JP2019213263A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、バスバーの端子による機械的な固定をしなくても溶接可能な構造とすることで、バスバーの端子部のプレス打ち抜き展開寸法（曲げる前の形状）を小型化することである。【解決手段】回転電機１００の固定子４は、内周面側に等間隔に配列した複数の突極磁極が設けられた電機子鉄心４ａと、突極磁極に巻回された三相のステータコイル７と、ステータコイル７の一端部７ａ側に電気的に接続されステータコイル７の駆動電流を供給する第１バスバー９と、を有する。ステータコイル７の一端部７ａと第１バスバー９の端子９ａとを回転軸１３の軸方向に導出し、ステータコイル７及び第１バスバー９の両方のスプリングバック力により接触させた状態で溶接する。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機に関する。

近年、車両の燃費向上のため補機類の電動化が進んでいる。これらの回転電機は、エンジン及び車体の振動を受ける環境や高温環境で使用されるため、高い信頼性が要求される。また、低コスト化の要求も高い。これらの背景から、永久磁石界磁型のブラシレスモータが利用されている。

三相ブラシレスモータの場合、複数のコイルが巻かれたステータを外側固定子とし、外周にマグネットが配置されたロータを内側回転子としている。

ステータコイル端は、バスバーなどの導体を介しインバータ回路と電気的に接続されている。ステータコイル端とバスバーの端子は、溶接等で電気的に接続される。溶接等の電気的接続作業は、ステータコイル端とバスバーの端子を電気的に接触した状態にしてから作業する必要がある。

特許文献１には、バスバーの端子部でステータコイル端を囲い込むように折り曲げて機械的に保持した後に溶接する技術が記載されている。端子部の形状としては、特許文献２のようにＵ字形状も一般的である。

特開２００９−２１９３３４号公報 特開２０１２−６０８３１号公報

ステータコイル端をバスバーの端子で囲い込む構造のバスバーは、バスバーの端子部のプレス打ち抜きの展開寸法（曲げる前の形状）が大きくなり材料コストが増加する。

本発明の目的は、バスバーの端子による機械的な固定をしなくても溶接可能な構造とすることで、バスバーの端子部のプレス打ち抜き展開寸法（曲げる前の形状）を小型化することである。

上記目的を達成するために、本発明の回転電機は、ステータコイル端部とバスバー端子とを、各々のスプリングバック力でバランスした状態で接触させて、ステータコイル端部とバスバー端子とを溶接する。

バスバー端子によるステータコイル端の物的的な固定手段を用いなくても、ステータコイル端とバスバー端子とを電気的に接触させることが可能になる。その結果、バスバー端子形状を簡略化出来、プレス打ち抜き展開寸法の小型化が可能となる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態に係る回転電機の断面図である。 図1の右側面図である。 ステータコイルの結線図である。 図２のIV−IV断面図である。 絶縁部材とハウジングとの隙間を示す断面図である。 ステータコイル端の動きを示す断面図である。 ステータコイル端の成形作業を示す断面図である。 端子台を装着する途中工程の断面図である。 端子台を装着後の電気接続部の断面図である。 中性点バスバーの展開図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１は回転電機の軸方向の断面図である。図２は図1の右側面図である。

回転電機１００は大きく分けて、筺体部を構成するハウジング１及びエンドカバー２と、電動機部を構成する回転子３及び固定子４とから構成されている。ハウジング１は一端に開口部１ａを有した有底円筒状（いわゆるカップ状）に形成されており、この開口部１ａを塞ぐようにエンドカバー２がハウジング１にトメワ５により固定されている。ハウジング１の内周側に固定子４が圧入或いは焼嵌めによって固定されている。固定コア４ａにはボビン６が取り付けられ、その外周部にステータコイル７が巻回されている。

さらに詳しく説明すると、固定コア（電機子鉄心）４ａは、内周側に等間隔に配列した複数の突極磁極が設けられ、突極磁極にボビン６を介して三相のステータコイルが巻回されている。突極磁極等の構成は一般に用いられている構成を用いることができるので、ここでは詳しい説明を省略する。

ステータコイルの結線を図３に示す。

ステータコイル７は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相で構成される。ステータコイル７は、図示しないモータ制御回路と電気的に接続されて、電力が入力される。図示しないモータ制御回路と電気的に接続されるステータコイル端が７ａであり、中性点側のステータコイル端部が７ｂである。ステータコイル７の一端部（ステータコイル端部７ａ）は、絶縁部材８ａを貫通してバスバー（第１バスバー）９の端子９ａに溶接などで電気的に接続されている。すなわち、第１バスバー９は、ステータコイル端７ａ側に電気的に接続され、各ステータコイル７に駆動電流を供給する。

