JP5508640B2 - 回転電機のバスバーモジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータのコイル導線を相ごとに接続するバスバーを含むバスバーモジュールに関する。

電動機は、相対的に移動可能な二つの部材の一方に電力を供給して磁界を形成し、他方の部材を前記磁界との相互作用により移動させる電気機器である。逆に、後者の部材を移動させることにより前者の部材から電力を取り出すことができ、これが発電機である。つまり、電動機と発電機は、同一の機械的構造を有する。以下の説明において、電動機と発電機の総称として「回転電機」を用いる。

回転電機の二つの部材のうち、固定された部材（ステータ）にコイルを配列し、このコイルにより移動する磁界、例えば回転する磁界を形成し、この磁界との相互作用により、もう一方の部材（ロータ）を移動（回転）させる回転電機が知られている。ステータに配列される複数のコイルを三組に分け、それぞれに位相が１２０°異なる電力を供給する三相の回転電機が知られている。また、各相のコイルが、更にいくつかの組に分けられ、この組み分けされたコイルのそれぞれは、コイルに電力を供給するための共通の導体に接続される構造が知られている。この共通の導体は、板または棒形状であり、このような形状の導体はバスバーと呼ばれている。

回転電機のコイルをバスバーで接続する技術が下記特許文献１に記載されている。

特開２００３−１３４７５５号公報

バスバーは、相ごとに必要であり、三相の回転電機であれば相ごとに１本ずつ３本、コイルの中性点側の端を接続するために１本の計４本を要する場合がある。また、これ以上の本数のバスバーを設ける場合もある。これらのバスバーを回転電機の近傍にコンパクトに収め、かつバスバー間の絶縁を確保する技術するが望まれている。

本発明は、複数のバスバーを一体としたバスバーモジュールにおいて、各バスバー間の絶縁性の確保を目的とする。

本発明のバスバーモジュールにおいて、少なくとも４本のバスバーは、これらのバスバーが延びる方向に交差する断面において２層に配置され、かつ二つの群に分けられている。一つの群のバスバーは、前記断面において、対角配置または千鳥配置されている。バスバーが４本の場合、前記断面において、バスバーは２層２列の配置になる。この一つの対角線に沿った２本のバスバーの配置が対角配置である。バスバーが４本より多い場合、一列目では第１層、２列目では第２層、３列目では第１層と交互に配置されたバスバーが一つの群を構成する。この配置が千鳥配置である。対角配置または千鳥配置された一つの群（第１群）のバスバーは、第１絶縁部材で一体的に覆われている。この第１絶縁部材により、第１群に属するバスバー間の絶縁も行われる。もう一方の群（第２群）のバスバーは、第１絶縁部材と共に、一体的に第２絶縁部材で覆われている。

第１絶縁部材は、第２群のバスバーを、第１絶縁部材の表面から離して配置するための突起を有するようにできる。

本発明の他の態様であるバスバーモジュールの製造方法においては、少なくとも４本のバスバーを２層に規定された区画ごとに１本ずつ配置する。前記区画のうち対角配置または千鳥配置された一群の区画（第１群の区画）に配置されるバスバーを、第１群の区画に配置されたときの位置関係で第１成形型内に配置する。第１成形型内に樹脂を導入し、バスバーを樹脂で覆った一次成形品を形成する。この一次成形品には、第１群の区画以外の区画（第２群の区画）のための空間が設けられている。次に、一次成形品と、第２群の区画に配置されるバスバーとを第２の成形型内に配置する。このとき、一次成形品内のバスバーと、新たに配置されたバスバーすなわち第２群の区画に配置されるバスバーとが、前記２層に規定された区画に配置されたときの位置関係となるように位置決めされる。そして、第２成形型内に樹脂を導入し、一次成形品および新たに配置されたバスバーとを樹脂で覆った二次成形品を形成する。

前記一次成形品を形成するステップにおいて、一次成形品の表面に第２群の区画に配置されるバスバーを一次成形品の表面から離して支持するための突起を形成するようにできる。

また、一次成形品を形成するステップにおいて、第１成形型内にバスバーを配置する際に、第１成形型内に突出したピンにより第１成形型の内表面より離して支持するようにすることができる。

