JP6750160B2 - 給電ユニット、および回転電機 - 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ユニット、および給電ユニットを備える回転電機に関する。

回転電機では、各相のコイルに引出線が接続され、引出線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、各相に対応する引出線を、インサートモールドによって一体化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の給電ユニットでは、モールドする際の樹脂の熱変形が大きく、端子先端部分の位置精度を高めることが困難であるという問題を抱えている。
また、回転電機を稼動する際に発生する熱による応力によって、樹脂部分に亀裂が生じるおそれがあった。

本発明は、前述の点に鑑みてなされたものであり、熱応力の影響を低減することができる給電ユニット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、本発明に係る給電ユニットは、複数の位相毎に巻回されたコイルを構成する導体のそれぞれに対して電気的に接続される複数の給電体と、樹脂材からなり、複数の該給電体を一体に連結保持する樹脂保持部とを備え、該樹脂保持部は、該給電体の周囲を取り囲む外部側保護部と、隣接する２つの該外部側保護部を連結する連結部と、を備え、該連結部の厚さ寸法は、該外部側保護部の樹脂の厚さ寸法と同様に設定されたことを特徴とする。

本発明によれば、熱応力の影響を低減することができる給電ユニットを提供することができる。

一実施形態に係る回転電機を示す断面図である。 一実施形態に係る給電ユニットを示す斜視図である。 一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の別態様の樹脂保持部を示す要部拡大図である。 第２の別態様の樹脂保持部を示す要部拡大図である。 第３の別態様の樹脂保持部を示す要部拡大図である。

本発明の一実施形態について、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、たと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、図２に示すように、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、本願発明の給電ユニット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。

コイル側端子１２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。

湾曲部１４ａは、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（図２、図３参照）。
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Ｘ（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。

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、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、コイル側保護部３１によって覆われている。

コイル側保護部３１は、給電本体１４に対して、ＰＰＳ樹脂（Poly Phenylene Sulfide）をモールドすることで形成されている。コイル側保護部３１は、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。

樹脂保持部２１は、ＰＰＳ樹脂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。そして、樹脂保持部２１は、図４に示すように、外部側保護部２２、および連結部２３で構成されている。

外部側保護部２２は、変向部１４ｃと、その両端の部分（引出部１４ｂとの連結部分、延伸部１４ｄとの連結部分）との周囲を取り囲むようにモールドされている。
連結部２３は、図５に示すように、一方の外部側保護部２２ａにおける引出部１４ｂの板面部分から略垂直に突出し、隣接する他方の外部側保護部２２ｂの端縁に連結している。つまり、連結部２３は、隣接する給電体１１の一方の引出部１４ｂと他方の変向部１４ｃとの間を最短距離で連結している。また、連結部２３は、その厚さ寸法Ｌ２３（厚み）が、外部側保護部２２の厚さ寸法Ｌ２２と同様に設定されている。

また、連結部２３は、図４に示すように、その端子台に面した表面における上縁、下縁、および中央の３箇所に、一方の外部側保護部２２ａから他方の外部側保護部２２ｂに向かって延びる板状の補強リブ２４が立設されている。
補強リブ２４は、厚さ寸法Ｌ２４が、連結部２３の厚さ寸法Ｌ２３と同様に設定されている。
このように、連結部２３は、板厚が所定の寸法に設定されつつ、引出部１４ｂの板面部分から略垂直に突出して、隣接する給電体１１を連結するとともに、補強リブ２４が設けられることによって、隣接する２つの外部側保護部２２ａ、２２ｂの間に、端子台に面する窪み２５（凹み）が形成される。
また、図４に示すように、上縁の補強リブ２４ａと下縁の補強リブ２４ｃには、厚さ方向に貫通する貫通孔２６が開口している。

