JP2008206302A - Stator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コアにコイルを巻き付けてなるモータや発電機のステータの構造に係り、特にコイルの冷却対策に関する。 The present invention relates to a structure of a stator of a motor or a generator in which a coil is wound around a core, and more particularly to a cooling measure for the coil.
近年、各種電気機器、電気自動車,ハイブリッド車,ロボットなどの新技術の進展に伴い、それらに用いられる回転電機(モータや発電機)に要求される性能が高度化してきている。たとえば、産業用モータ、電気自動車やハイブリッド車などにおいては、省スペース化が求められている。 In recent years, with the advancement of new technologies such as various electric devices, electric vehicles, hybrid vehicles, robots, etc., the performance required for rotating electric machines (motors and generators) used for them has been advanced. For example, space saving is required in industrial motors, electric vehicles, hybrid vehicles, and the like.
かかる省スペース化が進行するにつれて、ステータ構造が高密度化され、内部で生じた熱をどのように逃がすか、あるいは、冷却するかが重要である。たとえば、特許文献1には、リニアモータのコイル部の第1の冷却パネルに熱電変換素子を、第2の冷却パネルに電熱変換素子を配置することにより、コイル熱を電力に変換した後、この電力でコイルを冷却する技術が開示されている。
ところが、特許文献1の技術では、一律に熱電変換−電熱変換が行われるので、コイル温度を所望の温度に制御することが困難である。また、必ず2種の素子が必要であるために、コスト高を招くという不具合もある。さらに、省スペース化されたステータにおいては、もっとも高温になる部位に素子を設置できない事態もあるが、上記特許文献1の技術では、かかる事態への対処が未解決のままである。 However, in the technique of Patent Document 1, since thermoelectric conversion-electrothermal conversion is uniformly performed, it is difficult to control the coil temperature to a desired temperature. In addition, since two types of elements are necessary, there is a problem that the cost is increased. Furthermore, in a stator with space saving, there is a situation where an element cannot be installed at a part where the temperature is highest. However, in the technique of the above-mentioned Patent Document 1, a countermeasure for such a situation remains unsolved.
本発明の目的は、省スペース化に対応しつつ、効率よくコイルを冷却しうるステータを提供することにある。 The objective of this invention is providing the stator which can cool a coil efficiently, responding to space saving.
本発明のステータは、少なくとも1つのペルチェ素子を配備するとともに、コイル部材の少なくとも一部から前記ペルチェ素子まで延びる熱伝導性部材を設けたものである。 The stator of the present invention is provided with at least one Peltier element and provided with a heat conductive member extending from at least a part of the coil member to the Peltier element.
これにより、ペルチェ素子という1種類の素子によって、コイル部材における、ペルチェ素子の設置が困難な領域かつ高温領域である領域を、熱伝導性部材を介して冷却することが可能になる。つまり、空きスペースを利用して省スペース化に対応しつつ、冷却を必要とする部位を冷却することが可能になる。 Thereby, it becomes possible to cool the area | region where it is difficult to install a Peltier element in a coil member and the area | region which is a high temperature area | region through a heat conductive member with one kind of element called a Peltier element. That is, it is possible to cool a part that needs to be cooled while using space to cope with space saving.
熱伝導性部材として、ペルチェ素子をステータの一部に固着させる熱伝導性接着剤を用いることにより、コイルからの熱伝導機能とペルチェ素子の固着とを単一の部材で実現することができ、製造コストの削減を図ることができる。 By using a heat conductive adhesive for fixing the Peltier element to a part of the stator as the heat conductive member, the heat conduction function from the coil and the fixing of the Peltier element can be realized with a single member, The manufacturing cost can be reduced.
ペルチェ素子を、温度検出手段の検出温度に応じて、冷却モードと発電モードとに切り換える制御手段をさらに備えることにより、コイル温度を適正範囲に収めつつ熱の有効利用を図ることができる。 By further including control means for switching the Peltier element between the cooling mode and the power generation mode according to the temperature detected by the temperature detection means, it is possible to effectively use heat while keeping the coil temperature within an appropriate range.
ペルチェ素子が上下のコイルエンド部に取り付けられていて、熱伝導性接着剤が両側のコイルサイド部から各ペルチェ素子までそれぞれ延びていることにより、空きスペースをより有効に利用することができる。 Since the Peltier elements are attached to the upper and lower coil end portions and the heat conductive adhesive extends from the coil side portions on both sides to the respective Peltier elements, the empty space can be used more effectively.
