JP6282791B1 - 温度センサ - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1の温度センサは、第一ホルダ及び第二ホルダを含め感熱体を樹脂モールドにより覆い隠す。
この温度センサにおけるハウジングは、第一コイル要素と第二コイル要素とを電気的に絶縁する仕切りを備える、ことが好ましい。
第二ハウジングは第一ハウジングに対する樹脂モールド体からなる場合に、視認窓を、第二ハウジングに設ける、ことが好ましい。
本実施形態の温度センサ1は、図1及び図3に示すように、コイル要素10(第一コイル要素11、第二コイル要素12)と、コイル要素10に固定されるセンサ組立体20と、を備え、センサ組立体20が備える感熱体54(図6(b))がコイル要素10の温度を検出する。コイル要素10は、矩形の横断面を有している。
温度センサ1は、コイル要素10が、図示を省略する回転電機のステータ(固定子)を構成するコイルに電気的に接続されることで当該コイルの一部を構成し、センサ組立体20はコイル要素10の温度を検出することで、回転電機のコイルの温度を検出する。
温度センサ1は、第一コイル要素11と第二コイル要素12の二つのコイル要素が一つのセンサ組立体20に固定されており、省スペース化を実現できるのに加えて、対振動性に優れるなどの効果を奏する。
以下、温度センサ1の構成を順に説明し、次いで、温度センサ1の効果を説明する。
コイル要素10は、センサ組立体20とともに温度センサ1を構成する。
本実施形態は、図1に示すように、コイル要素10が第一コイル要素11と第二コイル要素12の二つのコイル要素からなる。第一コイル要素11と第二コイル要素12は、センサ組立体20における配置が異なるが、その構成は同じであるから、以下は、第一コイル要素11を例にしてその構成を説明する。
第一コイル要素11は、平坦な面からなる検知面16(図5(a),(b))を備え、この検知面16はハウジング25の内部で被覆体60の検知面65(図6(a))と面で接触する。
第一コイル要素11は、導体15の両端が、電気機器としての回転電機のステータを構成するコイルに電気的に接続されることで、ステータコイルの一部を担う。
第一コイル要素11は、両端部を除いてハウジング25に収容され、かつ保持される。
なお、以下では、第一コイル要素11と第二コイル要素12を区別する必要がないときには、第一コイル要素11と第二コイル要素12をコイル要素10と総称する。
センサ組立体20は、図1に示すように、ハウジング25と、ハウジング25に収容されるセンサ中間体50(図6(a),(b))と、を備えている。ハウジング25は、第一ハウジング30と第二ハウジング70からなり、センサ中間体50を覆い隠す。第二ハウジング70は、あらかじめコイル要素10及びセンサ中間体50を収容する第一ハウジング30に対して射出成形することにより形成される樹脂モールド体からなる。なお、センサ中間体50は、図4(c)に示すように、第一センサ中間体51と第二センサ中間体52からなる。
センサ組立体20は、コイル要素10が所定位置に固定されることにより、感熱体54がコイル要素10の検知面16の所定位置に位置決めされる。
第一ハウジング30は、図4(a)に示すように、第一コイル要素11及び第一センサ中間体51を保持する第一保持溝31と、第二コイル要素12及び第二センサ中間体52を保持する第二保持溝32と、が長手方向Lに貫通して設けられている。
第一ハウジング30は、電気絶縁性の樹脂材料を射出成形することにより一体的に形成される。この樹脂としては、PPS(Poly Phenylene Sulfide)、PA(PolyAmide)樹脂などを用いることができる。第二ハウジング70も同じ材質の樹脂材料からなる。第一ハウジング30及び第二ハウジング70を構成する樹脂材料は、センサ中間体50の一部を覆う被覆体60を構成するフッ素樹脂よりも剛性が高いので、センサ組立体20は、コイル要素10に強固に固定される。
第一ハウジング30は、底床34と、底床34の周縁から垂直に立ちあがる六つの支持体35,36,37,38,39,41と、を備える。支持体35,36,37は、第一保持溝31を挟んで仕切り33と所定の間隔をあけて設けられている。また、支持体38,39,41は、第二保持溝32を挟んで仕切り33と所定の間隔をあけて設けられている。
