JP2009142040A - 回転電機及び回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機において、コイルエンド近傍に配置される信号配線の損傷を抑制することである。
【解決手段】回転電機１０のモータケース１２内には、ロータ１４、固定子鉄心１６、固定子鉄心１６に巻回されるコイル巻線１８、固定子鉄心１６の軸方向両側端に突き出したコイルエンドであって樹脂モールドされたコイルエンド３０、ロータ１４の回転角度を検出するレゾルバ４０、回転電機１０の温度を検出する温度センサ４２、レゾルバ４０と温度センサ４２に接続される信号配線４４、信号配線４４をモータケース１２の外部に接続するための接続部２２が設けられる。ここで、樹脂モールドされたコイルエンド３０において、樹脂モールドの際に生じるバリ３２は、コイルエンドの内周側で、その軸方向端よりも軸方向内側に円環状に残される。
【選択図】図１

Description

本発明は回転電機及び回転電機の製造方法に係り、特にコイルエンドが樹脂モールドされる回転電機及び回転電機の製造方法に関する。

回転電機において、小型軽量化、磁気音の低減、高湿度や汚損下での絶縁特性の向上等の観点から、固定子の部分を樹脂でモールドするモールドモータが用いられる。

例えば、特許文献１には、樹脂モールドモータの製造方法として、成形金型内にステータコアの内径をガイドにして支柱に保持し、成形金型のゲートより充填材を混入した熱硬化成樹脂を注入固化し、巻線とステータコアの外周に絶縁性の外被を形成することが述べられている。ここでは、樹脂成形時にステータ巻線の損傷を防止するため、下型にステータコアを支柱に沿って嵌入し、その上に上型を支柱に合わせて被せ、樹脂注入のピンゲートがステータコアの相隣るコイルエンドとの間隙に位置するようにすることが開示されている。

また、特許文献２には、モールドモータ製造方法として、巻線を収納した固定子鉄心を下型のコアに挿入後、上型を閉じ、ゲートより成形機等を用いて樹脂等を注入し硬化後取り出すことが述べられている。従来は、ゲートが固定子鉄心の外周側でコイルエンド側に設けられているので注入される樹脂がコイルエンドに当たっていたものを、ここでは、ゲートを固定子鉄心の外周側であるが固定子鉄心の積厚の１／４のところに設けることが開示されている。

なお、特許文献１，２は共に、固定子鉄心とコイルエンドの双方を一体化モールドするものであるが、モールドモータとしては、この他にコイルエンド部分のみをモールドするものがある。コイルエンドのみをモールドする構成によれば、モータケースに対する固定子の位置決めを、固定子鉄心の外周とでモータケースの内周とを用いて行うことができ便利である。

特開平０５−０５６６１０号公報 特開平０６−０２２５１３号公報

回転電機においては、固定子鉄心に巻回されるコイル巻線から引き出される巻線端末の他に、例えば、レゾルバ、温度センサ等に接続される複数の信号線がモータケース内に配置される。これらの信号配線は、固定子鉄心の外周ではなく、コイルエンド側に配置されることが多い。したがって、コイルエンドをモールドする際のモールド注入口の折欠きのバリが信号配線に干渉すると、信号線を損傷することが生じえる。

本発明の目的は、コイルエンド近傍に配置される信号配線の損傷を抑制することを可能とする回転電機及び回転電機の製造方法を提供することである。

本発明に係る回転電機は、コイル巻線が巻回された固定子鉄心と、固定子鉄心の軸方向の外側にコイル巻線が突き出すコイルエンドであって、樹脂によってモールドされたコイルエンドと、樹脂モールドされたコイルエンドの軸方向外側に配置される信号配線と、を備え、樹脂モールドされたコイルエンドは、樹脂によってモールドされる際の樹脂注入口を除去した後のバリであって、コイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に配置されるバリを有することを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機において、樹脂モールドされたコイルエンドは、コイルエンドの内周側に沿った円環状のバリを有することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、固定子鉄心の外周を保持するモータケース体を備え、固定子鉄心は、コイル巻線の部分のみが樹脂モールドされ、外周には樹脂モールドを有しないことが好ましい。

また、本発明に係る回転電機の製造方法は、固定子鉄心の軸方向の外側にコイル巻線が突き出すコイルエンドを含んで樹脂モールドする工程であって、樹脂注入口をコイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に配置して、コイル巻線の部分に対して樹脂モールドする工程と、樹脂注入口のところで樹脂注入ゲートの樹脂部分とコイル巻線モールド部分とを切断する工程と、を含むことを特徴とする。

