JP4692386B2

JP4692386B2 - 端末モジュールを有する回転機

Info

Publication number: JP4692386B2
Application number: JP2006141207A
Authority: JP
Inventors: 浩幸塚嶋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: JP2007312559A

Description

本発明は、端末モジュールを有する回転機に係り、ステータの各相巻線にそれぞれ接続される端末モジュールを有する回転機に関する。

多相電動機のように、ステータに複数の相の巻線を配置する場合に、各相の巻線を端子台に接続するために端末モジュールと呼ばれる接続用モジュールが用いられる。例えば、３相１２極の集中巻線方式の電動機の場合、ステータには１２個の突極が設けられ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線が駆動方式に従った配置で、それぞれの突極に巻回される。この場合、各相巻線はそれぞれ４個の突極に巻回されるので、これら４個の巻線のリード端子を端子台の各相端子の１つに接続する必要がある。端末モジュールはそのためのもので、一例としては、ステータコアの外周側に、各相用のバスバーを環状にして配置したものが用いられる。

例えば、特許文献１には、電動機の巻線に発生した熱を有効に放熱する構造として、リング形状の導電材料からなる複数のバスバーに巻線の巻線端を接続し、この複数のバスバーを、絶縁板を介し電動機の出力軸の軸方向に積層し、その外周面を、絶縁部材を介しハウジングに密着させることが開示されている。

また、特許文献２には、車両用薄型ブラシレスモータのバスバーとして、リング状本体の外周側から突出する端子部と、内周側から突出するタブとを備えるものが開示されている。ここでは、端子部は電線を介しバッテリに電気的に接続され、タブは各巻線の一端に電気的に接続されている。そして、リング状のバスバーは、帯状に打ち抜いた銅板等を予め厚さ方向に湾曲させて略Ｃ字状に賦形され、この各相のバスバーが、絶縁ホルダの保持溝に個別に挿入されている。また、このように各相のバスバーは径方向に積層されているので、内側に配置されるバスバーの端子部は、外側のバスバーと接触しないようにまたいで外側に突出されることが述べられている。

また、特許文献３には、モータのステータコアに巻きつけられた巻線の結線に用いられるバスバーについて、従来は軸方向にＵ，Ｖ，Ｗ，Ｎの４つのバスバーを積層するため、モータの小型化を図れないとの課題に対し、円環状のリング導体を用い、これらを同一心上かつ同一平面上に配置する構造が開示されている。

特開２００５−６５３７４公報特開２００３−１３４７２４号公報ＷＯ２００４／１０５６２国際公開公報

このように、端末モジュールを用いることで、複数相の巻線を端子台のそれぞれの各相端子に接続するための構造が単純になり、多相電動機や多相発電機等の多相回転機の組立が容易となる。従来技術の端末モジュールは、上記のように、複数相に対応するバスバーをステータコアの外周側に配置し、各バスバーに、端子台と接続する端子と共に各巻線のリード端子を接続するためのカシメ端子を設けたものを用いることが多い。そして、ステータコアの各巻線と端末モジュールのカシメ端子との接続は、例えば手作業で行われる。その場合、ステータコアと端末モジュールとの相対的な位置を決めるために、簡単な位置決めが行われる。例えば、ステータコアと端末モジュールとの間に、遊合するピンと穴とを設け、粗い位置決めを行い、その上で、各カシメ端子に対応する巻線のリード端子が接続される。

回転機の組立の容易性が求められるに伴い、端末モジュールにおける巻線のリード端子の接続を自動化することが検討される。この場合には、端末モジュールとその設置面との位置決め精度の向上が要求される。よく知られている位置決め技術の１つは、位置決めピンを位置決め穴に正確にはめ込むことである。この場合には、位置決めピンが位置決め穴にカシメ挿入されることが好ましい。ここで、ピンが穴にカシメ挿入されると、ピン又は穴が削られることで、その削りカスが端末モジュールと設置面との間に入るので、端末モジュールが設置面に対し浮きが生じることがある。設置面に対し端末モジュールが浮くことがあると、巻線と端末モジュールとの間の位置決めが不正確となり、自動化の妨げになる可能性がある。

