JP2012223052A

JP2012223052A - 電動機

Info

Publication number: JP2012223052A
Application number: JP2011089264A
Authority: JP
Inventors: Koji Noro; 紘司野呂
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-11-12

Abstract

【課題】固定子コアに巻回されるコイルの温度をより適正に検出する。
【解決手段】円筒形の外周を形成するヨーク部４３とヨーク部４３から径方向内側に突出する形状で各々の間にスロットを形成する複数のティース部４４とを有する円筒状のステータコア４２のスロットにコイル５２が巻回されてなるステータを備えるものにおいて、ステータコア４２には、ヨーク部４３を外周から径方向内側に貫通し且つ貫通した先でティース部４４の周方向片側の壁面４５に開口を形成する挿入孔４８が形成されており、温度検出素子８０がステータコア４２のヨーク部４３の外周から挿入孔４８に挿入されてティース部４４の開口でコイル５２側に露出するように取り付けられる。これにより、ステータコア４２のティース部４４の周方向片側の位置でのコイルの温度、即ちコイル５２の高温になりやすい部分の温度をより確実に検出することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、電動機に関し、詳しくは、円筒形の外周を形成するヨーク部とヨーク部から径方向内側に突出する形状で各々の間にスロットを形成する複数のティース部とを有する略円筒状の固定子コアのスロットにコイルが巻回されてなる固定子を備える電動機に関する。

従来、この種の電動機としては、ステータコアのスロットにコイルが巻回されてなるステータを備え、ステータコアの軸方向端面とコイルエンドとの隙間に、コアの外周側からコの字状の温度検出部材の下辺部を挿入し、コの字状の温度検出部材の上辺部のコイルエンド側の面に、温度検出素子を取り付けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動機では、こうした構成により、温度検出素子の取付位置を精度良く位置決めし、ステータのコイルの温度を安定して測定するものとしている。

特開２００７−２６７５２１号公報

しかしながら、上述の電動機では、ステータコアの端面から軸方向に突出したコイルエンドの温度を検出することになるため、例えばコイルエンドやステータコアをオイルにより冷却する構造または空気により冷却する構造などを採用する場合に、温度検出素子による検出温度は、ステータコアのスロットの軸方向中央にある高温になりやすいコイル部分の温度より低い温度となってしまう。この場合、コイルの高温部分の温度が反映されるよう温度検出素子による検出温度に大きめマージンを加えた温度を、例えば電動機の駆動制限などの各種制御に用いる必要が生じるなどの不都合が生じ得る。

本発明の電動機は、固定子コアに巻回されるコイルの温度をより適正に検出することを主目的とする。

本発明の電動機は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機は、
円筒形の外周を形成するヨーク部と該ヨーク部から径方向内側に突出する形状で各々の間にスロットを形成する複数のティース部とを有する略円筒状の固定子コアの該スロットにコイルが巻回されてなる固定子を備える電動機であって、
前記固定子コアには、前記ヨーク部を外周から径方向内側に貫通し且つ該貫通した先で前記ティース部の周方向片側の壁面に開口を形成する挿入孔が設けられており、
温度検出素子が前記固定子コアのヨーク部の外周から前記挿入孔に挿入されて前記ティース部の開口で前記コイル側に露出するように取り付けられた、
ことを要旨とする。

この本発明の電動機では、円筒形の外周を形成するヨーク部とヨーク部から径方向内側に突出する形状で各々の間にスロットを形成する複数のティース部とを有する略円筒状の固定子コアのスロットにコイルが巻回されてなる固定子を備えるものにおいて、固定子コアには、ヨーク部を外周から径方向内側に貫通し且つ貫通した先でティース部の周方向片側の壁面に開口を形成する挿入孔が設けられており、温度検出素子が固定子コアのヨーク部の外周から挿入孔に挿入されてティース部の開口でコイル側に露出するように取り付けられている。したがって、固定子コアのティース部の周方向片側の位置でのコイルの温度、即ちコイルの高温になりやすい部分の温度をより確実に検出することができる。この結果、固定子コアに巻回されるコイルの温度をより適正に検出することができる。

こうした本発明の電動機において、前記固定子コアは、環形の外周を形成する環形外周部から径方向内側に突出する複数の突出部が形成された略環状の第１の電磁鋼板を複数積層してなる積層体に、前記第１の電磁鋼板の前記環形外周部の一部を切り取り且つ該切り取った部分の内周側で前記突出部の周方向片側を切り欠いた形状の第２の電磁鋼板を複数積層し、更に前記第１の電磁鋼板を複数積層することにより、前記挿入孔が形成されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、固定子コアを形成した後にヨーク部の外周から挿入孔を形成するものに比して、より簡易に固定子コアに挿入孔を形成することができる。

