JPWO2011117985A1

JPWO2011117985A1 - 温度検出素子を隣接させる器具

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Publication number: JPWO2011117985A1
Application number: JP2012506707A
Authority: JP
Inventors: 金重　慶一; 慶一金重; 雅宏酒井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: WO2011117985A1; US20130106251A1; CN102812624A; EP2551998A1; JP5333657B2; US20140254632A1

Abstract

本発明は、回転電機を構成するステータのコイルに温度検出素子を隣接させる器具であって、弾性材からなり、前記温度検出素子を前記コイルへ押圧する弾性部と、前記弾性部を前記回転電機の被取付体に固定する固定部とを備える。

Description

本発明は、回転電機を構成するステータのコイルに温度検出素子を隣接させる器具に関するものである。

一般に、電動機等の回転電機は運転によって発熱する。特に、電動機の負荷が過大になった場合には、大きく急激に発熱する虞がある。この発熱を検出してコイル等の損傷を防止するために、従来より、コイルエンドに温度検出素子を取り付けてコイルの温度を検出することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

温度検出素子とコイルエンドとを固定するには、コイルエンドに温度検出素子を貼り付けた後、コイルエンドのコイル線を巻装し、ワニス処理等の絶縁処理を施すことにより接着する方法等がある（例えば、特許文献２）。

特開２００４−２７４８９６号公報特開平８−２１４５０５号公報特開２００３−９２８５８号公報

しかし、コイル線の巻装および絶縁処理により、温度検出素子とコイルエンドとを固定する方法は、固体被膜のコイル線を使用したステータや、絶縁処理を施すことができないステータに対しては実施することができない。また、コイルエンドを構成するコイル線の引き出し方法によっては、温度検出素子をコイル線により巻装することができない場合がある。さらに、絶縁処理の際の温度検出素子の接着は、ワニス剤のみしか使用できないため製造工程の自由度が低い。

本発明の目的は、ステータの構造や製造工程に影響を受けることなく、コイルに温度検出素子を隣接させることができる器具を提供することにある。

また、前記温度検出素子を隣接させる器具において、前記固定部は、ボルト穴を有し、前記固定部のボルト穴を介し、前記回転電機の被取付体にボルト締めすることで、前記弾性部を前記回転電機の被取付体に固定することが好ましい。

また、前記温度検出素子を隣接させる器具において、前記固定部を前記回転電機の被取付体に溶接することで、前記弾性部を前記回転電機の被取付体に固定することが好ましい。

また、前記温度検出素子を隣接させる器具において、前記弾性部の所定以上の弾性変形を係止するストッパーを備えることが好ましい。

また、前記温度検出素子を隣接させる器具において、前記弾性部の形状は、前記固定部から前記温度検出素子にわたって断面Ｕ字状であることが好ましい。

また、前記温度検出素子を隣接させる器具において、前記弾性部の形状は、前記固定部から前記温度検出素子にわたって所定の傾斜角を有する傾斜状であることが好ましい。

また、前記温度検出素子を隣接させる器具において、前記弾性部の形状は、前記固定部から前記温度検出素子にわたって断面Ｕ字状の第１弾性部および第２弾性部を備え、環状になるようにそれらを対向させることが好ましい。

また、前記温度検出素子を隣接させる器具において、前記弾性部の形状は、リング状であることが好ましい。

また、前記温度検出素子を隣接させる器具において、前記弾性部は、コイルバネであることが好ましい。

本発明によれば、ステータの構造や製造工程に影響を受けることなく温度検出素子をコイルに隣接させることができる。

本実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具が適用された回転電機の構成の一例を示す模式図である。ステータコアの構成の一例を示す上面模式図である。本発明の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す斜視模式図である。本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す斜視模式図である。本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。

本発明の実施の形態について以下説明する。

図１は、本実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具が適用された回転電機の構成の一例を示す模式図である。図１に示す回転電機１は、電力が供給されてモータとしての機能と、発電機（ジェネレータ）としての機能との少なくとも一方の機能を有するモータジェネレータである。

