JP2023104065A - バスバーユニット - Google Patents

Abstract

【課題】バスバーユニットとターミナルユニットの接続部の軸方向寸法を削減すると共に、ターミナルユニットの位置決め精度の向上を図る。【解決手段】モータ１は、ステータコア２１の一端側に配され、銅製のバスバー２９が合成樹脂製の本体部２８に埋設されたバスバーユニット２４を有する。バスバーユニット２４の本体部２８には、外部電源と電気的に接続される接続端子３４を備えたターミナルユニット３１が取り付けられる。本体部２８の端部２８ａには、バスバー２９の一部が露出した状態で配置される凹部３９が設けられている。ターミナルユニット３１には、凹部３９と嵌合し露出状態のバスバー２９に臨んで配置される突起部３８が突設されている。ターミナルユニット３１は、突起部３８の先端面３８ａがバスバー２９に直接対向する形でバスバーユニット２４に取り付けられる。【選択図】図５

Description

本発明は、電動モータの給電用バスバーユニットに関し、特に、バスバーユニットとそれに取り付けられるターミナルユニットとの間の接合構造に関する。

ブラシレスモータでは、コイルへの給電手段として、バスバーと呼ばれる金属製の導電部材を備えたバスバーユニットを用いる場合がある。特許文献１に記載されているように、バスバーユニットは一般に、略円環状に形成された樹脂モールド体に、複数のバスバーを互いに絶縁された状態で埋設した構成となっている。例えば、コイルをスター結線方式にて結線する場合、樹脂モールド体には、各相のコイルに給電を行うための複数の相用バスバーと、中性点（コモン）を成す中性点用バスバーとが埋設され、バスバーユニットが構成される。

また、バスバーユニットとモータ給電部（外部電源）との電気的接続のため、バスバーユニットにさらにターミナルユニットが取り付けられる場合がある。その際、モータのレイアウト上、ターミナルユニットをバスバーユニットの軸方向端面に配置する構成が想定され、そこでは、バスバーユニットの端面にターミナルユニットが取り付けられる。図８は、従来の接合構造にてターミナルユニットをバスバーユニット端面に取り付けた状態を示す説明図、図９は、図８の場合のバスバーとターミナルユニットの断面イメージを示す説明図である。

図８に示すように、バスバーユニット６１の端面（図中上面）には、バスバーユニットとは別体に形成されたターミナルユニット６２が取り付けられる。バスバーユニット６１には、各相用の給電端子６３が複数個（ここでは、３相分の３個と各相接続用１個の計４個）設けられており、各給電端子６３は、バスバー６４と一体に形成され電気的に導通している。また、ターミナルユニット６２にも各相用の接続端子６５が複数個設けられており、各接続端子６５は、バスバーユニット６１上にターミナルユニット６２を載置すると、同相の各給電端子６３と対向する。

一方、図９に示すように、バスバーユニット６１とターミナルユニット６２は、両者間に設けられた嵌合接合部６６にて接続される。嵌合接合部６６は、バスバーユニット６１側に形成された凹溝６７と、ターミナルユニット６２側に凸設された突起部６８とから構成されており、ターミナルユニット６２は、突起部６８を凹溝６７に嵌め込むことにより、径方向に位置決めされた状態でバスバーユニット６１上に取り付けられる。そして、この状態で各接続端子６５と給電端子６３をそれぞれ溶接することにより、外部電源とバスバー６４とが電気的に接続される。

特開２０１５－７０６３２号公報

しかしながら、図８,９の構成の場合、バスバーユニット６１とターミナルユニット６２の接続部の軸方向高さが嵌合接合部６６の厚さ分だけ大きくなる。すなわち、嵌合接合部６６では、バスバーユニット６１側の凹溝６７の底部に設けられた樹脂被覆部分６９とターミナルユニット６２側の突起部６８が重なる形となる。このため、その分だけモータの軸方向寸法が大きくなってしまうという問題があった。また、図８,９の構成では、径方向の位置決めは可能であるものの、周方向に正確に位置決めするためには、別の位置決め構造がさらに必要になる、という問題もあった。

