JP7450705B2 - 回転電機の固定子及び回転電機 - Google Patents
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Description
本発明は、回転電機の固定子及び回転電機に関する。
モータの温度を管理するために、稼働時に電流を流すコイルが最も温度が上がりやすいため、コイルの温度が管理されている。例えば、特許文献１（特開２０１４－９０５４６号公報）には、軸支された回転軸上に構成された回転子と、回転子の外周に微小隙間を介して配置された固定子とを有する回転電機であって、固定子は、周方向に複数形成されたスロットを有した固定子コアと、固定子コアのスロットに挿入される複数のセグメント導体を接続した固定子巻線と、固定子巻線の温度を測定するサーミスタとを有する。固定子巻線は、スロット内に収納されるスロット部と、スロット部の端部を連結する接続部とからなる。サーミスタの温度測定素子部は、固定子コイルエンドの、セグメント導体の接続部同士に挟まれた微小隙間の間に収められている回転電機が記載されている（例えば、特許文献１参照）。
ステータの３本の中性線からなる中性点において、真ん中のＶ相の固定子巻線上に温度センサを配置して温度を測る場合、温度を管理するコイル以外の２相のみに電流が流れた場合の温度管理が重要となる。中のＶ相の巻線は他のＵ相の巻線とＷ相の巻線に挟まれて、巻線間の熱移動があるため温度変化の追従性が高いが、外側のＵ相の巻線とＷ相の巻線は片側が空いているため、中のＶ相の巻線より温度が低くなる。このため、真ん中のＶ相の巻線を用いた温度管理が適切である。
しかし、中性点の固定子巻線の断面の寸法差や接続作業時の位置のばらつきによって固定子巻線と温度センサとの接触が不確実になると、温度センサと固定子巻線の間に隙間が生じ、温度センサと固定子巻線の接触が不安定になることがある。温度センサによる温度追従性を向上させるためには温度センサが計測対象の面に確実に接触する必要がある。
本発明は、サーミスタとコイルの密着性を向上し、サーミスタの温度追従性を向上することを目的とする。
本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、固定子コアと、前記固定子コアに装着された複数のセグメントコイルが接続されて構成される固定子巻線と、前記セグメントコイルに接触して温度を検出する温度検出部と、を備え、前記セグメントコイルのうち、第１セグメントコイル、第２セグメントコイル及び第３セグメントコイルの各々は、異なる相の電流が流れるものであって、中性点において接続されており、前記第１セグメントコイル、前記第２セグメントコイル及び前記第３セグメントコイルの少なくとも三つが並んで、前記温度検出部が設置される前記第２セグメントコイルが前記第１セグメントコイル及び前記第３セグメントコイルに挟まれて配置され、前記第２セグメントコイルは、前記第１セグメントコイル及び前記第３セグメントコイルより延伸方向に垂直な方向に突出して配置され、前記温度検出部は、前記第２セグメントコイルの側面に、前記温度検出部と前記セグメントコイルの間の接着剤層を介して配置され、前記接着剤層は、前記セグメントコイルの延伸方向から見て、前記セグメントコイルと同じ大きさで、又は、前記セグメントコイルより大きくかつ前記温度検出部より小さく形成されることを特徴とする。
本発明によれば、温度検出部とセグメントコイルの密着性を向上し、温度追従性を向上できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。
図１は、本発明の実施例の回転電機１の全体構成を示す模式図である。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。
図１に示すように、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コア（固定子鉄心）２０を有する固定子２と、この固定子内に回転自在に配設される回転子３とを有している。回転電機１の筐体は、フロントブラケット１１、ハウジング１０、リアブラケット１２により構成され、ハウジング１０はウォータージャケット１３とともに回転電機１の冷却水の通水路を構成している。
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、固定子コア２０の内側において回転可能に保持されている。
図２は、本実施例の回転電機１の固定子２を示す斜視図である。
固定子２は、周方向に複数形成されたスロットを有する固定子コア２０と、固定子巻線４と、固定子巻線４の温度を測定する温度検出素子５を有している。
固定子コア２０は、所定厚さの磁性鋼板を軸方向に積層して環状に形成されており、軸方向に沿ったスロットが内周側の周方向に複数形成されている。
