特許 7605153 電動機のステータ

(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】2024-12-16

(45)【発行日】2024-12-24

(54)【発明の名称】電動機のステータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 11/25 20160101AFI20241217BHJP

【ＦＩ】

H02K11/25

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2022027246

(22)【出願日】2022-02-24

(65)【公開番号】P2023123262

(43)【公開日】2023-09-05

【審査請求日】2023-11-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100085361

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 治幸

(74)【代理人】

【識別番号】100147669

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 光治郎

(72)【発明者】

【氏名】田渕 堅大

(72)【発明者】

【氏名】加藤 弘樹

【審査官】永田 勝也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１８２８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２２／００２９４９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１５４５６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１５８８５９（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】

回転軸線まわりに配置される筒状のステータコアと、前記ステータコアを前記回転軸線方向に貫通するスロットに挿し通された複数本のコイルと、前記コイルに電気的に接続されている導電部材と、前記導電部材に取り付けられている温度センサと、前記導電部材および前記温度センサのそれぞれの少なくとも一部を被覆する樹脂部と、を備える電動機のステータであって、
前記導電部材には、前記ステータコアの前記回転軸線方向に伸びる丸穴が貫通して形成され、
前記温度センサは、基部と、前記導電部材の厚みより大きく前記基部から突き出す円柱状の凸部と、を有し、
前記温度センサの前記凸部は、前記基部と前記導電部材とが当接する位置まで前記丸穴に締まりばめ状態で挿入されている
ことを特徴とする電動機のステータ。

【請求項2】

前記導電部材は、中性線バスバーである
ことを特徴とする請求項１に記載の電動機のステータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電動機のステータに取り付けられる温度センサの取付構造に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、電動機を構成するステータに取り付けられる温度センサの取付構造について記載されている。具体的には、特許文献１には、ステータコアに取り付けられたステータコイルに接続される導電部材に、温度センサを取り付ける構造が記載されている。また、特許文献１には、ステータコアから回転軸線方向に突き出すステータコイルの先端が各々に溶接され、これら溶接された部位の絶縁性を良好とするため、各々のコイルの先端を樹脂で被覆する構造が記載されている。さらに、特許文献１には、温度センサの素子部が冷却油などの冷媒と接触してセンサ測定値が実際のコイル温度よりも低くならないように、温度センサをステータコイルの先端とともに樹脂で被覆することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２１－１１４８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載の温度センサの取付構造では、導電部材を折り曲げ、導電部材の間に挟まれるようにして温度センサが取り付けられていたため、温度センサの取付部分の厚みが大きくなる。その結果、温度センサおよび導電部材を被覆する樹脂の使用量が増加し、体格が大型化するという問題があった。

【0005】

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、導電部材に取り付けられた温度センサが樹脂で被覆される構造を有する電動機のステータにおいて、樹脂の使用量を減少して体格の大型化を抑制できる構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１発明の要旨とするところは、（ａ）回転軸線まわりに配置される筒状のステータコアと、前記ステータコアを前記回転軸線方向に貫通するスロットに挿し通された複数本のコイルと、前記コイルに電気的に接続されている導電部材と、前記導電部材に取り付けられている温度センサと、前記導電部材および前記温度センサのそれぞれの少なくとも一部を被覆する樹脂部と、を備える電動機のステータであって、（ｂ）前記導電部材には、前記ステータコアの前記回転軸線方向に伸びる丸穴が貫通して形成され、（ｃ）前記温度センサは、基部と、前記導電部材の厚みより大きく前記基部から突き出す円柱状の凸部と、を有し、（ｄ）前記温度センサの前記凸部は、前記基部と前記導電部材とが当接する位置まで前記丸穴に締まりばめ状態で挿入されていることを特徴とする。

【0009】

第２発明の要旨とするところは、第１発明において、前記導電部材は、中性線バスバーであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

