JP4736649B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、騒音や振動を低減させるようなモータの製造方法に関するものである。

従来よりモータの製造方法として、まず、ステータコアにコイル線を巻いてステータを製造し、その後このステータをケースに挿入するモータの製造方法が存在する。

また、モータをハイブリット車のような自動車に搭載する場合には、モータの小型化が要求される。そこで、コイルエンドを成形して小さくすることによりモータの小型化を図ることが考えられる。しかしその一方で、モータにおいては、ステータコアとコイル線との間に印加電圧に応じて絶縁するための距離を確保する必要がある。

そこで、ステータコアにコイル線を巻く前に予めステータコアとコイル線との間を絶縁するための距離相当を確保するための治具をステータコアの上に配置して、この治具を挟んだ状態でステータコアにコイル線を巻き、その後この治具を抜き取る方法が行なわれている。

また、その他の方法として、ステータコアにコイル線を巻く前に予め絶縁部材のインシュレータをステータコアの上に配置して、このインシュレータを挟んだ状態でステータコアにコイル線を巻く方法も行なわれている。このように、インシュレータを挟んだ状態でステータコアにコイル線を巻く方法の例として、特許文献１および特許文献２に以下のような発明が開示されている。

特許文献１では、図１３に示すように、積層コア１１２を鉄板積層方向両側から挟みこんで鉄板積層方向に押さえる一対のコア押さえ部１２１、１２２と、スロット１１２ｓに挿入されて鉄板積層方向に延び一対のコア押さえ部１２１、１２２と連結される連結部１２３とを有する絶縁部品１１３とした電動機の固定子が開示されている。

また、特許文献２では、図１４に示すように、ステータピース積層体２１２の両端部に設けられるコイルエンド絶縁部品であって、凸型コア端部２１２ａに嵌合する凹部２１３ａをステータ接触面に当設する鞍型絶縁部品２１３としたモータの電機子構造が開示されている。
特開２００２−２３３０９０（第００１１段落、第３図） 特開２００３−２９９２８９（第００２６段落、第５図）

しかしながら、ステータコアにコイル線を巻いてステータを製造し、その後このステータをケースに挿入してモータを製造する方法では、ステータコアとケースをしっかりと密着させて組み付けることが困難であり、モータ駆動時においてステータの振動が発生したり、ステータコアとケースの熱膨張の差により密着状態を維持できなくなるおそれがある。

そこで、鋳型とステータコアによってキャビティを形成し、このキャビティに溶融金属を注ぎ込み、ステータコアの外周にケースを鋳込むことによりステータコアとケースとを一体にする工程を有するモータの製造方法がある。この製造方法によれば、ケースとステータコアをしっかりと密着させて組み付けることができる。そのため、モータ駆動時においてステータの振動が発生せず、ステータコアとケースとの組み付けの外れや密着の外れを防止することができる。

しかし、ステータコアの外周にケースを鋳込む工程を有するモータの製造方法では、コイルを成形しようとする際には既にステータコアの外径側にケースが鋳造されている。そのため、ステータコアとコイル線との間を絶縁するための距離相当を確保するための治具を抜き差しすることができず、治具を用いた絶縁方法は利用できない。

そこで、インシュレータを挟んだ状態でステータコアにコイル線を巻く絶縁方法を利用することが考えられるが、前記の特許文献１および特許文献２の発明においては以下の課題がある。

特許文献１のモータでは、絶縁部品としての２分割部材１２４、１２５の連結・固定は、接着させたり、連結部１２３にそれぞれ爪を形成しておいてこの爪を係合させたり、または、接着テープにより固定させている。そのため、絶縁部品の固定に別途部品が必要になったり、作業に手間がかかってしまう。

また、特許文献２のモータでは、ステータコアに複数存在する凸型コア端部２１２ａの各々に鞍型絶縁部品２１３を取り付けなければならない。そのため、部品点数が多く作業に手間がかかってしまう。

