JP2013211945A - 車載用モータ、及びそれを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載用モータの多極化に対応できる車載用モータを提供する。例えば、腕部の長さによって腕部の数が制約されず、振動に対する信頼性を十分に確保する車載用モータを提供する。
【解決手段】集中巻の複数のステータコイル７を接続するバスバー９を備え、バスバー９は、当該バスバー９の長手方向に対して直角方向に腕部９ｕｅ１〜９ｕｅ４を有し、腕部の先端にコイル保持部９ｕａ１〜９ｕａ４が設けられ、腕部９ｕｅ１〜９ｕｅ４に機械的な捻り部分が設けられるように車載用モータを構成する。
【選択図】 図８

Description

本発明は、車載用モータ、及びそれを用いた電動パワーステアリング装置に関するものである。

本技術分野の背景技術として、特開２０１０−４１８９８号公報（特許文献１）がある。この公報には、電動パワーステアリング装置用モータのリード線とステータコイルとを接続するターミナルとして、展開したときには、両端部にそれぞれ接続側ターミナル端部を有し、また長手方向に沿って片側に突出した複数のステータ側ターミナル部を有する帯状の導電部材であり、板厚方向に円形状に変形され、また同一平面内で折曲した接続側ターミナル端部同士を接続して接続側ターミナル部が形成され、この接続側ターミナル部がリード線と接続されており、またステータ側ターミナル部がステータコイルと接続させて帯状の板に対して平行に腕部を設けたものが開示されている。

特開２０１０−４１８９８号公報

特許文献１には、リード線とステータコイルとの接続構造が記載されている。しかし、特許文献１の接続構造は、車載用モータの多極化に伴うコイルの個数増加に対応することが困難である。このような接続構造では、例えば、腕部を帯状の板の方向に設けるため、腕部の長さによって腕部の数が制約されてしまう。また、電気的接続／機械的接続に分けた接続構造が無いため、振動により電気接合部に直接負荷がかかってしまい、振動に対する信頼性を十分に確保することが難しい場合がある。

そこで本発明は、車載用モータの多極化に対応できる車載用モータを提供することを目的とする。例えば、腕部の長さによって腕部の数が制約されず、振動に対する信頼性を十分に確保する車載用モータを提供する。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、集中巻の複数のステータコイルを接続するバスバーを備え、バスバーは、当該バスバーの長手方向に対して直角方向に腕部を有し、腕部の先端にコイル保持部が設けられ、腕部に機械的な捻り部分が設けられるように車載用モータを構成する。

本発明によれば、車載用モータの多極化に対応できる車載用モータを提供することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

集中巻で構成されるモータの極数とスロット数の組み合わせに関する表。 ８極１２スロットで構成される４並列回路のコイル構成図。 図２で示したコンビネーションのバスバー接続部を考慮した配線図。 ＥＰＳモータの構成を説明する縦断面図。 ＥＰＳモータの構成を説明する横断面図。 ＥＰＳモータのステータコアとバスバー関係の斜視図。 バスバー端子のプレス時の形状を説明する平面図。 Ｕ相用のバスバー端子の斜視図。 中性点用のバスバー端子の斜視図。 全端子の組み立て後の斜視図。 バスバー端子が挿入されるバスバーケースの斜視図。 コイルの接続構造を説明するための斜視図。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。

車載用モータにおいては小型化、軽量化が望まれており、小型化のために多極化を行う傾向にある。また、コイルに関しても、従来の分布巻きから、コイルエンドを小さくできる集中巻が採用される傾向にある。

図１は集中巻で構成されるモータの極数とスロット数の関係を示したものである。図中◎は２対３系列のコンビネーションを示し、○は４対３系列、△は特殊な系列、×はモータとして機能しない組み合わせの代表例を示している。

図１から分かるように極数を２極毎に選択できる２対３系列は設計自由度が高く、広く使用されている。例えば、車載用に用いられている電動パワーステアリングモータにおいては８極１２スロットが用いられているが、更なる小型化を実現するためには１０極１５スロットを選択する必要がある。１０極１５スロットの組み合わせは、８極１２スロットに比べコギングトルクの次数が２４次から３０次に増加するためコギングトルクを低くすることが可能になる。しかし、コイル数の増加によりコイルの端末処理数も増加することになる。

