(57)【要約】【課題】コイルとコアとの距離を適正に確保しうるステータおよびその組立方法を提供する。【解決手段】カセットコイル３０は、コイル部材２０と、コイル部材をモールドしたモールド部材３１とを備えている。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の外形よりも大きい。モールド部材３１の位置決め部Ｃ１〜Ｃ４により、ティース部５１ｂとカセットコイル３０との相対的位置が定められる。カセットコイル３０のモールド部材３１と、ティース部５１ｂとの間には、隙間Ｓｐが存在している。隙間Ｓｐに樹脂を注入して、埋込樹脂部４０を形成する。コイル部材２０とティース部５１ｂ（コア）との距離が所定範囲内に保持され、部分放電の発生が抑制される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性材料を主成分とするコアと、
前記コアの周囲を囲む形状に巻回されたコイル部材、および該コイル部材を封止するモールド部材を有するカセットコイルと、
を備えたステータであって、
前記カセットコイルのモールド部材は、前記コアとカセットコイルとの相対的な位置を定める位置決め部を有しており、
前記コイル部材とコアとの距離が、所定範囲に設定されている、ステータ。
【請求項２】
請求項１記載のステータにおいて、
前記コアと前記カセットコイルとの間に、樹脂埋込部が設けられている、ステータ。
【請求項３】
請求項１または２記載のステータにおいて、
前記樹脂埋込部は、少なくとも前記コアのコイルサイド部と前記モールド部材との間に設けられている、ステータ。
【請求項４】
請求項３記載のステータにおいて、
前記樹脂埋込部は、前記コアのコイルエンド部と前記モールド部材との間にも設けられている、ステータ。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のステータにおいて、
前記所定範囲は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである、ステータ。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のステータにおいて、
前記樹脂埋込部は、無機フィラーを含んでいる、ステータ。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載のステータにおいて、
前記コアは、ヨーク部，および該ヨーク部から突出するティース部を有しており、
前記コイル部材は、前記ティース部を囲むように取り付けられている、ステータ。
【請求項８】
コアと、該コアを囲むコイル部材とを組み立ててなるステータの組立方法であって、
前記コアの周囲を囲む形状に巻回されたコイル部材を形成する工程（ａ）と、
前記コイル部材をモールド樹脂により封止して、前記コアの外形よりも大きい開口を有するカセットコイルを形成する工程（ｂ）と、
前記カセットコイルの開口に、前記コアを挿入する工程（ｃ）と、
前記カセットコイルの開口と、前記コアとの隙間を樹脂材料によって埋める工程（ｄ）と、
を含むステータの組立方法。
【請求項９】
請求項８記載のステータの組立方法において、
前記工程（ｂ）では、前記コアに相当する凸部を有する型を用い、
前記隙間に相当する厚みを有する板部材を、前記凸部に沿わせた状態で、モールド樹脂を注入する、ステータの組立方法。
【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ステータおよびその組立方法に関する。
【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ステータおよびその組立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】
本発明のステータは、モールド部材によりコイル部材を封止したカセットコイルを備えている。カセットコイルのモールド部材は、コアに対するカセットコイルの相対的な位置を定める位置決め部を有している。そして、コイル部材とコアとの距離が所定範囲に設定されている。
【０００８】
この構造により、カセットコイル中の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】
カセットコイルを装着すると、カセットコイルとコアとの間に隙間が生じる。そこで、カセットコイルとコアとの間に、この隙間を埋める樹脂埋込部を設けることが好ましい。この構造により、樹脂は空気に比べて誘電率が大きいので、樹脂埋込部によって放電抑制機能も向上する。さらに、樹脂埋込部は、空隙に比べ熱伝導率も大きいので、コアやコイル部材の発熱が外部に放出されやすくなる。
【００１０】
樹脂埋込部が、少なくともコアのコイルサイド部とモールド部材との間に設けられていることが好ましい。これにより、コアおよびコイル部材において発熱の大きいコイルサイド部からの放熱機能を高めることができる。ただし、樹脂埋込部が、コアのコイルエンド部とモールド部材との間にも設けられていることがより好ましい。
【００１１】
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。
【００１２】
樹脂埋込部が、無機フィラーを含んでいることにより、熱伝導率が高くなり、放熱機能が向上する。
【００１３】
コアが、ヨーク部およびティース部を有する場合、コイル部材は、ティース部を囲むように取り付けられる。
【００１４】
本発明のステータの組立方法は、以下の手順を経る。コイル部材を形成した後、コイル部材をモールド樹脂により封止して、コアの外形よりも大きい開口を有するカセットコイルを形成する。次に、カセットコイルの開口に、ステータのコアを挿入して、生じる隙間に樹脂材料を充填する。
この方法により、上述の効果を発揮しうるステータが組み立てられる。
