JP2013172478A - インシュレータ及びステータ - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサと測定対象との接触を維持することができるインシュレータ及びステータを提供する。
【解決手段】回転電機のステータに備えられたステータコアとコイルとの間に介在するインシュレータ１４において、接触式の温度センサＳを固定するセンサ固定部２０とを備えるとともに、センサ固定部２０は、温度センサＳを挿入する挿入口と、温度センサＳを収容するセンサ収容部と、挿入された温度センサをコイル側に露出する開口部と、温度センサの挿入に伴い弾性変形し、センサ収容部に収容された温度センサＳを開口部側に押圧するアーム３０とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータや発電機等の回転電機に用いられるインシュレータ、及びそのインシュレータを用いたステータに関する。

例えば電気自動車やハイブリッド電気自動車に用いられる回転電機は、温度管理が必要であり、特にコイルの温度はその性能に大きく影響する。そこで、従来より、回転電機の多くには、温度センサが取り付けられ、その温度管理が行われている。

例えば、特許文献１では、回転電機のステータに用いられるインシュレータに温度センサを設ける構造が提案されている。従来のステータ１は、図１１に示すように、複数のセグメントに分割されたステータコア（以下、ステータセグメント２という）から構成される。

ステータセグメント２は、磁性体からなるコアの環状部を複数に分割した分割ステータコア３と、ステータセグメント２のティース部に巻回されたコイル４とを備える。さらにステータセグメント２は、コイル４と分割ステータコア３との間に介在する、図１２（ａ）に示す、絶縁性のインシュレータ５を備える。

インシュレータ５は、樹脂等から形成され、ベース部５ａと、起立壁５ｂとを有する。分割ステータコア３は、起立壁５ｂで囲まれた空間に挿入され、コイル４は、起立壁５ｂの外周に巻回される。ベース部５ａの端部からは、支持部材５ｃが延出している。図１２（ｂ）に示すように、支持部材５ｃの外側面には、コイル４の端部４ａを収容する渡り線用支持用溝（以下、コイル支持溝５ｄという）が１対形成されている。また、支持部材５ｃの外側面のうち、支持溝５ｄの間には、温度検出素子支持用溝（以下、素子支持溝５ｅという）が形成されている。この素子支持溝５ｅによって、温度センサであるサーミスタ６が支持される。

サーミスタ６を素子支持溝５ｅに支持させた状態で、インシュレータ５を介してティース部にコイル４を巻回すると、サーミスタ６とコイル４とが対向する。

特開２０１０−２４６３５６号公報

コイル４の温度を測定するには、サーミスタ６がコイル４に接触している必要がある。しかし、上述した構成では、サーミスタ６は、素子支持溝５ｅに収容されているのみであるため、サーミスタ６とコイル４とが、温度を精度よく測定可能となる程度に接触しないおそれがある。

上述した温度センサの取り付け方法以外には、コイル４の巻き終わりに温度センサを差し込んで共に巻き込む方法や、センサを接着剤でコイル４に固定する方法等も提案されているが、コイルの形状的理由から、接触状態が安定した取り付け面の確保が難しい他、センサの取り付けに時間や手間がかかるといった問題がある。

また、この問題は、温度測定対象がコイル４以外であっても同様に生じるものであるため、温度測定素子とステータの温度測定対象とを常時良好に接触させる構成が求められていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、温度センサと測定対象との接触を維持することができるインシュレータ及びステータを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転電機のステータに備えられたステータコアとコイルとの間に介在するインシュレータにおいて、接触式の温度センサを固定するセンサ固定部とを備えるとともに、前記センサ固定部は、前記温度センサを挿入する挿入口と、前記温度センサを収容する収容部と、挿入された前記温度センサを温度検出対象側に露出する開口部と、前記温度センサの挿入に伴い弾性変形し、前記収容部に収容された前記温度センサを前記開口部側に押圧するアームとを備えたことを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、センサ固定部に設けられたアームは、温度センサの挿入に伴い弾性変形し、その弾性力によって、温度センサを開口部側に押圧する。このため、温度センサを、センサ固定部の挿入口から収容部に挿入するのみで、センサと温度検出対象とを密着させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のインシュレータにおいて、前記アームは、前記収容部に収容された前記温度センサの両端に圧接される各傾斜面を基端部と先端部とに備えたことを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、アームの基端部及び先端部に、温度センサの両端に圧接される傾斜面をそれぞれ備えたので、温度センサのうち片方が温度検出対象から浮く、いわゆる片浮きを抑制することができる。このため、温度センサと温度検出対象との接触状態を良好且つ安定して維持することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のインシュレータにおいて、前記アームは、前記温度センサを前記収容部に挿入する際に該温度センサに摺接する摺接面と、装着位置に配置された前記温度センサを掛止する掛止爪とを備えたことを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、温度センサの挿入に伴い、温度センサと摺接面とが摺接する。また、装着位置では、掛止爪によって温度センサが掛止される。このため、温度センサをセンサ固定部に挿入するのみで、温度センサを掛止状態で固定することができるので、温度センサの取付工程を簡略化することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインシュレータにおいて、前記開口部は、前記コイルを巻回する胴部側に設けられたことを要旨とする。
請求項４に記載の発明によれば、温度センサを、開口部を介してコイルに密着させることができるので、コイルと温度センサとの接触状態を良好にすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のインシュレータにおいて、前記開口部は、前記ステータコアを収容するコア収容部側に設けられたことを要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、温度センサを、開口部を介してステータコアに接触させることができる。特にステータコアは平滑度が高いため、温度センサとの接触状態を向上することができる。

