JP4910661B2 - 回転電機のステータおよびこのステータを備えた回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のステータおよび回転電機に関し、特に温度センサを備えたステータに関する。

ハイブリット車や電気自動車の駆動装置には、モータ、ジェネレータ等の回転電機が組み込まれている。このような回転電機においては、鉄損や抵抗によって巻線が発熱する。そして、この発熱による巻線の燃損を防止するために、温度センサによって巻線部分の温度検知がなされている。

たとえば、温度センサが設けられた回転電機としては、たとえば、特開２００５−８６８８２号公報に記載された回転電機などがある。この回転電機によれば、回転電機の温度をステータのコイルエンド部に配置された温度センサによって検知している。

また、特開２００３−９２８５８号公報に記載された電動機によれば、巻線のコイルエンド部のトンネル状の隙間に設けられた温度検出素子によって温度を測定している。

特開２００１−１２８４１４号公報に記載された永久磁石モータは、ロータやステータが内部に収容するハウジングと、このハウジングに装着された温度センサとを備え、この温度センサでハウジング内の温度を測定している。

特開平１０−９４２２２号公報に記載された電動機は、ロータとステータと、ステータの端部に設けられたフロントハウジングおよびリアハウジングと、リアハウジングに形成されたガイド穴に挿入された温度センサとを備えている。そして、コイルエンドとリアハウジングとの間には隙間があり、この隙間に温度センサを配置して測温している。
特開２００５−８６８８２号公報 特開２００３−９２８５８号公報 特開２００１−１２８４１４号公報 特開平１０−９４２２２号公報

しかし、特開２００５−８６８８２号公報に記載された回転電機においては、温度センサの固定方法が具体的に記載されておらず、温度センサの固定手段によっては、温度センサが位置ずれして、正確に測定できない場合がある。

特開２００３−９２８５８号公報に記載された回転電機においては、コイルに温度センサを引っ掛けているため、コイルが温度センサによって傷つけられて損傷するおそれがある。

特開２００１−１２８４１４号公報に記載された永久磁石モータにおいては、温度センサは、ハウジング内の温度を測定しており、コイルの温度を検知することはできない。

特開平１０−９４２２２号公報においては、隙間に温度センサが配置されているため、温度センサは位置ずれし易く、正確にコイルの温度を測定できないおそれがある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、コイルの温度を正確に測定できると共に、コイルを損傷するおそれもない回転電機のステータおよびこのステータを備えた回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機においては、環状のステータコアと、ステータコアに形成されたステータティースに巻回されたコイルと、コイルをモールドして、コイルをステータコアに固定可能な樹脂部とを備える。そして、樹脂部に形成された穴部と、穴部に挿入され、該穴部を規定する樹脂部の内表面によって支持される温度センサを備える。

上記樹脂部は、穴部の周囲に形成された凹部を含み、温度センサは、温度センサの第１端部に形成されたヘッド部と、ヘッド部の端面に形成されると共に、ヘッド部の外周面から外方に突出するように形成され、凹部に係止される突出部とを含む。上記突出部の端面には、ヘッド部から温度センサの第２端部に向かうにつれて、外方に向かうように傾斜する傾斜部が形成される。好ましくは、上記樹脂部は、ステータコアの軸方向端部側に位置するコイルのコイルエンド部をモールドするエンド部を含み、穴部をエンド部に形成する。好ましくは、上記穴部は、ステータコアの外周面側から内周面側に向けて、温度センサの挿入面積が小さくなる第１テーパ部を含む。そして、温度センサは、第１テーパ部に沿って延びる第２テーパ部を含む。好ましくは、上記穴部は、ステータコアの径方向に沿って延びる。好ましくは、上記ステータコアの内周面に沿ってコイルが複数配列され、穴部は、周方向に隣り合うコイル間に位置する樹脂部に形成する。好ましくは、上記温度センサが穴部内に入り込むにしたがって、穴部内の気体を穴部より外部に排出する排出部をさらに備える。本発明に係る回転電機は、上記ステータを備える。

