JP5626477B2

JP5626477B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5626477B2
Application number: JP2013533402A
Authority: JP
Inventors: 健太郎春野; 雄輝山河
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-14
Filing date: 2011-09-14
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2031-09-14
Also published as: JPWO2013038528A1; WO2013038528A1; US20140217858A1; CN103959610A; CN103959610B; US9143021B2

Description

本発明は回転電機に関し、特に、回転電機のステータ（固定子）の構造に関する。

電動機あるいは発電機として使用される回転電機は、固定子と、固定子の内周側に回転自在に配置された回転子から構成される。固定子の固定子巻線に電流が流れると熱が生じ、固定子の温度が上昇して固定子部品が損傷するおそれがあるため、固定子の温度を高精度に検出する必要がある。そこで、従来から、温度検出素子を固定子に設置し、固定子の温度を検出する技術が知られている。

下記の特許文献１には、固定子巻線の温度を高い応答性で高精度に検出する回転電機の固定子を提供することを目的として、固定子巻線の各相の中性点を電気的に接続する中性点端子に設けられ、温度検出素子を覆う金属製の伝熱部を備えることが開示されている。

図７（Ａ）、（Ｂ）に、この従来技術の構成を示す。端子台は、絶縁樹脂材で形成され、固定子の軸方向一端側のセグメント導体２２の上に配置される。端子台は、三相の入力端子及び中性点端子５０，５４をインサート成形し内蔵している。中性点端子５０は、固定子コアの周方向に延びて形成されており、長手方向の両端部に端子台から突出する爪５１を有している。中性点端子５０の爪５１の間には、円筒状の伝熱部５２が、爪５１と同一方向に突出し、かつ中性点端子５０の長手方向に筒状の軸を沿わせて横置きに形成される。中性点端子５０の一方の爪５１は中性点結線部５６において、三相の固定子巻線２０のうち一相の巻線のリード線２６と電気的に接続し、中性点端子５０の他方の爪５１と中性点端子５４の一方の爪５５とは、中性点結線部５７において三相の固定子巻線２０のうち一相の巻線のリード線２７と電気的に接続し、中性点端子５４の他方の爪５５は三相の固定子巻線２０のうち残りの一相の巻線のリード線と電気的に接続する。中性点端子５０と中性点端子５４はリード線を介して電気的に接続される。

温度検出素子としてのサーミスタ６０は、中性点端子５０の伝熱部５２内に挿入されるとともに、端子台の溝３２に嵌合される。サーミスタ６０のセンサ部６２は、伝熱部５２に覆われている位置に設置される。また、サーミスタ６０は、長手方向の一方側を伝熱部５２に挿入され、長手方向の他方側を端子台から溝３２の上方を覆うように鉤状に形成された爪３４に押さえられる。伝熱部５２には、長手方向に延びるスリット５３が固定子コアの径方向内側である爪５１側に形成される。伝熱部５２に挿入され、溝３２に嵌合したサーミスタ６０は、絶縁紛体を溶融した絶縁樹脂材３６で覆われる。

特開２００８−１３１７７５号公報

ところで、サーミスタ等の温度検出素子を固定子に設置する場合、温度検出素子を固定子の樹脂モールドに位置決めすることが考えられるが、温度検出素子と樹脂モールドとの間に隙間（クリアランス）が生じ、この隙間のばらつきにより温度測定精度が低下する問題がある。さらに、温度検出素子の位置決め位置によっては、固定子巻線を冷却するための冷却オイルの影響を受けるおそれもある。

上記の従来技術では、サーミスタは伝熱部５２に挿入されて溝３２に嵌合するため、その位置が固定されており、クリアランスのばらつきによる温度測定精度の低下は生じないものの、サーミスタは中性点端子に固定されている関係上、必ずしも三相の固定子巻線の温度を正確に反映していないおそれがある。すなわち、三相の固定子巻線の中性点と中性点端子は電気的に接続しており、三相の固定子巻線の温度変化に追随して中性点端子の温度も変化すると期待されるが、必ずしも三相の固定子巻線の温度を直接的に検出しているわけではなく、温度変化の追随分の遅延も存在し得る。

