特許第6645176号(P6645176)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ アイシン精機株式会社の特許一覧

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6645176
(24)【登録日】2020年1月14日
(45)【発行日】2020年2月14日
(54)【発明の名称】端子台
(51)【国際特許分類】
   H01R 9/24 20060101AFI20200203BHJP
   H01R 13/66 20060101ALI20200203BHJP
   H01R 43/24 20060101ALI20200203BHJP
   G01R 15/20 20060101ALI20200203BHJP
【FI】
   H01R9/24
   H01R13/66
   H01R43/24
   G01R15/20 A
【請求項の数】4
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2015-251727(P2015-251727)
(22)【出願日】2015年12月24日
(65)【公開番号】特開2017-117643(P2017-117643A)
(43)【公開日】2017年6月29日
【審査請求日】2018年11月7日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000011
【氏名又は名称】アイシン精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001818
【氏名又は名称】特許業務法人R&C
(72)【発明者】
【氏名】諸岡 誉士
(72)【発明者】
【氏名】神谷 彰
(72)【発明者】
【氏名】田村 公宏
【審査官】 高橋 裕一
(56)【参考文献】
【文献】 特開2009−066858(JP,A)
【文献】 特開平09−286040(JP,A)
【文献】 特開2014−006116(JP,A)
【文献】 特開2013−242294(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01R4/58−4/72
H01R9/00−9/28
H01R13/56−13/72
H01R43/027−43/28
G01R15/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
バスバーと、
前記バスバーと一体化して前記バスバーの中間部分を保持する樹脂製の本体とを備え、
前記本体は、前記バスバーを挟んで両側に形成された一対の穴を有しており、
前記穴のそれぞれの内周面の少なくとも一部が前記バスバーに臨んでおり、
1つの前記穴の内周面は隣接する2本の前記バスバーの両方に臨むように構成されており、当該穴は前記バスバーの延在方向に沿って形成された凹部分又は凸部分を有する端子台。
【請求項2】
前記バスバーの延在方向と前記穴の深さ方向の両方に垂直な方向から見たときに、前記一対の穴を構成するそれぞれの前記穴が離間している、請求項に記載の端子台。
【請求項3】
前記バスバーを複数備え、一対の前記穴はそれぞれの前記バスバーに対して少なくとも一組形成されている、請求項1又は2に記載の端子台。
【請求項4】
前記バスバーを流れる電流の大きさを検出し、且つ、前記本体に収容された電流センサを更に備える、請求項1からのいずれか一項に記載の端子台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、端子台に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、3相交流モータ(以下、単にモータとも称する)とインバータとを備えるハイブリッド自動車や電気自動車が普及している。これらの車両においては、モータに流れる電流を測定してモータの回転を適切に制御している。モータのU相、V相、W相の端子はそれぞれ導体(バスバー)を介してインバータと接続されており、各バスバーを流れる電流の大きさは電流センサにより測定される。
【0003】
電流センサは、U字状の磁性材を積層して形成した磁性体コアと、該磁性体コアの先端部に設けられたギャップに配置した検出素子(磁気センサ)とからなる。電流センサにおいては、磁性体コアの内部空間にバスバーを挿通した状態で、バスバーを流れる電流の大きさに応じて当該バスバーの周囲に生じる磁束を検出素子で検出し、検出された磁束の大きさに基づいてバスバーを流れる電流の大きさを演算により求める。磁性体コアは、バスバーへの通電で発生した周囲の磁束を磁性体コアの内部に集中させるために用いられ、これにより効率的に磁気センサで磁束の大きさを検出することができる。
