JP4429757B2 - 電動機のバスリング構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えばハイブリッド車両等に用いられる電動機の結線に供される電動機のバスリング構造に関するものである。

従来、モータコイルの結線に供される配電部品としては、以下のように形成されるものがある。まず、所望の大きさにカットされた銅版にプレス打ち抜き工程を施し、モータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対応するフレームパーツを形成する。ついで、これらフレームパーツにそれぞれベンド加工等を施すことで、リードフレームを形成する。そして、これら各リードフレームを、互いに間隙を有するように積層した状態でモールド金型にセットして、射出成形によりモールド樹脂（エンジニアリングプラスチック）をモールドする。これにより、各リードフレームが絶縁状態で一体化されて配電部品を製作することができる。この種の技術が、例えば、特許文献１に提案されている。

ところで、上述のプレス打ち抜きや切断加工によりリードフレームを形成する場合には、歩留まりが悪く製品コストが上昇してしまう点で好ましくない。このため、モータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）毎に導線を用意し、これらの導線をそれぞれ曲げ加工したものを一体化させることにより、バスリングを製造する技術が検討されつつある。

例えば、図１２、図１３に示すように、バスリング１２０には、略円環状の本体部から径方向内側にコ字状に曲げ加工した端子部１２１（１２１Ｕ、１２１Ｖ、１２１Ｗ）が各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）毎にそれぞれ設けられている。このようなバスリング１２０を有するステータは、周方向に分割形成されるステータコア部９からなる。ステータコア部９には、絶縁性のインシュレータ１１を介してモータコイル８が巻回されている。モータコイル８の外周側にヒュージング端子部材１３０が装着され、このヒュージング端子部材１３０を介してバスリング１２０とモータコイル８とが電気的に接続される。すなわち、ヒュージング端子部材１３０には、巻線端子保持部１３２と、バスリング端子保持部１３１とが設けられ、この巻線端子保持部１３２にモータコイル８の巻線端１５が保持されるとともに、バスリング端子保持部１３１にバスリング端子１２１が保持されて、両者１２０、８が電気的に接続される。

ところで、モータコイル８やバスリング１２０には、余分な電流が流れることを防止する等のために、導線の外周を絶縁材により覆う構成としたものがある。この場合には、モータコイル８の巻線端１５やバスリング端子１２１を、ヒュージング端子部材１３０と導通させるために、ヒュージング工程を行う。
例えば、図１５に示すように、断面Ｕ字状のバスリング端子部１３１によりバスリング端子１２１を挟み込んで保持させ、さらに、バスリング端子部１３１の両外側から一対の電極１５８を接触させて、この状態で、一対の電極１５８に電流を流すことにより、バスリング端子１２１をバスリング端子部１３１に溶着（ヒュージング）させる。なお、巻線端１５と巻線端子保持部１３２とのヒュージング工程も同様にして行われる。

具体的には、図１６に示すように、矢印Ｆのようにバスリング端子部１３１の両外側から一対の電極１５８を接触させて電流Ｉ１０を流すと、バスリング端子部１３１には、まず、密度の高い断面Ｕ字状の先端部に電流Ｉ１１が流れる（図１６（ａ）参照）。そして、このバスリング端子部１３１の先端部が電流Ｉ１１により発熱し（図１６（ｂ）参照）、この熱がバスリング端子１２１に伝えられる。この熱でバスリング端子１２１の外皮を覆う絶縁材１２２が溶かされて（図１６（ｃ）参照）、バスリング端子１２１の導線部分とバスリング端子部１３１とが溶着する。これにより、バスリング端子１２１に電流Ｉ１３が流れるようになり、導通が確保される（図１６（ｄ）参照）。この種の技術が特許文献２に提案されている。
特開２００１−２５１９８号公報 特開２０００−３４８７８５号公報

