JP6946992B2

JP6946992B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6946992B2
Application number: JP2017235253A
Authority: JP
Inventors: 侑生土屋; 竹原　明秀; 明秀竹原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2037-12-07
Also published as: JP2019103354A

Description

本明細書は、ロータと、ステータコアにステータコイルを巻回したステータと、を備えた回転電機に関する。

周知の通り、回転電機は、ロータと、ステータとを有し、ステータは、ステータコアにステータコイルを巻回してなる。このステータコイルの端部は、電源に接続される引き出し線として機能する。また、回転電機には、回転電機のハウジングの内外を電気的に中継する端子台が設けられており、各引き出し線は、動力線や端子を介して、端子台に電気的に接続される。こうした引き出し線と、端子台または動力線との接続構成については、従来から、種々の技術が提案されている。

特許文献１には、並列結線されたステータコイルを、バスバーモジュールを介して動力線に接続する構成が開示されている。すなわち、特許文献１において、バスバーモジュールは、三つの相バスバーを絶縁材料によりモールド成形して一体化した部材である。一つの相バスバーは、二つのバスバー端延部と、一つの接続板とを、有している。特許文献１において、二つのバスバー端延部には、同じ相に属する二つのコイル導線端延部（引き出し線）が接合され、接続板には、動力線が接合される。かかる構成とすることで、同じ相に属する二つの相コイルが、並列接続されつつ、動力線に電気的に接続される。すなわち、特許文献１では、例えば、２つのＵ相コイルおよびＵ相動力線がＵ相バスバーに接合されており、これにより、２つのＵ相コイルが並列に接続されるとともに、Ｕ相動力線に接続される。

国際公開第２０１３／０４２２４８号

しかしながら、特許文献１で用いるバスバーモジュールは、複数のスロットを横断する弧状部品であり、動力線に比べて非常に大型であった。そのため、かかるバスバーモジュールを用いた場合、回転電機の大型化という問題を招いていた。

そこで、動力線を、直接、引き出し線に接合することも考えられる。しかし、この場合、動力線が傾きやすく、動力線の端子台への組み付け性が悪化することがあった。すなわち、引き出し線には、導線が絶縁皮膜で覆われた被覆部と、導線が絶縁皮膜で覆われることなく外部に露出した剥離部と、を有している。この被覆部と剥離部との境界には、絶縁皮膜の肉厚分の段差であるコイル側段差が存在する。かかる引き出し線に動力線を接合した場合、動力線がコイル線側段差に乗り上げてしまい、動力線が傾くことがあった。ここで、動力線が傾くと、当然ながら、端子台に対する動力線の位置や姿勢が変化してしまい、動力線の端子台への組み付け性が悪化する。こうした問題を避けるため、動力線の途中に、当該動力線の位置または姿勢を拘束する樹脂部材を設けることも提案されている。しかし、こうした樹脂部材は、概ね大型であるため、回転電機の大型化という問題を招く。

そこで、本明細書では、大型な部品を用いることなく、動力線の組み付け性を向上できる回転電機を開示する。

本明細書で開示する回転電機は、ロータと、ステータコアにステータコイルを巻回したステータと、を備えた回転電機であって、前記ステータコイルから引き出される引き出し線であって、導線が絶縁皮膜で覆われた被覆部と、前記導線が前記絶縁皮膜で覆われることなく外部に露出しており第一方向に延びる剥離部と、を有し、前記被覆部と前記剥離部との間に前記絶縁皮膜の肉厚分の段差であるコイル側段差が形成された引き出し線と、前記引き出し線と端子台とを電気的に中継する動力線と、前記動力線の一端に取り付けられる動力線接続部と、前記剥離部が接合される剥離部接合部と、を有する接合端子と、を備え、前記接合端子には、前記コイル側段差に沿った段差である端子側段差が形成されており、前記動力線接合部は、前記コイル側段差を挟んで、前記剥離部接合部の前記第一方向反対側に位置している、ことを特徴とする。

