(57)【要約】【課題】一体成形されたインシュレータと同程度の優れた放熱性を有し、しかも、一体成形されたインシュレータのごとく、応力解放に伴って鋼板積層体からインシュレータへ作用し得る外力により、インシュレータに割れ等の損傷が発生するといった課題が生じ得ない、インシュレータを具備するステータと、該ステータの製造方法を提供することを提供する。【解決手段】ヨーク１１と、該ヨーク１１から径方向内側に突出するティース１２と、からなる分割ステータコア１０において、少なくとも該ティース１２の周りにインシュレータ２０を具備する分割ステータ１００であり、このインシュレータ２０は、少なくとも２つの分割体２１，２２がティース１２の両端面にそれぞれ嵌め込まれたものであり、溶着接合部２３を介して分割体２１，２２同士の接合が図られており、かつ、該分割体２１，２２と分割ステータコア１０とが密着している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面視が略環状もしくは略弧状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出するティースと、からなるステータコアもしくは分割ステータコアにおいて、少なくとも該ティースの周りにインシュレータを具備するステータであって、
前記インシュレータは、少なくとも２つの分割体がティースの外周にそれぞれ嵌め込まれたものであり、溶着接合部を介して前記分割体同士の接合が図られており、かつ、該分割体とステータコアもしくは分割ステータコアとが密着している、インシュレータを具備するステータ。
【請求項２】
請求項１に記載のインシュレータを具備するステータと、ロータと、からなる、モータ。
【請求項３】
平面視が略環状もしくは略弧状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出するティースと、からなる、ステータコアもしくは分割ステータコアを用意するとともに、少なくともティース外周に配される分割されたインシュレータの分割体を用意する第１の工程、
ティースの外周に少なくとも２つの前記分割体を配し、該分割体のうち、少なくとも相互に接合される接合領域を溶融させるとともに、加圧することで、前記分割体同士の接合と、分割体とステータコアもしくは分割ステータコアとの密着を図る第２の工程、からなる、インシュレータを具備するステータの製造方法。
【請求項４】
接合されるインシュレータ同士の接合領域を振動させながら加圧することにより、該接合領域を溶融させて相互に接合する、請求項３に記載のインシュレータを具備するステータの製造方法。
【請求項５】
減圧雰囲気もしくは真空雰囲気下にて前記第２の工程が実行される、請求項３または４に記載のインシュレータを具備するステータの製造方法。
【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の外周にインシュレータが形成されたステータと、該ステータの製造方法、および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てなるステータコアから形成されており、コイルがこのスロット内に挿入されながら、ティース間に巻装されることによってステータが製造される。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り、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る。いずれの巻き線方式においても、スロット壁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原因となっている。
【０００４】
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、双方の間に空気層を形成させない方策が取られている。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に開示されている。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。
【０００５】
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、インシュレータの厚みを薄くしていくと、射出成形時に充填不良を来たし易く、さらには、コアに比して樹脂製インシュレータの線膨張係数が格段に高いために、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くなってしまう。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も、樹脂の流動性が低下し、同様に射出成形時の充填不良を来たし易い。
