JP4915098B2 - モールドモータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ルームエアコン、給湯器などの送風ファン駆動機として用いられるブラシレスモータなどで、樹脂一体成形にてモータ外郭を成すモールドモータの固定子の製造方法に係るものである。

近年環境対応の一環として省エネルギーのための電動機の高効率化は必須の課題であり、ブラシレスモータに対する需要は大きく広がりつつある。またブラシレスモータにおいても高効率化のため、鉄損、銅損低減は常なる課題として追及されて来ている。

その中で固定子コア分割による高密度巻線への取組は、モータの銅損低減の主要な手法として広く用いられるようになってきており、派生効果としてモータの小型化も大きく前進してきている。しかしコアを分割した場合、当然再度環状に組み上げる工程が必要となる。この環状組み上げ後の固定子完成品精度は、モータの特性に大きな影響を及ぼすため、精度確保のためのさまざまな取組が展開されてきている。特に環状化された固定子コアの内径精度に状態が顕著に現れており、内径精度が悪化するとコギングトルクなどのトルク脈動を大きくしてモータ騒音への重要な要因となる。

図１５は、モールド金型１０内に固定子巻線完成品３０を装着した従来のモールドモータの樹脂一体成形のモールド前工程を示している。この固定子巻線完成品３０は、図７に示された展開コア３１にコイルを巻装したものを、図８に示すように環状組み上げしてコアを溶接等で仮固定したものである。通常、モールド金型中芯に固定子巻線完成品を定位置まで作業者等が挿入した後、型締めして成形することになる。

精度向上の取組としては、樹脂一体成形の工程において固定子外径から外圧を加えることで、コア内径を中芯に沿わせて精度を出す方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。一方環状化された固定子内径を、モールド金型内においてスリットを持った拡張可能な内径ガイドにて張ることで精度を出す方法も開示されている（例えば、特許文献３参照）。

また樹脂一体成形する前の状態において、しっかりと固定子環状化の剛性と精度を得ようとする取組も開示されている（例えば、特許文献２及び４参照）。これは、絶縁構造体やコアの合体部形状などにより、固定子環状化の段階で構造的に補強し合って剛性や精度を生み出すものである。
特開２００１−２１８４２９号公報 特開２００２−８４６９８号公報 特開２００２−１９９６６６号公報 特開２００３−３２４８７０号公報

しかし改善の取り組みを積み重ねながらも、実態としては樹脂一体成形された固定子完成品内径の真円度が悪く、樹脂一体成形された固定子完成品の内径における樹脂の薄肉バリ発生を防止することができず、後工程にてワイヤバフ掛けや内径切削等の追加工にて樹脂バリを除去する工程を余儀なくされる状況が多い。この樹脂バリは、除去されないとモータ運転時に脱落してモータ音不良を生み出す要因となる。また、樹脂バリの存在そのものがコア内径の真円度不良を表しており、コギングトルクのトルク脈動等へと繋がり、除
去しても音不良の温床となっている。

モールドモータはモールドがモータ外郭を成すがゆえにコアを金型で直接加圧することができないため、例えば前記特許文献１のように外径側から内径に向けて外圧を加える方法などは採用できない場合が多い。また前記特許文献３のように内径の中芯にスリットを持った拡張可能な内径ガイドを採用すると、充填する樹脂材が微小な隙間でも浸透可能なためスリット内に樹脂が浸透して拡張機能不能となってしまう。

本来の取り組みとしては、前記特許文献２及び４で解決しようとしているように、樹脂一体成形前の固定子巻線完成品における環状化の段階で固定子コア内径の真円度を求めていくのが先決となろう。しかし近年小型化、高効率を求めていくためにコアヨーク巾も必要最小限の寸法に限定されてきており、環状化により合体してコア内径精度を確保するコアヨーク部合わせ面が矮小化して来ている。そのため、環状化後の剛性が非常に低下しており、樹脂一体成形前段階での環状化された固定子巻線完成品のコア内径精度を確保することができなくなって来ている。結果として、樹脂一体成形による最終固定子完成品工程でのコア内径精度確保が不可避の状況となって来ている。

