特許 7556462 回転電機及び回転電機の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-17

(45)【発行日】2024-09-27

(54)【発明の名称】回転電機及び回転電機の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/25 20160101AFI20240918BHJP

【ＦＩ】

H02K11/25

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023522028

(86)(22)【出願日】2021-05-17

(86)【国際出願番号】 JP2021018690

(87)【国際公開番号】W WO2022244083

(87)【国際公開日】2022-11-24

【審査請求日】2023-11-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】菅野 駿太

(72)【発明者】

【氏名】仲田 徹

(72)【発明者】

【氏名】室田 浩平

(72)【発明者】

【氏名】今井 達矢

(72)【発明者】

【氏名】阿部 政信

(72)【発明者】

【氏名】木村 真秀

【審査官】上野 力

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１２１３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２９４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－４４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２５９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１９９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２１９９６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１３１７７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １１／２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

平角線によってそれぞれ形成されたＵ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルからなる三相コイルと、
前記三相コイルの中性点を形成し、導電性のプレートからなる中性点バスバーと、
前記三相コイルの温度を検出する温度検出器と、を備えた回転電機であって、
前記中性点バスバーは、前記三相コイルの外周に沿う円弧形状に形成され、
前記三相コイルの内の１つのコイルの一端は、前記中性点バスバーの円周方向における中央近傍に接続され、
前記三相コイルの内の残りの２つのコイルの一端は、それぞれ前記中性点バスバーの円周方向における端部近傍に接続され、
前記温度検出器は、前記中性点バスバーの前記中央近傍であって前記１つのコイルの一端に対向する位置に取り付けられ、
前記中性点バスバーは、径方向の内側に窪む凹部を有し、
前記温度検出器は、前記凹部内における前記中性点バスバーを挟んで前記１つのコイルの一端に対向する位置に設けられる、
回転電機。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機であって、
前記中性点バスバーと前記温度検出器は、モールド材によって一体にされている、
回転電機。

【請求項3】

請求項２に記載された回転電機の製造方法であって。
上型と下型を備えた型枠内において、前記上型及び前記下型に設けられたエジェクタピンで前記中性点バスバーと前記温度検出器とが接触した状態を維持するように挟持してモールド成形を行い、
前記モールド成形によって一体化された前記中性点バスバーと前記温度検出器を前記三相コイルに取り付ける、
回転電機の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機及び回転電機の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＪＰ２０１９－４７６６１Ａには、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の巻線を有した固定子巻線と、固定子コアと、を備えた回転電機が開示されている。

【0003】

ＪＰ２０１９－４７６６１Ａの回転電機では、Ｕ相巻線の中性端とＶ相巻線の中性端を接続部材で互いに接続するとともに、Ｖ相巻線の中性端とＷ相巻線の中性端を接続部材で互いに接続し、Ｕ相巻線の中性端とＶ相巻線の中性端を接続する接続部材に温度センサを設けている。

【発明の概要】

【0004】

しかしながら、ＪＰ２０１９－４７６６１Ａの回転電機では、Ｖ相巻線の中性端とＷ相巻線の中性端を接続する接続部材に温度センサを設けているため、例えば、Ｖ相巻線の中性端とＷ相巻線の中性端を接続部材の間に電流が流れた場合に、温度を正確に測定できないという問題があった。

【0005】

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、三相コイルにおけるどのようなコイル間に電流が流れても、三相コイルの温度を正確に測定できる回転電機を提供することを目的とする。

【0006】

本発明のある態様によれば、回転電機は、平角線によってそれぞれ形成されたＵ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルからなる三相コイルと、三相コイルの中性点を形成し、導電性のプレートからなる中性点バスバーと、三相コイルの温度を検出する温度検出器と、を備える。当該回転電機においては、中性点バスバーは、三相コイルの外周に沿う円弧形状に形成される。三相コイルの内の１つのコイルの一端は、中性点バスバーの円周方向における中央近傍に接続され、三相コイルの内の残りの２つのコイルの一端は、それぞれ中性点バスバーの円周方向における端部近傍に接続される。温度検出器は、中性点バスバーの中央近傍であって１つのコイルの一端に対向する位置に取り付けられる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係るモータの軸方向の概略断面図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態に係るモータの中性点バスバー近傍の拡大図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の実施形態に係る中性点バスバーとサーミスタを金型内にセットした状態を示す図である。