【0004】
バスバーの電流値を正確に測定するためには、バスバーと電流センサとの相対的な位置関係の精度が必要である。そのため、通常は、複数(例えば3の倍数)のバスバーとバスバーの数と同数の電流センサを本体に収容して一体化した端子台が用いられる(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2014−006116号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1で開示された端子台は、インサート成形により6本のバスバーと電流センサのコア(磁性体コア)を樹脂製の本体と一体化し、その後ホール素子(検出素子)を装着して組み立てられる。
【0007】
上述したように、バスバーの両端はそれぞれモータとインバータとに接続されるので、端子台におけるバスバーの両端の部分(以下、先端部分とも称する)の位置精度を高くする必要がある。インサート成形によりバスバーと本体を一体化する場合には、バスバーの両端を成形金型(以下、単に金型とも称する)内で保持した状態で金型内に溶融樹脂を充填するのが一般的である。金型内でのバスバーの保持は、本体が形成され金型から取り出されるまで継続される。以下、金型から取り出されたバスバーと本体とが一体化された組立品をバスバー付き本体とも称する。これまでは、金型から取り出されたバスバー付きの本体におけるバスバー先端部分の位置精度は金型内でバスバーが保持されているときの位置精度と同じであると考えられていた。しかし、実際には、バスバー付きの本体におけるバスバー先端部分の位置精度は金型内でバスバーが保持されているときの位置精度よりも悪化していることが分かった。
【0008】
一般に、樹脂製品の硬化時における収縮度合いは、製品表面が最も小さく、製品内部ほど大きくなる。バスバー付き本体における位置精度の悪化は、インサート成形によりバスバーと一体化された本体の内部の樹脂収縮によりバスバーが応力を受け、この応力により金型からバスバー付き本体を取り出したときにバスバーが僅かに動き、その結果、バスバー先端部分の位置精度が悪化していたと考えられる。
【0009】
このように、インサート成形によりバスバーと本体とを一体化して形成したときに、一体形成後のバスバー先端部分の位置精度をバスバーが金型内部にあるときの位置精度と同程度にすることができる端子台が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る端子台の1つの実施形態は、バスバーと、前記バスバーと一体化して前記バスバーの中間部分を保持する樹脂製の本体とを備え、前記本体は、前記バスバーを挟んで両側に形成された一対の穴を有しており、前記穴のそれぞれの内周面の少なくとも一部が前記バスバーに臨んでおり、1つの前記穴の内周面は隣接する2本の前記バスバーの両方に臨むように構成されており、当該穴は前記バスバーの延在方向に沿って形成された凹部分又は凸部分を有する。
【0011】
通常は、バスバーと本体を一体化する際には、バスバーの両端部を保持する。しかし、そのように保持しても端子台におけるバスバーの先端部分の位置精度が十分でない場合に、本体においてバスバーを挟む両側に一対の穴を形成し、その穴に突起物を挿入してバスバーを保持する。これにより、バスバーを更に精度よく保持することができ、端子台の本体におけるバスバーの先端部分の位置精度を向上させることができる。
また、1つの穴の内周面が隣接する2本のバスバーの両方に臨むように構成されており、当該穴がバスバーの延在方向に沿って形成された凹部分又は凸部分を有することにより、隣接するバスバー間の沿面距離を確保してバスバーの間の耐電圧特性の仕様を充足させた本体を得ることができる。
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
端子台の1つの実施形態において、前記バスバーの延在方向と前記穴の深さ方向の両方に垂直な方向から見たときに、前記一対の穴を構成するそれぞれの前記穴が離間している。
【0017】
一対の穴を構成するそれぞれの穴が離間していると、バスバーの延在方向の広い範囲に亘ってバスバーを保持することができるので、端子台の本体におけるバスバーの先端部分の位置精度を向上させることができる。
【0018】
