JP2011120477A - 回転電機用端末モジュールおよび回転電機 - Google Patents

回転電機用端末モジュールおよび回転電機 Download PDF

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Abstract

【課題】回転電機の製造コストを低減するとともに、大量生産に対応することも可能にする回転電機用端末モジュール、および該端末モジュールを有する回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機用の端末モジュール1は、回転電機のステータ10の軸方向端面上に搭載されるものである。端末モジュール1は、周方向に延びる溝100A〜100Dを有するリング状のレール100と、溝100A〜100Dに嵌め合わされるバスバー11〜13,21〜23,31〜34,41と、バスバー11〜13,21〜23,31〜34,41と外部配線とを接続する端子130U,130V,130Wを有するコネクタ部130とを備える。コネクタ部130は、レール100をモールドするモールド樹脂部120の型枠の位置決め用の位置決め穴131を有する。
【選択図】図8

Description

本発明は、回転電機用端末モジュールおよび回転電機に関し、特に、バスバーを有する回転電機用端末モジュール、および該端末モジュールを有する回転電機に関する。
円筒状のステータコアの軸方向端面にリング状のバスバーを設けることが従来から行なわれている。このようなバスバーは、たとえば特開2006−180615号公報(特許文献1)、特開2005−65374号公報(特許文献2)、特開2003−134724号公報(特許文献3)および国際公開第04/010562号パンフレット(特許文献4)などに記載されている。
また、特開2004−336897号公報(特許文献5)には、インシュレータに対して配線基板の位置を規定する位置決め手段を有する回転電機の電機子が開示されている。
特開2006−180615号公報 特開2005−65374号公報 特開2003−134724号公報 国際公開第04/010562号パンフレット 特開2004−336897号公報
回転電機の製造コストを低減したり、その大量生産を可能にしたりするために、バスバーを含む端末モジュールを自動で組付けられるようにすることが望ましい。
特許文献1〜4に記載の構造では、バスバーの軸方向まわりの回転の位相決めやモールド樹脂の型枠の位置決めなどを自動で行なうことが困難であり、端末モジュールの自動組付けが困難であるという問題があった。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、回転電機の製造コストを低減するとともに、大量生産に対応することも可能にする回転電機用端末モジュール、および該端末モジュールを有する回転電機を提供することにある。
本発明に係る回転電機用端末モジュールは、回転電機のステータの軸方向端面上に搭載される回転電機用端末モジュールである。
上記回転電機用端末モジュールは、周方向に延びる溝を有するリング状のバスバー収容体と、溝に嵌め合わされるバスバーと、バスバーと外部配線とを接続する端子を有するコネクタ部とを備え、コネクタ部は、バスバー収容体をモールドするモールド樹脂部の型枠の位置決め用のガイド部を有する。
上記構成によれば、ガイド部にガイドピンを嵌合させることにより型枠の位置決めを行なうことができるので、型枠を自動組付けすることが可能になる。結果として、回転電機の製造コストを低減するとともに、大量生産に対応することも可能になる。
本発明に係る回転電機は、ティース部を有するステータコアと、ティース部に嵌合されるインシュレータと、インシュレータに巻回されるステータコイルと、上述の回転電機用端末モジュールとを備え、インシュレータは、回転電機用端末モジュールと係合する係合部を有する。
上記構成によれば、インシュレータが回転電機用端末モジュールと係合することで、インシュレータおよび該インシュレータに巻回されたステータコイルの固定を行なうことができる。
本発明によれば、回転電機の製造コストを低減するとともに、大量生産に対応することができる。
本発明の1つの実施の形態に係る回転電機用端末モジュールを含む電動車両の構成を概略的に示す図である。 本発明の1つの実施の形態に係る回転電機用端末モジュールを含むステータを示す斜視図である。 図2に示されるステータにモールド樹脂部を設けた状態を示す図である。 図3に示されるステータの断面図である。 図2に示される回転電機用端末モジュールにおける各バスバーの接続状態を模式的に示す図である。 図2に示される回転電機用端末モジュールに含まれるレールを示す断面図である。 図2に示される回転電機用端末モジュールをステータに組付ける工程を示す図である。 図2に示されるステータにおけるコネクタ部周辺を拡大して示した図である。 本発明の1つの実施の形態に係る回転電機用端末モジュールを含むステータの変形例を示す上面図である。 図9に示されるステータの断面図である。 本発明の1つの実施の形態に係る回転電機の製造方法を説明するフロー図である。
