JP2020141464A - 回転電機、その温度検出器、その製造方法、および保護方法 - Google Patents

回転電機、その温度検出器、その製造方法、および保護方法 Download PDF

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Abstract

【課題】温度センサと対象物とが安定的に接触する回転電機などを提供する。【解決手段】温度センサ21は、検出対象物である設置部31の表面上に設けられている。設置部31は、厚さTH31を有する。温度センサ21は、検出素子23を包むインナケース24を備える。インナケース24は、樹脂製である。インナケース24は、厚さTH24を有する。温度検出器20は、温度センサ21を包むアウタケース25を備える。アウタケース25は、樹脂製である。保護温度である閾値温度を含む温度区間において、アウタケース25の線膨張係数は、設置部31とインナケース24との平均的な線膨張係数より小さい。【選択図】図5

Description

この明細書における開示は、回転電機、その温度検出器、その製造方法、および保護方法に関する。
特許文献1は、コイルの温度を検出するための温度検出素子を開示する。特許文献2−3は、回転電機の固定子を開示する。従来技術として列挙された先行技術文献の記載内容は、この明細書における技術的要素の説明として、参照により援用される。
特開2013−51807号公報 特開2000−166150号公報 特開2018−125924号公報
安定的に温度を検出するために、温度センサと、対象物とは、安定的に接触していることが望ましい。上述の観点において、または言及されていない他の観点において、回転電機、その温度検出器、その製造方法、および保護方法にはさらなる改良が求められている。
開示されるひとつの目的は、温度センサと対象物とが安定的に接触する回転電機、その温度検出器、その製造方法、および保護方法を提供することである。
ここに開示された回転電機の温度検出器は、回転電機の固定子コイル(12)の一部である設置部(31)と、設置部に積層方向に関して積層されており、設置部の温度が所定の閾値温度(Tth)に到達していることを示す電気信号を出力する検出素子(23)を含み、検出素子を樹脂製のインナケース(24、224、324、424)により包んでいる温度センサ(21)と、設置部と温度センサとを包む樹脂製のアウタケースであって、閾値温度以下の温度区間における線膨張係数(AL25)が、温度区間における設置部の線膨張係数および温度区間におけるインナケースの線膨張係数を合成した合成線膨張係数(ALav)より小さく設定されているアウタケース(25)とを備える。
開示される回転電機の温度検出器によると、温度センサは、検出素子をインナケースにより包んでいる。アウタケースは、温度検出の対象である設置部と、温度センサとを包んでいる。さらに、アウタケースは、検出素子が検出するべき閾値温度以下の温度区間における線膨張係数が、設置部とインナケースとを含む合成線膨張係数より小さく設定されている。よって、昇温するとアウタケースがインナケースを設置部に押し付ける。閾値温度を含む温度区間において、設置部とインナケースとの接触状態が安定して得られる。この結果、閾値温度を含む温度区間において安定的に設置部の温度が検出される。
ここに開示された回転電機は、上記回転電機の温度検出器と、固定子コイルを有する固定子(10)と、固定子と磁気的に結合された回転子(4)と、固定子と回転子とを収容するハウジング(6)とを備える。
ここに開示された回転電機の温度検出器の製造方法は、所定の閾値温度(Tth)に到達していることを示す電気信号を出力する検出素子(23)を含み、検出素子を樹脂製のインナケース(24、224、324、424)により包んでいる温度センサ(21)を、回転電機の固定子コイル(12)の一部である設置部(31)に積層方向に関して積層する積層ステップと、設置部と温度センサ(21)とを包む樹脂製のアウタケース(25)を成形型(50)によって成形する成形ステップと、成形型の温度を目標温度(Ttg)に制御する型温度制御ステップと、目標温度を超え閾値温度以下の温度区間におけるアウタケースの線膨張係数(AL25)を、温度区間における設置部の線膨張係数および温度区間におけるインナケースの線膨張係数を合成した合成線膨張係数(ALav)より小さく調整する調整ステップとを備える。
ここに開示された回転電機の保護方法は、所定の閾値温度(Tth)に到達していることを示す電気信号を出力する検出素子(23)を含み、検出素子を樹脂製のインナケース(24、224、324、424)により包んでいる温度センサ(21)を、回転電機の固定子コイル(12)の一部である設置部(31)に積層方向に関して積層する積層ステップと、設置部と温度センサ(21)とを包む樹脂製のアウタケース(25)を成形型(50)によって成形する成形ステップと、成形型の温度を目標温度(Ttg)に制御する型温度制御ステップと、目標温度を超え閾値温度以下の温度区間におけるアウタケースの線膨張係数(AL25)を、温度区間における設置部の線膨張係数および温度区間におけるインナケースの線膨張係数を合成した合成線膨張係数(ALav)より小さく調整する調整ステップと、閾値温度に到達した場合に、回転電機を保護するための保護制御を起動する保護ステップとを備える。
この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。
第1実施形態に係る回転電機を示す断面図である。 固定子コイルを示す回路図である。 温度センサを示す斜視図である。 温度検出器を示す平面図である。 温度検出器を示すV−V線における断面図である。 温度検出器を示すVI−VI線における断面図である。 保護制御を示すフローチャートである。 温度検出器の製造装置を示す断面図である。 樹脂成形型の温度制御を示すフローチャートである。 線膨張係数を示すグラフである。 第2実施形態に係る温度センサを示す斜視図である。 第3実施形態に係る温度センサを示す斜視図である。 第4実施形態に係る温度センサを示す斜視図である。 第5実施形態に係る固定子コイルを示す断面図である。 第6実施形態に係る固定子コイルを示す断面図である。
