JP6658366B2

JP6658366B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP6658366B2
Application number: JP2016135663A
Authority: JP
Inventors: 服部　宏之; 宏之服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2016-07-08
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-07-08
Also published as: JP2018007514A

Description

本発明は、回転電機に関する。

従来、回転電機としては、特許文献１に記載されているものがある。この回転電機は、ステータと、端子台と、サーミスタとを備え、端子台には、サーミスタの位置決め部が設けられる。端子台は、樹脂モールドによってステータと一体化され、サーミスタは、上記位置決め部で端子台に対して位置決めされた状態で樹脂インサート成形されることにより端子台と一体化される。この回転電機では、ステータのモータコイルの温度がサーミスタによって樹脂を介して検出されるようになっている。

国際公開第２０１３／０３８５２８号公報

上記従来の回転電機では、サーミスタが、モータコイルの温度を、樹脂を介して検出するので、モータコイルの温度を正確に測定できない虞がある。

本発明の目的は、モータコイルの温度測定の精度を高くできる回転電機を提供することにある。

本発明に係る回転電機は、モータコイルを有するステータと、前記ステータを収容するケースと、外部機器からの外部導線と前記モータコイルから引き出された引出線とを電気的に接続するためのバスバー部であって、各相コイルの各一端がそれぞれ接続される中性点バスバー部でない前記バスバー部を有すると共に、前記ケースに取り付けられるか又は前記ケースの外側にある部材に取り付けられる端子台と、前記バスバー部に接触して固定される温度センサと、を備える。

本発明に係る回転電機によれば、温度センサが、端子台にあるバスバー部に設置されるので、熱伝導に優れる引出線を介してモータコイルに繋がると共に熱伝導に優れるバスバー部の温度に基づいてモータコイルの温度を検出（推定）できる。よって、モータコイルの温度測定の精度を高くできる。

更には、端子台がモータコイルを含むステータから離れたケースに取り付けられるので、端子台のバスバー部に設置される温度センサを、ステータから離れた箇所に配設でき、モータコイル冷却用の冷却オイルがかかりにくい箇所又は冷却オイルがかからない箇所に配設できる。よって、モータコイルの検出温度の精度が、冷却オイルとの接触に基づいて低下するのを抑制できるか又は防止でき、この点からもモータコイルの温度検出精度が向上する。

本発明の一実施形態に係る回転電機を軸方向の一方側から見たときの模式構成図である。回転電機のステータを軸方向一方側から見たときの模式図である。回転電機の端子台の模式平面図である。Ｕ,Ｖ,Ｗ相用のパワーケーブル及びリード線の接続端子の模式平面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機１を軸方向の一方側から見たときの模式構成図である。また、図２は、回転電機１のステータ１０を軸方向一方側から見たときの模式図であり、図３は、回転電機１の端子台３０の模式平面図である。なお、回転電機１のケース２０は、軸方向の一方側が開口する室を画定するケース本体２１と、そのケース本体２１にボルト等の締結部材で固定される蓋部（図示せず）とを含む。ケース本体２１に蓋部が固定されると、ケース本体２１と蓋部とが相俟ってケース２０の内部と外部とを連通する煙突状の部分が構成される。端子台３０は、その煙突状の部分の内面に固定される。図１では、ステータ１０の構造、端子台３０の取付構造、及び端子台３０における配線の接続構造が理解し易いように、ケース２０は、蓋部が外された状態で図示されている。

図１を参照して、回転電機１は、例えば、車両が力行するときは電動機として機能する一方、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータであり、三相回転電機である。回転電機１は、ステータ１０、ステータ１０を収容するケース２０、ケース２０に取り付けられる端子台３０、及び端子台３０の第１バスバー部４１に設置された温度センサ５０を備える。

