JP2019110676A

JP2019110676A - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP2019110676A
Application number: JP2017242120A
Authority: JP
Inventors: 侑生土屋; Yui Tsuchiya; 竹原　明秀; Akihide Takehara; 明秀竹原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-07-04

Abstract

【課題】温度センサでコイル温度を精度良く検出できる中性線バスバーの構造を提供する。【解決手段】中性線バスバー３２は、ステータ周方向に延びるように設けられ、三相のコイルの中性線となるバスバー本体３４と、バスバー本体３４に配置され、三相のコイルとバスバー本体３４とを接続する複数の接続端子３６と、を有する。バスバー本体３４は、一端に、ステータ軸方向に突出しステータ内周側にＵ字状に折り返された曲げ部３８を有し、温度センサ４２が曲げ部３８に挟み保持されて、曲げ部４２の内側に温度検出素子が配置されると共に、温度センサ４２のリード線４６が曲げ部３８のバスバー本体３４から離れる方向に延出している。バスバー本体３４の他端から曲げ部３８に亘って、バスバー本体３４が樹脂で覆われている。【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機のステータの構造、特にステータコイルの温度測定の基台と成る中性線バスバーの構造に関する。

回転電機では、ステータコアに巻回されるステータコイル（コイル）に電流が流れると、コイルに熱が発生し、コイルの温度が上昇する。コイルの温度が所定温度以上に上昇すると、例えば、ステータを構成する部品の一部が熱により損傷する可能性がある。このため、コイルに接続される中性線バスバーに温度センサを配置し、近接するコイルの温度を検出し、検出温度が所定の温度以上になれば、コイルに供給する電流を遮断し、コイルの温度上昇を防止するといった対応が求められる。

特許文献１には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイルを電気的に接続するステータ周方向に延びた中性点接続部材に、中性点接続部材の一部をステータ周方向に折り返して形成されたＵ字状の曲げ部を設け、曲げ部に温度センサを挟むことでコイルの温度を検出することが開示されている。

特開２０１３−２２５９５９号公報

図６は、従来構造の中性線バスバー１３２を示す斜視図である。中性線バスバー１３２は、ステータ周方向に延びるように形成され、三相のコイルの中性線となるバスバー本体１３４と、バスバー本体１３４に配置され、各相のコイルとバスバー本体１３４とを接続する複数の接続端子１３６と、を備える。バスバー本体１３４は、一端に、ステータ周方向に折り返して形成された曲げ部１３８を有し、温度センサ１４２が曲げ部１３８に挟み保持されて、曲げ部１３８の内側に温度検出素子（不図示）が配置されて近接するコイルの温度を検出する。図６に示す破線は、バスバー本体１３４が樹脂で覆われた領域を示している。この従来構造では、温度センサ１４２のリード線１４６が、バスバー本体１３４の中央側に向かって延出するため、リード線１４６周辺のバスバー本体１３４は樹脂で覆うことができず、露出している。これは、リード線１４６が障害となって樹脂成形（射出成形）の金型をセットできない、或いは、樹脂成形の際の熱によるリード線の破損を防ぐため等の理由による。

この従来構造では、回転電機のケース内の上方から冷却油を吐出してステータの構成部品を冷却する場合には、バスバー本体１３４の露出している部分に冷却油がかかり、温度センサ１４２がコイル温度を正確に検出できない虞がある。

本発明の目的は、温度センサによりコイル温度を精度良く検出できる構造を有する中性線バスバーを備えた回転電機のステータを提供することにある。

本発明の回転電機のステータは、Ｙ結線された三相のコイルを有する回転電機のステータであって、ステータ周方向に延びるように設けられ、前記三相のコイルの中性線となるバスバー本体と、前記バスバー本体に配置され、前記三相のコイルと前記バスバー本体とを接続する接続端子と、を有する中性線バスバーと、前記中性線バスバーの温度を検出する温度検出素子を有する温度センサと、を備え、前記バスバー本体は、一端に、ステータ軸方向に突出しステータ内周側にＵ字状に折り返された曲げ部を有し、前記温度センサが前記曲げ部に挟み保持されて、前記曲げ部の内側に前記温度検出素子が配置されると共に、前記温度センサのリード線が前記曲げ部の前記バスバー本体から離れる方向に延出しており、前記バスバー本体の他端から前記曲げ部に亘って、前記バスバー本体が樹脂で覆われている、ことを特徴とする。

