JP6995102B2 - 回転電機および回転電機の製造方法 - Google Patents

Description

本願は、回転電機およびその製造方法に関するものである。

回転電機では、電機子のコイルに給電するための電源ターミナルと結線板給電部とをＴＩＧ溶接により接合しているが、この場合、母材を溶融させて接合するために入熱が大きくなりやすく、導体表面の絶縁被膜が損傷しやすい。そのため、接合部を導体と融点の低い接合部材の合金とで構成して、導体同士を接合している。

このような融点の低い接合においても入熱が局所的に大きくなるため、電源ターミナルと結線板給電部の接触面積を大きくとる必要がある。また、溶接接合時に接合される部品嵌合部の位置がずれていると溶接がずれるという問題があるため、圧入またはかしめといった方法で嵌合部の位置を保持する構造を採用している。（例えば特許文献１）

特開２００７－３１１１２３号公報（第７－８頁、図３）

特許文献１に示すような給電部の接続構造では、屈曲部に対して変位が可能な方向は１方向のみで、それに直行する２方向に対する取付け寸法のばらつきは十分に吸収することが難しい。したがって位置ずれ吸収方向以外の方向に対して、部品寸法および組付け寸法の精度を上げる必要があり、コスト増となる。また屈曲部はその他の部位に比べて剛性が低いため、系として耐振性をもたせることが難しいという問題があった。

本願は、上記のような問題を解決するためになされたもので、引出導体である結線板給電部と給電端子に接続される電源ターミナルとの接続時の部品寸法および組付け寸法のばらつきを吸収できる給電部の接続構造を備えた回転電機およびその製造方法を得ることを目的とする。

本願に開示される回転電機は、回転軸の周りに複数配置されたコイルへ電流を分配すると共に前記回転軸の軸方向に張出され外部からの電流を取込む給電用突出部を有する結線板と、前記回転軸の径方向に張出し前記結線板の前記給電用突出部にすきまばめ状態で嵌合された嵌合部を通して前記結線板への給電を行うターミナルとを備え、前記ターミナルの前記嵌合部は、複数設けられた前記給電用突出部の前記回転軸の周方向端部により両側から挟まれて嵌合されている径方向突出部を有し、周方向の両端に開いたスリット状の開口部を有するものである。

本願によれば、回転軸の周りに複数配置されたコイルへ電流を分配すると共に前記回転軸の軸方向に張出され外部からの電流を取込む給電用突出部を有する結線板と、前記回転軸の径方向に張出し前記結線板の前記給電用突出部にすきまばめ状態で嵌合された嵌合部を通して前記結線板への給電を行うターミナルと、を備えることで部品篏合のみで位置決めされ、結線板とターミナルとの接続時の部品寸法および組付け寸法のばらつきを吸収することができる。
また、ターミナルの嵌合部は、複数設けられた給電用突出部の周方向端部により両側から嵌合された径方向突出部を有するので、結線板とターミナルとの周方向の位置ずれを防止することができる。

本願の実施の形態１に係る回転電機の断面を示す模式図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子全体を示す斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機のコイルを示す斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機のボビンを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は側面図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の結線板を示す斜視図と部分拡大図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子の製造工程を示す斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子の製造工程を示す斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子の製造工程を示す模式図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の電機子の製造工程を示す斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の結線板の固定方法を示す模式図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機のターミナルを示す斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機の結線板とターミナルの嵌合部を示す斜視図である。 本願の実施の形態１に係る回転電機のターミナルの嵌合部を示す断面図である。 本願の実施の形態２に係る回転電機のターミナルの嵌合部を示す断面図である。 本願の実施の形態３に係る回転電機の結線板とターミナルの接続方法を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、本願の実施の形態１に係る回転電機の断面を示した模式図である。図１において、回転電機１００は、有底円筒状のフレーム２１１およびフレーム２１１の開口部を塞口する端板２１２からなるハウジング２１０と、フレーム２１１の円筒部に内嵌状態に固定された電機子３００、フレーム２１１の底部および端板２１２にベアリング２０１を介して回転可能に支持され、電機子３００の内周側に配設された回転子４００とを備えている。

電機子３００は、磁束を発生する複数のコイル３１０と、複数のコイル３１０に電流を分配する結線板３２０、磁束を流す鉄心３３０で構成されており、コイル３１０と鉄心３３０はボビン３１１で電気的に絶縁されている。

