JP7218861B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関し、特にバスバーユニットおよびベアリングホルダを備えたモータなどの回転電機に関するものである。

モータなどの回転電機として、ステータのコイルへの給電用の電源端子を含むバスバーが、ベアリングをケーシングに回転自在に保持するベアリングホルダに設けられた貫通穴を通じて、給電制御用の回路基板とバスバーユニットとの間に接続される構造を有するものがある。このような構成を有する回転電機では、金属製のベアリングホルダとバスバーとの電気的接触による短絡を防止するために、ベアリングホルダの貫通穴の内面とバスバーの表面とを絶縁する必要がある。

特許文献１では、ベアリングホルダの貫通穴の内面とバスバーの表面との電気的接触を回避するために、バスバーの貫通穴の通過部分を覆う絶縁材料からなる端子絶縁保持部を有する部材をバスバーユニットに取り付けていた。

国際公開２０１７／０２６４９２（段落［００７４］、図１０）

しかし上記のような絶縁構造では、絶縁材料からなる別部材の追加による部品点数の増加と、その部品の組み込み作業の追加による製造工程の増加を招き、製造コストをつり上げてしまう。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、バスバーとベアリングホルダとの絶縁をより安価な構造で、かつより確実に確保することのできる回転電機を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る回転電機は、ロータと、ステータと、ベアリングホルダと、バスバーユニットと、コネクタ部品が実装される部品実装基板とを備える。
前記ロータは、シャフトを有する。
前記ステータは、前記ロータと径方向に対向して配置され、複数のコイルを有する。
前記ベアリングホルダは、複数の端子貫通穴を有し、前記シャフトを支持するベアリングを支持する。
前記バスバーユニットは、前記ステータと前記ベアリングホルダとの間に配置される。
前記ベアリングホルダは、前記バスバーユニットと前記部品実装基板との間に配置される。前記ベアリングホルダは、前記シャフトに対して直交方向に延在する厚肉部と、前記複数の端子貫通孔が形成され前記厚肉部よりも厚さが薄く、前記ベアリングホルダの厚さ方向において前記バスバーユニット側に形成される薄肉部と、前記薄肉部と前記部品実装基板との間に設けられ前記コネクタ部品が部分的に沈み込む凹部と、を有する。
前記バスバーユニットは、導電材からなる複数のバスバーと、前記複数のバスバーを内包する電気絶縁性のバスバーホルダとを有する。前記複数のバスバーは、前記ベアリングホルダの前記複数の端子貫通穴にそれぞれ挿通され、前記複数のコイルと前記コネクタ部品との間を電気的に接続する。前記バスバーホルダは、前記複数のバスバーが前記端子貫通穴を挿通する部位の周囲を包囲する。

本発明の一形態に係る回転電機では、バスバーホルダが、複数のバスバーがベアリングホルダの各端子貫通穴を通過する部分での絶縁を確保する。バスバーホルダは電気絶縁材料で構成されるため、絶縁用の別部品をバスバーホルダに取り付ける構成に比べ、部品点数を減らすことができ、絶縁用の別部品の取り付け作業が不要になるため製造コストを抑えることができる。さらに、絶縁用の別部品の取り付け精度による絶縁性能のバラツキが生じなくなり、安定した絶縁が確保される。また、バスバーとベアリングホルダとのさらなる絶縁性の向上、回転機器の小型化とコストダウンを図ることができる。

前記バスバーホルダは、基部と、前記基部にそれぞれ突出して形成され、前記複数のバスバーを個々に保持し、前記複数の端子貫通穴にそれぞれ挿入される複数の挿入部と、複数の補強リブとを有するものであってよい。
バスバーホルダは、複数の補強リブによって、バスバーを個々に保持する部分が補強されることによって強度が向上し、変形や破断を防止することができる。

前記複数の補強リブと前記基部が、前記バスバーホルダの成形収縮方向とこの成形収縮方向に略直交する方向のそれぞれのせん断補強となるように形成されてもよい。これにより、バスバーホルダの成形収縮方向と成形収縮方向に略直交する方向のせん断強度を高めることができる。

以上述べたように、本発明によれば、バスバーとベアリングホルダとの絶縁をより安価な構造で、かつより確実に確保することができる。

本発明の一実施形態に係る電子機器としての回転電機の構成例を示す分解斜視図である。 上記回転電機の要部の断面図である。 上記回転電機のバスバーユニットおよびベアリングホルダを示す斜視図である。 上記バスバーユニットとベアリングホルダを組み合わせた状態の斜視図である。 上記回転電機の端子絶縁保持部の構成を示す断面図である。 上記回転電機の端子絶縁保持部の斜視図である。 本発明に係る第２の実施形態の回転電機の要部断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