本発明の目的は、固定子巻線の温度を高精度に検出することができる構造を提供することにある。

本発明の回転電機は、固定子（ステータ）と、前記固定子に設けられる固定子巻線（ステータ巻線）が位置決めされる端子台と、前記端子台に位置決めされ、前記固定子巻線の温度を検出する温度検出素子とを備え、前記固定子と前記端子台と前記温度検出素子は樹脂で一体的に固定されることを特徴とする。

本発明の１つの実施形態では、前記固定子巻線は、三相の固定子巻線であり、前記端子台は、前記三相の固定子巻線のそれぞれが位置決めされる第１、第２及び第３の位置決め部と、前記温度検出素子が位置決めされる第４の位置決め部を備え、前記第４の位置決め部は、前記第１、第２、及び第３の位置決め部のうち、両端にある位置決め部の間に形成される。

また、本発明の他の実施形態では、前記第１、第２、第３、及び第４の位置決め部は、直線上に形成される。

また、本発明の他の実施形態では、前記温度検出素子は、前記端子台の上平面に対して斜めに位置決めされる。

本発明によれば、固定子と端子台と温度検出素子が樹脂で一体的に固定されるので、温度検出素子の位置ずれが防止されるとともに、固定子巻線の温度を高精度に検出することができる。また、温度検出素子が位置決めされる第４の位置決め部を、第１、第２、第３の位置決め部のうちの両端の位置決め部の間に形成することで、端子台のサイズを増大させることなく、かつ、三相の固定子巻線の温度を高精度に検出することができる。

回転電機の平面図である。端子台の部分断面図である。サーミスタの構成図である。位置決め部の配置説明図である。位置決め部の配置説明図である。位置決め部の配置説明図である。従来技術の構成図である。

以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。

図１に、本実施形態における回転電機の平面図を示す。回転電機１は、固定子と回転子から構成され、固定子の固定子コア１０は、所定厚さの磁性鋼板を軸方向に積層して環状に形成され、軸方向に沿ったスロットが内周側の周方向に複数形成される。固定子巻線は、三相巻線であり、固定子コア１０のスロットに装着される。固定子コア１０と固定子巻線の間には絶縁体が介在し、樹脂モールド１１で一体化される。

また、固定子コア１０の一端側に端子台１２が形成される。端子台１２は樹脂成形され、固定子の樹脂モールド１１と一体化される。端子台１２には、三相の固定子巻線それぞれの位置決め部１３，１４，１５が形成される。これらは、三相の固定子巻線それぞれの入力端子として機能する。例えば、位置決め部１３は第１相（Ｕ相）の位置決め部あるいは入力端子であり、位置決め部１４は第２相（Ｖ相）の位置決め部あるいは入力端子であり、位置決め部１５は第３相（Ｗ相）の位置決め部あるいは入力端子である。三相の固定子巻線それぞれの位置決め部１３，１４，１５は、互いに直線上に配置形成される。

さらに、端子台１２には、三相の固定子巻線用の位置決め部１３，１４，１５とは別個に、温度検出素子としてのサーミスタの位置決め部１６が形成される。図では、サーミスタの位置決め部１６は、位置決め部１３，１４，１５と互いに直線上に配置され、かつ、位置決め部１４と位置決め部１５との間に形成される。サーミスタは、この位置決め部に位置決めされ、かつ、端子台１２に樹脂インサート成形される。サーミスタは、端子台１２に樹脂インサート成形され、端子台１２は樹脂モールド１１で固定子に一体化されるため、サーミスタと端子台１２と固定子は互いに一体化される。

