特許 7521155 回転電機のコアと導線の絶縁材の組立方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-16

(45)【発行日】2024-07-24

(54)【発明の名称】回転電機のコアと導線の絶縁材の組立方法

(51)【国際特許分類】

   B29C 45/14 20060101AFI20240717BHJP

   B29C 45/26 20060101ALI20240717BHJP

【ＦＩ】

B29C45/14

B29C45/26

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020087568

(22)【出願日】2020-05-19

(65)【公開番号】P2021181192

(43)【公開日】2021-11-25

【審査請求日】2023-05-15

(73)【特許権者】

【識別番号】391029392

【氏名又は名称】中川特殊鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100093687

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 元成

(74)【代理人】

【氏名又は名称】町田 光信

(74)【代理人】

【識別番号】100168468

【弁理士】

【氏名又は名称】富崎 曜

(72)【発明者】

【氏名】小川 典孝

【審査官】▲高▼橋 理絵

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０２６９３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３２４９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６１９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／２０３７８０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－０５３１８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００５９７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３２１２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１２５９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０３５６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２３６２９７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２９Ｃ ４５／００－４５／８４

Ｂ２９Ｃ ３３／００－３３／７６

Ｈ０２Ｋ １／００－ １／３４

Ｈ０２Ｋ ３／３０－ ３／５２

Ｈ０２Ｋ １５／００－１５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電機のステータ又はロータに設けられたスロットに挿入され、導線を挿入するために断面形状が矩形で、複数の貫通孔が形成され、熱可塑性合成樹脂で成形され、かつ前記貫通孔は互いに平行で、前記導線を互いに電気的に絶縁するための隔壁及び外周壁からなる絶縁材と、
前記貫通孔と断面形状が相似形で、かつ前記貫通孔に挿入される導線と
で構成されるスロットコイルを有する回転電機のコアと絶縁材の組立方法において、
前記絶縁材は、
前記ステータ又は前記ロータを構成するコアを射出成形金型にインサートするコアインサート工程、
前記スロットに前記貫通孔用の中子を前記ステータ又は前記ロータの軸線方向に挿入し、かつ、前記貫通孔の一端の最外周に形成され、かつ前記隔壁及び前記外周壁より断面積が大きいフランジを成形するためのキャビティを区画する絶縁材区画工程、及び
前記キャビティに溶融した前記熱可塑性合成樹脂を射出する樹脂射出工程
とから成形され、
前記フランジと連通して前記フランジの側部に設けられ、前記溶融した前記熱可塑性合成樹脂を前記軸線方向に射出するためのゲートを有する
ことを特徴とする回転電機のコアと絶縁材の組立方法。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機のコアと絶縁材の組立方法において、
前記コアは、円環状の前記ステータ又は前記ロータを等角度で分割した分割コアである
ことを特徴とする回転電機のコアと絶縁材の組立方法。

【請求項3】

請求項１に記載の回転電機のコアと絶縁材の組立方法において、
前記熱可塑性合成樹脂は、耐熱性と電気絶縁性を有する液晶性全芳香族ポリエステルであり、
前記隔壁及び前記外周壁の肉厚は、０．１５ないし０．５５ｍｍであり、
前記樹脂射出工程を行う成形機は、０．１秒以内に射出速度がピークに達する高速射出成形機である
ことを特徴とする回転電機のコアと絶縁材の組立方法。

【請求項4】

請求項３に記載の回転電機のコアと絶縁材の組立方法であって、
前記ゲートは、ピンポイントゲートであり、
前記ピンポイントゲートは、１スロットの前記絶縁材に前記コアの円周方向に離間して２箇所に配置されている
ことを特徴とする回転電機のコアと絶縁材の組立方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機のコアと導線の絶縁材の組立方法に関する。さらに詳しくは、回転電機のステータ、ロータ等のコアと、このコアのスロットに挿入される導線の絶縁材とを射出成形金型内で一体に組み立てる、回転電機のコアと導線の絶縁材の組立方法に関する。