端子台の1つの実施形態は、前記バスバーを複数備え、一対の前記穴はそれぞれの前記バスバーに対して少なくとも一組形成されている。
【0019】
バスバーが複数あっても、それぞれのバスバーに対する一対の穴を本体が備えることにより、端子台の本体における全てのバスバーの先端部分の位置精度を向上させることができる。
【0020】
端子台の1つの実施形態は、前記バスバーを流れる電流の大きさを検出し、且つ、前記本体に収容された電流センサを更に備える。
【0021】
端子台に電流センサが収容されることにより、該電流センサによりバスバーを流れる電流の大きさを検出することができる。
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【図面の簡単な説明】
【0026】
図1】第1実施形態に係る端子台の構成を表す斜視図である。
図2】成形金型を構成する下型の構成を表すと共に、バスバーの挿入工程を表す斜視図である。
図3】下型に6本のバスバーが挿入された状態での図2のIII-III線断面図である。
図4】成形金型を構成する上型の構成を表すと共に、上型と下型の型閉工程を表す斜視図である。
図5】インサート成形により本体が形成された状態の下型を表す斜視図である。
図6】本体に磁気センサを挿入する工程を表す斜視図である。
図7】本体に磁性体コアを挿入する工程を表す斜視図である。
図8】中間拘束突起の有無によるバスバー先端部分の位置精度の違いを表すグラフである。
図9】他の実施形態(1)に係る端子台の本体を形成するための中間拘束突起を有する下型を表す断面図である。
図10】他の実施形態(1)に係る端子台の本体を表す平面図である。
図11】他の実施形態(2)に係る端子台の本体を形成するための中間拘束突起を有する下型を表す断面図である。
図12】他の実施形態(2)に係る端子台の本体を表す平面図である。
図13】他の実施形態(3)に係る端子台の本体を形成するための中間拘束突起を有する下型を表す断面図である。
図14】他の実施形態(3)に係る端子台の本体を表す平面図である。
図15】他の実施形態(3)に係る端子台の本体を形成するための中間拘束突起を有する下型を表す断面図である。
図16】他の実施形態(3)に係る端子台の本体を表す平面図である。
図17】他の実施形態(4)に係る端子台の本体を形成するための中間拘束突起を有する下型を表す断面図である。
図18】他の実施形態(4)に係る端子台の本体を表す平面図である。
図19】他の実施形態(4)に係る端子台の本体を形成するための中間拘束突起を有する下型を表す断面図である。
図20】他の実施形態(4)に係る端子台の本体を表す平面図である。
図21】他の実施形態(5)に係る端子台の本体を形成するための中間拘束突起を有する下型を表す断面図である。
図22】他の実施形態(5)に係る端子台の本体を表す平面図である。
図23】他の実施形態(5)に係る端子台に用いられるバスバーの形状を表す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【0028】
1.第1実施形態〔端子台の構造〕
第1実施形態に係る端子台10は、図1に示すように、本体20、6本のバスバー30、6つの磁性体コア40、6つの磁気センサ50を備える。本体20は、樹脂からなり、インサート成形によりバスバー30と一体化されている。磁性体コア40と磁気センサ50を組み合わせた構成は電流センサの一例である。端子台10の組み立て方法については後述する。
【0029】
本体20は、バスバー30がインサートされている中央部202と中央部202の長手方向の両側に形成された端部222を有している。端部222は中央部202よりも厚さ(図1においては上下方向)が薄く、且つ、本体20の表面204から段差を有して表面204と平行に形成されている。端部222のそれぞれには、端子台10を取付けて固定するための取付穴224が形成されている。
【0030】
端部222の形状は図1に示す形状に限られるものではない。例えば、端部222は表面204に対して段差を有さず、表面204と同一平面上にあってもよい。また、端部222は、表面204に対して段差を有しているが、表面204と平行でなくてもよく、湾曲していても、捻じれていてもよい。端部222は、端子台10を固定する箇所の形状に応じて任意の形状を採ることができる。
【0031】
