JP6759967B2

JP6759967B2 - 回転電機用端末モジュール

Info

Publication number: JP6759967B2
Application number: JP2016206539A
Authority: JP
Inventors: 宜史野沢
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-10-21
Also published as: JP2018068068A

Description

本発明は、回転電機用端末モジュールに関し、特に、バスバーを有する回転電機用端末モジュールに関する。

円筒状のステータコアの軸方向端面に円筒状の回転電機用端末モジュールを設けることが従来から行なわれている。例えば、特開２００８−３０１５６１号公報（特許文献１）にはバスバー収容部とバスバーから構成される回転電機用端末モジュールについて記載されている。

特開２００８−３０１５６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるステータでは、バスバー収容部とステータコアとの接触面での接着性が悪い。すなわち、通常バスバー収容部はステータコアとの絶縁性確保のため樹脂材料で形成され、ステータコアは金属材料で形成されているため、それらの接触面は金属と樹脂との異種材料となり、その接着性が悪い。その結果、ステータが振動した際、回転電機用端末モジュールもステータコアに対して相対的に移動するおそれがある。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は回転機用端末モジュールがステータコアに対して相対的に移動することを抑制可能な回転電機用端末モジュールを提供することにある。

本発明に係る回転電機のステータの軸方向端面に搭載される回転電機用端末モジュールは、樹脂材料からなる周方向に延びる溝を有する円筒状のバスバー収容部と、前記溝に嵌め合わされるバスバーとを備え、前記バスバー収容部の前記ステータと接触する面には前記バスバー収容部から露出した金属板材が備えられ、前記金属板材が、前記バスバー収容部から露出するようインサート成形されている、軸方向視で円筒形状の金属板である。

本発明に係る回転電機のステータの軸方向端面に搭載される回転電機用端末モジュールは、ステータ側のバスバー収容部の端面に金属板材が露出し、その金属板材は、バスバー収容部から露出するようインサート成形されている軸方向視で円筒形状の金属板である。よって、回転電機用端末モジュールをステータコア軸方向端面に設けた際に、回転電機用端末モジュールとステータコアとの接触面は金属と金属との同種材料から成る。ゆえに、接触面が金属と樹脂との異種材料からなる場合に比して、その接着性を向上させることができる。従って、回転電機用端末モジュールがステータコアに対して相対的に移動することを抑制できる。

本実施形態の回転電機用端末モジュールを含む電動車両の構成を概略的に示す図である。本実施形態の回転電機用端末モジュールを含むステータを示す斜視図である。図２に示されるステータにモールド樹脂部を設けた状態を示す図である。図３に示されるステータのＡ部拡大図である。回転電機用端末モジュールの各バスバーの接続状態を模式的に示す図である。図２に示される回転電機用端末モジュールに含まれるバスバー収容部断面図である。図２に示される回転電機用端末モジュールに含まれるバスバー収容部断面図の別の形態を示す図である。回転電機用端末モジュールを図２のＢ方向から見た図である。

以下に、本発明の実施形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰り返さない場合がある。なお、以下に説明する実施形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必要なものではない。また、以下に複数の実施形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施形態の特徴部分を適宜組み合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本実施形態係る回転電機用端末モジュールを含むハイブリッド車両（ＨＶ：ｈｙｂｒｉｄｖｅｈｉｃｌｅ）を示す図である。なお、本願明細書において、「電動車両」はハイブリッド車両に限定されず、たとえば燃料電池車や電気自動車も「電動車両」に含まれる。

図１に示す通り、ハイブリット車両は、ステータ１０と、ロータ２０と、シャフト３０と、減速機構４０と、ディファレンシャル機構５０と、ドライブシャフト受け部６０と、ＰＣＵ７０（ＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）と、充放電可能な二次電池であるバッテリ８０とを含んで構成される。

ステータ１０およびロータ２０は、電動機又は発電機としての機能を有する回転電機（モータジェネレータ）を構成する。ロータ２０はシャフト３０に組みつけられる。シャフト３０は軸受けを介して駆動ユニットのハウジングに回転可能に支持される。

