JP6634400B2 - 回転電機及びそれに用いられる固定子 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機及びそれに用いられる固定子に関する。

近年、自動車部品の電動化及び自動運転技術の実用化が進められている。電動化や自動運転においては、予防安全の観点から、センサ類の二重系が推奨される。本技術の主要分野である電気自動車、ハイブリッド電気自動車用の回転電機のセンサ類としては、温度検出器（サーミスタ等）が該当する。回転電機に温度検出器を複数配置した従来技術として、特許文献１が挙げられる。

特許文献１には複数の温度検出手段を持ち、信号用スリップリングの部品点数を抑えるために、共通導線（おそらくグラウンド線）に接続する回転電機が記載されている。

特開２０１６−６３６２８号公報

共通導線に接触不良が発生した場合、例えば＋１０Ωの抵抗が新たに発生した場合、温度検出器の本来の抵抗例えば１０Ωに接触不良分１０Ωが加わった２０Ωに相当する温度が検出される。つまり、接触不良によるエラーと、実際に温度が上昇したのか判断することが出来ないおそれがある。

本発明の課題は、更なる信頼性を向上させた温度検知機構を有する回転電機の固定子を提供することにある。

本発明に係る回転電機の固定子は、固定子鉄心と、前記固定子鉄心に巻かれる固定子巻線と、前記固定子巻線から離れる方向に形成される引出線と、前記固定子巻線又は前記引出線に配置される複数の温度検出器と、を備え、前記複数の温度検出器は、それぞれのグラウンド線が共用化され、さらに前記複数の温度検出器のそれぞれの抵抗と温度との間の特性は異なっている。

本発明により、温度検知機構を有する回転電機の信頼性を向上させることができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施形態に係る回転電機１の軸方向に沿った全体断面図である。 本実施形態に係る温度検出器５の取り付け部分を示す拡大斜視図である。 温度検出器５Ａと温度検出器５Ｂとして同様の型番のサーミスタを用いた概念図である。 比較例に係るグラウンド線５１Ｇに接触不良が発生し＋１０Ωの接触抵抗が発生を示す概念図である。 本実施形態に係る特性の異なる複数の温度検出器を用いた概念図である。 本実施形態に係るグラウンド線５１Ｇに接触不良が発生し＋１０Ωの接触抵抗が発生を示す概念図である。 本実施形態に係る複数の温度検出器の抵抗-温度特性を示す図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態による回転電機の固定子の構成及び作用を説明する。なお、各図において、同一部分には同一符号を付すものとする。

図１は、本実施形態に係る回転電機１の軸方向に沿った全体断面図である。図１で
は、回転電機１の一部分を断面とすることで、回転電機１の内部を示している。

回転電機１は、ハウジング１０と、ハウジング１０に固定される固定子鉄心２０を有する固定子２と、この固定子２の内側に回転自在に配設される回転子３と、を備えている。回転電機１の筐体として機能する部材は、フロントブラケット１１と、ハウジング１０と、リアブラケット１２と、ターミナルボックス１３である。

ハウジング１０は、ウォータージャケット１４とともに回転電機１を冷却するための冷媒を流す通水路１５を構成している。

回転子３は、フロントブラケット１１の軸受３０Ａ、リアブラケット１２の軸受３０Ｂにより支承されるシャフト３１に固定されており、固定子鉄心２０の内側において回転可能に保持されている。

ハウジング１０には固定子鉄心２０が焼嵌め等により固定されており、固定子２がハウジング１０を介して通水路１５内の冷媒により間接的に冷却されている。

固定子鉄心２０のスロット部には、絶縁樹脂材でシート状に形成されたインシュレータを介して固定子巻線４が配置されている。固定子巻線４は、固定子鉄心２０のスロットに略Ｕ字状の銅製の平角導体を軸方向から挿入し、平角導体の開口側端部を折り曲げ、平角導体同士の折曲部を溶接等により電気的に接続して構成されている。固定子鉄心２０の両端から突出した、スロット間を跨る固定子巻線４が密集した部位がコイルエンド４２である。

