JP4816017B2 - 回転電機のステータ用バスバ結合ユニット - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッド自動車用、燃料電池自動車用等の回転電機のステータ用バスバ結合ユニット及びその製造方法に関するものである。

今日、環境問題の点から、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車が開発され、これらの自動車は、回転電機を補助駆動源又は主駆動源とし、その回転電機は当然のこととして小型化が要求される。その回転電機の小型化への一手段として、ステータの小型化がある。

そのステータに、円環状に配置された各ティース（各コイルスロット）のそれぞれにコイルが巻回され、その各コイルを各相毎に、前記各ティースの円環状配置に沿う環状バスバにより接続したものがある（特許文献１〜３参照）。
特開平０６−２３３４８３号公報 特開２０００−６９７０５号公報 特開２００３−１３４７２４号公報

そのバスバは、金属板材から円環状に打ち抜いて形成したものが一般的であり（特許文献３参照）、ケーブルを使用したものもある（特許文献２、４参照）。
また、各相の同一大きさの環状バスバを絶縁層を介して重ねて一体化して結線用ユニット（特許文献１：符号１６、特許文献３：符号１７、特許文献４：符号２０）としたものがあり、この結線用ユニットは、円環状配置の各コイルに沿って設けてそのバスバに各コイルの端末を各相毎に接続している。
特開２００４−５６８７３号公報

今日のコストダウンの要請の下、この回転電機のステータ用バスバも例外ではなく、例えば、上記各従来技術の結線用ユニットの各バスバの絶縁保持用ホルダーは、そのバスバの全周に亘る円環状の態様であるが、そのホルダーにもそのコストダウンが要求される。また、各バスバに電源接続用端子を接続するためのリード線（接続片）等もコストダウンの点から削減の要請がある。

この発明は、以上の状況に鑑み、バスバの製作コストを下げることを課題とする。

上記課題を達成するために、この発明は、まず、上記バスバの絶縁保持用ホルダーを、各コイルの各バスバへの各接続部位にそれぞれ別々に設けることとしたのである。
各バスバは、その周囲の適宜位置で絶縁性を持って全周に亘り相互間に間隙を保持されれば、何らかの外力が加わらなければ、十分に相互に絶縁性を担保できる。このため、各コイルとの各接続部位にホルダーを設ければ、十分に相互に絶縁性を担保できる。
因みに、後述のように、その各バスバを絶縁樹脂被覆によりモールドすれば、それ以後は絶縁性がその絶縁樹脂被覆により確保されるため、そのモールドするまで、上記間隙を維持すれば良く、その維持は上記各接続部位のホルダーで十分である。

つぎに、この発明は、上記バスバを線材によって形成することとしたのである。
金属板材からの打ち抜きによる形成は材料無駄が多いが、線材は、引き抜きなどによって形成されるため、その打ち抜き品に比べれば、はるかに安価である。また、線材は、保形性があるため、環状へのフォーミングも容易である。

この発明は、以上のように、バスバの絶縁保持用ホルダーを、各コイルの各バスバへの各接続部位にそれぞれ別々に設けた分割部材により構成することにより、ホルダーのコストダウンを図ることができる。また、バスバを線材によって形成することにより、バスバ単体のコストダウンを図ることができる。これらによって、バスバ結合ユニットのコストダウンを図ることができる。

この発明の一実施形態としては、円環状のティースにコイルが各相毎に巻回され、その各コイルを各相毎に、前記ティースの円環状に沿う同一心の環状バスバにより接続し、その各相のバスバをホルダーによりその全周に亘ってそれぞれ離した回転電機のステータ用バスバ結合ユニットにおいて、前記各コイルが各相毎に接続されるティースの円環状に沿う同一心の環状バスバと、その各相のバスバをその全周に亘ってそれぞれ離すホルダーと、各コイルを各相毎に前記各バスバに接続する接続片とから成り、接続片は、各バスバに接続されてそのバスバの側方に導出されて上記各コイルに接続されるものであり、ホルダーは、長片状として絶縁材料から成って、各接続片の各コイルとの接続部位毎にそれぞれ別々にその各バスバに交差するように設けられ、その各ホルダーには、各バスバが開口から嵌る溝がそのホルダーの長さ方向に順々に形成され、各バスバに接続された接続片は、各ホルダーの溝の前記開口からホルダーに沿って導出され、その各ホルダーの溝は、前記接続片が通るものはその接続片の反対面に開口する構成を採用する。

