JP4869772B2

JP4869772B2 - ステータ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4869772B2
Application number: JP2006116744A
Authority: JP
Inventors: 和嗣草別; 英治山田; 健司原田; 晋吾雪吹; 康浩遠藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2026-04-20
Also published as: JP2007288983A

Description

本発明は、ステータ及びその製造方法に関する。

従来のステータとして、ステータコアのティース部にコイルを外装した状態で、コイルをプレス圧縮し、コイルの占積率の向上等を図るようにしたものがある（例えば、特許文献１，２）。また、本願発明とは直接の関連性はないが、コイルと圧粉磁性体材料とを一緒に金型内に装填してプレス成形を行う技術がある（例えば、特許文献３）。

特開２００３−２４４８８１号公報特開２００４−３６４４０２号公報特表２００３−５０７９９１号公報

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の技術のようにステータコアのティース部にコイルを単純に外装してプレス圧縮すると、圧縮されたコイルによりティース部のツバ部が強く押され、ツバ部が破損するおそれがある。特に、圧粉磁性体で形成されたステータコアには、珪素鋼板を積層して形成したコアに比して脆いため、コイルのプレス圧縮に起因するツバ部の破損が生じやすくなる。

そこで、本発明の解決すべき課題は、コイルのプレス圧縮に起因するステータコアのツバ部の破損を抑制することができるステータ及びその製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明では、ロータの外周に配置されるステータであって、ツバ部が設けられたティース部を有するステータコアと、前記ティース部に外装される絶縁部材と、前記絶縁部材の上から外装された状態でプレス圧縮されるコイルとを備え、前記絶縁部材の外周には、前記コイルの線材を案内する溝が設けられ、前記溝のモータ径方向に対するピッチについて、モータ径方向内方側の前記ピッチがモータ径方向外方側の前記ピッチよりも拡大されている。

また、請求項２の発明では、請求項１の発明に係るステータにおいて、前記溝のモータ径方向に対するピッチが、少なくともモータ径方向内方側の一部区間内において、モータ径方向内方側端部に近づくにつれて徐々に拡大されている。

また、請求項３の発明では、請求項１又は２の発明に係るステータにおいて、前記絶縁部材には、前記ツバ部と前記コイルのモータ径方向内方側端部との間に介在する端壁部が設けられ、前記端壁部の前記コイル側の壁面が、前記ティース部の外周面に対して鈍角を成すように傾斜している。

また、請求項４の発明では、請求項１ないし３のいずれかの発明に係るステータにおいて、前記ステータコアが圧粉磁性体により形成されている。

また、請求項５の発明では、ロータの外周に配置され、ツバ部が設けられたティース部を有するステータコアと、前記ティース部に外装される絶縁部材と、前記絶縁部材の上から外装されるコイルと、を備え、前記絶縁部材の外周には、前記コイルの線材を案内する溝が設けられ、前記溝のモータ径方向に対するピッチについて、モータ径方向内方側の前記ピッチがモータ径方向外方側の前記ピッチよりも拡大されているステータの製造方法であって、前記ステータコアの前記ティース部に前記絶縁部材を外装する絶縁部材外装工程と、前記絶縁部材の上から前記ティース部に、前記絶縁部材の外周の前記溝に従って、前記ティース部の前記モータ径方向外方側に比して内方側の前記線材の密度が低くなるように、前記線材を巻回して前記コイルを形成するコイル外装工程と、前記ティース部に外装された前記コイルに対し、前記コイルの中心軸方向に向けてプレス圧縮を行うプレス工程と、を備える。

また、請求項６の発明では、請求項５に記載のステータの製造方法において、前記プレス工程では、前記ティース部に外装された前記コイルに対し、モータ径方向内方側の除外区間を除いて前記コイルの中心軸方向に向けてプレス圧縮を行う。

また、請求項７の発明では、請求項６の発明に係るステータの製造方法において、前記プレス工程では、前記コイルの前記除外区間について、前記プレス圧縮が少なくとも行われる方向と同一の方向から前記コイルを治具で押さえた状態で、前記プレス圧縮が行われる。

