JP6628756B2 - 回転電機の給電体 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の各相コイルと外部とを接続する給電体に関する。

回転電機では、各相のコイルに導体が接続され、導体を通じて外部と各相のコイルとの間で電力の授受が行われる。
たとえば、特許文献１には、各相に対応する導体の周囲を、インサートモールドによって保護する構成が開示されている。

特開２０１５-１３３８７３号公報

ところで、特許文献１の給電体では、給電体を組付けた回転電機が軸方向に振動した場合、給電体がステータ等に衝突し、短絡するおそれがある。

本発明は、前述の点に鑑みてなされたものであり、振動等による給電体とステータ等との短絡を防止できる回転電機の給電体を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明に係る回転電機の給電体は、複数相の導体からなる給電本体と、一相の該給電本体の一端に形成される端子部と、一相の該給電本体における該端子部との連結部分にモールドされた保護部と、を備え、該保護部は、ステータに向かって突出する複数の突起を備え、複数の該突起の内の少なくとも１つは、幅寸法が、他の該突起とは異なるとともに、他相の前記給電本体と前記ステータとの間に挟まれることを特徴とする。

本発明によれば、振動等による短絡を防止できる回転電機の給電体を提供することができる。

第１実施形態に係る回転電機を示す断面図である。 第１実施形態に係る給電ユニットを示す斜視図である。 第１実施形態の給電体を回転電機の外周側から見た斜視図である。 図３のＡ部を示す要部拡大図である。 図４のV-V線に沿った断面図である。 第１実施形態の保護部をインサートモールドする金型を示す断面図である。 第２実施形態の給電本体と端子部とが連結する部位にクリップを組付け、さらに被覆部をモールドした様子を示した図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のVII-VII線に沿った断面図である。 第２実施形態の給電本体と端子部とが連結する部位を示した図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のVIII-VIII線に沿った断面図である。 第２実施形態の給電本体と端子部とが連結する部位にクリップを組付けた様子を示した図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のIV-IV線に沿った断面図である。 第２実施形態の保護部をインサートモールドする金型を示す断面図である。

本発明の第１実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図１は、本実施形態に係る給電ユニットを含む回転電機１０１の全体構成を示す概略構成図（断面図）である。回転電機１０１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載され、外部から電力が供給された場合には、走行用モータとして機能し、回生制動時には、発電機として機能する。
なお、本願発明の給電ユニットは、車両用の回転電機１０１に限らず、固定式のモータやその他用途のモータ、および発電機にも適用が可能である。
また、説明中の上下は、図示における上下を示すものであり、回転電機１０１を車両に組付けた状態での上下を示すものではない。

回転電機１０１は、図１に示すように、ケース１０２と、ロータ１０３と、ステータ１０４と、を備えている。
ケース１０２は、両端が閉止された略円筒形状を備え、その内部に、円柱状の空間が形成されている。
ロータ１０３は、ケース１０２の軸心部に回転可能に軸支されている。
ステータ１０４は、図２に示すように、筒形状を備え、図１に示すように、筒内にロータ１０３が配置される。そして、ステータ１０４は、図２に示すように、ステータコア１０５と、ステータコア１０５に装着されたコイル１０６とを備えている。

ステータコア１０５は、筒状のコア本体と、ティースと、を備え、略筒形状を呈している。
コア本体は、ケース１０２の筒内に嵌合等により固定されている。
ティースは、コア本体の内周面から径方向内側に向けて所定の間隔で櫛歯状に突出する突起である。そして、周方向で隣接するティース間の隙間は、スロットに設定されている。
スロットは、ステータコア１０５を軸方向に貫通しており、コイル１０６を構成する導体１０７が挿通される。

コイル１０６は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの位相について、導体１０７を分布巻きした３相コイルである。なお、本実施形態の各相のコイル１０６は、対応する複数のセグメントコイル１０６が互いに接続されることで形成されている。
各セグメントコイル１０６は、所定のスロットに導体１０７が挿入されつつ、ステータコア１０５に巻回されている。そして、同相のセグメントコイル１０６同士は、ステータコア１０５に対して軸方向の一方において、ＴＩＧ溶接やレーザ溶接等で接合されている。
なお、コイル１０６の構成は、適宜変更が可能である。たとえば、コイル１０６は、セグメントコイル１０６に限らず、ティースに巻回する等の集中巻きによる方法でステータコア１０５に装着しても構わない。