本発明の目的は、バスバーユニットとターミナルユニットの接続部の軸方向寸法を削減すると共に、ターミナルユニットの位置決め精度の向上を図ることにある。

本発明のバスバーユニットは、ステータコアの一端側に配され、合成樹脂製の本体部と、前記本体部と一体化されステータコイルと電気的に接続される金属製のバスバーと、を有し、前記本体部に、外部電源と電気的に接続される接続端子を備えたターミナルユニットが取り付けられるバスバーユニットであって、前記本体部は、前記バスバーの一部が露出した状態で配置される凹部を備え、前記ターミナルユニットは、前記凹部と嵌合し露出状態の前記バスバーに臨んで配置される突起部を備えることを特徴とする。

本発明の他のバスバーユニットは、ステータコアの一端側に配され、合成樹脂製の本体部と、前記本体部と一体化されステータコイルと電気的に接続される金属製のバスバーと、を有し、前記本体部に、外部電源と電気的に接続される接続端子を備えたターミナルユニットが取り付けられるバスバーユニットであって、前記ターミナルユニットは、前記接続端子の一部が露出した状態で配置される凹部を備え、前記本体部は、前記凹部と嵌合し露出状態の前記バスバーに臨んで配置される突起部を備えることを特徴とする。

前記バスバーユニットにおいて、前記凹部に該凹部の径方向及び周方向を囲む壁部を設け、前記壁部によって径方向及び周方向の移動が規制された状態で前記突起部を前記凹部に取り付けるようにしても良い。これにより、前記突起部と前記凹部を嵌合させることにより、前記バスバーユニットと前記ターミナルユニットとの間が精度良く位置決めされる。

本発明のバスバーユニットによれば、バスバーユニットの本体部に、バスバーの一部が露出した状態で配置される凹部を設けると共に、バスバーユニットに取り付けられるターミナルユニットに、バスバーユニットの凹部と嵌合し露出状態のバスバーに臨んで配置される突起部を設けたので、突起部とバスバーが対向する状態でターミナルユニットをバスバーユニットに取り付けることができる。このため、従来のバスバーユニットに存在するバスバーの樹脂被覆部分の厚みを削減することができ、その分、従来よりもステータの軸方向寸法を小さくでき、モータの短軸化を図ることが可能となる。

本発明の他のバスバーユニットによれば、ターミナルユニットに、接続端子の一部が露出した状態で配置される凹部を設けると共に、バスバーユニットの本体部に、ターミナルユニットの凹部と嵌合し露出状態の接続端子に臨んで配置される突起部を設けたので、突起部と接続端子が対向する状態でターミナルユニットをバスバーユニットに取り付けることができる。このため、従来のバスバーユニットに存在するバスバーの樹脂被覆部分の厚みを削減することができ、その分、従来よりもステータの軸方向寸法を小さくでき、モータの短軸化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態１であるバスバーユニットを用いたモータの構成を示す説明図である。 図１のモータにおけるステータの構成を示す説明図である。 （ａ）は、図１のモータにおけるステータコイルの巻装形態を示す説明図、（ｂ）は、従来のステータコイルの巻装形態を示す説明図である。 本発明の一実施の形態であるバスバーユニットに使用されるターミナルユニットの構成を示す説明図である。 図４のターミナルユニットをバスバーユニットに取り付ける際の様子を示す説明図である。 図４のターミナルユニットをバスバーユニットに取り付けたときのバスバーとターミナルユニットの断面イメージを示す説明図である。 本発明の実施の形態２であるバスバーユニットを用いた場合におけるバスバーとターミナルユニットの断面イメージを示す説明図である。 従来の接合構造にてターミナルユニットをバスバーユニット端面に取り付けた状態を示す説明図である。 図８の場合におけるバスバーとターミナルユニットの断面イメージを示す説明図である。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１であるバスバーユニットを採用したブラシレスモータ１（以下、モータ１と略記する）の断面図である。図１に示すように、モータ１は、外側にステータ（固定子）２、内側にロータ（回転子）３を配したインナーロータ型のブラシレスモータとなっており、例えば電動パワーステアリング装置の駆動源として使用される。