【背景技術】

【0002】

モータ、発電機等の回転電機のステータとして、セグメントコイルを有する回転電機が提案されている。セグメントコイルの導線は、モータの効率向上（占積率の向上）のために、断面形状が真四角、平角線等の矩形のものが用いられている（特許文献１、特許文献２）。更に、組立効率の向上のために、このセグメントコイルをスロットルコイルにするものも提案されている。スロットルコイルの導線の絶縁材を絶縁紙に換えて、樹脂で射出成形で成形し、これに平角線コイルをステータのスロットに挿入して組立てて、セグメントコイルとするものである（特許文献３）。この絶縁材の一端にフランジ（鍔部）を形成し、このフランジにより絶縁材とスロットの間の隙間を封止して、巻線固定用のワニスの流れを封止するものである。特許文献２には、円環状のバックヨークの周方向に多数のティースを配置し、このティースを射出成形金型にインサートし、合成樹脂製のボビンを射出成形するものも提案されている。

【0003】

セグメントコイルによる電動モータの電気的な損失を防ぐには、導線の占積率を高くし、かつスロットルコイルの導線間を電気的に絶縁性を高くする必要がある。絶縁性を高くするには肉厚を厚くすることで実現できるが、導線の密度が低くなり占積率が低下し、しかもモータが大型化する。一方、電動モータのステータの銅損による発熱は避けられないので耐熱性も要求される。即ち、セグメントコイルを構成する絶縁材は、電気的な絶縁性と耐熱性の両方が要求され、しかも導線間の隙間は狭いので、薄肉のものが要求されているので、可能な限り薄く形成しなければならない。しかしながら、一般的に絶縁性と耐熱性の両方が要求され、かつ薄肉の絶縁材を射出成形により成形することは、金型内での樹脂の流れが悪く困難である。他方、電気自動車等に採用されている大量生産が必要な電動モータは、コストダウン等の要求から生産性の高い生産技術が求められている。取り分け、上述した制約下において、ステータ等の組立てのための生産工程の簡略化も求められている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－３５６８７号公報

【文献】特開２０１９－１６１９６４号公報

【文献】特開２０１８－１２５９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、以上のような技術背景で発明されたものであり、以下の目的を達成するものである。
本発明の目的は、生産性向上のために、射出成形により、回転電機のコアと導線の絶縁材を一体にする、回転電機のコアと絶縁材の組立方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、コアのスロット内に、絶縁性、耐熱性が高い熱可塑性合成樹脂で成形された導線の絶縁材を成形する、回転電機のコアと絶縁材の組立方法を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、大量生産に向けた生産性の高い、回転電機のコアと絶縁材の組立方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、前記課題を解決するために、次の手段を採る。
即ち、本発明１の回転電機のコアと絶縁材の組立方法は、回転電機のステータ又はロータに設けられたスロットに挿入され、導線を挿入するために断面形状が矩形で、複数の貫通孔が形成され、熱可塑性合成樹脂で成形され、かつ前記貫通孔は互いに平行で、前記導線を互いに電気的に絶縁するための隔壁及び外周壁からなる絶縁材と、
前記貫通孔と断面形状が相似形で、かつ前記貫通孔に挿入される導線と
で構成されるスロットコイルを有する回転電機のコアと絶縁材の組立方法において、
前記絶縁材は、
前記ステータ又は前記ロータを構成するコアを射出成形金型にインサートするコアインサート工程、
前記スロットに前記貫通孔用の中子を前記ステータ又は前記ロータの軸線方向に挿入し、かつ、前記貫通孔の一端の最外周に形成され、かつ前記隔壁及び前記外周壁より断面積が大きいフランジを成形するためのキャビティを区画する絶縁材区画工程、及び
前記キャビティに溶融した前記熱可塑性合成樹脂を射出する樹脂射出工程
とから成形され、
前記フランジと連通して前記フランジの側部に設けられ、前記溶融した前記熱可塑性合成樹脂を前記軸線方向に射出するためのゲートを有することを特徴とする。