図２に示す通り、ステータ１０は円筒状のステータコア１１０を有する。ステータコア１１０は、鉄または鉄合金などの板状の電磁鋼鈑を積層することにより構成される。ステータコア１１０は、その内周面に向って径方向に突出する複数のティース部１１１を有する。また、複数のティース部１１１間に形成される凹部として、スロット部（図示されず）が形成されている。スロット部のステータコア内周側は開口している。

３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相を含むステータコイル（詳細は後述する）は、スロット部に嵌り合うようにティース部１１１に巻き付けられる。Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。ステータコイルは給電ケーブルを介してＰＣＵ７０に接続されている。ＰＣＵ７０は給電ケーブルを介してバッテリ８０と電気的に接続される。このようにして、バッテリ８０とステータコイルとが電気的に接続される。

ステータ１０およびロータ２０を含むモータジェネレータから出力された動力は、減速機構４０からディファレンシャル機構５０を介してドライブシャフト受け部６０に伝達される。ドライブシャフト受け部６０に伝達された駆動力は、ドライブシャフト受け部６０を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部６０、ディファレンシャル機構５０および減速機構４０を介してモータジェネレータが駆動される。このとき、モータジェネレータが発電機として作動する。モータジェネレータにより発電された電力は、ＰＣＵ７０内のインバータを介してバッテリ８０に蓄えられる。

図２から図４に示す通り、ステータ１０はステータコア１１０と、ステータコイルと、ステータコイルが接続されるバスバーと、バスバーが取り付けられる回転電機用端末モジュール１（以下、バスバーモジュール１と表記）と、モールド樹脂部１２０と、コネクタ部１３０と、インシュレータ１４０とを含んで構成される。

図２に示されるように、ステータコイルは第１〜第４Ｕ相コイル１１Ｕ〜１４Ｕと、第１〜第４Ｖ相コイル１１Ｖ〜１４Ｖと、第１〜第４Ｗ相コイル１１Ｗ〜１４Ｗとを含む。

第１Ｕ相コイル１１Ｕは、導線５１１Ｕをティースに巻くことで構成されており、導線５１１Ｕの一方端部が第１Ｕ相コイル用端子４１１１Ｕに接続され、導線５１１Ｕの他方端が第１Ｕ相コイル用端子１１１１Ｕに接続される。

第１Ｖ相コイル１１Ｖはティースに導線５１１Ｖを巻くことによって構成される。導線５１１Ｖの一方端が第１Ｖ相コイル用端子１２１１Ｖに接続され、導線５１１Ｖの他方端が第１Ｖ相コイル用端子２１１１Ｖに接続される。

第１Ｗ相コイル１１Ｗはティースに導線５１１Ｗを巻くことによって構成され、導線５１１Ｗの一方端が第１Ｗ相コイル用端子２２１１Ｗに接続され、導線５１１Ｗの他方端が第１Ｗ相コイル用端子３１１１Ｗに接続される。

第２Ｕ相コイル１２Ｕはティースに導線５１２Ｕを巻くことによって構成される。導線５１２Ｕの一方端は第２Ｕ相コイル用端子３２１２Ｕに接続され、導線５１２Ｕの他方端は第２Ｕ相コイル用端子４１１２Ｕに接続される。

第２Ｖ相コイル１２Ｖはティースに導線５１２Ｖを巻くことによって構成される。導線５１２Ｖの一方端は第２Ｖ相コイル用端子３２１２Ｖに接続され、導線５１２Ｖの他方端は第２Ｖ相コイル用端子１２１２Ｖに接続される。

第２Ｗ相コイル１２Ｗはティースに導線５１２Ｗを巻くことによって構成される。導線５１２Ｗの一方端は第２Ｗ相コイル用端子３２１２Ｗに接続され、導線５１２Ｗの他方端は第２Ｗ相コイル用端子２２１２Ｗに接続される。

第３Ｕ相コイル１３Ｕはティースに導線５１３Ｕを巻くことにより構成される。導線５１３Ｕの一方端は第３Ｕ相コイル用端子３３１３Ｕに接続され、導線５１３Ｕの他方端は第３Ｕ相コイル用端子１３１３Ｕに接続される。

第３Ｖ相コイル１３Ｖはティースに導線５１３Ｖを巻くことによって構成される。導線５１３Ｖの一方端は第３Ｖ相コイル用端子３３１３Ｖに接続され、導線５１３Ｖの他方端は第３Ｖ相コイル用端子２３１３Ｖに接続される。

