JP5245523B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は回転電機に係り、特に、コイル巻線の端末が一方端側に接続される端末モジュールと、端末モジュールの他方端側に一方端側が接続され他方端側が外部ケーブルに接続される端子台とを備える回転電機に関する。

回転電機には、例えばステータからコイル巻線の端末が引き出され、給電ケーブル等と接続される。コイル巻線の端末の数と給電ケーブルの端末の数はそれぞれ複数あるので、その取り扱いが面倒で、これらの間の接続は容易ではない。

例えば、特許文献１には、動力補助用同期電動機の構造として、ステータのコイルを結線する大電流端末回路ユニットと、ステータとをモールド樹脂で一体形成することが開示されている。

このようにステータのコイルを結線する大電流端末回路ユニットをステータと共に一体形成技術を用いることで、ステータの複数のコイルの端末の取り扱いが容易になるが、一方で、大電流端末回路ユニットの位置がステータに対し固定されるので、給電ケーブルの配置誤差等があると、大電流端末回路ユニットと給電ケーブルとの間の接続が却って困難となることが生じる。

ステータのコイル巻線と給電ケーブルとの位置誤差を吸収するものとして、特許文献２には、モータモジュールにおいて、給電ケーブルのオスコネクタと、モータ巻線の先端の端子との間に設けられる端子台の構造が次のように述べられている。すなわち、給電ケーブルのオスコネクタに嵌合するメスコネクタと、モータ巻線の先端の端子に接触する結線部材と、メスコネクタに設けられる接点と結線部材とを接続する内部導体を含んで端子台が構成される。ここで、結線部材は固定端子と可動端子とで構成され、その間にモータ巻線の先端の端子が挿入されるもので、固定端子が内部導体に接続される。このようにモータ巻線を固定端子と可動端子との間に挟みこむものとすることで、モータ巻線の先端の端子の位置誤差を吸収できると述べられている。
特開２００４−２０１４３０号公報 特開２００５−２２９７５４号公報

特許文献２においては、複数のコイル巻線の先端の端子が一本一本それぞれ結線部材に挿入される。これをまとめて１回の挿入で済ますために、端末モジュールを用いることが考えられる。端末モジュールは、両側に複数の端子を設け、両側においてそれぞれ対応する各端子は内部で導通しているもので、一方側の各端子にコイル巻線の各端子が接続される。この端末モジュールを特許文献２で述べられているような端子台に合わせることで、一回の挿入操作で、端末モジュールの他方側の各端子を、端子台の複数の結線部材にそれぞれ挿入することができる。

しかし、特許文献２においては、複数のコイル巻線がそれぞれ独立であったので、その分だけ自由度があったが、複数のコイル巻線を１つの端末モジュールにまとめると、各コイル巻線の自由度がなくなる。したがって、端末モジュールと端子台で位置ずれが生じると、端末モジュールと端子台との間の接続が困難となる。

本発明の目的は、端末モジュールと端子台との間の接続を容易なものとする回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、ステータまたはロータに巻回されるコイル巻線と、一方端側と他方端側とにそれぞれ対応する複数の端子を有する端末モジュールであって、一方端側の複数の端子にコイル巻線の複数の端末が接続される端末モジュールと、一方端側と他方端側とにそれぞれ対応する複数の端子を有しモータケースに取り付けられる端子台であって、一方端側の複数の端子に端末モジュールの他方端側の複数の端子が接続され、他方端側の複数の端子に外部ケーブルの複数の端末が接続される端子台と、を備え、端末モジュールは、他方端側に設けられ、端子台の一方端側と位置決めされる端末側位置決め部として、他方端側の隣接する端子の間に設けられる端末側端子間位置決め手段を有し、端子台は、一方端側に設けられ、端末側位置決め部に対応する端子台側位置決め部として、一方端側の隣接する端子の間に設けられる端子台側端子間位置決め手段を有することを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機において、端末側端子間位置決め手段は、端末モジュールの他方端側の隣接する端子のそれぞれの間に１つずつ設けられ、端子台側端子間位置決め手段は、端子台の一方端側の隣接する端子のそれぞれの間に１つずつ設けられることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、端末側位置決め部は、オスメス接合の一方側の形状を有し、端子台側位置部は、オスメス接合の他方側の形状を有することが好ましい。