複数の実施形態が、図面を参照しながら説明される。複数の実施形態において、機能的におよび/または構造的に対応する部分および/または関連付けられる部分には同一の参照符号、または百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分および/または関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。
第1実施形態
図1において、回転電機1は、電動発電機である。回転電機1は、機器の動力系統2(PWT)と作用的に連結されている。回転電機1は、動力系統2から供給される動力により発電する発電機として機能することができる。回転電機1は、動力系統2に動力を供給する電動機として機能することができる。回転電機1は、発電機、または電動機でもよい。動力系統2は、内燃機関を含む場合がある。動力系統2は、機器の主要な動力を提供する。この明細書において、機器は、乗り物、空調装置、揚水装置などを含む。さらに、乗り物の語は、車両、船舶、航空機、シミュレーション装置、アミューズメント装置を含む。
回転電機1は、制御装置(CNT)3と電気的に接続されている。制御装置3は、インバータ回路を含む。回転電機1は、発電機として機能するとき、動力系統2によって駆動され、電力を出力する。制御装置3は、回転電機1が発電機として利用されるとき、回転電機1から出力される電力を整流する整流回路として機能する。回転電機1は、電動機として機能するとき、動力系統2の回転を支援する。制御装置3は、回転電機1が電動機として利用されるとき、回転電機1に多相交流電力を供給する。この実施形態では、多相交流電力は、三相電力である。
回転電機1は、回転子4および固定子10を有する。回転子4は、軸AXの周りを回転可能である。固定子10は、軸AXを有する筒状の部材である。以下の説明において、軸方向、径方向、および周方向の語は、軸AXによって規定される。回転子4と固定子10とは、ハウジング6に収容されている。ハウジング6は、固定子10を固定し、かつ回転子4を回転可能に支持している。ハウジング6は、動力系統2の部品を提供する場合がある。例えば、ハウジング6は、クランクケースの一部、またはトランスミッションケースの一部を提供する場合がある。
回転子4は、固定子10と磁気的に結合されている。回転子4は、シャフト5によって、ハウジング6に対して回転可能に支持されている。シャフト5は、回転軸を提供する。回転軸は、動力系統2に連結されている。回転子4は、固定子10の径方向内側に配置されている。回転子4は、周方向に沿って配置された複数の磁極を有する。複数の磁極は、回転子4に埋設された複数の永久磁石によって形成されている。回転子4は、多様な構造によって提供することができる。回転子4は、例えば、8個(N極:4個、S極:4個)の磁極を有する。
固定子10は、固定子コア11を有する。固定子コア11は、筒状である。固定子コア11は、円環状でもある。固定子コア11は、軸方向に沿って積層された複数の鋼板を有する。固定子コア11は、周方向に配置された複数のスロットを有する。複数のスロットは、周方向に関して、等しいピッチで配置されている。複数のスロットは、いくつかの異なるピッチで配置されていてもよい。複数のスロットは、複数の鋼板を貫通するように、軸方向に延びている。さらに、複数のスロットは、径方向に広がっている。典型的な固定子コア11は、環状のバックコアを有する。固定子コア11は、バックコアから径方向内側に延び出す複数のティースを有する。複数のティースは、それらの間に、複数のスロットを形成している。
固定子10は、固定子コイル12を有する。固定子コイル12は、固定子コア11に装着されている。固定子コイル12は、ストレート部13と、コイルエンド14、15とを有する。ストレート部13は、軸方向に沿って真っ直ぐに延びている。ストレート部13は、スロットに収容されている。コイルエンド14、15は、固定子コア11の端部に位置づけられている。コイルエンド14、15は、固定子コア11から軸方向に突出している。コイルエンド14、15は、固定子コイル12に含まれる複数のセグメント導体の集合体である。コイルエンド14、15において、ひとつのセグメント導体は、ひとつのスロット内に位置するストレート部13を、他の異なるスロット内に位置するストレート部13に接続している。コイルエンド14、15は、連続したセグメント導体のターン部によって提供される場合がある。コイルエンド14、15は、異なるセグメント導体を接合した接合部によって提供される場合がある。
ひとつのコイルは、連続線によって、または複数のセグメントを接合することによって提供することができる。この実施形態では、接合された複数のセグメントによって、ひとつのコイルが提供されている。なお、複数のセグメントは、多様な接合手法によって接合することができる。接合手法は、例えば、TIG溶接、電気抵抗溶接、はんだ接合などを利用することができる。また、ひとつのコイルは、ひとつの相とみなすことができるコイルである。ひとつのコイルは、その中に、電気角が異なる複数のコイル要素を含んでいてもよい。例えば、ひとつのコイルは、電気角が数度異なる複数のコイル要素を含むことができる。
固定子コイル12は、結線ユニットを有する場合がある。結線ユニットは、多相結線を形成するように固定子コイル12を電気的に接続する。結線ユニットは、スター結線、またはデルタ結線を提供するように複数の引出線を接続する。結線ユニットは、複数の結線導体を含む。複数の結線導体は、固定子コイル12のための接続部材である。複数の結線導体は、導電部材製である。結線ユニットは、スター結線における3つの入出力端(電力端)を提供する端部導体を有する。結線ユニットは、スター結線における中性点を提供する中性点導体を有する。結線導体は、バスバーとも呼ばれる。
