JP7276230B2 - 回転電機用温度センサおよび回転電機用温度センサの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機用温度センサおよび回転電機用温度センサの製造方法に関する。

回転電機用温度センサおよび回転電機用温度センサの製造方法に関する従来技術として、例えば、特許文献１に開示されたサーミスタ温度センサが知られている。特許文献１に開示されたサーミスタ温度センサでは、金属保護ケースにサーミスタ素子を組み込むに当たり、サーミスタ素子の２本のリード線に絶縁チューブを通して外部電線と半田付け或いはウエルド等で接続し、この接続部分の２線間および金属保護ケースとの間での電気的絶縁および機械的強度を高めるために、樹脂成形ホルダーを使用して、この部分を保護し樹脂を充填して固定している。

また、特許文献１には、ガラス封止形サーミスタ素子に補強樹脂を直接塗布することにより、補強樹脂で補強されたガラス封止形サーミスタ素子が開示されている（従来の技術の欄および図７を参照。）。さらに、使用条件が高湿、高絶縁性で機械的強度を要求される場合は、封止ガラスとセラミックス管が一体となったサーミスタ素子が開示されている（従来の技術の欄および図８を参照。）。封止ガラスとセラミックス管が一体となったサーミスタ素子は、セラミックの成型品であるセラミックス管を作り、これにリード線を通して電気炉でガラスを溶かし、セラミックス管と接着して製作される。

登録実用新案第３０２８９０６号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたサーミスタ温度センサは、樹脂成形ホルダーを使用するため、専用品である樹脂成形ホルダーを必要とするほか、製造工程において樹脂成形ホルダーを組み付けるための組付工程や組み付けのための設備が必要になるという問題がある。補強樹脂を直接塗布したガラス封止形サーミスタ素子や、封止ガラスとセラミックス管が一体となったサーミスタ素子についても、専用部材としての補強樹脂又はセラミックス管が必要であるほか、補強樹脂の塗布工程やセラミックス管を作るための工程が必要となる。一方、回転電機用温度センサについては、感温素子の電気的絶縁性および機械的強度が要求される一方で、専用部材や専用部材の組み付け等の工程の削減により製作コストの低減が望まれている。また、感温素子が、例えば、極細の導線を有する白金薄膜温度センサ素子であると、導線に加わる外力によって導線の根元から折損が生じ易い。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、専用の部材を用いることなく感温素子に対して要求される機械的強度を実現可能とする回転電機用温度センサおよび回転電機用温度センサの製造方法の提供にある。

上記の課題を解決するために、本発明は、感温体および前記感温体から引き出される導線を有する感温素子と、芯線および前記芯線を被膜する絶縁被膜を有する外部電線と、前記導線と前記芯線とを電気的に接続する接続部と、前記導線、前記接続部および前記外部電線の一部が挿通される絶縁性チューブと、を有する回転電機用温度センサにおいて、前記絶縁性チューブは、加熱により径方向に熱収縮するとともに軸方向に熱伸長する樹脂材料により形成され、前記絶縁性チューブの外部電線側端部は、径方向の熱収縮により前記絶縁被膜に固定され、前記絶縁性チューブの感温体側端部は、軸方向の熱伸長により前記感温体を押圧することを特徴とする。

本発明では、絶縁性チューブが加熱により径方向に熱収縮するとともに軸方向に熱伸長する樹脂材料により形成されている。このため、絶縁性チューブの加熱により、絶縁性チューブの外部電線側端部は、径方向の熱収縮により前記絶縁被膜に固定され、絶縁性チューブの感温体側端部は、軸方向の熱伸長により感温体を押圧する。絶縁性チューブの感温体側端部が熱伸長により感温体を押圧して保持するので、感温素子の導線が根元から折れ難くなり、感温素子に対して要求される機械的強度を実現できる。また、加熱により径方向に熱収縮するとともに軸方向に熱伸長する絶縁性チューブを汎用品とすれば製作コストを低減することができる。

