JP5834167B1 - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検知対象面の性状に関わらず、温度を安定して正確に検知することができる温度センサを提供する。【解決手段】本発明の温度センサ１は、先端側Ｆから後端側Ｂに向けて延びるセンサホルダ３０と、先端側Ｆに感温素子１１が配置されるようにセンサホルダ３０に保持され、感温素子１１に電気的に接続されるリード線１３Ａ，１３Ｂが後端側Ｂに向けて引き出されるセンサ本体１０と、を備える。センサ本体１０は、センサホルダ３０により先端側Ｆと後端側Ｂとで両端支持されることを特徴とする。

Description

本発明は、例えば回転電機のコイルの温度を測定するのに好適な温度センサに関する。

電動機などの回転電機は、運転によって回転電機を構成する要素、例えばコイルの温度が大きく上昇し、絶縁不良や焼損を引き起こす場合がある。このため、コイルに温度センサを取り付けてコイルの温度を検知することが行われている。

特許文献１は、長期間安定して正確にコイルの温度を測定することを目的として、回転電機のケーシングに固定されるブラケットと、ブラケットからコイルエンドの外側面に向かって延びる金属製の弾性体アームと、弾性体アームの先端に取り付けられ、コイルエンドの外側面に接触してコイルエンドの温度を検知するサーミスタを保持する樹脂製のサーミスタホルダと、を提案している。

特許文献１の提案による温度センサは、弾性体アームが金属製であるので、その弾性力は経年的に劣化せず、長期間に渡って安定してサーミスタの温度検知部位をコイルエンドの外側面に押し当てることができる。
また、弾性体アームは、サーミスタとの間にサーミスタホルダの樹脂層が介在するようにインサート成形されているので、ブラケットのアームを伝わってきた熱は、サーミスタホルダの樹脂層によって絶縁され、アームの先端からサーミスタに伝わらず、サーミスタがケーシングの温度によって影響を受けることを抑制することができる。

特開２０１３−５１８０６号公報

以上のように、特許文献１の温度センサは、コイルエンドの外側面の温度を安定して正確に検知できる要件を備えている。
ところが、本発明者らの検討によると、温度センサが接触するコイルエンドの性状の如何によっては、以上の要件を備えていても、温度を安定して正確に検知することができないことを確認した。
そこで本発明は、温度センサが接触する検知対象面の性状に関わらず、温度を安定して正確に検知することができる温度センサを提供することを目的とする。

検知対象物の検知対象面が一様に連なる平坦な面を備えていれば、温度センサをこの検知面に平行に接触させればよい。しかし、検知対象面が、傾いていたり、捩じれていたりすることがある。この場合には、温度センサの検知面が平坦とすれば、検知対象面と接触する面積が十分に得られなくなり、そうすると、温度を正確に検知できない。一方で、検知対象面の性状は一義的に定まる訳ではないから、温度センサの側の検知面を検知対象面に合せることもできない。そこで、本発明者は、温度センサの検知対象面に接触するセンサ本体部分が、検知対象面の性状に追従して変形すれば、温度を正確に検知するのに必要な接触面積を確保できるであろうことに着目した。

そこでなされた本発明の温度センサは、先端側から後端側に向けて延びるセンサホルダと、先端側に感温素子が配置されるようにセンサホルダに保持され、感温素子に電気的に接続されるリード線が後端側に向けて引き出されるセンサ本体と、感温素子とリード線の一部とを覆う樹脂製の被覆層と、を備え、センサ本体は、センサホルダにより先端側と後端側とで両端支持され、センサホルダによる両端支持が、樹脂製の被覆層を介して行われる、ことを特徴とする。
本発明の温度センサは、先端側と後端側とで両端支持されているので、検知対象面に押し当てられた際に、検知対象面の性状に追従して変形することができるので、温度を正確に検知するのに必要な接触面積を確保できる。

本発明の温度センサにおいて、センサ本体とセンサホルダとの間には、両端支持に係る部分を除いて、センサ本体の変形を許容する空隙が設けられることが好ましい。センサ本体の変形を確実に確保するためである。

