JP7400980B2 - コンパクトなバスバーユニットを有する電動モータ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載の諸特徴を有する電動モータに関する。

ここで関連する種類のブラシレスＤＣモータは、インナーロータ型モータと称され、モータシャフトに接続されてハウジング内に回転可能に取り付けられたロータを有する。ロータには複数の永久磁石が設けられている。モータの周囲にステータが配置されている。ステータは、いくつかのコイルを鉄心上に担持している。これらコイルは、適切に制御されると、ロータを駆動して回転させる磁界を発生させる。これらコイルは、通常、３相に巻かれ、したがって３つの電気接続部を有する。これら電気接続部を介してコイルを制御ユニット（ＥＣＵ：ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）に接続できる。低電力レベルでは、各バスバーを導電性バスバーとして設計できる。本願明細書で想定しているような、より高い電力の場合、銅板製バスバーを介してコイル接続線を接触させる。

電動モータの幾何学的説明のために、最初に、モータの回転軸線は中心軸線であり、且つ対称軸線であると想定する。ステータは、回転軸線およびロータと同心である。回転軸線は、同時に、軸線方向を画定する。加えて、中心軸線に対して、半径方向について言うと、半径方向は中心軸線からの距離を示す。周方向について言うと、周方向は、半径方向に配置された特定の半径に対して接線方向に規定される。巻線がバスバー構成に接続される場合、ステータの接続側は、ステータの上側として記述される。

性能データおよび重量に加え、本願明細書に記載の電動モータの寸法も、特にモータが自動車両に使用される場合は、重要である。自動車両内の設置スペースは通常限られているので、自動車両メーカーの仕様書に注意を払う必要がある。したがって、電動モータの設計のための不変の一要件は、例えば、特定の軸線方向長さを中心軸線の方向に超えないことである。このコンテキストにおいて、電動モータに要求される性能データは、ステータパックの、および複数の電磁石が配置されているロータの、軸線方向長さを基本的に決定する。ステータのコイル接続線を接触させるために必要なバスバーユニットは、軸線方向長さの一因となる。

例えば、特許文献１に開示されている電動モータでは、３つのバスバーを備えたバスバーユニットがステータパックの軸線方向上方に配置され、コイル接続線に接続されている。このバスバーユニットは、中心軸線と同心の円の一部に配置されたバスバーをいくつか備えている。したがって、複数のバスバーが軸線方向に互いに上下に積み重なって配置されている。これら複数のバスバーとこれらの間に必要な電気絶縁とは、ステータ上のコイルスタックの上方に配置されているので、ステータスタックの軸線方向長さの一因となっている。

特開２０１４－１５８４２１号公報

本発明の課題は、ステータパックの軸線方向の広がりが、ひいては電動モータの軸線方向全高も、減るように、電動モータを更に設計することである。

この課題は、請求項１の諸特徴を有する電動モータによって解決される。

したがって、回転軸線の周囲に回転可能に支持されたロータと、このロータの外側を取り囲むステータであって、ステータコアとこのステータコアに巻かれた複数のコイルとを有するステータとを有する電動モータが提供される。これらコイルは巻線端部を有する巻線で形成され、これら巻線端部は、相を形成するために、それぞれの端部で３つのバスバーに電気的に接触し、３つのバスバーの各々はバスバーを電源に電気的に接触させるための電源接続端子と、バスバーを巻線端部に電気的に接続するためのリングセグメント様ベース部分とを有し、第１バスバーのベース部分は回転軸線に垂直な第１平面に配設され、第２バスバーのベース部分は回転軸線に垂直な、第１平面から離間された第２平面に配設され、第１バスバーのベース部分は第１バスバーの電源接続端子から時計回りに延在し、第２バスバーのベース部分は第２バスバーの電源接続端子から反時計回りに延在し、第１および第２バスバーの電源接続端子は互いに離間し、第３バスバーの電源接続端子は周方向に第１および第３電源接続端子の間に位置する。第３バスバーは、その電源接続端子から時計回り方向に延在する、第２平面に位置する第１部分と、その電源接続端子から反時計回り方向に延在する、第１平面に位置する第２部分とを有する。

