JP7310037B1 - 温度センサおよび回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
そのため、ステータの部材等に固定される金属製のブラケットにより温度センサを支持することはできる。しかしながら、金属製ブラケットは、樹脂製のブラケットやホルダ等と比べて部材のコストが高い。
本発明は、コストを抑えつつ、振動等の外力によるコイルの規定位置からの位置ずれを防止することが可能であるとともに、コイルへの取り付けおよび取り外しが容易な温度センサ、およびそれを備えた回転電機を提供することを目的とする。
加えて、ホルダを支持体に固定すれば、ホルダに保持されている被覆体の他端領域がコイルの測温対象領域に当接されるので、例えばホルダを弾性変形させつつコイル間に挿入するような場合と比べて、温度センサをコイルに容易に取り付けたり取り外したりすることができる。
第1実施形態、第2実施形態、および変形例により、温度センサと、温度センサを備える回転電機とのそれぞれの構成の一例を示す。これらの構成例は、回転電機のステータのコイルに温度センサが当接される向きが相違している。
〔全体構成〕
図1~図3に示す温度センサ2は、電動機等の回転電機1のステータ10に取り付けられ、ステータ10のコイル11の温度を検知する。回転電機1は、例えば電気自動車等の車両に搭載される。図1には、ステータ10のコイルエンドの付近のみを示している。回転電機1は、ステータ10と、ステータ10に対して回転される図示しないロータと、温度センサ2とを備えている。
各図には、ステータ10の軸方向D1、周方向D2、および径方向D3が矢印により示されている。
温度センサ2は、図1および図3に示すように、ステータ10の軸方向D1におけるコイル要素11Aの端部(以下、コイルエンドE)に対して軸方向D1に押圧されて当接し、コイルエンドEの温度を検知する。
コイルエンドEにおける隣り合う支持片121(121A,121B)の間には、温度センサ2が当接される測温対象領域11Rが設定されている。支持片121A,121Bのそれぞれには、温度センサ2の部材を係止する略矩形状の係止部121Lが形成されている。
係止部121Lには、矩形状の係止孔121Hが板厚方向に貫通して形成されている。
本発明の温度センサ2の構成について、図2を参照して説明する。
図2Aおよび図2Bに示すように、温度センサ2は、センサ要素20と、センサ要素20を保持するホルダ30とを備えている。センサ要素20は、感温素子21、感温素子21に電気的に接続される一対のリード線22、および被覆体24から構成される。
感温素子21は、温度変化に対して電気抵抗が変化する感温体211と、感温体211を覆う絶縁性の封止材212と、感温体211に電気的に接続され、封止材212から引き出される一対のクラッド線213とを備えている。感温体211は、例えばサーミスタに相当する。クラッド線213は、例えばジュメット線(dumet線)に相当する。一対のクラッド線213は、同じ向きに一方向に引き出されている。
一対のリード線22は、一対のクラッド線213に個別に接続され、クラッド線213と共に「電線」を構成している。各リード線22は、クラッド線213に接合される芯線221、および芯線221を覆う絶縁被覆222からなる。一対のリード線22は、図示しない温度検出回路に接続される。
本実施形態の被覆体24は、例えば、円柱状の外形に成形されており、リード線22が引き出される第1領域241から、感温体211が位置している第2領域242までに亘り、径がほぼ一定の円形の横断面を有している。なお、被覆体24の横断面は、円形に限られず、任意の形状、例えば矩形状等の形状であってもよく、一部の形状が異なる形状、例えば、第2領域242のみが他の部分よりも細い先細り形状に形成されていてもよい。
被覆体24の材料としては、フッ素ゴム、シリコーンゴムの他にも、必要な耐熱性を考慮して、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレン酢酸ビニル共重合体、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、エピクロロヒドリンゴム、ニトリルブタジエンゴム、ニトリルイソプレンゴム、アクリルゴム等の適宜な弾性材料を用いることが可能である。
