JP2021175296A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の温度を適切に取得する。【解決手段】回転電機１００は、ハウジング１１０とステータ１２０とロータ１３０とを備える。ハウジング１１０は、ステータ１２０及びロータ１３０を収容する。ステータ１２０は、ロータ１３０の径方向外側に配置され、コイル１８０がスロット１２３ａ内に装着されるとともに端部から回転軸の軸方向にコイルエンド１２４、１２５が突出する。ロータ１３０は、回転軸を有する。また、コイルエンド１２４、１２５が冷媒により冷却される。また、スロット１２３ａに設けられたコイル１８０の温度を検出するため、コイル１８０に設けられるサーミスタ素子２１１を備え、サーミスタ素子２１１は、スロット１２３ａ内であって鉄心に囲まれた領域内に配置される。【選択図】図４

Description

本発明は、ロータとステータとこれらを収容するハウジングとを備える回転電機に関する。

従来、回転電機により駆動される車両が存在する。また、車両における回転電機の温度を計測するため、回転電機の内部に温度センサを設ける技術が提案されている。例えば、ステータのコイルエンドにサーミスタを装着し、そのサーミスタによりステータコイルの温度を測定し、その計測温度を用いて回転電機の実温度を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−４０７８３号公報

上述した従来技術では、ステータのコイルエンドに装着されているサーミスタにより計測された温度を用いて回転電機の実温度を推定することができる。しかし、ステータのコイルエンドは、冷媒により冷却される部分である。このため、コイルエンドが冷却された場合には、その冷却されたコイルエンドの温度が計測されることになるため、回転電機の実温度を適切に推定することが困難となるそれがある。

本発明は、回転電機の温度を適切に取得することを目的とする。

本発明の一態様は、回転軸を有するロータと、ロータの径方向外側に配置され、コイルがスロット内に装着されるとともに端部から回転軸の軸方向にコイルエンドが突出するステータと、ロータ及びステータを収容するハウジングとを備え、コイルエンドが冷媒により冷却される回転電機である。また、回転電機は、スロットに設けられたコイルの温度を検出するため、コイルに設けられる温度センサを備える。この温度センサは、スロット内であって鉄心に囲まれた領域内に配置される。

本発明によれば、回転電機の温度を適切に取得することができる。

図１Ａは、回転電機の概略構成例を示す断面図である。 図１Ｂは、回転電機を構成するステータの一部を拡大して示す断面図である。 図２は、回転電機の概略構成例を示す上部断面図である。 図３は、温度センサを備える絶縁シートの構成例を示す図である。 図４は、スロットへの絶縁シートの配置例を示す図である。 図５Ａは、絶縁シートの構成例を示す図である。 図５Ｂは、シート状の絶縁部材を積層して固定した後における絶縁シートの構成例を示す断面図である。 図６Ａは、絶縁シートの構成例を示す図である。 図６Ｂは、シート状の絶縁部材を積層して固定した後における絶縁シートの構成例を示す断面図である。 図７は、スロットへの絶縁シートの配置例を示す図である。 図８Ａは、２つのサーミスタ素子を用いてロータ内の磁石の温度を推定する推定例を示す図である。 図８Ｂは、２つのサーミスタ素子を用いてロータ内の磁石の温度を推定する推定例を示す図である。 図９は、板状のコイルが装着されたスロットへの絶縁シートの配置例を示す図である。 図１０は、絶縁シートの構成例を示す図である。

以下、添付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。

［第１実施形態］
［回転電機の構成例］
図１Ａは、第１実施形態における回転電機１００の概略構成例を示す断面図である。また、図１Ｂは、回転電機１００を構成するステータ１２０の一部を拡大して示す断面図である。具体的には、図１Ｂの左側には、点線の矩形１で示すステータ１２０の一部を、点線の矩形２内に拡大して示す。また、図１Ｂの右側には、図１Ｂの左側に示すステータ１２０のＳ１−Ｓ２断面を示す。

図２は、回転電機１００の概略構成例を示す上部断面図である。なお、図１Ａには、回転電機１００の回転軸の軸方向から見た場合の断面図を示し、図２には、回転電機１００の回転軸に直交する方向から見た場合の上側の断面図を示す。

回転電機１００は、例えば、車両駆動用のモータとして用いられる。この場合には、回転電機１００は、バッテリ等の電源から電力の供給を受けて回転し、車両の車輪を駆動する電動機として機能する。また、回転電機１００は、外力により駆動されて発電する発電機としても機能する。すなわち、回転電機１００は、電動機及び発電機として機能する、いわゆるモータジェネレータとして構成される。なお、回転電機１００は、車両駆動用のモータではなく、車両以外のシステムの駆動源として用いられてもよい。

図１Ａ、図２に示すように、回転電機１００は、ハウジング１１０と、ステータ１２０と、ロータ１３０と、シャフト１４０と、軸受１５１、１５２と、冷却用油路１６１と、冷却用水路１１０ａ乃至ｊとを備える。

ハウジング１１０は、ステータ１２０及びロータ１３０を収容するものであり、ステータ１２０及びロータ１３０を収容可能な円筒状部材として構成されている。また、ハウジング１１０の内周面は、ステータ１２０が設置される平坦な設置面として形成されている。また、ハウジング１１０の内部には、冷却用油路１６１及び冷却用水路１１０ａ乃至ｊが形成されている。冷却用水路１１０ａ乃至ｊは、回転電機１００の回転軸の軸方向に沿って形成されている。また、冷却用水路１１０ａ乃至ｊを流れる冷却水により回転電機１００が冷却される。

ステータ１２０は、ハウジング１１０の内部においてロータ１３０の径方向外側に配置される。また、ステータ１２０は、複数枚の電磁鋼板を積層して形成された円筒状部材であるステータコア１２１と、ステータコア１２１の内側に周方向に等間隔で突設された複数のティース１２２とを備える。また、ステータコア１２１には、内径側に開口するスロット１２３が周方向に等間隔で複数設けられている。すなわち、隣接するティース１２２の間にスロット１２３が設けられている。なお、スロット１２３は、鉄心溝とも称される。また、図１では、複数のスロット１２３のうちの一部には所定の符号１２３ａ乃至ｅを付して説明する。