そこで本発明は、モータ駆動時においてステータの振動の発生やステータコアとケースとの組み付けの外れや密着の外れを防止することができ、モータの小型化を図りつつ簡素な部品構成によりステータコアとコイル線との間の絶縁を確保することができ、作業者の製造負担を軽減することができるモータの製造方法を提案すること目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は以下のような特徴を有する。
（１）本発明は、ステータコアの外周側に配置され円筒形状のケースと、ケースの内周側に配置されステータコアとコイル線を絶縁するインシュレータを有するモータの製造方法において、インシュレータの単体の外径はケースの温度が所定の温度におけるケースの内径よりも小さくかつケースの温度が常温におけるケースの内径よりも大きいものであって、ステータコアの外周にケースを鋳込む工程と、ケースの温度が所定の温度になった時に脱型しインシュレータをケースの内周側に挿入してステータコアの両端面に配置する工程と、ケースの温度が所定の温度から常温になり、ケースの内径がインシュレータの外径以下に縮小することにより、インシュレータがケースに組み付けられる工程とを有することを特徴とする。

（２）本発明は、ステータコアの外周側に配置され円筒形状のケースと、ケースの内周側に配置されステータコアとコイル線を絶縁するインシュレータを有するモータの製造方法において、インシュレータの単体の外径はケースの温度が所定の温度におけるケースの内径よりも小さくかつケースの温度が常温におけるケースの内径よりも大きいものであって、ケースの内周側にはケースの温度が常温にてインシュレータの外径よりも大きい内径からなるインシュレータ挿入溝を備えるものであって、ステータコアの外周にケースを鋳込む工程と、ケースの温度が所定の温度になった時に脱型しインシュレータをインシュレータ挿入溝に挿入する工程と、ケースの温度が所定の温度から常温になり、ケースの内径がインシュレータの外径以下に縮小することにより、インシュレータがケースに組み付けられる工程とを有することを特徴とする。

このような特徴を有する本発明は、以下のような作用および効果が得られる。
（１）本発明は、ステータコアの外周側に配置され円筒形状のケースと、ケースの内周側に配置されステータコアとコイル線を絶縁するインシュレータを有するモータの製造方法において、インシュレータの単体の外径はケースの温度が所定の温度におけるケースの内径よりも小さくかつケースの温度が常温におけるケースの内径よりも大きいものであって、ステータコアの外周にケースを鋳込む工程と、ケースの温度が所定の温度になった時に脱型しインシュレータをケースの内周側に挿入してステータコアの両端面に配置する工程と、ケースの温度が所定の温度から常温になり、ケースの内径がインシュレータの外径以下に縮小することにより、インシュレータがケースに組み付けられる工程とを有するので、モータ駆動時においてステータの振動の発生やステータコアとケースとの組み付けの外れや密着の外れを防止することができ、インシュレータはケースにより全周にわたってバランスよく圧縮力を受けることからインシュレータのヒビや割れの発生を防止することができ、インシュレータをケースに取り付けるために別途部材を必要とせず簡素な部品構成によりステータコアとコイル線との間の絶縁を確保することができ、作業者の製造負担を軽減することができる。

（２）本発明は、ステータコアの外周側に配置され円筒形状のケースと、ケースの内周側に配置されステータコアとコイル線を絶縁するインシュレータを有するモータの製造方法において、インシュレータの単体の外径はケースの温度が所定の温度におけるケースの内径よりも小さくかつケースの温度が常温におけるケースの内径よりも大きいものであって、ケースの内周側にはケースの温度が常温にてインシュレータの外径よりも大きい内径からなるインシュレータ挿入溝を備えるものであって、ステータコアの外周にケースを鋳込む工程と、ケースの温度が所定の温度になった時に脱型しインシュレータをインシュレータ挿入溝に挿入する工程と、ケースの温度が所定の温度から常温になり、ケースの内径がインシュレータの外径以下に縮小することにより、インシュレータがケースに組み付けられる工程とを有するので、モータ駆動時においてステータの振動の発生やステータコアとケースとの組み付けの外れや密着の外れを防止することができ、インシュレータをインシュレータ挿入溝に挿入するだけで容易にインシュレータをケースに組み付けることができることから簡素な部品構成によりステータコアとコイル線との間の絶縁を確保することができ、作業者の製造負担を軽減することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

まず、実施例１を説明する。図１は、実施例１のモータの製造方法を用いて製造したステータ１の上面図である。なお、説明の便宜上、図１ではコイル線を大幅に省略した状態で図示している。図１に示すようにステータ１は、ケース１１、インシュレータ１３、コイル線１４などにより構成されている。ケース１１は円筒形状からなり、ケース１１の内周側にはスロット１２ｓの部分が空いた略中空円盤形状からなるインシュレータ１３が配置されている。そして、スロット１２ｓ内にコイル線１４が挿入されている。