また、本発明の電動機において、前記ティース部の開口は、径方向の長さが前記温度検出素子における挿入方向の長さより長くなるように形成されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、温度検出素子のコイル側の部位をより広範囲に亘ってコイル側に露出させることができる。

本発明の一実施例としての電動機２０の構成の概略を示す構成図である。ステータコア４２を形成する第１電磁鋼板６０の外観を示す外観図である。ステータコア４２を形成する第２電磁鋼板７０の外観を示す外観図である。図１の要部Ａを拡大してステータコア４２を説明する説明図である。図４のステータコア４２の内部の様子を説明する説明図である。図１の要部Ａを拡大してステータコア４２の挿入孔４８と温度検出素子８０との関係を説明する説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は本発明の一実施例としての電動機２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は電動機２０のステータコア４２を形成する第１電磁鋼板６０の外観を示す外観図であり、図３は電動機２０のステータコア４２を形成する第２電磁鋼板７０の外観を示す外観図である。また、図４は図１の要部Ａ（一点鎖線参照）を拡大してステータコア４２を説明する説明図であり、図５は図４のステータコア４２の内部の様子を説明する説明図である。実施例の電動機２０は、図１に示すように、回転軸２２に取り付けられたロータ３０と、内周面がロータ３０の外周面に対向するよう配置されたステータ４０と、を備える例えば三相交流電動機などとして構成されており、ステータ４０のコイル５２の温度を検出する例えばサーミスタなどの温度検出素子８０が取り付けられている。

ロータ３０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工により環状に形成したロータ部材を複数積層して構成されたロータコア３２と、ロータコア３２の外周面近傍を軸方向に貫通する複数の矩形の貫通孔に磁力線が径方向に向くように且つ１個置きに磁極の向きが反転するように嵌挿された複数の永久磁石３４とを備え、焼き嵌め又はスプライン嵌合などにより回転軸２２に取り付けられている。

ステータ４０は、円筒形の外周部分を形成するヨーク部４３とヨーク部４３から径方向内側（内周側）に突出する形状で各々の間にスロット５０を形成するティース部４４とを有するステータコア４２と、ステータコア４２の複数のスロット５０に巻回されたコイル５２とを備える。コイル５２は、見やすさを考慮して、図１中の右上部分に要部Ａの拡大断面としてのみ図示した。

ステータコア４２は、無方向性電磁鋼板の打ち抜き加工により形成された環状の第１電磁鋼板６０を複数（例えば数十枚など）積層し、この第１電磁鋼板６０の積層体に、無方向性電磁鋼板の打ち抜き加工により形成された環状の第２電磁鋼板７０を複数（例えば十枚や二十枚など）積層し、この第１電磁鋼板６０と第２電磁鋼板７０との積層体に、第１電磁鋼板６０を更に複数（例えば数十枚など）積層した一体コアとして構成されている。第１電磁鋼板６０は、図２に示すように、環形の外周部分を形成する外周部６３から径方向内側（内周側）に突出する複数の突出部６４が形成された第１形状となっている。第２電磁鋼板７０は、図３に示すように、第１形状と同じ外周部７３と突出部７４とを有する形状のうち、外周部７３の一箇所を切り取った切り取り部７５と、この切り取り部７５の内周側で突出部７４の周方向片側を切り欠いた切り欠き部７６と、を有する第２形状となっている。ステータコア４２では、第１電磁鋼板６０の外周部６３，突出部６４と第２電磁鋼板７０の外周部７３，突出部７４とが複数の第１電磁鋼板６０および複数の第２電磁鋼板７０の間で整合すると共に、第２電磁鋼板７０の切り取り部７５，切り欠き部７６が複数の第２電磁鋼板７０の間で整合するように積層されている。これにより、ステータコア４２には、第２電磁鋼板７０の積層体における切り取り部７５，切り欠き部７６の積層部分に相当する位置に、図１や図４，図５に示すように、ヨーク部４３を外周部分から径方向内側（内周側）に貫通し且つ貫通した先（更に内周側）でティース部４４の周方向片側の壁面４５（図４，図５参照）に開口４６を形成する挿入孔４８が形成される。隣り合うティース部４４の間にスロット５０が形成され且つスロット５０にほぼ隙間無くコイル５２を構成する巻線が巻回されているため、ティース部４４の周方向片側の壁面４５は、コイル５２との接触面となっている。