本発明の目的は、位置決めの際に端末モジュールが設置面に対し浮くことを抑制できる端末モジュールを有する回転機を提供することである。

本発明に係る端末モジュールを有する回転機は、絶縁層を挟んで複数のバスバーを積層した端末モジュールであって、ステータの対応する各相巻線に各バスバーがそれぞれ接続される端末モジュールと、端末モジュールを設置するモジュール設置面を有するステータコアと、を備え、ステータコアは、モジュール設置面に設けられる位置決め穴を有し、端末モジュールは、ステータコアの位置決め穴に対応する位置決めピンと、位置決めピンの近傍に設けられ、位置決めピンがステータコアの位置決め穴に圧入されたときに生じる余剰部材を収容するくぼみとを含み、絶縁樹脂材料で成形する際に、位置決めピンとくぼみとが一体化成形されることを特徴とする。

本発明に係る端末モジュールを有する回転機において、ステータの各相巻線は集中巻方式で巻かれることが好ましい。

上記構成により、モジュール設置面又はモジュール設置面に向かい合う対向面において浮き上がり防止構造が位置決め手段の近傍に設けられるので、位置決めの際に端末モジュールが設置面に対し浮くことを抑制できる。

また、端末モジュールを設置面に設置する際に、位置決め手段によって生じる余剰部材を収容する収容手段を設けるので、位置決めの際に生じる削りカス等の余剰部材によって端末モジュールが設置面に対し浮くことを抑制できる。

また、位置決め手段の近傍にくぼみを設けるので、簡単な構造で、位置決めの際に端末モジュールが設置面に対し浮くことを抑制できる。

また、位置決め手段として、位置決めピンと、位置決めピンが圧入される位置決め穴とを用いるので、簡単な構造で位置決めを行い、かつ位置決めの際に端末モジュールが設置面に対し浮くことを抑制できる。

また、端末モジュールの設置面は、ステータコアの平坦面であるので、ステータコアに対し、浮くことを抑制して端末モジュールを設置できる。

また、ステータの各相巻線は集中巻方式で巻かれるので、集中巻線方式回転機において、端末モジュールが設置面に対し浮くことを抑制でき、巻線接続の自動化が容易になる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下において、端末モジュールが適用される回転機として、１２個の突極を有するステータを用いる３相１２極ステータ電動機について説明するが、これ以外の突極数のステータを用いる電動機であってもよい。また、電動機と発電機とは基本的構成が同じであるので、以下で回転機と述べるときは、機能的な面では、電動機、発電機及び電動／発電兼用機をも包含する。回転機は、端末モジュールを用いるものであれば、巻線方式を問わない。したがって端末モジュールを有する集中巻線方式回転機でも、端末モジュールを有する分布巻方式回転機でもよい。また、以下に述べる形状、寸法、材質等は一例であって、回転機の仕様に適合するように、適当に変更することができる。

図１は、端末モジュール２０がステータコア１０の設置面に位置決めされて取り付けられる様子を示す図である。端末モジュール２０は、各相の巻線を端子台に接続する機能を有する接続部材である。図１（ａ）は、ステータコア１０の上に、端末モジュール２０が取り付けられる直前の状態で、端末モジュール２０はステータコア１０に取り付けられる側から見た様子として示されている。（ｂ）は、ステータコア１０の上に端末モジュール２０が位置決めされて取り付けられた状態を示す図である。ステータコア１０は、所定の形状に電磁鋼板を打ち抜き積層して形成されたもので、円環状の外形に、その内周側に複数の突極１４を有する。各突極には、後の工程において、回転機の仕様に応じた巻線がそれぞれ巻回され、回転機のステータとなる。ステータは、図示されていないロータと共に回転機ケース等に組み付けられて回転機となるものである。図１では、１２個の突極１４が示されているので、これは、例えば３相１２極集中巻電動機に用いられるステータコア１０である。ステータコア１０の平坦な上面は、端末モジュール２０を組み付けるための設置面１８として用いられる。設置面１８に設けられる複数の位置決め穴１６は、端末モジュール２０との位置決めに用いられる穴である。図１には、ここでは図示されていない回転機に位置決めして取り付けるための複数の取り付け穴等も図示されている。

端末モジュール２０は、以下の構成を備える。すなわち、１２個の辺を有する１２角環状部材である本体部２２を有する。かかる本体部２２には、帯状板材を折り曲げて１２角環状としたものを各相用のバスバーとし、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、及び共通電極用のＮ相の４つのバスバーについて絶縁層を挟んで径方向に積層したものを用いることができる。本体部２２における各相のバスバーは、所定の位置に、各巻線のリード部と接続するための複数の端子部２４を有し、また端子台２５の各相端子にそれぞれ接続されている。かかる端末モジュール２０は、端子部２４が設けられる側と反対側の面が絶縁され、この面が、ステータコア１０の設置面１８と向かい合う対向面２８とされる。対向面２８には、ステータコア１０の位置決め穴１６に対応して、位置決め部２６が設けられる。位置決め部２６は、位置決め穴１６に対応する位置決めピンと、その周辺に設けられるくぼみを有する。

