JP2014204559A - 回転電気モータ、および、回転電気モータを備えたアクチュエータ - Google Patents

Abstract

【課題】アーク溶接によるモータのバスバーの端子部とコイルの接合において、小スペースで、周辺樹脂部材への熱影響を少なくできる溶接部の構造を提案し、生産性を損ねることなく、耐久信頼性を確保し、かつ、小型化を図ったモータの提供にある。【解決手段】バスバーホルダ４２の内周側にバスバー４１の端子部４１ａを配置する。端子部４１ａに突起部４１ｂを備えるとともに、突起部４１ｂの先端側をコイル端３３ａ側に傾斜させる。突起部４１ｂの先端部とコイル端３３ａの先端部をアーク溶接で接合する。溶接部とは別の箇所で、端子部４１ａに備えた２つの爪部４１ｄの間の凹部でコイル端３３ａを保持する。以上より、開いたスペースを有効に活用でき、アーク溶接で発生する熱による、樹脂部材であるバスバーホルダ４２、絶縁部材３２、コイル３３の絶縁被覆への熱負荷を低減でできる。振動入力、熱膨張収縮で作用する溶接接合部への応力を低減できる。【選択図】図３ｂ

Description

本発明は、電動機、発電機用、あるいは車両用補機類の駆動用の回転電気モータ、および、回転電気モータを備えたアクチュエータに関し、特にステータのコイルとバスバーの接合部の構造に関するものである。

モータのステータのコイルとバスバーの端子部を接合する方法として、ヒュージングが一般的に知られている。

ヒュージングで使用される電極は、繰り返しの使用で摩耗する電極面を定期的に磨いて使用される為、一般的に電極の形状は長棒状となる。

ヒュージング加工工程において、その長棒状の電極と、ステータコア、コイル、バスバー、バスバーを絶縁保持する絶縁部材（バスバーホルダ）等のモータ構成部品とが干渉しない位置に、バスバーの端子部が配置される。

具体的には、モータ軸と平行な方向に、ステータ、バスバーホルダの順に配置したとき、バスバーの端子部は、バスバーホルダを挟みステータと対向する位置に配置される（例えば、特許文献１）。もしくは、バスバーホルダの外周側に配置される。

近年、車両に搭載される、回転電気モータを内蔵したオイルポンプ、パワーステアリングモータや、バイワイヤシステムに用いられる電動アクチュエータは、高出力化、小型化が求められている。高出力化、あるいは、小型化を行う方法としては下記がある。
１．電機子、あるいは、永久磁石を大型化する。
２．永久磁石の材料グレードを変える。
３．出力に直接関係しないモータの構成部位のスペースの最適化。
１．については、高出力化は図れるが、小型化できない。２．については、高出力化、小型化が図れるが、コストが増加する。

前述した従来技術において、コイルを結線するバスバーの端子部をバスバーホルダの内周側に配置する、つまり、前記３．を採用することで、モータ軸方向の体格を小さくできる。しかし、ヒュージングで結線する場合、周辺部品と干渉する長棒状の電極は使用できない。組立ワーク、組立ツールとのレイアウト上の制約から、使用できる電極のサイズは小さくなる。この小さい電極を使用する場合、電極の交換頻度が増え、高コストになる。バスバーの端子部をバスバーホルダの内周側に配置したモータ構造において、ヒュージングによる結線方法は最適ではない。

ヒュージングとは別の結線手段として、特許文献２に示されるＴＩＧ溶接がある。溶接部に向けてアーク放電し、その時に発生する熱を利用して溶接する方法であり、バスバーホルダの内周側に配置したバスバーの端子部とステータのコイルを、この方法で溶接できる。

しかし、アーク放電時のプラズマで放電周辺ガスが高温になるため、特に、小型化を図ったモータにおいては、溶接部周辺の樹脂部材（例えば、バスバーを絶縁保持する樹脂性のバスバーホルダ、ステータティースとコイル間を絶縁する絶縁部材、コイルの絶縁被覆等）と、溶接部とが接近するため、溶接時に発生する熱が周辺の樹脂部材に与える影響が無視できなくなってきた。溶接時の周辺の樹脂部材への熱負荷が大きく、モータ組立時に周辺樹脂部材を劣化される恐れがでてきた。モータ耐久性を損ねる可能性がでてきた。

このように、製品の高信頼性、低コスト、小型化の両立は困難であった。

特開２０１２−８０６０２ 特許０４１１１３１５

本発明の目的は、アーク溶接によるモータのバスバーの端子部とコイルの接合において、小スペースで、周辺樹脂部材への熱影響を少なくできる接合部の構造を提案し、生産性を損ねることなく、耐久信頼性を確保し、かつ、小型化を図ったモータの提供にある。

