JP6549480B2 - 電動機用ステータ - Google Patents

Description

本開示は、ケースに固定されるステータコアと、ステータコアに巻回されるステータコイルと、ステータコイルのコイルエンドを覆う樹脂製のモールド部とを有する電動機用スタータに関する。

従来、電動機用ステータのステータコイルの温度を測定する温度センサ（サーミスタモジュール）として、ステータコイルのコイルエンドを覆う樹脂製のモールド部に形成された挿入穴に挿入されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この温度センサは、サーミスタ素子と、挿入穴への挿入状態で当該挿入穴の内周面に面する集熱部材とを有する。これにより、集熱板によってモールド部から熱を集熱して当該集熱板からサーミスタ素子に熱を伝えることが可能となる。更に、ステータコイルからモールド部に伝わった熱量のうちのサーミスタ素子に伝わる熱量の割合を増加させることができるので、ステータコイルのコイルエンドがモールド部により覆われていても、当該ステータコイルの温度の測定精度を向上させることが可能となる。

特開２０１５−０５５５９３号公報

ここで、上述のような温度センサを含む電動機用ステータでは、モールド部に配置される温度センサとステータコアとの間に存在するモールド樹脂の量が、当該温度センサとコイルとの間に存在するモールド樹脂の量よりも多くなる。また、電動機のロータの回転速度が低く、かつ電動機の出力トルクが高い場合、電動機用ステータの全体の温度は、銅損の増加に起因してステータコアよりもステータコイルが発熱し易くなることから、ステータコアの温度よりもステータコイルの温度に依存することになる。これに対して、電動機のロータの回転速度が高く、かつ電動機の出力トルクが低い場合、電動機用ステータの全体の温度は、鉄損の増加に起因してコイルよりもステータコアが発熱し易くなることから、ステータコイルの温度よりもステータコアの温度に依存することになる。このため、上記従来の温度センサによって電動機用ステータ全体の温度（代表温度）を検出しようとした場合、銅損よりも鉄損が大きくなる際に、ステータコアからモールド部に伝達される熱による温度変化を温度センサによって精度よく検出し得なくなるおそれがある。従って、上記従来の温度センサを含む電動機用ステータには、ステータ全体の温度の検出精度に関して、なお改善の余地がある。

そこで、本開示の発明は、コイルエンドを覆うモールド部に配置された温度センサにより電動機用ステータ全体の温度を精度よく検出可能とすることを主目的とする。

本開示の電動機用ステータは、少なくとも一部がケースに当接するように該ケースに固定されるステータコアと、前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、前記ステータコイルのコイルエンドを覆う樹脂製のモールド部とを有する電動機用ステータにおいて、サーミスタおよび集熱部材を有すると共に、前記モールド部に形成された挿入穴内に配置される温度センサと、前記集熱部材と当接するように前記温度センサに連結される一端部、および前記ケースにボルトを介して締結される他端部を有するブラケットとを備えるものである。

この電動機用ステータでは、ステータコイルの熱が、モールド部から温度センサのサーミスタに伝達されると共に、モールド部および温度センサの集熱部材を介してサーミスタに伝達される。また、ステータコアの熱は、主として、ケース、ボルト、ブラケットおよび集熱部材を介してサーミスタに伝達される。すなわち、この電動機用ステータは、ステータコアから温度センサのサーミスタまでの熱の伝達経路として、樹脂製のモールド部を経由しない経路を有する。これにより、モールド部に配置される温度センサとステータコアとの間に存在するモールド樹脂の量が当該温度センサとステータコイルとの間に存在するモールド樹脂の量よりも多くても、ステータコアの熱を温度センサに良好に伝達することが可能となり、ステータコアから発せられる熱による温度変化をサーミスタによって精度よく検出することができる。従って、この電動機用ステータでは、鉄損よりも銅損が大きく、ステータコアに比べてステータコイルが発熱し易くなるときだけではなく、銅損よりも鉄損が大きく、ステータコイルに比べてステータコアが発熱し易くなるときにも、コイルエンドを覆うモールド部に配置された温度センサにより電動機用ステータ全体の温度を精度よく検出することが可能となる。

また、ケース、集熱部材、ブラケットは、金属製であってもよい。更に、温度センサは、サーミスタおよび集熱部材を収容するサーミスタケースを有してもよく、ブラケットは、集熱部材と当接した状態でサーミスタケースと一体化されていてもよい。更に、集熱部材とブラケットとは、一体化されていてもよい。

本開示の電動機用ステータの要部を示す部分断面図である。 図１の電動機に含まれる温度センサを示す断面図である。

次に、図面を参照しながら本開示の発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本開示の電動機用ステータ１の要部を示す部分断面図である。同図に示す電動機用ステータ１は、図示しないロータと共に、例えば電気自動車やハイブリッド自動車の走行駆動源あるいは発電機として用いられる３相交流電動機を構成するものである。電動機用ステータ１は、図示するように、電動機を収容する金属製（例えば、鉄合金やアルミ合金製）のケース１０に固定されるステータコア２と、複数のステータコイル３と、樹脂製のモールド部４と、温度センサ５とを含む。

