JP2016123155A

JP2016123155A - 回転電機のステータ

Info

Publication number: JP2016123155A
Application number: JP2014260365A
Authority: JP
Inventors: 圭祐伊藤; Keisuke Ito; 服部　宏之; Hiroyuki Hattori; 宏之服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-07

Abstract

【課題】コイル温度を精度よく検出することができる回転電機のステータを提供することである。
【解決手段】コイルエンド３ａの外面に冷媒が供給される三相のコイル３と、各相コイル３の一端がそれぞれ接続され、コイル３の温度を検出する温度センサ７を保持するＵ字状に折り曲げられたクリップ６３を有する中性点バスバ６とを備える回転電機のステータ１であって、温度センサ７に直接冷媒が当たらないように、中性点バスバ６を、クリップ６３のＵ字状に折り曲げられた箇所が冷媒の流れの上流側となるようにコイルエンド３ａの外面に取り付ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機のステータに関し、特に、中性点バスバが温度センサを保持するステータに関する。

回転電機では、ステータに巻装されるコイルに電流が流れると、コイルに熱が発生し、コイル温度が上昇するので、コイルに冷媒を供給して冷却している。

また、コイルの温度を検出する温度センサを設けて、コイル温度に基づいてコイルに流れる電流の制御を行い、コイル温度が所定温度以上に上昇すると、ステータを構成する部品等が熱により損傷する可能性があるためにコイルへの電流を遮断する等の制御を行う場合がある。

温度センサの取付けに関して、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相コイルを電気的に接続する中性点バスバの端部をＵ字状に折り曲げて、このＵ字状の折り曲げ部に温度センサを挟み込んで保持する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２２５９５９号公報

特許文献１に記載の構成では、温度センサの位置と冷媒を供給する方向とを規定していないので、冷媒の供給の仕方によっては冷媒が温度センサに直接当たりやすくなってしまうことがある。温度センサに冷媒が当たりやすくなっていると、コイルよりも温度センサの温度が低下し、コイル温度の正確な検出が困難になる。

そこで、本発明では、コイル温度を精度よく検出する回転電機のステータを提供することを目的とする。

本発明の回転電機のステータは、コイルエンドの外面に冷媒が供給される三相のコイルと、各相コイルの一端がそれぞれ接続される中性点バスバとを備える回転電機のステータであって、前記中性点バスバは、その一端に前記コイルの温度を検出する温度センサを保持するＵ字状に折り曲げられたクリップを備え、前記クリップのＵ字状に折り曲げられた箇所が前記冷媒の流れの上流側となるように前記コイルエンドの外面に取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、コイル温度を正確に検出することができる。

ステータの概略構成図である。三相コイルの結線図である中性点バスバの取付部分の拡大図である。中性点バスバの斜視図である。ステータと冷媒供給装置の概略正面図である。ステータと冷媒供給装置の概略側面図である。中性点バスバの変形例を示す斜視図である。

本実施形態における回転電機は、ハイブリッド車両のモータジェネレータに使用される。図１に示すように、回転電機のステータ１は、ステータコア２と、ステータコア２に巻装されたステータコイル３とを備えている。ステータコア２は、円環状のヨーク２ａと、このヨーク２ａの内周面に周方向に等間隔に設けられた複数のティースとを備えている。各ティースには、絶縁部材を介して導線が巻回されている。この絶縁部材は、ステータコイル３とステータコア２とを絶縁する。

ステータコイル３は、平角線からなる導線を集中巻することで構成される。平角線の表面には、隣接する平角線間の絶縁を確保するためにエナメル加工が施されている。ステータコイル３は、Ｗ相のコイル３Ｗ、Ｕ相のコイル３Ｕ、Ｖ相のコイル３Ｖを有しており、各相コイル３Ｗ，３Ｕ，３Ｖは、単コイルＷ１〜Ｗ５、Ｕ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５から構成される。単コイルＷ１〜Ｗ５、Ｕ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５は、平角線からなる導線を一つのティースに巻回することで構成される。各単コイルＷ１〜Ｗ５、Ｕ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５は、周方向に繰り返し並ぶようにティースにそれぞれ配置されている。

複数の同相の単コイルＷ１〜Ｗ５、Ｕ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５を結線して構成される各相コイル３Ｗ，３Ｕ，３Ｖの各他端には、入力端子５Ｗ，５Ｕ，５Ｖがそれぞれ接続されている。入力端子５Ｗ，５Ｕ，５Ｖには、３相交流電力を出力する図示しないインバータが接続される。

