(57)【要約】【課題】回転電機において、コストアップを抑制しながら、平角線材を用いるコイルに温度センサを配置し、コイルの温度を精度よく検出できるようにすることである。【解決手段】回転電機１０のステータは、環状のステータコア１２と、環状の内径側に形成された複数のスロット部１４と、この複数のスロット部１４に、ステータコア１２の周方向に沿って予め定められた配置順序に従って順次挿入される三相のコイル巻線部を含んで構成される。三相コイル巻線部の中のＶ相コイル巻線部２０の最上層の平行に配置される４本の平角線材３４，４４，５４，６４のうち、両端の２本の平角線材３４，６４は、他の２本の平角線材４４，５４よりも、ステータコア１２の軸方向に突き出させて配置される。温度センサ７０は、この２つの平角線材３４，６４で両側を囲まれた離間壁空間に配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のステータコアと、
ステータコアに形成された複数のスロット部と、
矩形断面を有し、複数のスロット部に予め定められた巻回方法に従って巻回されてコイル部を形成する複数の平角線材と、
複数の平角線材がステータコアの軸方向端面に突き出す部分であるコイルエンド部であって、複数の平角線材がその矩形断面の平面の１つをステータコア端面に平行として、ステータステータコアの周方向に沿って相互に平行に配置されて配置されるコイルエンド部と、
コイルエンド部に配置される温度センサと、
を備え、
コイルエンド部は、
ステータコアの周方向に沿って相互に平行に配置される複数の平角線材のうち、ステータコアの径方向に互いに離間間隔を開けて配置される２本の平角線材を、離間間隔の間に配置される他の平角線材に比べ、コイルエンドの軸方向にさらに突き出させて、形成される平行な離間壁空間を有し、
温度センサは、コイルエンドの離間壁空間に収納されて配置されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
コイルエンド部は、
ステータコアの軸方向に沿って相互に数段に積層される平角線材で形成され、
離間壁空間は、
コイルエンド部の軸方向に数段積層されて配置される複数の平角線材のうち、軸方向に沿って最も外側に配置される積層段に属する２本の平角線材を突き出させて形成されることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の回転電機において、
離間壁空間は、
互いに離間間隔を開けて配置される２本の平角線材を、離間間隔の間に配置される他の平角線材に比べ、折り曲げ高さを変更して形成されることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、
温度センサは、円筒形形状を有することを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に係り、特にコイル温度を検出する温度センサを備える回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機には、ステータと呼ばれる固定子または、ロータと呼ばれる可動子のいずれかにコイル巻線が設けられる。回転電機の駆動時にはコイル巻線に電流が供給されるので、コイル巻線の温度が上昇する。このコイル温度を検出するために、温度センサが用いられる。コイル温度の検出はコイルそのものの温度を検出することが望ましい。ところで、コイル巻線に用いられる線材には、断面形状が円形の丸形線材と、断面形状が矩形の平角線材がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、断面形状が矩形のいわゆる平角コイル線材を用いる回転電機の固定子において、線材を、ステータコアの周方向に異なるスロットに収容されるスロット収容部と、スロットの外部でスロット収容部同士を接続するターン部とする構成が述べられている。
【０００４】
このようにコイル線材に平角線材を用いると、断面が矩形であるために、例えば円筒状の温度センサを接触させて取り付けることが容易ではない。このような場合を含め、温度センサをコイルに配置することについては、様々な工夫がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献２には、回転電機のコイルの温度を検出する温度検出素子の固定構造として、樹脂が含浸された多孔体の中に温度検出素子が保持されて、回転電機のコイルエンド部に設けられた凹部に固定されることが述べられている。
【０００６】
また、特許文献３には、温度検出素子取り付け部材として、下辺部と側辺部と上辺部とを有し、下辺部がステータコアとコイルとの間の隙間にステータコアの外周部から挿入され、上辺部のコイル側の面に温度検出素子が取り付けられる構成が開示されている。
【０００７】
