JP2021111998A - ステータ - Google Patents

Abstract

【課題】コイル部のコイル素線とバスバーの導通部との接続が容易なステータを構成する。【解決手段】三相モータに用いられ、軸芯Ｘを中心とする環状のヨーク部１１に複数のティース部１２が形成されたステータコア１０と、複数のティース部１２の各々に巻回されたコイル素線１４で構成されるコイル部ＣＬと、複数のコイル部ＣＬのうち、三相モータで同相となるコイル部ＣＬから引き出されたコイル素線１４の夫々の端部となる複数のリード線部１５に導通状態で接続された３本のバスバー３０と、を備えると共に、３本のバスバー３０の夫々が、軸芯Ｘに直交する仮想平面においてヨーク部１１の環状部分に配置される導通部３０Ａと、仮想平面に対して直交する姿勢の導出部３０Ｂとを有し、リード線部１５が、導通部３０Ａに互いに離間して形成された複数箇所の接続部Ｊに接続されている。【選択図】図２

Description

本発明は、三相モータのコイル部に接続するバスバーを備えたステータに関する。

上記構成のステータに関連する技術として特許文献１には、コイルの導線が接続される端子部を有する金属製の複数のバスバー部材と、これら複数のバスバー部材を支持するバスバーホルダとを備えたバスバーユニットが記載されている。

この特許文献１では、複数のバスバー部材を溶接により接続して一体化し、バスバーの端子部を外方に突出させる形態でリング状のバスバーホルダにインサートし、端子部にコイルの導線を接続する形態で用いられている。

特開２０１７−２０１８８２号公報

三相モータのステータとしてバスバーを備えたものは、環状のステータのヨーク部に巻回された複数のコイル部から引き出されたコイル素線にバスバーが接続される。

しかしながら、特許文献１に記載されたバスバーは、複数のバスバー部材を予め屈曲成形し、夫々を溶接により一体化する工程を必要とし、バスバーの製造に手間が掛かるものであった。また、特許文献１のように一体化した複数のバスバーを樹脂にインサートするにも工程を必要とするものであった。

また、特許文献１に示される複数のバスバー部材は、銅板等の板材を打ち抜き、屈曲する工程を必要としており、特に銅板等の板材を打ち抜く加工では材料の無駄を招くものとなり改善の余地があった。

また、特許文献１に記載されるバスバーユニットは、複数のバスバー部材の端子部が、バスバーホルダの外周面から外方に突出するため、モータの径方向の寸法の拡大に繋がりやすい。この不都合を解消するため、例えば、端子部の突出量を小さく（短く）することも考えられるが、端子部の突出量を小さくした場合には、バスバーとコイル素線とを接続するための熱圧接工法のツールスペースの確保が困難になるものであった。そこで、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接や、レーザ溶接等の技術により接続することも考えられるが、これらの接続技術は、加工費の増大に繋がるものであった。

特に、特許文献１のバスバーは複数のバスバー部材を溶接により一体化するため、溶接箇所において電気抵抗値が増大するため、コイルに供給する電源電圧を高く設定することも必要とすることになり、この点にも改善の余地があった。

このような理由から、コイル部のコイル素線とバスバーの導通部との接続が容易なステータが求められる。

本発明に係るステータの特徴構成は、三相モータに用いられ、軸芯を中心とする環状のヨーク部に複数のティース部が形成されたステータコアと、複数の前記ティース部の各々に巻回されたコイル素線で構成されるコイル部と、複数の前記コイル部のうち、前記三相モータで同相となる前記コイル部から引き出された前記コイル素線の夫々の端部となる複数のリード線部に導通状態で接続された３本のバスバーと、を備えると共に、３本の前記バスバーの夫々が、前記軸芯に直交する仮想平面において前記ヨーク部の環状部分に配置される導通部と、前記仮想平面に対して直交する姿勢の導出部とを有し、前記リード線部は、前記導通部に互いに離間して形成された複数箇所の接続部に接続されている点にある。

