DE102010049405A1

DE102010049405A1 - Elektrischer Draht für Hochfequenzstrom, Hochspannungsstrom und Hochstrom

Info

Publication number: DE102010049405A1
Application number: DE102010049405A
Authority: DE
Inventors: Yoshihide Yamagata Goto; Taiki Yamagata Goto; Youichi Yamagata Miura
Original assignee: Goto Denshi Co Ltd
Current assignee: Goto Denshi Co Ltd
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2011-07-07
Also published as: US8878068B2; JP5421064B2; USRE46850E1; JP2011090988A; USRE48457E1; US20110095857A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Draht, umfassend einen Leiterdraht mit zumindest einer Nut, die auf der Oberfläche des Leiterdrahts ausgebildet ist, und umfassend einen in die Nut einzusetzenden Zusatzdraht, wobei die Nut auf einer Außenfläche des Leiterdrahts in Längsrichtung des Leiterdrahts vorgesehen ist, und wobei der Zusatzdraht in die Nut eingesetzt ist.

Description

Technisches Gebiet
The vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-245345 , die am 26. Oktober 2009 unter dem Titel „Elektrischer Draht für Hochfrequenzstrom, Hochspannungsstrom und Hochstrom” eingereicht wurde und die unter Bezugnahme vollständig in die vorliegende Anmeldung eingebunden ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Draht, der zum Anlegen eines Hochfrequenzstroms, Hochspannungsstroms oder Hochstroms oder zum Durchfluss eines Stroms bei hoher Temperatur optimal geeignet ist.
Hintergrund der Erfindung
Elektrofahrzeuge finden in der Praxis bereits Verwendung. Es ist bekannt, dass einige Elektrofahrzeuge mit Motoren ausgestattet sind, die Spulen aufweisen, die von Hochfrequenzströmen mit beispielsweise 200 KHz durchflossen werden. Da diese Art von Motoren einen hohen elektrischen Stromverbrauch aufweist, ist es erforderlich, Hochspannungsströme durch die Spulen fließen zu lassen. Die Motoren werden jedoch durch elektrischen Strom angetrieben, der von Batterien bereitgestellt wird. Daher besteht die Notwendigkeit der Herabsetzung des elektrischen Stromverbrauchs der Motoren. Es ist allerdings bekannt, dass der Verlust an Hochfrequenzstrom beim Durchfließen des Stroms durch einen Leiterdraht groß ist, da sich der Strom aufgrund des Oberflächeneffekts um einen Oberflächenbereich des Leiterdrahts ansammelt. Aus diesem Grund kommt es zu einem Anstieg des effektiven Widerstands des Leiterdrahts und zudem zu einem erhöhten Verlust an elektrischem Strom. Noch nachteiliger ist der hohe Temperaturanstieg auf Werte in Höhe von 100°C bis 200°C beim Lauf des Motors. Der Widerstand der herkömmlichen elektrischen Drähte erreicht bei solchen Temperaturen unerwünscht hohe Werte. Demzufolge ist es erforderlich, an den Motor eine höhere Spannung anzulegen, so dass er die gleiche mechanische Kraft erzeugen kann. Dies führt zu einem hohen elektrischen Stromverbrauch des Motors.
Zur Reduzierung dieses elektrischen Stromverlusts aufgrund des Oberflächeneffekts wurden bisher üblicherweise Litzendrähte eingesetzt. Ein Litzendraht besteht aus mehreren gebündelten Drähten mit kleinem Durchmesser, die jeweils mit einem Isoliermaterial überzogen sind. Dadurch wird die Oberfläche des Litzendrahts verstärkt. Da es sich bei dem Litzendraht jedoch um ein Bündel aus Drähten kleinen Durchmessers handelt, ist es schwierig, die Größe und Form der Spulen homogen auszugestalten, da sich der Litzendraht beim Einwickeln in die Spule verheddert. Daher sind die Eigenschaften und Leistungsfähigkeit der aus Litzendraht hergestellten Spulen nicht von gleich bleibender Qualität. Da es sich weiterhin schwierig gestaltet, den Litzendraht dicht aufzuwickeln, ist es schwer, aus dem Litzendraht eine Spule herzustellen, die bei einer kleinen Größe gleichzeitig über eine hohe Leistungsfähigkeit verfügt. Hinzu kommt als weiterer Nachteil, dass der Litzendraht zum Anlegen eines Hochfrequenzstroms nicht geeignet ist, da jeder den Litzendraht bildende Leiterdraht einen kleinen Durchmesser aufweist.
