JP2015053814A

JP2015053814A - 回転電機

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Publication number: JP2015053814A
Application number: JP2013185855A
Authority: JP
Inventors: 智宏別所; Tomohiro Bessho; 中村　成志; Seiji Nakamura; 成志中村; 井上　正哉; Masaya Inoue; 正哉井上; 篤史坂上; Atsushi Sakagami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2015-03-19
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: JP5693686B2

Abstract

【課題】この発明は、簡単な取付け作業で温度センサの温度検知部をコイルに対して安定かつ高精度に取り付けることができる回転電機を提供するものである。
【解決手段】回転子と、内周側に複数のスロットとティース部とを設けた固定子コアおよび固定子コアの複数のスロットに配置された複数の固定子コイルとを含む固定子と、前記固定子コイルの軸方向端部において形成したコイルエンド上に設置され、複数のコイルエンドのコイル端末間で同電位部同士を電気的に接続し、給電部と電気的に接続する複数の結線部および複数の結線部間を電気的に絶縁する樹脂性部材からなるホルダとからなる結線板と、温度センサ素子部および温度検知部とからなる温度センサとを有する回転電機であって、温度センサは、ホルダに対して弾性的に取付けられ、温度センサの温度検知部は、固定子コイルのコイルエンド部においてコイル側面に当接しているものである。
【選択図】図８

Description

この発明は、例えば回転電機、特に温度センサによる固定子コイルの温度管理を必要とする回転電機に関するものである。

ＥＶ（電気自動車）用あるいはＨＥＶ（ハイブリッド自動車）用に使用される回転電機は、小型高出力が求められることから回転電機の発熱密度は向上し、発熱により回転電機が損傷する恐れがある。このため、回転電機の温度を高い感度と安定性で検知する構造を高い生産性で実現する必要がある。

従来の回転電機として、例えば特許文献１に記載された回転電機では、温度検出装置が、回転電機のコイルを構成する発熱体である線状導体に当接する位置に配置され、当該線状導体の温度を検出する温度センサと、線状導体及び温度センサの外周を囲むように配置される包囲部材とにより構成され、包囲部材を加熱により膨張硬化させて、線状導体と温度センサを当接させている。

また、他の従来の回転電機として、例えば特許文献２に記載された回転電機では、複数の発熱体が集合する基板上で、発熱体であるコイルを接続するターミナルの近傍に温度検知素子を配置している。

特開２０１２−５７９８０号公報特開平１１−２３４９６４号公報

上述した従来の特許文献1に記載された回転電機は、サーミスタの取付け構造であり、回転電機のコイルを構成する発熱体である線状導体に包囲部材を通し、その後に温度センサをさらに通す必要があり、かつ、加熱により膨張硬化するまで温度センサと包囲部材を正しい位置に規制する必要がある。このため、サーミスタを正しく取り付けるための作業性が悪いという問題点があった。

また、特許文献２に記載された回転電機は、サーミスタの取付け構造であり、温度検知素子はコイルを接続するターミナルの近傍に配置され、発熱体であるコイルに直接当接していないために、発熱体であるコイルの温度変化に対する感度が鈍いという問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転電機、特に固定子コイルの温度を高い感度と安定性で検知する構造を高い生産性で実現することができる回転電機を提供するものである。

この発明に係わる回転電機は、回転軸に回転自在に取り付けられて固定された回転子と、前記回転子と前記回転軸の径方向に所定の間隔を設けて対向し、内周側に複数のスロットとティース部とを設けた固定子コアおよび前記固定子コアの複数の前記スロットに配置され、互いに径方向に重なりながら円環状に配列した複数の固定子コイルとを含む固定子
と、前記固定子コイルの前記固定子コアの前記回転軸の軸方向端部において形成したコイルエンド上に設置され、複数の前記コイルエンドのコイル端末間で同電位部同士を電気的に接続し、給電部と電気的に接続する複数の結線部および前記結線部を所定の位置に固定するとともに複数の前記結線部間を電気的に絶縁する樹脂性部材からなるホルダとからなる結線板と、温度センサ素子部および温度検知部とからなる温度センサと、を有する回転電機であって、前記温度センサは、前記ホルダに対して弾性的に取付けられ、前記温度センサの温度検知部は、前記固定子コイルの前記コイルエンド部においてコイル側面に当接しているものである。