固定子巻線４、すなわち固定子コイルは、絶縁樹脂材でシート状に形成されたインシュレータ４１を介して固定子コア２０のスロット内に装着されている。固定子巻線４は、銅製の平角導体４０で略Ｕ字状に形成されたセグメントコイルを固定子コア２０のスロットに軸方向から挿入し、平角導体４０の開口側端部を折り曲げ、平角導体４０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。
平角導体４０の溶接箇所は、絶縁樹脂材により覆われている。このように、固定子巻線４を平角導体４０で構成することにより、１本の丸線導体を連続して多重に巻くよりも、固定子コア２０の両端のコイルエンド４２における固定子巻線４同士の隙間を大きくとることができる。但し、本実施例の回転電機１において、固定子巻線４を丸線導体により形成してもよい。
図２に示す固定子巻線４は、三相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相の出力端子４３として配置され、各相の固定子巻線４の他端はＵ相、Ｖ相、Ｗ相が接続された中性点４４を構成することで、三相交流回路を形成している。
図３は本実施例の固定子巻線４の中性点４４の構造を示す斜視図であり、図４は中性点４４を固定子巻線４の延伸方向から見た図であり、図５は中性点４４を径方向から見た図である。
固定子巻線４の中性点４４には、固定子巻線４の温度計測用の温度検出素子５が固定されている。温度検出素子５は、温度の変化に対して電気抵抗値が変化する半導体から成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、温度検出素子５の抵抗値を監視して、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の温度が所定の上限値を超えた場合、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したりして、固定子巻線４の異常過熱を防止する。
固定子巻線４の温度が温度検出素子５に伝熱して、温度検出素子５の温度が変化し、温度検出素子５の電気抵抗値が変化する。固定子巻線４から温度検出素子５への伝熱性が低い場合、固定子巻線４の温度変化に対して温度検出素子５の温度変化、すなわち温度検出素子５の抵抗の変化に時間遅れが生じる。
このように、固定子巻線４の温度変化に対して温度検出素子５の温度変化に時間遅れが生じると、固定子巻線４が過熱する可能性がある。このような固定子巻線４の過熱を防止するためには、時間遅れ分だけ回転電機１の性能を制限する固定子巻線４の温度の規定値を小さく設定する等の対策が必要となる。しかし、このようにすると、回転電機１の持つ性能を十分に発揮できない。回転電機１の持つ性能を十分に発揮するには、固定子巻線４に対する温度検出素子５の温度の追従性を高くする必要がある。
この問題を解決するために、本実施例の回転電機１では、中性点４４にて結線される１本のセグメントコイル４０Ｂを固定子コア２０から離れる方向にずれて、他のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｃより突出する位置に配置して、当該突出したセグメントコイル４０Ｂと接触するように温度検出素子５を配置する。
例えば、中のセグメントコイル４０Ｂが端のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｃより凹んで配置されると、中性点４４に設置した温度検出素子５と中のセグメントコイル４０Ｂとの間に隙間ができることがあり、固定子巻線４と温度検出素子５とが安定して接触せず、温度追従性が低くなる。本実施例では、突出したセグメントコイル４０Ｂの側面と接触するように温度検出素子５を配置することによって、温度検出素子５がセグメントコイル４０Ｂに密着して、温度検出素子５の温度の追従性を高くできる。
特に、中性点４４にて結線されるセグメントコイル４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃのうち、中のセグメントコイル４０Ｂを他のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｃよりと突出するとよい。端のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｃは外部に熱が逃げやすいことから、温度が低くなる傾向がある。端のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｃを突出させて、その上に温度検出素子５を設けると、中のセグメントコイル４０Ｂより低温の端のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｃの温度を測定することになり、中性点４４の中で高温の部分の温度を測定できない。このため、本実施例では、中性点４４のうち高温になるのセグメントコイル４０Ｂの温度を管理できるようになり、回転電機１を適切に制御でき、回転電機１の寿命を延ばすことができる。
