JP5661161B1 - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機のステータのコイルに電流を供給するためのバスバーユニットにおいて、十分な絶縁性を維持した上で、ステータ全体を小型化することができる回転電機を得る。【解決手段】回転電機のステータのコイルエンド３上に積層されて配置される円弧状のバスバーユニット４において、中性点バスバー３２を含む中性点バスバーユニット３１が相用バスバー２２、４２を含む相用バスバーユニット２１、４１の中間に配置する。【選択図】 図２

Description

この発明は、バスバーユニットを有するステータを備えた回転電機に関する。

コイル巻線を有する回転電機のステータにおいては、ステータコアの片側に設けられたバスバーユニットによって、各スロットに配置されたコイルとの接続を行い、電気回路を構成するものが多く見られる。その中でも、ハウジング内のステータを配置することができる範囲の制約などにより、ステータのコイルエンド上にバスバーを配置する場合がある（例えば、特許文献１参照）。このような構成は、例えば、小型ブラシレスモータ等に多く採用されている。

特開２０１２−１４３０１９号公報

従来の回転電機では、コイルを接続するバスバーをコイルエンド上に配置する構造の場合、バスバーを構成するバスバーユニットの構成範囲が狭く、樹脂によるバスバー間の絶縁距離を十分に確保することが難しくなる。または、バスバーに大電流を流す場合には、許容電流密度を考慮して断面積を十分に確保する必要もあり、バスバーユニットは回転電機の軸方向に長くなる傾向があり、その結果、ステータの全体高さが増加し、回転電機が大型化するという課題があった。

上記特許文献１に記載された技術は、４本のバスバーを2段にすることでバスバーモジュールを構成しているが、2段構成のため２本分のバスバーを先に成形したのちに、全てのバスバーを一体としたバスバーモジュールを再成形する必要が生じるという課題がある。また、相対的に電位差の少なく、且つ流れる電流の少ない、中性点を構成するバスバーに対しても、成形安定化のために成形用樹脂は所定の厚みを確保する必要があり、絶縁距離が過剰となり、バスバーモジュールが大型化し、結果としてステータの全体高さが増加する問題もあった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、中性点バスバーを構成するバスバーユニットの絶縁性を良好にすることが可能となり、また、中性点バスバーユニットの厚さを低減することもできて、バスバーユニット全体を小型化することができ、結果としてステータの全体高さを低くすることが可能になる回転電機を得るものである。

この発明は、ステータコア端面より突出して構成されるコイルエンドと、コイルエンドの端部からコイルエンド方向に突出しているコイル端末と、コイル端末を接続する接合部が内外径方向に突出しているバスバーを内包した円弧状のバスバーユニットを備えた回転電機において、バスバーユニットは中性点を構成するバスバーを含む中性点バスバーユニットと各相の前記コイルと接合される相用バスバーを含む相用バスバーユニットとが、コイル端末の突出方向に積層されて配置され、且つ中性点バスバーユニットは複数の相用バスバーユニットの間に配置されたものである。

この発明は、中性点バスバーユニットを相用バスバーユニットの中間に配置することで、電位差の大きい相用バスバーユニット間の絶縁距離を確保することが出来、絶縁性の高いバスバーユニットを構成できる。また、複数のバスバーユニットを積層して配置することによって、ユニット全体の高さが下げられ、よりステータを小型化することが可能になる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるステータのバスバーユニット構成部周辺を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるステータのバスバーユニット構成部の詳細を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるステータのバスバーユニット単体を示す平面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるステータのバスバーユニットを示す図３のＡ−Ａ線における断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるステータのバスバーユニットの位置決め支持部材設置前の状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるステータのバスバーユニットの位置決め支持部材設置後の状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機におけるステータのバスバーユニットのカバー取付け後の状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機におけるステータのバスバーユニットのカバー構造を説明するための分解斜視図である。

実施の形態１．
図１、図２は、この発明を実施するための実施の形態１における回転電機のステータの要部を示すものである。
この発明の回転電機のステータは、図１、２に示すように、複数の整列されたコイル２が、回転電機のステータコア１のスロットに内に整列されて配置されている。コイル２の端末は、ステータコア１の端面に突出して構成されたコイルエンド３を構成する。コイルエンド３の内周端と外周端から片側のコイルエンド方向に突出して複数のコイル端末６が設けられている。ステータコア１の全てのスロットに対してコイル２の配置が完了した後、一部のコイル端末６はステータコア１の端面にコイルエンド３より後述するバスバーユニット４側に突出した状態となる。コイルエンド３上に複数の円弧状のバスバーユニット４を配置し、そのコイル端末６とバスバーユニット４に内包されたバスバーとの接合処理が行われる。さらに、1つの相用バスバーユニット４２から突出した給電端子部４３の先端に丸端子７を取り付けた付加線５の接続を行うことで回転電機の電気的な接続が完了する。