本発明に係るステータコアおよびこのステータコアを備える回転電機によれば、温度センサを穴部を規定する内周面で支持することで、温度センサの位置ずれを抑制することができ、正確にコイルの温度検知をすることができると共に、コイルに損傷を与えるおそれが小さい。

本発明に係る実施の形態について、図１から図９を用いて説明する。なお、下記の実施の形態の回転電機は、ハイブリット車両、ハイブリッド車両以外の各種車両（たとえば燃料電池車や電気自動車を含む電動車両）や、産業機器、空調機器、環境機器等の様々な機器に搭載される回転電機に対しても本発明は適用可能である。

また、下記の実施の形態において同一または相当する部分には同一の参照符号を付す。さらに、各実施の形態の各構成要素は、全てが必須のものであるとは限らず、一部の構成要素を省略可能な場合があることも当初から予定している。

図１は、本実施の形態に係る回転電機１００の側面図であり、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線における側断面図である。図３は、ステータコアの平面図である。

図２に示す例のように、回転電機１００は、環状とされたステータ６０と、ステータ６０の中心軸上に延び、回転可能に支持された回転シャフト３０と、この回転シャフト３０に固設されたロータ２０とを備えている。ロータ２０は、たとえば、複数の電磁鋼板を積層して形成されたロータコア２２と、このロータコア２２に形成され、軸方向に延びる穴部２０Ａ内に収容された永久磁石２１とを備えている。なお、この図２に示す例のように、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）に限らず、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）としてもよい。

ステータ６０は、環状のステータコア６１と、ステータコア６１の内周面側に周方向に沿って複数設けられたコイル４０と、このコイル４０をモールドして、コイル４０をステータコア６１に固定するモールド樹脂６５とを備えている。

図３に示す例においては、ステータコア６１は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成されている。このステータコア６１は、内周面６２に形成され、径方向内方に向けて突出するステータティース６１Ａと、ステータコア６１を固定するための複数の固定用孔６７とを備えている。このステータティース６１Ａは、ステータコア６１の周方向に間隔を隔てて複数形成されており、ステータティース６１Ａ間には、スロット（凹部）６４が形成されている。

なお、ステータコア６１としては、環状配置された複数の分割ステータコアから形成してもよい。この場合、分割ステータコアを環状固定する手法としては、各分割ステータコアに形成されたステータティースの先端部を環状部材の樹脂部品の外周面に接着する手法が考えられる。さらに、また、ステータコア６１としては、複数の分割ステータコアを環状に配列して、この環状配列された分割ステータコアを焼き嵌めなどの手法で環状の固定部材で固定して形成された組立分割ステータコアとしてもよい。

図２において、コイル４０は、絶縁性のインシュレータにエナメル線等を巻回し、その後、モールド樹脂を用いてモジュール化されたコイルをステータティース６１Ａに装着することで形成されている。なお、直接ステータティース６１Ａにエナメル線等を巻回してコイル４０を形成してもよい。

モールド樹脂６５は、コイル４０をステータコア６１に固定しており、たとえば、ＢＭＣ(Bulk Molding Compound)、エポキシ樹脂といった熱硬化性樹脂やＰＰＳ(Polyphenylene Sulfide)、ＰＢＴ(Polybutylene Terephthalate)などの熱可塑性樹脂等から構成されている。このモールド樹脂６５は、コイル４０の表面上に直接形成され、各コイル４０の表面形状を模るように形成（モールド）されている。

すなわち、各コイル４０の表面とモールド樹脂６５との間に隙間がなく、各コイル４０からの熱は、直接モールド樹脂６５に伝熱される。

このようなモールド樹脂６５に穴部９０が形成されており、この穴部９０を規定するモールド樹脂６５の内表面と直接接触する温度センサ７０が穴部９０内に挿入されている。

このように、コイル４０からの熱が直接伝えられるモールド樹脂６５の温度を測定することにより、正確にコイル４０の温度を検知することができる。

図１および図２に示すように、モールド樹脂６５は、ステータコア６１の軸方向端部に位置するコイル４０のコイルエンド４０Ａをモールドするエンド部６５Ａを備えており、このエンド部６５Ａに穴部９０が形成され、温度センサ７０が挿入されている。