このように、コイルとバスバの各接続部位のホルダーがその各バスバに交差すれば、そのホルダーの長さ方向に順々に形成された溝にバスバを順々に嵌めることによってそのバスバを支持できる。
このとき、そのホルダーの各溝は、コイルに接続された接続片が通るものはその接続片の反対面に開口するので、その接続片とバスバはホルダーの溝内面壁で電気絶縁される。

この構成のバスバ結合ユニットは、例えば、各バスバに各接続片をそれぞれ接続し、その各バスバの接続片の各接続部位に、ホルダーをその溝にバスバを嵌めることによりそれぞれ取付け、その各ホルダー付の各バスバを各ホルダーの対応する溝にそれぞれ嵌め込んで製造する。

このように、各バスバを前もって、電気的に絶縁して一体化し、その結合ユニット（結線用ユニット）を回転電機のステータを成すティースに取付けるようにすれば、バスバをティースに取付けてそのコイルに接続する作業が容易となる。
なお、上記接続片は、金属板材の打ち抜き片等の片状部材のみならず、各種の電線も含む。また、各ホルダーに、上記バスバ用溝とは異なるそのホルダーの長さ方向の溝を形成し、その溝に接続片を嵌めるようにすれば、接続片の取付状態が安定する。

上記各ホルダーの溝は、上記コイルに接続された接続片が通らないものはその接続片の側に開口するようにすることができる。接続片が通らなければ、その接続片側に開口した溝にバスバを嵌めても、そのバスバは接続片に触れることが無く、絶縁性が担保されるからである。
この構成であると、後述の実施例のように、そのホルダーへのバスバの嵌め込み取付けが容易となって、生産性が向上する。

また、上記バスバは、線材（無垢の線材）とすることができ、その線材の端を上記ティースから外側に引き出して電源接続用端子を設けた構成とすれば、各バスバに電源接続用端子を接続するためのリード線をそのバスバの端部が兼用するため、コストダウンを図ることができる。
線状バスバには、断面真円状、同楕円状、多角形状等の各種の断面形状のものを採用でき、また、裸線でも良いが、絶縁被覆を施したものとすることができる。

一実施例を図１〜図３に示し、この実施例は、燃料電池自動車用回転電機やハイブリッド自動車用回転電機のステータに係り、従来と同様に、円環状に配置された各ティースのそれぞれにコイルが巻回され、その各コイルの外側端を各相毎に、前記各ティースの円環状配置に沿う環状バスバ３（３ａ、３ｂ、３ｃ）により接続し、各内側端（中性点）を環状バスバ３ｄにより接続したものである。各ティースは円環状に並べて金属製円筒（図示省略）によって焼バメ等で固定されている。

各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、単線（線材）からなり、図１に示すように、各絶縁樹脂製ホルダー１１に電気絶縁支持されて結合ユニット１０となっている。また、各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃの円環状の両端は重ねられてティースから外側に引き出されて電源接続用端子６ａ、６ｂ、６ｃ（総称符号：６）が圧着により設けられている。各ホルダー１１は、円環状の絶縁樹脂製スペーサ７に嵌められてその周囲等間隔に維持される。このスペーサ７には、各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃの引き出し端（電源接続用端子６）を支持する脚８がそのアーム８ａ（図２参照）をその孔９（図３参照）を介し嵌めて一体化される。

ホルダー１１には各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄが嵌る溝１２がその長さ方向に順々に設けられており、最内側のバスバ（中性点用バスバ）３ｄの溝１２ｄは、全てが同一面に開口している。一方、電力供給用のバスバ３ａ、３ｂ、３ｃの溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃ（総称符号：１２）は、コイルの端末に接続される接続片１３が通る（跨ぐ）ものは、原則、その接続片１３の反対面に開口するが、接続片１３が通らない（跨がない）ものはその接続片１３の側に開口している。接続片１３はホルダー１１にその溝１３ａへの嵌め込みによってホルダー１１に沿って取付けられる。

