JP2023057947A - 回転電機および産業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂成形加工時にステータコアとボビンの間に樹脂が侵入することを抑制できる回転電機を提供する。【解決手段】ロータ２００と、ロータ２００側に開口部１１２が設けられたスロット１１１を有するステータコア１１０と、スロット１１１に嵌め込まれコイル１４０が挿入されるボビン１５０と、ボビン１５０における開口部１１２側に設けられた凸部１５２と、ステータコア１１０とコイル１４０とボビン１５０とを固定する樹脂１６０とを備える。【選択図】図６

Description

本発明は、回転電機および産業機械に関する。

地球温暖化や化石燃料の枯渇を背景に、省エネルギー化の要求が高まっている。産業機械や自動車、家電など多くの分野で利用される回転電機においても、省エネルギー化が促進されており、低損失化が重要な開発課題となっている。

低損失化のためにはコイルの抵抗値を小さくし銅損を抑制することが有効な手段となっている。そのため、コイルの断面積を大きくするとともにステータコアのスロットの断面積に対するコイルの比率（占積率）を高めて抵抗値を小さくできる平角線を用いて銅損を抑制した回転電機が開発されている。

この平角線を用いた回転電機では、コイルを分布巻するとコイルエンドが高くなってしまうことが問題であった。しかし、所定のセグメントに分割した平角線をステータコアのスロットの内外で接続させ、コイルエンドを低くした回転電機が開示されている（例えば、特許文献１）。

国際公開２０２０／０１７１３３号公報

しかしながら、平角線を接続させた部分（接続部）は、ローレンツ力や振動、温度変化等により電気的接続が弱化する虞がある。そのため、ステータコアとコイルとを樹脂により一体化し、接続部の電気的接続の弱化を抑制することを発明者は着想し、試作品を作成した。そうしたところ、樹脂成形加工時にステータコアとボビンの間に樹脂が侵入してボビンを押圧し、当該ボビン内のコイルが変形することで接続部の電気的接続を弱化される虞があることが知見された。

本発明の目的は、樹脂成形加工時にステータコアとボビンの間に樹脂が侵入することを抑制できる回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するために、ロータと、前記ロータ側に開口部が設けられたスロットを有するステータコアと、前記スロットに嵌め込まれコイルが挿入されるボビンと、前記ボビンにおける前記開口部側に設けられた凸部と、前記ステータコアと前記コイルと前記ボビンとを固定する樹脂とを備える。

本発明によれば、樹脂成形加工時にステータコアとボビンの間に樹脂が侵入することを抑制でき、コイルが変形して接続部の電気的接続が弱化することを抑制できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１実施形態に係る回転電機の外観斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るステータと、ステータ内に配置されたロータの斜視図である。 図２に示すステータから樹脂を除いた斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るステータコアの部分拡大平面図である。 本発明の第１実施形態に係るボビンの外観斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るボビンをステータコアのスロットに装着させたステータの部分断面斜視図である。 図５のＡ－Ａ矢視断面図である。 本発明の第１実施形態に係るボビンの上端の拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るボビンをステータコアに装着しコイルを巻回させたステータの断面斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る２つのセグメント導体の一端の形状と、それらの接続前（左側）と接続後（右側）を示す拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るステータの樹脂成形加工に用いられるモールド金型と、モールド金型に設置されたステータの断面図である。 図１１のＡ－Ａ矢視の部分断面図である。 本発明の比較例に係るボビンの上端の拡大斜視図である。 本発明の比較例に係るステータの樹脂成形加工に用いられるモールド金型と、モールド金型に設置されたステータの断面図である。 図１６のＡ部の拡大図である。 本発明の比較例に係るステータのバックヨークとボビンの間に液体樹脂が侵入したときに、コイルの接続部に掛かる圧力を模式的に示すステータの断面図である。 図１１のＢ部の拡大図である。 本発明の第２実施形態に係るボビンの上端の拡大斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るボビンをステータコアのスロットに装着させたステータの部分平面図である。 本発明の第３実施形態に係るボビンの外観斜視図である。 本発明の第３実施形態に係るボビンをステータコアのスロットに装着させたスロットの部分平面図である。 本発明の第４実施形態に係るボビンの上端の拡大斜視図である。 本発明の第５実施形態に係るボビンの上端の拡大斜視図である。 本発明の第５実施形態に係るボビンをステータコアのスロットに装着させたステータの部分平面図である。 本発明の第６実施形態に係るボビンの外観斜視図である。 本発明の第６実施形態に係るボビンを用いたステータをモールド金型に設置した状態を示す断面図である。 図２６のＡ部の拡大図である。 本発明の第６実施形態に係るステータの部分平面図である。 本発明の他の実施形態に係るステータコアにボビンを装着させたステータの部分拡大平面図である。

以下、図面を用いて、本発明の第１～第６実施形態による回転電機１０００について説明する。なお、各図において、同一符号は同一部分を示す。

〔第１実施形態〕
図１は本発明の第１実施形態に係る回転電機１０００の外観斜視図である。回転電機１０００は、ロータ内の永久磁石により発生する直流磁界と、コイルから放出される回転磁界とを吸引反発させ、ロータを回転させる電動機、例えば、圧縮機の動力源として用いられるラジアルギャップ型電動機である。

回転電機１０００は、円筒状のハウジング５００と、ハウジング５００の両端に設けられた円盤状のエンドブラケット４００と、エンドブラケット４００の一方の中央から突出したシャフト３００を備える。

図２は、本実施形態に係る回転電機１０００のステータ１００と、ステータ１００内に配置されたロータ２００の斜視図である。即ち、図２は、図１からハウジング５００とエンドブラケット４００とシャフト３００を除き、回転電機１０００の内部構造を示している。回転電機１０００は、円環状のステータ１００と、ステータ１００の内部に配置されたロータ２００を備える。

ステータ１００は、図２に示すようにステータコア１１０と、ステータコア１１０の軸方向の両側に設けられた円筒状の樹脂１６０とを備える。ステータコア１１０の外周は図１に示すハウジング５００に固定される。

