JP2012130203A - 回転電機のバスバーモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機のステータのコイルの導線を相ごとに接続する複数のバスバーを一体としたバスバーモジュールをステータ近傍にコンパクトに収める。
【解決手段】バスバーモジュール２６を円弧形状とし、コイルエンドの、回転電機の軸線方向に隣接する部分に配置する。バスバーモジュール２６内部において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相および中性点のバスバー３６U ，３６V ，３６W ，３６N は、上下に２本ずつ２段に配置される。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機のステータのコイル導線を相ごとに接続するバスバーを含むバスバーモジュールに関する。

電動機は、相対的に移動可能な二つの部材の一方に電力を供給して磁界を形成し、他方の部材を前記磁界との相互作用により移動させる電気機器である。逆に、後者の部材を移動させることにより前者の部材から電力を取り出すことができ、これが発電機である。つまり、電動機と発電機は、同一の機械的構造を有する。以下の説明において、電動機と発電機の総称として「回転電機」を用いる。

回転電機の二つの部材のうち、固定された部材（ステータ）にコイルを配列し、このコイルにより移動する磁界、例えば回転する磁界を形成し、この磁界との相互作用により、もう一方の部材（ロータ）を移動（回転）させる回転電機が知られている。ステータに配列される複数のコイルを三組に分け、それぞれに位相が１２０°異なる電力を供給する三相の回転電機が知られている。また、各相のコイルが、更にいくつかの組に分けられ、この組み分けされたコイルのそれぞれは、コイルに電力を供給するための共通の導体に接続される構造が知られている。この共通の導体は、板または棒形状であり、このような形状の導体はバスバーと呼ばれている。

回転電機のコイルをバスバーで接続する技術が下記特許文献１に記載されている。

特開２００３−１３４７５５号公報

バスバーは、相ごとに必要であり、三相の回転電機であれば相ごとに１本ずつ３本、コイルの中性点側の端を接続するために１本の計４本を要する場合がある。また、これらのバスバー間の絶縁も必要となる。これらのバスバーをステータ近傍にコンパクトに配置する必要がある。

本発明は、複数のバスバーを一体としたバスバーモジュールにおいて、各バスバー間の絶縁性を確保しつつ、小形とすることを目的とする。

本発明に係る回転電機のバスバーモジュールは、当該回転電機のコイルエンドの、回転電機の軸線方向に隣接する部分に配置され、隣接するコイルエンドに沿った円弧形状を有し、複数のバスバーは、回転電機の軸線方向に２段に重ねて配置される。バスバーモジュールは、さらに、バスバー同士を絶縁し、かつバスバーを覆う絶縁材を有する。

絶縁部材は、バスバーモジュールの円弧に沿う方向に交差する断面において、十字の部分と、この十字の横画の両端に配置された縦画の部分とからなる断面形状を有するバスバー間絶縁部材と、このバスバー間絶縁部材の十字により区切られた４つの区画にそれぞれ１個のバスバーを配置した状態で、バスバー間絶縁部材および各バスバーを一体に覆う外側絶縁部材とを有してよく、さらにバスバー間絶縁部材の十字の縦画部分は、外側絶縁部材から突出するようにしてよい。

上記のバスバーモジュールは、以下の行程に従って製造することができる。まず、バスバー間絶縁部材を樹脂成形により形成する。次に、バスバー間絶縁部材の十字により区切られた４つの区画のそれぞれにバスバーを配置し、これを成形型内に立てられたピンにより支持して、この成形型内に配置する。成形型内に樹脂を導入し、インサート成形を行う。

バスバーを２段に重ねて配置することにより、コイルエンド隣接部分の狭い空間にバスバーモジュールを配置することが可能となった。また、上述の形状を有するバスバー間絶縁部材により絶縁性を高めることができる。

回転電機のステータを示す斜視図である。 本実施形態のバスバーモジュールがステータに装着された状態を示す図である。 本実施形態のバスバーモジュールを単体で示す斜視図である。 本実施形態のバスバーモジュールの、図３のＡ−Ａ線における断面図である。 バスバーを収める区画４８を説明するための図である。 バスバーの形状およびバスバーモジュール内での配置を示す図である。 本実施形態のバスバーモジュールの製作行程を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、回転電機のステータ１０の外観を示す斜視図である。ステータ１０は、概形が円環または円筒状のステータコア１２を有し、ステータコア１２の内周には、周方向に磁極１４が配列されている。ステータコア１２の外周を囲むように、円筒形のステータケース１６が配置される。ステータケース１６は、薄板鋼板で作製される。