また、ステータコイル（コイル１８０（図４参照））は、ステータコア１２１のティース１２２に巻き回されている。巻回されたステータコイルの端部（コイルエンド１２４、１２５）は、ステータコア１２１よりも回転電機１００の軸方向外側に突出している。ステータコア１２１の外周面は、ハウジング１１０の内周面に面接触した状態でハウジング１１０に固定されている。このように、ステータ１２０は、コイル１８０がスロット１２３内に装着されるとともに、端部から回転電機１００の回転軸の軸方向にコイルエンド１２４、１２５が突出する。

ロータ１３０は、ステータ１２０の内部において、ステータ１２０に対して回転可能に配置されている。また、ロータ１３０には磁石が装着されている。また、ロータ１３０は、回転軸としてのシャフト１４０を有し、シャフト１４０を中心として回転する。シャフト１４０は、ハウジング１１０に設けられた軸受１５１、１５２により回転自在に支持されている。

図１Ｂの左側に示すように、ステータ１２０には、スロット１２３が周方向に並べられて配置される。また、点線の矩形２内に示すように、スロット１２３ａにおける所定位置３（点線の丸で示す位置）に温度センサが配置される。すなわち、スロット１２３ａ内であって鉄心に囲まれた領域内に温度センサが配置される。この温度センサとして、第１実施形態では、サーミスタ素子２１１（図３、図４参照）を用いる例を示す。

図１Ｂの右側に示すように、回転電機１００の回転軸の軸方向において、ステータ１２０におけるスロット１２３の長さはＬ１とする。また、サーミスタ素子２１１は、回転電機１００の回転軸の軸方向において、スロット１２３ａにおける中央付近に配置される。

図２に示すように、冷却用油路１６１は、オイルポンプ１６０に接続されている。オイルポンプ１６０は、冷却油を圧送させるためのポンプ装置である。オイルポンプ１６０から冷却用油路１６１に圧送された冷却油が、ハウジング１１０内面に開口する噴出部１６２、１６３からコイルエンド１２４、１２５の上側に向け噴出される。これにより、コイルエンド１２４、１２５が冷却される。

また、回転電機１００の回転軸の軸方向において、サーミスタ素子２１１のリード線２１３（図３参照）が延びて、コイルエンド１２４から取り出され、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０に接続される。このように、リード線２１３は、回転電機１００の回転軸の軸方向に延設されてスロット１２３ａ内から外部へと導出される。

ＥＣＵ１０は、各種機器を制御する制御装置であり、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＵ１０は、特定のプログラムを実行することにより、回転電機１００を備える車両における各種機器の動作を制御する制御部として機能する。また、ＥＣＵ１０は、サーミスタ素子２１１を用いてステータ１２０に装着されるコイル１８０（図４参照）の温度を取得する。

［温度センサの構成例］
図３は、温度センサを備える絶縁シート２００の構成例を示す図である。絶縁シート２００は、ステータ１２０におけるスロット１２３ａに装着される保護膜や保護部材である。

図３に示すように、絶縁シート２００は、３つのシート状の絶縁部材２１０、２２０、２３０により構成される。絶縁部材２１０、２２０、２３０は、例えば、矩形状の絶縁紙や保護シートである。なお、絶縁部材２１０、２２０、２３０のサイズは、装着されるスロット１２３ａのサイズに応じて設定される。例えば、絶縁部材２１０、２２０、２３０の長手方向の長さＬ１は、回転電機１００の回転軸の軸方向におけるスロット１２３ａの長さＬ１（図１Ｂ参照）と同一または略同一とすることができる。また、例えば、絶縁部材２１０、２２０、２３０の幅方向の長さＬ２は、スロット１２３ａの開口部の幅Ｗ２（図４参照）よりも長くなるように設定される。

また、絶縁部材２１０における一方の面２１５には、サーミスタ素子２１１と、サーミスタ素子２１１に接続される銅箔回路２１２とが設けられる。これらは、例えば、絶縁部材２１０の面２１５に接着剤やはんだ付けにより固定される。また、回転電機１００の回転軸の軸方向において、スロット１２３ａにおける中央付近にサーミスタ素子２１１を配置するため、絶縁部材２１０の面２１５における中央付近にサーミスタ素子２１１が配置される。

サーミスタ素子２１１は、温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体であり、スロット１２３ａに設けられたコイル１８０（図４参照）の温度を検出する温度センサの一例である。例えば、サーミスタ素子２１１として、温度変化に対して電気抵抗の変化が大きい抵抗体を用いることができる。

また、銅箔回路２１２にはリード線２１３が接続され、リード線２１３の端部にはコネクタ２１４が接続されている。コネクタ２１４は、ＥＣＵ１０（図２参照）に接続される。

また、絶縁部材２１０の一方の面２１５に絶縁部材２２０が固定され、絶縁部材２１０の他方の面に絶縁部材２３０が固定される。なお、これらの固定には、接着剤やコイル固定用ワニスを用いることができる。このように、絶縁シート２００は、ラミネート構造である。また、絶縁シート２００に絶縁機能を持たせるため、積層構造を有する絶縁部材２１０、２２０の間にサーミスタ素子２１１が配置される。

このように積層構造に形成された絶縁シート２００は、断面視でＵの字に折り曲げられてスロット１２３ａに配置される。具体的には、絶縁シート２００における左右方向の２か所を折線（点線２１６、２１７、２２１、２２２、２３１、２３２で示す）として、絶縁シート２００を断面視でＵの字になるように折り曲げる。この場合に、絶縁シート２００の幅方向の長さＷ１は、スロット１２３ａの開口部の幅Ｗ２（図４参照）に応じて設定される。具体的には、スロット１２３ａ内への設置後における絶縁シート２００の幅方向の長さ、すなわち、図４に示す幅Ｗ１が、スロット１２３ａの開口部の幅Ｗ２よりも広くなるように設定される。

［温度センサの配置例］
図４は、スロット１２３ａへの絶縁シート２００の配置例を示す図である。なお、図４では、説明を容易にするため、各部を簡略化して示す。また、絶縁シート１８１は、１または複数のシート状の絶縁部材からなり、断面視でＵの字に折り曲げられてスロット１２３ａ内に設置される。

