JP2007259642A - 回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ステータの小型化及びコストダウンを図る。
【課題手段】円環状に配置された各ティース１のそれぞれにコイルが巻回され、その各コイルを各相毎に、各ティース１の円環状配置に沿うケーブル製バスバ３（３ａ、３ｂ、３ｃ）により接続した回転電機のステ―タである。その各相のバスバ３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄを円環状配置の各ティース側面に並列に配置してステータの小型化を図る。各バスバは、各相のコイル数の半分の数の円弧状の棒状電線３３_１、３３_２、３３_３を並列に束ねたものとして、その各バスバを成す電線の全てが並ぶ個所においてその各電線に外部への電源端子６ａ、６ｂ、６ｃを接続する。このコイルとバスバの接続構造は従来になかったものであり、その製作工程を工夫することによってコストの削減を図ることが出来る。各バスバはホルダー１１内に納めて結合ユニットとされる。
【選択図】図６

Description

この発明は、ハイブリット自動車用、燃料電池自動車用等の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット及びそのユニットを使用した回転電機のステ―タに関するものである。

今日、環境問題の点から、ハイブリット自動車や燃料電池自動車が開発され、これらの自動車は、回転電機（モータ）を補助駆動源又は主駆動源とし、その回転電機は当然のこととして小型化が要求される。その回転電機の小型化への一手段として、ステ―タの小型化がある。

そのステ―タに、円環状に配置された各ティース（各コイルスロット）のそれぞれにコイルが巻回され、その各コイルを各相毎に、前記各ティースの円環状配置に沿う環状バスバにより接続したものがある（特許文献１〜３参照）。
特開平０６−２３３４８３号公報 特開２００３−１３４７２４号公報 特開２００４−５６８７３号公報

そのバスバは、金属板材から円環状に打ち抜いて形成したものが一般的であり（特許文献２参照）、ケーブルを使用したものもある（特許文献３参照）。
また、その各コイルとバスバの接続構造は、各相の同一大きさの環状バスバを絶縁層を介して重ねて一体化した結線用ユニット（特許文献１：符号１６、特許文献２：符号１７、特許文献３：符号２０）を、円環状配置の各コイルの側面に対向して設けたり（特許文献１）、その各コイルの外周面に対向して設けて（特許文献３）、その結線用ユニットのバスバに各コイルの端末を各相毎に接続している。
さらに、そのバスバの役目を柔軟性のあるエナメル線により行い、各コイルを各相毎にそのエナメル線で電源端子に接続したものもある（特許文献４参照）。
特開２０００−６９７０５号公報

上記各従来技術の結線用ユニットは、バスバをそのユニットの軸心方向に重ねているため、その重ね方向に厚いものとなり、その厚みが、上記ステ―タの小型化に支障となる場合がある。例えば、特許文献１記載の技術では、その結線用ユニットを円環状配置の各コイルの側面に対向して設けているため、ステータの軸方向が長くなり、その長さの縮小を要求される場合には障害となる。

特許文献２に記載の技術のように、バスバを金属板材から打ち抜いて形成することは、材料無駄が多い上に、バスバそのものを製作するため（他の素材で兼用しないため）、コスト的に問題がある。
また、特許文献３記載の技術は、その結線用ユニットを円環状配置の各コイルの外周面に設けているため、ステータの径方向が長くなり、その径の縮小を要求される場合には障害となる。

さらに、特許文献４に記載の技術は、エナメル線が柔軟性を有するゆえに、そのエナメル線を各コイルに接続する作業が煩雑である。

この発明は、以上の状況に鑑み、製作コストを下げることを第１の課題、ステータの小型化を図り易くすることを第２の課題とする。

まず、上記第１の課題を達成するために、この発明は、バスバの構造を変えることとしたのである。すなわち、各バスバを、それぞれ複数の円弧状電線を並列に束ねたものとして、その各バスバを成す電線の全てが並ぶ個所においてその各電線に外部への電源端子を接続するとともに、その各電線の端末を各コイルとの接続端とし、かつ、その複数の電線の少なくとも１本はその両端の端末が各コイルとの接続端としたのである。
このバスバの構造は従来になかったものであり、その製作工程を工夫することによってコストの削減を図ることが出来る。