本体20の裏面206には各バスバー30を挟む位置に形成された一対のコア保持穴208(図7参照)が六組(六対)形成されており、そこにU字状の磁性体コア40が挿入されている。また、図1に示すように、本体20の表面204には、各磁性体コア40の間隙に磁気センサ50が配置されるようなセンサ保持穴210が6個形成されている。六組のコア保持穴208と6個のセンサ保持穴210はいずれも千鳥状に配置されている。
更に、表面204から裏面206にかけて、バスバー30に隣接して形成され、その内周面の一面からバスバー30を臨むことができる一対の中間拘束穴212が六組(六対)形成されている。六組の中間拘束穴212は本体20の長手方向に平行で且つ一直線状に配置されている。中間拘束穴212は穴の一例である。
【0032】
バスバー30は、長方形の板状であり、銅や銅合金のような導電性の高い金属からなる。6本のバスバー30それぞれの一方の端部は、不図示の2個の3相交流モータのU相、V相、W相の端子に接続され、他方の端部は不図示のインバータに接続される。これにより、6本のバスバー30には、2個の3相交流モータへの通電電流が流れる。
【0033】
磁性体コア40は、U字状の電磁鋼板等の磁性体を複数枚積層して構成されている。磁性体コア40は、図7に示す本体20の一対のコア保持穴208に挿入され、接着等の方法により本体20に固定されている。磁性体コア40は空気より磁気抵抗が低いので、バスバー30に電流が流れたときにバスバー30の周囲に発生する磁束は磁性体コア40内を集中的に通る。
【0034】
磁気センサ50は、ホール素子等の磁束の大きさに応じた電圧(信号)が出力される素子である。磁気センサ50は、本体20のセンサ保持穴210(図1参照)に挿入され、接着等の方法により本体20に固定されている。磁気センサ50は、その磁束検出部分が磁性体コア40のU字の先端部分のギャップ内にあり且つU字の先端部分に対向するように配置されている。
【0035】
〔端子台の動作〕
端子台10は、上述したように2個の3相交流モータとインバータを接続して使用する。3相交流モータに通電がなされると、バスバー30に電流が流れる。電流が流れるとバスバー30の周囲には磁束が発生する。発生する磁束の大きさは流れる電流の大きさに比例する。発生した磁束は磁気抵抗の小さい磁性体コア40に集められて磁性体コア40内を通る。磁性体コア40はU字状のため、対向するU字の先端部分のギャップ間では、磁束は空気中を通る。該ギャップには磁気センサ50が配置されているので、磁気センサ50でギャップにおける磁束の大きさを検出し、これに基づいてバスバー30を流れる電流の大きさを求める。
【0036】
〔端子台の製造方法〕
次に図2図7を用いて、端子台10の製造方法について説明する。図2に示すように、成形金型(以下、単に金型とも称する)60の下型62には、バスバー30の両端部を挟み込んで保持するスリット604が形成されている。バスバー30の挿入方向(図2の矢印方向)のスリット604の深さはバスバー30の幅よりも大きい。また、下型62の中央には、樹脂が充填されて硬化することにより本体20になる凹部602が形成されている。凹部602の底部には、バスバー30から間隙を有してバスバー30を挟むように立設している角柱状(立設方向に垂直な断面は矩形状)の一対のコア保持穴用突起608が六組(六対)と、バスバー30に当接してバスバー30を挟むように立設している角柱状(立設方向に垂直な断面は矩形状)の一対の中間拘束突起612が六組(六対)形成されている。また、凹部602の長手方向両端には取付穴用突起624が形成されている。
なお、中間拘束突起612は突起の一例である。
【0037】
端子台10の製造工程を以下に説明する。まず、図2図3に示すように、下型62に6本のバスバー30を挿入する。各バスバー30はその両端をスリット604に保持されると共に、中間拘束突起612によっても保持される。中間拘束突起612は角柱状であるため、1つの側面をバスバー30に当接させることにより、大きな面積でバスバー30を保持することができる。
【0038】
次に、図4に示すように、金型60の上型64を下型62に嵌め込んで型閉し、不図示のゲートから熱可塑性樹脂を金型60の内部の少なくとも中間拘束突起612を含む領域に充填する。上型64には、スリット604に嵌まり込んでバスバー30の両端部への樹脂の漏出を防ぐ板状突起606、及び、6個のセンサ保持穴用突起610が形成されている。
【0039】
図4においては板状突起606やセンサ保持穴用突起610の説明の関係上、下型62に対して上型64を傾けて対向させているが、実際には、下型62と上型64とは互いに接触する面が平行になるように対向配置されている。
【0040】