図４に示すように、絶縁シート２００は、スロット１２３ａ内に配置される。具体的には、スロット１２３ａに絶縁シート１８１が挿入された後にコイル１８０が巻かれる。そして、コイル１８０を覆うように、断面視でＵの字に折り曲げられた絶縁シート２００がスロット１２３ａに挿入される。このように、スロット１２３ａ内において絶縁シート１８１に囲まれたコイル１８０に蓋をするように、絶縁シート２００が配置される。また、スロット１２３ａに装着されたコイル１８０を、断面視で絶縁シート１８１及び絶縁シート２００が覆うように、スロット１２３ａ内に絶縁シート１８１及び絶縁シート２００が配置される。すなわち、絶縁部材からなる絶縁シート１８１及び絶縁シート２００を、断面視で２つのＵの字を合わせたような形態でスロット１２３ａ内にコイル１８０を閉じ込める。また、スロット１２３ａの長手方向、すなわち、回転電機１００の回転軸の軸方向に、銅箔回路２１２及びリード線２１３が延びるように配置される。

なお、スロット１２３ａ内に絶縁シート１８１を配置する場合には、回転電機１００の回転軸の軸方向を挿入方向として、絶縁シート１８１を挿入する。同様に、スロット１２３ａ内に絶縁シート２００を配置する場合には、回転電機１００の回転軸の軸方向を挿入方向として、絶縁シート２００を挿入する。

このように、回転電機１００を組み立てる場合には、３つのシート状の絶縁部材２１０、２２０、２３０により形成される絶縁シート２００を断面視でＵの字形状に折り曲げ、その折り曲げ後の絶縁シート２００をスロット１２３ａに挿入する。これにより、回転電機１００が組み立てやすくなる。

上述したように、スロット１２３ａ内への設置後における絶縁シート２００の幅方向の長さ、すなわち、図４に示す幅Ｗ１が、スロット１２３ａの開口部の幅Ｗ２よりも広くなるように、絶縁シート２００が形成される。また、スロット１２３ａ内への絶縁シート２００の設置後における、スロット１２３ａの開口部に生じる空間の高さ、すなわち、図４に示す高さＨ１は、０よりも長くなるように、絶縁シート２００が形成される。なお、高さＨ１は、数ｍｍ程度、例えば、１ｍｍ程度とし、スロット１２３ａの開口部に所定サイズの空間を設けるようにすることが好ましい。

このように、絶縁シート２００を配置することにより、絶縁シートのもっとも膨らんでいる部分、すなわち、サーミスタ素子２１１の部分であっても、ステータコア１２１の内径側に飛び出すことを防止することができる。また、スロット１２３ａ内に配置されたコイル１８０を絶縁シート２００により押し付け可能となる。

上述したように、回転電機１００においては、コイルエンド１２４、１２５が冷却油により冷却される。このように、ステータ１２０の両端部に設けられるコイルエンド１２４、１２５は冷却油により冷却されるため、ステータ１２０の両端部付近はその冷却の影響を受けやすい。そこで、第１実施形態では、冷却油による冷却の影響が少ない位置として、回転電機１００の回転軸の軸方向における中央付近にサーミスタ素子２１１を配置する。これにより、冷却油による冷却の影響が少ない位置での温度を検出することができるため、検出精度を向上させることができる。

ここで、例えば、サーミスタ素子をコイルエンド１２４、１２５の表面に取り付ける場合を想定する。この場合には、組み立て時にサーミスタ素子の取り付けのばらつきが生じる可能性があり、コイルエンド１２４、１２５の表面にサーミスタ素子がしっかりと取り付けられたか否かによって温度にばらつきが生じ、計測精度が低下するおそれがある。これに対して、第１実施形態では、絶縁シート２００にサーミスタ素子２１１を内蔵して組み立てを行うことができる。また、スロット１２３ａ内に配置されたコイル１８０を絶縁シート２００により押し付け可能となるため、サーミスタ素子２１１をコイル１８０に近付けることができる。これらにより、取り付け作業を容易に行うことができるとともに、サーミスタ素子２１１の測温精度を向上させることができる。このように、サーミスタ素子２１１の取り付けのばらつきを低減させることができる。すなわち、サーミスタ素子２１１をコイル１８０にしっかりと取り付けることにより、サーミスタ素子２１１の取り付け誤差を改善することができる。

ここで、回転電機１００のステータ１２０において磁束を発生させるためのコイル１８０（例えば、銅線）が鉄心の周りに巻かれている。また、銅の周りには高分子体が塗られているため、ある高温の温度帯になると、その高分子体が相転移してしまう。このため、ＥＣＵ１０は、鉄心の周りに巻かれているコイル１８０について適切に温度保護をするため、ステータ１２０に装着されたコイル１８０が耐熱温度を超えないように、回転電機１００を制御する必要がある。

そこで、第１実施形態では、ステータ１２０の径方向内側にサーミスタ素子２１１を配置する。すなわち、ステータ１２０の最内径コイルのロータ１３０側にサーミスタ素子２１１が配置される。また、回転電機１００の回転軸の軸方向において、スロット１２３ａにおける中央付近にサーミスタ素子２１１が配置される。すなわち、スロット１２３ａの最内周に配置されたコイル１８０における中央付近にサーミスタ素子２１１が配置される。これにより、サーミスタ素子２１１による温度の検出精度を向上させることができる。また、サーミスタ素子２１１の取り付け誤差を改善することできる。

なお、第１実施形態では、回転電機１００の回転軸の軸方向において、スロット１２３ａにおける中央付近にサーミスタ素子２１１が配置する例を示すが、スロット１２３ａにおける他の位置にサーミスタ素子２１１を配置するようにしてもよい。例えば、コイルエンド１２４、１２５以外の部分であって、スロット１２３ａ内の何れかの位置にサーミスタ素子２１１を配置するようにしてもよい。すなわち、スロット１２３ａ内であって鉄心に囲まれた領域内の何れかの位置にサーミスタ素子２１１を配置することができる。例えば、断面視でＵの字形状の絶縁シート２００における何れかの位置、または、断面視でＵの字形状の絶縁シート１８１における何れかの位置に、サーミスタ素子２１１を配置することができる。なお、絶縁シート１８１にサーミスタ素子２１１を配置する場合には、絶縁シート２００と同様に絶縁シート１８１を積層構造としてサーミスタ素子２１１を配置する。

