(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体を巻回して形成したコイルと、前記コイルを挿入するティースを備えた固定子コアと、前記固定子コアに挿入したコイルのコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部と、を備える固定子において、
前記固定子コアと前記コイルの間にはインシュレータがインサート成形によって形成されて備えられ、
前記樹脂モールド部は、前記コイルと前記固定子コアの端面との間に、使用環境下で熱による影響により前記樹脂モールド部に発生する応力を緩和する応力緩和部として前記固定子コアの径方向に貫通して形成される空洞を有すること、
前記インシュレータは、前記コイルを支える一対の支持壁を有し、前記空洞は前記一対の支持壁の間に形成されていること
を特徴とする固定子。
【請求項２】
導体を巻回して形成したコイルと、前記コイルを挿入するティースを備えた固定子コアと、前記固定子コアに挿入したコイルのコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部と、を備える固定子において、
前記固定子コアと前記コイルの間にはインシュレータがインサート成形によって形成されて備えられ、
前記樹脂モールド部は、前記コイルと前記固定子コアの端面との間に、使用環境下で熱による影響により前記樹脂モールド部に発生する応力を緩和する応力緩和部として前記固定子コアの径方向に貫通して形成される空洞を有すること、
前記インシュレータは、前記固定子コアの端面を覆う端面壁部を有し、
前記端面壁部には、前記インシュレータを破断させる破断部が前記空洞に沿って設けられていることを特徴とする固定子。
【請求項３】
導体を巻回して形成したコイルと、前記コイルを挿入するティースを備えた固定子コアと、前記固定子コアに挿入したコイルのコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部と、を備える固定子において、
前記固定子コアと前記コイルの間にはインシュレータがインサート成形によって形成されて備えられ、
前記樹脂モールド部は、前記コイルと前記固定子コアの端面との間に、使用環境下で熱による影響により前記樹脂モールド部に発生する応力を緩和する応力緩和部として前記固定子コアの径方向に貫通して形成される空洞を有すること、
前記インシュレータの前記固定子コアの端面側には、前記ティースの側面を覆う側壁部から前記固定子コアの端面に沿って沿設されるリブ部が形成されていることを特徴とする固定子。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の固定子において、
前記固定子コアとして積層される電磁鋼板のうち、前記固定子コアの端面に配置される前記電磁鋼板のティース部の幅が前記固定子コアの周方向に狭く形成されていることを特徴とする固定子。
【請求項５】
請求項４に記載の固定子において、
前記ティース部の幅が、階段状に前記固定子コアの端面に向けて、前記固定子コアの周方向に狭く形成されていることを特徴とする固定子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルエンド部分を樹脂モールドした固定子をモータに用いる際に、使用環境によって樹脂モールド部分の内部に生ずる内部応力の発生を緩和する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の駆動力にモータを用いる需要が増加している。モータを駆動力として用いるために車載する場合、モータに用いられる固定子のコイルエンド部分はワニスや樹脂で保護することが多い。固定子コアとコイルとのコイルエンド部分をワニスまたは樹脂によって保護することで、固定子コアとコイルのコイルエンド部分における絶縁性を確保している。
また、車載されたモータは、頻繁に振動が伝えられる使用環境となる。この振動によって固定子コアに対してコイルが動いてしまうと、コイルと固定子コアの間に摩擦が生じてコイルを保護する絶縁被覆やインシュレータ等の絶縁素材が剥離する虞がある。このため、コイルエンド部の保護にワニスや樹脂を用いることは、固定子コアにコイルを固定する目的もある。【０００３】
しかし、固定子のコイルエンド部分の保護にワニスを用いる場合、固定子のコイルエンド部分にワニスを滴下し、硬化させるのに時間がかかるという問題があり、コストダウンすることは困難である。このため、固定子のコイルエンド部分の保護に樹脂を用いる方法が検討されている。
固定子のコイルエンド部分の保護に樹脂を用いる場合には、樹脂モールド部分をインサート成形などの手法によって固定子コアの端面のほぼ全体を覆うような形状に形成する等の方法が知られている。【０００４】
特許文献１には、回転電機の固定子構造についての技術が開示されている。
固定子コアにインシュレータを配置して、コイルを巻回した状態で、固定子コアのコイルエンド部分を樹脂モールドする。この固定子コアのコイルエンド部分を樹脂モールドに当接する際に、インシュレータの形状が樹脂モールド部分と当接する部分全てが鋭角にならないように構成されている。
このようにインシュレータの形状を工夫することで、樹脂内部で発生する応力集中を避けることが可能となる。【０００５】
固定子を覆う樹脂モールド部分は、樹脂と固定子コアやインシュレータ、コイル等との膨張率が異なる。このため、モータを使用する環境において、樹脂が熱収縮を繰り返して内部応力を発生し、応力集中部分にクラックが入ることで短絡が発生するなどの問題がある。
この問題を解決する手法として、特許文献１ではインシュレータに形成される角部をアール処理するという方法を開示している。【０００６】
特許文献２には、相間絶縁紙およびモータに関する技術が開示されている。
固定子に備えるコイルの相間に挿入する相間絶縁紙の形状を、絶縁部を繋ぎ部で繋ぐ略ロの字状の形状とし、繋ぎ部が伸縮自在になるように折り畳まれたり、波打ち状に形成されたり、あるいは脆弱部を設けて脆弱部で破断するように構成している。このように繋ぎ部を工夫することで、相間絶縁紙の絶縁部の位置ずれを防止している。【０００７】
