JP2014179264A - 絶縁層付き導線、絶縁層付き導線を用いたモータ及びモータの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電流の周波数が高くなったとしても熱損失が生じ難く、所望の電流や電圧を安定して確保できる絶縁層付き導線、この絶縁層付き導線を用いることで効率を向上したモータ及びこのモータの製造方法を提供する。
【解決手段】スロット4内に、絶縁材料によって中空管形状に形成され、中空管形状を形成する壁部8の内面に軸方向に長い凸部9又は凹部が設けられた絶縁層6と、絶縁層の壁部の内側に配置され、凸部又は凹部に嵌め合うように表面に溝部10又は突起部が形成された導線7とを備えることを特徴とする絶縁層付き導線5を配置する。
【選択図】図2
【解決手段】スロット4内に、絶縁材料によって中空管形状に形成され、中空管形状を形成する壁部8の内面に軸方向に長い凸部9又は凹部が設けられた絶縁層6と、絶縁層の壁部の内側に配置され、凸部又は凹部に嵌め合うように表面に溝部10又は突起部が形成された導線7とを備えることを特徴とする絶縁層付き導線5を配置する。
【選択図】図2
Description
この発明は、高電圧で電流を流した場合に生じる熱損失を抑制するための絶縁層付き導線と、この絶縁層付き導線を用いたモータと、このモータの製造方法に関する。
電気機器には、高電圧の電流を流す導線を内部に収容しているものがある。例えば、モータのステータにおいては、ステータコアの周方向に形成された複数のティース部と、このティース部に挟まれたスロットを有し、このスロットの内部に複数のコイル導体(導線)を収容するものが知られている。
このようなステータコアのスロットに収容されるコイル導体においては、コイル導体とステータコアとの接触を防止するために、コイル導体とステータコアとの間に絶縁性のシートを挟み込んで絶縁層を設けたものが開示されている(特許文献1)。
このようなステータコアのスロットに収容されるコイル導体においては、コイル導体とステータコアとの接触を防止するために、コイル導体とステータコアとの間に絶縁性のシートを挟み込んで絶縁層を設けたものが開示されている(特許文献1)。
ところで、図7に示すように、上記のようなモータなどに使用される導線101は、スロット内の占有率を上げるため、断面が四角形の太い平角線形状に形成されている。しかし、導線101は、通電される電流の周波数が高くなると、表皮効果が発生する。
すなわち、導線101は、通電される電流の周波数が高くなると、表層部分102に電流が流れる一方、中心部分103には電流が流れ難くなる(電流密度が導線の表面で高く、表面から中心側に離れると低くなる)現象が発生する。導線101は、この表皮効果が生じると、表層部分102に流れる電流量が増加するため、熱損失が増大する。
従って、このような導線をモータのステータコアにコイル導体として使用した場合、モータが必要とする所望の電流量や電圧が得られないという問題があった。また、所望の電流量や電圧が得られないことから、モータの効率を低下させる問題があた。
すなわち、導線101は、通電される電流の周波数が高くなると、表層部分102に電流が流れる一方、中心部分103には電流が流れ難くなる(電流密度が導線の表面で高く、表面から中心側に離れると低くなる)現象が発生する。導線101は、この表皮効果が生じると、表層部分102に流れる電流量が増加するため、熱損失が増大する。
従って、このような導線をモータのステータコアにコイル導体として使用した場合、モータが必要とする所望の電流量や電圧が得られないという問題があった。また、所望の電流量や電圧が得られないことから、モータの効率を低下させる問題があた。
そこで、この発明は、上記の問題に鑑みて成されたものであり、電流の周波数が高くなったとしても熱損失が生じ難く、所望の電流や電圧を安定して確保できる絶縁層付き導線、この絶縁層付き導線を用いることで効率を向上したモータ及びこのモータの製造方法を提供することを目的とする。
この発明は、絶縁材料によって中空管形状に形成され、前記中空管形状を形成する壁部の内面に軸方向に長い凸部又は凹部が設けられた絶縁層と、前記絶縁層の壁部の内側に配置され、前記凸部又は凹部に嵌め合うように表面に溝部又は突起部が形成された導線とを備えることを特徴とする。