また、第１実施形態では、下側のスロット１２３ａの位置３（図１Ｂ参照）にサーミスタ素子２１１を配置する例を示すが、他のスロット１２３にサーミスタ素子２１１を配置するようにしてもよい。例えば、ステータ１２０の周りには、冷却用油路１６１と、冷却用水路１１０ａ乃至ｊとが設けられ、これらの流路に冷媒が流れ、回転電機１００が冷却される。そこで、これらの冷媒による冷却の影響が少ない位置にサーミスタ素子２１１を配置するようにしてもよい。例えば、冷却用油路１６１、冷却用水路１１０ａ乃至ｊからの距離が比較的離れているスロット１２３ｂ乃至ｅ（図１Ａ参照）のうちの少なくとも１つの位置にサーミスタ素子２１１を配置するようにしてもよい。

また、第１実施形態では、積層構造を有する絶縁シート２００にサーミスタ素子２１１を配置する例を示すが、コイル絶縁のためのエナメル被膜のなかに絶縁を保ちながら、サーミスタ素子２１１を配置するようにしてもよい。

なお、第１実施形態では、スロット１２３ａに１つのサーミスタ素子２１１を設ける例を示すが、コイル１８０の温度を検出するための複数のサーミスタ素子をステータ１２０に設けるようにしてもよい。例えば、複数のスロット１２３のそれぞれにサーミスタ素子を設けるようにしてもよい。これにより、コイル１８０の温度の検出精度をさらに向上させることができる。例えば、複数のサーミスタ素子により検出された温度のうちで最も高い温度を用いて回転電機１００の制御を実行することができるため、車両における確度の高いシステム制御を実行することができる。

［第１実施形態の作用効果］
第１実施形態に係る回転電機１００は、シャフト１４０（回転軸の一例）を有するロータ１３０と、ロータ１３０の径方向外側に配置され、コイル１８０がスロット１２３ａ内に装着されるとともに端部から回転軸の軸方向にコイルエンド１２４、１２５が突出するステータ１２０と、ロータ１３０及びステータ１２０を収容するハウジング１１０とを備える。また、回転電機１００は、コイルエンド１２４、１２５が冷却油（冷媒の一例）により冷却される。また、回転電機１００は、スロット１２３ａに設けられたコイル１８０の温度を検出するため、コイル１８０に設けられるサーミスタ素子２１１（温度センサの一例）を備える。サーミスタ素子２１１（温度センサの一例）は、スロット１２３ａ内であって鉄心に囲まれた領域内に配置される。

このような回転電機１００によれば、冷却油による冷却の影響が少ない位置、すなわち、スロット１２３ａ内であって鉄心に囲まれた領域内に、サーミスタ素子２１１が配置されるため、サーミスタ素子２１１による温度の検出精度を向上させることができる。これにより、車両における確度の高いシステム制御を実行することができる。

また、第１実施形態に係る回転電機では、サーミスタ素子２１１（温度センサの一例）は、ステータ１２０の径方向内側に配置される。

このような回転電機１００によれば、ステータ１２０の径方向内側の位置にサーミスタ素子２１１が配置されるため、サーミスタ素子２１１による温度の検出精度を向上させることができる。これにより、車両における確度の高いシステム制御を実行することができる。

また、第１実施形態に係る回転電機では、サーミスタ素子２１１（温度センサの一例）は、回転電機１００の回転軸の軸方向においてスロット１２３ａにおける中央付近に配置される。

このような回転電機１００によれば、回転電機１００の回転軸の軸方向においてスロット１２３ａにおける中央付近の位置にサーミスタ素子２１１が配置される。ここで、ステータ１２０においては、スロット１２３ａにおける中央付近が一番熱くなると想定されるため、その高温位置の温度を正確に取得することができる。これにより、ＥＣＵ１０は、ステータ１２０における最高温度に基づいて車両の制御を実行することができる。例えば、一番熱い部分が許容温度を超えないように制御を実行することができる。すなわち、車両における確度の高いシステム制御を実行することができる。

また、第１実施形態に係る回転電機では、スロット１２３ａには、コイル１８０と、コイル１８０と鉄心との間に配置される絶縁部材２１０、２２０、２３０が装着され、サーミスタ素子２１１（温度センサの一例）は、コイル１８０と絶縁部材２２０との間に配置される。

このような回転電機１００によれば、サーミスタ素子２１１がコイル１８０と絶縁部材２２０との間に配置されるため、サーミスタ素子２１１と絶縁部材２１０、２２０、２３０との製作が容易である。また、スロット１２３ａ内にサーミスタ素子２１１を取り付けやすい。

また、第１実施形態に係る回転電機では、サーミスタ素子２１１（温度センサの一例）は、絶縁部材２１０、２２０、２３０と一体で形成される。

このような回転電機１００によれば、サーミスタ素子２１１と絶縁部材２１０、２２０、２３０とが一体で形成されるため、サーミスタ素子２１１と絶縁部材２１０、２２０、２３０との製作が容易である。また、スロット１２３ａ内にサーミスタ素子２１１を取り付けやすい。

また、第１実施形態に係る回転電機では、サーミスタ素子２１１（温度センサの一例）は、サーミスタ素子２１１と電気的に接続するリード線２１３を備え、リード線２１３は、回転電機１００の回転軸の軸方向に延設されてスロット１２３ａ内から外部へと導出される。

このような回転電機１００によれば、回転電機１００の回転軸の軸方向に延設されたリード線２１３により、サーミスタ素子２１１と回転電機１００の外部の機器（例えば、ＥＣＵ１０）とを電気的に接続することができる。これにより、サーミスタ素子２１１を用いた検出精度の高いコイルの温度を回転電機１００の外部の機器（例えば、ＥＣＵ１０）で取得可能となる。