ステータ１０は、ステータコア１１と、モータコイル１５とを備える。ステータコア１１は、環状の磁性体部品であり、例えば、複数の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成される。ステータコア１１は、環状で外周側に配設されるヨーク１２と、周方向に互いに間隔をおいた状態でヨーク１２から内径側に突出する複数のティース（図示せず）を有する。モータコイル１５は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイルを備え、これらのＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルをＹ結線して構成される。モータコイル１５は、隣接するティースの間の空間であるスロットに挿通されてティースに巻回される。

この例では、モータコイル１５のコイルエンド１６（軸方向の端部）が周方向の全周に亘って存在し、巻線方式は、１つの相巻線が複数のティースに分布して巻回される分布巻である。しかし、巻線方式は、１つの相巻線が１つのティースに集中的に巻回される集中巻でもよい。ステータ１０には、周方向に間隔をおいた状態で径方向の外方側に膨出する複数の取付部５６が設けられる。ボルト５８を、取付部５６の締結孔５７を通過させた後、ケース２０の軸方向の端面に固定することで、ステータ１０がケース２０に取り付けられる。

ステータ１０の内周側には、ステータ１０に対して間隔をおいてロータ（図示せず）が配設される。ステータ１０とロータの中心は一致している。ロータは、回転軸の周囲に固定される環状の磁性体部品であり、例えば、複数の円環状の珪素鋼鈑（電磁鋼鈑）が積層されて構成される。ロータには、複数の永久磁石が周方向に互いに間隔をおいた状態で埋め込まれる。例えば、バッテリからの直流電流がインバータを介して三相交流電流に変換された後、三相交流電流が、後述するＵ，Ｖ，Ｗ相用のパワーケーブル６１,６２,６３（図４参照）及び端子台３０の第１乃至第３バスバー部４１〜４３（図３参照）を経由してモータコイル１５に供給される。このモータコイル１５に対する三相交流電流の供給によって、ティースが磁化されて磁極となり、磁極の位置がステータ１０の周方向に沿って移動する回転磁界が生じる。そして、ロータがその回転磁界に基づいて回動する。

図２に示すように、ステータ１０のコイルエンド１６からは、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相の各コイルにつながる３つの引出線１７,１８,１９がステータコア１１の径方向の外方側に引き出される。上記３つの引出線１７,１８,１９の先端部には、引出線１７,１８,１９をねじ固定するための挿通孔１７ａ,１８ａ,１９ａが設けられる。引出線１７,１８,１９のねじ固定構造については後で説明する。

図示しないが、ケース２０（図１参照）には、冷却オイルの供給口及び排出口（図示せず）が設けられる。回転電機を搭載した車両が水平面上に位置し、かつ、回転電機１が使用位置に配置された状態において、供給口は、ケース２０における鉛直方向上方かつ軸方向の端部（上端部）に配置され、排出口は、鉛直方向下方かつ軸方向の端部（下端部）に配置される。冷却オイルは、冷却機構の図示しないポンプによってくみ上げられた後、供給口を通って、その下方に位置するコイルエンド１６（図１参照）の鉛直方向上端に向けて吐出され、その後、モータコイル１５（図１参照）のＵ，Ｖ，Ｗの三相のコイルの隙間に染み渡りながらコイルエンド１６の鉛直方向下側に向かって流れる。その後、冷却オイルは、排出口から排出し、冷却機構に再度取り込まれ、冷却機構内を循環して低温化されたあと、再び供給口から吐出される。冷却オイルがモータコイル１５を染み渡りながら流れていくことで、モータコイル１５のコイルエンド１６が冷却される。なお、車載に搭載されるトランスミッション装置を潤滑する潤滑油の循環経路に上記供給口及び排出口を組み込めば、当該潤滑油を冷却オイルとして用いることができる。

