JP5264210B2 - 回転電機の固定子 - Google Patents

Description

この発明は、例えば永久磁石モータ等に用いられる回転電機の固定子に関する。

例えば、特許文献１に示すような従来の回転電機の固定子では、複数のコア片（分割鉄心）が互いに連結されることによって、回転子の外周面を囲む環状のステータコアが構成される。このコア片は、ヨーク部、ティース部、及び中間部（コア片の巻線部）を有している。また、コア片には、樹脂（合成樹脂）成形品である樹脂ボビンが取り付けられる。

この樹脂ボビンは、ヨーク部を覆うヨーク側仕切部と、ティース部を覆うティース側仕切部と、中間部を覆う巻線部（コイル巻き付け部）とを有している。この樹脂ボビンの巻線部の外面に導線が巻き付けられることによって、コア片にコイルが設けられる。

特開平９−１８２３４２号公報

上記のような従来の回転電機の固定子では、樹脂ボビンのヨーク側仕切部、巻線部及びティース側仕切部の各部の肉厚（厚み寸法）の寸法差が比較的大きくなっている。特に、ヨーク側仕切部の軸方向の端面には、導線の接続部材（位相リング）が配置され、その接続部材とヨーク部との間に所定の間隔を空けるために、ヨーク側仕切部の肉厚が他の箇所の肉厚よりも大きくなっている。また、巻線部の断面四隅の形状は、導線を巻線部の外面に隙間無く巻き付けるためにＲ形状（丸みを帯びた形状）となっており、巻線部の断面における軸方向の端面の肉厚が周方向の端面の肉厚よりも大きくなっている。

ここで、樹脂ボビンの各部の肉厚の寸法差が大きいと、樹脂ボビンの成形工程において、樹脂ボビンにヒケやクレージング等の成形ひずみが生じることがある。そして、このような成形ひずみが樹脂ボビンに生じた場合には、樹脂の経年変化によって樹脂ボビンにクラックが発生しやすくなり、このクラックによって樹脂ボビンの絶縁性（絶縁耐力）が設計値よりも低下し、回転電機の回転特性が変化してしまうことがある。

これに対して、成形ひずみの発生を抑えるためには、成形ひずみの発生要因を特定した上で、樹脂成形用の金型の形状を変更したり成形条件を変更したりする必要がある。しかしながら、成形用金型の形状変更や成形条件の変更をするには、技術者の経験、技量、手間及び時間を要するため、樹脂ボビンの製造効率が低下して製造コストが増加してしまうという課題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、樹脂ボビンの樹脂成形の際に成形ひずみの発生を抑えることができ、樹脂ボビンの製造効率及び品質を向上させることができる回転電機の固定子を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機の固定子は、ヨーク部、ティース部、及びヨーク部とティース部とを繋ぐ中間部を有し、回転軸の外周面を囲む環状のステータコアをなすように互いに接続される複数のコア片と、ヨーク部と中間部とを仕切るようにヨーク部を覆うヨーク側仕切部、ティース部と中間部とを仕切るようにティース部を覆うティース側仕切部、及び中間部を覆う巻線部を有し、複数のコア片のそれぞれに設けられる複数の樹脂ボビンと、複数の樹脂ボビンのそれぞれの巻線部の外面に設けられる複数のコイルとを備えたものであって、樹脂ボビンは、コア片の外面のうち軸方向の端面と、その端面に対向する箇所の内面との間が中空となるように樹脂により成形されており、
樹脂ボビンには、コア片の端面と樹脂ボビンの内面との間に浸入した絶縁ワニスを外部へ排出するための開口と、絶縁ワニスを開口へ導くための排出経路とが設けられているものである。

