(57)【要約】【課題】回転電機の搭載状況に応じた最適の箇所でステータ巻線の温度を検出することである。【解決手段】回転電機１０のステータ２０はステータコア３０を備える。ステータコア３０は、円環状のバックヨーク３２、バックヨーク３２から内周側に突き出す複数のティース３４、及び、隣接するティース３４間の空間である複数のスロット３６を含む。ステータ２０は、ステータコア３０の各ティース３４に巻回されたステータ巻線４０を備える。さらに、ステータ２０は、各ティース３４の軸方向端面とステータ巻線４０との間にそれぞれ配置されてステータ巻線４０の曲り形状を案内する絶縁材で構成されたティースカフサ部５２を備える。そして、各ティースカフサ部５２にそれぞれ設けられた温度検出素子６２用の素子配置穴６０と、複数の素子配置穴６０の少なくとも１つに配置された温度検出素子６２とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有するロータ、及び前記ロータの外周面と所定の間隔を隔てて配置されたステータで構成される回転電機であって、前記ステータは、
円環状のバックヨーク、前記バックヨークから内周側に突き出す複数のティース、及び、隣接する前記ティース間の空間である複数のスロットを含むステータコアと、
前記ステータコアの前記ティースに巻回されたステータ巻線と、
前記複数のティースの軸方向端面と前記ステータ巻線との間に配置されて前記ステータ巻線の曲り形状を案内する絶縁材で構成された複数のティースカフサ部と、
前記複数のティースカフサ部にそれぞれ設けられた複数の素子配置穴と、
前記複数の素子配置穴の少なくとも１つに配置された温度検出素子と、
を備える、回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転電機に係り、ステータ巻線の温度を検出する温度検出素子を備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機が動作すると、ステータ巻線に駆動電流が流れることで発熱し、回転電機の温度が上昇する。ステータ巻線が巻回されるステータの温度はステータ巻線よりも低温であるので、ステータ巻線の温度を正しく検出するには、ステータコアの温度の影響を受けないようにすることが必要である。
【０００３】
特許文献１には、セグメントコイルを用いた固定子巻線において、Ｕ字形セグメントコイルのコイルエンドと渡り線用の異形セグメントコイルとの間にある微小隙間に温度検出素子を配置することが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、ステータコアにインシュレータを介して巻装された集中巻コイルにおいて、インシュレータのバックヨーク側のフランジ部に設けた素子配置穴に温度検出素子が配置されることが開示されている。
【０００５】
特許文献３には、巻線とステータコアのティースとの間に介装される絶縁ボビンにおいて、外周側に温度検出素子固定溝を設け、内周側で温度検出素子固定溝の裏側に当たる部分に、ワニスを滴下しても含浸されない大きさの空隙部を設けることが開示されている。これにより、温度検出素子とステータコアとの間がワニスで含浸されず、温度検出素子がステータコアの熱の影響を受けないと述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−０９０５４６号公報
【特許文献２】特許第５９５９７１５号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１３３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ステータ巻線は、ステータコアの複数のティースにそれぞれ巻回される。回転電機はステータ巻線の最高温度が所定温度以下になるように制御されるが、ステータ巻線が最高温度になる箇所の位置は、回転電機用の冷媒の供給に対する回転電機の搭載角度、電力線の取出位置等により、個々の回転電機の搭載状況によって異なる。そこで、回転電機の搭載状況に応じた最適の箇所でステータ巻線の温度を検出できる回転電機が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る回転電機は、回転軸を有するロータ、及びロータの外周面と所定の間隔を隔てて配置されたステータで構成される回転電機であって、ステータは、円環状のバックヨーク、バックヨークから内周側に突き出す複数のティース、及び、隣接するティース間の空間である複数のスロットを含むステータコアと、ステータコアのティースに巻回されたステータ巻線と、複数のティースの軸方向端面とステータ巻線との間に配置されてステータ巻線の曲り形状を案内する絶縁材で構成された複数のティースカフサ部と、複数のティースカフサ部にそれぞれ設けられた複数の素子配置穴と、複数の素子配置穴の少なくとも１つに配置された温度検出素子と、を備える。
【０００９】