対角配置または千鳥配置された第１群のバスバーを個々のバスバーを絶縁しつつ、一体的に第１絶縁部材が覆うことにより、隣接するバスバー間の絶縁性が確保される。また、第２群に属するバスバーの間に第１絶縁部材が位置するので、これらのバスバー間の絶縁も確保される。

回転電機のステータを示す斜視図である。 本実施形態のバスバーモジュールがステータに装着された状態を示す図である。 本実施形態のバスバーモジュールを単体で示す斜視図である。 本実施形態のバスバーモジュールの、図３のＡ−Ａ線における断面図である。 バスバーを収める区画３８を説明するための図である。 バスバーの形状およびバスバーモジュール内での配置を示す図である。 比較例のバスバーモジュールの断面図である。 本実施形態のバスバーモジュールの製造工程の説明図であり、特に一次成形に係る工程の説明図である。 本実施形態のバスバーモジュールの製造工程の説明図であり、特に一次成形により得られる一次成形品の断面を示す図である。 本実施形態のバスバーモジュールの製造工程の説明図であり、特に二次成形に係る工程の説明図である。 本実施形態のバスバーモジュールの製造行程の説明図であり、特に二次成形により得られる二次成形品の断面を示す図である。 他の実施形態のバスバーモジュールの断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、回転電機のステータ１０の外観を示す斜視図である。ステータ１０は、概形が円環または円筒状のステータコア１２を有し、ステータコア１２の内周には、周方向に磁極１４が配列されている。ステータコア１２の外周を囲むように、円筒形のステータケース１６が配置される。ステータケース１６は、薄板鋼板で作製される。

磁極１４には、導線が巻回されてコイル１８が形成されている。コイル１８を形成する導線をコイル導線と記す。図１に示すように、コイル導線の端２０が、コイルエンド部分より図１中で上方に突出している。このステータ１０においては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのコイルが２組設けられ、コイル導線の端２０が計１２本となっている。コイル導線の端２０は、相ごとに、また中性点側の端同士が電気的に接続される。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのコイル導線の端２０の１本ずつに、三相交流電力を供給するための動力線２２が示されている。また、動力線２２は、回転電機で発電した場合、この発電された電力を外部に送出する機能も有する。

図２は、本実施形態の回転電機のステータの要部を示す。コイル１８は省略して描かれており、特にコイルエンド２４は、コイル導線の１本１本を描くことをせず、方形断面の円環として表している。コイルエンド２４の、回転電機の回転軸線の方向において隣接する部分、図２においてはコイルエンド２４の上方の部分に、バスバーモジュール２６が配置されている。バスバーモジュール２６は、コイルエンド２４の円弧形状に沿って延びる本体２８と、本体から突出し、コイルを形成するコイル導線の端２０と接続される端子３０を有する。また、動力線２２と溶接等により接続される接続板３２を保持する保持部３４が本体２８から突出して設けられている（図３参照）。接続板３２は、相数と同じく３個が設けられている。本体２８の内部には、バスバーモジュール２６の円弧に沿って延びるバスバーが配置され、バスバーの端が本体２８より突出して端子３０を形成している。バスバーモジュールの本体２８の径方向の寸法、すなわち幅は、コイルエンド２４の径方向の幅以下であり、保持部３４を含むバスバーモジュール２６全体の幅もステータコア１２の幅の中に収まっている。

図３は、バスバーモジュール２６の拡大図である。端子３０は、Ｕ相のコイル導線に接続されるものが符号３０U1，３０U2、Ｖ相のコイル導線に接続されるものが符号３０V1，３０V2、Ｗ相のコイル導線に接続されるものが符号３０W1，３０W2、各相のコイル導線の中性点側の端に接続される端子が符号３０N1，３０N2，３０N3で示されている。バスバーモジュールの外周側には、接続板３２を保持する保持部３４が設けられている。接続板３２は、略Ｊ字形であって、Ｊ字の短い方の辺の部分を周方向外側に向けて保持されている。この短辺に動力線２２が接続される。３個の接続板３２は、各相ごとに２個の端子の一方に不図示の接続線で接続される。