ロータ２００は、円柱状のロータコア２２０と、ロータコア２２０内に円周状に複数配置された永久磁石２１０から構成されている。ロータ２００の中心軸には図１に示すシャフト３００が設けられ、図示しない軸受を介し、エンドブラケット４００に回転自在に固定されている。

図３は、図２に示すステータ１００から樹脂１６０を除いた斜視図である。図３に示すように、樹脂成形加工する前のステータ１００は、ステータコア１１０とコイル１４０とボビン１５０とを有し、ステータコア１１０にコイル１４０（例えば、平角線）がボビン１５０を介して巻回（例えば、波巻分布巻）されている。

図４は、本実施形態に係るステータコア１１０の部分拡大平面図である。ステータコア１１０は、円環状のバックヨーク１３０と、バックヨーク１３０の内周面からロータ２００側に突出し円周方向に等間隔に配置された複数のティース１２０を備える。

バックヨーク１３０は、薄い円板を積層した円筒体で、内壁１３２にティース１２０の一端と嵌合する凹部１３１が複数設けられている。薄い円板は、例えば、電磁鋼板をプレス加工により打抜くことによって作製され得る。

ティース１２０は、台形状の薄板を積層した柱体で、バックヨーク１３０の凹部１３１にティース１２０の底辺側の端部１２１が嵌入しバックヨーク１３０と結合する。台形状の薄板は、例えば、鉄基アモルファス金属の薄板を加工することによって作製され得る。

また、ステータコア１１０は、バックヨーク１３０の内壁１３２と、ステータコア１１０の周方向において隣合う２つのティース１２０の側壁１２２とにより挟まれ、ロータ２００側に開口部１１２が設けられたスロット１１１を複数有する。

図５は、本実施形態に係るボビン１５０の外観斜視図である。ボビン１５０は、コイル１４０とステータコア１１０とを絶縁する部品である。ボビン１５０は、コイル１４０が挿入されておりコイル挿入孔１５４（後述）を複数有し、スロット１１１に嵌め込まれる。ボビン１５０の材質には、樹脂、例えば、高強度で薄肉成形に適し、耐熱性が高い液晶ポリマー（ＬＣＰ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｐｏｌｙｍｅｒ）を用いることができる。図５に示すように、ボビン１５０には、筒部１５１と凸部１５２と鍔部１５３が設けられている。

図６は、本実施形態に係るボビン１５０をステータコア１１０のスロット１１１に装着させたステータ１００の部分断面斜視図である。図６に示すように、筒部１５１は、スロット１１１に嵌め込まれる部分で、スロット１１１の内壁に対向する３つの側壁と、スロット１１１の開口部１１２に対向する１つの側壁を有する。具体的には筒部１５１は、バックヨーク１３０の内壁１３２に沿う第１側壁１５１ａと、ステータコア１１０の周方向において隣合う２つのティース１２０の側壁１２２に沿う２つの第２側壁１５１ｂと、開口部１１２に対向する第３側壁１５１ｃとを有する（図４、５参照）。なお、開口部１１２と、開口部１１２に対向する側壁（第３側壁１５１ｃ）との間には空隙が形成され、当該空隙は樹脂成形加工の際に液体樹脂１６２がステータ１００の軸方向に流れる軸方向流路１６１（図１２参照）となる。

凸部１５２は、第３側壁１５１ｃからロータ側（ステータ径方向における内側）に向かって突出する部分であり、本実施形態では、スロット１１１の軸方向の一端から他端にわたって延伸する突条である。

また、鍔部１５３は、筒部１５１の軸方向における端部の一方に設けられ、スロット１１１と筒部１５１との間に形成される隙間をステータコア１１０の軸方向における端面（以下、コア端面と称す。）側から覆う部分である。具体的には鍔部１５３は、スロット１１１の径方向外側に位置するバックヨーク１３０の軸方向の端面の一部を覆うバックヨーク側部分１５３ａと、スロット１１１を周方向から挟む２つのティース１２０の各々の軸方向の端面の一部を覆う２つのティース側部分１５３ｂとを有する。なお、本実施形態では、筒部１５１の軸方向における端部の一方に鍔部１５３が設けられている。しかし、筒部１５１の軸方向における両端に鍔部１５３を設けてもよい。

図７は、図５のＡ－Ａ矢視断面図である。図７に示すように、バックヨーク側部分１５３ａが筒部１５１からステータコア１１０の径方向に延伸する長さｄ２は、２つのティース側部分１５３ｂの各々が筒部１５１からステータコア１１０の周方向に延伸する長さｄ１より長い。

また、スロット１１１に装着されたボビン１５０は、図６に示すように、鍔部１５３がステータコア１１０に当接することによりステータコア１１０の軸方向の位置が決まる。そして、スロット１１１にボビン１５０を装着させることにより、スロット１１１と筒部１５１との間の隙間は、鍔部１５３によってステータコア１１０の軸方向外側から覆われる。

図８は、本実施形態に係るボビン１５０の上端の拡大斜視図である。図８に示すように、ボビン１５０の上端には、コイル１４０（本実施形態では平角線）を挿入するためのコイル挿入孔１５４が複数（本実施形態では６つ）設けられている。

コイル挿入孔１５４はボビン１５０の下端に達し、ボビン１５０を貫通している。したがって、筒部１５１の内部には、複数（本実施形態では６つ）のコイル挿入孔１５４が設けられている。なお、本実施形態ではコイル１４０に平角線を用いているため、コイル挿入孔１５４は断面形状が略矩形の孔となっている。

また、鍔部１５３のバックヨーク側部分１５３ａは、図８に示すように、軸方向外側が斜面１５５となっている。斜面１５５は、スロット１１１にボビン１５０を装着させたときに、ステータコア１１０の径方向において外側から内側に向かって上り勾配となっている。

図９は、本実施形態に係るボビン１５０を装着させたステータコア１１０に、コイル１４０を巻回させたステータ１００の断面斜視図である。図９に示すようにコイル１４０は、ボビン１５０内に接続部１４１を有する。即ち、コイル１４０は、第１平角線１４２と第２平角線１４３（複数のセグメント導体）とを有し、第１平角線１４２と第２平角線１４３は、スロット１１１に装着されたボビン１５０の筒部１５１内で接続されている。