本発明は、小型化、高効率のモータで樹脂一体成形により固定子完成品を成すモールドモータにおいて、樹脂一体成形工程により求められているコア内径精度を生み出すようにしたものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明は、環状のヨークと、前記ヨークの内周部に配置された複数のティースを有する固定子鉄心に巻線を施し、樹脂一体成形によりモータの外郭を成すモールドモータの製造方法において、モールド金型の下型中芯に誘い込み角度を有する複数の突起部を配置し、固定子巻線完成品を前記モールド金型の下型中芯に装着するようにしたモールドモータの製造方法であり、固定子巻線完成品の金型内における保持を確実にすることで、金型の型締めによる固定子巻線完成品の装着方法を確立することができる。

また本発明は、固定子鉄心の内径とモールド金型の下型中芯との間の隙間を０．０２〜０．０６ｍｍとしたもので、固定子コア内径の真円度を向上させるとともに樹脂の回り込みを防止することができる。

また本発明は、モールド金型の下型中芯に固定子巻線完成品を仮置きした後、前記モールド金型の型締め動作により前記固定子巻線完成品を前記モールド金型の下型中芯に装着するもので、固定子コア内径の真円度を向上させるとともに樹脂の回り込みを防止することができる。

樹脂一体成形されたモールドモータの、固定子コア内径の真円度を向上させるとともに樹脂の回り込みを防止することで、コギングトルクの脈動や樹脂バリ等の脱落による音不良を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図１、図２及び図３は、本発明の樹脂一体成形の工程事例について、順次示した図である。図１は固定子巻線完成品３０を下型中芯２１に仮置きする工程を示しており、図２は仮置きされた固定子巻線完成品３０を金型の型締め動作により下型中芯２１の定位置まで押し込み装着しつつある状態を示しており、上下型締め付け後金型に樹脂を充填することによりモールド固定子完成品４０ができることになる。図３に示す工程は、樹脂一体成形されたモールド固定子完成品４０を取り出す最終工程となる。

図１においては、固定子巻線完成品３０を作業者等により、下型中芯２１の定位置まで装着するのではなく、下型中芯２１上部に仮置きをする。

背景技術にて前記したが、従来は作業者等が下型中芯２１の定位置まで固定子巻線完成品３０を装着している。これは、作業性及び工程の安定性を考慮して、下型中芯２１外径を固定子巻線完成品３０のコア内径に合わせて容易に装着できる状況にしているためである。

本発明においては、モールド金型１０の下型中芯２１と固定子巻線完成品３０のコア内径との間の隙間を極小に抑えるため、容易に下型中芯２１に装着することが不可能となる。よって下型中芯２１上部に仮置きすることになる。この仮置き状態の安定性は樹脂一体成形工程を安定させる必須の条件となるため、種々の工夫が必要となる。

図４にモールド固定子完成品４０の断面図を示す。また図５に、本発明の誘い込み突起部２１１を有した下型中芯２１上部の外観を示す。モールドモータはモータ外郭をモールドで一体化することで小型化が図れるのが大きな特徴である。そのためモータ全長は必要最小限に短小化してきていて、もし下型中芯２１上部に固定子巻線完成品仮支持用の円筒上の導入ガイド部を設けると、モータ骨格に食い込むこととなり、モールド固定子完成品４０の本体の剛性を失うことになる。そのため図５に示すような限定した部位の誘い込み突起部２１１とすることで、誘い込み部による固定子巻線完成品の保持を可能にするとともに、図4に示す誘い込み凹部４１のような局部的な凹部としてモールド固定子完成品４０全体の剛性を失わないようにしている。

前記誘い込み突起部２１１の形状について、誘い込み突起部２１１の機能としては固定子巻線完成品３０を作業性良く挿入でき、かつ保持できる必要がある。よって図５に示す
ように、誘い込み突起部２１１は誘い込み角度αを付け、かつαを１度〜３度とすることで、前記作業性と保持機能を両立させることができる。

図２に次工程の具体例を示す。前記仮置きされた固定子巻線完成品３０を、金型の型締め動作を利用して強制的に下型中芯２１の定位置まで装着する。固定子巻線完成品３０の内径側樹脂壁３３１、外径側樹脂壁３３２に対し、複数個所に配置された上型固定ピン１２にて、金型の型締め動作で押すことにより、下型中芯２１の定位置まで押し込み装着される。

なお、固定子巻線完成品３０の絶縁構造体を成す樹脂壁を上型固定ピン１２にて局部押しするため、図６に示すように、固定子線完成品３０の内径側樹脂壁３３１、外径側樹脂壁３３２の局部的厚みを増し補強することも、工程及び品質の安定を図る大切なポイントとなる。

