JP5901847B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機に関し、特に、固定子への電気接続手段として、バスバーをホルダによって所定の間隔に配置した状態で保持する結線板を用いた回転電機に関するものである。

従来の回転電機では、複数のバスバーをホルダによって一体に固定・保持することで構成される結線板を回転電機に固定するために、結線板の、バスバーを固定・保持するホルダに脚部形状を設け、回転子の外周部と勘合させて固定しているものがある。
（例えば、特許文献１参照）
また、樹脂モールドによって固定子と一体成形しているものがある。
（例えば、特許文献２参照）
また、結線板側と固定子側にそれぞれ突起と穴からなる勘合部を設け、勘合された状態からかしめ等によって結線板を固定するものがある。（例えば、特許文献３）

特許第５０２８８６９号（図１、図５） 特許第４９００２１５号（図２） 特開平２０１２−０８０６０２（図２）

しかしながら、特許文献１では、樹脂で脚部を構成しているため、大出力で大重量の回転電機であって、大きな機械的負荷（振動、衝撃）が結線板に加わる環境下で使用するには、強度が弱いという問題がある。
また、特許文献２では、結線構造を固定するのに固定子全体を成形金型に入れる必要があるため、設備が大規模になり、かつ、固定子は組み立て部品であるために適切に封止するためには技術的困難がある。
さらに、特許文献３では、特許文献１と同じく、高負荷環境下では固定強度が不十分であるという問題がある。

電気自動車ＥＶ（Electric Vehicle）や、ハイブリッド車ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）用に使用される回転電機は、小型で高出力が求められる。
一方、外部からの振動、衝撃などの機械的負荷に対して、バスバーの電気的接続および絶縁状態を確保するためには、高強度、高剛性の固定手段が必要であるが、一般に固定強度を大きくするためには、固定構造を大きくするか、またはモールド成形といった大掛かりな方式が必要とされ、回転電機内に電気を供給する結線構造が大型化、大質量化するという課題がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、小型で容易に生産でき、かつ、高強度、高剛性な結線構造を備えた回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機は、回転軸の外周に装着され回転軸とともに回転する回転子、前記回転子に対向して配置され、複数のティースを設けた鉄心と、前記鉄心の回転軸軸線方向端面に設けられたインシュレータと、前記インシュレータを介して前記ティースの周りに巻回されたコイルとからなる固定子、前記固定子を固定・保持する金属材料からなるフレーム、前記コイルの端末と給電部とを接続する導電性材料からなる複数のバスバーと、前記複数のバスバーを一体に固定・保持する絶縁性材料からなるホルダとで構成される結線板、を有する回転電機であって、前記回転軸軸線を中心として円環形状をなす金属材料からなる固定部材が、前記結線板に一体化されて構成された結線板構造体を備え、前記結線板構造体は、前記固定部材の円環部を当接面として前記固定子の支持体に固定されるようにしたものである。

また、前記結線板構造体は、前記固定部材の円環部を前記フレームに接合するとともに、前記インシュレータに当接させたものである。

この発明の回転電機によれば、結線板構造体は、結線板が円環形状の固定部材と一体構造となるため、結線板構造体自身が高剛性となる。
また、固定部材と回転電機の間で、互いに金属同士での結合とすることで、コンパクトで高い強度をもつ接合を容易に実現することができ、回転電機を小型化することができる。
このため、大掛かりな生産設備を使用することなく、結線板を回転電機に組み立てることが可能となる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態１による回転電機を示す断面図である。 この発明の実施の形態１における結線板構造体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１におけるバスバーの形状を示す斜視図である。 図１の断面Ａを上から見た回転電機の平面図である。 図４の断面Ｂによる接合部近傍の部分断面図である。 図４の断面Ｃによる突起部近傍の部分断面図である。 この発明の実施の形態２による回転電機のハウジングを除いた部分を示す断面図である。 この発明の実施の形態３による回転電機のハウジングを除いた部分を示す断面図である。 この発明の実施の形態３における固定部材を示す平面図である。 図９の断面Ｄによる部分断面図である。

以下、この発明の回転電機の実施の形態につき、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機を示す断面図、図２は、実施の形態１における結線板構造体を示す斜視図、図３は実施の形態１におけるバスバーの形状を示す斜視図である。最初に図１を参照して、全体構成について説明する。
図１において、ハウジング１に、回転軸３が回転自在に取り付けられ、この回転軸３の外周に回転子２が装着されて回転軸３とともに回転する。回転軸３の軸線を中心にして、回転子３の外周に回転子に対向して固定子４が設けられている。
固定子４は内周側に複数のティース部を設けた鉄心５と、ティース部の軸方向両端に設けられたインシュレータ６と、インシュレータ６を介してティース部周りに巻回されたコイル７からなり、金属性のフレーム８を介してハウジング１の内側に取り付けられている。