【０００６】
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場合には、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）、は相互に相反しており、すべての要素を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。
【０００７】
また、この樹脂を一体成形してインシュレータを形成する方法においては、成形型内で少なくともティース外周にインシュレータが成形される際に、過度の樹脂圧をティースが受けており、次いで成形型から脱型されると、積層鋼板が成形時に受けていた応力を解放するようにして外側へ膨らみ、この膨らみに起因する外力が外周のインシュレータに齎されることとなる。このような外力がインシュレータの耐久性を阻害するのは理解に易く、場合によっては、短期間のうちにクラックを発生させる危険性もある。
【０００８】
さらには、インシュレータを成形する際に、樹脂がキャビティから漏れだして硬化し、バリとなることで、分割コア組み付け時の障害ともなり得る。
【０００９】
ここで、従来の公開技術に目を転じるに、ティースの上下にインシュレータを嵌め込み、ティースの側面に絶縁シートを配し、これらインシュレータの一部と絶縁シートの一部を溶着することで、ティース外周にインシュレータを形成する電機子が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３３２１３８号公報
【特許文献２】特開２００８−２０６３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献２に開示の電機子によれば、ティース外周にインシュレータを一体成形する際の上記する課題、すなわち、成形時に作用する過度の樹脂圧が脱型時に解放され、ティースを形成する鋼板積層体から作用する外力によってインシュレータの耐久性が低下すること、さらには、成形時に生じ得るバリによって分割コア同士の組み付け困難性が招来され得ること、といった課題は生じ得ない。しかし、インシュレータの一部と、絶縁シートの一部とを単に溶着しただけでは、ティースとインシュレータおよび絶縁シートとの間に生じ得る隙間を排除することはできず、したがって、一体成形インシュレータの場合に奏される効果、すなわち、インシュレータとティースが密着することで奏される優れた熱伝導性、放熱性という効果が得られなくなってしまう。
【００１２】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、一体成形されたインシュレータと同程度の優れた放熱性を有し、しかも、一体成形されたインシュレータのごとく、応力解放に伴ってステータコアからインシュレータへ作用し得る外力により、インシュレータに割れ等の損傷が発生するといった課題が生じ得ない、インシュレータを具備するステータと、該ステータの製造方法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】
前記目的を達成すべく、本発明によるインシュレータを具備するステータは、平面視が略環状もしくは略弧状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出するティースと、からなるステータコアもしくは分割ステータコアにおいて、少なくとも該ティースの周りにインシュレータを具備するステータであって、前記インシュレータは、少なくとも２つの分割体がティースの外周にそれぞれ嵌め込まれたものであり、溶着接合部を介して前記分割体同士の接合が図られており、かつ、該分割体とステータコアもしくは分割ステータコアとが密着しているものである。
【００１４】
本発明のステータは、平面視が略環状のステータコア、分割ステータを構成する、平面視が略弧状の分割ステータコア、の双方を対象とするものであり、ステータコアを構成する少なくともティース外周に一体成形ではなく、別体に成形された正面視が略コの字状のインシュレータが組み付けられたステータに関するものである。なお、「少なくともティース外周」とは、ティース外周以外に、隣接するティース間に形成されるスロットに対向するヨーク側面に延びる形態をも含む意味である。また、インシュレータのヨーク側端辺にはフランジが設けてあり、インシュレータ外周に巻装形成されるコイルの位置決め性に優れた構造を呈するものであってもよい。
【００１５】