この発明に係わる回転電機によれば、結線板に温度センサ取り付け部を設けることで、簡単な取付け作業で温度センサの温度検知部をコイルに対して安定かつ高精度に取り付けることができる回転電機を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す片側断面図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子および結線板周りを示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子コアを示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子コアを示す要部拡大図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子コイルを示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機における結線板周りを示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機における結線板周りを示す平面図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す図７の矢視Ａから見た正面図である。この発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す図７のＢ−Ｂ線における断面図である。この発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す片側断面図である。この発明の実施の形態２に係わる回転電機における固定子および結線板周りを示す正面図である。この発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す図１１のＣ−Ｃ線における断面図である。この発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す図１２のＤ−Ｄ線における断面図である。この発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す図１２のＥ−Ｅ線における断面図である。この発明の実施の形態３に係わる回転電機を示す図１２に相当する断面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１〜図９に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す片側断面図である。図２はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子および結線板周りを示す斜視図である。図３はこの発明の実
施の形態１に係わる回転電機における固定子コアを示す斜視図である。図４はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子コアを示す要部拡大図である。図５はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機における固定子コイルを示す斜視図である。図６はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機における結線板周りを示す斜視図である。図７はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機における結線板周りを示す平面図である。図８はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す図７の矢視Ａから見た正面図である。図９はこの発明の実施の形態１に係わる回転電機を示す図７のＢ−Ｂ線における断面図である。

これら各図において、回転子１は、回転軸２周りに回転自在に固定されている。固定子３は、回転子１に対して回転軸２周り径方向に所定の間隔を空けて設けられた固定子コア４と、固定子コア４に巻回された線条導体からなる複数の固定子コイル５とを有する。複数の固定子コイル５は、互いに径方向に重なりながら、周方向に円環状に配置されている。結線板６は、固定子コイル５の回転軸２の軸方向端に設けられており、複数の固定子コイル５と電気的に接続されている。

固定子コア４は、回転軸２の軸方向に積層された鋼板からなり、内周側に複数のスロット４ａおよびティース部４ｂとを設けており、固定子コイル５は、複数のスロット４ａを通ってティース部４ｂの周りを巻回されている。

固定子コイル５は、断面長方形の銅線からなり、回転電機の径方向が短手方向になる向きで成形されている。固定子コイル５は、固定子コア４の複数のスロット４ａに整列して挿入されるスロット挿入部５ａと、固定子コア４の回転軸２の軸方向端面より外側に突出したコイルエンド部５ｂと、コイルエンド部５ｂの中に含まれる内周側コイル線端５ｃおよび外周側コイル線端５ｄからなる。内周側コイル線端５ｃは、スロット４ａの挿入部では最内周位置に配置され、外周側コイル線端５ｄは、スロット４ａの挿入部では最外周位置に配置されている。固定子コイル５のコイルエンド部５ｂは、複数の屈曲部５ｅとそれ以外の直線部５ｆで構成される。

結線板６は、複数の固定子コイル５のコイルエンド部５ｂ同士で互いに同電位である内周側コイル線端５ｃあるいは外周側コイル線端５ｄを電気的に接続する結線部６ａと、外部から電気を供給する給電部６ｂと、結線部６ａおよび給電部６ｂを所定の位置に固定し、互いにもしくは外部と電気的に絶縁するためのホルダ６cとから構成されている。

ホルダ６ｃは、絶縁性を有する樹脂部材によって構成され、コイルエンド部５ｂの外周側コイル先端５ｄと結線部６ａとをつなぐ接続部の外周側に、温度センサ７を取り付けるセンサホルダ６ｃ１が形成されている。

センサホルダ６ｃ１は、軸方向に貫通した穴であり、温度センサ７と嵌合する形状をしているとともに、センサホルダ６ｃ１の内側には温度センサ７と当接する弾性部６ｃ２が設けられている。

温度センサ７は、温度検知部７ｃを内包する温度センサ素子部７ａと、検知した信号を外部に伝達する信号線７ｂからなる。温度センサ素子部７ａは、センサホルダ６ｃ１に軸方向から挿入され、コイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄの直線部５ｆに外周側から当接している。

温度センサ７は、センサホルダ６ｃ１に軸方向から挿入することで、弾性部６ｃ２を弾性的に変形させ、径方向に発生した応力によって温度センサ素子部７ａの特に温度検知部７ｃ近傍をコイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄに対して押し付けながら当接して
おり、温度センサ素子部７ａとコイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄとの隙間は絶縁性の樹脂部材８によって接着固定されている。なお、１０１はベアリングであり、１０２はハウジングである。