本発明の温度センサにおいて、センサ本体は、例えば横断面が矩形をなし、検知対象に押し当てられる検知面が平坦な面からなることが好ましい。検知対象面が平坦又はほぼ平坦な面である場合に、温度を正確に検知するのに必要な接触面積を確保しやすい。

本発明の温度センサにおいて、センサ本体は、感温素子とリード線の一部とを覆う樹脂製の被覆層を備え、センサホルダによる両端支持が、被覆層を介して行われる。樹脂製の被覆層は十分な可撓性を有するので、検知対象面に押し当てられる際に、その性状に追従して変形するのが容易である。

本発明の温度センサにおいて、センサ本体は、先端側から後端側に向けて、検知面が山折り形状をなしており、稜線を挟んで第１検知面と第２検知面を備えることが好ましい。
検知対象の温度検知面が一様に連なる平坦な面を備え、かつ温度センサに対して平行な場合には、本発明の温度センサの外側面も一様に連なる平坦な面を備えていれば足りる。しかし、温度検知面が、傾いていたり、捩じれていたりすることがあり、この場合には、温度センサの外側面が一様に連なる平坦な面であれば、温度検知面と外側面との接触面積が十分に得ることができなくなる。そこで、本発明において、検知面を山折り形状にし、これを温度検知面に押し当てて、検知面を平坦に近づくように変形させることにより、温度検知面に対して当接面が倣いやすくする。

本発明の温度センサによれば、センサ本体がセンサホルダに対して両端支持されているので、センサ本体を検知対象面に押し当てると、検知対象面の性状に追従してセンサ本体が変形することができる。したがって、本発明のセンサによれば、温度センサが接触する検知対象面の性状に関わらず、温度を安定して正確に検知することができる。

本実施形態に係る温度センサを示す斜視図であり、（ａ）は上面から視た図、（ｂ）は下面から視た図である。 本実施形態に係る温度センサを示し、（ａ）はリード線留め具の横断面図、（ｂ）はセンサホルダの縦断面図、（ｃ）はセンサホルダの横断面図である。 本実施形態に係る温度センサの効果を説明する図であり、（ａ）は温度センサの軸方向回りにセンサ本体の感温素子の近傍が回転する様子を示し、（ｂ）は温度センサの長手方向にセンサ本体が変形する様子を示している。 本実施形態に係るセンサ本体のより好ましい形態の効果を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を添付する図面に基づいて説明する。
本実施形態に係る温度センサ１は、図１〜図３に示すように、センサ本体１０と、センサ本体１０を保持するセンサホルダ３０と、センサホルダ３０の後端側Ｂに取り付けられ、センサ本体１０から引き出されるリード線１３Ａ，１３Ｂをセンサホルダ３０に対して保持するリード線留め具４０と、を備える。
温度センサ１は、一例として、センサ本体１０が回転電機の固定子のコイルエンドに押し当てられ、コイルエンドの温度変化を検知するのに適用される。そして、センサ本体１０は、感温素子１１（図３参照）と、樹脂からなる被覆層２０とを備えている。温度センサ１は、感温素子１１を被覆層２０により封止するので、耐性が要求される環境下での使用に適している。また、温度センサ１は、被覆層２０の外観が直方体状をなしており、平坦な検知面２５を有しているので、平坦な検知対象面を有する検知対象に面同士を接触できるので、検知温度の精度が高い。以下、温度センサ１の構成要素について説明したのちに、その作用及び効果について言及する。

［センサ本体１０］
センサ本体１０は、図３（ｂ）に示すように、感温素子１１と、感温素子１１に電気的に接続される一対の引き出し線１２Ａ，１２Ｂと、引き出し線１２Ａ，１２Ｂとそれぞれ接続されるリード線１３Ａ，１３Ｂと、を備えている。
感温素子１１は、例えば電気抵抗に温度特性を有するサーミスタから構成される。
引き出し線１２Ａ，１２Ｂは、例えばジュメット線からなり、図示を省略する電極を介して感温素子１１に接続される。
リード線１３Ａ，１３Ｂは、必要に応じて他の電線を介して、図示を省略する温度計測回路に接続される。リード線１３Ａ，１３Ｂは、最外層に被覆層が設けられている。被覆層は、フッ素樹脂、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）からなる。