以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
図1は、本発明の1つの実施の形態に係る回転電機用端末モジュールを含むハイブリッド車両(HV:hybrid vehicle)を示す図である。なお、本願明細書において、「電動車両」はハイブリッド車両に限定されず、たとえば燃料電池車や電気自動車も「電動車両」に含まれる。
図1を参照して、ハイブリッド車両は、ステータ10と、ロータ20と、シャフト30と、減速機構40と、ディファレンシャル機構50と、ドライブシャフト受け部60と、PCU(Power Control Unit)70と、充放電可能な二次電池であるバッテリ80とを含んで構成される。
ステータ10およびロータ20は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機(モータジェネレータ)を構成する。ロータ20は、シャフト30に組付けられる。シャフト30は、軸受を介して駆動ユニットのハウジングに回転可能に支持される。
ステータ10はリング状のステータコアを有する。ステータコアは、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコアの内周面上には複数のステータティースおよび該ステータティース部間に形成される凹部としてのスロット部が形成されている。スロット部は、ステータコアの内周側に開口するように設けられる。
3つの巻線相であるU相、V相およびW相を含むステータコイルは、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。U相、V相およびW相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。ステータコイルは、給電ケーブルを介してPCU70に接続されている。PCU70は、給電ケーブルを介してバッテリ80と電気的に接続される。これにより、バッテリ80とステータコイルとが電気的に接続される。
ステータ10およびロータ20を含むモータジェネレータから出力された動力は、減速機構40からディファレンシャル機構50を介してドライブシャフト受け部60に伝達される。ドライブシャフト受け部60に伝達された駆動力は、ドライブシャフト(図示せず)を介して車輪(図示せず)に回転力として伝達されて、車両を走行させる。
一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部60、ディファレンシャル機構50および減速機構40を介してモータジェネレータが駆動される。このとき、モータジェネレータが発電機として作動する。モータジェネレータにより発電された電力は、PCU70内のインバータを介してバッテリ80に蓄えられる。
図2,図3は、ステータ10を示す斜視図(図2:モールド樹脂形成前、図3:モールド樹脂形成後)であり、図4は、ステータ10の断面図である。図2〜図4を参照して、ステータ10は、ステータコア110と、ステータコイルと、ステータコイルが接続されるバスバーと、バスバーが取付けられる端末モジュール1と、モールド樹脂部120と、コネクタ部130と、インシュレータ140とを含んで構成される。
図2に示されるように、ステータコイルは、第1〜第4U相コイル11U〜14Uと、第1〜第4V相コイル11V〜14Vと、第1〜第4W相コイル11W〜14Wとを含む。
第1U相コイル11Uは、導線511Uをティースに巻くことで構成されており、導線511Uの一方端部が第1U相コイル用端子4111Uに接続され、導線511Uの他方端が第1U相コイル用端子1111Uに接続される。
第1V相コイル11Vはティースに導線511Vを巻くことによって構成される。導線511Vの一方端が第1V相コイル用端子1211Vに接続され、導線511Vの他方端が第1V相コイル用端子2111Vに接続される。
第1W相コイル11Wはティースに導線511Wを巻くことによって構成され、導線511Wの一方端が第1W相コイル用端子2211Wに接続され、導線511Wの他方端が第1W相コイル用端子3111Wに接続される。
第2U相コイル12Uはティースに導線512Uを巻くことによって構成される。導線512Uの一方端は第2U相コイル用端子3212Uに接続され、導線512Uの他方端は第2U相コイル用端子4112Uに接続される。
第2V相コイル12Vはティースに導線512Vを巻くことによって構成される。導線512Vの一方端は第2V相コイル用端子3212Vに接続され、導線512Vの他方端は第2V相コイル用端子1212Vに接続される。
第2W相コイル12Wはティースに導線512Wを巻くことによって構成される。導線512Wの一方端は第2W相コイル用端子3212Wに接続され、導線512Wの他方端は第2W相コイル用端子2212Wに接続される。
