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公開番号2021005998
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210114
出願番号2020084796
出願日20200513
発明の名称モータ巻線コネクタリング
出願人アティエヴァ、インコーポレイテッド
代理人龍華国際特許業務法人
主分類H02K 3/50 20060101AFI20201211BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ステータ巻線を巻線ラグに連結するプロセスを簡単にするステータアセンブリを提供する。
【解決手段】ステータアセンブリは、複数のステータ巻線終端を介してステータに取り付けたプレハブコネクタ300を含む。プレハブコネクタは、ステータ巻線終端の少なくとも一部と複数のバスバーとの間の導電経路を形成する複数の導電性の終端連結部材301を含む。バスバーのそれぞれは、ラグ325を含む。プレハブコネクタは、ステータ巻線終端の少なくとも第2の一部と、複数のラグのないバスバーとの間の導電経路を形成する第2の複数の導電性の終端連結部材も含み得る。電気絶縁材料がコネクタリングの部分にわたって覆われて、それにより、様々なバスバー間の接触又は部分放電を防止する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
電気モータのステータアセンブリであって、
ステータであって、前記ステータの周囲に円周方向分配された複数の巻線を有し、前記複数の巻線が複数の巻線終端で終端する、ステータと、
前記複数の巻線終端を介して前記ステータに取り付けられたプレハブコネクタであって、前記プレハブコネクタは前記ステータに取り付ける前に製造されている、プレハブコネクタと
を備え、
製造された前記プレハブコネクタは、
第1の複数の終端連結部材群に分割された第1の複数の終端連結部材であって、前記第1の複数の終端連結部材群の各終端連結部材群の各終端連結部材は前記複数の巻線終端の異なる巻線終端に機械的に、かつ、導電的に連結されるように構成され、各終端連結部材群が複数のバスバーのうちの1つに機械的に、かつ、導電的に連結され、前記複数のバスバーの各バスバーは独立したラグを含む、第1の複数の終端連結部材と、
前記複数のバスバーの一部を覆う電気絶縁材料であって、前記電気絶縁材料が前記複数のバスバーの間の接触を防止するように構成される、電気絶縁材料と
を有する、
ステータアセンブリ。
続きを表示(約 1,900 文字)【請求項2】
前記第1の複数の終端連結部材群の各終端連結部材群の各終端連結部材が、前記プレハブコネクタを前記ステータに取り付ける間に、前記複数の巻線終端の前記異なる巻線終端に(i)レーザ溶接、(ii)タングステン不活性ガス(TIG)溶接、(iii)抵抗溶接、又は(iv)ろう付けされている、請求項1に記載のステータアセンブリ。
【請求項3】
複数の電気絶縁連結部材オーバーレイであって、前記複数の電気絶縁連結部材オーバーレイは、前記第1の複数の終端連結部材の間の接触を防止するように構成される、複数の電気絶縁連結部材オーバーレイをさらに備える、請求項1又は2に記載のステータアセンブリ。
【請求項4】
前記複数の電気絶縁連結部材オーバーレイのそれぞれは、前記複数の巻線終端の対応する巻線終端を部分的に囲むように構成されるU字型部分をさらに有する、請求項3に記載のステータアセンブリ。
【請求項5】
各U字型部分は、前記プレハブコネクタを前記ステータに取り付ける間に、前記対応する巻線終端に圧着される、請求項4に記載のステータアセンブリ。
【請求項6】
製造された前記プレハブコネクタは、第2の複数の終端連結部材群に分割された第2の複数の終端連結部材であって、前記第2の複数の終端連結部材群の各終端連結部材群の各終端連結部材は前記複数の巻線終端の異なる巻線終端に機械的に、かつ、導電的に連結されるように構成され、前記第2の複数の終端連結部材群の各終端連結部材群が複数のラグのないバスバーのうちの1つに機械的に、かつ、導電的に連結され、前記電気絶縁材料は前記複数のラグのないバスバーの間の接触を防止するように構成され、前記電気絶縁材料は前記複数のバスバーと前記複数のラグのないバスバーとの間の接触を防止するように構成される、第2の複数の終端連結部材をさらに備える、請求項1から5のいずれか一項に記載のステータアセンブリ。
【請求項7】
前記第1の複数の終端連結部材群の各終端連結部材群の各終端連結部材が、前記プレハブコネクタを前記ステータに取り付ける間に、前記複数の巻線終端の前記異なる巻線終端に(i)レーザ溶接、(ii)タングステン不活性ガス(TIG)溶接、(iii)抵抗溶接、又は(iv)ろう付けされており、前記第2の複数の終端連結部材群の各終端連結部材群の各終端連結部材が、前記プレハブコネクタを前記ステータに取り付ける間に、前記複数の巻線終端の前記異なる巻線終端にレーザ溶接されている、請求項6に記載のステータアセンブリ。
