JP2018088790A - Rotary electric machine - Google Patents
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Description
本開示は、回転電機に係り、ステータ巻線の温度を検出する温度検出素子を備える回転電機に関する。 The present disclosure relates to a rotating electrical machine and relates to a rotating electrical machine including a temperature detection element that detects the temperature of a stator winding.
回転電機が動作すると、ステータ巻線に駆動電流が流れることで発熱し、回転電機の温度が上昇する。ステータ巻線が巻回されるステータの温度はステータ巻線よりも低温であるので、ステータ巻線の温度を正しく検出するには、ステータコアの温度の影響を受けないようにすることが必要である。 When the rotating electrical machine operates, heat is generated by a drive current flowing through the stator winding, and the temperature of the rotating electrical machine rises. Since the temperature of the stator around which the stator winding is wound is lower than that of the stator winding, in order to correctly detect the temperature of the stator winding, it is necessary to avoid being affected by the temperature of the stator core. .
特許文献1には、セグメントコイルを用いた固定子巻線において、U字形セグメントコイルのコイルエンドと渡り線用の異形セグメントコイルとの間にある微小隙間に温度検出素子を配置することが開示されている。 Patent Document 1 discloses that in a stator winding using a segment coil, a temperature detection element is arranged in a minute gap between a coil end of a U-shaped segment coil and a deformed segment coil for a crossover. ing.
特許文献2には、ステータコアにインシュレータを介して巻装された集中巻コイルにおいて、インシュレータのバックヨーク側のフランジ部に設けた素子配置穴に温度検出素子が配置されることが開示されている。
特許文献3には、巻線とステータコアのティースとの間に介装される絶縁ボビンにおいて、外周側に温度検出素子固定溝を設け、内周側で温度検出素子固定溝の裏側に当たる部分に、ワニスを滴下しても含浸されない大きさの空隙部を設けることが開示されている。これにより、温度検出素子とステータコアとの間がワニスで含浸されず、温度検出素子がステータコアの熱の影響を受けないと述べている。
In
ステータ巻線は、ステータコアの複数のティースにそれぞれ巻回される。回転電機はステータ巻線の最高温度が所定温度以下になるように制御されるが、ステータ巻線が最高温度になる箇所の位置は、回転電機用の冷媒の供給に対する回転電機の搭載角度、電力線の取出位置等により、個々の回転電機の搭載状況によって異なる。そこで、回転電機の搭載状況に応じた最適の箇所でステータ巻線の温度を検出できる回転電機が望まれる。 The stator winding is wound around each of a plurality of teeth of the stator core. The rotating electrical machine is controlled so that the maximum temperature of the stator winding is not more than a predetermined temperature. The position where the stator winding is at the maximum temperature is the mounting angle of the rotating electrical machine with respect to the supply of refrigerant for the rotating electrical machine, the power line Depending on the take-out position, etc., it depends on the mounting situation of each rotating electric machine. Therefore, a rotating electrical machine that can detect the temperature of the stator winding at an optimum location according to the mounting state of the rotating electrical machine is desired.
本開示に係る回転電機は、回転軸を有するロータ、及びロータの外周面と所定の間隔を隔てて配置されたステータで構成される回転電機であって、ステータは、円環状のバックヨーク、バックヨークから内周側に突き出す複数のティース、及び、隣接するティース間の空間である複数のスロットを含むステータコアと、ステータコアのティースに巻回されたステータ巻線と、複数のティースの軸方向端面とステータ巻線との間に配置されてステータ巻線の曲り形状を案内する絶縁材で構成された複数のティースカフサ部と、複数のティースカフサ部にそれぞれ設けられた複数の素子配置穴と、複数の素子配置穴の少なくとも1つに配置された温度検出素子と、を備える。 A rotating electrical machine according to the present disclosure is a rotating electrical machine including a rotor having a rotating shaft and a stator disposed at a predetermined interval from an outer peripheral surface of the rotor. The stator includes an annular back yoke, a back A stator core including a plurality of teeth protruding from the yoke to the inner peripheral side, and a plurality of slots serving as spaces between adjacent teeth, a stator winding wound around the teeth of the stator core, and axial end surfaces of the plurality of teeth A plurality of tea scaffle portions made of an insulating material disposed between the stator windings and guiding the bent shape of the stator windings; a plurality of element arrangement holes provided in the plurality of tea scuffer portions; and a plurality of elements And a temperature detection element arranged in at least one of the arrangement holes.
