JP2008029127A - 車両用回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】車両用回転電機のコイルエンドに固定された中性点の外面の絶縁層を保護して車両用回転電機の小型化を図ると同時に、精度の良いコイルの温度測定を行う。
【解決手段】下面に温度センサ２４が保持された樹脂製の中性点絶縁ケース５に中性点３０を格納し、中性点絶縁ケース５をバンド２０によってコイルエンド２６の表面上に固縛して、温度センサ２４を中性点絶縁ケース５とコイルエンド２６との間に挟持し、温度センサ２４をコイルエンド２６表面に密着させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、オイルによって冷却される車両用回転電機の中性点とコイルエンドの温度センサの取り付けに関する。

モータなどの回転電機においては、長期の使用や過負荷などの各種の要因によって過熱が発生する場合がある。このため従来から回転機の各部の温度を直接的、間接的に計測して、計測した温度が所定値を超えた場合には回転電機を停止させ、あるいは、負荷の制限を掛けるなどの措置がとられている。回転電機にはモータ、発電機、及び、モータにも発電機にも使用できるモータジェネレータなどの種類があり、それぞれの形式に応じた温度計測方法が用いられているが、コイルが固定子鉄心のスロットに入っていないコイルエンド部分の温度を測定する方法が用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１の従来技術では、温度センサを固定子鉄心の外部に設けた端子ケースの中に固定され、温度センサと固定子巻線との間には耐熱性絶縁性を有する熱伝導性の良い樹脂によって絶縁層を形成する方法が提案されている。しかし、この方法は、温度センサと固定子巻線の間に樹脂層が介在するため、温度測定の感度、精度が低下してしまうという問題があった。

一方、回転電機のコイルの巻回にもいくつかの種類があるが、三相交流を用いた回転電機では各相のコイルの端部を互いに接続する中性点を有するものがある。このような中性点はコイルエンド部付近に中性点ターミナルを配設しここに互いに接続して固定する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この方法では中性点の固定、絶縁のために大きなスペースが必要となってしまうため、大電流、高出力が要求される車両用回転電機の中性点の接続、絶縁方式としては適当ではなかった。そこで、カシメ固定、接続した固定子巻線の中性点を、所定の厚さの自己融着性シリコーンシートを巻き付けることによって絶縁する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。この方法によると中性点の絶縁性がよくなることから、中性点はコイルエンドに固定することができ、小スペースで中性点処理ができるようになった。

しかし、上記特許文献３に記載の従来技術によると、絶縁性がよくなるものの、絶縁材の強度はあまり高いものではないため、運転中にコイルエンドに固定した絶縁処理された中性点が回転電機のケーシングと接触した場合には材料の劣化が生じ、絶縁性が低下するという問題がある。特に車両用の回転電機では、車両の走行などによる振動が直接回転電機のケーシングに伝わることから、回転電機の中性点とケーシングとの間にはスペースを確保してこのような絶縁劣化が発生しないようにしていた。このため、車両用回転電機の小型化が難しくなっていた。

また、車両用の回転電機はエンジンなどと一緒に駆動系を構成して車両内部に搭載されていることと大電流、高出力のため、屋外式の回転電機のように空冷でステータやロータを冷却することが難しく、回転電機の内部にオイルを循環させて冷却する方法がとられている（例えば、特許文献４参照）。このようなオイル冷却式の回転電機の場合には、コイルエンドなどに温度測定用の温度センサを取り付けると温度センサ回りに冷却用のオイルが直接かかってしまい、温度測定精度が悪くなるという問題があった。

実開平６−７４０７５号公報 特開平１１−２３４９６４号公報 特開２００３−３０９９４５公報 特開２００４−３５７４５８公報

そこで、本発明は、コイルエンドに固定された中性点の外面の絶縁層を保護して回転電機の小型化を図ると同時に、精度の良いコイルの温度測定を行うことを目的とする。

本発明のオイルによって冷却されている車両用回転電機は、円筒状のステータ鉄心に巻回されたコイルと、前記ステータ鉄心の両端面に円環状に形成されたコイルエンドと、前記コイルの各端部を接続する中性点と、前記コイルエンド側の面に温度センサが配設され、前記中性点を前記コイルエンドから絶縁して格納し、前記コイルエンドに固定された中性点絶縁ケースと、を備え、前記温度センサは、前記中性点絶縁ケースと前記コイルエンドとの間に挟持されて前記コイルエンド表面に密着するように固定されていること、を特徴とする。

また、本発明の車両用回転電機において、前記中性点絶縁ケースは、前記コイルエンドに固定される面に前記温度センサが配設された本体部と、内部に格納する中性点を保護し、前記本体部に着脱自在に取り付けられている蓋部と、を有することとしても好適である。更に、前記中性点をカシメ接続する固定部材を備え、前記中性点絶縁ケース本体部及び蓋部は、前記固定部材を内部に保持できるような仕切り板を有すること、としても良い。