貫通孔２６は、窪み２５の最も奥深い場所に位置する補強リブ２４の部位（外部側保護部２２、連結部２３、および補強リブ２４が交わる部位）に開口している。そして、貫通孔２６は、排出孔、および通気孔として機能する。
排出孔としての貫通孔２６は、窪み２５に溜まった水やＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）等を貫通孔２６を通じて、窪み２５から排出する。
また、通気孔としての貫通孔２６は、窪み２５内に空気を送り、窪み２５に溜まった水やＡＴＦ等を窪み２５の開口部分から排出する。
なお、貫通孔２６は、連結部２３の基部となる、窪み２５の最も奥深い場所に設定されているため、窪み２５に溜まった水やＡＴＦ等を残さずに、効率よく排出することができる。

また、窪み２５は、外部側保護部２２と連結部２３とが接続する隅部分、連結部２３と補強リブ２４とが接続する隅部分、補強リブ２４と外部側保護部２２とが接続する隅部分の全てについて、接続部分を曲面で繋ぐ隅Ｒ２７が設定されている。そして、各隅Ｒ２７は、その曲率半径が０．３ｍｍ以上に設定されている。
このような隅Ｒ２７を接続部分に設定することによって、窪み２５の隅部におけるモールド時の応力集中が緩和され、金型の摩耗が低減する。

次に、本実施形態に係る給電ユニット１の作用効果について説明する。
本実施形態の給電ユニット１では、３相の各給電体１１を一体に連結保持する樹脂保持部２１が、各給電体１１の周囲を取り囲む外部側保護部２２と、隣接する２つの外部側保護部２２を連結する連結部２３と、を備えている（図４、図５参照）。そして、連結部２３の厚さ寸法Ｌ２３（厚み）が、外部側保護部２２の樹脂の厚さ寸法Ｌ２２（厚み）と同様に設定されている。
これによって、樹脂保持部２１をモールドする際に、樹脂の厚さの違いに起因する熱収縮量の差異が低減されるため、端子先端部分の位置精度を高めることができる。

また、樹脂の厚さを均一化することで、回転電機１０１が稼働時に発生する熱に起因する変形、および熱応力を低減し、亀裂が生じるおそれを小さくすることができる。
これによって、樹脂保持部２１の耐熱衝撃性が向上する。
さらに、樹脂保持部２１は、１回のモールド工程による成形が可能な構成（１回モールド構造）であるため、２回のモールド工程を必要とする構成（２回モールド構造）と比べて、製造工数を削減することが可能である。
これによって、製造コストを削減することができる。

さらに、２回モールド構造の場合には、経年変化によって、１回目のモールドと２回目のモールドとの継ぎ目（パーティングライン）に亀裂が生じ、この亀裂から水が浸入するおそれがあり、長期間に渡って絶縁性を確保することが困難である。
これに対して、本実施形態の樹脂保持部２１は、１回モールド構造であるため、パーティングラインが発生しない。
これによって、長期間に渡って、十分な絶縁性を確保することができる。

また、本実施形態の給電ユニット１では、連結部２３における上縁、中央、および下縁の３箇所に、補強リブ２４が立設されている（図４参照）。
これによって、連結部２３の剛性が向上し、回転電機１０１が振動した際の給電ユニット１の変形を抑制することができる。
また、連結部２３の剛性が向上することで、給電ユニット１を扱う際に、細心の注意を払う必要がなくなり、作業性を向上させることができる。

また、補強リブ２４は、その厚さが、連結部２３の厚さと同様に設定されている。
これによって、補強リブ２４を設けることに起因するモールド時の樹脂の熱収縮による端子先端部分の位置精度の低下を抑制しつつ、連結部２３の剛性を高めることができる。

本実施形態の給電ユニット１では、上縁の補強リブ２４ａと下縁の補強リブ２４ｃに、排出孔、および通気孔として機能する貫通孔２６が開口している。
これによって、窪み２５に溜まった水やＡＴＦ等を速やかに排出することができるため、給電ユニット１の劣化を抑制することができる。
また、窪み２５にＡＴＦが溜まると、ミッションケース（図示せず）内を循環するＡＴＦが減少するため、トランスミッションの潤滑不良、および冷却不足等の悪影響が懸念される。
しかしながら、貫通孔２６を設けることで、窪み２５内のＡＴＦは速やかに排出されるため、これらの悪影響を払拭することができる。