磁極１４には、導線が巻回されてコイル１８が形成されている。コイル１８を形成する導線をコイル導線と記す。図１に示すように、コイル導線の端２０が、コイルエンド部分より図１中で上方に突出している。このステータ１０においては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのコイルが２組設けられ、コイル導線の端２０が計１２本となっている。コイル導線の端２０は、相ごとに、また中性点側の端同士が電気的に接続される。また、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれのコイル導線の端２０の１本ずつに、三相交流電力を供給するための動力線２２が示されている。また、動力線２２は、回転電機で発電した場合、この発電された電力を外部に送出する機能も有する。

図２は、本実施形態の回転電機のステータの要部を示す。コイル１８は省略して描かれており、特にコイルエンド２４は、コイル導線の１本１本を描くことをせず、方形断面の円環として表している。コイルエンド２４の、回転電機の回転軸線の方向において隣接する部分、図２においてはコイルエンド２４の上方の部分に、バスバーモジュール２６が配置されている。バスバーモジュール２６は、コイルエンド２４の円弧形状に沿って延びる本体２８と、本体から突出し、コイルを形成するコイル導線の端２０と接続される端子３０を有する。また、動力線２２と溶接等により接続される接続板３２を保持する保持部３４が本体２８から突出して設けられている（図３参照）。接続板３２は、相数と同じく３個が設けられている。本体２８の内部には、バスバーモジュール２６の円弧に沿って延びるバスバーが配置され、バスバーの端が本体２８より突出して端子３０を形成している。バスバーモジュールの本体２８の径方向の寸法、すなわち幅は、コイルエンド２４の径方向の幅以下であり、保持部３４を含むバスバーモジュール２６全体の幅もステータコア１２の幅の中に収まっている。

図３は、バスバーモジュール２６の拡大図である。端子３０は、Ｕ相のコイル導線に接続されるものが符号３０U1，３０U2、Ｖ相のコイル導線に接続されるものが符号３０V1，３０V2、Ｗ相のコイル導線に接続されるものが符号３０W1，３０W2、各相のコイル導線の中性点側の端に接続される端子が符号３０N1，３０N2，３０N3で示されている。バスバーモジュールの外周側には、接続板３２を保持する保持部３４が設けられている。接続板３２は、略Ｊ字形であって、Ｊ字の短い方の辺の部分を周方向外側に向けて保持されている。この短辺に動力線２２が接続される。３個の接続板３２は、各相ごとに２個の端子の一方に不図示の接続線で接続される。

図４は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相と、中性点とに対応する４本のバスバー３６が並行して配置される位置におけるバスバーモジュール２６の断面図、例えば図３のＡ−Ａ線で示す断面図である。４本のバスバー３６を区別する必要がある場合、Ｕ，Ｖ，Ｗ相，中性点のバスバーにそれぞれ３６U ，３６V ，３６W ，３６N の符号を付して説明する。バスバーモジュール２６は、バスバー３６同士を絶縁し、かつバスバー３６を覆って外部と絶縁するために絶縁部材３８を含む。絶縁部材３８は、主にバスバー間を絶縁するバスバー間絶縁部材４０と、バスバー３６およびバスバー間絶縁部材４０を一体に覆う外側絶縁部材４２を含む。バスバー間絶縁部材４０は、十字の部分４４（以下、十字部分４４と記す。）と、十字の横画の両端に接続されて設けられた縦画の部分４６（以下、端部縦画部分４６と記す。）を有する。縦横の方向については、回転電機の軸線方向を縦、これに直交する方向を横として説明する。十字部分４４で区切られた４つの区画４８（図５参照）にバスバー３６が収められる。このとき、バスバー３６は、十字部分４４の縦画と、端部縦画部分４６の間にちょうど収まる。十字部分４４の縦画は、外側絶縁部材４２から突出している。

以下の説明において、十字の部分４４で区切られた個々の区画４８を、図５に示されるように符号４８-1，４８-2，４８-3，４８-4を用いて記す。図５において、下側にステータのコイルエンド２４が位置し、左側がステータの内側になる。

図６は、バスバー３６U ，３６V ，３６W ，３６N の個々の形状を示す図である。図６（ａ）は、上側の層、すなわち区画４８-1，４８-2が属する層を示し、図６（ｂ）は、下側の層、すなわち区画４８-3，４８-4が属する層を示している。Ｕ相のバスバー３６U は、下側の層の内側の区画４８-3に配置される。Ｖ相のバスバー３６V は、上側の層に配置され、端子３０V1から、内側の区画４８-1を横切り、外側の区画４８-2を通って、再び内側の区画４８-1を横切り端子３０V2に達する。Ｗ相のバスバー３６W は、端子３０W1から、区画４８-1に沿って延び、端子３０U2の位置を過ぎた位置で、上側の層から下側の層に移り、区画４８-3を通って端子３０W2まで達している。中性点のバスバー３６は、下側、外側の区画４８-4を通って延びる。このように、バスバー３６は、バスバーモジュールの本体２８内で２本ずつ上下２段に重ねて配置されている。