この発明の回転電機の固定子は、コア片の外面のうち軸方向の端面と、その端面に対向する箇所の内面との間が中空となるように、樹脂ボビンが樹脂により成形されているので、樹脂ボビンの各部の肉厚の寸法差が従来の回転電機の固定子における樹脂ボビンよりも小さくなって、樹脂ボビンを成形する際の樹脂が従来のものよりも金型内に行き渡りやすくなっていることにより、樹脂ボビンの樹脂成形の際に成形ひずみの発生を抑えることができ、樹脂ボビンの製造効率及び品質を向上させることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石モータを示す平面図である。
図１において、永久磁石モータは、環状の固定子１と、その固定子１の内周に回転自在に設けられた回転子２とを有している。回転子２の外周面には、周方向に互いに間隔をおいて複数の永久磁石３が固着されている。固定子１は、複数のコア片４、複数の樹脂ボビン５、及び複数のコイル６を有している。複数のコア片４は、環状のステータコアをなすように互いに接続されている。また、コア片４は、互いに積層された複数枚の磁性板（例えば珪素鋼板）によって構成されている。

さらに、コア片４は、ヨーク部４ａ、中間部（コア片の巻線部）４ｂ及びティース部４ｃを有している。ヨーク部４ａの外周面は、円弧状に湾曲している。中間部４ｂは、ヨーク部４ａの内周面から径方向内側へ向けて突出している。ティース部４ｃは、中間部４ｂの先端箇所から径方向両側へ向けて張り出すように配置されている。また、ティース部４ｃの内周面は、ヨーク部４ａの外周面に対して平行となるように湾曲して配置されている。即ち、ヨーク部４ａ及びティース部４ｃは、中間部４ｂによって繋がれている。

樹脂ボビン５は、コア片４に取り付けられている。また、樹脂ボビン５の外面には、導体が巻き付けられており、この導体によってコイル６が構成されている。ここで、導線に電流が流れることにより、コイル６が励磁され、そのコイル６からの磁力が中間部４ｂからコア片４全体に伝わる。そして、固定子１の磁界と回転子２の永久磁石３の磁界とが互いに交わることによって、回転子２に回転トルクが生じ、回転子２が回転される。

図２は、図１の固定子１の一部を分解して示す分解斜視図である。図２において、樹脂ボビン５は、第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙが互いに組み合わされることによって構成されている。第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙの形状は、互いに一致している。また、第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙは、合成樹脂の成形加工、即ち樹脂成形によってなされている。

第１分割ボビン片５Ｘは、コア片４の外面のうち軸方向の一方側（回転子２の回転軸の軸方向の一方；図の手前側）の端面を覆うように配置される。第２分割ボビン片５Ｙは、コア片４の外面のうち軸方向の他方側（図の奥側）の端面を覆うように配置される。第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙのそれぞれは、ヨーク側仕切部５ａ、巻線部（コイル巻き付け部）５ｂ及びティース側仕切部５ｃを有している。ヨーク側仕切部５ａ、巻線部５ｂ及びティース側仕切部５ｃのそれぞれの形状は、コア片４のヨーク部４ａ、中間部４ｂ及びティース部４ｃのそれぞれの形状に対応した（嵌合可能な）形状となっている。

ヨーク側仕切部５ａは、第１〜第４ヨーク被覆面部５ｄ〜５ｇによって構成されている。より具体的に、ヨーク側仕切部５ａの軸方向の端面、即ち第１分割ボビン片５Ｘにおいては図の手間側の端面、又は第２分割ボビン片５Ｙにおいては図の奥側の端面は、第１ヨーク被覆面部５ｄによって構成されている。また、ヨーク側仕切部５ａの径方向外側の端面（図の上端面）は、第２ヨーク被覆面部５ｅによって構成されている。さらに、ヨーク側仕切部５ａの周方向両側の端面（図の左端面及び右端面）は、第３ヨーク被覆面部５ｆによって構成されている。また、ヨーク側仕切部５ａの径方向内側の端面（図の下端面）は、第４ヨーク被覆面部５ｇによって構成されている。

第２ヨーク被覆面部５ｅと一対の第３ヨーク被覆面部５ｆとは、コ字状の縁を構成するように配置されており、そのコ字状の縁は、第１又は第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙがコア片４に取り付けられる際に、ヨーク部４ａの軸方向の端面に当接する。一方、第４ヨーク被覆面部５ｇの一部は、第１又は第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙがコア片４に取り付けられる際に、ヨーク部４ａにおけるティース部４ｃ側の面と接合する。