回転子４００は、例えば永久磁石型回転子であって、回転軸４０１にその軸心位置が挿着された円筒状の回転子鉄心４０２と、この回転子鉄心４０２の外周面側に埋設されて周方向に所定のピッチで配列されて磁極を構成する永久磁石４０３とを備えている。なお、回転子４００は、このような永久磁石型回転子に限定されず、いわゆるかご形回転子、巻線形回転子などを用いてもよい。

図２は実施の形態１に係る回転電機の電機子３００の全体を示す斜視図である。図２に示されるように、電機子３００は周方向に分割された鉄心３３０および各鉄心３３０に巻回された導体線よりなるコイル３１０が等ピッチに配列して円環状に構成される。また、結線板３２０の近傍における電機子３００のケースに対応するフレーム２１１の外周面にはターミナル３４０が保持されており、結線板３２０への外部からの給電を行う。

また、結線板３２０は、３相の相ごとに１枚ずつ３枚設けられ、それぞれの相のコイル３１０に接続される。更に、図２に示されるとおり、３枚の結線板３２０への接続に対応してターミナル３４０が３つ設けられる。

図３にコイル３１０の斜視図を示す。図３に示すように、ティース３３１とティース３３１を周方向に外径側で連結するヨーク３３２を備え、複数の鋼板を積層して構成された鉄心３３０と、鉄心３３０の両端に絶縁材からなるボビン３１１を挿入し、絶縁被膜の付いた導体線を巻回したコイル３１０を有している。この導体線は銅線であっても、アルミ線であっても良い。鉄心３３０はヨーク３３２で周方向にティース３３１と同数個に分割されている。実施の形態１では、周方向に分割した鉄心を用いているが、すべての鉄心３３０がヨーク３３２で連結された一体の鉄心であってもよいし、ヨーク３３２を薄肉で連結し、直線状に展開できる鉄心であってもよい。

１つのティース３３１は図３に示すように、コイル３１０と鉄心３３０を電気的に隔離するポリフェニレンサルファイド樹脂またはメタ系アラミド繊維からなるシート状のスロットセル３１３を当て、鉄心３３０の両端にボビン３１１を挿入することで固定して絶縁組立を行う。スロットセル３１３の固定は、鉄心３３０の側面に両面テープを付けることで固定しても良い。

ボビン３１１は図４に示すように、コイル３１０が巻回される胴部３１５と導体線を所定の位置に配置するための壁部３１６を備える。壁部３１６のヨーク３３２側には、結線板３２０を支えるようにクシ歯状の支持壁３１７ａを設けたホルダ部３１７と、ホルダ部３１７の下部には結線板３２０を固定する接着剤を溜めるための容器状の溝部３１８がある。この溝部３１８はホルダ部３１７の支持壁３１７ａとの間に回転軸４０１の周方向に設けられ、その周方向の両端に隔壁３１７ｂを設けることによって容器状に形成される。なお、実施の形態１では、ホルダ部３１７がヨーク３３２側に配置されているが、車両への搭載性を考慮して、回転子４００側に配置してもよい。

図５に実施の形態１の結線板３２０の全体図とその一部の拡大図を示す。結線板３２０は帯状の導材をプレスで打ち抜き加工して形成される。結線板３２０はボビン３１１のホルダ部３１７に保持された状態では図５に示されるとおり帯状の導材が一部開環した円環状に成型される。結線板３２０には、更に、この帯状の導材が円環状に成型された本体部分に対して、図中の上方側の端部にはコイル３１０の導体線と接合するコイル用配電部３２１および電力が供給される給電用突出部３２２が設けられる。これらコイル用配電部３２１と給電用突出部３２２は、結線板３２０の本体部分より回転軸４０１の軸方向に引き出された突出部となる。本実施の形態１の給電用突出部３２２は図示されるとおり、２つの突出部が隣接して設けられ、２つの突出部の間には凹形状が設けられることになる。また、各突出部の先端部には面取りがなされ、後述するターミナル３４０に設けられる開口部３４１への差し込み、或いは開口部３４１間に設けられる径方向突出部３４２の挟み込みが容易となるよう構成されている。

一方、結線板３２０の本体部分において、回転軸４０１の軸方向の反対側にはボビン３１１と結合する突出部３２３が設けられる。突出部３２３には、結線板３２０の長手方向の両側に張出した抜け防止部３２４を設けている。