特許文献３には、モータの固定子及び固定子の製造方法に関する技術が開示されている。
固定子コアに配置するインシュレータをインサート成形にて形成し、コイル巻回後樹脂モールド部分も同種の樹脂を用いて形成する。インシュレータは、固定子コアにインサート成形されて設けられるので、固定子コアとインシュレータとの間に空隙を作らない。この結果、コイルに発生する熱を、インシュレータを介して固定子コアに速やかに伝達することが可能となり、モータの放熱性を向上させることが可能となる。【０００８】
特許文献４には、分割固定子、モータ、分割固定子製造方法に関する技術が開示されている。
特許文献３と同じく、固定子コアの周囲にインサート成形して形成されるインシュレータと、コイル巻回後樹脂モールド部分をインシュレータと同種の樹脂で形成する技術を分割型固定子に採用した例であり、モータの放熱性を向上している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２６１１４７号公報
【特許文献２】特開２００６−２１７７０７号公報
【特許文献３】特開２００８−１６０９３８号公報
【特許文献４】特開２００９−０７２０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１乃至特許文献４に記載の技術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。【００１１】
上述の理由により、特許文献１乃至特許文献４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。【００１２】
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】
【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は以下のような特徴を有する。【００１４】
（１）導体を巻回して形成したコイルと、前記コイルを挿入するティースを備えた固定子コアと、前記固定子コアに挿入したコイルのコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部と、を備える固定子において、前記固定子コアと前記コイルの間にはインシュレータがインサート成形によって形成されて備えられ、前記樹脂モールド部は、前記コイルと前記固定子コアの端面との間に、使用環境下で熱による影響により前記樹脂モールド部に発生する応力を緩和する応力緩和部として前記固定子コアの径方向に貫通して形成される空洞を有すること、前記インシュレータは、前記コイルを支える一対の支持壁を有し、前記空洞は前記一対の支持壁の間に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
（２）導体を巻回して形成したコイルと、前記コイルを挿入するティースを備えた固定子コアと、前記固定子コアに挿入したコイルのコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部と、を備える固定子において、前記固定子コアと前記コイルの間にはインシュレータがインサート成形によって形成されて備えられ、前記樹脂モールド部は、前記コイルと前記固定子コアの端面との間に、使用環境下で熱による影響により前記樹脂モールド部に発生する応力を緩和する応力緩和部として前記固定子コアの径方向に貫通して形成される空洞を有すること、前記インシュレータは、前記固定子コアの端面を覆う端面壁部を有し、前記端面壁部には、前記インシュレータを破断させる破断部が前記空洞に沿って設けられていることを特徴とする。
【００１６】
（３）導体を巻回して形成したコイルと、前記コイルを挿入するティースを備えた固定子コアと、前記固定子コアに挿入したコイルのコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部と、を備える固定子において、前記固定子コアと前記コイルの間にはインシュレータがインサート成形によって形成されて備えられ、前記樹脂モールド部は、前記コイルと前記固定子コアの端面との間に、使用環境下で熱による影響により前記樹脂モールド部に発生する応力を緩和する応力緩和部として前記固定子コアの径方向に貫通して形成される空洞を有すること、前記インシュレータの前記固定子コアの端面側には、前記ティースの側面を覆う側壁部から前記固定子コアの端面に沿って沿設されるリブ部が形成されていることを特徴とする。
【００１７】
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の固定子において、前記固定子コアとして積層される電磁鋼板のうち、前記固定子コアの端面に配置される前記電磁鋼板のティース部の幅が前記固定子コアの周方向に狭く形成されていることを特徴とすることが好ましい。
【００１８】
（５）（４）に記載の固定子において、前記ティース部の幅が、階段状に前記固定子コアの端面に向けて、前記固定子コアの周方向に狭く形成されていることを特徴とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
このような特徴を有する本発明の一態様による固定子により、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、導体を巻回して形成したコイルと、コイルを挿入するティースを備えた固定子コアと、固定子コアに挿入したコイルのコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部と、を備える固定子において、固定子コアとコイルの間にはインシュレータがインサート成形によって形成されて備えられ、樹脂モールド部は、コイルと固定子コアの端面との間に、使用環境下で熱による影響により樹脂モールド部に発生する応力を緩和する応力緩和部として固定子コアの径方向に貫通して形成される空洞を有すること、インシュレータは、コイルを支える一対の支持壁を有し、空洞は一対の支持壁の間に形成されているものである。
【００２４】
課題で言及したとおり、コイルに用いる導体の断面積を増やしたりエッジワイズ曲げ加工のコイルを用いたりすることで、固定子コア端面とコイルとの間には隙間が大きく形成される傾向にある。