本発明による接合部の構造は、コイル端を接合するバスバーの端子部をバスバーを絶縁保持するバスバーホルダの内周側に配置した構造であり、コイル端と端子部を配置するためのモータの体格に影響を与えるスペースは必要とされない。つまり、小型化を図ることができる。

そして、バスバーの端子部に一体の突起部を設け、コイル端の先端部と突起部の先端部の小さい範囲を溶融させ接合することで、より少ないエネルギで溶接できる。つまり、発熱量を少なくできるので、溶接部周辺の部材、例えばコイルの絶縁被覆や、ステータティース外周の絶縁部材、樹脂部材であるバスバーホルダへの熱負荷を抑えることができる。また、溶接部周辺の部材への熱負荷が小さいので、溶接部と溶接周辺の部材の距離を接近させることができ、更なる小型化を図ることも可能となる。

好ましくは、バスバーの突起部の先端側をコイル側に傾斜させているので、コイル端をバスバーの端子部に組み付けた時に、コイル端と突起部の先端部の隙間を容易に小さくできる。溶接する２つの部位の距離（ギャップ）を小さく制御することで、安定した溶接を得ることができる。

さらに、コイルを保持することで、溶接するコイル端の先端位置が定まるので、安定した溶接を得ることができる。また、溶接部とは別の箇所でコイル端を機械的に保持した構造であるので、振動入力や熱膨張変形によるバスバーの端子部とコイルの相対変位を小さくでき、溶接部に作用する応力を低減できる。つまり、この構造により、生産性を向上できるとともに、耐久信頼性も向上できる。

より好ましくは、請求項３に示されるコイル端を保持部する端子部の形状を凹形状にすることで、コイル端の保持部への嵌め込みが容易に可能になり、良組立性を確保できる。また、コイル端と端子部の突起部先端を密着させることができ、安定した溶接を得ることができる。

本発明によれば、生産性、耐久性を損ねることなく、小型化されたモータを提供できる。

本発明の実施例におけるモータの断面図 図１に示すモータの部分分解斜視図 本発明の実施例におけるバスバーＡＳＳＹがステータに組みつけられた状態のモータ回転軸方向から見た部分拡大図 （ａ）に示すＡ−Ａ線部の部分断面図 図３のＢ部の拡大図、接合前の状態 図３のＢ部の拡大図、接合後の状態 コイル端をバスバーの端子部に組み付ける方法を説明する説明図で、モータ回転軸方向から見た部分拡大図で、組み付け前の状態を示す。 図５に示すＥ−Ｅ線部の部分断面図、コイル端組み付け前の状態 図５に示すＥ−Ｅ線部の部分断面図、コイル端組み付け後の状態

実施例にかかるモータは、回転軸を中心に回転するロータと、ステータコアのステータティースに巻かれた複数のコイルを有するステータと、端子部を有する複数のバスバーと、複数のバスバーを絶縁保持するバスバーホルダを備えている。バスバーは導体材料の板、あるいは、条からプレス成形で形成される。バスバーホルダは円筒リング状であり、バスバーの端子部は、このバスバーホルダの内周側に配置されている。端子部は、端子部からステータコアと対向する方向へ突出した突起部を一体で備え、さらに、突起部の先端がコイル端側に傾斜し、突起部の先端とコイル端とがアーク溶接で接合されている。また、溶接部とは別の箇所で、端子部により端子部が保持されている。端子部の保持部は凹上の形状である。

実施例１を図１〜図６を用いて説明する。

図１、図２を用いて、本実施例の構造、構成部品を説明する。

図１に示すように、筐体２０は、外装表面が耐食処理（例えば、カチオン電着塗装）された鉄系金属製であり、ステータ３０、軸受５４の外輪を保持している。本筐体２０は、非鉄系金属製（例えば、アルミ合金）、樹脂でも良い。本筐体２０には、ボス２０ａを備えている。モータは、このボス２０ａのボス穴２０ｂに、図示されないボルトを通し、回転対象を備えた筐体に、固定される。

ステータ３０は、ステータコア３１、絶縁部材３２、複数のコイル３３で構成される。本実施例では、ステータコア３１の外周円筒面３１ｂで、筐体１０に圧入保持されている。ステータコア３１は、プレス打ち抜きされた磁性鋼鈑の薄板を複数枚積層、結合されたもので、外周円筒面３１ｂの内周方向に突出した複数のステータティース３１ａを有している。コイル３３は、表面に絶縁被覆を有する銅線であり、樹脂製の絶縁部材３２を介し、ステータティース３１ａの外周に巻かれている。

