JP2011254628A - 温度センサの取り付け構造および温度センサの取り付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータのコイルの表面温度を測定する。
【解決手段】二本の脚を有するＵ字型の形状で、片方の脚は内側に開口を有する温度センサホルダ５５の開口を有する脚に温度センサ５１を挿入し、温度センサホルダ５５の二本の脚がコイル２３を跨るように温度センサホルダ５５を取り付ける。温度センサホルダ５５に挿入された温度センサ５１は、開口を介してコイル２３と接触するので、コイルの表面の温度を精度良く測定することができる。
【選択図】図９

Description

本発明は、モータを構成するステータの巻線の温度を測定する温度センサの取り付け技術に関する。

従来、ステータコアのティースに設けられたインシュレータに溝を設けて、溝に温度センサを設置し、インシュレータを介してティースに巻き付けられたコイルの温度を温度センサで測定する技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００３−９２８５８号公報

しかしながら、インシュレータに温度センサを取り付けると、コイルの中で比較的温度が低いコイル内側の温度を測定することができるが、最も高温となるコイル表面の温度を測定することができないという問題がある。

本発明は、コイル表面の温度が測定できるように温度センサを取り付ける、温度センサの取り付け技術に関する。

本発明による温度センサの取り付け構造は、モータを構成するステータの巻線の温度を測定する温度センサをモータに取り付けるための構造である。この温度センサの取り付け構造は、二本の脚を有するＵ字型の形状の温度センサホルダであって、二本の脚のうちの一方の脚は、内側に開口を有するとともに、脚が伸びている方向に挿入される温度センサを格納するための格納部を有する温度センサホルダと、温度センサホルダの二本の脚が巻線を跨ぐように、温度センサホルダをステータに取り付ける取り付け部とを有する。そして、格納部に格納された温度センサは、開口を介して巻線と接触する。

また、本発明による温度センサの取り付け方法は、モータを構成するステータの巻線の温度を測定する温度センサをモータに取り付けるための方法である。この取り付け方法は、二本の脚を有するＵ字型の形状であって、かつ、二本の脚のうちの一方の脚の内側に開口が設けられている温度センサホルダの前記開口を有する脚に温度センサを挿入するステップと、温度センサが挿入された温度センサホルダの二本の脚が巻線を跨いで、温度センサが開口を介して巻線と接触するように、温度センサホルダをステータに取り付けるステップと、を有する。

本発明によれば、温度センサがコイルの巻線の表面に接触するので、コイルの表面の温度を精度良く測定することができる。

温度センサが取り付けられた分割コア型ステータをハウジングに組み込んだ状態を示す図である。 ハウジングを省略した分割コア型ステータの回転軸方向における断面図である。 １つのステータセグメントの構成を示す図である。 コイルを除いたステータセグメントを分解した状態を示す図である。 温度センサおよび温度センサホルダの外観構成を示す図である。 温度センサを温度センサホルダに挿入した状態を示す図である。 図７（ａ）は、温度センサホルダの脚の切断面を示すための切断箇所Ａ−Ａを示す図であり、図７（ｂ）は、切断箇所Ａ−Ａで切断した脚の断面図である。 図８（ａ）は、温度センサが挿入された状態の温度センサホルダの脚の切断面を示すための切断箇所Ｂ−Ｂを示す図であり、図８（ｂ）は、切断箇所Ｂ−Ｂで切断した脚の断面図である。 温度センサを挿入した温度センサホルダを、コイルが巻かれたステータセグメントに装着する方法を示す図である。 温度センサを挿入した温度センサホルダをステータセグメントに装着した状態を示す図である。 図１１（ａ）は、温度センサホルダの切断面を示すための切断箇所Ｃ−Ｃを示す図であり、図１１（ｂ）は、切断箇所Ｃ−Ｃで切断した断面図である。 図１０に示す切断箇所Ｄ−Ｄで切断したステータセグメントの断面図のうち、温度センサホルダの爪が位置する箇所の局所拡大図である。

以下、図面を参照しながら、一実施形態における温度センサの取り付け構造について説明する。

図１は、温度センサが取り付けられた分割コア型ステータ（以下では、単にステータとも呼ぶ）をハウジング１に組み込んだ状態を示す図である。ステータの内側にロータ（不図示）が組み込まれることによって、モータ（電動機）が構成される。このモータは、いわゆる集中巻モータである。