この特徴構成によると、軸芯に直交する姿勢の仮想平面に沿う姿勢の導通部に対してコイル部のリード線部を接触させることが可能となるため、例えば、バスバーの導通部にコイル素線を抵抗溶接等の手段で接続する場合に、接続に用いるツールを軸芯に沿う方向から接続部まで妨げられずに挿入して容易に接続を行える。また、互いに離間して形成された複数箇所の接続部に対してコイル部のリード線部を接続するため、例えば、単一の接続部にリード線部を接続する構成と比較すると、リード線部の引き出し長さの拡大を招くことなくリード線部と導通部とを接続できる。
従って、コイル部からのコイル素線とバスバーの導通部との接続も容易なステータが構成された。また、この構成では、製造時におけるバスバーの材料の無駄の低減も可能となる。

他の構成として、前記導通部の複数箇所の前記接続部の夫々に２本以上の前記リード線部が接続され、複数箇所の前記接続部のうち隣合うもの同士が近接配置されても良い。

これによると、複数箇所の接続部に対し２本以上のリード線部を纏めて接続することが可能となり、しかも、複数箇所の接続部が近接配置されているため、例えば、溶接等の接続を行うツールを、隣合う位置の２箇所の接続部においてリード線部を、同時に接触させて接続作業を行うことも可能となる。これにより作業工数を低減させることができる。

他の構成として、前記軸芯に沿う方向で見たときに、複数箇所の前記接続部が直線状に並んで配置されても良い。

これによると、複数の接続部が直線状に並んで配置されるため、複数箇所の接続部においてリード線部を溶接等によって接続する場合にも、導通部に対して直交する方向に同時に圧力を作用させて接続を行うことも可能となる。

他の構成として、前記バスバーの前記導通部に対向する位置にクランプ部材が配置され、前記リード線部が、前記クランプ部材と、前記バスバーの前記導通部とで挟まれて接続されても良い。

これによると、リード線部を、導通部とクランプ部材とに挟まれた位置決め状態で接続を行うので、溶接等の接続を行う際にリード線部が接続位置から離れる不都合を招くことがない。また、例えば、抵抗溶接を行う際には、リード線部と、導通部と、クランプ部材とを同時に溶接することで溶接面接を増大させ接続部での電気抵抗値の上昇の抑制も可能となる。

他の構成として、前記クランプ部材が、前記バスバーの前記導通部を挟み込むことにより、前記導通部に保持されるフック部を備えても良い。

これによると、クランプ部材のうちリード線部に接触する面が、バスバーの導通部から離間する方向への変位をフック部が規制するため、クランプ部材と導通部との間にリード線部を挟み込む状態を維持できる。これにより、接続作業を行う以前に、リード線部の位置が決まり、接続部においてリード線部を導通部に接続する作業を容易にする。

他の構成として、前記クランプ部材が、前記導通部が延出する方向において前記フック部を挟む２箇所に前記リード線部を挟み込む接触保持部が形成されても良い。

これによると、フック部を挟む２箇所の接触保持部にリード線部を保持できるため、２箇所の接触保持部においてリード線部を等しい力で挟むことにより、偏りなく圧力を作用させてリード線部を保持できる。

ステータの全体を示す斜視図である。 ステータの分解斜視図である。 バスリングの平面図である。 バスバーが引き出される部位の斜視図である。 ステータコアの平面図である。 複数のコイル部の結線を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔モータ部〕
図１、図２に示すように、軸芯Ｘを中心とする環状のステータコア１０と、ステータコア１０に重ね合わせる位置に配置される環状のバスリング２０と、バスリング２０に支持される３本のバスバー３０と、後述するコイル部ＣＬとを備えてステータＳが構成されている。図３、図５に示すように、このステータＳでは、ステータコア１０の内部空間に軸芯Ｘを中心に回転するロータコア１を備えてオイルポンプを構成するポンプモータが構成される。