電機子３００の製造工程について図６から図９を用いて説明する。図６にコイル３１０を有する鉄心３３０を円環状に並べた状態を示す。鉄心３３０はフレーム２１１に圧入され図７のように一体化される。ここで、一体化するには鉄心３３０同士を溶接する、または、接着するなどの方法を用いればよい。

鉄心３３０を一体化した後に図８のようにボビン３１１の容器状の溝部３１８にノズル５０１を用いて接着剤５００を注入する。その後に、図９に示すように結線板３２０を円環状に丸め、突出部３２３を溝部３１８に溜められた接着剤５００に浸かるように挿入する。この時の溝部３１８と突出部３２３、接着剤５００の状態を図１０に示す。このようにして回転軸の周方向に配置された複数のコイルに対応して結線板を固定することができる。

図１１に実施の形態１のターミナル３４０の斜視図を示す。更に、図１２にこのターミナル３４０の嵌合部３５０に給電用突出部３２２にターミナル３４０を取り付けた状態を示す斜視図を示す。図１１及び図１２に図示されるように、ターミナル３４０は図中の破線部分で折り曲げており、給電側となる円筒状のフレーム２１１（重なるため図示せず）の軸方向（回転軸４０１の軸方向）に延在する面には外部からの給電線が接続される給電側接続部３４３が設けられる。また、もう一方の回転軸４０１の径方向に延在してする面には結線板３２０の給電用突出部３２２と嵌合する嵌合部３５０が設けられている。

更に、結線板３２０への嵌合部３５０には、スリット状の開口部３４１が設けられる。この開口部３４１は、給電用突出部３２２が当該開口内に差し込まれることで嵌合させるために設けられる。

更に、本実施の形態１では、給電用突出部３２２が２つの突出部を隣接して配置した構成を採っていることに対応して、ターミナル３４０の開口部３４１は、ターミナル３４０の幅方向の両側端部より切り欠き形状に２つ設けられ、この２つの開口部３４１の間にはターミナル３４０の幅が狭くなった部分であって回転軸４０１の径方向に突出して延在する部分となる径方向突出部３４２が設けられる。

また、開口部３４１の長手方向には回転軸４０１の周方向に延在して設けられる周方向梁部３４１ａ、３４１ｂがあり、回転軸４０１の径方向の内側の周方向梁部３４１ａと外側の周方向梁部３４１ｂにより、結線板３２０の径方向へのずれを拘束するように給電用突出部３２２の周方向に延在する面を両側から挟み込んでいる。

更に、ターミナル３４０の開口部３４１と給電用突出部３２２とが嵌合可能となるように、ターミナル３４０の２つの開口部３４１の間の幅、つまり、上述の径方向突出部３４２の幅と、給電用突出部３２２の２つの突出部の間隔を同等に設計しており、各開口部３４１の短手方向の幅と給電用突出部３２２の厚み（板厚）についても同等に設計している。

図１３は図１２の上から見たターミナル３４０の嵌合部３５０の断面図である。図示されるとおり、給電用突出部３２２の回転軸４０１の周方向に隣接して設けられる２つの突出部がターミナル３４０の径方向に構成される２つの開口部３４１内に差し込まれた状態で給電用突出部３２２にターミナル３４０は取り付けられている。結線板３２０とターミナル３４０は、開口部３４１と給電用突出部３２２の寸法の関係により、ターミナル３４０の２つの開口部３４１の間の上述の径方向突出部３４２を２つの給電用突出部３２２の周方向端部で両側より挟み込んだ状態となり、周方向で嵌合される。一方、給電用突出部３２２の厚み方向において、ターミナル３４０のスリット状の開口部３４１において周方向梁部３４１ａ、３４１ｂが径方向の両側より挟み込んだ状態となり、径方向で嵌合される。このようにして、ターミナル３４０は、回転軸４０１における径方向と周方向への移動が規制された状態となる。つまり、給電用突出部３２２がターミナル３４０の開口部３４１内に差し込まれて嵌合されることにより、給電用突出部３２２に対してターミナル３４０は固定される。

以上のような実施の形態１の給電部の構造を採ったことにより、給電用突出部３２２がターミナル３４０の開口部３４１内に差し込まれて嵌合されるので、ターミナル３４０を結線板３２０に組み付けるときに組立性を確保しながら回転軸４０１の径方向のずれを防止できることに加えて周方向ずれについても防止することが可能となる。

