JP5239833B2 - 回転電機ステータへの温度センサの取付構造および取付方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機ステータへの温度センサの取付構造および取付方法係り、特に、温度センサから導出されるリード線を筒状の保護部材によってほぼ隙間無く覆うことができる回転電機ステータへの温度センサの取付構造および取付方法に関する。

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。

例えば、特許文献１には、ステータコアのコイルエンド部を構成する樹脂部に形成された穴部に温度センサを挿入し、前記穴部の内表面によって前記温度センサを支持する構成とした回転電機のステータが開示されている。

また、特許文献２には、筒状の嵌合端部の内周面に突出部を形成し、前記嵌合端部内に挿入されるコルゲートの一端部が前記突出部に当接することで前記コルゲートの挿入深さが規制されるよう構成した筒状部材の接続構造が開示されている。

さらに、特許文献３には、電動機のステータコアに巻回されるコイルのコイルエンド部に形成されるトンネル状間隙内に、ガイドで固定された温度検出素子を挿入、固定するよう構成した電動機の巻線温度検出素子の取付け構造が開示されている。

特開２００８−１３６３２４号公報 特開平９−２７４９６４号公報 特開２００３−９２８５８号公報

しかしながら、上記特許文献１ないし３のいずれにも、ステータのコイルエンド部に温度センサを取り付けて温度センサから導出されるリード線の末端部に接続された接続端子をコネクタに挿入して接続したときに、前記リード線を露出させることなくその外周を筒状部材で覆って保護することについては何ら考慮されていない。

本発明の目的は、温度センサから導出されるリード線を保護部材によってほぼ隙間無く覆うことができる回転電機ステータへの温度センサの取付構造および取付方法を提供することにある。

本発明に係る回転電機ステータへの温度センサ取付構造は、ステータに形成された取付穴に温度センサを挿入して取り付けるための取付構造であって、前記温度センサを内部に収容し、前記取付穴に挿入されて前記ステータに対して固定される取付部材と、前記温度センサから導出されて前記取付部材の端部開口部から外側に延伸するリード線の外周を、前記端部開口部から前記リード線の末端部に設けられる接続端子が接続されるコネクタにかけて覆うことができる筒状の保護部材と、を含み、

前記取付部材は、前記温度センサを収容して前記取付穴に挿入される挿入部材と、この挿入部材に一端部が連結され他端部が前記端部開口部を形成するとともに前記挿入部材を前記ステータに対して固定する固定部材とからなり、前記固定部材は、前記取付部材が前記取付穴に挿入されたときに前記取付穴の開口部近傍に設けられた係合部に係合する爪部と、前記端部開口部から前記固定部材内に挿入されている前記保護部材の一端部に当接して前記保護部材が前記挿入部材側へ移動するのを規制する突起部とを有するものである。

本発明に係る回転電機への温度センサの取付構造において、前記爪部は、前記固定部材に連結されている基端部から前記取付部材の挿入方向に向かって延伸するアーム部と、このアーム部の自由端である末端部に前記係合部に係合するフック部とを有し、前記固定部材には、前記アーム部が撓んで前記フック部が可動する範囲を規制するストッパ部が設けられていてもよい。

また、本発明に係る回転電機ステータへの温度センサ取付構造において、前記固定部材は、筒状部材からなり、前記温度センサの端部から導出されるリード線の外周を少なくとも前記保護部材の一端部まで覆って保護するのが好ましい。

本発明に係る回転電機ステータへの温度センサ取付方法は、本発明に係る上記いずれかの取付構造を用いて温度センサを回転電機のステータに取り付ける取付方法であって、

前記取付部材の挿入部材に前記温度センサを収容する工程、

前記取付部材の固定部材内に前記保護部材の先端部を前記一端部側から挿入して前記保護部材の先端部を前記固定部材の前記他端部側から突出させるが、前記保護部材の後端部が前記突起部を通過していない状態で前記固定部材内に前記保護部材を配置する工程、

前記温度センサのリード線の接続端子を前記固定部材内に配置された前記保護部材内を貫通させて前記固定部材を前記挿入部材に連結することにより前記取付部材を構成する工程、

前記取付部材を前記ステータの取付穴に挿入し、前記固定部材の爪部を前記係合部に係合させることにより前記取付部材をステータに対して固定する工程、

前記リード線の接続端子を前記コネクタに接続する工程、および、

前記コネクタ近傍に露出する前記リード線の露出部分を前記保護部材で覆うとともに前記突起部によって前記保護部材の前記挿入部材側への移動が規制される位置まで、前記保護部材を前記コネクタ側へ移動させる工程、を含むものである。

