(57)【要約】【課題】コイルとコアとの距離を適正に確保しうるモールド装置およびモールド方法を提供する。【解決手段】  移動板７２が開方向に移動して、一方の移動板７２がコイルサイド部に接触すると、コイル部材２０が一方に移動させられる。両移動板７２が、いずれもコイル部材２０のコイルサイド部に接触したときに、コイル部材２０の位置が定まる。この状態で、中子部６３およびコイル部材２０の周囲に樹脂を注入して、モールド部材３１を形成する。その後、コイル部材２０およびモールド部材３１からなるカセットコイルは、コアに装着される。そのとき、コアとコイル部材２０との距離が部分放電を防ぐことができる所定範囲にある。したがって、部分放電を防ぐことが可能になる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの周囲を囲む形状に巻回されたコイル部材を樹脂モールドするためのモールド装置であって、
前記コアに相当する中子部、および前記コイル部材が設置される凹部を有する型部材と、
前記コイル部材の前記中子部からの距離を所定範囲に設定する位置設定手段と、
を備えているモールド装置。
【請求項２】
請求項１記載のモールド装置において、
前記位置設定手段は、前記コイル部材の1対のコイルサイド部の前記中子部からの距離を実質的に等しくする、モールド装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のモールド装置において、
前記位置設定手段は、前記コイル部材の1対のコイルエンド部の前記中子部からの距離をも実質的に等しくする、モールド装置。
【請求項４】
請求項２または３記載のモールド装置において、
前記位置設定手段は、
コイル部材を移動させる1対の板部材と、
前記1対の板部材を互いに同じ距離だけ逆方向に移動させる移動機構と、
を有している、モールド装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のモールド装置において、
上記所定範囲が、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである、モールド装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のモールド装置を用いたコイル部材のモールド方法であって、
前記位置設定手段を用いて、コイル部材の前記中子部からの距離を、所定範囲内に設定するステップ（ａ）と、
前記型を閉じて、前記中子部およびコイル部材の周囲に樹脂を注入して、モールド体を形成するステップ（ｂ）と、
を含むモールド方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機等に配置されるカセットコイルを形成するためのモールド装置およびモールド方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機のステータ（固定子）は、コアの周囲にコイルを巻回して構成されている。ヨーク部とヨーク部から突出するティース部を備えたステータの場合、コイルはティース部の周囲に巻回される。最近では、コイル部材を樹脂モールドしてなるカセットコイルの構造が提案されている。その場合、予め形成しておいたカセットコイルを、ティース部にセットすることにより、ステータを組み立てる。特許文献１には、カセットコイルを用いたステータの構造が開示されている。
【０００３】
特許文献１のコアは、輪状ステータティース体と輪状ステータヨークとを有している。輪状ステータティース体は、複数のティースを輪状に連結させたものである。輪状ステータヨークは、複数のヨークを輪状に連結させたものである。カセットコイルは、輪状ステータティース体中の各ティースに取り付けられる。
【特許文献１】特開２００７−１９５３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献1のステータにより、ステータの組立が簡単となり、絶縁インシュレータ等も不要になる。したがって、生産性が向上し、製造コストも低減することが期待される。
【０００５】