第１発明によれば、温度センサが導電部材に形成された穴に挿入されるため、温度センサが穴に挿入された分だけ、樹脂部によって被覆される部位の厚みを薄くすることができる。その結果、樹脂の使用量が減少し、装置の体格が大型化するのを抑制することができる。また、温度センサの、前記導電部材の厚みより大きく前記基部から突き出す円柱状の凸部は、基部と導電部材とが当接する位置まで丸穴に締まりばめ状態で挿入されるため、温度センサの導電部材への組付後に、温度センサが丸穴から外れることが防止される。また、温度センサと導電部材とが密着状態になるため、温度センサの温度追従性を向上させることができる。

【0013】

第２発明によれば、導電部材は、中性線バスバーであるため、走行中に常に電流が印加される中性線バスバーの温度が検出されることで、温度センサによる電動機の温度検出精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施例である車両に搭載される電動機を回転軸線方向に見た図である。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図を簡略化した図である。

【図3】図２の切断線Ｂ－Ｂで切断した断面図である。

【図4】溶接部、中性線バスバー、および温度センサを樹脂部で被覆するときの製造過渡期の状態を示す図である。

【図5】温度センサおよび中性線バスバーの組付前の寸法関係を示す図である。

【図6】本発明の他の実施例に対応する中性線バスバーおよび中性線バスバーに取り付けられる温度センサの構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は適宜簡略化或いは変形されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも正確に描かれていない。

【実施例1】

【0016】

図１は、本発明が適用された車両に搭載される電動機ＭＧを回転軸線ＣＬ方向に見た図である。電動機ＭＧは、非回転部材であるケース１２内に収容されている。電動機ＭＧは、回転軸線ＣＬを中心にして配置されている。電動機ＭＧは、回転軸線ＣＬを中心にして回転可能に配置されているロータ１４と、ロータ１４の外周側に配置されているステータ１６と、を含んで構成されている。

【0017】

ロータ１４は、円筒状に構成され、回転軸線ＣＬ方向の両端に配置されている図示しない軸受を介してケース１２によって回転可能に支持されている。ステータ１６は、円筒状に形成され、ケース１２に図示しないボルトを介して締結されている。従って、ステータ１６は、ケース１２に回転不能に固定されている。ロータ１４とステータ１６との間には、径方向で所定の間隙が形成されている。

【0018】

ロータ１４には、複数個の磁石１４ａが内蔵されている。ステータ１６は、回転軸線ＣＬ方向まわりに配置された円筒状のステータコア１８と、ステータコア１８を回転軸線ＣＬ方向に貫通する複数本のステータコイル２０と、を備えている。ステータコイル２０は、断面が矩形の図示しない絶縁被膜付の導線から形成され、且つ、一辺が後述するスロット２２の間隙の寸法と略同じ寸法とされている。なお、ステータコイル２０が、本発明のコイルに対応している。

【0019】

ステータコア１８は、複数枚の電磁鋼板が積層されて円筒状に構成されている。ステータコア１８には、回転軸線ＣＬ方向に見たとき放射状に形成された複数のスロット２２が形成されている。スロット２２は、ステータコア１８の内周面から径方向外側に向かって伸びる切欠である。複数のスロット２２は、ステータコア１８の周方向に等角度間隔に配置されている。また、スロット２２は、ステータコア１８を回転軸線ＣＬの方向に貫通している。

【0020】

各スロット２２には、複数本のステータコイル２０が挿し通されている。スロット２２を回転軸線ＣＬ方向に見ると、各スロット２２には、それぞれ複数本のステータコイル２０が径方向に並んで配置されている。ステータコイル２０は、Ｕ字状に形成されており、各ステータコイル２０の一対の先端部が、ステータコア１８の回転軸線ＣＬ方向の一方から他方に向かってスロット２２に挿し通される。従って、ステータコイル２０の各々の端部が、ステータコア１８の回転軸線ＣＬ方向の一端から回転軸線ＣＬ方向に突き出している。ステータコイル２０のうちステータコア１８から回転軸線ＣＬ方向に突き出した部位が束ねられることによって、一点鎖線で示すコイルエンド２４が形成される。コイルエンド２４を形成するステータコイル２０の回転軸線ＣＬ方向の端部では、別個のステータコイル２０の先端同士が互いに溶接された溶接部２６（図２参照）が形成されている。

