JP2009050048A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂モールド型回転電機において、放熱特性を改善し、樹脂量を低減することである。
【解決手段】多相集中巻型回転電機は、多相巻線が集中巻によって多相極のそれぞれに巻回されたステータ１０と、ロータとをケースに収納して構成される。ステータ１０は、ステータコア２０と樹脂モールド部３０とを含む。樹脂モールド部３０は、ステータコア２０に巻回されるコイルをモールド樹脂層で覆ったもので、コイルの外形に沿った凹凸形状を有してモールド樹脂層が形成される。また、ステータコアのバックヨークにおけるコイルの外周形状に沿った多角形形状を有するモールド樹脂部とすることができ、また、ステータコア２０の外径側に配置されるコネクタ部と、コイル部分とを一体化して樹脂成形することもできる。
【選択図】図１

Description

本発明は回転電機に係り、特にステータコアのコイルを樹脂モールドする回転電機に関する。

回転電機のステータにはコイルが巻回され、その巻線部分あるいはコイルエンドがステータコアより出っ張ることがある。このコイルエンド等の部分を固定して保護するため、樹脂モールドが行われる。

例えば、特許文献１には、サーボモータ用ステータとして、集中巻とし、複数のコイルと配線部分を樹脂モールドし、ステータコアの外周に放熱用フレームを設ける構成が開示されている。これにより小型で、サーボロック時の発熱に対し放熱性を向上させることができると述べられている。

また、特許文献２には、レゾルバ用ステータ構造において、熱可塑性樹脂の樹脂モールド部の外面に、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂材を用いたＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）成形による外面成形部を形成し、この外面形成部によって、コネクタ部の外面突出形状の位置決め部が形成されている。ここで、不飽和ポリエステルは線膨張係数が鉄に近く、他の熱可塑性樹脂より低い。また、この二重成形によって強度を向上させることができると述べられている。

特開２００４−２８９９２８号公報 特開２００３−２９４４８８号公報

このような樹脂モールド型の回転電機は、取り扱い性が向上するが、その反面、回転電機の作動による発熱に関係する問題が生じることがある。例えば、モールド樹脂の厚い部位では、放熱特性が低下する。

本発明の目的は、放熱特性を改善できる樹脂モールド型回転電機を提供することである。

本発明の第１の構成に係る回転電機は、ステータコアと、ステータコアに巻回されるコイルと、少なくともコイル部分を覆う樹脂モールド部と、を有し、樹脂モールド部は、コイルの外形に沿った凹凸形状を有してモールド樹脂層が形成されることを特徴とする。

また、本発明の第２の構成に係る回転電機は、ステータコアと、ステータコアに巻回されるコイルと、少なくともコイル部分を覆う樹脂モールド部と、を有し、樹脂モールド部は、ステータコアのバックヨーク側におけるコイルの外周形状に沿った多角形形状を有してモールド樹脂層が形成され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、コイルから引き出される端子のためのコネクタ部であって、ステータの外径側に設けられるコネクタ部を有し、樹脂モールド部は、コイル部分と共にコネクタ部を一体化してモールド樹脂層が形成されることを特徴とする。

上記第１の構成により、樹脂モールド部は、コイルの外形に沿った凹凸形状を有してモールド樹脂層が形成される。これにより、コイルを覆う樹脂モールド部の厚さをほぼ一様にでき、放熱性を改善できる。また、樹脂モールド部を形成するための樹脂量を抑制し、効率的な量とできる。

また、上記第２の構成により、樹脂モールド部は、ステータコアのバックヨーク側におけるコイルの外周形状に沿った多角形形状を有してモールド樹脂層が形成される。これにより、コイルの外周部を覆う樹脂モールド部の厚さをほぼ一様にでき、放熱性を改善することができる。

また、上記構成の少なくとも１つにより、ステータの外径側にコネクタ部を設け、コイル部分と共にコネクタ部を一体化してモールド樹脂層が形成される。これにより、コネクタ部を含め、コイルを覆う樹脂モールド部の厚さをほぼ一様にでき、放熱性を改善することができる。また、樹脂モールド部を形成するための樹脂量を抑制し、効率的な量とできる。また、コネクタ部をステータの軸方向に沿って設ける場合に比較し、軸方向の長さが抑制された回転電機となる。

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、多相集中巻回転電機を説明するが、ステータに複数のコイルが巻回される回転電機であればよい。例えば、分布巻型の回転電機であってもよい。また、以下で説明する樹脂モールド部の形状は、説明のための一例であって、ステータの形状、コイルの巻回形状等によって適宜変更が可能である。