本実施形態の給電ユニット１では、窪み２５の隅部に、隅Ｒ２７が設定されている（図４参照）。
これによって、モールド時の熱衝撃による隅部への応力集中が緩和されるため、金型の摩耗を抑制することができる。

以上、本願発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明したが、本願発明はこのような形態に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。
たとえば、前述の給電ユニット１では、連結部２３における上縁、中央、および下縁の３箇所に、補強リブ２４が立設されている、このような構成に限定するものではない。連結部２３における剛性の確保が十分に可能であれば、補強リブの本数を減らすことが可能である。

したがって、連結部２３における上縁、および下縁の２箇所に、補強リブ２４（２４ａ、２４ｃ）を立設する第１の別態様（図６参照）、連結部２３における中央の１箇所に、補強リブ２４（２４ｂ）を立設する第２の別態様（図７参照）、および、補強リブ２４を全く具備しない第３の別態様（図８参照）など様々な形態を呈することができる。

なお、第１の別態様では、補強リブ２４（２４ａ、２４ｂ）に貫通孔が設置されていないが、窪み２５ａの容積が前述の実施形態の窪み２５よりも大きく、窪み２５ａに溜まる水やＡＴＦ等の量が多くなる恐れがあるため、貫通孔の設置が望ましい。
また、第２の別態様では、窪み２５ｂの形状が、水やＡＴＦ等が溜まり難い形状であるため、貫通孔は不要である。
さらに、第３の別態様では、窪み２５ｃに水やＡＴＦなどが溜まらないため、貫通孔は不要である。
以上のように、第２〜第３の別態様では、貫通孔が不要になることから、金型を簡素化することができるため、製造コストを削減することができる。

なお、本実施形態では、補強リブ２４が、連結部２３の表面から垂直に立設しているが、このような構成に限定されるものではない。
たとえば、中央の補強リブ２４ｂや、下縁の補強リブ２４ｃの抜き勾配（基部が厚く、先端が薄い）を大きくして、垂直に立設したまま、上向きの面をより下方に傾斜させる構成としてもよい。
このような構成とすることで、窪み部分の液溜まりを抑制することができる。

１１ 給電体
２１ 樹脂保持部
２２ 外部側保護部
２３ 連結部
２４ 補強リブ
２６ 貫通孔
２７ 隅Ｒ
１０６ コイル
１０７ 導体
Ｌ２２ 外部側保護部２２の厚さ寸法
Ｌ２３ 連結部２３の厚さ寸法

Claims (5)

1. 複数の位相毎に巻回されたコイルを構成する導体のそれぞれに対して電気的に接続される複数の給電体と、
   樹脂材からなり、複数の該給電体を一体に連結保持する樹脂保持部と、を備え、
   該樹脂保持部は、
   該給電体の周囲を取り囲む外部側保護部と、
   隣接する２つの該外部側保護部を連結する連結部と、
   を備え、
   該連結部の厚さ寸法は、
   該外部側保護部の樹脂の厚さ寸法と同様に設定された
   ことを特徴とする給電ユニット。
2. 前記連結部の表面には、
   隣接する２つの前記外部側保護部を連結するように延びる板状の補強リブが立設された
   ことを特徴とする請求項１に記載の給電ユニット。
3. 前記補強リブには、
   厚さ方向に貫通する貫通孔が開口する
   ことを特徴とする請求項２に記載の給電ユニット。
4. 前記外部側保護部と前記連結部とが接続する隅部分、
   該連結部と前記補強リブとが接続する隅部分、
   該補強リブと該外部側保護部とが接続する隅部分
   の少なくともいずれか１つに、接続部分を曲面で繋ぐ隅Ｒが設定された
   ことを特徴とする請求項２、または請求項３に記載の給電ユニット。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の給電ユニットを備えた
   ことを特徴とする回転電機。

Images