上記構成によれば、各ティースごとに温度検出素子用の素子配置穴が設けられるので、回転電機の搭載状況に応じて最適の箇所の素子配置穴に温度検出素子を配置することができる。 According to the above configuration, since the element arrangement hole for the temperature detection element is provided for each tooth, it is possible to arrange the temperature detection element in the element arrangement hole at the optimum location according to the mounting state of the rotating electrical machine.
上記構成に係る回転電機によれば、回転電機の搭載状況に応じた最適の箇所でステータ巻線の温度を検出できる。 According to the rotating electrical machine according to the above configuration, the temperature of the stator winding can be detected at an optimum location according to the mounting state of the rotating electrical machine.
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両搭載用を述べるが、これは、説明のための例示であって、車両搭載以外の用途であっても構わない。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, as the rotating electric machine, for vehicle mounting will be described, but this is an example for explanation and may be used for purposes other than mounting on the vehicle.
以下で述べる形状、寸法、ティース及びスロットの数、材質等は、説明のための例示であって、回転電機のステータの仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 The shape, dimensions, the number of teeth and slots, the material, and the like described below are examples for explanation, and can be appropriately changed according to the specifications of the stator of the rotating electrical machine. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the same element in all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1は、車両に搭載される回転電機10の構成を示す図である。回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型の回転電機である。回転電機10は、ロータ12とステータ20とで構成される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a rotating
ロータ12は、複数の磁極を有するロータ体14と回転軸16とを有する回転子である。ロータ体14は、図示しないが複数の永久磁石を磁性体のロータコアに埋め込んだ埋込磁石型のロータ体である。これは例示であって、外周側に永久磁石を備えるタイプのロータ体14であってもよく、リラクタンス型のロータ体14であってもよい。回転軸16は、ロータ体14に固定され、回転電機10の出力軸となる。
The
ステータ20は、ロータ12の外周側に所定の間隔を隔てて配置される固定子である。ステータ20は、円環状の形状を有し、円環状の外周に設けられる3つの取付穴22,23,24(取付穴24は図2、図5参照)を備える。取付穴22,23,24は、ステータ20を図示しないモータケースに取り付けるために用いられ、モータケースはケース取付穴等によって車両に固定される。取付穴22,23,24の位置は、車両における回転電機10の搭載方向等を決める基準となる。
The
ステータ20は、ステータコア30と、ステータ巻線40とを含む。ステータコア30は、ロータ12が配置される中心穴を有する磁性体部品で、円環状のバックヨーク32とバックヨーク32から内周側に突き出す複数のティース34とを含む。隣接するティース34の間の空間はスロット36である。
かかるステータコア30は、バックヨーク32とティース34とを含み、スロット36が形成されるように所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板を所定枚数で軸方向に積み重ねた積層体である。磁性体薄板の両面には電気的な絶縁処理が施される。磁性体薄板の材質としては、珪素鋼板の一種である電磁鋼板を用いることができる。磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を一体化成形したものをステータコア30としてもよい。
The
ステータ巻線40は、三相の分布巻巻線で、1つの相巻線が複数のティース34に跨って巻回されて形成される。各相巻線の形成には、複数のセグメントコイルを用いることができる。セグメントコイルは、両端部を除く導体線の周囲に絶縁皮膜を被覆し、略U字形に成形された絶縁皮膜付き導体線である。絶縁皮膜付き導体線の素線としては、銅線、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線等が用いられる。絶縁皮膜としては、ポリアミドイミドのエナメル皮膜が用いられる。