後述の図２で説明する結線板構造体９は、回転軸軸線方向の底面がインシュレータ６に当接して固定されていると共に、フレーム８の内周面と当接した状態でフレーム８に対して固定されている。
コイル７は、結線板構造体９を介して同相のコイル端末同士が接続され、いくつかの相は給電部１０の所定の相に接続されている。

次に、図１、図２を参照して、結線板構造体９の構造について説明する。
結線板構造体９は、複数のバスバー１１と、バスバー１１を互いにおよび周辺の導電性部品に対して十分な絶縁距離を確保した位置で保持するホルダ１２とからなる結線板１３と、結線板１３に一体成形された板状の金属材料からなる固定部材１４から構成される。
固定部材１４は、図２に示すように、板厚方向に湾曲され円環形状をなす円環部１４ａと、円環部１４aの軸方向端面から突出し、途中で径方向に屈曲した後に先端部が結線板１３の側面と一体化した複数の脚部１４ｂ、および円環部１４aに設けられた複数の突起部１４ｃから構成されている。
これにより、結線板構造体９には、結線板１３と固定部材１４の間に脚部１４ｂによって周方向に区切られた複数の開口９ａが形成されている。

次に、図３を参照して、バスバー１１の形状について説明する。
バスバー１１は、コイル端末７ａ（後述の図４参照）のＵ、Ｖ、Ｗの３相を互いに接続し給電部１０の対応する箇所とそれぞれ接続する３本のバスバー１１１、１１２、１１３と、コイル端末７ａの中性点を互いに接続するバスバー１１４を有する。
バスバー１１１、１１２、１１３、１１４にはそれぞれ、対応するコイル端末７ａと接続するために、コイル接続端子１１ａが複数設けられ、バスバー円環部で繋がっている。
バスバー１１１、１１２、１１３は、給電部１０と接続するための給電端子１１ｃを有している。

次に、このように構成された結線板構造体９と回転電機の接合構造について図４〜図６を参照して説明する。
図４は図１の断面Ａを上から見た回転電機の平面図、図５は図４の断面Ｂによる接合部近傍の部分断面図、図６は図４の断面Ｃによる突起部近傍の部分断面図である。
図４〜図６に示されるように、結線板構造体９は固定子４を保持するフレーム８に対して、円環部１４ａがフレーム８の内周面と当接し、かつ突起部１４ｃがフレーム８の回転軸軸線方向の端部８ａと当接することで取り付けられ、円環部１４ａとフレーム８内周面との当接面に設けられた複数の溶接部１５によって接合されている。
なお、ここで用いる接合方法はＴＩＧ溶接を用いているが、ＭＩＧ溶接やスポット溶接などの異なる方法でも接合可能である。
コイル端末７ａとコイル接続端子１１ａとは、開口９ａ内を通って接続されている。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１の回転電機によれば、以下のような優れた作用効果を得ることができるものである。
（１）結線板構造体９は、金属材料からなる固定部材１４と一体成形されることで、高い強度および剛性を得ることができる。
（２）結線板構造体９は、フレーム８と金属同士の接合となるため、小さな接合箇所１５で高い接合強度を得ることができる。
（３）結線板構造体９は、円環部１４ａがフレーム８に沿って取付けられるため、上述の小さな接合部１５と併せて固定用の構造が場所をとらない。これにより、回転電機のサイズを小型化できる。
（４）結線板構造体９は、インシュレータ６とフレーム８によって２箇所で固定されているため、高い強度および剛性で取り付けられる。
（５）結線板構造体９は、組立作業において、フレーム８内周面と円環部１４ａによって径方向の位置決めがなされ、フレーム８の回転軸軸線方向の端部８ａと突起部１４ｃによって軸方向の位置決めをすることができる。このため、取り付け位置を高い精度で容易に設定することが可能であり、生産性が向上する。
（６）結線板構造体９は、溶接によって接合されるため、ねじや樹脂等の追加部品を用いることなく固定できる。また、ねじ穴等の取り付け構造や、樹脂充填の場所を設ける必要がないため、接合部を小さくすることができる。
（７）結線板構造体９は、コイル端末７ａとコイル接続端子１１ａは開口９ａを通して接続するため、配線を迂回させる必要がなく、結線板周りの構造を小さくすることができる。
（８）さらには、開口９ａ設けることによって、開口９ａを通って回転電機内の流体を循環させることができ、かつ結線板１３とコイル７の軸方向端部および鉄心軸方向端面を大きく暴露することが可能であり、また、固定用の構造が場所をとらないことから、回転電機内を循環する流体の流路を大きくとることが可能であり、効果的に固定子４および結線板１３を冷却することができる。
（９）結線板構造体９は、固定部材１４の脚部１４ｂに屈曲を設け、円環部１４ａを径方向肉厚よりも軸方向厚みが大きな円筒形状とすることで、強固な立体構造を形成している。これによって、少ない材料で効果的に構造の強度と剛性を上げることができる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２による回転電機のハウジングを除いた部分を示す断面図である。
この実施の形態２の回転電機は、固定部材１４を結線板１３に一体成形する場合、円環部１４ａを結線板１３に対して直接埋め込むようにしたものである。
この実施の形態２では、結線板１３に継ぎ目のない完全なリングである円環部１４ａがインサートされており、結線板構造体９は、円環部１４ａの露出面でフレーム８の内周面に対して圧入によって固定されている。