軸受５４は、ロータ５０を回転可能に支持し、外輪の外周で、ロータ回転軸方向に可動しないよう、筐体１０で保持される。

ロータ５０は、ロータコア５１、複数の永久磁石５２、回転軸５３で構成され、回転軸５３の外周でロータコア５１が保持され、ロータコアの外周で永久磁石５２が保持されている。ロータコア５１は、プレス打ち抜きされた磁性鋼鈑の薄板を複数枚積層、結合されたものである。ロータ５０は、ロータ回転軸方向に可動しないよう、軸受５４の内輪で保持され、軸受５４、軸受５５とで回転支持されている。本実施例のロータ５０は、回転軸５３の出力部５３ａがスプライン形状になっており、この出力部５３ａは、図示されない回転対象が有するスプライン軸穴と嵌合し、回転対象に回転を伝達する機能を有する。

筐体１０は、樹脂成形された樹脂製で、複数のターミナル１１、リング１２、図２に示されるブッシュ１３の部材を内蔵している。リング１２は金属製であり、軸受５４の外輪を回転軸直行方向を規制支持する部材である。図２に示すように、筐体１０は、ねじ６２により、筐体２０に締結固定されるが、ブッシュ１３は、ねじ６２の軸力を受ける部材であり、ねじ６２の軸力が筐体２０の樹脂部に直接作用しないためのものである。ねじの軸力が直接樹脂部に作用すると、その荷重により、樹脂がクリープし、ねじの軸力が低下、ねじが緩みやすくなる。筐体２０のコネクタハウジング１０ａは、図示されないモータ電力を供給するためのハーネスのカプラと嵌合保持するためのものである。コネクタハウジング１０ａ内には、複数のターミナル１１を内蔵し、ターミナル１１からモータの電力が供給される。このターミナル１１は、りん青銅条をプレス成形で形成されており、端部には端子部１１ａを有している。端子部１１ａは、筐体１０が筐体２０に締結固定されたときに、バスバーＡＳＳＹ４０のバスバー４１の端子部４１ｃと対向する位置に配置され、筐体１０が筐体２０に組み込まれたときに、バスバー４１の端子部４１ｃと、ターミナル１１の端子部１１ａが電気的に接続される。

バスバーＡＳＳＹ４０は、バスバー４１、バスバーホルダ４２で構成され、ステータコア３１バスバー４１は、ステータティース３１ａに巻かれた複数のコイル３３間、コイル３３と筐体１０に内蔵されたターミナル１１を電気的に接続するための部材であり、りん青銅条をプレス成形で形成され、端部には端子部４１ａ、端子部４１ｃを備えている。端子部４１ａはコイル３３のコイル端３３ａに接続され、前述の通り、端子部４１ｃはターミナル１１の端子部１１ａに接続される。バスバーホルダ４２は、複数のバスバー４１を絶縁保持、バスバー４１と周辺の導体部材、例えばステータコア３１間を絶縁するための部材であり、樹脂成形により形成され、図２に示すようにリング状の形状である。

シール部材６０はゴム製で、筐体１０のシール面１０ｂと、筐体２０のシール面２０ｃをシールする部材である。このシール部材６０は、モータの機能において必ずしも必要な部材ではないが、モータが、自動車用アクチュエータの駆動源として使用される場合には、水、塩水、オイル、燃料等の液体、腐食性ガスや、小石、粉塵等の異物が飛散する環境下にあり、これら液体、ガス、異物等が筐体１０、筐体２０によって形成される内部空間へ侵入するのを抑えるための部材である。
シール部材６１はいわゆるＯリングであり、図示されない回転対象を備えた筐体に固定されたときに、回転対象を備えた筐体とモータの筐体２０の間をシールする機能を有する。

図３〜図６を用いて、本実施例を詳しく説明する。

図３に示すように、コイル端３３ａを接続するバスバー４１の端子部４１ａは、バスバーホルダ４２の内周側に配置さている。

この端子部４１ａは、ステータコア３１とは反対側に突出した突起部４１ｂと、２つの爪部４１ｄを一体で有している。

この２つの爪部４１ｄによって、端子部４１ａに凹部が形成されている。コイル端３３ａは、この２つの爪部４１ｄの間の凹部に嵌め込められ、図４（ａ）に示すＣ部で保持される。ここで、図４（ａ）は図３のＢ部の拡大図で、端子部４１ｂとコイル端３３ａが接合される前の状態を示している。図４（ａ）に示すように、端子部４１ａから突出した突起部４１ｂは、先端側がコイル端３３ａ側に傾斜している。