また、特許文献４には、温度センサ付き回転電機として、コアの径方向に隣接して延びコイルエンドの一部をなす渡り導体部の折り曲げ端部の導体板の間に温度センサをサンドイッチ状に挟んで保持する構成が述べられている。ここでは、コイル導体として、固定子コアの径方向に薄く、周方向に広い略角形断面形状を有するいわゆる平角線が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１１１５１号公報
【特許文献２】特開２００８−２２６７９号公報
【特許文献３】特開２００７−２６７５２１号公報
【特許文献４】特開２０００−６９７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
温度センサとしては、平板状のものより、円筒形のものの方が、一般的に安いコストで、感度が優れている。この円筒形の温度センサを、丸形線材のコイルの温度検出に用いるときは、丸形同士であるので、丸形線材の集合の中に円筒形温度センサを埋めるように配置すればよい。一方、この円筒形の温度センサを、平角線材のコイルの温度検出に用いようとすると、円筒形のものを平面上で保持固定する必要が生じ、上記特許文献に述べられているように、様々な工夫を要し、容易ではない。
【００１０】
例えば、特許文献２の方法ではコイルエンド部に凹部を設けなくてはならず、特許文献３の方法では、複雑な形状の取り付け部材を用いることになり、特許文献４の方法では温度センサの配置位置に制約が生じる。
【００１１】
本発明の目的は、コストアップを抑制しながら、平角線材を用いるコイルに温度センサを配置し、コイルの温度を精度よく検出できる回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る回転電機は、環状のステータコアと、ステータコアに形成された複数のスロット部と、矩形断面を有し、複数のスロット部に予め定められた巻回方法に従って巻回されてコイル部を形成する複数の平角線材と、複数の平角線材がステータコアの軸方向端面に突き出す部分であるコイルエンド部であって、複数の平角線材がその矩形断面の平面の１つをステータコア端面に平行として、ステータステータコアの周方向に沿って相互に平行に配置されて配置されるコイルエンド部と、コイルエンド部に配置される温度センサと、を備え、コイルエンド部は、ステータコアの周方向に沿って相互に平行に配置される複数の平角線材のうち、ステータコアの径方向に互いに離間間隔を開けて配置される２本の平角線材を、離間間隔の間に配置される他の平角線材に比べ、コイルエンドの軸方向にさらに突き出させて、形成される平行な離間壁空間を有し、温度センサは、コイルエンドの離間壁空間に収納されて配置されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機において、コイルエンド部は、ステータコアの軸方向に沿って相互に数段に積層される平角線材で形成され、離間壁空間は、コイルエンド部の軸方向に数段積層されて配置される複数の平角線材のうち、軸方向に沿って最も外側に配置される積層段に属する２本の平角線材を突き出させて形成されることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る回転電機において、離間壁空間は、互いに離間間隔を開けて配置される２本の平角線材を、離間間隔の間に配置される他の平角線材に比べ、折り曲げ高さを変更して形成されることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る回転電機において、温度センサは、円筒形形状を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、回転電機は、コイルエンド部が、ステータコアの周方向に沿って相互に平行に配置される複数の平角線材のうち、ステータコアの径方向に互いに離間間隔を開けて配置される２本の平角線材を、離間間隔の間に配置される他の平角線材に比べ、コイルエンドの軸方向にさらに突き出させて、形成される平行な離間壁空間を有し、温度センサは、コイルエンドの離間壁空間に収納されて配置される。このように、コイルエンド部に平行に配置される平角線材のうち、２本を突き出させて離間壁空間を形成することは、例えば、平角線材の配置形態を変更することで済むので、コストアップが少ない。そして、コイル線材である平角線材で離間壁空間が形成されるので、その中に収納される温度センサは、精度よくコイルの温度を検出することが可能になる。
【００１７】
また、回転電機において、離間壁空間は、コイルエンド部の軸方向に数段積層されて配置される複数の平角線材のうち、軸方向に沿って最も外側に配置される積層段に属する２本の平角線材を突き出させて形成される。このように、離間壁空間形成に必要な平角線材のみを突き出させるので、コストアップを最小限に抑制できる。
【００１８】
また、回転電機において、離間壁空間は、互いに離間間隔を開けて配置される２本の平角線材を、離間間隔の間に配置される他の平角線材に比べ、折り曲げ高さを変更して形成される。このように、一部の平角線材の折り曲げ高さの変更で済むので、コストアップを抑制することができる。
