JP6281499B2

JP6281499B2 - 回転電機用ステータ

Info

Publication number: JP6281499B2
Application number: JP2015003084A
Authority: JP
Inventors: 圭祐伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-01-09
Filing date: 2015-01-09
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2035-01-09
Also published as: JP2016129446A

Description

本発明は、ステータコアとステータコイルとを含む回転電機用ステータに関する。

回転電機では、ステータに巻回される環状コイルに電流が流れると、環状コイルに熱が発生し、環状コイルの温度が上昇する。環状コイルの温度が所定温度以上に上昇すると、例えば、ステータを構成する部品の一部が熱により損傷する可能性がある。このため、例えば、環状コイルに接続される中性線に温度センサを接触させて、環状コイルの温度を検出し、検出温度が所定の温度以上になれば、ステータに巻回される環状コイルに供給する電流を遮断し、環状コイルの温度上昇を防止するといった対応が求められる。

本発明に関連する技術として、例えば、特許文献１には、ステータコアのティースに巻回される複数相の環状コイルと、各相の環状コイルを電気的に接続する中性点接続部材に接触して設けられ、この中性点接続部材を介して各相の環状コイルの温度を検出する温度センサとを備えた回転電機のステータが記載されている。

特開２０１３−２１９９１３号公報

ところで、複数相のステータコイルを有する回転電機のステータでは、各相のステータコイルがそれぞれ２グループに分かれて並列接続され、各相ステータコイルの各グループが別々の中性点接続部材を介してそれぞれ電気的に接続される場合がある。このように２つの中性点接続部材を含むステータコイルの構成において、上記特許文献１に記載される技術を適用すると各中性点接続部材に対応して２つの温度センサが必要になり、コストや組付けの点で不利となる。

本発明の目的は、複数の中性線部材を備えるステータコイルの温度を１つの温度センサで各相コイルの過度な温度を検出できる回転電機用ステータを提供することにある。

本発明に係る回転電機用ステータは、円環状のヨーク、および、このヨークの周方向の複数個所で径方向に突出して設けられている複数のティースを有するステータコアと、前記ステータコアのティースに巻装される３つの相コイルからなるステータコイルと、前記ステータコイルの温度を検出する温度センサと、を備える回転電機用ステータであって、前記相コイル部は、各相入力端子に各一方側端部が並列接続される第１コイル群および第２コイル群をそれぞれ含み、前記各相コイル部の第１コイル群の他方側端部は第１中性線部材を介して互いに接続され、前記各相コイル部の第２コイル群の他方側端部は第２中性線部材を介して互いに接続され、前記温度センサは前記第１中性線部材と前記第２中性線部材とに接触して配置されているものである。

本発明に係る回転電機用ステータにおいて、前記第１および第２中性線部材は前記ステータコイルのコイルエンドにおいて周方向位置が重なるとともに径方向位置がずれて配置されており、前記温度センサは前記第１および第２中性線部材の間に挟持されて配置されていてもよい。

この場合、前記第１および第２中性線部材はステータの周方向に延伸する周方向延伸部をそれぞれ含み、前記温度センサは前記第１中性線部材の周方向の中央部分と前記第２中性線部材の周方向の中央部分との間に挟持されて配置されていてもよい。

本発明に係る回転電機用ステータによれば、第１中性線部材と第２中性線部材とに接触して温度センサを配置しているため、１つの温度センサで各中性線部材を介して各相コイルの過度な温度上昇を検出することができる。これにより、コスト抑制と組付性向上を図れる。

本発明の一実施形態である回転電機用ステータを示す斜視図である。図１に示したステータのステータコアを構成する複数の分割コアのティースに各コイルが巻回されている様子を示す拡大斜視図である。図１に示したステータコイルの結線状態を概略的に示す図である。図１に示したステータのステータコイルに設けられる２つの中性線部材と温度センサとを示す斜視図である。２つの中戦線部材に対する温度センサの配置の別例を示す部分拡大図である。

以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は、回転電機用ステータ（以下、適宜に「ステータ」とだけいう）１０を示す斜視図である。ステータ１０は、略円筒状をなしており、その内側に図示しないロータがギャップを介して回転自在に設けられることで回転電機が構成される。