【0021】

車両搭載状態でコイルエンド２４の鉛直方向で上方には、冷却パイプ２８が回転軸線ＣＬ方向に沿って配置されている。冷却パイプ２８には、オイルクーラ３０を経由して冷却された冷却油が、機械式オイルポンプ３２によって汲み上げられて供給される。

【0022】

図１の矢印は、冷却油の流れを示している。冷却パイプ２８には、複数の油放出穴３４が形成されており、各油放出穴３４から冷却油が放出される。油放出穴３４から放出された冷却油は、コイルエンド２４に向かって飛散する。コイルエンド２４に付着した冷却油は、矢印で示すようにコイルエンド２４を伝って下方に移動し、このときコイルエンド２４が冷却される。また、コイルエンド２４の下方に到達した冷却油は、ケース１２の下部に移動し、オイルクーラ３０によって冷却され、機械式オイルポンプ３２を経由して再度冷却パイプ２８に供給される。このようにして、冷却油は、コイルエンド２４を冷却しつつケース１２内を循環する。

【0023】

図２は、図１のＡ－Ａ断面図を簡略化した図である。図２では、紙面上下方向が回転軸線ＣＬ方向に対応し、紙面左右方向が回転軸線ＣＬを中心とする径方向に対応している。図２に示すように、ステータコア１８の回転軸線ＣＬ方向の端部から突き出した複数本のステータコイル２０によってコイルエンド２４が形成されている。また、コイルエンド２４の先端部では、別個のステータコイル２０の先端が互いに溶接された溶接部２６が形成されている。コイルエンド２４および溶接部２６は、回転軸線ＣＬを中心にして環状に形成されている。

【0024】

ステータコイル２０には、中性線バスバー３６が電気的に接続されている。中性線バスバー３６は、ステータコイル２０を構成するＵ相コイル、Ｖ相コイル、およびＷ相コイルのそれぞれの端部を接続し、Ｙ結線の中性点を形成している。また、中性線バスバー３６には、電動機ＭＧのモータ温度検出用の温度センサ３８が取り付けられている。中性線バスバー３６には、車両運転中（車両停止時を含む）において常に電流が流れるため、中性線バスバー３６に温度センサ３８が取り付けられることで、温度センサ３８のモータ温度検出精度が向上する。また、温度センサ３８は、中性線バスバー３６とステータコア１８との間に形成される空間に取り付けられるため、温度センサ３８を取り付けることで電動機ＭＧの体格が大型化することが防止される。なお、中性線バスバー３６が、本発明の導電部材に対応している。

【0025】

また、ステータコイル２０の先端部が互いに溶接された溶接部２６の絶縁性を確保するため、溶接部２６が樹脂からなる樹脂部４０によって被覆されている。さらに、中性線バスバー３６に取り付けられた温度センサ３８のサーミスタ素子部４８（図３参照）付近が冷却油と接触して温度センサ３８の温度検出精度が低下しないように、中性線バスバー３６および温度センサ３８の一部についても樹脂部４０によって被覆されている。従って、樹脂部４０は、溶接部２６、中性線バスバー３６、および温度センサ３８の一部を一体的に被覆している。

