JP2013219913A

JP2013219913A - 回転電機

Info

Publication number: JP2013219913A
Application number: JP2012088239A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Ikemoto; 正幸池本; Taketo Takeuchi; 健登竹内
Original assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin AW Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】複数相の環状コイルの温度を正確に測定することを可能とする回転電機を提供することである。
【解決手段】回転電機８は、ステータコア１１のティース２８ａに巻回される各環状コイル１２と、各環状コイル１２を電気的に接続するＵＶ相中性点接続部材２４，Ｗ相中性点接続部材２６に接触するように設けられ、ＵＶ相中性点接続部材２４，Ｗ相中性点接続部材２６の温度を検出する温度センサ１４と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機に関する。

回転電機では、ステータに巻回される環状コイルに電流が流れると、環状コイルに熱が発生し、環状コイルの温度が上昇する。環状コイルの温度が所定温度以上に上昇すると、例えば、ステータを構成する部品の一部が熱により損傷する可能性がある。このため、例えば、環状コイルに接続される中性線に温度センサを接触させて、環状コイルの温度を検出し、検出温度が所定の温度以上になれば、ステータに巻回される環状コイルに供給する電流を遮断し、環状コイルの温度上昇を防止するといった対応が求められる。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、内周側に回転子を回転自在に収容する回転電機の固定子が開示されている。この回転電機の固定子は、固定子コアと、固定子コアに設置された固定子巻線と、固定子巻線の各相の中性点を電気的に接続する中性点端子と、温度検出素子と、中性点端子に設けられ、温度検出素子を覆う金属製の伝熱部と、を備えることが述べられている。

特開２００８−１３１７７５号公報

上記特許文献１では、３相回転電機において、温度検出素子を有する中性点端子の一方側には３相のうちの１相の環状コイルに接続され、他方側には残りの２相のうちの１相の環状コイルに接続される。例えば、温度検出素子を有する中性点端子の一方側にはＵ相の環状コイルが接続され、他方側にはＶ相の環状コイルが接続されている場合には、Ｗ相の環状コイルに集中して発熱すると、温度センサによって正確に温度を検出することができない。

本発明の目的は、複数相の環状コイルの温度を正確に測定することを可能とする回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、ステータコアのティースに巻回される複数相の環状コイルと、前記複数相の環状コイルを電気的に接続する複数の接続部に接触するように設けられ、前記複数の接続部の温度を検出する温度センサと、を備える。

また、本発明に係る回転電機において、前記複数の接続部は、前記複数相の環状コイルの中性点側の端部である各中性点端子に接続される複数の中性点接続部材であることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、前記複数相は、第１相と第２相と第３相を有する３相を含み、前記複数の中性点接続部材は、第１の中性点接続部材と第２の中性点接続部材とを含み、前記第１の中性点接続部材は、前記第１相の前記中性点端子に接続される一方端と、前記第２相の前記中性点端子に接続される他方端とを有し、前記第２の中性点接続部材は、前記第３相の前記中性点端子に接続される一方端と、前記第１の中性点接続部材の他方端に接続される他方端とを有し、前記温度センサは、前記第１の中性点接続部材と前記第２の中性点接続部材とに挟み込まれるように設けられることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、前記第１の中性点接続部材は、前記第１相の前記中性点端子と前記第２相の前記中性点端子との間に渡って伸びる第１の本体部と、前記第１の本体部から伸びる第１の延伸部と、を含み、前記第２の中性点接続部材は、前記第２相の前記中性点端子と前記第３相の前記中性点端子との間に渡って伸びる第２の本体部と、前記第２の本体部から伸びる第２の延伸部と、を含み、前記温度センサは、前記第１の延伸部と前記第２の延伸部とに挟み込まれるように設けられることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機において、前記第１の中性点接続部材は、前記第１相の前記中性点端子と前記第２相の前記中性点端子との間に渡って伸びる第１の本体部と、前記第１の本体部から伸びる第１の延伸部と、を含み、前記第２の中性点接続部材は、前記第２相の前記中性点端子と前記第３相の前記中性点端子との間に渡って伸びる第２の本体部と、前記第２の本体部から伸びる第２の延伸部と、を含み、前記温度センサは、前記第１の本体部と前記第２の本体部とに挟み込まれるように設けられることが好ましい。

本発明によれば、温度センサが複数相の環状コイルを電気的に接続する複数の接続部に接触するように設けられるため、複数の接続部の温度を検出することができる。これにより、複数相の環状コイルの温度を正確に測定することができる。