ステータ１０は、ステータコア１２と、ステータコイル１４とを備える。ステータコア１２は、円環状のヨーク１６と、ヨーク１６から径方向に突出して設けられている複数のティース１８とを有する。ティース１８は、ヨーク１６の周方向に関して等間隔の複数個所に形成されている。

図２は、ステータコア１２を構成する複数の分割コア１７のティース１８に各コイル２０が巻回されている様子を示す拡大斜視図である。本実施形態のステータコア１２は、複数の分割コア１７を円環状に配置して構成されている。各分割コア１７は、ティース１８がステータ１０の径方向内側を向くように、ステータ周方向に沿って環状に配置される。そして、円環状に配列された複数の分割コア１７の外周に図示しない金属製の円筒部材を例えば焼嵌め等で固定することによって、各分割コア１７が締結固定される。

図２に示すように、複数の分割コア１７のティース１８にはコイル２０が集中巻で巻回されている。本実施形態では、コイル２０は、導電性及び熱伝導性に優れた金属、例えば、銅線等からなる角形導線で構成される。また、コイル２０は、両端部を除く周囲に、ポリアミドイミド等により構成されるエナメル樹脂等からなる絶縁部材によって被覆されている。各コイル２０の両端部は、接続端子２２としてステータ軸方向の一方側のコイルエンド１９に引き出されている。これらの接続端子２２は、図１に示すように各コイル２０同士をバスバー１５で接続するか、または、後述する中性線部材を接続するために用いられる。

なお、上記ステータ１０のステータコア１２は、複数の分割コア１７を用いて構成するものとして説明したが、その他の方法で構成してもよい。例えば、ステータコア１２は、円環状に打ち抜き加工された電磁鋼板等の金属板のステータ軸方向に積層して一体に連結することにより構成されてもよい。

図３は、図１に示したステータコイル１４の結線状態を概略的に示す図である。図３において、各相入力端子２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗは、図示しないインバータに接続されて、ステータコイル１４に対して三相交流電力が入出力される端子である。

本実施形態のステータ１０は、例えば三相交流同期型の回転電機に用いられる。したがって、本実施形態におけるステータコイル１４は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルの３つの相コイルによって構成されている。ここでは、本実施形態では１２個のコイル２０が周方向に並んで配列されており、各相コイルがそれぞれ４つのコイル２０によって構成される例について説明するが、もちろん、その他の個数であってもよい。以下では、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１２の各コイル２０がステータ周方向に沿って並んでいるものとして説明する。

図３に示すように、Ｕ相コイルは、Ｕ相入力端子２４Ｕに各一方側端部が並列接続された第１コイル群Ｕ１および第２コイル群Ｕ２によって構成される。第１コイル群Ｕ１は、Ｎｏ．１とＮｏ．４のコイル２０がバスバー１５（図１参照）を介して直列接続されて構成されている。第２コイル群Ｕ２は、Ｎｏ．１０とＮｏ．７のコイル２０がバスバー１５を介して直列接続されて構成されている。

Ｖ相コイルは、Ｖ相入力端子２４Ｖに各一方側端部が並列接続された第１コイル群Ｖ１および第２コイル群Ｖ２によって構成される。第１コイル群Ｖ１は、Ｎｏ．２とＮｏ．５のコイル２０がバスバー１５を介して直列接続されて構成されている。第２コイル群Ｖ２は、Ｎｏ．１１とＮｏ．８のコイル２０がバスバー１５を介して直列接続されて構成されている。

Ｗ相コイルは、Ｗ相入力端子２４Ｗに各一方側端部が並列接続された第１コイル群Ｗ１および第２コイル群Ｗ２によって構成される。第１コイル群Ｗ１は、Ｎｏ．３とＮｏ．６のコイル２０がバスバー１５を介して直列接続されて構成されている。第２コイル群Ｗ２は、Ｎｏ．１２とＮｏ．９のコイル２０がバスバー１５を介して直列接続されて構成されている。

なお、本実施形態では各相コイルの第１および第２コイル群がそれぞれ２つのコイル２０を含んで構成される例について説明するが、上記第１および第２コイル群がそれぞれ３つ以上のコイル２０を含んで構成されてもよい。

Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相コイルの各第１コイル群Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の他方側端部２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗは、第１中性線部材２８によって互いに電気的に接続されている。また、各相コイルの各第２コイル群Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の他方側端部３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗは、第２中性線部材３２によって互いに電気的に接続されている。そして、第１および第２中性線部材２８，３２の両方に接触した状態で１つの温度センサ３４が設けられている。