【0026】

上述したように、温度センサ３８の一部が樹脂部４０によって被覆されることで、温度センサ３８によるセンサ計測値が冷却油によって低くなることが抑制されるが、温度センサ３８を樹脂で被覆するだけ、樹脂部４０の回転軸線ＣＬ方向の厚み（図２において厚みＬ１に相当）が厚くなる。その結果、樹脂の使用量が増加してしまう。また、電動機ＭＧの搭載上の制約などにより、電動機ＭＧの回転軸線ＣＬ方向の長さが制限される場合には、冷却油によって冷却可能なコイルエンド２４の回転軸線ＣＬ方向の長さ（図２において長さＬ２に相当）が、樹脂部４０の厚みに対して相対的に短くなる。その結果、冷却油に接触可能なコイルエンド２４の表面積が少なくなり、冷却油によるステータコイル２０の冷却性が低下する。これに関連して、ステータコイル２０の温度制約によって電動機ＭＧの出力トルクが制限される場面が増加する虞もある。

【0027】

上述した問題を回避するため、温度センサ３８の少なくとも一部は、中性線バスバー３６に貫通して形成された丸穴４６に挿入されている。図３は、図２の切断線Ｂ－Ｂで切断した断面図である。図３において、紙面上下方向が回転軸線ＣＬ方向に対応している。また、図３において紙面上方に、温度センサ３８のＣ－Ｃ断面図が記載されている。図３では、樹脂部４０については省略されている。なお、丸穴４６が、本発明の穴に対応している。

【0028】

温度センサ３８は、サーミスタ素子部４８と、サーミスタ素子部４８を保護するセンサケース５０と、を備えている。サーミスタ素子部４８は、樹脂からなるセンサケース５０に内蔵されている。また、サーミスタ素子部４８には、２本のリード線５２ａ、５２ｂが接続されている。

【0029】

センサケース５０は、所定の厚みを有する板状の基部５４と、中性線バスバー３６の厚みよりも大きく基部５４から垂直に突き出す円柱状の凸部５６と、を有する凸形状（段付形状）となっている。中性線バスバー３６は、回転軸線ＣＬ方向に所定の厚みを有している。中性線バスバー３６には、厚み方向すなわち回転軸線ＣＬ方向に伸びる丸穴４６が形成されている。

【0030】

温度センサ３８の凸部５６は、中性線バスバー３６に形成された断面円形状の丸穴４６に挿入されている。温度センサ３８は、センサケース５０の基部５４と中性線バスバー３６とが当接する位置まで挿入されている。

【0031】

従って、図２に示すように、樹脂部４０の厚みＬ１を、温度センサ３８が丸穴４６に挿入されている寸法Ｌ３分だけ薄くできる。その結果、樹脂部４０を形成するための樹脂の使用量を低減することができる。また、搭載性の問題などから、電動機ＭＧのステータコア１８から回転軸線ＣＬ方向に突き出す部位の寸法が制限される場合であっても、樹脂部４０の厚みＬ１を薄くできるため、冷却油によって冷却可能なコイルエンド２４の回転軸線ＣＬ方向の長さＬ２を厚みＬ１に対して相対的に長くできる。その結果、冷却油に接触可能なコイルエンド２４の表面積が増加するため、冷却油による電動機ＭＧの冷却性能が向上する。これに関連して、電動機ＭＧの熱による出力制限が緩和され、電動機ＭＧを小型化することもできる。

【0032】

図４は、溶接部２６、中性線バスバー３６、および温度センサ３８を樹脂部４０で被覆するときの製造過渡期の状態を示している。図４では、紙面下方が製造時における鉛直下方に対応する。樹脂部４０を成形するに当たって、予め溶接部２６を形成するとともに、中性線バスバー３６に温度センサ３８を取り付けた状態で、金型４２に充填された液状の樹脂内に、溶接部２６、中性線バスバー３６、および温度センサ３８を浸漬させる。この状態で液状の樹脂が硬化すると、溶接部２６、中性線バスバー３６、および温度センサ３８が樹脂で被覆された樹脂部４０が成形される。