図１は、多相集中巻型回転電機におけるステータ１０の外観を示す図である。多相集中巻型回転電機は、多相巻線が集中巻によって多相極のそれぞれに巻回されたステータ１０と、図示されていないロータとをケースに収納して構成される。以下では、多相集中巻型回転電機の特徴事項であるステータ１０の部分を抜き出して説明することとする。

図１に示されるように、ステータ１０は、ステータコア２０と樹脂モールド部３０とを含んで構成される。図２は、ステータ１０から樹脂モールド部３０を取り除いた様子、すなわち、樹脂モールドを行う前の半完成ステータ６の様子を示す図である。

図２に示されるように、半完成ステータ６は、ステータコア２０と、ステータコア２０に巻回される複数のコイル２２とを含んで構成される。図２の例では、３相１２極の多相集中巻型回転電機用の半完成ステータ６として、１２個のコイルが示されている。

ステータコア２０は、円環状で、外周側から内周側に向かって複数のティースと呼ばれる突起を有する磁性材料で構成される部材である。かかるステータコア２０は、複数の電磁鋼板の薄板を、円環状で、その外周側から内周側に向かって複数のティース２４と呼ばれる突起を有する形状に打ち抜いたものを複数枚積層して得ることができる。

コイル２２は、ステータコア２０の各ティース２４ごとに集中巻の形式で導体線が巻回されたものである。図２では、ティース２４はコイル２２に覆われて、先端部分を除いて図示されていない。集中巻とは、１つのティース２４に１つの相のために導体線が複数回集中的に巻回されてコイル２２となる巻線形式のことである。３相回転電機の場合は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相巻線の中の１つが、１つのティース２４に巻回される。図２の例では、１２個のティース２４があるので、４つのＵ相コイル、４つのＶ相コイル、４つのＷ相コイルの合計１２個のコイルが、各ティース２４ごとに形成されることになる。

このように、コイル２２は、ステータコア２０のティース２４に複数回集中的に巻回されるので、コイル２２は、ステータコア２０の軸方向に突き出る形状を有することになる。この突き出た部分は、コイルエンドと呼ばれることがあるが、半完成ステータ６の全体から見ると、コイルエンド部分は、ステータコア２０の軸方向に突き出し、ステータコア２０の周方向に、コイル２２の数に応じた凹凸を有する形状となっている。

再び図１に戻り、樹脂モールド部３０は、ステータ１０において、コイルエンド部をモールド樹脂層で覆ったもので、コイルエンド部を固定する機能を有する。そして、この樹脂モールド部３０は、図２で説明したコイル２２の外形に沿った凹凸形状を有してモールド樹脂層が形成されている。換言すれば、図２で説明したコイルの凹凸形状に、適当な厚さで、どの部分もほぼ一様な厚みとなるようにして、モールド樹脂層が形成される。

かかる構成の作用効果について、図３から図５を用いて説明する。以下では、図１、図２の要素と同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、以下では図１、図２の符号を用いて説明する。図３は、従来から一般的に用いられている樹脂モールドステータ８の様子を示す図、図４は従来技術の樹脂モールドステータの断面図、図５は図１で説明したステータ１０の断面図である。

図３に示されるように、従来の樹脂モールドステータ８においては、樹脂モールド部２８は円環状にモールド樹脂層が形成されている。つまり、この場合の樹脂モールド部２８は、ステータコア２０の面から一定の厚さの円環状形状で、その内部のコイル２２の凹凸形状に関係なく、その表面は平らである。

この従来の樹脂モールドステータ８は、図４の断面図に示されるように、内部のコイル２２の凹凸形状に関係なく、側面図における断面が矩形である。したがって、モールド樹脂層の厚さが、コイル２２の外形形状に依存して薄い部分、厚い部分がある。換言すれば、モールド樹脂層の厚さは、場所により不均一となっている。

これに対し、図１で説明したステータ１０は、断面図である図５に示されるように、ステータコア２０の軸方向に突き出しているコイル２２の凹凸外形に沿った凹凸形状を有する。換言すれば、モールド樹脂層は、コイル２２を覆う全域にわたり、ほぼ均一な厚さを有する。この構成によれば、従来技術のように、モールド樹脂層が厚すぎる部分において放熱性が低下する、ということを防止できる。また、図４と図５とを比較して分かるように、樹脂モールド部を形成するために必要な樹脂量が、従来技術のものに比べ、図１で説明したもののほうが少なくて済み、経済的である。

上記では、コイルの外形に沿った凹凸形状を有してモールド樹脂層が形成される例を説明したが、ここで、凹凸形状とは、ステータの軸方向に突き出た部分についてのものである。ここで、ステータの外周側におけるコイルの外周形状が多角形の場合にも、その多角形に沿ってモールド樹脂層を形成することが好ましい。図６は、そのようなステータ１２を示す図である。