＜電子機器の構成＞
図１は本発明の一実施形態に係る電子機器としての回転電機１００の構成例を示す分解斜視図であり、図２は回転電機１００の要部の断面図である。

回転電機１００は、ケーシング１０と、部品実装体２０と、モータ３０と、バスバーユニット４０と、ベアリングホルダ５０と、を有する。

［ケーシング］
ケーシング１０は、開口部１１と、開口部１１に対向する底部１２とを有する概略円筒形状（筒状）に形成される。ケーシング１０は形状およびコストを考慮すると、アルミダイカスト、アルミニウム等の金属材料から構成され、図２に示すように、部品実装体２０、モータ３０、バスバーユニット４０、ベアリングホルダ５０等を収容する。

底部１２と開口部１１との間には、開口部１１から挿入されるベアリングホルダ５０をＺ軸（シャフト３２１）方向に落下しないようにするための段状の段部１５が形成されている（図２参照）。

この段部１５は、開口部１１と対向する第１の支持面１５Ｓを有する。第１の支持面１５Ｓは、後述するように、ベアリングホルダ５０の周縁部を支持する。
ケーシング１０は、底部１２と段部１５との間に設けられ、後述するロータ３２を収容するモータ室１０Ｍ（図２参照）を有する。

［部品実装体］
部品実装体２０は、図２に示すように、モータ３０、バスバーユニット４０及びベアリングホルダ５０よりも上方においてケーシング１０の上端部に保持される。部品実装体２０は、部品実装基板２１と、ヒートシンク２３とを有する。

本実施形態の部品実装基板２１は、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ：Electric Power Steering）のＥＣＵ（Electronic Control Unit）を構成する各種電子機器（図示略）を含む回路基板である。当該電子機器としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ等を含む。部品実装基板２１は、複数のネジ部（図示せず）を介してヒートシンク２３に固定される。

ヒートシンク２３は、シールリングＳ（図２参照）を介してケーシング１０の開口部１１に組み付けられることで、ケーシング１０の内部を密閉する蓋部を構成する。図１に示すように、ヒートシンク２３には、部品実装基板２１と図示しない電源ユニットとの間を電気的に接続する外部接続端子２３ａが突出している。ヒートシンク２３の周縁部には、ネジ挿通孔を有する複数のブラケット２３ｂが設けられており、これらのブラケット２３ｂを介してヒートシンク２３の開口部１１の周縁部に設けられた複数の固定ブラケット１４にネジ固定される。

［モータ］
モータ３０は、図２に示すようにケーシング１０内のモータ室１０Ｍに収容され、ステータ（固定子）３１と、ロータ（回転子）３２とを有する。

ステータ３１は、ケーシング１０の内側に円環状に配置された複数のティース（ステータコア）と、複数のティースにそれぞれ巻回されたコイル（ステータコイル）を含む。ティースは、磁性材からなり、例えば複数の磁性剛板の積層体で構成される。ステータ３１は、ケーシング１０の内周に嵌合されることによりケーシング１０に固定される。コイルは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の三相電磁コイルを形成するように、それらの両端部（図示せず）がバスバーユニット４０に電気的に接続される。

ロータ３２は、一軸（Ｚ軸）まわりに回転するシャフト３２１と、シャフト３２１に取り付けられるロータコア３２２とを有する。シャフト３２１は、ケーシング１０の軸心に沿って配置され、ロータコア３２２の中央に形成された貫通孔に圧入される。シャフト３２１は、ベアリングＢ１及びベアリングＢ２を介してケーシング１０に回転自在に支持される。ロータコア３２２は、周方向に配列された複数の磁極を有する。ロータ３２は、ステータ３１の内側に配置され、ステータ３１との電磁作用によりシャフト３２１をその軸まわりに回転させる。

シャフト３２１の一端（図１及び図２において下端）は、ケーシング１０の底部１２を貫通し、その先端部にギヤ部３２３を有する。ギヤ部３２３は、ステアリングシャフトに連絡する相手側ギヤ（図示略）に噛み合い、シャフト３２１の回転を上記ステアリングシャフトに伝達する。

