特開 2023-182065 ステータの製造方法および回転電機の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023182065

(43)【公開日】2023-12-26

(54)【発明の名称】ステータの製造方法および回転電機の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/02 20060101AFI20231219BHJP

   H02K 15/10 20060101ALI20231219BHJP

【ＦＩ】

H02K15/02 D

H02K15/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022095449

(22)【出願日】2022-06-14

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002941

【氏名又は名称】弁理士法人ぱるも特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】原田 和也

(72)【発明者】

【氏名】八木 勇士

(72)【発明者】

【氏名】田中 崇裕

(72)【発明者】

【氏名】中川 雄介

【テーマコード（参考）】

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H615AA01

5H615BB05

5H615BB14

5H615PP01

5H615PP06

5H615SS16

(57)【要約】

【課題】ステータコアのインシュレータのみを連結する構造では、その把持力は弱く、ステータとロータを組み合わせてモータを製造する過程においてステータコアが分割されてしまう恐れがある。
【解決手段】円環状に配置された前記ステータコアの隣り合う分割コアの接合部および隣り合うインシュレータの接合部の少なくともいずれかの接合部の一部または全部を溶融して固定することでステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを製造する方法を提供することができる。
【選択図】図１３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、
円環状に配置された前記ステータコアの隣り合う分割コアの係合部および隣り合うインシュレータの係合部の少なくともいずれかの係合部の一部または全部を溶融して固定すること特徴とするステータの製造方法。

【請求項2】

分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、前記ステータコアを円環状に配置し、隣り合う前記インシュレータの一方のインシュレータの端部に形成された突部と他方のインシュレータの端部に形成された穴部とを係合した後、前記突部を溶融して固定することを特徴とするステータの製造方法。

【請求項3】

分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、円環状に配置された前記ステータコアの隣り合う前記インシュレータの一方のインシュレータの端部に形成された溶着部と、他方のインシュレータの端部に形成され、前記溶着部の一部と径方向に重なる被溶着部とが係合した後、係合部を径方向に加圧しながら溶着することを特徴とするステータの製造方法。

【請求項4】

分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、
円環状に配置された前記ステータコアの隣り合うインシュレータの係合部に前記インシュレータとは別部材からなる溶着部材を有し、前記溶着部材を溶融して固定すること特徴とするステータの製造方法。

【請求項5】

分割コアと、前記分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられるステータの製造方法において、
円環状に配置された前記ステータコアの前記分割コアを連結するための分割コア連結部材を隣合う分割コアに取り付け、取付箇所を溶融して固定することを特徴とするステータの製造方法。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項のステータの製造方法にロータの取り付け工程を加えて、回転電機を製造する回転電機の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、ステータの製造方法および回転電機の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

ステータコアに取り付けられた隣り合う一方のインシュレータの端部に円弧状の凸部の連結手段を有し、他方のインシュレータの端部に凹部の連結手段を有し、凸部と凹部の連結手段による蝶番構造でステータコアの連結体を直線形状から円環形状に変形してステータを組み立てる構造が知られている（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５６０１７９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このようなステータにあっては、インシュレータのみを連結する構造であるため、その把持力は弱く、ステータとロータを組み合わせてモータを製造する過程においてステータコアが分割されてしまう恐れがある。また、ステータコアが均一に円環上に組み付けられずモータの効率が低下してしまう問題もあった。

【0005】

本願は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを製造する方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本願に開示されるステータの製造方法は、分割コアと、分割コアと巻線との間を絶縁するインシュレータと、を有するステータコアが複数円環状に配置されて組み立てられる方法であって、円環状に配置されたステータコアの隣り合う分割コアの係合部および隣り合うインシュレータの係合部の少なくともいずれかの係合部の一部または全部を溶融して固定すること特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本願に開示されるステータの製造方法によれば、円環状に配置されたステータコアの隣り合う分割コアの係合部および隣り合うインシュレータの係合部の少なくともいずれかの係合部の一部または全部を溶融して固定することにより、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを製造する方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１に係る回転電機を構成するステータとロータの斜視図である。

【図2】実施の形態１に係るステータの斜視図である。

【図3】実施の形態１に係るステータの上面図である。

【図4】実施の形態１に係るステータコアの斜視図である。

【図5】実施の形態１に係るステータコアの正面図である。

【図6】実施の形態１に係るステータコアの連結の仕方を説明する図である。

【図7】実施の形態１に係る組立の途中工程のステータの側面図である。

【図8】実施の形態１に係る組立の途中工程のステータの上面の一部拡大図である。

【図9】図７のＡ部で示された部分の拡大図である。

【図10】実施の形態１に係る溶融した突部の状態を説明する図である。

【図11】実施の形態２に係るステータコアの位置決めを説明する図である。

【図12】実施の形態２に係る上部インシュレータを接触させた状態を示す斜視図である。

【図13】実施の形態２に係る上部インシュレータの加熱部を説明する図である。

【図14】実施の形態３に係る組立の途中工程のステータの斜視図である。

【図15】実施の形態４に係る組立の途中工程のステータの斜視図である。

【図16】実施の形態５に係る分割コアの接続を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本願に係るステータの製造方法の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。