上記構成の少なくとも１つにより、回転電機は、樹脂によってモールドされたコイルエンドと、樹脂モールドされたコイルエンドの軸方向外側に配置される信号配線とを備え、樹脂モールドされたコイルエンドにおいて、樹脂によってモールドされる際の樹脂注入口を除去した後のバリは、コイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に配置される。これによって、コイルエンドをモールドする際のモールド注入口の折欠きのバリが信号配線に干渉することがなく、コイルエンド近傍に配置される信号配線の損傷を抑制することができる。

また、回転電機において、樹脂モールドされたコイルエンドのバリは、コイルエンドの内周側に沿って円環状である。したがって、仮に、このバリが、コイルエンドの軸方向端に円環状にあるとすると、コイルエンドの軸方向外側に配置される信号配線と干渉を起こしやすい。上記構成によれば、円環状のバリであっても、信号配線と干渉することがない。

また、回転電機において、固定子鉄心の外周はモータケース体に保持され、その外周には樹脂モールドを有しない。これによって、固定子鉄心とモータケースとの位置決めを正確に行いながら、樹脂モールドされたコイルエンドのバリと信号配線との干渉を抑制することができる。

また、回転電機の製造方法は、固定子鉄心の軸方向の外側にコイル巻線が突き出すコイルエンドを含んで樹脂モールドするときに、樹脂注入口をコイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に配置する。そして、その樹脂注入口のところで樹脂注入ゲートの樹脂部分とコイル巻線モールド部分とを切断する。これによって、樹脂注入口の付近のバリの位置を、コイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側とできる。したがって、コイルエンドをモールドする際のモールド注入口の折欠きのバリが信号配線に干渉することがなく、コイルエンド近傍に配置される信号配線の損傷を抑制することができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として三相同期電動機について説明するが、これ以外の形式の回転電機であってもよい。例えば、発電機、誘導電動機等であってもよい。以下では、回転電機としてモータケース内に、レゾルバと温度センサを内蔵するものとして説明するが、これらは、モータケース内の信号配線の機能の一例であって、これら以外の部品であっても、信号配線がモータケース内に配置される回転電機であればよい。また、場合によっては、信号配線を要する部品がモータケース内に無くても、信号配線がモータケース内であって、モールドされたコイルエンドの近傍に配置される回転電機であればよい。また、以下では、固定子鉄心の外周が樹脂モールドされずに、固定子鉄心の外周がモータケースに保持されるものとして説明するが、固定子鉄心の外周も含めて樹脂モールドされるものとしてもよい。この場合は、一般的に、樹脂注入口が固定子鉄心の外周側に設けられることが多いが、他の事情で、樹脂注入口を固定子鉄心の外周側に設けられない場合に本発明を適用することができる。

図１は、回転電機１０の断面図である。回転電機１０は、三相同期電動機であって、モータケース１２と、モータケース１２内に収納される多くの要素を含んで構成される。モータケース１２内には、以下の要素が含まれる。すなわち、ロータ１４、固定子鉄心１６、固定子鉄心１６に巻回されるコイル巻線１８、固定子鉄心１６の軸方向両側端に突き出したコイルエンドであって樹脂モールドされたコイルエンド３０、ロータ１４の回転角度を検出するレゾルバ４０、回転電機１０の温度を検出する温度センサ４２、レゾルバ４０と温度センサ４２に接続される信号配線４４、信号配線４４をモータケース１２の外部に接続するための接続部２２がモータケース１２内に設けられる。

モータケース１２は、上記のように、回転電機１０を構成する要素を収納する内部空間を形成する部品である。モータケース１２は、一方側に開口を有する金属製円筒を２つ組合せ、あるいは一方側に開口を有する金属製円筒と、その開口を覆う大きさのカバー円板とを組み合わせる等によって構成することができる。

ロータ１４は、回転電機１０の回転子で、例えば、外周に永久磁石を配置した構成のものを用いることができる。ロータ１４の中心軸は回転電機１０の出力軸で、図示されていない負荷に接続される。

固定子鉄心１６は、コイル巻線１８と共に、回転電機１０の固定子を構成する部品である。なお、固定子はステータとも呼ばれるので、固定子鉄心１６はステータコアと呼ぶことができる。固定子鉄心１６は、ティースと呼ばれる凸極と、隣接するティースの間の空間であるスロットとが内周側の円周方向に沿って交互に複数配置された形状を有する。このスロットを利用して、各ティースにそれぞれコイル巻線１８が巻回される。かかる固定子鉄心１６は、所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層したものを用いることができる。

コイル巻線１８は、上記のように固定子鉄心１６の各ティースに巻回された絶縁皮膜付きの導線である。コイル巻線１８は、固定子鉄心の軸方向の両端の外側において固定子鉄心１６よりも突き出た形状となるが、この部分はコイルエンドと呼ばれる。図１で、コイル巻線１８として引出線が付されている部分は、コイルエンドに相当する。コイル巻線１８は、三相同期電動機の場合、適当なバスバー等の手段を用いて、コイルエンドから引き出され、図示されていない端子台等を用いて、モータケース１２の外側に導かれ、給電ケーブル等に接続される。