つまり、第１〜第４ヨーク被覆面部５ｄ〜５ｇによって、第１又は第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙがコア片４に取り付けられた際に、ヨーク部４ａの軸方向の端面と、その端面に対向する箇所の第１ヨーク被覆面部５ｄの内面との間が中空となる。また、第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙが互いに組み合わされた状態では、それぞれのヨーク側仕切部５ａは、巻線部５ｂの外面から巻線部５ｂの外側へ鍔状に拡がるような状態となる。つまり、これらのヨーク側仕切部５ａによって、コイル６とヨーク部４ａとが互いに仕切られる。

巻線部５ｂは、第１平面部５ｈ、湾曲面部５ｉ及び第２平面部５ｊによって構成され、断面Ｕ字状となっている。また、第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙが互いに組み合わされた状態では、第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙのそれぞれの巻線部５ｂが組み合わされて筒状となる。即ち、第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙが互いに組み合わされることによって、巻線部５ｂの形状が筒状となる。また、第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙが互いに組み合わされた状態では、第１平面部５ｈ及び第２平面部５ｊのそれぞれが、中間部４ｂの周方向両端面のそれぞれと接合する。

ティース側仕切部５ｃは、ティース被覆外縁部５ｋ及びティース被覆拡開部５ｌによって構成されている。ティース被覆外縁部５ｋは、コ字状の縁をなすように配置されている。ティース被覆拡開部５ｌは、第１平面部５ｈ、湾曲面部５ｉ及び第２平面部５ｊから軸方向の一方（図の奥側又は手前側）、径方向の内側（図の下方）、及び周方向両側（図の左右方向）の３方向へ拡がるように配置されている。

ここで、第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙが互いに組み合わされた状態では、それぞれのティース側仕切部５ｃが巻線部５ｂの外面から巻線部５ｂの外側へ鍔状に拡がった状態となる。つまり、これらのティース側仕切部５ｃによって、コイル６とティース部４ｃとが互いに仕切られる。

また、ティース側仕切部５ｃの先端箇所は、固定子１の製造工程で固定子１が平置き（仮置き）される際にコイル６に直接的に固定子１の自重が掛からないようにするための脚を構成している。さらに、第１及び第２分割ボビン片５Ｘ，５Ｙが互いに組み合わされた状態では、ティース被覆拡開部５ｌの内面とティース部４ｃの外面との間に、絶縁ワニスの排出口としての開口が形成される。

一方、ヨーク側仕切部５ａには、第１ヨーク被覆面部５ｄの外面からヨーク部４ａの反対側へ向けて凸状に突出する凸状部５ｍが設けられている。凸状部５ｍの中央の箇所には、絶縁ワニスの排出口をなすための開口５ｎが設けられている。凸状部５ｍにおける巻線部５ｂの外面からの突出寸法は、ティース側仕切部５ｃにおける巻線部５ｂの外面からの突出寸法と一致している。

従って、凸状部５ｍは、ティース側仕切部５ｃと同様に、コイル６に直接的に固定子１の自重が掛からないようにするための脚を構成している。なお、固定子１が平置きされた状態では、凸状部５ｍの先端箇所とティース側仕切部５ｃの先端箇所とによって固定子１が床面（図示せず）から支持され、コイル６と床面との間にスペースが空けられることにより、コイル６には、固定子１の自重による圧力が掛からない。

ここで、巻線部５ｂの内面には、突出部としての第１リブ部５ｏ及び一対の第２リブ部５ｐが、コア片４の軸方向の端面へ向けて突出するように設けられている。第１リブ部５ｏは、ヨーク側仕切部５ａと巻線部５ｂとの境界近傍に、第１平面部５ｈの内面と第２平面部５ｊの内面とを互いに繋ぐように配置されている。一対の第２リブ部５ｐは、互いに周方向（図の左右方向）に間隔をおいて、第１リブ部５ｏからのティース被覆外縁部５ｋに渡り、周方向に沿って配置されている。