しかしながら、従来においては以下のような問題がある。すなわち、上述のようにヒュージング工程では、一対の電極１５８でヒュージングする部位（この場合にはバスリング端子部１３１、巻線端子保持部１３２）を挟む必要がある。このため、ヒュージング工程を行う箇所１３１、１３２の両側には、電極を挿入するための可動スペース（Ｌｂ、Ｌｍ）を有る程度確保して置く必要がある。従って、各端子部１２１は、電極１５８の可動スペースを確保するために、バスリング端子部１３１に保持されない側の部位１３４を、保持される側の部位１３３から所定間隔離れるように形成する必要がある。

ところが、各端子部１２１を上述のように形成すると、バスリング端子部１３１に保持されない側の部位１３４が、これに隣り合うヒュージング端子部材１３０の巻線端子保持部１３２における可動スペースと干渉してしまい、この巻線端子保持部１３２でのヒュージングを行えなくなってしまう（図１４の領域Ｋ参照）。ステータコア部９において巻線８が巻回される領域の長さＲ１はモータの出力性能に直結するため、上述のように可動スペースとの干渉が発生する場合には、出力性能を維持しつつモータの小型化を行うことができないという問題がある。

また、図１７に示すように、バスリング端子部１３１と端子部１２１との接点と、バスリング端子部１３１との距離αが大きくなると、バスリング端子部１３１の先端部から端子部１２１への伝熱時間が長くなる。そして、周囲の温度が低いときには、先端部と導体との間の空間部から熱が放出されるため、端子部１２１への伝熱量がさらに減少し、ヒュージング工程に時間がかかってしまい好ましくない。
従って、本発明は、電動機（モータ）の性能を確保しつつ小型化を図ることができる電動機のバスリング構造を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、同一相のモータコイル（例えば、実施の形態におけるモータコイル８）を結線する電動機のバスリング構造において、少なくとも一本の導線から一体形成され、且つモータコイルの巻線端（例えば、実施の形態における巻線端１５）と接続される端子部（例えば、実施の形態における密着端子２１）は、Ｕ字状に曲げ形成されてその対向面を互いに密着形成してこの密着部分がヒュージング端子と接続される密着端子であることを特徴とする。

この発明によれば、バスリングのモータコイルの巻線端と接続する端子部を密着形状にすることで、端子部はヒュージング端子に一体的に保持されて、ヒュージング端子の周方向外部に突出する端子部の部位を無くすことができる。これにより、巻線端側における電極の可動スペースに干渉する端子部の部位を無くすことができるので、巻線側の可動スペースと端子部の可動スペースとを互いに共用化することができる。よって、ステータコアの巻線領域を確保しつつ、バスリングの径を小さくすることができる。従って、モータの性能を確保しつつモータの小型化を図ることができる。なお、バスリングの径を保持する場合には、巻線領域の径方向外側に拡大することができるので、モータの大きさを維持しつつモータの性能を向上することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記電動機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のバスリング形状（例えば、実施の形態におけるリードフレーム４０）を、前記密着端子を備える同形状に構成することを特徴とする。
この発明によれば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のバスリング形状を同一形状にすることで、各相を構成するバスリングの部材を同一の製造工程で製造することができるため、生産性を向上できる。また、各相における配電効率を均一化することができ、バランス良く配電を行うことができるため、モータの信頼性を向上することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のものであって、前記バスリングの密着端子と前記モータコイルの巻線端とを保持し、これらが溶着されるヒュージング端子（例えば、実施の形態におけるヒュージング端子部材３０）を備え、該ヒュージング端子には、各相の密着端子を挟持可能な幅をモータ軸方向に有するＵ字状部（例えば、実施の形態における密着端子保持部３１）が形成されることを特徴とする。

この発明によれば、モータ軸方向に位置をずらして密着端子を配置した場合であっても、ヒュージング工程を行うことができるので、各相の密着端子の位置変動に対応することができ、設計自由度を高めることができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のものであって、前記ヒュージング端子は、前記バスリングの密着端子との接触面（例えば、実施の形態における凸部５３）を、凹凸形状に形成することを特徴とする。