ところが、上記特許文献１の構造では、以下のような不具合もある。カセットコイルをコア（同文献では、輪状ステータティース体のティース）に取り付けたとき、コアとカセットコイルの開口との間に隙間が生じる。そのため、使用中にカセットコイルの位置が変動して、コイルとコアとの距離が部分的に小さくなることがある。このとき、コイルとコアとの距離が小さすぎると、部分放電が生じて絶縁膜が劣化するおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、コイルとコアとの距離を適正に確保しうるモールド装置およびモールド方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のモールド装置は、コアの周囲を囲む形状に巻回されたコイル部材を樹脂モールドするものである。モールド装置の型部材は、熱収縮を見込んでコアの形状に相当するように設けられた中子部およびダイキャビティを有している。また、コイル部材の中子部からの距離を所定範囲に設定する位置設定手段が設けられている。
本発明における所定範囲の下限は、ステータの構造によって定まる絶縁距離であればよい。また、本発明における所定範囲の上限は，必ずしも臨界的意義を有していないので、上限がなくてもよい。
【０００８】
このモールド装置を用いて樹脂モールドを行うと、モールド体（カセットコイル）が形成される。そして、モールド体をコアに装着してなるステータにおいて、コイルとコアとの距離が所定範囲内に保持される。したがって、コアとコイル部材との間に、放電を防ぐための絶縁距離を確保することができる。
【０００９】
位置設定手段により、コイル部材の1対のコイルサイド部の中子部からの距離を実質的に等しくすることが好ましい。これにより、モールド体の大きさを小さく保ちつつ、放電を防ぐための絶縁距離を確保することができる。
【００１０】
コイル部材の1対のコイルエンド部の中子部からの距離をも実質的に等しくすることが、より好ましい。
【００１１】
位置設定手段としては、たとえば、コイル部材を移動させる1対の板部材と移動機構とを有するものがある。移動機構は、1対の板部材を互いに同じ距離だけ逆方向に移動させるものである。これにより、1対のコイルエンド部やコイルサイド部の中子部からの距離を等しくすることができる。
【００１２】
コアとコイル部材との間の距離が、０．１ｍｍよりも小さいと、上述のような部分放電が生じやすい。反面、コアとコイル部材との間の距離が、１．０ｍｍを超えると、寸法が過大になる。また、スロット内に入る導体面積の割合が小さくなるので、ステータを配置したモータ等の出力の低下を招く。したがって、上記所定範囲が、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであることが好ましい。
【００１３】
本発明のモールド方法は、上記モールド装置を用い、以下の手順で行われる。まず、位置設定手段によって、コイル部材の中子部からの距離を所定範囲内に設定する。その後、中子部およびコイル部材の周囲に樹脂を注入してモールド体を形成する。
【００１４】
この方法により、コアに相当する中子部とコイル部材との間に樹脂が充填される。したがって、誘電率が空気より大きい樹脂により、部分放電機能が向上する。また、空気よりも熱伝導率の高い樹脂により、コアやコイル部材の熱を放熱する機能が増大する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のモールド装置およびモールド方法によると、モールド体中のコイルとコアとの距離を適正に確保することができる。よって、部分放電の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
−コイルの組立工程−
図１は、本発明の実施形態に係るコイル部材の組立方法を示す斜視図である。
本実施形態の組立装置は、４つの個別巻きだし部１４ａ〜１４ｄが設けられたコイル巻きだしローラ１４と、集合ローラ１５と、ピンチローラ１６と、板厚矯正ローラ１７と、曲げローラ１８とを備えている。コイル巻きだしローラ１４の個別巻きだし部１４ａ〜１４ｄは、互いに独立して回転する構造となっている。
【００１７】