本発明のステータによると、ペルチェ素子の設置が困難な領域かつ高温領域を、熱伝導性部材を介して冷却することができ、省スペース化に対応した冷却機能が得られる。 According to the stator of the present invention, the region where the Peltier element is difficult to install and the high temperature region can be cooled via the heat conductive member, and a cooling function corresponding to space saving can be obtained.
図1は、実施の形態における回転電機(モータや発電機)のステータの概略的な構造を示す平面である。図1に示すように、ステータは、複数の分割コア11を環状に組み合わせた後、図示しないリング部材等を用いて外側から囲み込んで組み立てられる。図1に示すステータの内方には、永久磁石を設けたロータ(図示せず)が配置される。分割コア11は、ヨーク部11aと、ヨーク部11aからロータ側に突出するティース部11bと、ティース部11bの先端部から広がる鍔部11cとを有している。そして、ティース部11bにコイルが巻き付けられるが、図1においては、図面を見やすくするために、コイルの図示が省略されている。
FIG. 1 is a plan view showing a schematic structure of a stator of a rotating electrical machine (motor or generator) in an embodiment. As shown in FIG. 1, the stator is assembled by enclosing a plurality of
図2は、図1に示すII-II線における断面図である。図3は、図1に示すIII-III線における断面図である。図2,図3に示すように、分割コア11のティース部11bに、コイル12が何層かに亘って巻き付けられている。実際には、コイル12は、分割コアに直接巻き付けられることはほとんどなく、分割コア11とコイル12との間には、インシュレータ(絶縁体)が介在しているが、本発明の本質的な要素ではないので、図2,図3ではインシュレータの図示を省略している。コイル12が巻き付けられる領域のうち,図2,図3における上下の領域は、コイル12の端部(巻き始めや巻き終わりの部分)が存在することが多いのでコイルエンド部Rceと呼ばれ、2,図3における左右の領域は、各分割コア11が隣接し合う領域なのでコイルサイド部Rcsと呼ばれている。
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III shown in FIG. As shown in FIGS. 2 and 3, the
そして、本実施の形態では、各分割コア11の上下のコイルエンド部Rceにおけるコイル12の上に、熱電変換素子であるペルチェ素子を用いたサーモモジュール30が取付られている。サーモモジュール30には、電気配線31,32を介して外部電力が供給されている。また、各分割コア11の左右のコイルサイド部Rcsにおけるコイル12の上に、温度検出手段である温度センサ40が取り付けられている。図2には図示が省略されているが、各温度センサ40は、それぞれ上下いずれかのサーモモジュール30に信号線で接続されており、温度センサ40で検出された温度信号がサーモモジュール30に入力される。
And in this Embodiment, the
また、コイルエンド部Rceおよびコイルサイド部Rcsに亘って、つまりコイル12の全集に亘って、熱伝導性部材である熱伝導性接着剤20が塗布されており、この熱伝導性接着剤20によりサーモモジュール30および温度センサ40がコイル12に固着されている。本発明の熱伝導性部材は、熱伝導性接着剤20に限定されるものではなく、カーボンシートなどを用いることもできる。ただし、熱伝導性接着剤20を用いることにより、コイル12の熱をサーモモジュール30(ペルチェ素子)まで伝導する機能と、サーモモジュールを固着する機能とを1つの部材で実現することができ、製造コストの削減を図ることができる。なお、図2の破線に示すように、サーモモジュール30の表面側に、外部につながる熱伝導部材を設けてもよい。
In addition, the heat
熱伝導性接着剤20は、樹脂材料を溶媒に溶かした樹脂溶液に高熱伝導性を有するフィラーを配合して被覆材を形成したものである。熱伝導性接着剤としては、エポキシ樹脂をベースとして、Au,Ni,Cuなどの金属や、BN,SiC,AlN,Al2O3,SiN,BC,SiO2,MgO,ZnO,TiO2などのセラミックスをフィラーとして含有させたものが適している。本実施形態においては、熱伝導性接着剤には、絶縁体であることが求められるので、特に、セラミックスで熱伝導率の大きい材料をフィラーとすることが好ましい。
The heat
たとえば、BNの熱伝導率は約210(W/m・K)であり、SiCの熱伝導率は約270(W/m・K)であり、AlNの熱伝導率は約170(W/m・K)であり、樹脂材料の熱伝導率(0.2W/m・K前後)よりも極めて高い。また、Al2O3の熱伝導率は約36(W/m・K)であり、BN等に比べると低いが、価格が安いので、フィラーを混入させるための製造コストの増大を抑制することができる利点がある。 For example, the thermal conductivity of BN is about 210 (W / m · K), the thermal conductivity of SiC is about 270 (W / m · K), and the thermal conductivity of AlN is about 170 (W / m · K). K), which is extremely higher than the thermal conductivity (around 0.2 W / m · K) of the resin material. In addition, the thermal conductivity of Al 2 O 3 is about 36 (W / m · K), which is lower than that of BN and the like, but the price is low, so that an increase in manufacturing cost for mixing the filler is suppressed. There is an advantage that can be.