発明は、コイルエンドに固定された中性点の外面の絶縁層を保護して回転電機の小型化を図ることができると同時に、精度の良いコイルの温度測定を行うことができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について、図１〜６を参照しながら説明する。図１は本発明の車両用回転電機の実施形態の断面図であり、図２は前記の車両用回転電機のコイルエンドの斜視図であり、図３は中性点を示す斜視図であり、図４は本実施形態の中性点絶縁ケースをコイルエンドに固定する前の状態を示す図であり、図５は中性点絶縁ケースをコイルエンドに固縛した状態を示す断面図であり、図６は本実施形態の中性点絶縁ケースの斜視図である。

図１に示すように本実施形態の車両用回転電機４８は、ケーシング５４の内側にステータ４０が取り付けられ、ケーシング５４の中心部の両端には軸受け５６が固定されている。そして、軸受け５６はロータ５２が取り付けられた回転軸５０を回転自在に支持している。ステータ４０の両端にはコイルエンド２６が形成され、コイルエンド２６には中性点絶縁ケース５が固定されている。また、車両用回転電機４８の内部にはステータ４０及びロータ５２の冷却用のオイル６０が入っている。このオイル６０は図示しないトランスアクスルによって掻き上げられて車両用回転電機４８の内部を回ってステータ４０、ロータ５２を冷却する。

図２に示すように、ステータ４０は多数の鋼板を積層固定した円筒状のステータ鉄心４１の中心側に延びた歯部４２と歯部間のスロット４３を有し、ステータ鉄心４１のスロット４３にはコイル４４が巻回されている。コイル４４をスロット４３に巻回していく際にコイル４４のスロット間の渡り線の集まりであるコイルエンド２６がステータ鉄心４１の端面に形成される。このコイルエンド２６は適当な間隔でレーシングワイヤ２８によって縛られて円環状の束となっている。

本実施形態の回転電機はコイル４４をスター巻線としてスロット４３に巻回しているので、三相交流の各Ｕ，Ｖ，Ｗ相のコイル４４の端部を互いに接続した中性点３０を有している。中性点３０は図３に示すようにコイル４４のＵ，Ｖ，Ｗ各相の端部３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを円筒状の固定部材３４のカシメ部３１によってカシメ固定して互いに電気的に接続し、その外面に自己融着絶縁シート３６を巻き付けて絶縁処理がされているものである。

この中性点３０は、図２に示すようにコイルエンド２６の上面に固定された中性点絶縁ケース５の中に格納されている。また、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相のコイル端部３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗは、中性点絶縁ケース５の外でバラバラにならないように、スリーブ３８が被せられている。そして、中性点絶縁ケース５はバンド２０によってコイルエンド２６に固縛されている。

図４にコイルエンド２６に固定する前の中性点絶縁ケース５を示す。中性点絶縁ケース５は、ケース本体１０に中性点３０を入れ、上からケース蓋１６をケース本体１０に固定することによってその内部に中性点３０を格納している。また、ケース本体１０のコイルエンド２６に接する面には温度センサ２４を保持する温度センサ保持部１２が形成されている。温度センサ保持部１２は略Ｌ字形状で、温度センサ２４の表面が温度センサ保持部１２からコイルエンド２６の側に出っ張るような状態で温度センサ２４を保持している。温度センサ保持部１２の形状は中性点絶縁ケース５をコイルエンド２６に固縛する前に温度センサ２４の表面がコイルエンド２６の側に出っ張るように保持することが出来ればＬ字形に限られず、円弧状のものでもよい。ケース本体１０の両側面にはバンド取り付け穴１４が形成されており、この穴に樹脂製のバンド２０が通されている。バンド２０は一端にバンド締結部２２を持ち、他端のバンド挿入部はコイルエンド２６とステータ鉄心４１の端面の間に挿入しやすいように、テーパー形状となっている。

図４に示すような状態に中性点３０、中性点絶縁ケース５、温度センサ２４、バンド２０を組み立てた後、バンド挿入部２３をステータ鉄心４１の端面とコイルエンド２６との間に挿入してコイルエンド２６にバンド掛けをした後、バンド挿入部２３をバンド締結部２２に通して、バンド２０を締める。すると図５に示すようにバンド２０の引張力によってケース本体１０はコイルエンド２６に押し付けられる。そして、温度センサ２４はケース本体１０によってコイルエンド２６の表面に押し付けられ、温度センサ２４とコイルエンド２６が密着する。この時、温度センサ保持部１２は温度センサ２４がコイルエンド２６に密着することを妨げないように若干変形する。中性点絶縁ケース５はコイルエンド２６に固定され、温度センサ２４がコイルエンド２６に密着できれば、バンド２０によらないで他の樹脂成形された固定部品等によって固定してもよい。

