このように、ティース周りに樹脂を一体成形してインシュレータを形成するに際し、高い熱伝導性、高い流動性に基づく充填良好性、高い強度（耐クラック性）、といったすべての要素を同時に満足させる材料面からのアプローチは極めて困難な状況にあることから、ステータの構造面等からのアプローチで、これらの課題のすべてを効果的に解消することが当該技術分野における急務の課題の一つとなっている。なお、上記特許文献１に開示の分割ステータコアにおいても、上記課題のすべてを効果的に解消することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３３２１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、放熱性に優れ、絶縁性確保を前提として可及的に薄層でありながら、耐クラック性に優れたインシュレータがティース周りに一体成形されているステータと、該ステータを具備するモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明によるステータは、平面視が略環状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出するティースと、隣接するティース間に画成されたスロットと、からなるステータであって、少なくとも、前記ティースのスロットに対向する側面と、スロットに対向しない頂面と、の周囲には、一体成形されたインシュレータが備えられており、ティースのスロットに対向する側面には、前記径方向に延びる凹溝が形成されており、該凹溝内において、前記インシュレータの突条が形成されているものである。
【００１３】
本発明のステータは、少なくともそのティース周りに樹脂を射出成形等することによってインシュレータが一体に成形されたものであり、ティースのスロットに対向する側面にその径方向に延びる凹溝が形成され、この凹溝内にインシュレータの突条が形成されていることにより、インシュレータの隅角部とこの突条（リブ）にて該インシュレータの無拘束領域スパンを短くし、もって、隅角部に過大な応力が集中してクラックの発生が促進されることを効果的に抑止できるステータである。
【００１４】
ここで、凹溝は、ティースのスロットに対向する側面において、１つ、もしくは２以上形成されるものであり、さらには、一つの凹溝は、その長手方向に連続した一条の凹溝であってもよいし、長手方向に間欠的に延びる凹溝であってもよい。また、「径方向に延びる凹溝」とは、径方向に平行に延びる凹溝（ティース内に配設されるロータの回転軸に対して直交する方向に延びる凹溝）のほか、該平行から若干傾斜した方向（ステータの頂面側に傾斜した方向）の凹溝をも含む意味である。なお、インシュレータは射出成形等にて一体に成形されることから、この射出成形の際に樹脂が上記する凹溝内で充填硬化され、該凹溝に対応した形状および寸法（断面剛性）の突条が形成されることとなる。
【００１５】
ステータコアは、円環状に一体に形成されたステータコアのほか、平面視が弧状のヨークと、ヨークから径方向内側に突出するティースと、からなる分割コアが周方向に組み付けられ、その外周が筒体にて締結されてなる分割ステータコアの双方を含むものである。さらに、電磁鋼板を積層してなる鋼板積層体から形成されるもののほか、磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心、高密度圧粉磁心（ＨＤＭＣ）などから成形されるものを含むものである。ここで、この磁性粉末としては、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金などの軟磁性金属粉末、もしくは軟磁性金属酸化物粉末がシリコーン樹脂等の樹脂バインダーで被覆されたものを挙げることができる。
【００１６】
したがって、ステータコアの側面に形成される凹溝は、該ステータコアが鋼板積層体からなる場合には、凹溝が形成されるティースの鋼板幅を所望に小さくしておくことで、所望の溝深さの凹溝を形成することができる。また、ステータコアが圧粉磁心からなる場合には、成形型のキャビティ側面に凹溝形成用の突条を設けておくことで、加圧成形し、型開きした際に自動的にティース側面に凹溝を形成する方法や、加圧成形後に削り加工等する方法などにより、所望形状で所望数の凹溝を形成することができる。
【００１７】
ティースのスロット側の側面に上記する凹溝が形成され、インシュレータがこの凹溝内に形成される突条（リブ）を具備することにより、成形されるインシュレータは、そのスロット側の側面において、その端部の隅角部（ティースのスロット側側面と頂面で形成される隅角部）のほかに、１以上の突条で補強された高剛性部位を有することとなる。この構造では、インシュレータは、その両端の隅角部の間の補強部分でスパンが複数に分割されるため、仮に温度変化でインシュレータが膨張した場合には、高い温度応力部位は両端の隅角部のみに集中することなく、その間の補強部位（突条）にも分散される結果、隅角部の温度応力も緩和される。