本発明に係る実施の形態において、ステータを備える回転電機を示す図である。本発明に係る実施の形態において、ステータコアを構成する複数の分割コアのティースに各コイルが巻回されている様子を示す拡大斜視図である。本発明に係る実施の形態において、各コイルの結線図である。本発明に係る実施の形態において、ステータの温度センサ、収納部及び中性点接続部材の周辺の拡大図である。本発明に係る実施の形態において、ステータの温度センサ、収納部及び中性点接続部材が各中性点端子に取り付けられている様子を示す図である。本発明に係る実施の形態において、ステータの第１変形例の温度センサ及び収納部の周辺の拡大図である。本発明に係る実施の形態において、ステータの第２変形例の温度センサ及び収納部の周辺の拡大図である。

以下に図面を用いて、実施の形態を詳細に説明する。同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、ステータ１０を備える回転電機８を示す図である。ステータ１０は、ステータコア１１と、各環状コイル１２（Ｕ相環状コイル１２Ｕ、Ｖ相環状コイル１２Ｖ及びＷ相環状コイル１２Ｗ）と、温度センサ１４と、固定部材１６と、各相入力端子接続部材（不図示）と、ＵＶ相中性点接続部材２４と、Ｗ相中性点接続部材２６とを備える。

図２は、ステータコア１１を構成する複数の分割コア２８のティース２８ａに各コイル３０が巻回されている様子を示す拡大斜視図である。複数の分割コア２８は、各ティース２８ａがステータ１０の径方向内側を向くように、ステータ１０の周方向に沿って環状に配置される。ステータ１０の使用時には、ステータ１０の径方向内側に、回転軸に固定されたロータ（不図示）を配置し、ステータ１０とロータとを径方向に対向させることでラジアル型の回転電機８を構成する。図２に示すように、複数の分割コア２８のティース２８ａにはコイル３０が巻回されている。コイル３０は、導電性及び熱伝導性に優れた金属、例えば、銅等で構成される。コイル３０は、両端部を除く周囲に、ポリアミドイミド等により構成されるエナメル樹脂等からなる絶縁部材によって被覆されている。各コイル３０の両端部は、各コイル３０同士を接続するために用いられる各接続端子３４としてコイルエンド３２上に引き出されている。

図３は、各コイル３０の結線関係を示す図である。本実施の形態においては、各コイル３０をＵ相コイル３０Ｕ、Ｖ相コイル３０Ｖ及びＷ相コイル３０Ｗに割り当てる。ここでは、Ｕ相コイル３０Ｕ、Ｖ相コイル３０Ｖ及びＷ相コイル３０Ｗの合計は１５個であるものとして説明するが、もちろん、その他の個数であってもよい。以下では、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５の各コイル３０がステータ１０の周方向に沿って並んでいるものとして説明する。

Ｕ相コイル３０Ｕは、Ｎｏ．３、Ｎｏ．６、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１５に対応する位置に配置される。そして、Ｕ相コイル３０ＵのＵ相接続端子３４ＵがそれぞれＵ相接続部材２０Ｕによって直列に接続されることで、ステータコア１１のティース２８に巻回されるＵ相環状コイル１２Ｕが形成される。このとき、Ｕ相環状コイル１２Ｕの一端はＵ相入力端子３６Ｕとして引き出され、Ｕ相環状コイル１２Ｕの他端はＵ相中性点端子３８Ｕとして引き出される。

Ｖ相コイル３０Ｖは、Ｎｏ．２、Ｎｏ．５、Ｎｏ．８、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１４に対応する位置に配置される。また、Ｗ相コイル３０Ｗは、Ｎｏ．１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．７、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３に対応する位置に配置される。これらについてもＵ相コイル３０Ｕと同様に、各Ｖ相コイル３０Ｖ及び各Ｗ相コイル３０ＷのＶ相接続端子３４Ｖ及びＷ相接続端子３４Ｗが夫々Ｖ相接続部材２０Ｖ、Ｗ相接続部材２０Ｗによって直列に接続されることで、ステータコア１１のティース２８に巻回されるＶ相環状コイル１２Ｖ、Ｗ相環状コイル１２Ｗが形成される。

各相入力端子接続部材（不図示）は、夫々の一方端がＵ相入力端子３６Ｕ、Ｖ相入力端子３６Ｖ及びＷ相入力端子３６Ｗに接続され、夫々の他方端が３相交流電力を出力するインバータ（不図示）に接続される。

ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６は、各コイル３０のコイルエンド３２上に配置される接続部材である。ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６は、導電性及び熱伝導性に優れた金属、例えば、銅等で構成される。ＵＶ相中性点接続部材２４は、一方端がＵ相中性点端子３８Ｕに接続され、他方端がＶ相中性点端子３８Ｖに接続される接続部材である。Ｗ相中性点接続部材２６は、一方端がＷ相中性点端子３８Ｗに接続され、他方端がＵＶ相中性点接続部材２４の他方端に接続される接続部材である。ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６には、温度センサ１４、固定部材１６が取り付けられている。以下において、それらの関係について説明する。

図４は、温度センサ１４及び固定部材１６が取り付けられたＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６の拡大斜視図である。図５は、温度センサ１４及び固定部材１６が取り付けられたＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６が各中性点端子３８に取り付けられている様子を示す図である。温度センサ１４は、各環状コイル１２を電気的に接続するＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６に接触するように取り付けられる。温度センサ１４は、ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６の温度を検出する温度検出素子と、当該温度検出素子を導電性及び熱伝導性に優れた金属、例えば銅等で覆う被覆部とを備える。温度検出素子として、例えば、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄等の酸化物を混合して焼結することにより形成され、温度と抵抗との線形性の関係を利用することで温度を検出するサーミスタを用いることができる。温度センサ１４は、略直方体形状を有している。

ＵＶ相中性点接続部材２４とＷ相中性点接続部材２６は、平角線形状を有している。ＵＶ相中性点接続部材２４は、Ｕ相中性点端子３８ＵとＶ相中性点端子３８Ｖとの間に渡って伸びる本体部２４ａと、本体部２４ａから略垂直方向に向かって略Ｓ字状に曲げられた延伸部２４ｂ，２４ｃを有する。延伸部２４ｂ，２４ｃは、本体部２４ａから略垂直方向に延びる第１延伸部２４１ｂ，２４１ｃと、第１延伸部２４１ｂ，２４１ｃから略水平方向に延びる第２延伸部２４２ｂ，２４２ｃと、第２延伸部２４２ｂ，２４２ｃから略垂直方向に延びる第３延伸部２４３ｂ，２４３ｃとを有する。また、Ｗ相中性点接続部材２６は、ＵＶ相中性点接続部材２４と同様の形状を有し、本体部２６ａと延伸部２６ｂ，２６ｃとを有する。ＵＶ相中性点接続部材２４の延伸部２４ｂの第３延伸部２４３ｂとＷ相中性点接続部材２６の延伸部２６ｂの第３延伸部２６３ｂとがＴＩＧ溶接等の溶接により接続される。そして、第１延伸部２４１ｂと第１延伸部２６１ｂとの間に形成される空間に温度センサ１４が挿入されることで、温度センサ１４が第１延伸部２４１ｂと第１延伸部２６１ｂによって挟み込まれる。すなわち、温度センサ１４は、ＵＶ相中性点接続部材２４とＷ相中性点接続部材２６に挟みこまれる。具体的には、温度センサ１４は、ＵＶ相中性点接続部材２４の本体部２４ａの第１延伸部２４１ｂと、Ｗ相中性点接続部材２６の本体部２６ａの第１延伸部２６１ｂに挟み込まれる。これにより、温度センサ１４は、ＵＶ相中性点接続部材２４の第１延伸部２４１ｂの表面とＷ相中性点接続部材２６の第１延伸部２６１ｂの表面とに接触する。

固定部材１６は、温度センサ１４及び温度センサ１４を挟んでいる第１延伸部２４１ｂ，２６１ｂを囲むように切り欠き或いは貫通孔が設けられている略直方体形状の固定部材である。固定部材１６は、予め形成された金型の内部に液状の樹脂を注入して硬化させることで、温度センサ１４と第１延伸部２４１ｂ，２６１ｂとを固定するように形成される。

続いて、回転電機８のステータ１０の作用について、図１〜図５を参照して説明する。温度センサ１４は、上述したようにＵＶ相中性点接続部材２４の第１延伸部２４１ｂの表面及びＷ相中性点接続部材２６の第１延伸部２６１ｂの表面に接触している。ここで、Ｕ相環状コイル１２ＵまたはＶ相環状コイル１２Ｖの温度が上昇すれば、Ｕ相環状コイル１２Ｕ及びＶ相環状コイル１２Ｖに電気的に接続されるＵＶ相中性点接続部材２４の温度が上昇するため、ＵＶ相中性点接続部材２４の第１延伸部２４１ｂの表面に接触する温度センサ１４によってその温度上昇を検知することができる。また、Ｗ相環状コイル１２Ｗの温度が上昇すれば、Ｗ相環状コイル１２Ｗに電気的に接続されるＷ相中性点接続部材２６の温度が上昇するため、Ｗ相中性点接続部材２６の第１延伸部２６１ｂの表面に接触する温度センサ１４によってその温度上昇を検知することができる。このように、温度センサ１４は、ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６の両方に接触しているため、Ｕ相環状コイル１２Ｕ、Ｖ相環状コイル１２Ｖ及びＷ相環状コイル１２Ｗの全ての相の温度上昇を検出することができる。

