JP5996917B2 - 回転電機用ステータ及びその回転電機用ステータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機用ステータ及びその回転電機用ステータの製造方法に関する。

回転電機では、ステータに巻回される環状コイルに電流が流れると、環状コイルに熱が発生し、環状コイルの温度が上昇する。環状コイルの温度が所定温度以上に上昇すると、例えば、ステータを構成する部品の一部が熱により損傷する可能性がある。このため、例えば、環状コイルに接続される中性線に温度センサを接触させて、環状コイルの温度を検出し、検出温度が所定の温度以上になれば、ステータに巻回される環状コイルに供給する電流を遮断し、環状コイルの温度上昇を防止するといった対応が求められる。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、内周側に回転子を回転自在に収容する回転電機の固定子が開示されている。この回転電機の固定子は、固定子コアと、固定子コアに設置された固定子巻線と、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と、温度検出素子と、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とを備えることが述べられている。

特開２００８−１３１７７５号公報

上述したように温度センサによって環状コイルの温度を検出する際に、温度センサと環状コイルに接続される中性線との位置関係によっては、温度センサと中性線との間に隙間が形成されることがある。このような隙間が形成されると、中性線の温度上昇を温度センサに伝えることができず、温度センサによって環状コイルの温度を正確に検出することができない。

本発明の目的は、環状コイルの温度を正確に検出することを可能とする回転電機及びその回転電機の製造方法を提供することである。

本発明に係る回転電機用ステータは、ステータコアのティースに巻回される複数の環状コイルと、前記複数の環状コイルを電気的に接続する中性点接続部材と、前記中性点接続部材において互いに対向するように曲げられた曲げ部の間に設けられる温度センサと、前記曲げ部と前記温度センサとが接触した状態で前記曲げ部と前記温度センサとを固定する固定部材と、を備える回転電機用ステータであって、前記中性点接続部材は、平角線形状を有しており、ステータ周方向に沿って延びる本体部と、この本体部の一方端に曲げ形成される一方側延伸部と、前記本体部の他端部においてＵ字状に曲げ形成される前記曲げ部と、前記曲げ部から更に曲げ形成される他方側延伸部とを含み、前記固定部材は、前記曲げ部と前記温度センサとを押さえるための押圧部材に対応する貫通孔が形成された押圧用壁を有すること特徴とする。

また、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記温度センサは、前記曲げ部に対する位置決めを行うためのリブを有することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記温度センサは、固定部材形成用の金型に対する位置決めを行うための位置決め部を有することが好ましい。

本発明に係る回転電機用ステータの製造方法は、ステータコアのティースに巻回される複数の環状コイルを配置する第１工程と、前記複数の環状コイルを電気的に接続する中性点接続部材であって、平角線形状を有しており、ステータ周方向に沿って延びる本体部と、この本体部の一方端に曲げ形成される一方側延伸部と、前記本体部の他端部においてＵ字状に曲げ形成される曲げ部と、前記曲げ部から更に曲げ形成される他方側延伸部とを含む前記中性点接続部材において互いに対向するように曲げられた前記曲げ部の間に温度センサを配置する第２工程と、前記曲げ部と前記温度センサとが接触した状態で前記曲げ部と前記温度センサとを固定する第３工程と、を備え、前記温度センサは、前記曲げ部に対する位置決めを行うためのリブを有し、前記第２工程は、前記リブを用いて前記温度センサと前記曲げ部との位置決めを行うことを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機用ステータの製造方法において、前記第３工程は、押圧部材によって前記曲げ部と前記温度センサとが押さえられた状態で射出成形することが好ましい。

また、本発明に係る回転電機用ステータの製造方法において、前記固定部材は、押圧部材によって前記曲げ部と前記温度センサとが押さえられた状態で射出成形され、前記温度センサは、前記射出成形される際に用いられる金型との間における位置決めを行うための位置決め部を有し、前記第２工程は、前記位置決め部を用いて前記温度センサと前記金型との位置決めを行うことが好ましい。

本発明によれば、環状コイルに電気的に接続される曲げ部と温度センサとが接触した状態で固定される。これにより、曲げ部の温度上昇を温度センサに伝えることができるため、環状コイルの温度を正確に検出することができる。