上記構成によれば、各ティースごとに温度検出素子用の素子配置穴が設けられるので、回転電機の搭載状況に応じて最適の箇所の素子配置穴に温度検出素子を配置することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成に係る回転電機によれば、回転電機の搭載状況に応じた最適の箇所でステータ巻線の温度を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る回転電機におけるステータの斜視図である。
【図２】図１のステータにおいて、ステータ巻線が巻回される前の状態を示す上面図である。図２（ａ）は全体図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ部の拡大図である。
【図３】図２（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図４】図１のステータにおいて、内周側から見た斜視図である。
【図５】実施の形態の回転電機において、動作状態におけるステータ巻線の温度分布を示す図である。図５（ａ）は、ステータ巻線について８カ所の温度検出位置を示す図で、（ｂ）は、８カ所の検出温度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機として、車両搭載用を述べるが、これは、説明のための例示であって、車両搭載以外の用途であっても構わない。
【００１３】
以下で述べる形状、寸法、ティース及びスロットの数、材質等は、説明のための例示であって、回転電機のステータの仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、車両に搭載される回転電機１０の構成を示す図である。回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型の回転電機である。回転電機１０は、ロータ１２とステータ２０とで構成される。
【００１５】
ロータ１２は、複数の磁極を有するロータ体１４と回転軸１６とを有する回転子である。ロータ体１４は、図示しないが複数の永久磁石を磁性体のロータコアに埋め込んだ埋込磁石型のロータ体である。これは例示であって、外周側に永久磁石を備えるタイプのロータ体１４であってもよく、リラクタンス型のロータ体１４であってもよい。回転軸１６は、ロータ体１４に固定され、回転電機１０の出力軸となる。
【００１６】
ステータ２０は、ロータ１２の外周側に所定の間隔を隔てて配置される固定子である。ステータ２０は、円環状の形状を有し、円環状の外周に設けられる３つの取付穴２２，２３，２４（取付穴２４は図２、図５参照）を備える。取付穴２２，２３，２４は、ステータ２０を図示しないモータケースに取り付けるために用いられ、モータケースはケース取付穴等によって車両に固定される。取付穴２２，２３，２４の位置は、車両における回転電機１０の搭載方向等を決める基準となる。
【００１７】
ステータ２０は、ステータコア３０と、ステータ巻線４０とを含む。ステータコア３０は、ロータ１２が配置される中心穴を有する磁性体部品で、円環状のバックヨーク３２とバックヨーク３２から内周側に突き出す複数のティース３４とを含む。隣接するティース３４の間の空間はスロット３６である。
【００１８】
かかるステータコア３０は、バックヨーク３２とティース３４とを含み、スロット３６が形成されるように所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板を所定枚数で軸方向に積み重ねた積層体である。磁性体薄板の両面には電気的な絶縁処理が施される。磁性体薄板の材質としては、珪素鋼板の一種である電磁鋼板を用いることができる。磁性体薄板の積層体に代えて、磁性粉末を一体化成形したものをステータコア３０としてもよい。
【００１９】
ステータ巻線４０は、三相の分布巻巻線で、１つの相巻線が複数のティース３４に跨って巻回されて形成される。各相巻線の形成には、複数のセグメントコイルを用いることができる。セグメントコイルは、両端部を除く導体線の周囲に絶縁皮膜を被覆し、略Ｕ字形に成形された絶縁皮膜付き導体線である。絶縁皮膜付き導体線の素線としては、銅線、銅錫合金線、銀メッキ銅錫合金線等が用いられる。絶縁皮膜としては、ポリアミドイミドのエナメル皮膜が用いられる。
【００２０】
略Ｕ字形のうち、山形に折り曲げて成形された部分から真っ直ぐに延びる２つのストレート部分は、所定のスロット間隔だけ離れて形成され、ステータコア３０において所定のスロット間隔だけ離れた２つのスロット３６にそれぞれ挿入される部分である。セグメントコイルを山形に折り曲げて成形された部分をステータコア３０の反リード側として、２つのストレート部分をスロット３６に挿入すると、ストレート部分の先端の絶縁皮膜が剥離されたリード部がステータコア３０のリード側に突き出す。突き出たリード部は、ステータコア３０のリード側の軸方向端面の外側で適当に折り曲げ成形され、他のセグメントコイルのリード部に接合されて、ステータ２０のリード側におけるコイルエンド部を形成する。山形に折り曲げて成形された部分は、ステータ２０の反リード側におけるコイルエンド部を形成する。
【００２１】