また、上記の回転電機用温度センサにおいて、前記感温体側端部の一部は、前記軸方向において前記導線の根元から感温体側へはみ出ている構成としてもよい。
この場合、絶縁性チューブの感温体側端部における一部が軸方向において導線の根元から感温体側へはみ出ることにより、確実に感温体を保持し導線の根元をさらに折れ難くする。

また、本発明は、感温体および前記感温体から引き出される導線を有する感温素子と、芯線および前記芯線を被膜する絶縁被膜を有する外部電線と、前記導線と前記芯線とを電気的に接続する接続部と、前記導線、前記接続部および前記外部電線の一部が挿通される絶縁性チューブと、を有する回転電機用温度センサの製造方法において、前記絶縁性チューブは、加熱により径方向に熱収縮するとともに軸方向に熱伸長する樹脂材料により形成され、前記絶縁性チューブの外部電線側端部を前記絶縁被膜に被せるとともに、前記絶縁性チューブの感温体側端部を前記導線の根元に当接させ、前記絶縁性チューブを加熱し、前記外部電線側端部を径方向の熱収縮により前記絶縁被膜に固定し、前記感温体側端部を軸方向の熱伸長により前記感温体に対して押圧させることを特徴とする。

本発明では、回転電機用温度センサの製造工程において、絶縁性チューブの感温体側端部を導線の根元に当接させ、絶縁性チューブを加熱する。このため、絶縁性チューブの外部電線側の端部が径方向の熱収縮により絶縁被膜に固定され、絶縁性チューブの感温体側端部が軸方向の熱伸長により感温体に対して押圧する。製造工程における絶縁性チューブの加熱後では、絶縁性チューブの感温体側端部が感温体を押圧して保持するので、感温素子の導線が根元から折れ難くなり、感温素子に対して要求される機械的強度を実現できる。

本発明によれば、専用の部材を用いることなく感温素子に対して要求される機械的強度を実現可能とする回転電機用温度センサおよび回転電機用温度センサの製造方法を提供できる。

本発明の実施形態に係る電動モータ用温度センサの断面図である。 本発明の実施形態に係る電動モータ用温度センサの製造工程を説明する説明図である。 （ａ）は電動モータ用温度センサの組み付け前の状態を示す説明図であり、（ｂ）は導線と芯線が接続された状態を示す説明図であり、（ｃ）は組付構造体を示す説明図である。 （ａ）は第１加熱工程後の組付構造体を示す説明図であり、（ｂ）は保護チューブに挿入する直前の組付構造体を示す説明図であり、（ｃ）は第２加熱工程前の組付構造体を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態に係る回転電機用温度センサについて図面を参照して説明する。本実施形態は、産業車両としてのフォークリフトに搭載される電動モータに用いられる電動モータ用温度センサに適用した例である。

図１に示すように、電動モータ用温度センサ（以下、単に「温度センサ」と表記する）１０は、感温素子１１と、外部電線１２と、連結部材１３と、保護チューブ１４と、シリコン充填部１５と、絶縁性チューブ１６と、を備えている。

感温素子１１は、温度測定用の抵抗膜パターン（図示せず）を備えた感温素子であり、具体的には、白金薄膜温度センサ素子である。感温素子１１は、感温体１７および感温体１７から引き出される一対の導線１８を有する。感温体１７は温度測定用の抵抗膜パターンを内蔵する。感温体１７の形状は直方体であり、直方体の６面のうちの１面は一対の導線１８が引き出される導線引出面１９である。導線１８は導電性金属により形成されている。

外部電線１２は、導電性材料である銅により形成された芯線２０と、芯線２０の外周を覆う絶縁被膜２１と、を有している。芯線２０の断面は円形である。絶縁被膜２１は、絶縁性材料（例えば、ポリ塩化ビニル混合物）により形成されている。本実施形態では、外部電線１２の端部における絶縁被膜２１が取り外されており、芯線２０の一部が露出されている。