また、本実施の形態１の給電用突出部においては、図１３にも示されるとおり、ターミナル３４０の嵌合部３５０における開口部３４１に対して、差し込まれる給電用突出部３２２との間に隙間が設けられたすきまばめ状態の嵌合となっている。溶接または接着剤などを介した接着固定はされてない構成を採っており、部品勘合のみで位置決めされている。このように、給電用突出部３２２において、ターミナル３４０の嵌合部３５０と給電用突出部３２２の間に隙間を設けることにより、部品勘合のみで位置決めされた構成を採ることで、部品寸法ばらつきにより位置ずれが発生しても吸収可能な構造を得ることができる。

なお、本実施の形態１では、ターミナル３４０に２つの開口部３４１を設けて、２つの給電用突出部３２２が差し込まれて嵌合させる構成について説明を行ったが、結線板３２０の周方向のずれについて防止することにおいては、回転軸４０１の径方向に突出して延在する部分となる径方向突出部３４２について備えることで可能となる。すなわち、図１３において、周方向に張出した周方向梁部３４１ａ、３４１ｂを備えることがなくても、径方向に突出して延在する部分となる径方向突出部３４２のみを配置し、２つの給電用突出部３２２の突出部の周方向端部により、この径方向突出部３４２を周方向の両側から挟み込む構成に変更しても良い。当該構成とすることにより、少なくとも周方向ずれについては防止することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２による給電部の接続方法は、給電用突出部３２２とターミナル３４０との接続方法は実施の形態１の図１から図１３で説明したものと同じである。実施の形態２では、嵌合部３５０の凹凸を増やし、嵌合部３５０の位置決め精度と接続の信頼性を確実にするものである。

図１４は実施の形態２による給電部の嵌合部３５０を示す図であり、給電用突出部３２２とターミナル３４０の嵌合部３５０の断面を模式的に表した断面図である。実施の形態２においては、図１４で示す通り、給電用突出部３２２の突出部について、実施の形態１における２つから３つにし、これら突出部が差し込まれるターミナル３４０に設けられる開口部３４１についても２つから３つに変更されており、開口部３４１間に形成される径方向突出部３４２について言えば、実施の形態１における１つから２つに変更されていることになる。

以上の構成とすることで、ターミナル３４０の嵌合部３５０で給電用突出部３２２の突出部との嵌合部が複数ヵ所に増えることになり位置決めをより確実にすることができる。また、接続面積が増えることになり、嵌合部３５０の耐振動性を強化し、熱影響を分散させることができ、接続時の信頼性をより高くすることができる。

なお、給電用突出部３２２の突出部は２つまたは３つだけでなく、接続が可能なレベルで４つ以上の突出部を構成してもよい。

また、逆に給電用突出部３２２の突出部を１つとすることも可能であり、その場合には、ターミナル３４０に設けられる開口部３４１について、給電用突出部３２２の突出部を両側より挟み、周方向での移動を規制するように、実施の形態１のような切り欠き状の開口形状ではなく、閉じた開口形状の開口部３４１を設けると良い。結果、開口部３４１の両側に回転軸４０１の径方向に突出して延在する部分となる径方向突出部３４２が２つ設けられることになり、給電用突出部３２２の突出部を両側から挟みこんで周方向の移動を規制することができる。更に、開口部３４１内に給電用突出部３２２の突出部が差し込まれて嵌合されることで開口部３４１の径方向の両側に周方向梁部３４１ａ、３４１ｂが構成されて、径方向の移動も規制されることから、実施の形態１と同様の効果が得られることになる。

実施の形態３．
実施の形態３による給電部の接続方法における結線板３２０とターミナル３４０との嵌合部３５０の形状は、実施の形態１および実施の形態２の図１から図１４で説明したものと同じである。実施の形態３では、更にその接続部分を加熱溶融させて接続を確実にすることを特徴とする。

図１５は、実施の形態３による給電部突出部３２２とターミナル３４０の嵌合部３５０の接続方法を示す図であり、図１２をＡ方向に見た側面断面図である。ターミナル３４０の開口部３４１より軸方向に突出した給電用突出部３２２の突出部を、例えば、ガスバーナーまたはアーク溶接のような広範囲にエネルギーを与えることができる加熱手段によって、開口部３４１を含む突出部を加熱溶融させて溶融部３６０で溶着させることで、より強固に接続できると同時に、電気抵抗を低減することが可能なため、エネルギーロスを減らすことができる。したがって、回転電機の製造方法として、この給電部の接続方法を適用することによって、モータの特性向上が可能となる。