オイルポンプは、乗用車等の車両においてブレーキシステム等のオイルを供給するものであり、ポンプモータは、三相モータと共通する構造を有したブラシレスＤＣモータとして構成されている。

尚、ロータコア１は、磁性鋼板を積層することで全体的に円柱状で、永久磁石（図示せず）を内蔵することにより磁極数が１０に設定されている。ステータコア１０は、コイル部ＣＬの数（スロット数）が１２に設定されている。このように本実施形態に係るポンプモータは、１０極１２スロットに構成されている。

〔ステータコア〕
図１、図２、図５に示すように、ステータコア１０は磁性鋼板を積層することにより軸芯Ｘを中心として全体的に環状となるヨーク部１１を有すると共に、このヨーク部１１の内周に複数（実施形態では１２個）のティース部１２が一体的に形成されている。複数のティース部１２の外周に絶縁性の樹脂で成るインシュレータ１３を備え、このインシュレータ１３の外周に絶縁被膜を有するコイル素線１４を巻回することでコイル部ＣＬが形成されている。

図５に示すように１２個のコイル部ＣＬが、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相との各相に対応して同図にＵｃ１，Ｕｃ２として示す位置、Ｖｃ１，Ｖｃ２として示す位置、Ｗｃ１，Ｗｃ２として示す位置に配置されている。また、図６に示すように、Ｕ相を構成する４つのコイル部ＣＬと、Ｖ相を構成する４つのコイル部ＣＬと、Ｗ相を構成する４つのコイル部ＣＬとがデルタ結線されている。

つまり、ステータコア１０は、Ｕｃ１，Ｕｃ２で示すＵ相のコイル部ＣＬとして、２つのコイル部ＣＬを直列に結線した直列コイル部を２組備えている。これと同様に、ステータコア１０は、Ｖｃ１，Ｖｃ２で示すＶ相のコイル部ＣＬと、Ｗｃ１，Ｗｃ２で示すＷ相のコイル部ＣＬも、直列に結線した直列コイル部を夫々２組備えている。

ステータコア１０では、図２、図３に示すように、各相において２組の直列コイル部の夫々のコイル素線１４の４本の端部がリード線部１５としてステータコア１０から外方に引き出されている。このとき、同相の２組の直列コイル部の各組のリード線部１５の夫々一方が同じ所に引き出され、夫々の他方が別の同じ所に引き出されている。これにより、三相でステータコア１０から外部に１２本のリード線部１５が引き出される。特に、図５では、Ｕ相と、Ｖ相と、Ｗ相の三相におけるリード線部１５が引き出されてバスバー３０に接続される３領域を接続エリアＪ（接続部の一例）として示している。以後、同じ所に引き出された２本のリード線部１５を「一対のリード線部１５」と称する。

また、図６に示すデルタ結線を行うため、Ｕ相の一対のリード線部１５と、Ｖ相の一対のリード線部１５とを電気的に接続するバスバー３０と、図１〜図４に示すクランプ部材３２とが用いられる。

これと同様に、Ｕ相の一対のリード線部１５と、Ｖ相の一対のリード線部１５とを電気的に接続し、Ｖ相の一対のリード線部１５と、Ｗ相の一対のリード線部１５とを電気的に接続するため、バスバー３０とクランプ部材３２とが用いられている。このように一対のリード線部１５をクランプ部材３２に接続する工程が、三相モータで同相となるコイル部ＣＬのコイル素線１４のリード線部１５に導通状態で接続する工程の具体例である。バスバー３０とクランプ部材３２の詳細は後述する。

〔バスリング〕
図１〜図４に示すように、バスリング２０は、絶縁性の樹脂を環状に成形したものである。このバスリング２０の外周部には、ステータコア１０の外周に形成された複数の溝部１０ａのうち対応するものに係合する回転規制突起２１と、ステータコア１０の一部に係合することによりステータコア１０に連結する状態を維持する係合保持部２２とを備えている。