ステータコイル７の他端部（ステータコイル端部７ｂ）は、ステータコイル端部７ａと同様に、絶縁部材８ｂを貫通して中性点バスバー（第２バスバー）１０の端子１０ａに溶接などで電気的に接続されている。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の第１バスバー９の三本と第２バスバーは、絶縁性樹脂１１ａで成形され端子台１１となり、エンドカバー２にねじ１２で固定されている。

固定子コア４ａの内周側には、固定子コア４ａとの間に隙間を有して、回転軸（回転子軸）１３を中心に回転する回転子３が配置されている。回転軸１３と回転子コア１４とは、圧入或いは焼嵌めなどで機械的に締結している。回転子コア１４の外周には磁石１５が接着材で固定されている。

以上は回転電機の基本的な構成であるのでこれ以上の説明は省略する。

次に、本発明の技術的な特徴について説明する。

図４に図２のIV-IV断面を示す。なお、図４はステータコイル端部７ａが挿通される絶縁部材８ａの構成を示しているが、ステータコイル端部７ｂが挿通される絶縁部材８ｂも絶縁部材８ａと同様に構成されている。

ステータコイル端部７ａの三本は、絶縁部材（樹脂部材）８ａに挿通させて集合化し、エンドカバー２の外に突出させている。これにより、集合化した三本のステータコイル端部７ａは第１の端部列を構成する。同様に、図示は省略するがステータコイル端部の中性点側７ｂの三本も樹脂製の絶縁部材（樹脂部材）８ｂに挿通させて集合化し、エンドカバー２の外に突出させている。これにより、集合化した三本のステータコイル端部７ｂは第２の端部列を構成する。

第１の端部列７ａは第１バスバー９を介してインバータ回路側に接続され、第２の端部列７ｂは第２バスバー１０に接続されて三本のステータコイル端７ｂが電気的に接続される。

ステータコイル端部７ａ，７ｂの各々は、図２に示す如く直線状に配置されている。この３本の配置は円弧上でも良い。

また上述した構成のために、ステータコイル端部７ａとステータコイル端部７ｂと第１バスバー９の端子９ａと第２バスバー１０の端子１０ａとは、回転軸１３の軸方向に沿って同じ方向に導出されている。

絶縁部材８ａ，８ｂは、エンドカバー２の孔２ａに組み込まれている。

絶縁部材８ａ，８ｂのステータコイル端部７ａ，７ｂが挿通する孔の孔径８ｃは、ステータコイル端部７ａ，７ｂが挿通可能な必要最小限の孔径として、ステータコイル端部７ａ，７ｂのガタを抑制すると共に、ステータコイル端部７ａ，７ｂの突出し部の回転方向における間隔の寸法ばらつきを規制している。また、絶縁部材８ａ，８ｂとエンドカバー２の孔２ａの回転軸１３中心基準での回転方向隙間８ｄは、絶縁部材８ａ，８ｂを孔２ａに組み込むために必要な必要最小限の隙間として絶縁部材８ａ，８ｂのガタを抑制すると共に、ステータコイル端部７ａ，７ｂの三本の突出し部の回転方向（周方向）における位置をセットで規制している。

図５に絶縁部材８ａ（８ｂ）をエンドカバー２の孔２ａに組み込んだ断面図を示す。図６は、ステータコイル端の動きを示す断面図である。図７は、ステータコイル端の成形作業を示す断面図である。

絶縁部材８ａ（８ｂ）とエンドカバー２の孔２ａの半径方向隙間８ｅは、図４の隙間８ｄよりも広い隙間とし、回転軸１３の中心基準での半径方向にはある程度自由に移動できる寸法としている。これにより、ステータコイル端部７ａ（７ｂ）は、図６の如くステータコイル７からの立ち上がり部７ｃを支点として振り子のよう（矢印方向）に動くことが可能となる。この支点７ｃからステータコイル端までの距離７ｄは、ステータコイル７の直径に対し十分に長いため比較的小さな力で先端部を動かすことが可能である。具体的には、図７の如くステータコイル端部７ａ（７ｂ）を三本セットで回転軸１３の中心方向（矢印方向）に押して一様な並びになるように成形した後に、端子台１１を組み込む。このとき、端子台１１を組み込む前の状態で、ステータコイル端部７ａは端子台１１の第１バスバー９の端子９ａと干渉する位置にあり、ステータコイル端部７ｂは第２バスバー１０の端子１０ａと干渉する位置にある。