回転電機1は、温度検出器20を備える。温度検出器20は、固定子コイル12の温度を検出する。固定子コイル12の温度は、ストレート部13、またはコイルエンド14、15において検出される。温度検出器20は、固定子コイル12を提供する導体の温度を検出する。温度検出器20は、例えば、コイルエンド14、15における導体の表面における温度を検出する。温度検出器20は、コイルエンド14、15における、巻線導体、セグメント導体、または接続導体の表面における温度を検出する。図示の例では、温度検出器20は、コイルエンド14における温度を検出している。温度検出器20は、検出した温度を示す電気信号を出力する。温度検出器20の検出信号は、制御装置3に入力される。制御装置3は、検出信号が示す温度データをメモリに格納する。制御装置3のプロセッサは、メモリにアクセスすることにより、温度データに応じた制御処理を実行する。
図2は、固定子コイル12の多相結線を示す。固定子コイル12は、多相結線としてスター結線を採用している。固定子コイル12は、U相、V相、W相を有する。固定子コイル12は、U相を提供する複数のU相コイル12uを有する。固定子コイル12は、V相を提供する複数のV相コイル12vを有する。固定子コイル12は、W相を提供する複数のW相コイル12wを有する。固定子コイル12は、ひとつの相において、ひとつまたは複数の相コイルを備えることができる。また、固定子コイル12は、複数組の多相結線を備えていてもよい。この実施形態では、固定子コイル12は、2つのU相コイル12u、2つのV相コイル12v、および2つのW相コイル12wを有する。固定子コイル12は、一組の多相結線を備えている。
複数の結線導体30は、U相の電力端を提供するU相結線導体30uを有する。U相結線導体30uは、複数の接合部において、複数のU相コイル12uとそれぞれ接続されている。U相結線導体30uは、対応する電力端子と接続されている。よって、U相結線導体30uは、2つのU相コイル12uを電力端に接続する、いわゆる渡り線を提供している。複数の結線導体30は、V相の電力端を提供するV相結線導体30vを有する。V相結線導体30vは、複数の接合部において、複数のV相コイル12vとそれぞれ接続されている。V相結線導体30vは、対応する電力端子と接続されている。よって、V相結線導体30vは、2つのV相コイル12vを電力端に接続する、いわゆる渡り線を提供している。複数の結線導体30は、W相の電力端を提供するW相結線導体30wを有する。W相結線導体30wは、複数の接合部において、複数のW相コイルとそれぞれ接続されている。W相結線導体30wは、電力端子と接続されている。よって、W相結線導体30wは、2つのW相コイル12wを電力端に接続する、いわゆる渡り線を提供している。複数の結線導体30は、中性点結線導体30nを有する。中性点結線導体30nは、スター結線を提供する。ひとつの中性点結線導体30nは、複数の接合部において、複数の相コイル12u、12v、12wの中性点のためのコイル端と接合されている。
温度検出器20は、複数の結線導体30のひとつに設けられている。図示の例では、温度検出器20は、U相結線導体30uに設けられている。温度検出器20は、U相結線導体30uの温度を、固定子コイル12の代表温度として検出する。温度検出器20は、複数の結線導体30に設けられていてもよい。この場合、いずれかひとつの温度検出器20が示す検出温度、または、平均温度を用いることができる。
図3は、温度検出器20に含まれる温度センサ21を示す。温度センサ21は、長手方向LG、幅方向WD、厚さ方向TH(積層方向)を有する。温度センサ21は、いわゆる直方体状である。温度センサ21は、いわゆるサーミスタ式温度センサである。温度センサ21は温度の測定を目的としているため、他の種の温度センサ、例えばPTCサーミスタ、NTCサーミスタ、リニア抵抗器、熱電対、等でもよい。温度センサ21は、電気信号を出力するためのリード線22と、検出素子23と、インナケース24とを有する。検出素子23は、サーミスタである。検出素子23は、円柱状に図示されているが、直方体状など多様な形状をとることができる。リード線22は、検出素子23から延びている。リード線22は、制御装置3に接続されている。インナケース24は、樹脂製である。インナケース24は、リード線22の一部、および検出素子23を覆っている。インナケース24は、リード線22の一部、および検出素子23を成形型の中に配置し、それらを覆うように成形型によって成形された型成形品である。インナケース24は、リード線22の一部、および検出素子23をインサート部品とするインサート成形品でも呼ばれる。インナケース24は、リード線22の一部、および検出素子23を包むモールド成形品とも呼ばれる。よって、温度センサ21は、検出素子23を樹脂製のインナケース24により包んでいる。温度センサ21は、市場において入手可能な多様な温度センサによって提供することができる。
図4は、温度検出器20を示す。温度検出器20は、結線導体30の表面に配置されている。結線導体30は、結線ユニットに含まれるバスバーである。温度検出器20は、結線導体30に代えて、相コイル12u、12v、12wを提供する導体の表面に配置されてもよい。結線導体30は、設置部31を備える。設置部31は、回転電機1の固定子コイル12の一部である。結線導体30と設置部31とは、連続する材料によって一体的に形成されている。温度センサ21は、設置部31に積層方向THに関して積層されている。この結果、温度センサ21は、設置部31の温度が所定の閾値温度Tthに到達していることを示す電気信号を出力する検出素子23を含む。設置部31は、温度センサ21を配置するための設置面を提供している。設置面は、温度センサ21よりも広い。設置部31は、結線導体30より広い幅を有する。設置部31は、温度検出の対象である対象物を提供する。設置部31は、結線導体30の一部に形成されたアイランド部とも呼ばれる。
温度検出器20は、アウタケース25を有する。アウタケース25は、樹脂製である。アウタケース25は、設置部31と温度センサ21とを包む。アウタケース25は、温度センサ21のうち、インナケース24の全体と、リード線22の一部とを覆っている。アウタケース25は、設置部31、および温度センサ21を成形型の中に配置し、それらを覆うように成形型によって成形された型成形品である。アウタケース25は、設置部31、および温度センサ21をインサート部品とするインサート成形品でも呼ばれる。アウタケース25は、設置部31、および温度センサ21を包むモールド成形品とも呼ばれる。