第３Ｗ相コイル１３Ｗはティースに導線５１３Ｗを巻付けることによって構成される。導線５１３Ｗの一方端は第３Ｗ相コイル用端子３３１３Ｗに接続され、導線５１３Ｗの他方端は第３Ｗ相コイル用端子３４１３Ｗに接続される。

第４Ｕ相コイル１４Ｕはティースに導線５１４Ｕを巻付けることにより構成される。導線５１４Ｕの一方端は第４Ｕ相コイル用端子１３１４Ｕに接続され、導線５１４Ｕの他方端は第４Ｕ相コイル用端子１１１４Ｕに接続される。

第４Ｖ相コイル１４Ｖはティースに導線５１４Ｖを巻くことによって構成される。導線５１４Ｖの一方端は第４Ｖ相コイル用端子２３１４Ｖに接続され、導線５１４Ｖの他方端は第４Ｖ相コイル用端子２１１４Ｖに接続される。

第４Ｗ相コイル１４Ｗはティースに導線５１４Ｗを巻付けることで構成される。導線５１４Ｗの一方端は第４Ｗ相コイル用端子３４１４Ｗに接続され、導線５１４Ｗの他方端は第４Ｗ相コイル用端子３１１４Ｗに接続される。

図２，図４に示すように、各々のコイル用の端子は、バスバー収容部１００から突出するように設けられている。当該端子は凹部を有し、該凹部が各々の導線を受入れることで導線と端子との接続が確保される。各々のコイルは、ステータコア１１０に組付けられる前にインシュレータ１４０に巻回されてカセットコイルとなる。

図３，図４に示す通り、ステータコア１１０上に設けられたバスバーモジュール１を構成するバスバー収容部１００および各々のコイルが、樹脂により構成されるモールド樹脂部１２０によりモールドされている。これにより、各々のコイルの位置決めが確実に行なわれるとともに、隣り合うコイル間の絶縁が確保される。なお、このような樹脂を用いたモールドに関しては、図３，図４で示すような成形体を形成するのに限られず、ワニスなどの絶縁樹脂をコイルの表面に塗布して各々のコイルの位置決めを確保する構成を採用してもよい。また、ステータコア１１０とバスバー収容部１００との接触面には接着剤が用いられている。

図５は、バスバーモジュール１におけるバスバー収容部１００に収容されている各バスバーの接続状態を模式的に示す図であり、図６と７は、端末モジュール１に含まれるバスバー収容部１００を示す断面図である。図８は図２のバスバーモジュール１をＢ方向視した図である。

図６〜図７に示す通り、バスバー収容部１００には、該バスバー収容部１００の内周側から外周側に向かって並ぶ複数の溝１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが形成されている。なお、溝１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、それぞれ途中で途切れた形状とされている。

図示されないが、第１バスバー１１，１２，１３は、溝１００Ａに嵌め合わされる。図５に示す通り、第１バスバー１１には、第１Ｕ相コイル用端子１１１１Ｕと、第４Ｕ相コイル用端子１１１４Ｕとが設けられる。また、第１バスバー１１には、コネクタ端子１３０Ｕが取付けられる。

コネクタ端子１３０Ｕから電力が供給され、この電力が第１バスバー１１へ伝えられる。第１バスバー１２には、第１Ｖ相コイル用端子１２１１Ｖと、第２Ｖ相コイル用端子１２１２Ｖとが設けられる。第１バスバー１３には、第３Ｕ相コイル用端子１３１３Ｕと、第４Ｕ相コイル用端子１３１４Ｕとが設けられる。

図示されないが、第２バスバー２１，２２，２３は、溝１００Ｂに嵌め合わされる。第２バスバー２１には、第１Ｖ相コイル用端子２１１１Ｖと、第４Ｖ相コイル用端子２１１４Ｖとが設けられる。また、第２バスバー２１には、コネクタ端子１３０Ｖが取付けられる。コネクタ端子１３０Ｖから電力が供給され、この電力が第２バスバー２１へ伝えられる。図５に示す通り、第２バスバー２２には、第１Ｗ相コイル用端子２２１１Ｗと、第２Ｗ相コイル用端子２２１２Ｗとが設けられる。第２バスバー２３には、第３Ｖ相コイル用端子２３１３Ｖと、第４Ｖ相コイル用端子２３１４Ｖが設けられる。