図４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相と、中性点とに対応する４本のバスバー３６が並行して配置される位置におけるバスバーモジュール２６の断面図、例えば図３のＡ−Ａ線で示す断面図である。４本のバスバー３６は、上下に２層、左右に２列の２×２の配置で配列されている。なお、この明細書においては、上下方向を回転電機の回転軸線方向とし、ステータに近い側を下、遠い側を上として説明する。また、左右方向は、回転軸線に直交する方向、すなわち回転電機の径方向とし、左を回転電機における内側、右を外側として説明する。これらの方向については、説明の便宜上導入したものであり、実際の装置の配置における方向および向きとは関連しない。また、４本のバスバー３６を区別する必要がある場合、Ｕ，Ｖ，Ｗ相，中性点のバスバーにそれぞれ３６U ，３６V ，３６W ，３６N の符号を付して説明する。図示されるように、Ｕ相バスバー３６U が下層左列に、Ｖ相バスバー３６V が上層右列に、Ｗ相バスバー３６W が上層左列に、中性点のバスバー３６N が下層右列に配置される。さらに、２×２の配置の４つの領域のそれぞれを区画３８と記して説明する。図５に示すように、４つの区画を上層左列を区画３８-1、上層右列を区画３８-2、下層左列を区画３８-3、下層左列を区画３８-4と記す。

バスバーモジュール２６は、バスバー３６同士を絶縁し、かつバスバー３６を覆って外部と絶縁するために絶縁部材４０を含む。絶縁部材４０は、二つの部分からなり、一つの部分は、２×２の配置の一つの対角線上に配置されるＵ相バスバー３６U とＶ相バスバー３６V を一体的に覆う第１絶縁部材４２である。もう一つの部分は、第１絶縁部材４２と、Ｗ相バスバー３６W 、中性点のバスバー３６N を一体的に覆う第２絶縁部材４４である。

図６は、バスバー３６U ，３６V ，３６W ，３６N の個々の形状を示す図である。図６（ａ）は、上層、すなわち区画３８-1，３８-2が属する層を示し、図６（ｂ）は、下層、すなわち区画３８-3，３８-4が属する層を示している。Ｕ相のバスバー３６U は、下層の左側の区画３８-3に配置される。Ｖ相のバスバー３６V は、上側の層に配置され、端子３０V1から、左側の区画３８-1を横切り、右側の区画３８-2を通って、再び左側の区画３８-1を横切り端子３０V2に達する。Ｗ相のバスバー３６W は、端子３０W1から、区画３８-1に沿って延び、端子３０U2の位置を過ぎた位置で、上層から下層に移り、区画３８-3を通って端子３０W2まで達している。中性点のバスバー３６は、下側、右側の区画３８-4を通って延びる。このように、４本のバスバー３６は、バスバーモジュールの本体２８内で２本ずつ上下２層に重ねて、かつ左右に並列に配置されている。

前述のように、対角配置されたＵ相バスバー３６U とＶ相バスバー３６V は、第１絶縁部材４２により覆われ、一体の部品になっている。これらのバスバー３６U ，３６V は、第１絶縁部材４２内で、当該第１絶縁部材により分離、絶縁されている。第１絶縁部材４２の外郭形状は、残りのバスバー、つまりＷ相バスバー３６W 、中性点のバスバー３６N を配置するために空間が設けられており、ここにバスバー３６W ，３６N が配置される。Ｗ相バスバー３６W 、中性点のバスバー３６N は、第１絶縁部材４２と共に第２絶縁部材４４に覆われている。また、Ｗ相、中性点バスバー３６W ，３６N は、第１絶縁部材４２の表面から離して配置され、この間に第２絶縁部材４４が介在している。

上記の絶縁部材４０の効果を図７の比較例を用いて説明する。図７は、４本のバスバー１３６を十字形状の絶縁部材１４２、全体を覆う絶縁部材１４４により絶縁したバスバーモジュールの例である。この場合、十字形状の絶縁部材１４２の十字の端において、図７中矢印Ｌで示す経路で絶縁不良が発生する可能性がある。これは、二つの絶縁部材の境界部分がここにあり、この境界を通る沿面距離が短くなっているためである。図４に示されるように、本実施形態のバスバーモジュール２６においては、個々のバスバー３６は、一方の絶縁部材で覆われており、二つの絶縁部材の隙間を通る経路での絶縁不良の発生を抑えている。

