JP2013219937A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】液冷され得るコイルの温度を正しく検知できる回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機１０の液冷媒により液冷され得るコイル１５の温度を測定する温度測定部１８に位置しその温度測定部の温度を検出する温度センサ１９に、液冷媒が直接に接触することを抑制する断熱部材２１を配した。この構成によれば、液冷媒なる油等がかかる温度センサ１９は、断熱部材２１にて、油温の影響を防止できるため、コイル１５の温度をより正確に検知できる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイブリッド車両や電気自動車の駆動装置に用いられる電動モータや、ジェネレータ等の回転電機に関する。

従来、ハイブリッド車両や電気自動車の駆動装置には電動モータや、ジェネレータ等の回転電機が組み込まれている。このような回転電機においては使用時に大電流を流す必要があったり、エンジンの直近で使用されたりする等の理由により温度上昇においては不利な状況にある。即ち、ステータのコイルの温度が回転電機の各部温度の中で相当に高温となること、ステータのコイルの温度が所定のレベルを超えると、回転電機を構成する部品が熱劣化するおそれがある。

そのため、ステータのコイルの冷却等を十分に行う必要があり、その冷却手段として、液冷方式が存在し、例えば、液冷媒としては、駆動装置の潤滑用の油を利用して、その油をコイルにかけて、コイルを冷却している。

しかし、ステータのコイルに油をかけてステータのコイルへの冷却を施しても、ステータのコイルの温度が所定のレベルを超えて上昇してしまった場合に備え、ステータのコイルの温度を温度センサによって同時に監視し、温度上昇が発生したときには安全回路を作動させる等して適切に制御し安全性を確保することが重要である。

例えば特許文献１が開示する技術では、温度センサであるサーミスタは、温度測定部なるステータのコイルエンド部と隣接するコイルエンド部との隙間に挿入されている。

また、特許文献２が開示する技術では、固定子コアの固定子巻線の一部なる中性点端子に温度測定部なる金属製の伝熱部が設けられ、温度センサであるサーミスタはこの伝熱部に覆われている。

特開２００５−８６８８２号公報 特開２００８−１３１７７５号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示される技術では、コイルの温度を測定する温度測定部なるコイルエンド部あるいは金属製の伝熱部のいずれも、コイルを冷却する油がかかる。従って、その温度測定部に位置して、コイルの温度を検出する温度センサ（例えば、サーミスタ）にも冷却の油が直接的又は間接的にかかり、温度センサは、油温の影響を受けてしまう構造である。

即ち、特許文献１ではサーミスタは油温の影響が生じることになる。また特許文献２でも同様に、温度センサなるサーミスタが金属製の伝熱部に覆われていたとしても、油がかかった金属製の伝熱部の温度変化は速やかにサーミスタへ伝導され、油温の影響が生じることになる。

この様な従来の構造では、例えば、実際のコイルの温度測定部の温度が２００℃であっても、温度センサにも油がかかり、温度センサはその油温の影響を受けて、２００℃よりも低い温度を検知することになる。結果として、コイルの温度を正しく検知できない課題があった。

一方近年では、回転電機の性能向上を目的として、コイルをより密に巻く、あるいは、コイルを構成するコイル線は、断面形状が方形形状のものが使用とされている。具体的には、コイル線としては、エッジワイズコイル（Edge Width Coil）等の平角線が採用されており、断面形状が円形状の従来の一般的なコイル線よりも剛性が高いコイル線が採用されている。

従って、コイルをより密に巻く場合や断面形状が方形形状のコイル線を用いる場合には、コイルエンド部間に温度センサを配置するスペースが確保できず、温度センサを配置できない課題があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、特に駅冷媒により液冷され得るコイルの温度をより正確に検知でき得るようにした回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に係る回転電機は、液冷媒により液冷され得るコイルの温度を測定する温度測定部に位置しその温度測定部の温度を検出する温度センサに、前記液冷媒が直接に接触することを抑制する断熱部材を配したことを要旨とする。

上記課題を解決するため、請求項２に係る回転電機は、請求項１において、前記断熱部材は、高耐熱,耐油性を有する材料にて形成されていることを要旨とする。

上記課題を解決するため、請求項３に係る回転電機は、請求項１または２において、前記断熱部材に温度センサが内蔵されていることを要旨とする。

上記課題を解決するため、請求項４に係る回転電機は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記コイルを断面形状が方形形状のコイル線にて構成するとともに、そのコイルエンド部に前記温度測定部を形成したことを要旨とする。