配電構造部品８は、図示しない電源から供給される電流を、Ｕ相端子５、Ｖ相端子６、Ｗ相端子７を介して、Ｕ相コイル２、Ｖ相コイル３、Ｗ相コイル４にそれぞれ配分する。

後述するように、ステータの巻線を測定するための温度センサは、温度センサホルダ１１に取り付けられた状態で使用される。温度センサが取り付けられた温度センサホルダ１１は、後述するように、ステータセグメントに取り付けられる。温度センサによる温度測定結果は、リード線１２およびコネクタ１３を介して、図示しない制御装置に出力される。

図２は、ハウジングを省略した分割コア型ステータ２０の回転軸方向における断面図である。分割コア型ステータ２０は、磁性体からなるステータコア２１、絶縁体からなるインシュレータ２２、および、銅線からなるコイル２３を備えており、円周方向に複数のステータセグメントに分割されている。

ステータコア２１は、外周円環部のバックヨーク部２４と、内周側に突出した複数のティース２５により構成されている。各ティース２５には、銅線が巻かれてコイル２３が形成されている。接地電位であるティース２５と、高電圧部であるコイル２３との間には、両者を絶縁するために、インシュレータ２２が設けられている。すなわち、コイル２３は、インシュレータ２２を介して、ティース２５に巻き付けられている。

なお、隣接するティース２２およびバックヨーク部２４で囲まれた領域２６をスロットと呼ぶ。

図３は、１つのステータセグメントの構成を示す図である。また、図４は、コイルを除いたステータセグメントを分解した状態を示す図である。図４に示すように、ステータコア３０をモータ回転軸方向の両側から挟み込むように、インシュレータ３１およびインシュレータ３２を組み付けた後、コイルを巻き付けることで、図３に示すようなステータセグメントが得られる。このステータセグメントを円周状に配列してハウジング１に組み付けることによって、図１に示すようなステータが形成される。

図５は、温度センサ５１および温度センサホルダ５５（図１の温度センサホルダ１１に対応）の外観構成を示す図である。温度センサ５１は、検温部５２と、リード線５３（図１のリード線１２に対応）と、外皮５４とから構成される。検温部５２は、例えば、サーミスタであって、温度測定対象の温度を検知する。検温部５２によって検知された温度の情報は、リード線５３を介して、外部の制御装置に出力される。

温度センサホルダ５５は、図５に示すように、二本の脚５６，５７を有し、略Ｕ字型の形状をしている。片側の脚５６は、温度センサ５１を挿入できる構造となっている。すなわち、脚５６は、温度センサ５１を格納するための格納部５９を有する。また、脚５６には、内側から外側に通ずる開口部５８が設けられている。後述するように、温度センサホルダ５５は、高温となるコイルに接触するため、高耐熱の樹脂などにより構成されることが好ましい。

図６は、温度センサホルダ５５の脚５６に設けられた格納部５９に、温度センサ５１を挿入した状態を示す図である。図６（ａ）は、脚５６の外側から見た斜視図であり、図６（ｂ）は、脚５６の内側から見た斜視図である。

温度センサホルダ５５には、リード線からめ部６０が設けられている。温度センサ５１を温度センサホルダ５５に挿入した後、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、温度センサ５１のリード線５３を、リード線からめ部６０にからめて使用する。これにより、温度センサホルダ５５に挿入された温度センサ５１が挿入した方向から抜けてしまうのを防ぐことができる。

また、温度センサホルダ５５の脚５６には、検温部押さえ部６１が設けられている。検温部押さえ部６１は、温度センサ５１の検温部５２が温度センサホルダ５５の開口部５８を介して外側にはみ出ないように、検温部５２を拘束する。図６（ａ）に示すように、検温部押さえ部６１は、温度センサホルダ５５の脚５６に設けられている開口部５８の全てに設けられているのではなく、少なくとも検温部５２（図５参照）を拘束できる位置まで設けられている。

