(57)【要約】【課題】コイル占積率の向上を可能としつつ、高い絶縁信頼性を得ることが可能なステータおよびその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁皮膜を有する磁性粉末をプレス成形することにより、分割コア１１Ａを形成する。分割コア１１Aのティース部１１ｂのコイルサイド面Fcsの端部には、合計４個の棹状の突起部３０が設けられている。ティース部１１ｂのコイルエンド面Ｆceは曲面状に形成され、コイルサイド面Fcsは突出部３０を除いて平面状に形成されている。その後、分割コア１１Ａのティース部１１ｂの突出部３０のみを除去する。さらに、分割コアを中子とする射出成形により、インシュレータを一体成形する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヨーク部およびティース部を有するコアと、インシュレータを挟んで前記コアの上に巻き付けられたコイル部材とを備えたステータの製造方法であって、
絶縁皮膜を有する磁性粉末をプレス成形して、前記ティース部に、凸形状のコイルエンド面と、突出部が設けられ，かつ，突出部を除いて平面状のコイルサイド面と、を有するコアを形成する工程（ａ）と、
前記コアの前記突出部を除去する工程（ｂ）と、
前記コアを金型にセットして、コアと金型との間の空間に樹脂を流し込んで、前記インシュレータを形成する工程（ｃ）と、
を含むステータの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のステータの製造方法において、
前記工程（ａ）では、前記突出部を、コイルサイド面のコイルエンド面に隣接する位置に形成する、ステータの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のステータの製造方法において、
前記工程（ａ）では、前記コアのコイルエンド面の少なくとも端部を曲面状に形成する、ステータの製造方法。
【請求項４】
絶縁膜を有する磁性粉末を圧縮形成して形成され、ヨーク部およびティース部を有するコアと、
前記コアとの一体成形により形成され、少なくとも前記ティース部を覆うインシュレータと、
前記インシュレータの上に巻き付けられたコイル部材と、
を備えたステータであって、
前記コアのティース部は、凸形状のコイルエンド面，平面状のコイルサイド面，およびコイルサイド面に形成された突出部除去領域を有している、ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータや発電機のステータおよびその製造方法に係り、特にインシュレータの亀裂等の抑制対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電気機器、電気自動車，ハイブリッド車，ロボットなどの新技術の進展に伴い、それらに用いられる回転電機（モータや発電機）に要求される性能が高度化してきている。たとえば、産業用モータ、電気自動車やハイブリッド車などにおいては、省スペース化が求められている。
【０００３】
そこで、従来より、コイルを高密度に巻くことによって、省スペース化を図る技術が提案されている。コイルを高密度に巻く手段の１つとして、コアのティース部の４側面のうち３側面上においてコイルを整列させる一方、残りの１側面上において、コイルのクロス処理を行う方法がある。特に、モータ性能を向上させるためにはスロット領域におけるコイルの占積率を高める必要があるので、上記３側面のうち２側面上の領域をスロット領域とする必要がある。
【０００４】
そのため、たとえば特許文献１では、コイルとコアとの絶縁を確保するインシュレータを、組み付け構造としつつ軸方向に分割する構造にしている。この構造では、インシュレータのスロット領域に位置する部分における成形時の抜き勾配が不要となるので、スロット領域に位置する部分の肉厚を均一にすることができ、コイルの占積率の向上を図ることができる。
【０００５】
一方、特許文献２には、絶縁皮膜を有する磁性粉末を圧縮成形してコアを形成するとともに、コアのティース部の上面，下面と両側面との隣り合う２面を滑らかに接続する曲面とすること、およびインシュレータを不要とすることにより、さらなるコイルの占積率の向上を実現しようとする技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１９１５８８号公報
【特許文献２】特開２００４−２４２４４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の技術を用いると、インシュレータの組み付け誤差、成形誤差、コイル巻き時のずれなどが集積することにより、コイルの高密度巻きや高速コイル巻きが困難になる。反面、特許文献２の技術では、コイルの巻き付け時の応力や、モータ駆動時の熱により、絶縁皮膜が破壊される可能性を全くなくすことは困難であり、絶縁信頼性が十分保持できないおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、コイル占積率の向上を図りつつ、高い絶縁信頼性を得ることが可能なステータおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のステータは、絶縁皮膜を有する磁性粉末をプレス成形して、ティース部に、凸形状のコイルエンド面と、突出部が設けられ，かつ，突出部を除いて平面状のコイルサイド面と、を有するコアを形成した後、突出部を除去してから、コアを中子とする一体成形によりインシュレータを形成する方法である。