【0010】

実施の形態１．
実施の形態１における回転電機のステータについて、図１を用いて説明する。図１は、回転電機を構成するステータ１とロータ２の斜視図である。ロータ２は、ステータ１の内周面に空隙を介してステータ１に対向して配置され、ロータ２に固定された回転軸３が、軸受け（図示せず）により回転自在に支持されている。従って、回転電機を製造する場合、製造したステータ１にロータ２を取り付ける工程を加えることが必要である。回転電機の構造および製造方法は、実施の形態２～５でも同様である。

【0011】

図２および図３に示すように、ステータ１は、磁極である分割コア４、分割コア４と巻線との間を絶縁するインシュレータを有するステータコア５が円環状に組み合わされることにより構成されている。インシュレータは、上部インシュレータ６、下部インシュレータ７からなる。なお、以下の説明において、周方向は、ステータ１の周方向を、軸方向は、回転軸３の長さ方向、径方向は、ステータ１の径方向を示すこととする。

【0012】

ステータコア５には、銅線またはアルミ線が、上部インシュレータ６、下部インシュレータ７を介してステータコア５の外周に巻線されてコイルを構成している。なお、本実施の形態では、説明のし易さから、コイルを図から省略している。他の実施の形態についても同様である。

【0013】

次に、ステータコア５を組合わせてステータ１を製造する方法につき、説明する。図４は、ステータコア５の斜視図である。ステータコア５は、中央に分割コア４があり、分割コア４の軸方向上部には上部インシュレータ６、分割コア４の軸方向下部には下部インシュレータ７を有する。分割コア４、上部インシュレータ６、下部インシュレータ７は、それぞれが軸方向に対し水平に配置されるように構成されている。また、分割コア４は、薄い電磁鋼板が軸方向に、カシメ、溶接、または接着などにより多数接合され、バックヨーク部８、ティース部９、及びティース先端部１０を形成している。

【0014】

バックヨーク部８は、ステータ１を組み上げた際に、回転軸の周りに環状となるように形成されており、ティース部９は、バックヨーク部８から内径側に突出している。ティース先端部１０は、ティース部９の内径側に設けられ、バックヨーク部８と同様に、ティース部９から周方向に突出して形成されている。

【0015】

図５はステータコア５を径方向内側から見た正面図である。図５に示すように、上部インシュレータ６は、周方向の一方の端部に上部インシュレータ突部１１および他方の端部に上部インシュレータ穴部１２を有し、下部インシュレータ７は、周方向の一方の端部に下部インシュレータ穴部１３および他方の端部に下部インシュレータ突部１４を有する。上部インシュレータ突部１１および上部インシュレータ穴部１２は、分割コア４の周方向端部に位置し、下部インシュレータ穴部１３および下部インシュレータ突部１４も同様に分割コア４の周方向端部に位置している。また、上部インシュレータ突部１１および下部インシュレータ突部１４は、上部インシュレータ穴部１２および下部インシュレータ穴部１３から突出して形成されている。後述するように、突出した部分を加熱で溶融した際、上部インシュレータ突部１１と上部インシュレータ穴部１２との係合部、および下部インシュレータ突部１４と下部インシュレータ穴部１３との係合部を固定するのに十分な溶融量を生ずる長さであることが望ましい。

【0016】

上部インシュレータ突部１１、下部インシュレータ突部１４、上部インシュレータ穴部１２、および下部インシュレータ穴部１３は、分割コア４の周方向において常に同じ位置にある。ただし、上部インシュレータ突部１１および下部インシュレータ突部１４と上部インシュレータ穴部１２と下部インシュレータ穴部１３の中心位置が同一軸上にある必要はない。

【0017】

このように構成されたステータコア５を円環状に並べる場合、まず全てのステータコア５の上部インシュレータ突部１１、および下部インシュレータ突部１４を基準としてステータコア５を位置決めする。そして、図６のように、ステータコア５は、上部インシュレータ突部１１および下部インシュレータ突部１４を基準として隣り合うステータコア５をずらして円環状に並べる。

【0018】

その後、上部インシュレータ突部１１および下部インシュレータ突部１４を基準（中心）として、上部インシュレータ穴部１２と下部インシュレータ穴部１３を隣り合うステータコア５の上部インシュレータ突部１１と下部インシュレータ突部１４へステータコア５を回転させながら挿入する。これにより回転電機のステータ１を構成するステータコア５を、同時に回転電機の真円に沿って位置決めしつつ、固定することができる。