アウタケース25は、インナケース24より大きい。アウタケース25は、インナケース24の全体を覆っている。インナケース24の一部は、アウタケース25から露出していてもよい。例えば、インナケース24を規定の位置に保持するための保持ピンとインナケース24との接触面は、アウタケース25から露出する場合がある。アウタケース25は、設置部31より大きい。アウタケース25は、設置部31のすべて、および、結線導体30の一部を覆っている。ここでも、設置部31の一部は、アウタケース25から露出していてもよい。例えば、設置部31を規定の位置に保持するための保持ピンと設置部31との接触面は、アウタケース25から露出する場合がある。
図5は、図4のV−V断面を示す。図6は、図4のVI−VI断面を示す。図5および図6は、検出素子23を通る断面を示している。図示されるように、インナケース24は、設置部31に接している。インナケース24が設置部31に接触することにより、検出素子23は、設置部31の温度を高い精度で検出する。設置部31の温度は、結線導体30、コイルエンド14、および固定子コイル12の温度を直接的に、または間接的に示している。インナケース24が設置部31に安定的に接触することにより、検出素子23は、設置部31の温度を安定的に検出する。さらに、インナケース24と設置部31とは、広い温度区間において、安定的に接触することが望ましい。インナケース24と設置部31とは、回転電機1が使用される使用温度区間において、安定的に接触することが望ましい。使用温度区間は、摂氏20度近傍の常温帯より高い高温度区間である。
設置部31、インナケース24、および/または、アウタケース25が、膨張または収縮すると、設置部31とインナケース24との接触強さが変動する。さらに、設置部31、インナケース24、および/または、アウタケース25が、膨張または収縮すると、設置部31とインナケース24とが、非接触となる場合もある。この実施形態では、設置部31とインナケース24との間において、安定的な接触状態が維持されるように、アウタケース25の線膨張係数が計画され、実現されている。
結線導体30は、電気導体用の銅製または銅合金製である。結線導体30は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製でもよい。インナケース24およびアウタケース25は、樹脂製である。インナケース24は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂製である。インナケース24は、エポキシ樹脂製でもよい。インナケース24は、フッ素樹脂製でもよい。アウタケース25は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂製である。アウタケース25は、ナイロン系樹脂(例えば、PA6T)でもよい。アウタケース25は、少なくともひとつのフィラーを含む。アウタケース25は、線膨張係数を調整するために、フィラーを含む場合がある。アウタケース25は、複数のフィラーを含む場合がある。複数のフィラーは、線膨張係数に関して等方性を示すフィラーと、線膨張係数に関して異方性を示すフィラーを含むことができる。フィラーは、ガラスフィラーなどによって提供される。
図7は、制御装置3がプロセッサによって実行する制御処理170を示す。制御装置3は、温度検出器20によって検出される検出温度T20に基づいて、通常制御と、保護制御とを選択的に実行する。制御装置3は、検出温度T20と、予め設定されている温度閾値Tthとを比較する。制御装置3は、検出温度T20が閾値温度Tth未満である場合(T20<Tth)、通常制御を実行する。通常制御では、発電機としての制御、または電動機としての制御が実行される。制御装置3は、検出温度T20が、閾値温度Tth以上である場合(T20≧Tth)、回転電機1を保護するための保護制御を実行する。保護制御では、固定子コイル12に流れる電流が制限される。この電流制限は、電流を所定値に制限する場合と、電流をゼロ(0)に制限する場合とを含む。
制御装置3は、ステップ171において、温度検出器20から検出温度T20を入力する。検出温度T20は、温度データとしてメモリに格納される。プロセッサは、メモリにアクセスすることにより温度データを取得する。制御装置3は、ステップ172において、検出温度T20と、閾値温度Tthとを比較する。検出温度T20が閾値温度Tth未満である場合(T20<Tth)、処理は、YESに分岐する。検出温度T20が閾値温度Tth以上である場合(T20≧Tth)、処理は、NOに分岐する。制御装置3は、ステップ172によって、設置部31の温度が閾値温度Tthに到達していることを判定する。制御装置3は、ステップ173において、通常制御を実行する。制御装置3は、ステップ174において、保護制御を実行する。ステップ171、172、174の処理は、検出温度T20が閾値温度Tthに到達した場合に、回転電機1を保護するための保護制御を起動する保護ステップを提供する。
図8は、温度検出器20を製造する製造方法において使用される製造装置を示す。温度検出器の製造方法は、アウタケース25を樹脂成形するための成形型50を使用する成形工程を含む。製造方法は、成形工程の前に、成形型50の中に、温度センサ21と、結線導体30の設置部31とを配置する配置工程を含む。製造方法は、成形工程の後に、温度検出器20が形成された結線導体30を、コイルエンド14の一部として組み付ける組み立て工程と含む。成形工程は、成形型50を閉じることにより成形型50の内部にキャビティを形成する閉鎖工程を含む。成形工程は、キャビティの中に、アウタケース25を注入する注入工程を含む。成形工程は、成形型50を開き、成形された温度検出器付きの結線導体を取り出す取り出し工程を含む。さらに、製造方法は、少なくとも注入工程において、成形型50の温度を目標温度に維持する温度制御工程を含む。温度制御は、閉鎖工程、注入工程、および取り出し工程に渡って継続的に実行されてもよい。温度制御は、閉鎖工程の前から実行されてもよい。