The stator winding 40 is a three-phase distributed winding, and is formed by winding one phase winding across a plurality of
略U字形のうち、山形に折り曲げて成形された部分から真っ直ぐに延びる2つのストレート部分は、所定のスロット間隔だけ離れて形成され、ステータコア30において所定のスロット間隔だけ離れた2つのスロット36にそれぞれ挿入される部分である。セグメントコイルを山形に折り曲げて成形された部分をステータコア30の反リード側として、2つのストレート部分をスロット36に挿入すると、ストレート部分の先端の絶縁皮膜が剥離されたリード部がステータコア30のリード側に突き出す。突き出たリード部は、ステータコア30のリード側の軸方向端面の外側で適当に折り曲げ成形され、他のセグメントコイルのリード部に接合されて、ステータ20のリード側におけるコイルエンド部を形成する。山形に折り曲げて成形された部分は、ステータ20の反リード側におけるコイルエンド部を形成する。
Of the substantially U-shape, two straight portions extending straight from a portion formed by bending into a chevron are formed apart from each other by a predetermined slot interval, and are respectively formed in two
ステータ20のリード側におけるコイルエンド部では、複数のセグメントコイルのリード部が、所定の接続方法で互いに接続され、各相巻線が形成される。リード側のコイルエンド部において形成された各相巻線のそれぞれの両端子は、一方側の端子が互いに接続されて中性点を形成し、他方側の端子はそれぞれステータコア30の外側に引き出され、ステータ20の三相動力線28となる。
In the coil end portion on the lead side of the
上記では、ステータ巻線40の形成に略U字形のセグメントコイルを述べたが、これは説明のための例示であり、略U字形以外の異形セグメントコイルを用いてもよく、場合によっては、セグメントコイルを用いずに連続巻線でステータ巻線40を形成してもよい。 In the above description, the substantially U-shaped segment coil is described for forming the stator winding 40. However, this is an example for explanation, and a deformed segment coil other than the substantially U-shaped coil may be used. The stator winding 40 may be formed by a continuous winding without using a coil.
図1に、軸方向と径方向と周方向とを示す。軸方向は、回転電機10の中心軸に沿った方向である。ステータコア30においては、軸方向のうち、三相動力線28が引き出される側がリード側の方向であり、その反対側が反リード側の方向である。図1の例では、紙面の上方側がリード側の方向、下方側が反リード側の方向である。径方向は、軸方向に垂直な面内で中心軸を通る放射状の方向であり、内径側へ向かう方向が内周側の方向で、外径側に向かう方向が外周側の方向である。周方向は、中心軸を中心として円周方向に沿った方向である。
FIG. 1 shows an axial direction, a radial direction, and a circumferential direction. The axial direction is a direction along the central axis of the rotating
図1において、ステータコア30の軸方向端面とステータ巻線40との間に配置される部品カフサ50は、スロット36に挿入される巻線をコイルエンド部側で折り曲げ成形するときに、ステータコア30の端面と直接的に接触しないようにする保護部材である。これにより、ステータ巻線40の損傷を抑制できる。部品カフサ50について、図2から図4を用いて説明する。
In FIG. 1, a
図2は、ステータ20において、ステータ巻線40が巻回される前の状態を示す上面図で、(a)は全体図であり、(b)は、(a)のB部の拡大図である。図2(a)において、部品カフサ50を一部破断し、ステータコア30のバックヨーク32、ティース34、スロット36を露出させて、部品カフサ50との配置関係を示す。
2A and 2B are top views showing a state before the stator winding 40 is wound in the
部品カフサ50は、各ティース34のリード側の軸方向端面38(図3、図4参照)と、ステータ巻線40との間にそれぞれ配置されてステータ巻線40の曲り形状を案内する電気的絶縁材である。軸方向端面38とは、ティース34の側面ではなく、ステータコア30の軸方向端面と同じ面である。部品カフサ50は、各ティース34の軸方向端面38上で径方向に延びるティースカフサ部52を含む。ティースカフサ部52の個数はティース34の個数と同じで、図2の例では3の倍数の48個である。部品カフサ50は、各ティースカフサ部52の内周側を互いに接続する内周側環状部54と、各ティースカフサ部52の外周側を互いに接続する外周側環状部56とを含む。ティースカフサ部52、内周側環状部54、外周側環状部56に囲まれた開口部58は、スロット36に対応し、ステータ巻線40が挿入される空間である。開口部58の個数はスロット36の個数と同じで、図2の例では48個である。
