JP2016111833A - 回転電機のステータ - Google Patents

Abstract

【課題】温度検出素子による温度計測の応答性を向上することができる回転電機のステータを提供する。
【解決手段】本発明に係る回転電機のステータ１０は、ステータコア１１に装着されるコイル１２と、コイル１２の温度を検出するための温度検出部品１３と、を備える。温度検出部品１３は、コイル１２に電気的に接続される線状の温度検出用導体１８と、温度検出用導体１８に直接接触するように装着される温度検出素子１９と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のステータに関する。

従来から、電動機や発電機等の回転電機に用いられるステータが公知である（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のステータは、コイルの温度を検出するために、サーミスタ等の温度検出素子を備えている。この特許文献１に記載のステータでは、温度検出素子と計測対象との密着性を高めて、温度検出素子による温度計測の応答性を向上させるために、温度検出素子が計測対象によって挟み込まれている。

特開２０１１−４４９６号公報

従来のステータでは、一般的に、サーミスタ等の温度検出素子は樹脂製の保護部材によって覆われている。このため、温度検出素子と計測対象との間に保護部材が介在して、温度検出素子による温度計測の応答性を低下させているという問題があった。

そこで、本発明は、温度検出素子による温度計測の応答性を向上することができる回転電機のステータを提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機のステータは、コイルの温度を検出するための温度検出部品を備える。この温度検出部品は、前記コイルに電気的に接続される線状の温度検出用導体と、前記温度検出用導体に直接接触するように装着される温度検出素子と、を有する。

本発明に係る回転電機のステータでは、コイルに温度検出用導体が電気的に接続され、この温度検出用導体と温度検出素子との間に保護部材や接着剤等の介在物が介在していない。このようにすることにより、温度検出素子の計測値を、コイルの実温度の変化にほぼ遅れなく追従させることができる。従って、本発明に係る回転電機のステータによれば、温度検出素子による温度計測の応答性を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る回転電機のステータの斜視図である。 第１実施形態に係るステータに用いられる温度検出部品の斜視図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 第１実施形態の第１の変形例に用いられる温度検出部品の斜視図である。 第１実施形態の第２の変形例に用いられる温度検出部品の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る回転電機のステータの斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面とともに詳述する。

［第１実施形態］
第１実施形態に係る回転電機のステータ１０Ａは、電動機（モータ）や発電機（ジェネレータ）等の回転電機（回転電気機械）に用いられるものである。また、このステータ１０Ａは、三相交流用の回転電機に用いられるものである。

図１に示すように、ステータ１０Ａは、ステータコア（ステータ本体）１１に装着されるコイル１２Ａと、コイル１２Ａの温度を検出するための温度検出部品１３と、を備える。

ステータコア１１は、薄い鋼鈑を軸方向に積層して筒状に形成したものである。このステータコア１１は、円筒状の本体部１４と、本体部１４の内周から半径方向内側に延在する複数のティース１５と、を有する。ステータコア１１の周方向で隣り合うティース１５の間に、コイル１２Ａを収容するスロット１６が形成される。

コイル１２Ａは、ステータコア１１のティース１５に導線１７（図２参照）を複数回巻き回して形成されている。コイル１２Ａの導線１７は、例えば銅やアルミニウム等の金属製の丸導体に絶縁被膜を被覆して形成される。そして、スロット１６に収容されたコイル１２Ａは、コイル１２Ａの全体の絶縁及び形状の保持のために、ワニスによって被覆される。

第１実施形態では、温度検出部品１３は、コイル１２Ａのコイルエンド部分に配置され接続されている。

図２から図４に示すように、温度検出部品１３は、コイル１２Ａの導線１７に電気的に接続される線状の温度検出用導体１８と、温度検出用導体１８に直接接触するように装着される温度検出素子１９と、を有する。

温度検出用導体１８は、温度検出素子１９の取付面１８ａが平面に形成されている。また、温度検出用導体１８の材料は、コイル１２Ａを形成する導線１７の材料と同一種類の材料である。すなわち、温度検出用導体１８は、例えば銅やアルミニウム等の金属製の平角導体に絶縁被膜を被覆して形成される。温度検出用導体１８の大きさは、取付面１８ａの幅が例えば２〜３ｍｍ程度である。そして、温度検出用導体１８は、導線１７の断面積とは異なる断面積を有する。本実施形態では、温度検出用導体１８の断面積は、コイル１２Ａを形成する導線１７の断面積よりも大きい。

第１実施形態では、温度検出用導体１８の長手方向の両端部は、電気的接続部２０を介してコイル１２Ａの導線１７に電気的に接続されている。電気的接続部２０の材料は、導線１７の丸導体の材料と同一種類の材料である。すなわち、電気的接続部２０は、例えば銅やアルミニウム等の金属材料により形成される。

電気的接続部２０は、温度検出用導体１８に電気的に接続される第一接続部２１と、コイル１２Ａの導線１７に電気的に接続される第二接続部２２と、第一接続部２１と第二接続部２２とを接続する中間接続部２３と、を有する。第一接続部２１は、温度検出用導体１８を挿通可能な挿通部２１ａを有することにより四角枠状に形成され、例えば溶接等によって温度検出用導体１８に接合される。第二接続部２２は、コイル１２Ａの導線１７を挟持可能な挟持部２２ａを有することによりＵ字形状に形成され、例えば溶接等によってコイル１２Ａの導線１７に接合される。