また、バスリング２０のうち、ステータコア１０と反対側（図１、図２、図４で上側）には、３本のバスバー３０を支持するため複数のバスバー保持部２３が一体形成されている。また、一部のバスバー保持部２３にはバスバー３０が密嵌合可能な溝状構造を有すると共に、脱落を防止する爪状部２３ａが形成されている。

更に、図３に示すように軸芯Ｘに沿う方向視において、バスリング２０の外周を３等分した位置（軸芯Ｘを中心に周方向を１２０度毎に分割した位置）にリード線部１５をバスバー３０に接続する接続エリアＪ（接続部）が設定されている。

３箇所の接続エリアＪには、バスリング２０の外周から中心方向に向かう領域に図６で示す一対のリード線部１５が２組挿入、保持される一対の導入溝２４が形成され、一対の導入溝２４の中間位置に一対の支持孔部２５が形成されている。

〔バスバー〕
３本のバスバー３０は、図１、図２に示すように夫々の形状が異なるものであるが、３本のバスバー３０とも、断面形状が正方形となる銅材（導体材料の一例）等の良導体からなる角棒材を屈曲することで構成されている。また、３本のバスバー３０は、ステータＳが組み立てられた状態で、軸芯Ｘに直交する仮想平面においてヨーク部１１の環状部分に配置される導通部３０Ａと、仮想平面に対して直交する姿勢の導出部３０Ｂとが形成されている。

更に、バスバー３０は、導通部３０Ａの端部位置をプレス加工することにより軸芯Ｘに沿う方向（バスバー３０をバスリング２０に支持した状態での方向）の幅を拡大した接続領域３０Ａｊが形成されている。また、バスバー３０は、導出部３０Ｂの端部位置をプレス加工することにより厚みを低減したコネクト領域３０Ｂｃが形成されている。

導通部３０Ａは、前述したように軸芯Ｘに直交する仮想平面においてヨーク部１１に沿って配置されるものであるが、導通部３０Ａを屈曲することでヨーク部１１に沿う領域に配置され、接続領域３０Ａｊは直線状に形成されている。

３本のバスバー３０の夫々の導通部３０Ａと導出部３０Ｂとの境界部分は、図４に示すように、各々の間に間隙（絶縁距離）を作り出すように屈曲することで絶縁状態を維持している。図１に示すように、３本のバスバー３０の夫々の導出部３０Ｂは、絶縁性の樹脂で成るガイド体３１に挿通する状態で保持され、このガイド体３１の延出側の端部から３本のコネクト領域３０Ｂｃが露出している。また、ガイド体３１は、３本のバスバー３０の夫々の導出部３０Ｂが互いに離間する位置関係を維持するように３本のバスバー３０を保持する。

このようにガイド体３１の端部から３つのコネクト領域３０Ｂｃが露出することによりガイド体３１の端部がコネクタとして構成される。尚、コネクタとして機能するコネクト領域３０Ｂｃに対してモータ駆動回路からの電流が供給される。

前述したように、３本のバスバー３０の導通部３０Ａが前述した接続エリアＪにおいてリード線部１５に導通するように接続されるものであり、図１〜図４に示すように夫々の導通部３０Ａに対してクランプ部材３２が備えられている。

クランプ部材３２は、フック部３２ａと、一対の接触保持部３２ｂと、一対の保持片３２ｃとを銅材等の良導体で成る板材で構成している。クランプ部材３２は、バスバー３０の接続領域３０Ａｊのうち、リード線部１５がバスバー３０に接触する面と反対側（裏側）の面に達するようにフック部３２ａを屈曲しており、このフック部３２ａの端部を接続領域３０Ａｊの裏側に抵抗溶接等の技術により導通状態で連結固定している。

また、図１〜図３に示すように、おいてフック部３２ａを挟んで対称となる位置に一対の接触保持部３２ｂが配置され、一対の保持片３２ｃが、バスリング２０の３つの接続エリアＪの一対の支持孔部２５に挿入可能な位置に配置されている。