また、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、実施例１のモータの製造方法を用いて製造したステータ１の断面図である。図２に示すように、ステータ１はケース１１、ステータコア１２、インシュレータ１３、コイル線１４などにより構成されている。ケース１１の材質はアルミニウム、ステータコア１２の材質は電磁鋼板、インシュレータ１３の材質は樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）やポリプロピレン（ＰＰ）など）である。インシュレータ１３の外径Ｄは、常温時（摂氏約２５度）におけるケース１１の内径ｄ２よりも大きく形成されている。これにより、後述するようにインシュレータ１３はケース１１の内径ｄ２から圧縮力を受け、締まりばめの状態になりケース１１に固定される。そして、インシュレータ１３とコイル線１４のコイルエンド部との間には、所定の絶縁距離δを確保している。

また、図３は図２におけるＢ−Ｂ断面図を示している。図３に示すように、ケース１１には、クランプ部１６が形成されている。このクランプ部１６は、モータを車両に搭載して駆動するときにケース１１とステータコア１２との組み付け状態を維持するために存在するものである。

次に、ステータ１を備えるモータの製造方法について説明する。まず、ステータコア１２にケース１１を鋳込む。図４および図５は、ステータコア１２にケース１１を鋳込む際の鋳造型（２１、２２）の配置を示している。図４に示すように、ステータコア１２の周囲に鋳造型（２１、２２）を配置し、図５に示すようにステータコア１２の内周側に鋳造型２１の凸部２１ａを挿入してステータコア１２の周囲に鋳造型（２１、２２）を組み付ける。そして、図５に示すような状態でキャビティ２４にアルミニウムを流し込み、ケース１１をステータコア１２の外周に鋳込む。その後、ケース１１が常温状態になる前の所定の温度状態（摂氏約１００度）の時に鋳造型（２１、２２）を取り外す。

すると、図６に示すように、ステータコア１２の外周にケース１１を鋳込んだ状態のものが完成する。このとき、図７に示すように熱膨張によりケース１１の内径はｄ１でありインシュレータ１３の外径Ｄよりも大きくなっている。そして、ケース１１の両端面の内径側にインシュレータ１３を挿入し、図８に示すようにステータコア１２の両端面の上に配置する。その後、冷風を当てるなどしてケース１１を冷却させる。すると、熱膨張していたケース１１の内径がｄ１からｄ２へ収縮してインシュレータ１３の外径Ｄよりも小さくなる。そのため、インシュレータ１３はケース１１の内径側から圧縮力を受け、締まりばめの状態になりケース１１に固定される。このとき、インシュレータ１３はケース１１により全周にわたってバランスよく圧縮力を受けることからインシュレータ１３のヒビや割れの発生を防止することができる。次に、図９に示すように、コイル線１４をステータコア１２のスロット１２ｓ内に挿入してコイルエンド部を形成する。そして、図１０に示すように、サイドカバー１５を取り付けてステータアセンブリ１０を形成する。その後、図１１に示すようにロータアセンブリ２０を取り付けることにより、モータが完成する。

ここで、ケース１１の材質であるアルミニウムは、融点が摂氏約６６０度である。これに対して、インシュレータ１３の材質である樹脂（例えば、ポリエチレンテレフタラート）については、融点が摂氏約２５０度である。そこで、ケース１１を冷却ファンなどにより冷却して、ケース１１の温度が摂氏約１００度まで達した時点でケース１１の内径側にインシュレータ１３を挿入しステータコア１２の上面に載せることを想定している。

このように、ステータコア１２の外周にケース１１を鋳込む工程の後、ケース１１が熱膨張している状態から収縮していく過程を利用してケース１１の内径側にインシュレータ１３を組み付けるので、ケース１１の冷却後インシュレータ１３を組み付けるために、再びケース１１を熱膨張させてインシュレータ１３を組み付ける場合に比べて、組み付け時間を短縮することができ、省エネにも貢献することができる。

なお、インシュレータ１３の役割は、ステータコア１２にコイル線１４を巻く時に、ステータコア１２とコイル線１４との間に絶縁状態を確保することである。そのため、インシュレータ１３はケース１１が常温の状態において、ケース１１の内径側から外れない程度で取り付けられていればよい。そのため、インシュレータ１３はその外周の全周においてケース１１の内径側から圧縮力を受けて締まりばめの状態とされる必要はなく、インシュレータ１３はその外周の一部においてケース１１の内径側から圧縮力を受けて締まりばめの状態とされていれば足りる。なお一例として、ケース１１の熱膨張幅を考慮するとケース１１の外径がφ２００〜２５０ｍｍの場合には、締まりばめのしめしろは約φ０．２ｍｍとなる。