ステータコア１のコイルエンド３上には、各相のコイルを接続する相用バスバー２２、４２を内包した相用バスバーユニット２１、４１と中性点を構成する中性点バスバー３２を内包した中性点バスバーユニット３１が配置される。各バスバーユニットからは、コイルとの接合処理を行う接続端子が各バスバーユニットの内外径方向に突出されており、各バスバーユニットを配置後にコイルとの接合作業を行うことによって、ステータの電気回路の構成が完了する。また、端末線接合部１１において、各相のコイルと接合される相用バスバーを内包した相用バスバーユニット２１、４１と中性点を構成する中性点バスバーユニット３１は、中性点バスバーユニット３１を相用バスバーユニット２１、４１の間に配置する形でコイル端末６の突出方向に積層されて配置される。

図３はバスバーユニット単体を積層した場合の平面図である。図に示すＡ―Ａ線における断面の状態を図４に示す。図４に示すように、各バスバーユニット２１、３１、４１は、薄板のバスバーの周囲にモールド樹脂成形が施されて、樹脂層が形成され、絶縁処理がなされている。一方、端末線接合部１１との接合箇所は、外側に突出して形成され、溶接等の接合のために樹脂成形は施されない。このように、各バスバーユニット２１、３１、４１が積層された状態において、２つの相用バスバーユニット２１、４２の間に中性点バスバーユニット３１を配置する。また、中性点バスバーユニット３１に内包している中性点バスバー３２の板厚は、相用バスバー２２、４２より小さく、中性点バスバー３２を覆っている樹脂の厚みも相用バスバー２２、４２を覆う樹脂と比較して小さくなっている。そのような構成とした場合、図４中に示す中性点バスバーユニット３１の厚み寸法Ｌ１は、相用バスバーユニット２１、４１の厚み寸法Ｌ２より小さな値となる。即ち、中性点と相間で電位差が小さくなることと、電流が少なくなることを利用して、バスバーの周囲の樹脂層の厚さとバスバーの板厚を小さくすることが出来、バスバーユニット全体の高さを低減することが可能になる。

このように、中性点バスバー３２を相用バスバー２２、４２の中間に配置することによって、電位差の大きい相用バスバー間の距離を確保することが出来るため、相用バスバー間の絶縁性を高めることが可能になる。 また、中性点バスバー３２と相用バスバー間は相用バスバー間と比べて電位差が小さくなるため、各バスバー間の必要絶縁距離を短縮することが可能となり、本実施の形態のように、中性点バスバーユニット３１の樹脂層の厚みも薄くすることが可能になる。また、中性点バスバー３２は相用バスバー２２、４２と比較して、通電電流量が小さいため、同等の許容電流密度を想定すると、バスバー自体の板厚を小さくすることが可能になる。その効果により、バスバーユニット全体の高さの低減が実現できる。

中性点バスバーユニット３１を挟み込んでいる２つの相用バスバーユニット２１、４１内の相用バスバー２２、４２は、給電端子部４３を有するものと有していないものに分けられる。即ち、各相のコイルと接合される相用バスバーは、各相のコイル端末との接合箇所のみを有する第１の相用バスバーと、各相のコイル端末の接合箇所と外周方向に突出する給電端子部との接合箇所の両方を有する第２の相用バスバーとが設けられ、第２の相用バスバーは、コイル端末の突出方向の最上位に配置されている。その結果、給電端子部４３を有する相用バスバーユニット４１は中性点バスバーユニット３１よりコイル端末６の突出方向において、最上位の位置である最上段に配置される。これにより、相用バスバーユニットの給電端子部４３は他のバスバーユニットの接合部との絶縁距離を十分に確保することが可能になり給電端子部４３の絶縁性を高めることが可能になる。