【請求項8】
複数の電気絶縁連結部材オーバーレイをさらに備え、前記複数の電気絶縁連結部材オーバーレイは、前記第1の複数の終端連結部材の間の接触を防止するように構成され、前記複数の電気絶縁連結部材オーバーレイは、前記第2の複数の終端連結部材の間の接触を防止するように構成され、前記複数の電気絶縁連結部材オーバーレイは、前記第1の複数の終端連結部材と前記第2の複数の終端連結部材との間の接触を防止するように構成される、請求項6に記載のステータアセンブリ。
【請求項9】
前記複数の電気絶縁連結部材オーバーレイのそれぞれは、前記複数の巻線終端の対応する巻線終端を部分的に囲むように構成されるU字型部分をさらに有する、請求項8に記載のステータアセンブリ。
【請求項10】
各U字型部分は、前記プレハブコネクタを前記ステータに取り付ける間に、前記対応する巻線終端に圧着されている、請求項9に記載のステータアセンブリ。
【請求項11】
前記第1の複数の終端連結部材のそれぞれは、銅材料から製造され、前記複数のバスバーのそれぞれは、前記銅材料から製造される、請求項1から10のいずれか一項に記載のステータアセンブリ。
【請求項12】
前記複数のバスバーの少なくとも一部が、前記電気絶縁材料でオーバーモールドされている、請求項1から11のいずれか一項に記載のステータアセンブリ。
【請求項13】
プラスチック材料が前記プレハブコネクタを形成するのに用いられる前記電気絶縁材料として選択される、請求項1から12のいずれか一項に記載のステータアセンブリ。
【請求項14】
前記複数の巻線が円形又は長方形の断面を有する銅線でできている、請求項1から13のいずれか一項に記載のステータアセンブリ。
【請求項15】
前記複数のバスバーの各バスバーは、前記電気モータの相に対応する、請求項1から14のいずれか一項に記載のステータアセンブリ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、電気モータに関し、より具体的には、モータのステータ巻線に接続するプロセスを簡単にする電気モータの設計に関する。
続きを表示(約 5,700 文字)【背景技術】
【0002】
高騰し続ける燃料価格及び地球温暖化の悲惨な結果の両方に突き動かされた消費者の要求に応答して、自動車産業は、超低排出、高効率の自動車に対する必要性を徐々に受け入れ始めている。産業界内の一部は、より効率的な内燃エンジンを設計することによってこれらの目的を実現することを試みているが、その他は、ハイブリッド又は完全電力式の動力伝達装置を車両ラインアップに組み込んでいる。しかしながら、消費者の期待を満たすべく、自動車産業は、より環境に優しい動力伝達装置を実現しなければならないだけでなく、性能、走行距離、信頼性、安全性及びコストの適正なレベルを維持しつつ、そのようにしなければならない。
【0003】
近年では、電気自動車が環境に優しいだけでなく、超えない場合でも、性能に関する消費者の要求及び期待を満たすことができるものであることがわかってきた。車両を駆動するのに要求される速度及びトルクの可変レベルを実現すべく、初期の電気自動車は直流モータを使用していたが、直接トルク制御を利用する現代のモータ制御システムの出現は、小さいサイズであること、低コストであること、高信頼性であること、及び維持するのにあまり手のかからないことを含む、交流モータに関連した多くの利益を提供しつつ、交流モータが同レベルの性能を提供することを可能にした。
【0004】
交流モータにおいて、回転磁場がモータのステータアセンブリ内で生成され、モータのロータアセンブリの回転をもたらす。回転磁場が、複数の円周方向に分配されたステータスロット及び歯に取り付けられた複数の円周方向に分配された巻線によって生成される。円形又は長方形の配線でできていてよい巻線がコイル群に分割され、そのそれぞれが、単相の単極を表す。コイル巻線の各相が、通常、ラグと称されるコネクタに終端し、これは、コイル巻線を交流電源に連結するのに用いられる。したがって、例えば、典型的な3相ステータアセンブリにおいて、ステータ巻線を3相の交流インバータに接続する3つの巻線ラグが存在する。
【0005】
典型的なステータ製造プロセスにおいて、巻線をステータアセンブリ内で分配することは、自動CNC(コンピュータ数値制御)巻線機械を利用する急速なプロセスである。一旦ステータ巻線が完成すると、それらは、ステータラグに連結されなければならない。ステータ製造プロセスのこの部分の間に、配線束が配線され、絶縁スリーブが加えられ、ラグが配線束に抵抗溶接される。プロセスのこの部分が手動で実行されるので、それは非常に遅く、ステータアセンブリに相当な費用を追加する。したがって、必要とされることは、巻線をラグに連結することに関連した最終段階を手動で実行する必要性を最小化又は除外するステータ製造プロセスであり、それにより、よりコスト効率の高いステータアセンブリを提供する。本発明は、トルク及び電力要件の多様性を満たすように構成され得るより多用途なステータアセンブリも提供しつつ、これらの目的を実現するシステム及び製造プロセスを提供する。
