JP5665961B1

JP5665961B1 - 回転電機

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Publication number: JP5665961B1
Application number: JP2013269184A
Authority: JP
Inventors: 藤田　暢彦; 暢彦藤田; 内海　義信; 義信内海
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2015-02-04
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: JP2015126602A; US9444312B2; US20150188395A1; FR3016095A1; FR3016095B1

Abstract

【課題】この発明は、Ｂ端子部の構造を簡素化し、部品点数を削減して低コスト化を図るとともに、電気的な接触部を低減して電気抵抗を低減し、電力伝達効率を向上させることができる回転電機を得る。【解決手段】金属プレート３１が、Ｂ端子取付穴２９内にバスバー３０と重なって露呈するようにケース２３にインサート成形され、Ｂ端子用ボルト３２が、金属プレート３１のＢ端子取付穴２９内の露呈部に形成された圧入穴３１ａにバスバー３０と反対側から圧入され、スペーサ３３およびナット３４がＢ端子用ボルト３２の軸部に装着され、ナット３４の締め付け力により、バスバー３０が金属プレート３１とスペーサ３３との間に加圧挟持されてバスバー３０とナット３４が電気的に接続されている。【選択図】図４

Description

この発明は、回転電機に関し、特に、電力入出力端子部（Ｂ端子部）の構造に関するものである。

従来の回転電機では、外部のバッテリの正極に電気的に接続されるＢバスバーは、三角形の頂点に相当する３個の頂点部を備え、１つの頂点部でねじの締着力によりＢターミナルに電気的に接続され、３つの頂点部でねじの締着力により絶縁部材を介してハウジングやヒートシンクに機械的に固定支持され、Ｂ端子用ボルトがＢバスバーの中央部に設けられた貫通穴に圧入されていた（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１２／０８１０６８号パンフレット

従来の回転電機では、Ｂ端子用ボルトに装着されたナットの締着力によりナットとＢバスバーとを電気的に接続するとともに、ねじの締着力によりＢバスバーとＢターミナルとを電気的な接続していた。そこで、電力伝達経路中に締結箇所が２箇所となり、部品点数が多くなるので、低コスト化が図れないという課題があった。
また、電力伝達経路中に締結箇所が２箇所となるので、圧接による電気的な接触部が多くなり、電気抵抗が大きくなり、電力伝達効率が低下するという課題もあった。

この発明は、上記課題を解決するためになされたもので、Ｂ端子用ボルトに装着されたナットの締着力により、ナットとバスバーとを電気的に接続できるようにして、Ｂ端子部の構造を簡素化し、部品点数を削減して低コスト化を図るとともに、圧接による電気的な接触部を低減して電気抵抗を低減し、電力伝達効率を向上させることができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、フロントブラケットおよびリヤブラケットと、界磁鉄心および上記界磁鉄心に装着された界磁巻線を有し、上記フロントブラケットと上記リヤブラケットとに軸支された回転軸に上記界磁鉄心を固着されて回転自在に配設された回転子と、上記フロントブラケットと上記リヤブラケットとに軸方向両側から挟持されて上記回転子を囲繞するように配設された円環状の固定子鉄心、および上記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、直流電力と交流電力との間の電力変換を行う複数のパワーモジュール、中央穴を有する平板状に作製され、一面を軸方向外方に向けて上記回転軸を該中央穴に通して上記回転軸と直交するように配設され、上記複数のパワーモジュールが該一面上に周方向に並んで搭載されたヒートシンク、上記ヒートシンクの上記一面に固定された絶縁樹脂製のケース、および上記ケースに形成されたＢ端子取付穴内に露呈するように上記ケースにインサート成形され、上記複数のパワーモジュールの正極入力端子に電気的に接続されたバスバーを備えたインバータアッセンブリと、上記バスバーに電気的に接続されるＢ端子用ボルトと、を備えている。そして、金属プレートが、上記Ｂ端子取付穴内に上記バスバーと重なって露呈するように上記ケースにインサート成形され、上記Ｂ端子用ボルトが、上記金属プレートの上記Ｂ端子取付穴内の露呈部に形成された圧入穴に上記バスバーと反対側から圧入され、ナットが上記Ｂ端子用ボルトの軸部に装着され、上記ナットの締め付け力により、上記バスバーが上記金属プレートと上記ナットとの間に加圧挟持されて上記バスバーと上記ナットが電気的に接続されている。