本発明に係る回転電機への温度センサの取付構造および取付方法よれば、取付部材によってステータに取り付けられた温度センサから導出するリード線の外周を、取付部材の端部から前記リード線の末端部に設けた接続端子が接続されるコネクタにかけての全体を筒状の保護部材でほぼ隙間無く覆って保護するとともに、保護部材が取付部材側へ移動するのを規制することで前記隙間が大きく空いてそこからリード線が露出した状態になるのを防止でき、筒状の保護部材によるリード線の保護をより確実なものにできる。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、下記の例示する実施の形態における回転電機は、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）に適用可能であるとともに、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も適用可能である。

図１は、本実施形態に係る温度センサの取付構１が適用される回転電機１０の側面図であり、図２は図１に示すＡ−Ａ線断面図であり、図３は回転電機１０のステータコア２８の平面図である。

図２に示すように、回転電機１０は、環状をなすステータ１２と、ステータ１２の中心軸上に延び、回転可能に支持された回転シャフト１４と、この回転シャフト１４に固設されたロータ１６とを備えている。ロータ１６は、例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、軸方向に延びる矩形状穴部２４内に収容された永久磁石２６とを備えている。なお、ロータ１６の永久磁石配置構造は、図２に示すようなＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）に限らず、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）としてもよい。

ステータ１２は、環状のステータコア２８と、ステータコア２８の内周面側に周方向に沿って複数設けられたコイル３０と、このコイル３０をモールドしてコイル３０をステータコア２８に固定するモールド樹脂部３２（図１参照）とを備えている。

図３に示すように、ステータコア２８は、複数の電磁鋼板を軸方向に積層して溶接やかしめ等の方法で固定することによって構成されている。このステータコア２８は、環状をなすヨーク部３３と、ヨーク部３３の内周面に径方向内方に向けて突出するティース部３４と、ステータコア２８を固定するための複数の固定用孔３３とを備えている。上記ティース部３４は、ステータコア２８の周方向に間隔を隔てて複数形成されており、各ティース部３４間にスロット３６が形成されている。

なお、ステータコアとしては、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の径方向外側端部を環状の樹脂部材の内周面に接着する方法が考えられる。あるいは、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３０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ティース部３４に装着することで形成されている。なお、ティース部３４の外周にエナメル線等を直に巻回してコイル３０を形成してもよい。

コイル３０をステータコア２８に固定しているモールド樹脂部３２は、例えば、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により形成されている。このモールド樹脂部３２は、ステータコア２８の軸方向両端部およびスロット３６内部を含めてコイル３０の表面を直接に覆ってモールド形成されている。すなわち、各コイル３０の表面とモールド樹脂部３２との間に隙間がなく、各コイル３０からの熱は直接にモールド樹脂部３２に伝熱される。

このようなモールド樹脂部３２には、外周側面から径方向内側に向かって穿設された取付穴４０が形成されており、この取付穴４０内に温度センサを収容した取付部材５０が挿入されて取り付けられている。取付部材５０の外表面は、取付穴４０を規定するモールド樹脂部３２の内表面と密に接触した状態に取り付けられる。これにより、取付部材５０内に収容された温度センサは、コイル３０からの熱が直接伝えられるモールド樹脂部３２の温度を測定することにより、コイル３０の温度を検出することができる。

図１および図２に示すように、モールド樹脂部３２は、ステータコア２８の軸方向両端部側にそれぞれ位置するコイル３０の部分（以下、「コイルエンド」ともいう）３１をモールドするエンド部３５を備えており、上記取付穴４０は、このエンド部３５において隣接するコイルエンド３１間に位置するモールド樹脂部３２に形成されている。

図４は、図２におけるモールド樹脂部３２の取付穴４０に挿入された取付部材５０を含む本実施形態の温度センサ取付構造１を示す拡大図、図５は、図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。

温度センサ取付構造１は、例えば四角柱状の温度センサ５２を内部に収容して上記取付穴４０に挿入されることでステータ１２に対して固定される取付部材５０と、温度センサ５２から導出されて取付部材５０の端部開口部５３から径方向外側に延伸するリード線５４の外周を、端部開口部５３からリード線５４の末端部に設けられる接続端子５６が接続されるコネクタ５８にかけて覆うことができる保護部材６０とを含んで構成される。ここで、保護部材６０は、例えば、樹脂製チューブ、ゴム製チューブ、または、天然繊維もしくは化学繊維の編組等からなる、可撓性のある筒状部材が好適に用いられる。