次に、金型60を冷却し、金型60内部に充填された熱可塑性樹脂を硬化させた後に、上型64を取り外して型開する(図5参照)。この硬化により金型60内の熱可塑性樹脂は、本体20になる。熱可塑性樹脂の硬化後に本体20には、6本のバスバー30がインサートされた状態で一体化されている。
【0041】
次に、下型62からバスバー30がインサートされた本体20を取り出す。本体20には、コア保持穴用突起608の形状が転写されて形成されたコア保持穴208、センサ保持穴用突起610の形状が転写されたセンサ保持穴210、中間拘束突起612の形状が転写された中間拘束穴212、取付穴用突起624の形状が転写された取付穴224がそれぞれ形成されている。
【0042】
上述したように、中間拘束突起612がバスバー30に当接した状態で本体20が形成されるので、中間拘束突起612の4つの側面のうちバスバー30との当接面612aとバスバー30との間には樹脂がほとんど流れ込まない。そのため、本体20に形成された中間拘束穴212の内周面のうち、当接面612aにより形成された当接面212aには樹脂がほとんどなく、バスバー30を直接臨むことができる。
【0043】
次に、図6に示すように、6個のセンサ保持穴210に6個の磁気センサ50をそれぞれ挿入すると共に、図7に示すように、六組のコア保持穴208に6個の磁性体コア40をそれぞれ挿入する。これにより、端子台10が完成した。
【0044】
図8は、下型62に中間拘束突起612を設けて本体20を成形した場合と中間拘束突起612を設けずに本体20を成形した場合とにおける、6本のバスバー30の全ての先端部分(計12箇所)の位置精度の平均値を9個の端子台10について測定した結果を示したものである。図8のグラフは、縦軸の「0」に近いほど、金型60から本体20を取り出した後のバスバー30の先端部分の位置精度が、下型62に保持された状態におけるバスバー30の先端部分の位置精度に近いことを表している。図8に示すように、中間拘束突起612を設けた方が、バスバー30の先端部分の位置精度が下型62に保持された状態におけるバスバー30の先端部分の位置精度を維持していることが分かる。このように、中間拘束突起612を備えることにより、端子台10の本体20におけるバスバー30の先端部分の位置精度を向上させることができる。
【0045】
本実施形態においては、中間拘束突起612により形成された中間拘束穴212は本体20の中央部202を貫通しているが、これに限られるものではない。バスバー30の先端部分で必要な位置精度が得られる範囲で、中間拘束突起612の長さを短くしてもよい。この場合、中間拘束穴212は非貫通穴となる。
【0046】
2.他の実施形態
(1) 第1実施形態においては、1つのバスバー30につき一組の中間拘束突起612が形成されていたが、これに限られるものではない。図9に示すように、1つのバスバー30について二組の中間拘束突起612を形成した下型62を用いて本体20を形成してもよい。この結果、図10に示すように、本体20には、二組の中間拘束穴212が形成される。このように、中間拘束突起612の組数を増やして本体20を形成することにより、端子台10の本体20におけるバスバー30の先端部分の位置精度を更に向上させることができる。
【0047】
(2) 第1実施形態においては、中間拘束突起612は角柱状であったが、これに限られるものではない。図11に示すように、中間拘束突起612を円柱状(立設方向に垂直な断面は円形状)に形成した下型62を用いて本体20を形成してもよい。この結果、図12に示すように、本体20には、円柱状の中間拘束穴212が形成される。このように、中間拘束突起612を円柱状に形成することにより、汎用の丸ピンを用いて中間拘束突起612を構成することができ、金型60のコストを下げることができる。これにより、端子台10のコストを下げることができる。なお、「円柱状」とは、立設方向に垂直な断面が円の場合だけではなく、断面が楕円、長円の場合も含むものとする。
【0048】
(3) 第1実施形態においては、一組の中間拘束突起612はバスバー30に対して線対称となる位置に形成されていたが、これに限られるものではない。図13図15に示すように、バスバー30を挟んで向かい合う中間拘束突起612のいずれか一方をバスバー30の延在方向に沿ってずらして配置した下型62を用いて本体20を形成してもよい。この結果、図14図16に示すように、本体20には、バスバー30の延在方向に沿ってずれた一組の中間拘束穴212が形成される。
【0049】