センサ本体１０は、感温素子１１の先端からリード線１３Ａ，１３Ｂの露出境界部１６までの範囲が被覆層２０で覆われており、周囲の環境から感温素子１１らを保護している。被覆層２０は、概ね直方体の形状をなしており、検知対象面に接触する検知面２５が平坦な面から構成されている。
被覆層２０は、リード線１３Ａ，１３Ｂの被覆層と同様のフッ素樹脂からなり、直方体状のキャビティを有する金型を用いてプレス加工することにより、直方体状に成形することができる。

この被覆層２０は、内層と外層の二層構造にすることができる。ただし、これはあくまで好ましい一例であり、被覆層２０を一層構造にすることもできる。
内層は、外層の内側に配置され、センサ本体１０を直接的に被覆する。内層は、チューブ形状の前駆体が、製造過程で溶融、凝固して形成することができ、感温素子１１の先端から露出境界部１６までを気密に封止する。
次に、外層は、内層の外側に密着して配置される。外層は、内層とともに温度センサ１に耐候性を付与するものである。

［センサホルダ３０］
センサホルダ３０は、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、センサ本体１０の少なくとも検知面２５が外部に露出するようにセンサ本体１０を収容し、かつ保持するものである。センサホルダ３０は、樹脂を射出成形することにより、一体的に形成されている。
センサホルダ３０は、センサ本体１０を収容する収容キャビティ３１を備えており、この収容キャビティ３１を取り囲むように、互いに対向する前壁３２，後壁３４と、一対の側壁３６Ａ、３６Ｂと、上壁３７が設けられており、概ね箱型の形状をなしている。一方の側壁３６Ａの後端の近傍には、リード線１３Ａ,１３Ｂが外部に引き出される電線引き出し口３８（図１（ｂ））が形成されている。
前壁３２の収容キャビティ３１に臨む部位には、図２（ｂ），図３（ｂ）に示すように、センサ本体１０の先端支持部２７を支持する先端支持台３３が設けられている。先端支持台３３は、前壁３２の頂（図中の下端）から先端支持部２７の厚さの分だけ後退して設けられている。

センサホルダ３０は、収容キャビティ３１を先端側３１Ａと後端側３１Ｂに仕切る仕切り３１Ｄを備えている。仕切り３１Ｄは、収容キャビティ３１の底３１Ｃから、先端支持台３３と同じ高さまで突出し、台形状の形態をなしている。仕切り３１Ｄは、収容キャビティ３１を二つの領域に仕切るのに加えて、センサ本体１０の後端側を支持する。そのために、仕切り３１Ｄは背の高さが先端支持台３３と同じに設定されており、先端支持台３３と仕切り３１Ｄの間が底３１Ｃに向けて窪んでいる。詳しくは後述するが、この窪んだ領域を設けることより、センサ本体１０が両端支持部分を除いて軸周りに回転するように変形し、また、センサホルダ３０の底３１Ｃに向けて変形するのを許容し、検知面２５が検知対象に倣うのを可能にする。

［リード線留め具４０］
リード線留め具４０は、図１及び図２に示すように、センサホルダ３０の後端に取り付けられることで、センサ本体１０のリード線１３Ａ，１３Ｂをセンサホルダ３０の側方に引き出すのを案内するとともに、後端側において、センサ本体１０をセンサホルダ３０に対して保持する。リード線留め具４０は、樹脂を射出成形することにより作製されるもので、電気的な絶縁性を備えている。
リード線留め具４０は、図１及び図２に示すように、上壁４１と、上壁４１の隣接する２辺から垂下する側壁４２Ａ，４２Ｂと、上壁４１と対向し、側壁４２Ａ，４２Ｂとを繋ぐ底壁４３と、備えている。リード線留め具４０は、これらの壁の開口が、ホルダ挿入口４４と電線引き出し口４５を構成する。上壁４１には、センサホルダ３０のロック爪３５が挿入されるロック孔４６が表裏を貫通して形成されている。