上記構成により、回転電機は、一方端側の複数の端子にコイル巻線の複数の端末が接続される端末モジュールと、一方端側の複数の端子に端末モジュールの他方端側の複数の端子が接続され、他方端側の複数の端子に外部ケーブルの複数の端末が接続される端子台とを備え、端末モジュールの他方端側には、端子台の一方端側と位置決めされる端末側位置決め部が設けられ、端子台の一方端側には、端末側位置決め部に対応する端子台側位置決め部が設けられる。ここで端子台側位置決め部に端末側位置決め部を合わせることで、端末モジュールと端子台との間の接続を容易なものとすることができる。

また、回転電機において、端末モジュールには、他方端側の隣接する端子の間に端末側端子間位置決め手段が設けられ、端子台には、一方端側の隣接する端子の間に端子台側端子間位置決め手段が設けられる。これによって、端末モジュールにおいて隣接する端子と、端子台において隣接する端子との間の位置決めを容易に行うことができる。

また、回転電機において、端末側位置決め部は、オスメス接合の一方側の形状を有し、端子台側位置部は、オスメス接合の他方側の形状を有する。このようにオスメス接合を用いて位置決めを行うので、簡単な構成で端末モジュールと端子台との間の接続を容易なものとすることができる。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下では、回転電機として三相同期電動機について説明するが、コイル巻線が接続される端末モジュールと外部ケーブルが接続される端子台とを備える回転電機であれば、これ以外の形式の回転電機であってもよい。例えば、発電機、誘導電動機等であってもよい。

また、以下では、回転電機から引き出されるコイル巻線の端末について、Ｕ相コイル端末、Ｖ相コイル端末、Ｗ相コイル端末、中性点コイル端末を説明するが、これは例示であって、三相形式でない場合にはこれと異なる端末であってもよく、また中性点コイル端末を省略する構成としてもよい。また、コイル巻線はステータに巻回されるものとして説明するが、ロータにコイル巻線が巻回される形式の回転電機であってもよい。

また、端末モジュールと端子台との間の位置決め手段として、インロー構造と呼ばれるオスメス接合を説明するが、これ以外の位置決め方法を用いるものとしてもよい。例えば、ピンと穴を組み合わせる方法等を用いることができる。以下では、端末モジュール側にメス接合の形状、端子台側にオス接合の形状を有するものとして説明するが、勿論、これを逆にして、端末モジュール側がオス接合の形状を有し、端子台側がメス接合の形状を有するものとしてもよい。

図１と図２は、端末モジュール３０と端子台６０を備える回転電機１０の断面図である。図１には、回転電機１０の中央付近で、回転軸に垂直な面で切断した断面図が示され、図２には、回転電機１０の回転軸に平行な面で切断した断面図が示されている。なお、これらの図には、回転電機１０の構成要素ではないが、外部ケーブル６と、ギヤボックス８が図示されている。外部ケーブル６は、回転電機１０に電力を供給するための電力ケーブルで、端子台６０に接続される。ギヤボックス８は、回転電機１０の出力軸に接続される歯車機構で、回転電機１０の出力を所望の減速比で減速し、車軸等に伝達する機能を有する。

回転電機１０は、三相同期電動機であって、ロータ１２と、ステータ１４と、ステータ１４に巻回されるコイル巻線１６と、コイル巻線１６の端末であるコイル端末１８と、モータケース２０と、カバー２２と、端末モジュール３０と、端子台６０とを含んで構成される。