こうした構成によれば、接続端子に、コイル側段差に沿った端子側段差を設けているため、接続端子および動力線が、コイル側段差に乗り上げることがない。その結果、動力線の姿勢が傾かないため、動力線の組み付け性を良好に保つことができる。また、複数スロットに跨るバスバーモジュールや、複数の動力線を互いに拘束する樹脂部材等の大型部品も不要となる。

前記接合端子は、前記剥離部に接合される接合部と、前記端子側段差を介して前記接合部に繋がったオフセット部であって、前記接合部よりも前記引き出し線から離間する方向にオフセットしたオフセット部と、を有しており、前記オフセット部のオフセット量は、前記絶縁皮膜の肉厚分以上であってもよい。

オフセット量を、絶縁皮膜の肉厚分以上とすることで、接続端子および動力線のコイル側段差への乗り上げを確実に防止できる。

また、前記動力線は、前記接合端子のうち、前記引き出し線と対向する面の反対側面に取り付けられていてもよい。

かかる構成とすることで、端子側段差の段差量（オフセット量）を小さく抑えることができ、回転電機をより小型化できる。

また、一つの前記接合端子には、同じ相に属する２以上の前記引き出し線が接合されていてもよい。

かかる構成とすることで、同じ相に属する２以上の引き出し線を並列結線するために、別途専用の部品を設ける必要がなくなり、部品点数を低減できる。

また、前記動力線の一端は、前記接合端子を介して前記引き出し線に拘束され、前記動力線の他端は、連結端子を介して前記端子台に拘束され、前記動力線の両端以外は、拘束されることなくフリーであってもよい。

かかる構成とすることで、部品点数が低減でき、また、回転電機の大型化を防止できる。

本明細書で開示する回転電機によれば、接続端子に、コイル側段差に沿った端子側段差を設けているため、接続端子および動力線が、コイル側段差に乗り上げることがない。その結果、動力線の姿勢が傾かないため、動力線の組み付け性を良好に保つことができる。また、複数スロットに跨るバスバーモジュールや、複数の動力線を互いに拘束する樹脂部材等の大型部品も不要となる。

回転電機の構成を示す概略図である。ステータコイルの結線図である。接続前の動力線および引き出し線の概略斜視図である。接続後の動力線および引き出し線の概略側面図である。端子側段差がない場合に動力線と引き出し線を接続した様子を示す図である。樹脂部材で動力線を拘束した様子を示す図である。

以下、回転電機１０の構成について図面を参照して説明する。図１は、回転電機１０の構成を示す図である。この回転電機１０は、電力の供給を受けて回転動力を生成する電動機として機能するとともに、回転動力を受けて発電を行う発電機としても機能する。この回転電機１０の用途は、特に限定されないが、例えば、回転電機１０は、走行用モータとして、電動車両に搭載されてもよい。

回転電機１０は、ロータ１２と、ステータ１６と、回転軸１４と、ハウジング１８と、を備える。ロータ１２は、ロータコア３０および当該ロータコア３０に埋め込まれた永久磁石３２を備えている。ロータコア３０は、電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）を積層してなる円柱形部材である。このロータコア３０の中心には、回転軸１４が挿通され、固着されている。回転軸１４は、軸受３４を介してハウジング１８に取り付けられている。そして、回転軸１４および回転軸１４に固着されたロータコア３０は、ハウジング１８に対して回転自在となっている。

ステータ１６は、ステータコア３６と、ステータコイル３８と、を有している。ステータコア３６は、ロータ１２と同心に配される略円筒形部材で、円環状のヨークと、当該ヨークの内周面から径方向に突出する複数のティースと、を含む。複数のティースは、周方向に所定間隔で並んでおり、隣接する二つのティースの間には、ステータコイル３８が挿入される空間であるスロットが形成されている。こうしたステータコア３６は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）から構成されている。複数の電磁鋼板は、互いに位置決めされて、接合され、ステータコア３６を構成する。