図２は、ステータコア１０に端末モジュール２０が位置決めされて取り付けられた状態の上面図である。ここでは、端末モジュール２０の複数の端子部２４の図示を省略してある。ここで示されるように、位置決め穴１６と、位置決め部２６とは、端末モジュール２０の環状に沿ってほぼ均等な間隔で、３箇所設けられる。正確な位置決めのためには、３箇所のうち２箇所をカシメはめあいとし、残りは遊合はめあいとすることが好ましい。位置決め箇所を３箇所以上としてもよいが、その場合でも２箇所をカシメはめあいとし、残りは遊合はめあいとすることがよい。カシメはめあいを精度のよい止まりはめあいとしてもよい。

図３は、ステータコア１０の位置決め穴１６と、端末モジュール２０の位置決め部２６との関係を説明する図である。図３（ａ）は、ステータコア１０と端末モジュール２０とを側面から見た様子を示し、ここでは、ステータコア１０の設置面１８と、端末モジュール２０の対向面２８とが向かい合っていることが示されている。図３（ｂ）には、ステータコア１０の設置面１８の様子を示す上面図と、端末モジュール２０の対向面２８の様子を示す底面図とが、対比されて示されている。

端末モジュール２０の対向面２８に設けられる位置決め部２６は、位置決めピン３０と、その周囲に設けられるくぼみ３２とを含んで構成される。位置決めピン３０は、ステータコア１０の設置面１８に設けられる位置決め穴１６に対応し、位置決め穴１６の内径形状よりもやや大きい外径形状を有する。くぼみ３２は、位置決めピン３０の根元の周囲をめぐって設けられる溝である。ここで、端末モジュール２０に設けられる位置決めピン３０と、ステータコア１０に設けられる位置決め穴１６とは、端末モジュール２０とステータコア１０との間の位置決めに用いられる位置決め手段を構成する。そして、くぼみ３２は、位置決め手段の近傍に設けられる浮き上がり防止構造であって、位置決めによって生じる端末モジュール２０と設置面１８との間の浮き上がりを防止する浮きあがり防止手段に相当する。

図３では、位置決め穴１６が丸穴、位置決めピン３０が丸棒、くぼみ３２が円環状溝として示されているが、それ以外の形状でもよい。たとえば位置決め穴１６を多角形断面の穴とし、位置決めピン３０をそれに対応する多角形断面の棒材としてもよい。多角形断面以外に、楕円断面、あるいはこれらを組み合わせた断面であってもよい。くぼみ３２も、位置決めピン３０の外形の全周にそってくぼんでいれば、平面形状が多角形、長円形あるいはこれらを組み合わせた形状であってもよい。

寸法の一例を示すと、位置決め穴１６を公称４ｍｍの穴とし、位置決めピン３０を公称４ｍｍの丸棒とし、位置決め穴１６の内径寸法に対し、位置決めピン３０の外径寸法を数μｍから１０μｍ程度大きめにする。これにより、位置決めピン３０と位置決め穴１６との間のはめあいを、適当なカシメはめあいとすることができる。この寸法は、説明のための一例であって、適当なカシメはめあい公差は、ステータコア１０の材質、位置決めピン３０の材質、公称寸法の大きさ等に応じて設定することができる。位置決め穴１６の深さは、上記の例で、約４ｍｍから約７ｍｍ程度とし、位置決めピン３０の対向面２８からの高さは、位置決め穴１６の深さより短めにする。

位置決めピン３０とくぼみ３２は、端末モジュール２０を絶縁材料で成形する際に、一体成形によって形成することができる。端末モジュール２０の絶縁材料成形は、例えばポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等を用いることができる。もちろん、端末モジュール２０を平坦な対向面２８を有するものとして成形し、その後に、くぼみ３２を追加加工し、さらに位置決めピン３０を植え込むことでもよい。