ロータ１２は、回転電機１０の回転子で、例えば、外周に永久磁石を配置した構成のものを用いることができる。ロータ１２の中心軸は回転電機１０の出力軸で、上記のように、ギヤボックス８に接続される。

ステータ１４は回転電機１０の固定子で、ステータコアとステータコアに巻回されるコイル巻線１６とで構成される。ステータコアは、ティースと呼ばれる凸極と、隣接するティースの間の空間であるスロットとが内周側の円周方向に沿って交互に複数配置された形状を有する。このスロットを利用して、各ティースにそれぞれコイル巻線１６が巻回される。かかるステータコアは、所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を積層したものを用いることができる。

ステータコアの各ティースに巻回されたコイル巻線１６は、ステータコアの軸方向の両端の外側においてステータコアよりも突き出た形状となるが、この部分はコイルエンドと呼ばれる。図２で、コイル巻線１６として引出線が付されている部分は、コイルエンドに相当する。コイル巻線１６は、三相同期電動機の場合、適当なバスバー等の手段を用いて、Ｕ相コイル端末、Ｖ相コイル端末、Ｗ相コイル端末、中性点コイル端末として、コイルエンドから引き出される。これらの引き出された端末は、図１、図２において、コイル端末１８として示されている。

モータケース２０は、カバー２２と組み合わされて、ロータ１２、ステータ１４等を収納する内部空間を形成する部品である。モータケース２０は、一方側に開口を有する金属製円筒を用いることができ、カバー２２は、モータケース２０の開口を覆う大きさの金属製円板を用いることができる。

モータケース２０とステータ１４とは、適当な位置決め手段によって相互に位置決めされる。図１の例では、モータケース２０の内周に３箇所の凹部が設けられ、これに対応してステータ１４の外周に３箇所の凸部が設けられる。モータケース２０の凹部にステータ１４の凸部を合わせることで、モータケース２０とステータ１４との間で、円周方向についての位置決めがなされる。同様に、モータケース２０とステータ１４との間に、軸方向に関する位置決め手段が設けられ、これによって、ステータ１４は、軸方向についてもモータケース２０に対し位置決めされる。

端末モジュール３０は、一方端側と他方端側とにそれぞれ対応する複数の端子を有し、一方端側の複数の端子にコイル巻線１６の複数のコイル端末１８が接続され、他方端側の複数の端子は、端子台６０の一方端側の複数の端子と接続される部品である。つまり、端末モジュール３０は、従来、コイルエンドから引き出される複数のコイル端末１８がバラバラであったものを、１つの接続部品にまとめたものである。これによって、端末モジュール３０を端子台６０に接続することで、複数のコイル端末１８が、まとめて端子台６０に接続され、接続作業が簡単になる。図３は、端末モジュール３０の三面図である。その詳細な説明は、端子台６０と比較しながら後述する。

端子台６０は、一方端側と他方端側とにそれぞれ対応する複数の端子を有し、一方端側の複数の端子に端末モジュール３０の他方端側の複数の端子が接続され、他方端側の複数の端子に外部ケーブル６の複数の端末が接続される部品である。端子台６０は、適当な取付部材を用いて、モータケース２０に取り付けられる。つまり、端子台６０は、端末モジュール３０と外部ケーブル６との間の接続のための中継部品である。これによって、端末モジュール３０に接続された複数のコイル端末１８が外部ケーブル６のそれぞれの電力線にまとめて接続され、接続作業が容易になる。図４は、端子台６０の三面図である。その詳細な説明は、端末モジュール３０と比較しつつ後述する。

上記のように、モータケース２０とステータ１４とは円周方向および軸方向に対して相互に位置決めされる。端末モジュール３０には、ステータ１４のコイルエンドから引き出されたコイル端末１８が接続されるのであるから、端末モジュール３０は、ステータ１４に対し、一定の位置関係を有する。これらのことから、コイル端末１８が接続された状態の端末モジュール３０は、モータケース２０に対し、一定の位置関係で配置されることになる。一方で、端子台６０は、上記のように、モータケース２０に取り付けられる。そこで、端末モジュール３０は、設計上、端子台６０にちょうど接続される位置となるように配置される。つまり、設計上、端末モジュール３０の他方端側の複数の端子の位置は、端子台６０の一方端側の複数の端子の位置にちょうど合うように設定される。