コイルエンド４０Ａは、発熱しやすく高温になり易く、当該部分は他の部分より劣化が進行し易い。そこで、このコイルエンド４０Ａをモールドするエンド部６５Ａに温度センサ７０を挿入し、当該部分の温度を測定することで、ステータ６０内のうち高温部分の温度を測定している。

特に、穴部９０および温度センサ７０は、ステータコア６１の周方向に隣り合うコイル４０のコイルエンド４０Ａ間に充填されたモールド樹脂６５に設けられている。コイルエンド４０Ａ間に充填されたモールド樹脂６５は、隣り合う２つのコイルエンド４０Ａから熱が伝えられ、モールド樹脂６５内で最も温度が高くなり易い。そこで、当該位置に温度センサ７０を配置することにより、ステータ６０内で最も温度が高くなり易い部分の温度を測定することができる。

図４は、温度センサ７０および穴部９０を説明するための断面図であり、図５は、図４におけるＶ−Ｖ線における断面図である。この図４に示す例のように、温度センサ７０は、長尺な砲弾形状とされた胴体部７９と、胴体部７９の一端部に形成されたヘッド部７４とを備えている。胴体部７９の周面７０Ａは、穴部９０を規定するモールド樹脂６５の内周面９０Ａと接触しており、温度センサ７０が内周面９０Ａによって支持されている。

このため、穴部９０内に挿入された温度センサ７０が位置ずれを抑制することができ、正確に温度の検知をすることができる。

穴部９０の開口部９８は、図２に示すステータコア６１の径方向外方側に位置するモールド樹脂６５の外周面に形成されており、穴部９０は、ステータコア６１の外周面６３側から内周面６２側に向けて延びている。このように、穴部９０および温度センサ７０とがステータコア６１の径方向に沿って配置されているので、ステータコア６１の軸方向の長さが長くなることを抑制することができる。

図５において、穴部９０を規定するモールド樹脂６５の内周面９０Ａは、開口部９８に連設され、温度センサ７０が挿入される挿入面積（穴部９０の延在方向に対して垂直な開口面積）が一定とされた筒部９２と、筒部９２の先端部と連設し、穴部９０の延在方向に向かうに従って、挿入面積が小さくなる先細部（第１テーパ部）９１とを備えている。

温度センサ７０の胴体部７９は、ヘッド部７４に連設し、温度センサ７０の延在方向に垂直な断面積が一定とされた柱部７７と、この柱部７７の先端部に連設され、先端側に向かうに従って断面積が小さくなるコーン部（第２テーパ部）７６とを備えている。

温度センサ７０のコーン部７６の周面は、穴部９０の先細部９１の内周面に沿うように傾斜しており、先細部９１の内周面と接触している。

このように、穴部９０の先端部を先細状とすると共に、温度センサ７０の先端部側にコーン部７６を設けることで、温度センサ７０を穴部９０内に挿入すると、コーン部７６と先細部９１の内周面とがいずれかの位置で接触することになる。

すなわち、穴部９０の内径を高精度に製造しなくても、温度センサ７０を挿入することで、コーン部７６の周面と先細部９１の周面とを接触させることができる。

特に、コーン部７６には測温部７１が設けられており、測温部７１の周面をモールド樹脂６５に密着させることができる。これにより、モールド樹脂６５の温度を正確に測定することができる。

温度センサ７０の柱部７７の中央部には、軸部７２が設けられている。この軸部７２の断面積は、軸部７２以外の柱部７７の断面積より小さくされており、軸部７２の外周面には、Ｏリングなどの樹脂製の環状部材７３が設けられている。すなわち、柱部７７に形成され、柱部７７の周方向に延びる環状の凹部内に環状部材７３が装着されている。