【発明の概要】
【0006】
本発明は、(i)ステータであって、ステータの周囲に円周方向に分配された複数の巻線を有し、複数の巻線終端で終端する、ステータと、(ii)複数の巻線終端を介してステータに取り付けたプレハブコネクタであって、プレハブコネクタはステータに取り付ける前に製造される、プレハブコネクタとを含む電気モータのステータアセンブリを提供する。プレハブコネクタは、(i)第1の複数の終端連結部材群に分割された第1の複数の終端連結部材であって、第1の複数の終端連結部材群の各終端連結部材群の各終端連結部材は複数の巻線終端の異なる巻線終端に機械的に、かつ、導電的に連結されるように構成され、各終端連結部材群が複数のバスバーのうちの1つに機械的に、かつ、導電的に連結され、複数のバスバーの各バスバーは独立したラグを含む、第1の複数の終端連結部材と、(ii)複数のバスバーの一部を覆い、複数のバスバーの間の電気接触又は部分放電を防止するように構成される電気絶縁材料とを含む。
【0007】
1つの態様において、各終端連結部材群の各終端連結部材が、プレハブコネクタをステータに取り付ける間に、複数の巻線終端の異なる巻線終端に(i)レーザ溶接、(ii)TIG溶接、(iii)抵抗溶接、及び/又は(iv)ろう付けされ得る。
【0008】
他の態様において、アセンブリは、第1の複数の終端連結部材の間の電気接触又は部分放電を防止するように構成される複数の電気絶縁連結部材オーバーレイをさらに含み得る。複数の電気絶縁連結部材オーバーレイのそれぞれは、対応する巻線終端を部分的に囲むように構成され、プレハブコネクタをステータに取り付ける間に、対応する巻線終端に圧着され得るU字型の端部を含み得る。
【0009】
他の態様において、製造されたプレハブコネクタは、第2の複数の終端連結部材群に分割された第2の複数の終端連結部材であって、第2の複数の終端連結部材群の各終端連結部材群の各終端連結部材は複数の巻線終端の異なる巻線終端に機械的に、かつ、導電的に連結されるように構成され、第2の複数の終端連結部材群の各終端連結部材群が複数のラグのないバスバーのうちの1つに機械的に、かつ、導電的に連結され、電気絶縁材料は複数のラグのないバスバーの間の電気接触又は部分放電を防止し、複数のバスバーと複数のラグのないバスバーとの間の電気接触又は部分放電を防止するように構成される、第2の複数の終端連結部材をさらに含み得る。各終端連結部材群の各終端連結部材が、プレハブコネクタをステータに取り付ける間に、複数の巻線終端の異なる巻線終端に(i)レーザ溶接、(ii)TIG溶接、(iii)抵抗溶接、及び/又は(iv)ろう付けされ得る。アセンブリは、第1の複数の終端連結部材の間、第2の複数の終端連結部材の間、及び第1の複数の終端連結部材と第2の複数の終端連結部材との間の電気接触又は部分放電を防止するように構成される複数の電気絶縁連結部材オーバーレイをさらに含み得る。複数の電気絶縁連結部材オーバーレイのそれぞれは、対応する巻線終端を部分的に囲むように構成され、プレハブコネクタをステータに取り付ける間に対応する巻線終端に圧着され得るU字型の端部を含み得る。
【0010】
他の態様において、第1の複数の終端連結部材及び複数のバスバーが銅材料から製造され得る。
【0011】
他の態様において、複数のバスバーの少なくとも一部が、電気絶縁材料(例えば、プラスチック)でオーバーモールドされてプレハブコネクタを形成し得る。
【0012】
他の態様において、複数の巻線が、(i)円形の断面を有する銅線、又は(ii)長方形の断面を有する銅線でできていてよい。
【0013】
他の態様において、複数のバスバーの各バスバーは、電気モータの相に対応し得る。
【0014】
本発明の性質及び利点のさらなる理解が、本明細書の残りの部分及び図面を参照することによって、実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【0015】
添付図面は、本発明の範囲を限定するのではなく、例示することのみを意図しており、縮尺通りであると見なされるべきでないことが理解されるべきである。さらに、異なる図面の同一の参照番号は、同一の構成要素又は同様の機能の構成要素を指すことが理解されるべきである。
【0016】
ステータの斜視図を提供する。この図は、ステータ巻線終端を強調する。
【0017】
図1に示すステータ部分の詳細斜視図を提供する。
【0018】
本発明に従って設計されたコネクタの斜視図を提供する。
【0019】
図3に示されるコネクタの導電性のコネクタ部分の斜視図を提供する。
【0020】
図3に示されるコネクタの導電性の部分の後面斜視図を提供する。
【0021】
図3に示されるコネクタの電気絶縁性の部分の斜視図を提供する。
【0022】
図3に示されるコネクタに等しく適用可能な代替の電気絶縁性の部分の斜視図を提供す
【0023】