固定子コア端面とコイルとの隙間を樹脂で埋めてしまっている場合は、隙間の中心に向かって樹脂が収縮するため、モータの使用環境下で樹脂モールド部及びインシュレータ内部への内部応力の蓄積につながる。出願人の調査により、この樹脂モールド部への内部応力は固定子コアの端面の角部分、すなわちインシュレータの４隅に対応する場所に蓄積される傾向にあることが分かっている。また、インシュレータ自身にも４隅に内部応力が蓄積する。
しかしながら、樹脂モールド部又はインシュレータに応力を緩和する応力緩和部を設けることで、樹脂モールド部又はインシュレータへの内部応力の蓄積を抑えることが可能となる。その結果、インシュレータ及び樹脂モールド部の損傷を抑えることができ、使用環境下での製品寿命を大きく延ばすことが可能となる。【００２５】
また、応力緩和部として樹脂モールド部に形成される空洞は、固定子コアの径方向に連続して形成されるので、形成される空洞は、樹脂モールド部に固定子の端面に沿って固定子の軸心を中心として放射線状に配置されることになる。
このように樹脂モールド部に空洞が形成されることで、樹脂モールド部に必要とされる樹脂の量を減らすことができる。また、空洞を設けることで樹脂モールド部の樹脂の収縮量を抑えることが可能となる。
その結果、インシュレータ及び樹脂モールド部に蓄積される内部応力の発生を抑えることができ、使用環境下で製品寿命を大きく延ばすことが可能となる。【００２６】
また、上記（２）に記載の発明の態様は、導体を巻回して形成したコイルと、コイルを挿入するティースを備えた固定子コアと、固定子コアに挿入したコイルのコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部と、を備える固定子において、固定子コアとコイルの間にはインシュレータがインサート成形によって形成されて備えられ、樹脂モールド部は、コイルと固定子コアの端面との間に、使用環境下で熱による影響により樹脂モールド部に発生する応力を緩和する応力緩和部として固定子コアの径方向に貫通して形成される空洞を有すること、インシュレータは、固定子コアの端面を覆う端面壁部を有し、端面壁部には、インシュレータを破断させる破断部が空洞に沿って設けられているものである。
インシュレータに形成された破断部は、他の部分よりも引っ張り強度が低く設定されていることで、樹脂モールド部に応力が発生すると、最初に破断する。
固定子には、前述したとおり固定子コアと樹脂モールド部及びインシュレータの樹脂とコイルとの熱収縮率の違いから、使用環境下で熱による影響により内部応力が発生し、コイルと固定子コアとの絶縁性に影響する可能性があるという問題がある。このために、インシュレータが熱収縮率する際に力が多く発生する方向に直交するよう、固定子コアの径方向に沿って破断部を設けてある。
【００２７】
そして、この破断部が固定子コアの端面側であって、固定子コアの径方向に沿って設けられていることで、応力が発生した際に破断部にて積極的に破断させることができる。
インシュレータが破断部にて破断することで、使用環境下での熱による影響により発生した応力の伝達を阻害する。つまり、絶縁性に寄与しない部分を積極的に破断させることで、絶縁性能保持が必要な部位に応力が伝達することを抑えることが可能となる。【００２８】
また、上記（３）に記載の発明の態様は、導体を巻回して形成したコイルと、コイルを挿入するティースを備えた固定子コアと、固定子コアに挿入したコイルのコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部と、を備える固定子において、固定子コアとコイルの間にはインシュレータがインサート成形によって形成されて備えられ、樹脂モールド部は、コイルと固定子コアの端面との間に、使用環境下で熱による影響により樹脂モールド部に発生する応力を緩和する応力緩和部として固定子コアの径方向に貫通して形成される空洞を有すること、インシュレータの固定子コアの端面側には、ティースの側面を覆う側壁部から固定子コアの端面に沿って沿設されるリブ部が形成されているものである。
インシュレータはティースの側面を覆う側壁部とティースの端面側を部分的に覆うリブ部を備えている。つまり、ティースの端面側はインシュレータが不連続になっている。
このため、（２）の発明の破断部が破断した状態と同じ条件となり、樹脂モールド部にてモータの使用環境下において熱収縮が発生した際にも、不連続になる部分で応力の伝達を遮断し、樹脂の収縮力を分散させることが可能となる。
その結果、樹脂モールド部またはインシュレータの絶縁性能保持が必要な部位に応力が集中することを抑えることが可能となる。
【００２９】
また、上記（４）に記載の発明の態様は、（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の固定子において、固定子コアとして積層される電磁鋼板のうち、固定子コアの端面に配置される電磁鋼板のティース部の幅が固定子コアの周方向に狭く形成されているものである。
固定子コアの端面に配置される電磁鋼板のティース部の幅が固定子コアの周方向に狭く形成されていることで、固定子コアのティース部を覆うように形成されるインシュレータ内部に集中する応力を分散させることが可能となる。あわせて樹脂モールド部に空洞を有することで、（１）に記載の固定子よりも高い効果が得られる。
この結果、モータの使用環境下にてインシュレータ及び樹脂モールド部の損傷を抑えてコイルと固定子コアとの絶縁を保つことが可能となる。
【００３０】
また、上記（５）に記載の発明の態様は、（４）に記載の固定子において、ティース部の幅が、階段状に固定子コアの端面に向けて、固定子コアの周方向に狭く形成されているものである。
固定子コアのティース部の角部を階段状に形成することで、（４）に記載の固定子よりも、より集中応力分散効果が得られるので、前述したインシュレータ及び樹脂モールド部の損傷を抑えてコイルと固定子コアとの絶縁を保つことが可能となる。
【００３１】
また、上記（１）に記載の発明の態様は、インシュレータは、コイルを支える一対の支持壁を有し、空洞は一対の支持壁の間に形成されているものである。