【0019】

図７および図８は、ステータコア５が円環状に配置され、固定された組立途中のステータ１を示す図であり、図７は、ステータ１の側面図を、図８は、上面から見た一部拡大図を示す。図８に示すように、上部インシュレータ突部１１は、隣り合う別のステータコア５の上部インシュレータ穴部１２に挿入される。図示は省略するが、同様に下部インシュレータ穴部１３に、隣り合う別のステータコア５の下部インシュレータ突部１４が挿入される。このように隣り合うステータコア５は連結され、円環状に組み合わせられる。これにより、図８に示すように、隣り合うステータコア５の分割コア４は互いに接触した状態で固定される。なお、挿入時の利便性から、上部インシュレータ穴部１２および下部インシュレータ穴部１３には、スリット１５（図４、図７参照）を設けている。

【0020】

次に、図７のＡ部を拡大した図９で説明するように、全てのステータコア５を位置決め、円環状に組み合わせた後、各ステータコア５の上部インシュレータ突部１１と上部インシュレータ穴部１２の付近を加熱、溶融し一体化する。図示していないが、下部インシュレータ穴部１３と下部インシュレータ突部１４との係合部も溶融し一体化する。

【0021】

すなわち、上部インシュレータ穴部１２から突出した上部インシュレータ突部１１の部分を加熱して溶融させ、さらにその熱を伝熱させることで、上部インシュレータ突部１１と上部インシュレータ穴部１２の係合部１６を溶融させ一体化する。また、この時、溶融したインシュレータが、図１０に示すように、上部インシュレータ穴部１２のスリット１５に流れこむことでさらなる強度の確保ができる。下部インシュレータ穴部１３と下部インシュレータ突部１４も同様に加熱し、溶融する。

【0022】

上部インシュレータ穴部１２と下部インシュレータ穴部１３から突出した上部インシュレータ突部１１、および下部インシュレータ突部１４の部分を溶融させたが、この溶融させた箇所が蓋のような形状となることで、回転電機の軸方向へのズレ抑制となる。

【0023】

以上のように、本実施の形態によれば、インシュレータの端部に形成された突部を別のステータコアのインシュレータの端部に形成された穴部に係合させ、ステータコアを円環状に配置して固定した後、穴部から突出した突部を加熱溶融してステータを組み立てることにより、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。

【0024】

実施の形態２．
実施の形態２におけるステータについて、図１１を用いて説明する。実施の形態１では、上部インシュレータ突部１１と上部インシュレータ穴部１２、および下部インシュレータ穴部１３と下部インシュレータ突部１４を係合させることにより、ステータコア５を配置し、その後、上部インシュレータ突部１１と上部インシュレータ穴部１２、および下部インシュレータ穴部１３と下部インシュレータ突部１４を溶融することでステータ１を組み立てた。実施の形態２では、図１１に示すように、治具１７によりステータコア５をガイドしてステータ１の形状である円環状に配置し、図１２のように隣合う上部インシュレータ６の側面を接触させる。図示はしないが、隣り合う下部インシュレータ７の側面も同様に接触させる。その後、接触している上部インシュレータ６の係合部および接触している下部インシュレータ７の係合部の一部または全部を溶融させ、ステータ１を組み立てる。

【0025】

係合部の溶融させる部分への加熱は、軸方向からの加熱、径方向からの加熱、周方向への加熱のいずれでもよい。また、必ずしも一方向からである必要はなく、軸方向からの加熱、径方向からの加熱および周方向への加熱の少なくとも２つの方向からの加熱でもよい。図１３には、軸方向からの加熱部分Ｂ、径方向からの加熱部分Ｃを示している。

【0026】

以上のように、本実施の形態によれば、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。また、接触する隣り合うインシュレータの係合部を直接加熱し溶融することで、インシュレータに突部および穴部などを設ける必要がなく簡易な構造でステータの連結を強固にすることができる。

【0027】

実施の形態３.
実施の形態３に係るステータについて、図１４を用いて説明する。実施の形態２では、隣り合う上部インシュレータ６および下部インシュレータ７の側面を接触させ溶融したが、本実施の形態では、図１４に示すように、隣り合う一方の上部インシュレータ６の端部に溶着部１８を、隣り合う他方の上部インシュレータ６の端部に被溶着部１９を形成する。溶着部１８と被溶着部１９とは、一部が径方向に重なるように形成する。下部インシュレータ７にも同様の溶着部と被溶着部を形成する。溶着部１８および被溶着部１９を係合させることで、円環状に組み立てられ、これにより分割コア４は隙間などが生じないよう接触する。

【0028】

その後、溶着部１８と被溶着部１９の径方向に重なる係合部を、径方向外側から加圧しながら溶融することで、径方向外側からの加圧力でステータコア５を位置決めしながら固定することまでを一貫して行うことができる。