また、支持体38,39,41は、第一ハウジング30の幅方向Wの他方の縁において、長手方向Lに所定の間隔をあけて一列に並んで設けられている。支持体39と支持体41の間に、後述する視認窓79(図3(b))が配置される。
支持体35は、第一保持溝31に収容される第一コイル要素11に突き当たることで、仕切り33とともに第一コイル要素11を幅方向Wに支持する。また、支持体36は、第一保持溝31に収容される第一センサ中間体51と突き当たることで、支持体37とともに第一センサ中間体51を支持する。
支持体41は、支持体35と位置が異なるが、第二センサ中間体52の支持について同様に作用するので、以下の説明は省略する。
支持体37と支持体38は、第一センサ中間体51から引き出されるリード線57,57のそれぞれが挿通する電線保持孔42,42が長手方向Lに貫通して設けられている。
支持体38は、支持体37と位置が異なるが、第二センサ中間体52の支持について同様に作用するので、以下の説明は省略する。
支持体39は、支持体36と位置が異なるが、第二センサ中間体52の支持について同様に作用するので、以下の説明は省略する。
間隙45,46,47,48のそれぞれには、図3(a),(b)に示すように、第二ハウジング70の第一係止部74、第二係止部75、第三係止部76及び第四係止部77が埋められる。この中で、第一係止部74と第四係止部77には、それぞれ視認窓78,79が設けられる。
第一センサ中間体51は、図6(b)に示すように、素子本体53と、素子本体53に電気的に接続される一対の引出線56,56と、引出線56,56のそれぞれに電気的に接続されるリード線57,57と、を備えている。第二センサ中間体52も第一センサ中間体51と同様の構成を有しているので、第二センサ中間体52の説明を省略する。なお、第一センサ中間体51が備える素子本体53が本発明の第一素子本体に対応し、第二センサ中間体52が備える素子本体53が本発明の第二素子本体に対応する。
感熱体54は、例えば、サーミスタのように電気抵抗に温度特性を有する素材から構成される。
封止ガラス55は、感熱体54を封止して気密状態に維持することによって、環境条件に基づく化学的な変化及び物理的な変化が感熱体54に生ずるのを避けるために設けられる。封止ガラス55には、非晶質ガラス及び結晶質ガラスのいずれをも用いることができるし、所望の線膨張係数を有するように非晶質ガラスと結晶質ガラスとを混合して用いることもできる。
また、リード線57,57は、細い芯線を撚り合わせた撚線と、撚線を覆う電気絶縁性を有する被覆層58,58とから構成され、また、引出線56,56と溶接により接合される。リード線57,57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。なお、被覆層58,58は、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)などのフッ素樹脂から構成される。
内層61は、外層63の内側に配置され、素子本体53を直接的に被覆する。内層61は、素子本体53の先端からリード線57,57の途中までを気密に封止する。
内層61は、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)からなるフッ素樹脂である。外層63をなすPTFEとPFAはフッ素樹脂であり優れた耐性を有している点では共通するが、PTFEの方がPFAよりも融点が高い。また、PTFEとPFAはいずれも透明性を有しており、特にPFAは高い透明性を有している。
外層63は、内層61とともに素子本体53に耐性を付与するものであるのに加えて、製造過程において溶融する内層61を保持する役割を担う。そのために、外層63は、内層61を形成するPFAよりも融点の高いPTFEで形成される。
外層63に平坦な検知面65を備え、この検知面65とコイル要素10の平坦な検知面16が接触することで、被覆体60とコイル要素10は平面同士で接触する。
第二ハウジング70は、図1及び図3(a)に示すように、第一ハウジング30に収容されるコイル要素10及びセンサ中間体50を厚さ方向Tから覆い隠すとともに、第一ハウジング30とともにコイル要素10及びセンサ中間体50を保持する。