【図3B】図３Ｂは、本発明の実施形態に係る金型内にモールド材を注入した状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面等を参照して、本発明の実施形態について説明する。

【0009】

図１は、本実施形態に係る回転電機としてのモータ１００の軸方向の概略断面図である。図２は、本実施形態に係るモータ１００の中性点バスバー４近傍の拡大図である。

【0010】

モータ１００は、車両に搭載され、三相交流で駆動する三相誘電電動機である。モータ１００は、例えば、ハイブリッド車両の駆動用モータジェネレータとして用いられる。図１に示すように、モータ１００は、回転軸１と、回転軸１に固定されたロータ２と、ステータコア３と、中性点バスバー４と、を備える。モータ１００は、図示しないインバータユニットから電力を供給されることでロータ２を回転させて、回転軸１を回転駆動する。

【0011】

ステータコア３は、円筒形状に形成され、径方向内側にＵ相コイル３１、Ｖ相コイル３２及びＷ相コイル３３からなる三相コイル３０を備える（図２参照）。三相コイル３０は、周方向にＵ相コイル３１、Ｖ相コイル３２及びＷ相コイル３３の順に配置されることによって構成される。

【0012】

Ｕ相コイル３１、Ｖ相コイル３２及びＷ相コイル３３は、それぞれＵ字形状に形成された複数のセグメントコイルを相互に接続することで形成される。セグメントコイルは、断面矩形の導体の周囲を絶縁層で被覆した導線、いわゆる平角線で構成される。平角線は、電気導電率の高い金属線材である。金属線材は、例えば、銅、アルミニウム、銀、金、またはそれらの合金によって形成される。また、絶縁層は、例えば、樹脂被覆によって構成される。樹脂としては、ポリアミド系、エポキシ系、アクリル系、ウレタン系などを用いることができる。

【0013】

中性点バスバー４は、例えば、導電性の金属プレートにより形成される。図１及び図２に示すように、中性点バスバー４は、三相コイル３０の外周に沿う円弧形状に形成される。図２に示すように、本実施形態では、Ｖ相コイル３２の一端３２ａが中性点バスバー４の円周方向における中央近傍（接続点４ａ）に接続され、Ｕ相コイル３１の一端３１ａ及びＷ相コイル３３の一端３３ａが、それぞれ中性点バスバー４の円周方向における端部の近傍（接続点４ｂ，４ｃ）に接続される。Ｕ相コイル３１、Ｖ相コイル３２及びＷ相コイル３３の他端３１ｂ，３２ｂ，３３ｂは、インバータユニット（図示せず）に導通する金属製の端子７ｕ，７ｖ，７ｗにそれぞれ接続される。

【0014】

中性点バスバー４は、接続点４ａ，４ｂ，４ｃ近傍が円弧の中心方向に突出する形状に形成される。このような形状とすることで、中性点バスバー４の接続点４ａと接続点４ｂとの間の領域Ｒ１、及び接続点４ａと接続点４ｃとの間の領域Ｒ２が、三相コイル３０に接触することを防止でき、これらの領域Ｒ１，Ｒ２における三相コイル３０と中性点バスバー４と絶縁性を確保することができる。

【0015】

図１及び図２に示すように、モータ１００は、三相コイル３０の温度を検出する温度検出器としてのサーミスタ５をさらに備える。サーミスタ５は、中性点バスバー４の中央近傍（接続点４ａ近傍）であってＶ相コイル３２の一端３２ａが接続される位置に対向するように設けられる。別の言い方をすると、サーミスタ５は、中性点バスバー４の中央近傍（接続点４ａ近傍）を円弧の中心方向に突出させることによって生じた径方向内側に窪む凹部４ｄに取り付けられる。本実施形態では、中性点バスバー４とサーミスタ５は、モールド材Ｍによって一体にされる。

【0016】

このように構成された中性点バスバー４では、電流が、Ｕ相コイル３１とＶ相コイル３２の間、Ｗ相コイル３３とＶ相コイル３２の間、あるいはＵ相コイル３１とＷ相コイル３３の間のいずれに流れた場合にも、電流が接続点４ａ（凹部４ｄ）近傍に流れることになる。