これらバスバーのこの配置は、２つのレベルしか必要としないので、バスバーホルダの軸線方向の広がりを最小に維持でき、特にコンパクトである。

第１、第２、および第３バスバーのそれぞれのベース部分は同じ半径を有し、軸線方向に互いに上下に位置することが好ましい。

これらバスバーは、ステータの上部に取り付けられたバスバーホルダに少なくとも部分的に収容されると有利である。このような配置は組み立てを簡素化する。

第３バスバーのベース部分は、平面図では、第１バスバーおよび第２バスバーによって完全に覆われていることが好ましい。換言すると、この重なりは、電源接続端子の外側にある。

好適な一実施形態において、第３バスバーの第１領域および第２領域の各々は、約１０５°にわたって延在する。

第１および第２バスバーは、平面図では、電源接続端子から遠い方のそれぞれの端部において重なり合って配置されていると有利である。

好適な実施形態において、第１および第２バスバーの各々は、約２１０°にわたって延在するベース部分を有すると有利である。

第３バスバーは、段部をベース部分に軸線方向に有することが好ましい。この段部は、レベル間の切り換えのために使用される。

第１バスバーの電源接続端子は好ましくは第１平面にあり、第２バスバーの電源接続端子は第２平面にあり、第３バスバーの電源接続端子は軸線方向に２つの平面の間にある。

２つの平面間の距離は、バスバー間の電気絶縁をもたらす。

これらバスバーの記載の設計は、ステータが以下の方式で巻かれていると有利である。
－巻線の線始端部から第１方向に巻線を第１ステータ歯に巻き、
－この巻線を第１周方向に第１ステータ歯の直後の第２ステータ歯に導き、
－この巻線を第１方向とは逆の第２方向に第２ステータ歯に巻く。
－これらコイル対は、コイル対を通る電流の方向が周方向に互いに逆になり、ステータ内でＮ極とＳ極とが周方向に相対するように、電流が供給されるように設計される。

ステータは、均等に離間された複数のステータ歯を有することが好ましい。これらステータ歯は、ステータコアから内方に突出して円筒状の内部領域を空け、コイル対を形成するために２つ１組で巻線が巻かれる。

第１方向と対応する各巻線方向とは各コイル対について同じである。

この巻線方式は、各歯対の巻き方が同じであるので、複数の異なる構成要素を回避でき、コストが節約されるという利点を有する。更に、複数の線の交差が回避されるので、相間の電気的短絡の危険が著しく減る。

各コイル対が単一の巻線で巻かれることが好ましい。ただし、コイルチェーンを形成するために、少なくとも２つのコイル対を単一の巻線で巻くことも可能である。

１つの実施形態において、ステータは６つのコイル対を有する。

以下においては、図面を参照して、本発明の好適な一実施形態をより詳細に説明する。同様の、または同様に作動する構成要素には、各図において同じ参照符号で示されている。図面には以下の図が示されている。

ステータの略平面図である。 複数のバスバーを有する図１のステータの概略図である。 図２に示されている３つのバスバーの電源接続端子の概略図である。 ステータと複数のバスバーとを有する模式的に示されている電動モータの長手方向断面図である。

図１は、電動モータのステータ１を示す。この電動モータのステータ１は鉄心で構成され、４極モータを形成するためにいくつかのコイル２で構成された３つの相巻線３をそれぞれの極に有する。これらコイル２は、それぞれの極に巻かれる。複数のステータ歯は、鉄心から内方に延在し、円筒形の内部領域を空けておく。作動中、この円筒形の内部領域内でモータのロータ（不図示）が回転する。３つの相Ｕ、Ｖ、Ｗは、２つの平行電流路がデルタ結線で形成されるように相互接続されたコイル対４によって形成される。各コイル対４の第１コイルは、線を反時計回りに歯に巻くことによって形成される。これに引き続き、中断なく、第１歯のすぐ隣にある、コイル対４の第２歯に時計回りに線を巻く。これらコイル対４の巻線端部７をステータの中心側で電気的に接触させる。６つ全てのコイル対４が同じ方式で巻かれる。コイル対４内の磁極の必要な反転は、逆の電気接続と電流の流れる方向の反転とによって実現される。したがって、互いに接続される線端部は、約１５０°の角度にある。１つの相のそれぞれの接点は、約２１０°の範囲にわたって分散されている。