連結部材１３は、感温素子１１の導線１８と外部電線１２の露出された芯線２０の端部とを電気的に接続するための部材である。連結部材１３は導電性材料である銅系材料により形成されている。連結部材１３は、一対の挿通部（図示せず）を備えており、一対の挿通部の挿通方向は互いに平行である。一方の挿通部に導線１８が挿通され、他方の挿通部に導線１８の挿通方向と反対方向から芯線２０が挿通されている。一対の挿通部は導線１８および芯線２０が挿通されている状態で加締めされており、導線１８および芯線２０は連結部材１３に固定されている。導線１８および芯線２０が固定された連結部材１３は接続部に相当する。

保護チューブ１４は、感温素子１１と、外部電線１２と、連結部材１３と、絶縁性チューブ１６と、を収容する。保護チューブ１４は弾性変形可能な弾性および耐熱性を有するゴム材料により形成されている。保護チューブ１４は、大径部２３と、大径部２３よりも小径の内径および外径を有する小径部２４と、大径部２３と小径部２４とを接続する中間部２５と、を有している。感温素子１１、外部電線１２、連結部材１３および絶縁性チューブ１６は、組み付けられた状態で大径部２３の開口されている端部２６から、保護チューブ１４内に挿入されている。大径部２３の端部２６からは一対の外部電線１２が引き出されている。

小径部２４の端部２７は開口されており、保護チューブ１４内の空間は全体にわたって充填材としてのシリコンゴム２８により埋められている。シリコンゴム２８は、感温素子１１を保護するシリコン充填部１５を構成する。したがって、保護チューブ１４における感温素子１１の周囲にはシリコンゴム２８が充填され、シリコンゴム２８は感温素子１１を保護する。因みに、シリコンゴム２８は、中間部２５および小径部２４の空間のみに図示されているが、図示はされないが大径部２３と後述する組付構造体３１との隙間にも充填されている。

次に、絶縁性チューブ１６について説明する。絶縁性チューブ１６は、感温素子１１の導線１８、芯線２０、連結部材１３および絶縁被膜２１の一部を覆う。本実施形態の絶縁性チューブ１６は、フッ素樹脂共重合体の１種であるＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）を材料としている。絶縁性チューブ１６は透明度を有している。絶縁性チューブ１６の外径および内径は一定である。絶縁性チューブ１６は、加熱されると径方向に収縮し、軸方向に伸長する性質を有している。本実施形態では、約１２０℃で加熱した後の絶縁性チューブ１６の軸方向の長さは、加熱前の軸方向の長さと比較して約１０％長くなる。また、絶縁性チューブ１６の加熱後の直径は、加熱前の直径の約７０％となる。

感温体側端部２９は、温度センサ１０における絶縁性チューブ１６の感温体１７側の端部である。感温体側端部２９は、感温体１７の導線引出面１９に当接しており、導線引出面１９を押圧している。外部電線側端部３０は、絶縁性チューブ１６の外部電線１２側の端部であり、絶縁被膜２１を覆っている。絶縁性チューブ１６の感温体側端部２９が導線引出面１９を押圧して保持しているので、絶縁性チューブ１６が導線１８の根元を保護し、導線１８を折損し易くなるようにする応力が導線１８の根元に集中し難くなる。