図２に、端子台１２の部分断面図を示す。端子台１２には、直線上に位置決め部１３，１４，１５が形成される。位置決め部１３，１４，１５は、それぞれ端子台１２の上平面から突出形成される。位置決め部１３には、三相の固定子巻線のうち例えば第１相巻線１００が位置決めされ、位置決め部１４には、三相の固定巻線のうち例えば第２相巻線１０１が位置決めされ、位置決め部１５には、三相の固定子巻線のうち例えば第３相巻線１０２が位置決めされる。位置決め部１３，１４，１５の間の間隔は同一ではなく、位置決め部１３と位置決め部１４との間隔よりも、位置決め部１４と位置決め部１５の間隔の方が大きい。そして、位置決め部１４と位置決め部１５の間に、サーミスタ用の位置決め部１６が形成される。位置決め部１６も、端子台１２の上平面から突出形成されるが、位置決め部１３，１４，１５がそれぞれ上平面に対して略垂直に突出するのに対し、位置決め部１６は上平面に対して斜めに突出する。サーミスタ１７は、位置決め部１６で位置決めされるため、サーミスタ１７も図に示すように上平面に対して斜めに延在する。サーミスタ１７の素子部は、端子台１２から露出しており、三相の固定子巻線１００，１０１，１０２の近傍に位置する。

図３に、サーミスタ１７の構成図を示す。サーミスタ１７の先端部には、樹脂成型された位置決め部１８が形成され、この位置決め部１８がインサート成形で端子台１２に一体化される。サーミスタが端子台１２にインサート成形された状態では、位置決め部１８は位置決め部１６と同一である。位置決め部１８は、先端にいくほどその径が小さくなる先細り形状をなすとともに、中間部位にリング状のストッパが突出形成される。このストッパにより、端子台１２が樹脂モールド１１により固定子に一体化される際のモールド圧でサーミスタ１７が端子台１２から抜け出ることを防止できる。すなわち、まずサーミスタ１７を端子台１２にインサート成形した後に、端子台１２を固定子モールド時に一体で樹脂モールドするが、この樹脂モールド時においてサーミスタ１７が端子台１２から抜け落ちてしまうことをストッパで防止できる。

本実施形態では、サーミスタ１７と端子台１２と固定子は樹脂で一体化されているので、サーミスタ１７の位置ずれがなく、かつ、クリアランスのばらつきがなく、熱伝導性の良い樹脂と高密着しているため、三相の回転子巻線の温度あるいは固定子の温度を高精度に検出することができる。そして、三相の固定子巻線の温度あるいは固定子の温度を高精度に検出できることで、回転電機の使用可能温度領域を従来に比べて拡大することができる。すなわち、温度の検出精度が低い場合には、その分だけマージンを十分に確保して回転電機を運転しなければならないところ、本実施形態では高精度に温度を検出できるため、マージンを小さく設定することができ、結果として回転電機の使用可能温度範囲が拡大することになる。

また、本実施形態では、サーミスタ１７は、三相の回転子巻線の位置決め部１４と位置決め部１５の間に位置決めされるので、例えばサーミスタ１７を端子台１２の端部に位置決めする場合と比べて端子台１２の使用樹脂量を削減することができる。

また、本実施形態では、サーミスタ１７は、三相の回転子巻線の位置決め部１４と位置決め部１５の間に位置決めされるので、例えばサーミスタ１７を端子台１２の端部に位置決めする場合と比べて、三相の固定子巻線の全ての温度を検出することができる。

さらに、本実施形態では、サーミスタ１７の位置決め部１６は端子台１２の上平面に対して斜めに形成されているので、端子台１２の軸長方向、すなわち図２におけるｘ方向の長さを低減できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、本実施形態では、位置決め部１３，１４，１５，１６は直線上に配置されているが、例えば位置決め部１３，１４，１５は直線上であり、位置決め部１６は直線上でなくてもよい。