このとき、バスバー30の延在方向と中間拘束穴212の延在方向の両方に垂直な方向(図14図16の左右方向)から見たときに、一組の中間拘束穴212を構成する2つの中間拘束穴212の一部が重なるように構成してもよいし(図14)、全く重ならずに離間するように構成してもよい(図16)。これらのように構成すると、図10の構成には及ばないものの、バスバー30の延在方向の広い範囲に亘ってバスバー30を保持することができるので、端子台10の本体20におけるバスバー30の先端部分の位置精度を向上させることができる。
【0050】
(4) 第1実施形態においては、一組の中間拘束突起612は1本のバスバー30を保持していたが、これに限られるものではない。例えば、中間拘束突起612の強度(延在方向に垂直な断面積)が不足している場合、又は、隣接するバスバー30間の距離が短くて2つの中間拘束突起612を設けることができない場合に、隣接する2本のバスバー30を1本の中間拘束突起612で保持するように構成した下型62を用いて本体20を形成してもよい。
【0051】
しかし、このような構成にしたときに、隣接するバスバー30間の耐電圧特性(特に沿面距離)が仕様を充足しないおそれがある。そのような場合には、図17図19に示すように、中間拘束突起612の側面の内、バスバー30と交差する方向に延在する中間拘束突起612の側面を、バスバー30の延在方向に沿って中間拘束突起612の内側に窪ませた凹部分614か(図17)又は外側に突出させた凸部分616(図19)を有する下型62を用いて本体20を形成してもよい。図17に示すように、中間拘束突起612が凹部分614を有していれば、中間拘束突起612の加工の工数が少なくなり容易に加工することができる。一方、図19に示すように、中間拘束突起612が凸部分616を有していれば、外側への突出量を大きくすることができるので、より大きな沿面距離を容易に確保することができる。
【0052】
図17のような中間拘束突起612を用いて構成された下型62を用いて本体20を形成することにより、中間拘束穴212にはバスバー30の延在方向に沿って凹部分214が形成される(図18)。また、図19のような中間拘束突起612を用いて構成された下型62を用いて本体20を形成することにより、中間拘束穴212にはバスバー30の延在方向に沿って凸部分216が形成される(図20)。本体20において、中間拘束穴212が凹部分214又は凸部分216を有するように構成することにより、中間拘束突起612の強度不足等のため、隣接する2本のバスバー30を1本の中間拘束突起612で保持するような構成の下型62を用いたとしても、沿面距離を確保して隣接するバスバー30の間の耐電圧特性の仕様を充足させた中間拘束穴212を有する本体20を得ることができる。
【0053】
(5) 図21図22に示すように、端子台10の仕様上、直線状のバスバー30を用いることができず、本体20の外面205の近傍でバスバー30をクランク状に曲げた形状を用いなければならない場合がある。このような場合、バスバー30のクランク部分302(図22参照)と本体20の外面205との間の距離が短すぎるため、本体20の外面205の近傍に中間拘束穴212を形成するスペースがない場合がある。
【0054】
このような場合には、図23に示すように、バスバー30全体をクランク状に曲げるのではなくバスバー30の一部をクランクさせずにそのまま延長させて延長部分304を形成し、図21に示すように、延長部分304の両側に中間拘束突起612を設けた下型62を用いて本体20を構成してもよい。この結果、図22に示すように、本体20には、延長部分304を挟むように一組の中間拘束穴212が形成される。このような構成にすることにより、バスバー30が外面205の近傍でクランク状に曲がっていたとしても、延長部分304でバスバー30を保持することにより、端子台10の本体20におけるバスバー30の先端部分の位置精度を向上させることができる。
【0055】
上記で説明した各実施形態の構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【産業上の利用可能性】
【0056】
本発明は、端子に利用することが可能である。
【符号の説明】
【0057】
10 端子台
20 本体
30 バスバー
40 磁性体コア(電流センサ)
50 磁気センサ(電流センサ)
60 成形金型
212 中間拘束穴(穴)
214 凹部分
216 凸部分
612 中間拘束突起(突起)
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
図22
図23