図４に示すように、温度検出素子５とセグメントコイル４０Ｂとの間には接着剤層６が設けられるとよい。接着剤層６には、アクリル系の接着剤で構成するとよく、両面テープ状の構造であるとよい。接着剤層６を構成するテープの大きさは、幅方向ではセグメントコイル４０Ｂと同じ幅とするか、又は、温度検出素子５より小さくかつセグメントコイル４０Ｂより大きくするとよく、長さ方向では温度検出素子５と同等又は若干（例えば１．０ｍｍ程度）小さいとよい。接着剤層６によって、温度検出素子５とセグメントコイル４０Ｂの間に熱伝導が悪い空気層を含めることなく、温度検出素子５の温度の追従性を高くできる。
図５に示すように、中性点４４のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの先端は溶接されており、該整列部４４Ａでセグメントコイル４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃのは溶接のために整列されている、この整列部４４Ａの後方の変形部４４Ｂにおいて中のセグメントコイル４０Ｂが塑性変形しており、温度検出素子５が配置される温度検出領域４４Ｃに向けて凸形状を形成する。このように、中のセグメントコイル４０Ｂが温度検出領域４４Ｃにおいて温度検出素子５が配置される突出を形成するように、整列部４４Ａと温度検出領域４４Ｃとの間の変形部４４Ｂにおいて、セグメントコイル４０Ｂを塑性変形させたので、セグメントコイル４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃがずれて配置された状態で溶接することなく、溶接断面積を減少させず、溶接強度を維持したまま、温度検出素子５が配置される凸部を形成できる。
以上に説明したように、本発明の実施例によると、固定子コア２０と、固定子コア２０に装着された複数のセグメントコイルが接続されて構成される固定子巻線４と、セグメントコイル４０Ｂに接触して温度を検出する温度検出部（温度検出素子５）とを備え、温度検出部５が設置されるセグメントコイル４０Ｂは、並んで配置される他のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｃより突出して配置されるので、セグメントコイルの断面の寸法差や接続作業時の位置のばらつきがあっても、中のセグメントコイル４０Ｂが他のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｃより凹むことがなく、温度検出部５とセグメントコイル４０Ｂとを安定的に接触させて、温度追従性を改善でき、モータの温度を適切に管理できる。
また、少なくとも三つのセグメントコイル４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃが並んで配置されており、第１セグメントコイル４０Ａ及び第３セグメントコイル４０Ｃに挟まれて設置される第２セグメントコイル４０Ｂは、第１セグメントコイル４０Ａ及び第３セグメントコイル４０Ｃより突出して配置される。すなわち、中に配置されるセグメントコイル４０Ｂを高く突出するように接続するので、温度が高くなるセグメントコイル４０Ｂと温度検出部５とを安定的に接触させて、回転電機１の温度を正確に測定できる。
また、第１セグメントコイル４０Ａ、第２セグメントコイル４０Ｂ及び第３セグメントコイル４０Ｃの各々は、異なる３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の電流が流れるものであって、中性点４４において接続されており、中性線４４を構成する三つのセグメントコイル４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃのうち、第２セグメントコイル４０Ｂは、第１セグメントコイル４０Ａ及び第３セグメントコイル４０Ｃより延伸方向に垂直な方向にずれて配置され、温度検出部５は、第２セグメントコイル４０Ｂの側面に配置されるので、端のＵ相のセグメントコイル４０Ａ及びＷ相のセグメントコイル４０Ｃのみに電流が流れず、中のセグメントコイル４０Ｂに電流が流れた場合でも、回転電機１の温度を正確に測定でき、回転電機１を適切に制御でき、回転電機１の寿命を延ばすことができる。
