WO2014174666A1 - 回転電機 - Google Patents

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克毅 桑原
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Abstract

複数のバスバー(11)とバスバーを固定、保持するホルダ(12)からなる結線板(13)に対して、円環状の金属材料からなる固定部材(14)を一体成形して結線板構造体(9)を構成し、固定部材(14)は、固定子(4)を保持するフレーム(8)と当接する円環部(14a)を有し、この円環部面の全体あるいは一部でフレーム(8)と固定する。

Description

回転電機
 この発明は、回転電機に関し、特に、固定子への電気接続手段として、バスバーをホルダによって所定の間隔に配置した状態で保持する結線板を用いた回転電機に関するものである。
 従来の回転電機では、複数のバスバーをホルダによって一体に固定・保持することで構成される結線板を回転電機に固定するために、結線板の、バスバーを固定・保持するホルダに脚部形状を設け、回転子の外周部と勘合させて固定しているものがある。
(例えば、特許文献1参照)
 また、樹脂モールドによって固定子と一体成形しているものがある。
(例えば、特許文献2参照)
 また、結線板側と固定子側にそれぞれ突起と穴からなる勘合部を設け、勘合された状態からかしめ等によって結線板を固定するものがある。(例えば、特許文献3)
特許第5028869号(図1、図5) 特許第4900215号(図2) 特開平2012-080602(図2)
 しかしながら、特許文献1では、樹脂で脚部を構成しているため、大出力で大重量の回転電機であって、大きな機械的負荷(振動、衝撃)が結線板に加わる環境下で使用するには、強度が弱いという問題がある。
 また、特許文献2では、結線構造を固定するのに固定子全体を成形金型に入れる必要があるため、設備が大規模になり、かつ、固定子は組み立て部品であるために適切に封止するためには技術的困難がある。
 さらに、特許文献3では、特許文献1と同じく、高負荷環境下では固定強度が不十分であるという問題がある。
 電気自動車EV(Electric Vehicle)や、ハイブリッド車HEV(Hybrid Electric Vehicle)用に使用される回転電機は、小型で高出力が求められる。
一方、外部からの振動、衝撃などの機械的負荷に対して、バスバーの電気的接続および絶縁状態を確保するためには、高強度、高剛性の固定手段が必要であるが、一般に固定強度を大きくするためには、固定構造を大きくするか、またはモールド成形といった大掛かりな方式が必要とされ、回転電機内に電気を供給する結線構造が大型化、大質量化するという課題がある。
 この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、小型で容易に生産でき、かつ、高強度、高剛性な結線構造を備えた回転電機を提供することを目的とする。
 この発明に係る回転電機は、回転軸の外周に装着され回転軸とともに回転する回転子、
前記回転子に対向して配置され、複数のティースを設けた鉄心と、前記鉄心の回転軸軸線方向端面に設けられたインシュレータと、前記インシュレータを介して前記ティースの周りに巻回されたコイルとからなる固定子、前記固定子を固定・保持する金属材料からなるフレーム、前記コイルの端末と給電部とを接続する導電性材料からなる複数のバスバーと、前記複数のバスバーを一体に固定・保持するホルダとで構成される結線板、を有する回転電機であって、前記回転軸軸線を中心として円環形状をなす金属材料からなる固定部材を、前記結線板に一体成形して結線板構造体を構成し、前記結線板構造体は、前記固定部材の円環部を当接面として前記固定子の支持体に固定されるようにしたものである。
 また、前記結線板構造体は、前記固定部材の円環部を前記フレームに接合するとともに、前記インシュレータに当接させたものである。
 この発明の回転電機によれば、結線板構造体は、結線板が円環形状の固定部材と一体構造となるため、結線板構造体自身が高剛性となる。
また、固定部材と回転電機の間で、互いに金属同士での結合とすることで、コンパクトで高い強度をもつ接合を容易に実現することができ、回転電機を小型化することができる。
このため、大掛かりな生産設備を使用することなく、結線板を回転電機に組み立てることが可能となる。
 上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。
この発明の実施の形態1による回転電機を示す断面図である。 この発明の実施の形態1における結線板構造体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1におけるバスバーの形状を示す斜視図である。 図1の断面Aを上から見た回転電機の平面図である。 図4の断面Bによる接合部近傍の部分断面図である。 図4の断面Cによる突起部近傍の部分断面図である。 この発明の実施の形態2による回転電機のハウジングを除いた部分を示す断面図である。 この発明の実施の形態3による回転電機のハウジングを除いた部分を示す断面図である。 この発明の実施の形態3における固定部材を示す平面図である。 図9の断面Dによる部分断面図である。
 以下、この発明の回転電機の実施の形態につき、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
実施の形態1.
 図1はこの発明の実施の形態1による回転電機を示す断面図、図2は、実施の形態1における結線板構造体を示す斜視図、図3は実施の形態1におけるバスバーの形状を示す斜視図である。最初に図1を参照して、全体構成について説明する。
図1において、ハウジング1に、回転軸3が回転自在に取り付けられ、この回転軸3の外周に回転子2が装着されて回転軸3とともに回転する。回転軸3の軸線を中心にして、回転子3の外周に回転子に対向して固定子4が設けられている。
固定子4は内周側に複数のティース部を設けた鉄心5と、ティース部の軸方向両端に設けられたインシュレータ6と、インシュレータ6を介してティース部周りに巻回されたコイル7からなり、金属性のフレーム8を介してハウジング1の内側に取り付けられている。
 後述の図2で説明する結線板構造体9は、回転軸軸線方向の底面がインシュレータ6に当接して固定されていると共に、フレーム8の内周面と当接した状態でフレーム8に対して固定されている。
 コイル7は、結線板構造体9を介して同相のコイル端末同士が接続され、いくつかの相は給電部10の所定の相に接続されている。
 次に、図1、図2を参照して、結線板構造体9の構造について説明する。
結線板構造体9は、複数のバスバー11と、バスバー11を互いにおよび周辺の導電性部品に対して十分な絶縁距離を確保した位置で保持するホルダ12とからなる結線板13と、結線板13に一体成形された板状の金属材料からなる固定部材14から構成される。