図２は、図１に示されているステータ１のバスバーユニット８の略上面図を示す。バスバーユニット８は、バスバーホルダ（不図示）とこのバスバーホルダに取り付けられた３つのバスバー９、１０、１１とを備える。バスバー９、１０、１１は、導電材料製、好ましくは金属製、特に銅製である。バスバーホルダは、少なくとも一部が、または全体が、電気絶縁性材料で構成されているので、バスバー９、１０、１１間の短絡を効果的に防止できる。バスバーホルダは、好ましくは射出成形で作製され、バスバー９、１０、１１の一部にわたって延在する。これにより、バスバーホルダとバスバー９、１０、１１との間に明確に規定された堅牢な物理的接続を設けることができる。バスバーホルダは、ステータの一軸線方向側（上側）に位置付けられるように適合化されている。

バスバーユニット８は、バスバー９、１０、１１によってステータ１の各コイル２に電気的に接触するようにセットアップされている。これらコイル２は、３つの相群Ｕ、Ｖ、Ｗにグループ化されている。４つの巻線端部７の各々が１つのバスバーに接触する。１つの相のバスバーは、２１０°の範囲にわたって延在する。バスバー３、４、５の各々は、バスバーを電源に電気的に接続するために配置された電源接続端子１２、１３、１４を有する。

バスバー９、１０、１１の各々は、ベース部分９’、１０’、１１’を一定の半径で円周に沿わせて、配置されている。ベース部分９’、１０’、１１’は、リングセグメントのような形状を有する。

図２の説明図では、これらバスバーがそれぞれ異なる平面に配置されていることを示すために、これらバスバーはそれぞれ異なる半径にあるように見える。これらバスバーのこの配置について、以下に説明する。

第１バスバー９は、そのベース部分９’が円周に沿って約２１０°の範囲にわたって延在している。この第１バスバーは、第１平面Ｅ１にある。第１バスバーは、電源接続端子１２をベース部分９’の一端に有する。ベース部分９’は、電源接続端子１２から時計回り方向に延在している。第２バスバー１０もそのベース部分１０’が円周に沿って第１バスバーと同じ半径で約２１０°の範囲にわたって延在している。第２バスバーは、第２平面Ｅ２にある。第２バスバーは、電源接続端子１３をベース部分１０’の一端に有する。ベース部分１０’は、電源接続端子１３から反時計回りに延在している。平面図では、２つのバスバー９、１０は、電源から遠い方のそれぞれの端部において、重なり合って配置されている。２つの平面Ｅ１およびＥ２は、それぞれの端部が軸線方向に重なり合うが、互いに接触せず、互いから電気的に絶縁されるように、選択されている。これら２つのバスバーは、軸線方向に離間されている。

第３バスバー１１は、周方向に第１および第２バスバー９、１０の端子１２、１３の間に配置された電源接続端子１４を有する。３つ全ての端子１２、１３、１４は、互いに至近距離にある。第３バスバー１１は、第３電源接続端子１４から第１バスバー９側に第２平面Ｅ２の第１領域１１’’に延在し、第２バスバー１０側に第１平面Ｅ１の第２領域１１’’’に延在している。したがって、平面図では、第３バスバー１１は、第１領域１１’’では第１バスバー９に重なり合って配置され、第２領域１１’’’では第２バスバー１０に重なり合って配置されている。これら領域１１’’、１１’’’の各々は、リングセグメントのように約１０５°にわたって延在している。

図３および図４は、各バスバーの軸線方向１００の配置を示す。図３に示されているように、第３バスバー１１は、ベース部分１１’に沿って中ほどで平面を切り換えている。したがって、第３バスバーのベース部分は、２つの領域１１’’、１１’’’に分割されている。したがって、第３バスバー１１は、段部１５をベース部分１１’に有する。第１バスバー９の電源接続端子１２は第１平面Ｅ１にあり、第２バスバー１０の電源接続端子１３は第２平面Ｅ２にあり、第３バスバー１１の電源接続端子１４は、軸線方向に２つの平面Ｅ１、Ｅ２の間にある。３つのバスバー９、１０、１１は、２つの平面Ｅ１、Ｅ２のみに分散されている。ステータパックの軸線方向の広がりが、ひいては電動モータの軸線方向の全高も、最小に維持されるので、設置スペースが節約される。