図８は、端子台１１を組み込む際に、ステータコイル端部７ａと第１バスバー９が接触開始した図である。

第１バスバー９及び第２バスバー１０は、一つの端子台１１に構成されている。

ステータコイル端部７ａと接触する第１バスバー９の平面部９ｃはステータコイル端部７ａに対して鋭角θ1の接触角度になっており、端子台１１の組込時にステータコイル端部７ａを径方向外側に押しのけながら（図中下向き矢印方向に）装着される。第１バスバー９の平面部９ｃはステータコイル端部７ａの突き出し方向に対して傾斜した傾斜面を構成することで、平面部（傾斜面、誘導面）９ｃに接触したステータコイル端部７ａは平面部（傾斜面、誘導面）９ｃをスムーズに滑りながら、径方向外側に誘導される。中性点側のステータコイル端部７ｂと第２バスバー１０の端子部１０ａ及び平面部（傾斜面、誘導面）１０ｃも同様である。

すなわち、第１バスバー９の端子９ａ及び第２バスバー１０の端子１０ａは、ステータコイル端部７ａ及びステータコイル端部７ｂと鋭角θ１で接触する傾斜部９ｃ，１０ｃを有する。そして、端子台１１が第１バスバー９の端子９ａ及び第２バスバー１０の端子１０ａの導出方向の先端側から組み付けられることにより、第１バスバー９の端子９ａが第１の端部列７ａに接触し、第２バスバー１０の端子１０ａが第２の端部列７ｂに接触する。

図９に端子台１１をエンドカバー２に固定した状態での電気接続部の断面図を示す。

第１バスバー９の端子９ａ及び第２バスバー１０の端子１０ａは、傾斜部９ｃ，１０ｃの先端側に前述の鋭角θ１より小さい角度θ２でステータコイル端部７ａ及びステータコイル端部７ｂと接触する先端部９ｄ，１０ｄを有する。これにより、ステータコイル端部７ａの先端部と第１バスバー端子９ａの先端部９ｄが鋭角θ２で点接触した状態となる。

この状態は、ステータコイル端部７ａ及び第１バスバー９の端子９ａの両方のスプリングバック力がバランスした状態であり、ステータコイル端部７ａと第１バスバー９の端子９ａとは接触した状態で静止している。

ステータコイル端部７ａ，７ｂに対する傾斜角度の異なる傾斜部（第１傾斜部）９ｃ，１０ｃと先端部（第２傾斜部）９ｄ，１０ｄとを設けることにより、ステータコイル端部７ａ，７ｂの位置（特に径方向に位置）のばらつきに対する対応性が高めつつ、ステータコイル端部７ａ及び第１バスバー９の端子９ａの両方のスプリングバック力のバランスを取り易くなる。

このように本実施例では、バスバー端子９ａ，１０ａによる機械的な固定をしなくても溶接可能な構造としている。

そのために、安定した溶接作業が可能となる。図示は省略するが、中性点側のステータコイル端部７ｂと中性点端子１０ａ部も同様である。

その結果、バスバー端子形状を平板化に簡略化出来る。平板化できると、プレス打ち抜き展開寸法の小型化によるコストダウンが可能となる。

具体的な例として図１０に第２バスバー１０の３面図および展開図を示す。

斜線部１０ｂがプレス曲げ前の展開形状である。バスバー端子部１０ａは単純な矩形なので、展開寸法も単純な帯状となり、隣接端子との干渉がなく展開形状に無駄がない。図１０に示すように、本実施例では、バスバー端子部のプレス打ち抜き展開寸法（曲げる前の形状１０ｂ）を小型化することができ、材料費の低減を図ることができる。また、加締めも不要となるので設備が不要となり設備償却コストの増加を抑制することができる。

本実施例では、モータ制御回路と電気的に接続されて電力がステータコイル７に入力されることを説明したが、モータ制御回路は本実施例の回転電機１０とは別の組部品として構成されてもよいし、モータ制御回路の一部、例えばインバータ回路がエンドカバー２に設けられて回転電機１０と一体になった構成であってもよい。回転電機１０とは別の組部品として構成されたモータ制御回路は回転電機１０に一体に組み付けられることにより、コンパクトな電動駆動装置を構成することができ、このような電動駆動装置は例えば電動パワーステアリング装置に適用できる。

以上をまとめると、本実施形態の回転電機は、以下の特徴を有する。三相のステータコイル７の電力入力側三本及び中性点側三本のコイル端部７ａ，７ｂをそれぞれ樹脂製の絶縁部材８ａ，８ｂに挿通させて集合化し、筐体１外に突出させている。絶縁部材８ａ，８ｂは、金属製筐体２の孔２ａに組み込まれている。