ここで、インシュレータが装着されるティースを具備するステータコア（分割ステータコアを含む）は、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】
また、別体に成形され、後工程でティース外周に組み付けられるインシュレータは、絶縁素材の樹脂材料等を射出成形等することで成形されるものであり、特に、放熱性を高めるべく、樹脂に無機フィラーが含有されるものであるのが好ましい。本発明のステータでは、インシュレータがステータ外周に一体成形されるものではないことから、樹脂に無機フィラーが含有される材料を使用した場合でも、成形型内でその充填良好性が問題となることはなく、したがって、可及的に薄層で、しかも放熱性に優れたインシュレータをティース外周に形成することができる。
【００１７】
本発明のステータは、たとえば２つのインシュレータの分割体が、少なくともティース外周に嵌め合いされ、この姿勢で、双方の分割体の接合端部同士が溶着されてなる溶着接合部を介して分割体同士の接合が図られている。なお、３以上の分割体がティース外周に嵌め合いされる形態であってもよい。
【００１８】
さらには、製造方法を工夫することで、インシュレータがティース外周に一体成形されるものではないものの、ステータコア（分割ステータコアを含む）と２つのインシュレータの分割体との間にエアギャップが存在せず、相互に密着した構造を呈するものである。
【００１９】
ここで、ティース外周へのたとえば２つの分割体の嵌め合い形態に関しては、正面視が略コの字状の２つのインシュレータの分割体が、ティースの両側方から嵌め合いされて、溶着接合部がティースの上下端（ステータコアの長手方向端部）に形成される形態や、たとえば２つのインシュレータの分割体が、ティースの上下端から嵌め合いされて、溶着接合部がティースの両側面（ティースのスロットに対向する側面）に形成される形態、のいずれであってもよい。
【００２０】
上記する本発明のステータによれば、インシュレータをティース外周に成形型内にて一体に成形する際の上記する課題、すなわち、高圧注入された樹脂がステータコアを圧縮し、脱型時の応力解放によって圧縮姿勢のステータコアが外側に膨らみ、この膨らみに起因する、ティース外周のインシュレータに作用する外力によって当該インシュレータに割れ等が生じ得るという課題や、このステータコアが圧縮される際に高圧注入された樹脂がステータコアのインシュレータ形成不要部に漏れ出し、後工程でこの漏れ出して硬化した樹脂を取り除く必要が生じ得るという課題、が効果的に解消される。
【００２１】
また、本発明によるインシュレータを具備するステータの製造方法は、平面視が略環状もしくは略弧状のヨークと、該ヨークから径方向内側に突出するティースと、からなる、ステータコアもしくは分割ステータコアを用意するとともに、少なくともティース外周に配される分割されたインシュレータの分割体を用意する第１の工程、ティースの外周に少なくとも２つの前記分割体を配し、該分割体のうち、少なくとも相互に接合される接合領域を溶融させるとともに、加圧することで、前記分割体同士の接合と、分割体とステータコアもしくは分割ステータコアとの密着を図る第２の工程、からなるものである。
【００２２】
第２の工程では、ティース外周に嵌め合いされたたとえば２つの分割体のうち、少なくとも相互に接合される接合領域を溶融させ、加圧することで、相互に接合（溶着）するものであるが、この加圧工程で、ステータコアと分割体の間を完全に密着させることにより、分割体同士の接合部が溶着された際に、ステータコアと分割体の間の密着姿勢も同時に形成することができる。なお、分割体の接合領域の溶着は、成形型の所定部位にヒータ線等の加熱機構を組み込んでおき、ティース外周に分割体を嵌め合いした姿勢のステータコアを載置し、型閉めした後に、加熱機構を作動させることで、容易に分割体同士の溶着が実行できる。
【００２３】
ここで、上記する第２の工程では、接合されるインシュレータ同士の接合領域を振動させながら加圧することにより、該接合領域を溶融させて相互に接合する、いわゆる振動溶着法を適用してもよい。なお、この振動溶着においては、超音波エネルギから生じる振動を２つの分割体に伝達させることで、強力な摩擦熱を発生させる方法も含まれている。
【００２４】
これは、高周波エネルギの作用により、分割体そのものを内部から発熱させるものであり、この方法によれば、溶着される部位のみを融解させることが可能となり、したがって、仕上がりが極めて綺麗となり、さらには、母材同士が溶解して接合されることで接合強度に優れたインシュレータが形成できる。
【００２５】
さらに、上記する第２の工程は、減圧雰囲気もしくは真空雰囲気下にて実行されるのが好ましい。
【００２６】
