JP2010028914A - 樹脂モールドコイル、樹脂モールドステータ及びステータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コアとコイルとの取り付け位置がずれることがなく、また、コアへの放熱性を高めることのできる樹脂モールドコイルを提供する。
【解決手段】樹脂４でモールドされているとともに、内周部にコア２が挿入される穴部９を有するモールドコイル１であって、コイルエンド部７の外側から上記穴部９に通じ、上記コア外周部と上記穴部内周部との間に形成される隙間Ｈに樹脂を導入する樹脂導入路１５を設けて構成される。
【選択図】図５

Description

本願発明は、少なくとも表面が樹脂モールドされた樹脂モールドコイル、これを用いた樹脂モールドステータ及びステータの製造方法に関する。

たとえば、モータや発電機のステータは、コアの周囲にコイルを巻き回して構成される。上記コアは、ステータの外周側に配置されるヨーク部と、このヨーク部から内周側に突出するティース部とを備えて構成される。コイルは、上記ティース部の外周に巻線を巻き回して構成される。近年、コイル部材を樹脂モールドしてなる樹脂モールドコイルが提案されている。

特開２００７−１９５３３３号公報

上記特許文献１に記載されている発明は、環状に配置されたティース部及びヨーク部を備えて構成される。上記環状ティース部は複数のティースを環状に連結して構成されているとともに、上記ヨーク部は複数のヨークを環状に連結して構成されている。樹脂モールドコイルは、上記環状ティース部の各ティースに取り付けられる。

上記特許文献１に記載された発明に係るステータにおいては、コアとコイルとの組み付け作業が簡単となり、また、絶縁を行うためのインシュレータも不要となる。このため、生産性が向上し、製造コストを低減させることもできる。

上記特許文献１に記載されているような樹脂モールドコイルを採用した場合、これをコアに組み付けた状態で、コア外周部と樹脂モールドコイル内周部との間に隙間が生じる。このため、使用中にコイルががたついて、取り付け位置がずれたり、振動や騒音が生じる原因ともなる。

また、電動機を構成する場合、上記コイルの位置がロータ側にずれるとロータと干渉する恐れがある。

さらに、上記隙間があると、部分放電等によりコアとコイルとの間のモールド樹脂が劣化して、コイルとコアの絶縁性が低下する可能性もある。また、上記隙間が存在することによりコイルとコアとの間の熱伝導が低下し、コイルの放熱性が低下する。

本願発明は、上記問題を解決し、コアとコイルとの位置がずれることがなく、さらに、コアへの放熱性を高めることのできる樹脂モールドコイルを提供することを課題としている。

請求項１に記載した発明は、樹脂でモールドされているとともに、内周部にコアが挿入される穴部を有するモールドコイルであって、コイルエンド部の外側から上記穴部に通じ、上記コア外周部と上記穴部内周部との間に形成される隙間に樹脂を導入する樹脂導入路を設けて構成される。

樹脂モールドコイルは、巻き回された巻線間及び筒状のコイル外周面を樹脂で覆って形成される。なお、コイル端子部及びロータに対向するコイル先端部は、巻き線を樹脂から露出させて構成することができる。

上記樹脂導入路を設けることにより、コアに組付けた後に、上記樹脂モールドコイル内周部と上記コア外周部との間の上記隙間に樹脂を充填することが可能となる。上記樹脂を充填することにより、樹脂モールドコイルとコアとが一体化されて、これらの間に隙間が生じることはない。また、上記隙間に起因するずれやがたが生じることもない。また、樹脂モールドコイルとコアとの組み付け位置がずれることがないため、ロータとの干渉が生じる恐れもない。

さらに、コア外周部とコイル内周部とを、充填樹脂を介して確実に離間させることができる。したがって、電気絶縁性が低下する恐れもない。

上記樹脂は特に限定されることはなく、上記樹脂モールドコイルをモールドしたのと同一の樹脂を採用することができる。また、熱伝導性の高い樹脂を充填することにより、コイルで発生する熱を効率よくコアに放熱することも可能となる。

上記樹脂導入路は、巻線が埋め込まれた部分には設けることができない。また、環状に組み付けた状態では周方向には隣接するコイルが位置するため、上記樹脂導入路をコイルサイド側に設けることも困難である。そこで、請求項２に記載した発明では、上記樹脂導入路を、上記樹脂モールドコイルの先端部において、コイルエンド部の外側縁部から上記穴部に通じる樹脂注入溝を設けて構成している。

