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

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

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）。

特開２０１２−４４８３１

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。

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。

図１はステータコアの一部平面図である。（実施例） 図２は絶縁層付き導線をスロットに配置したステータコアの拡大平面図である。（実施例） 図３は表面に溝部を形成した絶縁層付き導線の電流通過部分を示す断面図である。（実施例） 図４は表面に突起部を形成した絶縁層付き導線の電流通過部分を示す断面図である。（実施例） 図５は表面に皮膜処理によって絶縁皮膜層を形成した絶縁層付き導線をスロットに配置したステータコアの拡大平面図である。（実施例） 図６（Ａ）は中空管形状の絶縁層をスロットに組み付ける工程を示すステータコアの一部斜視図、図６（Ｂ）は中空管形状の絶縁層の内側に溶融された導電材料を流し込んで鋳造成型する工程を示すステータコアの一部斜視図、図６（Ｃ）は中空管形状の絶縁層の内側に導線が鋳造成型された状態を示すステータコアの一部斜視図である。（実施例） 図７は導線の電流通過部分を示す断面図である。（従来例）

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。

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、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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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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