【0033】

図５は、温度センサ３８および中性線バスバー３６の組付前の寸法の関係を示す図である。温度センサ３８が中性線バスバー３６の丸穴４６に挿入される前では、円柱状に形成されている凸部５６の外形ｄ１が、丸穴４６の外形ｄ２よりも僅かに大きい。従って、温度センサ３８の組付過渡期には、温度センサ３８が丸穴４６に圧入されることとなる。これに伴い、温度センサ３８が丸穴４６に挿入された後は、温度センサ３８が締まりばめ状態で中性線バスバー３６に固定される。なお、凸部５６の外形ｄ１と丸穴４６の外形ｄ２との寸法差は、組付後において凸部５６と丸穴４６とが締まりばめされる程度の寸法に設定されている。

【0034】

これより、中性線バスバー３６に温度センサ３８を取り付けた状態で、これらが液状の樹脂に浸漬されるが、このとき温度センサ３８が中性線バスバー３６の丸穴４６に締まりばめ状態で固定されているため、製造過渡期に温度センサ３８が丸穴４６からずれることが防止されて製造性が向上する。また、サーミスタ素子部４８近傍の樹脂が中性線バスバー３６に密着するため、温度センサ３８と中性線バスバー３６との間に空気や樹脂が入り込むことが抑制され、温度センサ３８と中性線バスバー３６との間に空気等が介在することによる熱抵抗が低減される。その結果、温度センサ３８の温度追従性が向上する。

【0035】

上述のように、本実施例によれば、温度センサ３８が中性線バスバー３６に形成された丸穴４６に挿入されるため、温度センサ３８が丸穴４６に挿入された分だけ、樹脂部４０によって被覆される部位の厚みＬ１を薄くすることができる。その結果、樹脂の使用量が減少し、装置の体格が大型化するのを抑制することができる。

【0036】

また、本実施例によれば、温度センサ３８の基部５４から突き出す凸部５６が丸穴４６に挿入されるため、温度センサ３８のうち丸穴４６に挿入される部位の長さを常に一定にすることができる。また、温度センサ３８は丸穴４６に締まりばめ状態で挿入されるため、温度センサ３８の中性線バスバー３６への組付後に、温度センサ３８が丸穴４６から外れることが防止される。また、温度センサ３８と中性線バスバー３６とが密着状態になるため、温度センサ３８の温度追従性を向上させることができる。また、走行中に常に電流が印加される中性線バスバー３６に温度センサ３８が取り付けられることで、温度センサ３８による電動機ＭＧの温度検出精度が向上する。

【0037】

つぎに、本発明の他の実施例を説明する。なお、以下の説明において前述の実施例と共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

【実施例2】

【0038】

図６は、本発明の他の実施例に対応する中性線バスバー８０および中性線バスバー８０に取り付けられる温度センサ８２の構造を示す図である。なお、中性線バスバー８０および温度センサ８２以外の構造については、前述した実施例と同じであるためその説明を省略する。また、中性線バスバー８０が、本発明の導電部材に対応している。

【0039】

図６に示すように、中性線バスバー８０には、温度センサ８２が挿入される四角穴８４が形成されている。四角穴８４は、断面が正方形に形成されている。なお、四角穴８４が、本発明の穴に対応している。

【0040】

温度センサ８２は、サーミスタ素子部４８と、サーミスタ素子部４８を保護するための樹脂製のセンサケース８６と、を備えている。センサケース８６は、平板状の基部８８と、中性線バスバー８０の厚みよりも大きく基部８８から垂直に突き出す凸部９０と、を有する凸形状（段付形状）となっている。凸部９０は、紙面上方に記載されたＤ－Ｄ断面図に示すように、外形が四角形（正方形）に形成されている。従って、中性線バスバー８０の四角穴８４に温度センサ８２の凸部９０を挿入することが可能になる。組付状態では、凸部９０は、中性線バスバー８０の四角穴８４を貫通する。このように、温度センサ８２が挿入される中性線バスバー８０の穴（四角穴８４）の形状が四角形に形成され、温度センサ８２の凸部（凸部９０）の外形形状が四角穴８４の形状に合わせて四角形に形成されている。上記のように、形成される場合であっても、中性線バスバー８０の四角穴８４に温度センサ８２の凸部９０が挿入されることで、四角穴８４に凸部９０が挿入される分だけ樹脂部の厚みＬ１（図２参照）を薄くできる。その結果、樹脂の使用量を低減でき、また、冷却油に接触可能なコイルエンド２４の表面積が増加することで、冷却油による電動機ＭＧの冷却性能が向上する。