上記課題を解決するため、請求項５に係る回転電機は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記コイルを断面形状が方形形状のコイル線にて構成するとともに、そのコイルの中性わたり線に前記温度測定部を形成したことを要旨とする。

上記課題を解決するため、請求項６に係る回転電機は、請求項１〜５の何れかにおいて、前記断熱部材は前記温度センサを取り巻く部位には空気層が形成されていることを要旨とする。

上記課題を解決するため、請求項７に係る回転電機は、請求項１〜６の何れかにおいて、前記断熱部材に前記温度センサを前記温度測定部へと案内する案内部を設けたことを要旨とする。

上記課題を解決するため、請求項８に係る回転電機は、請求項１〜７の何れかにおいて、前記断熱部材に前記温度センサを前記温度測定部方向に付勢する付勢部材を設けたことを要旨とする。

上記課題を解決するため、請求項９に係る回転電機は、請求項１〜８の何れかにおいて、前記断熱部材に前記温度測定部からの抜けを防止する抜け止め部を設けたことを要旨とする。

上記課題を解決するため、請求項１０に係る回転電機は、請求項１〜９の何れかににおいて、前記断熱部材に前記温度センサをインサート成型にて装着したことを要旨とする。

請求項１に係る回転電機の発明によれば、液冷媒なる油等がかかる温度センサは、断熱部材にて、油温の影響を防止でき得るため、コイルの温度をより正確に検知できる。

請求項２に係る回転電機の発明によれば、断熱部材の耐久性の向上も図ることができる。

請求項３に係る回転電機の発明によれば、その断熱部材を温度測定部に配置すれば、温度測定部への温度センサの取り付けも同時に行うことができる。

請求項４に係る回転電機の発明によれば、コイルを断面形状が方形形状なるコイル線にて形成した構成でも、温度センサを配置できる。

請求項５に係る回転電機の発明によれば、請求項４に係る発明と同様に、コイルを断面形状が方形形状なるコイル線にて形成した構成でも、温度センサを配置できる。

請求項６に係る回転電機の発明によれば、断熱性が向上し、前記温度センサへの油温の影響をより少なくできるため、コイルの温度をより正確に検知できるようになる。

請求項７に係る回転電機の発明によれば、その案内部にて、断熱部材を温度測定部に配置すれば、温度センサの温度測定部への取り付けの容易化を更に図ることができる。

請求項８に係る回転電機の発明によれば、温度センサは、温度測定部への熱的接触又は熱的密着性が優れるようになり、コイルの温度をより正確に検知できるようになる。

請求項９に係る回転電機の発明によれば、温度センサは、温度測定部からの抜けが防止されて、コイルの温度をより正確に検知することを継続できるようになる。

請求項１０に係る回転電機の発明によれば、請求項３に係る発明と同様に、その断熱部材を温度測定部に配置すれば、温度センサの温度測定部への取り付けも同時にできる。

本発明の実施の形態に係る回転電機の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るステータのコイルの部分を拡大して示した平面図である。 本発明の実施の形態における温度測定部の一例において、温度測定部に断熱部材を配する前の状態を示すも模式図である。 本発明の実施の形態における温度測定部の他の例において、温度測定部に断熱部材を配する前の状態を示す模式図である。 本発明の実施の形態における断熱部材の第１の例を示す模式図である。 本発明の実施の形態における付勢部材の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態における付勢部材の他の例を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態における断熱部材の第２の例を示す模式図である。 図８に示した断熱部材のＡ視図である。

本発明に係る実施形態を、図面を参照して以下に説明する。
図１は、回転電機１０の回転軸に垂直な断面を示し、回転電機１０は、回転軸であるシャフト１１と、シャフト１１に結合されるロータ１２と、図示しないケースに固定されるステータ１３とを含む。

ステータ１３は、たとえば電磁鋼板が積層されて形成されている。ステータ１３には１２ヵ所のティース部１４が設けられる。ステータ１３のティース部１４には、断面形状が方形形状のコイル線にて集中巻きしたコイル１５が配置されている。ステータ１３の内部の空洞にはロータ１２が回転自在に収容されている。

ロータ１２はたとえば電磁鋼板が積層されて形成され、この電磁鋼板に設けられた８個の空洞に永久磁石１６が配置されている。コイル１５に三相交流が加えられることにより、コイル１５と永久磁石１６との間に生ずる力によってロータ１２はシャフト１１の中心を回転軸として回転する。

