特開 2024-134091 ステータの製造方法、及びステータ

(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】P2024134091

(43)【公開日】2024-10-03

(54)【発明の名称】ステータの製造方法、及びステータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/04 20060101AFI20240926BHJP

   H02K 15/12 20060101ALI20240926BHJP

【ＦＩ】

H02K15/04 C

H02K15/12 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023044197

(22)【出願日】2023-03-20

(71)【出願人】

【識別番号】513296958

【氏名又は名称】東芝産業機器システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】河上 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 滉人

【テーマコード（参考）】

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H615AA01

5H615BB01

5H615BB07

5H615BB14

5H615PP13

5H615QQ02

5H615QQ06

5H615QQ19

5H615QQ25

5H615RR07

5H615SS24

(57)【要約】

【課題】ボビンに対してコイルを安定して固定させつつ、コイルと外部との絶縁性能を確保する。
【解決手段】ステータの製造方法は、ボビンにコイルを配置する配置工程と、配置工程の後に、ボビン及びコイルの外側を覆うように、電気的絶縁性を有し熱によって変形する固着材を配置する被覆工程と、被覆工程の後に、固着材を加熱して、加熱されて変形した固着材によってボビンとコイルとを固着する成形工程と、を備える。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

前記ボビンにコイルを配置する配置工程と、
前記配置工程の後に、前記ボビン及び前記コイルの外側を覆うように、電気的絶縁性を有し熱によって変形する固着材を配置する被覆工程と、
前記被覆工程の後に、前記固着材を加熱して、加熱されて変形した前記固着材によって前記ボビンと前記コイルとを固着する成形工程と、
を備えるステータの製造方法。

【請求項2】

前記固着材は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物である、
請求項１に記載のステータの製造方法

【請求項3】

前記成形工程における前記固着材の加熱時間は１０分以上２時間以下である、
請求項２に記載のステータの製造方法。

【請求項4】

ボビンと、
前記ボビンの外周面に配置されるコイルと、
前記ボビン及び前記コイルの外側を覆うように設けられ、電気的絶縁性を有し熱によって変形する固着材で形成される被覆部と、
を備えるステータ。

【請求項5】

前記被覆部の厚みは、１ｍｍ以下である、
請求項４に記載のステータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、ステータの製造方法、及びステータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、巻線を巻型上に巻線パターンで巻き付けることにより空心電機子を形成することが知られている。巻型には、巻線の巻き付け前に巻型に接着される接着剤が設けられており、当該接着材によって巻型に対して巻線が固定される。また、巻線に対してガラス繊維／エポキシで構成されたオーバーラップを包むことで、オーバーラップが巻線を圧縮して電機子エアギャップの必要な厚さの減少が図られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２０１９－５３１０４６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、従来構成のように、巻型つまりボビンと巻線との間に設けた接着剤によって巻線をその内側から固定する場合、モータ軸方向への力に対して巻線の接着を維持することが難しくなる。このため、モータの運転により生じる加振力等がモータ軸方向に沿って接着部分に繰り返し作用することで、その接着部分が破断するおそれがある。また、巻線に対してオーバーラップを圧縮して包むだけではオーバーラップと巻線との密着性を確保することが難しい場合があり、巻線外側の絶縁性能の低下を招くという問題がある。

【0005】

そこで、ボビンに対してコイルを安定して固定させつつ、コイルと外部との絶縁性能を確保できるステータの製造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】

上記の課題を解決するために、一実施形態によるステータの製造方法では、前記ボビンにコイルを配置する配置工程と、前記配置工程の後に、前記ボビン及び前記コイルの外側を覆うように、電気的絶縁性を有し熱によって変形する固着材を配置する被覆工程と、前記被覆工程の後に、前記固着材を加熱して、加熱されて変形した前記固着材によって前記ボビンと前記コイルとを固着する成形工程と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態によるステータを備える回転電機の一例を概略的に示す正面図

【図2】一実施形態によるステータについて、コイルが巻き付けられたボビンを固着材によって被覆した状態の一例を示す平面図

【図3】一実施形態によるステータについて、コイルが巻き付けられたボビンを固着材によって被覆した状態の一例を示す断面図

【図4】一実施形態によるステータの製造工程の一例を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図では、説明の便宜上、必要に応じて各構成の寸法を適宜拡大している場合があり、各構成同士の寸法比は実際と同一であるとは限らない。図１に示す実施形態の回転電機１は、例えばコアレス型の回転電機で構成されている。回転電機１は、図１に示すように、フレーム１０、ロータ２０、及びステータ３０を含んで構成されている。つまり、ステータ３０は、ロータ２０とともに、回転電機１の一部を構成する。なお、以下の説明において、ロータ２０の回転中心軸Оに対して平行な方向を軸方向と称する。回転中心軸Ｏを中心にロータ２０を回転させたとき、ロータ２０の外周面が回転する方向を周方向と称する。回転中心軸Ｏに対して直交する方向を径方向と称する。