各バスバーユニット２１、３１、４１は、形状が安定していないコイルエンド上に構成されるために、各ユニットが一体化されていることが好ましい。そこで、図５に示すように、個別の各バスバーユニット２１，３１，４１に対して、バスバーユニットのステータコア1に対して平行な平面の同一位置にコイル端末６の突出方向に貫通する複数の貫通孔５２を設けて、個別の各バスバーユニット２１、３１、４１を位置決め用支持部材５１である、例えば、円柱状の位置決め用ピンによって図６に示すように位置決め、及び一体化した後に、コイルエンドに配置する。これによって、各バスバーから突出している接合部の位置精度を高め、コイル端末６との接合の精度を高めることが可能になる。

実施の形態２．
上述した実施の形態１においては、コイルエンド３上に、積み重ねられた各バスバー２２、３２、４２の接合部は各バスバーユニットとコイルの接合箇所間の空間絶縁によってのみ絶縁性が保たれている状態である。この場合、油中冷却などの冷却形態をとった場合には、接合部位間に鉄粉などが堆積し、接合部間の絶縁性が悪化する場合がある。

そこで、この発明の実施の形態２では、図７に示すように、各バスバーとコイル端末６との接合箇所を覆う樹脂カバー６１を最上段に配置し、図８に示すように端末線接合部１１に対して、内周側リブ６４、外周側リブ６５、径方向リブ６６を設けることによって、接合部間の径方向及び周方向の周囲を覆って十分な沿面距離を確保し、良好な絶縁性を得ることが出来る。また、樹脂カバー６１は各バスバーユニットとの固定として、固定穴６２に図５、図６と同様に位置決め用支持部材５１である位置決め用ピンを挿通してもよい。また、樹脂カバー６１は、給電端子部４３が樹脂カバー６１から突出させられるように、３か所に開口部６３を設けた構造になっている。なお、その他の構成は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。

上述の実施の形態では、中性点バスバーを相用バスバーの間に構成するものであれば、相用バスバーの数は２個に限定するものではなく、構成上、必要であれば相用バスバーユニットを3個以上配置することも可能である。

また、上述の実施の形態では位置決め用支持部材５１である位置決め用ピンによりバスバーユニットを一体化した後に、コイルエンドに組み付ける事例を説明したが、組み付け順序はこれに限られるものではなく、各バスバーユニットを組み付けた後に、位置決め用支持部材である位置決め用ピンを挿通して、一体化してもよい。

この発明は、その発明の範囲において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。

１ ステータコア、２ コイル、３ コイルエンド、４ バスバーユニット、６ コイル端末、１１ 端末線接合部、２１ 相用バスバーユニット、２２ 相用バスバー、３１ 中性点バスバーユニット、３２ 中性点バスバー、４１ 相用バスバーユニット、４２ 相用バスバー、４３ 給電端子部、６１ 樹脂カバー。

Claims (5)

1. 円環状のステータコアにコイルが装着されるステータを有し、
   前記ステータは、前記ステータコアの端面より突出して構成されるコイルエンドと、
   前記コイルエンドの端部からコイルエンド方向に突出しているコイル端末と、
   前記コイル端末を接続する接合部が内外径方向に突出しているバスバーを内包した円弧状のバスバーユニットを備えた回転電機において、
   前記バスバーユニットは、中性点を構成するバスバーを含む中性点バスバーユニットと各相の前記コイルと接合される相用バスバーを含む相用バスバーユニットとが、前記コイル端末の突出方向に積層されて配置され、且つ前記中性点バスバーユニットは複数の前記相用バスバーユニットの間に配置されていることを特徴とする回転電機。
2. 各相のコイルと接合される相用バスバーは、
   各相のコイル端末との接合箇所を有する第１の相用バスバーと、各相の前記コイル端末の接合箇所と外周方向に突出する給電端子部との接合箇所を有する第２の相用バスバーとが設けられ、
   前記第２の相用バスバーは、前記コイル端末の突出方向の最上位に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. バスバーユニットは、それぞれが内包するバスバーの周囲に樹脂層が形成されており、中性点バスバーユニットは、前記樹脂層の厚みが相用バスバーユニットより小さく、且つ、中性点バスバーは相用バスバーよりも厚みが小さい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. 各バスバーユニットは、ステータコアの端面と平行平面上の、同一位置に対して、軸方向に貫通した複数の孔を有し、前記孔を貫通する支持部材で一体化されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
5. 中性点バスバー及び相用バスバーのコイル端末との接合部は、前記コイル端末の突出方向の最上段に配置される樹脂カバーによって、覆われていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機。

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