因みに、本願に係る電線と特許文献４のワイヤ２４（同文献中の符号、以下同じ）とは、後者は各コイル１８を電源端子２０にそれぞれ個別のワイヤ２４で接続しているのに対し、前者は、同相の２つのコイルを少なくとも一本の円弧状の電線の両端に接続し、その電線の途中において電源端子を接続する（１本の円弧状電線で同相の２つのコイルを電源端子に接続する）点において相違する。

つぎに、上記第２の課題を達成するために、この発明は、この種の回転電機においては、各相のバスバを円環状ティースの側面に並列に配置することとしたのである。
今日の回転電機の高出力化（高トルク化、高速回転化）傾向の下、円環状ティースの径方向は、その回転電機の高出力化に伴って長くなり、それに伴ってティースの側面も広くなっているが、従来はその広くなった側面の有効利用が成されていなかった。その広くなった側面に各バスバを並列することは容易であり、並列したバスバによるステータの軸方向の拡大はそのバスバの厚みのみである。このため、ステータの軸方向の小型化には有利な構造と言える。

この発明は、以上のように、バスバの構造を変えたので、コストダウンを図ることができる。また、各相のバスバを各コイルの側面に並列に配置したので、ステータの小型化に非常に有効な構造とすることができる。

この発明の一実施形態としては、円環状のティースにコイルが各相毎に巻回され、その各コイルを各相毎に、前記ティースの円環状に沿う相互に電気絶縁された環状バスバにより接続するとともに、各バスバに外部からの電源端子を接続した回転電機のステ―タにおいて、前記各バスバを、それぞれ複数の円弧状電線を並列に束ねたものとして、その各バスバを成す複数の電線の全てが並ぶ個所においてその各電線に電源端子を接続するとともに、その各電線の端末を各コイルとの接続端とし、かつ、その複数の電線の少なくとも１本はその両端の端末が各コイルとの接続端とした構成を採用することができる。

この構成において、両端の端末が各コイルとの接続端となる電線の数は、作業性、コスト等を考慮して適宜に設定すればよいが、例えば、上記各相のコイル数が偶数の場合には、上記各バスバを、それぞれ各相のコイル数の半分の数の円弧状電線を並列に束ねたものとして、その各電線の両端の端末を各コイルとの接続端とした構成とすることができる。
また、上記各相のコイル数が奇数の場合には、上記各バスバ３を、それぞれ各相のコイル数から１引いた数の半分の数＋（プラス）１本の円弧状電線を並列に束ねたものとして、その各電線の１本を除く他の電線の両端の端末を各コイルとの接続端とし、残り１本の電線はその一方の端末のみをコイルとの接続端とした構成を採用することができる。

上記バスバの相互の電気絶縁は、そのバスバを電気絶縁性のホルダーに区画して収納することにより成したり、バスバ自身を絶縁被覆電線等とすることにより得ることが出来る。ホルダーによって、電気絶縁性を確保すれば、樹脂充填などによる電気絶縁が不要となり、各電線間に空間が生じて放熱特性が良いものとなって、回転電機の駆動時の発熱による熱応力の影響の低減化を図ることができる。但し、それを望まない場合には、樹脂充填をしても良い。

また、上記電線は棒材によって形成することもできる。金属板材からの打ち抜きによる形成は材料無駄が多いが、棒材は、引き抜きなどによって形成されるため、その打ち抜き品に比べれば、はるかに安価である。また、棒材は、保形性があるため、円弧状へのフォーミングも容易である。このフォーミングが容易であることから、その棒状電線の両端をその軸方向に対し横方向に曲げて突出させてその突出端末を各コイルとの接続端とすると良い。
このフォーミングされて保形性のある（加工硬化した）円弧状の電線は、ホルダーへの収納性もよい。また、電線の端末を横方向に曲げて、所要の長さの突出接続片とすることにより、所謂、電線の取り回しが不要となる。
棒状電線には、断面真円状、同楕円状、多角形状等の各種の断面形状のものを採用でき、スペース効率からは、四角形状の平角線が好ましい。その形状は、結合ユニットの態様、そのユニット内のバスバの配置態様などによって、適宜に採用する。例えば、複数本の電線を並列する場合、その並列方向の幅を小さくするには、断面真円状等の棒状電線の場合より、平角線を立てて（厚さ方向が前記並列方向）並べた場合が有利となり、逆に、並列方向に直角の方向を小さくするには、平角線を立てて（厚さ方向が前記並列方向）並べた場合に比べて、棒状電線の場合が有利である。