成形型50は、第1型51と、第2型52とを有する。第1型51と第2型52とは、アウタケース25のためのキャビティ53を区画する。キャビティ53の中には、設置部31と温度センサ21とが収容される。成形型50は、樹脂材料を注入するためのゲート54を備える。ゲート54は、キャビティ53の長手方向LGの端部に開口している。ゲート54は、成形後のアウタケース25に痕跡を形成する。ゲート54が長手方向LGの端部に位置することにより、樹脂材料は、主として、長手方向LGに沿って流れる。このとき、フィラーも主として長手方向LGに流れる。この結果、フィラーの長手方向は、長手方向LGに沿って配置される。フィラーの配向方向は、長手方向LGである。
製造装置は、型温度検出器56を備える。型温度検出器56は、成形型50の温度を検出する。成形型50の温度は、第2型52において検出される。型温度検出器56は、検出した温度を示す電気信号を出力する。製造装置は、型制御装置(CNT)57を備える。型温度検出器56の検出信号は、型制御装置57に入力される。型制御装置57は、検出信号が示す温度データをメモリに格納する。型制御装置57のプロセッサは、メモリにアクセスすることにより、温度データに応じた制御処理を実行する。型制御装置57は、ヒータ58の発熱量を制御する。ヒータ58は、成形型50の温度を調節する。型温度検出器56、型制御装置56、およびヒータ58は、成形型50の温度をフィードバック制御するフィードバック制御システムを提供する。
この明細書における制御装置3および型制御装置57は、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)とも呼ばれる場合がある。制御装置、または制御システムは、(a)if−then−else形式と呼ばれる複数の論理としてのアルゴリズム、または(b)機械学習によってチューニングされた学習済みモデル、例えばニューラルネットワークとしてのアルゴリズムによって提供される。
制御装置は、少なくともひとつのコンピュータを含む制御システムによって提供される。制御システムは、データ通信装置によってリンクされた複数のコンピュータを含む場合がある。コンピュータは、ハードウェアである少なくともひとつのプロセッサ(ハードウェアプロセッサ)を含む。ハードウェアプロセッサは、下記(i)、(ii)、または(iii)により提供することができる。
(i)ハードウェアプロセッサは、少なくともひとつのメモリに格納されたプログラムを実行する少なくともひとつのプロセッサコアである場合がある。この場合、コンピュータは、少なくともひとつのメモリと、少なくともひとつのプロセッサコアとによって提供される。プロセッサコアは、CPU:Central Processing Unit、GPU:Graphics Processing Unit、RISC−CPUなどと呼ばれる。メモリは、記憶媒体とも呼ばれる。メモリは、プロセッサによって読み取り可能な「プログラムおよび/またはデータ」を非一時的に格納する非遷移的かつ実体的な記憶媒体である。記憶媒体は、半導体メモリ、磁気ディスク、または光学ディスクなどによって提供される。プログラムは、それ単体で、またはプログラムが格納された記憶媒体として流通する場合がある。
(ii)ハードウェアプロセッサは、ハードウェア論理回路である場合がある。この場合、コンピュータは、プログラムされた多数の論理ユニット(ゲート回路)を含むデジタル回路によって提供される。デジタル回路は、ロジック回路アレイ、例えば、ASIC:Application−Specific Integrated Circuit、FPGA:Field Programmable Gate Array、SoC:System on a Chip、PGA:Programmable Gate Array、CPLD:Complex Programmable Logic Deviceなどとも呼ばれる。デジタル回路は、プログラムおよび/またはデータを格納したメモリを備える場合がある。コンピュータは、アナログ回路によって提供される場合がある。コンピュータは、デジタル回路とアナログ回路との組み合わせによって提供される場合がある。
(iii)ハードウェアプロセッサは、上記(i)と上記(ii)との組み合わせである場合がある。(i)と(ii)とは、異なるチップの上、または共通のチップの上に配置される。これらの場合、(ii)の部分は、アクセラレータとも呼ばれる。
制御装置と信号源と制御対象物とは、多様な要素を提供する。それらの要素の少なくとも一部は、ブロック、モジュール、またはセクションと呼ぶことができる。さらに、制御システムに含まれる要素は、意図的な場合にのみ、機能的な手段と呼ばれる。
この開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。代替的に、この開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
図9は、回転電機の温度検出部の製造方法180を示す。この製造方法180の後に、制御処理170が実行されることにより、回転電機の制御方法が実施される。製造方法180は、ステップ181において、積層ステップを実施する。ステップ181では、温度センサ21を設置部31に積層方向THに関して積層する。
製造方法180は、ステップ182において、調整ステップを実施する。ステップ182では、アウタケース25を形成する樹脂材料を調整する。調整ステップは、樹脂材料の選定、フィラーの選定、射出温度の調整などを含む。調整ステップは、ステップ181の前に実施されてもよい。調整ステップでは、後述の目標温度Ttgを超え閾値温度Tth以下の温度区間におけるアウタケース25の線膨張係数AL25が調整される。線膨張係数AL25は、合成線膨張係数ALavより小さく調整される。合成線膨張係数ALavは、温度区間における設置部31の線膨張係数AL31および温度区間におけるインナケース24の線膨張係数AL24を合成した値である。合成線膨張係数ALavは、平均線膨張係数とも呼ばれる。