ステータコイル３８は、巻線をティースに集中巻で巻回することで構成される。図２は、ステータコイル３８の結線図である。ステータコイル３８は、三相の相コイル、すなわち、Ｕ相コイル４０Ｕ、Ｖ相コイル４０Ｖ、Ｗ相コイル４０Ｗを含む。なお、以下の説明では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を区別しないときは、アルファベットＵ，Ｖ，Ｗを省略して「相コイル４０」と呼ぶ。各相コイル４０は、二つの相コイル部を、並列接続して構成される。例えば、Ｕ相コイル４０Ｕは、Ｕ相第一コイル部４２＿１Ｕと、Ｕ相第二コイル部４２＿２Ｕと、を並列接続してなる。同様に、Ｖ相コイル４０Ｖは、Ｖ相第一コイル部４２＿１Ｖと、Ｖ相第二コイル部４２＿２Ｖと、を並列接続してなり、Ｗ相コイル４０Ｗは、Ｗ相第一コイル部４２＿１Ｗと、Ｗ相第二コイル部４２＿２Ｗと、を並列接続してなる。なお、以下の説明では、相コイル部についても、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を区別しないときは、アルファベットＵ，Ｖ，Ｗを省略して「相コイル部４２」と呼ぶ。

同相の２つの相コイル部４２の末端（例えばＵ相に属する２つの相コイル部４２＿１Ｕ，４２＿２Ｕの末端）は、互いに接合される。また、同相の２つの相コイル部４２の始端（例えばＵ相に属する２つの相コイル部４２＿１Ｕ，４２＿２Ｕの末端）も、互いに接合される。なお、後述するとおり、各相コイル部４２の始端は、ステータコイル３８から引き出される引き出し線２２として機能する。また、同じ相に属する２つの引き出し線２２は、後述する接合端子２６に接合されることで、並列接続される。三つの相コイル４０の末端は、互いに接合され、中性点４３を形成する。また、三つの相コイル４０の始端は、後述する動力線２４等を介して、端子台２０の接続端子４４に電気的に接続される。

なお、ここで説明した結線態様は、一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、本例では、複数の相コイル部４２を並列結線しているが、これらは、直列結線されてもよい。また、一つの相コイル４０を構成する相コイル部４２の個数は、３つ以上でもよい。また、巻線は、集中巻に限らず、他の巻回態様、例えば、分布巻で巻回されてもよい。

再び、図１を参照して回転電機１０の構成を説明する。ステータコイル３８の一部は、ステータコア３６の軸方向端面から突出して、コイルエンド部を形成する。このコイルエンド部からは、相コイル部４２の始端である引き出し線２２がステータ１６の径方向外側に引き出されている。図２に示すとおり、相コイル部４２は、６本あるため、引き出し線２２も６本、存在する。各引き出し線２２は、後述する接合端子２６を介して動力線２４に接続される。

動力線２４は、引き出し線２２と端子台２０とを中継する導線である。この動力線２４の両端には、接合端子２６および連結端子２８が設けられているが、これについては、後述する。

回転電機１０は、さらに、端子台２０を有している。端子台２０は、ハウジング１８の内外に貫通して、設けられている。この端子台２０のうち、ハウジング１８の内部に突出する部分には、連結端子２８と連結される接続端子４４が設けられている。端子台２０のうち、ハウジング１８の外部に突出する部分には、接続端子４４と電気的に接続された外部端子（図示せず）が設けられている。この外部端子には、インバータ等から引き出された導線が接続される。

次に、動力線２４と引き出し線２２との接続構造について図３、図４を参照して説明する。図３は、接続前の動力線２４および引き出し線２２の概略斜視図である。また、図４は、接続後の動力線２４および引き出し線２２の概略側面図である。

記述したとおり、引き出し線２２は、相コイル部４２の始端であり、同じ相に属する引き出し線２２は、２本存在する。相コイル部４２を構成する巻線は、コイル導線５０と、当該コイル導線を被覆する絶縁皮膜５２と、を有する。なお、図示例では、コイル導線５０は、断面略矩形の平角線であるが、コイル導線５０の形態は、これに限らず、断面円形の丸線でもよい。引き出し線２２は、コイルエンド部から、径方向外側に引き出された後、軸方向外側に屈曲している。この引き出し線２２の端部においては、絶縁皮膜５２が剥離されており、コイル導線５０が外部に露出している。すなわち、引き出し線２２は、コイル導線５０が絶縁皮膜５２で覆われた被覆部５４と、コイル導線５０が絶縁皮膜５２で覆われることなく外部に露出した剥離部５６と、を有する。その結果、被覆部５４と剥離部５６との境界には、絶縁皮膜５２の肉厚分相当の段差が発生する。以下では、この段差をコイル側段差５８と呼ぶ。各引き出し線２２の剥離部５６は、後述する接合端子２６に溶接される。