図１に示すように、ステータ２は、鉄等にて有底円筒状に形成されたモータハウジング４の内側に圧入等によって固定される。モータハウジング４の図１において右端側の開口部には、ベアリング５ａを保持するためのベアリングホルダプレート６が取り付けられている。また、同左端側にはベアリング５ｂが取り付けられている。ベアリング５ａは、ベアリングホルダプレート６の中央部に取り付けられたベアリングホルダ７に、ベアリング５ｂは、モータハウジング４の底部中央に形成されたベアリング固定部８にそれぞれ固定されている。ベアリング５ａ,５ｂにはロータシャフト（回転軸）９が軸支されている。ステータ２の内側には、ロータシャフト９に固定されたロータ３が回転自在に挿入されている。

ロータ３は、ロータシャフト９に固定されたロータコア１１と、ロータコア１１の外周部に取り付けられた複数個（ここでは１０個）のマグネット１２、マグネット１２の外周に取り付けられた飛散防止用のマグネットカバー１３と、を備えている。ロータコア１１は、電磁鋼板等にて形成された円形の薄板状コアプレート（鋼板材）を複数枚積層させた構成となっており、ロータシャフト９に圧入固定される。

ロータコア１１の図中左端部には、ロータシャフト９に固定される形でマグネットホルダ１４が取り付けられている。マグネットホルダ１４には、軸方向沿って延びる１０個のホルダアーム（図示せず）が設けられている。ホルダアームはロータコア１１の外周部に配設されており、マグネット１２は、ホルダアームに挟持された状態でロータコア１１の外周に等間隔で取り付けられる。マグネット１２の外側にはさらに、鉄等にて形成されたマグネットカバー１３がマグネット１２を覆うように取り付けられる。

ロータシャフト９の図中右端側には、モータ１の回転角度を検出するためのセンサマグネット１５が取り付けられている。センサマグネット１５は、ロータシャフト９の図中右端部に圧入固定されたセンサマグネットホルダ１６に接着固定されている。また、ロータシャフト９の同左端側には、モータ１によって駆動される被動装置（図示せず）に接続されるジョイント１７が取り付けられている。

図２は、ステータ２の構成を示す説明図である。図２に示すように、ステータ２は、ステータコア２１と、ステータコア２１のティース２２に巻装されたステータコイル２３（以下、コイル２３と略記する）、ステータコア２１に取り付けられたバスバーユニット２４と、を備えている。ステータコア２１は、電磁鋼板等にて形成された薄板材を積層して形成されており、複数個（本実施形態においては１２個）のティース２２が径方向内側に向かって突設されている。隣接するティース２２の間にはスロット２５が形成されており、ステータ２は１２スロット構成となっている。これにより、本実施形態のモータ１は、１０極１２スロット（１０Ｐ１２Ｓ）構成となっている。

ステータコア２１には合成樹脂製のインシュレータ２６が取り付けられており、インシュレータ２６の外側にはコイル２３が巻装されている。コイル２３は、スロット２５を介してティース２２に巻装される。図３は、コイル２３の巻装形態を示す説明図である。モータ１では、同相のコイル２３が隣接して配置され（コイル２３ｐ,２３ｑ）、１本の銅線で連続して巻線される。この場合、隣接する同相コイル２３ｐ,２３ｑは互いに巻線方向を逆にする必要があり、図３（ａ）に示すように、コイル２３ｐ側の始点Ｓから巻き始め、コイル２３ｐを巻き終わった後、渡り線２７を経て隣のティース２２の内径側に移り、コイル２３ｑを巻いて終点Ｆにて巻き終わる形で巻装される。

ここで、従来のモータでは、ステータコア外径側の始点Ｓから１つ目のコイル７１ｐを巻き始める場合、図３（ｂ）に示すように、コイル７１ｐを巻き終わった後、渡り線７２をティース外径側に導入してコイル７１ｑを巻装している。ところが、このような巻線形態の場合、コイル７１ｑの最外径部位に渡り線７２が存在しているため、コイルを巻けない領域Ｚが生じてしまう。このため、スロット７３内に無駄な空間（領域Ｚの部分）ができ、コイル占積率が低下してしまうという問題があった。