製造方法180は、ステップ183において、成形ステップを実施する。ステップ183では、成形型50の中に、樹脂材料が射出供給される。ステップ183は、設置部31と温度センサ21とを包む樹脂製のアウタケース25を成形型50によって成形する。ステップ183は、ステップ184を含む。
製造方法180は、ステップ184において、型温度制御ステップを実施する。ステップ184は、成形型50の温度を目標温度Ttgに制御する。ステップ184は、ステップ185−187を含む。ステップ184は、型制御装置57のプロセッサによって実行される。型制御装置57は、ステップ185において、型温度検出器56から検出温度T50を入力する。検出温度T50は、温度データとしてメモリに格納される。プロセッサは、メモリにアクセスすることにより温度データを取得する。型制御装置57は、ステップ186において、検出温度T50と、目標温度Ttgとを比較する。ここでは、検出温度T50を目標温度Ttgに制御するためのヒータ58の制御量が演算される。演算処理には、PID制御などを用いることができる。ヒータ58が電気ヒータである場合、ここでは、ヒータ58への通電量が演算される。型制御装置57は、ステップ187において、ヒータ58の発熱を制御する。ここでは、例えば、ヒータ58に流れる電流が制御される。この結果、成形型50の温度は、目標温度Ttgに制御され、維持される。
成形型50の目標温度Ttgは、アウタケース25から、温度センサ21と設置部31とに与えられる押付力が許容値より小さくなるように設定されている。押付力は、温度センサ21と設置部31とを互いに接触させるように押し付け合う力をいう。よって、目標温度Ttgは、許容温度とも呼ばれる。言い換えると、成形工程の終期において、キャビティ53の中に注入されたアウタケース25は、温度センサ21と設置部31とを締め付けて接触させる。さらに、そのときに、アウタケース25が温度センサ21と設置部31とに与える押付力が許容値より小さくなる。成形型50の目標温度Ttgは、常温より高い。アウタケース25が与える押付力は、目標温度Ttgにおいて許容値より小さくなると考えられる。多くの実施形態では、アウタケース25が与える押付力は、目標温度Ttgにおいてゼロ(0)以上である。この結果、成形品を成形型50から取り出すと、アウタケース25の温度は、環境温度に向けて低下し、アウタケース25は収縮する。一方、回転電機1の使用状態においては、アウタケース25の温度は、上昇する。この実施形態では、温度区間において、アウタケース25が、温度センサ21と設置部31とを安定的に接触させるようにアウタケース25の線膨張係数AL25が設定されている。アウタケース25は、積層方向THにおいて、線膨張係数AL25を発揮するように調整されている。
製造方法180は、ステップ188において、取り出しステップを実施する。ステップ188は、樹脂成形によって得られた温度検出器20を成形型50から取り出す。
図5および図6に戻り、図5および図6は、設置部31とインナケース24との積層方向THにおける厚さを示している。設置部31は、厚さTH31を有する。設置部31は、線膨張係数AL31を有する。インナケース24は、厚さTH24を有する。インナケース24は、積層方向THにおいて、線膨張係数AL24を有する。固定子コイル12の温度を高い精度で検出するためには、設置部31とインナケース24との積層方向THにおける接触が必要である。設置部31の線膨張係数とインナケース24の線膨張係数は、それらの合成値として評価することができる。ただし、設置部31の厚さTH31とインナケース24の厚さTH24とを考慮する必要がある。設置部31の厚さTH31とインナケース24の厚さTH24とを考慮した場合、合成線膨張係数ALavは、およそ下記の数式(1)によって表される。
ALav=(TH31×AL31+TH24×AL24)/(TH31+TH24)・・・(1)
線膨張係数AL31は、温度区間における設置部31の線膨張係数である。線膨張係数AL24は、温度区間におけるインナケース24の線膨張係数である。合成線膨張係数ALavは、線膨張係数AL31および線膨張係数AL24を合成した線膨張係数である。
この実施形態では、成形型50の目標温度Ttgから、保護制御が実行される温度閾値Tthまでの温度区間において、下記の数式(2)が成立する。
AL25<ALav・・・(2)
すなわち、回転電機1が使用される温度区間、すなわち上記高温温度区間において、アウタケース25の線膨張係数AL25は、合成線膨張係数ALavより小さく設定されている。この結果、安定的な温度検出が必要となる温度閾値Tthの近傍において、安定的に温度が検出される。この結果、温度閾値Tthに基づいて実行される保護制御の信頼性を向上することができる。
図10は、アウタケース25の線膨張係数AL25と、合成線膨張係数ALavを模式的に示すグラフである。許容温度としての目標温度Ttgと、保護制御のための閾値温度Tthとの間は、回転電機1が使用される温度区間Trgを示す。温度区画は、上記閾値温度Tthを含む。多くの場合、閾値温度Tthは、回転電機1の作動上限の近傍に設定されている。よって、閾値温度Tth以下に、温度区間が広がっている。この温度区間におけるアウタケース25の線膨張係数AL25は、合成線膨張係数ALavより小さく設定されている。合成線膨張係数ALavは、温度区間における設置部31の線膨張係数AL31および温度区間におけるインナケース24の線膨張係数AL24を合成した値である。
閾値温度Tthは、固定子コイル12を保護するための保護温度である。温度区間は、許容温度より高く、閾値温度Tth以下である。許容温度は、アウタケース25から設置部31およびインナケース24に作用する押付力が許容値より小さくなる温度である。許容値は、温度センサ21が設置部31の温度を安定的に検出するために必要とされる押付力の値である。許容値は、ゼロ(0)でもよい。これにより、アウタケース25によって、設置部31とインナケース24との接触状態が安定的に維持される。
