JP5741327B2

JP5741327B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5741327B2
Application number: JP2011188133A
Authority: JP
Inventors: 金重　慶一; 慶一金重
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: US20140184031A1; WO2013030644A3; EP2751912A2; CN103891111A; JP2013051806A; WO2013030644A2

Description

本発明は、回転電機のステータの構造に関する。

電動機などの回転電機は、運転によって発熱する。特に回転電機の負荷が過大となった場合には、コイルの温度が大きく上昇し、絶縁不良や焼損を引き起こす場合がある。このため、コイルに温度センサを取り付けてコイルの温度を監視することが行われている。

コイルに温度センサを取り付ける方法としては、ステータコアのスロットの間に形成されたコイルエンドのトンネル状の隙間にかまぼこ型の樹脂製のガイドを差込み、ガイドによってコイルエンドの表面に温度検出素子を押し付ける方法（例えば、特許文献１参照）や、スポンジや、中空ゴムを介してブラケットに温度センサを取り付け、ブラケットをケーシングに組み込んだ際に温度センサがコイルエンドの表面に押し付けられるようにして温度センサをコイルエンドの表に押圧する方法（例えば、特許文献２参照）や、コイルエンドに取り付ける樹脂製の中性点ケースのコイルエンド側の表面に温度センサを取り付け、中性点ケースをコイルエンドに樹脂製のバンドで取り付けると、バンドの張力により温度センサがコイルエンドの表面に押し付けられるようにする方法（例えば、特許文献３参照）や、コイルエンドを成形する際にダミー部材によってコイルエンドの表面に凹部を形成し、この凹部に温度センサを取り付けてコイルエンドの温度を測定する方法（例えば、特許文献４参照）等が提案されている。

特開２００３−９２８５８号公報特開２００３−３２９６４号公報特開２００８−２９１２７号公報特開２００８−２２６７９号公報

しかし、特許文献１から３に記載された従来技術は、いずれも、樹脂の弾性を利用してコイルエンドの表面に温度センサを押し付けてコイルエンドの温度を的確に測定しようとするものであるが、運転中のモータなどの回転電機の内部は温度が高くなるので、樹脂が劣化したり、応力が掛かった状態が継続することによりクリープが発生し、樹脂部品が変形したりするため、長期間安定して温度センサをコイルに押し当てておくことができず、経年的に誤った温度を検出してしまう場合があるという問題があった。

また、特許文献４に記載された従来技術は、コイルエンドの成形の際にダミーを挿入してコイルエンドに凹部を形成し、この凹部に温度センサを取り付けるものであるが、ダミーの挿入、取り外し、に手間が掛かることや、凹部に温度センサを埋め込むことから温度センサが故障した際の交換が難しいことなどからその応用範囲は限られていた。

一方、金属の弾性力を利用して温度センサをコイルエンドに押し付ける方法は、金属の劣化が少なく、長期間に渡って安定して温度センサをコイルの表面に押し付けておくことは可能となるが、金属部品は熱伝導率が大きく、周囲の温度、例えば、冷却油の温度やケーシング内部の空気温度等を温度センサに伝達してしまうため、周囲の環境によって温度センサの出力に誤差が発生してしまうという問題があった。

本発明は、長期間安定して正確にコイルの温度を測定することを目的とする。

本発明の回転電機は、ケーシングの内部に固定されたステータコアと、前記ステータコアに巻回されたコイルの軸方向端部に形成されたコイルエンドと、前記ケーシングに固定される本体部、及び前記本体部から前記コイルエンドの外側面に向かって延びる金属製の弾性体アームを有するブラケットと、前記弾性体アームの先端に取り付けられ、前記コイルエンドの外側面に接触して前記コイルエンドの温度を検出するサーミスタを保持する樹脂製のサーミスタホルダと、を含み、前記弾性体アームは、前記本体部との接続部から前記ステータコアの径方向に対し傾斜するように延びており、前記サーミスタホルダに保持されたサーミスタの温度検出部をコイルエンドの径方向外側面に弾性的に押し付けることを特徴とする。

本発明の回転電機において、前記弾性体アームは、前記サーミスタの温度検出部を円環状のコイルエンドの中心に向かって前記コイルエンドの径方向外側面に押圧する様にサーミスタホルダに接続されていること、としても好適である。