ステータコア４２に形成された挿入孔４８には、一端が図示しない電子制御ユニットに接続された導電ライン８２が接続された温度検出素子８０が、ヨーク部４３の外周側から内周側に挿入されている。実施例の温度検出素子８０は、図示するように、素子外部を覆う樹脂により略直方体状に成形されており、その長手方向が挿入孔４８への挿入方向になっている。

図６は、図１の要部Ａを拡大してステータコア４２の挿入孔４８と温度検出素子８０との関係を説明する説明図である。図示するように、挿入孔４８（点線参照）は、ステータコア４２の径方向を長手方向とし、且つ、ステータコア４２の外周側から内周側に向けて周方向の幅が徐々に小さくなるテーパ状に形成されている。実施例の挿入孔４８は、ヨーク部４３を貫通する部分（即ち第２電磁鋼板７０の切り取り部７５の積層部分）の径方向の長さＬ１と、ティース部４４における図４に示した開口４６（即ち第２電磁鋼板７０の切り欠き部７６の積層部分）の径方向の長さＬ２との和の長さ（Ｌ１＋Ｌ２）を径方向の長さとして有し、ステータコア４２の外周面で周方向の幅Ｗ１を有すると共に、ステータコア４２の内周側で周方向の幅Ｗ２を有する。挿入孔４８は、テーパ状に形成されているため、外周側の幅Ｗ１は内周側の幅Ｗ２よりも大きくなる関係（Ｗ１＞Ｗ２）を有する。また、温度検出素子８０は、長手方向である挿入方向の長さＬ３を有すると共に、挿入方向に略直交する方向の幅Ｗ３を有する。なお、挿入孔４８における電動機２０の軸方向の高さは、温度検出素子８０における電動機２０の軸方向の高さ（例えば、幅Ｗ３と同じ値Ｗ３の高さ）より若干大きくなるように、第２電磁鋼板７０の積層枚数に対応する所定の高さとなっている。ここで、挿入孔４８と温度検出素子８０との大きさの関係は、長さＬ２よりも長さＬ３が小さい関係（Ｌ２＞Ｌ３）と、幅Ｗ３が幅Ｗ１よりも小さく且つ幅Ｗ２よりも大きい関係（Ｗ１＞Ｗ３＞Ｗ２）がある。挿入孔４８の幅Ｗ１，Ｗ２と開口４６の長さＬ２は、実施例では、温度検出素子８０が挿入孔４８に挿入されたときに、温度検出素子８０の開口４６側の一面全体が開口４６から露出した状態で、この温度検出素子８０が固定されるように予め定められている。例えば、幅Ｗ１は４ｍｍや５ｍｍ、幅Ｗ２は２ｍｍや３ｍｍ、長さＬ２は長さＬ３の１．５倍程度などを用いることができる。長さＬ１は、ステータコア４２のヨーク部４３の径方向の長さである。こうした関係により、温度検出素子８０を、その一面全体を開口４６でコイル５２側に露出させてコイル５２に接触させた状態で挿入孔４８内部に固定することができる。また、電動機２０を搭載した車両や装置の振動が生じて温度検出素子８０が径方向に多少ずれたとしてもコイル５２の温度を検出することができる。

このように、実施例の電動機２０では、温度検出素子８０をステータコア４２の内部に挿入してコイル５２に面で接触させてコイル５２の温度を検出するから、コイル５２のうちステータコア４２の軸方向端面より外側のコイルエンドよりも高温になりやすい部分の温度を検出することができる。これにより、コイルエンドやステータコアをオイルにより冷却する構造や空気により冷却する構造を採用した場合でも、コイル５２の温度をより確実に検出することができる。また、コイル５２の検出温度に基づいて電動機２０の駆動制限を行なう場合でも、コイル５２のうち最も高温の部分の温度となるように検出温度に加えるマージンをほぼ考慮する必要がないから、電動機２０の駆動制限が過大に行なわれるのを抑制することができる。さらに、第１電磁鋼板６０の一部を切り取り且つ切り欠いた形状の第２電磁鋼板７０を積層することにより、温度検出素子８０を挿入する挿入孔４８を形成するから、ステータコア４２の形成後にヨーク部４３の外周側から挿入孔４８を形成するものに比して、孔あけ工程を要することなく、より簡易な工程で挿入孔４８を形成することができる。