図示されないが、第３バスバー３１，３２，３３，３４は溝１００Ｃに嵌め合わされる。第３バスバー３１には、第４Ｗ相コイル用端子３１１４Ｗと、第１Ｗ相コイル用端子３１１１Ｗとが設けられる。また、第３バスバー３１には、コネクタ端子１３０Ｗが取付けられる。コネクタ端子１３０Ｗから電力が供給され、この電力が第３バスバー３１へ伝えられる。図５に示す通り、第３バスバー３２には、第２Ｕ相コイル用端子３２１２Ｕと、第２Ｖ相コイル用端子３２１２Ｖと、第２Ｗ相コイル用端子３２１２Ｗとが設けられる。第３バスバー３３には、第３Ｕ相コイル用端子３３１３Ｕと、第３Ｖ相コイル用端子３３１３Ｖと、第３Ｗ相コイル用端子３３１３Ｗとが設けられる。第３バスバー３２，３３はＵ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを接続する中性点の役割を果たす。第３バスバー３４には、第３Ｗ相コイル用端子３４１３Ｗと、第４Ｗ相コイル用端子３４１４Ｗとが設けられる。

図示されないが、第４バスバー４１は溝１００Ｄに嵌め合わせられる。第４バスバー４１には、第１Ｕ相コイル用端子４１１１Ｕと、第２Ｕ相コイル用端子４１１２Ｕとが設けられる。

図５ではスター結線の３相交流モータを示しているが、これに限られず、たとえばデルタ結線の３相コイルモータに本発明を適用してもよい。

また、図４及び図６及び図８に示す通り、バスバー収容部１００のステータコア１１０軸方向端面との接触面（以下、バスバー底部と表記）には、軸方向視で円筒形状の金属板１５０がバスバー収容部１００から露出するようインサート成形されている。より具体的には、バスバー収容部１００を成形する金型（図示せず）内に金属板１５０を予め配置しておき、金型内に耐熱性や溶剤に対する安定性の高い樹脂材料、例えばナイロンやＰＰＳを熱溶解させて充填する。その後、金型内で樹脂材料及び金属板１５０を冷却硬化させて金型から取り出すことで、金属板１５０がインサート成形されたバスバー収容部１００が形成される。金属板１５０を予め金型内に配置しておくことで、熱溶解した樹脂材料が冷却硬化する際に金型内で変形することを抑制することができる。その結果、金属板１５０をインサート成形していないバスバー収容部１００に比して、バスバー低部の平面度を高くすることができる。尚、バスバー収容部１００の底部端面と金属板１５０の露出面とが同一平面上にくるように、金属板１５０をインサート成形することが望ましい。このように成形することで、バスバーモジュール１をステータコア１１０端面に配置した際に、バスバー収容部１００底部と金属板１５０との両方がステータコア１１０端面と接触することができる。

金属板１５０の軸方向厚みは特に規定されるものではないが、バスバーと金属板１５０との接触を避けるためにバスバー収容部１００に形成されている溝に金属板１５０が露出しないようにしなければならない。また、図７に示すように、軸方向視で円筒形状の金属板１５０の内周側と外周側との端部を中央部に比してステータコア１１０端面から離れる方向に変形させた後インサート変形させても良い。このように成形することで、バスバー収容部１００の樹脂材料に対して金属板１５０をより強固に固定することができる。

さらに、金属板１５０として、ステータコア１１０を形成する電磁鋼鈑を用いることが好ましい。このように構成することで、バスバーモジュール１をステータコア１１０端面に設置した際に、ステータコア１１０に加えてバスバーモジュール１の金属板１５０を磁気回路の一部として活用することができ、本実施形態のステータコア１１０を用いたモータの出力を向上させることができる。

また、図示されていないが、電磁鋼鈑を積層して形成されるステータコア１１０は電磁鋼鈑をステータコア１１０軸方向に結合するようかしめ部でかしめられており、かしめ部は軸方向に凹条の凹部となっている。すなわち、ステータコア１１０の軸方向端面には凹部が形成されている。そこで、バスバーモジュール１をステータコア１１０端面に配置する際に、該凹部に対応する位置に係合するよう、図８に示すようにバスバー収容部１００にステータコア１１０に向って突出する凸部１５１を設けても良い。このように構成することで、バスバー収容部１００がステータコア１１０に対して周方向に移動することを規制することができる。従って、バスバーモジュール１がステータコア１１０に対して周方向に振動することを抑制することができる。