この発明は、導線の表面に溝部又は突起部を形成して表面積を増加させたため、表皮効果が発生した場合には通電範囲が大きくなる。従って、電流が表層部分に集中して通電されたとしても、通電範囲が大きいため熱損失が過大となることは無く、所望の電流や電圧を安定して確保することができる。
この発明は、導線の表面に溝部又は突起部を形成して表面積を増加させ、表皮効果発生時の通電範囲を大きくして熱損失を生じ難くするものである。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。
図1〜図6は、この発明の実施例を示すものである。図1に示すように、モータのステータにおけるステータコア1は、磁性材料からなる円筒形状の環状部2の内周側に複数のティース部3を円周方向等間隔に形成し、各ティース部3間に複数のスロット4を円周方向等間隔に形成している。各スロット4内には、図2に示すように、絶縁層付き導線5を配置している。
前記絶縁層付き導線5は、絶縁層6と導線7とを備えている。絶縁層6は、絶縁材料によって四角形の空間Sを有する中空管形状に形成され、中空管形状を形成する壁部8の空間Sに臨む内面に軸方向に長い複数の凸部9が設けられている。導線7は、導電材料によって断面が四角形の平角線形状に形成される。この導線7は、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに配置され、前記凸部9に嵌め合うように表面に軸方向に長い複数の溝部10が形成されている。
このように、絶縁層付き導線5は、導線7の表面に溝部10を形成して表面積を増加させたため、周波数の高い電流が流れて表皮効果が発生した場合には、通電範囲が大きくなる。従って、絶縁層付き導線5は、図3に示すように、電流が表層部分11に中心部分12よりも集中して通電されたとしても、通電範囲が大きいため熱損失が過大となることは無く、所望の電流や電圧を安定して確保することができる。
なお、図2、図3においては、絶縁層6の壁部8で囲まれる空間Sに臨む内面に軸方向に長い凸部9を形成し、この凸部8に嵌め合うように導線7の表面に溝部10を形成したが、図4に示すように、絶縁層6の壁部8の内面に軸方向に長い凹部13を形成し、この凹部13に嵌め合うように導線7の表面に軸方向に長い突起部14を形成することもできる。
これにより、絶縁層付き導線5は、導線7の表面に突起部14を形成して表面積を増加させたため、電流が表層部分11に中心部分12よりも集中して通電されたとしても、周波数の高い電流が流れて表皮効果が発生した場合に通電範囲が大きくなり、通電範囲が大きいため熱損失が過大となることは無く、所望の電流や電圧を安定して確保することができる。
前記絶縁層付き導線5は、絶縁層6と導線7とを備えている。絶縁層6は、絶縁材料によって四角形の空間Sを有する中空管形状に形成され、中空管形状を形成する壁部8の空間Sに臨む内面に軸方向に長い複数の凸部9が設けられている。導線7は、導電材料によって断面が四角形の平角線形状に形成される。この導線7は、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに配置され、前記凸部9に嵌め合うように表面に軸方向に長い複数の溝部10が形成されている。
このように、絶縁層付き導線5は、導線7の表面に溝部10を形成して表面積を増加させたため、周波数の高い電流が流れて表皮効果が発生した場合には、通電範囲が大きくなる。従って、絶縁層付き導線5は、図3に示すように、電流が表層部分11に中心部分12よりも集中して通電されたとしても、通電範囲が大きいため熱損失が過大となることは無く、所望の電流や電圧を安定して確保することができる。
なお、図2、図3においては、絶縁層6の壁部8で囲まれる空間Sに臨む内面に軸方向に長い凸部9を形成し、この凸部8に嵌め合うように導線7の表面に溝部10を形成したが、図4に示すように、絶縁層6の壁部8の内面に軸方向に長い凹部13を形成し、この凹部13に嵌め合うように導線7の表面に軸方向に長い突起部14を形成することもできる。
これにより、絶縁層付き導線5は、導線7の表面に突起部14を形成して表面積を増加させたため、電流が表層部分11に中心部分12よりも集中して通電されたとしても、周波数の高い電流が流れて表皮効果が発生した場合に通電範囲が大きくなり、通電範囲が大きいため熱損失が過大となることは無く、所望の電流や電圧を安定して確保することができる。