【００１９】
また、回転電機において、温度センサは、円筒形形状を有する。離間壁空間は、平行な離間間隔を有するので、温度センサの形状が円筒形であっても、しっかりと収納することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る実施の形態において、温度センサが取り付けられた回転電機の様子を示す図である。
【図２】図１のＡ部分の拡大図である。
【図３】図２のＢ方向から見たコイル部の様子を示す図である。
【図４】図３のＣ方向から見たコイル部の様子を示す図である。
【図５】図３の一部拡大図である。
【図６】従来技術において、丸形線材を用いるコイルと円筒形形状の温度センサとの組み合わせの様子を示す図である。
【図７】従来技術において、平角線材を用いるコイルと円筒形形状の温度センサとの組み合わせの様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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、温度センサが円筒形形状を有するものとして説明するが、これは平板状形状の温度センサに比べ効果が大きいために例示として用いたもので、必ずしも円筒形形状に限られるものではない。例えば、平板状形状、楕円形状等の温度センサであっても構わない。また、コイルエンド部は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル巻線が分布巻きの形式で配置されるものとして説明するが、平角線材が平行して配置されるものであればよく、特別なコイル巻線の形式に制限されるものではない。以下で説明する形状、寸法、材質等は、説明のための例示であり、回転電機の仕様等に応じ、適宜変更が可能である。
【００２２】
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。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２３】
図１は、回転電機１０のステータの一部を示す斜視図である。この回転電機１０のステータは、環状のステータコア１２と、環状の内径側に形成された複数のスロット部１４と、この複数のスロット部１４に、ステータコア１２の周方向に沿って予め定められた配置順序に従って順次挿入される三相のコイル巻線部としてのＵ相コイル巻線部１８、Ｖ相コイル巻線部２０、Ｗ相コイル巻線部２２と、Ｖ相コイル巻線部２０に取り付けられる温度センサ７０を含んで構成される。図２は、図１のＡ部分の拡大図である。
【００２４】
ステータコア１２は、内径側に図示されていないロータが配置されるように、環状形状をした磁性体部材である。内径側には、ロータに向かい合うように、複数のスロット部１４と呼ばれるコイル巻線部収納空間が周方向に規則正しく配置される。
【００２５】
ステータコア１２は、平面図で見ると、円環状の内径側にスロット部１４のくぼみが周方向に多数配置されるので、あたかも、複数の歯が内径側に配置されたリング部材のようである。その意味で、内径側から外径側へのくぼみであるスロット部１４の複数の配置は、内径側へ歯形状で張り出したティース部の配置と呼ばれることもある。かかるステータコア１２は、所定の形状に打ち抜かれた電磁鋼板を複数枚積層したものを用いることができる。
【００２６】
三相のコイル巻線部であるＵ相コイル巻線部１８、Ｖ相コイル巻線部２０、Ｗ相コイル巻線部２２は、ステータコア１２の周方向に配置される複数のスロット部１４に、順次導体線を配置し、分布巻きの形式で、各相コイルを形成する導体線材の配置集合体である。ここで、導体線としては、幅がｔ、高さがｈの矩形断面形状を有する平角線材２４が用いられる。
【００２７】
図１では、Ｕ相コイル巻線部１８、Ｖ相コイル巻線部２０、Ｗ相コイル巻線部２２も共に、４本の平角線材２４が平行に配置されている様子が示されているが、これは、コイルエンド部１６の最上層の状態であって、その下層もまた、４本の平角線材２４が平行に配置され、これが４段に積層されて配置される。これは、各相コイル巻線部が１６本の平角線材２４を用いる例の場合であって、勿論、各相コイル巻線部を構成する平角線材２４の本数はこれ以外でもよく、その場合には、平行に配置される数、段数も上記以外の値を用いられる。
【００２８】
ここで、Ｖ相コイル巻線部２０の最上層の平行に配置される４本の平角線材３４，４４，５４，６４のうち、両端の２本の平角線材３４，６４は、他の２本の平角線材４４，５４よりも、ステータコア１２の軸方向に突き出させて配置される。温度センサ７０は、この２つの平角線材３４，６４で両側を囲まれた離間壁空間に配置されるが、その詳細については図３以下を用いて説明する。
【００２９】