個別巻きだし部１４ａ〜１４ｄから巻き出される４本のコイル線１１は、集合領域Ｒａで次第に集められる。そして、４本のコイル線１１は、集合ローラ１５で１つの平角線状に束ねられる。図１の左下図に拡大詳示するように、分割平角線１０は、４本のコイル線１１が平板状に集合して構成されている。両端で各コイル線１１が互いに導通しているので、分割平角線１０は、実質的に１本の平角線として機能する。各コイル線１１は、断面がほぼ矩形状の銅線１２と、銅線１２を被覆する被覆膜１３とを有している。皮覆膜１３は、ポリイミド，ポリアミドイミド，ポリエステルイミド等に代表されるイミド系樹脂からなる。
【００１８】
ピンチローラ１６の軸方向と板厚矯正ローラ１７の軸方向とは、互いにほぼ直交する関係にある。分割平角線１０は、曲げ領域Ｒｂで、曲げローラ１８によってほぼ直角に曲げられる。図示されていないが、ピンチローラ１６−曲げローラ１８−板厚矯正ローラ１７間に、ガイド部材が設けられている。ガイド部材は、分割平角線１０を平板面および両端面に沿って挟持するものである。分割平角線１０は、平板面が曲げローラ１８のローラ面にほぼ直交する方向に、エッジワイズ形状に曲げられる。
【００１９】
曲げられた分割平角線１０は、巻き重ね領域Ｒｄで、平板面同士が重ね合わせられる。これにより、後述するコア（ティース部）の周囲を囲むように巻回されたコイル部材２０が形成される。そして、分割平角線１０を１本の平角線と見たときに、いわゆるエッジワイズコイル形状が形成される。なお、図示されていないが、組立装置には、コイル部材２０を回転させる機構が装備されている。
ただし、本発明のコイル形状は、本実施の形態の平角分割線に限定されるものではない。本発明は、１本のコイル線を巻回したコイル部材についても適用することができる。また、本発明は、断面形状が円形，矩形，多角形など任意の断面形状を有するコイルに適用することができる。
【００２０】
−樹脂モールド工程−
図２は、本実施の形態の樹脂モールド工程で使用されるモールド装置７０の側面図である。モールド装置７０は、下金型６０Ａが設置されるベース部材７５を備えている。ベース部材７５には、縦方向に延びるボールネジ７６が取り付けられている。ボールネジ７６に係合するボールナットを内蔵する上下移動部材７７が設けられている。上下移動部材７７には、軸部材７８の回りに回動可能なコイル位置設定部７１（位置設定手段）が連結されている。同図の拡大断面図に示すように、コイル位置設定部７１は、同時に回転する右ネジ７４Ａと左ネジ７４Ｂとを備えている。
【００２１】
また、右ネジ７４Ａと左ネジ７４Ｂとにそれぞれ係合する１対の移動板７２（板部材）が取り付けられている。１対の移動板７２は、互いに平行に、上下方向に延びる平板である。右ネジ７４Ａおよび左ネジ７４Ｂが回転すると、１対の移動板７１が開方向または閉方向に同じ距離だけ移動する。以下に説明するように、移動板７１は、コイル部材２０の位置を左右対称位置に移動させるものである。
ただし、移動板７２を移動させる機構は、この実施の形態の構造に限定されるものではない。
【００２２】
図３は、コイル位置設定部７１が降下して、移動板７２が下金型６０Ａ内に挿入された状態を示す斜視図である。下金型６０ＡのダイキャビティＤｃには、コイル部材２０が設置されている。１対の移動板７２は、いずれもコイル部材２０の内側に位置している。
【００２３】
以下の説明において、コイル部材２０のコイルサイド部とは、図６に示すｘｚ面に平行な部分である。コイル部材２０のコイルエンド部とは、図６に示すｘｙ面に平行な部分である。ただし、回転モータの場合、ｘ方向はロータ側の方向であり、ｙ方向は周方向であり、ｚ方向はモータ軸方向である。
【００２４】
図５（ａ）〜（ｃ）は、樹脂モールド工程の手順を示す横断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は、図６に示すｙｚ面に平行な断面における構造を示している。図５（ａ），（ｂ）は、コイル部材２０のコイルサイド部の位置を調整する手順を示している。コイルエンド部の位置を調整する場合は、コイル位置設定部７１を同図の位置から軸部材７８の回りに９０°回転させる。
【００２５】
図５（ａ）に示す下金型６０Ａの中心軸Ｏ−Ｏは、軸部材７８の中心を含んでいる。したがって、１対の移動板７２の中心軸Ｏ−Ｏからの距離は、互いに同じ値ｙ１である。一方、コイル部材２０は、当初は下金型６０ＡのダイキャビティＤｃ（凹部）内の任意位置に設置される。したがって、各コイルサイド部の外側面と下金型６０Ａの内側面との距離は、互いに異なっている。
【００２６】