図４は、図１に示したステータ１０のステータコイル１４に設けられる２つの中性線部材と温度センサとを示す斜視図である。図４に示すように、第１中性線部材２８と第２中性線部材３２は、ステータ１０のコイルエンド１９において、周方向位置がほぼ重なる位置であって径方向位置がずれて配置されている。

また、第１および第２中性線部材２８，３２は、例えば銅線等の金属導体にエナメル樹脂等による絶縁部材を被覆した角形導線で形成される。そして、第１および第２中性線部材２８，３２では、上記各相コイルの第１および第２コイル群の他方側端部２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ，３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗに接続される軸方向延伸部の先端部分については、上記絶縁部材が除去されて金属導体が露出した状態になっている。

第１中性線部材２８は、Ｕ相コイルの第１コイル群Ｕ１の他方側端部２６Ｕに接続される軸方向延伸部２８ａと、この軸方向延伸部２８ａから折れ曲がって周方向に延伸する周方向延伸部２８ｂと、この周方向延伸部２８ｂから軸方向に折れ曲がってＶ相コイルの第１コイル群Ｖ１の他方側端部２６Ｖに接続される軸方向延伸部２８ｃと、この軸方向延伸部２８ｃの先端で折り返してから周方向に折れ曲がって更に延伸する周方向延伸部２８ｄと、この周方向延伸部２８ｄから軸方向に折れ曲がって延伸してＷ相コイルの第１コイル群Ｗ１の他方側端部２６Ｗに接続される軸方向延伸部２８ｅとを有する。このような第１中性線部材２８は、１本の角形導線を折り曲げ形成することによって形成することができる。また、各相コイルの第１コイル群Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１の各他方側端部２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗと第１中性線部材２８の各軸方向延伸部２８ａ，２８ｃ，２８ｅとは、例えばＴＩＧ溶接等の溶接によってそれぞれ接続されている。

第２中性線部材３２は、Ｕ相コイルの第２コイル群Ｕ２の他方側端部３０Ｕに接続される軸方向延伸部３２ａと、この軸方向延伸部３２ａから折れ曲がって周方向に延伸する周方向延伸部３２ｂと、この周方向延伸部３２ｂから軸方向に折れ曲がってＶ相コイルの第２コイル群Ｖ２の他方側端部３０Ｖに接続される軸方向延伸部３２ｃと、この軸方向延伸部３２ｃの先端で折り返してから周方向に折れ曲がって更に延伸する周方向延伸部３２ｄと、この周方向延伸部３２ｄから一旦Ｕ字状に折り返してから軸方向に折れ曲がって延伸してＷ相コイルの第２コイル群Ｗ２の他方側端部３０Ｗに接続される軸方向延伸部３２ｅとを有する。このような第２中性線部材３２もまた、１本の角形導線を折り曲げ形成することによって形成することができる。また、各相コイルの第２コイル群Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２の各他方側端部３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗと第２中性線部材３２の各軸方向延伸部３２ａ，３２ｃ，３２ｅとは、例えばＴＩＧ溶接等の溶接によってそれぞれ接続されている。

温度センサ３４は、第１中性線部材２８および第２中性線部材３２の両方に接触して配置されている。温度センサ３４には、例えばサーミスタを好適に用いることができる。本実施形態では、温度センサ３４は、第１中性線部材２８の周方向延伸部２８ｄと第２中性線部材３２の周方向延伸部３２ｂとに挟持されて保持されている。

温度センサ３４の周囲を樹脂モールドで覆って第１および第２中性線部材２８，３２に対する温度センサ３４の固定をより確実なものとしてもよい。あるいは、温度センサ３４の接着剤で第１および第２中性線部材２８，３２に接着固定するか、温度センサ３４の周囲にテープや糸を巻いて第１および第２中性線部材２８，３２に固定してもよい。

このように温度センサ３４を挟んだ状態で第１および第２中性線部材２８，３２が一体に固定されることで、第１および第２中性線部材２８，３２および温度センサ３４を含む構造の固有振動周波数が高くなる。その結果、ステータ１０が組み込まれた回転電機が駆動されてロータが回転動作するとき、第１および第２中性線部材２８が振動しにくくなり、騒音の発生を抑制することができる。また、下記するように第１中性線部材２８および第２中性線部材３２の各中央部分を温度センサ３４を介して固定することで、振幅が大きくなる箇所を押さえることができより効果的である。