Um die Leitung eines Hochfrequenzstroms in dem Litzendraht zu ermöglichen, ist es erforderlich, jeden Leiterdraht mit einem großen Durchmesser auszubilden. Dadurch ergibt sich eine große Motorgröße, wodurch das Gewicht des Elektrofahrzeugs zunimmt und sein elektrischer Stromverbrauch steigt.
Zur Überwindung derartiger Probleme ist ein Leiterdraht vorgesehen, der auf seiner Außenfläche in Längsrichtung verlaufende Nuten aufweist (veröffentlichte Japanische Gebrauchsmusteranmeldung JP H05-15218 ). Dieser Draht weist einen größeren Oberflächenbereich auf. Beim Anlegen eines Hochfrequenzstroms reguliert dieser Draht den Anstieg des effektiven Widerstands des Leiterdrahts, der durch den Oberflächeneffekt verursacht wird. Der Widerstand dieses Drahts wird beim Erreichen hoher Temperaturen allerdings dennoch groß. Aus diesem Grund ist der Draht zur Reduzierung des elektrischen Stromverbrauchs des Motors noch immer nicht ausreichend.
In jüngster Zeit wird zum Aufladen der Batterien von Mobilfunktelefonen das zunehmend beliebtere kabellose induktive Stromversorgungssystem eingesetzt. Dieses System könnte zukünftig potentiell als Aufladeverfahren für Elektrofahrzeuge eingesetzt werden. Dieses System ermöglicht das Aufladen einer Batterie ohne Anschluss eines Kabels. Das kabellose induktive Stromversorgungssystem besteht aus einem Sender und einem Empfänger. Zum Aufladen wird an den Sender hochfrequenter Hochspannungsstrom angelegt. Wenn der Empfänger nahe genug positioniert ist (allerdings nicht kontaktiert oder verkabelt ist), wird an einen Empfänger elektrischer Strom übertragen und eine an den Empfänger angeschlossene Batterie aufgeladen. Zur Maximierung der Übertragungsleistung sind die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Drähte, wie Impedanz und Induktivität, von entscheidender Bedeutung. Die Hersteller produzieren die induktiven Stromversorgungssysteme derzeit auf Basis eigener Ausführungsformate. Daher müssen die elektrischen Drähte für jeden Hersteller modifiziert werden, um die Herstellung von kompatiblen Sendern und Empfängern zu ermöglichen. Die Entwicklung von elektrischen Drähten speziell für jeden Hersteller verursacht jedoch hohe Kosten. Daher ist es wünschenswert, einen elektrischen Draht zu entwickeln, dessen elektrische Eigenschaften in einfacher Weise modifiziert werden können.