各相のバスバは、上記その各バスバをなす束の電線が同じ長さであるものとすれば（図８参照）、その各電線の製作が同一物となってその製作コストを削減できる。
また、上記電源端子の接続点を各電線長さの中点とすることもできる。このとき、各バスバを成す電線はその長さが異なるものとなる（図５参照）。

上記各相のバスバは、上記ティース側面に並列に配置することができる。このとき、各相のバスバはホルダーにより並列されているため、円環状ティースの広い側面に各バスバが並列して設けられることとなり、ステータの軸方向の小型化に寄与し得る。
また、各バスバは、前もって、電気的に絶縁して一体化し、その結合ユニットを上記ティースに取付けるようにすれば、バスバをティースに取付けてそのコイルに接続する作業が容易となる。

そのバスバ結合ユニットとしては、上記各バスバは、それぞれ複数の円弧状電線を並列に束ねたものとして、その各バスバを成す複数の電線の全てが並ぶ個所においてその各電線に電源端子を接続するとともに、その各電線の端末を各コイルとの接続端とし、かつ、その複数の電線の少なくとも１本はその両端の端末が各コイルとの接続端とした構成のものとすることが出来る。

この構成においても、上記と同様に、両端の端末が各コイルとの接続端となる電線の数は、作業性、コスト等を考慮して適宜に設定すればよく、例えば、上記各相のコイル数が偶数の場合には、上記各バスバを、それぞれ各相のコイル数の半分の数の円弧状電線を並列に束ねたものとして、その各電線の両端の端末を各コイルとの接続端とした構成とすることができる。
また、上記各相のコイル数が奇数の場合には、上記各バスバ３を、それぞれ各相のコイル数から１引いた数の半分の数＋１本の円弧状電線を並列に束ねたものとして、その各電線の１本を除く他の電線の両端の端末を各コイルとの接続端とし、残り１本の電線はその一方の端末のみをコイルとの接続端とした構成を採用することができる。

これらの構成において、上記バスバの相互の電気絶縁を、そのバスバを電気絶縁性のホルダーに区画して収納することによりなすことが出来る。
上記各電線は、棒材から成したり、絶縁被覆電線等とすることができる。棒状電線の場合、その両端をその軸方向に対し横方向に曲げて突出させてその突出端末を各コイルとの接続端とすることができる。
上記各バスバをなす各電線は、同じ長さとしたり、上記電源端子の接続点が各電線長さの中点であるものとすることができる。

一実施例を図１〜図６に示し、この実施例は、燃料電池自動車用回転電機やハイブリッド自動車用回転電機のステータＳに係り、従来と同様に、円環状に配置された各ティース１のそれぞれにコイル２（図２参照）が巻回され、その各コイル２の外側端２ａを各相毎に、前記各ティース１の円環状配置に沿う円弧状バスバ３ａ、３ｂ、３ｃ（総称符号：３）により接続し、各内側端（中性点側端）２ｂを円環状バスバ３ｄにより接続したものである。各ティース１は円環状に並べて金属製円筒４によって焼バメ等で固定されている。

各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、図５（ｂ）に示すように、それぞれ３本の電線３３_１、３３_２、３３_３（総称符号：３３）からなり、その一の電線３３_１は、ステータＳの周囲１８等分割の１５分割分の長さを有し、二の電線３３_２は、同９分割分の長さを有し、三の電線３３_３は、同３分割分の長さを有する。この電線３３の数・長さは、相の数及びその相を成すコイル２の数によって決定される。すなわち、この実施例では、３相であり、その一の相に６個のコイル２を設けているため、各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれ３本の電線３３_１、３３_２、３３_３を並列に束ねたものとし、その各電線３３を前記の長さにしている。

各電線３３は、単線（棒材）にポリアミドイミド等の有機樹脂で皮膜を施してそれぞれ電気的に絶縁被覆されたケーブルからなる。
この各電線３３_１、３３_２、３３_３は、図５（ａ）に示すように、各電線３３の中点で並列に束ね、その中点において、電源端子６をヒュージング接合して一体化し、その３本の電線３３_１、３３_２、３３_３によって各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃが構成される。各電線３３_１、３３_２、３３_３の端末３３ａは、側方に屈曲して横方向にコイルの端との接続端（軸方向に対し横方向に曲げて突出させてコイルの端との接続端）となっている。なお、最内側のバスバ（コイルの内側端と接続されるバスバ）３ｄは、一本の電線からなる。