温度センサホルダ５５には、ステータセグメントのインシュレータ３１に取り付けるための爪６２が設けられている。爪６２の詳細な説明については、後述する。

図７（ａ）は、温度センサホルダ５５の脚５６の切断面を示すための切断箇所Ａ−Ａを示す図であり、図７（ｂ）は、切断箇所Ａ−Ａで切断した脚５６の断面図である。温度センサホルダ５５の脚５６の先端付近には、挿入された温度センサ５１を受け止めるための先端受け部７１が設けられている。先端受け部７１は、温度センサ５１の先端の大きさや形状に応じた形となっている。この先端受け部７１に温度センサ５１の先端をはめ込む。

ここで、温度センサ５１の先端とは、図５において、少なくとも検温部５２より下の部分を意味している。温度センサの先端部には、検温部５２やリード線５３が存在しないので、他の部位に比べて直径が細く、寸法精度が高い。このため、温度センサ５１を温度センサホルダ５５の脚５６に挿入した際に、温度センサ５１の先端を、温度センサホルダ５５の先端受け部７１にはめ込むことによって、温度センサを精度良く固定することができる。

図８（ａ）は、温度センサ５１が挿入された状態の温度センサホルダ５５の脚５６の切断面を示すための切断箇所Ｂ−Ｂを示す図であり、図８（ｂ）は、切断箇所Ｂ−Ｂで切断した脚５６の断面図である。

上述したように、温度センサホルダ５５には、検温部押さえ部６１が設けられており、温度センサ５１の検温部５２をステータの円周方向に拘束して、検温部５２が温度センサホルダ５５の外側にはみ出さないようにする。なお、図６や図８では、検温部５２の一部が温度センサホルダ５５の外側に露出しているが、これは、寸法制約上、温度センサホルダ５５を小型化しているためである。すなわち、検温部５２が温度センサホルダ５５の外側に露出しないように、温度センサホルダ５５の形状を定めてもよい。

図９は、温度センサ５１を挿入した温度センサホルダ５５を、コイル２３が巻かれたステータセグメントに装着する方法を示す図である。図９に示すように、モータの回転軸方向に、Ｕ字型の温度センサホルダ５５の二本の脚５６、５７がコイル２３を跨いで挟み込むように装着する。このため、温度センサホルダ５５の二本の脚５６、５７の間隔は、挟み込むコイル２３の幅に基づいた長さとしておく。

コイルが巻かれたステータセグメントのうち、二本の脚５６、５７でコイル２３を挟み込むように温度センサホルダ５５を取り付ける位置を、取り付け部９５と呼ぶ。上述したように、温度センサ５１のリード線５３を、リード線からめ部６０にからめているため、温度センサホルダ５５をステータセグメントの取り付け部９５に装着する際に、温度センサ５１が温度センサホルダ５５から抜け出ることはない。

図１０は、温度センサ５１を挿入した温度センサホルダ５５をステータセグメントに装着した状態を示す図である。Ｕ字型の温度センサホルダ５５でコイル２３を挟み込んだ際に、温度センサホルダ５５の挟み込む力によって、温度センサ５１は、コイル２３に押し当てられる。特に、温度センサホルダ５５の検温部押さえ部６１によって、検温部５２が温度センサホルダ５５の外側にはみ出さないように固定されるため、温度センサ５１の検温部５２が設けられている部位は、コイル２３に押し当てられる。

上述したように、検温部押さえ部６１は、温度センサホルダ５５の脚５６に設けられている開口部５８の全てに設けられているのではなく、少なくとも検温部５２を拘束できる位置まで設けられている。従って、温度センサ５１の先端から検温部５２までの部位は、検温部押さえ部６１によって拘束されるが、それ以外の部位は、温度センサホルダ５５の脚５６の外側方向に拘束されることはない。また、温度センサ５１は、検温部５２が設けられている位置が最も直径が大きい。これらの理由により、温度センサ５１は、検温部５２が設けられている部位でコイル２３に接触するが、それ以外の部位では、コイル２３との間に隙間が存在する。

図１１（ａ）は、温度センサホルダ５５の切断面を示すための切断箇所Ｃ−Ｃを示す図であり、図１１（ｂ）は、切断箇所Ｃ−Ｃで切断した断面図である。図１１（ｂ）に示すように、温度センサ５１は、検温部５２が設けられている部位でコイル２３と接触しているが、それ以外の部位では、コイル２３との間に隙間が存在する。この隙間は、コイル２３へのワニス浸透時に重要な役割を果たす。