一方のベアリングＢ１は、ケーシング１０の底部１２に取り付けられ、シャフト３２１の一端側を回転可能に支持する。他方のベアリングＢ２は、シャフト３２１の他端側を回転可能に支持する。
ベアリングＢ２は、ロータコア３２２とヒートシンク２３との間に配置され、ベアリングホルダ５０を介してケーシング１０に固定される。ベアリングホルダ５０に関しては後に詳述する。

［バスバーユニット］
バスバーユニット４０は、導電材からなる複数のバスバー４１と、これらバスバー４１を内包する電気絶縁性のバスバーホルダ４２とを有する（図２参照）。バスバーホルダ４２は、円環状の成形体で構成され、複数のバスバー４１は、バスバーホルダ４２の外周面から径外方へ突出する複数の接続端子４１ａと、バスバーホルダ４２の天面に一軸方向に突出し、Ｕ相、Ｖ相及びＺ相のそれぞれに対応した複数の電源端子４１ｂとを有する。複数の電源端子４１ｂは、部品実装基板２１のコネクタ部品２２と電気的に接続されるプレスフィット端子である。バスバーホルダ４２は、電気絶縁性を有する絶縁材料、例えば合成樹脂などにより成形される。

バスバーユニット４０は、ケーシング１０の内部に配置され、シャフト３２１と同心的に、ステータコイルに接続される。複数の接続端子４１ａは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のステータコイルの一端にそれぞれ電気的に接続され、部品実装基板２１の下面に実装されたコネクタ部品２２と電気的に接続される（図２参照）。

［圧入リング］
圧入リング６０は、図１に示されているような円環状のものである。圧入リング６０は、段部１５とでベアリングホルダ５０をＺ軸方向に挟持するように、ケーシング１０に開口部１１から圧入される。

圧入リング６０は、ケーシング１０と同一の材料（アルミダイカスト、アルミニウム等）または、ケーシング１０と同程度の線膨張係数を有する材料（例えば黄銅やマグネシウム合金）から成る。これにより、回転電機１００の温度変化による、圧入リング６０のベアリングホルダ５０への圧入固定緩みを防止することができる。

［ベアリングホルダ］
図３はバスバーユニット４０およびベアリングホルダ５０を示す斜視図、図４はバスバーユニット４０とベアリングホルダ５０とを組み合わせた状態を示す斜視図である。

ベアリングホルダ５０は、ベアリングＢ２（図２参照）をケーシング１０内に位置決め保持するためのものであり、金属板のプレス成形体で構成される。本実施形態においてベアリングホルダ５０は、金属板を立体形状に深絞り加工及び折り曲げ加工することで作製される。ベアリングホルダ５０が金属材料で構成されることにより、ベアリングホルダ５０を介してベアリングＢ２で生じる摩擦熱を効率よくケーシング１０へ逃がすことができ、ベアリングＢ２の放熱性が向上する。

ベアリングホルダ５０は、概略円盤形状を有し、その中心部にはシャフト３２１が貫通する軸穴５０１が設けられている。この軸穴５０１を包囲するように、ベアリングＢ２を圧入保持するためのベアリング保持部５０２が設けられている。ベアリング保持部５０２は、ベアリングＢ２のアウタレースとの嵌合あるいは嵌着作用によってベアリングＢ２を一体的に保持する。この際、ベアリング保持部５０２の開口下端部をカシメることで、ベアリングＢ２との一体的結合が得られるようにしてもよい。

ベアリングホルダ５０は、バスバーユニット４０から軸方向（Ｚ方向）に引き出された複数の電源端子４１ｂを個別に通すための複数の端子貫通穴５０３と、複数の通気用穴５０４と、をさらに備える。通気用穴５０４は肉抜き用の穴であってもよい。

（電源端子４１ｂの絶縁構造）
バスバーユニット４０のバスバーホルダ４２の天面に突出した複数の電源端子４１ｂは、ベアリングホルダ５０に設けられた端子貫通穴５０３を貫通させて部品実装基板２１上のコネクタ部品２２と電気的に接続される。ここで、ベアリングホルダ５０は金属材料で構成される。このため、端子貫通穴５０３の内面と電源端子４１ｂの表面との電気的接触による短絡を防止すべく、両者間の電気的絶縁を確保する絶縁構造が採用される。

典型的には、電源端子４１ｂにおいて、少なくとも端子貫通穴５０３を貫通する部位の表面を絶縁材料からなる別部材で被覆した絶縁構造などが考えられるが、このような絶縁材料からなる別部材の追加による部品点数の増加と、その部品の組み込み作業の追加による製造工程の増加を招き、製造コストをつり上げてしまう。

