JP5621810B2

JP5621810B2 - 回転電機

Info

Publication number: JP5621810B2
Application number: JP2012089831A
Authority: JP
Inventors: 正幸池本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-04-11
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2032-04-11
Also published as: JP2013219961A; US20130270973A1

Description

本発明は、回転電機に関し、特に回転電機のコイルの温度測定に係る構造に関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。

回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材（ステータ）にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材（ロータ）が回転する。

回転電機は運転に伴って発熱し、温度上昇が生じる。この温度上昇は、回転電機の各部に不具合を生じさせる可能性がある。特に、電流が流れるコイルが発熱が大きく、温度が上昇しやすいため、回転電機の温度を管理するために、コイルの温度が監視されている。下記特許文献１では、三相のコイルの中性点を構成する棒状、または細長い板状の中性点端子に、その長さ方向に対して直交する板片を設け、この板片を温度検出素子に巻き付けている。中性点端子は、コイルと電気的に接続されているため、コイルと等しい電流が流れ、電流による発熱もコイルに近いものになる。また、上記の板片を温度検出素子に巻き付けているために、これらの接触面積が増加し、温度変化の時間遅れを小さくしている。

特開２００８−１３１７７５号公報

上記特許文献１においては、温度検出素子に巻き付く板片を中性点端子に、張り出すようにして設けているため、中性点端子の断面積が、コイルを形成するコイル導線の断面積と異なっている。このため、板片が設けられた部分の中性点端子の電流密度が低くなり、検出される温度がコイル導線の温度と相違することがある。

本発明は、よりコイル導電の温度に近い温度を検出することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、回転電機のコアに装着されてコイルを形成するコイル導線と、コイルを中性点に接続する中性線と、中性線が巻き付いて接触し、中性線の温度を検出する温度センサと、を有している。中性線は、温度センサと接触する部分においてコイル導線と同一の断面積を有し、温度センサとの接触面積が増加するようコイル導線より幅が広がっている。

また、中性線は、長さ方向において曲がった部分を有することができ、この曲がった部分により温度センサに巻き付くようにできる。

さらにまた、温度センサに巻き付いている中性線の部分と、中性線が巻き付いている温度センサの部分とがモールド材に埋め込まれるようにできる。

中性線の、温度センサと接触する部分の断面積をコイル導線と同一の断面積とすることで、温度検出部分の電流密度が、コイル導線の電流密度に等しくなり、コイルの温度により近い温度を検出することができる。

回転電機のステータを回転軸線方向から視た外観図である。中性線と温度センサの周辺の拡大斜視図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、回転電機のステータ１０を回転電機の回転軸線の方向から視た外観を示す図である。ステータ１０は、略円筒のステータコア１２と、ステータコア１２に巻回されるコイル１４を有する。ステータコア１２は、円筒の内周に、周方向に沿って凸部が配列される。凸部の間の部分は、スロット１５と呼ばれ、ここにコイル導線１６（図２参照）が挿入される。コイル導線は、例えば断面が長方形の平角導線であり、所定の形状の曲げられたものがスロット１５に挿入されて装着される。そして、互いに溶接されて、ステータコア１２に巻回されたコイル１４が形成される。

コイルは、三相交流の相ごとに設けられ、各相のコイル１４の一端が３本の動力線１８に溶接等によりそれぞれ接続されている。動力線１８を介して外部から三相交流電力が各相のコイル１４に供給される。各相のコイル１４のもう一方の端は、中性線２０により中性点に接続される。このステータ１０においては、１本の中性線２０に２相を接続し、この２相のうちの１相と残りの１相をもう１本の中性線２１で接続している。この場合、これらの２本の中性線２０，２１が接続される相のコイルの端が中性点となる。中性線２０，２１のいずれかに温度センサ２２が接して配置される。温度センサ２２は、サーミスタなどの温度検出素子を内蔵している。

図２は、中性線２０と温度センサ２２の周辺の拡大斜視図である。図２に示すように、コイル導線１６は、ステータコア１２のスロット１５から出て、ステータコア１２の円筒の端面に隣接する領域で所定形状に屈曲されている。このステータコア隣接領域において、コイル導線の端同士を溶接等により接合してコイルが形成される。コイル１４のステータコア１２端面から外側に位置する部分は、コイルエンドと呼ばれる。この実施形態では、複数のコイル導線をコイルエンドにおいて接合することにより、ステータコア１２の円筒内周に配列された凸部に巻回されるコイル１４が形成される。そして、この凸部が磁極となる。