第3U相コイル13Uはティースに導線513Uを巻くことにより構成される。導線513Uの一方端は第3U相コイル用端子3313Uに接続され、導線513Uの他方端は第3U相コイル用端子1313Uに接続される。
第3V相コイル13Vはティースに導線513Vを巻くことによって構成される。導線513Vの一方端は第3V相コイル用端子3313Vに接続され、導線513Vの他方端は第3V相コイル用端子2313Vに接続される。
第3W相コイル13Wはティースに導線513Wを巻付けることによって構成される。導線513Wの一方端は第3W相コイル用端子3313Wに接続され、導線513Wの他方端は第3W相コイル用端子3413Wに接続される。
第4U相コイル14Uはティースに導線514Uを巻付けることにより構成される。導線514Uの一方端は第4U相コイル用端子1314Uに接続され、導線514Uの他方端は第4U相コイル用端子1114Uに接続される。
第4V相コイル14Vはティースに導線514Vを巻くことによって構成される。導線514Vの一方端は第4V相コイル用端子2314Vに接続され、導線514Vの他方端は第4V相コイル用端子2114Vに接続される。
第4W相コイル14Wはティースに導線514Wを巻付けることで構成される。導線514Wの一方端は第4W相コイル用端子3414Wに接続され、導線514Wの他方端は第4W相コイル用端子3114Wに接続される。
図2,図4に示すように、各々のコイル用の端子は、レール100から突出するように設けられている。当該端子は凹部を有し、該凹部が各々の導線を受入れることで導線と端子との接続が確保される。各々のコイルは、ステータ110に組付けられる前にインシュレータ140に巻回されてカセットコイルとなる。
図3,図4を参照して、ステータコア110上に設けられたレールおよびコイルが樹脂により構成されるモールド樹脂部120によりモールドされている。これにより、各々のコイルの位置決めが確実に行なわれるとともに、隣り合うコイル間の絶縁が確保される。なお、このような樹脂を用いたモールドに関しては、図3,図4で示すような成形体を形成するのに限られず、ワニスなどの絶縁樹脂をコイルの表面に塗布して各々のコイルの位置決めを確保する構成を採用してもよい。
図5は、端末モジュール1における各バスバーの接続状態を模式的に示す図であり、図6は、端末モジュール1に含まれるレール100を示す断面図である。
図5,図6を参照して、レール100には、該レール100の内周側から外周側に向かって並ぶ複数の溝100A,100B,100C,100Dが形成されている。なお、溝100A,100B,100C,100Dは、それぞれ途中で途切れた形状とされている。
バスバーは、第1バスバー11〜13と、第2バスバー21〜23と、第3バスバー31〜34と、第4バスバー41とを含む。
第1バスバー11,12,13は、溝100Aに嵌め合わされる。第1バスバー11には、第1U相コイル用端子1111Uと、第4U相コイル用端子1114Uとが設けられる。また、第1バスバー11には、コネクタ端子130Uが取付けられる。コネクタ端子130Uから電力が供給され、この電力が第1バスバー11へ伝えられる。第1バスバー12には、第1V相コイル用端子1211Vと、第2V相コイル用端子1212Vとが設けられる。第1バスバー13には、第3U相コイル用端子1313Uと、第4U相コイル用端子1314Uとが設けられる。
第2バスバー21,22,23は、溝100Bに嵌め合わされる。第2バスバー21には、第1V相コイル用端子2111Vと、第4V相コイル用端子2114Vとが設けられる。また、第2バスバー21には、コネクタ端子130Vが取付けられる。コネクタ端子130Vから電力が供給され、この電力が第2バスバー21へ伝えられる。第2バスバー22には、第1W相コイル用端子2211Wと、第2W相コイル用端子2212Wとが設けられる。第2バスバー23には、第3V相コイル用端子2313Vと、第4V相コイル用端子2314Vが設けられる。
第3バスバー31,32,33,34は溝100Cに嵌め合わされる。第3バスバー31には、第4W相コイル用端子3114Wと、第1W相コイル用端子3111Wとが設け
られる。また、第3バスバー31には、コネクタ端子130Wが取付けられる。コネクタ端子130Wから電力が供給され、この電力が第3バスバー31へ伝えられる。第3バスバー32には、第2U相コイル用端子3212Uと、第2V相コイル用端子3212Vと、第2W相コイル用端子3212Wとが設けられる。第3バスバー33には、第3U相コイル用端子3313Uと、第3V相コイル用端子3313Vと、第3W相コイル用端子3313Wとが設けられる。第3バスバー32,33はU相コイル、V相コイルおよびW相コイルを接続する中性点の役割を果たす。第3バスバー34には、第3W相コイル用端子3413Wと、第4W相コイル用端子3414Wとが設けられる。
第4バスバー41は溝100Dに嵌め合わせられる。第4バスバー41には、第1U相コイル用端子4111Uと、第2U相コイル用端子4112Uとが設けられる。