この状態から、モータ（図示せず）が作動して各ネジ７４Ａ，７４Ｂが回転し、移動板７２が開方向に移動する。そして、一方の移動板７２がコイルサイド部の内側面に接触すると、コイル部材２０が一方に移動させられる。その後、両移動板７２がコイル部材２０のコイルサイド部の内側面にそれぞれ接触したときに、モータが停止する。このとき、コイル部材２０のｙ方向の位置が定まる。
【００２７】
図５（ｂ）は、コイル部材２０の位置が定まったときの状態を示している。このとき、各移動板７２と下金型６０Ａの中心線Ｏ−Ｏとの距離は、同じ値ｙ２である。そして、各移動板７２と両コイルサイド部とは、いずれも接触している。したがって、各コイルサイド部の外側面と下金型６０Ａの内側面との距離は、互いに等しい。
【００２８】
その後、移動板７２を９０°回転して、同様の手順で、コイル部材２０のコイルエンド部の位置を設定する。その結果、コイル部材２０は、下金型６０Ａの中央位置にセットされる。
なお、図５に示すｙ方向に平行な別の１対の移動板を設けてもよい。その場合、合計４枚の移動板によって、コイルサイド部およびコイルエンド部の位置を同時に設定することができる。
【００２９】
図４は、下金型６０Ａに上金型６０Ｂをセットする途中の状態を示す斜視図である。コイル部材２０の位置決めが終了すると、図２に示すコイル位置設定部７１を上方に退避させる。そして、下金型６０Ａに上金型６０Ｂをセットする。下金型６０Ａと上金型６０Ｂとは、互いにその中心位置が一致するように、係合し合っている。
【００３０】
上金型６０Ｂには、コアのティース部に相当する形状および寸法を有する中子部６３が設けられている。中子部６３は、下金型６０ＡのダイキャビティＤｃの中央位置に位置するように予め設定されている。そして、上金型６０Ｂの中子部６３は、下金型６０ＡのダイキャビティＤｃ内に挿入される。
このとき、下金型６０Ａの中央位置にセットされたコイル部材２０と中子部６３との距離は、以下のようになる。すなわち、コイル部材２０の各コイルサイド部と中子部６３の側面との距離（隙間）は互いに等しい。また、コイル部材２０の各コイルエンド部と中子部６３の側面との距離（隙間）も互いに等しい。
【００３１】
図５（ｃ）は、下金型６０Ａに上金型６０Ｂを係合させて、モールド部材３１（樹脂）を注入したときの状態を示している。この工程では、中子部６３およびコイル部材２０の周囲に樹脂を注入して、モールド部材３１を形成する。
【００３２】
図６は、モールド工程で形成されたカセットコイル３０（モールド体）および分割コア５１の構造を示す斜視図である。図６においては、モールド部材３１を透明体として表示している。
コイル部材２０のうち、コイルエンド側に突出する２つの端子２１，２２は、モールド部材３１から露出している。モールド部材３１は、開口部３３と、ｘ方向とは逆方向に延びる２つの庇部３５とを備えている。カセットコイル３０を装着する際には、モールド部材３１の開口部３３に、ティース部５１ｂを嵌合させる。また、カセットコイル３０の２つの庇部３５によってヨーク部５１ａの上面および下面を挟む。
【００３３】
モールド部材３１としては、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンスルフィド），ＬＣＰ樹脂（液晶ポリマー），エポキシ樹脂，不飽和ポリエステル樹脂（ＢＭＣ）などが用いられる。
【００３４】
−分割ステータおよびステータの構造−
分割コア５１は、ヨーク部５１ａと、ヨーク部５１からロータ側に突出するティース部５１ｂとを有している。本実施の形態では、分割コア５１は、絶縁層を挟んで多数の磁性鋼板を積層した積層鋼板構造を有している。ただし、絶縁被膜を有する磁性粉末を圧縮成形して形成される，いわゆる圧粉コア構造を採用してもよい。
【００３５】
図７（ａ），（ｂ）は、分割ステータ５０Ａの構造を示す縦断面図および横断面図である。図７（ａ）は、図６に示すｘｙ面に平行な断面における構造を示している。図７（ｂ）は、図６に示すｙｚ面に平行な断面における構造を示している。
【００３６】
本実施の形態では、カセットコイル３０の開口３３は、分割コア５１のティース部５１ｂの外形にほぼ一致している。したがって、分割ステータ５０Ａは、カセットコイル３０をティース部５１ｂに嵌合させることにより、組み立てられる。