図２に８極１２スロットで３相コイルがＹ結線の４並列回路で構成されるコイルの結線図を示す。Ｕ相のコイルはＵ１〜Ｕ４で、Ｖ相コイルはＶ１〜Ｖ４、Ｗ相コイルはＷ１〜Ｗ４で構成されている。４並列回路の１つの３相コイルをＵ１相コイル、Ｖ１相コイル、Ｗ１相コイルで構成すると図示したようになる。同様に他の３相コイルも図示した構成となり各相を並列に接続している。

図３にバスバーを用いて４並列回路を構成した場合の電気的接続図を示す。４つのＹ結線の中性点は、図２に示したようにそれぞれ独立していても良いが、バスバーを用いるのであれば図３に示すように全ての中性点を接続するようにした方が作業性や部品点数を少なくできる。このように、８極１２スロットの４並列回路の場合、１つのコイルに対しては巻き始めと巻き終わりのどちらもバスバーに接続する必要があり、全部で２４箇所の接続点数となる。また、１０極１５スロットの場合では接続点数は３０箇所となり、モータの体格が同じ限り１つのコイルの端末処理で使えるスペースが狭くなる。このように、モータの多極化に伴い、作業スペースが狭くなり、また、バスバーの端子の構造にも制約が生じる。

本発明の一実施形態である電動パワーステアリング装置用のモータを例に、本発明に係るバスバー端子の構造を説明する。

図４は電動パワーステアリング装置に用いる車載用モータ１の軸方向断面図を示したものである。ハウジング２の内周側にはステータコア３が圧入または焼嵌めされている。このステータコア３にはコイル７が巻かれている凸部が設けられている。通常この凸部はティースと呼ばれ、絶縁体であるボビン１１を介してコイル７が巻きつけられている。コイル７の口出し線はバスバー９に接続され、直並列回路を構成する。ステータコア３の内周側にはロータが配置される。ロータはロータコア４を有し、ロータコア４の外周部にはマグネット５が配置されている。更に、マグネット５の外周部には磁石カバー（図示せず）が設けられており、磁石の飛散防止の機能を果たしている。ロータコア４の中心部分にはシャフト８が設けられており、シャフト８の両端部には軸受け６ａと６ｂが配置されている。

図５は図４のＡ−Ａ断面図である。ここでは、ロータ側の極数を１０極、ステータ側のスロット数を１２スロットとしてモータが構成された例を示している。中心のシャフト８の外周側には、先に述べたようにロータコア４が配置され、ロータコア４の外周部にマグネット５が貼り付けられており、マグネット５の外周部に磁石カバー（図示せず）が設けられている。ハウジング２の内周側には、分割コアで構成されたステータコア３が設けられている。このステータコア３にはボビン１１が取り付けられ、ボビン１１の外周側にコイル７が巻装されている。

図６は一体的に構成されたステータコア３とその上部にバスバー９が組みつけられた様子を斜視図で示したものである。ステータコア３にはボビン１１が取り付けられており、その上からコイル７が巻装され、巻き始めと巻き終わりのコイル７がバスバー９に接続されている。バスバー９の底面にはバスバーケース１４とその内部に銅板で構成される接続端子が設けられている。更にその上部には、端子台１０が配置されている。端子台１０にはＵ相端子１３ｕ、Ｖ相端子１３ｖ、Ｗ相端子１３ｗが設けられ、それぞれの端子に対して端子接合部９ｕｃ、９ｖｃ、９ｗｃが電気的に接続されている。