ここで、温度センサ７０は、円筒形状の外形を有する温度検出素子で、検出温度を外部に伝達するための信号線７２が引き出される。かかる温度センサ７０は、例えば、サーミスタ等を用いることができる。図１、図２では、回転電機１０に１つの温度センサ７０が設けられているが、勿論、１つの回転電機１０に複数個の温度センサ７０を設けるものとしてもよい。
【００３０】
次に、温度センサ７０が配置される離間壁空間の形成について、図３から図５を用いて詳細に説明する。図３は、図２のコイルエンド部１６においてＷ相コイル巻線部２２を省略して、Ｂ方向として示される方向からＶ相コイル巻線部２０の様子を見た図である。図４は、図３でＣ方向として示される方向からＶ相コイル巻線部２０についてのコイルエンド部１６の様子を見た図であり、図５は、図４のＶ相コイル巻線部２０の拡大断面図である。これらの図において、（Ｒ）方向がステータコア１２の径方向、（θ）方向がステータコア１２の周方向、Ｚ方向がステータコア１２の軸方向である。
【００３１】
これらの図から分かるように、Ｖ相コイル巻線部２０は、１６本の平角線材２４が、整然と互いに平行状態を維持しながら、適当な折り曲げによって配置されている。そして、図３に示されるように、最上層では、４本の平角線材がステータコア１２の周方向に沿って配列され、下部のスロット部１４に近いところでは、最上層の状態から９０度曲げられて、径方向に平行な配列状態となっている。
【００３２】
ここで、最上層において平行に配置される４本の平角線材のうち、両側の平角線材３４，６４は、その内側の平角線材４４，５４よりもステータコア１２の軸方向に突き出すように折り曲げが変更される。図３では、内側の平角線材４４，５４が手前の平角線材６４に隠れて図示されていない。このように、両側の平角線材３４，６４は、その内側の平角線材４４，５４に比べ、軸方向に突き出しているので、Ｖ相コイル巻線部２０の最上層において、平行な壁で囲まれた溝部空間が形成されることになる。
【００３３】
この溝部空間は、ステータコア１２の周方向に沿って相互に平行に配置される複数の平角線材３４，４４，５４，６４のうち、ステータコア１２の径方向に互いに離間間隔を開けて配置される２本の平角線材３４，６４を、離間間隔の間に配置される他の平角線材４４，５４に比べ、コイルエンド１６の軸方向にさらに突き出させて、形成される平行空間であるので、これを離間壁空間３０と呼ぶことができる。温度センサ７０は、図３に示されるように、この離間壁空間３０の溝部空間に収納配置される。
【００３４】
図４は、図３でＣ方向として示される方向から見たコイルエンド部１６の様子を示す図で、Ｖ相コイル巻線部２０の他に、Ｕ相コイル巻線部１８、Ｗ相コイル巻線部２２も示されている。ここでは、Ｖ相コイル巻線部２０のＺ−（Ｒ）平面における断面図が示されている。ここでは、断面図で、Ｖ相コイル巻線部２０の最上層の４本の平角線材３４，４４，５４，６６のうち、両側の平角線材３４，６６が、その内側の平角線材４４，５４に比べて、ステータコア１２の軸方向に突き出されている様子が示されている。そして、このように軸方向の高さ位置に差がつけられて配置された４本の平角線材３４，４４，５４，６４によって囲まれた離間壁空間３０に、温度センサ７０が収納配置される様子が示されている。
【００３５】
図５は、図４のＶ相コイル巻線部２０を構成する１６本の平角線材に関する断面図を抜き出して拡大して示した図である。このように、Ｖ相コイル巻線部２０は、１６本の平角線材が、軸方向に４段、径方向に４列配置されている。そして、下部の２段については、各列の平角線材が整然と軸方向の位置を揃えて配置されている。すなわち、最も下段において、平角線材３１，４１，５１，６１は、軸方向の位置が揃えられて整列配置され、その上の段においても、平角線材３２，４２，５２，６２は、軸方向の位置が揃えられて整列配置される。
【００３６】
下から３段目と、最上層に相当する下から４段目は、両側の平角線材が、その間の平角線材よりも、軸方向に突き出す方向に、Δｈだけ、位置が移動している。すなわち、下から３段目において、両側の列に属する平角線材３３，６３は、その間の列に属する平角線材４３，５３よりも、軸方向の位置がΔｈだけ、ステータコア１２の端面から突き出す方向にずれている。同様に、最上層において、両側の列に属する平角線材３４，６４は、その間の列に属する平角線材４４，５４よりも、軸方向の位置がΔｈだけ、ステータコア１２の端面から突き出す方向にずれている。
【００３７】
図５に示されるように、両側の列に挟まれる２つの列に属する８本の平角線材４１，５１，４２，５２，４３，５３，４４，５４は、２列４段に整然と整列配置されている。この状態は、従来技術でＶ相コイル巻線部２０を形成する状態と全く同じである。つまり、内側の２列に属する平角線材は、従来技術で用いられる折り曲げ方法で、その折り曲げ形状が形成される。これに対し、両側の２列に属する平角線材は、最上層とその下の段に属する平角線材が、従来技術の折り曲げ方法よりも、Δｈだけ、軸方向に突き出すようにして、その折曲げ形状が形成される。その様子は、図４にも示されている。
【００３８】