上記樹脂注入溝は、たとえば、上記モールド樹脂のコイル先端側を切り欠くことにより形成することができる。上記樹脂注入溝は、上記樹脂モールドコイルを成形する際に同時に形成することもできるし、樹脂モールドコイルを成形後に、機械加工等によって形成することもできる。

上記樹脂注入溝は、コイル先端側に配置されるモールド金型部材と共働することにより、上記コイルエンド部外側から、上記コア外周部と上記樹脂モールドコイル内周部との間の隙間に連通する樹脂導入路を構成し、樹脂モールドコイルの外側から樹脂を上記隙間に導入することが可能となる。

また、請求項３に記載した発明のように、上記樹脂注入溝を、コイルを構成する巻線の先端側段落ち部に形成することができる。特に、断面積の大きな巻線を採用した場合、コイル先端部において、巻線が次のターンに移る巻き回し段落ち部の段差が大きくなる。本請求項に記載した発明は、上記段差を利用して、上記樹脂注入溝を設けたものである。この構成を採用することにより、コイル先端部のモールド樹脂の厚みを増加させることなく、上記樹脂注入溝を設けることが可能となる。

請求項４に記載した発明は、上記樹脂導入路を、コイルエンド部の基端側外面から上記穴部に通じる樹脂注入穴を設けて構成したものである。

コイル先端側は、ロータとの間の距離をできるだけ小さく設定するのが望ましい。このため、コイルを被覆するモールド樹脂の厚さを大きく設定できない場合があり、請求項２又は請求項３に記載した樹脂注入溝で充分な樹脂導入路を構成するのが困難な場合もある。上記樹脂注入穴をコイルエンド部の基端側外面、すなわち、ヨーク側外面に設けることにより、樹脂の流路を確保することが可能となる。これにより、コア外周部と樹脂モールドコイル内周部との間の隙間に樹脂を確実に充填することができる。

上記樹脂注入穴を設ける手法も特に限定されることはなく、樹脂モールドコイルを成形する際に同時に形成することもできるし、成形後に機械加工等によって設けることもできる。

請求項５に記載した発明は、上記樹脂モールドコイルの内周部に、上記コア外周部との間の上記隙間を確保する凹部を設けたものである。

上記コア外周部と上記樹脂モールドコイル内周部との間の隙間が小さいと、樹脂の流れが悪くなる。このため、樹脂を上記隙間の全域に充填するのが困難な場合がある。上記凹部を設けることにより、上記コア外周部と上記樹脂モールドコイル内周部との間の隙間を大きく設定できる。したがって、充填樹脂の流動が阻害されることはなくなり、上記隙間の全域に樹脂を充填することが可能となる。また、コイルとコアとを確実に離間させることも可能となり、絶縁破壊等が生じる恐れもなくなる。

上記凹部の構成は特に限定されることはない。上記コアの外周部と上記樹脂モールドコイル内周部との間に所要の隙間を形成できる形態であればよい。たとえば、矩形のコアの角部に対接する部分を残して上記凹部を設けることができる。また、充填樹脂の流路を確保できる溝状に形成することもできる。さらに、断面矩形状の各内周面に矩形状の凹部を設けるとともに、これら複数の凹部を互いに連通させる溝状の凹部を設けることもできる。

請求項６に記載した発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載された樹脂モールドコイルに組み付けられるコアであって、外周部に、上記樹脂モールドコイル内周部との間の上記隙間を確保する凹部を設けたものである。

上記コアは、請求項１から請求項５に記載した樹脂モールドコイルと一体的に組み付けられる。したがって、上記コアの外周部に凹部を設けることにより、上記樹脂モールドコイル内周部と上記コア外周部との間の隙間を確保することができる。

請求項７に記載した発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載した複数の樹脂モールドコイルが、コアに組み付けられて環状に配置されているとともに、少なくとも上記樹脂モールドコイルの内周部と上記コア外周部との間の隙間に樹脂が充填された樹脂モールドステータに関する発明である。