動力線２４は、断面略円形の導線である。この動力線２４は、絶縁皮膜で覆われていない。また、動力線２４の一端には、接合端子２６が、他端には、連結端子２８がそれぞれカシメ結合されている。連結端子２８は、図４に示すように、断面略Ｌ字状の板金部材である。この連結端子２８は、端子台２０に設けられた接続端子４４に載置された状態でボルト６８などにより固定される。

接合端子２６は、図３に示すとおり、端部が二股に分かれた、正面視で略Ｕ字状の板金部材である。接合端子２６の二股部分には、同じ相に属する二つの引き出し線２２が溶接で接合される。そして、これにより、二つの引き出し線２２、ひいては、相コイル部４２が並列接続される。

また、接合端子２６は、図４に示すとおり、その一部が、厚み方向にオフセットするように、屈曲している。換言すれば、接合端子２６にも、段差が存在する。以下では、この接合端子２６の段差を「端子側段差６０」と呼ぶ。接合端子２６のうち、この端子側段差６０より上側部分は、剥離部５６に溶接で接合される接合部６２となる。また、接合端子２６のうち、端子側段差６０を介して接合部６２に繋がった部分は、接合部６２よりも引き出し線２２から離間する方向にオフセットしたオフセット部６４となる。このオフセット部６４の接合部６２からのオフセット量、すなわち、端子側段差６０の段差量は、コイル側段差５８の段差量（すなわち、引き出し線２２の絶縁皮膜５２の肉厚）以上となっている。また、端子側段差６０は、接合部６２を剥離部５６に接合した際、コイル側段差５８よりも上側（引き出し線２２の端部寄り）に設けられている。換言すれば、端子側段差６０は、コイル側段差５８に沿った段差となっている。かかる端子側段差６０を設けるのは、接合端子２６が、コイル側段差５８に乗り上げて、傾くことを防止するためである。

これについて図５を参照して説明する。図５は、段差を有さない接合端子２６を剥離部５６に接合する様子を示す図である。図５に示すとおり、接合端子２６が段差を有さない場合、接合端子２６の一部が、コイル側段差５８に乗り上げてしまい、接合端子２６および当該接合端子２６が取り付けられた動力線２４の姿勢が傾く。この場合、動力線２４の他端に取り付けられた連結端子２８の位置および姿勢も変化する。その結果、連結端子２８と端子台２０との組み付け性が悪化する。

かかる問題を避けるため、動力線２４の途中に、当該動力線２４の位置および姿勢を拘束する樹脂部材等を設けることも提案されている。例えば、図６に示すように、動力線２４の中間部分において、三つの動力線２４を、互いに拘束する樹脂部材７０を設けることが提案されている。かかる構成とすれば、樹脂部材７０より下側（端子台２０側）においては、三つの動力線２４の位置および姿勢が一定に保たれやすくなる。結果として、連結端子２８と端子台２０との組み付け性の悪化を防止できる。しかしながら、図６に示す形態の場合、比較的大きな樹脂部材７０を設ける必要があり、部品点数の増加や、回転電機１０全体の大型化という問題を招く。

一方、本明細書で開示する回転電機１０では、コイル側段差５８に沿った段差（端子側段差６０）を有した接続端子４４を用いている。そのため、図４に示すとおり、剥離部５６と接合部６２とを接合したとしても、接続端子４４が、コイル側段差５８に干渉することがない。その結果、接続端子４４、および、当該接続端子４４に取り付けられた動力線２４の姿勢が傾かない。そして、これにより、連結端子２８が、設計どおりの位置および姿勢をとることができ、端子台２０への組み付け性が良好に保たれる。