このように、Ｖ相コイル巻線部２０の最上層とその１段下の層について、両側の列の平角線材の折り曲げ方法を変更することで、離間壁空間３０を形成することができる。ここで、折り曲げ方法の変更による突き出し量Δｈは、離間壁空間３０の両側の壁部の高さΔｈとなる。
【００３９】
したがって、温度センサ７０の直径に応じて、Δｈを設定することができる。また、上記では、４列に平行配置される例を説明したので、平角線材２４の厚さｔの２倍が離間壁空間３０の溝幅となる。したがって、温度センサ７０の直径に応じて、離間壁空間３０の幅を設定でき、これによって、突き出させる両側の平角線材の間の平角線材の列数を決めることができる。
【００４０】
上記の例では、平角線材２４の高さｈ＝４ｍｍ、厚さｔ＝２ｍｍ、温度センサ７０の直径を３．８ｍｍとしてある。したがって、４列の平角線材の平行配置において、両側の平角線材を突き出させ、その間の２列の平角線材の厚さの２倍＝２ｔ＝４ｍｍが、ちょうど温度センサ７０を収納配置するのに適している。Δｈは、例えば３ｍｍから４ｍｍの間で設定することができる。
【００４１】
例えば、温度センサ７０の直径が１．５ｍｍ程度であれば、３列の平角線材２４の平行配置において、両側の平角線材を突き出させればよい。Δｈは、１．５ｍｍから２ｍｍ程度とすればよい。例えば、温度センサ７０の直径が５ｍｍ程度であれば、５列の平角線材の平行配置において、両側の平角線材を突き出させればよい。Δｈは４ｍｍから６ｍｍ程度とすればよいが、この大きさは平角線材の高さ寸法ｈを超えるので、最上層とその１段下の層について、両側の平角線材を突き出させる必要がある。
【００４２】
図６、図７は、従来技術における温度センサ７０の配置の様子を説明する図である。図６は、従来技術において、例えば、直径が０．９ｍｍの丸形線材８０を用いるコイルと円筒形形状の温度センサ７０との組み合わせの様子を示す図である。温度センサ７０の直径は上記と同じ３．８ｍｍとすると、丸形線材８０の集合の中に４ｍｍ程度の大きさの溝を作り、その中に温度センサ７０を挿入するものとできる。
【００４３】
こうすることで、温度センサ７０の周囲がコイルで囲まれるようにでき、丸形のコイルと温度センサ７０との接触もよく、温度センサ７０の保持もよい。したがって、安定して精度のよいコイル温度の検出ができる。また、コイル冷却冷媒を用いるときでも、温度センサ７０はコイルの中に埋没しているので、コイル冷却冷媒が直接的に温度センサ７０にかかることがなく、実際のコイル温度と検出温度との間の乖離が小さい。このように、丸形線材８０を用いるコイルに、円筒形形状の温度センサ７０を適用することは、問題がない。
【００４４】
図７は、従来技術において、平角線材２４を用いるコイル２１と、円筒形形状の温度センサ７０との組み合わせの様子を示す図である。ここでは、平角線材２４が整列配置されてコイル２１を形成しているので、平角線材２４の間に温度センサ７０を挿入する隙間を形成するのは容易ではない。また、平角線材２４と円筒形形状との接触は線接触となって、温度センサ７０のコイル温度検出感度が低くなる。さらに、コイル冷却冷媒を用いるときには、コイル冷却冷媒が直接的に温度センサ７０にかかることになり、実際のコイル温度と検出温度との間の乖離が大きくなる。
【００４５】
このように、従来技術によれば、平角線材２４を用いるコイル２１に、円筒形形状の温度センサ７０を適用することは、かなり問題がある。これに対し、図１から図５で説明した構成によれば、平角線材２４を用いるコイルに、離間壁空間３０を形成することができ、円筒形形状の温度センサ７０をその離間壁空間３０に収納配置でき、コイルの温度を精度よく検出できる。離間壁空間３０を形成するには、平角線材２４の折り曲げ方法の変更で済みので、少ないコストアップで済む。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る回転電機は、コイル温度を監視する必要のある回転電機に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  回転電機、１２  ステータコア、１４  スロット部、１６  コイルエンド部、１８  Ｕ相コイル巻線部、２０  Ｖ相コイル巻線部、２０  Ｗ相コイル巻線部、２１  コイル、２４，３１，３２，３３，３４，４１，４２，４３，４４，５１，５２，５３，５４，６１，６２，６３，６４  平角線材、３０  離間壁空間、７０  温度センサ、７２  信号線、８０  丸形線材。
【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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【図６】
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【図７】
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