図5ではスター結線の3相交流モータを示しているが、これに限られず、たとえばデルタ結線の3相コイルモータに本発明を適用してもよい。
次に、図7を用いて、端末モジュール1をステータ10に組付ける工程について説明する。図7を参照して、端末モジュール1は、位置決めピン101と位置決め穴102とを有する。また、ステータコア110の軸方向端面における位置決めピン101に対応する箇所には、位置決めピン挿入穴111が形成されている。
端末モジュール1をステータコア110の軸方向端面上に載置すると、位置決めピン101が位置決めピン挿入穴111に挿入される。しかしながら、位置決めピン挿入穴111の径は位置決めピン101の径よりも若干大きく形成されているため、位置決めピン101と位置決めピン挿入穴111との嵌合のみにより、ステータコイルの各端子およびコネクタ部130の位置の精度を十分に確保することはできない。
本実施の形態では、ホルダを用いて端末モジュール1を把持し、そのままの状態でステータコア110に自動で組付ける。ここで、端末モジュール1には、位相決め穴102が形成されており、ホルダに固定されたガイドピンをこの位相決め穴102に挿入することにより、ホルダに把持される端末モジュール1の回転の位相決めが行なわれる。これにより、端末モジュール1の自動組付けが可能となる。
なお、図7では、カセットコイルが組付けられたステータコア110に端末モジュール1を組付ける例が示されているが、典型的な例では、ステータコア110に端末モジュール1が組付けられた後に該ステータコア110にカセットコイルが組付けられる。
端末モジュール1がステータコア110に組付けられた後、型枠を用いて、モールド樹脂部120が形成される。本実施の形態では、図8に示すように、コネクタ部130に位置決め穴131が形成されており、型枠に固定されたガイドピンをこの位置決め穴131に挿入することにより、モールド樹脂部120用の型枠の位置決めが行なわれる。これにより、型枠の自動組付けが可能となる。
上記のように、本実施の形態では、端末モジュール1および型枠の自動組付けが可能であるため、ステータ10の製造コストを低減するとともに、大量生産に対応することも可能になる。
なお、上記位相決め穴102に代えて突起を設け、ホルダに固定されたガイドピンの先端にこの突起と係合する凹部を設けるようにしてもよい。また、上記位置決め穴131に代えて突起を設け、型枠に固定されたガイドピンの先端にこの突起と係合する凹部を設けるようにしてもよい。
図9は、ステータ10の変形例を示す上面図であり、図10は、図9に示されるステータ10の断面図である。図9,図10を参照して、本変形例においては、インシュレータ140の背面からステータ10の径方向外方に突出する突出部141が設けられ、該突出部141と端末モジュール1のレール100とが係合している。これにより、インシュレータ140および該インシュレータ140に巻回されたステータコイルの固定を行なうことが可能である。
インシュレータ140が突出部141を有しない場合、インシュレータ140を固定するために、インシュレータ140と係合する溝などの係合部をステータコア110に設ける必要がある。このような溝を設けた場合、当該部分にひび割れが生じたり、コアの幅が狭くなって磁束が飽和しやすくなり、回転電機の出力に影響を及ぼすことが懸念される。これに対し、上記のような突出部141を設けることで、ステータコア110に溝などを設ける必要が無くなり、コアのひび割れやコア幅の減少などを抑制することができる。また、インシュレータ140により端末モジュール1を上から押さえつけることで、端末モジュール1の浮き上がりを防止することができる。
なお、図9では、第1V相コイル11Vおよび第1W相コイル11Wのみに突出部141が2つずつ設けられているが、突出部141が設けられるカセットコイルは、適宜変更される。典型的には、すべてのカセットコイルに突出部141が設けられる。なお、各々のカセットコイルには、突出部141が1つだけ設けられてもよいし、3つ以上の突出部141が設けられてもよい。
次に、本実施の形態に係るステータ10の製造方法について、図11を参照しながら説明する。図11に示すように、ステータ10の製造方法は、端末モジュール1(バスバーモジュール)をホルダにより把持する工程(S10)と、ホルダに把持された端末モジュール1をステータコア110に組付ける工程(S20)と、ステータコア110に組付けられた端末モジュール1を樹脂モールドしてモールド樹脂部120を形成する工程(S30)とを備える。
S10において、端末モジュール1をホルダにより把持する際に、端末モジュール1に形成された位相決め穴102にホルダのガイドピンを挿入することにより、端末モジュール1の軸方向まわりの回転の位相決めを行なう。このように、位相決め穴102を用いて端末モジュール1の軸方向まわりの回転の位相決めを行なうことで、端末モジュール1のステータコア110への組付けを自動で行なうことが可能になる。
