JP2017022820A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機のコイル温度の測定精度を向上させる。【解決手段】２組のＹ結線された三相のコイルの中性線を単一の中性線バスバー３２で構成する。中性線バスバー３２は、円弧形状のバスバー本体と、バスバー本体の長手方向に沿って所定間隔で配置され、各コイルとバスバー本体を接続する接続端子３６U1，３６V1，３６W1，３６U2，３６V2，３６W2とを有する。バスバー本体には、バスバー本体の端に最も近い位置に配置された接続端子３６W2と、次に近い位置に配置された接続端子３６W1の間の部分である端部分３８に収容穴４４が設けられ、その収容穴４４内に温度検出素子４６が圧入される。バスバー本体の端部分３８の断面積は、その他の部分である中央部分４０の断面積の二分の１である。【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機、特にコイル温度測定のための構成に関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。

回転電機において、三相の各コイルの一端を中性点で接続するＹ結線が知られている。下記特許文献１には、Ｕ相とＶ相のコイルを接続するＵＶ相中性点接続部材（２４）と、これを更にＷ相のコイルに接続するＷ相中性点接続部材（２６）が示されている。これらの接続部材によりコイルはＹ結線される。ＵＶ相中性点接続部材（２４）は、略Ｕ字状に曲げられた曲げ部（２４ｃ）を有し、Ｕ字の左右２辺に挟まれるように、コイル温度を検出するための温度センサ（１４）が配置されている。曲げ部（２４ｃ）で挟むことにより温度センサと検出対象の密着性を向上させている。なお、上記の（ ）内の符号は、下記特許文献１で用いられている符号であり、本願の実施形態で用いられる符号とは関連しない。

特開２０１３−２２５９５９号公報

温度検出部がコイル温度を正確に検出するためには、温度検出部をコイル導線等の検出対象に密着させるとともに、温度検出部が検出対象以外の物体と接触しないようにすることが重要である。検出対象以外の物体と接触すると、その物体からの受熱、その物体への放熱の影響を受け、検出対象の温度を正確に測定できない場合がある。

本発明は、温度検出部と検出対象を密着させ、また温度検出部が他の物体と接触する機会を減じるようにすることで、温度測定の精度を向上させることを目的とする。

本発明に係る回転電機は、Ｙ結線された三相のコイルを２組有する回転電機であって、２組のコイルの中性線となる単一のバスバー本体と、バスバー本体の長手方向に沿って所定間隔で配置され、各コイルとバスバー本体を接続する接続端子と、バスバー本体の温度を検出するための温度検出素子と、を有する。バスバー本体には、バスバー本体の端に最も近い位置に配置された接続端子と、次に近い位置に配置された接続端子の間の部分に温度検出素子が圧入される収容穴が設けられ、バスバー本体の、長手方向に直交する断面積が、収容穴を含む断面において、他の部分の断面の二分の１となっている。

温度検出素子をバスバー本体に設けられた収容穴内に配置することで、温度検出素子の表面の大部分がバスバー本体に囲まれ、外乱を受けにくくなる。また、温度検出素子を圧入することで密着性が高まる。

一方、２組のＹ結線コイルの中性点の接続を単一のバスバーで達成する場合、バスバー本体の端に最も近い接続端子と次の接続端子の間の端部分の電流は、他の部分である中央部分に対して二分の１となる。この端部分に収容穴を設けることが有利である。収容穴を設けることは、バスバーの断面積を減じることとなり、端部分の電流密度を中央部分の電流密度と一致させることに寄与する。電流密度が一致することで、端部分と中央部分の温度差が小さく、またはなくなり、温度検出の精度を向上させることができる。

バスバー本体に設けられた収容穴に温度検出素子を圧入することで検出精度が向上する。また、バスバー本体の電流が少ない部分である端部分に収容穴を設けることで、温度検出素子の収容構造を簡易なものとし、同時に、バスバー本体の断面積を減じて端部分の温度を中央部分の温度に近づけることができる。

本実施形態の回転電機の回路構成を示す図である。 ステータの一部の外観を示す斜視図である。 中性線バスバーを示す斜視図である。 中性線バスバーの端部の詳細を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、２組のＹ結線を有する回転電機１０の回路構成を示す図である。回転電機１０は、三相のコイル群１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗを有する。各コイル群１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗは、一端が入力端子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗにて外部から電力を供給する動力線に接続され、他端が中性点１６に接続され、Ｙ結線されている。コイル群１２Ｕは、並列接続された２個のコイル１８U1，１８U2からなる。コイル１８U1，１８U2は、極数に応じた個数の単コイルを直列に接続したものである。同様に、コイル群１２Ｖ，１２Ｗもそれぞれ並列接続された２個のコイル１８V1，１８V2、および１８W1，１８W2により構成される。

上記の回路構成は、コイル１８U1，１８V1，１８W1で形成されるＹ結線されたコイルの組と、コイル１８U2，１８V2，１８W2で形成されたＹ結線されたコイルの組を有し、これら２組のコイルの中性点を共有する構成と見ることができる。なお、以下において、コイル１８U1，１８U2，１８V1，１８V2，１８W1，１８W2の相ごとの区別の必要がないときは単にコイル１８と記して説明する。

図２は、回転電機１０のステータ２２の具体的な構成を示す図である。ステータ２２は、ステータコア２４を有し、ステータコア２４は、円環状のヨーク２６と、ヨークから内周に向けて延びるティース（不図示）を有する。図２において、ヨーク２６は現れているが、ティースはコイルに隠れている。ティースは、ヨーク２６の内周に沿って周方向に配列されている。隣接するティースの間の部分はスロットと呼ばれる。周方向に離れた位置のスロットに、略Ｕ字形の導線片２８の側辺を挿入し、他の導線片の端３０同士を溶接等により接続し、コイル１８が形成されている。図２において、ステータコア２４の上側で導電片の端３０同士が接続される。ステータ２２の中心軸線方向において、ステータコア２４に隣接するコイル１８の部分は、コイルエンドと呼ばれている。