第１リブ部５ｏ及び一対の第２リブ部５ｐの先端箇所は、コア片４の軸方向の一端面に当接される。これらの第１リブ部５ｏ及び一対の第２リブ部５ｐがコア片４の軸方向の一端面に当接されることによって、コア片４の軸方向の端面と、その端面に対向する箇所の樹脂ボビン５の内面との間に間隔が空けられて中空状とされる。従って、樹脂ボビン５は、中空構造となるように成形されている。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図３において、湾曲面部５ｉの内面は、中間部４ｂの軸方向の端面に対して、第１リブ部５ｏからティース被覆拡開部５ｌへ（図の右上から左下へ）向けて傾斜している。この湾曲面部５ｉの内面は、液状（硬化前）の絶縁ワニスの排出経路（流路）をなしている。

この湾曲面部５ｉが傾斜していることによって、固定子１の絶縁ワニスの含浸処理に伴って樹脂ボビン５の内部に絶縁ワニスが浸入した際に、その絶縁ワニスがティース被覆拡開部５ｌを経て、ティース被覆外縁部５ｋが形成する開口から外部へ排出される。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。図４において、第１ヨーク被覆面部５ｄの内面は、ヨーク部４ａの軸方向の端面に対して、第３ヨーク被覆面部５ｆから開口５ｎへ（図の左端又は右端から中心へ）向けて傾斜している。この第１ヨーク被覆面部５ｄの内面は、湾曲面部５ｉの内面と同様に、液状の絶縁ワニスの排出経路をなしている。

この第１ヨーク被覆面部５ｄが傾斜していることによって、湾曲面部５ｉの場合と同様に、固定子１の絶縁ワニスの含浸処理に伴って樹脂ボビン５の内部に絶縁ワニスが浸入した際に、その絶縁ワニスが第１ヨーク被覆面部５ｄを経て開口５ｎから外部へ排出される。

上記のような回転電機の固定子では、コア片４の軸方向の端面と、その端面に対向する箇所の樹脂ボビン５の内面との間が中空となるように、樹脂ボビン５が樹脂により成形されているので、樹脂ボビン５の各部５ａ〜５ｃの肉厚の寸法差が従来の回転電機の固定子における樹脂ボビンよりも小さくなって、樹脂ボビン５を成形する際の樹脂が従来のものよりも金型内に行き渡りやすくなっていることにより、樹脂ボビン５の樹脂成形の際に成形ひずみの発生を抑えることができ、樹脂ボビン５の製造効率及び品質を向上させることができる。

これに加えて、成形用金型の形状変更や成形条件の変更に伴う技術者の手間等が軽減されることにより、樹脂ボビン５の製造コストを低減させることができる。また、従来の回転電機の固定子における樹脂ボビンよりも樹脂の使用量を低減させることができ、製造コストを更に低減させることができる。

さらに、コア片４の軸方向の端面と、その端面に対向する箇所の樹脂ボビン５の内面との間に、樹脂よりも熱伝導率が低い（断熱性が高い）空気層が設けられるので、コイル６が励磁された際に発する熱がコア片４に伝わりにくくなり、コア片４の熱損失を抑制することができる。

また、湾曲面部５ｉの内面が中間部４ｂの軸方向の端面に対して、第１リブ部５ｏからティース被覆拡開部５ｌへ向けて傾斜し、かつ、第１ヨーク被覆面部５ｄの内面がヨーク部４ａの軸方向の端面に対して、第３ヨーク被覆面部５ｆから開口５ｎへ向けて傾斜しているので、コア片４の軸方向の端面と、その端面に対向する箇所の樹脂ボビン５の内面との間の空間に絶縁ワニスが溜まりにくくなっていることにより、絶縁ワニスの使用量を低減させることができる。