リード線留め具４０は、図１及び図２に示すように、センサホルダ３０の後端の所定位置に取り付けられると、ロック爪３５がロック孔４６に挿入されることで、センサホルダ３０に対して固定されるとともに位置決めがなされる。また、センサホルダ３０の先端側Ｆに設けられた係止爪３９，３９によりセンサ本体１０が係止されることで、先端側において、センサ本体１０がセンサホルダ３０から抜け出るのを防止する。そして、センサ本体１０のリード線１３Ａ，１３Ｂは、センサホルダ３０の電線引き出し口３８（リード線留め具４０の電線引き出し口４５）の所で概ね直角に屈曲して、外部に引き出される。このリード線１３Ａ，１３Ｂの屈曲部が直線状に復帰しようとする動きを電線引き出し口３８が規制することにより、後端側Ｂにおいて、センサ本体１０がセンサホルダ３０の収容キャビティ３１から抜け出るのを防止する。なお、このリード線１３Ａ，１３Ｂの引き出しの向きは、あくまで一例である。

［温度センサ１の効果］
温度センサ１は、被覆層２０の検知面２５が平坦であるから、図３（ｂ）に示すように、平坦な検知対象面ＤＳに、面同士で接触できるので、温度検知対象の温度変化に対する感受性が高くなり、検知温度の精度向上に寄与する。

次に、温度センサ１は、図３（ｂ）に示すように、センサ本体１０の先端側Ｆがセンサホルダ３０の先端支持台３３により、また後端側Ｂがセンサホルダ３０の仕切り３１Ｄにより支持される両端支持構造を有している。しかも、センサ本体１０は、この両端支持部分を除いて、センサホルダ３０との間に空隙を備えているので、センサ本体１０は、両端支持部分を除いて、図３（ａ）に示すように軸方向回りに回転することができるとともに、図３（ｂ）に示すように長手方向に撓むことができる。したがって、センサホルダ３０に対して検知対象面ＤＳが傾いていたとしても、図３（ａ）に示すようにセンサ本体１０が検知対象面ＤＳに倣うことができる。また、検知対象面ＤＳに出っ張っている所があったとしても、図３（ｂ）に示すようにセンサ本体１０が検知対象面ＤＳに倣うことができる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、センサ本体１０の被覆層２０は、図１〜図３に示すように、長手方向Ｌに真直であるのに対して、図４に示すように、長手方向Ｌの中央部分で屈曲させることができる。このセンサ本体１０は、屈曲部分である稜線２８を境にして互いに傾き、かつ、それぞれが平坦な面からなる第１検知面２５Ａと第２検知面２５Ｂを備える。
図４（ａ）は、温度検知対象の検知対象面ＤＳが水平をなしており（図４（ａ）の左側）、この場合には、無負荷であれば検知面２５の稜線２８が検知対象面ＤＳと線接触するのにとどまる。しかし、センサ本体１０は両端支持されているので、先端及び後端に荷重Ｌｏを加えて検知対象面ＤＳに押し当てると、山折り形状の検知面２５は、検知対象面ＤＳに倣って一様に連なる平坦面に変形し、検知対象面ＤＳと面接触する。このとき、稜線２８は、稜線２８を挟む第１検知面２５Ａと第２検知面２５Ｂよりも、検知対象面ＤＳに密に接触する。このように、検知面２５を山折り形状にすることにより、両端支持構造のセンサ本体１０の変形能を向上できる。