本発明に係る実施の形態において、ステータを備える回転電機を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ステータコアを構成する複数の分割コアのティースに各コイルが巻回されている様子を示す拡大斜視図である。 本発明に係る実施の形態において、各コイルの結線図である。 本発明に係る実施の形態において、温度センサ及び固定部材が取り付けられたＵＶ相中性点接続部材の拡大斜視図である。 図４におけるＡ−Ａ線断面図である。 図４において矢印Ｂ方向からＵＶ相中性点接続部材を見た様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、ＵＶ相中性点接続部材が各中性点端子に取り付けられている様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、回転電機の製造方法の製造手順を示すフローチャートである。

以下に図面を用いて、実施の形態を詳細に説明する。同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、ステータ１０を備える回転電機８を示す図である。ステータ１０は、略円環形状を有するステータコア１１と、各環状コイル１２（Ｕ相環状コイル１２Ｕ、Ｖ相環状コイル１２Ｖ及びＷ相環状コイル１２Ｗ）と、温度センサ１４と、固定部材１６と、各相入力端子接続部材（不図示）と、ＵＶ相中性点接続部材２４と、Ｗ相中性点接続部材２６とを備える。ステータ１０の使用時には、ステータ１０の径方向内側に、回転軸に固定されたロータ（不図示）を配置し、ステータ１０とロータとを径方向に対向させることでラジアル型の回転電機８を構成する。

図２は、ステータコア１１を構成する複数の分割コア２８のティース２８ａに各コイル３０が巻回されている様子を示す拡大斜視図である。複数の分割コア２８は、各ティース２８ａがステータ１０の径方向内側を向くように、ステータ１０の周方向に沿って環状に配置される。図２に示すように、複数の分割コア２８のティース２８ａにはコイル３０が巻回されている。コイル３０は、導電性及び熱伝導性に優れた金属、例えば、銅等で構成される。コイル３０は、両端部を除く周囲に、ポリアミドイミド等により構成されるエナメル樹脂等からなる絶縁部材によって被覆されている。各コイル３０の両端部は、各コイル３０同士を接続するために用いられる各接続端子３４としてコイルエンド３２上に引き出されている。

図３は、各コイル３０の結線関係を示す図である。本実施の形態においては、各コイル３０をＵ相コイル３０Ｕ、Ｖ相コイル３０Ｖ及びＷ相コイル３０Ｗに割り当てる。ここでは、Ｕ相コイル３０Ｕ、Ｖ相コイル３０Ｖ及びＷ相コイル３０Ｗの合計は１５個であるものとして説明するが、もちろん、その他の個数であってもよい。以下では、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１５の各コイル３０がステータ１０の周方向に沿って並んでいるものとして説明する。

Ｕ相コイル３０Ｕは、Ｎｏ．３、Ｎｏ．６、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１２、Ｎｏ．１５に対応する位置に配置される。そして、Ｕ相コイル３０ＵのＵ相接続端子３４ＵがそれぞれＵ相接続部材２０Ｕによって直列に接続されることで、ステータコア１１のティース２８ａに巻回されるＵ相環状コイル１２Ｕが形成される。このとき、Ｕ相環状コイル１２Ｕの一端はＵ相入力端子３６Ｕとして引き出され、Ｕ相環状コイル１２Ｕの他端はＵ相中性点端子３８Ｕとして引き出される。

Ｖ相コイル３０Ｖは、Ｎｏ．２、Ｎｏ．５、Ｎｏ．８、Ｎｏ．１１、Ｎｏ．１４に対応する位置に配置される。また、Ｗ相コイル３０Ｗは、Ｎｏ．１、Ｎｏ．４、Ｎｏ．７、Ｎｏ．１０、Ｎｏ．１３に対応する位置に配置される。これらについてもＵ相コイル３０Ｕと同様に、各Ｖ相コイル３０Ｖ及び各Ｗ相コイル３０ＷのＶ相接続端子３４Ｖ及びＷ相接続端子３４Ｗが夫々Ｖ相接続部材２０Ｖ、Ｗ相接続部材２０Ｗによって直列に接続されることで、ステータコア１１のティース２８ａに巻回されるＶ相環状コイル１２Ｖ、Ｗ相環状コイル１２Ｗが形成される。

各入力端子接続部材（不図示）は、夫々の一方端がＵ相入力端子３６Ｕ、Ｖ相入力端子３６Ｖ及びＷ相入力端子３６Ｗに接続され、夫々の他方端が３相交流電力を出力するインバータ（不図示）に接続される。

ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６は、各コイル３０のコイルエンド３２上に配置される。ＵＶ相中性点接続部材２４及びＷ相中性点接続部材２６は、導電性及び熱伝導性に優れた金属、例えば、銅等で構成される。ＵＶ相中性点接続部材２４は、一方端がＵ相中性点端子３８Ｕに接続され、他方端がＶ相中性点端子３８Ｖに接続される。Ｗ相中性点接続部材２６は、一方端がＷ相中性点端子３８Ｗに接続され、他方端がＵＶ相中性点接続部材２４の他方端に接続される。ＵＶ相中性点接続部材２４には、温度センサ１４、固定部材１６が取り付けられている。以下において、それらの関係について説明する。

図４は、温度センサ１４及び固定部材１６が取り付けられたＵＶ相中性点接続部材２４の拡大斜視図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ線断面図である。図６は、図４において矢印Ｂ方向からＵＶ相中性点接続部材２４を見た様子を示す図である。図７は、ＵＶ相中性点接続部材２４が各中性点端子３８に取り付けられている様子を示す図である。なお、図７では、Ｗ相中性点接続部材２６を省略している。

温度センサ１４は、Ｕ相環状コイル１２ＵとＶ相環状コイル１２Ｖとを電気的に接続するＵＶ相中性点接続部材２４の曲げ部２４ｃに接触するように設けられる。温度センサ１４は、ＵＶ相中性点接続部材２４の温度を検出する温度検出素子１４ａと、温度検出素子１４ａの周りを覆う被覆部１４ｂとを備える。温度検出素子１４ａは、例えば、ニッケル、マンガン、コバルト、鉄等の酸化物を混合して焼結することにより形成され、温度と抵抗との線形性の関係を利用することで温度を検出するサーミスタである。被覆部１４ｂは、導電性及び熱伝導性に優れた金属、例えば、銅等で構成される。なお、温度センサ１４は、ＵＶ相中性点接続部材２４を介してＷ相中性点接続部材２６にも電気的に接続されているため、Ｗ相中性点接続部材２６の温度も検出することができる。

温度センサ１４は、略直方体形状を有している。温度センサ１４の底面には、図４及び図６に示されるように、突起部１４ｃが設けられている。突起部１４ｃは、固定部材１６を形成するための金型４０に対する位置決めを行うための位置決め部である。温度センサ１４の側面には、図６に示されるように、一対のリブ１４ｄが設けられている。一対のリブ１４ｄは、ＵＶ相中性点接続部材２４の曲げ部２４ｃに対して位置決めを行うための位置決め部である。曲げ部２４ｃは、リブ１４ｄの長手方向に沿うように、一対のリブ１４ｄの間に配置される。

ＵＶ相中性点接続部材２４は、平角線形状を有している。ＵＶ相中性点接続部材２４は、本体部２４ａと延伸部２４ｂと曲げ部２４ｃと延伸部２４ｄとを備える。本体部２４ａは、ステータ１０の周方向に沿って、Ｕ相中性点端子３８ＵとＶ相中性点端子３８Ｖとの間に渡って伸びている。延伸部２４ｂは、本体部２４ａから略垂直方向に向かって略Ｓ字状に曲げられている。曲げ部２４ｃは、本体部２４ａから互いに対向するように曲げられている。延伸部２４ｄは、曲げ部２４ｃから略垂直方向に向かって略Ｓ字状に曲げられている。

延伸部２４ｂ，２４ｄは、それぞれ、第１延伸部２４１ｂ，２４１ｄと第２延伸部２４２ｂ，２４２ｄと第３延伸部２４３ｂ，２４３ｄとを備える。第１延伸部２４１ｂ，２４１ｄは、本体部２４ａから略垂直方向に延びている。第２延伸部２４２ｂ，２４２ｄは、第１延伸部２４１ｂ，２４１ｄから斜めの方向に延びている。第３延伸部２４３ｂ，２４３ｄは、第２延伸部２４２ｂ，２４２ｄから略垂直方向に延びている。

曲げ部２４ｃは、略Ｕ字状に曲げられた部分であり、第１曲げ部２４１ｃと第２曲げ部２４２ｃとを有する。第１曲げ部２４１ｃと第２曲げ部２４２ｃとの間の距離は、温度センサ１４の幅とほぼ同じである。そして、第１曲げ部２４１ｃと第２曲げ部２４２ｃの間に形成される空間に温度センサ１４が挿入され、温度センサ１４が第１曲げ部２４１ｃと第２曲げ部２４２ｃとによって挟みこまれる。