視認窓78は、第一係止部74の表裏を貫通しており、第一保持溝31に収容される感熱体54が配置される部位に対応して設けられる。素子本体53は被覆体60に覆われているが、被覆体60が高い透明性を有しているから、視認窓78を介して感熱体54、封止ガラス55を視認できる。また、視認窓78を介して引出線56とリード線57の溶接による接合部を視認できる。このように、視認窓78は、感熱体54から当該溶接部までを視認できる範囲に対応して開けられている。視認窓79についても同様であり、視認窓79を介して感熱体54、封止ガラス55などを視認できる。
次に、温度センサ1の製造手順を図4及び図5を参照して説明する。
図4(a)に示すように、射出成形により作製された第一ハウジング30が用意される。第一ハウジング30は、第一保持溝31及び第二保持溝32が上向きに配置された状態で次からの作業を待つ。
初めに、用意された第一ハウジング30に、図4(b)及び図4(c)に示すように、第一保持溝31に第一センサ中間体51を、また、第二保持溝32に第二センサ中間体52を順に収容する。
第一センサ中間体51は、リード線57,57のそれぞれが支持体37の電線保持孔42,42に挿通されるように、第一保持溝31に収容される。第一センサ中間体51は、リード線57,57が電線保持孔42,42に挿通され、かつ、被覆体60が支持体36と支持体37の支持面に突き当てられることで、第一保持溝31の所定位置に位置決めされる。
第二センサ中間体52も、同様にして、第二保持溝32の所定位置に位置決めされる。
なお、第一ハウジング30において、第一センサ中間体51が配置される側を手前といい、第二センサ中間体52が配置される側を奥ということにする。
第一センサ中間体51及び第二センサ中間体52が第一ハウジング30の所定位置に収容されると、次に、図5(a)及び図5(b)に示すように、第一コイル要素11及び第二コイル要素12が、第一保持溝31及び第二保持溝32の空いているスペースに収容される。
第一コイル要素11が当該スペースに隙間なく収容されるように、第一ハウジング30の第一保持溝31、仕切り33、第一センサ中間体51の被覆体60及び第一コイル要素11のそれぞれの寸法が設定される。第二コイル要素12についても同様である。
また、第一コイル要素11と第二コイル要素12は、それぞれ、互いに対向する第一対向面13と第二対向面14を備えるが、第一センサ中間体51は第一コイル要素11の第一対向面13のうら側に配置され、第二センサ中間体52は第二コイル要素12の第二対向面14のうら側に配置される。したがって、第一センサ中間体51の感熱体54は、第二コイル要素12の発熱の影響を受けにくく、また、第二センサ中間体52の感熱体54は、第一コイル要素11の発熱の影響を受けにくいので、感熱体54,54はそれぞれが目的とする温度を精度よく検知できる。なお、ここで言ううら側は、第一コイル要素11と第二コイル要素12の対向するところ(内側)からすると、第一コイル要素11と第二コイル要素12の外側に該当する。
また、第二コイル要素12は、幅方向Wの奥側で温度検知対象となる面が第二センサ中間体52の被覆体60に接するのに加えて、支持体38と支持体41に突き当たることで、第一ハウジング30の所定位置に保持される。
第一コイル要素11及び第二コイル要素12が第一ハウジング30に保持されると、次に、図5(c)に示すように、射出成形により第二ハウジング70を成形する。樹脂モールドによる第二ハウジング70を成形する際に、封止ガラス55も含め感熱体54は相当の圧力を受けるので、感熱体54は破損するおそれがある。
第二ハウジング70は、第一ハウジング30の第一保持溝31及び第二保持溝32が外部から封止されるように形成され、第一保持溝31及び第二保持溝32に収容されるコイル要素10及びセンサ中間体50は第二ハウジング70で覆い隠される。これにより、感熱体54がコイル要素10以外からの熱的な影響を受けるのを排除するとともに、コイル要素10及びセンサ中間体50の固定を強固にする。
視認窓78は第一係止部74の表裏を貫通するので、外部から内部の第一センサ中間体51の被覆体60を目視で確認できる。視認窓78は、第一センサ中間体51の感熱体54に対応する位置に設けられている。
