JP6844168B2 - ステータおよびステータ製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂でモールドされたステータおよびステータ製造方法に関する。
上記構成のステータとして特許文献１には、環状のコアのティース部にコイル素線を巻回してステータコアを構成し、各コイル素線の端部を、ステータコアの端面に配置した環状のプレートの孔部から外部に引き出す形態でステータコアを樹脂にインサートしてステータを作り出す技術が記載されている。
この特許文献１の技術では、コイル素線の露出部分に対してバスバーを接続させるために、樹脂から外部にコイル素線が露出するようにステータコアの全体が樹脂にインサートされている。
特開２０１６‐８２６４３号公報
特許文献１に示されるように、インサート成形の技術によりステータコアを樹脂にモールディングした構成は、防水性を高める観点から重要である。
しかしながら、特許文献１に示される構成は、ティースの数に対応した数の孔部に対してティース部から引き出したコイル素線を挿通するため、工程が複雑化しやすい。また、ステータコアを樹脂によりモールディングした後にコイル素線にバスバーを接続する工程では接続箇所が多くなることから改善が望まれる。
即ち、このような理由から樹脂でモールドされたステータおよびステータ製造方法が求められる。
本発明の特徴は、環状のヨーク部に形成された複数のティース部の各々にコイル素線が巻回されたステータコアと、
前記ステータコアの軸芯に沿う方向視で前記ステータコアの環状部分と重なり合う位置に配置される環状のプレートと、
前記プレートに保持され、前記ステータコアから引き出された複数の前記コイル素線の端部の各々が接続される複数のターミナルと、
複数の前記ターミナルの一部を露出させる形態で、前記ステータコアと前記プレートとを封入した樹脂とを備え、
前記プレートは、前記ステータコアに対向する面と反対側の面を窪ませた凹状の係合保持部を、前記ターミナルの数と等しい数だけ有しており、
複数の前記ターミナルは、複数の前記係合保持部のうち係合対象に係合保持される平坦なベース部と、前記ベース部から直交方向に立ち上がる姿勢で前記コイル素線の端部が接続されるコイル接続部と、前記プレートのプレート面に直交する姿勢で突出することで前記樹脂から露出する基板接続部とを有している点にある。
この特徴構成によると、コイル素線の端部が接続されるターミナルが樹脂から露出する形態となるため、ターミナルを制御基板の配線に直接接続することも可能となる。また、複数のヨーク部に巻回する複数のコイル素線の端子のうち、複数の端部がターミナルに接続するため、例えば、１つのティース部に巻回するコイル素線の端部の全てを樹脂から引き出す構成と比較して、基板やバスバーに接続する部位の数の低減が可能となる。
従って、樹脂でモールドされる有効性を活かしながらコイル素線に対する電気的な接続を容易にするステータが構成された。
他の構成として、複数の前記ティース部のうち、周方向で隣接する位置関係にあるものに巻回された前記コイル素線の中間位置に重なる位置において前記プレートに貫通孔が穿設されても良い。
これによると、例えば、ステータコアを金型のキャビティに収容して樹脂を充填する際に、プレートのプレート面に直交する方向（環状のステータコアの中心軸に沿う方向）に樹脂が流動する場合には、隣接するティース部に巻回されたコイル素線の間の空間を流れた樹脂をプレートの貫通孔に流せるため、プレートに作用する圧力を低減してプレートの位置を変動させることがない。
他の構成として、複数の前記係合保持部が、前記プレートに設けられて各々の前記ターミナルを分離する分離凸部により各別に分離されても良い。
これによると、複数のターミナルを、係合保持部に係合状態で保持することが可能になると共に、保持されたターミナルのうち隣接する位置関係のものの間の分離凸部で分離して配置されるため、ターミナル同士の接近を抑制し、ターミナル絶縁性を高く維持することが可能となる。