【0017】

このため、接続点４ａに対向する位置（凹部４ｄ）にサーミスタ５を取り付けることにより、３つの三相コイル３０のどのようなコイル間に電流が流れた場合でも、温度を測定することができる。

【0018】

これに対し、サーミスタ５を接続点４ａ近傍（凹部４ｄ）以外の場所に取り付けた場合、具体的には、例えば、中性点バスバー４における接続点４ｂと接続点４ａの間の領域Ｒ１にサーミスタ５を取り付けた場合には、Ｗ相コイル３３とＶ相コイル３２の間に電流が流れている場合の温度を測定することができない。モータ１００がロック状態にある場合、あるいはモータ１００の回転速度が極めて低い状態にある場合には、三相コイル３０に流れる電流が大きいため、三相コイル３０の温度が高くなる。このような状態で、Ｗ相コイル３３とＶ相コイル３２の間に電流が流れている場合の温度を測定することができない場合には、適切な制御を実行することができず、モータ１００が損傷するおそれがある。

【0019】

そこで、本実施形態では、上述のような位置にサーミスタ５を取り付けている。これにより、３つの三相コイル３０のどのようなコイル間に電流が流れた場合でも、三相コイル３０の温度を正確に測定することができるので、モータ１００を適切に制御することができる。

【0020】

また、上述のように、中性点バスバー４とサーミスタ５は、モールド材Ｍによって一体にされる。ここで、中性点バスバー４とサーミスタ５とを一体化する方法について説明する。

【0021】

本実施形態では、中性点バスバー４とサーミスタ５とをモールド成形によって一体化する。具体的には、図３（Ａ）に示すように、上型６Ａと下型６Ｂによって構成された金型６のキャビティＣ内に中性点バスバー４とサーミスタ５とをセットする。このとき、上型６Ａと下型６Ｂに設けられたエジェクタピン６０ａ，６０ｂによって、中性点バスバー４とサーミスタ５とが接触した状態を維持するように中性点バスバー４とサーミスタ５とを挟持する。なお、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）におけるピン６Ｃ，６Ｄは、それぞれ、Ｖ相コイル３２の他端３２ｂと端子７ｖとの接続部分が挿通される貫通孔８ａ、及びＵ相コイル３１の他端３１ｂと端子７ｕとの接続部分が挿通される貫通孔８ｂとを成形するためのピンである。

【0022】

その後、金型６のキャビティＣ内にモールド材Ｍを注入することによって（図３（Ｂ）参照）、中性点バスバー４とサーミスタ５とが一体化される。

【0023】

サーミスタ５を中性点バスバー４に接着剤などによって固定した場合には、サーミスタ５と中性点バスバー４との間に接着剤が介在することになり、サーミスタ５による温度の検出精度が悪化するおそれがある。

【0024】

これに対し、本実施形態では、エジェクタピン６０ａ，６０ｂによって、中性点バスバー４とサーミスタ５とが接触した状態を維持するように挟持してモールド成形を行うことで、中性点バスバー４とサーミスタ５が直接接触するように一体化にされる。これにより、サーミスタ５と中性点バスバー４との間に接着剤が介在することがないので、サーミスタ５の温度を精度良く検出することができる。

【0025】

以上のように構成された本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。

【0026】

モータ１００（回転電機）は、平角線によってそれぞれ形成されたＵ相コイル３１、Ｖ相コイル３２、及びＷ相コイル３３からなる三相コイル３０と、三相コイル３０の中性点を形成し、導電性のプレートからなる中性点バスバー４と、三相コイル３０の温度を検出するサーミスタ５（温度検出器）と、を備える。中性点バスバー４は、三相コイル３０の外周に沿う円弧形状に形成され、三相コイル３０の内のＶ相コイル３２の一端３２ａは、中性点バスバー４の円周方向における中央近傍（接続点４ａ）に接続され、三相コイル３０の内のＵ相コイル３１、Ｗ相コイル３３の一端３３ａは、それぞれ中性点バスバー４の円周方向における端部近傍に接続される。サーミスタ５（温度検出器）は、中性点バスバー４の中央近傍であってＶ相コイル３２の一端３２ａに対向する位置に取り付けられる。