以上説明した実施例の電動機２０によれば、円筒形の外周を形成するヨーク部４３とヨーク部４３から径方向内側に突出する形状で各々の間にスロット５０を形成する複数のティース部４４とを有する円筒状のステータコア４２のスロット５０にコイル５２が巻回されてなるステータ４０を備えるものにおいて、ステータコア４２には、ヨーク部４３を外周から径方向内側に貫通し且つ貫通した先でティース部４４の周方向片側の壁面４６に開口４６を形成する挿入孔４８が設けられており、温度検出素子８０がステータコア４２のヨーク部４３の外周から挿入孔４８に挿入されてティース部４４の開口４６でコイル５２側に露出するように取り付けられるから、ステータコア４２のティース部４４の周方向片側の位置でのコイル５２の温度、即ちコイル５２の高温になりやすい部分の温度をより確実に検出することができる。この結果、ステータコア４２に巻回されるコイル５２の温度をより適正に検出することができる。

実施例の電動機２０では、ステータコア４２は第１電磁鋼板６０と第２電磁鋼板７０とを積層して挿入孔４８が形成される一体コアとして構成されているものとしたが、単一種類の電磁鋼板を積層した後に挿入孔４８を形成するものとしてもよいし、コアが周方向に複数に分割された分割コアとして構成されているものとしてもよい。

実施例の電動機２０では、ステータコア４２の挿入孔４８の長さＬ２は温度検出素子８０の長さＬ３よりも長いものとしたが、挿入孔４８の長さＬ２は温度検出素子８０の長さＬ３以下であるものとしてもよい。

実施例の電動機２０では、温度検出素子８０がステータコア４２の挿入孔４８に挿入されてティース部４４の壁面４５の開口４６でコイル５２に面で接触するものとしたが、温度検出素子８０が挿入口４８に挿入されて開口４６でコイル５２側に露出するものであれば、温度検出素子８０が開口４６でコイル５２に接触しないものとしてもよい。

実施例の電動機２０では、温度検出素子８０は、例えばサーミスタなどであるものとしたが、熱電対など他のタイプの温度検出素子としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、ヨーク部４３が「ヨーク部」に相当し、スロット５０が「スロット」に相当し、ティース部４４が「ティース部」に相当し、ステータコア４２が「固定子コア」に相当し、コイル５２が「コイル」に相当し、温度検出素子８０が「温度検出素子」に相当し、開口４６が「開口」に相当し、挿入孔４８が「挿入孔」に相当する。また、外周部６３が「環形外周部」に相当し、突出部６４が「突出部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機の製造産業などに利用可能である。

２０電動機、２２回転軸、３０ロータ、３２ロータコア、３４永久磁石、４０ステータ、４２ステータコア、４３ヨーク部、４４ティース部、４５内壁面、４６開口、４８挿入孔、５０スロット、５２コイル、６０第１電磁鋼板、６３，７３外周部、６４，７４突出部、７５切り取り部、７６切り欠き部、７０第２電磁鋼板、８０温度検出素子、８２導電ライン。

Claims

円筒形の外周を形成するヨーク部と該ヨーク部から径方向内側に突出する形状で各々の間にスロットを形成する複数のティース部とを有する略円筒状の固定子コアの該スロットにコイルが巻回されてなる固定子を備える電動機であって、
前記固定子コアには、前記ヨーク部を外周から径方向内側に貫通し且つ該貫通した先で前記ティース部の周方向片側の壁面に開口を形成する挿入孔が設けられており、
温度検出素子が前記固定子コアのヨーク部の外周から前記挿入孔に挿入されて前記ティース部の開口で前記コイル側に露出するように取り付けられた、
電動機。
請求項１記載の電動機であって、
前記固定子コアは、環形の外周を形成する環形外周部から径方向内側に突出する複数の突出部が形成された略環状の第１の電磁鋼板を複数積層してなる積層体に、前記第１の電磁鋼板の前記環形外周部の一部を切り取り且つ該切り取った部分の内周側で前記突出部の周方向片側を切り欠いた形状の第２の電磁鋼板を複数積層し、更に前記第１の電磁鋼板を複数積層することにより、前記挿入孔が形成されてなる、
電動機。
請求項１または２記載の電動機であって、
前記ティース部の開口は、径方向の長さが前記温度検出素子における挿入方向の長さより長くなるように形成されてなる、
電動機。