また、ステータ１０４には、図２に示すように、給電体１１で構成された給電ユニット１が配置され、コイル１０６と外部電力回路（図示せず）とを電気的に接続する。
給電ユニット１は、図２、図３に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各位相に対応する３つの給電体１１と、給電体１１を一体に連結保持する樹脂保持部２１とを備えている。
各給電体１１は、金属（例えば、銅）等の導電性を有する板材に対して板金加工を施すことによって、立体的な形状に形成されたバスバーで構成されている。そして、各給電体１１は、その各部が、コイル側端子１２、外部側端子１３、および給電本体１４に設定されている。
なお、給電体１１には、その表面にめっき処理が施されている。めっき処理を施すことによって、端子部分における軸力、および接触抵抗の安定化を図るとともに、給電本体１４における、水やＡＴＦ等による腐食の抑制を図っている。

コイル側端子１２（端子部）は、対応する位相のコイル１０６を構成する導体１０７と接続可能に、ステータ１０４の外周に沿って配置される。
外部側端子１３は、回転電機１０１の外部に別途設定される外部電力回路（図示せず）が備える端子台（図示せず）と接続可能に配置される。
給電本体１４は、コイル１０６に接続されたコイル側端子１２と、端子台に接続された外部側端子１３とを、他の位相の給電体１１と接触することなく、連結するように、給電体１１毎に異なった形状で取り回しされている。そして、給電本体１４は、図３に示すように、湾曲部１４ａ、引出部１４ｂ、変向部１４ｃ、および延伸部１４ｄで構成されている。
また、給電本体１４は、図３に示すように、コイル側端子１２との連結部分が、保護部としてのコイル側保護部３１によって覆われている。

湾曲部１４ａは、図３に示すように、内側端がコイル側端子１２に連結され、ステータ１０４の外周に倣って配置される。
引出部１４ｂは、湾曲部１４ａの外側端に連結され、回転電機１０１の径方向外側へ延出している。また、引出部１４ｂは、３相の各引出部１４ｂが互いに略等間隔、且つ略平行になるように、湾曲部１４ａとの角度が設定されている。
変向部１４ｃは、内側端が引出部１４ｂの外側端に連結され、３相の各バスバーの板面が、同一平面上に整列するように、向きを変えている。
延伸部１４ｄは、バスバーの板面の向きが、変向部１４ｃの板面と同じ向きのままで、回転電機１０１の軸方向ＡＸ（図２における上下方向）に延伸し、変向部１４ｃと外部側端子１３とを繋いでいる。

コイル側保護部３１（保護部）は、図２に示すように、引出線としての給電体１１が、ステータコア１０５、およびコイル１０６等と不用意に接触しないように、コイル側端子１２と給電本体１４との連結部分を保護するものである。このため、コイル側保護部３１の各部の寸法、および素材は、給電体１１に掛かる電圧によって、火花放電や短絡等が生じないように設定されている。また、コイル側保護部３１は、ステータ１０４に向かって（軸方向ＡＸに沿って）突出する突起３４を備えている。

突起３４は、給電本体１４を挟んで、コイル側端子１２と反対側（図３、図４における下方）に突出している。突起３４の形状、および数は、コイル側保護部３１の形状等に応じて、様々に設定されている。
本実施形態の図３における手前の給電体１１Ｕのコイル側保護部３１Ｕでは、略角柱形状を備える突起３４Ｕａ、３４Ｕｂが２つ突設されている。これら突起３４Ｕａ、３４Ｕｂは、幅寸法Ｌ３４（給電本体１４における長手方向の寸法）が異なるように設定されている。

また、図３における中央の給電体１１Ｖのコイル側保護部３１Ｖでも突起３４Ｖａ、３４Ｖｂが２つ突設されている。
一方の突起３４Ｖａは、前述の突起３４Ｕａ、３４Ｕｂと同様に、略角柱形状を備えている。他方の突起３４Ｖｂは、図３、図５に示すように、隣接する手前の給電体１１Ｕと、ステータ１０４との間に挟まれるように延在している。