次に、温度センサ１０の製造方法について説明する。図２に示すように、温度センサ１０の製造工程は、第１組付工程Ｐ１と、第１加熱工程Ｐ２と、第２組付工程Ｐ３と、第２加熱工程Ｐ４と、充填材充填工程Ｐ５と、を含む。第１組付工程Ｐ１は、感温素子１１、外部電線１２、連結部材１３および絶縁性チューブ１６を組み付ける工程であり、第１組付工程Ｐ１において感温素子１１、外部電線１２、連結部材１３および絶縁性チューブ１６は、組み付けにより組付構造体３１を形成する（図３（ｃ）参照）。第１加熱工程Ｐ２は、第１組付工程Ｐ１で組み付けられた組付構造体３１を約１２０℃で加熱する工程である。第２組付工程Ｐ３は、加熱後の組付構造体３１を保護チューブ１４に挿入する工程である。第２加熱工程Ｐ４は、保護チューブ１４および組付構造体３１を加熱する工程である。充填材充填工程Ｐ５は、保護チューブ１４内の感温素子の周囲に充填材としてのシリコンゴム２８を充填してシリコン充填部１５を形成する工程である。

第１組付工程Ｐ１では、図３（ａ）に示す感温素子１１、外部電線１２、連結部材１３および絶縁性チューブ１６が組み付けられて、図３（ｃ）に示す組付構造体３１が得られる。具体的には、まず、外部電線１２が一対の絶縁性チューブ１６にそれぞれ挿通される。図３（ｂ）に示すように、絶縁性チューブ１６は、外部電線１２の挿通後に一旦、絶縁被膜２１側に移動される。次に、芯線２０における絶縁被膜２１が無い部位が連結部材１３の一方の挿通部に挿通されるとともに、他方の挿通部に感温素子１１の導線１８が挿通される。その後、連結部材１３は加締められ、導線１８および芯線２０は加締めにより連結部材１３に固定される。これにより、一対の導線１８と一対の外部電線１２は電気的に接続される。

図３（ｃ）に示すように、連結部材１３が加締められた後、絶縁性チューブ１６は連結部材１３、導線１８、芯線２０における絶縁被膜２１が無い部位および外部電線１２の絶縁被膜２１の一部を覆うように移動される。このとき、絶縁性チューブ１６の感温体側端部２９が導線引出面１９に当接するように、絶縁性チューブ１６は位置される。

次の第１加熱工程Ｐ２では、組付構造体３１は約１２０℃で１０分間加熱される。加熱手段としては汎用の加熱炉（図示せず）を用いる。組付構造体３１が加熱されると、絶縁性チューブ１６は、径方向に収縮するとともに軸方向に伸長する。このため、図４（ａ）に示すように、絶縁性チューブ１６の径方向の収縮により外部電線側端部３０は外部電線１２の絶縁被膜２１を締め付けるため、絶縁被膜２１に固定される。また、絶縁性チューブ１６の径方向の収縮により、絶縁性チューブ１６は連結部材１３を締め付ける。さらに、絶縁性チューブ１６は軸方向に伸長するため、感温体側端部２９は導線引出面１９を押圧する。

絶縁性チューブ１６の軸方向の伸長により、感温体側端部２９は導線引出面１９をさらに押圧する。このため、図４（ａ）に示すように、導線引出面１９を押圧して保持する感温体側端部２９において導線引出面１９から径方向の外側にはみ出す部位は、軸方向の伸長によって導線引出面１９から感温体１７側へ軸方向にはみ出る。絶縁性チューブ１６の感温体側端部２９が導線引出面１９を押圧することや、感温体側端部２９の一部が軸方向の伸長によって導線引出面１９から感温体１７側へ軸方向にはみ出ることは、導線１８の根元に外力が加わり難くなる。つまり、絶縁性チューブ１６が導線１８の根元を補強する。

次に、この状態で組付構造体３１を冷却し、次の第２組付工程Ｐ３では、図４（ｂ）に示すように、保護チューブ１４に冷却後の組付構造体３１が挿入される。図４（ｂ）に示す保護チューブ１４は加熱される前の状態であり、保護チューブ１４の外径および内径は一定である。図４（ｃ）に示すように、感温素子１１の感温体１７が保護チューブ１４の中間付近に位置するように、組付構造体３１は保護チューブ１４に挿入される。組付構造体３１は保護チューブ１４に挿入された状態では、大径部２３の端部２６から外部電線１２が引き出されている。