他の構成として、前記ヨーク部の外周に沿ってインシュレータが配置され、このインシュレータに対して前記プレートの一部が係合しても良い。
これによると、インシュレータにプレートの一部が係合することにより夫々の位置関係が決まる状態を維持できる。
本発明の特徴は、上記構成のステータの製造方法であって、
前記ヨーク部に形成された複数の前記ティース部の各々に前記コイル素線を巻回して前記ステータコアを形成するステータコア形成ステップと、
前記プレートの複数の前記係合保持部のうち係合対象に前記ターミナルを係合保持した状態において、前記ステータコアの軸芯に沿う方向視で前記ステータコアの環状部分に重なり合う位置に前記プレートが配置され、前記プレートに係合保持された複数の前記ターミナルの各々の前記コイル接続部に対して前記ステータコアから引き出された前記コイル素線の複数の端部を接続する接続ステップと、
複数の前記ターミナルの前記基板接続部を露出させる形態で、前記ステータコアおよび前記プレートを樹脂に封入するモールドステップとで構成されている点にある。
この特徴によると、コイル素線の端部が接続するターミナルが樹脂から露出する形態でステータが製造され、ターミナルを制御基板の配線に直接接続することも可能となる。また、複数のティース部に巻回する複数のコイル素線の端子のうち、複数の端部がターミナルに接続するため、例えば、１つのヨーク部に巻回するコイル素線の端部の全てを樹脂から引き出す構成と比較して、基板やバスバーに接続する部位の数の低減が可能となる。
従って、樹脂でモールドする有効性を活かしながらコイル素線に対する電気的な接続が容易にするステータの製造方法が構成された。
ウォータポンプの断面図である。 図１のII−II線断面図である。 ステータの斜視図である。 ステータコアとインシュレータとの分解斜視図である。 ステータの分解斜視図である。 金型に収容されたステータを示す断面図である。 ステータの製造方法のフローチャートである。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１に示すように、モータ部Ｍを構成するモータハウジング１と、ポンプ部Ｐを構成するポンプハウジング２と、モータ部Ｍによるポンプロータ６の回転を制御する制御ハウジング３とを連結してウォータポンプ１００が構成されている。
このウォータポンプ１００は、自動車等の車両においてエンジンとラジエータとの間で冷却水を循環させるものである。モータ部Ｍは、図１〜図３に示すように、モータハウジング１に一体形成された環状のステータ１０と、回転軸芯Ｘを中心に回転自在に支持されるモータロータ２０とを備えている。
モータ部Ｍは、ブラシレスＤＣモータとして構成されるものであり、ステータ１０は三相モータと共通する構造を有している。
ポンプハウジング２は、モータハウジング１の一方の端部に連結され、冷却水を吸入する吸入筒２ａと、冷却水を送り出す吐出筒２ｂとを備えて遠心型に構成されている。モータハウジング１において回転軸芯Ｘと直交する姿勢で形成された隔壁１ａからポンプハウジングの吸入筒２ａの内部に亘り、回転軸芯Ｘと同軸芯で支軸２５を備え、この支軸２５に対して回転自在にモータロータ２０が支持されている。
モータハウジング１のうち、ポンプハウジング２の反対側に備えたカバー状部材によって制御ハウジング３が構成されている。この制御ハウジング３より内部に制御基板４を備えている。また、ポンプロータ６はモータロータ２０に一体的に形成され、このポンプロータ６は、ディスク６ａに複数のインペラ６ｂを形成している。
〔モータ部〕
図１〜図５に示すように、モータ部Ｍは、モータハウジング１に一体形成された環状のステータ１０と、支軸２５に回転自在に支持されたモータロータ２０とで構成されている。モータロータ２０は、樹脂製のロータ本体２１の一方の端部に、６つの永久磁石２２ａを有したロータコア２２を備えて構成されている。尚、このロータ本体２１の他方の端部には、前述したポンプロータ６のディスク６ａが形成されている。