よって、ティース部５１ｂとコイル部材２０との距離は、所定範囲０．１ｍｍ〜１．０ｍｍにある。
【００３７】
図８は、分割ステータ５０Ａを環状に組み合わせたステータ５０の概略的な構造を示す断面図である。ステータ５０の内方には、永久磁石を設けたロータ（図示せず）が配置される。
なお、分割コア５０に代えて、ヨーク部で連続的につながった、環状の一体型ステータを用いてもよい。その場合には、ステータから複数のティース部がロータ側に突出する構造となる。
【００３８】
このステータ５０を組み立てるには、以下のような手順が適している。まず、カセットコイル３０をティース部５１ｂに装着して、分割ステータ５０Ａを組み立てる。次に、このように形成された各分割ステータ５０Ａを環状に組み立てる。その後、ステータ５０を、図示しないリング部材等を用いて外側から囲み込んで組み付ける。
先に、分割コア５０Ａを環状に組み立てた後、ティース部５１ｂに各カセットコイル３０を装着してもよい。また、カセットコイル３０を環状に組み立てた後、各カセットコイル３０にティース部５１ｂを挿入してもよい。
【００３９】
本実施の形態によると、コイル部材２０とティース部５１ｂとの間の距離が所定範囲に定められている。よって、分割ステータ５０Ａを使用している間に、部分的に両者が近づきすぎて、部分放電が生じるのを防止することができる。
【００４０】
モールド装置７０の構造は、本実施の形態に限定されるものではない。しかしながら、本実施の形態は、以下の点で優位性を有している。
コイルの構造によっては、コイル部材２０を巻回する際に、設計通りの形状からの誤差が大きくなる。特に、本実施の形態のごとく平角分割線１０をエッジワイズ状に巻回するものでは、大きな塑性変形力を伴う。そのため、コイル部材２０の一部にスプリングバックを生じることがある。また、コイル部材２０の一部が十分塑性変形しない場合もあり得る。
【００４１】
その場合、本実施の形態により、コイル部材２０のうちもっとも内方に突出している部分に一方の移動板７２が接触する。その後、両移動板７２を同じ距離だけ移動させて、コイル部材２０の位置決めを行う。よって、コイル部材２０の形状が局部的に設計寸法からずれている場合でも、絶縁距離を確保することができる。
【００４２】
また、本実施の形態の移動板７２を用いて、ティース部５１ｂと１対のコイルサイド部との距離を等しくしている。よって、分割ステータ５０Ａの寸法を小さく保ちつつ、必要な絶縁距離を確保することができる。
【００４３】
本実施の形態では、上記所定範囲は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍであるが、これに限定されるものではない。一般的には、コアとコイル部材との間の距離が、０．１ｍｍよりも小さいと、部分放電が生じやすい。
ただし、部分放電を防ぐための絶縁距離は、コイルとコアとの電圧や、両者間に配置される部材の誘電率によって異なる。したがって、本発明における所定範囲の下限は、ステータの構造によって定まる絶縁距離であればよい。また、本発明における所定範囲の上限は，必ずしも臨界的意義を有していないので、上限がなくてもよい。
ただし、一般的には、コアとコイルとの間の距離が、１．０ｍｍを超えると、寸法が過大になる。また、スロット内に入る導体面積の割合が小さくなるので、ステータを配置したモータ等の出力の低下を招く。したがって、上記所定範囲の上限が１．０ｍｍであることが好ましい。
【００４４】
本実施の形態では、モールド部材３１によって、コイル部材２０とティース部５１ｂとの隙間が埋められている。モールド部材３１中の樹脂は空気に比べて誘電率が大きいので、この構造によって放電抑制機能も向上する。モールド部材３１は、空隙に比べて熱伝導率も大きいので、ティース部５１ｂやコイル部材２０の熱が外部に放出されやすくなる。
【００４５】
ただし、コイル部材２０とティース部５１ｂとの間に隙間が存在してもよい。図４および図５に示す中子部６３をティース部５１ｂよりも大きくすれば、両者間に隙間が存在する構造になる。その場合にも、中子部６３とコイル部材２０との距離が０．１ｍｍ以上であれば、部分放電を防ぐことが可能である。コイル部材２０とティース部５１ｂとの相対的な位置が変動しても、両者間の絶縁距離は確保されるからである。
【００４６】
（その他の実施の形態）