図４は、ステータ１を有する電動モータ１６を模式的に示す。ステータ１は、バスバーユニット８をその前側に担持している。バスバー１０、１１は、２つの異なる平面Ｅ１、Ｅ２にある。第３バスバー１１は、対応付けられたコイルの巻線端部７に接触している。

Claims (10)

1. 回転軸線（１００）の周囲に回転可能に支持されたロータと、前記ロータを外側から囲むステータ（１）であって、ステータコアと前記ステータコアに巻かれた複数のコイル（２）とを有する、ステータ（１）とを備えた電動モータ（１６）であって、コイル（３）は巻線端部（７）を有する巻線で形成され、前記巻線端部（７）は複数の相を形成するために３つのバスバー（９、１０、１１）にそれぞれの端部で電気的に接触し、前記３つのバスバー（９、１０、１１）の各々は前記バスバーを電源に電気的に接触させるための電源接続端子（１２、１３、１４）と、前記バスバーを前記巻線端部に電気的に接続するためのリングセグメント様ベース部分（９’、１０’、１１’）とを有し、第１バスバー（９）のベース部分（９’）は前記回転軸線（１００）に垂直な第１平面（Ｅ１）に配置され、第２バスバー（１０）のベース部分（１０’）は前記第１平面（Ｅ１）から離間された、前記回転軸線（１００）に垂直な第２平面（Ｅ２）に配置され、前記第１バスバー（９）の前記ベース部分（９’）は前記第１バスバー（９）の電源接続端子（１２）から時計回りに延在し、前記第２バスバー（１０）の前記ベース部分（１０’）は前記第２バスバー（１０）の電源接続端子（１３）から反時計回りに延在し、前記第１および第２バスバー（９、１０）の前記電源接続端子（１２、１３）は互いから離間されており、第３バスバー（１１）の電源接続端子（１４）は周方向に前記第１および第２バスバー（９、１０）の前記電源接続端子（１２、１３）の間に配置されている、電動モータ（１６）において、前記第３バスバー（１１）は、その電源接続端子（１４）から時計回りに延在する、前記第２平面（Ｅ２）に位置する第１の部分（１１’’）と、その電源接続端子（１４）から反時計回りに延在する、前記第１平面（Ｅ１）に位置する第２領域（１１’’’）とを有する、ことを特徴とする電動モータ。
2. 前記第１、第２、および第３バスバー（９、１０、１１）の前記ベース部分（９’、１０’、１１’）は同じ半径を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記バスバー（９、１０、１１）は前記ステータ（１）の上部に取り付けられたバスバーホルダに少なくとも部分的に収容されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載の電動モータ。
4. 前記第３バスバー（１１）のベース部分（１１’）は、平面図では、前記第１バスバー（９）と前記第２バスバー（１０）とによって完全に覆われている、ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の電動モータ。
5. 前記第３バスバー（１１）の第１領域（１１’’）および第２領域（１１’’）の各々が約１０５°にわたって延在する、ことを特徴とする請求項１～４の何れか一項に記載の電動モータ。
6. 前記第１および第２バスバー（９、１０）は、平面図では、前記電源接続端子から遠い方のそれぞれの端部において重なり合って配置されている、ことを特徴とする請求項１～５の何れか一項に記載の電動モータ。
7. 前記第１および第２バスバー（９、１０）の各々は約２１０°にわたって延在するベース部分を有する、ことを特徴とする請求項１～６の何れか一項に記載の電動モータ。
8. 前記第３バスバー（１１）は、段部（１５）を前記軸線方向に前記ベース部分（１１’）に有する、ことを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の電動モータ。
9. 前記第１バスバー（９）の前記電源接続端子（１２）は前記第１平面（Ｅ１）に位置し、前記第２バスバー（１０）の前記電源接続端子（１３）は前記第２平面（Ｅ２）に位置し、前記第３バスバー（１１）の前記電源接続端子（１４）は前記軸線方向に前記２つの平面（Ｅ１、Ｅ２）の間に位置する、ことを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載の電動モータ。
10. 前記２つの平面（Ｅ１、Ｅ２）の間の距離は前記バスバー（９、１０、１１）の間に電気絶縁をもたらす、ことを特徴とする請求項１～９の何れか一項に記載の電動モータ。

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