本発明の回転電機において、前記サーミスタホルダは、一端側の前記コイルエンドの径方向外側面に対向する面に前記サーミスタの前記温度検出部が位置するように前記サーミスタを保持し、前記弾性体アームは、前記サーミスタホルダの前記一端側の前記コイルエンドの径方向外側面に対向する面と反対側の面に接続されていること、としても好適である。

本発明の回転電機において、前記弾性体アームと前記サーミスタとは、前記サーミスタホルダによって熱的に絶縁されていること、としても好適である。

本発明の回転電機において、前記サーミスタホルダは、前記サーミスタの前記コイルエンドの外側面に接触しない部分を覆うようにサーミスタを取り囲んでいること、としても好適である。

本発明は、長期間安定して正確にコイルの温度を測定することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態におけるステータの構成を示す斜視図である。本発明の実施形態におけるステータの平面図である。図２に示すＡ−Ａの断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示す様に、本実施形態の回転電機１００は、ケーシング１０の内部に固定されたステータ２０と、ケーシング１０の固定部１１に取り付けられた金属製のブラケット３０と、ブラケット３０のアーム３４の先端３５に取り付けられた樹脂製のサーミスタホルダ４０と、を備えている。ステータ２０は、ケーシング１０の内面に固定されたステータコア２１と、ステータコア２１に巻回されたコイルと、そのコイルの巻回によってステータ２０の軸方向端面に形成された円環状のコイルエンド２２とを備えている。コイルエンド２２は、その断面がかまぼこ型或いは矩形である。ブラケット３０は、本体３１と、本体３１からコイルエンド２２の外側面２３に向かって斜めに延びるアーム３４とを備えている。本体３１は、カタツムリ型の薄い金属板で、ケーシング１０の内周面に向かって折り曲げられている折り曲げ爪３２，３３を備えており、この折り曲げ爪３２，３３をケーシング１０の内周面に引っ掛け、ワッシャ１３を介してボルト１２を締め付けることにより、ケーシング１０の固定部１１に固定される。アーム３４は、折り曲げ爪３３に連続する薄い金属帯板で、図２に示す様に、回転電機１００の水平軸７１から反時計周りに角度αだけ回った位置から、コイルエンド２２の外側面２３に向かって傾斜して延びている。そして、その先端３５の中心３７は、水平軸７１に達している。アーム３４は金属製で弾性体である。

図３に示す様に、アーム３４の先端３５は樹脂製のサーミスタホルダ４０にインサート成形によって接続されている。図２に示す様に、サーミスタホルダ４０は、略直方体で、コイルエンド２２の側には棒状のサーミスタ５０が取り付けられている。サーミスタ５０の温度を検出する温度検出部位５１は、サーミスタホルダ４０の一端４２の側にあって回転電機１００の水平軸７１の位置のコイルエンド２２の外側面２３に接触するよう配置されている。従って、アーム３４の先端３５の中心３７と、サーミスタ５０の温度検出部位５１は共に回転電機１００の水平軸７１の線上に位置するように構成されている。つまり、サーミスタホルダ４０は、一端４２側のコイルエンド２２の外側面２３に対向する面４４にサーミスタ５０の温度検出部位５１が位置するようにサーミスタ５０を保持し、金属製で弾性体のアーム３４は、サーミスタホルダ４０の一端４２側のコイルエンド２２の外側面２３に対向する面４４と反対側の面４５に接続されており、アーム３４の先端３５の中心３７と、サーミスタ５０の温度検出部位５１は共に回転電機１００の水平軸７１の線上に位置するように構成されている。また、サーミスタホルダ４０の根元４３側には棒状のサーミスタ５０の根元部５２が配置され、サーミスタ５０の根元部５２に接続される温度の検出信号を出力する出力線６０が図２の上方向に向かって延出している。

図３に示す様に、サーミスタホルダ４０は、サーミスタ５０のコイルエンド２２の外側面２３に接触しない部分を覆うようにサーミスタ５０を取り囲んでいる。従って、サーミスタ５０はコイルエンド２２に向かう側の面の先端部分のみがサーミスタホルダ４０から露出している以外は、サーミスタホルダ４０の樹脂によって囲まれている。