請求項６に記載の発明は、回転電機のステータにおいて、ステータコアと、該ステータコアの外側に設けられたインシュレータと、該インシュレータの外周に巻回されたコイルとを備え、前記インシュレータには、温度センサを固定するセンサ固定部が形成され、前記センサ固定部は、前記温度センサを挿入する挿入口と、前記温度センサを収容する収容部と、挿入された前記温度センサを温度検出対象側に露出する開口部と、前記温度センサの挿入に伴い弾性変形するとともに、前記収容部に収容された前記温度センサを前記開口部側に付勢するアームとを備えることを要旨とする。

請求項６に記載の発明によれば、インシュレータのセンサ固定部に設けられたアームは、温度センサの挿入に伴い弾性変形し、その弾性力によって、温度センサを開口部側に押圧する。このため、温度センサを、センサ固定部の挿入口から収容部に挿入するのみで、センサと温度検出対象とを密着させることができる。

本発明のインシュレータを具体化した第１実施形態のステータセグメントの斜視図。 同インシュレータの斜視図。 同インシュレータの側面図。 図３中Ａ−Ａ線における同インシュレータの要部断面図。 （ａ）は温度センサの挿入開始時、（ｂ）は挿入途中、（ｃ）は装着完了状態を示す要部断面図。 本発明のインシュレータを具体化した第２実施形態のステータセグメントの斜視図。 同インシュレータの斜視図。 同インシュレータの側面図。 図８中Ｂ−Ｂ線における同インシュレータの要部断面図。 （ａ）は温度センサの挿入開始時、（ｂ）は挿入途中、（ｃ）は装着完了状態を示す要部断面図。 従来のステータの平面図。 （ａ）は従来のステータセグメントの分解斜視図、（ｂ）はインシュレータの拡大図。

（第１実施形態）
以下、本発明のインシュレータ及びステータを具体化した第１実施形態について、図１〜図５に従って説明する。

図１に示すように、回転電機のステータを構成するステータセグメント１１は、磁性体からなるステータコア１２と、インシュレータ１４と、インシュレータ１４の外周に巻回されたコイル１７とを備える。ステータコア１２は、同一形状に打ち抜かれた薄板状の磁性鋼板を積層することにより構成されている。また、インシュレータ１４には、コイル１７の温度を検出する温度センサＳが装着されている。尚、ステータは、このステータセグメント１１が環状に複数配置されることで構成されている。

図２に示すように、インシュレータ１４は、第１の分割インシュレータ１５及び第２の分割インシュレータ１６からなる。各分割インシュレータ１５，１６は、樹脂からなり、平面視において略コの字状をなしている。これらの分割インシュレータ１５，１６が互いに固定されることで、その内側に、ステータコア１２を収容するコア収容部１８を形成する。

第１の分割インシュレータ１５は、温度センサＳを固定するセンサ固定部２０を備えている。センサ固定部２０は、複数のステータセグメント１１から環状のステータを構成した際に、その環状部の内側にロータが設けられることから、環状部の外側の位置に配置されることが好ましい。第２の分割インシュレータ１６は、センサ固定部２０を省略した点のみが異なり、第１の分割インシュレータ１５とほぼ同様な構成である。