たとえば成形型内にティース外周に分割体が嵌め合いされた姿勢のステータコアが載置され、型閉めされた際に、成形型（のキャビティ）内を真空引きして、減圧雰囲気、もしくは真空雰囲気とし、この雰囲気下で分割体同士の溶着を実行することで、分割体とステータコアとをより確実に密着させることができる。
【００２７】
上記する本発明のインシュレータを具備するステータや、本発明の製造方法によって製造されたステータと、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に割れ等の損傷が存在していないこと、可及的に薄層のインシュレータとステータコアとの間の密着姿勢が保障されていること、より、絶縁性に優れ、放熱性と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】
【００２８】
以上の説明から理解できるように、本発明のインシュレータを具備するステータやインシュレータを具備するステータの製造方法によれば、別体に成形されたインシュレータの分割体をティースに嵌め合いし、双方を溶着させることでインシュレータとステータコア同士の密着が図られるものであり、熱伝導性に優れ、可及的に薄層のインシュレータを何等の損傷もなくティース外周に形成することができるため、放熱性と耐久性に優れたインシュレータを具備するステータ、ひいては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】
【００２９】
【図１】本発明のステータの製造方法を概説したフロー図である。
【図２】分割ステータコアに別体に成形されたインシュレータの分割体を嵌め合いしている状況を説明した斜視図である。
【図３】図１で示す方法でティース外周に２つのインシュレータの分割体が組み付けられ、双方の接合部が溶着されて溶着接合部を成し、これを介して２つの分割体同士の接合が図られている分割ステータコアを示した斜視図である。
【図４】図３に対応する図であって、分割ステータコアの他の実施の形態を示した図である。
【図５】分割ステータコアが周方向に組み付けられ、筒体が焼き嵌め処理されてなるステータを示す斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。また、図示例は２つの分割体をティース周りに嵌め合いするものであるが、３以上の分割体をティース周りに嵌め合いする形態であってもよい。さらに、図を明りょうとするべく、インシュレータ外周に形成されるコイルの図示を省略している。
【００３１】
図１は、本発明のインシュレータを具備するステータの製造方法を示したフロー図である。
【００３２】
同図をもとに、本発明の製造方法を概説する。まず、分割ステータコア１０と、インシュレータを構成する２つの分割体２１，２２を用意する（ステップＳ１）。
【００３３】
ここで、分割ステータコア１０は、電磁鋼板１，…を積層し、積層方向でかしめ等されることでその形状保持が図られている。なお、図示例のように電磁鋼板１，…が積層された形態以外にも、圧粉磁心、高密度圧粉磁心（ＨＤＭＣ）などから分割ステータコアが成形されるものであってもよい。
【００３４】
形成された分割ステータコア１０は、平面視が略弧状のヨーク１１と、該ヨーク１１から径方向内側に突出するティース１２と、からなるものであり、図示のごとく、ティース先端にコイル位置決め用の突起が形成されている。
【００３５】
一方、絶縁素材の樹脂を成形型内で加圧成形等することにより、インシュレータを構成する２つの分割体２１，２２を別途成形する。ここで、この絶縁素材の樹脂としては、適宜の熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂をその素材とでき、放熱性（熱伝導性）をより一層高める観点から、これらの樹脂素材に無機フィラー等が含有された材料から成形されるものであってもよい。その素材の一例として、エポキシ樹脂やポリプロピレン、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド、ポリアミド、液晶ポリマーのうちのいずれか一種を使用でき、さらには、これらの樹脂素材にシリカ、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マグネシウムなどのフィラーが含有された材料を使用することができる。
【００３６】
ここで、この分割体２１，２２は、分割ステータコア１０のティース１２の側面１２ａ（スロットに対向する側面）とティース１２の端面１２ｂを包囲するようにしてこれらに嵌め合いされる嵌め合い部２１ａ，２２ａと、この外周に不図示のコイルが形成された際に該コイルの位置決めを図る等の目的で形成されるフランジ部２１ｂ、２２ｂと、から構成されている。
【００３７】