ステータ１０は、回転軸芯Ｘを中心とする環状のステータコア１１と、回転軸芯Ｘを中心とする環状のプレート１５と、複数（３つ）のターミナル１６と、複数のターミナル１６の一部を露出させる形態でステータコア１１とプレート１５とをモールドする樹脂１７とで構成されている。プレート１５は、回転軸芯Ｘに沿う方向視において、環状のステータコア１１と重なり合う位置に配置される。
ステータコア１１は、複数の磁性鋼板を積層して形成される分割コア１１Ｓを周方向に複数個（９個）配置して形成されている。各々の分割コア１１Ｓは、外周側のヨーク部１１ａと、中間のティース部１１ｂと、内周側のフランジ部１１ｃとを有し、絶縁性の樹脂で成るインシュレータ１２で覆われている。
図４に示すように、インシュレータ１２は、各々の分割コア１１Ｓを取り囲むように磁性鋼板の積層方向に配置される２つの部材で構成されている。つまり、２部材で構成されるインシュレータ１２のいずれも、ステータ１０の内周側に配置されるインナフランジ部１２ａと、外周側に配置されるアウタフランジ部１２ｂとが一体形成され、インナフランジ部１２ａとアウタフランジ部１２ｂとの中間にコイル素線１３が巻回される。コイル素線１３は、絶縁被膜が形成されている。この絶縁皮膜は設定温度を超える加熱により除去され、素線の導体を露出させる性質のものが用いられている。
このような構成から、複数個（９個）の分割コア１１Ｓのヨーク部１１ａの周方向の端面を互いに当接させる状態で、これらを拘束することにより、環状のステータコア１１が形成される。
特に、１本のコイル素線１３を同相の複数のティース部１１ｂに巻回（厳密にはインシュレータ１２に巻回）することにより合計３本のコイル素線１３が用いられ、３本のコイル素線１３のうち、２本のコイル素線１３の素線端１３ａ（素線の端部）を一纏めにする状態で、この素線端１３ａが３箇所から引き出されている。なお、このように引き出した素線端１３ａをターミナル１６に接続することで、Ｙ結線あるいはΔ結線が実現する。
図３、図５に示すように、３つのターミナル１６は、各々の形状が異なるものであるが銅合金等の良導体の板材をプレス加工することによって、ベース部１６ａと、コイル接続部１６ｂと、基板接続部１６ｃとが形成されている。また、ベース部１６ａには保持孔部１６ｄが穿設されている。
ベース部１６ａは平坦に形成されている。コイル接続部１６ｂはベース部１６ａから直交方向に立ち上がる姿勢で形成され、素線端１３ａの挿通が可能な挿通空間を有している。基板接続部１６ｃは二股状に形成されている。
図３、図５に示すように、プレート１５は、回転軸芯Ｘに沿う方向視でステータコア１１の環状部分と重なり合う環状となるように樹脂材で形成される。このプレート１５には、複数（３つ）のターミナル１６を個別に支持する係合保持部１５ａと、複数の貫通孔１５ｄと、外周を一部切り欠いた位置決部１５ｆとが穿設されている。
係合保持部１５ａは、３つのターミナル１６のベース部１６ａが嵌り込む深さ（ベース部１６ａの厚さに等しい深さ）の凹状に形成され、隣合う位置関係にある係合保持部１５ａの中間位置には分離凸部１５ｂが形成されている。各々の係合保持部１５ａには、３つのターミナル１６の各々の保持孔部１６ｄに挿通する保持軸１５ｇが形成されている。複数の貫通孔１５ｄのうちの一部は、回転軸芯Ｘに沿う方向視で隣接するティース部１１ｂに巻回されたコイル素線１３の中間位置の空間に重なる位置に配置されている。
係合保持部１５ａは、ステータ１０を組み立てる際にターミナル１６の保持孔部１６ｄに挿通しておき、この保持軸１５ｇのうちベース部１６ａから露出する部分を加熱し加圧により大径化する熱カシメに用いられる。
また、プレート１５のうちステータコア１１に対向する面には係合部１５ｅが突出形成されている。インシュレータ１２のうち、アウタフランジ部１２ｂの内周部には係合部１５ｅに係合可能な凹状の被係合部１２ｅが形成されている。
〔ステータの製造方法〕