固定子巻線４は、３相Ｙ結線の巻線であり、Ｕ相固定子巻線、Ｖ相固定子巻線、Ｗ相固定子巻線が、平角導体４０によって構成される。各相の固定子巻線４の一端はＵ相Ｖ相Ｗ相の中性線が接続された中性点４４としてコイルエンドに配置され、他端は出力線４３を構成する。

出力線４３は、回転電機１の外部と接続して電気エネルギーを授受するため、コイルエンド４２から延伸して引出され、出力線４３の端部に配置された出力端子４５がターミナルボックス１３内の端子台２１に接続される。出力線４３は出力端子４５を介して端子台２１上において、ターミナルボックス１３に挿入される外部のパワーケーブルと接続される。このパワーケーブルは、交流電流を出力するインバータと接続される。

出力線４３には、固定子巻線４の温度検知のために温度検出器５が取り付けられている。温度検出器５は、例えばサーミスタである。サーミスタは、温度の変化に対して電気抵抗値が大きく変化する半導体から成る温度検出素子を有する温度センサである。回転電機１のコントロールユニット（例えば、インバータ）は、サーミスタの抵抗値をモニタすることで、固定子巻線４の温度を検出する。

検出された固定子巻線４の温度が規定値を超えた場合、固定子巻線４の絶縁被膜や固定子２に塗布されたワニスの寿命への影響が懸念されるため、コントロールユニットは回転電機１の性能を制限したり停止させたりして、固定子巻線４が異常過熱することを防止する。したがって、温度検出器５は固定子巻線４の中で最も温度の高い部位に設置することが望まれる。

回転電機１が動作して固定子巻線４に電流が流れている時、固定子巻線４には銅損が生じて発熱する。コイルエンド４２は、固定子巻線４が密集しているため、銅損による熱がこもり、温度が高くなる。

コイルエンド４２は、ハウジング１０の通水路１５を流れる冷媒により、ハウジング１０、固定子鉄心２０、インシュレータを伝熱経路として熱伝達により冷却される。つまり、固定子２は、冷却源から伝熱経路が遠い程温度が高くなるため、伝熱経路順にハウジング１０、固定子鉄心２０、固定子２内の固定子巻線４、コイルエンド４２の固定子巻線４、コイルエンド４２から延伸された固定子巻線４の出力線４３の順に温度が高くなる。

出力線４３に設置された温度検出器５は、コイルエンド４２から延伸された部位に設置されている。延伸された出力線４３に温度検出器５を配置することで、出力線４３が周囲の固定子巻線４の温度の影響を受けづらく、かつ、最も温度の高い部位で温度測定を行なえるため、固定子巻線４の温度を高精度で測定可能になる。

図２は、本実施形態に係る温度検出器５の取り付け部分を示す拡大斜視図である。

図２の固定子巻線４は、２相Ｙ結線の巻線であり、Ｕ相固定子巻線、Ｖ相固定子巻線、Ｗ相固定子巻線が、平角導体４０によって構成される。各相の固定子巻線４の他端は、Ｕ相出力線４３Ｕ、Ｖ相出力線４３Ｖ、Ｗ相出力線４３Ｗを構成する。

回転電機１が外部との電気エネルギーを授受するため、出力線４３は、コイルエンド４２から延伸して引出され、各相の出力線４３の端部にはＵ相出力端子４５Ｕ、Ｖ相出力端子４５Ｖ、Ｗ相出力端子４５Ｗが構成される。

固定子巻線４の温度検知のための温度検出器５ＡがＵ相出力線４３Ｕに設置され、温度検出器５ＢがＶ相出力線４３Ｖに設置されている。

温度検出器５Ａからは信号線５１Ａとグラウンド線５１Ｇが、温度検出器５Ｂからは信号線５１Ｂとグラウンド線５１Ｇが出ている。グラウンド線５１Ｇと信号線５１Ａと信号線５１Ｂはサーミスタコネクタ１００に繋げられる。その際グラウンド線５１Ｇは共通化できるので、各々の温度検出器５Ａと温度検出器５Ａ５Ｂから出ているグラウンド線５１Ｇは一つの線としてサーミスタコネクタ１００に繋げることが出来る。