この発明によれば、ナットとバスバーとが、Ｂ端子用ボルトとナットとによる単一の締結機構により電気的に接続されているので、Ｂ端子部の構造が簡素化され、部品点数が削減され、低コスト化が図られる。さらに、電力伝達経路中の圧接による電気的な接触部が低減されるので、電気抵抗が低減され、発熱を抑制できるとともに、電力伝達効率が向上される。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるインバータアッセンブリが装着される前の状態を示す縦断面図である。この発明の実施の形態１に係る回転電機におけるインバータアッセンブリを示す正面図である。図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。図３のＶ−Ｖ矢視断面図である。この発明の実施の形態２に係る回転電機におけるインバータアッセンブリを示す正面図である。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。この発明の実施の形態３に係る回転電機におけるインバータアッセンブリのＢ端子部周りを示す要部断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電機におけるインバータアッセンブリが装着される前の状態を示す縦断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転電機におけるインバータアッセンブリを示す正面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図、図５は図３のＶ−Ｖ矢視断面図である。

図１から図３において、回転電機１は、モータ部１００と、インバータアッセンブリ２００と、を備えている。

モータ部１００は、それぞれ略椀形状の金属製のフロントブラケット２およびリヤブラケット３と、フロントブラケット２とリヤブラケット３に軸受８，９を介して回転可能に支持された回転軸４に固定されてフロントブラケット２とリヤブラケット３の内部に配設された回転子５と、回転子５を囲繞するようにフロントブラケット２とリヤブラケット３に保持された固定子１０と、フロントブラケット２から突出する回転軸４の端部に固着されて、図示しない内燃機関と双方向にトルクを授受するためのプーリ１３と、リヤブラケット３から突出する回転軸４の端部の外周面に配設され、回転子５の界磁巻線７に界磁電流を給電する一対のスリップリング１４と、ブラシホルダ１５に保持されて、一対のスリップリング１４に摺動するように配設された一対のブラシ１６と、軸受９とスリップリング１４との間に回転軸４と同軸に配設され、回転軸４、すなわち回転子５の磁極位置を検出する磁極位置検出センサ１７と、を備える。

回転子５は、界磁鉄心６と、界磁鉄心６内に配設された界磁巻線７と、を備え、界磁鉄心６の軸心位置に挿入された回転軸４に固着されて、フロントブラケット２およびリヤブラケット３内に回転可能に配設される。そして、ファン１８が界磁鉄心６の軸方向の両端面に固着されている。
固定子１０は、円環状の固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に装着された固定子巻線１２と、を備える。そして、フロントブラケット２とリヤブラケット３が、複数のボルト１９により互いに接近するように締め付けられ、固定子鉄心１１を軸方向両側から強固に挟持している。これにより、固定子１０は、回転子５を囲繞するように同軸に配設される。

磁極位置検出センサ１７は、回転軸４の軸受９とスリップリング１４との間に固着されたセンサロータ１７ａと、センサロータ１７ａを囲繞するように配設されたセンサステータ１７ｂと、を備える。

インバータアッセンブリ２００は、駆動時の固定子電流の供給および発電時の固定子電流の整流を行うためのスイッチング素子およびその周辺回路からなる６つのパワーモジュール２０と、界磁電流を制御するためのスイッチング素子およびその周辺回路からなる界磁モジュール２１と、銅、アルミニウムなどの良導電性金属材料を用いて中央穴２２ａを有する環状の平板に作製され、パワーモジュール２０と界磁モジュール２１が絶縁層（図示せず）を介して一面に周方向に１列に並んで搭載されたヒートシンク２２と、パワーモジュール２０と界磁モジュール２１の電力系の端子と接続されるターミナルがインサート成形された電機絶縁性の樹脂製のケース２３と、パワーモジュール２０と界磁モジュール２１を制御するための制御回路が構成された制御モジュール２４と、を備える。そして、磁極位置検出センサ１７のセンサステータ１７ｂが、ヒートシンク２２に装着され、磁極位置検出センサ１７の信号線は制御モジュール２４に接続される。