次に、図１で示すように、用意された分割ステータコア１０の上下端から、２つの分割体２１，２２がティース１２に嵌め合いされ（Ｘ方向）、この嵌め合い姿勢において、双方の分割体２１，２２の当接端面２１ｃ、２２ｃが当接した状態で、不図示の成形型内に収容され、成形型を型閉めする（ステップＳ２）。
【００３８】
不図示の成形型には、起振機構もしくは超音波発生機構が具備されており、型閉め姿勢の成形型は、その内部のインシュレータの分割体２１，２２に振動（エネルギ）を付与しながらこれらを相互に押圧するように押し込むことにより、当接端面２１ｃ、２２ｃに摩擦熱を発生させ、双方を融解させながら接合部の連続一体化を図る（図１における、振動溶着にて分割体同士を接合するステップＳ３）。
【００３９】
ここで、振動溶着にて２つの分割体２１，２２双方の当接端面２１ｃ、２２ｃを溶着させる際に、不図示の成形型にて各分割体２１，２２を側方から加圧することにより、ティース１２の側面１２ａと分割体２１，２２とを密着させるのがよい。なお、この加圧の際の加圧力は、分割体２１，２２には作用するものの、従来方法のインシュレータをティース外周に一体成形する場合のように、ステータコアを圧縮させるものではない。
【００４０】
なお、この分割体２１，２２同士の接合に際し、成形型のキャビティ内を真空引きし、該キャビティ内を減圧雰囲気もしくは真空雰囲気としてもよい（ステップＳ５）。キャビティ内を減圧することで、ティース１２の側面１２ａと分割体２１，２２との密着をより促進させることができる。
【００４１】
融解した分割体２１，２２双方の接合領域が硬化したことを待って、分割ステータコア１０を型内から取り出すと、図３で示すごとき、２つの分割体２１，２２からなるインシュレータ２０を具備するステータコア（分割ステータコア）が得られる（ステップＳ４）。
【００４２】
上記する分割ステータコア１０の製造方法では、そのティース１２の外周にインシュレータ２０を形成する過程で、該分割ステータコアを圧縮させるような圧縮力が作用していないことから、脱型時にステータコアに蓄積された圧縮力が解放され、これがインシュレータの分割体に作用して該インシュレータに割れ等を生じさせる危険性はない。
【００４３】
ティース１２の外周に形成されるインシュレータ２０は、２つの分割体２１，２２の当接端面同士が振動溶着にて一体化されて溶着ライン２３を形成するとともに、分割ステータコア１０とインシュレータ２０が密着して、双方の間にエアギャップが存在しない分割ステータコア１０となる。そのため、インシュレータ２０の外周に形成されたコイルが発熱した際の熱をインシュレータ２０を介して効果的にコアに放熱することができ、放熱性能に優れたステータが形成される。
【００４４】
図４は、図３で示すインシュレータ２０の他の実施の形態にかかるインシュレータ２０Ａを示すものである。
【００４５】
このインシュレータ２０Ａは、これを構成する２つの分割体２１Ａ，２２Ａの溶着ライン２３Ａが、ティース１２の上下端面上に形成されるものである。
【００４６】
図５は、図３で示す分割ステータコア１０，…が周方向に組み付けられてなる、分割ステータ１００を示した斜視図である。なお、インシュレータ周りのコイルの図示を省略している。
【００４７】
具体的には、分割ステータコア１０，…が周方向に組み付けられて環状のステータコアを成し、この外周に筒体３０が嵌め込まれ、これを焼き嵌めることで分割ステータ１００が形成される。なお、磁極に応じた基数の永久磁石が埋設されたロータがこの分割ステータ１００の内部に配され、さらには、これら分割ステータ１００とロータの上下端をエンドプレートで一体化することにより、ＩＰＭモータが構成される。
【００４８】
図示する分割ステータ１００を具備するＩＰＭモータでは、インシュレータ形成過程における該インシュレータにクラック等を生じさせる外力が作用することがなく、しかも、ステータコアとインシュレータが相互に密着姿勢を形成していることで、コイルに生じ得るジュール熱をインシュレータを介してステータコアに放熱させる放熱性能に優れ、耐久性に優れた分割ステータ１００、ひいてはＩＰＭモータが得られる。
【００４９】
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】
【００５０】
１…電磁鋼板、１０…分割ステータコア、１１…ヨーク、１２’…ティース、２１，２１Ａ，２２，２２Ｂ…インシュレータの分割体、２０，２０Ａ…インシュレータ、１００…分割ステータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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