JP2013211941A - 回転電機における固定子コイル温度検出の信頼性向上 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の固定子コイル温度検出の信頼性を向上させる。
【解決手段】フレーム１０５と、フレーム１０５に締まり嵌めにより固定された固定子とを備え、フレーム１０５の内径側端面と外径側端面との間に冷却水路１０６が配設され、温度検出素子１８０が固定子コイル１６５のコイルエンドの表面に取り付けられ、温度検出素子取り付け側のコイルエンドとフレーム１０５との間は空隙であり、反温度検出素子取り付け側のコイルエンドとフレーム１０５との間の空隙には空気の熱伝導率より高い熱伝導率の樹脂１９０が充填され、温度検出素子１８０が接している固定子コイル１６５の表面から冷却水路１０６までの熱抵抗が、温度検出素子１８０が接していない固定子コイル１６５の表面から冷却水路１０６までの熱抵抗よりも大きくなるように回転電機を構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は回転電機に関するものである。

モータなどの回転電機は、固定子と回転子とを備えている。固定子は多数のスロットが形成された固定子鉄心を有している。この固定子鉄心は、電磁鋼板が所定枚数積層され、電磁鋼板の外周部の所定位置が溶接されるなどして一体化されているものである。このように製作された固定子鉄心には、固定子コイルがスロット孔に絶縁材を介して挿入され、巻回されている。そして、固定子はフレームにより保持される。固定子の保持方法は、フレーム内径と固定子外径寸法の嵌め合いを締まり嵌めにすることによる、摩擦固定が用いられている。回転電機は、この巻回されている固定子コイルに交流電力を供給することで回転磁界を発生させ、この回転磁界により回転子を回転させるものである。

固定子コイルに交流電流が流れると発熱するため、固定子コイルの温度保護が重要である。このため、固定子コイルの冷却が必要となる。この冷却方法としては、固定子を保持しているフレームの内径と外径の間に冷却水路を配設し、冷却媒体を流すことにより固定子コイルを冷却する方法がある。

また、固定子コイルの温度計測も必要となる。この温度計測では、固定子コイルが固定子鉄心のスロットに入っていない、コイルエンド表面部分の温度を測定することが多い。固定子コイルの温度を測定する手段としては、温度検出素子、例えばサーミスタが用いられる。この温度検出素子の配置として、コイルエンド表面に密着させて固定するものが知られている（例えば特許文献１）。

特開２００８−２２６７９号公報

モータの温度保護を適切に行うため、温度検出素子は固定子コイルの最も温度が高くなる部位に取り付ける必要がある。しかし、固定子コイルのどの部位が最も温度が高くなるかは、モータの取り付け姿勢、取り付け条件によって異なり、最適な配置を行うことは容易ではない。そこで本発明は、温度検出素子を固定子コイル温度が最も高くなる部位に取り付け、固定子コイル温度検出の信頼性を向上させることを課題とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、フレームと、フレームに締まり嵌めにより固定された固定子とを備え、フレームの内径側端面と外径側端面との間に冷却水路が配設され、温度検出素子が固定子コイルのコイルエンドの表面に取り付けられ、温度検出素子取り付け側のコイルエンドとフレームとの間は空隙であり、反温度検出素子取り付け側のコイルエンドとフレームとの間の空隙には空気の熱伝導率より高い熱伝導率の樹脂が充填され、温度検出素子が接している固定子コイルの表面から冷却水路までの熱抵抗が、温度検出素子が接していない固定子コイルの表面から冷却水路までの熱抵抗よりも大きくなるように回転電機を構成したことを特徴とする。

本発明によれば、温度検出素子を固定子コイル温度が最も高くなる部位に取り付けることが可能になり、固定子コイル温度検出の信頼性を向上させることができる。

回転電機の断面を模式的に示した図である。 回転電機の固定子鉄心の図である。 回転電機の伝熱経路図（温度検出素子取り付け側）である。 回転電機の伝熱経路図（反温度検出素子取り付け側）である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では回転電機として、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの電気自動車用回転電機を例として用いる。

〔実施例〕
図１は、本発明の実施形態に係る回転電機１００の断面図である。
図１に示す回転電機は、車両の発進時加速時には電動機として駆動力を発生し図示しないエンジンの動力をアシストし、又車両の減速時には発電機としてエネルギーを回生し、図示しないバッテリーを充電する。

回転電機１００は、筐体としてのフレーム１０５の内周側に締まり嵌めによる摩擦固定された固定子１５０と、該固定子内側に配置され回転可能に支承された回転子２００とフレーム１０５にボルト固定された筐体としてのリヤケース１１０と、フレーム１０５とを有する。リヤケース１１０は、レゾルバカバー１２０が取り付けられている。

回転子２００の中心には、ロータ軸２０５が嵌合されている。ロータ軸２０５は、回転電機１００の両側のボールベアリング２５０、２６０で支承されている。ロータ軸２０５の先端には、スプラインが形成されている。車両発進時及び加速時は、ロータ軸２０５を介して回転電機１００の駆動力を伝達し、車両の駆動をアシストする。また、車両減速時は、図示しない車両の駆動により、ロータ軸２０５を介し入力された回転を増速し、回転電機１００にてエネルギーを回生する。