このような構成によれば、温度センサ７は、弾性部６ｃ２を弾性的に変形させ、径方向に発生した応力によって温度センサ素子部７ａの特に温度検知部７ｃ近傍をコイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄに対して押し付けられて当接するので、隙間なく安定的に当接することができる。

また、温度センサ７は、固定子コイル５の長方形断面の長手方向側面上に当接しており、かつコイル線は略直線状部位であることからコイル断面形状の歪みは小さく当接面形状は高い平面度を有しているため、温度センサ７と固定子コイル５のコイルエンド部５ｂは良好な当接状態を得ることができる。

また、温度センサ素子部７ａはホルダ６ｃに対して取り付けられる一方で、コイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄは温度センサ素子部７ａとの近傍で結線部６ａと接続されるため、コイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄは、結線部６ａを介してホルダ６ｃに対して位置決めされる。そのため、温度センサ７とコイルエンド部５ｂは精度良く互いに位置決めをすることができる。

また、温度センサ素子部７ａと固定子コイル５のコイルエンド部５ｂとの間は、樹脂部材８によって微小な形状差異による空隙を埋めて連通しているため、温度センサ素子部７ａとコイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄとの間の接触熱抵抗を下げることができ、かつ、接着によって安定的に温度センサ素子部７ａを固定子コイル５のコイルエンド部５ｂに対して固定することができる。

これにより、温度センサ７は、固定子コイル５のコイルエンド部５ｂに対して安定的に精度良く高い感度で取り付けることが可能となるとともに、当接荷重と接着によって、回転電機に加わる外力に対しても安定した当接を維持することができる。

また、軸方向からの挿入によって温度センサ７を固定子コイル５のコイルエンド部５ｂに押しあてながら当接させることができるので、ホルダを固定子コイルのコイルエンド部に巻きつける構造を取り付けたり、温度センサを固定子コイルのコイルエンド部間に挟み込む必要がなくなり、温度センサ７を安定かつ高精度に取り付けることができ、作業性を向上させることができるとともに生産性を向上させることができる。

また、温度センサ７は、固定子コイル５のコイルエンド部５ｂにおいてコイル側面であって、回転軸２の軸方向に略直線状に延伸している部位で当接しているのため、組立工程において、回転軸２の軸方向からの挿入で容易に温度センサ７を当接面に沿わせることができる。略直線状部は線の屈曲による変形が小さくコイル側面の面精度が良いため、温度センサ７の当接が良好である。

また、温度センサ７は、結線板６と電気的に接続する固定子コイル５のコイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄ近傍部に当接しているので、ホルダ６ｃは結線部６ａを位置決めし、外周側コイル線端５ｄは結線部６ａに位置を合わせて接続する。そのため、ホルダ６ｃに取り付けた温度センサ７は、この部位に対して高い位置決め精度が得られる。

また、固定子コイル５は、断面概楕円もしくは概長方形形状であり、温度センサ７は長手側側面に当接しているので、回転電機構造に最適化した断面形状の固定子コイルにおいて最大限熱を通す方向から当てることで、温度センサ７のセンサ感度を高く維持すること
ができる。

また、固定子コイル５は、温度センサ７との当接部において略平面を形成しているので、当接面が平らなため、温度センサ７と固定子コイル５のコイルエンド部５ｂ間は低い熱抵抗で安定的に当接される。

また、温度センサ７は、温度検知部７ｃにおいて、固定子コイル５のコイルエンド部５ｂに対して樹脂系材料によって連通しているので、接触熱抵抗が下がり温度センサ７のセンサ感度が上がると共に、取り付け状態が安定し、検知温度のばらつきが低減する。

また、温度センサ７は、回転軸２の軸方向からの挿入によって取り付けられ、かつ回転軸２の径方向の最外周に配置された固定子コイル５のコイルエンド部５ｂの外周側側面に当接しているので、作業性の良い軸方向からの温度センサ７の取り付けと、弾性的に温度センサ７を固定子コイル５のコイルエンド部５ｂに押し付ける構造によって、安定的に温度センサ７を固定子コイル５のコイルエンド部５ｂに当接させることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２を図１０〜図１４に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。図１０はこの発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す片側断面図である。図１１はこの発明の実施の形態２に係わる回転電機における固定子および結線板周りを示す正面図である。図１２はこの発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す図１１のＣ−Ｃ線における断面図である。図１３はこの発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す図１２のＤ−Ｄ線における断面図である。図１４はこの発明の実施の形態２に係わる回転電機を示す図１２のＥ−Ｅ線における断面図である。