第１の分割インシュレータ１５は、第１鍔部２１及び第２鍔部２２と、各鍔部２１，２２の間に立設する胴部２３とを備えている。また、図３にその一部を示すように、各鍔部２１，２２の両端には、第２の分割インシュレータ１６に対して固定されるための段差部２４が形成されている。

胴部２３は、各鍔部２１，２２の間の形状に沿って屈曲し、図３にその一部を示すように、胴部２３の両端には、第２の分割インシュレータ１６の胴部と嵌合する嵌合部２５がそれぞれ形成されている。図３に示す、胴部２３の長手方向の端部に形成された嵌合部２５は、溝部からなり、第２の分割インシュレータ１６に形成された突条を内嵌する。また、胴部２３の短手方向の端部（図示略）に形成された嵌合部２５は、突条からなり、第２の分割インシュレータ１６に形成された溝部に内嵌される。

図２に示すように、センサ固定部２０は、第１鍔部２１の上面に一体に形成されている。センサ固定部２０は、一対の側壁部２６と、側壁部２６の間に設けられた挿入口２７とを備えている。図４に示すように、各側壁部２６のうち、挿入口２７に対して反対側となる端部には、固定壁部２８が設けられている。これらの側壁部２６及び固定壁部２８によって、温度センサＳを収容するセンサ収容部２９が形成される。

また、図４に示すように、この固定壁部２８には、アーム３０が片持ち梁状に形成されている。アーム３０は、略板状に形成され、固定壁部２８に固定された基端部を中心に、外側に反るように撓むとともに、センサ収容部２９に向かって内側に撓むことが可能となっている。

アーム３０の基端部には、アーム３０の内側から固定壁部２８の内側面に向かって傾斜する第１傾斜面３１が形成されている。また、アーム３０の先端には、掛止爪３３が形成されている。掛止爪３３は、アーム３０のうちセンサ収容部２９側に設けられ、断面略三角形状に形成されている。また、掛止爪３３のうち、アーム３０の基端部側には、第２傾斜面３２が形成されている。第２傾斜面３２は、第１傾斜面３１と向き合うように設けられ、掛止爪３３からアーム３０の内側面に向かって傾斜している。

また、第２傾斜面３２には、鉤状部３５が連続して形成されている。鉤状部３５は、第２傾斜面３２から真下に延びた垂直面と、垂直面に連続する水平面とを有している。また、掛止爪３３のうち、鉤状部３５よりも先端には、温度センサＳの挿入時に該温度センサＳが接する摺接面３４が設けられている。摺接面３４は、アーム３０の先端から鉤状部３５にかけて傾斜している。

また、第１鍔部２１には、開口部３６が貫通形成されている。開口部３６の幅は、センサ収容部２９及び胴部２３の幅よりも大きく、センサ収容部２９に収容された温度センサＳが、開口部３６を介して、胴部２３に巻回されたコイル１７に接触するようになっている。

次に、インシュレータ１４に温度センサＳを取り付けるときの作用について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、温度センサＳをセンサ固定部２０の挿入口２７から押し込んでいく。このとき、温度センサＳは、アーム３０の摺接面３４を摺接し、センサ収容部２９に誘導される。また、温度センサＳの底面は、コイル１７に摺接する。この際、温度センサＳに加えられる押圧力により、アーム３０は、外側に反るように撓む。

さらに温度センサＳをセンサ固定部２０に押し込んでいくと、図５（ｂ）に示すように、アーム３０の鉤状部３５が、温度センサＳの上隅部を乗り越えて、温度センサＳの上面を摺接する。鉤状部３５が温度センサＳの上面に乗り上げることで、アーム３０はさらに外側に撓んで弾性力を蓄積した状態になる。

そして、温度センサＳを、鉤状部３５が温度センサＳの端部まで到達するまで押し込み、鉤状部３５が温度センサＳの上面を超えると、図５（ｃ）に示すように、温度センサＳがセンサ収容部２９に収容されることでアーム３０の撓みが小さくなり、温度センサＳが装着位置に配置される。その際、アーム３０と温度センサＳとの衝突によるクリック音が発生するとともに、温度センサＳがセンサ収容部２９に嵌まった操作感が得られる。

温度センサＳを装着位置に配置したとき、温度センサＳの上側の各隅部は、アーム３０の第１傾斜面３１及び第２傾斜面３２にそれぞれ当接する。また、温度センサＳを装着位置に配置したとき、アーム３０は若干外側に反るように弾性変形し、装着位置の温度センサＳをコイル側へ押圧するようになっている。このため、温度センサＳをセンサ固定部２０に挿入するのみで、コイル１７と接触させた状態で温度センサＳが装着される。また、アーム３０によって温度センサＳをコイル側に付勢するため、コイル１７との接触面が平滑でなくても、温度センサＳがコイル１７に密着する。