図６に示すように、中性点絶縁ケース５はケース本体１０とケース蓋１６とで構成されている。ケース本体１０は中性点３０が格納される一面が開放された箱状の部分と底面板が延びてケース蓋１６と接続する部分を有している。ケース本体１０の両側面の下部にはバンド取付穴１４が開けられ、底部には温度センサ保持部１２が形成されている。一方ケース蓋１６はケース本体１０の箱状の部分に被さる平板上の蓋部とケース本体１０の底板に接続される一面が開放された箱状の部分とを有する。そして端面には中性点を取り出す切り欠き１８を有している。ケース蓋１６はケース本体１０のはめ込みツメのようなもので接続されることによって全体として箱を形成する。ケース蓋１６は一部に一面が開放された箱状の部分を有することによって、単なる平板の蓋よりも強度が増し、組み立ての時の取り扱いが容易になる。この中性点絶縁ケース５は耐熱性、耐久性、耐衝撃性と同時に耐油性が要求されることからエンジニアリングプラスチック又はスーパーエンジニアリングプラスチックによって成形することが好適である。例えば、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、あるいは、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）などの樹脂によって成形してもよい。なお、この中性点絶縁ケースの形状は中性点３０が格納できるものであれば、上記のような箱型に限られず、円筒形など他の形状を有していてもよい。

以上のように、スーパーエンジニアリングプラスチックなどの樹脂製の中性点絶縁ケース５に中性点３０を格納してコイルエンド２６に固定していることから、運転中にコイルエンド２６が振動しても、車両用回転電機４８のケーシング５４と中性点３０が直接接触しなくなることから、コイルエンド２６とケーシング５４の隙間を小さくすることが出来る。このため車両用回転電機４８を小型化することができるという効果を奏する。また、図５に示すように、温度センサ２４がコイルエンド２６表面に密着して固定されていることから、温度測定の精度が向上するという効果を奏する。更に、温度センサ２４は中性点絶縁ケース５とコイルエンド２６の間に挟持されていることから、冷却用のオイル６０が直接かからず温度測定が正確に出来るという効果を奏する。

図７に中性点絶縁ケース５の他の実施形態を示す。図６と同様の部分には同様の記号を付して説明は省略する。図７に示す中性点絶縁ケース５はケース本体１０及びケース蓋１６に仕切り板１３、１７を有している。図８は他の実施形態の中性点絶縁ケース５のケース本体１０に中性点３０を格納した様子を示す平面図である。この図８に示すように、仕切り板１３，１７は中性点３０の先端の太くなった自己融着絶縁シート３６が巻かれた固定部材３４が仕切り板１３，１７に引っかかって中性点絶縁ケース５から抜けないように保持できる構造となっている。

このような構造とすることによって、先の実施形態の効果と同様の効果に加えて、中性点３０の格納、保持が確実となるという効果を奏する。

本発明の車両用回転電機の実施形態の断面図である。 本発明の車両用回転電機の実施形態のコイルエンドの斜視図である。 中性点を示す斜視図である。 本発明の実施形態の中性点絶縁ケースをコイルエンドに固定する前の状態を示す図である。 本発明の実施形態の中性点絶縁ケースをコイルエンドに固定した状態を示す断面図である。 本発明の実施形態の中性点絶縁ケースの斜視図である。 本発明の他の実施形態の中性点絶縁ケースの斜視図である。 本発明の他の実施形態の中性点絶縁ケースのケース本体に中性点を格納した様子を示す平面図ある。

符号の説明

５ 中性点絶縁ケース、１０ ケース本体、１２ 温度センサ保持部、１３ 仕切り板、１４ バンド取付穴、１６ ケース蓋、１７ 仕切り板、１８ 切り欠き、２０ バンド、２２ バンド締結部、２３ バンド挿入部、２４ 温度センサ、２６ コイルエンド、３０ 中性点、３１ カシメ部、３２Ｕ〜３２Ｗ Ｕ，Ｖ，Ｗ相コイル端部、３４ 固定部材、３６ 自己融着絶縁シート、３８ スリーブ、４０ ステータ、４１ ステータ鉄心、４２ 歯部、４３ スロット、４４ コイル、４８ 車両用回転電機、５０ 回転軸、５２ ロータ、５４ ケーシング、５６ 軸受け、６０ オイル。

Claims (3)

1. オイルによって冷却されている車両用回転電機において、
   円筒状のステータ鉄心に巻回されたコイルと、
   前記ステータ鉄心の両端面に円環状に形成されたコイルエンドと、
   前記コイルの各端部を接続する中性点と、
   前記コイルエンド側の面に温度センサが配設され、前記中性点を前記コイルエンドから絶縁して格納し、前記コイルエンドに固定された中性点絶縁ケースと、を備え、
   前記温度センサは、前記中性点絶縁ケースと前記コイルエンドとの間に挟持されて前記コイルエンド表面に密着するように固定されていること、
   を特徴とする車両用回転電機。
2. 請求項１に記載の車両用回転電機において、
   前記中性点絶縁ケースは、前記コイルエンドに固定される面に前記温度センサが配設された本体部と、
   内部に格納する中性点を保護し、前記本体部に着脱自在に取り付けられている蓋部と、を有すること、
   を特徴とする車両用回転電機。
3. 請求項１または２に記載の車両用回転電機において、
   前記中性点をカシメ接続する固定部材を備え、
   前記中性点絶縁ケース本体部及び蓋部は、前記固定部材を内部に保持できるような仕切り板を有すること、
   を特徴とする車両用回転電機。

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