図４（ｂ）は接合後の状態を示し、アーク溶接により、コイル端３３ａの先端部と突起部４１ｂの先端部が接合される。これにより、溶接部４１ｅとは別の箇所のＣ部でコイル端３３ａが保持された構造となる。

次に、図５、図６を用いて、バスバー４１の端子部４１ａへのコイル端３３ａの組み付け方法について説明する。図５、図６（ａ）は、コイル端３３ａが端子部４１ａに組み付けられる前の状態で、図６（ｂ）は、組み付け後の状態を示す。図５、図６（ａ)に示す状態にて、コイル端３３ａを矢印Ｇの方向に引き上げ、２つの爪部４１ｄの凹部に嵌め込む。続いて、図５に示す矢印Ｆの方向に爪部４１ｄを変形させ、端子部３３ａを保持する。続いて、図６（ｂ）に示す破線Ｈ部で余分なコイル端３３ａを切断し、溶接する。

本実施例１による以下の効果が得られる。

バスバーの端子部４１ａをバスバーホルダ４２の内周側に配置しているので、モータ回転軸方向のモータ高さを低く抑えられる。

アーク溶接で溶融させる部位は、端子部４１ａから突出した突起部４１ｂの先端部とコイル端３３ａの先端部の範囲に限られ、少ないエネルギで溶接できるので、樹脂部材であるバスバーホルダ４２、絶縁部材３２、コイル３３の絶縁被覆への熱負荷を小さくできる。

溶接する突起部４１ｂの先端側がコイル端３３ａ側に傾斜しているので、突起部４１ｂとコイル端３３ａのギャップを積極的に小さくできる。

２つの爪部４１ｄでコイル端３３ａを保持することで、コイル端３３ａの位置が定まると共に、突起部４１ｂとのギャップを積極的に小さくできる。このギャップを小さくすることで、安定した溶接が可能となる。

また、振動入力や熱膨張収縮により、端子部４１ａとコイル３３との間で相対変異が生じるが、溶接部４１ｂとは別の箇所でコイル端３３ａを保持しているので、溶接部４１ｂに作用する応力を低減できる。

コイル端３３ａの保持部は凹形状であるので、コイル端ａを容易に嵌め込むことができる。

生産性、耐久性を損ねることなく達成できる小型モータを提供できる。

１０…筐体
１０ａ…コネクタハウジング
１０ｂ…シール面
１１…ターミナル
１１ａ…端子部
１２…リング
１３…ブッシュ
２０…筐体
２０ａ…ボス
２０ｂ…ボス穴
２０ｃ…シール面
２０ｄ…ねじ穴
３０…ステータ
３１…ステータコア
３１ａ…ステータティース
３１ｂ…外周円筒面
３２…絶縁部材
３３…コイル
３３ａ…コイル端
４０…バスバーＡＳＳＹ
４１…バスバー
４１ａ…端子部
４１ｂ…突起部
４１ｃ…端子部
４１ｄ…爪部
４１ｅ…溶接部
４２…バスバーホルダ
５０…ロータ
５１…ロータコア
５２…永久磁石
５３…回転軸
５３ａ…出力部
５４…軸受
５５…軸受
６０…シール部材
６１…シール部材
６２…ねじ

Claims (4)

1. 回転軸を中心に回転するロータと、ステータコアのステータティースに巻かれた複数のコイルを有するステータと、端子部を有する導電性のバスバーと、複数のバスバーを絶縁保持するバスバーホルダで構成されるモータであって、
   ステータコアに対し、前記バスバーと前記バスバーホルダは、回転軸方向側に配置され、
   前記コイルのコイル端と電気的に接合される前記端子部は、前記バスバーホルダの内周側に配置され、
   前記端子部は、前記端子部の一部分が、前記ステータコアとは反対側に突出した突起部を有し、前記突起部と前記コイル端がアーク溶接で接合されていることを特徴とするモータ。
2. 請求項１に記載のモータにおいて、
   前記バスバーの前記端子部の前記突起部の先端側が、コイル端側に傾斜していることを特徴とするモータ。
3. 請求項１、請求項２に記載のモータおいて、
   前記アーク溶接で接合された箇所とは別の箇所で、前記バスバーで前記コイルが保持されていることを特徴とするモータ。
4. 請求項１乃至３に記載のモータにおいて、
   前記バスバーは前記端子部を挟む複数の爪部を有し、前記コイル端は前記爪部の間に嵌め込まれ、保持されていることを特徴とするモータ。