ステータ２０のリード側におけるコイルエンド部では、複数のセグメントコイルのリード部が、所定の接続方法で互いに接続され、各相巻線が形成される。リード側のコイルエンド部において形成された各相巻線のそれぞれの両端子は、一方側の端子が互いに接続されて中性点を形成し、他方側の端子はそれぞれステータコア３０の外側に引き出され、ステータ２０の三相動力線２８となる。
【００２２】
上記では、ステータ巻線４０の形成に略Ｕ字形のセグメントコイルを述べたが、これは説明のための例示であり、略Ｕ字形以外の異形セグメントコイルを用いてもよく、場合によっては、セグメントコイルを用いずに連続巻線でステータ巻線４０を形成してもよい。
【００２３】
図１に、軸方向と径方向と周方向とを示す。軸方向は、回転電機１０の中心軸に沿った方向である。ステータコア３０においては、軸方向のうち、三相動力線２８が引き出される側がリード側の方向であり、その反対側が反リード側の方向である。図１の例では、紙面の上方側がリード側の方向、下方側が反リード側の方向である。径方向は、軸方向に垂直な面内で中心軸を通る放射状の方向であり、内径側へ向かう方向が内周側の方向で、外径側に向かう方向が外周側の方向である。周方向は、中心軸を中心として円周方向に沿った方向である。
【００２４】
図１において、ステータコア３０の軸方向端面とステータ巻線４０との間に配置される部品カフサ５０は、スロット３６に挿入される巻線をコイルエンド部側で折り曲げ成形するときに、ステータコア３０の端面と直接的に接触しないようにする保護部材である。これにより、ステータ巻線４０の損傷を抑制できる。部品カフサ５０について、図２から図４を用いて説明する。
【００２５】
図２は、ステータ２０において、ステータ巻線４０が巻回される前の状態を示す上面図で、（ａ）は全体図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ部の拡大図である。図２（ａ）において、部品カフサ５０を一部破断し、ステータコア３０のバックヨーク３２、ティース３４、スロット３６を露出させて、部品カフサ５０との配置関係を示す。
【００２６】
部品カフサ５０は、各ティース３４のリード側の軸方向端面３８（図３、図４参照）と、ステータ巻線４０との間にそれぞれ配置されてステータ巻線４０の曲り形状を案内する電気的絶縁材である。軸方向端面３８とは、ティース３４の側面ではなく、ステータコア３０の軸方向端面と同じ面である。部品カフサ５０は、各ティース３４の軸方向端面３８上で径方向に延びるティースカフサ部５２を含む。ティースカフサ部５２の個数はティース３４の個数と同じで、図２の例では３の倍数の４８個である。部品カフサ５０は、各ティースカフサ部５２の内周側を互いに接続する内周側環状部５４と、各ティースカフサ部５２の外周側を互いに接続する外周側環状部５６とを含む。ティースカフサ部５２、内周側環状部５４、外周側環状部５６に囲まれた開口部５８は、スロット３６に対応し、ステータ巻線４０が挿入される空間である。開口部５８の個数はスロット３６の個数と同じで、図２の例では４８個である。
【００２７】
図２（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。各ティースカフサ部５２に設けられる素子配置穴６０は、ステータ巻線４０の温度検出用の温度検出素子６２を挿入して配置するための穴である。素子配置穴６０は、外周側環状部５６の外周面に開口し、内周側環状部５４までは貫通しない有底穴である。有底穴とするのは、内周側環状部５４は、回転子であるロータ１２の外周面に向かい合う部分であるため、滑らかな表面であることが好ましいためである。
【００２８】
素子配置穴６０の個数は、ティースカフサ部５２の個数と同じで、４８個である。温度検出素子６２は、４８個の素子配置穴６０の少なくとも１つに配置されて固定される。固定手段としては、外周側環状部５６における素子配置穴６０の開口部と温度検出素子６２の外周面との隙間に固定用の樹脂を充填する方法が用いられる。これに代えて、適当な固定部材を外周側環状部５６やステータコア３０のリード側の軸方向端面に設けてもよい。
【００２９】
図３は、図２（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。ここでは、開口部５８及びスロット３６に挿入されるステータ巻線４０ａ，４０ｂを二点鎖線で示す。開口部５８の周方向に沿った開口幅は、スロット３６の開口幅よりも狭く設定され、また、各ティースカフサ部５２の周方向断面は、滑らかな曲線で構成される。これによって、ステータ巻線４０がステータコア３０のリード側で曲げ成形されるときに、滑らかに曲がり、ステータコア３０の端面とステータ巻線４０とは直接的に接触せず、ステータ巻線４０の損傷を抑制できる。かかる部品カフサ５０としては、電気的絶縁性を有するプラスチックを所定の形状に成形したものを用いることができる
【００３０】
図４は、図１のステータ２０において、内周側から見た斜視図である。ティースカフサ部５２の内部に径方向に沿って設けられる素子配置穴６０は、部品カフサ５０の内周側環状部５４には開口しない。スロット３６の内部に配置されるインシュレータ３９は、ステータ巻線４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇと、ステータコア３０の内壁面との間の電気的絶縁を確保するための絶縁シートである。