これに対し、当該モータ１のコイル２３は、図３（ａ）に示すように、２つ目のコイル２３ｑの巻線の始点がコア内径側に設定されており、渡り線２７はコイル２３ｐ側から隣接するティース２２の先端部分に導入され、コイル２３ｑが巻装される。その結果、スロット２５内に領域Ｚのような無駄な空間が生ぜず、渡り線２７の影響を受けることなく２つ目のコイル２３ｑを巻くことができる。したがって、コイル占積率の向上が図られ、両コイル２３ｐ,２３ｑを同等の占積率にて巻装することが可能となる。また、占積率向上に伴い、コイル巻き太りも抑制でき、分割コア採用時におけるコア集結時の隣接コイル同士の接触も抑えられる。

ステータコア２１の一端側（モータハウジング４の右端開口側）には、バスバーユニット２４が取り付けられている。バスバーユニット２４は、合成樹脂製の本体部２８内に金属製（銅製）のバスバー２９がインサート成形にて埋設された構成となっている。バスバー２９は、モータ１の相数に対応した個数（ここでは、Ｕ相,Ｖ相,Ｗ相分の３個と各相接続用１個の計４個）設けられている。各バスバー２９の外周部には、複数個の給電用端子２９ａが径方向外側に向かって突設されており、バスバーユニット２４から突出している。給電用端子２９ａは、ステータコア２１側から引き出されたコイル２３の端部２３ａが溶接される。各コイル２３は、その相に対応した給電用端子２９ａと電気的に接続される。ステータコア２１は、バスバーユニット２４を取り付けた後、モータハウジング４内に圧入固定される。

また、バスバーユニット２４には、外部電源との接続に用いられるターミナルユニット３１が取り付けられている。バスバーユニット２４の本体部２８の端部（図１においては右端部、図２においては上端部）２８ａには、ターミナルユニット取付部３２が設けられており、ターミナルユニット３１はこのターミナルユニット取付部３２に接合される。図４はターミナルユニット３１の構成を示す説明図、図５はターミナルユニット３１をバスバーユニット２４に取り付ける際の状態を示す説明図、図６は、ターミナルユニット３１をバスバーユニット２４に取り付けたときのバスバー２９とターミナルユニット３１の断面イメージを示す説明図である。

図４に示すように、ターミナルユニット３１は、合成樹脂製の基体部３３と、基体部３３に取り付けられた接続端子３４とから構成されている。基体部３３には、銅製の接続端子３４が３個（３４Ｕ,３４Ｖ,３４Ｗ）取り付けられている。接続端子３４は、全体が略コの字形となっており、長短の端子片３４ａ,３４ｂと、両端子片３４ａ,３４ｂをつなぐベース部３４ｃとからなり、ベース部３４ｃにて基体部３３と固定されている。接続端子３４の長い端子片３４ａは、バスバーユニット２４の径方向外側に配され、図１に示すように、外部電源接続用のハーネス３５の電源端子３６と接続される。また、短い端子片３４ｂは、バスバーユニット２４の径方向内側に配され、バスバーユニット２４上にターミナルユニット３１を取り付けると、各相バスバー２９の給電端子３７（３７Ｕ,３７Ｖ,３７Ｗ）と対向する。

ターミナルユニット３１の図４において下面側には、突起部３８が突設されている。突起部３８は、バスバーユニット２４のターミナルユニット取付部３２に形成された凹部３９と嵌合するようになっており、凹部３９と突起部３８によって嵌合接合部４１が形成される。この場合、ターミナルユニット取付部３２の凹部３９は、バスバーユニット２４の本体部端部２８ａを一部切り欠く形で設けられており、凹部３９の底部では、バスバー２９の一部が露出した状態となっている。凹部３９の径方向外側は外周壁（壁部）４２、同内側は内周壁（壁部）４３となっている。また、凹部３９の周方向端部は、側壁（壁部）４４,４５となっている。

ターミナルユニット３１は、凹部３９に突起部３８を嵌め込むことにより、露出状態のバスバー２９を覆う形でターミナルユニット取付部３２に取り付けられる。そして、この状態でバスバー２９の各相の給電端子３７Ｕ,３７Ｖ,３７Ｗと、ターミナルユニット３１の各端子片３４ｂをそれぞれ溶接する。これにより、外部電源と各相バスバー２９とが電気的に接続され、各相コイル２３への給電が可能となる。