また、ステータコア１２とコイル線１４との間の必要な絶縁距離を確保するため、および高さを抑えつつコイル線１４をスロット間で配線させるときにコイル線１４に過度の負担を与えずに曲げるための曲げ寸法などを考慮すると、インシュレータ１３の厚みは約５ｍｍ以上を確保したい。その一方で、ケース１１の熱膨張時にケース１１の内径側に挿入するためにインシュレータ１３を曲げることができるように、インシュレータ１３の厚みは約５ｍｍ以下に抑制したい。そのため、インシュレータ１３の厚みは約５ｍｍとするのが望ましい。

以上のような実施例により、以下の効果が得られる。
本実施例は、ステータコア１２の外周側に配置され円筒形状のケース１１と、ケース１１の内周側に配置されステータコア１２とコイル線１４を絶縁するインシュレータ１３を有するモータの製造方法において、インシュレータ１３の単体の外径Ｄはケース１１の温度が摂氏約１００度におけるケース１１の内径ｄ１よりも小さくかつケース１１の温度が摂氏約２５度におけるケース１１の内径ｄ２よりも大きいものであって、ステータコア１２の外周にケース１１を鋳込む工程と、ケース１１の温度が摂氏約１００度になった時に脱型しインシュレータ１３をケース１１の内周側に挿入してステータコア１２の両端面に配置する工程と、ケース１１の温度が摂氏約１００度から摂氏約２５度になり、ケース１１の内径ｄ２がインシュレータ１３の外径Ｄ以下に縮小することにより、インシュレータ１３がケース１１に組み付けられる工程とを有するので、モータ駆動時においてステータの振動の発生やステータコア１２とケース１１との組み付けの外れや密着の外れを防止することができ、インシュレータ１３はケース１１により全周にわたってバランスよく圧縮力を受けることからインシュレータ１３のヒビや割れの発生を防止することができ、インシュレータ１３をケース１１に取り付けるために別途部材を必要とせず簡素な部品構成によりステータコア１２とコイル線１４との間の絶縁を確保することができ、作業者の製造負担を軽減することができる。

次に、実施例２のモータ２の製造方法を説明する。実施例２のモータ２は、実施例１のステータ１を備えるモータにて説明した図１、図３に共通する構造を有するので、図１、図３の説明は省略する。

図１２は、図１におけるＡ−Ａ断面図であり、実施例２のモータの製造方法を用いて製造したステータ２の断面図である。図１２に示すように、ステータ２はケース１１、ステータコア１２、インシュレータ１３、コイル線１４などにより構成されている。そして、インシュレータ１３とコイル線１４のコイルエンド部との間には、所定の絶縁距離δを確保している。ここで、ケース１１には、インシュレータ挿入溝１１ａが形成されている点が実施例１のモータと異なる。常温の状態のケース１１の内径ｄ２は実施例１のモータと同様に、インシュレータ１３の外径Ｄよりも小さく形成されているが、インシュレータ挿入溝１１ａの部分の外径ｄ３は、常温の状態においてもインシュレータ１３の外径Ｄよりも大きく形成されている。そのため、インシュレータ１３はケース１１から圧縮力を受けることなく、ケース１１に組み付けられる。従って、インシュレータ１３の材質は圧縮力に対して耐久性を有する材質に限定されることがない。また、インシュレータ１３の外径Ｄの寸法精度にバラツキが生じた場合であっても、確実にインシュレータ１３をケース１１に組み付けることができる。