本実施形態では、バスバーユニット４０のバスバーホルダ４２に、電源端子４１ｂがベアリングホルダ５０の端子貫通穴５０３を貫通する部位での電気的絶縁を確保するための端子絶縁保持部４４が一体成形により設けられる。

図５は端子絶縁保持部４４の拡大断面図、図６は端子絶縁保持部４４の拡大斜視図である。これらの図に示されるように、端子絶縁保持部４４は、基部４４１と、複数の挿入部４４２と、複数の補強リブ４４３とを有する。
基部４４１は端子絶縁保持部４４の基部である。端子絶縁保持部４４はこの基部４４１の部分でバスバーユニット４０のバスバーホルダ４２と一体化される。

複数の挿入部４４２は個々の電源端子４１ｂ毎に形成され、それぞれベアリングホルダ５０の複数の端子貫通穴５０３に個別に挿入あるいは圧入される部分である。したがって、それぞれの電源端子４１ｂがベアリングホルダ５０の端子貫通穴５０３を貫通する部位において、端子貫通穴５０３の内面と電源端子４１ｂの表面とは絶縁体である挿入部４４２によって互いの電気的接触が妨げられることによって絶縁が確保される。

本実施形態では、端子絶縁保持部４４がバスバーホルダ４２に一体成形されたものであるため、絶縁用の別部品をバスバーホルダ４２に取り付ける構造に比べ、部品点数を減らすことができ、絶縁用の別部品をバスバーホルダに取り付ける作業が不要になるため製造コストを抑えることができる。

また、ベアリングホルダ５０の端子貫通穴５０３の内面と電源端子４１ｂの表面との電気的接触がより確実に防止されるためには、回転電機１００の組み上がり状態において、端子絶縁保持部４４の挿入部４４２の先端がベアリングホルダ５０の部品実装基板２１側の面より上の高さにあることが求められる。本実施形態では、端子絶縁保持部４４がバスバーホルダ４２に一体成形されたものであるため、上記の高さ関係の条件がより確実に保証され、信頼性の高い絶縁構造が得られる。すなわち、絶縁用の別部品の取り付け精度による絶縁性能のバラツキが生じなくなり、安定した絶縁が確保される。

なお、本実施形態では端子貫通穴５０３の形状を円形、電源端子４１ｂの形状を矩形とすることで、電源端子４１ｂのＺ軸まわり回転姿勢のくるいに対するマージンを確保している。

ところで、ベアリングホルダ５０の複数の端子貫通穴５０３と端子絶縁保持部４４の複数の挿入部４４２との位置関係にずれがあると、複数の端子貫通穴５０３に端子絶縁保持部４４の複数の挿入部４４２を挿入した際、端子絶縁保持部４４の特に根元部分に大きなせん断力が加わり、端子絶縁保持部４４が電源端子４１ｂごと根元から変形し、最悪、破断するおそれがある。

本実施形態では、このように端子絶縁保持部４４の変形や破断を防止するために、端子絶縁保持部４４に補強リブ４４３が設けられる。補強リブ４４３は、ベアリングホルダ５０の複数の端子貫通穴５０３と端子絶縁保持部４４の複数の挿入部４４２との位置関係が、バスバーホルダ４２の成形収縮方向（径方向）に最も大きくずれやすいことを考慮して、このバスバーホルダ４２の成形収縮方向のせん断強度を高めるように設けられる。より具体的には、補強リブ４４３は、複数の挿入部４４２に対して直交する方向に延在するように形成される。

また、端子絶縁保持部４４は、バスバーホルダ４２の成形収縮方向のみならず、成形収縮方向に略直交する方向のせん断強度も向上するように形成される。より具体的には、端子絶縁保持部４４は、複数の電源端子４１ｂを個々に保持する複数の挿入部４４２がそれぞれの下部において基部４４１によって成形収縮方向に略直交する方向において互いに繋がっている。これにより、成形収縮方向に略直交する方向においても高いせん断強度が得られる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る第２の実施形態を説明する。
図７は、本発明の第２の実施形態に係る電子機器としての回転電機１０１の構成例を示す要部断面図である。
なお、同図において、第１の実施形態の回転電機１００と同一の部分には同一の符号を付し、これらについての重複する説明は省略する。