このステータ１２は、ステータコア２０と、外周側が多角形で内周側が円形の外形を有する樹脂モールド部３２を含んで構成される。この樹脂モールド部３２を取り除いた半完成ステータは、図２で説明した内容と同じである。図２に示されるように、１２個のコイル２２は、ステータコア２０の外周側における接しているが、その接している部分は、直線的であることが多い。ここで、ステータコア２０の外周側における部分は、ティース２４でない部分に相当し、バックヨークと呼ばれることがある。すなわち、各コイル２２がステータコア２０のバックヨークと接する部分は直線的であることが多い。あるいは直線的でなくても、ステータコア２０の外周側において、１２個のコイル２２の外周形状を結んでゆくと、１２角形に近い形状となる。

樹脂モールド部３２は、この１２個のコイル２２の外周形状を結んだ１２角形状に沿った多角形形状を有して、モールド樹脂層が形成される。換言すれば、ステータコア２０の径方向の外周側において、コイル２２の外周側にほぼ均一の厚さで、モールド樹脂層が形成される。

かかる構成の作用効果について、図７、図８を用いて説明する。以下では、図１から図６の要素と同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、以下では図１から図６の符号を用いて説明する。図７は図３で説明した従来技術の樹脂モールドステータ８の断面図、図８は図６で説明したステータ１２の断面図である。

従来の樹脂モールドステータ８は、円環状の樹脂モールド部２８を有しているので、図７の断面図に示されるように、内部のコイル２２の外周側の形状に関係なく、平面図における断面が円環状である。したがって、モールド樹脂層の厚さが、コイル２２の外周側で、他の部分に比較して厚さの薄い部分Ａが生じる。ここで、ステータコア２０のバックヨーク２１が図示されているが、コイル２２の外周側とは、ステータコア２０のバックヨークに接する側のことである。樹脂モールド部２８において、モールド樹脂層の厚さが他の部分よりも薄い部分Ａは、コイル２２がバックヨーク２１に接する両端部に生じることが分かる。

これに対し、図６で説明したステータ１２は、断面図である図８に示されるように、ステータコア２０の径方向の外周側におけるコイル２２の外周形状に沿った多角形形状を有する。換言すれば、ステータコア２０の外周側において、樹脂モールド部３２のモールド樹脂層は、コイル２２を覆う全域にわたり、ほぼ均一な厚さを有する。この構成によれば、従来技術について図７で指摘したようなモールド樹脂層が他の部分よりも薄い部分Ａが生じない。すなわち、図８において、図７の部分Ａに対応する部分Ｂは、モールド樹脂層の厚さが他の部分と同じである。したがって、放熱性を一様なものとできる。

なお、図６で説明した内容と、図１で説明した内容とを組合せ、ステータコアの軸方向においてはコイルの外形に沿った凹凸形状を有し、ステータコアの外周側においてはコイルの外周形状に沿った多角形形状を有するステータとしてもよい。

上記では、各コイルに接続されるコネクタについて述べていないが、実際のステータには、各コイルに接続されるコネクタが設けられる。そして、樹脂モールド型のステータにおいては、コネクタの一部も樹脂モールド部に含めて、一体化成形が行われることが多い。

この場合、従来技術では、図３で説明したように、円環状の樹脂モールド部を用いるので、コネクタ部をこの円環状樹脂モールド部の軸方向に突き出すように設けることが多い。こうすることで、樹脂成形の金型のシール面として、ステータコア２０の平坦面を利用でき、樹脂成形を容易に行うことができる。その反面、ステータとしては、その軸方向にコネクタが突き出る外形となるため、軸方向の寸法が大型化する。

図９は、コネクタをステータの外径側に設け、コネクタの一部も樹脂モールド部に含めて一体化成形し、軸方向の寸法を抑制して小型化を図ったステータ１４を示す図である。以下では、図１から図８の要素と同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、以下では図１から図８の符号を用いて説明する。

このステータ１４においては、コイル２２から引き出される端子のためのコネクタ部４０が、ステータコア２０の外径側に設けられている。そして、ステータ１４は、ステータコア２０と、樹脂モールド部３４を含んで構成される。この樹脂モールド部３４を取り除いた半完成ステータは、図２で説明した内容に、コネクタ部４０が加わった構成である。したがって、樹脂モールド部３４は、コイル２２を覆うコイルモールド部３６と、コネクタ部４０の一部を覆うコネクタモールド部３８とを含んで構成される。

コイルモールド部３６の内容は、図６で説明した内容と同じように、ステータコアの軸方向においてはコイルの外形に沿った凹凸形状を有するものとしてもよく、また、図1で説明した内容と同じように、ステータコアの外周側においてはコイルの外周形状に沿った多角形形状を有するものとしてもよい。また、図６で説明した内容と、図１で説明した内容とを組合せたものとしてもよい。