次にコイル７と電気的に接続されるバスバー９の形状について、Ｕ相バスバー９ｕを例に説明する。図７の（ａ）は成形前のバスバー９ｕの金具の構造について示したものである。銅板で構成される平板に対して図示した平板形状でプレス加工することでＵ相バスバー９ｕが構成される。このバスバー９ｕは、帯状に構成されるＵ相バスバー帯部９ｕｄから、Ｕ相バスバー帯部９ｕｄの長手方向に対して直角方向に延伸したＵ相バスバー腕部９ｕｅ１〜９ｕｅ４とＵ相端子接合部９ｕｃで構成されている。Ｕ相バスバー腕部９ｕｅ１〜９ｕｅ４の先端には、コイル７との電気的接続及び機械的接続が可能なＵ相コイル保持部９ｕａ１〜９ｕａ４と、コイル７との電気的接合が可能なＵ相溶接部９ｕｂ１〜９ｕｂ４とが設けられている。９ｕａ１〜９ｕａ４は先端部分が２分割されたＵ字形で形成された構造となっている。また、図７の（ｂ）には先に述べた電気的接合部９ｕｂ１〜９ｕｂ４を省略した構造を示したものである。この構造の場合はバスバー腕部を沢山設けることができるため、多極化においてコイルとの接続部が増えた場合には有効である。なお、図７の（ｂ）に示すように、Ｕ相端子接合部９ｕｃは、Ｕ相バスバー腕部とはＵ相バスバー帯部９ｕ７ｄを挟んで反対側に設けても良い。

次に、プレス加工したバスバーの成形について説明する。図８は、図７で示した平板のＵ相バスバーを円筒状に丸めて成形した後の形状を示したものである。本発明では、Ｕ相バスバー腕部９ｕａ１〜９ｕａ４の途中を機械角で９０度捻り、Ｕ相溶接部９ｕｂ１〜９ｕｂ４を直角方向に向ける。これにより、ステータコア３から延びてくるコイル７をＵ相コイル保持部９ｕａ１〜９ｕａ４で保持し易い方向に変えることができる。すなわち、例えばコイル７をバスバー９ｕの形にあわせて曲げずにバスバー９ｕに接続でき、生産性が向上する。

図９に中性点バスバー９ｎの構造について説明する。中性点バスバー９ｎは図８に示したＵ相バスバー９ｕと基本的に同じ形状であり、コイル接続用のバスバー腕部の数がコイル数と同じ１２個になったものである。Ｕ相バスバー９ｕと同様に、中性点用の腕部の先端部にコイル保持部及び電気的接合部９ｎａ１〜９ｎａ１２とコイルの先端部分で溶接が可能なように設けた中性点溶接部９ｎｂ１〜９ｎｂ１２が、中性点バスバー帯部９ｎｄに均等に配置されている。この中性点接続用のバスバー腕部も、先に説明したように腕部の途中で機械角９０度捻ることでコイルとの固定を容易にすることができる。

図１０は全てのコイル接続に用いるバスバーを示したものである。上記の説明では、Ｕ相用のバスバーと中性点用のバスバーを示したが、Ｖ相及びＷ相においても同様である。ただし、円周上に配置される位置関係としては、最外径側が最も接続点数の多い中性点用、次に３相コイル用でこの図の場合にはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順で配置されている。この様に、最も腕部の数が多くなる中性点バスバーを最外周部に配置することで、腕部の長さを最小限にすることができコイルの接続に係るバスバー抵抗を最小にすることができる。

図１１は図１０に示したバスバーを収納するバスバーケース１４を示したものである。バスバーケース１４には、中性点バスバーを収納するバスバー収納部１４ｎ、Ｕ相バスバーを収納するバスバー収納部１４ｕ、Ｖ相バスバーを収納するバスバー収納部１４ｖ、Ｗ相バスバーを収納するバスバー収納部１４ｗとして、溝が円周状に設けられている。これらのバスバー収納部にバスバー帯部が収納される。また、各バスバー収納部には、バスバー腕部の保持部として切り欠きが設けられており、それぞれの切り欠きから各バスバー腕部が外周方向に飛び出して配置されるように構成されている。図１１では、中性点バスバー腕部の保持部１４ｆｎ、Ｕ相バスバー腕部の保持部１４ｆｕ、Ｖ相バスバー腕部の保持部１４ｆｖ、Ｗ相バスバー腕部の保持部１４ｆｗが設けられている。更に、バスバーケース１４の底面にはコイルが通るコイル貫通穴１４ａ、コイルガイド部１４ｂとコイル位置決め部１４ｃが設けられている。また、このバスバーケース１４はボビン１１の上部に配置され、ボビン１１に設けられた穴部にバスバーケース１４に設けられたボビン結合部１４ｄでスナップフィットする構成となっている。