［第２実施形態］
第１実施形態では、３つのシート状の絶縁部材２１０、２２０、２３０を重ねて積層構造とする例を示した。このため、絶縁部材２１０におけるサーミスタ素子２１１の部分、例えば、絶縁部材２２０の一部にしわが寄ってしまうおそれがある。そこで、第２実施形態では、絶縁部材におけるしわ寄りを防止するため、絶縁部材２１０におけるサーミスタ素子２１１を避けるように、絶縁部材２１０の面２１５に固定される他の絶縁部材に窓、切込み、へこみ等を設ける例を示す。なお、第２実施形態は、第１実施形態の一部を変形した例であり、第１実施形態と共通する部分については、図示及びその説明の一部を省略する。

［温度センサの構成例］
図５Ａは、絶縁シート２０１の構成例を示す図である。なお、絶縁シート２０１は、図３に示す絶縁シート２００を構成する絶縁部材２２０の一部を変形して窓部２４１を設けたものであり、図３に示す絶縁シート２００と共通する部分には同一の符号を付して説明の一部を省略する。

図５Ａに示すように、絶縁シート２０１を構成する絶縁部材２４０は、シート状の絶縁部材であり、絶縁部材２１０の面２１５に固定される。また、絶縁部材２４０には、絶縁部材２１０におけるサーミスタ素子２１１に相当する部分に矩形状の窓部２４１が設けられる。すなわち、シート状の絶縁部材２４０を貫通する矩形状の孔を設けることにより窓部２４１が形成される。このように、絶縁部材２４０に窓部２４１を形成することにより、絶縁部材２４０にしわが寄り難くなる。

ただし、絶縁部材２４０に窓部２４１が形成されることにより、絶縁シート２０１の絶縁性能が低下するおそれがある。このように絶縁性能が低下する場合には、絶縁を担保するための保護部材をサーミスタ素子２１１に相当する部分に設けることが好ましい。そこで、第２実施形態では、絶縁部材２１０におけるサーミスタ素子２１１の部分を絶縁剤２４２でポッティングして覆うようにする。この例を図５Ｂに示す。なお、絶縁剤２４２は、絶縁破壊電圧が１９ｋＶ以上となることが好ましい。

図５Ｂは、シート状の絶縁部材２１０、２３０、２４０を積層して固定した後における絶縁シート２０１の構成例を示す断面図である。なお、図５Ｂには、絶縁シート２０１の幅方向（図５Ａの左右方向）から見た場合の断面図を示す。絶縁部材２１０におけるサーミスタ素子２１１の部分を絶縁剤２４２でポッティングして覆うことにより、絶縁部材２４０における窓部２４１の形成による絶縁性能の低下を防止することができる。

［温度センサの構成例］
図６Ａは、絶縁シート２０２の構成例を示す図である。なお、絶縁シート２０２は、図３に示す絶縁シート２００を構成する絶縁部材２２０の一部を変形して切込部２５１を設けたものであり、図３に示す絶縁シート２００と共通する部分には同一の符号を付して説明の一部を省略する。

図６Ａに示すように、絶縁シート２０２を構成する絶縁部材２５０は、シート状の絶縁部材であり、絶縁部材２１０の面２１５に固定される。また、絶縁部材２５０には、絶縁部材２１０におけるサーミスタ素子２１１に相当する部分に矩形状の切込部２５１が設けられる。すなわち、シート状の絶縁部材２５０においてＵの字形状の切込みを設けることにより切込部２５１が形成される。また、切込部２５１は、折線２５２により折り曲げ可能となる。このように、絶縁部材２５０に切込部２５１を設けることにより、絶縁部材２５０にしわが寄り難くなる。

ただし、図５Ａに示す例と同様に、絶縁部材２５０に切込部２５１を設けることにより、絶縁シート２０２の絶縁性能が低下するおそれがある。そこで、絶縁部材２１０におけるサーミスタ素子２１１の部分を絶縁剤２５３でポッティングして覆うようにする。この例を図６Ｂに示す。

図６Ｂは、シート状の絶縁部材２１０、２３０、２５０を積層して固定した後における絶縁シート２０２の構成例を示す断面図である。なお、図６Ｂには、絶縁シート２０２の幅方向（図６Ａの左右方向）から見た場合の断面図を示す。絶縁部材２１０におけるサーミスタ素子２１１の部分を絶縁剤２５３でポッティングして覆うことにより、絶縁部材２５０における切込部２５１の形成による絶縁性能の低下を防止することができる。

上述したように、絶縁シート２０２をスロット１２３ａに装着する場合には、回転電機１００の回転軸の軸方向に沿って、絶縁シート２０２をスロット１２３ａに挿入する。なお、図６Ｂでは、絶縁シート２０２の挿入方向を矢印Ｙで示す。絶縁シート２０２の挿入方向に向かって傾斜するように切込部２５１を形成することにより、絶縁シート２０２の挿入作業を容易とすることができる。

［第３実施形態］
第１、２実施形態では、絶縁シート２００、２０１、２０２に１つのサーミスタ素子２１１を設ける例を示した。ただし、絶縁シートに複数のサーミスタ素子を設けるようにしてもよい。そこで、第３実施形態では、絶縁シートに複数のサーミスタ素子を設ける例を示す。なお、第３実施形態は、第１、２実施形態の一部を変形した例であり、第１、２実施形態と共通する部分については、図示及びその説明の一部を省略する。

［温度センサの配置例］
図７は、スロット１２３ａへの絶縁シート２０５の配置例を示す図である。なお、図７に示す例は、図４の一部を変形したものであり、図４と共通する部分については、同一の符号を付してその説明の一部を省略する。具体的には、絶縁シート２０５に２つのサーミスタ素子２１１、２６１を設けた点が異なる。

図７に示すように、絶縁部材２１０に２つのサーミスタ素子２１１、２６１を設け、２つのサーミスタ素子２１１、２６１間には断熱部材２６２を配置する。サーミスタ素子２１１は、スロット１２３ａに設けられたコイル１８０の温度を検出する温度センサの一例である。また、サーミスタ素子２６１は、ロータ１３０側の温度を検出する温度センサの一例である。また、サーミスタ素子２１１、２６１間に断熱部材２６２を配置することにより、ステータ１２０側のサーミスタ素子２１１はコイル１８０の温度を検出でき、ロータ１３０側のサーミスタ素子２１１はその温度の影響を受けずにロータ１３０側の温度を検出できる。また、これらの各温度を用いてロータ１３０内の磁石の温度を線形的に推定することが可能となる。