【0007】

本発明２の回転電機のコアと絶縁材の組立方法は、本発明１において、前記コアは、円環状の前記ステータ又は前記ロータを等角度で分割した分割コアであることを特徴とする。
本発明３の回転電機のコアと絶縁材の組立方法は、本発明１において、前記熱可塑性合成樹脂は、耐熱性と電気絶縁性を有する液晶性全芳香族ポリエステルであり、前記隔壁及び前記外周壁の肉厚は、０．１５ないし０．５５ｍｍであり、前記樹脂射出工程を行う成形機は、０．１秒以内に射出速度がピークに達する高速射出成形機であることを特徴とする。

【0008】

本発明４の回転電機のコアと絶縁材の組立方法は、本発明３において、前記ゲートは、ピンポイントゲートであり、前記ピンポイントゲートは、１スロットの前記絶縁材に前記コアの円周方向に離間して２箇所に配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の回転電機のコアと絶縁材の組立方法によれば、導線を挿入するための絶縁材をコアの複数のスロットに射出成形で一体に成形することができるので、コアと絶縁材の組立時間を短縮することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施の形態の回転電機のコアと絶縁材の組立方法で組立てられたコアを示す斜視図である。

【図2】図２は、組立前のコアを示す斜視図である。

【図3】図３は、図２のコアを固定型に挿入した状態を示し、図１のＡ－Ａ断面図相当である。

【図4】図４は、図３の後行程を示し、中子と可動型を固定型に押し付けて射出成形中の状態を示し、図１のＡ－Ａ断面図相当である。

【図5】図５は、図４のＰ部拡大断面図である。

【図6】図６は、中子と可動型を固定型に押し付けて射出成形中の状態を示し、図１のＢ－Ｂ断面図相当である。

【図7】図７は、本発明の実施の形態のスロットコイル用絶縁材を示す斜視図である。

【図8】図８は、図７のＣ－Ｃ断面図である。

【図9】図９は、本発明の実施の形態のスロットコイル用絶縁材を成形する射出成形機の射出速度波形を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態の回転電機のコアと絶縁材の組立方法で組立てられたコアを示す斜視図、図２は組立前のコアを示す斜視図である。図３は図２のコアを固定型に挿入した状態を示し、図１のＡ－Ａ断面図相当である。図４は図３の後行程を示し、中子と可動型を固定型に押し付けて射出成形中の状態を示し、図１のＡ－Ａ断面図相当である。図５は図４のＰ部拡大断面図、図６は中子と可動型を固定型に押し付けて射出成形中の状態を示し、図１のＢ－Ｂ断面図相当である。図１は本発明の実施の形態の組立方法で組立てられた分割コア１００を示し、図２に示す組立前の分割コア９９の８個のスロット９８に、図１、図７に示す絶縁材１を射出成形で８個一体に成形した状態を示す。

【0012】

分割コア９９、１００は、円環状のステータを６０度間隔で分割したもので、右側面にダブテイル溝９７が形成され、左側面にダブテイル突起９６が形成されている。図１のダブテイル溝９７が隣接する分割コアのダブテイル突起９６に連結され、図１のダブテイル突起９６が隣接する分割コアのダブテイル溝９７に連結されて円環状のコアが形成される。分割コア９９、１００の内周面には、８個のスロット９８に各々連通するラジアルギャップ９５が形成されている。図７、図８に、本発明の実施の形態の組立方法で８個のスロット９８に射出成形されるスロットコイル用絶縁材１を示す。本発明の実施の形態の絶縁材１には、矩形断面の導線１１を挿入するための６個の貫通孔１２が形成されている。貫通孔１２は、導線１１と断面形状が相似形の矩形に形成され、互いに平行に形成されている。導線（銅線等）１１は、絶縁被覆のないもの、又は、樹脂被覆線（６０μ程度）を使用する。絶縁材１は、熱可塑性合成樹脂で射出成形により成形される。