前記絶縁層付き導線5は、導線7を絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに配置する場合に、鋳造成型して配置することができる。この場合、絶縁層6を導線7の融点より耐熱性が高い絶縁材料によって形成し、導線7を絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに鋳造成型する。
例えば、導線7の導電材料をアルミニウム(溶融温度600℃)とした場合、絶縁層6の絶縁材料として導線7の融点より耐熱性が高いタイモルド樹脂(溶融温度1000℃)を選択する。絶縁層6は、導線7より溶融温度の高い絶縁材料によって四角形の空間Sを有する中空管形状に形成され、壁部8の空間Sに臨む内面に軸方向に長い複数の凸部9が設けられている。導線7は、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに溶融状態の導電部材を流し込むことで鋳造成型され、凸部9に嵌め合うように表面に溝部10が形成される。
電気機器に組み付ける導線に例えば伸び率が低い導線を採用する場合は、導線を組み付ける際に組み付けがし難いという問題が発生する。
この絶縁層付き導線5は、絶縁層6の絶縁材料に導線7の融点より高い耐熱材料を使用しているため、この融点の高い絶縁材料によって形成した絶縁層6を導線7の鋳型として用いることができ、導線7を鋳造成型することができる。鋳造成型であるならば、上述のような組み付け性の問題が発生することは無い。
例えば、導線7の導電材料をアルミニウム(溶融温度600℃)とした場合、絶縁層6の絶縁材料として導線7の融点より耐熱性が高いタイモルド樹脂(溶融温度1000℃)を選択する。絶縁層6は、導線7より溶融温度の高い絶縁材料によって四角形の空間Sを有する中空管形状に形成され、壁部8の空間Sに臨む内面に軸方向に長い複数の凸部9が設けられている。導線7は、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに溶融状態の導電部材を流し込むことで鋳造成型され、凸部9に嵌め合うように表面に溝部10が形成される。
電気機器に組み付ける導線に例えば伸び率が低い導線を採用する場合は、導線を組み付ける際に組み付けがし難いという問題が発生する。
この絶縁層付き導線5は、絶縁層6の絶縁材料に導線7の融点より高い耐熱材料を使用しているため、この融点の高い絶縁材料によって形成した絶縁層6を導線7の鋳型として用いることができ、導線7を鋳造成型することができる。鋳造成型であるならば、上述のような組み付け性の問題が発生することは無い。
また、前記絶縁層付き導線5は、図5に示すように、表面に軸方向に長く形成された溝部10を備えた導線7と、導線7の表面に皮膜処理によって形成された絶縁皮膜層15とを備える構成とすることができる。
例えば、導線7は、例えば導電材料としてアルミニウムを押し出し加工して、表面に軸方向に長い溝部10を備えた断面が四角形の平角線形状に形成される。この導線7は、形成後、陽極酸化処理が施される。このように陽極酸化処理すると、導線7の表面が酸化アルミニウムの絶縁皮膜層15に覆われるため、絶縁性が発揮され、別途絶縁部材を設ける必要が無くなる。
この絶縁層付き導線5は、導線7の周囲を絶縁材料によって覆う必要が無いため、スロット4内における導線7の体積を大きくすることができる。このようにすれば、導電率が低い材料であっても導線7として用いることができ、かつ体積が大きくなることで導線7の表面積が大きくなるため、通電範囲が大きくなり、高周波電流が通電された場合には熱損失を低下させることができる。
例えば、導線7は、例えば導電材料としてアルミニウムを押し出し加工して、表面に軸方向に長い溝部10を備えた断面が四角形の平角線形状に形成される。この導線7は、形成後、陽極酸化処理が施される。このように陽極酸化処理すると、導線7の表面が酸化アルミニウムの絶縁皮膜層15に覆われるため、絶縁性が発揮され、別途絶縁部材を設ける必要が無くなる。
この絶縁層付き導線5は、導線7の周囲を絶縁材料によって覆う必要が無いため、スロット4内における導線7の体積を大きくすることができる。このようにすれば、導電率が低い材料であっても導線7として用いることができ、かつ体積が大きくなることで導線7の表面積が大きくなるため、通電範囲が大きくなり、高周波電流が通電された場合には熱損失を低下させることができる。