出願人の行った応力解析の結果、最も応力低減の効果の高いのは全体的に空洞を形成するモデルである。その次に空洞の下の肉を厚くしたモデル、そして、楕円状に空洞を設けたモデルという順に効果が低くなる。
したがって、インシュレータに支持壁を備えた形状を採用し、空洞を一対の支持壁の間に形成することで、より応力低減効果を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】第１実施形態の、固定子の斜視図である。
【図２】第１実施形態の、分割固定子コアユニットの斜視図である。
【図３】第１実施形態の、分割固定子コアユニットの正面断面図の一部である。
【図４】比較のために用意した、樹脂モールド部に空洞を設けていない状態でのコイルエンドの応力解析結果を示す模式図である。
【図５】比較のために用意した、樹脂モールド部に空洞を設けた場合の固定子コア端部の模式断面図である。
【図６】比較のために用意した、空洞を設けない固定子のモデルである。
【図７】比較のために用意した、楕円肉抜きモデルである。
【図８】第１実施形態の、コイルエンドに空洞が形成されたモデルである。
【図９】比較のために用意した、下側の肉厚を厚くしたモデルである。
【図１０】図６乃至図９のモデルとした、応力解析結果を比較したグラフである。
【図１１】第２実施形態の、固定子コアの模式断面図である。
【図１２】第３実施形態の、固定子コアの模式断面図である。
【図１３】第４実施形態の、固定子コアの模式断面図である。
【図１４】第５実施形態の、固定子コアの模式断面図である。
【図１５】第６実施形態の、固定子コアの模式断面図である。
【図１６】従来技術の、インシュレータの歪みを解析した結果である。
【図１７】第６実施形態の、インシュレータの歪みを解析した結果である。
【図１８】第６実施形態の、応力解析結果を比較したグラフである。
【図１９】第７実施形態の、固定子コアの模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
まず、本発明の第１の実施形態について説明をする。
（第１実施形態）
図１に、第１実施形態の固定子の斜視図を示す。
図２に、分割固定子コアユニットの斜視図を示す。
固定子１０は分割型の固定子コアを用いており、図２に示される分割固定子ユニット１１０が１８個円環状に配置されて、固定子１０を形成している。
分割固定子ユニット１１０は分割式固定子コア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、固定子１０のコイルエンドにはバスバフォルダ１０１を備えており、分割固定子ユニット１１０の外周にはアウターリング１０２が嵌められている。
【００３８】
分割式固定子コア１１１は、プレス等で形成された電磁鋼板を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。
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部１１２ａと内側コイル端部１１２ｂを備えている。平角導体Ｄは、平角断面を有する銅など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。
分割式固定子コア１１１にはインシュレータ１１４がインサート成形される。インシュレータ１１４にはコイル１１２が挿入され、その後、再びインサート成形が行われて樹脂モールド部１１３が形成される。
なお、インシュレータ１１４や樹脂モールド部１１３の形成工程に関しては、出願人の出願している特開２００９−７２０５５号公報等を参照されたい。
【００３９】
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。分割式固定子コア１１１にインシュレータ１１４をインサート成形することで、分割式固定子コア１１１とインシュレータ１１４の密着性を高めることができる。
インシュレータ１１４は、分割式固定子コア１１１のティース部１１１ａの側面を覆う側壁部１１４ａと、ティース部１１１ａの端面を覆う端面壁部１１４ｂとを備えている。また、コイル１１２を支える支持壁１１４ｃを端面壁部１１４ｂの両端に備えている。
【００４０】
図３に、分割固定子コアユニットの正面断面図の一部を示す。なお、ティース部１１１ａの積層鋼板の厚みは、分かり易いように厚く描かれている。図２のＡＡ断面の一部を示している。
ティース部１１１ａの端面には、支持壁１１４ｃがコイル１１２を支持する形で端面壁部１１４ｂの両端に設けられている。そして、その間には応力緩和部となる空洞１２０が形成される。
空洞１２０は、樹脂モールド部１１３形成時に、分割式固定子コア１１１の外周側もしくは内周側から突出する金型の凸部によって形成される。したがって、空洞１２０は、分割固定子ユニット１１０の内周側から外周側に貫通する形状となっている。
図示はしていないが、分割式固定子コア１１１の両端面に空洞１２０が形成されるので、分割固定子ユニット１１０一つ当たり２つの空洞１２０が形成されることになる。
【００４１】
このように形成される空洞１２０は、コイル１１２の内側に樹脂モールド部１１３の肉が極力つかないように形成されることが好ましい。しかし、インサート成形の特性上、コイル１１２の内側や端面壁部１１４ｂの上面等に樹脂モールド部１１３の余肉が生じてしまう。したがって、この肉の厚みは薄く形成することが望ましい。
【００４２】
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効果を奏する。
まず、樹脂モールド部１１３における応力集中を、樹脂モールド部１１３に空洞１２０を設けた事で緩和することが可能である点が挙げられる。
第１実施形態の固定子１０は、平角導体Ｄを巻回して形成したコイル１１２と、コイル１１２を挿入するティース部１１１ａを備えた分割式固定子コア１１１と、分割式固定子コア１１１に挿入したコイル１１２のコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部１１３と、を備える固定子１０において、分割式固定子コア１１１とコイル１１２の間にはインシュレータ１１４がインサート成形によって形成され、樹脂モールド部１１３は、コイル１１２と分割式固定子コア１１１の端面との間に、固定子１０の径方向に連続して形成される空洞１２０を有するものである。