取付部材５０は、温度センサ５２を収容して上記取付穴４０に挿入される挿入部材６２と、この挿入部材６２に一端部が連結され他端部が端部開口部５３を形成するとともに挿入部材６２をステータ１２に対して固定する固定部材６４とからなっている。このように取付部材６２は、挿入部材６２および固定部材６４の２つの部材から構成されている。また、取付部材５０は、例えば、耐熱性のある樹脂成形品で構成されることができる。

取付部材５０の挿入部材６２は、温度センサ５２を収容するための内部空間を有して先端部が閉じている筒状体からなっている。挿入部材６２の先端部６６の外周面は、テーパ面として形成されており、これに対応して取付穴４０の奥部の内表面もテーパ状をなすように形成されている。これにより、取付穴４０に取付部材５０が挿入されたとき、挿入部材６２のテーパ面６６と取付穴４０のテーパ状内表面とが密に接触することができ、その結果、取付穴４０内で取付部材５０が正確に位置決めされるとともに、温度センサ５２によって取付部材５０を介してモールド樹脂部３２の温度を正確に測定することができる。

また、挿入部材６２において固定部材６４が連結される後端部６８は、挿入部材６２の長手方向中央部７０に比べて若干細く形成されているとともに、温度センサ５２を内部に挿入するための開口部を形成している。

図６は図５に示す取付部材５０の固定部材６４の拡大図であり、図７は図６中の矢印Ｃ方向から見た固定部材６４の下面図であり、図８は図６中の矢印Ｃ方向から見た固定部材６４の側面図である。

図６に示すように、固定部材６４は、挿入部材６２の後端部６８に外嵌されて連結される筒状の連結端部７２と、角形筒状をなす固定部７４とを有する。連結端部７２の外形は、挿入部材６２と一体に連結されて取付穴４０に挿入されたときに取付穴４０の内表面と密着できるように、挿入部材６２の中央部７０の外形と同じ形状および寸法に形成されている。

また、固定部材６４の固定部７４の下部には、爪部７６が設けられている。爪部７６は、図７に示すように、略コ字状をなす切り欠き部７５によって区画された片持ち梁状に形成されており、固定部７４に連結されている基端部から取付部材５０の挿入方向（矢印Ｄ方向）に向かって延伸するアーム部７８と、このアーム部７８の自由端である末端部において下方に突出して設けられるフック部８０とを有している。フック部８０には、前記挿入方向に向かって斜め上方に傾斜した傾斜面８２が形成されている。

一方、図５を参照すると、モールド樹脂部３２のエンド部３５に形成された取付穴４０の開口部近傍には、係合凹部（係合部）３７が上記モールド樹脂部３２の一部として形成されている。これにより、取付部材５０を取付穴４０に挿入したとき、固定部材７４の爪部７６に設けたフック部８０の傾斜面８２が上記係合凹部３７を形成する前壁部３９の角部に当接することによりアーム部７８が撓んでフック部８０が一旦上方に持ち上げられる。そして、フック部８０が上記前壁部３９を通過したときに元の状態に復帰し、これによりフック部８０が係合凹部３７の縁部に係合して取付部材５０がステータ１２に対して固定されるようになっている。

このようにしてステータ１２に対して取り付けられた後に取付部材５０を取り外したい場合には、図６に破線で示すように、爪部７６のアーム部７８を下方から指等で押し上げて撓ませることによって係合凹部３７へのフック部８０の係合を解除することで、取付部材５０をステータ１２から容易に取り外すことができる。このことは、固定部材６４に設けた爪部７６を基端部側から挿入方向に延伸する片持ち梁状に形成したことで、爪部７６の撓み代であるアーム部７８を長く採ることができ、その結果として、係合凹部３７の前壁部３９の外側にアーム部７８の押し上げ代を確保できたことによるものである。

ここで、上記のように爪部７６を押し上げて取付部材５０をステータ１２から取り外す際、爪部７６を上方へ過度に撓ませるとアーム部７８が折れてしまって再度の取り付けができなくなる可能性がある。そこで、固定部材６４には、フック部８０の上方に所定隙間を空けて対向するストッパ部８４を設けてある。これにより、爪部７６を上方へ撓ませたときのフック部８０の可動範囲が規制されるため、上記のような爪部７６の破損を防止できる。