さらに、温度センサ３４は、ステータ周方向に関し、第１中性線部材２８の中央部分と第２中性線部材３２の中央部分との間に接触して固定されるのが好ましい。このような位置に温度センサ３４を配置することで、各相コイルの第１および第２コイル群Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２の各他方側端部２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ，３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗまでの伝熱抵抗がほぼ等しくなるため、上記第１および第２コイル群Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２が過度に昇温したときの温度検出感度を同等にすることができる。

上述したように、本実施形態の回転電機用ステータ１０によれば、各相コイルが第１および第２コイル群からそれぞれ構成され、各相コイルの第１コイル群Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１が第１中性線部材２８で互いに接続され、各相コイルの第２コイル群Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２が第２中性線部材３２で互いに接続されるステータコイル１４において、１つの温度センサ３４を第１および第２中性線部材２８，３２に接触して配置している。これにより、１つの温度センサ３４で第１および第２中性線部材２８，３２を介して各相コイルの過度な昇温を検出することができる。この場合、温度センサ３４は、第１および第２中性線部材２８，３２の両方に接触配置されているため、どちらか高温の中性線部材の温度が検出されることになるが、いずれかのコイル群で過度な昇温が生じている状態を検出できれば足りるので問題はない。このように１つの温度センサ３４で２つの中性線部材２８，３２を介して各相コイルの温度検出を行うことができるので、ステータ１０のコスト抑制および組付け性向上を図れる。

なお、本発明は上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記においては第１中性線部材２８の周方向延伸部２８ｄと第２中性線部材３２の周方向延伸部３２ｂとの間に温度センサ３４を挟持して配置したが、これに限定されるものではない。図５に示すように、第１中性線部材２８の軸方向延伸部２８ｃと第２中性線部材３２の軸方向延伸部３２ｃとをステータ周方向に並べて配置し、各軸方向延伸部２８ｃ，３２ｃで温度センサ３４を挟持して配置するようにしてもよい。

１０回転電機用ステータ、１２ステータコア、１４ステータコイル、１５バスバー、１６ヨーク、１７分割コア、１８ティース、１９コイルエンド、２０コイル、２２接続端子、２４ＵＵ相入力端子、２４ＶＶ相入力端子、２４ＷＷ相入力端子、２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ（第１コイル群の）他方側端部、３０Ｕ，３０Ｖ，３０Ｗ（第２コイル群の）他方側端部、２８第１中性線部材、２８ａ，２８ｃ，２８ｅ，３２ａ，３２ｃ，３２ｅ軸方向延伸部、２８ｂ，２８ｄ，３２ｂ，３２ｄ周方向延伸部、３２第２中性線部材、３４温度センサ、Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１（各相コイルの）第１コイル群、Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２（各相コイルの）第２コイル群。

Claims

円環状のヨーク、および、このヨークの周方向の複数個所で径方向に突出して設けられている複数のティースを有するステータコアと、
前記ステータコアのティースに巻装される３つの相コイルからなるステータコイルと、
前記ステータコイルの温度を検出する温度センサと、
を備える回転電機用ステータであって、
前記相コイル部は、各相入力端子に各一方側端部が並列接続される第１コイル群および第２コイル群をそれぞれ含み、前記各相コイル部の第１コイル群の他方側端部は第１中性線部材を介して互いに接続され、前記各相コイル部の第２コイル群の他方側端部は第２中性線部材を介して互いに接続され、前記温度センサは前記第１中性線部材と前記第２中性線部材とに接触して配置されている、
回転電機用ステータ。
請求項１に記載の回転電機用ステータにおいて、
前記第１および第２中性線部材は前記ステータコイルのコイルエンドにおいて周方向位置が重なるとともに径方向位置がずれて配置されており、前記温度センサは前記第１および第２中性線部材の間に挟持されて配置されている、回転電機用ステータ。
請求項２に記載の回転電機用ステータにおいて、
前記第１および第２中性線部材はステータの周方向に延伸する周方向延伸部をそれぞれ含み、前記温度センサは前記第１中性線部材の周方向の中央部分と前記第２中性線部材の周方向の中央部分との間に挟持されて配置されている、回転電機用ステータ。