また、温度センサＳは、各傾斜面３１，３２によってその両端が支持されるため、温度センサＳの片方の端部がコイル１７に対して浮く等といった片浮きが抑制される。このため、ステータを組み立てた後に、温度センサＳから伸びるリード線をいずれの方向に引き回したとしても、温度センサＳは、コイル１７と接触した状態を安定して維持する。さらに、温度センサＳは、掛止爪３３の鉤状部３５によってセンサ収容部２９からの抜出が抑制される。

第１実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）第１実施形態では、第１の分割インシュレータ１５のセンサ固定部２０は、弾性変形可能なアーム３０を備えた。該アーム３０は、温度センサＳの挿入に伴い弾性変形し、その弾性力によって、温度センサＳをコイル側に押圧するので、温度センサＳをセンサ収容部２９に挿入するのみで、温度センサＳとコイル１７とを密着させ、その接触状態を良好且つ安定して維持することができる。このため、コイル１７の温度を精度よく検出することができる。

（２）第１実施形態では、アーム３０の基端部及び先端部に、温度センサＳの両端に圧接される各傾斜面３１，３２をそれぞれ備えたので、温度センサＳのうち片方がコイル１７から浮く、いわゆる片浮きを抑制することができる。このため、温度センサＳとコイル１７との接触状態を良好且つ安定して維持することができる。

（３）第１実施形態では、温度センサＳの挿入に伴い、温度センサＳが摺接面３４に摺接し、温度センサＳが摺接面３４を越えた際に、掛止爪３３によって温度センサが掛止される。このため、温度センサＳをセンサ固定部２０に挿入するのみで、温度センサＳをセンサ収容部２９に誘導し、抜出されにくい状態で固定することができる。従って、温度センサＳの取付工程を簡略化することができる。また、側壁部２６やアーム３０によって温度センサＳが位置決めされるので、接着剤で温度センサＳを固定したり、コイル１７に温度センサＳを巻き込んで固定するよりも、取付状態のばらつきを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図６〜図１０にしたがって説明する。尚、第２実施形態は、第１実施形態のインシュレータのセンサ固定部を変更したのみの構成であるため、同様の部分については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図６に示すように、第２実施形態のインシュレータ１４は、ステータコア１２の温度を測定するタイプのものである。図７に示すように、センサ固定部４０が設けられた第１の分割インシュレータ４１は、センサ固定部が設けられていない第２の分割インシュレータ１６と組み合わされて、内側にコア収容部１８を形成する。

第１の分割インシュレータ４１のセンサ固定部４０は、固定壁部４２と、支柱４３と、上壁部４４とを備えている。上壁部４４と支柱４３との間には、温度センサＳを挿入する挿入口４５が設けられている。また、図８に示すように、センサ固定部４０の内側には、センサ収容部４６が設けられ、センサ収容部４６のステータコア側は開口している。

また、図９に示すように、固定壁部４２には、アーム３０が、片持ち梁状に固定されている。アーム３０の形状は、第１実施形態と同様である。アーム３０は、掛止爪３３がセンサ収容部側を向くように配置されている。

次に、インシュレータ１４に温度センサＳを取り付けるときの作用について説明する。まず図１０（ａ）に示すように、温度センサＳを、センサ固定部４０の挿入口４５から押し込んでいく。このとき、温度センサＳは、アーム３０の摺接面３４を摺接し、センサ収容部４６に誘導される。また、温度センサＳのうち、図中右側面は、ステータコア１２に摺接されている。その結果、アーム３０は、外側に反るように撓む。

さらに温度センサＳをセンサ固定部４０に押し込んでいくと、図１０（ｂ）に示すように、アーム３０の鉤状部３５が、温度センサＳの隅部を乗り越えて、温度センサＳの側面を摺接する。鉤状部３５が、温度センサＳの側面に乗り上げることで、アーム３０は、さらに外側に撓んで弾性力を蓄積した状態になる。

そして、鉤状部３５が温度センサＳの端部まで到達すると、図１０（ｃ）に示すように、アーム３０を外側に押圧する押圧力が解除されてアーム３０の撓みが小さくなり、温度センサＳが装着位置に配置される。