視認窓79は第四係止部77の表裏を貫通するので、外部から内部の第二センサ中間体52の被覆体60を目視で確認できる。視認窓79は、第二センサ中間体52の感熱体54に対応する位置に設けられている。
以下、温度センサ1が奏する効果を説明する。
温度センサ1は、第一コイル要素11及び第二コイル要素12のそれぞれの温度を検知する第一センサ中間体51と第二センサ中間体52を備える一つのセンサ組立体20で、第一コイル要素11と第二コイル要素12を固定する。
ここで、例えば図9に示すように、第一コイル要素111に第一センサ組立体121を設け、第二コイル要素112に第二センサ組立体122を設けることもできる。以下、図9に示される形態を比較例という。しかし、比較例のように、二つの第一センサ組立体121と第二センサ組立体122を別体として個別に設けると、その分だけセンサ組立体として占有するスペースが広くなる。
これに対して温度センサ1は、第一センサ中間体51と第二センサ中間体52を一つのセンサ組立体20に集約しているので、二つのセンサ組立体を個別に設けるのに比べて、占有するスペースを狭くできる。
つまり、温度センサ1はセンサ組立体20が一カ所で第一コイル要素11と第二コイル要素12の二つのコイル要素を固定しているから、センサ組立体121,122が個別に振動するのに比べて、振動の程度を抑えることができる。加えて、温度センサ1は、一つのセンサ組立体20に第一コイル要素11と第二コイル要素12を集約することで、センサ組立体121とセンサ組立体122を個別に設ける場合に比べて全体としての重量を抑えることができるので、振動の程度を抑えることもできる。
しかも、温度センサ1は、感熱体54を含む素子本体53が透明な被覆体60で覆われているので、素子本体53を保護しながら、感熱体54の健全性を目視で確認できる。
特に、フッ素樹脂から構成される被覆体60は樹脂材料の中では弾性に富むため、温度検知対象であるコイル要素10が振動しても、被覆体60はこの振動に追従してコイル要素10に密に押し付けられるので、検知温度の精度向上に寄与する。
金型と被覆体60と接する力が強くても、本実施形態の被覆体60は弾性に富むため、被覆体60が破損するおそれがない。ここで、例えば、第二ハウジング70を構成するのと同様の樹脂材料で被覆体60を構成したとすれば、金型と被覆体60と接する力が強くなると被覆体60が破損するおそれがあるので、金型と被覆体60と接する力を厳密に調整する必要がある。
本実施形態によれば、被覆体60が弾性に富むため、このような調整が不要であるから、温度センサ1の製造が容易である。
本実施形態にかかる温度センサ1は、第一センサ中間体51を手前側に、また、第二センサ中間体52を幅方向Wの奥側に配置するが、本発明における第一センサ中間体51(感熱体54)と第二センサ中間体52(感熱体54)の配置はこれに限定されない。
なお、図7(a)〜(c)は、第一コイル要素11、第二コイル要素12と感熱体54の位置関係だけを示している。また、図7(d)は、上述した温度センサ1のこれらの位置関係を示している。
本実施形態の温度センサ1は、二つの第一コイル要素11と第二コイル要素12のそれぞれに対応する第一センサ中間体51と第二センサ中間体52を設け、第一コイル要素11と第二コイル要素12の温度を個別に検知することを前提とするが、本発明はこれに限定されない。つまり本実施形態は、図8(a)〜(c)に示すように、二つの第一コイル要素11と第二コイル要素12の間にセンサ中間体50を一つだけ配置する温度センサ2を提供する。温度センサ2は、二つの第一コイル要素11と第二コイル要素12を一つのセンサ組立体20で保持するところは温度センサ1と共通する。
温度T1と温度T2がともに正常な温度範囲ΔTnにあれば、検知温度Tdは温度範囲ΔTnに収まるが、例えば温度T1と温度T2の一方又は両方が温度範囲ΔTnからずれると、検知温度Tdは温度範囲ΔTnからずれる。
また、温度センサ2は、センサ中間体50が第一コイル要素11と第二コイル要素12の間に介在し、温度センサ1の仕切り33の役割を果たすので、仕切り33を設けるのを省くことができる。したがって、温度センサ2は幅方向Wの寸法を抑えることができる。