また、S30において、端末モジュール1を樹脂モールドする際に、端末モジュール1に形成された位置決め穴131にモールド樹脂部120の型枠のガイドピンを挿入することにより、型枠の位置決めを行なう。このように、位置決め穴131を用いて樹脂モールド用の型枠の位置決めを行なうことで、型枠の組付けを自動で行なうことが可能になる。。
上述したように、本実施の形態に係る端末モジュール1によれば、位相決め穴102にホルダのガイドピンを挿入することによりレール100の回転の位相決めを行なうことができるので、端末モジュール1をステータ110に自動組付けすることが可能になる。
また、レール100における第1〜第4バスバー11〜13,21〜23,31〜34,41が形成されない部分のスペースを有効に利用して位相決め穴102を形成することができるので、端末モジュール1の小型化を阻害することがない。
また、位置決め穴131に型枠のガイドピンを挿入することにより型枠の位置決めを行なうことができるので、型枠を自動組付けすることが可能になる。
また、本実施の形態に係るステータ10によれば、インシュレータ140が端末モジュール1と係合することで、インシュレータ140および該インシュレータ140に巻回された第1〜第4U相コイル11U〜14U、第1〜第4V相コイル11V〜14V、および第1〜第4W相コイル11W〜14Wの固定を行なうことができる。
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る回転電機用の端末モジュール1は、周方向に延びる溝100A〜100Dを有するリング状の「バスバー収容体」としてのレール100と、溝100A〜100Dに嵌め合わされる第1〜第4バスバー11〜13,21〜23,31〜34,41と、該バスバーと外部配線とを接続するコネクタ端子130U,130V,130Wを有するコネクタ部130とを備える。レール100は、レール100の軸方向まわりの回転の位相決め用の位相決め穴102を有し、コネクタ部130は、レール100をモールドするモールド樹脂部120の型枠の位置決め用の位置決め穴131を有する。位相決め穴102および位置決め穴131は、ガイドピンと嵌合する「ガイド部」を構成する。
端末モジュール1において、第1〜第4バスバー11〜13,21〜23,31〜34,41は、レール100の径方向に並ぶように設けられる。位相決め穴102は、第1〜第4バスバー11〜13,21〜23,31〜34,41がレール100の周方向においていずれも分断された位置に設けられている。
また、端末モジュール1において、位相決め穴102は、回転電機の中性点を構成する第3バスバー32,33の間に設けられる。
本実施の形態に係るステータ10は、ティース部を有するステータコア110と、ティース部に嵌合されるインシュレータ140と、インシュレータ140に巻回される「ステータコイル」としての第1〜第4U相コイル11U〜14U、第1〜第4V相コイル11V〜14V、および第1〜第4W相コイル11W〜14Wと、端末モジュール1とを備える。インシュレータ140は、端末モジュール1と係合する「係合部」としての突出部141を有する。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 端末モジュール、10 ステータ、11〜13 第1バスバー、21〜23 第2バスバー、31〜34 第3バスバー、41 第4バスバー、11U〜14U 第1〜第4U相コイル、11V〜14V 第1〜第4V相コイル、11W〜14W 第1〜第4W相コイル、20 ロータ、30 シャフト、40 減速機構、50 ディファレンシャル機構、60 ドライブシャフト受け部、70 PCU、80 バッテリ、100 レール、100A〜100D 溝、101 位置決めピン、102 位相決め穴、110 ステータコア、111 位置決めピン挿入穴、120 モールド樹脂部、130 コネクタ部、130U,130V,130W コネクタ端子、131 位置決め穴、140 インシュレータ、141 突出部。

Claims (2)

  1. 回転電機のステータの軸方向端面上に搭載される回転電機用端末モジュールであって、
    周方向に延びる溝を有するリング状のバスバー収容体と、
    前記溝に嵌め合わされるバスバーと、
    前記バスバーと外部配線とを接続する端子を有するコネクタ部とを備え、
    前記コネクタ部は、前記バスバー収容体をモールドするモールド樹脂部の型枠の位置決め用のガイド部を有する、回転電機用端末モジュール。
  2. ティース部を有するステータコアと、
    前記ティース部に嵌合されるインシュレータと、
    前記インシュレータに巻回されるステータコイルと、
    請求項1に記載の回転電機用端末モジュールとを備え、
    前記インシュレータは、前記回転電機用端末モジュールと係合する係合部を有する、回転電機。
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