絶縁部材８ａ，８ｂと金属製筐体２の孔２ａの回転子軸１３中心を基準とした半径方向隙間８ｅは、絶縁部材８ａ，８ｂが半径方向にある程度自由に移動できる寸法（径方向の位置調整代）としている。

これにより、ステータコイル端部７ａ，７ｂは、三本セットでステータコイル７からの立ち上がり部７ｃを支点として振り子のように動くことが可能となる。この支点７ｃからステータコイル端部７ａ，７ｂまでの距離７ｄをステータコイル７の直径に対し十分に長くすることで、ステータコイル端部７ａ，７ｂの先端部を比較的小さな力で動かすことが可能となる。

ステータコイル端部７ａは、第１バスバー９を介しインバータ回路と電気的に接続されている。ステータコイル端部７ａ，７ｂとバスバー９，１０の端子９ａ，１０ａは、溶接等で電気的に接続される。ステータコイル端部７ａ，７ｂの先端と接触するバスバー９，１０の平面部（傾斜部、誘導部）９ｃ，１０ｃは、ステータコイル端部７ａ，７ｂに対して鋭角で接触する形状になっており、バスバー９，１０を筐体に組み込む際は、ステータコイル端部７ａ，７ｂを押し退けながら組み付ける寸法関係としている。

バスバーが所定の位置に装着された状態では、ステータコイル端部７ａ，７ｂの先端とバスバー端子９ａ，１０ａの先端とは、各々のスプリングバック力がバランスした状態で点接触する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

４…固定子、１３…回転軸、３…回転子、４ａ…固定コア（電機子鉄心）、７…ステータコイル、７ａ…ステータコイル７の一端部（第１の端部列）、７ｂ…ステータコイルの他端部（第２の端部列）、９…バスバー（第１バスバー）、９ａ…第１バスバーの端子、９ｃ…第１バスバーの傾斜部（平坦部）、９ｄ…第１バスバーの先端部、１０…中性点バスバー（第２バスバー）、１０ａ…第２バスバーの端子、１０ｃ…第２バスバーの傾斜部（平坦部）、１０ｄ…第２バスバーの先端部、１１…端子台、１００…回転電機、θ1…端子台組込時にステータコイル端とバスバー端子の傾斜面とが接触する角度、θ２…端子台固定後のステータコイル端の先端とバスバー端子の先端部とが接触する角度。

Claims (5)

1. 固定子と、前記固定子の内周側に隙間を有して配置され、回転軸を中心に回転する回転子と、を備え、
   前記固定子は、
   内周側に等間隔に配列した複数の突極磁極が設けられた電機子鉄心と、
   前記突極磁極に巻回された三相のステータコイルと、
   前記ステータコイルの一端部側に電気的に接続され、各ステータコイルの駆動電流を供給するための第１バスバーと、
   を有する回転電機において、
   前記ステータコイルの一端部と前記第１バスバーの端子とを前記回転軸の軸方向に導出し、前記ステータコイルの一端部と前記第１バスバーの端子とを前記ステータコイルの一端部及び前記第１バスバーの端子の両方のスプリングバック力により接触させた状態で溶接したことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記固定子は、
   前記回転軸の軸方向に導出され端子を有し、中性点を構成する第２バスバーと、
   三相の前記ステータコイルの一端部を樹脂部材に挿通させて集合化した第１の端部列と、
   三相の前記ステータコイルの他端部を前記回転軸の軸方向に導出し樹脂部材に挿通させて集合化した第２の端部列と、
   を備え、
   前記第１の端部列は前記第１バスバーを介してインバータ回路側に接続され、前記第２の端部列は第２バスバーに接続されて電気的に接続されることを特徴とする回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   前記第１バスバー及び前記第２バスバーは、一つの端子台に構成され、前記端子台が前記第１バスバーの端子及び前記第２バスバーの端子の導出方向の先端側から組み付けられることにより、前記第１バスバーの端子が前記第１の端部列に接触し、前記第２バスバーの端子が前記第２の端部列に接触することを特徴とする回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機において、
   前記第１バスバーの端子及び前記第２バスバーの端子は、前記ステータコイルの一端部及び前記ステータコイルの他端部と鋭角で接触する傾斜部を有することを特徴とする回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機において、
   前記第１バスバーの端子及び前記第２バスバーの端子は、前記傾斜部の先端側に前記鋭角より小さい角度で前記ステータコイルの一端部及び前記ステータコイルの他端部と接触する先端部を有することを特徴とする回転電機。

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