【００１０】
この方法により、平面状のコイルサイド面の一部に突出部が設けられていることで、インシュレータ成形前の粉末プレス加工が実生産可能になる。つまり、プレス金型の端部が鋭角的に尖ったものである必要がなく、プレス金型の端部を突出部の上面に対応した広幅の形状にすることが可能になる。そして、突出部が除去されたステータにおいて、コイルエンド面が凸形状であることにより、デッドスペースが低減され、コイル占積率の向上が可能になる。また、突出部が除去された跡には、面荒れした突出部除去領域が形成されるが、面荒れした領域上では、コアとインシュレータとの密着性が向上するので、絶縁信頼性も向上する。
【００１１】
コイルエンド面の少なくとも端部を曲面状に形成することにより、コイルエンド面とコイルサイド面との間に角部がほとんど存在しない形状となるので、インシュレータの一体成形時に、あるいは成形後におけるモータ駆動時に、熱応力を受けたときにもインシュレータの亀裂，割れ等が抑制されて、絶縁信頼性がさらに向上する。
【００１２】
本発明のステータは、いわゆる圧粉コアと、コアと一体的に形成されたインシュレータと、インシュレータ上に巻き付けられたコイル部材とを備えており、コアのティース部に、凸形状のコイルエンド面，平面状のコイルサイド面，およびコイルサイド面に形成された突出部除去領域を設けたものである。
【００１３】
これにより、コイルエンド面が凸形状なので、デッドスペースが低減され、コイル占積率の向上が可能になる。また、面荒れしている突出部除去領域上では、コアとインシュレータとの密着性が向上するので、絶縁信頼性も向上する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のステータまたはその製造方法によると、コイル占積率の向上を図りつつ、インシュレータの絶縁信頼性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、実施の形態における回転電機（モータや発電機）のステータ１０の概略的な構造を示す断面図である。図１に示すように、ステータ１０は、複数の分割コア１１を環状に組み合わせた後、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立てられる。本実施形態では、コアとして分割コア１１を集合させたものを用いているが、コアが分割されずに一体化されたものであってもよい。
【００１６】
ステータ１０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。分割コア１１は、ヨーク部１１ａと、ヨーク部１１ａからロータ側に突出したティース部１１ｂと、ティース部１１ｂの先端から外方に拡大した鍔部１１ｃとを有し、本実施の形態では、絶縁皮膜を有する磁性粉末を圧縮成形して形成された，いわゆる圧粉コアである。
【００１７】
そして、分割コア１１のヨーク部１１ａと、ティース部１１ｂと、鍔部１１ｃとによって囲まれるサイド側の領域（スロット領域Ｒsl）には、インシュレータ２０を挟んで、コイル１２が巻き付けられている。本実施の形態では、インシュレータ２０は、後述するように、インサート成形により分割コア１１と一体的に形成されたものである。
【００１８】
図２（ａ），（ｂ）は、順に、本実施の形態において形成された分割コア１１Ａの構造を示す斜視図、およびIIb-IIb線におけるティース部の縦断面図である。図２（ａ）は、分割コアの鍔部側から見た構造を表している。この分割コア１１Ａの形成手順は以下の通りである。
【００１９】
まず、絶縁皮膜を有する磁性粉末を、図２（ｂ）の破線に示すプレス金型を用いて、プレス成形する。すなわち、２分割されたダイ４１と、上パンチ４２と、下パンチ４３とを有するプレス金型を用いて、磁性粉末の成形体を形成する。その後、加熱することにより、図２（ａ），（ｂ）に示す分割コア１１Ａを形成する。図２（ａ），（ｂ）に示すように、ティース部１１ｂのコイルサイド面Fcsの端部には、平坦な上面，下面および先端面を有する合計４個の棹状の突起部３０が設けられている。ティース部１１ｂのコイルエンド面Ｆce（上面および下面）は曲面状に形成され、コイルサイド面Fcs（側面）は突出部３０を除いて平面状に形成されており、各コイルサイド面Fcsは互いに平行である。
【００２０】
次に、図３に示すように、打ち抜きダイス４０を用いた加工により、分割コア１１Ａのティース部１１ｂの突出部３０のみを除去する。つまり、ティース部１１ｂの幅Ｗと等しい間隙を有するダイ４０を用い、上方から分割コア１１Ａのティース部１１ｂをダイス４０の間隙を通すことにより、突出部３０を迅速に除去する。
【００２１】