図１に示す回転電機１は、ロータシャフト１０と、ロータ１２と、ロータ１２の外周方向に設置されたステータ１４と、モータケース１６（回転電機の収容体）とを有する。

ロータ１２は、ロータコアと、ロータコアに埋設された永久磁石（不図示）とを有し、モータケース１６に設けられたベアリング１８により支持されたロータシャフト１０を中心として回転する。ロータコアはロータシャフト１０に沿った円筒形状を有し、例えば、軸方向に積層された複数の電磁鋼板から構成され、ロータコアの外周部には、図示しない複数の永久磁石が等角度を存して埋設されている。

ステータ１４は、円筒状のステータコアを備え、ロータ１２に対して所定のギャップを介して対向配置されている。ステータコアは、例えば、軸方向に積層された複数の電磁鋼板により構成されているが、必ずしもこれに制限されず、例えば圧粉磁心等から構成されていてもよい。

図２は、ステータコアの構成の一例を示す上面模式図である。図２に示すように、ステータコア２０は、環状のヨーク部２２と、ヨーク部２２の周方向に所定の間隔を隔てて配列され、ヨーク部２２の内周面から半径方向内側に突出する複数のティース部２４とから構成されている。また、互いに隣り合うティース部２４と、ヨーク部２２とに囲まれた空間には、スロット部２６が規定されている。また、不図示であるが、ステータコア２０の外周には、外筒が嵌合されている。

ステータコア２０にはコイルが巻着されており、ステータコア２０の端部に突出するコイルの部分により、図１に示すコイルエンド２８が形成されている。そして、コイルエンド２８は、円筒状ステータコア２０の円周方向に沿って配置されている。

コイルは、特に制限されるものではないが、例えば、絶縁被膜された銅線等である。そして、コイルは、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを有する。なお、不図示であるが、コイルエンド２８は、各相に対応するケーブルによって制御装置に電気的に接続されている。例えば、回転電機１が出力すべきトルク指令値が制御装置に入力されると、制御装置により、そのトルク指令値によって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流が生成され、そのモータ制御電流がケーブルを介してコイルエンド２８に供給されることとなる。

ステータコア２０へのコイルの巻着は、分布巻き、集中巻き等があり、特に制限されるものではない。分布巻きとは、コイルを、周方向に並ぶ複数個のティース部２４の両側にあるスロット部２６に通して、複数個のティース部２４の周りを周回するように巻回する方法である。また、集中巻きとは、コイルを、１つの磁極ごとにティース部２４に集中的に巻回する方法である。

コイルエンド２８の表面は、絶縁被膜により覆われ、コイルエンド２８の絶縁性が確保されている。絶縁被膜は、一般的に樹脂を溶剤に溶かしたワニス剤から形成されているものであるが、これに制限されるものではない。なお、本実施形態のコイルエンド２８はワニスレスのものであってもよい。

回転電機１は、コイルの温度を検出するサーミスタ等の温度センサ、コイルにサーミスタを構成するサーミスタ素子３４を隣接させる器具３０を有する。

図３は、本発明の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す斜視模式図である。サーミスタ３２は、図３に示すように、サーミスタ素子３４とリード線３６とを備え、サーミスタ素子３４は温度検出素子を隣接させる器具３０によりコイルエンド２８に隣接されている。そして、サーミスタ素子３４で検出されたコイルエンド２８の温度データに基づいて、コイルが加熱状態であると判断された場合には、回転電機１の出力を抑える等の処理が実行される。また、温度検出素子を隣接させる器具３０は、サーミスタ素子３４をコイルエンド２８へ押圧する弾性部３８と、弾性部３８をモータケース１６に固定するための固定部４０と、を備える。全ての実施形態では、弾性部３８はサーミスタ素子３４をコイルエンド２８へ押圧する場合を例として説明するが、必ずしもコイルエンド２８に限定されるものではなく、ステータ１４に巻装されるコイルへ押圧されていればよい。

図３に示す弾性部３８は、金属製の板バネ等の弾性板材、線状バネ等の弾性線材等により形成されている。図３に示す弾性部３８は、固定部４０からサーミスタ素子３４にわたって断面Ｕ字状である。そして、弾性部３８の一端に固定具４０が設けられ、他端にサーミスタ素子３４が固定される。