その他、被覆体24は、適宜な樹脂材料、例えば、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリスルホン(PSF/PSU)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアセタール(POM)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、フェノール樹脂(PF)、不飽和ポリエステル(UP)、エポキシ樹脂(EP)、シリコーン樹脂(SI)、ポリウレタン(PU)等を用いて形成することができる。
ホルダ30は、温度センサ2を回転電機1のコイル11に当接した状態で保持するための保持部材である。このホルダ30は、適宜な樹脂材料、例えばポリフェニレンスルファイド(PPS)を用いて射出成形により形成されている。その他、ホルダ30の材料としては、例えば、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリスルホン(PSF/PSU)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリカーボネート(PC)、ポリプロピレン(PP)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリアセタール(POM)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、パーフルオロアルコキシアルカン(PFA)、フェノール樹脂(PF)、不飽和ポリエステル(UP)、エポキシ樹脂(EP)、シリコーン樹脂(SI)、ポリウレタン(PU)等を用いることができる。
このホルダ30は、被覆体24の第1領域241を保持し、支持体12に固定される。ホルダ30が支持体12に固定されると、被覆体24の弾性力によりコイルエンドEに第2領域242が押圧される状態にセンサ要素20が位置決めされる。
支持突片323は、被覆体保持領域321の先端321Bから感温体211に向けて突出しているともに、軸方向D1から見ると略矩形状に形成されている。
ここで、固定基準線Lcとは、支持体12に対する固定に直接的に関わる固定部31の部位が延びる方向に一致するかまたは平行な線をいう。本実施形態においては、図1および図3に示されるように、支持体12の係止孔121Hに係止される係止爪313Nが直接的に固定に関わる部位に該当する。この固定基準線Lcは、図3に示すように、センサ要素20がコイル11に装着された状態においては、コイル11の外周における接線Ltと平行をなす。したがって、被覆体24はこの接線Ltに対しても傾いている。
被覆体24は、第1領域241から第2領域242まで一方向に延びている。支持突片323は、測温対象領域11Rから離れる向きへの被覆体24の変位を拘束する。被覆体24を開口部321Aから被覆体保持領域321に収容しつつ、リード線保持領域322の切欠322Aにリード線22を挿入すると、センサ要素20はホルダ30に一体に組み付けられる。
リード線22がリード線保持領域322に係止されることにより、ホルダ30からセンサ要素20が離脱するのを防止することができる。
以上で説明したように、ホルダ30に保持される被覆体24の第2領域242のみがコイル11の測温対象領域11Rに当接して位置決めされ、その状態に維持されるので、センサ要素20を金属製のブラケットのアーム等により測温対象領域11Rに押圧して位置決めする必要がない。本実施形態の温度センサ2によれば、感温素子21と、感温素子21を外力から保護する被覆体24と、支持体12に固定される樹脂製のホルダ30とを備えていれば足りるので、金属製の部材を備える場合と比べてコストを抑えつつ、振動、衝撃等の外力によるコイル11の規定位置からの位置ずれを防止することができる。
加えて、ホルダ30の固定部31を支持体12に固定すれば、固定部31に対して傾斜して設けられた保持部32に保持されている被覆体24の第2領域242が測温対象領域11Rに当接されるので、例えばホルダ30を弾性変形させつつコイル11間に挿入するような場合と比べて、温度センサ2をコイル11に容易に取り付けたり取り外したりすることができる。