次に、図１及び図３を用いて、端子台３０の構造を説明する。図３に示すように、端子台３０は、樹脂等の絶縁材質からなるブロック状の基台４０と、第１乃至第３バスバー部４１〜４３とを有する。第１乃至第３バスバー部４１〜４３の夫々は、金属製の板材で構成される。第１乃至第３バスバー部４１〜４３は、基台４０の表側面上に、互いに間隔をおいて配設され、互いに絶縁された状態で固定される。第１乃至第３バスバー部４１〜４３は、Ｕ，Ｖ，Ｗの三相のコイルの引出線１７〜１９（図１,図２参照）を、インバータからのＵ，Ｖ，Ｗ相用のパワーケーブル６１〜６３（図４参照）に電気的に接続するために設けられる。

なお、図３に示す例では、平面視において、基台４０の表側面４７が矩形の形状を有し、第１乃至第３バスバー部４１〜４３は、表側面４７の長手方向に互いに間隔をおいて配設され、表側面４７の短手方向に延在する。しかし、基台の形状や、基台に対するバスバー部の配置のレイアウトは、図３に示す例にかぎらない。

端子台３０には、第１乃至第３バスバー部４１〜４３及び基台４０を第１乃至第３バスバー部４１〜４３の厚さ方向に貫通する貫通孔４１ａ〜４３ａが設けられる。この貫通孔４１ａ〜４３ａは、引出線１７〜１９を、それらの引出線１７〜１９に対応する第１乃至第３バスバー部４１〜４３に電気的に接続すると共に、引出線１７〜１９及び端子台３０を同時にケース２０（図１参照）に取り付けるために設けられる。

図３に示すように、第１バスバー部４１には、温度センサ５０が設置される。温度センサ５０は、モータコイル１５の温度を特定するために第１バスバー部４１の温度を検出する。温度センサ５０は、温度によって電気抵抗が変化するサーミスタ素子と、熱伝導性の高い樹脂などの絶縁体からなり、サーミスタ素子の周囲を覆うことでサーミスタ素子を保護する保護絶縁部とを有する。そして、この保護絶縁部が第１バスバー部４１に接触して固定される。

温度センサ５０からは接続線５１が伸びており、その端部は幅が広がって接続端子５２を形成している。そして、接続端子５２に対し、制御部から延びるリード線６４の先端側にある接続端子８４（図４参照）を接続する。これによって、制御部と温度センサ５０（サーミスタ素子）とが電気的に接続され、サーミスタ素子の温度が第１バスバー部４１の温度に応じて変化すると、サーミスタ素子の抵抗値が変化してリード線６４を流れる電流が変化する。制御部は、リード線６４を流れる電流値によって第１バスバー部４１の温度を検出する。

制御部は、バス（信号線）を介して記憶部に接続されている。第１バスバー部４１の温度と、モータコイル１５の温度との一対一の相関関係が、第１バスバー部４１及びモータコイル１５の直接的な温度計測によって事前に求められている。記憶部には、その一対一の相関関係のマップが記憶されている。制御部は、サーミスタ素子からの第１バスバー部４１の温度を表す信号と、上記一対一の相関関係のマップとに基づいてモータコイル１５の温度を特定（推定）する。制御部は、特定したモータコイル１５の温度に基づいてモータコイル１５の過熱防止のための保護制御を行うようになっている。なお、モータコイル１５の温度は、サーミスタ素子が検出した第１バスバー部４１の温度に当該第１バスバー部４１の温度毎に予め決定されている補正係数を乗ずることによって算出されてもよい。

端子台３０は、例えば、基台４０、第１乃至第３バスバー部４１〜４３、及び温度センサ５０をインサート成形で一体に統合することによって好適に構成される。なお、端子台３０は、基台４０に設けられた凹部に第１乃至第３バスバー部４１〜４３を圧入等により嵌め込むと共に、第１バスバー部４１に設けた凹部に温度センサ５０を圧入等により嵌め込むことにより構成されてもよい。又は、端子台３０は、締結部材を使った組み立てによる方法等、それらの方法以外の如何なる方法で構成されてもよい。