このように、モータ１では、ターミナルユニット取付部３２の凹部３９にて、バスバー２９が外部に臨んで配された状態となっている。前述のように、図８,９のような従来の構成では、バスバー６４の上方に樹脂被覆部分６９があるため、その分、嵌合接合部６６の厚みが大きくなる。これに対し、バスバーユニット２４では、バスバー２９が凹部３９内にて露出状態となっており、その上方に樹脂被覆部分が存在しない。このため、図６に示すように、ターミナルユニット３１は、突起部３８の先端面３８ａがバスバー２９に直接対向あるいは密接する形でバスバーユニット２４に取り付けられる。その結果、モータ１では、図９の樹脂被覆部分６９相当の厚みが削減され、その分、図９の構成に比して嵌合接合部４１の厚さが抑えられる。これにより、モータ１は、従来よりもステータ２の軸方向寸法を小さくでき、モータの短軸化を図ることが可能となる。

また、凹部３９は、径方向に外周壁４２と内周壁４３が、周方向に側壁４４,４５が設けられている。つまり、凹部３９は四方を壁部によって囲まれた形となっており、そこにターミナルユニット３１の突起部３８が、径方向及び周方向の移動が規制された状態で取り付けられる。このため、ターミナルユニット３１は、径方向のみならず、周方向にも位置決めされた状態でターミナルユニット取付部３２に装着される。したがって、モータ１では、突起部３８を凹部３９に嵌め込むだけでターミナルユニット３１が位置決めされ、ターミナルユニット３１の位置決め精度の向上が図られる。その結果、別途位置決め構造を設けることなく、ターミナルユニット３１をモータ内に精度良く配置することが可能となる。

（実施の形態２）
前述の実施の形態１では、バスバーユニット２４側を凹部３９、ターミナルユニット３１側を突起部３８としたが、凹凸関係を逆にし、バスバーユニット２４側に突起部、ターミナルユニット３１に凹部を設けても良い。図７は、本発明の実施の形態２であるバスバーユニットを用いた場合におけるバスバーとターミナルユニットの断面イメージを示す説明図である。なお、実施の形態２では、実施の形態１と同様の部分、部材には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図７に示すように、実施の形態２のバスバーユニット５１では、バスバーユニット５１側に突起部５２、ターミナルユニット５３側に凹部５４が設けられている。凹部５４は周囲を壁部にて囲まれている（ここでは、径方向の側壁５５,５６のみ表示、内・外周壁は図示せず）。凹部５４には、接続端子３４の一部（ベース部３４ｃの一部）が外部に露出した状態で配置されている。一方、バスバーユニット５１の本体部２８には、突起部５２を備えたターミナルユニット取付部５７が設けられており、突起部５２と凹部５４を嵌合させることにより、ターミナルユニット５３がバスバーユニット５１に装着される。

バスバーユニット５１では、接続端子３４が凹部５４内にて露出状態となっており、その下方に樹脂被覆部分が存在しない。このため、図７に示すように、ターミナルユニット５３は、バスバーユニット５１の突起部５２の先端面５２ａが接続端子３４に直接対向あるいは密接する形でバスバーユニット５１に取り付けられる。したがって、バスバーユニット５１においても、図９の樹脂被覆部分６９相当の厚みが削減され、その分、ステータ２の軸方向寸法を小さくでき、モータの短軸化を図ることが可能となる。

また、凹部５４も、実施の形態１の凹部３９と同様に四方を壁部によって囲まれた形となっており、そこにバスバーユニット５１の突起部５２が、径方向及び周方向の移動が規制された状態で取り付けられる。このため、ターミナルユニット５３は、径方向のみならず、周方向にも位置決めされた状態でターミナルユニット取付部５７に装着される。すなわち、実施の形態１と同様に、突起部５２を凹部５４に嵌め込むだけでターミナルユニット５３が位置決めされ、ターミナルユニット５３の位置決め精度の向上が図られ、別途位置決め構造を設けることなく、ターミナルユニット５３をモータ内に精度良く配置することが可能となる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述のモータ１は、１０Ｐ１２Ｓ構成を採用しているが、本発明は、例えば、１４Ｐ１２Ｓ構成のブラシレスモータにも適用可能である。さらに、隣接するコイルが同相の場合、必ずしも図３（ａ）の巻線形態を採用する必要はなく、同（ｂ）のような巻線形態を採用することも可能である。加えて、本発明は、隣接するコイルが同相とならないような極スロット構成のブラシレスモータにも適用可能であり、その場合には図３（ａ）の巻線形態は採用しない。