固定部材６４の固定部７４の内面には、略三角状に突出する突起部８６が形成されている。突起部８６は、挿入方向とは反対方向（矢印Ｅ方向）に向かって下り傾斜する傾斜面８６ａと、挿入方向に対して略直交する方向に沿った規制面８６ｂとを有している。これにより、後述するように、可撓性のある筒状部材からなる保護部材６０を連結端部７２側から固定部材６４内に挿入したとき、保護部材６０が突起部８６の傾斜面８６ａに当接して撓み変形することによって、保護部材６０は突起部８６を越えて矢印Ｅ方向へ移動することができる。

一方、固定部材６４内において保護部材６０の後端部が突起部８６を一旦通過すると、それ自身の弾性力によって元の形状に復帰した保護部材６０は、その後端部が突起部８６の規制面８６ｂに当接することによって、挿入方向（矢印Ｄ方向）への移動が規制されるよう構成されている。

なお、本実施形態において固定部材６４の突起部８６は、図８に示すように、固定部材６４の内部上面に１つだけ形成してあるが、この突起部８６に加えて又は代えて、図８中に一点鎖線で示すように複数の突起部８６を設けてもよい。この場合、保護部材６０が挿入方向（矢印Ｄ方向）へ移動するのを規制する効果がより確実なものになる。

続いて、上記構成からなる温度センサ取付構造１を用いて温度センサ５２をステータ１２に取り付ける方法について、図９Ａ−９Ｃを参照して説明する。

まず、図９Ａに示すように、取付部材５０の挿入部材６２内に温度センサ５２を挿入して収容する。また、取付部材５０の固定部材６４には、連結端部７２側から保護部材６０の一端部６０ａを挿入し、保護部材６０の一端部６０ａを固定部材６４の端部開口部５３から突出させるが、保護部材６０の他端部６０ｂが突起部８６を通過していない状態で固定部材６４内に保護部材６０を留め置いた状態にしておく。

そして、このように保護部材６０を内部に配置した固定部材６４を挿入部材６２の端部６８に嵌合して連結するが、このとき温度センサ５２から導出されるリード線５４およびその末端部にある接続端子５６を上記保護部材６０内を貫通させた状態で固定部材６４の連結を行う。このように連結された挿入部材６２と固定部材６４とで取付部材５０が組み立てられる。

続いて、図９Ｂに示すように、上記のように組み付けられた取付部材５０を、ステータ１２のモールド樹脂部３２のエンド部３５に形成された取付穴４０に挿入して押し込む。これにより、固定部材６４の爪部７６の先端にあるフック部８０がエンド部３５の外周側面に一体形成されている係合凹部３７に係合し、これにより取付部材５０がステータ１２に対して固定されて取り付けられる。

このとき、保護部材６０の一端部６０ａとそこから飛び出した位置にある接続端子５６との間には、リード線５４が露出した部分５４ａが存在している。このリード線５４の露出部分５４ａが掴み代となり、図９Ｃに示すように、温度センサの取付作業を行う作業者は、このリード線５４の露出部分５４ａを指等で掴んで接続端子５６をコネクタ５８に接続する作業を容易に行うことができる。

そして、最後に、上記作業者が保護部材６０の一端部６０ａがコネクタ５８にほぼ当接する位置（図９Ｃ中に一点鎖線で示す）まで保護部材６０を矢印Ｆ方向に移動させ、温度センサ５２の取付作業が完了する。上記保護部材６０の移動によって、保護部材６０の他端部６０が固定部材６４内の突起部８６を通過することで、それ自身の弾力性によって保護部材６０が元の筒形状に復元して図５に示す状態になる。その結果、突起部８６の規制面８６ｂに上記他端部６０ｂが当接することになり、保護部材６０の戻り方向（矢印Ｇ方向）すなわち挿入部材６２側への移動が規制される。

このように本実施形態の温度センサ取付構造１によれば、取付部材５０によってステータ１２に取り付けられた温度センサ５２から導出するリード線５４の外周を、取付部材５０の端部開口部５３からコネクタ５８にかけてのリード線５６４の外周を筒状の保護部材６０でほぼ隙間無く覆って保護することができると共に、突起部８６によって保護部材６０が取付部材５０側へ移動するのを規制することで、コネクタ５８と保護部材６０の一端部６０ａ間に隙間が大きく空いてそこからリード線５４が露出した状態になるのを防止でき、保護部材６０によるリード線５４の保護をより確実なものにできる。