【0027】

この構成では、電流が、Ｕ相コイル３１とＶ相コイル３２の間、Ｗ相コイル３３とＶ相コイル３２の間、あるいはＵ相コイル３１とＷ相コイル３３の間のいずれかに流れた場合にも、中性点バスバー４の中央近傍（接続点４ａ）に流れることになる。そこで、サーミスタ５をＶ相コイル３２の一端３２ａに対向する位置に設けることにより、３つの三相コイル３０のどのようなコイル間に電流が流れても、三相コイル３０の温度を測定することができる。

【0028】

モータ１００（回転電機）では、中性点バスバー４は、径方向の内側に窪む凹部４ｄを有し、サーミスタ５（温度検出器）は、凹部４ｄに設けられる。

【0029】

この構成では、サーミスタ５（温度検出器）の径方向外側への飛び出し量を低減することができる。

【0030】

モータ１００（回転電機）では、中性点バスバー４とサーミスタ５（温度検出器）は、モールド材Ｍによって一体にされている。

【0031】

この構成では、中性点バスバー４とサーミスタ５（温度検出器）とが一体化にされているので、サーミスタ５（温度検出器）を接着剤などによって中性点バスバー４に固定する作業を省略することができる。これにより、モータ１００（回転電機）の組立時の作業効率を向上させることができる。また、サーミスタ５（温度検出器）と中性点バスバー４との間に接着剤などが介在することがないので、サーミスタ５による温度の検出精度が悪化することを防止できる。

【0032】

モータ１００（回転電機）の製造方法では、上型６Ａと下型６Ｂを備えた金型６内において、上型６Ａ及び下型６Ｂに設けられたエジェクタピン６０ａ，６０ｂで中性点バスバー４とサーミスタ５（温度検出器）とが接触した状態を維持するように挟持してモールド成形を行う。そして、モールド成形によって一体化された中性点バスバー４とサーミスタ５（温度検出器）を三相コイル３０に取り付ける。

【0033】

この構成では、中性点バスバー４とサーミスタ５は、直接接触するように一体化にされる。これにより、サーミスタ５と中性点バスバー４との間に接着剤が介在することがないので、サーミスタ５による温度の検出精度が悪化することを防止できる。また、一体化する際に、金型６に別途支持ピンなどを設ける必要がないので、コストの上昇や金型６の構造が複雑化することを抑制できる。さらに、中性点バスバー４とサーミスタ５（温度検出器）とが一体化されたものを、三相コイル３０に取り付けているので、モータ１００（回転電機）の組立時の作業効率を向上させることができる。

【0034】

以上、本発明の実施形態、上記実施形態及び変形例は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0035】

モータ１００は、車両に搭載されるものに限らない。また、中性点バスバー４に係る構成を発電機に適用することも可能である。

【0036】

上記実施形態では、中性点バスバー４の中央近傍（接続点４ａ）にＶ相コイル３２の一端３２ａが接続される場合を例に説明したが、これに限らず、中性点バスバー４の中央近傍（接続点４ａ）にＵ相コイル３１の一端３１ａ、あるいはＷ相コイル３３の一端３３ａを接続するようにしてもよい。

【0037】

また、上記実施形態では、温度検出器としてサーミスタ５を例に説明したが、これに限らず、他の形式の温度検出器（熱電対、白金測温抵抗体など）であってもよい。

【0038】

上記実施形態では、中性点バスバー４とサーミスタ５とをモールド成形によって一体化した場合を例に説明したこれに限らない。測定誤差を許容できる、あるいは補正できる場合には、接着剤を用いて一体化してもよい。また、サーミスタ５を取付部材などを用いて中性点バスバー４に取り付けるようにしてもよい。

【0039】

中性点バスバー４の形状は、絶縁性が確保されていれば、領域Ｒ１，Ｒ２部分を径方向外側に膨らませなくてもよい。

【0040】

上記実施形態では、Ｕ相コイル３１及びＶ相コイル３２の他端３１ｂ，３２ｂがモールド材Ｍで囲まれている場合を例に説明したが、これに限らず、Ｗ相コイル３３の他端３３ｂまでもモールド材で囲むようにしてもよい。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】