さらに、被覆体24は、その長手方向Ldが測温対象領域11Rにおけるコイル11の素線の延出方向D4に対して傾斜しているので、コイル素線に対して並行して配置される第2領域242とコイル素線とが伝熱に十分な面積で接触する。そのため、温度検知の精度および応答性の向上に寄与することができる。
[第2実施形態]
第2実施形態は、上述の第1実施形態に対し、被覆体24が測温対象領域11Rに押圧される向きが相違している。
図4および図5に示す温度センサ5は、電動機4のステータ40に取り付けられ、ステータ40のコイル11の温度を検知する。電動機4は、例えば電動工具に搭載される。電動機4は、ステータ40と、ステータ40に対して回転される図示しないロータと、温度センサ5とを備えている。
図4の上側に位置する支持体41には、複数の突起43が上方へ突出して形成されている。そのうちの1つの突起43には、温度センサ5と、図示しない回路基板が取り付けられる。
第2実施形態の温度センサ5は、図4に示すように、コイル要素11A間に配置される。温度センサ5は、隣り合うコイル要素11Aの向き合う面の一方に相当する測温対象領域11Rに対して周方向D2に押圧される。
感温素子21および被覆体24はそれぞれ、第1実施形態とほぼ同様に構成されている。第2実施形態の被覆体24の第2領域242は、他の領域よりも細い先細り形状に形成されている。
固定部51は、略板状に形成され、断面積を増加させて板厚方向の剛性を高めるために溝511が形成されているとともに、板厚方向に貫通した孔512が形成されている。固定部51は、孔512に突起43が挿入された状態で支持体41上に配置され、突起43に設けられる図示しない固定具により支持体41に着脱可能に固定される。ホルダ50には、突起43の近くの突出部44等を避けて支持体41上に配置できるように適宜な外形が与えられている。孔512の内周部における平面512Aと突起43の外周部における平面とが係合することで、ホルダ50と支持体41との相対回転は規制されている。
被覆体24は、第1領域241側で被覆体保持領域521により片持ち状に支持され、第2領域242まで延びている。
また、被覆体保持領域521は、ホルダ50が支持体41に固定されたときに測温対象領域11Rに近接する側の部位521Aの長さよりも、測温対象領域11Rに対して周方向D2に離れた部位521B(拘束部)の長さの方が長くなっている。
加えて、第1実施形態と同様に、ホルダ50の固定部51を支持体41に固定すれば、固定部51に対して傾斜して設けられた保持部52に保持されている被覆体24の第2領域242が測温対象領域11Rに当接されるので、温度センサ5をコイル11に容易に取り付けたり取り外したりすることができる。
また、第1実施形態と同様に、被覆体24は、その長手方向Ldが測温対象領域11Rにおけるコイル11の素線の延出方向D4に対して傾斜しているので、コイル素線に対して並行して配置される第2領域242とコイル素線とが伝熱に十分な面積で接触する。そのため、温度検知の精度および応答性の向上に寄与することができる。
変形例は、上述の第1実施形態および第2実施形態に対し、被覆体24が測温対象領域に当接する向きが相違している。
図6A、図6Bおよび図7に示す温度センサ7は、車両等に搭載される回転電機6のステータ60(図7)に取り付けられ、分布巻のステータ60のコイルの温度を検知する。図6Bおよび図7には、ステータ60のコイルエンドEの付近のみを示している。回転電機6は、ステータ60と、ステータ60に対して回転される図示しないロータと、温度センサ7とを備えている。コイルエンドEは、周方向D2に分布して図示しないコアに巻き回されるコイル素線Cからなり、コアに対して軸方向D1に突出している。
温度センサ7は、コイルエンドEの測温対象領域61Rに対して径方向D3に当接する。
感温素子21および被覆体24はそれぞれ、第1実施形態とほぼ同様に構成されている。
例えば、筒体71Cと、支持体62に形成されている図示しない凹部との位置を合わせ、筒体71Cの内側および支持体62の凹部に接着剤73を充填することにより、ホルダ70を支持体62に固定することができる。支持体62は、ステータ60に備わる部材あるいは回転電機6の周囲に配置される適宜な部材に相当する。