図４（ａ），（ｂ）は、順に、突出部除去工程を経た分割コア１１の構造を示す斜視図、およびIVb-IVb線におけるティース部の縦断面図である。図４（ａ），（ｂ）に示すように、分割コア１１のコイルエンド面Fceとコイルサイド面Fcsとの間には、突出部除去領域Rshが形成されている。突出部除去加工は塑性変形を伴う加工であるので、突出部除去領域Rshは、磁性粒子の粒界，磁性粒子の粒子内破断面，絶縁皮膜の破断面，などを含んでおり、表面が荒れた領域となっている。このような構造を有する分割コア１１を用いて、次の一体成形工程に進む。
【００２２】
図５は、本実施の形態におけるインサート成形時の構造を示す図である。図５に示す分割コア１１は、図１に示すV-V線における断面構造を示している。同図に示すように、射出成形金型は、下金型３１と、上金型３３と、側方金型３４とを備えている。側方金型３４は、本件では二方ないし四方に分割されている。そして、分割コア１１と、下金型３１，上金型３３および側方金型３４とによって囲まれる空間に樹脂が射出されて、インシュレータ２０が形成される。つまり、分割コア１１のティース部１１ｂを覆うようにインシュレータ２０が形成され、分割コア１１とインシュレータ２０とが一体的に形成される（いわゆるインサート成形）。図５に示すように、インシュレータ２０は、ティース部１１ｂの断面形状に倣った，いわばほぼ相似形の断面形状を有している。ただし、分割コア１１の突出部除去領域Ｒshの上のインシュレータ２０の表面は平滑化されている。
【００２３】
インサート成形に使用される樹脂は、射出成形が可能な樹脂であればよいが、耐熱性とコイルを巻き付ける際の加重に耐えうる強度を必要とするので、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニルサルファイド樹脂），ＬＣＰ樹脂（液晶ポリマー樹脂）などのいわゆるエンジニアリングプラスチックが好ましい。
【００２４】
図６は、射出成形後における分割コア１１およびインシュレータ２０の形状を概略的に示す斜視図である。同図に示すように、インシュレータ２０は、ティース部１１ｂの断面形状に倣った，ほぼ相似形の断面形状を有しており、全領域において角部は存在せず、滑らかな表面形状を有している。そして、インシュレータ２０は、スロット領域Ｒsl全体をカバーして、コイル１２（図１参照）と分割コア１１とを確実に絶縁している。そして、分割コア１１と一体成形であるので、インシュレータ２０に継ぎ目は存在していない。ただし、分割コア１１のヨーク部１１ａや鍔部１１ｂの一部は、インシュレータに覆われずに露出している。
【００２５】
本実施の形態のステータの製造方法によると、プレス成形により、ティース部１１ｂに少なくとも端部が曲面状のコイルエンド面Ｆceと、平面状のコイルサイド面Fcsと、両者の間に介在する突出部３０とを設けたので、インシュレータ成型前の磁性粉末のプレス成形が円滑に行われる。以下に、その理由を説明する。
【００２６】
図７（ａ），（ｂ）は、順に、突出部３０を設けた場合と、設けない場合における磁性粉末のプレス成形の相違を示すティース部の断面図である。図７（ｂ）に示すように、突出部が存在しない場合には、プレス金型として、ストレート形状のダイ１０１と、上パンチ１０２と、下パンチ１０３とを用いることになる。このとき、コイルエンド面を曲面状に形成しようとすると、上パンチ１０２および下パンチ１０３の端部Ｒprは、鋭角的なエッジをもつことになる。ところが、このような鋭角的なエッジは、プレス成形を重ねるうちにすぐに摩耗したり、欠けたりするので、この形状のプレス金型を実生産に使用することは困難である。
【００２７】
それに対し、本実施の形態の場合には、図７（ａ）に示すように、磁性粉末のプレス成形の金型として、段付きのダイ４１と、上パンチ４２と、下パンチ４３とを用いることになる。このとき、上パンチ４２および下パンチ４３の端部Ｒprは、鋭角的なエッジを有することなく、突出部３０の上面に沿った平面状の下面を有している。よって、上パンチ４２および下パンチ４３は、多数回のプレス成形に耐えることができ、実生産に使用することができる。
【００２８】
また、プレス成形の後で突出部３０を除去する際にも、迅速に突出部３０を除去することができるので、製造工程の能率が高く、突出部を設けたことによる製造コストの増大を抑制することができる。それに対し、従来の特許文献２の方法では、ティース部の断面の構造上、簡単な除去加工によって滑らかな曲面を形成することは困難であり、切削加工，サイジング加工（超精密塑性加工）などを行わざるを得ない（特許文献２の段落［００５３］参照）。したがって、製造工程の能率が悪く、特殊形状としたことによる製造コストの増大を抑制することは困難である。
【００２９】
また、本実施の形態では、コイルエンド面Ｆceを凸形状にすることで、コイルエンド面Ｆceとコイルサイド面Ｆcsとの境界部に断面がくさび状の角部が存在していないので、コイル占積率の向上が可能になるとともに、インシュレータの絶縁信頼性が向上することがわかった。すなわち、本実施の形態のように、分割コア１１と一体的に形成されたインシュレータ２０を備える場合、コイルエンド面Ｆceとコイルサイド面Ｆcsとの境界部に鋭角的な角部が存在していると、一体成形時に熱膨張率差に起因する熱応力を受けたり、実使用におけるモータ駆動時のサーマルショックを受けたときに、インシュレータ２０の亀裂，割れ，剥離などの発生が見られる。それに対し、鋭角的な角部をなくすことにより、インシュレータ２０の亀裂，割れ，剥離などの発生を抑制しうることがわかった。したがって、さらなる絶縁信頼性の向上を図ることができる。特に、コイルエンド面Ｆceの端部が曲面状である場合には、ほとんど角部をなくすことができるので、この効果が顕著に得られることになる。