さらに、図３における奥の給電体１１Ｗでは、コイル側保護部３１Ｗに略角柱形状の突起（図示せず）が１つ突設されている。
なお、各突起３４は、コイル側保護部３１と同一の樹脂材からなり、コイル側保護部３１を成形する際に一体で形成される。また、各突起３４は、図４に示すように、その角部３４ｃ１、およびその縁部３４ｃ２が面取りされている。
そして、各突起３４には、背中合わせに面する一対の把持面３５が設定されている。

次に、被覆部３３を成形する金型５１について説明する。
図６は、中央の給電体１１Ｖのコイル側保護部３１Ｖを形成する金型５１を示している。
本実施形態の金型５１では、給電体１１が、図３、図４とは上下（天地）が逆転するように設置される。
そして、湯口５３が、金型５１の天面に開口し、突起３４のステータ側端面３６（図４参照）を形成するキャビティ５２の部位に通じている。

次に、給電ユニット１の製造工程を説明する。
まず、板状の素材から給電体１１を切り出し、規定された形状に形を整える。
次に、給電体１１の表面に、めっき処理を施す。
そして、めっき処理が施された給電体１１に、コイル側保護部３１をモールドする（給電体１１の完成）。
さらに、各給電体１１に樹脂保持部２１をモールドして、３つの給電体１１を１つにまとめる。
以上の工程で、給電ユニット１が完成する。

次に、本実施形態に係る給電体１１の作用効果について説明する。
本実施形態では、コイル側保護部３１（保護部）に、ステータ１０４に向かって突出する突起３４を備えている。
このため、突起３４の高さ寸法Ｈ３４（図４参照）の距離を離した状態で、給電体１１を保持することができる。
これによって、十分な絶縁距離が確保され、回転電機１０１が振動し、給電体１１が軸方向ＡＸに振動した場合でも、給電体１１とステータ１０４との衝突、短絡を防止することができる。

本実施形態では、コイル側保護部３１と突起３４とが同一の樹脂材からなり、コイル側保護部３１をモールドする際に、突起３４がコイル側保護部３１と一体に形成されている。
これによって、突起をコイル側保護部とは別部材で構成した場合と比較して、突起３４が十分な取付け強度を備えることができるため、短絡防止をより安定して行うことができる。

本実施形態では、各突起３４の角部３４ｃ１、および縁部３４ｃ２が面取りされている（図４参照）。
これによって、突起３４のステータ１０４への点当たりが解消される。そして、点当たりが解消されることで、回転電機１０１の振動によって、突起３４がステータ１０４に衝突した際の、突起３４の摩耗を抑制することができる。

本実施形態では、形成される給電体１１に応じた数の突起３４が、コイル側保護部３１に形成されている。
これによって、給電体１１各部の寸法等に応じて、コイル側保護部３１上の適切な位置に、適切な数の突起３４を設定することができる。

また、本実施形態では、形成される給電体１１に応じて、突起３４の幅寸法Ｌ３４が、設定されている。
これによって、たとえば振動による触れ幅が大きな部位の突起では、幅寸法を大きく、触れ幅の小さい部位の突起では、幅寸法を小さくする等、設置する部位に応じて突起３４を設定することができる。

本実施形態では、突起３４には、背中合わせに面する一対の把持面３５が設定されている。
このような構成とすることで、給電体１１をステータ１０４に取付ける際に、一対の把持面３５で給電体１１を把持し、位置決めを行うことができる。
これによって、給電体１１を取付ける位置の精度を高めることができる。
また、把持面３５は、給電本体１４を挟んで、コイル側端子１２と反対側に突設された突起３４に設定されている。
このため、給電体１１を把持する部位と、ステータ１０４側の導体１０７と接合するコイル側端子１２との間に距離ができる。
これによって、精度の高い位置決めと、安定した接合作業とを両立することができる。

本実施形態では、突起３４Ｖｂの先端部分が、隣接する手前側の給電体１１Ｕと、ステータ１０４との間に挟まれるように延在している（図５参照）。
これによって、コイル側保護部３１がモールドされていない給電本体１４の部位と、ステータ１０４との短絡を防止することができる。