【００１８】
そのため、上記する補強部材が存在しない従来構造のインシュレータの場合に生じていた課題、すなわち、両端の隅角部に過大な温度応力が生じ、これに起因してクラックが生じるといった課題は効果的に解消される。実際には、両隅角部間のスパン長に比して短くなった、隅角部と突条との間のスパン、突条と突条との間のスパンでインシュレータの変形が規定されるため、その線膨張係数と線膨張するスパン長で決定される線膨張量が小さくなる結果、インシュレータとコアとの間で線膨張係数に乖離があった場合でも、インシュレータ自体に生じ得るクラックの発生が抑止されるのである。
【００１９】
また、射出成形されるインシュレータは、ティース周りに加えて、ヨークのスロットに対向する面にも成形されるのが好ましく、この場合は、射出成形において、ティース周りとヨークのスロットに対向する面に、同時かつ一体にインシュレータが成形される。
【００２０】
少なくともティース周りにインシュレータが形成された後に、集中巻きもしくは分布巻きにてコイルが形成されることで、本発明のステータが形成される。ここで、コイルの占積率を高めるべく、インシュレータの周りには、断面視が略矩形の平角導体と、該平角導体の外周に形成された絶縁皮膜と、からなる平角線が巻装されるのが好ましい。
【００２１】
本発明のステータによれば、少なくともティース周りに射出成形等でインシュレータが一体に成形されることで、コアとインシュレータ同士が密着してそれらの間に生じ得るエアギャップを廃し、コイルからコアへの放熱性能を高めることができる。加えて、モータの冷熱サイクルにおいて、コアとインシュレータとの間に大きな線膨張係数の乖離がある場合でも、インシュレータの所望部位に１以上の突条（高剛性部位）が形成されていることで、温度応力がインシュレータの隅角部のみに集中することを抑止してその分散を図ることができ、もって、インシュレータに生じ得るクラックの発生を効果的に回避することができる。
【００２２】
上記する本発明のステータと、該ステータ内で回転自在に配されたロータと、を具備するモータは、ティース周りに形成されたインシュレータが可及的に薄層であること、インシュレータとコアは密着していること、インシュレータにはクラックが生じない、もしくは生じ難いこと、より、可及的に小型で、放熱性に優れ、しかも耐クラック性（もしくは耐久性）に優れたモータとなる。したがって、本発明のステータを具備するモータは、近時その生産が拡大しており、車載される特に駆動用モータに一層のコンパクト性、高耐久、高放熱性を要求する、ハイブリッド車や電気自動車に好適である。
【発明の効果】
【００２３】
以上の説明から理解できるように、本発明のステータと該ステータを具備するモータによれば、可及的に小型で、放熱性に優れ、しかも耐クラック性（もしくは耐久性）に優れたステータと、これを具備するモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】鋼板積層体からなる分割コアを示した斜視図である。
【図２】ティース周りとヨークのスロット側の側面に樹脂一体成形インシュレータが形成された分割コアを示した斜視図である。
【図３】図２のIII−III矢視図である。
【図４】図２で示す分割コアが周方向に組み付けられてなるステータと、ロータとからなるモータを示した斜視図である。
【図５】樹脂一体成形インシュレータが形成された従来の分割コアにおいて、クラックが生じている状態を説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示例は分割コアを示しているが、円環状に一体に形成された一般のステータであってもよいことは勿論のことである。さらに図示例では、ティース周りに形成されるコイルの図示を省略しているが、このコイルには、平角線を適用するもの、断面円形の一般のコイルを適用するもののいずれであってもよいが、占積率の観点から、平角線を適用するのが好ましい。
【００２６】
図１は、ＩＰＭモータの分割ステータを構成する分割コア１０を示したものである。この分割コア１０は、平面視が略弧状のヨーク１２と、該ヨーク１２から径方向内側に突出するティース１１と、からなり、電磁鋼板１，…が積層されて形成されている。なお、図示例のように電磁鋼板が積層された形態以外にも、圧粉磁心、高密度圧粉磁心（ＨＤＭＣ）などから成形されるものであってもよい。
【００２７】
この分割コア１０のティースの側面、より具体的には、分割コア１０，…が周方向に組み付けられた際にティース間に画成されるスロットに対向する側面１１’には、径方向に延びる凹溝１１ａが形成されており、図示例では、３つの凹溝１１ａが所定間隔を置いて形成されている。
【００２８】
図２は、図１で示す分割コア１０において、そのティース１１周りとヨーク１２のスロット側の側面１２’に、樹脂一体成形インシュレータ２０が形成された状態を示している。
【００２９】