このようにして、各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃが形成され、この各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃ及びバスバ３ｄを集めて、図６に示すこのステータＳのバスバ３が構成され、それを同図のホルダー１１内に納めて、図４に示す結合ユニット１０とされる。
ホルダー１１は、各バスバ３を隔てる隔壁１２が形成されて、この隔壁１２によって、各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは電気的に絶縁される。このため、各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄには、絶縁皮膜を施していないもの、例えば、絶縁被覆されていない単線等を使用できる。
バスバ３が絶縁被覆されているか否かに限らず、バスバ３ｂ、３ｃの端末がバスバ３ａ、３ｂを跨ぐ部分には、絶縁性スペーサ１５を介在して絶縁性を確実に得るようにすることが好ましい。

この結合ユニット１０でもって、各コイルを接続するには、図３に示すように、この結合ユニット１０を樹脂モールドされたティース１上に重ねて（セットし）、各コイルの端末２ａが接続された端子金具５に電線３３の端の屈曲（突出）端末３３ａを嵌入して電気接続する（図２参照）。一方、各コイル２の内側（アース側）端末２ｂはホルダー１１の孔１３に導くとともにバスバ（電線）３に溶接することにより電気接続する（図２参照）。
この後、必要に応じて樹脂モールドＣ等によってティース１と結合ユニット１０を一体化して、図１に示す、円環状配置の各ティース１側面の各コイル面に対向して各相のバスバ３が設けられて、その各相のバスバ３が円環状配置の各ティース１側面に並列に配置された回転電機のステ―タＳを得る。

コイル端末２ａ、２ｂとバスバ（電線）３との接続は、上記接続端子金具５や溶接に限らず、種々の周知の手段を採用できる。例えば、コイル端末２ａを電線３３の端末３３ａへの直接溶接、コイル端末２ｂも接続端子金具５を介して接続する等が考えられ、さらに、その溶接は、ＴＩＧ溶接、レーザ溶接などを採用する。
この結合ユニット１０は、必要に応じてホルダー１１内に絶縁樹脂を充填する。

結合ユニット１０のホルダー１１内への各バスバ３の収納態様としては、上記のものに限らず、例えば、図７（ａ）に示す横方向３列、同（ｂ）に示す俵積み状等が考えられる。
バスバ３の構成態様としては、図８（ｂ）に示すように、各電線３３_１、３３_２、３３_３を９分割分の同一長さのものとし、同図（ａ）に示すように、その各電線３３_１、３３_２、３３_３を３分割分ずらして並列に束ね、３本の電線３３が重なる個所において、電源端子６を取付けて一体化するもの等が考え得る。

上記実施例は、コイル２の数が偶数であったが、奇数の場合には、例えば、図９、図１０に示すように、図５、図８の態様において、各電線３３_１、３３_２、３３_３の両端末３３ａの成す角度をコイル数に合わせたものとするとともに、さらに、一本の電線３３_４を加えたものとする。図９が図５において電線３３_４を加えたもの、図０１が図８において電線３３_４を加えたものを示す。

これらの実施例において、両端末３３ａを有する各電線３３_１、３３_２、３３_３はそれぞれ、一端にのみ両端末３３ａを有する二本の電線３３_４で成すこともできる。すなわち、これらの実施例において、各バスバ３は、それぞれ複数の円弧状電線を並列に束ねたものであって、その各バスバ３を成す複数の電線の全てが並ぶ個所においてその各電線に電源端子６を接続するとともに、その各電線の端末を各コイル２との接続端とし、かつ、その複数の電線の少なくとも１本はその両端の端末３３ａが各コイル２との接続端とした各態様のものを採用できる。

また、上記屈曲端末３３ａとコイル端末２ａ、２ｂとの接続は、接続端子金具５による手段等に限らず、例えば、ＴＩＧ溶接、レーザ溶接などの溶接によって行なうこともできる。さらに、その接続態様としては、図１１、図１２に示すように、その屈曲端末３３ａをホルダー１１の上側から導出するものが考えられる。この態様では、各相間の絶縁をホルダー１１の介在によって確実に取ることができる。