支持体62に対するホルダ70の回転を規制するため、例えば、筒体71Cの内周部には、キー、あるいは二面幅71Dが形成されていることが好ましい。
保持部72には、第1実施形態の保持部32の支持突片323や、第2実施形態の保持部52の部位521Bと同様に、被覆体24の測温対象領域61Rから離れる向きへの変位を拘束する拘束部が形成されていてもよい。
本発明におけるコイルの測温対象領域は、上記実施形態等とは異なる位置に設定されていてもよい。例えば、コイル素線C同士がなす空隙に挿入された被覆体24の弾性力により、複数のコイル素線Cに亘る測温対象領域に第2領域242が押圧されていてもよい。
また、ホルダに保持された被覆体24からリード線22を任意の向きに引き出すことが可能である。
以上の説明から、以下に示す構成が把握される。
(1)回転電機のステータに備えられるコイルの温度を検知するための温度センサであって、感温体と、前記感温体に電気的に接続される電線と、前記電線の一部および前記感温体を被覆する長尺状の被覆体と、を含むセンサ要素と、
前記被覆体の長手方向が前記コイルの測温対象領域に対して傾斜している状態に前記被覆体の前記電線側の一端領域を保持する樹脂製のホルダと、を備え、
前記ホルダは、前記被覆体の前記感温体側の他端領域が前記測温対象領域に当接されるように前記回転電機に取り付けられている、温度センサ。
前記回転電機に設けられる支持体に前記固定部が固定されると、前記被覆体の前記他端領域が前記測温対象領域に位置決めされる、前記(1)または(2)に記載の温度センサ。
(5)前記被覆体は、弾性を有する樹脂製の部材からなり、
前記被覆体の弾性力により前記他端領域が前記測温対象領域に押圧される、前記(1)から(4)のいずれか一項に記載の温度センサ。
前記他端領域は、前記測温対象領域に対して前記周方向に当接される、前記(1)から(5)のいずれか一項に記載の温度センサ。
感温体と、前記感温体に電気的に接続される電線と、前記電線の一部および前記感温体を被覆する被覆体と、を含むセンサ要素と、
前記センサ要素を保持し、前記センサ要素を前記回転電機に固定するための樹脂製のホルダと、を備え、
前記ホルダは、固定基準線を介して前記ステータに前記センサ要素を固定するための固定部と、前記感温体が自由端の側に配置されるように、前記被覆体を片持ち状に保持する保持部と、を有し、
前記被覆体は、
前記固定基準線に対して傾いており、かつ、
前記自由端と片持ち状に保持される部分との間に前記固定基準線が位置している、温度センサ。
感温体と、前記感温体に電気的に接続される電線と、前記電線の一部および前記感温体を被覆する被覆体と、を含むセンサ要素と、
前記センサ要素を保持し、前記センサ要素を前記回転電機に固定するための樹脂製のホルダと、を備え、
前記ホルダは、
前記ステータに前記センサ要素を固定するための固定部と、
前記感温体が自由端の側に配置されるように、前記被覆体を片持ち状に保持する保持部と、を有し、
前記被覆体は、
前記測温対象領域に対して傾く第1領域と、
前記第1領域に連なるとともに前記第1領域に対して傾いた状態で前記測温対象領域に当接される第2領域と、を備える、温度センサ。
前記ステータに対して回転されるロータと、
前記コイルの温度を検知するための前記(1)から(10)のいずれか一項に記載の温度センサと、を備える、回転電機。
2,5,7 温度センサ
4 電動機
10,40 ステータ
11 コイル
11A コイル要素
11R 測温対象領域
12 支持体
20 センサ要素
21 感温素子
22 リード線
22A 部位
22B 部位
24 被覆体
30 ホルダ
31 固定部
32 保持部
41 支持体
42 部材
43 突起
44 突出部
50 ホルダ
51 固定部
52 保持部
60 ステータ
61R 測温対象領域
62 支持体
70 ホルダ
71 固定部
71A 基体
71B 孔
71C 筒体
71D 二面幅
72 保持部
73 接着剤
120 収容部
121,121A,121B 支持片
121H 係止孔
121L 係止部
211 感温体
212 封止材
213 クラッド線
221 芯線
222 絶縁被覆
241 第1領域(一端領域)
242 第2領域(他端領域)
310 側壁
311 リブ
312 凹部
313 係止体
313N 係止爪
314 連結領域
321 被覆体保持領域