このインシュレータ２０は、分割コア１０を不図示の成形型内に収容し、適宜の熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂を型内に射出成形することにより、ティース１１周りとヨーク１２の側面１２’に一体に成形されるものであり、具体的には、ティース１１を形成するスロットに対向する側面１１’の外周にインシュレータ２０のスロットに対向する側面２１が、ティース１１のスロットに対向しない頂面１１”の外周にインシュレータ２０のスロットに対向しない頂面２２が、ヨーク１２のスロットに対向する側面１２’にインシュレータ２０のスロットに対向する側面２３が、それぞれ形成されるものである。
【００３０】
そして、この射出成形の際に射出樹脂がティース１１の凹溝１１ａ内にも充填され、これが硬化することで、凹溝１１ａに対応した形状および寸法（断面剛性）の突条２１ａが形成される。
【００３１】
実際には、インシュレータ２０が分割コア１０に成形された後に、たとえば、不図示の平角線からなるコイルがティース１１（の周囲のインシュレータ２０）周りに形成され、コイルが形成された分割コア１０が周方向に組み付けられ、さらに、この分割コアの組み付けユニットが非磁性素材の筒体に貫挿され、焼き嵌め処理等されることで、分割ステータが形成される。
【００３２】
図３は、図２のIII−III矢視図であり、ティース１１とその周りに成形されたインシュレータ２０を拡大した断面図である。
同図から明らかなように、ティース１１に形成された凹溝１１ａ内にインシュレータ２０の突条２１ａが形成されることにより、インシュレータ２０の全長：Ｌ１は、頂面と側面とからなる隅角部Ｇとそれに隣接する突条２１ａの区間長：Ｌ２、隣接する突条２１ａ，２１ａの区間長：Ｌ２でそれぞれ分割される（図示例では、全長：Ｌ１が４つの区間長：Ｌ２に分割されている）。
【００３３】
そして、隅角部Ｇの近傍は勿論のこと、突条２１ａの近傍は、該突条２１ａの断面剛性に伴い、インシュレータ２０の他の領域に比して高剛性となっている。したがって、冷熱サイクル下でインシュレータ２０が分割コア１０に比して大きな熱膨張や熱収縮をした場合であっても、それらの変形は、この高剛性区間長：Ｌ２内で生じることとなり、このことは、インシュレータ２０に生じる熱変形量がこの区間数に応じて分割されること、これに伴って、隅角部Ｇに温度応力が集中することが抑止されること、に繋がるものである。すなわち、インシュレータ２０の熱変形量は、その線膨張係数と線膨張する全長によって規定されるが、この全長が高剛性な突条２１ａで４つの区間に分割されるため（分散されるため）、各分割区間で相対的に小さな熱変形が生じるに過ぎない。そのため、従来構造の場合のように隅角部Ｇにて過大な温度応力が生じることがなくなり、該隅角部Ｇ近傍で発生していた図５のごときクラックｃは効果的に解消されるのである。
【００３４】
図４は、図２で示す分割コアが周方向に組み付けられてなるステータと、ロータとからなるＩＰＭモータを示した斜視図である。
具体的には、分割コア１０，…が周方向に組み付けられてなるステータ１００と、該ステータ１００の内側に回転自在に配設され、円盤状の電磁鋼板が積層されてなるロータ２００と、から大略構成されている。このロータ２００には、その中央位置においてロータ軸２１０（駆動シャフトスロット）が開設されており、その周縁部には、所定数で該ロータ軸２１０に沿う方向に延びる磁石用スロットが開設されており、この磁石用スロットに永久磁石３００が挿入され、たとえば該スロットと永久磁石３００の間に固定用樹脂が充填されて永久磁石３００のスロット内固定が補償されている。
【００３５】
図示するＩＰＭモータは、ステータコアのティース１１周りにインシュレータ２０が一体成形されていることで、双方の間にエアギャップが生じることがなく、したがって、高い放熱性能を有するものである。
【００３６】
しかも、インシュレータ２０には上記する突条２１ａが形成されていることで、該インシュレータ２０の隅角部Ｇに過大な温度応力が生じることが回避され、温度応力が分散される結果、熱変形に起因するクラックの発生が効果的に抑止され、高耐久なモータとなっている。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３８】
１…電磁鋼板、１０…分割コア、１１…ティース、１１’…ティースのスロットに対向する側面、１１”…ティースのスロットに対向しない頂面、１１ａ…凹溝、２０…樹脂一体成形インシュレータ、２１…インシュレータのスロットに対向する側面、２１ａ…突条、２２…インシュレータのスロットに対向しない頂面、２３…インシュレータのスロットに対向する側面、１００…ステータ、２００…ロータ、３００…永久磁石、Ｇ…隅角部
【図１】
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【図２】
2010178520.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010178520.tif 000007