【0013】

図８に示すように、絶縁材１は、貫通孔１２の外周壁１３１、１３２及び隔壁１３３の厚さ（ａ、ｂ、ｃ）が同一で、０．１５ｍｍから０．５５ｍｍに薄く形成されている。絶縁材１には、貫通孔１２の上端の外周にフランジ１４が成形されている。フランジ１４は、２個の長辺側フランジ１５、１５と１個の短辺側フランジ１６で構成されている。長辺側フランジ１５、１５は２個の長辺の全長に渡って形成され、短辺側フランジ１６は、長辺側フランジ１５、１５の一端に、短辺の全長に渡って形成されている。長辺側フランジ１５、１５と短辺側フランジ１６の厚さｄ、長辺側フランジ１５、１５と短辺側フランジ１６の高さｆは、外周壁１３１、１３２及び隔壁１３３の厚さａ、ｂ、ｃよりも大きく（例えば１ｍｍ）形成されている。長辺側フランジ１５、１５の長さ方向の中間位置には、長辺側フランジ１５、１５の側部に、長辺側フランジ１５、１５から外側に突出する半円形の耳状フランジ１７、１７が形成されている。

【0014】

本発明の実施の形態の回転電機のコアと絶縁材の組立方法は下記の通りである。まず、図３に示すように、図示しない射出成形機の固定型２と固定型３に囲まれた空間に、図２に示す分割コア９９を装着する。次に、図４から図６に示すように、分割コア９９のスロット９８に、絶縁材１の貫通孔１２用の中子４を分割コア９９の軸線方向に挿入する。また固定型３の上面に可動型５を押し付けて、分割コア９９を固定型２と可動型５で挟み込む。中子４には、貫通孔１２と断面形状が同一の矩形で、角柱状の貫通孔用中子棒４１が一列に６個、互いに平行に、かつ、扇形に八列形成されている。また、図４に示すように、中子４には、貫通孔用中子棒４１の右端に、ラジアルギャップ用中子棒４２が１個形成されている。貫通孔用中子棒４１の寸法は、本発明の実施の形態では、断面が３ｍｍ×４ｍｍの矩形で、長さが１００ｍｍに形成されている。

【0015】

図５に示すように、貫通孔用中子棒４１にはテーパ面４１１とストレート面４１２が形成されている。同様に、ラジアルギャップ用中子棒４２の先端にも、テーパ面４２１とストレート面４２２が形成されている。固定型２の底面にはテーパ孔２１、２２とストレート孔２３、２４が形成されている。中子４を分割コア９９に挿入すると、貫通孔用中子棒４１のテーパ面４１１がテーパ孔２１に案内されて円滑に挿入され、ストレート面４１２がストレート孔２３に嵌合して、貫通孔用中子棒４１の正確な位置決めが行われる。同様に、ラジアルギャップ用中子棒４２のテーパ面４２１がテーパ孔２２に案内されて円滑に挿入され、ストレート面４２２がストレート孔２４に嵌合して、ラジアルギャップ用中子棒４２の正確な位置決めが行われる。

【0016】

図４に示すように、分割コア９９のスロット９８と貫通孔用中子棒４１、ラジアルギャップ用中子棒４２で構成される隙間には、外周壁１３１、１３２及び隔壁１３３を成形するためのキャビティが出来る。また、可動型５の下面、分割コア９９の上面、左端の貫通孔用中子棒４１で構成される隙間には、短辺側フランジ１６を成形するためのキャビティが出来る。また、図６に示すように、分割コア９９のスロット９８と貫通孔用中子棒４１で構成される隙間には、外周壁１３１、１３１を成形するためのキャビティが出来る。また、図６に示すように、分割コア９９の上面と中子４、貫通孔用中子棒４１で構成される隙間には、長辺側フランジ１５、１５、耳状フランジ１７、１７を成形するためのキャビティが出来る。