この発明によれば、ヒュージング端子と密着端子との接触面を凹凸形状に構成することにより、ヒュージング端子に接触する部位に応力を集中させて、この部位に電流が流れるように電気的に誘導することができる。これにより、密着端子に電流が流れれば電流による発熱で直接的に加熱され、密着端子のヒュージングを行うことができるので、ヒュージング工程に要する時間を大幅に短縮することができる。加えて、前記接触面を凹凸形状にしたことにより、ヒュージング端子に前記密着端子を接触させたときに、前記密着端子の外周を覆う絶縁材を前記凹凸部分からの応力により亀裂を生じさせて、内側の導線に前記接触面が直接接触するように作用させることができる。前記導線に接触面が接触した状態で電流を流すと、直ちに密着端子にも電流が流れて溶着されるため、ヒュージング工程を迅速に行うことができる。

請求項５に係る発明は、請求項３または請求項４に記載のものであって、前記ヒュージング端子は、前記Ｕ字状部の湾曲部を他の部位に比べて厚くなるように形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、前記ヒュージング端子の前記Ｕ字状部の湾曲部への電流の流れが電気的に抑制されるため、相対的にヒュージング端子が密着端子を挟み込んだ部位に電流が流れるよう電気的に誘導することができるので、ヒュージング工程に要する時間をさらに短縮することができる。

請求項１に係る発明によれば、モータの性能を確保しつつモータの小型化を図ることができる。
請求項２に係る発明によれば、生産性を向上でき、モータの信頼性を向上することができる。
請求項３に係る発明によれば、各相の密着端子の位置変動に対応することができ、設計自由度を高めることができる。
請求項４に係る発明によれば、ヒュージング工程に要する時間を大幅に短縮することができる。
請求項５に係る発明によれば、ヒュージング工程に要する時間をさらに短縮することができる。

以下、本発明の実施の形態における電動機のバスリング構造について、図面を参照して説明する。なお、従来技術と同様の部材については同一の番号を付して適宜その説明を省略する。
図１に示すモータ（電動機）１はハイブリット車両に用いられるもので、内燃エンジン２のクランクシャフト３及びトランスミッション４と軸線Ｃを共有するように配置されるものである。モータ１のロータ５はエンジン２のクランクシャフト３及びトランスミッション４に連結され、ハウジング６を介してエンジン２に固定されるステータ７に対して回転可能とされている。そして、モータ１が電力の供給を受けてエンジン２を駆動補助すると共に、車両減速時には運動エネルギーの一部を電力に回生できるようになっている。

ここで、モータ１は三相交流型とされ、ステータ７に設けられた複数のモータコイル８がＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するように配電部品２０によって結線されている。この配電部品２０には各相に対応する給電端子部２２が設けられ、この給電端子部２２がハウジング６上部に設けられたターミナルホルダ６ａに導かれて各相のターミナル６ｂに接続されている。

ステータ７は、円周方向に沿って配列される複数のステータコア部９を備えている。ステータコア部９には、径方向内側に向かって突出形成され、この突出部分に絶縁性のインシュレータ１１を介して導線が巻回されることで、複数のモータコイル８が円周方向に沿って配列されることとなる（図１２参照）。

各モータコイル８の内周側の部位には、２箇所のかしめ部を有する導線性の結線パーツ１３がインシュレータ１１に取り付けられ、この結線パーツ１３の一方のかしめ部でモータコイル８の導線が固定されると共に、他方のかしめ部で隣接するモータコイル８の導線端１４が固定されている。これにより、モータコイル８の内周側の導線端１４が全周に渡って結線され、その一部を図示しないアース端子に接続することで、各モータコイル８の中点接続がなされている（図１２参照）。

また、モータコイル８の外周側の部位には、ステータ７の外周に沿うように配電部品（バスリング）２０が設けられ、この配電部品２０により各モータコイル８の外周側の導線端１５が同一相毎に結線されて、前記ターミナル６ｂからＵ相、Ｖ相、Ｗ相の励磁電流がモータコイル８に供給されるようになっている。