【００４３】
図４に、空洞を設けていない状態でのコイルエンドの応力解析結果を示す模式図を示す。図３の図面に対応する部位である。なお、樹脂モールド部とインシュレータとは同種の樹脂で形成されているため、解析の都合で一体的に表現されている。
樹脂モールド部１１３に空洞１２０を設けない固定子１０の場合、図４に示したように、応力集中部Ｐに応力が集中していることが分かる。
具体的には、固定子１０の断面モデルに熱サイクル負荷を掛けることで、樹脂モールド部１１３に収縮力Ｆ１が働き、応力集中部Ｐに応力が集中する。これは、コイル１１２やティース部１１１ａの線膨張係数に対して樹脂モールド部１１３やインシュレータ１１４の線膨張係数が大きいため、熱収縮率が高く、樹脂モールド部１１３の中心、すなわち図面左側に向かって樹脂が収縮しようとする力が働く。また、コイル１１２から樹脂モールド部１１３が剥離しようとする力が働く。
【００４４】
このような収縮力Ｆ１の発生により応力集中部Ｐに応力が集中し蓄積することで、樹脂モールド部１１３又はインシュレータ１１４にクラックが発生し、コイル１１２とティース部１１１ａとの間で絶縁不良が起こる虞がある。
しかし、このような収縮力Ｆ１は、樹脂モールド部１１３に空洞１２０を形成することで緩和される。これは、樹脂モールド部１１３の樹脂の体積が減るので、樹脂の収縮量が減ることと、空洞１２０が形成されることで、収縮力Ｆ１の伝達が阻害されるということに起因する。
【００４５】
図５に、空洞を設けた場合の固定子コア端部の模式断面図を示す。図３のB部に対応する。
固定子１０の分割固定子ユニット１１０のコイルエンドには、空洞１２０が設けられている。このおかげで、インシュレータ１１４の収縮する分だけ樹脂が収縮し、図４と比べて、収縮する樹脂が減った分だけ収縮力Ｆ１が減少する。その結果、応力集中部Ｐでの応力集中も減殺される。
【００４６】
図６に、従来技術の空洞を設けない固定子のモデルを示す。図３のB部に対応する部位である。
図７に、楕円肉抜きモデルを示す。図３のB部に対応する部位である。
図８に、コイルエンドに空洞が形成されたモデルを示す。図３のB部に対応する部位である。
図９に、下側の肉厚を厚くしたモデルを示す。図３のB部に対応する部位である。
図１０に、応力解析の結果を示す。
解析モデル図６乃至図９に示すものを用意して、固定子１０のコイルエンドの応力解析を行った。その結果は図１０に示している。グラフの縦軸は発生応力を示している。「従来」と示すものは、図６をモデルとして解析した結果であり、「楕円肉抜き」と示すものは図７をモデルとして、「肉抜き」と示すものは図８をモデルとして、「下肉厚肉抜き」と示すものは図９をモデルとして解析したものである。
【００４７】
応力解析の結果、最も応力低減の効果の高いのは図８のように全体的に空洞１２０を形成することである。その次に図９に示す空洞１２０の下の肉を厚くしたモデル、そして、楕円状に空洞１２０を設けたモデルと効果が低くなる。
つまり、図１０の結果から、より樹脂モールド部１１３の樹脂の量が少ない方が、応力低減に効果があることが分かる。また、固定子１０の軸方向の肉を薄くした方が良い結果が得られていることが分かる。
したがって、第１実施形態においては、インシュレータ１１４に支持壁１１４ｃを備えた形状を採用している。
【００４８】
また、第１実施形態の固定子１０は、樹脂モールド部１１３に用いる樹脂の量を低減できるという効果を得られる。
分割固定子ユニット１１０のコイルエンド部分に空洞１２０を設けることで、単純に樹脂モールド部１１３に用いる樹脂の量を減らすことが可能となる。
樹脂モールド部１１３に用いる樹脂の量を減らすことで、固定子１０の重量の低減が可能となる。また、使用する樹脂の量が減ることに寄るコストダウンを図ることが可能となる。
【００４９】
また、第１実施形態の固定子１０は、樹脂モールド部１１３に空洞１２０を設けることで、冷却効果を得ることが可能となる。
固定子１０を用いたモータは、エンジン付近で用いられ、常にクーラントに接触する環境にある。したがって、樹脂モールド部１１３に空洞１２０を設けた事による表面積の増加により、クーラントへの接触面積が増加して冷却効率を高めることに貢献することが可能となる。
固定子１０の使用時におけるコイル１１２からの抵抗発熱により、樹脂モールド部１１３、インシュレータ１１４等の絶縁性能の低下や、コイル１１２の通電性能の低下等を招く可能性があり、冷却は必須である。したがって、固定子１０の冷却効率の向上によりモータの性能の向上や寿命を延ばすことに貢献することが可能となる。
【００５０】
なお、出願人はこのほかにも様々な形態の固定子１０の応力解析を行っており、その結果、本発明の空洞１２０を設けた上で、分割固定子ユニット１１０に備える分割式固定子コア１１１のティース部１１１ａの角部を落としたり、ティース部１１１ａの端面側に樹脂モールド部１１３の収縮を防止することを目的としたピンを設けたりする方法を組み合わせることで、さらに応力低減効果を上げることが可能であることを確認している。
固定子１０の設計思想にもよるが、本発明は他の形態と組み合わせてより高い応力低減効果を得ることを妨げるものではない。
【００５１】
次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。
（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、インシュレータ１１４の形状が若干異なる。以下にその点について説明する。
図１１に、第２実施形態の固定子コアの模式断面図を示す。
第１実施形態のインシュレータ１１４と第２実施形態のインシュレータ１１４とでは、端面壁部１１４ｂに破断部にあたる破断溝１１４ｄが設けられている点で異なる。
この破断溝１１４ｄは、分割固定子ユニット１１０の内周側から外周側に向かって設けられている。つまり、空洞１２０と平行に設けられている。
【００５２】
なお、図１１では片側しか示されていないが、分割固定子ユニット１１０には片側の端面に２カ所ずつ、計４カ所に破断溝１１４ｄが設けられる。つまり端面壁部１１４ｂに２箇所ずつ設けられている。