図２に示されるように、１相のコイル１４のコイル導線の端１６ａが動力線１８と接合されている。また、１相のコイル導線の端１６ｂが中性線２１を間に挟むようにして中性線の端２０ａに接合されている。さらに、中性線２０は、その端２０ｂにて別の相のコイル導線の端１６ｃに接合されている。中性線２０は、コイル導線１６と同一素材、同一断面積を有する線材であり、好適には、同一の断面形状を有する。中性線２０は、コイル導線の端１６ａに接合された一方の端２０ａから、コイルエンドの外周側を周方向に延びて他方の端２０ｂに達する。その途中に、温度センサ２２に巻き付く巻き付き部２４が形成されている。

巻き付き部２４は、中性線２０を構成する線材を、その長さ方向においてＵ字形に曲げて形成され、Ｕ字の底の円弧形状の部分で温度センサ２２に巻き付くようにして接触し、これを囲んでいる。中性線の巻き付き部２４は、温度センサ２２の外形に沿う形状とすることが好ましく、温度センサ２２が丸棒または円柱であれば、これに接触する部分を円弧形状とする。この実施形態の場合、巻き付き部２４は、温度センサ２２の外周の約半周に巻き付いている。巻き付き部は、Ｕ字形以外の形状であってよく、半周を超えて巻き付くようにしてもよく、また螺旋状に巻き付けてもよい。中性線２０と温度センサ２２の接触面積が増加することで、温度検出の応答性が向上する。また、中性線２０の、温度センサ２２に接触する部分において、中性線の断面積を維持したまま幅を増やし（つまり薄くして）、接触面積を更に増加させるようにしてもよい。

また、巻き付き部２４は、中性線２０を幅方向に曲げて、または湾曲させて形成してもよい。この場合、中性線２０と温度センサ２２は並行して延び、湾曲した部分が温度センサ２２の丸棒または円筒の外周に沿うようにできる。また、断面積を維持したまま、幅を増やすこともできる。

中性線の、温度センサ２２に接触する部分が、コイル導線１６と同一の断面積を有することで、この部分の電流密度が１相のコイル導線１６の電流密度に等しくなる。これにより、コイル導線１６の温度により近い温度を検出することができる。

巻き付き部２４のＵ字形は、棒状の温度センサ２２の長さ方向に対し交差する面内に、特に直交する面内に配置することができる。この回転電機のステータ１０においては、棒状の温度センサ２２が、回転電機の回転軸線に直交する面内に配置されており、これに合わせて、中性線の巻き付き部２４のＵ字形は、回転軸線に沿う方向が上下となるように配置される。巻き付き部２４のＵ字形の配置は、温度センサ２２の配置に合わせて変更され、例えば温度センサ２２が回転軸線に沿う方向に配置される場合には、Ｕ字形は回転軸線に直交する方向に配置するようにできる。

中性線の巻き付き部２４と、これに巻き付かれている温度センサ２２の部分は、樹脂等のモールド材２６に埋め込まれている。巻き付き部２４と温度センサ２２の上記部分を囲むように型を配置し、型内に液状の樹脂を注入、硬化させて、すなわちインサート成形によって、埋込型の温度検出部２８が形成されている。

埋込型の温度検出部２８とすることにより、液冷式の回転電機において、温度測定の精度が向上する。液冷式の場合、コイル１４に冷却液を掛けて冷却を行う。このため、温度センサ２２および中性線２０が露出していると、ここにも冷却液が掛かり、冷やされてしまう。一方、コイル導線１６において、温度が高くなる部分は、冷却液が掛からない、または掛かりにくいスロット１５内に配置された部分である。したがって、温度センサ２２およびその周囲に冷却液が掛かると、この部分の温度が下がり、コイル導線１６の温度との乖離が生じる。このように液冷式の場合、実際に知りたい部分であるスロット１５内のコイル導線１６の温度を精度良く測定することができない場合がある。このステータ１０では、埋込型の温度検出部２８を用いることにより、温度センサ２２およびその周辺の中性線２０に直接冷却液が掛からなくなり、冷却液による温度低下が避けられる。

１０ステータ、１４コイル、１５スロット、１６コイル導線、２０，２１中性線、２２温度センサ、２４巻き付き部、２６モールド材、２８埋込型の温度検出部。

Claims

回転電機のコアに装着されてコイルを形成するコイル導線と、
コイルを中性点に接続する中性線と、
中性線が巻き付いて接触し、中性線の温度を検出する温度センサと、
を有し、
中性線は、温度センサと接触する部分においてコイル導線と同一の断面積を有し、温度センサとの接触面積が増加するようにコイル導線より幅が広がっている、
回転電機。
請求項１に記載の回転電機であって、中性線は、長さ方向において曲がった部分を有し、この曲がった部分が温度センサに巻き付いている、回転電機。
請求項１または２に記載の回転電機であって、温度センサに巻き付いている中性線の部分と、中性線が巻き付いている温度センサの部分は、モールド材に埋め込まれている、回転電機。