前記絶縁層付き導線5は、モータのステータコア1のスロット4内に配置される。これにより、絶縁層付き導線5を備えたモータは、ステータコア1のスロット4内に配置される導線に熱損失が少ない導線7を用いることができるため、磁化効率が向上し、結果としてモータの効率を向上させることができる。なお、絶縁層付き導線5により形成される複数相の巻線を有するモータの場合、複数のスロット4内に配置された絶縁層付き導線5をそれぞれ同一相毎にバスリングにより接続される。
前記絶縁層付き導線5を備えたモータを製造する場合において、絶縁層付き導線5は、前記のように絶縁層6を導線7の融点より耐熱性が高い絶縁材料によって形成し、導線7を絶縁層6の壁部8の内側に鋳造成型する。
ステータコア1のスロット4に導線7を配置したモータの製造方法においては、図6(A)に示すように、絶縁材料によって空間Sを有する中空管形状に形成され、中空管形状を形成する壁部8の空間Sに臨む内面に軸方向に長い凸部9が設けられた絶縁層6をスロット4に組み付ける工程と、図6(B)に示すように、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sにノズル16から溶融された導電材料を流し込んで鋳造成型する工程とを順次に実行する。絶縁層付き導線5は、図6(C)に示すように、流し込んだ導電材料を固化させることで、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに凸部9に嵌め合うように表面に溝部10が形成された導線7が鋳造成型される。
このように、絶縁層付き導線5を備えたモータの製造方法においては、壁部8で囲まれる空間Sに臨む内面に凸部9が設けられた中空管形状の絶縁層6をスロット4に組み付け、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに溶融された導電材料を流し込んで鋳造成型することで、導線7の表面に溝部10を形成して表面積を増加させ、周波数の高い電流が流れて表皮効果が発生した場合に、通電範囲が大きいため熱損失が過大となることは無く、所望の電流や電圧を安定して確保することができ、効率を向上したモータを製造することができる。
なお、図6においては、壁部8の空間Sに臨む内面に凸部9を形成した中空管形状の絶縁層6をスロット4に組み付け、絶縁層6の凸部9に嵌め合うように表面に溝部10が形成された導線7を鋳造成型したが、壁部8の空間Sに臨む内面に軸方向に長い凹部13を形成した中空管形状の絶縁層6(図4参照)をスロット4に組み付け、壁部8の凹部13に嵌め合うように表面に突起部14を形成した導線7を鋳造成型することもできる。
これにより、前記と同様に、周波数の高い電流が流れて表皮効果が発生した場合に通電範囲が大きくなり、通電範囲が大きいため熱損失が過大となることは無く、所望の電流や電圧を安定して確保することができ、効率を向上したモータを製造することができる。
ステータコア1のスロット4に導線7を配置したモータの製造方法においては、図6(A)に示すように、絶縁材料によって空間Sを有する中空管形状に形成され、中空管形状を形成する壁部8の空間Sに臨む内面に軸方向に長い凸部9が設けられた絶縁層6をスロット4に組み付ける工程と、図6(B)に示すように、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sにノズル16から溶融された導電材料を流し込んで鋳造成型する工程とを順次に実行する。絶縁層付き導線5は、図6(C)に示すように、流し込んだ導電材料を固化させることで、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに凸部9に嵌め合うように表面に溝部10が形成された導線7が鋳造成型される。
このように、絶縁層付き導線5を備えたモータの製造方法においては、壁部8で囲まれる空間Sに臨む内面に凸部9が設けられた中空管形状の絶縁層6をスロット4に組み付け、絶縁層6の壁部8で囲まれる内側の空間Sに溶融された導電材料を流し込んで鋳造成型することで、導線7の表面に溝部10を形成して表面積を増加させ、周波数の高い電流が流れて表皮効果が発生した場合に、通電範囲が大きいため熱損失が過大となることは無く、所望の電流や電圧を安定して確保することができ、効率を向上したモータを製造することができる。