パワーモジュール２０および界磁モジュール２１は、それぞれ、スイッチング素子などを配線用リードフレームに搭載し、全体を樹脂成形して作製される。ケース２３は、パワーモジュール２０、界磁モジュール２１および制御モジュール２４を囲むようにヒートシンク２２の一面に装着される。そして、ケース２３にインサート成形されたターミナル２３ａの一端がパワーモジュール２０の交流出力端子２０ａに溶接により接合され、インバータアッセンブリ２００のマイナス端子２３ｂがヒートシンク２２にねじ止めされて電気的に接続される。防水用樹脂２５が、ケース２３内に充填され、パワーモジュール２０、界磁モジュール２１、制御モジュール２４および電気接続部が防水保護される。

コネクティングボード２６は、固定子巻線１２の口出し線１２ａとパワーモジュール２０を接続するためのターミナル２６ａをインサート成形して構成され、リヤブラケット３の軸方向外側にねじで固定されている。そして、口出し線１２ａがリヤブラケット３から軸方向外側に引き出され、ターミナル２６ａの一端に溶接などにより接合される。

ブラシホルダ１５は、ヒートシンク２２の回転軸４が通る中央穴２２ａ内に配置されて、ねじによりヒートシンク２２に固定される。そして、インバータアッセンブリ２００は、ヒートシンク２２の一面を軸方向外方に向けて、回転軸４を中央穴２２ａ内に通して、ヒートシンク２２の一面が回転軸４と直交するように、リヤブラケット３の軸方向外側に装着される。そこで、コネクティングボード２６にインサート成形されたターミナル２６ａの他端がケース２３にインサート成形されたターミナル２３ａの他端にねじで固定され、電気的に接続される。その後、保護カバー２７が、インバータアッセンブリ２００を内部に収納するように、装着される。

つぎに、Ｂ端子部の構造について図３、図４および図５を参照しつつ説明する。

外部のバッテリの正極側に接続されるバスバー３０は、ケース２３にインサート成形され、一端がケース２３の外周側に形成されたＢ端子取付穴２９内に露出し、ケース２３内のヒートシンク２２側を通って径方向内方に延びて中央穴２２ａに突出し、その他端が導体配線２８に溶接により接合される。また、導体配線２８は、パワーモジュール２０の正極入力端子２０ｂに溶接により接合される。これにより、バスバー３０は、導体配線２８を介して電気的に接続されている。金属プレート３１は、ケース２３にインサート成形され、Ｂ端子取付穴２９内にバスバー３０と重なって露出している。金属プレート３１のＢ端子取付穴２９内の露出部には、Ｂ端子用ボルト圧入用の圧入穴３１ａが形成されている。さらに、バスバー３０のＢ端子取付穴２９内の露出部には、Ｂ端子用ボルト３２の軸部より大径の貫通穴３０ａが圧入穴３１ａと同軸に形成されている。

Ｂ端子用ボルト３２は、バスバー３０と反対側から金属プレート３１の圧入穴３１ａに圧入される。そして、金属製の筒状のスペーサ３３がバスバー３０の貫通穴３０ａから突出するＢ端子用ボルト３２の軸部に装着された後、ハーネス接続台座を構成するナット３４をＢ端子用ボルト３２の軸部に装着し、締め付ける。このナット３４の締着力により、バスバー３０が金属プレート３１とスペーサ３３との間に加圧挟持される。そこで、バスバー３０とスペーサ３３とが圧接され、スペーサ３３とナット３４とが圧接されて、ナット３４がスペーサ３３を介してバスバー３０と電気的に接続される。また、絶縁性ブッシュ３５がスペーサ３３に外嵌状態に装着され、スペーサ３３およびナット３４が絶縁保護される。

なお、図示していないが、バッテリハーネスが、Ｂ端子用ボルト３２の軸部のナット３４からの突出部に装着され、バスバー３０がバッテリハーネスを介してバッテリの正極に電気的に接続される。

つぎに、このように構成された回転電機１の動作について説明する。
回転電機１は、プーリ１３およびベルト（図示せず）を介してエンジンのクランク軸（図示せず）に連結されている。そして、バッテリの正極がＢ端子用ボルト３２に接続される。また、フロントブラケット２とリヤブラケット３が接地されアース電位に保持されている。制御モジュール２４は、界磁モジュール２１を制御して回転子５の界磁巻線７に流す界磁電流を調整する。そして、回転電機１は、エンジンを始動するための電動機能と、発電のための電動機能とを有している。