請求項１に記載の発明によれば、ティース部に外装される絶縁部材の外周に、コイルの線材を案内する溝が設けられ、その溝のモータ径方向に対するピッチについて、モータ径方向内方側のピッチがモータ径方向外方側のピッチよりも拡大されているため、溝に沿ってコイルの線材を巻回してゆけば、コイルの密度について、モータ径方向外方側よりもモータ径方向内方側（すなわち、ツバ側）を容易に粗にすることができる。その結果、コイルに対するプレス圧縮を行った際にコイルのモータ径方向内方側の部分がモータ径方向へ拡大する圧力を軽減することができ、これによって、コイルのプレス圧縮に起因するステータコアのツバ部の破損を抑制できる。

請求項２に記載の発明によれば、絶縁部材の外周に設けられる溝のモータ径方向に対するピッチが、少なくともモータ径方向内方側の一部区間内において、モータ径方向内方側端部に近づくにつれて徐々に拡大されているため、溝に沿ってコイルの線材を巻回してゆけば、コイルの密度をモータ径方向内方側端部に近いほどより粗にすることができ、これによって、コイルに対するプレス圧縮を行った際にコイルのモータ径方向内方側の部分がモータ径方向へ拡大する圧力をより効果的に軽減することができる。

請求項３に記載の発明によれば、絶縁部材には、ツバ部とコイルのモータ径方向内方側端部との間に介在する端壁部が設けられ、その端壁部のコイル側の壁面が、ティース部の外周面に対して鈍角を成すように傾斜しているため、モータ径方向内方側端部におけるコイル巻回スペースを増大させることができ、その結果、コイルの巻数を維持しつつ、モータ径方向内方側端部（すなわち、ツバ側端部）のコイルの密度を容易に粗にすることができる。これによって、コイルに対するプレス圧縮を行った際にコイルのモータ径方向内方側の部分がモータ径方向へ拡大する圧力をより効果的に軽減することができる。

請求項４に記載の発明によれば、ステータコアが成形性に優れた圧粉磁性体により形成されているため、３次元的に複雑な形状を有するステータコアであっても容易に作製することができる。

請求項５に記載の発明によれば、ティース部に外装される絶縁部材の外周に、コイルの線材を案内する溝が設けられ、その溝のモータ径方向に対するピッチについて、モータ径方向内方側のピッチがモータ径方向外方側のピッチよりも拡大されているため、溝に沿ってコイルの線材を巻回してゆけば、コイルの密度について、モータ径方向外方側よりもモータ径方向内方側（すなわち、ツバ側）を容易に粗にすることができる。その結果、コイルに対するプレス圧縮を行った際にコイルのモータ径方向内方側の部分がモータ径方向へ拡大する圧力を軽減することができ、これによって、コイルのプレス圧縮に起因するステータコアのツバ部の破損を抑制できる。

請求項６に記載の発明によれば、ティース部に外装されたコイルに対し、モータ径方向内方側の除外区間を除いてコイルの中心軸方向に向けてプレス圧縮を行うため、そのプレス圧縮の際にコイルのモータ径方向内方側の部分がモータ径方向へ拡大する圧力を軽減することができ、これによって、コイルのプレス圧縮に起因するステータコアのツバ部の破損を抑制できる。

請求項７に記載の発明によれば、コイルの前記除外区間について、プレス圧縮が少なくとも行われる方向と同一の方向からコイルを治具で押さえた状態で、プレス圧縮が行われるため、プレス圧縮によりコイルのモータ径方向内方側の部分がティース部から離反する方向に拡大して許容限度を超えて浮き上がるのを防止することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るステータの構成を模試的に示す平面図であり、図２は図１のステータに備えられる分割ステータの構成及び製造工程を示す断面図であり、図３は図２の分割ステータに備えられる分割コアとインシュレータとを分解して示す断面図であり、図４は分割コアの斜視図である。

このステータ１は、図１に示すように、ロータの周りに円環状に配置される複数の分割ステータ３を備えて構成されている。分割ステータ３は、図２ないし図４に示すように、分割コア（本発明のステータコアに相当）１１と、コイル１３と、インシュレータ（絶縁部材）１５とを備えている。