図８〜１１は、本実施形態のバスバーモジュール２６の製造工程についての説明図である。図８は、Ｕ相バスバー３６U とＶ相バスバー３６V の周囲に第１絶縁部材４２を形成する行程を示す図である。図８（ａ）は、図８（ｃ）に示すＡ−Ａ線による断面図、図８（ｂ）は、図８（ｃ）に示すＢ−Ｂ線による断面図である。図８（ｃ）は、バスバー３６又はバスバーモジュール２６の円弧方向に沿った断面図であり、図８（ａ）のＣ１−Ｃ１線およびＣ２−Ｃ２線による組み合わせ断面図である。まず、Ｕ相、Ｖ相バスバー３６U ，３６V を第１成形型４６内に配置する。第１成形型４６の内壁面には、円弧方向において複数の箇所に、内壁面から突出した位置出しピン４８が設けられている。バスバー３６U ，３６V は、位置出しピン４８により上下から挟まれて、所定位置に配置される。このときの２本のバスバー３６U ，３６V の相対位置は、図５に示される対角配置の区画３８-2，３８-3に配置されたときと同じ位置関係、つまり完成時の位置関係となるように配置される。さらに、第１成形型４６の内壁面には、突起形成穴５０が円弧方向において複数箇所に設けられている。後述するように、この突起形成穴５０により、第１絶縁部材４２の表面に突起が形成される。そして、図８に示すように、第１成形型４６内にバスバー３６U ，３６V を配置した状態で、第１成形型のキャビティ内に樹脂を注入または射出して、インサート成形を行う。型内に導入された樹脂が硬化して、第１絶縁部材４２となる。これにより、Ｕ相、Ｖ相バスバー３６U ，３６V を樹脂で覆った一次成形品５２（図９参照）が形成される。

図９は、一次成形品５２の断面図である。図８（ａ），（ｂ）と同じ断面が図９（ａ），（ｂ）に示されている。第１成形型４６の位置出しピン４８の位置には、樹脂が導入されないため、その位置には、図９（ａ）に示すように、残り穴５４が形成される。この残り穴５４の部分ではバスバー３６U ，３６V の表面が露出している。第１成形型４６の突起形成穴５０には、樹脂が導入されて突起５６が形成される。一次成形品５２の断面形状は、図示されるように二つの方形がずれた形状となっている。このずれにより、残り２本のバスバー３６W ，３６N が配置されるための空間５８が形成される。

図１０は、一次成形品５２と、Ｗ相バスバー３６W と中性点のバスバー３６N の周囲に第２絶縁部材４４を形成する行程を示す図である。図８（ａ），（ｂ）および図９（ａ），（ｂ）と同じ断面が図１０（ａ），（ｂ）に示されている。一次成形品５２と、Ｗ相バスバー３６W と中性点のバスバー３６N を第２成形型６０内に配置する。このとき、第２成形型６０の内壁面に設けられた位置出しピン６２と、一次成形品５２の表面に突出している突起５６により、一次成形品５２と、２本のバスバー３６W ，３６N が所定位置に配置される。２本のバスバー３６W ，３６N と、一次成形品５２内の２本のバスバー３６U ，３６V の相対位置は、図５に示される４つの区画３８-1，３８-2，３８-3，３８-4に配置されたときと同じ位置関係、つまり完成時の位置関係となるように配置される。図１０（ｂ）に示されるように、２本のバスバー３６W ，３６N の第２成形型６０に対向する面に位置出しピン６２が当接し、反対側の面には、一次成形品５２に形成された突起５６が当接する。一次成形品５２の第２成形型６０に対向する面にも突起５６が形成されており、これが第２成形型６０の内壁面に当接する。そして、第２成形型６０内にバスバー３６W ，３６N と一次成形品５２を配置した状態で、第２成形型のキャビティ内に樹脂を注入または射出して、インサート成形を行う。型内に導入された樹脂が硬化して、第２絶縁部材４４となる。これにより、Ｗ相、中性点バスバー３６W ，３６N および一次成形品５２を樹脂で覆った二次成形品６４（図１１参照）が形成される。