次に、図４（ｂ）に示すように、検知対象面ＤＳが水平に対して傾いている場合であっても（図４（ｂ）の左側）、山折り形状の検知面２５を、検知対象面ＤＳに倣って一様に連なる平坦面に変形させることにより、検知対象面ＤＳと面接触させることができる（図４（ｂ）の右側）。
次に、図４（ｃ）に示すように、検知対象面ＤＳが窪んでいる場合であっても（図４（ｃ）の左側）、山折り形状の検知面２５を、検知対象面ＤＳに倣って一様に連なる平坦面に変形させることにより、検知対象面ＤＳと面接触させることができる（図４（ｃ）の右側）。

以上の通りであり、このセンサ本体１０は、種々の検知対象面ＤＳの性状に関わらず、検知対象面ＤＳとの面接触を確保することができる。
ここでは、検知面２５（第１検知面２５Ａ，第２検知面２５Ｂ）の全域が検知対象面ＤＳと面接触する例を示したが、検知対象面ＤＳの性状によっては部分的な面接触しか得られない場合もある。しかし、図４を参照した以上の説明から、一様に連なる平坦な面だけで検知面２５を形成するのに比べて、検知面を山折り形状にすることで、検知面がより検知対象面ＤＳに倣いやすくなって、面接触を得やすくなることが明らかである。
検知対象の温度検知面が一様に連なる平坦な面を備え、かつ温度センサに対して平行な場合には、本発明の温度センサの外側面も一様に連なる平坦な面を備えていれば足りる。しかし、温度検知面が、傾いていたり、捩じれていたりすることがあり、この場合には、温度センサの外側面が一様に連なる平坦な面であれば、温度検知面と外側面との接触面積が十分に得ることができなくなる。そこで、本発明において、検知面を山折り形状にし、これを温度検知面に押し当てて、検知面を平坦に近づくように変形させることにより、温度検知面に対して当接面が倣いやすくする。
また、本発明において、両端支持が行われる位置は、検知対象及び検知対象面に応じて適宜設定されるものであり、任意である。

１温度センサ
１０ センサ本体
１１ 感温素子
１２Ａ，１２Ｂ引き出し線
１３Ａ リード線
１３Ａ，１３Ｂリード線
１６ 露出境界部
２０ 被覆層
２５ 検知面
２５Ａ 第１検知面
２５Ｂ 第２検知面
２７ 先端支持部
２８ 稜線
３０ センサホルダ
３１ 収容キャビティ
３１Ａ 先端側
３１Ｂ 後端側
３１Ｃ 底
３１Ｄ 仕切り
３２ 前壁
３３ 先端支持台
３４ 後壁
３５ ロック爪
３６Ａ，３６Ｂ側壁
３７ 上壁
３８ 電線引き出し口
３９，３９ 係止爪
４０ リード線留め具
４１ 上壁
４２Ａ，４２Ｂ側壁
４３ 底壁
４４ ホルダ挿入口
４５ 電線引き出し口
４６ ロック孔
ＤＳ 検知対象面
Ｌｏ 荷重
Ｌ 長手方向
Ｗ 幅方向
Ｆ 先端側
Ｂ 後端側

Claims (4)

1. 先端側から後端側に向けて延びるセンサホルダと、
   前記先端側に感温素子が配置されるように前記センサホルダに保持され、前記感温素子に電気的に接続されるリード線が前記後端側に向けて引き出されるセンサ本体と、
   前記感温素子と前記リード線の一部とを覆う樹脂製の被覆層と、を備え、
   前記センサ本体は、
   前記センサホルダにより前記先端側と前記後端側とで両端支持され、
   前記センサホルダによる前記両端支持が、前記樹脂製の被覆層を介して行われる、
   ことを特徴とする温度センサ。
2. 前記センサ本体と前記センサホルダとの間には、前記両端支持に係る部分を除いて、
   前記センサ本体の変形を許容する空隙が設けられる、
   請求項１に記載の温度センサ。
3. 前記センサ本体は、
   検知対象に押し当てられる検知面が平坦な面からなる、
   請求項１又は請求項２に記載の温度センサ。
4. 前記センサ本体は、
   前記先端側から前記後端側に向けて、前記検知面が山折り形状をなしており、稜線を挟んで第１検知面と第２検知面を備える、
   請求項３に記載の温度センサ。

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