【0009】

フレーム１０は、回転電機１の外殻を構成している。フレーム１０は、例えば円筒状に形成されている。フレーム１０は、例えば放熱用の図示しないフィンを複数有している。複数のフィンは、フレーム１０の外周面に径方向に突出して形成されている。

【0010】

ロータ２０は、フレーム１０の内部に配置される。ロータ２０は、全体として中心軸Ｏを中心とした例えば円柱状に形成されている。ロータ２０は、例えばステータ３０の内側に設けられ、ステータ３０に対して所定の隙間を介して回転可能に設けられている。つまり、回転電機１は、例えばインナーロータ型の回転電機として構成されている。

【0011】

ロータ２０は、図示しない永久磁石を有している。永久磁石は、ロータ２０の外周面に沿って周方向に間隔をあけて複数配置されている。永久磁石は、ロータ２０の外周に例えば接着剤で固定される。また、ロータ２０は、シャフト２１と一体的に回転中心軸Ｏ周りに回転可能に構成されている。ロータ２０とシャフト２１とは、例えば圧入や焼嵌めによって強固に固定されている。シャフト２１の回転中心軸は、ロータ２０の回転中心軸Ｏと一致している。

【0012】

ステータ３０は、フレーム１０の内側に設けられている。ステータ３０は、例えば全体として略円筒状に形成されている。ステータ３０の内径寸法は、ロータ２０の外形寸法よりもやや大きく設定されている。ステータ３０は、ボビン３１、コイル３２、バックヨーク３３、及び被覆部３４を有している。

【0013】

ボビン３１は、例えば絶縁性を有する合成樹脂製であって、円筒状に形成されている。ボビン３１の外周面には、コイル３２が巻回される。なお、コイル３２は、ボビン３１の内周に巻回される構成としても良い。コイル３２は、例えば丸線で形成された巻線によって構成されている。巻線の種類は、丸線に限らず、平角線やリッツ線等の他の形状で構成しても良い。

【0014】

コイル３２は、図２に示すように、例えばボビン３１に対して波状に配置されるいわゆる波巻で構成されている。コイル３２は、ボビン３１に対して例えば１層で巻回される。コイル３２の巻き方は、波巻に限らず、同心巻や重ね巻等の他の巻き方であっても良い。コイル３２は、詳細は図示しないが、複数の相つまりＵ相、Ｖ相、及びＷ相の三相で構成される。コイル３２は、接続端子を介して図示しない制御回路と電気的に接続されており、電力が供給される。各相のコイルは、１本又は複数本の巻線によって構成されている。本実施形態では、各相のコイルは、同一の巻線数で構成されており、それぞれ複数本例えば５本を１組の巻線として構成されている。

【0015】

バックヨーク３３は、例えば電磁鋼板等の磁性材であって、円筒状に形成されている。バックヨーク３３の内面には、コイル３２が巻き付けられたボビン３１が例えば嵌め込まれて固定される。そして、ボビン３１が取り付けられたバックヨーク３３は、フレーム１０に対して固定される。

【0016】

ボビン３１は、図２及び図３に示すように、本体部３１１及び溝部３１２を有している。本体部３１１は、円筒状に形成され、ボビン３１の主体を構成している。溝部３１２は、ボビン３１の軸方向に沿って設けられており、コイル３２を収容可能に構成されている。溝部３１２の溝深さつまりボビン３１の周面から溝部３１２の底面までの径方向の寸法は、コイル３２の外径よりも大きく設定されている。

【0017】

溝部３１２は、本体部３１１の周面この場合外周面に互いに間隔をあけて複数設けられている。溝部３１２同士の間隔は、例えば等間隔に設定されている。溝部３１２同士の間隔は、不等間隔であっても良い。なお、図２等において、図面を見やすくするために、溝部３１２の符号は一部のみ付しており、その他の溝部３１２の符号は省略している。

【0018】

被覆部３４は、ボビン３１及びコイル３２の外側を覆うように全周に亘って設けられている。被覆部３４は、図２に斜線ハッチングで示すように、コイル３２のうち、ボビン３１から軸方向に突出した部分であるいわゆるコイルエンドを除く部分を覆っている。被覆部３４の厚みは、１ｍｍ以下で構成されており、より好ましくは０．４ｍｍ以下である。被覆部３４の厚みを極力抑えることで、ステータ３０の小型化を図ることができる。なお、被覆部３４が形成されないコイルエンドの部分には、絶縁性を確保するための図示しない絶縁紙を各相のコイル間に挿入しても良い。