本発明によれば、温度センサのリード線が、曲げ部のバスバー本体から離れる方向に延出しているので、バスバー本体及び温度センサのほとんどを一体の樹脂で覆うことができる。よって、回転電機のケース内の上方から冷却油を吐出してステータの構成部品を冷却した場合に、バスバー本体に直接、冷却油が触れることが抑制され、温度センサのコイル温度の検出精度を高めることができる。

本発明の実施形態における回転電機のステータの回路構成を示す図である。本発明の実施形態におけるステータの一部の外観を示す斜視図である。本発明の実施形態における中性線バスバーの斜視図である。本発明の実施形態における中性線バスバーに温度センサが挟み保持されている状態を示す斜視図である。本発明の実施形態における温度センサの一例を示す斜視図である。従来技術の中性線バスバーに温度センサが挟み保持されている状態を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本実施形態における回転電機のステータ１０の回路構成を示す図である。ステータ１０は、三相のコイル群１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗを有する。コイル群１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの各々は、一端が入力端子１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗの各々にて外部から電力を供給する電力線に接続され、他端は中性線バスバー３２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から構成される。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。図１に示すように、中性線バスバー３２には、各コイル１８Ｕ１，１８Ｕ２，１８Ｖ１，１８Ｖ２，１８Ｗ１，１８Ｗ２の端部が結線される。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と記す。

図２は、回転電機のステータ１０の一部の外観を示す斜視図である。ステータ１０は、ステータコア２４を有する。ステータコア２４は、円環状のヨーク２６と、ヨーク２６の内周面から径方向内方に突出し周方向に間隔をおいて配置された複数のティース（不図示）と、各ティースの間に形成されたスロット（不図示）とを有する。周方向に離れた位置のスロットに、略Ｕ字形の導線片を挿入し、ステータコア２４の軸方向端面から突出した導線片の端部３０と、他の導線片の端部３０とを溶接等により接続することで、コイル１８が形成されている。

図２には、Ｖ相コイル１８Ｖ１の端部となる導線片の端部３０Ｖ１と、Ｖ相コイル１８Ｖ２の端部となる導線片の端部３０Ｖ２と、Ｗ相コイル１８Ｗ１の端部となる導線片の端部３０Ｗ１と、Ｗ相コイル１８Ｗ２の端部となる導線片の端部３０Ｗ２とが示されている。なお、図示されていないが、Ｕ相コイル１８Ｕ１の端部となる導線片の端部３０Ｕ１と、Ｕ相コイル１８Ｕ２の端部となる導線片の端部３０Ｕ２も図２外に存在する。導線片の端部３０Ｕ１，３０Ｕ２，３０Ｖ１，３０Ｖ２，３０Ｗ１，３０Ｗ２の各々に、図３に示される中性線バスバー３２の接続端子３６Ｕ１，３６Ｕ２，３６Ｖ１，３６Ｖ２，３６Ｗ１，３６Ｗ２の各々が接続されて、ステータ１０のステータコイルが構成されている。

図３は、図２とは別の角度から見た中性線バスバー３２の斜視図である。図２，３に示すように、中性線バスバー３２は、ステータ周方向に延びるように設けられ、三相のコイル群の中性線となるバスバー本体３４と、バスバー本体３４に配置され、三相のコイル群とバスバー本体３４とを接続する複数の接続端子３６（３６Ｕ１，３６Ｕ２，３６Ｖ１，３６Ｖ２，３６Ｗ１，３６Ｗ２）と、を備える。複数の接続端子３６の各々は、バスバー本体３４のステータ周方向に沿って所定間隔で配置されている。Ｕ相の２つの接続端子３６Ｕ１，３６Ｕ２は近接して配置され、同様に、Ｖ相の２つ接続端子３６Ｖ１，３６Ｖ２も近接して配置され、それらは、ステータ内周側に延びた後、略直角に曲げられて上方に延びている。バスバー本体３４は、一端に、ステータ軸方向に突出しステータ内周側にＵ字状に折り返された曲げ部３８を有する。曲げ部３８の折り返された先にＷ相の２つ接続端子３６Ｗ１，３６Ｗ２が近接して配置され、それらは、Ｕ相，Ｖ相の接続端子と同様に、ステータ内周側に延びた後、略直角に曲げられて上方に延びている。

図４は、さらに別の角度から見た中性線バスバー３２の斜視図である。図４に示すように、バスバー本体３４の曲げ部３８に温度センサ４２が挟み保持される。図５は、温度センサ４２の斜視図であり、温度センサ４２は、本体４３と、本体４３の先端側に配置された温度検出素子４８と、本体４３の後方から延出したリード線４６とを備える。図４に示すように、温度センサ４２の本体４３の先端側が曲げ部３８に挟み保持され、曲げ部３８の内側に密着して温度センサ４２の温度検出素子が配置されると共に、温度センサ４２のリード線４６が曲げ部３８のバスバー本体３４から離れる方向に延出している。温度センサ４２の温度検出素子により中性線バスバー３２の温度、すなわち、中性線バスバー３２に近接する三相のコイル群（ステータコイル）の温度を検出する。