一対の接触保持部３２ｂと、この一対の接触保持部３２ｂに対向する位置のバスバー３０の接続領域３０Ａｊとがリード線部１５の接続エリアＪ（接続部）における接続構成の具体例である。軸芯Ｘに沿う方向視で、一対の接触保持部３２ｂは、バスバー３０の導通部３０Ａに沿って直線状に並び、互いに近接する位置に配置されている。また、一対の接触保持部３２ｂは、夫々が２本のリード線部１５の挟み込みが可能となるように導通部３０Ａから離間する方向に膨らむ形状に成形され、一対の接触保持部３２ｂは接続エリアＪにおいて近接配置されると共に、直線状に並ぶように配置されている。

〔ステータの組み立て〕
このような構成から、ステータＳを組み立てる場合には、ステータコア１０のティース部１２にインシュレータ１３を外嵌し、これにコイル素線１４を巻回し、この巻回の後にリード線部１５を、接続エリアＪに対応する位置に引き出しておく。また、３本のバスバー３０の導通部３０Ａにクランプ部材３２のフック部３２ａを溶接することで、このクランプ部材３２をバスバー３０に連結固定しておく。

次に、バスリング２０のバスバー保持部２３で対応する３本のバスバー３０を支持し、３本のバスバー３０の導出部３０Ｂをガイド体３１に挿入した状態で、バスリング２０をステータコア１０に載置して保持する。このように保持する際には、回転規制突起２１をステータコア１０の外周の溝部１０ａに係合させ、係合保持部２２をステータコア１０に係合させる。

前述したように、バスリング２０のバスバー保持部２３に対し、対応する３本のバスバー３０を支持する際には、クランプ部材３２の一対の保持片３２ｃを対応する位置の支持孔部２５に挿入することで、クランプ部材３２が適正な位置に保持される。

特に、バスリング２０をステータコア１０で保持する際には、図４に示すように一対のリード線部１５を、導入溝２４に引き込んでおくことにより、一対のリード線部１５がクランプ部材３２の接触保持部３２ｂと、バスバー３０の接続領域３０Ａｊ（導通部３０Ａ）とに挟み込むことが可能となる。

尚、バスリング２０のバスバー保持部２３で対応する３本のバスバー３０を支持する工程は、バスリング２０をステータコア１０に保持した後であっても良い。

次に、クランプ部材３２の一対の接触保持部３２ｂに溶接装置の電極を配置し、電極に電流を供給することにより、抵抗溶接、あるいは、ヒュージングにより、クランプ部材３２の一対の接触保持部３２ｂと、バスバー３０の導通部３０Ａと、リード線部１５の夫々が溶接により接続される。このように接続する際には、１つの接続エリアＪに配置される１つのクランプ部材３２の一対の接触保持部３２ｂの夫々に一対のリード線部１５が挟み込まれているため、１つの接続エリアＪにおいて４本のリード線部１５がバスバー３０の導通部３０Ａに接続され、一度の溶接により２箇所の接続部が電気的な導通状態に達する。その後、余剰のリード線部１５を切除する。

尚、この接続では、溶接時の温度上昇に伴いリード線部１５の被覆は取り除かれるため、被覆を除去する作業を不要にしている。

〔実施形態の作用効果〕
このように、バスバー３０の導通部３０Ａの接続領域３０Ａｊとクランプ部材３２とが、バスリング２０のうちステータコア１０の反対側（図１〜図３で上側）に露出するため、接続領域３０Ａｊとクランプ部材３２とにリード線部１５を溶接により接続する工程では、溶接装置の電極の配置を容易に行わせ、バスバー３０と複数のリード線部１５との溶接作業を容易に行える。