なお、断熱部材２６２として、例えば、樹脂等の熱絶縁材を用いることができる。また、断熱部材２６２として、例えば、コイルとステータ１２０とを絶縁する絶縁紙やワニス等を用いるようにしてもよい。また、断熱部材２６２は、サーミスタ素子２１１の面に接着剤やはんだ付けにより固定される。また、サーミスタ素子２６１は、例えば、断熱部材２６２の面に接着剤やはんだ付けにより固定される。

また、サーミスタ素子２１１、２６１は、ステータ１２０の径方向内側に設置される。また、サーミスタ素子２１１は、スロット１２３ａに設けられたコイル１８０の温度を検出する温度センサであるため、ステータ１２０の径方向において、コイル１８０側に設けられる。また、サーミスタ素子２６１は、ロータ１３０側の温度を検出する温度センサであるため、ステータ１２０の径方向において、ロータ１３０側に設けられる。また、サーミスタ素子２１１、２６１は、断熱部材２６２を挟んで、ステータ１２０の径方向において重なるように設置される。すなわち、ステータ１２０の径方向においてサーミスタ素子２１１、２６１が２層に設置される。このように、絶縁シート２０５は、スロット１２３ａの最内周に配置されたコイル１８０に取り付けられたサーミスタ素子２１１と、その間に断熱部材２６２を挟んで、スロット１２３ａのさらに内周側に配置されたサーミスタ素子２６１を有する構造とすることができる。

このように、ロータ１３０とコイル１８０の間に、２つのサーミスタ素子２１１、２６１を配置するようにする。なお、ステータ１２０の径方向におけるサーミスタ素子２１１、２６１の設置場所、断熱部材２６２の厚さ等については、各サーミスタ素子により検出される２つの温度が所定の温度勾配となるように設定される。

また、絶縁部材２１０には、サーミスタ素子２６１と電気的に接続する銅箔回路やリード線が設けられる。例えば、絶縁部材２１０において、スロット１２３ａの長手方向、すなわち、回転電機１００の回転軸の軸方向に、サーミスタ素子２６１と電気的に接続する銅箔回路やリード線が延びるように配置される。このように、絶縁部材２１０には、２つのサーミスタ素子２１１、２６１から少なくとも４本のリード線が出るようになる。

また、スロット１２３ａ内への絶縁シート２００の設置後における、スロット１２３ａの開口部に生じる空間の高さ、すなわち、図７に示す高さＨ３は、０よりも長くなるように、絶縁シート２０５が折り曲げられる。高さＨ３は、数ｍｍ程度、例えば、１ｍｍ程度とし、スロット１２３ａの開口部に所定サイズの空間を設けるようにすることが好ましい。

なお、２つのサーミスタ素子２１１、２６１間に断熱部材２６２を配置する代わりに、２つのサーミスタ素子２１１、２６１間に断熱材としてのポッティング材を使用してもよい。すなわち、ポッティング材を断熱材としてサーミスタ素子２１１を覆うように使用することができる。また、サーミスタ素子２６１を断熱シートに設置し、この断熱シートを絶縁部材２１０、２２０の間に配置するようにしてもよい。この断熱シートは、例えば、絶縁部材２１０、２２０、２３０のサイズと略同様とすることができる。

また、第２実施形態で示したように、絶縁部材におけるしわ寄りを防止するため、絶縁部材２１０におけるサーミスタ素子２１１、２６１を避けるように、絶縁部材２１０の面２１５に固定される他の絶縁部材に窓、切込み、へこみ等を設けるようにしてもよい。

［ロータの温度推定例］
図８Ａ、図８Ｂは、サーミスタ素子２１１、２６１を用いてロータ１３０内の磁石の温度を推定する推定例を示す図である。この温度推定処理については、ＥＣＵ１０により実行される。

図８Ａ、図８Ｂに示すグラフにおいて、縦軸は、温度を示し、横軸は、ステータ１２０の径方向における位置を示す。また、図８Ａ、図８Ｂに示すグラフにおいて、Ｐ１は、ステータ１２０の径方向における、サーミスタ素子２１１が設置されている位置を示す。また、Ｐ２は、ステータ１２０の径方向における、サーミスタ素子２６１が設置されている位置を示す。また、Ｐ３は、ステータ１２０の径方向における、ロータ１３０内の磁石の位置を示す。なお、Ｐ３に対応する磁石は、例えば、ロータ１３０内に設置された磁石のうち、外周側に設置された磁石とすることができる。

また、図８Ａ、図８Ｂに示すグラフにおいて、Ｔ１は、サーミスタ素子２１１により検出された温度を示す。また、Ｔ２は、サーミスタ素子２６１により検出された温度を示す。また、Ｔ３は、ロータ１３０内の磁石の推定温度を示す。

なお、図８Ａに示すグラフは、サーミスタ素子２１１により検出された温度Ｔ１が、サーミスタ素子２６１により検出された温度Ｔ２よりも低い場合の例を示す。また、図８Ｂに示すグラフは、サーミスタ素子２１１により検出された温度Ｔ１が、サーミスタ素子２６１により検出された温度Ｔ２よりも高い場合の例を示す。

ロータ１３０内の磁石の温度Ｔ３を推定する場合には、次の式１、式２を用いて求めることができる。
□Ｑ＝（Ｔ２−Ｔ１）／Ｒｔｈ１ …式１
□Ｔ３＝Ｔ２−Ｒｔｈ２・Ｑ …式２
なお、Ｒｔｈ１は、断熱部材２６２の熱抵抗を示す値である。また、Ｒｔｈ２は、サーミスタ素子２６１とロータ１３０内の磁石との間の熱抵抗を示す値である。

ＥＣＵ１０は、コイル１８０の表面に取り付けられたサーミスタ素子２１１により検出された温度Ｔ１と、ステータ１２０の最内径に配置されたサーミスタ素子２６１により検出された温度Ｔ２とを取得する。そして、ＥＣＵ１０は、温度Ｔ１、Ｔ２の温度差に基づいて、ロータ１３０内の磁石の温度Ｔ３を推定する。すなわち、ＥＣＵ１０は、上述した式１、式２を用いて、ロータ１３０内の磁石の温度Ｔ３を算出する。