しかしながら、実際には、コイル端末１８においてワニス処理が行われ硬化する等の理由で、コイル端末１８が接続された状態の端末モジュール３０の位置が必ずしも設計上の位置とならないことが生じえる。この場合に、端末モジュール３０の他方端側における各端子の位置が端子台６０の一方端側における各端子の位置と合わなくなり、端末モジュール３０と端子台６０との間の接続が困難となる。これが回転電機１０において解決すべき課題となる。そのために、以下に説明するように、端末モジュール３０の方に位置決め用の凹形状の溝３４を設け、端子台６０の方には、これに対応する凸形状の突起６４が設けられる。

図３において、（ａ）は、端末モジュール３０の平面図であり、（ｂ）は、(ａ)におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、正面図である。以下において、図１、図２と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、以下では、図１、図２の符号を用いて説明する。

端末モジュール３０は、支持体３２と、支持体３２に埋め込まれ一方端側と他方端側にそれぞれ端子として突き出る３つの導体と、一方端側にのみ突き出る１つの導体とから構成される。かかる端末モジュール３０は、適当なプラスチック材料を用いて、４つの導体に対応する適当な金属板をインサートモールド等の技術で一体化樹脂成形したものを用いることができる。

端末モジュール３０における３つの導体について、一方端側の端子は、コイル側Ｕ相端子４０、コイル側Ｖ相端子４２、コイル側Ｗ相端子４４で、他方端側の端子は、端子台側Ｕ相端子５０、端子台側Ｖ相端子５２、端子台側Ｗ相端子５４である。また、一方端側にのみ突き出る導体の一方端側の端子は、中性点短絡端子４６である。ここで他方端側とは、正面図において示される端面側である。

コイル側Ｕ相端子４０、コイル側Ｖ相端子４２、コイル側Ｗ相端子４４には、コイルエンドから引き出されたＵ相コイル端末、Ｖ相コイル端末、Ｗ相コイル端末、中性点コイル端末にそれぞれ接続される。例えば、ステータコアに巻回されるＵ相コイル巻線の一方側端末がＵ相コイル端末で、他方側端末が中性点コイル端末であり、Ｖ相コイル巻線、Ｗ相コイル巻線についても同様である。したがって、中性点コイル端末は３本あることになり、これらが中性点短絡端子４６にそれぞれ接続され、相互に短絡されて、中性点を形成することになる。このために、中性点短絡端子４６は、端末モジュール３０の他方端側に突き出す必要がない。

支持体３２の他方端側の端面は、端子台６０と向かい合う端面であり、ここには、位置決め用溝３４，３５が設けられる。溝３４，３５は、隣接する端子台側端子の間に配置され、３つの端子台側端子の配列方向に垂直な方向に沿って延びる凹形状の溝である。溝３４，３５の底面側は、テーパ形状３６に形成される。また、支持体３２の底面側は、他方端側の端面に向かって斜めに切り欠かれた形状の斜面３８に形成される。このテーパ形状３６、斜面３８は、端末モジュール３０を図３（ｂ）に白抜き矢印で示す方向で、後述する端子台６０に向かって移動させて位置決めするとき、端子台６０の凸形状の突起６４，６５が溝３４，３５に滑らかに入り込む作用を有する。

図４において、（ａ）は、端子台６０の平面図であり、（ｂ）は、側面図であり、（ｃ）は、背面図である。以下において、図１、図２と共通の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、以下では、図１、図２の符号を用いて説明する。