図1に示されるステータ及び図3に示されるコネクタを利用するステータアセンブリの斜視図を提供する。
【0024】
図8に示されるステータアセンブリの一部の詳細斜視図を提供する。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本明細書で用いられるとき、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も同様に含むことが意図されている。用語「備える(comprises)」、「備える(comprising)」、「含む(includes)」、及び/又は「含む(including)」は、本明細書で用いられるとき、記載された特徴、整数、段階、動作、要素、及び/又は構成要素を特定するが、1又は複数の他の特徴、整数、段階、動作、要素、構成要素、及び/又はその群の存在又は追加を除外しない。本明細書で用いられるとき、用語「及び/又は(and/or)」及び記号「/」は、1又は複数の関連付けられて列挙された事項の任意の組み合わせ及び全ての組み合わせを含むことが意図されている。さらに、第1の、第2の等の用語が、様々な段階又は計算を説明するのに本明細書で用いられ得るが、これらの段階又は計算はこれらの用語によって限定されるべきでなく、むしろ、これらの用語は1つの段階又は計算を他の段階又は計算から区別することにのみ用いられる。例えば、本開示の範囲から全く逸脱することなく、第1の計算が第2の計算と称されてよく、同様に、第1の段階が第2の段階と称されてよく、同様に、第1の構成要素が第2の構成要素と称されてよい。
【0026】
本明細書で説明及び図示されるステータアセンブリは、概して、電気モータを利用する車両、例えば、電気自動車(EV)で用いるために設計されるが、他の用途で用いるために設計された電気モータに等しく適用可能であることが理解されるべきである。本明細書で用いられるとき、用語「電気自動車(electric vehicle)」及び「EV」は置き換え可能であり、全電気式車両、プラグインハイブリッド車と称されてよく、PHEV又はハイブリッド車と称されもよく、HEVとも称されてよい。ここで、ハイブリッド車は、電気駆動システムを含む複数の推進力のソースを利用する。
【0027】
本発明のステータアセンブリ製造技術は、ステータの巻線をステータラグに接続するプロセスを簡単にするコネクタを提供する。本発明のコネクタは、好ましくは、ステータ巻線が相対的に少ない数の終端で終端し、好ましくは、これらの巻線終端がお互いに隣接又は近接近しているステータで用いられる。
【0028】
図1は、本発明のコネクタを用い得る例示的なステータ100の斜視図を提供する。示されるように、ステータ100の巻線は、24個の終端101−124で終端する。さらに、好ましいように、巻線終端101−124は、示されるようにお互い直接隣接し、それにより、以下で説明されるコネクタへのそれらの接続を簡単にする。図2は、ステータ100の一部125の詳細斜視図を提供する。
【0029】
図3は、本発明に従って設計されたコネクタ300の斜視図を提供する。コネクタ300は、好ましくは、銅から製造されて、終端連結部材301−324を介して巻線終端101−124に連結する導電性のコネクタ部分から成っている。現在の例示的実施形態において、以下でさらに説明されるように、導電性のコネクタ部分は、ステータ巻線終端の第1のサブセットをラグ325に、ステータ巻線終端の第2のサブセットをラグ326に、ステータ巻線終端の第3のサブセットをラグ327に連結する。さらに、以下でさらに説明されるように、コネクタ300の導電性のコネクタ部分はまた、4セットの巻線回路の中央ノードの機能を実行する。
【0030】
図4は、コネクタ300の導電性のコネクタ部分400の斜視図を提供する。図5は、コネクタ部分400の後面斜視図を提供する。図4及び図5に示されるように、この構成において、7個のバスバー501−507が存在する。バスバー501−503が、ラグ325−327にそれぞれ接続される。本実施形態において、各バスバー501−503が4個の巻線終端に接続される。例えば、示されるように、バスバー503、したがってラグ327が、コネクタがステータ巻線に取り付けられるとき、順に巻線終端101−104に接続される終端連結部材301−304に接続される。したがって、図示されたコネクタのこの態様について、終端連結部材301−304は、ラグ327とステータ巻線終端101−104との間に導電性のリンクを形成する。各バスバー504−507は、ラグがなく(すなわち、接続ラグを含まない)、3個の巻線終端に接続され、したがって、対応する巻線回路の中央ノードの機能を果たす。例えば、図では、バスバー504が、コネクタをステータ巻線に取り付けた後、順に巻線終端105、113及び121に接続される終端連結部材305、313及び321に接続されて示される。
(【0031】以降は省略されています)

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