なお、給電本体１４は、バスバーからなる導体に限定されるものではなく、様々な形態の導体で構成することができる。たとえば、円形断面の導線を複数本束ねたもので給電本体１４を構成することが可能である。そして、このような導線を用いた場合でもバスバーの場合と同様の作用効果が得られる。
また、本実施形態では、突起３４が略角柱形状を備える構成であるが、このような構成に限定されるものではない。たとえば、突起が半球形状を備える構成とすることも可能であり、前述の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
さらに、本実施形態では、突起３４として、ステータ１０４に面するコイル側保護部３１の一部分が、ステータ１０４に向かって突出しているが、このような構成に限定されるものではない。たとえば、突起として、コイル側保護部３１のステータ１０４に面する部位の全体が突出する構成とすることが可能であり、同様の作用効果が得られる。

次に、本発明の第２実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明において、第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施形態と前述の第１実施形態とで、大きく異なる構成は、コイル側保護部３１Ａの構成である。
本実施形態のコイル側保護部３１Ａは、突起３４を有するクリップ４１が組付けられた給電本体１４に、樹脂材をモールドすることで、形成されている。

なお、クリップ４１の位置決めを行うために、本実施形態の給電本体１４の湾曲部１４ａには、位置規制部１４ｅが設けられている。
位置規制部１４ｅは、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、湾曲部１４ａにおけるコイル側端子１２に連結する部位の下縁部分に形成された断面略コ字形状の凹部を構成する一対の対向する壁部からなる。そして、位置規制部１４ｅは、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、後述するクリップ４１を給電本体１４に組付けた際に、クリップ４１と係合し、Ｙ方向におけるクリップ４１の位置決めを行う。

コイル側保護部３１Ａは、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、給電本体１４に組付けられたクリップ４１と、組付けられたクリップ４１と給電本体１４との周囲を樹脂材でインサートモールドした被覆部３３とで構成されている。
なお、クリップ４１と被覆部３３とは、同一の樹脂材で構成されている。

クリップ４１は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、クリップ本体４２と、係止爪４３とを備えている。
クリップ本体４２は、対向する一対の摺接片４２ａと、各摺接片４２ａの端縁を連結する連結片４２ｂとで、断面略コ字形状を呈している。また、クリップ本体４２には、クランプ部４２ｃが設けられている。
摺接片４２ａは、対向する間隔が、バスバーの板厚と同一に設定されている。そして、摺接片４２ａの間にバスバーが隙間無く挿入される。
連結片４２ｂは、その両端部が、被規制部４２ｄに設定されている。そして、連結片４２ｂは、給電本体１４の位置規制部１４ｅの間に隙間無く収まり、被規制部４２ｄのそれぞれが、対応する位置規制部１４ｅに対して、Ｙ方向に係合する。
クランプ部４２ｃは、一方の摺接片４２ａの外面側下縁部の中央部分から、連結片４２ｂの外面上を伝って、他方の摺接片４２ａの外面側下縁部の中央部分に渡って、外側に向かって突出する断面略コ字形状を有する突起で構成されている。
また、クランプ部４２ｃには、略角柱形状を有する突起３４が一体に形成されている。

係止爪４３（係合手段）は、一方の摺接片４２ａの上縁から上方（Ｚ方向）に延設されている。そして、係止爪４３は、弾性腕部４３ａと、鉤部４３ｂとを備えている。
弾性腕部４３ａは、バスバーの板厚方向（Ｘ方向）への撓み変形が可能に構成されている。
鉤部４３ｂは、弾性腕部４３ａの先端に配置され、給電本体１４の上縁部に係合可能に構成されている。

次に、クリップ４１の組付け手順を説明する。
図８（ａ）、（ｂ）、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、まず、クリップ本体４２のコ字溝内に、給電本体１４の下縁部分を収めつつ、クリップ４１を下方から上方へスライドさせる。ここで、係止爪４３は、弾性腕部４３ａが撓んで、鉤部４３ｂが給電本体１４の板面上に乗上げつつ、移動する。
そして、連結片４２ｂが給電本体１４の下縁部に到達すると、弾性腕部４３ａが弾性復帰し、鉤部４３ｂが給電本体１４の上縁に係合する。
以上によって、クリップ４１が給電本体１４に組付けられる。