以上のように構成された回転電機１００において、ブラケット３０をケーシング１０の固定部１１にボルト１２で固定すると、サーミスタ５０の温度検出部位５１がコイルエンド２２の外側面２３に接し、アーム３４が本体３１の方に向かって撓み、この変形の際の反力によってアーム３４はサーミスタ５０の温度検出部位５１をコイルエンド２２の外側面２３に押圧する。アーム３４は、金属製であるので、その弾性力は経年的に劣化せず、長期間に渡って安定してサーミスタ５０の温度検出部位５１をコイルエンド２２の外側面２３に押し付けることができる。また、押し付け位置が長期にわたって安定し、ずれることがなく、安定してコイルエンド２２の外側面２３の温度を検出することができる。

また、図３に示す様に、アーム３４は、サーミスタ５０との間にサーミスタホルダ４０の樹脂層が介在するようにインサート成形されているので、ブラケット３０のアーム３４を伝わってきた熱は、サーミスタホルダ４０の樹脂層によって絶縁され、アーム３４の先端３５からサーミスタ５０に伝わらず、サーミスタ５０がケーシング１０の温度等によって影響を受けることを抑制することができる。

更に、サーミスタ５０はコイルエンド２２に向かう側の面の先端部分のみがサーミスタホルダ４０から露出している以外は、サーミスタホルダ４０の樹脂によって囲まれているので、冷却油等がサーミスタ５０の温度検出部位５１に掛からず、冷却油が誤った温度を検出することが抑制される。

また、図２に示す様に、アーム３４の先端３５の中心３７と、サーミスタ５０の温度検出部位５１は共に回転電機１００の水平軸７１の線上に位置するように構成されているので、アーム３４は、サーミスタ５０の温度検出部位５１を円環状のコイルエンド２２の中心に向かって押し付けることでき、サーミスタ５０の温度検出部位５１がコイルエンド２２の外側面２３から離れないように保持することができる。更に、上記の構造により、アーム３４よる押し付け力はサーミスタホルダ４０に曲げ応力を及ぼさないので、押し付け力によりサーミスタホルダ４０に変形が発生することが抑制される。

１０ケーシング、１１固定部、１２ボルト、１３ワッシャ、２０ステータ、２１ステータコア、２２コイルエンド、２３外側面、３０ブラケット、３１本体、３２，３３折り曲げ爪、３４アーム、３５先端、３７中心、４０サーミスタホルダ、４２一端、４３根元、４４，４５面、５０サーミスタ、５１温度検出部位、５２根元部、６０出力線、７１水平軸、１００回転電機。

Claims

ケーシングの内部に固定されたステータコアと、
前記ステータコアに巻回されたコイルの軸方向端部に形成されたコイルエンドと、
前記ケーシングに固定される本体部、及び前記本体部から前記コイルエンドの外側面に向かって延びる金属製の弾性体アームを有するブラケットと、
前記弾性体アームの先端に取り付けられ、前記コイルエンドの外側面に接触して前記コイルエンドの温度を検出するサーミスタを保持する樹脂製のサーミスタホルダと、
を含み、
前記弾性体アームは、前記本体部との接続部から前記ステータコアの径方向に対し傾斜するように延びており、前記サーミスタホルダに保持されたサーミスタの温度検出部をコイルエンドの径方向外側面に弾性的に押し付けることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、
前記弾性体アームは、前記サーミスタの温度検出部を円環状のコイルエンドの中心に向かって前記コイルエンドの径方向外側面に押圧する様にサーミスタホルダに接続されていること、
を特徴とする回転電機。
請求項２に記載の回転電機であって、
前記サーミスタホルダは、一端側の前記コイルエンドの径方向外側面に対向する面に前記サーミスタの前記温度検出部が位置するように前記サーミスタを保持し、
前記弾性体アームは、前記サーミスタホルダの前記一端側の前記コイルエンドの径方向外側面に対向する面と反対側の面に接続されていること、
を特徴とする回転電機。
請求項３に記載の回転電機であって、
前記弾性体アームと前記サーミスタとは、前記サーミスタホルダによって熱的に絶縁されていること、
を特徴とする回転電機。
請求項２から４のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記サーミスタホルダは、前記サーミスタの前記コイルエンドの外側面に接触しない部分を覆うようにサーミスタを取り囲んでいること、
を特徴とする回転電機。
請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機であって、
前記本体部は、ケーシングの軸方向端面上に位置する金属板部分と、前記金属板部分から前記ケーシングの内周面に沿って軸方向に伸びる爪部を有し、前記弾性体アームは、前記爪部に連続する帯板によって形成されること、
を特徴とする回転電機。