上記樹脂は、少なくとも上記樹脂モールドコイルの内周部と上記コア外周面部の間の隙間に充填されていればよい。また、上記樹脂を隣接する樹脂モールドコイル間に充填して、複数のコア及びコイルを一体化した形態の樹脂モールドステータを構成することもできる。さらに、上記各樹脂モールドコイルの端子部が接続されるバスバーを上記樹脂モールドコイル及び上記コアとともに一体的にモールドして、樹脂モールドステータを構成することもできる。

請求項８に記載した発明は、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載した複数の樹脂モールドコイルをコアに組み付けて環状に配置する組み付け工程と、少なくとも各樹脂モールドコイル内周部と上記コア外周部との間の隙間に、樹脂を充填する樹脂充填工程とを含むステータの製造方法に係るものである。

本請求項に記載した発明では、複数のコア及び樹脂モールドコイルを環状に組み付けた後に、これらコアの外周部と樹脂モールドコイル内周部との間の隙間に樹脂が充填される。このため、複数のコアとこれらに組み付けられた樹脂モールドコイルの間に同時に樹脂を充填して一体化することが可能となる。したかって、製造工程を削減することも可能となる。

また、上記組み付け工程の後に、環状に配置された上記各樹脂モールドコイルの端子部を、ヨーク部側に配置されるバスバーに接続する接続工程を含ませることもできる。また、上記樹脂充填工程は、上記コア及び上記樹脂モールドコイルのみならず、上記バスバーを一体的にモールドするように行うこともできる。

また、樹脂充填工程を行う前に、樹脂充填領域を区画する金型部材を装着し、この金型部材の樹脂充填口から上記樹脂を充填することもできる。これにより、上記コア、上記樹脂モールドコイル及び上記バスバー間の隙間を埋めて、これらが一体的に組み付けられた樹脂モールドステータを構成することが可能となる。

請求項９に記載した発明は、上記樹脂充填工程を、上記樹脂モールドコイルのコイルエンド部の外側から上記隙間に通じる樹脂導入路を介して、樹脂を上記隙間に注入することにより行うものである。

上記樹脂モールドコイルのコイルエンド部外側から上記隙間に通じる樹脂導入路を介して樹脂を充填することにより、上記隙間に樹脂を確実に充填することができる。

樹脂モールドコイルの内周部とコアの外周部との間の隙間に樹脂を充填して一体化することにより、コアとコイルとの位置がずれてロータと干渉する恐れがなく、また、コイルからコアへの放熱性を高めることができる。

以下、本願発明の実施形態を図に基づいて具体的に説明する。

図１は、本願発明に係る樹脂モールドコイル１及びこれに組み付けられるコア２の全体斜視図である。図２はコア２を組み付けた樹脂モールドコイル１の正面図である。図３は樹脂モールドコイル１の平面図である。なお、本実施形態は、本願発明に係る樹脂モールドコイルを、電動機のステータを構成するコイルに適用した例を示すが、他の形態のステータや変圧トランス等の他の機器に用いられるコイルに適用することもできる。

樹脂モールドコイル１は、断面矩形状の平角線を角錐台形状にエッジワイズ巻きして構成したコイル本体３の少なくとも外周面に、モールド樹脂４を被覆して構成される。本実施形態では、コイル先端側（ロータ側）の巻線を上記モールド樹脂から露出させるとともに、一方のコイルエンド部７から接続端子部５，６を延出させている。また、上記コイルの基端側（ステータの外周側）には、上記コア２を組み付ける一対の延出部１２，１２が上記モールド樹脂によって一体形成されている。上記コイルを構成する材料は特に限定されることはなく、たとえば、銅、アルミ、銀、これらの合金線材を採用することができる。また、巻線の形態も特に限定されることはなく、複数の分割線から構成される平角線や丸線、六角線等を採用することもできる。

上記モールド樹脂４として、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等を採用することができる。コイル本体３からの放熱性を高めるため、無機フィラー等を含む高熱伝導性の樹脂を採用するのが好ましい。

上記コア２は、上記コイルの内周穴部９に挿入されるティース部１７と、このティース部１７の基端側に一体形成されたヨーク部１６とを備えて構成される。本実施形態に係る上記コア２は、磁性金属粉体を圧粉成形して形成されている。なお、電磁鋼板を積層して構成されるコアを採用することもできる。