図１０は、本実施形態に係る２つのセグメント導体（第１平角線１４２と第２平角線１４３）の一端の形状と、それらの接続前（左側）と接続後（右側）を示す拡大斜視図である。

第１平角線１４２は一端に突起部１４２ａを有し、第２平角線１４３は一端に溝部１４３ａを有する。突起部１４２ａと溝部１４３ａの各々は、導線の軸方向に略平行な２つの面を備える。この略平行な２つの面を隙間なく接続させることにより、接続部１４１の電気抵抗を小さくできる。したがって、突起部１４２ａと溝部１４３ａの軸方向に略平行な２つの面が各々重なるように、第１平角線１４２と第２平角線１４３の各々は、反対側のコイル挿入孔１５４に挿入され、筒部１５１内で結合させる。

ステータコア１１０にコイル１４０がボビン１５０を介して巻回（例えば、波巻分布巻き）されたステータ１００は、コイルエンド１４４（図９参照）が樹脂１６０で覆われ、ステータコア１１０とコイル１４０とボビン１５０とが樹脂１６０により一体成形され固定される。なお、本実施形態の樹脂１６０は、モールド加工（例えばトランスファーモールド加工）により成形された樹脂である。しかし、これに限定されず、例えば真空加圧含侵加工により成形されるワニスを用いることもできる。

図１１は、本実施形態に係るステータ１００の樹脂成形加工に用いられるモールド金型６００と、モールド金型６００に設置されたステータ１００の断面図である。モールド金型６００は、円柱状の芯型６１０と、円筒部を有する円盤状の下型６２０と上型６３０とを備える。

芯型６１０は下端が下型６２０の中央に設けられた円穴６２１に嵌入され、下型６２０に載置される。そして、ステータ１００の中空部分が芯型６１０に嵌め込まれる。

芯型６１０に嵌め込まれたステータ１００は、バックヨーク１３０の軸方向の下端面１３４の径方向外側の部分が、下型６２０の外周部から上方に突出する円筒部６２２の先端面６２３に当接する。これにより、ステータ１００の下部のコイルエンド１４４は、下型６２０により包まれる。

そして、上型６３０の円穴６３１に芯型６１０の上端部を嵌入し、上型６３０を芯型６１０に載置する。芯型６１０に載置された上型６３０は、バックヨーク１３０の軸方向上側の端面１３３の径方向外側の部分に、上型６３０の外周部から下方に突出する円筒部６３２の端面６３３が当接する。これにより、ステータ１００の上部のコイルエンド１４４は、上型６３０により包まれる。

ステータ１００は、下型６２０と上型６３０とを挟持させることで固定され、ステータ１００と芯型６１０と、下型６２０又は上型６３０とにより挟まれたキャビティ（充填室）が形成される。そして、ステータ１００と芯型６１０と上型６３０とにより形成された上部キャビティ７１０と、ステータ１００と芯型６１０と下型６２０とにより形成された下部キャビティ７２０とは、図１２に示す軸方向流路１６１により連通する。

軸方向流路１６１は、ボビン１５０の筒部１５１の第３側壁１５１ｃと、隣合う２つのティース１２０の周方向の側壁１２２と、芯型６１０の外周壁とにより挟まれている。なお、ボビン１５０の凸部１５２が芯型６１０の外周壁に当接することにより、ボビン１５０がスロット１１１内を径方向内側に移動して軸方向流路１６１を塞ぐことが抑制されている。

そして、上型６３０に設けられた注入口（ゲート）６３４から液体樹脂１６２（例えば、不飽和ポリエステルなどの熱硬化性樹脂）が、１００～１５０℃に加熱され数ＭＰａの圧力で上部キャビティ７１０圧入される。上部キャビティ７１０に圧入された液体樹脂１６２は、軸方向流路１６１を介して下部キャビティ７２０に流入し、上部キャビティ７１０と下部キャビティ７２０と軸方向流路１６１とに充填される。また、この際、バックヨーク１３０の凹部１３１とティース１２０の端部１２１との間に形成される隙間にも液体樹脂１６２が充填される。

上部キャビティ７１０と下部キャビティ７２０と軸方向流路１６１とに液体樹脂１６２が充満されたステータ１００とモールド金型６００は加熱され、液体樹脂１６２を硬化させる。液体樹脂１６２が硬化した後、ステータ１００はモールド金型６００から外され、図２に示すステータ１００が形成される。

［比較例］
図１３は、比較例に係るボビンの上端の拡大斜視図である。図１３に示すように筒部９５１の第３側壁９５１ｃに凸部１５２を有さず、鍔部９５３のバックヨーク側部分９５３ａに斜面１５５を有さない。

図１４は、本発明の比較例に係るステータ９００の樹脂成形加工に用いられるモールド金型６００と、モールド金型６００に設置されたステータ９００の断面図である。図１５は、図１４のＡ部の拡大図である。また、図１６は、本発明の比較例に係るステータ９００のバックヨーク１３０とボビン９５０の間に液体樹脂１６２が侵入したときに、コイル１４０の接続部１４１に掛かる圧力Ｐｒを模式的に示すステータの断面図である。

比較例に係るステータ９００も本発明の第１実施形態のステータ１００と同様に、第１平角線１４２と第２平角線１４３がスロット１１１内で接続され、ボビン９５０の筒部９５１内に接続部１４１を有する。そして、図１４に示すように、比較例に係るステータ９００は、本発明の第１実施形態のステータ１００と同様に、モールド金型６００に固定され、上型６３０のゲート６３４から液体樹脂１６２が圧入される。