この場合、第一ハウジング30を射出成形にて作成する段階で、視認窓78,79を形成しておく。
10 コイル要素
11 第一コイル要素
12 第二コイル要素
15 導体
16 検知面
17 被覆
20 センサ組立体
25 ハウジング
30 第一ハウジング
31 第一保持溝
32 第二保持溝
33 仕切り
34 底床
35,36,37 支持体
38,39,41 支持体
42 電線保持孔
45,46,47,48 間隙
50 センサ中間体
51 第一センサ中間体
52 第二センサ中間体
53 素子本体
54 感熱体
55 封止ガラス
56 引出線
57 リード線
58 被覆層
60 被覆体
61 内層
63 外層
65 検知面
70 第二ハウジング
71 基部
74 第一係止部
75 第二係止部
76 第三係止部
77 第四係止部
78,79 視認窓
L 長手方向
W 幅方向
T 厚さ方向
Claims (11)
- 電気機器のコイルの一部を担う第一コイル要素及び第二コイル要素と、
前記第一コイル要素及び前記第二コイル要素の温度を検知する感熱体と、前記感熱体に接続される一対の電線と、を有する素子本体と、
前記感熱体と前記電線の少なくとも一部とを覆う電気絶縁性を有する被覆体と、
前記第一コイル要素、前記第二コイル要素、前記素子本体及び前記被覆体を収容し保持する、電気絶縁性の樹脂材料から構成されるハウジングと、を備え、
前記被覆体と前記第一コイル要素、及び、前記被覆体と前記第二コイル要素は面同士で接触する、
ことを特徴とする温度センサ。 - 前記素子本体は、
前記第一コイル要素の温度を検知する第一素子本体と、前記第二コイル要素の温度を検知する第二素子本体と、
を備える、
請求項1に記載の温度センサ。 - 前記第一コイル要素と前記第二コイル要素は、それぞれが矩形の横断面を有し、かつ、互いに対向する第一対向面と第二対向面を備え、
前記第一素子本体は、前記第一対向面を除く前記第一コイル要素のいずれかの面に対応して設けられ、
前記第二素子本体は、前記第二対向面を除く前記第二コイル要素のいずれかの面に対応して設けられる、
請求項2に記載の温度センサ。 - 前記第一素子本体は、前記第一対向面のうら側の面に対応して設けられ、
前記第二素子本体は、前記第二対向面のうら側の面に対応して設けられる、
請求項3に記載の温度センサ。 - 前記ハウジングは、
前記第一コイル要素と前記第二コイル要素とを電気的に絶縁する仕切りを備える、
請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載の温度センサ。 - 前記第一コイル要素と前記第二コイル要素は、それぞれが矩形の横断面を有し、かつ、互いに対向する第一対向面と第二対向面を備え、
前記第一対向面と前記第二対向面の間に、一つの前記素子本体が設けられる、
請求項1に記載の温度センサ。 - 前記ハウジングは、
前記感熱体を外部から目視できる視認窓が、前記感熱体に対応する部位に設けられる、
請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の温度センサ。 - 前記ハウジングは、
第一ハウジングと、
前記第一ハウジングとともに前記ハウジングを構成する第二ハウジングと、を備え、
前記視認窓は、前記第一ハウジング及び前記第二ハウジングの一方又は双方に設けられる、
請求項7に記載の温度センサ。 - 前記第二ハウジングは前記第一ハウジングに対する樹脂モールド体からなり、
前記視認窓は、前記第二ハウジングに設けられる、
請求項8に記載の温度センサ。 - 前記感熱体と前記電線の一部を緻密に覆う、透明な樹脂からなる前記被覆体を備え、
前記視認窓は、前記被覆体に覆われる前記感熱体に対応する部位に設けられる、
請求項7〜請求項9のいずれか一項に記載の温度センサ。 - 前記素子本体は、
前記第一コイル要素の温度を検知する第一素子本体と、前記第二コイル要素の温度を検知する第二素子本体と、を有し、
前記視認窓は、
前記第一素子本体の前記感熱体と前記第二素子本体の前記感熱体のそれぞれに対応して設けられる、
請求項7〜請求項10のいずれか一項に記載の温度センサ。
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