線膨張係数AL25と合成線膨張係数ALavとは、許容温度から閾値温度Tthに向けて、アウタケース25から設置部31およびインナケース24に作用する押付力が増加するように設定されている。上述のように、合成線膨張係数ALavは、線膨張係数AL31および線膨張係数AL24を、厚さTH31と、厚さTH24とに応じて合成することによって得られる値である。言い換えると、合成線膨張係数ALavは、線膨張係数AL31および線膨張係数AL24を、厚さTH31と、厚さTH24とに応じて平均化することによって得られる平均線膨張係数である。
線膨張係数AL25は、アウタケース25のフィラーの配向方向にかかわらず、上記(2)式を満たしている。すなわち、線膨張係数AL25は、配向方向である長手方向LGと並行な方向において、または、配向方向と直角な方向においても、上記(2)式を満たしている。
典型的な実施形態において、閾値温度Tthは、摂氏150度以上、摂氏200度以下の範囲に設定される。この場合、目標温度Ttgは、摂氏130度以上、閾値温度Tth以下に設定される。
以上に述べた実施形態によると、温度センサ21および対象物は、アウタケース25の樹脂によって包まれる。温度区間におけるアウタケース25の線膨張係数AL25は、温度区間における合成線膨張係数ALavより小さく設定されている。温度区間は、常温を超える高温温度区間である。このため、温度区間において、アウタケース25は緩みを生じることなく、温度センサ21と設置部31との間の接触を維持する。この結果、温度区間において安定的に温度を検出することができる。
第2実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、直方体状の温度センサ21が使用されている。これに代えて、温度センサ21は、多様な形状によって提供可能である。図11において、温度センサ21は、円柱状のインナケース224を有する。この実施形態でも、成形型50の温度を超える使用温度区間において、温度センサ21と設置部31との接触状態を安定的に維持することができる。
第3実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図12において、温度センサ21は、楕円柱状のインナケース324を有する。インナケース324は、インナケース224よりも安定的な接触状態を提供する。
第4実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図13において、温度センサ21は、インナケース424を有する。インナケース424は、設置部31に対向する平面424aを有する。平面424aは、温度センサ21と設置部31との間に安定的な接触状態を提供する。
第5実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、温度検出器20は、出力端を提供するU相結線導体30uに設けられている。これに代えて、温度検出器20は、固定子コイル12の温度を反映する部位に設けることができる。
図14において、温度検出器20は、中性点結線導体30nに設けられ、中性点結線導体30nの温度を検出する。この実施形態でも、固定子コイル12の温度を検出可能である。
第6実施形態
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。図15において、温度検出器20は、U相コイル12uに設けられ、U相コイル12uの温度を検出する。この実施形態でも、固定子コイル12の温度を検出可能である。
他の実施形態
この明細書および図面等における開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。例えば、開示は、実施形態において示された部品および/または要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示は、実施形態に追加可能な追加的な部分をもつことができる。開示は、実施形態の部品および/または要素が省略されたものを包含する。開示は、ひとつの実施形態と他の実施形態との間における部品および/または要素の置き換え、または組み合わせを包含する。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、請求の範囲の記載によって示され、さらに請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものと解されるべきである。
明細書および図面等における開示は、請求の範囲の記載によって限定されない。明細書および図面等における開示は、請求の範囲に記載された技術的思想を包含し、さらに請求の範囲に記載された技術的思想より多様で広範な技術的思想に及んでいる。よって、請求の範囲の記載に拘束されることなく、明細書および図面等の開示から、多様な技術的思想を抽出することができる。
上記実施形態では、回転電機1は、電動発電機を提供する。これに代えて、回転電機1は、電動機を提供してもよい。この場合、固定子コイル12は、界磁巻線とも呼ばれる。これに代えて、回転電機1は、発電機を提供してもよい。この場合、固定子コイル12は、電機子巻線とも呼ばれる。
上記実施形態では、固定子コイル12は、固定子コア11の両端にコイルエンド14、15を有する。コイルエンド14は、多様な形態によって提供することができる。ひとつの形態では、固定子コイル12は、複数の連続導体を巻くことによって形成される場合がある。この場合、コイルエンド14は、連続線の曲がり部の集合体によって提供される。他のひとつの形態では、固定子コイル12は、複数のセグメント導体によって提供される場合がある。この場合、コイルエンド14は、セグメント導体のターン部、または、複数のセグメント導体を接合する接合部によって提供される。セグメント導体は、U字型、J時型、またはI字型である。このようなコイルエンドの形状は、例えば、特許文献2(特開2000−166150号公報)に開示されている。この出願は、特許文献2の全体を参照により援用する。複数のセグメント導体は、コイルエンド14に配置された複数の接続導体によって接続されてもよい。このようなコイルエンドの形状は、例えば、特許文献3(特開2018−125924号公報)に開示されている。この出願は、特許文献3の全体を参照により援用する。