【0041】

また、温度センサ８２が中性線バスバー８０に組み付けられる前では、外形が四角柱に形成されている凸部９０の一辺の寸法ｓ１が、四角穴８４の一辺の寸法ｓ２よりも僅かに大きい。従って、温度センサ８２の組付過渡機には、温度センサ８２が四角穴８４に圧入されることとなる。これに伴い、温度センサ８２が四角穴８４に挿入されると、温度センサ８２が中性線バスバー８０に締まりばめ状態で固定される。その結果、製造過渡期に温度センサ８２が四角穴８４からずれることが防止されたり、温度センサ８２と中性線バスバー８０とが密着状態となることで温度センサ８２の温度追従性が向上したりする。上述のように、本実施例によっても、前述の実施例と同様の効果が得られる。

【0042】

以上、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。

【0043】

例えば、前述の実施例では、中性線バスバー３６に形成される丸穴４６は、真円形状に形成されるものであったが、楕円形状に形成されても構わない。また、これに合わせて、温度センサ３８の凸部５６の外形形状についても楕円形状に形成されても構わない。同じく、中性線バスバー８０に形成される四角穴８４は、正方形状に形成されるものであったが、長方形状に形成されても噛まない。また、これに合わせて、温度センサ８２の凸部９０の外形形状についても長方形状に形成されても構わない。さらには、中性線バスバーに形成される穴の形状は、円形状および四角形状に限定されず、例えば三角形状や台形形状など適宜変更されても構わない。同様に、温度センサの凸部の外形形状についても、穴の形状に応じて適宜変更されても構わない。

【0044】

また、前述の実施例では、中性線バスバー３６に形成された丸穴４６および中性線バスバー８０に形成された四角穴８４は、ともに中性線バスバー３６、８０を厚み方向に貫通する貫通穴であったが、中性線バスバーに形成される穴は必ずしも貫通穴に限定されない。例えば、切欠または所定の深さを有する穴であっても構わない。

【0045】

また、前述の実施例では、中性線バスバー３６に形成された丸穴４６および中性線バスバー８０に形成された四角穴８４は、ともに中性線バスバー３６、８０の内部に形成されるものであったが、中性線バスバーの縁に切欠を形成し、その切欠に温度センサが挿入されるものであっても構わない。すなわち、上記切欠は、中性線バスバーの縁に形成されて温度センサを嵌め着ける穴として機能する。

【0046】

また、前述の実施例では、温度センサ３８、８２のセンサケース５０、８６は、それぞれ基部５４、８８および凸部５６、９０からなる段付形状に形成されるものであったが、本発明は、必ずしも段付形状に限定されず、段付形状を有さない形状であっても構わない。これに伴って、温度センサ全体が中性線バスバーに形成された穴内に挿入されるものであっても構わない。すなわち、温度センサの少なくとも一部が、中性線バスバーに形成された穴に挿入されるものであればよい。

【0047】

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を加えた態様で実施することができる。

【符号の説明】

【0048】

１６：ステータ
１８：ステータコア
２０：ステータコイル（コイル）
２２：スロット
２６：溶接部
３６、８０：中性線バスバー（導電部材）
３８、８２：温度センサ
４０：樹脂部
４６：丸穴（穴）
５４、８８：基部
５６、９０：凸部
８４：四角穴（穴）
ＭＧ：電動機
ＣＬ：回転軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】