また、本実施形態の温度センサ取付構造１では、温度センサ５２の取付作業が完了したとき、温度センサ５２と保護部材６０の他端部６０ｂ間に位置するリード線５４は、その外周がステータ１２への取付部材５０の固定機能を有する筒状の固定部材６４によって覆われることで保護されることになる。

本発明の一実施形態である回転電機ステータへの温度センサ取付構造が適用される回転電機の側面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２におけるステータコアの平面図である。 温度センサの取付構造を示す拡大図である。 図４におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図５における固定部材の拡大図である。 図６中の矢印Ｃ方向から見た固定部材の下面図である。 図６中の矢印Ｄ方向から見た固定部材の側面図である。 ステータへの温度センサの取付手順を示す図である。 図９Ａに続いて、ステータへの温度センサの取付手順を示す図である。 図９Ｂに続いて、ステータへの温度センサの取付手順を示す図である。

符号の説明

１ 温度センサ取付構造、１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ 回転シャフト、１６ ロータ、１８ ロータコア、２８ ステータコア、３０ コイル、３１ コイルエンド、３２ モールド樹脂部、３５ エンド部、３７ 係合凹部、４０ 取付穴、５０ 取付部材、５２ 温度センサ、５４ リード線、５６ 接続端子、５８ コネクタ、６０ 保護部材、７６ 爪部、７８ アーム部、８０ フック部、８４ ストッパ部、８６ 突起部。

Claims (4)

1. 回転電機のステータに形成された取付穴に温度センサを挿入して取り付けるための取付構造であって、
   前記温度センサを内部に収容し、前記取付穴に挿入されて前記ステータに対して固定される取付部材と、
   前記温度センサから導出されて前記取付部材の端部開口部から外側に延伸するリード線の外周を、前記端部開口部から前記リード線の末端部に設けられる接続端子が接続されるコネクタにかけて覆うことができる筒状の保護部材と、を含み、
   前記取付部材は、前記温度センサを収容して前記取付穴に挿入される挿入部材と、この挿入部材に一端部が連結され他端部が前記端部開口部を形成するとともに前記挿入部材を前記ステータに対して固定する固定部材とからなり、
   前記固定部材は、前記取付部材が前記取付穴に挿入されたときに前記取付穴の開口部近傍に設けられた係合部に係合する爪部と、前記端部開口部から前記固定部材内に挿入されている前記保護部材の一端部に当接して前記保護部材が前記挿入部材側へ移動するのを規制する突起部とを有することを特徴とする、回転電機ステータへの温度センサ取付構造。
2. 請求項１に記載の回転電機ステータへの温度センサ取付構造において、
   前記爪部は、前記固定部材に連結されている基端部から前記取付部材の挿入方向に向かって延伸するアーム部と、このアーム部の自由端である末端部に前記係合部に係合するフック部とを有し、前記固定部材には、前記アーム部が撓んで前記フック部が可動する範囲を規制するストッパ部が設けられていることを特徴とする、回転電機ステータへの温度センサ取付構造。
3. 請求項１に記載の回転電機ステータへの温度センサ取付構造において、
   前記固定部材は、筒状部材からなり、前記温度センサの端部から導出されるリード線の外周を少なくとも前記保護部材の一端部まで覆って保護することを特徴とする、回転電機ステータへの温度センサ取付構造。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の取付構造を用いて温度センサを取り付ける回転電機ステータへの取付方法であって、
   前記取付部材の挿入部材に前記温度センサを収容する工程、
   前記取付部材の固定部材内に前記保護部材の先端部を前記一端部側から挿入して前記保護部材の先端部を前記固定部材の前記他端部側から突出させるが、前記保護部材の後端部が前記突起部を通過していない状態で前記固定部材内に前記保護部材を配置する工程、
   前記温度センサのリード線の接続端子を前記固定部材内に配置された前記保護部材内を貫通させて前記固定部材を前記挿入部材に連結することにより前記取付部材を構成する工程、
   前記取付部材を前記ステータの取付穴に挿入し、前記固定部材の爪部を前記係合部に係合させることにより前記取付部材をステータに対して固定する工程、
   前記リード線の接続端子を前記コネクタに接続する工程、および、
   前記コネクタ近傍に露出する前記リード線の露出部分を前記保護部材で覆うとともに前記突起部によって前記保護部材の前記挿入部材側への移動が規制される位置まで、前記保護部材を前記コネクタ側へ移動させる工程、
   を含む、回転電機ステータへの温度センサ取付方法。

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