環状部材７３の外周面は、柱部７７の外周面より僅かに径方向外方に飛び出ており、穴部９０を規定するモールド樹脂６５の表面と接触し、温度センサ７０が穴部９０から脱落するのを抑制する。

柱部７７の外表面には、軸部７２に対して温度センサ７０の先端部側からヘッド部７４側にわたって延びる連通路（排出部）９５が形成されている。図５に示すように、連通路９５は、環状部材７３に対して温度センサ７０の先端部側に形成された開口部９５Ａと、環状部材７３に対してヘッド部７４側に形成された開口部９５Ｂと、各開口部９５Ａ，９５Ｂを連通する連通部９５Ｃとを備えている。

図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。この図６に示すように、連通部９５Ｃは、軸部７２の外周面より径方向内方にへこんでおり、環状部材７３の内周面側を通っている。

連通路９５は、温度センサ７０を穴部９０内に挿入する過程において、温度センサ７０を挿入することにより、押し退けられた穴部９０内の空気を外部に排出することができる。このため、温度センサ７０を穴部９０内に挿入しても、穴部９０内の内圧が上昇することを抑制することができ、モールド樹脂６５に亀裂等の欠陥が生じることを抑制することができる。なお、図４、５に示す例においては、温度センサ７０に連通路９５を形成して、穴部９０内の空気を排出しているが、穴部９０に外部と連通する連通路を形成してもよい。

温度センサ７０のヘッド部７４は、穴部９０の開口部９８より大きくなっており、ヘッド部７４の外周縁部には、ヘッド部７４の外周面から外方に向けて突出する突出部７５が形成されている。

そして、モールド樹脂６５の外周面うち、穴部９０の開口部９８の周囲に位置する部分には、径方向外方に向けて突出する台８０が形成されている。

この台８０のうち、温度センサ７０のヘッド部７４と対向する部分には、ヘッド部７４の突出部７５を受け入れる凹部８２が形成されており、この凹部８２を規定するモールド樹脂６５の一部が突出部７５と係合する係合部８１とされている。

そして、温度センサ７０が穴部９０内に挿入されると、突出部７５が係合部８１によって係止され、温度センサ７０が穴部９０内に挿入された状態を維持することができる。

図７は、図５に示された突出部７５の変形例を示す断面図である。この図７に示す例においては、突出部７５は、ヘッド部７４の端部から図５に示すコーン部７６に向かうにしたがって、外方に向けて突出する傾斜部５６と、この傾斜部５６に連設され、下方に垂下する垂下部５７と、この垂下部５７の端部に連設し、コーン部７６に向かうに従って、胴体部７９側に向けて傾斜する傾斜部５８とを備えている。

ここで、温度センサ７０を穴部９０内に挿入し、温度センサ７０を穴部９０を規定するモールド樹脂６５の内周面で支持固定したときに、穴部９０の形状によっては、温度センサ７０が支持される位置が異なる。このため、穴部９０の形状によっては、温度センサ７０の位置が温度センサ７０の挿入方向にずれる場合がある。

その一方で、傾斜部５６は、温度センサ７０の挿入方向に向かうにしたがって、台８０側に近接するように傾斜しているので、温度センサ７０の固定位置が挿入方向にずれたとしても、傾斜部５６と係合部８１とが当接して、温度センサ７０を固定することができる。たとえば、温度センサ７０が所定の位置よりも挿入方向と反対方向に突出した場合には、突出部７５が僅かに撓むことで、傾斜部５６または垂下部５７と係合部８１とが係合する。このため、穴部９０の形状を正確に成形しなくとも、温度センサ７０を固定支持することができる。

図８は、本実施の形態に係る回転電機の温度センサ７０および穴部９０の第１変形例を示す断面図である。

この図８に示す例においては、穴部９０の先細部９３は、下面側が先端部に向かうにしたがって上面側に近接するように形成されている。そして、温度センサ７０のコーン部７８も、先端部に向かうにしたがって下面が上面側に近接するように傾斜している。