回転電機１０は、図示しない冷却装置にて、コイル１５に液冷媒なる油をかけてコイル１５の温度上昇を抑制する。なお、回転電機１０はモータである場合を説明したが、ロータが外力によって回転されることによってステータのコイルに電気を発生させるジェネレータであってもよい。

コイル１５は、ステータ１３の１２個のティースに装着される１２個のコイルユニット１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇ，１５Ｈ，１５Ｉ，１５Ｊ，１５Ｋ，１５Ｌを有する。

図２は、図１におけるコイル１５のより詳細な構成を示す平面図であり、特に、コイルユニット１５Ｆとコイルユニット１５Ｇの導線巻き終り端部と中性点渡り線１７との結線部分を拡大して示す。コイルユニット１５Ｆのコイルエンド部１５Ｆ１から引き出された導線巻き終り端部１５Ｆ２と、コイルユニット１５Ｇのコイルエンド部１５Ｇ１から引き出された導線巻き終り端部１５Ｇ２とは、溶接される中性点渡り線１７にて電気的に連結されていることは、一般周知である。

次に、コイル１５の温度を測定する温度測定部１８の構成について説明する。コイル温度測定部１８は、コイル１５の温度を測定される個所であり、コイル１５とは熱的に接触関係を有すれば足りるものである。

従って、コイル１５の温度測定部１８は、コイルエンド部に設けた延在部又はコイルの中性点渡り線に設けた延在部とすることできる。このコイルエンド部に設けた延在部には、コイルユニットのコイルエンド部から引き出された導体部材、又は、各コイルユニットの導線端部なる例えば導線巻き始め部あるいは導線巻き終わり部から延在した延在部などが含まれる。

一方、中性点渡り線に設けた延在部には、中性点渡り線の一部を引き出して形成した延在部、又は中性点渡り線とは別の導体部材を取り付けて形成した延在部などが含まれる。なお、温度測定部１８は、１か所のみならず、必要に応じて増やすことは可能であり、その数も限定されるべきものではない。

温度測定部１８の一例として、コイル１５のコイルユニット１５Ｇのコイルエンド部１５Ｇ１から引き出された導線巻き終わり端部１５Ｇ２を延在させた延在部１５Ｇ３を温度測定部１８として形成した構成を模式図なる図３に示す。なお、この延在部１５Ｇ３は、導線巻き終わり端部１５Ｇ２とは、別部材の導体を導線巻き終わり端部１５Ｇ２に連結して形成することも可能である。

又、温度測定部１８の他の例として、中性点渡り線１７に設けた延在部１７Ａを温度測定部１８として形成した構成を模式図なる図４に示す。この延在部１７Ａも中性点渡り線１７自体にて形成又は中性点渡り線１７とは別の導体を中性点渡り線１７に連結して形成することも可能である。

次に、コイル１６の温度なる温度測定部１８の温度を検出する温度センサ１９の断熱構造を図５に基づいて、説明する。温度センサ１９は、温度測定部１８の温度を検出するサーミスタ２０を含み、そのサーミスタ２０には、コイル１５を冷却する油の油温の影響を受けないように断熱部材２１が設けられている。

その断熱部材２１は、サーミスタ２０を覆って、液冷媒なる油が温度センサ１９に直接に接触することを抑制して断熱するもので、耐熱及び耐油に優れた材料で覆うのが好ましく、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、又は６６ナイロンあるいは６ナイロン、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の樹脂を使用できるものである。

温度センサ１９は、サーミスタ２０を断熱部材２１に内蔵してアセンブリとして構成できるもので、インサート成形にてサーミスタ２０と断熱部材２１とを一体的に形成できる。サーミスタ２０が温度測定部１８の温度を検出するために、サーミスタ２０を温度測定部１８に位置できるように、サーミスタ２０を温度測定部１８へと案内する案内部なるガイド溝２２が断熱部材２１の底面から内方へ、サーミスタ２０の配置位置に向けて設けられている。

即ち、サーミスタ２０を温度測定部１８に装着するには、断熱部材２１のガイド溝２２に、温度測定部１８の先端を挿入し、そして温度測定部１８をガイド溝２２内方へと侵入させる。そして、温度測定部１８と、断熱部材２１内に配されたサーミスタ２０とは、コイル１５の温度を測定する所定の位置へと案内されて、サーミスタ２０が、油温の影響を受けることなく、コイル１５の温度を検出できる位置に装着できる。

なお、温度測定部１８の形状としては、断熱部材２１に配したガイド溝２２等のガイド手段に適合した形状が、装着性等においてより好ましいものである。

更に、図５、図６に示す如く、コイル１５の温度の検出精度の向上をめざして、サーミスタ２０を温度測定部１８との熱的接触を向上するために、サーミスタ２０を温度測定部１８方向へ付勢する付勢部材としてのばね機構２３が断熱部材２１の内部に設けられている。