弾性部３８は固定部４０を支点として弾性変形するように配置され、弾性変形による弾性作用によってサーミスタ素子３４をコイルエンド２８へ圧設するように押圧する。なお、温度検出素子を隣接させる器具３０及びサーミスタ素子３４の設置箇所は、必ずしもこれに制限されるものではなく、例えば、断面Ｕ字状の両端部に固定部４０を設け、その反対側のＵ字の頂点にサーミスタ素子３４が固定される等であってもよい。

固定部４０には、ボルト穴（貫通孔）が形成されている。そして、モータケース１６に、ハウジングのためのボルト４２とボルト４２が螺合する雌ねじ部（不図示）が設けられている場合には、固定部４０に形成されたボルト穴にボルト４２を挿入し、さらにモータケース１６に形成された雌ねじ部に、ボルト４２を螺合することにより、弾性部３８を固定する。これにより、弾性部３８の固定において、ボルト４２及び雌ねじ部を新たに設けることなく、弾性部３８の固定が可能となる。

温度検出素子を隣接させる器具３０の設置後に、コイルエンド２８に接触している弾性部３８にワニス剤をコーティングして接着させてもよい。

弾性部３８及び固定部４０を備える温度検出素子を隣接させる器具３０は、金属材を金型等によって一体成型することにより作製してもよいし、弾性部３８及び固定部４０を別々に金型等により成形し、それらを溶接等により一体化してもよい。

弾性部３８とサーミスタ素子３４の固定方法は、溶接、接着剤等による接着、弾性部３８をサーミスタ素子３４のケースへ嵌め込む等特に制限されるものではない。

図４は、本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す斜視模式図である。温度検出素子を隣接させる器具３０の設置場所、スペース等の問題でボルトによる固定が困難な場合には、固定部４０をモータケース１６に溶接等して弾性部３８を固定してもよい。これにより、ボルト穴を設けることなく、弾性部３８を固定することができる。

本実施形態では、モータケース１６を固定部４０の被取付体として説明しているが、固定部４０の取り付けスペースが確保されれば、必ずしもこれに制限されるものではなく、例えば、上記説明した外筒等を被取付体として、固定部４０を外筒等に固定してもよい。

本実施形態では、弾性部３８の弾性変形による弾性作用によって、サーミスタ素子３４をコイルエンド２８に押圧することにより、サーミスタ素子３４が隣接される。したがって、従来のコイル線の巻装および絶縁処理等のように、ステータ１４を構成するコイルやワニス等を利用することなくサーミスタ素子３４を隣接させることができるため、ステータ１４の構造や製造工程に影響を受けることはほとんどない。また、従来の固定方法では、コイル線の巻装によって、サーミスタ素子３４がコイルエンド２８内に埋め込まれるため、サーミスタ素子３４が故障した場合には、ステータ１４ごと取り替えなければならず、修理コストが非常に高くなる。しかし、本実施形態では、コイルエンド２８表面にサーミスタ素子３４を押圧して、素子を隣接させているため、サーミスタ素子３４が故障した場合でも、サーミスタ素子３４のみの交換が可能であり、修理コストは低く抑えられる。

本実施形態の弾性部３８は、弾性変形した際の弾性作用によって、サーミスタ素子３４をコイルエンド２８に押圧することができれば、その形状は特に制限されるものではなく、以下にその変形例を示す。

図５は、本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。図５に示す弾性部３８は、固定部４０からサーミスタ素子３４に向かって所定の傾斜角を有する傾斜板状（線状でもよい）である。そして、弾性部３８の一端に固定部４０が設けられ、他端にサーミスタ素子３４が固定される。弾性部３８の傾斜角は、温度検出素子を隣接させる器具３０を取り付けた時に弾性部３８が固定部４０を支点として弾性変形するように規定される。

図６は、本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。図６に示す弾性部３８は、固定部４０からサーミスタ素子３４にわたって断面Ｕ字状の第１、第２弾性部３８ａ，ｂを備え、環状になるようにそれらを対向させている。そして、第１、第２弾性部３８ａ，ｂの一端に固定部４０が設けられ、他端にサーミスタ素子３４が固定される。上記構成により、サーミスタ素子３４の押圧力を向上させることができるため、安定してサーミスタ素子３４をコイルエンド２８に隣接させることができる。