上記実施形態では、並列接続された複数の相コイルによってひとつの相を提供している。これに代えて、ひとつの相の中に、直列接続を含んでいてもよい。例えば、並列接続された2個の相コイルと、並列接続された2個の相コイルとを直列接続することによって、ひとつの相が提供されてもよい。
上記実施形態では、結線導体30は、温度センサ21を搭載するために、設置部31を有する。これに代えて、設置部31なしの結線導体30に温度センサ21を搭載してもよい。
上記実施形態では、温度センサ21は、アウタケース25の中にインサートされている。これに加えて、アウタケース25の更に外側にケースを備えていてもよい。
1 回転電機、 2 内燃機関、 3 制御装置、 4 回転子、
5 シャフト、 6 ハウジング、 10 固定子、
11 固定子コア、 12 固定子コイル、
12u、12v、12w 相コイル、 13 ストレート部、
14、15 コイルエンド、
20 温度検出器、 21 温度センサ、 22 リード線、
23 検出素子、 24 インナケース、 25 アウタケース、
30 結線導体、 31 設置部、
50 成形型、 51 第1型、 52 第2型、
53 キャビティ、 54 ゲート、 56 型温度検出器、
57 型制御装置、 58 ヒータ、
224 インナケース、
324 インナケース、
424 インナケース、 424a 平面、
TH24 厚さ、 TH31 厚さ。

Claims (10)

  1. 回転電機の固定子コイル(12)の一部である設置部(31)と、
    前記設置部に積層方向に関して積層されており、前記設置部の温度が所定の閾値温度(Tth)に到達していることを示す電気信号を出力する検出素子(23)を含み、前記検出素子を樹脂製のインナケース(24、224、324、424)により包んでいる温度センサ(21)と、
    前記設置部と前記温度センサとを包む樹脂製のアウタケースであって、前記閾値温度以下の温度区間における線膨張係数(AL25)が、前記温度区間における前記設置部の線膨張係数および前記温度区間における前記インナケースの線膨張係数を合成した合成線膨張係数(ALav)より小さく設定されているアウタケース(25)とを備える回転電機の温度検出器。
  2. 前記閾値温度は、前記固定子コイルを保護するための保護温度である請求項1に記載の回転電機の温度検出器。
  3. 前記温度区間は、前記アウタケースから前記設置部および前記インナケースに作用する押付力が許容値より小さくなる許容温度より高く、前記閾値温度以下である請求項1または請求項2に記載の回転電機の温度検出器。
  4. 前記アウタケースの線膨張係数と前記合成線膨張係数とは、前記許容温度から前記閾値温度に向けて、前記アウタケースから前記設置部および前記インナケースに作用する押付力が増加するように設定されている請求項3に記載の回転電機の温度検出器。
  5. 前記合成線膨張係数は、前記設置部の線膨張係数および前記インナケースの線膨張係数を、前記積層方向における前記設置部の厚さ(TH31)と、前記積層方向における前記インナケースの厚さ(TH24)とに応じて合成することによって得られる値である請求項1から請求項4のいずれかに記載の回転電機の温度検出器。
  6. 前記合成線膨張係数は、前記設置部の線膨張係数および前記インナケースの線膨張係数を、前記積層方向における前記設置部の厚さ(TH31)と、前記積層方向における前記インナケースの厚さ(TH24)とに応じて平均化することによって得られる平均線膨張係数である請求項1から請求項5のいずれかに記載の回転電機の温度検出器。
  7. 請求項1から請求項6のいずれかに記載の回転電機の温度検出器と、
    前記固定子コイルを有する固定子(10)と、
    前記固定子と磁気的に結合された回転子(4)と、
    前記固定子と前記回転子とを収容するハウジング(6)とを備える回転電機。
  8. さらに、前記電気信号に基づいて、前記設置部の温度が前記閾値温度に到達していることを判定する制御装置(3)とを備える請求項7に記載の回転電機。
  9. 所定の閾値温度(Tth)に到達していることを示す電気信号を出力する検出素子(23)を含み、前記検出素子を樹脂製のインナケース(24、224、324、424)により包んでいる温度センサ(21)を、回転電機の固定子コイル(12)の一部である設置部(31)に積層方向に関して積層する積層ステップと、
    前記設置部と前記温度センサ(21)とを包む樹脂製のアウタケース(25)を成形型(50)によって成形する成形ステップと、
    前記成形型の温度を目標温度(Ttg)に制御する型温度制御ステップと、
    前記目標温度を超え前記閾値温度以下の温度区間における前記アウタケースの線膨張係数(AL25)を、前記温度区間における前記設置部の線膨張係数および前記温度区間における前記インナケースの線膨張係数を合成した合成線膨張係数(ALav)より小さく調整する調整ステップと
    を備える回転電機の温度検出器の製造方法。
  10. 所定の閾値温度(Tth)に到達していることを示す電気信号を出力する検出素子(23)を含み、前記検出素子を樹脂製のインナケース(24、224、324、424)により包んでいる温度センサ(21)を、回転電機の固定子コイル(12)の一部である設置部(31)に積層方向に関して積層する積層ステップと、
    前記設置部と前記温度センサ(21)とを包む樹脂製のアウタケース(25)を成形型(50)によって成形する成形ステップと、
    前記成形型の温度を目標温度(Ttg)に制御する型温度制御ステップと、
    前記目標温度を超え前記閾値温度以下の温度区間における前記アウタケースの線膨張係数(AL25)を、前記温度区間における前記設置部の線膨張係数および前記温度区間における前記インナケースの線膨張係数を合成した合成線膨張係数(ALav)より小さく調整する調整ステップと、
    前記閾値温度に到達した場合に、前記回転電機を保護するための保護制御を起動する保護ステップと
    を備える回転電機の保護方法。
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