ここで、エンジンの始動時には、直流電力がバッテリからナット３４、スペーサ３３およびバスバー３０を介してパワーモジュール２０に給電される。そして、制御モジュール２４がパワーモジュール２０のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御し、直流電力が三相交流電力に変換される。この三相交流電力が、交流出力端子２０ａ、ターミナル２３ａ，２６ａおよび口出し線１２ａを介して固定子巻線１２に供給される。そして、界磁モジュール２１により界磁電流が供給されている回転子５の界磁巻線７に回転磁界が与えられ、回転子５が回転駆動される。この回転子５の回転トルクが回転軸４、プーリ１３およびベルトを介してエンジンに伝達され、エンジンが点火、始動される。

一方、エンジンが始動されると、エンジンの回転トルクがクランクプーリ、ベルトおよびプーリ１３を介して回転電機１に伝達される。これにより、回転子５が回転され、固定子巻線１２に三相交流電圧が誘起される。そこで、制御モジュール２４がパワーモジュール２０のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御し、固定子巻線１２に誘起された三相交流電力を直流電力に変換し、バッテリや電気負荷に供給される。

なお、磁極位置検出センサ１７の信号出力は、制御モジュール２４に送られ、回転子５の回転位置検出に用いられ、回転電機１の発電動作およびエンジンの始動動作時の制御情報として利用される。

この実施の形態１によれば、ハーネス接続台座を構成するナット３４とバスバー３０とがＢ端子用ボルト３２とナット３４との締め付け、すなわち単一の締結機構により電気的に接続されている。そこで、Ｂ端子部の構造が簡素化され、部品点数が削減されるので、低コスト化が図られる。また、電力伝達経路中の圧接による電気的な接続部が低減されるので、電気抵抗が低減され、発熱を抑制できるとともに、電力伝達効率が向上される。

スペーサ３３がバスバー３０とナット３４との間に配設されているので、Ｂ端子用ボルト３２の軸部のスペーサ３３の内側の領域が、ねじが締結されない部分となる。そこで、ナット３４を締め付けた際に、Ｂ端子用ボルト３２の軸部の当該部分に弾性力が生じ、ナット３４の緩みが防止される。

Ｂ端子取付穴２９がインバータアッセンブリ２００の外周側に形成され、バスバー３０がケース２３内のヒートシンク２２側を通って径方向内方に延び、中央穴２２ａに突出して、正極入力端子２０ｂと電気的に接続されているので、電力伝達経路が最短となり、インダクタンスを低減できる。また、バスバー３０での発熱がヒートシンク２２に効果的に伝達されヒートシンク２２から放熱されるので、バスバー３０の温度上昇が抑えられる。

ここで、金属プレート３１にアルミ板を用いた場合、圧入締め代の寸法バラツキが大きい場合でも、圧入荷重のバラツキを低減できるので、Ｂ端子用ボルト３２の安定した圧入が可能となり、生産性が向上できる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る回転電機におけるインバータアッセンブリを示す正面図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視断面図である。

図６および図７において、金属プレート３１Ａは、圧入穴３１ａと、圧入穴３１ａを挟むように形成された一対の取付穴３１ｂと、を備え、圧入穴３１ａがＢ端子取付穴２９内に露出するようにケース２３にインサート成形されている。貫通穴４０が、絶縁樹脂層を残して取付穴３１ｂ内を通るようにケース２３に形成されている。そして、金属プレート３１Ａが、ねじ３６を貫通穴４０内を通してヒートシンク２２に締着して、電気的に絶縁状態にヒートシンク２２に固定されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

この実施の形態２によれば、金属プレート３１Ａが、Ｂ端子部と異なる場所で、ヒートシンク２２に機械的に固定されているので、絶縁性樹脂がＢ端子部に介在しない。そこで、絶縁性樹脂の熱変形によるボルト軸力の低下に起因する電力伝達経路の電気抵抗の増大を防止できる。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る回転電機におけるインバータアッセンブリのＢ端子部周りを示す要部断面図である。

図８において、ハーネス接続台座を構成するナット３７は、Ｂ端子用ボルト３２の軸部に装着される雌ねじ部を有するナット部３８と、ナット部３８に同軸に連なって一体に形成され、Ｂ端子用ボルト３２の軸部より大径の内径を有するねじ部のない円筒部３９と、を備える。