【００３１】
上記構成の作用効果について図５を用いて説明する。図５は、回転電機１０において、搭載状況におけるステータ巻線４０の温度分布を示す図である。ステータ巻線４０の温度に影響を与える回転電機１０の搭載状況の例としては、モータケース内における冷媒の貯留あるいは循環状態、三相動力線２８の外部への接続状態の他、ロータ１２及びステータ２０の形状の各方向についての非対称性等が挙げられる。具体的には、モータケース内における回転電機１０の冷却オイルへの油浸状態、三相動力線２８の引出方向等の影響を受ける。これらは、個々の車両の仕様、個々の回転電機１０の搭載状況によって異なるので、ステータ巻線４０の温度分布は、個々の回転電機１０毎、回転電機１０が搭載される個々の車両毎に異なってくる。
【００３２】
図５は、ある搭載状況の下で、回転電機１０を３０００回転／分で運転した動作状態について、ステータ巻線４０の温度分布測定を行った結果である。（ａ）は、ステータ巻線４０について、８カ所の温度検出位置を示す。（ｂ）は、この８カ所におけるステータ巻線４０の検出温度を示す図である。（ｂ）に示すように、温度検出位置２において、検出温度＝１３１．３℃が最低値となり、温度検出位置４において、検出温度＝１７１．４℃が最高値である。周方向の３６０度についての検出温度の最高値と最低値の差は、４０．１℃となる。一般的な回転電機では、温度検出素子６２の装着箇所は、予め定められている。仮に、温度検出素子６２が温度検出位置２に装着されているとすると、回転電機１０の制御システムは、ステータ巻線４０の最高温度が所定温度以下になるように制御することができない。
【００３３】
図１から図４の構成によれば、回転電機１０において、素子配置穴６０は、各ティースカフサ部５２毎に設けられるので、温度検出素子６２は、ステータ２０の周方向に沿った任意の位置の素子配置穴６０に配置できる。各ティースカフサ部５２の個数は、ティース３４の個数＝４８個で、周方向に沿って７．５度の角度間隔で設けられる。上記の例では、周方向の３６０度についての検出温度の最高値と最低値の差は、４０．１℃であるので、概略的に述べれば、約１℃の精度で、ステータ巻線４０の最高温度の箇所に、温度検出素子６２を配置できる。これにより、回転電機１０の搭載状況に応じた最適の箇所でステータ巻線の温度を検出できる。また、温度検出素子６２は、ティースカフサ部５２に設けられた有底穴である素子配置穴６０の中に配置されるので、振動等の外部からの力による損傷が抑制される。
【００３４】
上記では、部品カフサ５０は、ティースカフサ部５２と、内周側環状部５４と、外周側環状部５６とを含むものとしたが、内周側環状部５４、外周側環状部５６のいずれか一方を省略してもよい。さらに、場合によっては、内周側環状部５４、外周側環状部５６の双方共に省略し、ティースカフサ部５２のみの部品カフサ５０としてもよい。
【００３５】
上記では、温度検出素子６２用の素子配置穴６０は、各ティースカフサ部５２毎に設けられるものとしたが、回転電機１０の制御システムの仕様、ステータコア３０におけるティース３４の数によっては、適当な数の素子配置穴６０とすることができる。例えば、ステータ２０の周方向に沿って７．５度の角度間隔でなくても、１５度間隔で済む場合には、ティースカフサ部５２の個数を２４個とできる。
【００３６】
本実施の形態に係る回転電機１０は、回転軸１６を有するロータ１２、及びロータ１２の外周面と所定の間隔を隔てて配置されたステータ２０で構成される回転電機である。ステータ２０はステータコア３０を備える。ステータコア３０は、円環状のバックヨーク３２、バックヨーク３２から内周側に突き出す複数のティース３４、及び、隣接するティース３４間の空間である複数のスロット３６を含む。ステータ２０は、ステータコア３０の各ティース３４に巻回されたステータ巻線４０を備える。さらに、ステータ２０は、各ティース３４の軸方向端面とステータ巻線４０との間にそれぞれ配置されてステータ巻線４０の曲り形状を案内する絶縁材で構成されたティースカフサ部５２を備える。そして、各ティースカフサ部５２にそれぞれ設けられた温度検出素子６２用の素子配置穴６０と、複数の素子配置穴６０の少なくとも１つに配置された温度検出素子６２とを備える。
【符号の説明】
【００３７】
１０  回転電機、１２  ロータ、１４  ロータ体、１６  回転軸、２０  ステータ、２２，２３，２４  取付穴、２８  三相動力線、３０  ステータコア、３２  バックヨーク、３４  ティース、３６  スロット、３８  軸方向端面、３９  インシュレータ、４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４０ｅ，４０ｆ，４０ｇ  ステータ巻線、５０  部品カフサ、５２  ティースカフサ部、５４  内周側環状部、５６  外周側環状部、５８  開口部、６０  素子配置穴、６２  温度検出素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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