さて、一般的に温度検出器５Ａと温度検出器５Ｂは同じものを用いるが、その場合の問題点を図３（Ａ）及び図３（Ｂ）を用いて説明する。図３（Ａ）は、温度検出器５Ａと温度検出器５Ｂとして同様の型番のサーミスタを用いた概念図である。その抵抗−温度特性は例えば１０Ωの場合は２５℃になる。

図３（Ｂ）は、グラウンド線５１Ｇに接触不良が発生し＋１０Ωの接触抵抗が発生を示す概念図である。温度検出器５Ａと温度検出器５Ｂは共に２０Ωになり、その場合の温度は１０℃である。予防安全の観点から、温度検出器を二重に付けたにもかかわらず、温度が２５℃から急変したのか、グラウンド線５１Ｇに接触不良が起きたのか判断することが出来ないおそれがある。

そこで、本実施形態において、複数の温度検出器を用いる場合には、異なる抵抗−温度特性を持つ構成とする。例として、図４（Ａ）に示されるように、温度検出器５Ａには１０Ωで２５℃を、温度検出器５Ｂには５０Ωで２５℃の特性を有するものを用いる。

比較例として図３（Ｂ）の場合と同じように、グラウンド線５１Ｇに接触不良が発生し＋１０Ωの接触抵抗が発生した場合（図４（Ｂ））、温度検出器５Ａの合成抵抗は２０Ω、温度検出器５Ｂの合成抵抗は６０Ωになり、はその場合の温度は、温度検出器５Ａが１０℃、温度検出器５Ｂは２０℃である。各温度検出器が示す温度が異なる事より、グラウンド線５１Ｇに接触不良が発生した事を検知できる。本実施例では、温度検出器からサーミスタコネクタ１００までのグラウンド線５１Ｇに接触不良によるトラブルを事例にしたが、回転電機１の外部に配置されるコントロールユニットとサーミスタコネクタ１００を繋ぐグラウンド線上における抵抗のトラブルを検知することもできる。

なお、図３及び図４に用いられた複数の温度検出器は一例であり、本実施形態に用いられる複数の温度検出器の抵抗-温度特性は図５に示されるような関係になる。

本実施形態により、グラウンド線に接触不良を検知する事が可能となり、予防安全性が向上し、自動車の電動化や自動運転技術の実用性を向上させることが出来る。

なお、上記例では、温度検出器が２個の例であれば、３個以上でも構わない。また、温度検出器はサーミスタ以外でも良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。

１…回転電機、２…固定子、３…回転子、４…固定子巻線、５…温度検出器、５A…温度検出器、５B…温度検出器、１０…ハウジング、１１…フロントブラケット、１２…リアブラケット、１３…ターミナルボックス、１４…ウォータージャケット、１５…通水路、２０…固定子鉄心、３０Ａ…軸受、３０Ｂ…軸受、３１…シャフト、４０…平角導体、４２…コイルエンド、４３…出力線、４３Ｕ…Ｕ相出力線、４３Ｖ…Ｖ相出力線、４３Ｗ…Ｗ相出力線、４４…中性点、４５…出力端子、４５Ｕ…Ｕ相出力端子、４５Ｖ…Ｖ相出力端子、４５Ｗ…Ｗ相出力端子、５１A…信号線、５１B…信号線、５１G…グラウンド信号線、１００…サーミスタコネクタ

Claims (3)

1. 固定子鉄心と、
   前記固定子鉄心に巻かれる固定子巻線と、
   前記固定子巻線から離れる方向に形成される引出線と、
   前記固定子巻線又は前記引出線に配置される複数の温度検出器と、を備え、
   前記複数の温度検出器は、それぞれのグラウンド線が共用化され、
   さらに前記複数の温度検出器のそれぞれの抵抗と温度との間の特性は異なっている回転電機の固定子。
2. 請求項１に記載された回転電機の固定子であって、
   前記引出線は、３相にそれぞれ対応した第１ないし第３の引出線により構成され、
   前記温度検出器は、複数設けられ、かつ前記第１ないし第３の引出線のいずれかの２つ以上に配置される回転電機の固定子。
3. 請求項１または２に記載された固定子を備える回転電機であって、
   前記固定子鉄心を冷却するための冷媒を流す通水路を形成する回転電機。

Images