また、この破断溝１１４ｄは、インシュレータ１１４の角部であって端面壁部１１４ｂの両端部分付近に設けられているが、コイル１１２とティース部１１１ａとの絶縁沿面距離が確保可能である必要があるため、端面壁部１１４ｂの端部から所定の距離Ｘ１が確保されている。つまり、距離Ｘ１の幅のリブが側壁部１１４ａの端面から沿設されている状態となっている。
【００５３】
第２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効果を奏する。
まず、インシュレータ１１４を破断溝１１４ｄで積極的に破断させるので、インシュレータ１１４に発生する応力を緩和することが可能となる。
第２実施形態の固定子１０は、インシュレータ１１４に、強度の低い破断に対応する破断溝１１４ｄが設けられ、破断溝１１４ｄが、分割固定子ユニット１１０の端面側に分割固定子ユニット１１０の径方向に沿って形成されている。
このため、固定子１０を使用中に使用環境下での熱による影響による収縮力Ｆ１が発生した場合、破断溝１１４ｄが破断する。これは、インシュレータ１１４の端面壁部１１４ｂにおいて、破断溝１１４ｄの部分が最も薄く破断しやすく形成されているためである。
【００５４】
なお、この破断溝１１４ｄは第２実施形態に示すような溝形状とせず、ミシン目のような破断線としても良い。要は、端面壁部１１４ｂに収縮力Ｆ１が生じた際に破断溝１１４ｄで積極的に破断するような構造であれば良いのである。この際に距離Ｘ１の幅のリブが側壁部１１４ａに残る状態となれば、破断溝１１４ｄに相当する部分で破断が起きた際にもコイル１１２と分割式固定子コア１１１との絶縁沿面距離が保たれることになる。
このような破断溝１１４ｄがインシュレータ１１４に形成されることで、収縮力Ｆ１の発生によって破断溝１１４ｄで積極的に破断し、収縮力Ｆ１の伝達を破断溝１１４ｄで遮断することが可能となる。
つまり、図１１における破断溝１１４ｄの右側と左側で発生する力が分断され、その結果、応力集中部Ｐにおいて集中応力が蓄積されにくくなる。
よって、ティース部１１１ａとコイル１１２との短絡を生じるようなクラックの発生を抑制することが可能となる。
【００５５】
また、インシュレータ１１４に形成される破断溝１１４ｄは、空洞１２０と平行な形状であるため、インサート成形する際に型抜きすることが可能である。すなわち、インシュレータ１１４を形成するための型の形状を変更するだけで形成可能であるため、コストを掛けずに応力対策を採ることが可能である。
【００５６】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
（第３実施形態）
第３実施形態は、第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、インシュレータ１１４の形状が若干異なる。以下にその点について説明する。
図１２に、第３実施形態の固定子コアの模式断面図を示す。
第１実施形態のインシュレータ１１４と第２実施形態のインシュレータ１１４とでは、端面壁部１１４ｂの形状が異なる。
端面壁部１１４ｂは、距離Ｘ１の幅だけ形成されている。つまり、インシュレータ１１４は側壁部１１４ａの端部から沿設される距離Ｘ１の幅のリブ部を有している。他のインシュレータ１１４の角部も同じように形成されており、端面壁部１１４ｂは２分割された状態となっている。距離Ｘ１の距離は、コイル１１２とティース部１１１ａとの絶縁沿面距離が確保できる程度に設定されている。
【００５７】
第３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効果を奏する。
まず、インシュレータ１１４の端面壁部１１４ｂがティース部１１１ａの端面全てを覆っていない状態であり、端面壁部１１４ｂが不連続に形成されているため、収縮力Ｆ１方向に発生する力を抑えることができる。
効果は、第２実施形態の破断溝１１４ｄで端面壁部１１４ｂが破断した状態と同じであり、第２実施形態と第３実施形態の違いは、最初から破断した状態であるか、使用中に破断するかの違いとなる。
【００５８】
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
（第４実施形態）
第４実施形態は、第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、固定子１０の製造方法について若干異なる。以下にその点について説明する。
図１３に、第４実施形態の固定子コアの断面図を示す。
第４実施形態の固定子１０は、第１実施形態の空洞１２０が設けられる代わりに、コイル１１２の内側にプライマー剤１３０を設けている。
【００５９】
このプライマー剤１３０は、コイル１１２を巻回した後に、コイル１１２の内周面に塗布したものである。プライマー剤１３０は耐熱性の高いものが好ましく、エポキシ系の接着剤を用いている。
コイル１１２の内面にプライマー剤１３０を塗布した後に、分割式固定子コア１１１のティース部１１１ａにコイル１１２を挿入し、その状態でインサート成形を行う。分割式固定子コア１１１には事前にインシュレータ１１４が形成されているものとする。
【００６０】
この後、第１実施形態で説明したような流れで樹脂モールド部１１３が形成されることで、プライマー剤１３０によりコイル１１２とコイル１１２の内側に存在する樹脂モールド部１１３との密着性が向上する。なお、第１実施形態では空洞１２０を形成するために金型に突起をつける必要がある旨を記載したが、第４実施形態では空洞１２０を形成しないためそのような突起は必要ない。
また、プライマー剤１３０の塗布は、ティース部１１１ａにコイル１１２を挿入した後に行っても良い。
【００６１】
第４実施形態の固定子１０は上記構成及び製造過程を経ることで、以下に説明する作用及び効果を奏する。
まず、使用環境下において固定子１０内部に熱による影響で発生する応力を低減することが可能となる点が挙げられる。
第４実施形態の固定子１０の製造方法は、平角導体Ｄを巻回してコイル１１２を形成し、ティース部１１１ａを備えた分割式固定子コア１１１にコイル１１２を挿入し、分割式固定子コア１１１に挿入したコイル１１２のコイルエンド部分を樹脂で覆った樹脂モールド部１１３を形成する固定子製造方法において、コイル１１２のコイルエンド部分の内周面に、プライマー剤１３０を塗布し、プライマー剤１３０が塗布されたコイル１１２をティース部１１１ａに挿入し、樹脂モールド部１１３を形成するものである。