リヤケース１１０とレゾルバカバー１２０の間には、回転子２００及びロータ軸２０５の回転位置を検出するレゾルバ２７０がロータ軸２０５に配設されている。

固定子１５０は、円筒状の固定子鉄心１６０と、この固定子鉄心１６０に装着される固定子コイル１６５、絶縁紙１７０を有している。固定子鉄心１６０は、電磁鋼板１６１を積層した構造となっており、固定子鉄心１６０の軸方向に平行な複数のスロット１６２が周方向に等間隔となるように形成されている。スロット１６２の数は、例えば本実施の形態では４８個であり、スロット１６２に絶縁紙１７０を挿入し、その内側に固定子コイル１６５が収容される。スロット１６２間にはティース１６３が形成されており、それぞれのティース１６３は環状のコアバック１６４と一体となっている。つまり、固定子鉄心１６０は、各ティース１６３とコアバック１６４とが一体成形された一体型コアとされている。ティース１６３は、固定子コイル１６５に電流が流れることによって、発生した回転磁界を回転子２００に導き、回転子２００に回転トルクを発生させる。

前述の回転トルク発生時に、固定子コイル１６５に電流が流れるため発熱する。このような発熱を検出するため、固定子コイル１６５の固定子鉄心１６０の軸方向端面から突出している部位、すなわちコイルエンド部に、温度検出素子１８０を取り付ける。

図３、図４を用いて、本実施形態の冷却構造、及び固定子コイル１６５に発生する熱の伝熱経路を説明する。

固定子コイル１６５に発生する熱を冷却するため、固定子を保持しているフレームの内径と外径の間に、冷却媒体を流すための冷却水路１０６が配設されている。

固定子コイル１６５の最も温度が高くなる部位に温度検出素子１８０を取り付けるため、温度検出素子１８０が接している固定子コイル１６５の表面の温度より、温度検出素子１８０が接していない固定子コイル１６５の表面の温度が低くなるようにする。そのためには、温度検出素子１８０が接している固定子コイル１６５の表面から冷却水路までの熱抵抗Ｒａが、温度検出素子１８０が接していない固定子コイル１６５の表面から冷却水路までの熱抵抗Ｒｂよりも大きくなる（Ｒａ＞Ｒｂとなる）ように構成すればよい。

すなわち、温度検出素子１８０が取り付いていないコイルエンドとフレーム１０５の空隙に、高熱伝導性樹脂１９０を充填すればよい。ただし、高熱伝導性樹脂１９０の伝導率は、空気の熱伝導率より高いことが条件である。

温度検出素子取り付け側の固定子コイル１６５の熱の伝熱経路は、図３に示すようになる。つまり、固定子コイル１６５の温度検出素子１８０が取り付けられた部分から、固定子コイル１６５の高熱伝導性樹脂１９０と接触する部分へと、図３の矢印の向きに伝熱する。ここで、固定子コイル１６５の温度勾配は矢印の根元から鏃の向きへ高くなる。温度検出素子１８０が取り付けられた部分の周囲は例えば空隙であり、より熱伝導率の高い固定子鉄心１６０を介して冷却水路１０６へ直接伝熱するか、固定子鉄心１６０から更に高熱伝導性樹脂１９０を介して冷却水路１０６へ伝熱する。

一方、反温度検出素子取り付け側の固定子コイル１６５の熱の伝熱経路は、図４に示すようになる。つまり、固定子コイル１６５から、固定子コイル１６５の高熱伝導性樹脂１９０と接触する部分又は固定子鉄心１６０へと、図４の矢印の向きに伝熱する。これらの熱は、最終的に冷却水路１０６へ伝熱する。

このように構成することにより、反温度検出素子部取り付け側のコイルエンドの温度が常に低くなり、固定子コイル１６５の最も温度が高くなる部位に温度検出素子１８０を取り付けることができる。

上記の説明では固定子コイル１６５の温度検出素子１８０が取り付けられた部分の周囲を空隙としたが、この空隙に高熱伝導性樹脂１９０より熱伝導率の低い樹脂を充填しても良い。このように構成した場合、固定子コイル１６５の全周を樹脂でモールドすることができ、耐振動性や絶縁性を向上させることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

１００ 回転電機
１０５ フレーム
１０６ 冷却水路
１１０ リヤケース
１２０ レゾルバカバー
１６１ 電磁鋼板
１６２ スロット
１６３ ティース
１６４ コアバック
１６５ 固定子コイル
１７０ 絶縁紙
１８０ 温度検出素子
１９０ 高熱伝導性樹脂
２０５ ロータ軸
２５０、２６０ ボールベアリング
２７０ レゾルバ

Claims (2)

1. フレームと、前記フレームに締まり嵌めにより固定された固定子と、前記固定子の内周側に回転可能に配置された回転子を備え、前記固定子は多数のスロットが形成された固定子鉄心を有し、前記固定子鉄心は電磁鋼板が複数枚積層されて構成され、前記スロットに固定子コイルが絶縁材を介して巻回され、前記フレームの内径側端面と外径側端面との間に冷却水路が配設された回転電機において、
   温度検出素子が前記固定子コイルのコイルエンドの表面に取り付けられ、
   温度検出素子取り付け側のコイルエンドと前記フレームとの間は空隙であり、
   反温度検出素子取り付け側のコイルエンドと前記フレームとの間の空隙には、空気の熱伝導率より高い熱伝導率の樹脂が充填され、
   前記温度検出素子が接している前記固定子コイルの表面から前記冷却水路までの熱抵抗が、前記温度検出素子が接していない前記固定子コイルの表面から前記冷却水路までの熱抵抗よりも大きい回転電機。
2. 前記温度検出素子取り付け側のコイルエンドと前記フレームとの間の空隙に、前記樹脂より熱伝導率の低い樹脂を充填した回転電機。