また、図２に示すような上型固定ピン１２を用いるのではなく、例えば押さえ治具等を用いて固定子巻線完成品３０の上部に設置し、型締め動作にて前記押さえ治具を介して定位置まで装着後、押さえ治具を金型より除去して再度型締めを行って樹脂一体成形する事なども可能である。

型締めが完了した後モールド固定子完成品４０の樹脂材料である熱硬化性の不飽和ポリエステル樹脂を流し込み、充填後、冷却し硬化され、樹脂一体成形されたモールド固定子完成品４０が完成した後、図３に示すように、エジェクターピン２２にて突き出すことにより下型中芯２１より分離されモールド金型１０から取り出される。

図９、図１０及び図１１は、本発明の固定子巻線完成品３０の外段取り装着による樹脂一体成形の工程事例について順次示した図である。

図９は取り出したモールド金型の下型中芯２１に固定子巻線完成品３０を仮置きし、押さえ治具５０を介して下型中芯２１の定位置まで押し込み装着する工程を示しており、図１０は余熱された固定子巻線完成品３０と下型中芯２１を金型に組み込む状態を示している。図１１は、金型より取り出されたモールド固定子完成品４０から下型中芯２１を分離させる最終工程となる。

図９においては、モールド金型１０外に取り出された固定子巻線完成品３０を作業者等により、下型中芯２１の定位置まで装着するのではなく、下型中芯２１上部に仮置きをする。実施例１にて前記したが、本発明においてはモールド金型１０の下型中芯２１と固定子巻線完成品３０のコア内径との間の隙間を極小に抑えたため、容易に下型中芯２１に装着することが不可能となる。よって下型中芯２１上部に仮置きし、次工程において前記仮置きされた固定子巻線完成品３０の上部に設置された押さえ治具５０を介して定位置まで装着する。

図１０においては、固定子巻線完成品３０が定位置まで装着された下型中芯２１を金型に組み込む。

次工程において型締めが完了した後、モールド固定子完成品４０の樹脂材料である熱硬化性の不飽和ポリエステル樹脂を流し込み、充填後、冷却し硬化の後、樹脂一体成形された固定子モールド完成品４０は、下型中芯２１に装着されたままモールド金型１０より取り出される。

図１１に示すように、モールド固定子完成品４０は、下型中芯２１から押し出し分離される。

下型中芯を分離して工程を組むことは、下型中芯の金型への締結に技法が必要だが、モールド工程において工数を多く必要とするワークの着脱を外段取りに振り分けることで、金型への装着を簡易的に処理できる利点があり、着脱段階におけるワークに対する品質上の配慮や対処が容易となる。

図１２は、下型中芯外径と固定子鉄心内径との隙間とモータ騒音の関連を表すグラフである。また図１３は、下型中芯外径と固定子鉄心内径との隙間とモールド固定子完成品鉄心内径真円度の関連を表すグラフである。

図１２からわかるように、モールド金型の下型中芯と固定子巻線完成品のコア内径との間の隙間が０．０６ｍｍ近辺から、モータ騒音が明確に大きくなってきている。また、図１３からわかるように、下型中芯外径と固定子鉄心内径との隙間が小さくなれば、固定子鉄心内径を矯正する効果を生むようになり、最終のモールド固定子完成品鉄心内径の真円度を向上させることになる。真円度とモータ騒音の関連は従来から指摘されてきており、この結果から見ても樹脂一体成形された後の環状化された固定子巻線完成品の内径寸法及び、真円度の精度を上げる事が騒音の低減につながっていることになる。

図１４は、下型中芯の外径と固定子巻線完成品の内径との隙間とモールド固定子完成品鉄心内径における樹脂バリの発生の関連を表すグラフである。指標となる数値については、今回１２ティースを有する固定子鉄心を使用しているため、１２ティース中のティース内径表面に樹脂バリが発生したティース数を割合で表している。使用している樹脂材料は、熱硬化性の不飽和ポリエステル樹脂である。下型中芯の外径と固定子巻線完成品の内径との隙間は、一定寸法を越すと樹脂の浸入を許し固定子巻線完成品の内径バリの発生として現れてくる。内径バリは事あるごとに落下の可能性を有し、モータ回転時でのローターとの接触によるモータ騒音の要因となる。