この実施の形態２においては、回転電機の冷却のために、ハウジング１０２内に冷媒１０３を入れて、回転子１の回転によって冷媒１０３をハウジング１０２内で循環させて冷却する構造をとっている。この場合の冷媒１０３としてはエンジンオイルや空気などがある。これによって、ハウジング１０２内で局部的に高温になっている部位に冷媒１０３が当たって冷却され、効果的に冷却することができる構造となっている。しかしながら、温度センサ７は最外周に配置された固定子コイル５のコイルエンド部５ｂの外周側側面に当接しているため、冷媒１０３による冷却効果の影響を受ける。

温度センサ７の温度センサ素子部７ａは、弾性部として例えばばね１０によってセンサホルダ６ｃ１内で保持され、かつ固定子コイル５のコイルエンド部５ｂに対してある荷重で押し付けられながら当接している。センサホルダ６ｃ１は、温度センサ素子部７ａとの間に空隙Ｇを設けながら覆うように形成している。温度センサ７はコイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄの近傍で軸方向に延伸する直線部５ｆに当接されており、コイルエンド部５ｂの外周側コイル線端５ｄはそのまま屈曲することなく溶接部１１にて結線部６ａと溶接されている。

固定子コイル５は例えば丸線で形成され、コイルエンド部５ｂは回転軸２の径方向に平面をもつ断面扁平形状に成形されている。温度センサ７の温度センサ素子部７ａは、扁平に成形されたコイルエンド部５ｂ面に対して、外周側から当接している。

この構成によれば、弾性部としてばね１０を用いて弾性的に温度センサ７の温度センサ素子部７ａを固定子コイル５のコイルエンド部５ｂに当接させることで、より強固に当接し、温度検知を安定化させることができる。

また、軸方向に延伸する直線状部位であること、また、扁平に成形された平面部に当接させることから、温度センサ素子部７ａの取り付け位置ずれ特に軸方向に対して安定して温度検知ができるようになる。

また、温度センサ７の温度センサ素子部７ａはホルダ６ｃに対して取り付けられ、温度センサ素子部７ａが当接する固定子コイル５のコイルエンド部５ｂは近傍で結線部６ａに接続されることで位置決めされるが、結線部６ａはホルダ６ｃによって位置決めされている。さらには固定子コイル５のコイルエンド部５ｂは、温度センサ７との当接部から溶接部１１までの間で屈曲などの変形が存在しない。そのため、温度センサ７と固定子コイル５のコイルエンド部５ｂは、上述した実施の形態１よりもさらに精度良く互いに位置決めをすることができる。

また、センサホルダ６ｃ１は空隙Ｇを介して温度センサ７の温度検知部７ｃ周辺の温度センサ素子部７ａを覆う構造となっており、温度センサ７の温度検知部７ｃは、固定子コイル５以外の外部環境に対して断熱した形状となっている。

これにより、ホルダ６ｃは温度センサ７の温度センサ素子部７ａの温度検知部７ｃ周辺を覆った断熱構造を有しているので、冷媒１０３による対流の影響を抑制し、検知温度の外乱を小さく抑え検知温度を安定させることができる。

また、ホルダ６ｃの断熱構造は、温度センサ７の温度センサ素子部７ａを空隙Ｇを介して覆っているので、温度センサ７とホルダ６ｃ間を空気層で断熱することで、温度センサ７の検知温度の低下を防ぐことができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３を図１５に基づいて説明する。図１５はこの発明の実施の形態３に係わる回転電機を示す図１２に相当する断面図である。

この実施の形態３においては、センサホルダ６ｃ１と温度センサ７の温度センサ素子部７ａとの間に設けた空隙Ｇに、熱抵抗の大きな物質の充填材１２を充填した場合を示している。

この構成によれば、温度センサ７の温度センサ素子部７ａと周辺との断熱を確保しつつ、温度センサ７の温度センサ素子部７ａの固定を強固かつ安定にすることができる。そして、温度センサ７の温度センサ素子部７ａとホルダ６ｃとの間に設けた空隙Ｇに、熱抵抗の大きな物質の充填材１２を充填して断熱することで、温度センサ７の検知温度の低下を防ぐことができる。

なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

この発明は、結線板に温度センサ取り付け部を設けることで、簡単な取付け作業で温度センサの温度検知部をコイルに対して安定かつ高精度に取り付けることができる回転電機の実現に好適である。