上記樹脂モールドコイル１の上記穴部９は、上記コア２のティース部１７に対応する形状に成形されている。本実施形態では、上記ティース部１７の角部に対接して位置決めを行う段部１１が、上記穴部９の四隅に形成されているとともに、各内周面の中央部に凹部１０ａ、１０ｂが形成されている。また、コイル本体先端側で露出する巻線の表面の４箇所に、この巻線がコイル本体から離間するのを防止する保持部１３が上記モールド樹脂を被覆するようにして形成されている。

また、上記樹脂モールドコイル１の一方のコイルエンド部７には、図示しないバスバー等の位置決めを行うための位置決め凹部１４が設けられている。

上記樹脂モールドコイル１の先端面には、上記コイルエンド部７の表面縁部から上記穴部９に通じる樹脂注入溝１５が形成されている。本実施形態では、図３に示すように、巻き回した巻線の先端側段落ち部におけるモールド樹脂を矩形状に切り欠くことにより上記樹脂注入溝１５が形成されている。

図４に示すように、上記樹脂モールドコイル１を上記コア２に組み付けると、上記穴部９の四隅の保持部１１が上記コア２のティース部１７の各角部１７ａに当接して、上記コア２と樹脂モールドコイル１が位置決めされる。また、上記凹部１０ａ、１０ｂを設けているため、上記穴部９の内周面と上記ティース部１７の外周面との間に所定の隙間Ｈが形成されている。そして、図５に示すように、上記樹脂注入溝１５が、一方のコイルエンド部７の先端縁部から上記隙間Ｈに連通させられている。

図７から図１２に、複数の上記樹脂モールドコイル１及びコア２を組み付けてステータを構成する例を示す。

本実施形態に係るステータ１００は、円筒状のケース２７の内周壁に沿って、複数の上記樹脂モールドコイル１と上記コア２とが環状に組み付けられて構成される。

上記樹脂モールドコイル１の背面側と、上記ケース２７の内周面との間に、内部に配線２５ａ，２６ａ等が設けられたバスバー２８が嵌め込まれる。上記バスバー２８の上面には、上記樹脂モールドコイル１の各端子部５，６が接続される接続部２５，２６が、上記配線２５ａ、２６ａから延出されている。

図９及び図１０に示すように、上記端子部５，６が、上記樹脂モールドコイル１のコイルエンド部外面７に沿うように折り曲げられて、対応する各接続部２５，２６に接続される。

上記各端子部５，６を上記各接続部２５，２６接続した後、図１１に示すように、上記環状に配置された樹脂モールドコイル１の内周側と、コイルエンド側に金型装置３０．３１が装着される。上記金型装置３０．３１を、装着することにより、上記樹脂注入溝１５に連通する樹脂充填路２９が形成される。本実施形態に係る金型装置３１は、上記コイルエンド部７の外面と上記金型装置３１の内面との間に、上記接続端子部２５，２６の厚さに対応した隙間Ｌが形成されるように位置決めされる。また、樹脂モールドコイル１の内周側に配置される金型装置３０の内面は、上記ティース部１７の先端面に当接するように配置される。また、上記金型装置３０の内面と上記樹脂注入溝１５とが共働して、上記コイルエンド部７の外面から上記穴部９の内周部に連通する樹脂導入路が形成されるように構成されている。

上記樹脂充填路２９から樹脂を注入すると、上記コイルエンド部７の外面と上記金型装置３１との間の隙間Ｌに樹脂が充填されるとともに、上記樹脂注入溝１５を介して、樹脂が上記モールドコイル１の穴部９の内周部と上記ティース部１７の外周部の間の隙間Ｈに導かれる。上記穴部９の内周部には、上記凹部１０ａ、１０ｂが形成されているため、上記樹脂注入溝１５から注入された樹脂は、上記穴部９の内周面と上記ティース部１７の外周面との間に形成された隙間にくまなく充填される。

上記構成を採用することにより、複数の上記樹脂モールドコイル１と上記コア２とが一体的に接合される。このため、上記樹脂モールドコイルと上記コアとががたつくことはない。したがって、振動等が生じることはなく、また、コア２と樹脂モールドコイル１との取付位置がずれてロータと干渉する恐れもない。しかも、樹脂モールドコイル１からコア２への放熱性を高めることができる。加えて、複数の上記樹脂モールドコイル１と上記コア２と上記バスバー２８とをインシュレータ等を介することなく絶縁性を確保した状態で、しかも螺子等を用いることなく一度に組み付け固定することができる。このため、組み付け工程が容易になり、生産性を格段に高めることができる。