321A 開口部
321B 先端
322 リード線保持領域
322A 切欠
323 支持突片(拘束部)
511 溝
512 孔
512A 平面
521 被覆体保持領域
521A 部位
521B 部位(拘束部)
521C 先端部
522 リード線保持領域
522A 溝
523 伸縮チューブ
720 開口
C コイル素線
D1 軸方向
D2 周方向
D3 径方向
D4 延出方向
E コイルエンド
Ld 長手方向
Claims (11)
- 回転電機のステータに備えられるコイルの温度を検知するための温度センサであって、
感温体と、前記感温体に電気的に接続される電線と、前記電線の一部および前記感温体を被覆する長尺状の被覆体と、を含むセンサ要素と、
前記被覆体の長手方向が前記コイルの測温対象領域に対して傾斜している状態に前記被覆体の前記電線側の一端領域を保持する樹脂製のホルダと、を備え、
前記ホルダは、前記被覆体の前記感温体側の他端領域が前記測温対象領域に当接されるように前記回転電機に取り付けられている、温度センサ。
- 前記被覆体の前記長手方向は、前記他端領域が当接する前記測温対象領域で延びている前記コイルの素線の延出方向に対して傾斜している、
請求項1に記載の温度センサ。
- 前記ホルダは、前記被覆体の前記一端領域を保持する保持部と、前記センサ要素を前記回転電機に固定するための固定部と、を備え、
前記回転電機に設けられる支持体に前記固定部が固定されると、前記被覆体の前記他端領域が前記測温対象領域に位置決めされる、
請求項1に記載の温度センサ。
- 前記保持部は、前記被覆体の前記測温対象領域から離れる向きへの変位を拘束する拘束部を含む、
請求項3に記載の温度センサ。
- 前記被覆体は、弾性を有する樹脂製の部材からなり、
前記被覆体の弾性力により前記他端領域が前記測温対象領域に押圧される、
請求項1に記載の温度センサ。
- 前記他端領域は、前記コイルのコイルエンドに対して前記ステータの軸方向に当接される、
請求項5に記載の温度センサ。
- 前記被覆体における少なくとも前記他端領域は、前記ステータの周方向に並ぶ集中巻の前記コイルの要素の間に配置され、
前記他端領域は、前記測温対象領域に対して前記周方向に当接される、
請求項5に記載の温度センサ。
- 前記他端領域は、前記コイルのコイルエンドに対して前記ステータの径方向に当接される、
請求項5に記載の温度センサ。
- 回転電機のステータに備えられるコイルの温度を検知するための温度センサであって、
感温体と、前記感温体に電気的に接続される電線と、前記電線の一部および前記感温体を被覆する被覆体と、を含むセンサ要素と、
前記センサ要素を保持し、前記センサ要素を前記回転電機に固定するための樹脂製のホルダと、を備え、
前記ホルダは、
固定基準線を介して前記ステータに前記センサ要素を固定するための固定部と、
前記感温体が自由端の側に配置されるように、前記被覆体を片持ち状に保持する保持部と、を有し、
前記被覆体は、
前記固定基準線に対して傾いており、かつ、
前記自由端と片持ち状に保持される部分との間に前記固定基準線が位置している、温度センサ。
- 回転電機のステータに備えられるコイルの測温対象領域において温度を検知するための温度センサであって、
感温体と、前記感温体に電気的に接続される電線と、前記電線の一部および前記感温体を被覆する被覆体と、を含むセンサ要素と、
前記センサ要素を保持し、前記センサ要素を前記回転電機に固定するための樹脂製のホルダと、を備え、
前記ホルダは、
前記ステータに前記センサ要素を固定するための固定部と、
前記感温体が自由端の側に配置されるように、前記被覆体を片持ち状に保持する保持部と、を有し、
前記被覆体は、
前記測温対象領域に対して傾く第1領域と、
前記第1領域に連なるとともに前記第1領域に対して傾いた状態で前記測温対象領域に当接される第2領域と、を備える、温度センサ。
- コアおよびコイルを含むステータと、
前記ステータに対して回転されるロータと、
前記コイルの温度を検知するための請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の温度センサと、を備える、回転電機。
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