分割コア１１は、コイル１３が外装されるティース部１１ａと、そのティース部１１ａのモータ径方向Ａ外方側に設けられるヨーク部１１ｂとからなっている。ヨーク部１１ｂは、ティース部１１ａの端部からモータ周方向Ｂ両側及びモータ軸方向Ｃ両側に張り出している。また、ティース部１１ａのモータ径方内方側端部には、その端部からモータ周方向Ｂ両側及びモータ軸方向Ｃ両側に張り出すツバ部１１ｃが設けられている。なお、ツバ部１１ｃは、モータ周方向Ｂ両側にのみ張り出し、モータ軸方向Ｃには張り出さない構成にしてもよい。

このような分割コア１１は、金属磁性粉末、又は所定の絶縁被膜で覆った金属磁性粉末を樹脂で結合した圧粉磁性体により構成されており、圧粉磁性材料を所定の成型用の型に充填して加圧、圧縮した後、加熱処理することにより形成される。

インシュレータ１５は、ティース部１１ａの外周に外嵌される略筒形の胴部１５ａと、その胴部１５ａの両端に設けられる２つの端壁部１５ｂ，１５ｃとを備えており、絶縁樹脂により形成されている。このようなインシュレータ１５は、ティース部１１ａの外周に形成されるスロット部にぴったりと嵌まり込む形状を有しており、その胴部１５ａはティース部１１ａの軸部とコイル１３との間に介挿され、端壁部１５ｂ，１５ｃはコイル１３のモータ径方向Ａ外方側及び内方側の端面とヨーク部１１ｂ及びツバ部１１ｃとの間に介挿される。

胴部１５ａの外周には、図５に示すように、コイル１３の線材１３ａの巻き付け位置を規定するための周方向に連なる複数の溝２１が設けられている。線材１３ａが胴部１５ａに巻き付けられた際に、溝２１に線材１３ａが嵌まり込んで案内され、これによって線材１３ａの巻き付け位置が規定され、線材１３ａが整然と巻き付けられてゆくようになっている。

溝２１のモータ径方向Ａに対するピッチＰは、モータ径方向Ａ内方側の一部区間Ｄａ内において、モータ径方向Ａ内方側の端壁部１５ｃに近づくにつれて徐々に拡大されている。それ以外の区間Ｄｂについては、ピッチＰが線材１３ａの外径とほぼ等しい一定値に設定されている。すなわち、区間Ｄａでは、ピッチＰが、線材１３ａの外径よりもやや大きな値を最低値として、端壁部１５ｃに近づくにつれてそれよりも大きな値に段階的に拡大されている。

また、端壁部１５ｃのコイル１３側の壁面２３が、ティース部１１ａの外周面Ｓに対して鈍角θを成すように傾斜されている。

このように構成されるインシュレータ１５は、図３に示すように、その中心を通るモータ軸方向Ｃに平行な分割面で、２つの分割対１５Ａ，１５Ｂに２分割された構成となっており、モータ周方向Ｂの両側からティース部１１ａに外嵌されて装着されるようになっている。なお、変形例として、インシュレータ１５をモータ周方向Ｂと平行な分割面で２分割するようにしてもよい。

コイル１３は、インシュレータ１５の上からティース部１１ａに線材１３ａを巻き付けることにより形成され、占積率向上のため、ティース部１１ａに巻回された状態でプレス圧縮される。このプレス圧縮工程については後に詳述する。

次に、図６を参照してステータ１の製造工程について説明する。まず、図６に示すように、上述のような要領でティース部１１ａにインシュレータ１５が装着される（ステップＳ１）。

続いて、コイル１３の線材１３ａがインシュレータ１５の上からティース部１１ａに巻き付けられ、コイル１３が形成される（ステップＳ２）。このとき、インシュレータ１５の溝２１のピッチＰについて、モータ径方向Ａ外方側の区間ＤｂではピッチＰが線材１３ａの外径に対応して密に均一に設定されているため、その溝２１に対応させて線材１３ａを巻き付けてゆくことによって、線材１３ａが密度が自然に密に巻回されるようになっている。これに対し、モータ径方向Ａ内方側の区間Ｄａでは、ピッチＰが端壁部１５ｃに近づくにつくれて段階的に拡大されるようになっているため、その溝２１に対応させて線材１３ａを巻き付けてゆくことによって、線材１３ａの間に自然に隙間が形成され、密度が自然に粗になるようになっている。