【００１５】
カセットコイルを形成する際、以下の方法を採ることが好ましい。まず、コアに相当する凸部を有する型を用いる。そして、隙間に相当する厚みを有する板部材を、凸部に沿わせた状態で、モールド樹脂を注入する。
この方法により、コイル部材とコアとの隙間を簡単に確保することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のステータまたはその組立方法によると、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】
【００１７】
−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。
【００１８】
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。銅線１２の断面寸法は、短辺が約０．９５ｍｍで長辺が約１．２０ｍｍであり、被覆膜１３の厚みは約０．０３ｍｍである。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
−カセットコイルおよびステータの組立工程−
図２は、本実施の形態におけるカセットコイル３０および分割コア５１の構造を示す斜視図である。同図において、ｘ方向はロータ側の方向であり、ｙ方向はコイルサイド方向であり、ｚ方向はコイルエンド方向である。つまり、コイル部材２０およびティース部５１ｂのコイルサイド部とは、図２に示すｘｚ面に平行な部分である。コイル部材２０およびティース部５１ｂのコイルエンド部とは、図２に示すｘｙ面に平行な部分である。
【００２２】
その後、コイル部材２０は、モールド部材３１により、モールドされて、カセットコイル３０が形成される。図２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。
【００２３】
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。そのとき、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ようにする。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
図３（ａ）〜（ｃ）は、カセットコイル３０をティース部５１ｂに装着する工程を示す横断面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は、図２に示すｘｙ面に平行な断面における構造の変化を示している。
【００２７】
図３（ａ）は、カセットコイル３０の横断面図である。後述するように、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の外形よりも大きい。
【００２８】
図３（ｂ）は、カセットコイル３０の開口３３にティース部５１ｂを挿入させた状態を示す横断面図である。同図に示すように、カセットコイル３０のモールド部材３１と、ティース部５１ｂとの間には、隙間Ｓｐが存在している。
【００２９】
図３（ｃ）は、分割ステータ５０Ａを組み立てたときの横断面図である。本実施形態では、カセットコイル３０とティース部５１ｂとの隙間Ｓｐに樹脂を注入して、埋込樹脂部４０を形成する。埋込樹脂部４０の樹脂としては、エポキシ樹脂，ＢＭＣ樹脂（不飽和ポリエステル樹脂）などが用いられる。樹脂埋込部４０に、絶縁フィラーが添加されていることが好ましい。無機フィラーが添加されていることにより、樹脂埋込部４０の熱伝導率が向上する。
【００３０】
図４（ａ），（ｂ）は、カセットコイル３０をティース部５１ｂに装着する工程を示す縦断面図である。図４（ａ），（ｂ）は、図２に示すｙｚ面に平行な断面における構造の変化を示している。
【００３１】
図４（ａ）は、カセットコイル３０の開口３３にティース部５１ｂを挿入させた状態を示す縦断面図である。モールド部材３１の４角には、ティース部５１ｂと係合する位置決め部Ｃ１〜Ｃ４が設けられている。この位置決め部Ｃ１〜Ｃ４により、ティース部５１ｂとカセットコイル３０との相対的位置が定められる。また、カセットコイル３０のモールド部材３１とティース部５１ｂとの間には、隙間Ｓｐが設けられている。
ただし、位置決め部は、相対向する２つの角に設けられていればよい。あるいは、位置決め部を、４つの辺に設けてもよい。
【００３２】
このとき、ティース部５１ｂとコイル部材２０との距離が、所定範囲にあるように定められる。本実施の形態では、所定範囲は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍである。
【００３３】
図４（ｂ）は、分割ステータ５０Ａを組み立てたときの縦断面図である。図４（ａ）に示される隙間Ｓｐに樹脂を注入して、埋込樹脂部４０を形成する。ただし、すべての隙間Ｓｐに埋込樹脂部４０を形成する必要はい。コイルサイド部に埋込樹脂部Ｓｐが形成されていれば、発熱が大きいコイルサイド部の放熱機能を確保することができる。
【００３４】
本実施の形態においては、図３（ｃ）や図４（ｂ）に示すように、樹脂埋込部４０を設けている。ただし、樹脂埋込部４０を形成せずに、図３（ｂ）や図４（ａ）に示す状態で、分割ステータ５０Ａの組み立てを終了してもよい。その場合にも、位置決め部Ｃ１〜Ｃ４によって、カセットコイル３０とティース部５１ｂとの相対的な位置が固定されていれば、両者の距離が所定範囲に保持される。
【００３５】
−モールド工程の詳細−
図５は、モールド金型にコイル部材２０をセットした状態を示す斜視図である。図５に示すように、モールド金型は、下金型６０Ａと下金型６０Ｂとを備えている。図６は、下金型６０Ａにコイル部材２０を設置して、上金型６０Ｂを降下させた状態を示す横断面図である。
【００３６】