このような手順で給電本体１４に組付けられたクリップ４１は、給電本体１４上での移動が規制される。
つまり、板厚方向（Ｘ方向）への移動規制は、対向する摺接片４２ａが、給電本体１４の板面に当接することで行われる。
給電本体１４の延在方向（Ｙ方向）への移動規制は、被規制部４２ｄである連結片４２ｂの各両端部が、対応する位置規制部１４ｅに係合することで行われる。
上下方向（Ｚ方向）への移動規制について、上方向への移動規制は、連結片４２ｂが給電本体１４の下縁部に当接することで行い、下方向への移動規制は、係止爪４３が給電本体１４の上縁に係合することで行われる。

被覆部３３は、図１０に示すように、クリップ４１に設定されたクランプ部４２ｃを金型５１で挟持し、クリップ４１とともに給電本体１４を金型５１のキャビティ５２内に位置決めした状態で、モールドされている。
つまり、被覆部３３は、クリップ４１の移動規制を行う位置規制部１４ｅを含め、給電本体１４はコイル側端子１２との連結部分を覆っている。
また、被覆部３３は、その表面が、クランプ部４２ｃの表面と同一平面に収まるようにモールドされている。

樹脂保持部２１は、図２、図３に示すように、絶縁性を備えた樹脂材によるモールドで形成されている。また、樹脂保持部２１は、３相の各コイル側端子１２が所定の導体１０７と接続可能な位置に保持するとともに、端子台（図示せず）の位置に合わせて、３相の各外部側端子１３の位置を保持するように、連結している。

次に、モールドの手順を説明する。
まず、図８（ａ）、（ｂ）に示す給電本体１４にクリップ４１を前述の手順で組付ける（図９参照）。
次に、組付けられたクリップ４１とともに、給電本体１４を固定金型５１ｂのキャビティ５２内に配置する（図１０参照）。
そして、移動金型５１ａを固定金型５１ｂに重ね、キャビティ５２を閉じる。ここで、狭持部５５が、クリップ４１のクランプ部４２ｃに当接し、湾曲部１４ａがクランプ部４２ｃを介して、キャビティ５２内に固定される。
次に、湯口５３を通じて、キャビティ５２内に溶融樹脂を射出する。
その後、溶融樹脂が冷えて、固化したら金型５１から給電体１１を取り出し、給電体１１が完成する（図７参照）。

次に、本実施形態に係る給電体１１の作用効果について説明する。
本実施形態では、給電本体１４にクリップ４１が組付けられており、クリップ４１の上から樹脂がモールドされ、コイル側保護部３１Ａ（保護部）が形成されている。
これによって、コイル側端子１２近傍に位置する給電本体１４の部位に、コイル側保護部３１Ａをモールドすることによって生じるコイル側端子１２先端部分の位置精度の低下を抑制することができる。

１１ 給電体
１２ 端子部（コイル側端子部）
１４ 給電本体
３１ 保護部（コイル側保護部）
３３ 被覆部
３４ 突起
３４ｃ１ 角部
３４ｃ２ 縁部
Ｌ３４ 幅寸法
３５ 把持面
４１ クリップ
４２ｃ クランプ部
５１ 金型
１０１ 回転電機

Claims (6)

1. 複数相の導体からなる給電本体と、
   一相の該給電本体の一端に形成される端子部と、
   一相の該給電本体における該端子部との連結部分にモールドされた保護部と、を備え、
   該保護部は、ステータに向かって突出する複数の突起を備え、
   複数の該突起の内の少なくとも１つは、幅寸法が、他の該突起とは異なるとともに、他相の前記給電本体と前記ステータとの間に挟まれる
   ことを特徴とする回転電機の給電体。
2. 前記突起は、
   前記保護部と同一の樹脂材からなり、
   該保護部を成形する際に一体で形成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の給電体。
3. 前記保護部は、
   前記給電本体に組付けられたクリップと、
   該クリップに設定されたクランプ部を金型で挟持し、該給電本体を該金型のキャビティ内に配置した状態へのモールドで形成された被覆部と、を備え、
   前記クリップと前記被覆部とは、同一の樹脂材で構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の給電体。
4. 前記突起は、
   略角柱形状を備え、
   角部、および縁部が面取りされている
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の給電体。
5. 前記突起は、
   背中合わせに面する一対の把持面を備える
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の給電体。
6. 複数の前記給電本体が隣接配置され、
   前記突起は、
   隣接する該給電本体と、前記ステータとの間に延在する
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の回転電機の給電体。

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