従来、バスバー収容部１００はステータコア１１０との絶縁性確保のために樹脂部材から形成され、ステータコア１１０は鉄などの金属で形成されるため、その接触面は異種材料となり接着性が悪化する。ゆえに、ステータ１０が振動する際に、バスバーモジュール１がステータコア１１０に対して相対的に移動するおそれがある。

ここで、バスバーモジュール１とステータコア１１０とを樹脂モールドで一体化することで、バスバーモジュール１がステータコア１１０に対して相対的に移動することが抑制されものと考えられる。しかし、樹脂モールドは必ずしもバスバーモジュール１とステータコア１１０との形状を追従するわけではない。ゆえに、樹脂モールドをしたとしても、軸方向に発生する振動を十分に抑制することはできない。また、バスバーモジュール１とステータコア１１０との形状を追従させるためには厳しい製造要件を満たす必要があり、製造コストの増加につながる。

また、バスバーモジュール１をステータコア１１０に対して強固に固定するために、接触面に接着剤が用いられる。しかし、接触面での接着性が悪いため、接着剤の接着性能を十分に発揮することができず、依然として、バスバーモジュール１がステータコア１１０に対して相対的に移動することを抑制できないおそれがある。

本実施形態において、バスバーモジュール１は、樹脂材料からなる周方向に延びる溝を有する円筒状のバスバー収容部１００と、前記溝に嵌め合わされるバスバーとを備え、前記ステータ１０側の前記バスバー収容部１００の端面には金属板材が露出している。すなわち、バスバー収容部１００の底部に金属板１５０がインサート成形されている。その結果、バスバーモジュール１をステータコア１１０の端面に配置した際に、バスバーモジュール１とステータコア１１０との接触面は金属材料と金属材料とからなる同種材料から構成されることになる。従って、接触面が樹脂材料と金属材料との異種材料からなる場合に比して、接触面での接着性が向上する。ゆえに、バスバーモジュール１とステータコア１１０との接触面に接着剤を導入した場合の接着力が向上し、バスバーモジュール１がステータコア１１０に対して相対的に移動することを抑制することができる。

また、バスバーモジュール１が大型化すると、バスバー収容部１００を成形する金型（図示せず）も大きくなる。その結果、気泡やクラックの発生を防ぎながら樹脂材料を熱溶解して金型に充填することが難しくなる。そこで、バスバー収容部１００を分割して成形したのち、一体化することが考えられる。一体化する際に、円筒形状の金属板１５０を用いることで、円環状に強固に固定しつつ、バスバーモジュール１とステータコア１１０との接触面を金属材料と金属材料とからなる同種材料から構成することもできる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１回転電機用端末モジュール、１０ステータ、１１〜１３第１バスバー、２１〜２３第２バスバー、３１〜３４第３バスバー、４１第４バスバー、１１Ｕ〜１４Ｕ第１〜第４Ｕ相コイル、１１Ｖ〜１４Ｖ第１〜第４Ｖ相コイル、１１Ｗ〜１４Ｗ第１〜第４Ｗ相コイル、２０ロータ、３０シャフト、４０減速機構、５０ディファレンシャル機構、６０ドライブシャフト受け部、７０ＰＣＵ、８０バッテリ、１００バスバー収容部、１００Ａ〜１００Ｄ溝、１１０ステータコア、１２０モールド樹脂部、１３０コネクタ部、１３０Ｕ，１３０Ｖ，１３０Ｗコネクタ端子、１４０インシュレータ、１５０金属板、１５１突出部。

Claims

回転電機のステータの軸方向端面に搭載される回転電機用端末モジュールであって、
樹脂材料からなる周方向に延びる溝を有する円筒状のバスバー収容部と、
前記溝に嵌め合わされるバスバーとを備え、
前記バスバー収容部の前記ステータと接触する面には前記バスバー収容部から露出した金属板材が備えられ、
前記金属板材が、前記バスバー収容部から露出するようインサート成形されている、軸方向視で円筒形状の金属板である、
回転電機用端末モジュール。