また、ステータ１０によれば、１つの温度センサ１４のみで、ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６の温度を検出しているため、ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６のそれぞれに対して温度センサ１４を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。

なお、上記ステータ１０において、温度センサ１４は各環状コイル１２を電気的に接続するＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６に接触するように取り付けられるものとして説明した。しかしながら、ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６の代わりに各環状コイル１２の長さを伸ばして電気的に接続している場合には、当該伸ばされた部分の各コイルに温度センサ１４が接触するように取り付けられるものとしてよい。

また、上記ステータ１０のステータコア１１は、複数の分割コア２８を用いて構成するものとして説明したが、その他の方法で構成してもよい。例えば、電磁鋼板等の金属板の積層体等により構成することができる。

図６は、ステータ１０の第１変形例において、温度センサ１４及び固定部材１６が取り付けられたＵＶ相中性点接続部材４０及びＷ相中性点接続部材４２の拡大斜視図である。ステータ１０の第１変形例とステータ１０との主な相違は、ＵＶ相中性点接続部材４０とＷ相中性点接続部材４２の形状である。なお、図６の温度センサ１４及び固定部材１６は、ＵＶ相中性点接続部材４０及びＷ相中性点接続部材４２の大きさ、形状に合わせて変更している。

ＵＶ相中性点接続部材４０は、Ｕ相中性点端子３８ＵとＶ相中性点端子３８Ｖとの間に渡って伸びる本体部４０ａと、本体部４０ａから略垂直方向に向かって伸びる延伸部４０ｂ，４０ｃを有する。延伸部４０ｂは、本体部４０ａから略垂直方向に延びる第１延伸部４０１ｂと、第１延伸部４０１ｂから斜め方向に延びる第２延伸部４０２ｂと、第２延伸部４０２ｂから略垂直方向に延びる第３延伸部４０３ｂとを有する。Ｗ相中性点接続部材４２は、ＵＶ相中性点接続部材４０と同じ形状を有し、本体部４２ａと延伸部４２ｂ，４２ｃとを有する。図６に示されるように、ＵＶ相中性点接続部材４０の延伸部４０ｂの第３延伸部４０３ｂとＷ相中性点接続部材４２の延伸部４２ｂの第３延伸部４２３ｂとがＴＩＧ溶接等の溶接により接続される。そして、第１延伸部４０１ｂと第１延伸部４２１ｂとの間に形成される空間に温度センサ１４が挿入されることで、温度センサ１４が第１延伸部４０１ｂと第１延伸部４２１ｂによって挟み込まれる。これにより、温度センサ１４は、ＵＶ相中性点接続部材４０の第１延伸部４２１ｂの表面とＷ相中性点接続部材４２の第１延伸部４２１ｂの表面とに接触する。したがって、ステータ１０と同様の効果を奏する。

図７は、ステータ１０の第２変形例において、温度センサ１４及び固定部材１６が取り付けられたＵＶ相中性点接続部材４４及びＷ相中性点接続部材４６の拡大斜視図である。ステータ１０の第２変形例とステータ１０との主な相違は、ＵＶ相中性点接続部材４４とＷ相中性点接続部材４６の形状である。なお、図７の温度センサ１４及び固定部材１６は、ＵＶ相中性点接続部材４４及びＷ相中性点接続部材４６の大きさ、形状に合わせて変更している。