このように、２つのサーミスタ素子２１１、２６１の温度差を用いることで、非接触でロータ１３０内の磁石の温度Ｔ３を推定することができる。また、２つのサーミスタ素子２１１、２６１の温度差と既知の断熱部材２６２の熱抵抗とに基づいて、ロータ１３０内の磁石の温度Ｔ３を推定することで推定精度を向上させることができる。

ここで、ロータ１３０に装着された磁石は高温になると永久的に減磁してしまう性質を有する。このため、ＥＣＵ１０は、ロータ１３０に装着された磁石が耐熱温度を超えないように、回転電機１００を制御する必要がある。しかし、ロータ１３０は回転しているため、ロータ１３０内にある磁石の温度を直接測定するのは困難である。そこで、第３実施形態では、２つのサーミスタ素子２１１、２６１を用いて、ロータ１３０内の磁石の温度Ｔ３を高い精度で推定する。

なお、２つのサーミスタ素子２１１、２６１により検出された温度が十分低ければ、ロータ１３０内の磁石の温度も十分低いと推定される。そこで、サーミスタ素子２１１、２６１により検出された温度が、ある温度帯（磁石温度が高温になる可能性がある温度帯）になった場合にのみ、上述した温度Ｔ３の推定処理を実行するようにしてもよい。すなわち、２つのサーミスタ素子２１１、２６１により検出された温度が閾値ＴＨ１以下である場合には、上述した温度Ｔ３の推定処理を実行しないようにしてもよい。具体的には、ＥＣＵ１０は、サーミスタ素子２１１、２６１により検出された温度が閾値ＴＨ１よりも高い場合には、温度Ｔ３の推定処理を実行する。一方、ＥＣＵ１０は、サーミスタ素子２１１、２６１により検出された温度が閾値ＴＨ１以下である場合には、ＥＣＵ１０による他の演算速度を優先させるため、温度Ｔ３の推定処理を実行しない。このように、サーミスタ素子２１１、２６１により検出された温度に応じて、温度Ｔ３の推定処理を実行するか否かを決定することができる。これにより、ＥＣＵ１０による温度Ｔ３の推定処理を低減させることができ、ＥＣＵ１０の演算処理を削減することができる。また、温度Ｔ３の推定精度を向上させることができる。

また、回転電機１００の回転数が十分低ければ、ロータ１３０内の磁石の温度も十分低いと推定される。そこで、回転電機１００の回転数が、ある程度の回転領域（磁石温度が高温になる可能性がある回転数）になった場合にのみ、上述した温度Ｔ３の推定処理を実行するようにしてもよい。すなわち、回転電機１００の回転数が閾値ＴＨ２以下である場合には、上述した温度Ｔ３の推定処理を実行しないようにしてもよい。具体的には、ＥＣＵ１０は、回転電機１００の回転数が閾値ＴＨ２よりも高い場合には、温度Ｔ３の推定処理を実行する。一方、ＥＣＵ１０は、回転電機１００の回転数が閾値ＴＨ２以下である場合には、ＥＣＵ１０による他の演算速度を優先させるため、温度Ｔ３の推定処理を実行しない。このように、回転電機１００の回転数に応じて、温度Ｔ３の推定処理を実行するか否かを決定することができる。これにより、ＥＣＵ１０による温度Ｔ３の推定処理を低減させることができ、ＥＣＵ１０の演算処理を削減することができる。また、温度Ｔ３の推定精度を向上させることができる。

［第３実施形態の作用効果］
また、第３実施形態に係る回転電機１００では、ロータ１３０側の温度を検出するためのサーミスタ素子２６１（ロータ側温度センサの一例）をさらに備える。また、スロット１２３ａにおけるステータ１２０の径方向内側において、サーミスタ素子２１１（温度センサの一例）とサーミスタ素子２６１（ロータ側温度センサの一例）とは、断熱部材２６２を挟んでその径方向に重なるように配置される。

このような回転電機１００によれば、ステータ１２０の径方向内側において、サーミスタ素子２１１よりもロータ１３０に近い位置にサーミスタ素子２６１を配置することで、ロータ１３０に配置された磁石に最も近い位置の温度も取得することができる。

また、第３実施形態に係る回転電機１００では、サーミスタ素子２１１（温度センサの一例）を用いて取得された温度と、サーミスタ素子２６１（ロータ側温度センサの一例）を用いて取得された温度とに基づいて、ロータ１３０に装着された磁石の温度が算出される。

このような回転電機１００によれば、サーミスタ素子２１１を用いて取得されたコイル１８０の温度と、サーミスタ素子２６１を用いて取得されたロータ１３０側の温度とに基づいて、ロータ１３０に配置された磁石の温度を推定することができる。すなわち、２つのサーミスタ素子２１１、２６１の温度差を用いることで、ロータ１３０に配置された磁石の温度を非接触で推定することができる。

［変形例１］
第１乃至第３実施形態では、断面形状が円形のコイル１８０をスロット１２３ａに装着する回転電機１００の例を示した。ただし、他の形状のコイルをスロット１２３ａに装着する回転電機についても第１乃至第３実施形態を適用可能である。そこで、変形例１では、板状のコイルをスロット１２３ａに装着する回転電機の例を示す。なお、変形例１は、第１乃至第３実施形態の一部を変形した例であり、第１乃至第３実施形態と共通する部分については、図示及びその説明の一部を省略する。

［温度センサの配置例］
図９は、板状のコイル１９１乃至１９５が装着されたスロット１２３ａへの絶縁シート３００の配置例を示す図である。なお、図９に示す例は、図４の一部を変形したものであり、図４と共通する部分については、同一の符号を付してその説明の一部を省略する。具体的には、スロット１２３ａに板状のコイル１９１乃至１９５が装着された点と、スロット１２３ａに１つの絶縁シート３００を設けた点とが異なる。すなわち、図４では、断面視でＵの字形状の２つの絶縁シート１８１及び絶縁シート２００をスロット１２３ａに装着するのに対し、図９では、断面視で略矩形状の１つの絶縁シート３００をスロット１２３ａに装着する点が異なる。