このウォータポンプ１００のステータ１０は、図７に示すように、ステータコア形成ステップＳ１と、接続ステップＳ２と、モールドステップＳ３とを、この順序で実行して製造される。
ステータコア形成ステップＳ１では、９つの分割コア１１Ｓの各々にインシュレータ１２をセットしてコイル素線１３を巻回すると共に、図５に示す如く、９つの分割コア１１Ｓを環状に配置し、ヨーク部１１ａの周方向の端面を互いに当接させ、これらを拘束する。また、コイル素線１３を巻回する対象として、分割コア１１Ｓに代えて、分割されていない環状のステータコア１１であっても良い。
このステータコア形成ステップＳ１では、ティース部１１ｂにコイル素線１３が巻回された環状のステータコア１１が形成される。また、コイル素線１３を巻回する際には、三相のコイルの同相となる３つのティース部１１ｂに対して１本のコイル素線１３を巻回する。これにより３本のコイル素線１３が用いられる。
特に、コイル素線１３の巻回時には、一方の素線端１３ａ（巻き始めの端部）と他方の素線端１３ａ（巻き終わりの端部）とを、ステータコア１１の一方側（図３、図５では上側）に引き出しておく。また、３本のコイル素線１３の各々の素線端１３ａのうちの２本を纏めておくことにより、Ｙ結線あるいはΔ結線に対応させる。
次に、接続ステップＳ２では、ステータコア１１のうち、素線端１３ａが引き出された側の端部にプレート１５を配置し、図３に示す如く、コイル素線１３の端部をターミナル１６のコイル接続部１６ｂに挿入状態で接続する。
この接続ステップＳ２では、位置決部１５ｆの位置に基づいて回転軸芯Ｘを中心にしたプレート１５の姿勢を適正に設定し、係合部１５ｅをアウタフランジ部１２ｂの被係合部１２ｅに係合させて回転軸芯Ｘに沿う方向でのプレート１５の位置を適正に設定する。
また、プレート１５を配置する際には、３箇所の係合保持部１５ａの各々にターミナル１６を、前述した熱カシメにより予め保持しておき、コイル接続部１６ｂにコイル素線１３の２本の素線端１３ａを纏めて挿通する。尚、ターミナル１６を３箇所の係合保持部１５ａに支持する作業は、プレート１５をセットした後でも良い。
そして、接続ツールを用い、コイル接続部１６ｂを加熱しつつ圧力を作用させることにより、２本の素線端１３ａの絶縁被膜を熱によって除去し、コイル接続部１６ｂの内面に圧着状態で導通させる。
また、この接続ステップＳ２では、プレート１５の上面において、２本の素線端１３ａとコイル接続部１６ｂとの接続を行うため、例えば、接続位置の近傍に端部以外のコイル素線１３が存在する状況で、コイル素線１３に対して接続ツールを誤って接触させ、絶縁被膜が溶融する不都合を回避できる。
モールドステップＳ３では、図６に示すように、ステータコア１１と、プレート１５と、ターミナル１６の一部とを金型３０のキャビティに収容し、キャビティに樹脂を注入する処理が行われる。
このモールドステップＳ３では、ステータコア１１が配置された部位に対してプレート１５が配置された端部とは逆側から矢印Ｉｎの方向に、溶融状態の樹脂が注入される。この樹脂の注入により図６において矢印で示すように樹脂が流動してキャビティに樹脂が充満する。また、樹脂の流動時には、隣合うインシュレータ１２（ティース部１１ｂ）に巻回されたコイル素線１３の中間位置の間隙に樹脂が流れ、プレート１５の位置に達する。このように樹脂がプレート１５の位置に達した場合には貫通孔１５ｄを通過させるように流れ、樹脂からの圧力がプレート１５に作用させないように構成されている。
このモールドステップＳ３を行うことにより、ステータコア１１と、プレート１５と、ターミナル１６の一部とが、樹脂１７にモールドされたステータ１０が形成される。特に、このモールドステップＳ３では、隔壁１ａに対して支軸２５をインサートする処理も同時に行われ、これによりモータハウジング１が形成される。
〔ウォータポンプの組み立て〕