上下のバスバーの間、つまり図４ではＵ相バスバー３６U とＷ相バスバー３６W の間、および中性点のバスバー３６N とＶ相バスバー３６V の間では、バスバー間絶縁部材の十字部分４４に加え、端部縦画部分４６が設けられていることにより沿面距離が十分に確保できる。バスバー間絶縁部材が、十字部分４４だけであると、横画の両端では、上下のバスバーの沿面距離が不足する。外側絶縁部材で覆ったとしても、バスバー間絶縁部材と外側絶縁部材の間の隙間が形成される場合があり、絶縁不良となる可能性がある。バスバー間絶縁部材において、十字部分４４と一体に端部縦画部分４６を設けることにより、絶縁不良を抑制することができる。左右のバスバーの間、つまり図４ではＵ相バスバー３６U と中性点のバスバー３６N の間、およびＷ相バスバー３６W とＶ相バスバー３６V の間では、十字の部分４４の縦画部分が、外側絶縁部材４２の上面および下面から突出する程度長くされることで、沿面距離が確保されている。

図７は、バスバーモジュールの製作工程を示す図である。射出成形、注入成形、押出成形等の樹脂成形法により、バスバー間絶縁部材４０を形成する（図７（ａ））。区画４８内にバスバー３６を配置する（図７（ｂ））。バスバー３６とバスバー間絶縁部材４０を一体にした状態で成形型５０，５２内に配置する。このとき、成形型５０，５２に立てられたピン５４を上下方向からバスバー３６に当接させ、一体となったバスバー３６とバスバー間絶縁部材４０を成形型５０，５２内の所定位置に保持する（図７（ｃ））。そして、型内のキャビティ５６に樹脂を導入して、インサート成形によりバスバーモジュール２６が形成される（図４参照）。なお、キャビティ５６内に導入された樹脂が外側絶縁部材４２を形成する。ピン５４は、バスバーモジュールの円弧に沿う方向に複数を配置する。ピン５４の部分には外側絶縁部材４２が形成されないので、ピン間の距離は、沿面距離が確保できる距離とする。

バスバー３６を、回転電機の軸線方向において２段に配置することにより、バスバーモジュール２６をコイルエンド２４の径方向の幅内に収めることができ、ステータから突出する部分を減らすことができた。また、バスバー間絶縁部材の形状により沿面距離を確保することができた。

１０ ステータ、１２ ステータコア、１８ コイル、２４ コイルエンド、２６ バスバーモジュール、３０ 端子、３６ バスバー、３８ 絶縁部材、４０ バスバー間絶縁部材、４２ 外側絶縁部材、４４ 十字部分、４６ 端部縦画部分、４８ 区画、５０，５２ 成形型、５４ ピン。

Claims (3)

1. 回転電機のステータコアに券回されたコイルの導線を相ごとに接続する複数のバスバーを一体としたバスバーモジュールであって、
   当該バスバーモジュールは、前記コイルのコイルエンドの、回転電機の軸線方向に隣接する部分に配置され、かつ、隣接するコイルエンドに沿った円弧形状を有し、
   前記バスバーは、回転電機の軸線方向に２段に重ねて配置され、
   さらに、前記バスバー同士を絶縁し、かつバスバーを覆う絶縁部材を有する、
   バスバーモジュール。
2. 請求項１に記載のバスバーモジュールであって、
   前記絶縁部材は、
   円弧に沿う方向に交差する断面において、十字の部分と、当該十字の横画の両端に配置された縦画の部分とからなる断面形状を有するバスバー間絶縁部材と、
   バスバー間絶縁部材の十字により区切られた４つの区画にそれぞれ１個のバスバーを配置した状態で、バスバー間絶縁部材および各バスバーを一体に覆う外側絶縁部材と、
   を有し、
   バスバー間絶縁部材の十字の縦画部分は、外側絶縁部材から突出している、
   バスバーモジュール。
3. 請求項２に記載のバスバーモジュールを製造する方法であって、
   前記バスバー間絶縁部材を樹脂を成形して形成する行程と、
   バスバー間絶縁部材の十字により区切られた４つの区画のそれぞれにバスバーを配置する行程と、
   バスバーが配置されたバスバー間絶縁部材を、成形型内に立てられたピンにより支持して前記成形型内に配置する行程と、
   前記成形型内に樹脂を導入し、インサート成形を行う行程と、
   を有する、バスバーモジュールの製造方法。

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