第１、第２弾性部３８ａ，ｂの配置は上記に制限されるものではなく、断面Ｕ字状の第１、第２弾性部３８ａ，ｂを揃えて配置してもよいが、断面Ｕ字状の第１、第２弾性部３８ａ，ｂを環状になるように対向させた方が、第１、第２弾性部３８ａ，ｂに同寸法のものを使用することができ、製造が容易であるため好ましい。

図７は、本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。図７に示す弾性部３８はリング状であり、その一部に固定部４０が設けられ、反対側にサーミスタ素子３４が固定されている。

図８は、本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。図８に示す弾性部３８は、コイルバネ等の弾性材であり、その一端に固定部４０が設けられ、他端にサーミスタ素子３４が固定される。

上記いずれの弾性部３８の形状であっても、弾性部３８は固定部４０を支点とした弾性変形による弾性作用によって、サーミスタ素子３４をコイルエンド２８へ圧設するように押圧することができる。

図９は、本発明の他の実施形態に係る温度検出素子を隣接させる器具の構成の一例を示す上面模式図である。温度検出素子を隣接させる器具３０は、弾性部３８の所定以上の弾性変形を係止するストッパー４４を備える。これにより、温度検出素子を隣接させる器具３０の取り付け時、製品の運搬時等で予期せぬ過大な力が、弾性部３８に加わった場合でも、ストッパー４４により、弾性部３８の所定以上の弾性変形が係止されるため、弾性部３８の降伏点を超え、弾性部３８の弾性力のへたりを抑制することができる。ストッパー４４の寸法、設置箇所等は、弾性部３８の所定以上の弾性変形を係止できるように適宜設定されればよく、図９に示すようにサーミスタ素子３４上にストッパー４４を設置する場合に限られず、固定部４０、弾性部３８に設置してもよい。

１回転電機、１０ロータシャフト、１２ロータ、１４ステータ、１６モータケース、１８ベアリング、２０ステータコア、２２ヨーク部、２４ティース部、２６スロット部、２８コイルエンド、３０温度検出素子を隣接させる器具、３２サーミスタ、３４サーミスタ素子、３６リード線、３８，３８ａ，３８ｂ弾性部、４０固定部、４２ボルト、４４ストッパー。

Claims

回転電機を構成するステータのコイルに温度検出素子を隣接させる器具であって、
弾性材からなり、前記温度検出素子を前記コイルへ押圧する弾性部と、前記弾性部を前記回転電機の被取付体に固定する固定部とを備えることを特徴とする温度検出素子を隣接させる器具。
請求項１記載の温度検出素子を隣接させる器具であって、前記固定部は、ボルト穴を有し、前記固定部のボルト穴を介し、前記回転電機の被取付体にボルト締めすることで、前記弾性部を前記回転電機の被取付体に固定することを特徴とする温度検出素子を隣接させる器具。
請求項１記載の温度検出素子を隣接させる器具であって、前記固定部を前記回転電機の被取付体に溶接することで、前記弾性部を前記回転電機の被取付体に固定することを特徴とする温度検出素子を隣接させる器具。
請求項１記載の温度検出素子を隣接させる器具であって、前記弾性部の所定以上の弾性変形を係止するストッパーを備えることを特徴とする温度検出素子を隣接させる器具。
請求項１記載の温度検出素子を隣接させる器具であって、前記弾性部の形状は、前記固定部から前記温度検出素子にわたって断面Ｕ字状であることを特徴とする温度検出素子を隣接させる器具。
請求項１記載の温度検出素子を隣接させる器具であって、前記弾性部の形状は、前記固定部から前記温度検出素子にわたって所定の傾斜角を有する傾斜状であることを特徴とする温度検出素子を隣接させる器具。
請求項１記載の温度検出素子を隣接させる器具であって、前記弾性部の形状は、前記固定部から前記温度検出素子にわたって断面Ｕ字状の第１弾性部および第２弾性部を備え、環状になるようにそれらを対向させることを特徴とする温度検出素子を隣接させる器具。
請求項１記載の温度検出素子を隣接させる器具であって、前記弾性部の形状は、リング状であることを特徴とする温度検出素子を隣接させる器具。
請求項１記載の温度検出素子を隣接させる器具であって、前記弾性部は、コイルバネであることを特徴とする温度検出素子を隣接させる器具。