【0019】

本実施形態では、被覆部３４は、熱によって変形する固着材３４１で形成される。固着材３４１は、コイル３２と外部とを電気的に絶縁する機能を有する。固着材３４１は、ボビン３１及びコイル３２の外周に巻き付け可能なシート状又はボビン３１及びコイル３２を内部に収容可能な円筒状に構成できる。固着材３４１をシート状で構成する場合、固着材３４１は、例えばアクリル／エポキシや酸化アルミニウム／エポキシ等の熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物で構成できる。一方、固着材３４１を円筒状で構成する場合、固着材３４１は、例えばシリコーンゴム等の熱収縮性又は自己融着性を有する組成物で構成できる。また、固着材３４１は、コイル３２の熱を外部に放出させやすいことが好ましいため、熱伝導率が高いことが好ましい。

【0020】

次に、ステータ３０の製造方法について説明する。ステータ３０の製造においては、図４に示すように、例えばステップＳ１１の配置工程、ステップＳ１２の被覆工程、及びステップＳ１３の成形工程が順に実行される。ステップＳ１１の配置工程は、ボビン３１にコイル３２を配置する工程を含んでいる。配置工程では、まずＷ相コイルをボビン３１の外周に全周に亘って巻き付け、その後、Ｖ相コイル及びＵ相コイルを順次ボビン３１の外周に全周に亘って巻きつけることで、ボビン３１に対してコイル３２が配置される。なお、各相コイルのボビン３１に対する巻順は、任意に設定できる。また、ボビン３１にはコイル３２が巻き付けられる前に、コイル３２を仮止めするための例えば粘着テープを貼り付けておいても良い。

【0021】

ステップＳ１２の被覆工程は、ボビン３１及びコイル３２の外周に固着材３４１を配置する工程を含んでいる。例えば固着材３４１をシート状で構成した場合、被覆工程では、ボビン３１を正方向又は逆方向の一方向に回転させるとともに、図示しない外部の押圧装置によって固着材３４１をボビン３１及びコイル３２の外周に押し付けるようにして配置する。固着材３４１の始端と終端との間に隙間が生じないように、固着材３４１は、複数周回例えば２周巻きつけられる。固着材３４１を円筒状に構成した場合、固着材３４１の内側にボビン３１及びコイル３２が密着するように固着材３４１を配置する。

【0022】

ステップＳ１３の成形工程は、固着材３４１を加熱して、加熱されて変形した固着材３４１によってボビン３１とコイル３２とを固着する工程を含んでいる。固着材３４１の加熱温度は、例えば１２０℃以上１６０℃以下に設定できる。また、固着材３４１の加熱時間は、例えば１０分以上２時間以下に設定できる。固着材３４１を加熱することで、固着材３４１をボビン３１とコイル３２との間の隙間に入り込ませることができる。そして、固着材３４１が加熱後に例えば硬化又は収縮することで被覆部３４が形成されるとともに、ボビン３１とコイル３２とが密着した状態で固着される。

【0023】

以上説明した実施形態によれば、ステータ３０は、配置工程と、被覆工程と、成形工程と、を含んで製造される。配置工程は、ボビン３１にコイル３２を配置する工程である。被覆工程は、配置工程の後に、ボビン３１及びコイル３２の外側を覆うように、電気的絶縁性を有し熱によって変形する固着材３４１を配置する工程である。成形工程は、固着材３４１を加熱して、加熱されて変形した固着材３４１によってボビン３１とコイル３２とを固着する工程である。

【0024】

これによれば、ボビン３１に配置されたコイル３２を固着材３４１で覆った後に固着材３４１を加熱することで、加熱によって変形した固着材３４１によってボビン３１とコイル３２との間の隙間を低減しつつボビン３１とコイル３２とを被覆できる。これにより、ボビン３１に対してコイル３２を安定して固定させつつ、コイル３２と外部との絶縁性能を確保できる。

【0025】

固着材３４１は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含む樹脂組成物である。これによれば、樹脂組成物を用いてボビン３１及びコイル３２を覆うことで、ボビン３１とコイル３２とを安定して固定できるとともに、ステータ３０の製造時の作業性を確保できる。

【0026】

また、成形工程における固着材３４１の加熱時間は、１０分以上２時間以下である。これによれば、固着材３４１の加熱作業によって生じるステータ３０の製造時間の遅延を極力抑えつつ、ボビン３１とコイル３２との確実な固定及びコイル３２の絶縁性の確保を図ることができる。

【0027】

更に、固着材３４１によって形成される被覆部３４の厚みは、１ｍｍ以下である。これによれば、被覆部３４の厚みを極力抑えることで、ステータ３０の小型化を図ることができる。

【0028】

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0029】

図面中、３０はステータ、３１はボビン、３２はコイル、３４は被覆部、３４１は固着材、を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】