固定部材１６は、温度センサ１４及び曲げ部２４ｃを囲むように切り欠き或いは貫通孔が設けられている略直方体形状の部材である。固定部材１６は、押圧部材４２によって曲げ部２４ｃが押さえられた状態で射出成形され、曲げ部２４ｃと温度センサ１４とが接触した状態で曲げ部２４ｃと温度センサ１４とを固定する。固定部材１６は、押圧部材４２に対応する貫通孔１６ａを形成する押圧用壁１６ｂを有する。押圧部材４２は、適当な強度を有する材料、例えば、鉄等で構成され、略円柱形状を有する。

金型４０は、固定部材１６を射出成形するための部材である。金型４０は、その内部に、固定部材１６を形成するための空間を有する。金型４０の底面部には、突起部１４ｃが嵌め込まれる嵌合孔４０ａが形成されている。金型４０の側面部には、押圧部材４２を挿入するための貫通孔（不図示）が形成されている。

次に、上記構成のステータ１０の製造方法について説明する。図８は、ステータ１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。

温度センサ１４のリブ１４ｄを用いて温度センサ１４と曲げ部１４ｃとの位置決めを行う（Ｓ２）。具体的には、曲げ部２４ｃの第２曲げ部２４２ｃを一対のリブ１４ｄの間に配置する。このとき、第２曲げ部２４２ｃをリブ１４ｄの長手方向に沿うように配置する。

温度センサ１４の突起部１４ｃを射出成形する際に用いられる金型４０の嵌合孔４０ａに嵌合させ、温度センサ１４と金型４０との位置決めを行う（Ｓ４）。

金型４０に設けられた貫通孔に押圧部材４２を挿入し、温度センサ１４と曲げ部２４ｃとが接触するように第１曲げ部２４１ｃ及び第２曲げ部２４２ｃと温度センサ１４とを押さえ、その状態を保ったまま、金型４０の内部に樹脂を注入し、硬化させる（Ｓ６）。この射出成形により、固定部材１６が形成される。

各接続部材２０を用いて、ステータコア１１のティース２８ａに巻回される各コイル３０の各接続端子３４を接続する（Ｓ８）。これにより、各環状コイル１２が形成される。

各環状コイル１２の各中性点端子３８と、ＵＶ相中性点接続部材２４、Ｗ相中性点接続部材２６とをＴＩＧ溶接等の溶接により接続する（Ｓ１０）。その後、所定の工程を得て、ステータ１０が生成される。

続いて、上記構成の回転電機８の作用について、図１〜図８を用いて説明する。Ｓ６工程において射出成形がなされる際に、曲げ部２４ｃと温度センサ１４とが接触するように曲げ部２４ｃと温度センサ１４とが押圧部材４２によって押さえられている。そして、この状態で射出成形されているため、曲げ部２４ｃと温度センサ１４とが接触された状態で固定される。したがって、曲げ部２４ｃに接触している温度センサ１４は、曲げ部２４ｃに電気的に接続される各相環状コイル１２の温度を正確に検出することができる。

なお、上記ステータ１０において、温度センサ１４は各環状コイル１２を電気的に接続するＵＶ相中性点接続部材２４に接触するように取り付けられるものとして説明した。しかしながら、ＵＶ相中性点接続部材２４の代わりに各環状コイル１２の長さを伸ばして電気的に接続している場合には、当該伸ばされた部分の各コイルに温度センサ１４が接触するように取り付けられるものとしてよい。

また、上記ステータ１０のステータコア１１は、複数の分割コア２８を用いて構成するものとして説明したが、その他の方法で構成してもよい。例えば、電磁鋼板等の金属板の積層体等により構成することができる。