次の第２加熱工程Ｐ４では、保護チューブ１４とともに組付構造体３１を１２０℃で１０分間加熱する。保護チューブ１４および組付構造体３１を冷却することで、保護チューブ１４が組付構造体３１を締め付ける。第２加熱工程Ｐ４後の保護チューブ１４においては、大径部２３、小径部２４および中間部２５が形成されている。次の充填材充填工程Ｐ５では、保護チューブ１４における内部空間の全体にわたってシリコンゴム２８が充填される。小径部２４の端部２７からシリコンゴム２８を充填し、大径部２３の端部２６から充填されたシリコンゴム２８の一部がはみ出ることで、保護チューブ１４における内部空間の全体へシリコンゴム２８が充填されたことを確認できる。大径部２３、中間部２５および小径部２４の空間へのシリコンゴム２８の充填によりシリコン充填部１５が形成される。シリコン充填部１５は感温素子１１の周囲を埋め、感温素子１１の絶縁性を担保するほか、感温素子１１を衝撃や水分等から保護する。シリコンゴム２８の充填によって保護チューブ１４を封止するシリコン充填部１５が形成されることにより温度センサ１０が完成する（図１を参照）。温度センサ１０は、フォークリフトに搭載される電動モータのステータコイル（図示せず）に埋設され、埋設後に滴下される絶縁ワニスが固化することにより、ステータコイルに強固に保持される。

本実施形態の温度センサ１０および温度センサ１０の製造方法は、以下の作用効果を奏する。
（１）絶縁性チューブ１６が加熱により径方向に熱収縮するとともに軸方向に熱伸長する樹脂材料により形成されている。このため、絶縁性チューブ１６の加熱により、絶縁性チューブ１６の外部電線側端部３０は、径方向の熱収縮により絶縁被膜２１に固定され、絶縁性チューブ１６の感温体側端部２９は、軸方向の熱伸長により感温体１７を押圧して保持する。絶縁性チューブ１６の感温体側端部２９が熱伸長により感温体１７を押圧して保持するので、絶縁性チューブ１６が導線１８へ加わる外力を妨げ、導線１８はぐらつき難くなる。その結果、感温素子１１の導線１８が根元から折れ難くなり、感温素子１１に対して要求される機械的強度を実現できる。また、加熱により径方向に熱収縮するとともに軸方向に熱伸長する絶縁性チューブ１６を汎用品とすれば、温度センサ１０の製造において専用部材や専用設備を必要とすることがなく温度センサ１０の製作コストを低減することができる。

（２）絶縁性チューブ１６の感温体側端部２９における一部が軸方向において導線１８の根元から感温体側へはみ出る。感温体側端部２９における導線１８の根元から感温体１７側へはみ出る部位は、絶縁性チューブ１６が導線１８へ加わる外力をより妨げ、導線１８はぐらつき難くなる。その結果、導線１８の根元をさらに折れ難くする。

（３）温度センサ１０の製造工程において、絶縁性チューブ１６の感温体側端部２９を導線１８の根元に当接させ、絶縁性チューブ１６を加熱する。このため、絶縁性チューブ１６の外部電線側端部３０が径方向の熱収縮により絶縁被膜２１に固定され、絶縁性チューブ１６の感温体側端部２９が軸方向の熱伸長により感温体１７に対して押圧する。製造工程における絶縁性チューブ１６の加熱後では、絶縁性チューブ１６の感温体側端部２９が感温体１７を押圧して保持するので、感温素子１１の導線１８が根元から折れ難くなり、感温素子１１に対して要求される機械的強度を実現できる。

（４）絶縁性チューブ１６は透明度を有するので、作業者は、温度センサ１０の製造工程において連結部材１３と導線１８との接続状態や連結部材１３と芯線２０との接続状態を目視により確認することができる。また、作業者は製造工程中において仮に導線１８の折損等の不具合が生じた場合でも目視で確認することができる。