このとき、比較例に係るボビン９５０は、図１３に示すように筒部９５１の第３側壁９５１ｃに凸部１５２を有さない。そのため、図１２のように、凸部１５２が芯型６１０の外周壁に当接することで軸方向流路１６１が確保されるということはない。したがって、図１５に示すように、バックヨーク側部分９５３ａの端面９５５が液体樹脂１６２によって押圧されると、図１４に示す芯型６１０方向に筒部９５１が移動する虞がある。筒部９５１が芯型６１０方向に移動すると、第１側壁９５１ａと、バックヨーク１３０の内壁１３２との間に隙間ができる虞がある。

また、液体樹脂１６２は十分に加熱され粘性が低い状態で注入される。そのため、鍔部９５３のバックヨーク側部分９５３ａとバックヨーク１３０の隙間から、ボビン９５０の筒部９５１の第１側壁９５１ａとバックヨーク１３０の内壁１３２との隙間に侵入する虞がある。

コイル１４０の両端には、分布巻特有の円環状のコイルエンド１４４が形成されており、径方向の変形に対し拘束された状態にある。そのため、筒部９５１とバックヨーク１３０の間に液体樹脂１６２が侵入すると、スロット１１１内のコイル１４０にのみ径方向内側の押圧力Ｐｒが作用することになる。これにより、接続部１４１が離間したり、接触面積が減少したりすると、接触抵抗の増加を招き、ジュール損の増加による局所発熱、さらには、ボビンの溶融、欠損、コイル１４０とステータコア１１０の導通、地絡といった不良を引き起こす虞がある。

［効果］
本発明の回転電機１０００は、コイル１４０の接続部１４１の電気的接続の弱化を抑制するため、樹脂１６０によってステータコア１１０とボビン１５０とコイル１４０とが一体化するように、樹脂成形加工を行う。樹脂成形加工に際しては、ステータ１００の中空部分に芯型６１０が置かれ、コイルエンド１４４を覆う上型６３０と下型６２０がステータ１００を軸方向の両側から挟持する。そして、芯型６１０、上型６３０または下型６２０とステータ１００との間に形成されるキャビティ（充填室）にゲート６３４から液体樹脂１６２が圧入される。その際、圧入される液体樹脂１６２がステータコア１１０とボビン９５０の間に侵入すると、コイル１４０の接続部１４１の電気的接続を弱化する虞がある。

しかし、本実施形態の回転電機１０００は、ボビン１５０の第３側壁１５１ｃに凸部１５２が設けられている。凸部１５２は、樹脂成形加工時にステータコア１１０の中空部分に置かれる芯型６１０の外周壁に当接し、ボビン１５０がスロット１１１の開口部１１２（図４参照）に向かって移動することを妨げる。そのため、ステータコア１１０とボビン１５０の間に液体樹脂１６２の侵入が容易な隙間が形成されることを防止できる。

すなわち、本実施形態によれば、樹脂成形加工時にステータコア１１０とボビン１５０の間に液体樹脂１６２が侵入することを抑制できるので、コイル１４０が変形して接続部１４１の電気的接続が弱化することを抑制できる。

また、スロット１１１の開口部１１２側では、凸部１５２が芯型６１０に当接することによって、スロット１１１内の凸部１５２の周囲に液体樹脂１６２の軸方向流路１６１が形成される。そして樹脂成形加工時に軸方向流路１６１に流入する液体樹脂１６２によりボビン１５０の筒部１５１はスロット１１１の外径側の内壁１３２に押圧される。すなわち、この観点からもステータコア１１０とボビン１５０の間に液体樹脂１６２が侵入することを抑制でき、コイル１４０が変形して接続部１４１の電気的接続が弱化することを抑制できる。

また、本実施形態の凸部１５２は、スロット１１１の軸方向の一端から他端にわたって延びる突条である。そのため、スロット１１１の軸方向の一端から他端にわたって筒部１５１をスロット１１１の外径側の内壁１３２に押圧させることができる。よって、ステータコア１１０とボビン１５０の間に液体樹脂１６２が侵入することをさらに抑制でき、コイル１４０が変形して接続部１４１の電気的接続がさらに弱化することを抑制できる。

また、本実施形態のバックヨーク側部分１５３ａの筒部１５１からステータコア１１０の径方向に延伸する長さｄ２は、２つのティース側部分１５３ｂの各々の筒部１５１からステータコア１１０の周方向に延伸する長さｄ１より長い。そのため、周方向に隣合う２つのティース１２０の側壁１２２とボビン１５０の２つの第２側壁１５１ｂの間より、バックヨーク１３０の内壁１３２とボビン１５０の第１側壁１５１ａの間に液体樹脂１６２が侵入することを抑制できる。これにより、ボビン１５０がスロット１１１内を径方向内側に移動してバックヨーク側部分（鍔部）とステータコアとの間に隙間が形成されることが妨げられ、ステータコアとボビンの間に樹脂が侵入することを抑制でき、コイルが変形して接続部の電気的接続が弱化することを抑制できる。

また、本実施形態に係るボビン１５０の鍔部１５３に備わるバックヨーク側部分１５３ａの軸方向外側の面１５５は、ステータコア１１０の径方向における外側から内側に向かって上り勾配の傾斜となっている。そのため、図１７に示すように、液体樹脂１６２が鍔部１５３のバックヨーク側部分１５３ａを径方向外側から押圧する圧力Ｐｒは、斜面１５５に対して垂直な圧力Ｐｒ’と水平な圧力Ｐｒ”に分解することができる。さらに、斜面１５５に対して垂直な圧力Ｐｒ’は、バックヨーク１３０の端面１３３に対して垂直な圧力Ｐｒ’１と水平な圧力Ｐｒ”２（図示せず）に分解することができる。

なお、斜面１５５のバックヨーク１３０の端面１３３に対する角度をθ°とすると、
Ｐｒ’＝Ｐｒ・ｓｉｎθ
Ｐｒ’１＝Ｐｒ’・ｃｏｓθ＝Ｐｒ・ｓｉｎθ・ｃｏｓθ
と表すことができる。