この製造方法により製造されたステータ１０は、モータハウジング１と一体化したものであるため、内部にモータロータ２０を配置し（ポンプロータ６も同時に配置される）、ポンプハウジング２を取り付け、樹脂１７から露出するターミナル１６の基板接続部１６ｃを制御基板４のプリント配線にハンダ等で接続し、制御ハウジング３を取り付けることによりウォータポンプ１００が完成する。
このように、樹脂１７でモールドされたステータ１０が形成されることにより、ターミナル１６に対して制御基板４のプリント配線を直接接続することが可能となるだけでなく、ターミナル１６が３つだけであるため、接続の工程も短時間で完了する。
また、接続ステップＳ２では、プレート１５を用いることにより、接続時の熱が、コイル素線１３の絶縁被膜を傷める不都合を阻止できる。しかも、樹脂１７にモールドする際に金型３０の内部で樹脂が流れる際に、樹脂の圧力でプレート１５の位置が変動する不都合も解消できる。
本発明は、樹脂でモールドされたステータおよびステータ製造方法に利用することができる。
１１ ステータコア
１１ａ ヨーク部
１１ｂ ティース部
１２ インシュレータ
１３ コイル素線
１３ａ 素線端（素線の端部）
１５ プレート
１５ａ 係合保持部
１５ｂ 分離凸部
１５ｄ 貫通孔
１６ ターミナル
１７ 樹脂
Ｓ１ ステータコア形成ステップ
Ｓ２ 接続ステップ
Ｓ３ モールドステップ

Claims (5)

  1. 環状のヨーク部に形成された複数のティース部の各々にコイル素線が巻回されたステータコアと、
    前記ステータコアの軸芯に沿う方向視で前記ステータコアの環状部分と重なり合う位置に配置される環状のプレートと、
    前記プレートに保持され、前記ステータコアから引き出された複数の前記コイル素線の端部の各々が接続される複数のターミナルと、
    複数の前記ターミナルの一部を露出させる形態で、前記ステータコアと前記プレートとを封入した樹脂とを備え、
    前記プレートは、前記ステータコアに対向する面と反対側の面を窪ませた凹状の係合保持部を、前記ターミナルの数と等しい数だけ有しており、
    複数の前記ターミナルは、複数の前記係合保持部のうち係合対象に係合保持される平坦なベース部と、前記ベース部から直交方向に立ち上がる姿勢で前記コイル素線の端部が接続されるコイル接続部と、前記プレートのプレート面に直交する姿勢で突出することで前記樹脂から露出する基板接続部とを有しているステータ。
  2. 複数の前記ティース部のうち、周方向で隣接する位置関係にあるものに巻回された前記コイル素線の中間位置に重なる位置において前記プレートに貫通孔が穿設されている請求項１に記載のステータ。
  3. 複数の前記係合保持部が、前記プレートに設けられて各々の前記ターミナルを分離する分離凸部により各別に分離されている請求項１又は２に記載のステータ。
  4. 前記ヨーク部の外周に沿ってインシュレータが配置され、このインシュレータに対して前記プレートの一部が係合する請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータ。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載されたステータの製造方法であって、
    前記ヨーク部に形成された複数の前記ティース部の各々に前記コイル素線を巻回して前記ステータコアを形成するステータコア形成ステップと、
    前記プレートの複数の前記係合保持部のうち係合対象に前記ターミナルを係合保持した状態において、前記ステータコアの軸芯に沿う方向視で前記ステータコアの環状部分に重なり合う位置に前記プレートが配置され、前記プレートに係合保持された複数の前記ターミナルの各々の前記コイル接続部に対して前記ステータコアから引き出された前記コイル素線の複数の端部を接続する接続ステップと、
    複数の前記ターミナルの前記基板接続部を露出させる形態で、前記ステータコアおよび前記プレートを樹脂に封入するモールドステップとで構成されているステータ製造方法。
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