図4は、サーモモジュール30の切り換え制御を説明する図である。図5は、検出温度に応じたサーモモジュールのモードを示す図である。図4において、詳細構造の図示は省略するが、サーモモジュール30は、数個から数十個のペルチェ素子を直列に接続して構成されている。概念的には、図4に示すように、p型素子34を共通電極33とp電極37との間に介在させ、n型素子35を共通電極33とn電極36との間に介在させて構成されている。共通電極33はコイル12に接しており、p電極37とn電極36とは表面が開放されているとともに電源に接続されている。そして、電源電圧をp電極37−n電極36間に印加すると、p型素子34では正孔の流れが生じ、n型素子35では電子の流れが生じることによるペルチェ効果を利用して、共通電極33−p電極37間、および共通電極33−n電極36間で熱を移動させる。つまり、共通電極33では吸熱が生じるので、コイル12が冷却されることになる。この吸熱は、直下に存在するコイルエンド部Rceだけでなく、熱伝導性接着剤20を介してコイルサイド部Rcsにも伝わるので、コイル12全体を効率よく冷却することができる。一方、p電極37およびn電極36は発熱するが、この熱は図2の破線に示す熱伝導部材によって、外部に放出される。ただし、この熱伝導部材がなくてもよい。
FIG. 4 is a diagram for explaining the switching control of the
一方、本実施の形態においては、図4に示すように、p電極37,n電極36への接続を電源側と共通電極側とに切り換える制御手段であるスイッチング素子38(CMOSFET等)がそれぞれ設けられている。そして、図5に示すように、温度センサ40の温度検出信号に応じ、検出温度が設定値Ts(たとえば200°C程度)以上の場合(冷却モード)には、スイッチング素子38が電源側の接点P1に導通されて、上述の作用によるコイル12の冷却が行われる。一方、温度センサ40の検出温度が設定値Ts未満になると(発電モード)、スイッチング素子38が端子P2に導通するように切り換えられる。そのとき、p電極37,n電極36では、それまでの発熱作用によって温度が上昇しているので、p電極37,n電極36は高温状態にある。この状態で、電力供給が切断されると、p電極37,n電極36と共通電極33との温度差によって、図4に示す方向とは逆方向の正孔,電子の流れが生じる。その結果、ゼーペック効果による電位差が生じ、発電が行われる。そして、この電力は、利用系に送られて、ステータを部品として有するモータ等や、モータ等が配置される自動車などに搭載されている他の部材の駆動用電力として利用されることになる。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, a switching element 38 (CMOSFET or the like) is provided as a control means for switching the connection to the
本実施の形態によると、最も高温になるコイルサイド部Rceには、サーモモジュール30を配置するスペースがないことに着目し、サーモモジュール30をスペース的制約が小さいコイルエンド部Rceに設置する一方、コイルサイド部Rcsからコイルエンド部Rceに亘って熱導電性接着剤20を塗布する構成としたので、コイルサイド部Rceの発熱を速やかに吸収し、コイル温度の上昇を抑制することができる。また、従来のように、熱電変換素子と電熱変換素子との2種類の素子を用いるのではなく、1種類の素子だけで、コイル12を効率よく冷却することができる。
According to this embodiment, paying attention to the fact that there is no space for placing the
ただし、本発明のペルチェ素子(サーモモジュール30)を配置する部位は、ステータの一部であればよく、コイルエンド部Rceである必要はない。たとえば、分割コア11に凹部を形成して凹部内にペルチェ素子を配置してもよいし、図1では図示が省略されているが、各分割コア11を固定するための締結リングに溝や孔を形成してその内部にペルチェ素子を配置してもよい。
However, the part where the Peltier element (thermo module 30) of the present invention is disposed may be a part of the stator and does not have to be the coil end portion Rce. For example, a concave portion may be formed in the
また、温度センサ40の検出温度に応じて、必要以上に低温まで冷却することなく、検出温度が設定値Ts以下になると、それまでの冷却作用のために高温状態にあるp電極37,n電極36と共通電極33との温度差を利用して、発電を行うようにしたので、外部から供給する電力を必要最小限に抑制することができる。
Further, if the detected temperature falls below the set value Ts without cooling to a lower temperature than necessary according to the detected temperature of the
(他の実施の形態)
上記実施の形態では、上下のコイルエンド部Rceにサーモモジュール30(ペルチェ素子)を配置したが、いずれか一方のコイルエンド部Rceのみにサーモモジュールを配置して、1つのサーモモジュール30によって両側のコイルサイド部Rcsを寝伝導性接着剤20を介して冷却するようにしてもよい。その場合には、冷却機能,発電機能は低下するものの、上記実施の形態の基本的な効果を発揮することができる。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the thermo module 30 (Peltier element) is arranged in the upper and lower coil end portions Rce. However, the thermo module is arranged only in one of the coil end portions Rce, and one