コイル１２Ａの導線１７と電気的接続部２０との接続は、例えば次の手順で行われる。

まず、コイル１２Ａの導線１７を電気的接続部２０の先端部に設けられた第二接続部２２（挟持部２２ａ）に挟み込む。次に、導線１７が挟み込まれた第二接続部２２を、圧着通電カシメ機の電極(図示せず)で挟んで圧力をかけながら通電カシメすることにより、導線１７が第二接続部２２に圧着されて電気的に接続される。そして、図２中に二点鎖線で示される２つの電気的接続部２０の間に挟まれた導線１７の部分は、切断され除去されて、温度検出部品１３が導線１７の途中に直列に接続される。

２つの電気的接続部２０の間に挟まれた導線１７の部分は、切断されず、残されていて、温度検出部品１３が導線１７の途中に並列に接続されていてもよい。このようにすることにより、ステータ１０Ａへの温度検出部品１３取付の工程を少なくすることができる。

電気的接続部２０は、電気的な絶縁性を有する絶縁部材（絶縁チューブ）２４によって覆われている。この絶縁部材２４は、コイル１２Ａにおける温度検出部品１３が接続されたコイルエンド部分を覆うものである。絶縁部材２４は、本実施形態に限定されず、電気的接続部２０のみを覆うものであってもよい。

前記温度検出素子１９は、本実施形態では、周囲の温度に応じて電気抵抗が変化する抵抗体からなるサーミスタである。この温度検出素子１９による温度計測結果は、リード線２５を介して、図示しない制御装置に出力されるようになっている。温度検出素子１９は、本実施形態に限定されず、熱電対等の他の温度検出素子であってもよい。

温度検出素子１９、及び、温度検出用導体１８における温度検出素子１９が装着された部分は、保護部材２６によって覆われている。この保護部材２６は、電気的な絶縁性を有し、且つ、温度検出素子１９よりも耐熱性及び耐衝撃性に優れる材料により形成される。具体的には、保護部材２６は、接着剤、樹脂モールド材料、熱収縮チューブ等から構成される。本実施形態では、温度検出素子１９と温度検出用導体１８との間には接着剤等が介在しておらず、保護部材２６は、温度検出用導体１８に対して保持する機能、温度検出用導体１８との密着状態を維持する機能も有する。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）本実施形態に係る回転電機のステータ１０Ａは、ステータコア１１に装着されるコイル１２Ａと、コイル１２Ａの温度を検出するための温度検出部品１３と、を備える。温度検出部品１３は、コイル１２Ａに電気的に接続される線状の温度検出用導体１８と、温度検出用導体１８に直接接触するように装着される温度検出素子１９と、を有する。

コイル１２Ａに温度検出用導体１８が電気的に接続され、この温度検出用導体１８と温度検出素子１９との間に保護部材や接着剤等の介在物が介在していない。このようにすることにより、温度検出素子１９の計測値を、コイル１２Ａの実温度の変化にほぼ遅れなく追従させることができる。従って、温度検出素子１９によるコイル１２Ａの温度計測の応答性を向上することができる。

また、温度検出素子１９が温度検出用導体１８に装着され、この温度検出用導体１８がコイル１２Ａに電気的に接続されている。このようにすることにより、温度検出素子１９をコイル１２Ａに実装する作業をステータ１０Ａの組立工程外で実施することができ、温度検出素子１９の取付作業性も向上することができる。

（２）本実施形態に係る回転電機のステータ１０Ａは、温度検出素子１９、及び、温度検出用導体１８における温度検出素子１９が装着された部分を少なくとも覆う保護部材２６を備える。保護部材２６は、電気的な絶縁性を有し、且つ、温度検出素子１９よりも耐熱性及び耐衝撃性に優れる材料により形成されている。

温度検出素子１９、及び、温度検出用導体１８における温度検出素子１９が装着された部分が保護部材２６によって覆われている。このようにすることにより、温度検出素子１９の保護、及び、温度検出素子１９と温度検出用導体１８との密着状態の維持を共に達成することができる。

（３）コイル１２Ａは、ステータコア１１のティース１５に導線１７を巻き回して形成され、温度検出用導体１８は、導線１７の断面積とは異なる断面積を有する。温度検出用導体１８の長手方向の両端部の内の少なくとも一端部は、電気的接続部２０を介して導線１７に電気的に接続されている。

温度検出用導体１８に接続される導線１７の断面積と温度検出用導体１８の断面積とが異なる。このようにすることにより、導線１７と温度検出用導体１８との間に抵抗の差異を生じさせることができ、温度検出素子１９が装着された温度検出用導体１８の発熱量がコイル１２Ａを形成する導線１７の発熱量とは異なるように調整することができる。