The component cuffs 50 are respectively arranged between the lead-side axial end face 38 (see FIGS. 3 and 4) of each
図2(b)は、(a)の部分拡大図である。各ティースカフサ部52に設けられる素子配置穴60は、ステータ巻線40の温度検出用の温度検出素子62を挿入して配置するための穴である。素子配置穴60は、外周側環状部56の外周面に開口し、内周側環状部54までは貫通しない有底穴である。有底穴とするのは、内周側環状部54は、回転子であるロータ12の外周面に向かい合う部分であるため、滑らかな表面であることが好ましいためである。
FIG. 2B is a partially enlarged view of FIG. The
素子配置穴60の個数は、ティースカフサ部52の個数と同じで、48個である。温度検出素子62は、48個の素子配置穴60の少なくとも1つに配置されて固定される。固定手段としては、外周側環状部56における素子配置穴60の開口部と温度検出素子62の外周面との隙間に固定用の樹脂を充填する方法が用いられる。これに代えて、適当な固定部材を外周側環状部56やステータコア30のリード側の軸方向端面に設けてもよい。
The number of the element arrangement holes 60 is the same as the number of the
図3は、図2(b)のC−C線に沿った断面図である。ここでは、開口部58及びスロット36に挿入されるステータ巻線40a,40bを二点鎖線で示す。開口部58の周方向に沿った開口幅は、スロット36の開口幅よりも狭く設定され、また、各ティースカフサ部52の周方向断面は、滑らかな曲線で構成される。これによって、ステータ巻線40がステータコア30のリード側で曲げ成形されるときに、滑らかに曲がり、ステータコア30の端面とステータ巻線40とは直接的に接触せず、ステータ巻線40の損傷を抑制できる。かかる部品カフサ50としては、電気的絶縁性を有するプラスチックを所定の形状に成形したものを用いることができる
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. Here, the
図4は、図1のステータ20において、内周側から見た斜視図である。ティースカフサ部52の内部に径方向に沿って設けられる素子配置穴60は、部品カフサ50の内周側環状部54には開口しない。スロット36の内部に配置されるインシュレータ39は、ステータ巻線40c,40d,40e,40f,40gと、ステータコア30の内壁面との間の電気的絶縁を確保するための絶縁シートである。
FIG. 4 is a perspective view of the
上記構成の作用効果について図5を用いて説明する。図5は、回転電機10において、搭載状況におけるステータ巻線40の温度分布を示す図である。ステータ巻線40の温度に影響を与える回転電機10の搭載状況の例としては、モータケース内における冷媒の貯留あるいは循環状態、三相動力線28の外部への接続状態の他、ロータ12及びステータ20の形状の各方向についての非対称性等が挙げられる。具体的には、モータケース内における回転電機10の冷却オイルへの油浸状態、三相動力線28の引出方向等の影響を受ける。これらは、個々の車両の仕様、個々の回転電機10の搭載状況によって異なるので、ステータ巻線40の温度分布は、個々の回転電機10毎、回転電機10が搭載される個々の車両毎に異なってくる。
The effect of the above configuration will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram showing the temperature distribution of the stator winding 40 in the mounting state in the rotating
図5は、ある搭載状況の下で、回転電機10を3000回転/分で運転した動作状態について、ステータ巻線40の温度分布測定を行った結果である。(a)は、ステータ巻線40について、8カ所の温度検出位置を示す。(b)は、この8カ所におけるステータ巻線40の検出温度を示す図である。(b)に示すように、温度検出位置2において、検出温度=131.3℃が最低値となり、温度検出位置4において、検出温度=171.4℃が最高値である。周方向の360度についての検出温度の最高値と最低値の差は、40.1℃となる。一般的な回転電機では、温度検出素子62の装着箇所は、予め定められている。仮に、温度検出素子62が温度検出位置2に装着されているとすると、回転電機10の制御システムは、ステータ巻線40の最高温度が所定温度以下になるように制御することができない。
FIG. 5 shows the result of measuring the temperature distribution of the stator winding 40 in the operating state in which the rotating
図1から図4の構成によれば、回転電機10において、素子配置穴60は、各ティースカフサ部52毎に設けられるので、温度検出素子62は、ステータ20の周方向に沿った任意の位置の素子配置穴60に配置できる。各ティースカフサ部52の個数は、ティース34の個数=48個で、周方向に沿って7.5度の角度間隔で設けられる。上記の例では、周方向の360度についての検出温度の最高値と最低値の差は、40.1℃であるので、概略的に述べれば、約1℃の精度で、ステータ巻線40の最高温度の箇所に、温度検出素子62を配置できる。これにより、回転電機10の搭載状況に応じた最適の箇所でステータ巻線の温度を検出できる。また、温度検出素子62は、ティースカフサ部52に設けられた有底穴である素子配置穴60の中に配置されるので、振動等の外部からの力による損傷が抑制される。
According to the configuration of FIGS. 1 to 4, in the rotating