したがって、バックヨーク側部分１５３ａの軸方向外側の面１５５を傾斜させることにより、鍔部１５３のバックヨーク側部分１５３ａにはバックヨーク１３０の端面１３３に対して垂直な圧力Ｐｒ’１が発生する。そのため、バックヨーク側部分１５３ａのバックヨークとの対向面はバックヨークに対して押しつけられる。これにより、バックヨーク側部分１５３ａ（鍔部）とステータコア１１０との間に隙間が形成されることが妨げられる。よって、ステータコア１１０とボビン１５０の間に樹脂１６０が侵入することを抑制でき、コイル１４０が変形して接続部１４１の電気的接続が弱化することを抑制できる。

また、本実施形態のコイル１４０は複数のセグメント導体を有し、複数のセグメント導体の各々がスロット１１１に嵌め込まれたボビン１５０の筒部１５１内で接続されるスロット内接続方式である。そのため、コイルのコイルエンドで溶接によりコイルを接続するコイルエンド接続方式に比べて、コイルエンドにおける曲げ加工と溶接が不要となる。そのため、回転電機の高生産化、小型化ができる。

また、コイル１４０が有する複数のセグメント導体は、突起部１４２ａを一端に有する第１平角線１４２と、溝部１４３ａを一端に有する第２平角線１４３と、突起部１４２ａが溝部１４３ａに嵌合される接続部１４１とを有する。そのため、突起部１４２ａを溝部１４３ａに押し込んだだけで両者が嵌合され、突起部１４２ａと溝部１４３ａ（つまり第１平角線１４２と第２平角線１４３）を容易に接続できる。

また、ステータコア１１０は、円筒状のバックヨーク１３０の内周面に設けられバックヨーク１３０の軸方向に延びる凹部１３１と、凹部１３１に端部１２１が嵌合されたティース１２０とを備え、凹部１３１とティース１２０の端部１２１との間に形成される径方向の隙間に液体樹脂１６２（樹脂１６０）が充填されている。

このように構成されたステータコア１１０は、ティース１２０が内径方向に押圧され、バックヨーク１３０の凹部１３１と、凹部１３１に嵌合されたティース１２０の端部１２１との間に形成される周方向の隙間を径方向の隙間より小さくできる。そのため、ティース１２０の他端１２３から端部１２１に向かってティース１２０内を流れてきた磁束は、ティース１２０の端部１２１から周方向にバックヨーク１３０の凹部１３１に流れることになる。これにより、バックヨーク１３０の外径側に磁束が流れることを抑制でき、バックヨーク１３０で発生する鉄損を低減できる。特に本実施形態ではティース１２０はアモルファス金属により形成することが可能な台形柱であるため、鉄損をさらに低減できる。

また、本実施形態に係る回転電機１０００を圧縮機の動力源に用いることができる。低損失化された本実施形態に係る回転電機１０００を動力源とする圧縮機は、省エネルギー化を実現できる。

（第２実施形態）
図１８は、本発明の第２実施形態に係るボビン２１５０の外観斜視図であり、図２１は、本発明の第２実施形態に係るボビン２１５０の上端の拡大斜視図である。また、図２２は、本発明の第２実施形態に係るボビン２１５０をステータコア１１０のスロット１１１に装着させた状態を示す部分平面図である。

本実施形態に係るボビン２１５０が第１実施形態に係るボビン１５０と異なる点は次の通りである。即ち、ボビン２１５０の鍔部２１５３の２つのティース側部分２１５３ｂの各々の軸方向外側の面２１５６が、２つのティース１２０の軸方向端面からスロット１１１に向かって上り勾配の傾斜となっている点である。

図１９は、本実施形態に係るボビン２１５０をステータコア１１０のスロット１１１に装着させたステータ１００の部分平面図である。鍔部２１５３のティース側部分２１５３ｂ（図１８参照）の各々の軸方向外側の面２１５６が傾斜となっているため、ティース１２０上の径方向流路１６３はステータ２１００の周方向における幅が上方で広がり、流路断面積が大きくなっている。

［効果］
ゲート６３４から圧入された液体樹脂１６２の一部は、ティース１２０の軸方向の端面に沿って径方向内側の軸方向流路１６１に向かって流れる。このとき、鍔部２１５３のティース側部分２１５３ｂの各々の軸方向外側の面２１５６が傾斜となっているため、ティース１２０上の径方向流路１６３はステータ２１００の周方向における幅が上方で広がり、流路断面積が大きくなっている。そのため、液体樹脂１６２が径方向流路１６３を流れる際の圧力損失（摩擦損失）を軽減でき、液体樹脂１６２が軸方向流路１６１に向かって流れやすくなる。これによりボイド（気泡）や密度低下などの成形不良により樹脂１６０の強度が低下することを抑制できる。また、キャビティ７１０、７２０に液体樹脂１６２を所定密度で充満させるための成形圧が軽減でき、液体樹脂１６２の押圧力によるコイル１４０などの変形を抑制できる。このため、コイル１４０が変形して接続部の電気的接続が弱化することを抑制できる。

また、上部キャビティ７１０に充填された液体樹脂１６２は、ボビン２１５０の鍔部２１５３の２つのティース側部分２１５３ｂの斜面２１５６を押圧する。液体樹脂１６２により斜面２１５６を押圧されたティース側部分２１５３ｂには、斜面２１５６に対して垂直な力が発生し、ティース１２０の軸方向の端面に対向するティース側部分２１５３ｂの面は、ティース１２０の軸方向の端面に押し付けられる。そのため、ボビン２１５０が径方向に移動することを抑制され、ボビン２１５０の筒部１５１とステータコア１１０のスロット１１１の内壁との間に隙間ができることを抑制できる。よって、ステータコア１１０とボビン２１５０の間に液体樹脂１６２が侵入することを抑制でき、コイル１４０が変形して接続部の電気的接続が弱化することを抑制できる。

（第３実施形態）
図２０は、本発明の第３実施形態に係るボビン３１５０の外観斜視図であり、図２１は、本発明の第３実施形態に係るボビン３１５０をステータコア１１０のスロット１１１に装着させたステータ３１００の部分平面図である。