Vorteile der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen Draht bereitzustellen, der einen Leiterdraht und einen Zusatzdraht umfasst. Der Zusatzdraht wird in den Leiterdraht in Längsrichtung des Leiterdrahts eingesetzt.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen elektrischen Draht bereitzustellen, der einen Leiterdraht und einen Isolierkörper umfasst. Der Leiterdraht weist im Querschnitt eine im Wesentlichen viereckige Form auf. Der Isolierkörper ist in Längsrichtung des Leiterdrahts in einer Ecke des Vierecks angeordnet.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich des Weiteren durch einen elektrischen Draht aus, der einen Leiterdraht umfasst. Der Widerstand des Leiterdrahts ist bei 200°C fast 1,42-mal größer als der Widerstand des Leiterdrahts bei 50°C.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines elektrischen Drahts;
2 zeigt eine perspektivische Darstellung der ersten Ausführungsform des elektrischen Drahts, wobei elektrische Zusatzdrähte in einen Leiterdraht eingesetzt sind;
3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der ersten Ausführungsform;
4 zeigt eine perspektivische Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels, wobei ein elektrischer Zusatzdraht in einen Leiterdraht eingesetzt ist;
5 zeigt eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der ersten Ausführungsform;
6 zeigt eine perspektivische Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei elektrische Zusatzdrähte in einen Leiterdraht eingesetzt sind;
7 zeigt eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines elektrischen Drahts;
8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der zweiten Ausführungsform;
9 zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der zweiten Ausführungsform;
10 zeigt eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der zweiten Ausführungsform;
11 zeigt eine Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der zweiten Ausführungsform;
12 zeigt eine Querschnittsansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der zweiten Ausführungsform;
13 zeigt eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform eines elektrischen Drahts;
14 zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der dritten Ausführungsform;
15 zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der dritten Ausführungsform;
16 zeigt eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der dritten Ausführungsform;
17 zeigt eine Querschnittsansicht einer vierten Ausführungsform eines elektrischen Drahts;
18 zeigt eine vergrößerte Längsschnittdarstellung einer Spule, die den in 17 dargestellten elektrischen Draht umfasst;
19 zeigt eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der vierten Ausführungsform;
20 zeigt eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels der vierten Ausführungsform;
21 zeigt eine Querschnittsansicht eines dritten Ausführungsbeispiels der vierten Ausführungsform;
22 zeigt eine Querschnittsansicht eines vierten Ausführungsbeispiels der vierten Ausführungsform;
23 zeigt eine Querschnittsansicht eines fünften Ausführungsbeispiels der vierten Ausführungsform;
24 zeigt ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Temperatur und den Widerstandswerten darstellt, die in einem beispielhaften elektrischen Draht gemessen wurden;
25 zeigt ein Diagramm und einen Bereich, der das Verhältnis der Temperaturwerte zu den Widerstandswerten in einem elektrischen Draht darstellt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
Erste Ausführungsform
Wie in der 1 dargestellt, besteht ein elektrischer Draht 0 aus einem Leiterdraht 1. Auf einer Außenfläche des Leiterdrahts 1 sind in Längsrichtung I Nuten 2 ausgebildet. Zudem ist der Leiterdraht 1 mit einer Isolierbeschichtung 4 überzogen.
In dieser Ausführungsform sind elektrische Zusatzdrähte 3 zum Einsetzen in die Nuten 2 angeordnet. Die Querschnittsform des elektrischen Zusatzdrahts 3 entspricht der Querschnittsform der Nut 2. Der elektrische Zusatzdraht 3 besteht aus einem Leiterelement 3A. Das Leiterelement 3A ist mit einer Isolierbeschichtung 5 überzogen.
Der Leiterdraht 1 ist im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig. Der Leiterdraht 1 ist vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium, Silber oder Eisen hergestellt. In dieser Ausführungsform ist der Leiterdraht 1 aus einem Kupfer enthaltenden leitfähigen Material hergestellt. Da Kupfer eine hohe Leitfähigkeit aufweist, bewirkt es eine effiziente Reduzierung des elektrischen Stromverlusts. Eisen kompensiert einen unerwünschten Wirbelstrom. Daher kann der Eisen enthaltende elektrische Draht 0 beim Einsatz in einer Spule eine größere Magnetkraft erzeugen. Der optimale Durchmesser ⌀ des Leiterdrahts beträgt 0,2 mm bis 50 mm.