端子台６０は、支持体６２と、支持体６２に埋め込まれ一方端側と他方端側にそれぞれ端子として突き出る３つの導体とから構成される。かかる端子台６０は、端末モジュール３０と同様に、適当なプラスチック材料を用いて、３つの導体に対応する適当な金属板をインサートモールド等の技術で一体化樹脂成形したものを用いることができる。

端子台６０における３つの導体について、一方端側の端子は、端末側Ｕ相端子７０、端末側Ｖ相端子７２、端末側Ｗ相端子７４で、他方端側の端子は、ケーブル側Ｕ相端子８０、ケーブル側Ｖ相端子８２、ケーブル側Ｗ相端子８４である。一方端側とは、背面図において示されている端面側である。

ケーブル側Ｕ相端子８０、ケーブル側Ｖ相端子８２、ケーブル側Ｗ相端子８４は、外部ケーブル６の３本の電力線に対応する３つの端子であるＵ相給電端子、Ｖ相給電端子、Ｗ相給電端子にそれぞれ接続される。

端末側Ｕ相端子７０、端末側Ｖ相端子７２、端末側Ｗ相端子７４には、端末モジュール３０の他方端側の各端子である端子台側Ｕ相端子５０、端子台側Ｖ相端子５２、端子台側Ｗ相端子５４がそれぞれ接続される。

支持体６２の一方端側の端面は、端末モジュール３０と向かい合う端面であり、ここには、位置決め用突起６４，６５が設けられる。突起６４，６５は、隣接する端末側端子の間に配置され、３つの端末側端子の配列方向に垂直な方向に沿って延びる凸状の突起である。突起６４，６５の凸形状は、端末モジュールの溝３４，３５の凹形状に対応する形状で、溝３４，３５にちょうどはまり込む程度に、溝３４，３５の外形よりやや小さめの形状に形成されることが好ましい。端末モジュール３０が図３（ｂ）に白抜き矢印で示す方向で、端子台６０に向かって移動されて位置決めされるとき、端子台６０の凸形状の突起６４，６５が溝３４，３５に滑らかに入り込むように、突起６４，６５の上面を、丸みを帯びた形状、例えば半球状とすることができる。

かかる構成の作用、特に、端末モジュールと端子台の接続作用について、図５を用いて説明する。以下では、図１から図４と同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。また、以下では図１から図４の符号を用いて説明する。図５は、端末モジュール３０と端子台６０とが、溝３４，３５と突起６４，８５を用いて位置決めされて接続された状態を示す図である。図５（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

端子台６０は、モータケース２０に取り付けられている。その状態の端子台６０の上方から、端末モジュール３０が図５（ｂ）の白抜き矢印で示す方向で移動される。ここで、上記のように、設計上は、端末モジュール３０における端子台側Ｕ相端子５０の位置と端子台６０における端末側Ｕ相端子７０の位置とは、ちょうど接続ができるように配置されている。端末モジュール３０における端子台側Ｖ相端子５２の位置と端子台６０における端末側Ｖ相端子７２の位置との間の関係、端末モジュール３０における端子台側Ｗ相端子５４の位置と端子台６０における端末側Ｗ相端子７４の位置との間の関係も同様に、ちょうど接続ができるように配置されている。

しかしながら、部品の寸法精度、モータケース２０に対するステータ１４の位置決め精度、コイル端末１８におけるワニス処理のための位置ずれ等により、必ずしも、端末モジュール３０の位置と端子台６０の位置の関係が設計通りとならないことが生じる。その場合でも、端末モジュール３０を端子台６０に向けて、図５（ｂ）の白抜き矢印の方向に移動させると、端末モジュール３０の底面側に設けられたテーパ形状３６、斜面３８に案内されて、端末モジュール３０の溝３４，３５に、端子台６０の突起６４，６５が滑らかに入り込む。

そして、端末モジュール３０と端子台６０との間で、インロー構造と呼ばれるオスメス接合が形成され、相互の位置決めが行われる。なお、白抜き矢印の移動押し込みの限度を決めるため、端末モジュール３０にストッパ部材を設け、端子台６０に当ることでそれ以上押し込まないようにすることが好ましい。