そして、温度センサＳを、鉤状部３５が温度センサＳの端部まで到達するまで押し込み、鉤状部３５が温度センサＳの側面を超えると、温度センサＳの各偶部は、第１傾斜面３１及び第２傾斜面３２にそれぞれ当接する。また、アーム３０は若干外側に反るように弾性変形し、装着位置の温度センサＳをステータコア側へ押圧するようになっている。このため、温度センサＳをセンサ固定部４０に挿入するのみで、ステータコア１２と密着させた状態で温度センサＳが装着される。特にステータコア１２の接触面は、コイル１７と比べて平滑であるため、温度センサＳとステータコア１２の接触面積を大きくすることができる。このため、ステータコア１２とコイル１７との相関関係を予め実験等を通じて求めておくことによって、コイル１７の温度を精度よく推測することができる。

また、温度センサＳは、各傾斜面３１，３２によってその両端が支持されるため片浮きが抑制されるとともに、鉤状部３５によってセンサ収容部２９からの抜出が抑制される。
従って、第２実施形態によれば、第１実施形態の（２）及び（３）に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。

（４）第２実施形態では、第１の分割インシュレータ１５のセンサ固定部４０は、弾性変形可能なアーム３０を備えた。該アーム３０は、温度センサＳの挿入に伴い弾性変形し、その弾性力によって、温度センサＳをステータコア側に押圧するので、温度センサＳをセンサ収容部４６に挿入するのみで、温度センサＳとステータコア１２とを密着させ、その接触状態を良好且つ安定して維持することができる。このため、ステータコア１２とコイル１７との相関関係を予め実験等を通じて求めておくことによって、コイル１７の温度を精度よく検出することができる。

尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、温度センサＳを温度測定対象に密着させるアーム３０を、掛止爪３３を備える構成としたが、掛止爪３３を省略した板バネから構成してもよい。また、摺接面３４は、垂直な面にしてもよい。

・上記実施形態では、環状のインシュレータを、第１の分割インシュレータ及び第２の分割インシュレータに分割したが、分割しない構成でもよい。
・上記実施形態では、本発明のインシュレータを、３つ以上のステータセグメント１１からなるステータに適用したが、環状のステータコアを２分割したステータ等、他の構成のステータに適用してもよい。

１２…ステータコア、１４…インシュレータ、１７…コイル、１８…コア収容部、２０，４０…センサ固定部、２３…胴部、２７，４５…挿入口、３０…アーム、３１，３２…傾斜面、３３…掛止爪、３４…摺接面、３６…開口部、Ｓ…温度センサ。

Claims (6)

1. 回転電機のステータに備えられたステータコアとコイルとの間に介在するインシュレータにおいて、
   接触式の温度センサを固定するセンサ固定部とを備えるとともに、
   前記センサ固定部は、
   前記温度センサを挿入する挿入口と、
   前記温度センサを収容する収容部と、
   挿入された前記温度センサを温度検出対象側に露出する開口部と、
   前記温度センサの挿入に伴い弾性変形し、前記収容部に収容された前記温度センサを前記開口部側に押圧するアームとを備えたことを特徴とするインシュレータ。
2. 前記アームは、
   前記収容部に収容された前記温度センサの両端に圧接される各傾斜面を基端部と先端部とに備えた請求項１に記載のインシュレータ。
3. 前記アームは、
   前記温度センサを前記収容部に挿入する際に該温度センサに摺接する摺接面と、
   装着位置に配置された前記温度センサを掛止する掛止爪とを備えた請求項１又は２に記載のインシュレータ。
4. 前記開口部は、
   前記コイルを巻回する胴部側に設けられた請求項１〜３のいずれか１項に記載のインシュレータ。
5. 前記開口部は、
   前記ステータコアを収容するコア収容部側に設けられた請求項１〜３のいずれか１項に記載のインシュレータ。
6. 回転電機のステータにおいて、
   ステータコアと、該ステータコアの外側に設けられたインシュレータと、該インシュレータの外周に巻回されたコイルとを備え、
   前記インシュレータには、温度センサを固定するセンサ固定部が形成され、
   前記センサ固定部は、前記温度センサを挿入する挿入口と、前記温度センサを収容する収容部と、挿入された前記温度センサを温度検出対象側に露出する開口部と、前記温度センサの挿入に伴い弾性変形するとともに、前記収容部に収容された前記温度センサを前記開口部側に付勢するアームとを備えることを特徴とするステータ。