図１２を用いてコイル７がバスバーに取り付けられた構造について説明する。ステータコアに巻かれたコイル７は、バスバーを組み付ける前には、垂直状に延びている状態にフォーミングされている。このコイル７の上にバスバーケース１４を載せて、ボビン結合部１４ｄでボビン１１に対して一体的に固定される。このとき、コイル７はバスバー貫通穴１４ａを通して組み立てられる。この状態で、バスバー端子Ｕ、Ｖ、Ｗ、及び中性点バスバーをバスバー収納部に配置し、コイルガイド部１４ｂを通してコイル７をコイル位置決め部１４ｃに移動させ仮固定する。このとき、コイル７は各バスバーのコイル保持部に移動され、加締め部１５で固定される。この固定は機械的な圧着固定のみでも良いし、機械的な固定と電気的接合とが可能なヒュージングでも良い。機械的な固定の場合には、電気的な接続を行うために、別途加締め部１５の軸方向外側（ロータコア４の回転軸に沿う方向であって、ステータコア３とは反対側）に設けた溶接部（Ｕ相バスバー９ｕを例に取ると、Ｕ相溶接部９ｕｂ１〜９ｕｂ４）と、コイル７の先端とを溶接して先端溶接部を構成する。図１２中、符号１６で示した部分が先端溶接部に相当する。

以上述べたように、コイルの端末処理を行うためのバスバー構造において、帯状の板からコイル接続用の腕部を設ける場合、将来の多極化、多スロット化に適した構造として、帯状部材の長手方向に対して直角方向に腕部を構成し、その腕部を機械角度で９０度捻り、その先端部分に機械的接続部と電気的接続部をそれぞれ独立して設けた構造とすることで、理想的なバスバー構造を構成することができ、捻りを加えたことで軸方向／径方向への耐振強度が増し、コイル接合部への負荷を軽減できる効果がある。また、コイル７をバスバー保持部に位置決めするために、コイル位置決め部１４ｃをバスバーケース１４に新規に設けたことで、コイル７の仮固定が実現でき機械的なコイル固定が容易にできるようになる。その結果、作業性が格段に上がり作業時間の短縮効果がある。

また、以上の説明では２対３系列で構成されるモータについて説明してきたが、図１に△や○で示したその他のコンビネーションにおいても同様に採用可能であり、同様の効果を得られる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

本発明は、電動パワーステアリングモータに用いられるブラシレスモータや各種発電機等の車載用モータの端末処理用のバスバー構造として利用することができる。

１ 車載用モータ
２ ハウジング
３ ステータコア
４ ロータコア
５ マグネット
６ａ、６ｂ 軸受け
７ コイル
８ シャフト
９ バスバー
１０ 端子台
１１ ボビン
１３ 端子
１４ バスバーケース
１５ 加締め部
１６ 先端溶接部

Claims (7)

1. 集中巻の複数のステータコイルを接続するバスバーを備える車載用モータにおいて、
   前記バスバーは、当該バスバーの長手方向に対して直角方向に腕部を有し、
   前記腕部の先端にコイル保持部が設けられ、
   前記腕部に機械的な捻り部分が設けられている車載用モータ。
2. 請求項１に記載の車載用モータにおいて、
   前記コイル保持部の先端にＵ字型の爪部を有し、
   前記爪部でコイルを保持する車載用モータ。
3. 請求項２に記載の車載用モータにおいて、
   前記爪部の一方が電気接合部、もう一方が機械接合部である車載用モータ。
4. 請求項３に記載の車載用モータにおいて、
   前記コイル保持部の軸方向外側に、前記ステータコイルの端部と溶接される溶接部が設けられた車載用モータ。
5. 請求項２に記載の車載用モータにおいて、
   前記バスバーが挿入されるバスバーケースを備え、
   前記バスバーケースの底面部に、前記ステータコイルが貫通する貫通穴と、コイルの仮止めが可能な位置決め部とが設けられた車載用モータ。
6. 請求項５に記載の車載用モータにおいて、
   前記バスバーケースが、ボビンに対してはボビン結合部で固定され、端子台に対しては端子台結合部によって固定された車載用モータ。
7. 請求項１乃至６に記載の車載用モータを用いた電動パワーステアリング装置。