【００６２】
コイル１１２の内周面にプライマー剤１３０を設けることで、図１３に示すように発生した収縮力Ｆ１に対する抗力Ｆ２を生じさせることができる。
樹脂モールド部１１３における、熱収縮の影響はコイル１１２と樹脂モールド部１１３との界面において発生している。すなわち、コイル１１２から樹脂モールド部１１３が剥離することで、応力集中部Ｐにおいて応力はより蓄積しやすくなる。
【００６３】
したがって、コイル１１２と樹脂モールド部１１３との剥離が起こりにくくなるようにプライマー剤１３０を設けておけば、発生する収縮力Ｆ１はプライマー剤１３０の接着力及びコイル１１２の弾性力によって抗力Ｆ２を発生するので、結果的に応力集中部Ｐでの応力集中を避ける方向に作用する。
この結果、固定子１０の樹脂モールド部１１３又はインシュレータ１１４に集中応力が蓄積することを抑制することができ、固定子１０の寿命を延ばすことに貢献する。
【００６４】
なお、コイル１１２と樹脂モールド部１１３との剥離を起こりにくくするためには、プライマー剤１３０を用いる方法の他に、コイル１１２の周囲を覆う絶縁被覆材と樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４を構成する樹脂とが剥離しにくくなるように、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４の材質をコイル１１２の絶縁被覆材と溶着性の良い物質を用いる方法も考えられる。
樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４の材質を、コイル１１２を覆う絶縁被覆材と溶着性の良いものとしても、結果的にはプライマー剤１３０を塗布するのと同じ効果が得られる。
この方法は、プライマー剤１３０を塗布する工程が無い分だけ、固定子１０のコストダウンに貢献することが可能である。ただし、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４の樹脂の選択の幅が狭まるので、樹脂に求められる絶縁性能や耐熱性などを勘案して選択することが望ましい。
【００６５】
次に、本発明の第５の実施形態の構成について説明する。
（第５実施形態）
第５実施形態は、第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、ティース部１１１ａの形状が若干異なる。以下にその点について説明する。
図１４に、第５実施形態の固定子コアの模式断面図を示す。
第５実施形態の分割式固定子コア１１１は、ティース部１１１ａがコイルエンド部分において分割式固定子コア１１１の周方向の幅が短くなっている。すなわち、図１４に示すように分割式固定子コア１１１の端面に配置される第１電磁鋼板ティース部１１１ａ１のティース幅は、第２電磁鋼板ティース部１１１ａ２や第３電磁鋼板ティース部１１１ａ３よりも狭く設定されている。
【００６６】
第５実施形態の構成をとることで、分割固定子ユニット１１０は応力集中部Ｐに生じる応力集中を緩和することが可能となる。
第１電磁鋼板ティース部１１１ａ１の幅が狭くなる分、ティース部１１１ａの周囲に形成されるインシュレータ１１４の角部は肉厚に形成できる。また、図１４に示されるように、ティース部１１１ａの角部が、第１電磁鋼板ティース部１１１ａ１と第２電磁鋼板ティース部１１１ａ２の２カ所に形成されることで、使用環境下における熱影響によって生じる応力の応力集中部Ｐが分散される。
【００６７】
次に、本発明の第６の実施形態の構成について説明する。
（第６実施形態）
第６実施形態は、第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、ティース部１１１ａの形状が若干異なる。以下にその点について説明する。
図１５に、第６実施形態の固定子コアの模式断面図を示す。
第６実施形態の分割式固定子コア１１１は、ティース部１１１ａがコイルエンド部分において分割式固定子コア１１１の周方向の幅が階段状に短くなっている。すなわち、図１５に示すように分割式固定子コア１１１の端面に配置される第１電磁鋼板ティース部１１１ａ１のティース幅は、第２電磁鋼板ティース部１１１ａ２よりも狭く、第２電磁鋼板ティース部１１１ａ２は第３電磁鋼板ティース部１１１ａ３よりも狭く、第３電磁鋼板ティース部１１１ａ３は第４電磁鋼板ティース部１１１ａ４よりも狭く設定されている。
【００６８】
第６実施形態の構成を取ることで、分割固定子ユニット１１０は応力集中部Ｐに生じる応力集中を緩和することが可能になる。
そして、第５実施形態の構成よりも第６実施形態の構成はティース部１１１ａの角部が階段状に形成されている。このため、応力集中部Ｐが分散することになる。
第５実施形態よりも第６実施形態の方がティース部１１１ａの構成上、角部が階段状に形成される分だけ応力集中部Ｐは分散される。
【００６９】
図１６に、従来技術のインシュレータの歪みを解析した結果を示す。
図１７に、第６実施形態のインシュレータの歪みを解析した結果を示す。
インシュレータ１１４の歪みは模式的に表され、変形が大きいほど歪みが大きいことを意味する。したがって、図１６と図１７と比較して分かるように、インシュレータ１１４に生じる歪みは図１６に比べ図１７では緩和されている。
すなわち、応力解析の結果は、ティース部１１１ａの角部を階段状に形成することで、応力集中部Ｐに生ずる応力の蓄積の低減を図ることができることを意味している。
【００７０】
図１８に、応力解析結果を比較したグラフを示す。縦軸に発生応力を示しており、「従来」と示すものは比較のため、図１０と同じく図６をモデルとして解析した結果であり、「肉抜き＋階段コア」と示したものは、図１５をモデルとして解析した結果である。
第６実施形態のようにティース部１１１ａの角部を図１５に示すように階段状に形成し、かつ空洞１２０を設けることで、図１８に示すような発生応力の低減効果が得られる。これは、図８及び図１０に示される第１実施形態の分割固定子ユニット１１０と比較しても、高い効果が得られることが分かる。
【００７１】