図２に示すように、各相コイル３Ｗ，３Ｕ，３Ｖの各一端は、互いに接合されて中性点を構成する。各相コイル３Ｗ，３Ｕ，３Ｖは、入力端子５Ｗ，５Ｕ，５Ｖと中性点との間で並列接続されて２Ｙ結線（並列スター結線）される。すなわち、Ｗ相のコイル３Ｗは、単コイルＷ１〜Ｗ５が２組に分割されて、各組が並列接続されている。単コイルＷ１〜Ｗ５を２組に分割するには、回転電機の仕様等に基づいて、例えば、単コイルＷ１〜Ｗ３を直列接続した組と単コイルＷ４，Ｗ５を直列接続した組とに分割する。または、単コイルＷ１〜Ｗ３を並列接続した組と単コイルＷ４，Ｗ５を並列接続した組とに分割する。他の単コイルＵ１〜Ｕ５、Ｖ１〜Ｖ５についても同様である。なお、コイルの個数は５つに限定されない。

図３に示すように、コイルエンド３ａの外周面には、各相コイル３Ｗ，３Ｕ，３Ｖの各一端がそれぞれ接続される中性点バスバ６が溶接によって固定される。図３、４に示すように、中性点バスバ６は、コイルエンド３ａの外周面に沿う曲率で湾曲した帯状の本体部６１と、この本体部６１の長手方向の側面における一端部６１ａ、中央部６１ｂ、他端部６１ｃから屈曲して延出した複数の端子６２と、本体部６１の一端部６１ａにＵ字状に折り曲げられたクリップ６３とを備えている。中性点バスバ６は、導電性及び熱伝導性に優れた金属、例えば、銅からなる平角導線により構成される。この平角導線を打抜き加工や曲げ加工することによって、本体部６１、端子６２、クリップ６３が形成される。なお、クリップ６３を中性点バスバ６と一体形成しているが、クリップ６３を別体として中性点バスバ６に取り付けてもよい。

複数の端子６２は、Ｗ相のコイル３Ｗが２分割された２組にそれぞれ対応する２つの端子６２Ｗ１，６２Ｗ２と、Ｕ相のコイル３Ｕが２分割された２組にそれぞれ対応する２つの端子６２Ｕ１，６２Ｕ２と、Ｖ相のコイル３Ｖが２分割された２組にそれぞれ対応する２つの端子６２Ｖ１，６２Ｖ２との合計６つの端子から構成される。本体部６１は６つの端子６２Ｗ１，６２Ｗ２，６２Ｕ１，６２Ｕ２，６２Ｖ１，６２Ｖ２を備えるので、これら端子幅に対して本体部６１の帯状部分は幅広く設定されて強度が保たれている。

クリップ６３は、ステータコイル３の温度を検出する温度センサ７を挟み込んで保持している。クリップ６３に温度センサ７を挟み込んだ際に、クリップ６３と温度センサ７との間に隙間が生じた場合には樹脂を充填して温度センサ７を固定する。

温度センサ７は、中性点バスバ６を介してステータコイル３の温度を検出するサーミスタ素子７ａと、サーミスタ素子７ａから延出するリード線７ｂとを備えている。リード線７ｂは図示しない制御部に接続されており、サーミスタ素子７ａによって検出されたステータコイル３の温度情報は制御部に送信されてステータコイル３への電流制御等に用いられる。

図５Ａ、図５Ｂに示すように、ステータ１は、その回転軸線Ｌが略水平となるように車両に搭載されている。ステータ１の上方には、ステータコイル３に冷媒としての冷却オイルをコイルエンド３ａに供給する冷却パイプ１０が配置されている。冷却パイプ１０のステータコイル３のコイルエンド３ａに対向する位置には、コイルエンド３ａの外周面に向けて冷却オイルを吐出する吐出口１０ａが設けられている。冷却パイプ１０は、図示しない冷媒供給ポンプに接続されている。

冷媒供給ポンプによって冷却オイルが冷却パイプ１０に圧送されると、図中矢印Ａで示すように、冷却パイプ１０の吐出口１０ａからコイルエンド３ａに向けて、コイルエンド３ａの上側外周面に冷却オイルが降り注ぐように供給される。冷却オイルはコイルエンド３ａの内部や外周面を伝わってコイルエンド３ａの下側外周面を流れて、図示しないオイルパンに流れ落ちる。