さらに、第１及び第２リブ部５ｏ，５ｐが樹脂ボビン５の補強となるので、中空化に伴う樹脂ボビン５の強度低下を抑えることができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、第１リブ部５ｏ及び一対の第２リブ部５ｐを突出部として用いたが、実施の形態２では、円柱状の複数の突起部５ｑを突出部として用いる。図５は、この発明の実施の形態２による永久磁石モータの一部を示す斜視図である。図５において、複数の突起部５ｑは、湾曲面部５ｉの内面に、互いに間隔をおいてドット状に配置されている。また、突起部５ｑの先端箇所は、実施の形態１の第１及び第２リブ部５ｏ，５ｐと同様に、中間部４ｂの軸方向の端面に当接している。他の構成は実施の形態１と同様である。

ここで、実施の形態１の回転電機の固定子では、固定子１の絶縁ワニスの含浸工程で、樹脂ボビン５の内面のうち第１リブ部５ｏと一対の第２リブ部５ｐとに囲まれた箇所で絶縁ワニスが滞留してしまうことがあった。これに対して、実施の形態２の回転電機の固定子では、複数の突起部５ｑが互いに間隔をおいてドット状に配置されているので、固定子１の絶縁ワニスの含浸工程で、突起部５ｑ同士の間で絶縁ワニスが滞留しにくくすることができ、絶縁ワニスの使用量を更に低減させることができる。

なお、実施の形態１，２では、永久磁石モータについて説明したが、この発明は、例えば誘導電動機等の他の電動機にも適用することができる。

また、実施の形態１では、リブ状の第１及び第２リブ部５ｏ，５ｐを突出部として用いて、実施の形態２では、円柱状の複数の突起部５ｑを突出部として用いたが、突出部の形状は、リブ状及び円柱状に限るものではなく、他の形状であってもよい。

この発明の実施の形態１による永久磁石モータを示す平面図である。 図１の固定子の一部を分解して示す分解斜視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 この発明の実施の形態２による永久磁石モータの一部を示す斜視図である。

符号の説明

１ 固定子、２ 回転子、４ コア片、４ａ ヨーク部、４ｂ 中間部、４ｃ ティース部、５ 樹脂ボビン、５ａ ヨーク側仕切部、５ｂ 巻線部、５ｃ ティース側仕切部、５ｎ 開口、５ｏ 第１リブ部（突出部）、５ｐ 第２リブ部（突出部）、５ｑ 突起部（突出部）、６ コイル。

Claims (4)

1. ヨーク部、ティース部、及び前記ヨーク部と前記ティース部とを繋ぐ中間部を有し、回転軸の外周面を囲む環状のステータコアをなすように互いに接続される複数のコア片と、前記ヨーク部と前記中間部とを仕切るように前記ヨーク部を覆うヨーク側仕切部、前記ティース部と前記中間部とを仕切るように前記ティース部を覆うティース側仕切部、及び前記中間部を覆う巻線部を有し、前記複数のコア片のそれぞれに設けられる複数の樹脂ボビンと、前記複数の樹脂ボビンのそれぞれの前記巻線部の外面に設けられる複数のコイルとを備えた回転電機の固定子であって、
   前記樹脂ボビンは、前記コア片の前記外面のうち軸方向の端面と、その端面に対向する箇所の内面との間が中空となるように樹脂により成形されており、
   前記樹脂ボビンには、前記コア片の前記端面と前記樹脂ボビンの前記内面との間に浸入した絶縁ワニスを外部へ排出するための開口と、前記絶縁ワニスを前記開口へ導くための排出経路とが設けられている
   ことを特徴とする回転電機の固定子。
2. 前記樹脂ボビンの前記内面のうち前記コア片の前記端面に対向する箇所には、前記コア片の前記端面へ向けて突出する突出部が設けられており、前記突出部の先端が前記コア片の前記端面に当接することによって、前記樹脂ボビンが前記コア片から支持される
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機の固定子。
3. 前記突出部の形状は、リブ状となっている
   ことを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子。
4. 前記突出部は、前記樹脂ボビンの前記内面に互いに間隔をおいてドット状に配置された複数の突起である
   ことを特徴とする請求項２記載の回転電機の固定子。

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