次に、ケース２０に対する端子台３０の取り付けについて説明する。図１を参照して、上述のように、端子台３０は、ケース２０の煙突状の部分に取り付けられる。例えば、端子台２０は、煙突状部分の一部をなすケース本体２１の軸方向の端面にねじ７０,７１,７２で固定される。詳しくは、ねじ７０を、引出線１７の挿通孔１７ａ及び第１バスバー部４１の貫通孔４１ａ（図３参照）の順に通過させた後、ケース本体２１の端面に設けられた第１タップ孔（図示せず）に締め込む。このようにして、ねじ７０で引出線１７と第１バスバー部４１とを電気的に接続すると共に端子台３０をケース本体２１の端面に取り付ける。

また、同様に、ねじ７１を、引出線１８の挿通孔１８ａと、第２バスバー部４２の貫通孔４２ａとを通過させた後に、ケース本体２１の端面に設けられた第２タップ孔（図示せず）に締め込み、ねじ７２を、引出線１９の挿通孔１９ａと、第３バスバー部４３の貫通孔４３ａとを通過させた後に、ケース本体２１の端面に設けられた第３タップ孔（図示せず）に締め込む。このようにして、ねじ７１で引出線１８と第２バスバー部４２とを電気的に接続すると共に、引出線１９と第３バスバー部４３とを電気的に接続する。なお、端子台３０は、ケース本体２１に取り付けられる代わりにケース２０の蓋部に取り付けられてもよい。また、ケース２０の煙突状の部分は、ケース本体２１と蓋部との取り付けによって構成される必要はなく、ケースおいて一体に成形される箇所に設けられてもよい。

図４は、Ｕ,Ｖ,Ｗ相用のパワーケーブル６１〜６３及びリード線６４の接続端子の模式平面図である。

図４に示すように、Ｕ,Ｖ,Ｗ相用のパワーケーブル６１〜６３の先端側にある接続端子８１〜８３の夫々と、リード線６４の接続端子８４とは、互いに間隔をおいた状態で樹脂等の絶縁体でモールドされて統合されている。また、４つの接続端子８１〜８４の夫々は、当該絶縁体で互いに絶縁されている。Ｕ,Ｖ,Ｗ相用のパワーケーブル及びリード線６１〜６４の接続端子８１〜８４は、例えばボルト締めによって対応する第１乃至第３バスバー部４１〜４３及び温度センサ５０の接続端子５２（図３参照）に固定される。このボルト締めによる固定によって、対応する接続端子同士４１〜４３,５２,８１〜８４が、電気的に接続される。なお、４つの接続端子８１〜８４のうちの２以上の端子は、別体に構成されても構わない。また、後で記載するように、対応する接続端子同士は、ボルト締め以外の手段によって電気的に接続されることもできる。

上記実施形態によれば、温度センサ５０が、端子台３０にある第１バスバー部４１に設置されるので、熱伝導に優れる引出線１７〜１９を介してモータコイル１５に繋がると共に熱伝導に優れる第１バスバー部４１の温度に基づいてモータコイル１５の温度を検出（推定）できる。よって、モータコイル１５の温度測定の精度を高くできる。

また、端子台３０がモータコイル１５を含むステータ１０から離れたケース２０に取り付けられるので、端子台３０に設置された温度センサ５０を、ステータ１０から離れた箇所に配設でき、温度センサ５０を、モータコイル冷却用の冷却オイルがかかりにくい箇所に配設できる。よって、モータコイル１５の検出温度の精度が、冷却オイルとの接触に基づいて低下するのを抑制でき、この点からもモータコイル１５の温度検出精度が向上し、更には、モータコイル１５の温度検出も安定して実行できる。

更には、回転電機１が搭載された車両が水平面上に位置している状態で、端子台が取り付けられる煙突状の部分を、冷却オイルの供給口よりも鉛直方向上側に配設すると、冷却オイルが端子台にかかることを略防止できる。よって、この場合、モータコイル１５の検出温度の精度が、冷却オイルとの接触に基づいて低下するのを略防止することができて好ましい。