モールド部材３１は、ティース部５１ｂのコイルサイド部だけに設けられていてもよい。コイルサイド部とは、ティース部５１ｂやコイル部材２０のうち、図２に示すｘｚ面に平行な部分である。発熱量が大きいコイルサイド部から放熱できれば、ティース部５１ｂやコイル部材２０の過熱を有効に防止しうる。
ただし、モールド部材３１が、ティース部５１ｂのコイルエンド部にも設けられていることが、より好ましい。
【００４７】
上記実施の形態では、コアの構造として、ヨーク部５１ａからティース部５１ｂが突出している突極構造を採用した。しかし、本発明のコア構造は、斯かる実施の形態に限定されるものではなく、他の構造を採用することができる。
【００４８】
ティース部５１ｂの形状は、ストレート形状であってもよいし、先端に向かって狭くなるテーパ状であってもよい。ティース部５１の形状がテーパ状の場合は、移動板７２も下方に向かって広がっていることが好ましい。すなわち、移動板７２は、ティース部５１ｂの形状に沿って延びていることが好ましい。
【００４９】
上記実施の形態では、カセットコイルを回転モータの一部として使用した例について説明した。しかし、本発明のカセットコイルは、リニアモータ、発電機、リアクトル、トランスなどにも用いることができる。
【００５０】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示である。したがって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示される範囲を含む。さらに、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のカセットコイルおよびステータは、リニアモータ、発電機、リアクトル、トランスなどに用いることができる。これらの装置は、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車，ロボットや、各種産業機器に配置される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】発明の実施形態に係るコイル部材の組立方法を示す斜視図である。
【図２】実施の形態の樹脂モールド工程で使用されるモールド装置の側面図である。
【図３】コイル位置設定部が降下して、移動板が下金型内に挿入された状態を示す斜視図である。
【図４】下金型に上金型をセットする途中の状態を示す斜視図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、樹脂モールド工程の手順を示す横断面図である。
【図６】樹脂モールド工程で形成されたカセットコイルおよび分割コアの構造を示す斜視図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、分割ステータの構造を示す縦断面図および横断面図である。
【図８】分割ステータを環状に組み合わせたステータの概略的な構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
Ｄｃ    ダイキャビティ（凹部）
１０    分割平角線
２０    コイル部材
２１，２２  端子
３０    カセットコイル（モールド体）
３１    モールド部材
３３    開口部
３５    庇部
５０    ステータ
５０Ａ  分割ステータ
５１    分割コア
５１ａ  ヨーク部
５１ｂ  ティース部
６０Ａ  下金型
６０Ｂ  上金型
６３    中子部
７０    モールド装置
７１    コイル位置設定部（位置設定手段）
７２    移動板（板部材）
７４Ａ  右ネジ
７４Ｂ  左ネジ
７５    ベース部材
７６    ボールネジ
７７    上下移動部材
７８    軸部材
【図１】
2010004723.tif 000003
【図２】
2010004723.tif 000004
【図３】
2010004723.tif 000005
【図４】
2010004723.tif 000006
【図５】
2010004723.tif 000007
【図６】
2010004723.tif 000008
【図７】
2010004723.tif 000009
【図８】
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