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。 The structure of the embodiment of the present invention disclosed above is merely an example, and the scope of the present invention is not limited to the scope of these descriptions. The scope of the present invention is indicated by the description of the scope of claims, and further includes meanings equivalent to the description of the scope of claims and all modifications within the scope.
本発明のステータは、産業用モータ、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車,ロボットなどに配置されるモータや発電機に利用することができる。 The stator of the present invention can be used for motors and generators disposed in industrial motors, hybrid vehicles, electric vehicles, fuel cell vehicles, robots, and the like.
10 ステータ
11 分割コア
11a ヨーク部
11b ティース部
11c 鍔部
12 コイル
20 熱伝導性接着剤(熱伝導性部材)
30 サーモモジュール
31,32 電気配線
33 共通電極
34 p型素子
35 n型素子
36 n電極
37 p電極
38 スイッチング素子(制御手段)
40 温度センサ
P1,P2 接点
Rce コイルエンド部
Rcs コイルサイド部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
30
40 Temperature sensor P1, P2 Contact point Rce Coil end part Rcs Coil side part
Claims (4)
前記コアに巻き付けられたコイル部材と、
少なくとも1つのペルチェ素子と、
前記コイル部材の少なくとも一部から前記ペルチェ素子まで延びる熱伝導性部材と、
を備えている、ステータ。 A core composed mainly of a magnetic material;
A coil member wound around the core;
At least one Peltier element;
A thermally conductive member extending from at least a portion of the coil member to the Peltier element;
Comprising a stator.
前記熱伝導性部材は、前記ペルチェ素子をステータの一部に固着させる熱伝導性接着剤である、ステータ。 The stator according to claim 1, wherein
The said heat conductive member is a stator which is a heat conductive adhesive which fixes the said Peltier device to a part of stator.
コイル温度を検出するための温度検出手段と、
前記ペルチェ素子を、前記温度検出手段の検出温度に応じて、冷却モードと発電モードとに切り換える制御手段と、
をさらに備えている、ステータ。 The stator according to claim 1 or 2,
Temperature detecting means for detecting the coil temperature;
Control means for switching the Peltier element between a cooling mode and a power generation mode in accordance with the detected temperature of the temperature detecting means;
The stator further comprising:
前記ペルチェ素子は、前記コイル部材の上下のコイルエンド部に取り付けられており、
前記熱伝導性接着剤は、前記コイル部材の両側のコイルサイド部から各ペルチェ素子までそれぞれ延びている、ステータ。 In the stator according to any one of claims 1 to 3,
The Peltier element is attached to upper and lower coil end portions of the coil member,
The heat conductive adhesive extends from the coil side portions on both sides of the coil member to each Peltier element.
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2007
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