また、本実施形態では、位置決め部１４と位置決め部１５との間にサーミスタ１７を配置しているが、位置決め部１３と位置決め部１４との間にサーミスタ１７を配置してもよい。要するに、３つの位置決め部１３，位置決め部１４，位置決め部１５のうち、両端に位置する２つの位置決め部の間にサーミスタ１７を配置すればよい。

図４〜図６に、三相の固定子巻線用の位置決め部１３，位置決め部１４，位置決め部１５、及びサーミスタ用の位置決め部１６の位置関係の例を示す。図４は、図１に示される位置関係であり、位置決め部１３，１４，１５が直線上に配置されており、位置決め部１６もこの直線上に位置し、位置決め部１４と位置決め部１５の間に配置される。図５は、位置決め部１３，位置決め部１４，位置決め部１５が直線上に配置されていない場合であり、両端の位置決め部１３，位置決め部１５の間に位置決め部１６が配置される。図６は、位置決め部１３，位置決め部１４，位置決め部１５が図５と同様に直線上に配置されていない場合である。この場合においても、両端の位置決め部１３，位置決め部１５の間に位置決め部１６が配置されるが、より詳しくは、位置決め部１３，位置決め部１４，位置決め部１５を頂点とする三角形の領域２００の内部及びその境界に位置決め部１６が配置される。なお、図６の場合において、位置決め部１６の位置を位置決め部１３，位置決め部１４，位置決め部１５からそれぞれ等距離にある位置、すなわち位置決め部１３，位置決め部１４，位置決め部１５を頂点とする三角形の外心位置に配置してもよい。これにより、三相の固定子巻線の特性の巻線が異常発熱したとしても、この異常発熱に伴う温度上昇を確実に検出できる。

また、本実施形態では、サーミスタ１７の素子部は端子台１２から露出して配置されているが、サーミスタ１７の素子部が三相の固定子巻線の中性点あるいは中性点端子に接触していてもよい。本実施形態のサーミスタ１７は、その素子部が三相の固定子巻線から主に熱影響を受けるため、その一部が中性点あるいは中性点端子に接触していても、温度を高精度に検出し得る。すなわち、本実施形態は、サーミスタ１７の素子部が中性点あるいはこれに電気的に接続された中性点端子と接触状態にあることを排除するものではない。

さらに、本実施形態では、温度検出素子としてサーミスタを用いているが、もちろんこれは例示であって、温度により物性が変化する任意の素子を用いることができる。

本実施形態における位置決め部１３，１４，１５，１６は、具体的には固定子巻線やサーミスタが挿入される開口あるいは穴を有するものでもよく、あるいは端子台１２の表面から突出した爪状の突起物であり、この爪状の突起物に固定子巻線等を位置決めする構成であってもよい。

１回転電機、１０固定子コア、１１樹脂モールド、１２端子台、１３，１４，１５位置決め部（固定子巻線用）、１６位置決め部（サーミスタ用）、１７サーミスタ、１００，１０１，１０２三相の固定子巻線。

Claims

固定子と、
前記固定子に設けられる固定子巻線が位置決めされる端子台と、
前記端子台に位置決めされ、前記固定子巻線の温度を検出する温度検出素子と、
を備え、前記固定子と前記端子台と前記温度検出素子は樹脂で一体的に固定され、
前記固定子巻線は、三相の固定子巻線であり、
前記端子台は、前記三相の固定子巻線のそれぞれが位置決めされる第１、第２及び第３の位置決め部と、前記温度検出素子が位置決めされる第４の位置決め部を備え、
前記第４の位置決め部は、前記第１、第２、及び第３の位置決め部のうち、両端にある位置決め部の間に形成される
ことを特徴とする回転電機。
請求項２記載の回転電機において、
前記第１、第２、第３、及び第４の位置決め部は、直線上に形成されることを特徴とする回転電機。
請求項２記載の回転電機において、
前記温度検出素子は、前記端子台の上平面に対して斜めに位置決めされることを特徴とする回転電機。