本実施形態に係るボビン３１５０が第１実施形態に係るボビン１５０と異なる点は、凸部３１５２である。即ち、第１実施形態に係る凸部１５２は、筒部１５１の開口部１１２に対向する第３側壁１５１ｃから突出し、スロット１１１の軸方向の一端から他端にわたって延びる１つの突条である。それに対し、本実施形態に係る凸部３１５２は、第３側壁１５１ｃから突出し、スロット１１１を挟む２つのティース１２０の側壁１２２（図４参照）に沿って延伸する２つの突条である。

［効果］
本実施形態に係るボビン３１５０の凸部３１５２は、スロット１１１を挟む２つのティース１２０の側面に沿って延伸する２つの突条である。そのため、軸方向流路３１６１は、凸部１５２によって２つに分割された第１実施形態の軸方向流路１６１よりも断面積が大きい１つの流路となっている。そのため、液体樹脂１６２が軸方向流路３１６１を流れやすくなるため、ボイド（気泡）や密度低下などの成形不良により樹脂１６０の強度が低下することを抑制できる。また、キャビティ７１０、７２０に液体樹脂１６２を所定密度に充満させるための成形圧が軽減でき、液体樹脂１６２の押圧力によるコイル１４０などの変形を抑制できる。このため、コイルが変形して接続部の電気的接続が弱化することを抑制できる。

（第４実施形態）
図２２は、本発明の第４実施形態に係るボビン４１５０の上端の拡大斜視図である。本実施形態に係るボビン４１５０が第１実施形態に係るボビン１５０と異なる点は、凸部４１５２の形状と位置である。

即ち、第１実施形態に係る凸部１５２は、筒部１５１の開口部１１２に対向する第３側壁１５１ｃから突出し、スロット１１１の軸方向の一端から他端にわたって延びる１つの突条である。それに対し、本実施形態に係る凸部４１５２は、鍔部４１５３における開口部１１２側の外壁４１５１ｄに設けられた突起である。

［効果］
本実施形態に係る凸部４１５２は、鍔部４１５３における開口部１１２側の外壁４１５１ｄに設けられた突起である。そのため、軸方向流路４１６１は、第１実施形態の軸方向流路１６１のように凸部１５２によって軸方向に２つに分割されず、１つの断面積が大きい流路を備える。したがって、流路による圧力損失（摩擦損失）を軽減でき、液体樹脂１６２が軸方向流路３１６１を流れやすく、ボイド（気泡）や密度低下などの成形不良により樹脂１６０の強度が低下することを抑制できる。また、キャビティ７１０、７２０に液体樹脂１６２を所定密度に充満させるための成形圧が軽減でき、液体樹脂１６２の押圧力によるコイル１４０などの変形を抑制できる。このため、コイルが変形して接続部の電気的接続が弱化することを抑制できる。さらに、ボビン４１５０の形状が単純化できるため、成形性を向上させることができる。

また、ステータを樹脂成形加工するためにモールド金型６００に設置したときに、凸部４１５２が芯型６１０に当接するため、液体樹脂１６２をゲート６３４から圧入しても、ボビン４１５０は径方向内側に移動できない。一方、軸方向流路１６１には液体樹脂１６２が侵入し、ボビン４１５０は径方向外側に押圧される。したがって、ステータコア１１０とボビン４１５０の間に液体樹脂１６２が侵入することを抑制でき、コイル１４０が変形して接続部１４１の電気的接続が弱化することを抑制できる。

（第５実施形態）
図２３は、本発明の第５実施形態に係るボビン５１５０の上端の拡大斜視図である。また、図２４は、本発明の第５実施形態に係るボビン５１５０をステータコア１１０のスロット１１１に装着させたステータ５１００の部分平面図である。

本実施形態に係るボビン５１５０が第４実施形態に係るボビン４１５０と異なる点は、凸部５１５２が設けられた場所と数である。即ち、第４実施形態では、鍔部４１５３における開口部１１２側の外壁４１５１ｄに１つの凸部４１５２が設けられている。それに対し本実施形態では、鍔部５１５３の２つのティース側部分５１５３ｂの各々における開口部１１２側の外壁５１５３ｄに設けられている。つまり、第４実施形態の凸部４１５２は、鍔部４１５３の外壁４１５１ｄに１つ設けられている。それに対し、第５実施形態の凸部５１５２は、鍔部５１５３の２つのティース側部分５１５３ｂの外壁５１５３ｄの各々に１つ、合計で２つ設けられている。

なお、凸部５１５２が、鍔部５１５３のステータコア１１０における周方向の両端に位置し、ステータコア１１０の径方向内側に向かって突出する２つの突条にしてもよい。

［効果］
本実施形態に係る凸部５１５２は、鍔部５１５３の２つのティース側部分５１５３ｂの各々のステータコア１１０における径方向内側の外壁５１５３ｄに設けられている。そのため、基部が厚く剛性を強くできるとともに容易に成形することができる。

また、スロット１１１を周方向から挟む２つのティース１２０の各々の軸方向の端面の一部を覆う２つのティース側部分５１５３ｂに凸部５１５２は設けられている。そのため、第４実施形態の凸部４１５２のように軸方向流路５１６１の入口を２つに分割しない。特に、凸部５１５２が鍔部５１５３のステータコア１１０における周方向の両端に位置し、ステータコア１１０の径方向内側に向かって突出する２つの突条である場合、図２４に示すように軸方向流路５１６１の入口を大きく開口できる。そのため、液体樹脂１６２は軸方向流路５１６１に流入しやすい。よって、流路による圧力損失（摩擦損失）をさらに軽減でき、液体樹脂１６２が軸方向流路５１６１を流れやすく、ボイド（気泡）や密度低下などの成形不良により樹脂１６０の強度が低下することを抑制できる。また、キャビティ７１０、７２０に液体樹脂１６２を所定密度に充満させるための成形圧が軽減でき、液体樹脂１６２の押圧力によるコイル１４０などの変形を抑制できる。このため、コイルが変形して接続部の電気的接続が弱化することを抑制できる。さらに、ボビン４１５０の形状が単純化できるため、成形性を向上させることができる。