図９に示すように、断面視で略矩形状の絶縁シート３００は、スロット１２３ａ内に装着されたコイル１９１乃至１９５を囲むように配置される。また、絶縁シート３００は、図３に示す絶縁シート２００と同様に、３つのシート状の絶縁部材３１０、３２０、３３０により構成される。また、絶縁部材３１０にはサーミスタ素子３１１が設けられる。ただし、絶縁シート３００は、図３に示す絶縁シート２００の左右方向の長さを広げたものであり、その左右方向の５か所を折線として、折り曲げて形成される。また、絶縁シート３００は、図３に示す絶縁シート２００におけるサーミスタ素子２１１の位置を、左右方向の端部側に移動したものであり、図９に示すように、略矩形状の一辺に対応する位置にサーミスタ素子３１１が設けられる。

また、スロット１２３ａ内への設置後における絶縁シート３００の幅方向の長さ、すなわち、図９に示す幅Ｗ３が、スロット１２３ａの開口部の幅Ｗ２よりも広くなるように絶縁シート３００が折り曲げられる。また、スロット１２３ａ内への絶縁シート３００の設置後における、スロット１２３ａの開口部に生じる空間の高さ、すなわち、図９に示す高さＨ３は、０よりも長くなるように折り曲げられる。高さＨ３は、数ｍｍ程度、例えば、１ｍｍ程度とし、スロット１２３ａの開口部に所定サイズの空間を設けるようにすることが好ましい。

［変形例２］
第１乃至第３実施形態では、シート状の絶縁部材においてサーミスタ素子と接続される導体として銅箔回路を配置する例を示した。ただし、銅箔回路以外の導体を用いる回転電機についても第１乃至第３実施形態を適用可能である。そこで、変形例２では、銅箔回路の代わりにリード線を用いる例を示す。なお、変形例２は、第１乃至第３実施形態の一部を変形した例であり、第１乃至第３実施形態と共通する部分については、図示及びその説明の一部を省略する。

［温度センサの構成例］
図１０は、絶縁シート４００の構成例を示す図である。なお、絶縁シート４００は、図３に示す絶縁シート２００を構成する絶縁部材２１０における銅箔回路２１２の代わりにリード線４１２、４１３を設けた点以外は、図３に示す絶縁シート２００と略同一である。

図１０に示すように、絶縁シート４００を構成する絶縁部材４１０は、サーミスタ素子４１１と、リード線４１２、４１３とを備える。リード線４１２、４１３として、例えば、ビニール線、すずめっき線、エナメル線等を用いることができる。また、リード線４１２、４１３には、外部機器と接続するためのコネクタ（図示省略）が接続される。

［変形例２の作用効果］
変形例２に係る回転電機は、サーミスタ素子４１１（温度センサの一例）は、サーミスタ素子４１１と電気的に接続するリード線４１２、４１３を備え、リード線４１２、４１３は、回転電機１００の回転軸の軸方向に延設されてスロット１２３ａ内から外部へと導出される。

このような回転電機１００によれば、サーミスタ素子４１１と回転電機１００の外部の機器（例えば、ＥＣＵ１０）とを電気的に接続することができ、サーミスタ素子４１１を用いた検出精度の高いコイルの温度を回転電機１００の外部の機器（例えば、ＥＣＵ１０）で取得可能となる。

なお、本実施形態では、絶縁シートを介してサーミスタ素子をコイル上に設置する例を示したが、コイルが絶縁されていれば、絶縁シートを使用せずにサーミスタ素子をコイル上に直接設置するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

１０ ＥＣＵ
１００ 回転電機
１１０ ハウジング
１１０ａ〜１１０ｊ 冷却用水路
１２０ ステータ
１２１ ステータコア
１２２ ティース
１２３、１２３ａ〜ｅ スロット
１２４、１２５ コイルエンド
１３０ ロータ
１４０ シャフト
１５１、１５２ 軸受
１６０ オイルポンプ
１６１ 冷却用油路
１６２、１６３ 噴出部
１８０ コイル
１８１、２００、２０１、２０２、２０５、３００、４００ 絶縁シート
１９１〜１９５ 板状のコイル
２１０、２２０、２３０、２４０、２５０、３１０、３２０、３３０ 絶縁部材
２１１、２６１、３１１、４１１ サーミスタ素子
２１２ 銅箔回路
２１３、４１２、４１３ リード線
２１４ コネクタ
２４１ 窓部
２４２、２５３ 絶縁剤
２５１ 切込部
２５２ 折線
２６２ 断熱部材

Claims (8)

1. 回転軸を有するロータと、前記ロータの径方向外側に配置され、コイルがスロット内に装着されるとともに端部から前記回転軸の軸方向にコイルエンドが突出するステータと、前記ロータ及び前記ステータを収容するハウジングとを備え、前記コイルエンドが冷媒により冷却される回転電機であって、
   前記スロットに設けられた前記コイルの温度を検出するため、前記コイルに設けられる温度センサを備え、
   前記温度センサは、前記スロット内であって鉄心に囲まれた領域内に配置される、
   回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   前記温度センサは、前記ステータの径方向内側に配置される、
   回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機であって、
   前記温度センサは、前記軸方向において前記スロットにおける中央付近に配置される、
   回転電機。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の回転電機であって、
   前記スロットには、前記コイルと、前記コイルと前記鉄心との間に配置される絶縁部材が装着され、
   前記温度センサは、前記コイルと前記絶縁部材との間に配置される、
   回転電機。
5. 請求項４に記載の回転電機であって、
   前記温度センサは、前記絶縁部材と一体で形成される、
   回転電機。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の回転電機であって、
   前記温度センサは、当該温度センサと電気的に接続するリード線を備え、
   前記リード線は、前記軸方向に延設されて前記スロット内から外部へと導出される、
   回転電機。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の回転電機であって、
   前記ロータ側の温度を検出するためのロータ側温度センサをさらに備え、
   前記ステータの径方向内側において、前記温度センサと前記ロータ側温度センサとは、断熱部材を挟んで当該径方向に重なるように配置される、
   回転電機。
8. 請求項７に記載の回転電機であって、
   前記温度センサを用いて取得された温度と前記ロータ側温度センサを用いて取得された温度とに基づいて前記ロータに装着された磁石の温度が算出される、
   回転電機。

Images