ステータコア２は、例えばプレス加工により円環状に形成された電磁鋼板を複数積層することにより構成され、全体として円環状を呈する。ステータコア２は、環状の外周部から周方向に間隔をおいて径方向内側に突出する複数のティース部と、それぞれ互いに隣り合うティース部の間に形成された複数のコアスロットとを有する（何れも図示省略）。また、ステータコア２は、それぞれ金属製のボルト９が挿通される複数のボルト孔を有しており、ボルト孔の周囲がケース１０に形成された固定部１０ａに当接するように当該ケース１０内に配置される。そして、各ボルト孔に挿通されたボルト９の先端部をケース１０の固定部１０ａに形成されたネジ穴に螺合することにより、ステータコア２すなわち電動機用ステータ１がケース１０に固定（締結）される。なお、ステータコア２は、例えば強磁性粉体を加圧成形すると共に焼結させることより一体に形成されてもよい。

複数のステータコイル３には、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルが含まれる。各ステータコイル３は、絶縁被覆された電気導体をステータコア２の対応する複数のティース部に巻回することにより構成される。本実施形態において、各ステータコイル３は、ステータコア２への装着に先立って予め巻回された複数のカセットコイルをティース部に嵌め込んだ後、電気的に接続することにより構成される。ただし、各ステータコイル３は、例えば略Ｕ字状に成形された複数のセグメントコイルをステータコア２の隣り合うティース部の間に画成されるコアスロットに挿入した後、曲げ工程および接合工程を施すことにより構成されてもよい。また、コアスロット内には、図示しないインシュレータ（絶縁紙）が配置されてもよい。

樹脂製のモールド部４は、各ステータコイル３のコイルエンド３ｅや、各ステータコイル３に接続された図示しない動力線等を覆うようにステータコア２の図１における上端面上および下端面上にモールド成形される。そして、本実施形態の電動機用ステータ１では、図１における上側のモールド部４に温度センサ５が挿入される挿入穴４ｈが形成されている。挿入穴４ｈは、モールド部４の表面から対応するステータコイル３のコイルエンド３ｅ近傍まで延在するように形成されている。

図２は、電動機用ステータ１に含まれる温度センサ５を示す断面図である。同図に示すように、温度センサ５は、樹脂製のサーミスタケース５０と、サーミスタ５１と、集熱部材５５とを有する。サーミスタケース５０は、サーミスタ５１および集熱部材５５を収容（包囲）するように形成される。サーミスタ５１は、サーミスタケース５０の先細の先端部（図２における下端部）内に収容され、当該サーミスタ５１から延びる図示しない配線はケーブル６（図１参照）に接続される。なお、ケーブル６は、図示しない温度測定回路に接続される。

集熱部材５５は、例えばステンレス合金や、アルミニウム合金、銅といったモールド部４を形成する樹脂やサーミスタケース５０を形成する樹脂よりも高い熱伝導率を有する金属により筒状に形成されている。集熱部材５５は、外周面がサーミスタケース５０の外周面に沿って延在するように当該サーミスタケース５０内に埋設される。かかる金属製の集熱部材５５は、サーミスタケース５０（樹脂）よりも高い剛性を有することから、当該サーミスタケース５０の補強材としても機能する。

図１に示すように、温度センサ５は、サーミスタ５１がステータコイル３のコイルエンド３ｅに近接するようにモールド部４の挿入穴４ｈに挿入されると共に、金属製（例えば鉄合金製）のブラケット７を介してケース１０に固定される。すなわち、図１および図２に示すように、サーミスタケース５０のサーミスタ５１が配置される端部とは反対側の端部（図２における上端部）には、ブラケット７の一端部７ａが連結されており、当該一端部７ａは、図示するように、サーミスタケース５０の内部において集熱部材５５と当接する。そして、ブラケット７の他端部７ｂは、図１に示すように、ケース１０に形成されたボス部１０ｂに螺合される金属製のボルト８を介して当該ケース１０に締結（固定）される。また、温度センサ５の集熱部材５５は、挿入穴４ｈに挿入された状態で当該挿入穴４ｈの内周面と対向する。

本実施形態において、温度センサ５は、サーミスタケース５０を成形するための金型内に、サーミスタ５１、集熱部材５５およびブラケット７の一端部７ａ等を配置（挿入した）した状態で当該金型内に樹脂を射出するインサート成形により形成される。インサート成形に際して、ブラケット７の一端部７ａの集熱部材５５と当接するように金型内に配置される。インサート成形が完了すると、サーミスタケース５０内にサーミスタ５１および集熱部材５５が埋設されると共に、ブラケット７が集熱部材５５と当接した状態でサーミスタケース５０と一体化される。これにより、温度センサ５に対して強固かつ容易にブラケット７を連結することが可能となる。