コネクタモールド部３８は、コネクタ部４０の一部、好ましくは、外部に接続する導体端子の部分を除いた他の部分の全部をモールド樹脂で覆ったものである。そして、コネクタモールド部３８は、コイルモールド部３６と一体化して、同一の樹脂によってモールド樹脂層が形成される。

図１０と図１１は、コネクタモールド部３８とコイルモールド部３６とを一体成形するための金型構成を説明するための図である。図１０は平面図、図１１は図１０のＤ−Ｄ線における断面図である。以下では、図１から図９の要素と同様の要素については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。また、以下では図１から図９の符号を用いて説明する。

コネクタモールド部３８とコイルモールド部３６とを一体成形するための金型は、第１金型５０と、第２金型５２を含んで構成される。第１金型５０は、コイルモールド部の全部と、コネクタモールド部３８の上半分を成形するための金型である。第２金型は、スライド金型で、主にコネクタモールド部３８の上半分を成形するための金型である。両金型は、協働して、コネクタモールド部３８とコイルモールド部３６とを一体として樹脂成形する。ここで、図１１に示されるように、コネクタ部４０は、ステータコア２０の外周部よりもさらに外側に配置される。

第１金型５０は、下面がステータコア２０の上面と接触するようにして用いられる。すなわち、ステータコア２０の上面をシール面として用いている。第１金型５０は、図1、図３、図６で説明したような略円環状の樹脂モールド部を形成するための金型と似ているが、コネクタ部４０の上半分を覆うように樹脂成形を行うため、その部分が張り出している。すなわち、コイルモールド部３６の成形のみであれば、図1、図３、図６で説明したような略円環状の樹脂モールド部を形成するための金型と同じとなるが、コネクタモールド部３８を形成するために、ステータコア２０の外周よりも張り出した形状の金型となる。

第２金型５２は、コネクタ部４０がステータコア２０の外周よりもさらに外側に配置されることから用いられるスライド金型である。第２金型５２は、コネクタモールド部３８の下半分の部分に相当するコネクタ下部モールド部３９を形成するために用いられる。この場合に、ステータコア２０の上面をシール面として用いることができるように、第２金型５２の下部が一部張り出した構造とすることが望ましい。図１１の例では、Ｃ部において、第２金型５２の下面の一部が、ステータコア２０の上面と接触し、ここで成形樹脂に対するシールが確保されている。

このように、第１金型５０と、第２金型５２とを用い、ステータコア２０の上面を成形樹脂に対するシール面として利用し、コイル部とコネクタ部とを一体化してモールド樹脂層を形成することができる。

本発明に係る実施の形態において、多相集中巻型回転電機におけるステータの外観を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、樹脂モールドを行う前の半完成ステータの様子を示す図である。 従来から一般的に用いられている樹脂モールドステータの様子を示す図である。 図３の樹脂モールドステータの断面図である。 本発明に係る実施の形態におけるステータの断面図である。 他の実施形態におけるステータを示す図である。 図３の樹脂モールドステータの断面図である。 他の実施の形態におけるステータの断面図である。 別の実施形態において、コネクタ部一体成形ステータを示す図である。 図９のステータのための金型構成を説明する平面図である。 図９のステータのための金型構成を説明する断面図である。

符号の説明

６ 半完成ステータ、８ 樹脂モールドステータ、１０，１２，１４ ステータ、２０ ステータコア、２１ バックヨーク、２２ コイル、２４ ティース、２８，３０，３２，３４ 樹脂モールド部、３６ コイルモールド部、３８ コネクタモールド部、３９ コネクタ下部モールド部、４０ コネクタ部、５０ 第１金型、５２ 第２金型。

Claims (3)

1. ステータコアと、
   ステータコアに巻回されるコイルと、
   少なくともコイル部分を覆う樹脂モールド部と、
   を有し、
   樹脂モールド部は、
   コイルの外形に沿った凹凸形状を有してモールド樹脂層が形成されることを特徴とする回転電機。
2. ステータコアと、
   ステータコアに巻回されるコイルと、
   少なくともコイル部分を覆う樹脂モールド部と、
   を有し、
   樹脂モールド部は、
   ステータコアのバックヨーク側におけるコイルの外周形状に沿った多角形形状を有してモールド樹脂層が形成され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、
   コイルから引き出される端子のためのコネクタ部であって、ステータの外径側に設けられるコネクタ部を有し、
   樹脂モールド部は、
   コイル部分と共にコネクタ部を一体化してモールド樹脂層が形成されることを特徴とする回転電機。

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