図１１は、二次成形品６４の断面図である。図１０（ａ），（ｂ）と同じ断面が図１１（ａ），（ｂ）に示されている。一次成形品５２において、残り穴５４であった部分には、第２絶縁部材４４が進入して穴埋め突起６６を形成している。この穴埋め突起６６と、一次成形品５２の突起５６の距離が近いと、第１絶縁部材４２と第２絶縁部材４４の境界面を伝って電流が流れ、バスバー間で絶縁不良が生じる場合がある。このため、穴埋め突起６６と突起５６は、十分に離れて配置される。これらの突起６６，５６の配置を決定しているのは、第１成形型４６の位置出しピン４８および突起形成穴５０であるから、位置出しピン４８および突起形成穴５０を適切に配置することで、バスバー間の絶縁不良を防止する。

以上は、４本のバスバーを２層、２列に配置した例であるが、列はこれよりも増やすことができる。図１２は、６本のバスバー７０を２層、３列に配置したバスバーモジュール７２の例である。下層左列、上層中列、下層右列と、列を移動するごとに上層下層が交互する千鳥配置のバスバー７０-4，７０-2，７０-6が第１絶縁部材７４に覆われている。そして、残りのバスバー７０-1，７０-5，７０-3が第１絶縁部材７４と共に第２絶縁部材７６に覆われている。

また、バスバーモジュール２６，７２は、バスバーの断面が左右方向に長くなるように配置したが、上下方向が長くなるように配置することもできる。さらに、４本を超えるバスバーを配置する場合に、４本の配置に対し、４本を超えた分を左右方向に配置したが、上下方向に配置することもできる。この場合、層と列を読み変える。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１８ コイル、２４ コイルエンド、２６ バスバーモジュール、３０ 端子、３６ バスバー、３８ 区画、４０ 絶縁部材、４２ 第１絶縁部材、４４ 第２絶縁部材、４６ 第１成形型、４８ 位置出しピン、５２ 一次成形品、５８ 空間、６０ 第２成形型、６２ 位置出しピン、６４ 二次成形品。

Claims (5)

1. 回転電機のステータコアに券回されたコイルの導線を相ごとに接続する少なくとも４本のバスバーを一体としたバスバーモジュールであって、
   前記少なくとも４本のバスバーは２層に配置され、
   さらに、
   少なくとも４本のバスバーのうち対角配置または千鳥配置された第１群のバスバーを、個々のバスバー間を絶縁しつつ、一体的に覆う第１絶縁部材と、
   少なくとも４本のバスバーのうち第１群のバスバー以外のバスバーである第２群のバスバーと、前記第１絶縁部材とを一体的に覆う第２絶縁部材と、
   を有する、バスバーモジュール。
2. 請求項１に記載のバスバーモジュールであって、第１絶縁部材は、第２群のバスバーを、第１絶縁部材の表面から離して配置するための突起を有する、バスバーモジュール。
3. 回転電機のステータコアに券回されたコイルの導線を相ごとに接続する少なくとも４本のバスバーを２層に規定された区画ごとに１本ずつ配置し、これらのバスバーを一体としたバスバーモジュールの製造方法であって、
   前記区画のうち対角配置または千鳥配置された第１群の区画に配置されるバスバーを、第１群の区画に配置されたときの位置関係で第１成形型内に配置し、インサート成形によりバスバーを樹脂で覆った一次成形品を形成するステップであって、一次成形品が第１群の区画以外の区画である第２群の区画のための空間を有する、一次成形品を形成するステップと、
   一次成形品と、第２群の区画に配置されるバスバーとを、一次成形品内に配置されているバスバーと新たに配置されたバスバーとが前記区画に配置されたときの位置関係となるように、第２の成形型内に配置し、インサート成形によって、一次成形品と新たに配置されたバスバーとを樹脂で覆った二次成形品を形成するステップと、
   を有する、バスバーモジュールの製造方法。
4. 請求項３に記載のバスバーモジュールの製造方法であって、一次成形品を形成するステップにおいて、一次成形品の表面に、第２群の区画に配置されるバスバーを一次成形品の表面から離して支持するための突起を形成する、バスバーモジュールの製造方法。
5. 請求項３または４に記載のバスバーモジュールの製造方法であって、一次成形品を形成するステップにおいて、第１成形型内にバスバーを配置する際に、第１成形型内に突出したピンにより第１成形型の内表面より離してバスバーを支持する、バスバーモジュールの製造方法。

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