また、インシュレータ１５の端壁部１５ｃの壁面２３が、ティース部１１ａの外周面Ｓに対して鈍角θを成すように傾斜しているため、モータ径方向Ａ内方側端部におけるコイル巻回スペースが増大され、これによって、端壁部１５ｃの近傍において、コイル１３の巻数を維持しつつ、線材１３ａの密度を容易に粗にすることができるようになっている。

なお、インシュレータ１５の胴部１５ａの全長に占める区間Ｄａの割合、区間Ｄａ内における溝２１のピッチＰの段階的な拡大割合、及び壁面２３の傾斜角θは、ツバ部１１ｃの近傍におけるコイル１３の線材１３ａの密度状況をどのくらいに設定するかに応じて決定されるようになっている。

続いて、ティース部１１ａに巻回されたコイル１３に対して、図１に示すようにしてプレス圧縮が行われ、コイル１３の占積率の向上が図られる（ステップＳ３）。この工程では、インシュレータ１５の端壁部１５ｂ，１５ｃ間における端壁部１５ｃ側の除外区間Ｅを除いて、コイル１３に対し、プレス金型２５によりモータ周方向Ｂの両側から（すなわち、コイルサイド方向から）、コイル１３の中心軸方向に向けて矢印Ｆ方向にプレス圧縮が行われるようになっている（モータ軸方向Ｃ（コイルエンド方向）については、プレス圧縮は行われない）。このとき、除外区間Ｅについては、コイルサイド方向両側からコイル１３を治具２７で押さえた状態で、プレス圧縮が行われるようになっている。

このように、除外区間Ｅを除いてコイル１３に対するプレス圧縮を行うため、そのプレス圧縮の際にコイル１３のモータ径方向Ａ内方側の部分がモータ径方向Ａへ拡大する圧力を軽減することができるようになっている。なお、インシュレータ１５の端壁部１５ｂ，１５ｃ間の間隔に占める除外区間Ｅの割合については、ツバ部１１ｃの近傍のコイル１３の線材１３ａの密度状況を加味しつつ、プレス圧縮の際にコイル１３の拡大によりツバ部１１ｃに作用する応力をどのくらいに設定するか等によって決定される。

また、除外区間Ｅについてコイル１３を治具２７で押さえた状態で、コイル１３に対するプレス圧縮を行うため、プレス圧縮によりコイル１３のモータ径方向Ａ内方側の部分がティース部１１ａから離反する方向に拡大して許容限度を超えて浮き上がるのを防止することができるようになっている。

以上のように、本実施形態によれば、上述のように、インシュレータ１５の溝２１のピッチＰがモータ径方向Ａ内方側端部の一部区間Ｄａでモータ径方向Ａ内方側に向けて段階的に拡大されているため、その溝２１に沿って線材１３ａを巻回してゆけば、コイル１３の密度をモータ径方向Ａ内方側端部に近いほどより粗にすることができ、その結果、コイル１３に対するプレス圧縮を行った際にコイル１３のモータ径方向Ａ内方側の部分がモータ径方向Ａへ拡大する圧力をより効果的に軽減することができる。これによって、コイル１３のプレス圧縮に起因する分割コア１１のツバ部１１ａの破損を抑制できる。

また、インシュレータ１５の端壁部１５ｃの壁面２３がティース部１１ａの外周面Ｓに対して鈍角θを成すように傾斜されているため、モータ径方向Ａ内方側端部におけるコイル巻回スペースを増大させることができ、その結果、コイル１３の巻数を維持しつつ、モータ径方向Ａ内方側端部（すなわち、ツバ側端部）のコイル１３の密度を容易に粗にすることができる。したがって、この点によっても、コイル１３に対するプレス圧縮を行った際にコイル１３のモータ径方向Ａ内方側の部分がモータ径方向Ａへ拡大する圧力をより効果的に軽減することができ、コイル１３のプレス圧縮に起因するツバ部１１ａの破損を抑制できるようになっている。

また、モータ径方向Ａ内方側端部の除外区間Ｅを除いてコイル１３に対するプレス圧縮を行うため、そのプレス圧縮の際にコイル１３のモータ径方向Ａ内方側の部分がモータ径方向Ａへ拡大する圧力を軽減することができる。しがたって、この点によっても、コイル１３のプレス圧縮に起因するツバ部１１ａの破損を抑制できるようになっている。