本発明は、電動パワーステアリング装置用のモータ以外にも、オイルポンプや電動のブレーキシステム、ハイブリッド車や電気自動車などにも適用可能である。また、本発明のモータは、自動車関連のみならず、家電製品や産業機械など、他の電気機械・機器にも適用可能である。

１ ブラシレスモータ
２ ステータ
３ ロータ
４ モータハウジング
５ａ,５ｂ ベアリング
６ ベアリングホルダプレート
７ ベアリングホルダ
８ ベアリング固定部
９ ロータシャフト
１１ ロータコア
１２ マグネット
１３ マグネットカバー
１４ マグネットホルダ
１５ センサマグネット
１６ センサマグネットホルダ
１７ ジョイント
２１ ステータコア
２２ ティース
２３ ステータコイル
２３ａ 端部
２３ｐ,２３ｑ コイル（同相）
２４ バスバーユニット
２５ スロット
２６ インシュレータ
２７ 渡り線
２８ 本体部
２８ａ 本体部端部
２９ バスバー
２９ａ 給電用端子
３１ ターミナルユニット
３２ ターミナルユニット取付部
３３ 基体部
３４ 接続端子
３４ａ 長い端子片
３４ｂ 短い端子片
３４ｃ ベース部
３５ ハーネス
３６ 電源端子
３７ 給電端子
３７Ｕ,３７Ｖ,３７Ｗ 給電端子
３８ 突起部
３８ａ 先端面
３９ 凹部
４１ 嵌合接合部
４２ 外周壁（壁部）
４３ 内周壁（壁部）
４４ 側壁（壁部）
４５ 側壁（壁部）
５１ バスバーユニット
５２ 突起部
５２ａ 先端面
５３ ターミナルユニット
５４ 凹部
５５ 側壁（壁部）
５６ 側壁（壁部）
５７ ターミナルユニット取付部
６１ バスバーユニット
６２ ターミナルユニット
６３ 給電端子
６４ バスバー
６５ 接続端子
６６ 嵌合接合部
６７ 凹溝
６８ 突起部
６９ 樹脂被覆部分
７１ｐ,７１ｑ コイル
７２ 渡り線
７３ スロット
Ｓ 巻線始点
Ｆ 巻線終点
Ｚ 領域

Claims (3)

1. ステータコアの一端側に配され、合成樹脂製の本体部と、前記本体部と一体化されステータコイルと電気的に接続される金属製のバスバーと、を有し、前記本体部に、外部電源と電気的に接続される接続端子を備えたターミナルユニットが取り付けられるバスバーユニットであって、
   前記本体部は、前記バスバーの一部が露出した状態で配置される凹部を備え、
   前記ターミナルユニットは、前記凹部と嵌合し露出状態の前記バスバーに臨んで配置される突起部を備えることを特徴とするバスバーユニット。
2. ステータコアの一端側に配され、合成樹脂製の本体部と、前記本体部と一体化されステータコイルと電気的に接続される金属製のバスバーと、を有し、前記本体部に、外部電源と電気的に接続される接続端子を備えたターミナルユニットが取り付けられるバスバーユニットであって、
   前記ターミナルユニットは、前記接続端子の一部が露出した状態で配置される凹部を備え、
   前記本体部は、前記凹部と嵌合し露出状態の前記バスバーに臨んで配置される突起部を備えることを特徴とするバスバーユニット。
3. 請求項１又は２記載のバスバーユニットにおいて、
   前記凹部は、該凹部の径方向及び周方向を囲む壁部を有し、
   前記突起部は、前記壁部によって径方向及び周方向の移動が規制された状態で前記凹部に取り付けられることを特徴とするバスバーユニット。

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