Ｂ端子用ボルト３２が、バスバー３０と反対側から金属プレート３１Ａの圧入穴３１ａに圧入され、スペーサ３３がバスバー３０の貫通穴３０ａから突出するＢ端子用ボルト３２の軸部に装着され、ナット３７がナット部３８をスペーサ３３側に向けてＢ端子用ボルト３２の軸部に装着されて、締め付けられている。このナット３７の締着力により、バスバー３０が金属プレート３１Ａとスペーサ３３との間に加圧挟持され、ナット３７がスペーサ３３を介してバスバー３０と電気的に接続される。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。

この実施の形態３によれば、Ｂ端子用ボルト３２の軸部の外径より大径の内径を有する円筒部３９がナット３７のバッテリハーネス取付側に形成されている。そこで、バッテリハーネス締着用ナットをＢ端子用ボルト３２の軸部に装着して締め付けた際に、Ｂ端子用ボルト３２の軸部の円筒部３９の内側の部位に弾性力が発生し、ナット３７やバッテリハーネス締着用ナットの緩みが防止される。

１回転電機、２フロントブラケット、３リヤブラケット、４回転軸、５回転子、６界磁鉄心、７界磁巻線、８，９軸受、１０固定子、１１固定子鉄心、１２固定子巻線、２０パワーモジュール、２０ｂ正極入出力端子、２２ヒートシンク、２２ａ中央穴、２３ケース、２３ａターミナル、２９Ｂ端子取付穴、３０バスバー、３１，３１Ａ金属プレート、３１ａ圧入穴、３１ｂ取付穴、３２Ｂ端子用ボルト、３３スペーサ、３４ナット、３６ねじ、３７ナット、３８ナット部、３９円筒部、４０貫通穴。

Claims

フロントブラケットおよびリヤブラケットと、
界磁鉄心および上記界磁鉄心に装着された界磁巻線を有し、上記フロントブラケットと上記リヤブラケットとに軸支された回転軸に上記界磁鉄心を固着されて回転自在に配設された回転子と、
上記フロントブラケットと上記リヤブラケットとに軸方向両側から挟持されて上記回転子を囲繞するように配設された円環状の固定子鉄心、および上記固定子鉄心に装着された固定子巻線を有する固定子と、
直流電力と交流電力との間の電力変換を行う複数のパワーモジュール、中央穴を有する平板状に作製され、一面を軸方向外方に向けて上記回転軸を該中央穴に通して上記回転軸と直交するように配設され、上記複数のパワーモジュールが該一面上に周方向に並んで搭載されたヒートシンク、上記ヒートシンクの上記一面に固定された絶縁樹脂製のケース、および上記ケースに形成されたＢ端子取付穴内に露呈するように上記ケースにインサート成形され、上記複数のパワーモジュールの正極入力端子に電気的に接続されたバスバーを備えたインバータアッセンブリと、
上記バスバーに電気的に接続されるＢ端子用ボルトと、を備え、
金属プレートが、上記Ｂ端子取付穴内に上記バスバーと重なって露呈するように上記ケースにインサート成形され、
上記Ｂ端子用ボルトが、上記金属プレートの上記Ｂ端子取付穴内の露呈部に形成された圧入穴に上記バスバーと反対側から圧入され、ナットが上記Ｂ端子用ボルトの軸部に装着され、上記ナットの締め付け力により、上記バスバーが上記金属プレートと上記ナットとの間に加圧挟持されて上記バスバーと上記ナットが電気的に接続されていることを特徴とする回転電機。
一対の取付穴が、上記圧入穴を挟むように上記金属プレートに形成され、
上記金属プレートは、上記一対の取付穴が埋め込まれるように上記ケースにインサート成形され、
貫通穴が、上記一対の取付穴内を貫通するように上記ケースに形成され、
上記金属プレートが、上記貫通穴に通したねじを上記ヒートシンクに締着して、電気的に絶縁状態に上記ヒートシンクに固定されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
金属製の筒状のスペーサが、上記バスバーと上記ナットとの間に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
上記Ｂ端子用ボルトの軸部の直径より大径の内径を有する円筒部が、上記ナットの上記バスバーと反対側に、上記ナットと一体に形成され、上記Ｂ端子用ボルトの軸部に外嵌状態に配設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電機。
上記金属プレートがアルミニウム製であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
上記Ｂ端子取付穴は、上記インバータアッセンブリの外周側に形成され、
上記バスバーは、上記ケース内の上記ヒートシンク側を通って径方向内方に延び、上記中央穴に突出して、上記正極入力端子と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。