なお、図6においては、壁部8の空間Sに臨む内面に凸部9を形成した中空管形状の絶縁層6をスロット4に組み付け、絶縁層6の凸部9に嵌め合うように表面に溝部10が形成された導線7を鋳造成型したが、壁部8の空間Sに臨む内面に軸方向に長い凹部13を形成した中空管形状の絶縁層6(図4参照)をスロット4に組み付け、壁部8の凹部13に嵌め合うように表面に突起部14を形成した導線7を鋳造成型することもできる。
これにより、前記と同様に、周波数の高い電流が流れて表皮効果が発生した場合に通電範囲が大きくなり、通電範囲が大きいため熱損失が過大となることは無く、所望の電流や電圧を安定して確保することができ、効率を向上したモータを製造することができる。
この発明は、導線の表面に溝部又は突起部を形成して表面積を増加させ、表皮効果発生時の通電範囲を大きくして熱損失を生じ難くするものであり、電気機器の内部に収容されて高電圧の電流を流す導線に応用が可能である。
1 ステータコア
2 環状部
3 ティース部
4 スロット
5 絶縁層付き導線
6 絶縁層
7 導線
8 壁部
9 凸部
10 溝部
11 表層部分
12 中心部分
13 凹部
14 突起部
15 絶縁皮膜層
16 ノズル
S 空間
2 環状部
3 ティース部
4 スロット
5 絶縁層付き導線
6 絶縁層
7 導線
8 壁部
9 凸部
10 溝部
11 表層部分
12 中心部分
13 凹部
14 突起部
15 絶縁皮膜層
16 ノズル
S 空間
Claims (5)
- 絶縁材料によって中空管形状に形成され、前記中空管形状を形成する壁部の内面に軸方向に長い凸部又は凹部が設けられた絶縁層と、前記絶縁層の壁部の内側に配置され、前記凸部又は凹部に嵌め合うように表面に溝部又は突起部が形成された導線とを備えることを特徴とする絶縁層付き導線。
- 前記絶縁層は、前記導線の融点より耐熱性が高い絶縁材料によって形成され、前記導線は、前記絶縁層の壁部の内側に鋳造成型されることを特徴とする請求項1記載の絶縁層付き導線。
- 表面に軸方向に長く形成された溝部又は突起部を備えた導線と、前記導線の表面に皮膜処理によって形成された絶縁皮膜層とを備えることを特徴とする絶縁層付き導線。
- 前記絶縁層付き導線は、ステータコアのスロット内に配置されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の絶縁層付き導線を備えたモータ。
- ステータコアのスロットに導線を配置したモータの製造方法において、絶縁材料によって中空管形状に形成され、前記中空管形状を形成する壁部の内面に軸方向に長い凸部又は凹部が設けられた絶縁層を前記スロットに組み付ける工程と、前記絶縁層の壁部の内側に溶融された導電材料を流し込み、前記導線を鋳造成型する工程とを備えることを特徴とする絶縁層付き導線を備えたモータの製造方法。
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JP2013053152A JP2014179264A (ja) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | 絶縁層付き導線、絶縁層付き導線を用いたモータ及びモータの製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107834772A (zh) * | 2017-12-24 | 2018-03-23 | 苏州阿福机器人有限公司 | 电机散热结构 |
CN110535272A (zh) * | 2018-05-23 | 2019-12-03 | 保时捷股份公司 | 电机的绕组、电机以及制造绕组的方法 |
EP3820025A1 (en) * | 2019-11-08 | 2021-05-12 | Hamilton Sundstrand Corporation | Spacer for a stator winding |
US11258338B2 (en) | 2017-11-13 | 2022-02-22 | Audi Ag | Slot wall insulation for a stator of an electric motor |
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