なお、ばね機構２３の他、断熱部材２１を形成する樹脂自体が、図７に示す如く、サーミスタ２０を温度測定部１８方向へ付勢する程の弾性力を有するのであれば、その樹脂自体を付勢部材として利用可能である。

又、断熱部材２１は、図５に示す如く、サーミスタ２０を取り巻く部位には断熱層としての空気層を形成するために、ガイド溝２２から外方向へ所定距離離れた位置には、断熱部材２１の外表面とガイド溝２２及びサーミスタ２０との間に空気層を形成する溝部２４がガイド溝２２の長手方向と平行に設けられている。この空気層である溝部２４の存在にて、サーミスタ２０への断熱性が向上し、更に油温の影響を受けなくすることが可能となる。

なお、この溝部２４には、図６に示す如く、適宜リブ部２４Ａを設けて断熱部材２１の変形等に対する補強を施すことができるものである。

サーミスタ２０は、外部回路（図示略）とはリード線２０Ａにて電気的に接続されている。

更には、断熱部材２１には、図８に示す如く、温度測定部１８から温度センサ１９が抜けるのを防止する抜け止め部２５が形成されている。その抜け止め部２５は、図９に示す如く、コイル１６側なる例えば中性点渡り線１７の底面に中性点渡り線１７の幅方向両側から弾撥的に係合する一対の係合爪２５Ａを有する。この抜け止め部２５の存在にて、断熱部材２１を有した温度センサ１９は、温度測定部１８に対する保持力が向上する。

なお、図２等において、コイル１５の導線巻き終わり端部１５Ｆ２,１５Ｇ２等の巻線端部は、内周側から外周側に引出される例を示したが、例えば中性点渡り線１７をステータ１３の内周側に配置するような場合には、巻線端部はステータ１３の外周側から内周側に向けて引出されても良いことは明らかである。

又、図２等において、コイル１５は、集中巻きしたコイルの例を示したが、本発明は、集中巻きしたコイルの他、重ね巻きしたコイル、他の巻き方をしたコイルにも適用可能である。

また、複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組み合わせることが可能であることは、明らかである。

１０・・・回転電機、１３・・・ステータ、１５・・・コイル、１５Ｆ１,１５Ｇ１・・・コイルエンド部、１５Ｆ２,１５Ｇ２・・・導線巻き終わり端部、１５Ｇ３・・・コイルエンド部の延在部（温度測定部）、１７・・・中性点線渡り線、１７Ａ・・・中性点渡り線の延在部（温度測定部）、１８・・・温度測定部、２０・・・温度センサ（サーミスタ）、２１・・・断熱部材、２２・・・ガイド溝（案内部）、２３・・・ばね機構（付勢部材）、２４・・・溝部（空気層）、２５・・・抜け止め部。

Claims (10)

1. 液冷媒により液冷され得るコイルを有する回転電機において、
   前記コイルの温度を測定する温度測定部に位置しその温度測定部の温度を検出する温度センサに、前記液冷媒が直接に接触することを抑制する断熱部材を配した回転電機。
2. 請求項１において、前記断熱部材は、高耐熱,耐油性を有する材料にて形成されている回転電機。
3. 請求項１または２において、前記断熱部材に前記温度センサが内蔵されている回転電機。
4. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記コイルを断面形状が方形形状のコイル線にて構成するとともに、そのコイルエンド部に設けた延在部を前記温度測定部とした回転電機。
5. 請求項１〜３の何れかにおいて、前記コイルを断面形状が方形形状のコイル線にて構成するとともに、そのコイルの中性わたり線に設けた延在部を前記温度測定部とした回転電機。
6. 請求項１〜５の何れかにおいて、前記断熱部材は、前記温度センサを取り巻く部位には空気層を形成した回転電機。
7. 請求項１〜６の何れかにおいて、前記断熱部材に前記温度センサを前記温度測定部へと案内する案内部を設けた回転電機。
8. 請求項１〜７の何れかにおいて、前記断熱部材に前記温度センサを前記温度測定部方向に付勢する付勢部材を設けた回転電機。
9. 請求項１〜８の何れかにおいて、前記断熱部材に前記温度測定部からの抜けを防止する抜け止め部を設けた回転電機。
10. 請求項１〜９の何れかにおいて、前記断熱部材に前記温度センサをインサート成型にて装着した回転電機。

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