また、除外区間Ｅについてコイルサイド方向両側からコイル１３を治具２７で押さえた状態で、コイル１３に対するプレス圧縮を行うため、プレス圧縮によりコイル１３のモータ径方向Ａ内方側の部分の浮き上がりが防止され、コイル１３の占積率が向上する。

また、分割コア１１が成形性に優れた圧粉磁性体により形成されているため、３次元的に複雑な形状を有する分割コア１１であっても容易に作製することができる。

なお、上述の実施形態では分割コア１１を圧粉磁性体により形成したが、分割コア１１を電磁鋼板を積層して形成してもよい。

本発明の一実施形態に係るステータの構成を模試的に示す平面図である。図１のステータに備えられる分割ステータの構成及び製造工程を示す断面図である。図２の分割ステータに備えられる分割コアとインシュレータとを分解して示す断面図である。分割コアの斜視図である。インシュレータの要部の構成を模試的に示す断面図である。ステータの製造工程を示す工程図である。

符号の説明

１ステータ
３分割ステータ
１１分割コア
１３コイル
１３ａ線材
１５インシュレータ
１５ａ胴部
１５ｂ，１５ｃ端壁部
２１溝
２３壁面
２５プレス金型
２７治具
Ａモータ径方向
Ｂモータ周方向
Ｃモータ軸方向
Ｄａ，Ｄｂ区間
Ｅ除外区間
Ｐピッチ
θ 鈍角

Claims

ロータの外周に配置されるステータであって、
ツバ部が設けられたティース部を有するステータコアと、
前記ティース部に外装される絶縁部材と、
前記絶縁部材の上から外装された状態でプレス圧縮されるコイルと、
を備え、
前記絶縁部材の外周には、前記コイルの線材を案内する溝が設けられ、
前記溝のモータ径方向に対するピッチについて、モータ径方向内方側の前記ピッチがモータ径方向外方側の前記ピッチよりも拡大されていることを特徴とするステータ。
請求項１に記載のステータにおいて、
前記溝のモータ径方向に対するピッチが、少なくともモータ径方向内方側の一部区間内において、モータ径方向内方側端部に近づくにつれて徐々に拡大されていることを特徴とするステータ。
請求項１又は２に記載のステータにおいて、
前記絶縁部材には、前記ツバ部と前記コイルのモータ径方向内方側端部との間に介在する端壁部が設けられ、
前記端壁部の前記コイル側の壁面が、前記ティース部の外周面に対して鈍角を成すように傾斜していることを特徴とするステータ。
請求項１ないし３のいずれかに記載のステータにおいて、
前記ステータコアが圧粉磁性体により形成されていることを特徴とするステータ。
ロータの外周に配置され、ツバ部が設けられたティース部を有するステータコアと、
前記ティース部に外装される絶縁部材と、
前記絶縁部材の上から外装されるコイルと、
を備え、
前記絶縁部材の外周には、前記コイルの線材を案内する溝が設けられ、前記溝のモータ径方向に対するピッチについて、モータ径方向内方側の前記ピッチがモータ径方向外方側の前記ピッチよりも拡大されているステータの製造方法であって、
前記ステータコアの前記ティース部に前記絶縁部材を外装する絶縁部材外装工程と、
前記絶縁部材の上から前記ティース部に、前記絶縁部材の外周の前記溝に従って、前記ティース部の前記モータ径方向外方側に比して内方側の前記線材の密度が低くなるように、前記線材を巻回して前記コイルを形成するコイル外装工程と、
前記ティース部に外装された前記コイルに対し、前記コイルの中心軸方向に向けてプレス圧縮を行うプレス工程と、
を備えることを特徴とするステータの製造方法。
請求項５に記載のステータの製造方法において、
前記プレス工程では、前記ティース部に外装された前記コイルに対し、モータ径方向内方側の除外区間を除いて前記コイルの中心軸方向に向けてプレス圧縮を行うことを特徴とするステータの製造方法。
請求項６に記載のステータの製造方法において、
前記プレス工程では、前記コイルの前記除外区間について、前記プレス圧縮が少なくとも行われる方向と同一の方向から前記コイルを治具で押さえた状態で、前記プレス圧縮が行われることを特徴とするステータの製造方法。