ワニスの塗布作業は、図１に示すようなステータアセンブリ状態で回転させながら行う。コイル２３に滴下されたワニスの一部はコイル内部に浸透し、他の一部は遠心力と重力とによってコイル表面を流れる。このとき、上述した温度センサ５１とコイル２３との間に存在する隙間にもワニスが流れるので、外周部のコイルに効果的にワニスを付着させることができる。

また、図８（ｂ）に示すように、コイル２３に接触している検温部５２の近傍にもワニス８０は付着する。これにより、温度センサ５１の検温部５２への伝熱面積が増大するので、温度センサ５１の検温応答性が向上する。

温度センサ５１を挿入した温度センサホルダ５５をステータセグメントに挟み込むことで、温度センサ５１は自ずとモータの円周方向に固定される。温度センサ５１をモータの半径方向および回転軸方向に固定する方法を以下で説明する。

上述したように、温度センサホルダ５５には、ステータセグメントを構成するインシュレータ３１と組み合わせるための爪６２が２つ設けられている（図６参照）。温度センサホルダ５５をステータセグメントに装着する際に、爪６２でインシュレータ３１を挟み込むことにより（図１０参照）、温度センサホルダ５５をモータの半径方向に固定する。

また、インシュレータ３１には、図９に示すように、ホルダ突き当て部９０が設けられている。温度センサホルダ５５をステータセグメントに装着する際に、温度センサホルダ５５がコイル２３の回転軸方向端部に当たる前に、温度センサホルダ５５の爪６２がホルダ突き当て部９０に当たる。すなわち、ホルダ突き当て部９０が設けられていることによって、温度センサホルダ５５の装着時に、温度センサホルダ５５がコイル２３の回転軸方向端部に強く当たるのを防いで、コイル２３の銅線の被膜の損傷を防ぐことができる。これにより、温度センサホルダ５５をステータセグメントに組み付ける際に、細心の注意を払って組み付ける必要がなくなるので、組み付け作業性が向上する。

図１２は、図１０に示す切断箇所Ｄ−Ｄで切断したステータセグメントの断面図のうち、温度センサホルダ５５の爪６２が位置する箇所の局所拡大図である。インシュレータ３１には、図９および図１２に示すように、テーパ９１が設けられている。テーパ９１が設けられていることにより、温度センサホルダ５５の爪６２をインシュレータ３１にはめ込む際の挿入荷重を低減させることができる。

また、インシュレータ３１には、図１２に示すように、テーパ９１の下部に段差９２が設けられている。温度センサホルダ５５の爪６２が一旦インシュレータ３１にはめ込まれると、段差９２が設けられていることによって、温度センサホルダ５５の挿入方向とは逆方向に爪６２が抜けてしまうのを防ぐことができる。段差９２と爪６２との間には、モータ回転軸方向に多少の隙間があるので、温度センサホルダ５５は、モータ回転軸方向に微小に動き得るが、おおよその位置決めは可能である。最終的には、ワニス塗布によって温度センサ５１がコイルに固着されるので、振動などによって温度センサホルダ５５の位置がずれることはない。

上述した説明では、温度センサ５１を挿入した温度センサホルダ５５をステータセグメントに組み付ける方法について説明した。しかし、図１に示すようなステータアセンブリの状態で温度センサホルダ５５を組み付けることもできる。モータの組立工程において、ステータセグメントのハンドリング等を考慮すると、ステータアセンブリ状態で温度センサホルダ５５を組み付けた方が取り扱いは簡素である。

以上、一実施形態における温度センサの取り付け構造は、二本の脚５６、５７を有するＵ字型の形状の温度センサホルダ５５であって、二本の脚５６、５７のうちの一方の脚５６は、内側に開口５８を有するとともに、脚が伸びている方向に挿入される温度センサ５１を格納するための格納部を有する温度センサホルダ５５と、温度センサホルダ５５の二本の脚５６、５７が巻線２３を跨ぐように、温度センサホルダ５５をステータに取り付ける取り付け部とを有する。格納部に格納された温度センサ５１は、開口５８を介して巻線２３と接触する。これにより、最高温度部位となる巻線（コイル）２３の表面に温度センサ５１が接触するので、巻線の表面の温度を精度良く測定することができる。従って、モータの運転可能領域を、コイル温度限界により近い領域まで拡大することが可能となる。また、温度センサ５１を格納したＵ字型の温度センサホルダ５５の二本の脚で巻線を跨ぐように、温度センサホルダ５５を装着する構造なので、温度センサ５１を容易にモータに取り付けることができる。