８ 回転電機、１０ ステータ、１１ ステータコア、１２ 各相環状コイル、１２Ｕ Ｕ相環状コイル、１２Ｖ Ｖ相環状コイル、１２Ｗ Ｗ相環状コイル、１４ 温度センサ、１４ａ 温度検出素子、１４ｂ 被覆部、１４ｃ 突起部、１４ｄ リブ、１６ 固定部材、１６ａ 貫通孔、１６ｂ 押圧用壁、１８ 各相コイル、３０Ｕ Ｕ相コイル、３０Ｖ Ｖ相コイル、３０Ｗ Ｗ相ステータコア、２０ 各相接続部材、２０Ｕ Ｕ相接続部材、２０Ｖ Ｖ相接続部材、２０Ｗ Ｗ相接続部材、２４ ＵＶ相中性点接続部材、２４ａ 本体部、２４ｂ，２４ｄ 延伸部、２４ｃ 曲げ部、２６ Ｗ相中性点接続部材、２８ 分割コア、２８ａ ティース、３０ コイル、３２ コイルエンド、３４ 各相接続端子、３４Ｕ Ｕ相接続端子、３４Ｖ Ｖ相接続端子、３４Ｗ Ｗ相接続端子、３６ 各相入力端子、３６Ｕ Ｕ相入力端子、３６Ｖ Ｖ相入力端子、３６Ｗ Ｗ相入力端子、３８ 各相中性点端子、３８Ｕ Ｕ相中性点端子、３８Ｖ Ｖ相中性点端子、３８Ｗ Ｗ相中性点端子、４０ 金型、４０ａ 嵌合孔、４０ｂ 底面部、４０ｃ 貫通孔、４０ｄ 側面部、４２ 押圧部材、２４１ｂ，２４１ｄ 第１延伸部、２４１ｃ 第１曲げ部、２４２ｂ，２４２ｄ 第２延伸部、２４２ｃ 第２曲げ部、２４３ｂ，２４３ｄ 第３延伸部。

Claims (6)

1. ステータコアのティースに巻回される複数の環状コイルと、
   前記複数の環状コイルを電気的に接続する中性点接続部材と、
   前記中性点接続部材において互いに対向するように曲げられた曲げ部の間に設けられる温度センサと、
   前記曲げ部と前記温度センサとが接触した状態で前記曲げ部と前記温度センサとを固定する固定部材と、を備える回転電機用ステータであって、
   前記中性点接続部材は、平角線形状を有しており、ステータ周方向に沿って延びる本体部と、この本体部の一方端に曲げ形成される一方側延伸部と、前記本体部の他端部においてＵ字状に曲げ形成される前記曲げ部と、前記曲げ部から更に曲げ形成される他方側延伸部とを含み、
   前記固定部材は、前記曲げ部と前記温度センサとを押さえるための押圧部材に対応する貫通孔が形成された押圧用壁を有する、
   回転電機用ステータ。
2. 請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、
   前記温度センサは、前記曲げ部に対する位置決めを行うためのリブを有する、回転電機用ステータ。
3. 請求項１または２に記載の回転電機用ステータにおいて、
   前記温度センサは、固定部材形成用の金型に対する位置決めを行うための位置決め部を有する、回転電機用ステータ。
4. ステータコアのティースに巻回される複数の環状コイルを配置する第１工程と、
   前記複数の環状コイルを電気的に接続する中性点接続部材であって、平角線形状を有しており、ステータ周方向に沿って延びる本体部と、この本体部の一方端に曲げ形成される一方側延伸部と、前記本体部の他端部においてＵ字状に曲げ形成される曲げ部と、前記曲げ部から更に曲げ形成される他方側延伸部とを含む前記中性点接続部材において互いに対向するように曲げられた前記曲げ部の間に温度センサを配置する第２工程と、
   前記曲げ部と前記温度センサとが接触した状態で前記曲げ部と前記温度センサとを固定する第３工程と、
   を備え、
   前記温度センサは、前記曲げ部に対する位置決めを行うためのリブを有し、前記第２工程は、前記リブを用いて前記温度センサと前記曲げ部との位置決めを行う、回転電機用ステータの製造方法。
5. 請求項４に記載の回転電機用ステータの製造方法において、
   前記第３工程は、押圧部材によって前記曲げ部と前記温度センサとが押さえられた状態で射出成形する、回転電機用ステータの製造方法。
6. 請求項４または５に記載の回転電機用ステータの製造方法において、
   前記固定部材は、押圧部材によって前記曲げ部と前記温度センサとが押さえられた状態で射出成形され、
   前記温度センサは、前記射出成形される際に用いられる金型との間における位置決めを行うための位置決め部を有し、
   前記第２工程は、前記位置決め部を用いて前記温度センサと前記金型との位置決めを行う、回転電機用ステータの製造方法。

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