ＵＶ相中性点接続部材４４は、Ｕ相中性点端子３８ＵとＶ相中性点端子３８Ｖとの間に渡って伸びる本体部４４ａと、本体部４４ａから略垂直方向に向かって伸びる延伸部４４ｂ，４４ｃを有し、略Ｕ字形状を有している。Ｗ相中性点接続部材４６は、ＵＶ相中性点接続部材４４と同じ形状を有し、本体部４４ａよりも長い本体部４６ａと、延伸部４４ｂ，４４ｃよりも長い延伸部４６ｂ，４６ｃとを有する。図７に示されるように、ＵＶ相中性点接続部材４４の延伸部４４ｂとＷ相中性点接続部材４６の延伸部４６ｂとがＴＩＧ溶接等の溶接により接続される。そして、本体部４４ａと本体部４６ａの間に形成される空間に温度センサ１４が挿入されることで、温度センサ１４が本体部４４ａと本体部４６ｂの間によって挟み込まれる。これにより、温度センサ１４は、ＵＶ相中性点接続部材４４の本体部４４ａの表面とＷ相中性点接続部材４６の本体部４６ａの表面とに接触する。したがって、ステータ１０と同様の効果を奏する。

８回転電機、１０ステータ、１１ステータコア、１２各環状コイル、１２ＵＵ相環状コイル、１２ＶＶ相環状コイル、１２ＷＷ相環状コイル、１４温度センサ、１６固定部材、２０ＵＵ相接続部材、２０ＶＶ相接続部材、２０ＷＷ相接続部材、２４，４０，４４ＵＶ相中性点接続部材、２６，４２，４６Ｗ相中性点接続部材、２４ａ，２６ａ，４０ａ，４２ａ，４４ａ，４６ａ本体部、２４ｂ，２４ｃ，２６ｂ，２６ｃ，４０ｂ，４０ｃ，４２ｂ，４２ｃ，４４ｂ，４４ｃ，４６ｂ，４６ｃ延伸部、２８分割コア、２８ａティース、３０各コイル、３０ＵＵ相コイル、３０ＶＶ相コイル、３０ＷＷ相コイル、３２コイルエンド、３４各接続端子、３４ＵＵ相接続端子、３４ＶＶ相接続端子、３４ＷＷ相接続端子、３６ＵＵ相入力端子、３６ＶＶ相入力端子、３６ＷＷ相入力端子、３８各中性点端子、３８ＵＵ相中性点端子、３８ＶＶ相中性点端子、３８ＷＷ相中性点端子、２４１ｂ，２４１ｃ，２６１ｂ，４０１ｂ，４２１ｂ第１延伸部、２４２ｂ，２４２ｃ，４０２ｂ第２延伸部、２４３ｂ，２４３ｃ，４０３ｂ第３延伸部。

Claims

ステータコアのティースに巻回される複数相の環状コイルと、
前記複数相の環状コイルを電気的に接続する複数の接続部に接触するように設けられ、前記複数の接続部の温度を検出する温度センサと、
を備える、回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記複数の接続部は、
前記複数相の環状コイルの中性点側の端部である各中性点端子に接続される複数の中性点接続部材である、回転電機。
請求項２に記載の回転電機において、
前記複数相は、第１相と第２相と第３相を有する３相を含み、
前記複数の中性点接続部材は、第１の中性点接続部材と第２の中性点接続部材とを含み、
前記第１の中性点接続部材は、前記第１相の前記中性点端子に接続される一方端と、前記第２相の前記中性点端子に接続される他方端とを有し、
前記第２の中性点接続部材は、前記第３相の前記中性点端子に接続される一方端と、前記第１の中性点接続部材の他方端に接続される他方端とを有し、
前記温度センサは、前記第１の中性点接続部材と前記第２の中性点接続部材とに挟み込まれるように設けられる、回転電機。
請求項３に記載の回転電機において、
前記第１の中性点接続部材は、前記第１相の前記中性点端子と前記第２相の前記中性点端子との間に渡って伸びる第１の本体部と、前記第１の本体部から伸びる第１の延伸部と、を含み、
前記第２の中性点接続部材は、前記第２相の前記中性点端子と前記第３相の前記中性点端子との間に渡って伸びる第２の本体部と、前記第２の本体部から伸びる第２の延伸部と、を含み、
前記温度センサは、前記第１の延伸部と前記第２の延伸部とに挟み込まれるように設けられる、回転電機。
請求項３に記載の回転電機において、
前記第１の中性点接続部材は、前記第１相の前記中性点端子と前記第２相の前記中性点端子との間に渡って伸びる第１の本体部と、前記第１の本体部から伸びる第１の延伸部と、を含み、
前記第２の中性点接続部材は、前記第２相の前記中性点端子と前記第３相の前記中性点端子との間に渡って伸びる第２の本体部と、前記第２の本体部から伸びる第２の延伸部と、を含み、
前記温度センサは、前記第１の本体部と前記第２の本体部とに挟み込まれるように設けられる、回転電機。