【0017】

図６に示すように、図示しない射出成形機のノズルから注入された熱可塑性合成樹脂は、ランナー６１からゲート６２、６２を介して耳状フランジ１７、１７に各々流入する。ゲート６２、６２は、分割コア９９の円周方向に離間して２箇所に配置されている。また、ゲート６２、６２は、小さな点で耳状フランジ１７、１７に接続するピンポイントゲートである。熱可塑性合成樹脂がゲート６２、６２から耳状フランジ１７、１７に流入する方向は、耳状フランジ１７、１７の高さ方向である。図６に示すように、ゲート６２、６２から耳状フランジ１７、１７に流入した熱可塑性合成樹脂は、分割コア９９の上面にぶつかって９０度方向転換して流入速度が減少し、長辺側フランジ１５、１５の肉厚方向に向かって流れる。

【0018】

その後、耳状フランジ１７、１７、長辺側フランジ１５、１５、短辺側フランジ１６を熱可塑性合成樹脂で満たす。その後、肉厚の薄い外周壁１３１、１３２及び隔壁１３３に熱可塑性合成樹脂が最適な流入速度で流れ込むため、熱可塑性合成樹脂の流れが良くなり、形状が正確で、滑らかな成形品を作ることが可能となる。すなわち、耳状フランジ１７、１７、長辺側フランジ１５、１５、短辺側フランジ１６が、ランナーとして機能するため、肉厚の薄い外周壁１３１、１３２及び隔壁１３３に熱可塑性合成樹脂が円滑に流入する。

【0019】

本発明の実施の形態の絶縁材１の材料として使用する熱可塑性合成樹脂は、液晶性全芳香族ポリエステルが好ましい。液晶性全芳香族ポリエステルは、電気的な絶縁性、耐熱性があり、しかも温度管理（成形温度３２０℃～４００℃）を正確にすれば、流動性が高いので、成形性が良い。但し、液晶性全芳香族ポリエステルは、成形時の溶融粘度が低く、固化速度が速いため、０．２ｍｍ以下の超薄肉製品の場合、薄肉部で樹脂が固化し十分な流動性が得られない場合がある。そのため、汎用の成形機では成形できないので、図９に示すような、０．１秒以内に射出速度がピークに達する高速射出成形機を用いるのが好ましい。

【0020】

前述した実施の形態は、スロットを有するステータの分割コアの例であったが、これに限らずモータのロータのスロットを有するコア又はこれの分割コアであっても良い。更に、分割コアでなくても、分割構造でないコアそのものをインサートして、絶縁材１を成形するものでも良い。熱可塑性合成樹脂は、液晶性全芳香族ポリエステルが好ましいとしたが、必要に応じて、これに流動性を高める熱可塑性エラストマー等の添加剤、ガラス繊維、無機フィラー等の充填材を添加したものでも良い。

【0021】

本発明の実施の形態の回転電機のコアと絶縁材の組立方法によれば、導線を挿入するための絶縁材をコアの複数のスロットに射出成形で一体に成形することができるので、コアと絶縁材の組立時間を短縮することが可能となる。また、スロットの内周面と絶縁材の外周面との隙間にワニスを充填する必要がなくなるため、製造コストを低減することが可能となる。さらに、分割コアを採用すれば、細長いため精度の良い加工が難しい貫通孔用中子棒、ラジアルギャップ用中子棒の数を削減できるので、金型の製造が容易になる。

【符号の説明】

【0022】

９５…ラジアルギャップ
９６…ダブテイル突起
９７…ダブテイル溝
９８…スロット
９９、１００…分割コア
１…絶縁材
１１…導線
１２…貫通孔
１３１、１３２…外周壁
１３３…隔壁
１４…フランジ
１５…長辺側フランジ
１６…短辺側フランジ
１７…耳状フランジ
２…固定型
２１、２２…テーパ孔
２３、２４…ストレート孔
３…固定型
４…中子
４１…貫通孔用中子棒
４１１…テーパ面
４１２…ストレート面
４２…ラジアルギャップ用中子棒
４２１…テーパ面
４２２…ストレート面
５…可動型
６１…ランナー
６２…ゲート（ピンポイントゲート）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】