図３に示すように、配電部品２０は円環状をなしており、径方向に沿って内側に突出する複数（この実施の形態では２４箇所）の端子部２１と、径方向外側に向かって形成される３相の給電端子部２２とを有している。
配電部品２０は、図２に示すように、各相に対応する略円環状のリードフレーム４０により形成される。リードフレーム４０は、導線の外周を絶縁部材で覆われて構成され、円環状に形成された本体部と、該本体部から径方向内側に向かって突出する端子部２１とを有している。

各端子部２１は、Ｕ相に対応する端子部２１Ｕ、Ｖ相に対応する端子部２１Ｖ及びＷ相に対応する端子部２１Ｗとに割当てられ、これら各端子部２１が、図３において右周りにＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順で連続して並びながら円周方向で等間隔に配列されている。また、給電端子部２２は、Ｕ相に対応する給電端子部２２Ｕ、Ｖ相に対応する給電端子部２２Ｖ及びＷ相に対応する給電端子部２２Ｗに割当てられ、各々所定の経路に沿って前記ターミナルホルダ６ａに導かれるように形成されている。
そして、配電部品２０は、リードフレーム４０をモールド樹脂（固定手段）２３により連結されて一体化されている。

本実施の形態においては、図２に示したリードフレーム４０の形状を、モータの各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）において同一形状となるように構成している。これにより、各リードフレーム４０により構成されるバスリング２０では、モータの軸線方向にリードフレーム４０の幅と略同程度の長さＬだけずらした位置に各相の給電端子部２２が配されることになる（図４参照）。これにより、給電端子部２２の位置により各相のいずれかを容易に判別することができ、利便性が向上する。

また、各相を構成するリードフレーム４０を同一の製造工程で製造することができるため、生産性を向上できる。さらに、各相における配電効率を均一化することができ、バランス良く配電を行うことができるため、モータの信頼性を向上することができる。

また、各リードフレーム４０の端子部２１は、図５に示すように、Ｕ字状に曲げ形成されてその対向面を互いに密着形成した密着端子２１となっている。
この密着端子２１と、モータコイル８とが、ヒュージング端子部材３０を介して電気的に接続される。すなわち、ヒュージング端子部材３０には、巻線端子保持部３２と、バスリング端子保持部３１とが設けられ、この巻線端子保持部３２にモータコイル８の巻線端１５が保持されるとともに、バスリング端子保持部３１に密着端子２１が保持されて、両者２０、８が電気的に接続される。

このとき、バスリング２０の密着端子２１はバスリング端子保持部３１に一体的に保持されるので、バスリング端子保持部３１の周方向外部に突出する端子部２１の部位を無くすことができる。これにより、図６に示すように、巻線端側における電極４８（図７参照）の可動スペースＬｍに干渉する端子部２１の部位を無くすことができるので、巻線側の可動スペースＬｍと端子部２１の可動スペースＬｂとを互いに共用化することができる。よって、ステータコア９の巻線領域を確保しつつ、バスリング２０の径を小さくすることができる。従って、モータの性能を確保しつつモータの小型化を図ることができる。なお、バスリング２０の径を保持する場合には、巻線領域の径方向外側に拡大することができるので、モータの大きさを維持しつつモータの性能を向上することができる。

また、ヒュージング端子部材３０には、図７に示すように、各相の密着端子２１を挟持可能な幅をモータ軸方向に有する密着端子保持部３１が形成される。
これにより、モータ軸方向に位置をずらして密着端子２１を配置した場合であっても、密着端子２１の位置をずらすことなくヒュージング工程を行うことができるので、各相の密着端子の位置変動に対応することができ、設計自由度を高めることができる。

次に、本発明の第２の実施の形態における電動機のバスリング構造について説明する。この実施の形態においては、ヒュージング端子部材５０における密着端子保持部５１の密着端子２１の接触面に、モータの軸心方向に沿って凸部５３が突出形成されている（図９参照）。本実施の形態においては、ヒュージング端子部材５０の凸部５３をプレス加工により形成しており、その裏面である外側面には凹部５４が形成されている。