また、温度センサ５０及びリード線６４が配設された端子台３０が、ステータ１０から離れたケース２０に固定されるので、温度センサ５０による温度検出が、ステータ１０周辺で生じる振動の影響を受けにくい。よって、この点からもモータコイル１５の温度検出精度が向上する。

また、温度センサ５０及びリード線６４が、ステータ１０を収容するステータ収容室５５の内面よりも外側に配設されるので、温度センサ５０及びリード線６４の配置スペースがステータ収容室５５内に不要となり、回転電機１の大型化を抑制できる。更には、本実施形態によれば、上述のように温度検出精度を向上できるので、測定温度の誤差を見込んだ冗長な設計が不要となる。したがって、この点からも、回転電機１の大型化を回避できる。

また、温度センサ５０及びリード線６４が、ステータ１０を収容するステータ収容室５５（図１参照）の内面よりも外側に配設されるので、温度センサ５０へのアクセスが容易になる。したがって、温度センサ５０を組み付ける際にモータコイル１５の引出線１７〜１９が損傷することを抑制できる。

尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、Ｕ,Ｖ,Ｗ相用のパワーケーブル及びリード線６１〜６４と、第１乃至第３バスバー部４１〜４３及び温度センサ５０の接続端子５２とが、ボルト締めで電気的に接続された。しかし、ケースと、それに取り付けられた端子台とで、第１乃至第３バスバー部及び温度センサの接続端子を含む雌又は雄のコネクタを構成してもよい。そして、この雌又は雄のコネクタに、Ｕ,Ｖ,Ｗ相用のパワーケーブル及びリード線の接続端子を含む雄又は雌のコネクタを接続することによって、対応する接続端子同士を電気的に接続してもよい。

この変形例によれば、一方側のコネクタと他方側のコネクタを接続するだけで、第１乃至第３バスバー部及びサーミスタ素子が、Ｕ,Ｖ,Ｗ相用のパワーケーブル及びリード線に電気的に接続される。よって、各端子間の接続を容易に実行でき、回転電機の組付け作業性も優れたものになる。

なお、この場合、各側において、４つの接続端子のうちの２以上の接続端子が樹脂等の絶縁体で互いに絶縁された状態で統合されてその２以上の接続端子で一体のコネクタが構成されてもよい。また、少なくとも一方の側で４つの接続端子が一切統合されなくて４つのコネクタが存在する構成でもよい。例えば、この場合、上記接続端子８１〜８４をそれぞれ独立した雄コネクタとすることができる。また、Ｕ,Ｖ,Ｗ相用のパワーケーブル及びリード線と、第１乃至第３バスバー部及び温度センサの接続端子とは、ボルト締めでもコネクタ接続でもない方法で電気的に接続されてもよい。

又は、更なる変形例として、モータコイルからの引出線がケースを貫通する貫通孔を通過するようにして、端子台をケースの外面に取り付けてもよい。又は、モータコイルからの引出線がケースを貫通する貫通孔を通過するようにして、端子台をケースの外側にあるケースと別体の部材（例えば、端子ボックス）に取り付けてもよい。この場合、温度センサに冷却オイルがかかることがないだけでなく、端子台をケース又はケース外の部材に容易に取り付けできて好ましい。なお、この場合においても、接続端子同士が、ボルト締め、コネクタ接続、又はそれ以外の手段で電気的に接続されてもよいのは言うまでもない。

１回転電機、１０ステータ、２０ケース、１５モータコイル、１７,１８,１９引出線、３０端子台、４１,４２,４３バスバー部、５０温度センサ、６１,６２,６３パワーケーブル。

Claims

モータコイルを有するステータと、
前記ステータを収容するケースと、
外部機器からの外部導線と前記モータコイルから引き出された引出線とを電気的に接続するためのバスバー部であって、各相コイルの各一端がそれぞれ接続される中性点バスバー部でない前記バスバー部を有すると共に、前記ケースに取り付けられるか又は前記ケースの外側にある部材に取り付けられる端子台と、
前記バスバー部に接触して固定される温度センサと、
を備える回転電機。