また、ステータ１００を樹脂成形加工するためにモールド金型６００に設置したときに、凸部５１５２が芯型６１０に当接するため、液体樹脂１６２をゲート６３４から圧入しても、ボビン５１５０は径方向内側に移動できない。一方、軸方向流路１６１には液体樹脂１６２が侵入し、ボビン５１５０は径方向外側に押圧される。したがって、ステータコア１１０とボビン５１５０の間に液体樹脂１６２が侵入することを抑制でき、コイル１４０が変形して接続部１４１の電気的接続が弱化することを抑制できる。

（第６実施形態）
図２５は、本実施形態に係るボビン６１５０の外観斜視図である。図２６は、本発明の第６実施形態に係るボビン６１５０を用いたステータ６１００をモールド金型６００に設置した状態を示す断面図で、図２７は図３０のＡ部の拡大図である。図２８は、本実施形態に係るステータ６１００の部分平面図である。

本実施形態に係るボビン６１５０が第１実施形態に係るボビン１５０と異なる点は、鍔部６１５３のバックヨーク側部分６１５３ａの形状である。第１に、バックヨーク側部分６１５３ａには、軸方向外側に斜面１５５がなく、鍔部６１５３の軸方向外側面が延伸する。第２に、バックヨーク側部分６１５３ａのステータコア１１０の径方向における外側の外側端面６１５５が、ゲート６３４のステータコア１１０の径方向における最も外側の内周壁６３４１よりもステータコア１１０の径方向外側に位置する。そのため、図２８に示すように外側端面６１５５は樹脂１６０の表面に形成されたゲート跡１６４よりステータコア１１０の径方向における外側に位置する。なお、ゲート跡１６４が樹脂１６０の上面に形成される実施形態を示したが、これに限定されず、例えば、樹脂１６０の傾斜面となった側面に形成されても良い。

また、外側端面６１５５を上型６３０の内周壁６３２１と密接させることもできる。この場合、外側端面６１５５は樹脂１６０から露出する。

［効果］
樹脂成形加工時に用いられる型枠（上型６３０）の樹脂注入口（ゲート６３４）の位置はゲート跡として樹脂１６０の表面に現れる。本実施形態のようにバックヨーク側部分６１５３ａにおけるステータコア１１０の径方向における外側の端面（以下、外側端面と称する）６１３１が当該ゲート跡よりステータコアの径方向における外側に位置する場合には、樹脂成形加工時の液体樹脂１６２はバックヨーク側部分６１５３ａの外側端面６１５５よりも径方向内側の位置から鍔部６１５３方向に注入される。そのため液体樹脂１６２によってバックヨーク側部分６１５３ａの外側端面６１５５に比して軸方向外側の面６１５６が押圧され、その結果、バックヨーク側部分（鍔部）がステータコアに向かって容易に押圧され得る。これによりバックヨーク側部分（鍔部）とステータコアとの間に隙間が形成されることが妨げられるので、ステータコアとボビンの間に樹脂が侵入することを抑制でき、コイル１４０が変形して接続部１４１の電気的接続が弱化することを抑制できる。

また、外側端面６１５５が上型６３０の内周壁６３２１と密接する場合、樹脂１６０によって覆われず、樹脂１６０から露出する。一方、この場合、外側端面６１５５は、上型６３０のゲート６３４から圧入される液体樹脂１６２により押圧さない。したがって、鍔部の外径側の端面の下部とバックヨークの軸方向の端面の間からステータコアとボビンの間に樹脂が侵入することを抑制でき、コイルが変形して接続部の電気的接続が弱化することを抑制できる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。即ち、回転電機１０００を圧縮機の動力源として用いられる波巻分布巻ラジアルギャップ型電動機とする実施形態を示したが、これに限定されない。例えば、電動機ではなく発電機に適用してもよく、波巻分布巻に限定されず他の巻き方でもよく、圧縮機以外の産業用ロボット、プレス機あるいは水力機械などの産業機械や自動車、家電などの動力源としてもよい。

また、極数とスロット数のスロットコンビネーションや、ステータコアと樹脂の材質や、ボビンの凸部や鍔部の形状などは、上記の実施形態に限定されない。

例えば、図２９に示すように、ティース１２０の径方向外側の面１２１ａに対向するバックヨーク７１３０の第１凹部７１３１の底面に第２凹部７１３３を設けても良い。このようにすることで第２凹部７１３３を起点に液体樹脂１６２がティース１２０の径方向外側の面１２１ａとバックヨーク７１３０の第１凹部７１３１の底面の間に充填され、ティース１２０を径方向内側に加圧する。これにより、ティース１２０のステータコア７１１０における周方向の側壁１２２がバックヨーク７１３０の第１凹部７１３１の周方向側壁７１３４に押し付けられる。このように構成されたステータコア７１１０は、ティース１２０が内径方向にさらに押され、バックヨークの凹部と、凹部に嵌合されたティースの一端との間に形成される周方向の隙間を径方向の隙間より小さくできる。そのため、ティースの他端から一端に向かってティース内を流れてきた磁束は、ティースの一端から周方向にバックヨークの凹部にさらに流れることになる。これにより、バックヨークの外径側に磁束が流れることをさらに抑制でき、バックヨークで発生する鉄損をより低減できる。また、モールド金型６００のゲート６３４と第２凹部７１３３を軸方向の位置を重畳させることにより、ティース１２０の径方向外側の面１２１ａとバックヨーク７１３０の第１凹部７１３１の底面の間に液体樹脂をさらに充填できる。これにより、バックヨークの外径側に磁束が流れることをさらに抑制でき、バックヨークで発生する鉄損をより低減できる。

また、上記において、ステータコアをバックヨークと複数のティースに分割する実施形態を示したが、これに限定されない。例えば、バックヨークとティースが一体のステータコアでもよい。

また、上記において、ティースを台形柱とする実施形態を示したが、これに限定されない。例えば、ティースの先端に拡幅部を設け、スロットをセミクローズ化しても良い。

また、樹脂は熱硬化性樹脂が望ましいがこれに限定されず、加圧成形する樹脂であれば良く、熱可塑性樹脂であってもよい。なお、コイルの接続部に及ぼす影響を低減するため、硬化収縮が小さく、線膨張係数が鉄心と近い樹脂を用いることが望ましい。