【0029】

実施の形態２同様、溶融する部分への加熱は、軸方向からの加熱、径方向からの加熱、または周方向への加熱のいずれでもよい。また、必ずしも一方向からである必要はなく、軸方向からの加熱、径方向からの加熱および周方向への加熱の少なくとも２つの方向からの加熱でもよい。

【0030】

以上のように、本実施の形態によれば、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。また、径方向に重なるように係合する溶着部と被溶着部をインシュレータに形成することにより、係合部を加圧しながら溶融することでステータコアを位置決めしながら固定することまでを一貫して行うことが可能となる。

【0031】

実施の形態４.
実施の形態４におけるステータについて、図１５を用いて説明する。上部インシュレータ６および下部インシュレータ７の一体化は、必ずしも上部インシュレータ６および下部インシュレータ７を溶融させる必要はなく、溶融させるための別部材を利用してもよい。

【0032】

例えば図１５に示すように、隣り合う上部インシュレータ６が接触する係合部を周方向に一部切り欠き、切り欠いた部分に嵌め込めるような溶融部材２０を押し当て、溶融させることで係合部を溶融部材２０と一体化させることが可能である。また、下部インシュレータ７も同様に溶融部材２０を溶融させてもよい。

【0033】

嵌め込む溶融部材２０は、上部インシュレータ６および下部インシュレータ７と同じ部材である必要はなく、より安価な樹脂部材、またはより強度を出せる部材を使用して溶融させてもよい。

【0034】

実施の形態２および３同様、溶融する部分への加熱は、軸方向からの加熱、径方向からの加熱、周方向への加熱のいずれでもよい。また、必ずしも一方向からである必要はなく、軸方向からの加熱、径方向からの加熱および周方向への加熱の少なくとも２つの方向からの加熱でもよい。

【0035】

以上のように、本実施の形態によれば、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。また、溶融させるための別部材を係合部に用いることにより、より安価に、またはより強度の高いステータを得ることができる。

【0036】

実施の形態５.
実施の形態５におけるステータについて、図１６を用いて説明する。ステータコア５を一体化する部材は必ずしも上部インシュレータ６および下部インシュレータ７である必要はなく、分割コア４と別部材として、隣り合うステータコア５の分割コア４を連結する分割コア連結部材２１であってもよい。分割コア４には分割コア連結部材２１を挿入できる分割コア連結部材用穴部２２を設け、分割コア連結部材２１を挿入する。その後、分割コア連結部材２１と分割コア連結部材用穴部２２の係合部分、あるいは互いに接触している分割コア４同士の係合部を加熱し、溶融する。

【0037】

このような構成により、分割コア４を連結することで、ステータコア５を組み合わせることが可能となり、ステータ１にコイルを巻線するときから、ステータ１を構成するすべてのステータコア５を連結することが可能となり、後工程での組立が不要となる。

【0038】

分割コア連結部材２１は上部インシュレータ６および下部インシュレータ７と同様の部材である必要はなく、より安価な樹脂部材、またはより強度を出せる部材を溶融させてもよい。

【0039】

実施の形態２から４同様、分割コア連結部材２１と分割コア連結部材用穴部２２との挿入部分あるいは分割コア４同士を溶融する部分への加熱は、軸方向からの加熱、径方向からの加熱、周方向への加熱のいずれでもよい。また、必ずしも一方向からである必要はなく、軸方向からの加熱、径方向からの加熱および周方向への加熱の少なくとも２つの方向からの加熱でもよい。

【0040】

以上のように、本実施の形態によれば、ステータコアの連結が強固となり、ステータコアの分割およびズレを防ぎ、安定した磁気特性を持つステータを得ることで回転電機の効率低下を防止することができる。これにより、製造途中においてモータが分割されることなく、また均一にステータを組むことができるため、真円度のバラツキといったモータ効率低下の削減、といった従来にない顕著な効果を奏する。また、分割コア連結部材と分割コア連結部材用穴部との係合により、後工程の組立が不要となる。また、分割コア連結部材の材質を選択することにより、より安価にまたはより強度のあるステータを得ることができる。

【0041】

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

【符号の説明】

【0042】

１：ステータ、２：ロータ、３：回転軸、４：分割コア、５：ステータコア、６：上部インシュレータ、７：下部インシュレータ、８：バックヨーク部、９：ティース部、１０：ティース先端部、１１：上部インシュレータ突部、１２：上部インシュレータ穴部、１３：下部インシュレータ穴部、１４：下部インシュレータ突部、１５：スリット、１６：係合部、１７：治具、１８：溶着部、１９：被溶着部、２０：溶融部材、２１：分割コア連結部材、２２：分割コア連結部材用穴部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】