くぼみ３２は、位置決めピン３０を位置決め穴１６に押し込んで位置決めする際に生じる削りカス等の余剰部材を収納する機能を有する収納空間である。例えば、はめあい公差を１０μｍとし、位置決めピン３０の位置決め穴１６に押し込まれる長さを５ｍｍとすると、はめあい公差に対応する直径差に押し込み長さを乗じた体積分だけ、位置決めのために余剰部材が生じる。したがって、くぼみ３２の大きさは、この余剰部材の体積を収納するのに十分なものであればよい。上記の位置決めピン３０等の寸法例では、くぼみ３２の大きさは、直径が約６ｍｍから約８ｍｍ程度、深さが約０．５ｍｍから約１ｍｍ程度のものでよい。上記のように、ステータコア１０の材質を電磁鋼板とし、位置決めピン３０の材質をＰＰＳとするときは、位置決めピン３０が電磁鋼板によって削られ、その削りカスがくぼみ３２に収納される。

その様子を図４に示す。図４（ａ）は、ステータコア１０の位置決め穴１６に端末モジュール２０の位置決めピン３０が押し込まれる直前、（ｂ）は押し込まれている途中、（ｃ）は、位置決めピン３０が位置決め穴１６に完全に押し込まれたときの様子を、それぞれ示す図である。図４（ａ）で、ステータコア１０の設置面１８と端末モジュール２０の対向面２８とが向かい合わされ、位置決め穴１６と位置決めピン３０とがその位置を合わせられて、ステータコア１０に対し端末モジュール２０が押し込み力Ｆで押し付けられると、図４（ｂ）に示されるように、位置決めピン３０が削られて、位置決めピン３０と位置決め穴１６との間の外形寸法差に応じて、余剰部材４０が生じる。そして、余剰部材４０は、位置決めピン３０の周囲に設けられたくぼみ３２の中に導かれる。

図４（ｃ）は、位置決めピン３０が位置決め穴１６に完全に押し込まれた状態で、このとき、くぼみ３２が位置決めピン３０の外形に沿って全周に渡ってくぼんでいるので、余剰部材４０は、そのままくぼみ３２の中に導かれ、くぼみ３２の収容体積が十分であるので、くぼみ３２より外側にあふれない。したがって、ステータコア１０の設置面１８と端末モジュール２０の対向面２８との合わせ面において、余剰部材４０による浮きが生じない。このように、くぼみ３２は、端末モジュール２０の対向面２８において、位置決め手段である位置決めピン３０及び位置決め穴１６の近傍に設けられる浮き上がり防止構造となっている。

なお、上記では、位置決めピンを端末モジュール側に設け、位置決め穴およびくぼみをステータコア側に設けるものとして説明したが、位置決めピンおよびくぼみをステータコア側に設け、位置決め穴を端末モジュール側に設けるものとしてもよい。また、位置決めピンを設ける要素と、くぼみを設ける要素とを別々のものとしてもよい。例えば、位置決めピンを端末モジュールに設け、位置決め穴とくぼみをステータコアに設けるものとしてもよい。また、端末モジュールはステータコアの上に設置されるものとして説明したが、回転機のそれ以外の適当な要素に設置されるものとし、その場合、位置決めのための位置決め穴等は、その設置される要素の平坦面に設けられる。

本発明に係る実施の形態において、端末モジュールがステータコアの設置面に位置決めされて取り付けられる様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、ステータコアに端末モジュールが位置決めされて取り付けられた状態の上面図である。本発明に係る実施の形態において、ステータコアの位置決め穴と、端末モジュールの位置決め部との関係を説明する図である。本発明に係る実施の形態において、ステータコアの位置決め穴に端末モジュールの位置決めピンが押し込まれる様子を示す図である。

符号の説明

１０ステータコア、１４突極、１６位置決め穴、１８設置面、２０端末モジュール、２２本体部、２４端子部、２５端子台、２６位置決め部、２８対向面、３０位置決めピン、３２くぼみ、４０余剰部材。

Claims

絶縁層を挟んで複数のバスバーを積層した端末モジュールであって、ステータの対応する各相巻線に各バスバーがそれぞれ接続される端末モジュールと、
端末モジュールを設置するモジュール設置面を有するステータコアと、
を備え、
ステータコアは、モジュール設置面に設けられる位置決め穴を有し、
端末モジュールは、ステータコアの位置決め穴に対応する位置決めピンと、位置決めピンの近傍に設けられ、位置決めピンがステータコアの位置決め穴に圧入されたときに生じる余剰部材を収容するくぼみとを含み、絶縁樹脂材料で成形する際に、位置決めピンとくぼみとが一体化成形されることを特徴とする端末モジュールを有する回転機。
請求項１に記載の端末モジュールを有する回転機において、
ステータの各相巻線は集中巻方式で巻かれることを特徴とする端末モジュールを有する回転機。