また、温度検出用導体１８を電気的接続部２０によって、コイル１２Ａを形成する導線１７に電気的に接続する。導線１７の断面積と温度検出用導体１８の断面積との相違を電気的接続部２０によって調整することができ、温度検出素子１９とコイル１２Ａとの位置関係や、導線１７の断面積と温度検出用導体１８の断面積との相違に起因する影響を最小限に抑えることができる。

例えば、温度検出用導体１８に接続される導線１７の断面積を温度検出用導体１８の断面積よりも大きくすることにより、温度検出用導体１８がコイル１２Ａ（導線１７）よりも高温になるように調整することができる。温度検出用導体１８の温度がコイル１２Ａ（導線１７）の温度よりも高くなるように調整することにより、温度検出素子１９によるコイル１２Ａの温度の検出感度を高めることができる。例えば、複数本の導線１７を同相のコイル１２Ａから引き出して電気的接続部２０に接続することにより、温度検出用導体１８に接続される導線１７の断面積を増やすことができる。

（４）電気的接続部２０は、電気的な絶縁性を有する絶縁部材２４によって覆われていてもよい。

電気的接続部２０が絶縁部材２４によって覆われていることにより、電気的接続部２０の絶縁性を確保することができ、高応答で安定した温度計測を維持することができる。

（５）温度検出用導体１８の材料は、コイル１２Ａの材料と同一種類の材料である。

温度検出用導体１８が、コイル１２Ａの材料と同一種類の材料から構成されることにより、温度検出素子１９の計測値を、コイル１２Ａの実温度の変化にほぼ遅れなく追従させることができる。

［第１実施形態の変形例］
第１実施形態の第１の変形例では、図５に示すように、温度検出部品１３は、電源線２７の配索部分の途中に配置され接続されており、温度検出用導体１８の長手方向の両端部が、電気的接続部２０を介してコイル１２Ａの導線１７に電気的に接続されている。

第１実施形態の第２の変形例では、図６に示すように、温度検出用導体１８の一端部が電気的接続部２０に接続され、他端部はステータ１０Ａの端子２８に接続されている。この第２の変形例では、ステータ１０Ａの端子２８が、温度検出用導体１８の端部をコイル１２Ａに電気的に接続する「電気的接続部」として機能する。このようにすることにより、電気的接続部２０をコイル１２Ａに取り付ける溶接工程を１回で済ませることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。

第２実施形態に係る回転電機のステータ１０Ｂでは、コイル１２Ｂは、複数のセグメントコイルを接続して構成されている。このコイル１２Ｂを形成するセグメントコイルは、例えば銅やアルミニウム等の金属製の平角導体に絶縁被膜を被覆して形成される。

第２実施形態では、前記温度検出用導体は、複数のセグメントコイルの内の一つのセグメントコイルであり、このセグメントコイルに、温度検出素子１９が直接接触するように装着されている。また、温度検出素子１９、及び、セグメントコイルにおける温度検出素子１９が装着された部分は、保護部材２６によって覆われている。

温度検出素子１９が、複数のセグメントコイルの内の一つのセグメントコイルに直接接触するように装着されている。このようにすることにより、温度検出素子１９をコイル１２Ｂ（セグメントコイル）に密着実装する作業をステータ１０Ｂの組立工程外で実施することができ、温度検出素子１９の取付作業性を向上することができる。

ところで、本発明の回転電機のステータは前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

１０ ステータ
１１ ステータコア
１２ コイル
１３ 温度検出部品
１５ ティース
１７ 導線
１８ 温度検出用導体
１９ サーミスタ（温度検出素子）
２０ 電気的接続部
２４ 絶縁部材
２６ 保護部材
２８ ステータの端子（電気的接続部）

Claims (6)

1. ステータコアに装着されるコイルと、前記コイルの温度を検出するための温度検出部品と、を備え、
   前記温度検出部品は、前記コイルに電気的に接続される線状の温度検出用導体と、前記温度検出用導体に直接接触するように装着される温度検出素子と、を有する
   ことを特徴とする回転電機のステータ。
2. 前記温度検出素子、及び、前記温度検出用導体における前記温度検出素子が装着された部分を少なくとも覆う保護部材を備え、
   前記保護部材は、電気的な絶縁性を有し、且つ、前記温度検出素子よりも耐熱性及び耐衝撃性に優れる材料により形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 前記コイルは、前記ステータコアのティースに導線を巻き回して形成され、
   前記温度検出用導体は、前記導線の断面積とは異なる断面積を有し、
   前記温度検出用導体の長手方向の両端部の内の少なくとも一端部は、電気的接続部を介して前記導線に電気的に接続されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のステータ。
4. 前記電気的接続部は、電気的な絶縁性を有する絶縁部材によって覆われている
   ことを特徴とする請求項３に記載の回転電機のステータ。
5. 前記温度検出用導体の材料は、前記コイルの材料と同一種類の材料である
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の回転電機のステータ。
6. 前記コイルは、複数のセグメントコイルを接続して構成され、
   前記温度検出用導体は、前記複数のセグメントコイルの内の一つのセグメントコイルであり、このセグメントコイルに、前記温度検出素子が直接接触するように装着されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のステータ。

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