更に、加熱溶融時に溶融部にロー材を供給することによって、溶融したロー材がターミナル３４０の開口部３４１と給電用突出部３２２の突出部との隙間に溶け込み、より強固に双方を溶着して固定することができる。したがって、電気抵抗値も更に下げることができる。

以上のように、実施の形態３の給電部の接続方法によれば、嵌合部３５０より軸方向に突出させた給電用突出部３２２の突出部を加熱溶融して溶着させるので、溶着により、より強固に接続でき、電気抵抗を少なくして損失を低減できる。

また、加熱溶融する際に溶融部近傍にロー材を供給するので、溶融したロー材が嵌合部３５０に溶け込み溶着することで、より強固に嵌合部３５０を固定し接続できる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１００ 回転電機、２０１ ベアリング、２１０ ハウジング、２１１ フレーム、２１２ 端板、３００ 電機子、３１０ コイル、３１１ ボビン、３１３ スロットセル、３１５ 胴部、３１６ 壁部、３１７ ホルダ部、３１７ａ 支持壁、３１７ｂ 隔壁、３１８ 溝部、３２０ 結線板、３２１ コイル用配電部、３２２ 給電用突出部、３２３ 突出部、３２４ 抜け防止部、３３０ 鉄心、３３１ ティース、３３２ ヨーク、３４０ ターミナル、３４１ 開口部、３４１ａ 周方向梁部、３４１ｂ 周方向梁部、３４２ 径方向突出部、３４３ 給電側接続部、３５０ 嵌合部、３６０ 溶融部、４００ 回転子、４０１ 回転軸、４０２ 回転子鉄心、４０３ 永久磁石、５００ 接着剤、５０１ ノズル

Claims (10)

1. 回転軸の周りに複数配置されたコイルへ電流を分配すると共に前記回転軸の軸方向に張出され外部からの電流を取込む給電用突出部を有する結線板と、
   前記回転軸の径方向に張出し前記結線板の前記給電用突出部にすきまばめ状態で嵌合された嵌合部を通して前記結線板への給電を行うターミナルと、
   を備え、
   前記ターミナルの前記嵌合部は、複数設けられた前記給電用突出部の前記回転軸の周方向端部により両側から挟まれて嵌合されている径方向突出部を有し、周方向の両端に開いたスリット状の開口部を有する回転電機。
2. 前記ターミナルの前記嵌合部には径方向に張出した複数の前記径方向突出部が設けられ、前記結線板の軸方向に張出した前記給電用突出部に嵌合された請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ターミナルの前記嵌合部は、前記給電用突出部の周方向に延在する面に接するように嵌合された周方向梁部を有する請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記嵌合部は開口部を有し、前記開口部の中に前記結線板の前記給電用突出部が挿入されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記嵌合部と前記給電用突出部とが複数ヵ所で嵌合された請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記結線板には軸方向に張出した前記給電用突出部が２つ設けられ、前記ターミナルの前記嵌合部にはスリット状に配置された２つの開口部を有し、前記２つの給電用突出部と前記２つの開口部が嵌合された請求項１に記載の回転電機。
7. 前記嵌合部と前記給電用突出部とが溶着された請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
8. 前記嵌合部と前記給電用突出部とがロー材により溶着された請求項７に記載の回転電機。
9. 回転軸の周りに複数配置されたコイルへ電流を分配すると共に前記回転軸の軸方向に張出され外部からの電流を取込む給電用突出部を有する結線板と、前記回転軸の径方向に張出し前記結線板の前記給電用突出部にすきまばめ状態で嵌合された嵌合部を通して前記結線板への給電を行うターミナルと、を備え、
   前記ターミナルの前記嵌合部は、複数設けられた前記給電用突出部の前記回転軸の周方向端部により両側から挟まれて嵌合されている径方向突出部を有し、周方向の両端に開いたスリット状の開口部を有する回転電機の製造方法であって、
   複数の前記コイルを有する鉄心を円環状に並べ、フレームに圧入して一体化する工程と、
   前記結線板を円環状に丸め前記鉄心の両端に挿入されたボビンの容器状の溝部に接着する工程と、
   前記結線板と複数の前記コイルを接続する工程と、
   前記結線板の前記給電用突出部を前記ターミナルの嵌合部に嵌合する工程と、
   を備えた回転電機の製造方法。
10. 前記嵌合部と前記給電用突出部とを溶着する工程を含む請求項９に記載の回転電機の製造方法。

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