本実施形態の回転電機１０１では、特にベアリングホルダ１５０の構成が第１の実施形態と異なる。このベアリングホルダ１５０は、第１の実施形態の回転電機１００のように圧入リング６０を用いず、ベアリングホルダ１５０の外周面をケーシング１０の内周面に当接させた状態でケーシング１０内に圧入され、ケーシング１０内の段部１５の支持面１５Ｓ上に設置される。ベアリングホルダ１５０とケーシング１０との係合部分は接着剤によりさらに強固に固定されてもよい。

このベアリングホルダ１５０はシャフト３２１に対して直交方向に延在する厚肉部１５１と、厚肉部１５１よりも厚さが薄い薄肉部１５２とを有する。すなわち、ベアリングホルダ１５０は、複数の端子貫通穴５０３の周囲の薄肉部１５２を除いて、第１の実施形態の回転電機１００のベアリングホルダ５０に比べ十分大きな厚みを有する厚肉部１５１によって構成される。薄肉部１５２は、ベアリングホルダ５０の、バスバーユニット４０と反対側つまり部品実装基板２１側に開口させた凹部１５３を形成することによってバスバーユニット４０側に薄く残った部分によって形成される。

ベアリングホルダ１５０を上記のような構成とすることで次のような効果が得られる。
１．ベアリングホルダ１５０が厚肉部１５１を有するので、ベアリングホルダ１５０の強度を高くすることができる。また、厚肉部１５１をケーシング１０内に圧入するだけで取り付けられるので、製造工数を低減できる。
２．ベアリングホルダ１５０の端子貫通穴５０３の周囲の部位を部品実装基板２１側から凹ませることによって出来る凹部１５３の開口サイズをコネクタ部品２２よりも大きくすることで、凹部１５３内にコネクタ部品２２を部分的に沈め込ませることができる。これにより第１の実施形態に比べ、回転電機１０１の全体的な高さの小型化を図れる。さらに、電源端子４１ｂとベアリングホルダ１５０部材間の距離を十分確保することができ、電源端子４１ｂとベアリングホルダ１５０との絶縁性が向上する。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。

また以上の実施形態では、電子機器として、車両の電動パワーステアリング装置に用いられる回転電機１００を例に挙げて説明したが、他の用途の回転電機（モータ）にも適用可能である。さらに、本発明に係る電子機器は、モータだけでなく、発電機等の他の回転電機にも適用可能であり、加えて、回転電機以外の他の電子機器にも適用可能である。

２１…部品実装基板
３０…モータ
３１…ステータ
３２…ロータ
３２１…シャフト
４０…バスバーユニット
４１…バスバー
４１ｂ…電源端子
４２…バスバーホルダ
４４…端子絶縁保持部
４４１…基部
４４２…挿入部
４４３…補強リブ
５０…ベアリングホルダ
５０３…端子貫通穴
１００…回転電機
Ｂ１，Ｂ２…ベアリング

Claims (2)

1. シャフトを有するロータと、
   前記ロータと径方向に対向して配置され、複数のコイルを有するステータと、
   複数の端子貫通穴を有し、前記シャフトを支持するベアリングを支持するベアリングホルダと、
   前記ステータと前記ベアリングホルダとの間に配置されたバスバーユニットと、
   コネクタ部品が実装される部品実装基板と、
   を備え、
   前記ベアリングホルダは、
   前記バスバーユニットと前記部品実装基板との間に配置されるとともに、
   前記シャフトに対して直交方向に延在する厚肉部と、前記複数の端子貫通孔が形成され前記厚肉部よりも厚さが薄く、前記ベアリングホルダの厚さ方向において前記バスバーユニット側に形成される薄肉部と、前記薄肉部と前記部品実装基板との間に設けられ前記コネクタ部品が部分的に沈み込む凹部と、を有し、
   前記バスバーユニットは、
   導電材からなる複数のバスバーと、前記複数のバスバーを内包する電気絶縁性のバスバーホルダと、を有し、
   前記複数のバスバーは、前記ベアリングホルダの前記複数の端子貫通穴にそれぞれ挿通され、前記複数のコイルと前記コネクタ部品との間を電気的に接続し、
   前記バスバーホルダは、前記複数のバスバーが前記端子貫通穴を挿通する部位の周囲を包囲する
   回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記バスバーホルダは、
   基部と、
   前記基部にそれぞれ突出して形成され、前記複数のバスバーを個々に保持し、前記複数の端子貫通穴にそれぞれ挿入される複数の挿入部と、
   前記複数の挿入部に対して直交する方向に延在することにより形成された補強リブと、
   を有する
   回転電機。

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