次に中性点バスバ６を固定する際のクリップ６３の向きについて説明する。図５Ａ、図５Ｂに示すように、中性点バスバ６は、回転軸線Ｌを通る水平面Ｈと、コイルエンド３ａの外周面とが交差する位置に固定される。上述したように、ステータ１の上方からコイルエンド３ａの外周面に冷却オイルが供給される場合には、クリップ６３が、冷却オイルが供給される向き、すなわち、冷却オイルが流れてくる上流側を向くように、中性点バスバ６をコイルエンド３ａの外周面に固定する。換言すると、冷却オイルがクリップ６３のＵ字状に折り曲げられた箇所から降りかかるようにクリップ６３の向きを規定して、中性点バスバ６をコイルエンド３ａの外周面に固定する。

また、図５Ａにおいて、破線で示すように、中性点バスバ６が、回転軸線Ｌを通る水平面Ｈに対してコイルエンド３ａの上側外周面に配置される場合も、クリップ６３のＵ字状に折り曲げられた箇所が、冷却オイルが供給される向きを向くように中性点バスバ６を取り付ける。

さらに、図５Ａにおいて、一点鎖線で示すように、中性点バスバ６が、回転軸線Ｌを通る水平面Ｈに対してコイルエンド３ａの下側外周面に配置される場合においても、冷却オイルはコイルエンド３ａの外周面や内部を伝わって、ステータコイル３の下方に流れることで冷却オイルが温度センサ７にあたるおそれがあるので、クリップ６３のＵ字状に折り曲げられた箇所が、冷却オイルが流れてくる上流側を向くように中性点バスバ６を取り付ける。

以上、説明したように、コイルエンド３ａの外周面に冷却オイルが供給されても、冷却オイルはクリップ６３のＵ字状に折り曲げられた箇所に当たるようになり、温度センサ７へ直接当たることが抑制される。また、コイルエンド３ａの外周面等を伝わる冷却オイルも温度センサ７に直接当たることが抑制される。よって、ステータコイル３や中性点バスバ６よりも温度センサ７の温度が低下することが抑制され、冷却オイルにより冷却されたステータコイル３や中性点バスバ６の温度を精度よく検出することができる。

また、各相コイル３Ｗ，３Ｕ，３Ｖを２Ｙ結線する場合、通常は１Ｙ結線毎に中性点バスバを使用するが、上述した実施形態では、中性点バスバ６に、２Ｙ結線する各相コイル３Ｗ，３Ｕ，３Ｖの各端子に対応する端子６２Ｕ１，６２Ｕ２，６２Ｖ１，６２Ｖ２，６２Ｗ１，６２Ｗ２を設けているので、１つの中性点バスバ６で対応することができ、また、この中性点バスバ６に保持される１つの温度センサ７で温度検出も可能になるので、小型化、低コストを図ることができる。

次に、中性点バスバの変形例について説明する。図６に示すように、中性点バスバ８のクリップ８３が、帯状の本体部８１の幅よりも広い幅広形状に形成される。クリップ８３は、中性点バスバ８を形成する際に、幅広形状となるように打抜き加工して形成してもよいし、図４に示すクリップ６３を形成した後に、このクリップ６３をプレス加工によって押し伸ばして幅広形状としてもよい。このように、温度センサ７を保持するクリップ８３を幅広形状とすることによって、温度センサ７への冷却オイルの降りかかりをより抑制することができる。

１ステータ、２ステータコア、２ａヨーク、３ステータコイル、３Ｗ，３Ｕ，３Ｖ各相コイル、３ａコイルエンド、５Ｗ，５Ｕ，５Ｖ入力端子、６，８中性点バスバ、７温度センサ、７ａサーミスタ素子、７ｂリード線、１０冷却パイプ、１０ａ吐出口、６１本体部、６１ａ一端部、６１ｂ中央部、６１ｃ他端部、６２端子部、６２Ｕ１，６２Ｕ２，６２Ｖ１，６２Ｖ２，６２Ｗ１，６２Ｗ２端子、６３，８３クリップ。

Claims

コイルエンドの外面に冷媒が供給される三相のコイルと、各相コイルの一端がそれぞれ接続される中性点バスバとを備える回転電機のステータであって、
前記中性点バスバは、その一端に前記コイルの温度を検出する温度センサを保持するＵ字状に折り曲げられたクリップを備え、前記クリップのＵ字状に折り曲げられた箇所が前記冷媒の流れの上流側となるように前記コイルエンドの外面に取り付けられることを特徴とする回転電機のステータ。