バスバー本体３４は、バスバー本体３４の端である接続端子３６Ｕ１の配置部分から曲げ部３８に亘って、樹脂で覆われている。図４には、バスバー本体３４が樹脂で一体的に覆われている領域が破線で示されている。この樹脂成形は、例えば、バスバー本体３４のうち樹脂で覆う部分を金型の中にいれ、軟化する温度に加熱した樹脂（熱可塑性樹脂）を金型の中に充填すること（射出成形（インサート成形））で行われる。なお、本実施形態では、曲げ部３８よりも右側（図４の右側）の部分は樹脂で覆われていないが、この部分も樹脂で覆い、バスバー本体３４の全体を樹脂で覆うようにしてもよい。

次に、本実施形態の回転電機のステータの作用効果について説明する。

本実施形態の中性線バスバー３２によれば、温度センサ４２のリード線４６が、曲げ部３８のバスバー本体３４から離れる方向に延出しているので、バスバー本体３４の全体を樹脂で覆うことができる。よって、回転電機のケース内の上方から冷却油を吐出してステータの構成部品を冷却した際に、バスバー本体３４に直接、冷却油が触れることを防ぐことができる。それにより、バスバー本体３４の温度がコイル温度から乖離してしまうことを抑制することができ、温度センサ４２によりコイル温度を精度良く検出することができる。

また、図６に示した従来構造の中性線バスバー１３２では、樹脂成形する部分が２箇所に分かれるため、２回に分けて樹脂成形する必要があったが、本実施形態の中性線バスバー３２は、バスバー本体３４の全体を１回で樹脂成形することができる。このように、中性線バスバー３２の製造工数を減らすことができ、コストを減らすことができる。また、製造工数が減ることにより、中性線バスバー３２の歩留まりも向上する。

なお、以上説明した実施形態の回転電機のステータ１０では、三相のコイル群１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの各々が、２個のコイルを並列接続することで構成され、中性線バスバー３２の接続端子３６の数は６つであった。しかし、三相のコイル群１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗの各々は、コイルを直列接続したものであってもよく、この場合には、中性線バスバー３２の接続端子３６の数は３つとなる。

また、以上説明した実施形態の回転電機のステータ１０では、バスバー本体３４の曲げ部３８の折り返された先にＷ相の２つの接続端子３６Ｗ１，３６Ｗ２が配置されていた。しかし、曲げ部３８の折り返された先に接続端子３６が無い構造でもよく、例えば、三相のコイルの各接続端子３６がバスバー本体３４の中央側に配置され、バスバー本体３４の一端に曲げ部３８のみが形成されている構造であってもよい。

１０ステータ、１２Ｕ，１２Ｖ，１２Ｗコイル群、１４Ｕ，１４Ｖ，１４Ｗ入力端子、１８（１８Ｕ１，１８Ｖ１，１８Ｗ１，１８Ｕ２，１８Ｖ２，１８Ｗ２）コイル、２４ステータコア、２６ヨーク、３０，３０Ｕ１，３０Ｖ１，３０Ｗ１，３０Ｕ２，３０Ｖ２，３０Ｗ２導線片の端部、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曲げ部、４２温度センサ、４３本体、４６リード線、４８温度検出素子、１３２中性線バスバー、１３４バスバー本体、１３６接続端子、１３８曲げ部、１４２温度センサ、１４６リード線。

Claims

Ｙ結線された三相のコイルを有する回転電機のステータであって、
ステータ周方向に延びるように設けられ、前記三相のコイルの中性線となるバスバー本体と、前記バスバー本体に配置され、前記三相のコイルと前記バスバー本体とを接続する接続端子と、を有する中性線バスバーと、
前記中性線バスバーの温度を検出する温度検出素子を有する温度センサと、を備え、
前記バスバー本体は、一端に、ステータ軸方向に突出しステータ内周側にＵ字状に折り返された曲げ部を有し、
前記温度センサが前記曲げ部に挟み保持されて、前記曲げ部の内側に前記温度検出素子が配置されると共に、前記温度センサのリード線が前記曲げ部の前記バスバー本体から離れる方向に延出しており、
前記バスバー本体の他端から前記曲げ部に亘って、前記バスバー本体が樹脂で覆われている、
回転電機のステータ。