上記では、部品カフサ50は、ティースカフサ部52と、内周側環状部54と、外周側環状部56とを含むものとしたが、内周側環状部54、外周側環状部56のいずれか一方を省略してもよい。さらに、場合によっては、内周側環状部54、外周側環状部56の双方共に省略し、ティースカフサ部52のみの部品カフサ50としてもよい。
In the above description, the
上記では、温度検出素子62用の素子配置穴60は、各ティースカフサ部52毎に設けられるものとしたが、回転電機10の制御システムの仕様、ステータコア30におけるティース34の数によっては、適当な数の素子配置穴60とすることができる。例えば、ステータ20の周方向に沿って7.5度の角度間隔でなくても、15度間隔で済む場合には、ティースカフサ部52の個数を24個とできる。
In the above description, the
本実施の形態に係る回転電機10は、回転軸16を有するロータ12、及びロータ12の外周面と所定の間隔を隔てて配置されたステータ20で構成される回転電機である。ステータ20はステータコア30を備える。ステータコア30は、円環状のバックヨーク32、バックヨーク32から内周側に突き出す複数のティース34、及び、隣接するティース34間の空間である複数のスロット36を含む。ステータ20は、ステータコア30の各ティース34に巻回されたステータ巻線40を備える。さらに、ステータ20は、各ティース34の軸方向端面とステータ巻線40との間にそれぞれ配置されてステータ巻線40の曲り形状を案内する絶縁材で構成されたティースカフサ部52を備える。そして、各ティースカフサ部52にそれぞれ設けられた温度検出素子62用の素子配置穴60と、複数の素子配置穴60の少なくとも1つに配置された温度検出素子62とを備える。
A rotating
10 回転電機、12 ロータ、14 ロータ体、16 回転軸、20 ステータ、22,23,24 取付穴、28 三相動力線、30 ステータコア、32 バックヨーク、34 ティース、36 スロット、38 軸方向端面、39 インシュレータ、40,40a,40b,40c,40d,40e,40f,40g ステータ巻線、50 部品カフサ、52 ティースカフサ部、54 内周側環状部、56 外周側環状部、58 開口部、60 素子配置穴、62 温度検出素子。 10 rotating electrical machines, 12 rotors, 14 rotor bodies, 16 rotating shafts, 20 stators, 22, 23, 24 mounting holes, 28 three-phase power lines, 30 stator cores, 32 back yokes, 34 teeth, 36 slots, 38 axial end faces, 39 Insulator, 40, 40a, 40b, 40c, 40d, 40e, 40f, 40g Stator winding, 50 parts cuff, 52 tea cuff part, 54 inner ring part, 56 outer ring part, 58 opening part, 60 element arrangement Hole, 62 Temperature sensing element.
Claims (1)
円環状のバックヨーク、前記バックヨークから内周側に突き出す複数のティース、及び、隣接する前記ティース間の空間である複数のスロットを含むステータコアと、
前記ステータコアの前記ティースに巻回されたステータ巻線と、
前記複数のティースの軸方向端面と前記ステータ巻線との間に配置されて前記ステータ巻線の曲り形状を案内する絶縁材で構成された複数のティースカフサ部と、
前記複数のティースカフサ部にそれぞれ設けられた複数の素子配置穴と、
前記複数の素子配置穴の少なくとも1つに配置された温度検出素子と、
を備える、回転電機。 A rotating electrical machine including a rotor having a rotating shaft and a stator disposed at a predetermined interval from an outer peripheral surface of the rotor, wherein the stator is
A stator core including an annular back yoke, a plurality of teeth protruding from the back yoke to the inner peripheral side, and a plurality of slots which are spaces between the adjacent teeth;
A stator winding wound around the teeth of the stator core;
A plurality of teeth scuffing portions made of an insulating material arranged between the axial end faces of the plurality of teeth and the stator winding to guide the bent shape of the stator winding;
A plurality of element arrangement holes provided in each of the plurality of tea scaffle portions;
A temperature detection element arranged in at least one of the plurality of element arrangement holes;
A rotating electrical machine.
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