また、温度センサホルダ５５は、格納部に格納された温度センサ５１の信号線５３をからめるための信号線からめ部６０を有する。これにより、温度センサ５１が格納された温度センサホルダ５５をモータに取り付ける際に、温度センサ５１の位置がずれるのを防ぐことができる。

さらに、温度センサホルダ５５は、温度センサ５１の先端をはめ込むための先端受け部７１と、温度を測定する検温部５２が、格納部５９を有する脚５６の外側に突出しないように、温度センサ５１を内側に押さえる押さえ部６１とを有する。そして、温度センサ５１の各部位のうち、検温部５２が設けられている部位は巻線と接触しているが、それ以外の部位は、巻線と接触していない。温度センサ５１の先端を先端受け部７１にはめ込むことにより、温度センサ５１の位置を精度良く決定することができる。また、温度センサホルダ５５の押さえ部６１によって、検温部５２が脚５６の外側に突出しないように押さえるので、検温部５２が設けられている部位を確実に巻線と接触させることができる。さらに、温度センサ５１の各部位のうち、検温部５２が設けられている部位以外の部位は、巻線と接触していないので、ワニス塗布時に、コイル表面を流れるワニスの流れが妨げられることがなく、コイルへのワニス浸透を効果的に行うことができる。ワニス浸透は、コイルの銅線間の隙間を埋め、コイルの発熱を効果的にステータコア３０やインシュレータ３１、３２に伝達する機能がある。上述したように、検温部５２が設けられている部位以外の部位とコイルとの間に隙間を確保することによって、上記機能が損なわれることがない。さらに、コイル表面に接触している検温部５２近傍にワニスを付着させることも可能となるので、コイルから検温部５２への熱伝達経路面積が増して、コイルから温度センサ５１への熱伝達率を向上させることができる。

温度センサホルダ５５は、巻線２３とステータコア３０との間を絶縁するために設けられている絶縁体３１と嵌合するための嵌合部６２を有する。これにより、モータに振動が発生した場合でも、温度センサホルダ５５がステータセグメントに対してモータ半径方向にずれることを防ぐことができる。

また、絶縁体３１は、温度センサホルダ５５を取り付け部９５に取り付ける際に嵌合部６２と接触する部位にテーパ９１を有する。これにより、温度センサホルダ５５の嵌合部６２を絶縁体３１にはめ込む際の挿入荷重を低減させることができる。

さらに、巻線２３とステータコア３０との間を絶縁するために設けられている絶縁体３１には、温度センサホルダ５５を取り付け部９５に取り付ける際に、温度センサホルダ５５を受け止めるための受け止め部９０が設けられている。温度センサホルダ５５を絶縁体３１の受け止め部９０で受け止めた状態において、温度センサホルダ５５は、モータ回転軸方向における巻線２３の端部と接触していない。温度センサホルダ５５を受け止めるための受け止め部９０を設けることにより、回転軸方向における温度センサホルダ５５の位置を決定することができる。また、温度センサホルダ５５の装着時に、温度センサホルダ５５が巻線２３の回転軸方向端部に強く当たるのを防いで、巻線２３の被膜の損傷を防ぐことができる。

なお、電気自動車やハイブリッド車の駆動用モータのように、運転状態が頻繁に変動するモータでは、コイルの実最高温度と検出温度との差は一定ではなく、運転状態によって大きく変動する。この変動幅は、温度検出精度が悪いほど大きくなる。一般的に、モータの出力制限の決定要因の一つとなる検出温度は、実温度との差が大きいことを前提としている。従って、運転条件によっては、実温度が出力制限温度に到達していないにも関わらず、モータの出力が制限されるケースがあり、実質的なモータの運転可能温度領域が狭まっていた。しかしながら、本発明によれば、最高温度部位となるコイルの表面温度を精度良く検出することができるので、実最高温度と検出温度はほぼ等しくなる。従って、コイル温度に関する実質的なモータ運転領域を拡大することができるので、車両の動力性能が向上し、特に、ハイブリッド車の場合には、回生・発電可能領域が拡大するので、燃費の向上が実現できる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、ステータは、上述した分割コア型ステータに限定されることはなく、一体コア型ステータであってもよい。