図１３に、本願発明の第２の実施形態を示す。この図は、第１の実施形態に係る図１１に対応する断面図である。

本実施形態では、コイルエンド部７の基端側外面から上記穴部９に通じる樹脂注入穴１５ａを設けるとともに、上記金型部材３１の上記樹脂注入穴１５ａに対応する部分に、第２の樹脂充填路２９ａを設けている。

樹脂は、上記樹脂充填路２９及び樹脂注入溝１５のみならず、上記第２の樹脂充填路２９ａ及び上記樹脂注入穴１５ａを介して、上記隙間Ｈ及びＬに充填される。したがって、樹脂注入溝１５の断面積を大きくとれない場合であっても、上記隙間Ｈ及びＬに樹脂を確実に充填することができる。

本願発明は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上記説明した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願発明係る樹脂モールドコイルを採用することにより、組み付け業を容易に行うことが可能となり、生産効率を高めることができる。

本願発明に係る樹脂モールドコイルとこれに組み付けられるコアの全体斜視図である。 図１に示す樹脂モールドコイルとコアとを組み付けた分割ステータの正面図である。 図２に示す分割ステータの平面図である。 図３におけるIV−IV線に沿う断面図である。 図３における V−V 線に沿う断面図である。 図４におけるVI−VI線に沿う断面図である。 図１に示す樹脂モールドコイル及びコアを環状に組み付けたステータの全体斜視図である。 図７におけるVIII−VIII線に沿う断面図である。 図７に示すステータの上記樹脂モールドコイルとバスバーとを接続した状態の全体斜視図である。 図９におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図１０に示すステータの樹脂モールドコイルとコアとの間に樹脂を充填する工程を示す断面図である。 図９に示すステータに樹脂を充填した後の状態を示す全体斜視図である。 本願発明の他の実施形態を示す図であり、図１１に相当する断面図である。

符号の説明

１ 樹脂モールドコイル
４ モールド樹脂
２ コア
９ 穴部
１５ 樹脂注入溝（樹脂導入路）

Claims (9)

1. 樹脂でモールドされているとともに、内周部にコアが挿入される穴部を有するモールドコイルであって、
   コイルエンド部の外側から上記穴部に通じ、上記コア外周部と上記穴部内周部との間に形成される隙間に樹脂を導入する樹脂導入路を設けた樹脂モールドコイル。
2. 上記樹脂導入路は、上記樹脂モールドコイルの先端部に、コイルエンド部の外側縁部から上記穴部に通じる樹脂注入溝を設けて構成される、請求項１に記載の樹脂モールドコイル。
3. 上記樹脂注入溝は、コイルを構成する巻線の先端側段落ち部に形成されている、請求項２に記載の樹脂モールドコイル。
4. 上記樹脂導入路は、コイルエンド部の基端側外面から上記穴部に通じる樹脂注入穴を設けて構成される、請求項１に記載の樹脂モールドコイル。
5. 上記樹脂モールドコイルの内周部に、上記コア外周部との間の上記隙間を確保する凹部を設けた請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の樹脂モールドコイル。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載された樹脂モールドコイルに組み付けられるコアであって、
   外周部に、上記樹脂モールドコイル内周部との間の上記隙間を確保する凹部を設けた、コア。
7. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載した複数の樹脂モールドコイルが、コアに組み付けられて環状に配置されているとともに、
   少なくとも上記樹脂モールドコイルの内周部と上記コア外周部との間の隙間に樹脂が充填されている、樹脂モールドステータ。
8. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載した複数の樹脂モールドコイルをコアに組み付けて環状に配置する組み付け工程と、
   少なくとも各樹脂モールドコイル内周部と上記コア外周部との間の隙間に、樹脂を充填する樹脂充填工程とを含む、ステータの製造方法。
9. 上記樹脂充填工程は、上記樹脂モールドコイルのコイルエンド部の外側から上記隙間に通じる樹脂導入路を介して、樹脂を上記隙間に注入することにより行われる、請求項８に記載のステータの製造方法。

Images