（５）感温素子１１が、他の感温素子やサーミスタよりも小さく、極細の導線を有する白金薄膜温度センサ素子であっても、絶縁性チューブ１６を用いた簡単な構成によって導線１８の根元からの折損し難くすることができる。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、例えば、次のように変更してもよい。

○ 上記の実施形態では、絶縁性チューブとしてフッ素樹脂共重合体の１種であるＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）を材料としたが、これに限らない。絶縁性チューブは、絶縁性を有するとともに、加熱により径方向に収縮し、軸方向に伸長する樹脂材料で形成されたチューブであればよい。
○ 上記の実施形態では、感温素子の導線は２本であったが、導線の本数は２本に限定されない。導線の本数は、特に制限はなく、例えば、３本でもよく、導線毎に絶縁性チューブを用意すればよい。
○ 上記の実施形態では、絶縁性チューブの感温素子側端部の一部が軸方向において導線の根元から感温体側へはみ出ているとしたが、これに限らない。絶縁性チューブの感温素子側端部は、はみ出すことなく熱伸長によって感温体を押圧するだけであってもよい。
○ 上記の実施形態では、産業車両としてのフォークリフトに搭載される電動モータに用いられる電動モータ用温度センサに適用した例を説明したが、これに限らない。フォークリフト以外の産業車両の回転電機やその他の回転電機に用いる回転電機用温度センサであってもよい。

１０ 温度センサ
１１ 感温素子
１２ 外部電線
１３ 連結部材（接続部）
１４ 保護チューブ
１５ シリコン充填部
１６ 絶縁性チューブ
１７ 感温体
１８ 導線
１９ 導線引出面
２０ 芯線
２１ 絶縁被膜
２９ 感温体側端部
３０ 外部電線側端部
３１ 組付構造体
Ｐ１ 第１組付工程
Ｐ２ 第１加熱工程
Ｐ３ 第２組付工程
Ｐ４ 第２加熱工程
Ｐ５ 充填材充填工程

Claims (3)

1. 感温体および前記感温体から引き出される導線を有する感温素子と、
   芯線および前記芯線を被膜する絶縁被膜を有する外部電線と、
   前記導線と前記芯線とを電気的に接続する接続部と、
   前記導線、前記接続部および前記外部電線の一部が挿通される絶縁性チューブと、を有する回転電機用温度センサにおいて、
   前記絶縁性チューブは、加熱により径方向に熱収縮するとともに軸方向に熱伸長する樹脂材料により形成され、
   前記絶縁性チューブの外部電線側端部は、径方向の熱収縮により前記絶縁被膜に固定され、
   前記絶縁性チューブの感温体側端部は、軸方向の熱伸長により前記感温体を押圧することを特徴とする回転電機用温度センサ。
2. 前記感温体側端部の一部は、前記軸方向において前記導線の根元から感温体側へはみ出ていることを特徴とする請求項１記載の回転電機用温度センサ。
3. 感温体および前記感温体から引き出される導線を有する感温素子と、
   芯線および前記芯線を被膜する絶縁被膜を有する外部電線と、
   前記導線と前記芯線とを電気的に接続する接続部と、
   前記導線、前記接続部および前記外部電線の一部が挿通される絶縁性チューブと、を有する回転電機用温度センサの製造方法において、
   前記絶縁性チューブは、加熱により径方向に熱収縮するとともに軸方向に熱伸長する樹脂材料により形成され、
   前記絶縁性チューブの外部電線側端部を前記絶縁被膜に被せるとともに、前記絶縁性チューブの感温体側端部を前記導線の根元に当接させ、
   前記絶縁性チューブを加熱し、
   前記外部電線側端部を径方向の熱収縮により前記絶縁被膜に固定し、
   前記感温体側端部を軸方向の熱伸長により前記感温体に対して押圧させることを特徴とする回転電機用温度センサの製造方法。

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