なお、上記各結合ユニット１０は、必要に応じて絶縁樹脂モールドにより全体を被覆したものとすることができ、また、その表裏を逆にしてティース１に一体化することもできる。さらに、バスバ３ａ、３ｂ、３ｃのホルダーとバスバ３ｄのホルダーは別物とすることもできる。

一実施例の回転電機のステータの概略斜視図 同実施例の回転電機のステータの要部切断断面図 同実施例の回転電機のステータの組み立て作用図 同実施例のバスバ結合ユニットの斜視図 同実施例のバスバ結合ユニットの組み立て作用図であり、（ａ）（ｂ）共に斜視図 同実施例のバスバ結合ユニットの組み立て作用図 他の実施例の回転電機のステータの要部断面図 他の実施例のバスバ結合ユニットの組み立て作用図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図 他の実施例のバスバ結合ユニットの組み立て作用図であり、（ａ）（ｂ）共に斜視図 他の実施例のバスバ結合ユニットの組み立て作用図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図 他の実施例の回転電機のステータの概略斜視図 同実施例の回転電機のステータの要部切断断面図

符号の説明

１ ティース
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ バスバ
３３、３３_１、３３_２、３３_３ ３３_４ バスバを成す電線
４ ケーシング（円筒）
５ 接続端子金具
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 電源端子
１０ バスバの結合ユニット
１１ ホルダー
１２ 隔壁
３３ａ バスバ（電線）のコイルとの接続用屈曲端末

Claims (10)

1. 円環状のティース１にコイル２が各相毎に巻回され、その各コイル２を各相毎に、前記ティース１の円環状に沿う相互に電気絶縁された環状バスバ３ａ、３ｂ、３ｃにより接続するとともに、各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃに外部からの電源端子６ａ、６ｂ、６ｃを接続した回転電機のステ―タＳにおける、前記各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃの結合ユニット１０であって、
   上記各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃを、それぞれ複数の円弧状電線を並列に束ねたものとして、その各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃを成す前記複数の電線の全てが並ぶ個所においてその各電線に上記電源端子６ａ、６ｂ、６ｃを接続するとともに、その各電線の端末を各コイル２との接続端とし、かつ、その複数の電線の少なくとも１本はその両端の端末３３ａが各コイル２との接続端としたことを特徴とする回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット。
2. 上記各相のコイル数が偶数の場合には、上記各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃを、それぞれ各相のコイル数の半分の数の円弧状電線３３_１、３３_２、３３_３を並列に束ねたものとして、その各電線３３_１、３３_２、３３_３の両端の端末３３ａを各コイル２との接続端としたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット。
3. 上記各相のコイル数が奇数の場合には、上記各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃを、それぞれ各相のコイル数から１引いた数の半分の数＋１本の円弧状電線を並列に束ねたものとして、その各電線の１本を除く他の電線の両端の端末を各コイル２との接続端とし、残り１本の電線はその一方の端末のみをコイル２との接続端としたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット。
4. 上記バスバ３ａ、３ｂ、３ｃの相互の電気絶縁を、そのバスバ３ａ、３ｂ、３ｃを電気絶縁性のホルダー１１に区画して収納することによりなしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット。
5. 上記電線が棒材からなることを特徴とする請求項請求項１乃至４の何れかに記載の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット。
6. 上記電線の端末をその軸方向に対し横方向に曲げて突出させてその突出端末３３ａを各コイル２との接続端としたことを特徴とする請求項５に記載の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット。
7. 上記電線が絶縁被覆電線であることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット。
8. 上記各バスバ３をなす電線は、その両端の端末を各コイル２との接続端とする場合は、同じ長さであることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット。
9. 上記電源端子６の接続点が、両端の端末を各コイル２との接続端とする各電線長さの中点であることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット。
10. 円環状のティース１にコイル２が各相毎に巻回され、その各コイル２を各相毎に、前記ティース１の円環状に沿う相互に電気絶縁された環状バスバ３ａ、３ｂ、３ｃにより接続するとともに、各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃに外部からの電源端子６ａ、６ｂ、６ｃを接続した回転電機のステ―タＳにおいて、
    請求項１乃至９の何れかに記載の回転電機のステ―タ用バスバ結合ユニット１０により、上記環状バスバ３ａ、３ｂ、３ｃを構成するとともに、上記電源端子６ａ、６ｂ、６ｃとの接続をしたことを特徴とする回転電機のステ―タ。

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