 固定部材14は、図2に示すように、板厚方向に湾曲され円環形状をなす円環部14aと、円環部14aの軸方向端面から突出し、途中で径方向に屈曲した後に先端部が結線板13の側面と一体化した複数の脚部14b、および円環部14aに設けられた複数の突起部14cから構成されている。
 これにより、結線板構造体9には、結線板13と固定部材14の間に脚部14bによって周方向に区切られた複数の開口9aが形成されている。
 次に、図3を参照して、バスバー11の形状について説明する。
バスバー11は、コイル端末7a(後述の図4参照)のU、V、Wの3相を互いに接続し給電部10の対応する箇所とそれぞれ接続する3本のバスバー111、112、113と、コイル端末7aの中性点を互いに接続するバスバー114を有する。
バスバー111、112、113、114にはそれぞれ、対応するコイル端末7aと接続するために、コイル接続端子11aが複数設けられ、バスバー円環部で繋がっている。
バスバー111、112、113は、給電部10と接続するための給電端子11cを有している。
 次に、このように構成された結線板構造体9と回転電機の接合構造について図4~図6を参照して説明する。
 図4は図1の断面Aを上から見た回転電機の平面図、図5は図4の断面Bによる接合部近傍の部分断面図、図6は図4の断面Cによる突起部近傍の部分断面図である。
図4~図6に示されるように、結線板構造体9は固定子4を保持するフレーム8に対して、円環部14aがフレーム8の内周面と当接し、かつ突起部14cがフレーム8の回転軸軸線方向の端部8aと当接することで取り付けられ、円環部14aとフレーム8内周面との当接面に設けられた複数の溶接部15によって接合されている。
 なお、ここで用いる接合方法はTIG溶接を用いているが、MIG溶接やスポット溶接などの異なる方法でも接合可能である。
 コイル端末7aとコイル接続端子11aとは、開口9a内を通って接続されている。
 以上のように構成されたこの発明の実施の形態1の回転電機によれば、以下のような優れた作用効果を得ることができるものである。
 (1)結線板構造体9は、金属材料からなる固定部材14と一体成形されることで、高い強度および剛性を得ることができる。
 (2)結線板構造体9は、フレーム8と金属同士の接合となるため、小さな接合箇所15で高い接合強度を得ることができる。
 (3)結線板構造体9は、円環部14aがフレーム8に沿って取付けられるため、上述の小さな接合部15と併せて固定用の構造が場所をとらない。これにより、回転電機のサイズを小型化できる。
 (4)結線板構造体9は、インシュレータ6とフレーム8によって2箇所で固定されているため、高い強度および剛性で取り付けられる。
 (5)結線板構造体9は、組立作業において、フレーム8内周面と円環部14aによって径方向の位置決めがなされ、フレーム8の回転軸軸線方向の端部8aと突起部14cによって軸方向の位置決めをすることができる。このため、取り付け位置を高い精度で容易に設定することが可能であり、生産性が向上する。
 (6)結線板構造体9は、溶接によって接合されるため、ねじや樹脂等の追加部品を用いることなく固定できる。また、ねじ穴等の取り付け構造や、樹脂充填の場所を設ける必要がないため、接合部を小さくすることができる。
 (7)結線板構造体9は、コイル端末7aとコイル接続端子11aは開口9aを通して接続するため、配線を迂回させる必要がなく、結線板周りの構造を小さくすることができる。
 (8)さらには、開口9a設けることによって、開口9aを通って回転電機内の流体を循環させることができ、かつ結線板13とコイル7の軸方向端部および鉄心軸方向端面を大きく暴露することが可能であり、また、固定用の構造が場所をとらないことから、回転電機内を循環する流体の流路を大きくとることが可能であり、効果的に固定子4および結線板13を冷却することができる。
 (9)結線板構造体9は、固定部材14の脚部14bに屈曲を設け、円環部14aを径方向肉厚よりも軸方向厚みが大きな円筒形状とすることで、強固な立体構造を形成している。これによって、少ない材料で効果的に構造の強度と剛性を上げることができる。
実施の形態2.
 図7はこの発明の実施の形態2による回転電機のハウジングを除いた部分を示す断面図である。
この実施の形態2の回転電機は、固定部材14を結線板13に一体成形する場合、円環部14aを結線板13に対して直接埋め込むようにしたものである。
この実施の形態2では、結線板13に継ぎ目のない完全なリングである円環部14aがインサートされており、結線板構造体9は、円環部14aの露出面でフレーム8の内周面に対して圧入によって固定されている。
 この実施の形態2の構成によれば、結線板構造体9の固定は軸方向に圧入のみであり、さらなる組立て工程の容易化が図れる。なお、本実施の形態2においては、結線板固定に必要な強度によっては、焼き嵌めによる固定も可能である。
 また、結線板13は、フレーム8に対して直接固定されるため、高い強度と剛性を得ることができる。
実施の形態3.
 図8は、この発明の実施の形態3による回転電機のハウジングを除いた部分を示す断面図、図9は実施の形態3における固定部材を示す平面図、図10は図9の断面Dによる部分断面図である。
 図8~図10において、固定部材14は絞り加工とプレスによって成形され、円環部14aは継ぎ目のない円環を形成しており、かつ全周にわたって屈曲部14dを有している。円環部14aは、フレーム8の外周面に当接しており、結線板構造体9は、当接面に沿って複数設けられた溶接部15によって接合されている。本実施の形態3では、側面からのスポット溶接によって溶接部15は形成される。
 結線板構造体9を固定する時の軸方向位置決めは、インシュレータ6に対して軸方向に当接することでなされており、溶接時に一定加重で押し付けながら固定することで、ホルダ12は、インシュレータ6に対して圧力が与えられた状態になり固定される。
 以上のように構成された実施の形態3の構造では、円環部14aは継ぎ目のない円環となり、かつ、固定部材14は脚部14b以外の全周にわたって屈曲部14dを持つため、さらに高い強度と剛性を有することができる。
 この発明は、自動車に搭載される回転電機の結線構造に関するもので、電気自動車やハイブリッド車などの小型で高出力が要求される回転電機に用いて有益なものである。
1 ハウジング、2 回転子、3 回転軸、4 固定子、5 鉄心、
6 インシュレータ、7 コイル、7a コイル端末、8 フレーム、
8a フレーム端部、9 結線板構造体、9a 開口、10 給電部、
11、111、112、113、114 バスバー、
11a コイル接続端子、11c 給電端子、12 ホルダ、
13 結線板、14 固定部材、14a 円環部、14b 脚部、
14c 突起部、14d 屈曲部、15 溶接部。