第５実施形態及び第６実施形態の固定子１０は、ティース部１１１ａの角部を電磁鋼板のティース部の幅を変えることで、集中応力を分散させる。つまり、第１電磁鋼板ティース部１１１ａ１は第２電磁鋼板ティース部１１１ａ２よりもティースの幅が狭く設計されている。したがって、直接的にはインシュレータ１１４にしか影響を及ぼさない。ただし、インシュレータ１１４と樹脂モールド部１１３は樹脂を用いて成形されるため、密着性は高く間接的には樹脂モールド部１１３にも影響を及ぼす。
したがって、樹脂モールド部１１３に発生する応力の緩和も、空洞１２０やティース部１１１ａの構成によって実現することが可能となる。
【００７２】
次に、本発明の第７の実施形態の構成について説明する。
（第７実施形態）
第７実施形態は、第１実施形態の構成とほぼ同じであるが、インシュレータ１１４及び樹脂モールド部１１３に用いる樹脂や、樹脂モールド部１１３の構成等が若干異なる。以下にその点について説明する。
図１９に、第７実施形態の固定子コアの模式断面図を示す。
第７実施形態の分割式固定子コア１１１は、第１実施形態と異なり樹脂モールド部１１３に空洞１２０を形成しない。その代わりに、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４に用いる樹脂に工夫がなされ、ティース部１１１ａの線膨張率と、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４の線膨張率との差を減少させる。
【００７３】
具体的には、樹脂モールド部１１３又はインシュレータ１１４に用いる樹脂に混入するフィラーの配合や配向を調整する。或いは、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４を形成する際の樹脂の流れを調整することで、線膨張率を変化させることが可能である。
樹脂に混入するフィラーは繊維状の強化材であり、インシュレータ１１４や樹脂モールド部１１３の強度を高める等の目的で混入されている。このため、フィラーの混入量が多ければ、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４の線膨張率は低下するし、フィラーの繊維方向が固定子１０の周方向に整列している場合にも、固定子１０の周方向の線膨張率は低下させることができる。
【００７４】
また、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４のインサート成形時における樹脂の流れ方向によっても、熱収縮率は変化する。このため、固定子１０の周方向に樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４の樹脂の流れができるように湯口の位置を調整することで、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４の線膨張率を低下させることが可能である。
これらの方法を用いて、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４の線膨張率を分割式固定子コア１１１の線膨張率に近づけることで、樹脂モールド部１１３及びインシュレータ１１４の内部に発生する応力を緩和させることが可能となり、固定子１０の内部に蓄積する応力を緩和し、固定子１０の絶縁を維持することが可能となる。
【００７５】
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実施形態乃至第４実施形態において例示した材質をその目的の範囲内で変更することを妨げない。また、発明の目的の範囲内でその構成を変更することを妨げない。
【００７６】
樹脂モールド部１１３に設ける空洞１２０の形状についても、様々なパターンが考えられる。よって、樹脂モールド部１１３に発生する集中応力を緩和するように空洞１２０の形状を変更することを妨げない。
また、第４実施形態に示したプライマー剤１３０を他の実施形態と組み合わせることを妨げない。例えば、樹脂モールド部１１３に第１実施形態の空洞１２０を設ける場合においても、コイル１１２の内周面にプライマー剤１３０を塗布しておくことで、図１３に示すような抗力Ｆ２は発生する。このため、より応力集中部Ｐでの応力集中を緩和することが可能となる。
【符号の説明】
【００７７】
１０      固定子
１０１      バスバフォルダ
１０２      アウターリング
１１０      分割固定子ユニット
１１１      分割式固定子コア
１１１ａ      ティース部
１１２      コイル
１１２ａ      外側コイル端部
１１２ｂ      内側コイル端部
１１３      樹脂モールド部
１１４      インシュレータ
１１４ａ      側壁部
１１４ｂ      端面壁部
１１４ｃ      支持壁
１１４ｄ      破断溝
１２０      空洞
１３０      プライマー剤
Ｄ      平角導体
Ｆ１      収縮力
Ｆ２      抗力
Ｐ      応力集中部
Ｘ１      距離
【図１】
0005516718.tif 000002
【図２】
0005516718.tif 000003
【図３】
0005516718.tif 000004
【図４】
0005516718.tif 000005
【図５】
0005516718.tif 000006
【図６】
0005516718.tif 000007
【図７】
0005516718.tif 000008
【図８】
0005516718.tif 000009
【図９】
0005516718.tif 000010
【図１０】
0005516718.tif 000011
【図１１】
0005516718.tif 000012
【図１２】
0005516718.tif 000013
【図１３】
0005516718.tif 000014
【図１４】
0005516718.tif 000015
【図１５】
0005516718.tif 000016
【図１６】
0005516718.tif 000017
【図１７】
0005516718.tif 000018
【図１８】
0005516718.tif 000019
【図１９】
0005516718.tif 000020