この実施例では、ステータが３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のため、各ホルダー１１は３種類の態様１１ａ、１１ｂ、１１ｃのものがあり、図２において、一のホルダー１１ａは、全ての溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃが同一面（同図において上面）に開口しており、他のホルダー１１ｂは、バスバ３ｂ、３ｃが嵌る溝１２ｂ、１２ｃが上面に開口し、バスバ３ａが嵌る溝１２ａはその反対面（同図において下面）に開口しており、さらに他のホルダー１１ｃは、バスバ３ｃが嵌る溝１２ｃのみが上面に開口し、バスバ３ａ、３ｂが嵌る溝１２ａ、１２ｂはその反対面に開口している。最内側のバスバ３ｄの溝１２ｄは全てのホルダー１１の上面に開口している。ホルダー１１の態様は、相の数に対応させる。

このように、ホルダー１１が３種類の態様１１ａ、１１ｂ、１１ｃのものとされることにより、例えば、図３に示すように、外側のバスバ３ａに、溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃが全て同一面に開口しているホルダー１１ａを、中間のバスバ３ｂに、２つの溝１２ｂ、１２ｃが上面に開口し、他の溝１２ａはその反対面に開口するホルダー１１ｂを、内側のバスバ３ｃに、１つの溝１２ｃが上面に開口し、他の２つの溝１２ａ、１２ｂはその反対面に開口するホルダー１１ｃを、それぞれ周方向の６等分位にその溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃにその開口から嵌め込むことにより取付ける（図２と図３は各ホルダー１１の上下が逆となっている）。これらのホルダー１１付きバスバ３において、各バスバ３と接続片１３の接触部は溶接等によって電気的に接続する。その接続は、バスバ３をホルダー１１に嵌める前に行い、ホルダー１１にバスバ３を嵌めると、各バスバ３に接続された接続片１３は、各ホルダー１１の溝１２の開口からホルダー１１に沿って導出された状態になる。
また、最内側のバスバ３ｄには周方向の等分位にコイルの中性点（内側端）に接続される接続片１３を溶接・圧接・ロウ付け等の周知の手段によって取付ける。

この各ホルダー１１ａ、１１ｂ、１１ｃを取付けた各バスバ３ａ、３ｂ、３ｃ、接続片１３付最内側のバスバ３ｄ及びスペーサ７を図３に示す位置関係となるように頭に入れ、例えば、外側バスバ３ａと中間バスバ３ｂを、その両者のホルダー１１ａ、１１ｂの各溝１２ａ、１２ｂに嵌めることによって一体とする。
つぎに、その両バスバ３ａ、３ｂに内側のバスバ３ｃを、同様に、その３者のホルダー１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃに嵌めることによって一体とする。

さらに、その一体となった各バスバ３に、その各ホルダー１１の溝１２ｄに最内側のバスバ３ｄを嵌めることにより一体とするとともに、スペーサ７を各ホルダー１１に嵌め、各バスバ３の引き出し端（電源接続用端子６）を支持する脚８をそのアーム８ａをスペーサ７にその孔９を介し嵌めて一体化して、図１に示す結合ユニット１０を得る。スペーサ７に各ホルダー１１が嵌まることにより、各コイル各相の相対固定位置が決められる。

この各バスバ３及びスペーサ７を一体化する順序は、上記のものに限らず、図３の態様の配置になるように、各バスバ３、スペーサ７を頭の中に浮かべて、適宜に相互に嵌め合えば、図１に示す結合ユニット１０を得ることができる。

この結合ユニット１０でもって、各コイルを接続するには、従来と同様に、この結合ユニット１０をティースにセットし、各コイルの端末を接続片１３の端に周知の端子金具等を介して電気接続する（図４参照）。
この後、必要に応じて樹脂モールド等によってティースと結合ユニット１０を一体化して、回転電機のステータを得る。