これによって、端末モジュール３０と端子台６０の位置決めが正確に行われ、端末モジュール３０における端子台側Ｕ相端子５０、端子台側Ｖ相端子５２、端子台側Ｗ相端子５４の位置が、端子台６０における端末側Ｕ相端子７０、端末側Ｖ相端子７２、端末側Ｗ相端子７４の位置とが、ちょうど接続ができるように配置される。したがって、このように位置決めが行われた状態で、端子台側Ｕ相端子５０と端末側Ｕ相端子７０、端子台側Ｖ相端子５２と端末側Ｗ相端子７２、端子台側Ｗ相端子５４と端末側Ｗ相端子７４とを、それぞれ、ボルトとナット等の適当な締結部材で相互に締結することで、これらの端子間が機械的に電気的に接続される。

このように、オスメス接合の形状を有する突起６４，６５と溝３４，３５を用いて位置決めを行うことで、端末モジュール３０と端子台６０との間の接続を容易なものとすることができる。

本発明の実施の形態に係る回転電機の回転軸に垂直な面で切断した断面図である。 本発明の実施の形態に係る回転電機の回転軸に平行な面で切断した断面図である。 本発明の実施の形態に係る端末モジュールの三面図である。 本発明の実施の形態に係る端子台の三面図である。 本発明の実施の形態に係る端末モジュールと端子台とにおいて、溝と突起を用いて位置決めされて接続された状態を示す図である。

符号の説明

６ 外部ケーブル、８ ギヤボックス、１０ 回転電機、１２ ロータ、１４ ステータ、１６ コイル巻線、１８ コイル端末、２０ モータケース、２２ カバー、３０ 端末モジュール、３２，６２ 支持体、３４，３５ 溝、３６ テーパ形状、３８ 斜面、４０ コイル側Ｕ相端子、４２ コイル側Ｖ相端子、４４ コイル側Ｗ相端子、４６ 中性点短絡端子、５０ 端子台側Ｕ相端子、５２ 端子台側Ｖ相端子、５４ 端子台側Ｗ相端子、６０ 端子台、６４，６５ 突起、７０ 端末側Ｕ相端子、７２ 端末側Ｖ相端子、７４ 端末側Ｗ相端子、８０ ケーブル側Ｕ相端子、８２ ケーブル側Ｖ相端子、８４ ケーブル側Ｗ相端子。

Claims (3)

1. ステータまたはロータに巻回されるコイル巻線と、
   一方端側と他方端側とにそれぞれ対応する複数の端子を有する端末モジュールであって、一方端側の複数の端子にコイル巻線の複数の端末が接続される端末モジュールと、
   一方端側と他方端側とにそれぞれ対応する複数の端子を有しモータケースに取り付けられる端子台であって、一方端側の複数の端子に端末モジュールの他方端側の複数の端子が接続され、他方端側の複数の端子に外部ケーブルの複数の端末が接続される端子台と、
   を備え、
   端末モジュールは、
   他方端側に設けられ、端子台の一方端側と位置決めされる端末側位置決め部として、他方端側の隣接する端子の間に設けられる端末側端子間位置決め手段を有し、
   端子台は、
   一方端側に設けられ、端末側位置決め部に対応する端子台側位置決め部として、一方端側の隣接する端子の間に設けられる端子台側端子間位置決め手段を有することを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   端末側端子間位置決め手段は、端末モジュールの他方端側の隣接する端子のそれぞれの間に１つずつ設けられ、
   端子台側端子間位置決め手段は、端子台の一方端側の隣接する端子のそれぞれの間に１つずつ設けられることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   端末側位置決め部は、オスメス接合の一方側の形状を有し、
   端子台側位置部は、オスメス接合の他方側の形状を有することを特徴とする回転電機。

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