樹脂モールドされたコイルエンド３０は、コイル巻線１８の部分が樹脂モールドされたときのコイルエンドの部分である。コイル巻線１８は上記のように、固定子鉄心のスロットを利用して各ティースに巻回されるので、コイルエンド部分を樹脂モールドする際に、固定子鉄心１６のスロットの中にも樹脂が流れこみ、コイル巻線１８全体を樹脂モールドされる。図１では、固定子鉄心１６内部の樹脂モールドの部分が図示されていないので、コイル巻線１８の樹脂モールドを代表して、樹脂モールドされたコイルエンド３０が示されているわけである。

樹脂モールドにおいては、樹脂モールドされた後に、樹脂注入口のところで、樹脂注入ゲートの樹脂部分とコイル巻線モールド部分との間が切断される。したがって、切断された樹脂注入口のところで、切断のために折り欠いたバリが残される。図１においてそのバリ３２の位置が示されている。すなわち、バリ３２は、コイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に配置される。軸方向とは、ロータ１４の出力軸の延伸する方向であり、ロータ１４の円周方向に対し垂直な方向である。換言すれば、バリ３２は、樹脂モールドされたコイルエンド３０の軸方向端に存在しないように、樹脂注入口の位置が設定される。

レゾルバ４０は、ロータ１４の回転角度等を検出するセンサで、モータケース１２の内部でロータ１４に近接した位置に配置される。図１の例では、樹脂モールドされたコイルエンド３０の軸方向端の外側に配置される。レゾルバ４０は、信号配線４４によって、接続部２２に接続され、外部にその検出信号が伝送される。

温度センサ４２は、回転電機１０の温度を検出するセンサで、モータケース１２の内部で固定子鉄心１６あるいは樹脂モールドされたコイルエンド３０の近傍に配置される。図１の例では、樹脂モールドされたコイルエンド３０の軸方向端の外側に配置されている。温度センサ４２は、具体的には、モータケース１２内の温度を検出する。あるいは、固定子鉄心１６の温度を検出するものとしてもよく、コイル巻線１８の温度を検出するものとしてもよい。温度センサ４２は、信号配線４４によって、接続部２２に接続され、外部にその検出信号が伝送される。

信号配線４４は、レゾルバ４０、温度センサ４２と、接続部２２とを接続する配線である。具体的には、数本の信号線がバラバラ状態となっている集合体、あるいは、１本の保護チューブ内に数本の信号線が収納されているワイヤハーネスで構成することができる。信号配線４４は、レゾルバ４０、温度センサ４２の配置の関係上、モールドされたコイルエンドの軸方向外側に配置される。

上記のように、樹脂モールドされたコイルエンド３０においては、樹脂モールドの際に生じるバリ３２がコイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に配置される。したがって、バリ３２が信号配線４４と干渉して、信号配線４４を損傷することが抑制される。

図２から図４は、回転電機１０の製造方法のうち、特に、固定子鉄心１６とコイル巻線１８に関する樹脂モールドの手順を説明する図である。以下では、図１と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、以下では図１の符号を用いて説明する。

最初に、固定子鉄心１６にコイル巻線１８を巻回する（コイル巻線巻回工程）。ここでは、上記のように、固定子鉄心１６のスロットを利用して、各ティースにコイル巻線１８が巻回される。巻回されたコイル巻線１８は、固定子鉄心１６の軸方向の外側に突き出して、コイルエンドを形成する。その様子が図２に示される。

次に、樹脂モールド金型５０を用いて、コイル巻線１８の部分について樹脂モールドが行われる（樹脂モールド工程）。図３に示されるように、樹脂モールド金型５０は、溶融された樹脂が供給されるゲート６０を有し、ゲート６０から延びた樹脂注入口５２が、固定子鉄心１６のコイルエンドの部分に設けられる。

樹脂注入口５２は、注入された樹脂が固定子鉄心１６のスロットの中を軸方向に流れて反対側のコイルエンドの方に流動しやすいように、コイルエンドの外周側よりも内周側に設けられる。そして、さらに、次の切断工程の際に発生するバリの位置を考慮して、コイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に設けられる。

なお、コイルエンドの軸方向端部について、角部が付かずに滑らかな形状となるように、樹脂モールド金型５０の形状を工夫することが好ましい。このことで、樹脂モールドされたコイルエンド３０の外形によって信号配線４４が損傷することを抑制することができる。