１０００…回転電機、１００，２１００，３１００，５１００，６１００，９００…ステータ、１１０，７１１０…ステータコア、１１１…スロット、１１２…開口部、１２０…ティース、１２２…側壁、１３０，７１３０…バックヨーク、１３１…凹部、１３２…内壁、１４０…コイル、１４１…接続部、１４２…第１平角線、１４２ａ…突起部、１４３…第２平角線、１４３ａ…溝部、１４４…コイルエンド、１５０，２１５０，３１５０，４１５０，５１５０…ボビン、１５１，４１５１…筒部、１５１ａ…第１側壁、１５１ｂ…第２側壁、１５１ｃ…第３側壁、１５２，３１５２，４１５２，５１５２…凸部、１５３，２１５３，４１５３，５１５３，９５３…鍔部、１５３ａ，６１５３ａ，９５３ａ…バックヨーク側部分、１５３ｂ，２１５３ｂ，５１５３ｂ…ティース側部分、１５５，２１５６…軸方向外側の面，斜面、６１５５…外側端面、１６０…樹脂、１６１，３１６１，４１６１，５１６１…軸方向流路、１６２…液体樹脂、１６３…径方向流路、１６４…ゲート跡、２００…ロータ、６００…モールド金型、６１０…芯型、６２０…下型、６３０…上型、６３４…注入口（ゲート）、７１０…上部キャビティ、７２０…下部キャビティ

Claims (15)

1. ロータと、
   前記ロータ側に開口部が設けられたスロットを有するステータコアと、
   前記スロットに嵌め込まれコイルが挿入されるボビンと、
   前記ボビンにおける前記開口部側に設けられた凸部と、
   前記ステータコアと前記コイルと前記ボビンとを固定する樹脂とを備える、
   ことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記凸部が、前記スロットの軸方向の一端から他端にわたって延びる突条である、
   ことを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機であって、
   前記凸部は、前記スロットを挟む２つのティースの側面に沿って延伸する２つの突条である、
   ことを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記ボビンは、前記コイルが挿入される筒部と、前記筒部の軸方向における端部の少なくとも一方に設けられた鍔部とを備え、
   前記鍔部は、前記スロットの径方向外側に位置するバックヨークの軸方向の端面の一部を覆うバックヨーク側部分を有し、
   前記バックヨーク側部分における軸方向外側の面が、前記ステータコアの径方向における外側から内側に向かって上り勾配の斜面となっている、
   ことを特徴とする回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機であって、
   前記鍔部は、前記スロットを周方向から挟む２つのティースの各々の軸方向の端面の一部を覆う２つのティース側部分を有し、
   前記２つのティース側部分の各々は、軸方向外側の面が、前記２つのティースの軸方向端面から前記スロットに向かって上り勾配の斜面となっている、
   ことを特徴とする回転電機。
6. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記ボビンは、前記コイルが挿入される筒部と、前記筒部の軸方向における端部の少なくとも一方に設けられた鍔部を有し、
   前記凸部は、前記鍔部における前記開口部側の外壁に設けられている、
   ことを特徴とする回転電機。
7. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記ボビンは、前記コイルが挿入される筒部と、前記筒部の軸方向における端部の少なくとも一方に設けられた鍔部を有し、
   前記鍔部は、前記スロットを前記ステータコアの周方向から挟む２つのティースの各々の軸方向の端面の一部を覆う２つのティース側部分を有し、
   前記凸部は、前記２つのティース側部分の各々における前記開口部側の外壁に設けられている、
   ことを特徴とする回転電機。
8. 請求項７に記載の回転電機であって、
   前記凸部が、前記鍔部の前記ステータコアにおける周方向の両端に位置し、前記ステータコアの径方向内側に向かって突出する２つの突条であることを特徴とする回転電機。
9. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記ボビンは、前記コイルが挿入される筒部と、前記筒部の軸方向における端部の少なくとも一方に設けられた鍔部とを有し、
   前記鍔部は、前記スロットの径方向外側に位置するバックヨークの軸方向の端面の一部を覆うバックヨーク側部分と、前記スロットを前記ステータコアの周方向から挟む２つのティースの各々の軸方向の端面の一部を覆う２つのティース側部分とを有し、
   前記バックヨーク側部分の前記筒部から前記ステータコアの径方向に延伸する長さが、前記２つのティース側部分の各々の前記筒部から前記ステータコアの周方向に延伸する長さより長いことを特徴とする回転電機。
10. 請求項９に記載の回転電機であって、
    前記バックヨーク側部分における前記ステータコアの径方向における外側の端面が、前記樹脂の表面に形成されたゲート跡より前記ステータコアの径方向における外側に位置することを特徴とする回転電機。
11. 請求項１０に記載の回転電機であって、
    前記バックヨーク側部分における前記ステータコアの径方向における外側の端面が前記樹脂から露出していることを特徴とする回転電機。
12. 請求項１に記載の回転電機であって、
    前記コイルは、複数のセグメント導体を有し、
    前記複数のセグメント導体の各々は、前記ボビン内で接続されていること、
    を特徴とする回転電機。
13. 請求項１２に記載の回転電機であって、
    前記複数のセグメント導体は、
    突起部を一端に有する第１平角線と、
    溝部を一端に有する第２平角線と、
    前記突起部が前記溝部に嵌合される接続部とを有すること、
    を特徴とする回転電機。
14. 請求項１に記載の回転電機であって、
    前記ステータコアは、前記スロットの径方向外側に位置する円筒状のバックヨークと、前記バックヨークの内周面に設けられ前記バックヨークの軸方向に延びる凹部と、前記凹部に一端が嵌合されたティースとを備え、
    前記樹脂は、前記凹部と前記ティースの一端との間に形成される径方向の隙間に充填されていることを特徴とする回転電機。
15. 請求項１に記載の回転電機を備えることを特徴とする産業機械。

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