図１４からは、下型中芯の外径と固定子巻線完成品の内径との隙間が０．０７ｍｍ近辺から、モールド固定子完成品の内径樹脂バリが顕著に発生している状況が見える。樹脂の侵入を抑えた範囲での隙間の運用が必要となる。

固定子巻線完成品３０は、図７および図８で示すように展開コアを環状化して一体化のための仮固定状態であり、下中芯型への装着において必要以上に下型中芯の外径と固定子巻線完成品の内径との隙間を小さくすると仮固定状態を解体させてしまう可能性がる。また必要以上の強い嵌め合いは、モールド固定子完成品として下中芯型からの分離段階を困難にすることになる。下型中芯の外径と固定子巻線完成品の内径との一定の隙間は、樹脂一体成形を量産工程として成立させる不可欠な要素といえる。

量産工程として成立させる不可欠な要素として隙間を位置づけることと、図１２、１３、１４の結果を考慮し、固定子巻線完成品の内径とモールド金型の下型中芯との間の挿入する隙間を０．０２〜０．０６ｍｍに設定した。これにより、樹脂一体成形工程において、固定子巻線完成品の解体や着脱不能などの問題を発生させることなく、モールドモータ騒音に影響を与える固定子鉄心真円度と内径バリ発生を抑えたモールド固定子完成品を得ることができる。

本発明に係るモールドモータの製造方法は、特に分割コア等の固定子組み上げ精度が出
し難いモータに大きな効果を有するが、通常の一体型のコアの固定子においても小型化と高効率化の進行するなかコアの剛性が細ってきている状況において同等の効果を発揮する。ポンプモータなど機密性を要する用途などモールドモータの用途は多岐に広がりつつあり、容易に固定子コア内径真円度を得られる製造方法として広く使用可能である。

本発明の実施例１における固定子巻線完成品を下型中芯に仮置きした工程を示す図 本発明の実施例１における型締めにより固定子巻線完成品を下型中芯に装着する工程を示す図 本発明の実施例１における樹脂一体成形されたモールド固定子完成品を取り出す工程を示す図 モールド固定子完成品の断面図 本発明の誘い込み突起部を有する下型中芯の外観図 固定子巻線完成品の樹脂壁の局部的補強を示す図 コイル巻装された展開コアを示す図 固定子巻線完成品を示す図 本発明の実施例２における固定子巻線完成品を下型中芯に装着する工程を示す図 本発明の実施例２における固定子巻線完成品を装着した下型中芯を金型に装着する工程を示す図 本発明の実施例２における樹脂一体成形されたモールド固定子完成品を取り出す工程を示す図 下型中芯外径と固定子鉄心内径との隙間とモータ騒音との関連を表すグラフ 下型中芯外径と固定子鉄心内径との隙間と内径樹脂バリの有無との関連を表すグラフ 下型中芯外径と固定子鉄心内径との隙間とモールド固定子完成品鉄心内径の真円度との関連を表すグラフ 従来のモールド金型内に装着された固定子巻線完成品のモールド前を示す図

符号の説明

１０ モールド金型
１２ 上型固定ピン
２１ 下型中芯
２１１ 誘い込み突起部
２２ エジェクターピン
３０ 固定子巻線完成品
３１ 展開コア
３３１ 内径側樹脂壁
３３２ 外径側樹脂壁
４０ モールド固定子完成品
４１ 誘い込み凹部
５０ 押さえ治具

Claims (3)

1. 環状のヨークと、前記ヨークの内周部に配置された複数のティースを有する固定子鉄心に巻線を施し、樹脂一体成形によりモータの外郭を成すモールドモータの製造方法において、
   モールド金型の下型中芯に誘い込み角度を有する複数の突起部を配置し、固定子巻線完成品を前記モールド金型の下型中芯に装着するようにしたモールドモータの製造方法。
2. 前記固定子鉄心の内径と前記モールド金型の下型中芯との間の隙間は０．０２〜０．０６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のモールドモータの製造方法。
3. 前記モールド金型の下型中芯に前記固定子巻線完成品を仮置きした後、前記モールド金型の型締め動作により前記固定子巻線完成品を前記モールド金型の下型中芯に装着することを特徴とする請求項１または２に記載のモールドモータの製造方法。

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