１回転子、２回転軸、３固定子、４固定子コア、４ａスロット部、４ｂティース部、５固定子コイル、５ａスロット挿入部、５ｂコイルエンド部、５ｃ内周側コイル線端、５ｄ外周側コイル線端、５ｅ屈曲部、５ｆ直線部、６結線板、６ａ結線部、６ｂ給電部、６ｃホルダ、６ｃ１センサホルダ、６ｃ２弾性部、７温度センサ、７ａ温度センサ素子部、７ｃ温度検出部、８樹脂部材、１２充填材、１０１ベアリング、１０２ハウジング、１０３冷媒。

この発明に係わる回転電機は、回転軸に回転自在に取り付けられて固定された回転子と、前記回転子と前記回転軸の径方向に所定の間隔を設けて対向し、内周側に複数のスロットとティース部とを設けた固定子コアおよび前記固定子コアの複数の前記スロットに配置され、互いに径方向に重なりながら円環状に配列した複数の固定子コイルとを含む固定子と、前記固定子コイルの前記固定子コアの前記回転軸の軸方向端部において形成したコイルエンド上に設置され、複数の前記コイルエンドのコイル線端間で同電位部同士を電気的に接続し、給電部と電気的に接続する複数の結線部および前記結線部を所定の位置に固定するとともに複数の前記結線部間を電気的に絶縁する樹脂性部材からなるホルダとからなる結線板と、温度センサ素子部および温度検知部とからなる温度センサと、を有する回転電機であって、前記結線板の前記ホルダに前記コイルエンドの前記コイル線端の半径方向外方に延在して設けられ、前記温度センサが取り付けられる軸方向に貫通する貫通部を有し、内側に前記温度センサを前記コイルエンドの前記コイル線端側面に当接させる弾性部を有するセンサホルダを備え、前記温度センサは、前記センサホルダの前記貫通部に挿入され、前記温度センサの温度検知部は、前記センサホルダの弾性部を弾性的に変形させることにより前記固定子コイルの前記コイルエンド部において前記コイル線端側面に当接しているものである。

Claims

回転軸に回転自在に取り付けられて固定された回転子と、
前記回転子と前記回転軸の径方向に所定の間隔を設けて対向し、内周側に複数のスロットとティース部とを設けた固定子コアおよび前記固定子コアの複数の前記スロットに配置され、互いに径方向に重なりながら円環状に配列した複数の固定子コイルとを含む固定子と、
前記固定子コイルの前記固定子コアの前記回転軸の軸方向端部において形成したコイルエンド上に設置され、複数の前記コイルエンドのコイル端末間で同電位部同士を電気的に接続し、給電部と電気的に接続する複数の結線部および前記結線部を所定の位置に固定するとともに複数の前記結線部間を電気的に絶縁する樹脂性部材からなるホルダとからなる結線板と、
温度センサ素子部および温度検知部とからなる温度センサと、
を有する回転電機であって、
前記温度センサは、前記ホルダに対して弾性的に取付けられ、前記温度センサの温度検知部は、前記固定子コイルの前記コイルエンド部においてコイル側面に当接していることを特徴とする回転電機。
前記温度センサは、前記固定子コイルの前記コイルエンド部において前記コイル側面であって、前記回転軸の軸方向に略直線状に延伸している部位で当接していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記温度センサは、前記結線板と電気的に接続する前記固定子コイルの前記コイルエンド部のコイル線端近傍部に当接していることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
前記固定子コイルは、断面概楕円もしくは概長方形形状であり、前記温度センサは長手側側面に当接していることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機。
前記固定子コイルは、前記温度センサとの当接部において略平面を形成していることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
前記温度センサは、前記温度検知部において、前記固定子コイルに対して樹脂系材料によって連通していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の回転電機。
前記温度センサは、前記回転軸の軸方向からの挿入によって取り付けられ、かつ前記回転軸の径方向の最外周に配置された前記固定子コイルの前記コイルエンドの外周側側面に当接していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の回転電機。
前記固定子コイルの前記コイルエンドの外周側に冷媒が流通され、前記ホルダは前記温度センサ素子部の前記温度検知部周辺を覆った断熱構造を有していることを特徴とする請求項７に記載の回転電機。
前記ホルダの断熱構造は、前記温度センサ素子部を空隙を介して覆っていることを特徴とする請求項８に記載の回転電機。
前記空隙には熱抵抗の大きな物質の充填材を充填していることを特徴とする請求項９に記載の回転電機。