上述のように構成される電動機用ステータ１では、電流の印加に伴って発熱した各ステータコイル３の熱が、モールド部４およびサーミスタケース５０を介して温度センサ５のサーミスタ５１に伝達されると共に、モールド部４、サーミスタケース５０および集熱部材５５を介してサーミスタ５１に伝達される。また、ステータコア２の熱は、主として、ケース１０、ボルト８、ブラケット７、集熱部材５５およびサーミスタケース５０を介してサーミスタ５１に伝達される。すなわち、電動機用ステータ１は、ステータコア２から温度センサ５のサーミスタ５１までの熱の伝達経路として、樹脂製のモールド部４を経由しない経路を有する。

これにより、モールド部４に配置される温度センサ５とステータコア２との間に存在するモールド樹脂の量が当該温度センサ５とステータコイル３との間に存在するモールド樹脂の量よりも多くても、ステータコア２の熱を温度センサ５のサーミスタ５１に良好に伝達することが可能となり、ステータコア２から発せられる熱による温度変化をサーミスタ５１によって精度よく検出することができる。従って、電動機用ステータ１では、鉄損よりも銅損が大きく、ステータコア２に比べてステータコイル３が発熱し易くなるときだけではなく、銅損よりも鉄損が大きく、ステータコイル３に比べてステータコア２が発熱し易くなるときにも、コイルエンド３ｅを覆うモールド部４に配置された温度センサ５により電動機用ステータ１全体の温度を精度よく検出することが可能となる。更に、温度センサ５の集熱部材５５は、何れも金属製のブラケット７およびボルト８を介して金属製のケース１０に接地されることになる。従って、電動機用ステータ１の動作に伴って発生する電磁ノイズを温度センサ５の集熱部材５５により吸収してケース１０側に逃がすこともできる。

以上説明したように、電動機用ステータ１は、その一部がケース１０に当接するように当該ケース１０に固定されるステータコア２と、ステータコア２に巻回されるステータコイル３と、ステータコイル３のコイルエンド３ｅを覆う樹脂製のモールド部４とを有するものである。そして、電動機用ステータ１は、サーミスタ５１および集熱部材５５を有すると共に、モールド部４に形成された挿入穴４ｈ内に配置される温度センサ５と、集熱部材５５と当接するように温度センサ５に連結される一端部７ａ、およびケース１０にボルト８を介して締結される他端部７ｂを有するブラケット７とを更に含む。これにより、電動機用ステータ１では、鉄損よりも銅損が大きく、ステータコア２に比べてステータコイル３が発熱し易くなるときだけではなく、銅損よりも鉄損が大きく、ステータコイル３に比べてステータコア２が発熱し易くなるときにも、コイルエンド３ｅを覆うモールド部４に配置された温度センサ５により電動機用スタータ１全体の温度を精度よく検出することが可能となる。

なお、上記実施形態において、ケース１０や集熱部材５５、ブラケット７は、金属により形成されるが、これに限られるものではない、すなわち、ケース１０や集熱部材５５、ブラケット７は、モールド部４を形成する樹脂やサーミスタケース５０を形成する樹脂よりも高い熱伝導率を有するものであれば、金属以外の材料により形成されてもよい。また、上記実施形態において、ブラケット７は、集熱部材５５と当接した状態でサーミスタケース５０と一体化されているが、これに限られるものではない。すなわち、上述のようなインサート成形によりブラケット７をサーミスタケース５０と一体化する代わりに、サーミスタケース５０に開口部を形成すると共に当該開口部内に集熱部材５５と当接するようにブラケット７の一端部７ａを挿入・固定してもよい。更に、上記実施形態において、集熱部材５５とブラケット７とは互いに別体の部材であるが、両者は一体の部材として構成されてもよい。これにより、温度センサ５のサーミスタ５１に対してステータコア２の熱をより一層良好に伝達することが可能となる。

そして、本開示の発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本開示の外延の範囲内において様々な変更をなし得ることはいうまでもない。更に、上記実施形態は、あくまで発明の概要の欄に記載された発明の具体的な一形態に過ぎず、発明の概要の欄に記載された発明の要素を限定するものではない。

本開示の発明は、電動機用ステータの製造分野等において利用可能である。

１ 電動機用ステータ、２ ステータコア、３ ステータコイル、３ｅ コイルエンド、４ モールド部、４ｈ 挿入穴、５ 温度センサ、５０ サーミスタケース、５１ サーミスタ、５５ 集熱部材、６ ケーブル、７ ブラケット、７ａ 一端部、７ｂ 他端部、８，９ ボルト、１０ ケース、１０ａ 固定部、１０ｂ ボス部。

Claims (1)

1. 少なくとも一部がケースに当接するように該ケースに固定されるステータコアと、前記ステータコアに巻回されるステータコイルと、前記ステータコイルのコイルエンドを覆う樹脂製のモールド部とを有する電動機用ステータにおいて、
   サーミスタおよび集熱部材を有すると共に、前記モールド部に形成された挿入穴内に配置される温度センサと、
   前記集熱部材と当接するように前記温度センサに連結される一端部、および前記ケースにボルトを介して締結される他端部を有するブラケットと、
   を備える電動機用ステータ。

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