この実施の形態２の構成によれば、結線板構造体９の固定は軸方向に圧入のみであり、さらなる組立て工程の容易化が図れる。なお、本実施の形態２においては、結線板固定に必要な強度によっては、焼き嵌めによる固定も可能である。
また、結線板１３は、フレーム８に対して直接固定されるため、高い強度と剛性を得ることができる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３による回転電機のハウジングを除いた部分を示す断面図、図９は実施の形態３における固定部材を示す平面図、図１０は図９の断面Ｄによる部分断面図である。
図８〜図１０において、固定部材１４は絞り加工とプレスによって成形され、円環部１４ａは継ぎ目のない円環を形成しており、かつ全周にわたって屈曲部１４ｄを有している。円環部１４ａは、フレーム８の外周面に当接しており、結線板構造体９は、当接面に沿って複数設けられた溶接部１５によって接合されている。本実施の形態３では、側面からのスポット溶接によって溶接部１５は形成される。

結線板構造体９を固定する時の軸方向位置決めは、インシュレータ６に対して軸方向に当接することでなされており、溶接時に一定加重で押し付けながら固定することで、ホルダ１２は、インシュレータ６に対して圧力が与えられた状態になり固定される。

以上のように構成された実施の形態３の構造では、円環部１４ａは継ぎ目のない円環となり、かつ、固定部材１４は脚部１４ｂ以外の全周にわたって屈曲部１４ｄを持つため、さらに高い強度と剛性を有することができる。

この発明は、自動車に搭載される回転電機の結線構造に関するもので、電気自動車やハイブリッド車などの小型で高出力が要求される回転電機に用いて有益なものである。

１ ハウジング、２ 回転子、３ 回転軸、４ 固定子、５ 鉄心、
６ インシュレータ、７ コイル、７ａ コイル端末、８ フレーム、
８ａ フレーム端部、９ 結線板構造体、９ａ 開口、１０ 給電部、
１１、１１１、１１２、１１３、１１４ バスバー、
１１ａ コイル接続端子、１１ｃ 給電端子、１２ ホルダ、
１３ 結線板、１４ 固定部材、１４ａ 円環部、１４ｂ 脚部、
１４ｃ 突起部、１４ｄ 屈曲部、１５ 溶接部。

Claims (9)

1. 回転軸の外周に装着され回転軸とともに回転する回転子、
   前記回転子に対向して配置され、複数のティースを設けた鉄心と、前記鉄心の回転軸軸線方向端面に設けられたインシュレータと、前記インシュレータを介して前記ティースの周りに巻回されたコイルとからなる固定子、
   前記固定子を固定・保持する金属材料からなるフレーム、
   前記コイルの端末と給電部とを接続する導電性材料からなる複数のバスバーと、前記複数のバスバーを一体に固定・保持する絶縁性材料からなるホルダとで構成される結線板、を有する回転電機であって、前記回転軸軸線を中心として円環形状をなす金属材料からなる固定部材が、前記結線板に一体化されて構成された結線板構造体を備え、
   前記結線板構造体は、前記固定部材の円環部を当接面として前記固定子の支持体に固定されるようにしたことを特徴とする回転電機。
2. 前記結線板構造体は、前記固定部材の円環部が前記フレームに接合されているとともに、前記インシュレータに当接されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記結線板構造体の固定部材に、前記フレームの回転軸軸線方向の端部に掛かる突起を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記結線板構造体は、前記固定部材が、前記フレームに対して固定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
5. 前記結線板構造体は、前記固定部材が、前記フレームに対して固定されていることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
6. 前記結線板構造体は、固定部材の円環部の周方向に形成され、前記結線板と一体化された複数の脚部を備え、この脚部によって、結線板と固定部材との間に、周方向に仕切られた複数の開口が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
7. 前記結線板構造体は、固定部材の円環部の周方向に形成され、前記結線板と一体化された複数の脚部を備え、この脚部によって、結線板と固定部材との間に、周方向に仕切られた複数の開口が設けられたことを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
8. 前記結線板構造体は、固定部材の円環部の周方向に形成され、前記結線板と一体化された複数の脚部を備え、この脚部によって、結線板と固定部材との間に、周方向に仕切られた複数の開口が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
9. 前記結線板構造体は、固定部材の円環部を、径方向厚みよりも軸方向厚みが大きな円筒形状としたことを特徴とする請求項６に記載の回転電機。

Images