図１では、温度センサ５１を挿入した温度センサホルダ５５をステータに１つだけ装着した状態を示しているが、温度センサホルダ５５をステータに複数装着することもできる。

２３…コイル
３１，３２…インシュレータ
５１…温度センサ
５２…検温部
５３…リード線（信号線）
５５…温度センサホルダ
５６，５７…脚
５８…開口
５９…格納部
６０…リード線からめ部（信号線からめ部）
６１…検温部押さえ部（押さえ部）
６２…爪（嵌合部）
７１…先端受け部
９０…ホルダ突き当て部（受け止め部）
９１…テーパ
９５…取り付け部

Claims (7)

1. モータを構成するステータの巻線の温度を測定する温度センサをモータに取り付けるための、温度センサの取り付け構造であって、
   前記温度センサの取り付け構造は、
   二本の脚を有するＵ字型の形状の温度センサホルダであって、前記二本の脚のうちの一方の脚は、内側に開口を有するとともに、脚が伸びている方向に挿入される温度センサを格納するための格納部を有する温度センサホルダと、
   前記ステータの部位であって、前記温度センサホルダの前記二本の脚が前記巻線を跨ぐように前記温度センサホルダを取り付ける取り付け部と、
   を有し、
   前記格納部に格納された温度センサは、前記開口を介して前記巻線と接触する、
   ことを特徴とする温度センサの取り付け構造。
2. 請求項１に記載の温度センサの取り付け構造において、
   前記温度センサは、測定した温度の情報を出力するための信号線を有し、
   前記温度センサホルダは、前記格納部に格納された前記温度センサの信号線をからめるための信号線からめ部を有する、
   ことを特徴とする温度センサの取り付け構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の温度センサの取り付け構造において、
   前記温度センサホルダは、
   前記温度センサの先端をはめ込むための先端受け部と、
   温度を測定する検温部が前記格納部を有する脚の外側に突出しないように、前記温度センサを内側に押さえる押さえ部と、
   を有し、
   前記温度センサの各部位のうち、前記検温部が設けられている部位は前記巻線と接触しているが、それ以外の部位は、前記巻線と接触していない、
   ことを特徴とする温度センサの取り付け構造。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温度センサの取り付け構造において、
   前記温度センサホルダは、前記巻線とステータコアとの間を絶縁するために設けられている絶縁体と嵌合するための嵌合部を有する、
   ことを特徴とする温度センサの取り付け構造。
5. 請求項４に記載の温度センサの取り付け構造において、
   前記絶縁体は、前記温度センサホルダを前記取り付け部に取り付ける際に前記嵌合部と接触する部位にテーパを有する、
   ことを特徴とする温度センサの取り付け構造。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の温度センサの取り付け構造において、
   前記巻線とステータコアとの間を絶縁するために設けられている絶縁体は、前記温度センサホルダを前記取り付け部に取り付ける際に前記温度センサホルダを受け止めるための受け止め部を有し、
   前記温度センサホルダを前記絶縁体の前記受け止め部で受け止めた状態において、前記温度センサホルダは、モータ回転軸方向における前記巻線の端部と接触していない、
   ことを特徴とする温度センサの取り付け構造。
7. モータを構成するステータの巻線の温度を測定する温度センサをモータに取り付けるための、温度センサの取り付け方法であって、
   二本の脚を有するＵ字型の形状であって、かつ、前記二本の脚のうちの一方の脚の内側に開口が設けられている温度センサホルダの前記開口を有する脚に温度センサを挿入するステップと、
   前記温度センサが挿入された温度センサホルダの前記二本の脚が前記巻線を跨いで、前記温度センサが前記開口を介して前記巻線と接触するように、前記温度センサホルダを前記ステータに取り付けるステップと、
   を有する、
   ことを特徴とする温度センサの取り付け方法。