Claims (9)

  1.  回転軸の外周に装着され回転軸とともに回転する回転子、
    前記回転子に対向して配置され、複数のティースを設けた鉄心と、前記鉄心の回転軸軸線方向端面に設けられたインシュレータと、前記インシュレータを介して前記ティースの周りに巻回されたコイルとからなる固定子、
    前記固定子を固定・保持する金属材料からなるフレーム、
    前記コイルの端末と給電部とを接続する導電性材料からなる複数のバスバーと、前記複数のバスバーを一体に固定・保持する絶縁性材料からなるホルダとで構成される結線板、を有する回転電機であって、前記回転軸軸線を中心として円環形状をなす金属材料からなる固定部材を、前記結線板に一体成形して結線板構造体を構成し、前記結線板構造体は、前記固定部材の円環部を当接面として固定子の支持体に固定されるようにしたことを特徴とする回転電機。
  2.  前記結線板構造体は、前記固定部材の円環部を前記フレームに接合するとともに、前記インシュレータに当接させたことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
  3.  前記結線板構造体の固定部材に、前記フレームの回転軸軸線方向の端部に掛かる突起を形成したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。
  4.  前記結線板構造体は、前記固定部材を、前記フレームに対して、溶接または圧入または焼きばめすることにより固定したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。
  5.  前記結線板構造体は、前記固定部材を、前記フレームに対して、溶接または圧入または焼きばめすることにより固定したことを特徴とする請求項3に記載の回転電機。
  6.  前記結線板構造体は、固定部材の円環部の周方向に形成された複数の脚部を備え、この脚部で結線板と一体成型されるとともに、この脚部によって、結線板と固定部材との間に、周方向に仕切られた複数の開口が設けられたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の回転電機。
  7.  前記結線板構造体は、固定部材の円環部の周方向に形成された複数の脚部を備え、この脚部で結線板と一体成型されるとともに、この脚部によって、結線板と固定部材との間に、周方向に仕切られた複数の開口が設けられたことを特徴とする請求項3に記載の回転電機。
  8.  前記結線板構造体は、固定部材の円環部の周方向に形成された複数の脚部を備え、この脚部で結線板と一体成型されるとともに、この脚部によって、結線板と固定部材との間に、周方向に仕切られた複数の開口が設けられたことを特徴とする請求項4に記載の回転電機。
  9.  前記結線板構造体は、固定部材の円環部において、径方向厚みよりも軸方向厚みが大きいことを特徴とする請求項6に記載の回転電機。
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