また、温度検出部５とセグメントコイル４０Ｂの間に接着剤層６を備え、セグメントコイル４０Ｂの延伸方向から見て、接着剤層６は、セグメントコイル４０Ｂと同じ大きさで、又は、セグメントコイル４０Ｂより大きくかつ温度検出部５より小さく形成される。すなわち、セグメントコイル４０Ｂの上に温度検出部５を置いただけでは温度検出部５の位置が定まらないという課題を解決し、温度検出部５を適切な位置に固定できる。また、セグメントコイル４０Ｂと温度検出部５との間を接着剤層６で満たすことによって、熱伝導率が小さい空気の領域を低減し、セグメントコイル４０Ｂから温度検出部５への熱伝達を向上できる。また、接着剤層６による接着面積を最大化し、温度検出部５とセグメントコイル４０Ｂの接着力を向上できる。
また、第１セグメントコイル４０Ａ、第２セグメントコイル４０Ｂ及び第３セグメントコイル４０Ｃの各々の端部が接続される整列部４４Ａと、第２セグメントコイル４０Ｂの側面に温度検出部５が配置される温度検出領域４４Ｃと、整列部４４Ａと温度検出領域４４Ｃとの間で、温度検出領域４４Ｃにおける突出を形成するように、第２セグメントコイル４０Ｂが変形して、他のセグメントコイル４０Ａ、４０Ｃと異なる方向に延伸する変形部４４Ｂとを有するので、セグメントコイル４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃがずれた状態で溶接することなく、溶接断面積を減少させず、溶接強度を維持したまま、温度検出素子５が配置される凸部を形成できる。
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。
また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。
１ 回転電機
２ 固定子
３ 回転子
４ 固定子巻線
５ 温度検出素子
６ 接着剤層
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 ウォータージャケット
２０ 固定子コア
３０Ａ 軸受
３０Ｂ 軸受
３１ シャフト
４０ 平角導体
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ セグメントコイル
４１ インシュレータ
４２ コイルエンド
４３ 出力端子
４４ 中性点
４４Ａ 整列部
４４Ｂ 変形部
４４Ｃ 温度検出領域
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２０ 固定子コア
３０Ａ 軸受
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４０ 平角導体
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ セグメントコイル
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４４ 中性点
４４Ａ 整列部
４４Ｂ 変形部
４４Ｃ 温度検出領域
Claims (3)
- 固定子コアと、
前記固定子コアに装着された複数のセグメントコイルが接続されて構成される固定子巻線と、
前記セグメントコイルに接触して温度を検出する温度検出部と、を備え、
前記セグメントコイルのうち、第１セグメントコイル、第２セグメントコイル及び第３セグメントコイルの各々は、異なる相の電流が流れるものであって、中性点において接続されており、
前記第１セグメントコイル、前記第２セグメントコイル及び前記第３セグメントコイルの少なくとも三つが並んで、前記温度検出部が設置される前記第２セグメントコイルが前記第１セグメントコイル及び前記第３セグメントコイルに挟まれて配置され、
前記第２セグメントコイルは、前記第１セグメントコイル及び前記第３セグメントコイルより延伸方向に垂直な方向に突出して配置され、
前記温度検出部は、前記第２セグメントコイルの側面に、前記温度検出部と前記セグメントコイルの間の接着剤層を介して配置され、
前記接着剤層は、前記セグメントコイルの延伸方向から見て、前記セグメントコイルと同じ大きさで、又は、前記セグメントコイルより大きくかつ前記温度検出部より小さく形成されることを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項１に記載の回転電機の固定子であって、
前記第１セグメントコイル、前記第２セグメントコイル及び前記第３セグメントコイルの各々の端部が接続される整列部と、
前記第２セグメントコイルの側面に前記温度検出部が配置される温度検出領域と、
前記整列部と前記温度検出領域との間で、前記温度検出領域における前記突出を形成するように、前記第２セグメントコイルが変形して、他のセグメントコイルと異なる方向に延伸する変形部とを有することを特徴とする回転電機の固定子。 - 請求項１又は２に記載の固定子を有する回転電機。
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