接続片１３とコイル端末２ａ、２ｂとの接続は、端子金具等による手段に限らず、例えば、ＴＩＧ溶接、レーザ溶接などによって行なうことができ、また、接続片１３とバスバ３との接続には、例えば、ヒュージング、圧接、圧着などを採用できる。このとき、図４に示すように、接続片１３の端１３ｅ、１３ｆは、Ｕ字状に曲げたり、対の挟持片からなる態様にして、そのＵ字状内又は挟持片の間にコイル端末２ａ、２ｂを挿入して、カシメ、圧着、溶接等して接続することもできる。

この結合ユニット１０は、必要に応じて絶縁樹脂モールドにより全体を被覆したものとすることができる。また、結合ユニット１０は、上記実施例において、その表裏を逆にしてティースに一体化することもできる。さらに、バスバ３ａ、３ｂ、３ｃのホルダーとバスバ３ｄのホルダーは別物とすることもできる。

一実施例の斜視図 図１の要部拡大図 同実施例の組み立て作用図 他の実施例の要部斜視図

符号の説明

２ａ コイル外側端
２ｂ コイル内側端
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ バスバ
５ 端子金具
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 電源接続用端子
１０ バスバの結合ユニット
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ ホルダー
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ バスバの嵌合溝
１３ 接続片

Claims (5)

1. 円環状のティースにコイルが各相毎に巻回され、その各コイルを各相毎に、前記ティースの円環状に沿う同一心の環状バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）により接続し、その各相のバスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）をホルダー（１１）によりその全周に亘ってそれぞれ離した回転電機のステータに使用する前記バスバの結合ユニットであって、
   上記各コイルが各相毎に接続される上記ティースの円環状に沿う同一心の環状バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）と、その各相のバスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）をその全周に亘ってそれぞれ離すホルダー（１１）と、前記各コイルを各相毎に前記各バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）に接続する接続片（１３）とから成り、
   上記接続片（１３）は、各バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）に接続されてそのバスバの側方に導出されて上記各コイルに接続されるものであり、
   上記ホルダー（１１）は、長片状として絶縁材料から成って、上記各接続片（１３）の各コイルとの接続部位毎にそれぞれ別々にその各バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）に交差するように設けられ、
   その各ホルダー（１１）には、各バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）が開口から嵌る溝（１２）がそのホルダー（１１）の長さ方向に順々に形成され、上記各バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）に接続された接続片（１３）は、各ホルダー（１１）の溝（１２）の前記開口からホルダー（１１）に沿って導出され、前記各ホルダー（１１）の溝（１２）は、前記接続片（１３）が通るものはその接続片（１３）の反対面に開口することを特徴とする回転電機のステータ用バスバ結合ユニット。
2. 上記各ホルダー（１１）の溝（１２）は、上記コイルに接続された接続片（１３）が通らないものはその接続片（１３）の側に開口することを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ用バスバ結合ユニット。
3. 上記各ホルダー（１１）には上記バスバ用溝（１２）とは異なるそのホルダーの長さ方向の溝（１３ａ）が形成され、その溝（１３ａ）に上記接続片（１３）が嵌っていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のステータ用バスバ結合ユニット。
4. 上記各バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）が線材からなり、その線材の端を上記ティースから外側に引き出して電源接続用端子を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転電機のステータ用バスバ結合ユニット。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の回転電機のステータ用バスバ結合ユニットの製造方法であって、各バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）に上記各接続片（１３）をそれぞれ接続し、その各バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）の前記接続片（１３）の各接続部位に、上記ホルダー（１１）をその溝（１２）に前記バスバ（３）を嵌めることによりそれぞれ取付け、その各ホルダー（１１）付の各バスバ（３ａ、３ｂ、３ｃ）を各ホルダー（１１）の対応する溝（１２）にそれぞれ嵌め込んでバスバ結合ユニット（１０）を製造することを特徴とする回転電機のステータ用バスバ結合ユニットの製造方法。

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