【００３０】
また、コイルエンド面Ｆceとコイルサイド面Ｆcsとの境界部に表面が荒れた突出部除去領域Ｒshが存在することで、突出部除去領域Rsh上のインシュレータ２０が突出部除去領域Rshに絡み合うことから、接触面積の増大と相俟って、ティース部１１ｂのインシュレータ２０に対する把持力が向上する。よって、インシュレータ２０の形状が安定し、絶縁信頼性もますます向上する。
【００３１】
コイルエンド面Ｆceは、一部に平面を有していても、全体として凸形状であれば、コイルサイド面Ｆcsとの境界に鋭角的な角部が生じないので、本発明の効果を発揮することができる。たとえば、コイルエンド面Ｆce全体が、多角形である場合、コイルエンド面Ｆcsの最上部（最下部）が平面で、その両端が滑らかにコイルサイド面Ｆcsにつながるような形状であっても、本実施の形態と同じ効果を発揮することができる。
【００３２】
（他の実施の形態）
上記実施の形態では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、コイルサイド面Ｆcsの上端位置に突出部３０を設けたので、合計４つの突出部を設けたが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。突出部３０が、コイルサイド面Ｆcsのいずれかの位置に、かつ、各コイルサイド面Ｆcsについて少なくとも１つあれば、本発明の効果を発揮することが可能である。図７（ａ）から容易に理解されるように、突出部３０がコイルサイド面Ｆcsの中央部付近に設けられていても、パンチの端部の面が平坦になるので、多数回のプレス成形に耐えることができ、実生産に使用することができるからである。特に、突出部は最終的に除去されるので、繰り返し使用するうちに、パンチの形状が多少崩れても深刻な問題は生じない。
【００３３】
上記実施の形態では、平坦な上面，下面および先端面を有する棹状の突出部３０を設けたが、本発明の突出部はかかる実施の形態に限定されるものではなく、パンチに断面がくさび状のエッジを必要としない形状であれば、多数回のプレス成形に耐えうるので、本発明の効果を発揮することができる。
【００３４】
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、さらに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ものである。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のステータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車，ロボットなどに配置されるモータや発電機に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態におけるステータの概略的な構造を示す断面図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は、順に、粉末焼結法により形成された分割コアの構造を示す斜視図、およびIIb-IIb線におけるティース部の縦断面図である。
【図３】ステータの突出部除去加工状態を示す断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、順に、突出部除去加工を経た分割コアの構造を示す斜視図、およびIVb-IVb線におけるティース部の縦断面図である。
【図５】本実施の形態におけるインサート成形時の構造を示す図である。
【図６】射出成形後における分割コアおよびインシュレータの形状を概略的に示す斜視図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は、順に、突出部を設けた場合と、設けない場合における磁性粉末のプレス成形の相違を示すティース部の断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０    ステータ
１１    分割コア
１１ａ  ヨーク部
１１ｂ  ティース部
１１ｃ  鍔部
１２    コイル
２０    インシュレータ
３０    突出部
３１    下金型
３３    上金型
３４    側方金型
４０    ダイ
４１    ダイ
４２    上パンチ
４３    下パンチ
Ｆce    コイルエンド面
Ｆcs    コイルサイド面
Ｒsh    突出部除去領域
Ｒpr    端部
【図１】
2008278685.tif 000003
【図２】
2008278685.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008278685.tif 000008
【図７】
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