ステータ２を備えるモータの製造方法は、ケース１１に備えるインシュレータ挿入溝１１ａにインシュレータ１３を挿入する点が異なるだけなので、以下説明は省略する。

以上のような実施例により、以下の効果が得られる。
本発明は、ステータコア１２の外周側に配置され円筒形状のケース１１と、ケース１１の内周側に配置されステータコア１２とコイル線１４を絶縁するインシュレータ１３を有するモータの製造方法において、インシュレータ１３の単体の外径Ｄはケース１１の温度が所定の温度の状態におけるケース１１の内径ｄ１よりも小さくかつケース１１の温度が常温の状態におけるケース１１の内径ｄ２よりも大きいものであって、ケース１１の内周側にはケース１１の温度が常温の状態にてインシュレータ１３の外径Ｄよりも大きい内径ｄ３からなるインシュレータ挿入溝１１ａを備えるものであって、ステータコア１２の外周にケース１１を鋳込む工程と、ケース１１の温度が所定の温度の状態になった時に鋳型を脱型しインシュレータ１３をインシュレータ挿入溝１１ａに挿入する工程と、ケース１１の温度が所定の温度の状態から常温の状態になり、ケース１１の内径がインシュレータ１３の外径以下に縮小することにより、インシュレータ１３がケース１１に組み付けられる工程とを有するので、モータ駆動時においてステータの振動の発生やステータコア１２とケース１１との組み付けの外れや密着の外れを防止することができ、インシュレータ１３をインシュレータ挿入溝１１ａに挿入するだけで容易にインシュレータ１３をケース１１に組み付けることができることから簡素な部品構成によりステータコア１２とコイル線１４との間の絶縁を確保することができ、作業者の製造負担を軽減することができる。

尚、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様
々な変更が可能である。例えば、インシュレータ１３の外周に数箇所出っ張り部分を備えることにより、当該出っ張り部分がケース１１から圧縮力を受けてケース１１にインシュレータ１３を組み付けることも考えることができる。

本発明の製造方法を用いて製造したステータの上面図である。 実施例１において、図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 ステータコアの外周にケースを鋳造する際の鋳型の配置を示す図である。 ステータコアの外周にケースを鋳造する際の鋳型の配置を示す図である。 ケースとステータコアを同時に鋳込む工程を終了した時点のステータアセンブリの断面図である。 ステータコアの両端面の内径側にインシュレータを挿入する時点のステータアセンブリの断面図である。 ステータコアの両端面の上にインシュレータを載せた時点のステータアセンブリの断面図である。 コイル線をステータコアのスロット内に挿入してコイルエンド部を形成した時点のステータの断面図である。 完成したステータの断面図である。 完成したモータの断面図である。 実施例２において、図１におけるＡ−Ａ断面図である。 特許文献１のステータコアの一部の分解斜視図である。 特許文献２のステータコアの一部の分解斜視図である。

符号の説明

１０ ステータアセンブリ
１１ ケース
１１ａインシュレータ挿入溝
１２ ステータコア
１３ インシュレータ
１４ コイル線
１５ サイドカバー
２１ 鋳造型
２２ 鋳造型
２４ キャビティ
Ｄ インシュレータの外径
ｄ１ ケースの内径（熱膨張時）
ｄ２ ケースの内径（常温時）
ｄ３ インシュレータ挿入溝の外径

Claims (2)

1. ステータコアの外周側に配置され円筒形状のケースと、前記ケースの内周側に配置されステータコアとコイル線を絶縁するインシュレータを有するモータの製造方法において、
   前記インシュレータの単体の外径は前記ケースの温度が所定の温度における前記ケースの内径よりも小さくかつ前記ケースの温度が常温における前記ケースの内径よりも大きいものであって、
   前記ステータコアの外周に前記ケースを鋳込む工程と、
   前記ケースの温度が所定の温度になった時に脱型し前記インシュレータを前記ケースの内周側に挿入して前記ステータコアの両端面に配置する工程と、
   前記ケースの温度が所定の温度から常温になり、前記ケースの内径が前記インシュレータの外径以下に縮小することにより、前記インシュレータが前記ケースに組み付けられる工程と、
   を有することを特徴とするモータの製造方法。
2. ステータコアの外周側に配置され円筒形状のケースと、前記ケースの内周側に配置されステータコアとコイル線を絶縁するインシュレータを有するモータの製造方法において、
   前記インシュレータの単体の外径は前記ケースの温度が所定の温度における前記ケースの内径よりも小さくかつ前記ケースの温度が常温における前記ケースの内径よりも大きいものであって、
   前記ケースの内周側には前記ケースの温度が常温にて前記インシュレータの外径よりも大きい内径からなるインシュレータ挿入溝を備えるものであって、
   前記ステータコアの外周に前記ケースを鋳込む工程と、
   前記ケースの温度が所定の温度になった時に脱型し前記インシュレータを前記インシュレータ挿入溝に挿入する工程と、
   前記ケースの温度が所定の温度から常温になり、前記ケースの内径が前記インシュレータの外径以下に縮小することにより、前記インシュレータが前記ケースに組み付けられる工程と、
   を有することを特徴とするモータの製造方法。

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