この凸部５３を形成したことにより、図１０に示すように、密着端子保持部５１に接触する密着端子２１の部位に応力を集中させて、この部位に電流が流れるように電気的に誘導することができる。これにより、密着端子２１に電流が流れれば、密着端子２１の前記接触している部位は電流による発熱で直接的に加熱される。従って、密着端子２１のヒュージングを迅速に行うことができるので、図１１に示した比較例に比べてヒュージング工程に要する時間を大幅に短縮することができる。
また、上述したようにモータの軸心方向に沿って密着端子保持部５１に凸部５３を形成したので、いずれの相の密着端子２１（２１Ｕ〜２１Ｗ）を保持する場合でも応力を作用できるように保持することができるので、迅速なヒュージングを行うことが可能となる。

ここで、ヒュージング端子部材５０の前記Ｕ字状の先端側の部位を他の部位に比べて厚くなるように形成すると、密着端子２１の先端側の部位に電流が流れることを電気的に抑制されるため、相対的にヒュージング端子部材５０で挟み込んだ密着端子２１の部位に電流が流れるよう電気的に誘導することができる。よって、ヒュージング工程に要する時間をさらに短縮することができるため、好ましい（図８参照）。

なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、接触面に凸部ではなく、凹部を形成して応力集中させてもよい。

本発明の第１および第２の実施の形態におけるモータの側面説明図である。 モータのバスリングを構成するリードフレームの正面図である。 バスリングの全体斜視図である。 図３の矢印Ｂから視たバスリングの給電端子部を示す拡大斜視図である。 図３の領域Ａに示される密着曲げ部の拡大斜視図である。 本発明の第１の実施の形態におけるバスリング構造を示す正面図である。 本発明の第１の実施の形態における密着端子のヒュージング工程を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態における密着端子のヒュージング工程を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態におけるヒュージング端子の斜視図である。 本発明の第２の実施の形態におけるヒュージング工程での熱伝導の様子を示す説明図である。 比較例におけるヒュージング工程での熱伝導の様子を示す説明図である。 従来におけるバスリング構造を示す正面図である。 図１１の要部拡大図である。 従来におけるバスリング構造の課題を示す説明図である。 従来におけるバスリング端子のヒュージング工程を示す状態説明図である。 図１５のヒュージング工程での熱伝導の様子を示す説明図である。 従来におけるヒュージング工程の課題を示す説明図である。

符号の説明

１…モータ（電動機）
７…ステータ
８…モータコイル
１５…導線端（巻線端）
２０…配電部品（バスリング）
２１…端子部（密着端子）
３０…ヒュージング端子部材
３１…密着端子保持部
４０…リードフレーム
５３…凸部
５４…凹部

Claims (5)

1. 同一相のモータコイルを結線する電動機のバスリング構造において、
   少なくとも一本の導線から一体形成され、且つモータコイルの巻線端と接続される端子部は、Ｕ字状に曲げ形成されてその対向面を互いに密着形成してこの密着部分がヒュージング端子と接続される密着端子であることを特徴とする電動機のバスリング構造。
2. 前記電動機のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のバスリング形状を、前記密着端子を備える同形状に構成することを特徴とする請求項１に記載の電動機のバスリング構造。
3. 前記バスリングの密着端子と前記モータコイルの巻線端とを保持し、これらが溶着されるヒュージング端子を備え、
   該ヒュージング端子には、各相の密着端子を挟持可能な幅をモータ軸方向に有するＵ字状部が形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電動機のバスリング構造。
4. 前記ヒュージング端子は、前記バスリングの密着端子との接触面を、凹凸形状に形成することを特徴とする請求項３に記載の電動機のバスリング構造。
5. 前記ヒュージング端子は、前記Ｕ字状部の湾曲部を他の部位に比べて厚くなるように形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の電動機のバスリング構造。

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