コイルエンドの外周側には、中性線バスバー３２が配置される。中性線バスバー３２は、コイル１８の端になる導線片の端３０同士を接続し、Ｙ結線の中性点を形成する。

図３は、中性線バスバー３２を単体で示す図である。中性線バスバー３２は、略円弧状の板部材であるバスバー本体３４と、バスバー本体３４とコイル１８を接続する６個の接続端子３６U1，３６U2，３６V1，３６V2，３６W1，３６W2とを有する。以下において、個々の接続端子を区別する必要がないときは、単に接続端子３６と記して説明する。バスバー本体３４と接続端子３６は一体に形成することができる。バスバー本体３４は、各コイル１８に接続されたとき、その板厚方向がステータ２２の中心軸線の方向に一致するように配置され、また中心軸線に直交する平面内で湾曲している。接続端子３６は、湾曲したバスバー本体３４の内周から湾曲の内側に向けて延びた後、略直角に曲げられてステータコア２４から離れる方向に延びる。

図２に示されるように、接続端子３６U1は、Ｕ相コイル１８U1の端となる導線片の端３０U1に接続され、接続端子３６U2は、もう一つのＵ相コイル１８U2の端となる導線片の端３０U2に接続される。Ｖ相、Ｗ相においても同様であり、接続端子３６V1，３６V2は、Ｖ相コイルの導線片の端３０V1,３０V2にそれぞれ接続され、接続端子３６W1，３６W2は、Ｗ相コイルの導線片の端３０W1,３０W2にそれぞれ接続される。各接続端子３６は、接続される導線片の端３０の位置に対応して、バスバー本体３４の円弧に沿う方向（以下、長手方向と記す。）において間隔を開けて配置されている。この中性線バスバー３２において、バスバー本体３４の端に、または端の最も近い位置に配置された接続端子は、接続端子３６U1，３６W2であり、次に近い位置に配置された接続端子は、接続端子３６U2，３６W1である。以下、バスバー本体３４の接続端子３６U1，３６U2の間の部分、および接続端子３６W2，３６W1の間の部分を端部分３８と記し、接続端子３６U2，３６W1の間の部分を中央部分４０と記す。

バスバー本体３４には、２組のＹ結線されたコイル１８の電流が流れるので、各コイル１８を構成するコイル導線の２倍の電流が流れる。バスバー本体３４とコイル導線の電流密度を一致させるためには、長手方向に直交する断面の面積（以下、単に断面積と記す。）をコイル導線の２倍にする必要がある。ただし、バスバー本体３４の端部分３８においては、１組分のコイルの電流しか流れないので、この部分の断面積をコイル導線と同じ、つまり中央部分４０の二分の１とすることで、電流密度がコイル導線と等しくなる。コイル導線と電流密度を等しくすることで、電流を流したときの、この部分の温度変化がコイル導線の温度変化と同じに、または近いものになる。

バスバー本体３４の端部分３８の断面積を減じるために、バスバー本体３４の端面４２から、長手方向に沿って収容穴４４が設けられている（図４参照）。収容穴４４には、サーミスタ等の温度検出素子４６が圧入される。収容穴４４は、端部分３８の長手方向全体にわたって延びるように設けてもよいが、温度検出素子４６を収容するのに十分な長さが確保できれば、端部分３８の長さよりも短くてもよい。この実施形態では、収容穴４４の断面積を中央部分４０の断面積の二分の１として、端部分３８の断面積を中央部分４０の二分の１としている。しかし、収容穴４４の断面積をより小さくし、その分、端部分３８の外形形状を中央部分４０より小さくして、総合的に断面積が二分の１となるようにしてもよい。

温度検出素子４６は、バスバー本体３４に囲まれるため、冷却用の流体等との接触が抑制されて外乱を受けにくくなり、バスバー本体３４の温度を精度良く測定することができる。また、温度検出素子４６を収容穴４４内に圧入することにより、バスバー本体３４と温度検出素子４６が密着し、温度測定の精度向上に有利となる。

１０ 回転電機、１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗ コイル群、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ 入力端子、１６ 中性点、１８（１８U1，１８V1，１８W1，１８U2，１８V2，１８W2） コイル、２２ ステータ、２４ ステータコア、２６ ヨーク、２８ 導線片、３０（３０U1，３０V1，３０W1，３０U2，３０V2，３０W2） 導線片の端、３２ 中性線バスバー、３４ バスバー本体、３６（３６U1，３６V1，３６W1，３６U2，３６V2，３６W2） 接続端子、３８ 端部分、４０ 中央部分、４２ 端面、４４ 収容穴、４６ 温度検出素子。

Claims (1)

1. Ｙ結線された三相のコイルを２組有する回転電機であって、
   ２組のコイルの中性線となる単一のバスバー本体と、
   バスバー本体の長手方向に沿って所定間隔で配置され、各コイルとバスバー本体を接続する接続端子と、
   バスバー本体の温度を検出するための温度検出素子と、
   を有し、
   バスバー本体には、バスバー本体の端に最も近い位置に配置された接続端子と、次に近い位置に配置された接続端子との間の部分に温度検出素子が圧入される収容穴が設けられ、
   バスバー本体の、長手方向に直交する断面積が、収容穴を含む断面において、他の部分の断面の二分の１となっている、
   回転電機。
   

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