また、樹脂モールド金型５０は、固定子鉄心１６の外周側に樹脂が回りこまないように、固定子鉄心１６の外周側を密着して保持する構造を有する。これによって、樹脂モールドは、コイル巻線１８の部分のみ行われ、固定子鉄心１６は、その外周に樹脂モールドを有しない。

図示されていない樹脂成形機から加圧された溶融樹脂が樹脂モールド金型５０のゲート６０に供給されると、溶融樹脂は、樹脂注入口５２からコイルエンド部分のキャビティにながれこみ、固定子鉄心１６のスロットを流れて、反対側のコイルエンド部分のキャビティを満たす。このようにして、コイルエンド部分を含むコイル巻線１８の部分が樹脂モールドされる。

このようにして樹脂モールドが行われると、次に、樹脂注入口のところで樹脂注入ゲートの樹脂部分とコイル巻線モールド部分とが切断される（切断工程）。切断は適当なカッター等の切断具、ペンチ等の折り欠き具等を用いることができる。図４にはその様子が示され、樹脂供給ゲートの樹脂部分６２と、樹脂モールドされたコイルエンド３０とが分離される。切断または折り欠きされた部分は突起状のものである。このバリについて、適当に丸め処理等を行うことができるが、工数がかかり、その場合でもバリ３２が残されることがある。バリ３２は、上記のように、コイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に残されるが、樹脂モールドされたコイルエンド３０の軸方向端には残されない。

このようにして、樹脂モールドされたコイルエンド３０を有する固定子が製造され、ロータ１４、レゾルバ４０、温度センサ４２、信号配線４４等と共にモータケース１２に組み込まれて、回転電機１０が製造される。

図５は、このようにして製造された回転電機１０の作用効果、特に、樹脂モールドされたコイルエンド３０に残されるバリ３２の配置の作用効果について説明する図である。図５には、固定子鉄心１６と樹脂モールドされたコイルエンド３０とを有する固定子に、信号配線４４が配置された様子を示す模式図である。ここでは、レゾルバ等のセンサの図示を省略してある。樹脂モールドされたコイルエンド３０において、樹脂モールドの際に生じるバリ３２は、樹脂モールドされたコイルエンド３０の内周側で、その軸方向端よりも軸方向内側に円環状に残される。信号配線４４は、樹脂モールドされたコイルエンド３０の軸方向外側に配置される。したがって、バリ取り工程を省略したとしても、信号配線４４は、バリ３２に接触することがなく、バリ３２による損傷を抑制することができる。

本発明に係る実施の形態における回転電機の断面図である。 本発明に係る実施の形態における回転電機の製造手順のうち、コイル巻線巻回工程を説明する図である。 本発明に係る実施の形態における回転電機の製造手順のうち、樹脂モールド工程を説明する図である。 本発明に係る実施の形態における回転電機の製造手順のうち、樹脂注入口のところの切断工程を説明する図である。 本発明に係る実施の形態において、バリの位置に関する作用効果を説明する図である。

符号の説明

１０ 回転電機、１２ モータケース、１４ ロータ、１６ 固定子鉄心、１８ コイル巻線、２２ 接続部、３０ 樹脂モールドされたコイルエンド、３２ バリ、４０ レゾルバ、４２ 温度センサ、４４ 信号配線、５０ 樹脂モールド金型、５２ 樹脂注入口、６０ ゲート、６２ 樹脂供給ゲートの樹脂部分。

Claims (4)

1. コイル巻線が巻回された固定子鉄心と、
   固定子鉄心の軸方向の外側にコイル巻線が突き出すコイルエンドであって、樹脂によってモールドされたコイルエンドと、
   樹脂モールドされたコイルエンドの軸方向外側に配置される信号配線と、
   を備え、
   樹脂モールドされたコイルエンドは、
   樹脂によってモールドされる際の樹脂注入口を除去した後のバリであって、コイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に配置されるバリを有することを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   樹脂モールドされたコイルエンドは、
   コイルエンドの内周側に沿った円環状のバリを有することを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転電機において、
   固定子鉄心の外周を保持するモータケース体を備え、
   固定子鉄心は、コイル巻線の部分のみが樹脂モールドされ、外周には樹脂モールドを有しないことを特徴とする回転電機。
4. 固定子鉄心の軸方向の外側にコイル巻線が突き出すコイルエンドを含んで樹脂モールドする工程であって、樹脂注入口をコイルエンドの内周側で、かつ、コイルエンドの軸方向端よりも軸方向内側に配置して、コイル巻線の部分に対して樹脂モールドする工程と、
   樹脂注入口のところで樹脂注入ゲートの樹脂部分とコイル巻線モールド部分とを切断する工程と、
   を含むことを特徴とする回転電機の製造方法。

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