なお、図３、図４から明らかなとおり、本例において、動力線２４は、接続端子４４のうち、引き出し線２２と対向する面と反対側の面に取り付けられている。これにより、端子側段差６０の段差量を小さく抑えつつ、動力線２４と引き出し線２２との干渉を防止できる。すなわち、動力線２４を、接続端子４４のうち、引き出し線２２と対向する面に取り付けた場合、動力線２４と引き出し線２２の被覆部５４との干渉を避けるためには、端子側段差６０の段差量を、動力線２４の直径以上にする必要がある。このように端子側段差６０の段差量を大きくすると、その分、接合端子２６の材料が余分に必要になる。一方、図３、図４に示すように、動力線２４を、接続端子４４のうち、引き出し線２２と対向する面と反対側面に取り付ける構成とすれば、端子側段差６０の段差量は、少なくとも、絶縁皮膜５２の肉厚分以上であれば足りる。結果として、接続端子４４の材料を低減しつつ、動力線２４と引き出し線２２との干渉を効果的に防止できる。

また、これまでの説明で明らかなとおり、動力線２４の両端は、接合端子２６および連結端子２８を介して、引き出し線２２および端子台２０に拘束されるものの、動力線２４の両端以外は、拘束されることなくフリーである。換言すれば、本例では、動力線２４の中間部分において、当該動力線２４の姿勢を拘束する樹脂部材等が不要である。その結果、部品点数の増加や、回転電機１０の大型化を効果的に防止できる。

また、上述したとおり、本例では、一つの接続端子４４に、同じ相に属する複数（図示例では２つ）の引き出し線２２が接合されている。この場合、接続端子４４は、各引き出し線２２と動力線２４とを中継する部材として機能するとともに、複数の引き出し線２２（相コイル部４２）を並列接続する部材としても機能する。換言すれば、本例によれば、複数の相コイル部４２を並列接続するために、専用の部材や導線を設ける必要がなく、部品点数をより低減できる。

また、これまで説明した構成は、一例であり、動力線２４の端部に、引き出し線２２の剥離部５６に接合される接続端子４４を取り付け、当該接続端子４４に、コイル側段差５８に沿った端子側段差６０を設けるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、これまでの説明では、一つの接続端子４４に二本の引き出し線２２を接合している。しかし、一つの接続端子４４に接合される引き出し線２２の本数は、一本でもよいし、三本以上でもよい。また、接続端子４４の形状やサイズは、接合される引き出し線２２の本数やサイズに応じて、適宜、変更されてもよい。

１０回転電機、１２ロータ、１４回転軸、１６ステータ、１８ハウジング、２０端子台、２２引き出し線、２４動力線、２６接合端子、２８連結端子、３０ロータコア、３２永久磁石、３４軸受、３６ステータコア、３８ステータコイル、４０相コイル、４２相コイル部、４４接続端子、５０コイル導線、５２絶縁皮膜、５４被覆部、５６剥離部、５８コイル側段差、６０端子側段差、６２接合部、６４オフセット部、６８ボルト、７０樹脂部材。

Claims

ロータと、ステータコアにステータコイルを巻回したステータと、を備えた回転電機であって、
前記ステータコイルから引き出される引き出し線であって、導線が絶縁皮膜で覆われた被覆部と、前記導線が前記絶縁皮膜で覆われることなく外部に露出しており第一方向に延びる剥離部と、を有し、前記被覆部と前記剥離部との間に前記絶縁皮膜の肉厚分の段差であるコイル側段差が形成された引き出し線と、
前記引き出し線と端子台とを電気的に中継する動力線と、
前記動力線の一端に取り付けられる動力線接続部と、前記剥離部が接合される剥離部接合部と、を有する接合端子と、
を備え、
前記接合端子には、前記コイル側段差に沿った段差である端子側段差が形成されており、
前記動力線接合部は、前記コイル側段差を挟んで、前記剥離部接合部の前記第一方向反対側に位置している、
ことを特徴とする回転電機。