特に、一対の接触保持部３２ｂは接続エリアＪにおいて、接続領域３０Ａｊに沿って直線状に並ぶように近接配置されるため、４本のリード線部１５を同時に溶接する際に一対ずつの電極を同じ方向（互いに平行する方向）に圧力を作用させることが可能となり、溶接の回数を増大させることなく、作業工程、作業時間の短縮が可能となる。

また、バスバー３０の導通部３０Ａが、バスバー保持部２３で位置が決まり、クランプ部材３２が、保持片３２ｃの一対の保持片３２ｃで位置が決まるため、溶接作業を行う以前にバスバー３０と複数のリード線部１５との位置精度を高めることが可能となる。

更に、バスバー３０が、環状のヨーク部１１の軸芯Ｘに直交する姿勢の導通部３０Ａと、軸芯Ｘに沿う姿勢の導出部３０Ｂとを有しているため、例えば、棒状の導体材料を屈曲する程度の加工によりバスバー３０を作り出すことが可能となり、バスバー３０を板材を加工して形成する場合と比べて、用いられる材料の歩留まりを高めることができる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）バスバー３０として、断面形状が正方形となるものに限るものではなく、例えば、断面形状が円形や楕円形の丸棒材や、断面形状が多角形の棒材、あるいは、断面形状が矩形や台形のものでも良い。

（ｂ）クランプ部材３２は実施形態に示した形状に限るものではなく、単純な板状であっても良い。このように構成する場合、例えば、実施形態に示したフック部３２ａ、あるいは、一対の保持片３２ｃを備えずにクランプ部材３２を構成することも考えられる。

（ｃ）クランプ部材３２を用いずに、複数のリード線部１５を接続領域３０Ａｊ（導通部３０Ａ）に対して直接的に溶接するように接続形態を設定することも可能である。

（ｄ）複数のリード線部１５を接続領域３０Ａｊ（導通部３０Ａ）に対して接続する手段としてはハンダを用いた、ろう付けでも良い。

本発明は、三相モータのコイル部に接続するバスバーを備えたステータに利用することができる。

１０ ステータコア
１１ ヨーク部
１２ ティース部
１４ コイル素線
１５ リード線部
３０ バスバー
３０Ａ 導通部
３０Ｂ 導出部
３２ クランプ部材
３２ａ フック部
３２ｂ 接触保持部
ＣＬ コイル部
Ｊ 接続エリア（接続部）
Ｘ 軸芯

Claims (6)

1. 三相モータに用いられ、軸芯を中心とする環状のヨーク部に複数のティース部が形成されたステータコアと、
   複数の前記ティース部の各々に巻回されたコイル素線で構成されるコイル部と、
   複数の前記コイル部のうち、前記三相モータで同相となる前記コイル部から引き出された前記コイル素線の夫々の端部となる複数のリード線部に導通状態で接続された３本のバスバーと、を備えると共に、
   ３本の前記バスバーの夫々が、前記軸芯に直交する仮想平面において前記ヨーク部の環状部分に配置される導通部と、前記仮想平面に対して直交する姿勢の導出部とを有し、
   前記リード線部は、前記導通部に互いに離間して形成された複数箇所の接続部に接続されているステータ。
2. 前記導通部の複数箇所の前記接続部の夫々に２本以上の前記リード線部が接続され、複数箇所の前記接続部のうち隣合うもの同士が近接配置されている請求項１に記載のステータ。
3. 前記軸芯に沿う方向で見たときに、複数箇所の前記接続部が直線状に並んで配置されている請求項１又は２に記載のステータ。
4. 前記バスバーの前記導通部に対向する位置にクランプ部材が配置され、
   前記リード線部が、前記クランプ部材と、前記バスバーの前記導通部とで挟まれて接続されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のステータ。
5. 前記クランプ部材が、前記バスバーの前記導通部を挟み込むことにより、前記導通部に保持されるフック部を備えている請求項４に記載のステータ。
6. 前記クランプ部材が、前記導通部が延出する方向において前記フック部を挟む２箇所に前記リード線部を挟み込む接触保持部が形成されている請求項５に記載のステータ。

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