図５に示すように、下金型６０Ａには、ティース部５１ｂの形状に相当する凸部６３が設けられている。そして、下金型６０Ａの凸部６３と枠部の間の領域（ダイキャビティＤｃ）にコイル部材２０を設置する。
一方、上金型６０Ｂには、４つの板部材６１が取り付けられている。板部材６１には、離型剤が塗布されている。図５には、見やすいように、２つの板部材６１のみが表示されているが、破線の位置にも板部材６１が設けられている。
【００３７】
図６に示すように、板部材６１を下金型６０Ｂの凸部６３に沿わせて、上金型６０Ｂと下金型６０Ａとをセットする。ダイキャビティＤｃのうち、コイル部材２０を除く部分にモールド樹脂が注入される。
【００３８】
ダイキャビティＤｃにモールド樹脂が注入されると、図３（ｃ）や図４（ａ）に示すカセットコイル３０が形成される。つまり、図３（ｃ）や図４（ａ）に示す隙間Ｓｐは、図６に示す板部材６１に相当する形状を有している。
【００３９】
本実施の形態では、板部材６１が凸部６３と接触している。これによって、下金型６０Ａと上金型６０Ｂとの相対的な位置も定まる。
ただし、板部材６１と凸部６３とを接触させなくてもよい。両金型６０Ａ，６０Ｂが互いに嵌合する構造であれば、両者の相対的な位置が定まるからである。そして、板部材６１によって、隙間Ｓｐの形状が設定される。
【００４０】
図７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。
【００４１】
このステータ５０を組み立てる手順としては、以下のような手順が適している。まず、分割ステータ５０Ａを組み立てる。その際、ティース部５１ｂとカセットコイル３０との間の隙間Ｓｐに樹脂を埋め込んで、埋込樹脂部４０を形成する。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、各カセットコイル３０を環状に組み立てた後、ティース部５１ｂを各カセットコイル３０にセットしてもよい。
【００４２】
本実施の形態によると、図３（ｂ）や図４（ａ）に示す状態で、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。この状態のままで、樹脂埋込部４０を形成しなくてもよい。
【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、さらに、図３（ｃ）や図４（ｂ）に示す状態で、隙間Ｓｐを埋める樹脂埋込部４０が設けられている。樹脂埋込部４０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。樹脂埋込部４０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の発熱が外部に放出されやすくなる。
【００４５】
樹脂埋込部４０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に樹脂埋込４０が設けられていれば、ティース部５１ｂやコイル部材２０の発熱を有効に放出しうる。
【００４６】
カセットコイル３０の樹脂モールド工程においては、板部材６１により、隙間Ｓｐを簡単かつ確実に設定することができる。ひいては、コイル部材２０とティース部５１ｂ（コア９との距離を所定範囲に設定することができる。また、板部材４０の表面に離型剤が塗布されているので、モールド成形後の型の取り外しが容易となる。
【００４７】
（その他の実施の形態）
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】
上記各実施の形態では、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。
【００４９】
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】
【００５０】
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】
【００５１】
【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】実施の形態に係る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３】（ａ）〜（ｃ）は、カセットコイルをティース部に装着する工程を示す横断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、カセットコイル３０をティース部に装着する工程を示す縦断面図である。
【図５】モールド金型にコイル部材をセットした状態を示す斜視図である。
【図６】下金型にコイル部材を設置して、上金型を降下させた状態を示す横断面図である。
【図７】分割ステータ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。
【符号の説明】
【００５２】
Ｓｐ    隙間
Ｄｃ    ダイキャビティ
１０    分割平角線
２０    コイル部材
２１，２２  端子
３０    カセットコイル
３１    モールド部材
３３    開口部
３５    庇部
４０    樹脂埋込部
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
６１    板部材
６３    凸部
【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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【図６】
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【図７】
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