なお、上記図１から図８については、コイルが集中巻されたステータの回転電機に本発明を適用した例を説明したが、これに限られない。たとえば、図９に示すように、コイル４０Ａ〜４０Ｃが分布巻されたステータ１６０にも適用することができる。

ステータ１６０は、ステータコア１６１を備えており、このステータコア１６１は、鉄または鉄合金などの磁性体によって構成されている。ステータコア１０には、複数のステータティースが形成されており、各ステータティース間には、凹部としてのスロット部が設けられている。そして、３つの巻線相であるＵ相４０Ｕ、Ｖ相およびＷ相は、ステータティースに巻き付けられる。そして、Ｕ相４０Ｕ、Ｖ相４０ＶおよびＷ相４０Ｗは互いに円周上でずれるように巻き付けられる。このようにして、Ｕ相４０Ｕ、Ｖ相４０ＶおよびＷ相４０Ｗは、所謂「分布巻」されている。

そして、温度センサ７０は、Ｕ相４０Ｕ間に充填されたモールド樹脂内に形成された穴部内に挿入する。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、回転電機のステータおよびこのステータを備えた回転電機に好適である。

本実施の形態に係る回転電機の側面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線における側断面図である。 ステータコアの平面図である。 温度センサおよび穴部を説明するための断面図である。 図４におけるＶ−Ｖ線における断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。 図５に示された突出部の変形例を示す断面図である。 本実施の形態に係る回転電機の温度センサおよび穴部の第１変形例を示す断面図である。 分布巻のステータコアを示す平面図である。

符号の説明

１０ ステータコア、２０ ロータ、３０ 回転シャフト、４０ コイル、４０Ａ コイルエンド、６０ ステータ、６１ ステータコア、６１Ａ ステータティース、６５Ａ エンド部、６５ モールド樹脂、７０ 温度センサ、７１ 測温部、７３ 環状部材、７５ 突出部（係合部）、７６ コーン部（第２テーパ部）、８０ 台、８１ 係合部、９１ 先細部（第１テーパ部）、１００ 回転電機。

Claims (7)

1. 環状のステータコアと、
   前記ステータコアに形成されたステータティースに巻回されたコイルと、
   前記コイルをモールドして、前記コイルを前記ステータコアに固定可能な樹脂部と、
   前記樹脂部に形成された穴部と、
   前記穴部に挿入され、該穴部を規定する前記樹脂部の内表面によって支持される温度センサと、
   を備え、
   前記樹脂部は、前記穴部の周囲に形成された凹部を含み、
   前記温度センサは、前記温度センサの第１端部に形成されたヘッド部と、前記ヘッド部の端面に形成されると共に、前記ヘッド部の外周面から外方に突出するように形成され、前記凹部に係止される突出部とを含み、
   前記突出部の端面には、前記ヘッド部から前記温度センサの第２端部に向かうにつれて、外方に向かうように傾斜する傾斜部が形成された、回転電機のステータ。
2. 前記樹脂部は、前記ステータコアの軸方向端部側に位置する前記コイルのコイルエンド部をモールドするエンド部を含み、
   前記穴部は、前記エンド部に形成された、請求項１に記載の回転電機のステータ。
3. 前記穴部は、前記ステータコアの外周面側から内周面側に向けて、前記温度センサの挿入面積が小さくなる第１テーパ部を含み、
   前記温度センサは、前記第１テーパ部に沿って延びる第２テーパ部を含む、請求項１または請求項２に記載の回転電機のステータ。
4. 前記穴部は、前記ステータコアの径方向に沿って延びる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転電機のステータ。
5. 前記ステータコアの内周面に沿って前記コイルが複数配列され、前記穴部は、周方向に隣り合う前記コイル間に位置する前記樹脂部に形成された、請求項１から請求項４のいずれかに記載の回転電機のステータ。
6. 前記温度センサが前記穴部内に入り込むにしたがって、前記穴部内の気体を前記穴部より外部に排出する排出部をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれかに記載の回転電機のステータ。
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ステータを備えた回転電機。

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