Auf der Außenfläche des Leiterdrahts 1 sind die mehreren Nuten 2 vorgesehen. In den 1 und 2 sind acht Nuten 2 vorgesehen. In der ersten Ausführungsform ist die Querschnittsform der Nut 2 im Wesentlichen elliptisch. Diese Ellipsenform vergrößert den Oberflächenbereich des Leiterdrahts 1. Dadurch werden der effektive Widerstand und der elektrische Stromverlust durch den Leiterdraht 1 vermindert. Daher ist der elektrische Draht 0 zur Leitung eines Hochfrequenzstroms unabhängig von der Größe der Last optimal geeignet. Zudem ist die Bodenform der Nut 2 im Querschnitt rund ausgebildet. Wenn der elektrische Zusatzdraht 3, der im Querschnitt kreisförmig ist, als elektrischer Draht 0 verwendet wird, verbessert die runde Form die Haftfestigkeit des Zusatzdrahts 3 in der Nut 2. In dieser Ausführungsform beträgt der Winkel „α” an einer Kontaktstelle, die durch ein oberes Ende der Nut 2 und ein Ende der Außenfläche des Leiterdrahts 1 gebildet wird, weniger als 90°. Diese Anordnung verhindert in wirksamer Weise das Herausrutschen des elektrischen Zusatzdrahts 3 aus der Nut 2. Wie in der 1 dargestellt, ist in dieser Ausführungsform die Breite D der Außenfläche des Leiterdrahts 1 zwischen den Nuten 2 kleiner als die Breite W der Nuten 2. Dieser Aufbau erhöht die Flexibilität bestimmter Bereiche des Leiterdrahts 1 zwischen den Nuten 2. Daher können die elektrischen Zusatzdrähte 3 leichter in die Nuten 2 eingesetzt werden.
Die Isolierbeschichtung 4 bedeckt den Leiterdraht 1. Die Isolierbeschichtung 4 ist vorzugsweise aus Kunstharz oder Kautschuk hergestellt. Diese Materialien gewähren selbst bei dünnerer Ausgestaltung der Isolierbeschichtung 4 eine ausgezeichnete elektrische Isolierwirkung. Ferner verleihen diese Materialien eine wasserabweisende Wirkung und Elastizität. Daher ermöglicht die aus diesen Materialien hergestellte Isolierbeschichtung 4 ein engeres Einsetzen der elektrischen Zusatzdrähte 3 in die Nut 2.
Die Querschnittsform des elektrischen Zusatzdrahts 3 ist kreisförmig. In dieser Ausführungsform ist der elektrische Zusatzdraht 3, dessen Außenfläche rund ausgeführt ist, gut in die Nut einpassbar, da der Boden der Nut 2 eine runde Form aufweist, so dass dadurch die Haftfestigkeit zwischen dem elektrischen Zusatzdraht 3 und der Nut 2 erhöht wird. Wie in der 2 dargestellt, sollte die Breite der Nut 2 vorzugsweise im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des elektrischen Zusatzdrahts 3 sein. Diese Anordnung verhindert in effizienter Weise das Herausrutschen des elektrischen Zusatzdrahts 3 aus der Nut 2. Zudem sollte die Tiefe der Nut 2 vorzugsweise im Wesentlichen gleich dem Durchmesser des elektrischen Zusatzdrahts 3 sein. Dadurch wird die Außenfläche des elektrischen Drahts 0 ebener. Somit kann der elektrische Draht 0 zur Bildung einer Spule dichter aufgewickelt werden. Das Leiterelement 3A des elektrischen Zusatzdrahts 3 ist vorzugsweise aus Kupfer, Aluminium, Silber oder Eisen hergestellt. In dieser Ausführungsform ist das Leiterelement 3A aus einem Aluminium enthaltenden leitfähigen Material hergestellt. Da Aluminium eine höhere relative Flexibilität aufweist, ist es einfacher, den elektrischen Zusatzdraht 3 in die Nut 2 einzusetzen. Zudem können die elektrischen Eigenschaften des elektrischen Drahts 0 durch Hinzufügen oder Entfernen des elektrischen Zusatzdrahts 3 in einfacher Weise angepasst oder geändert werden, wenn sich das Material des Leiterelements 3A und das Material des Leiterdrahts 1, wie in dieser Ausführungsform, voneinander unterscheiden. Wenn das Leiterelement 3A aus Eisen hergestellt ist, ist es einfacher, einen unerwünschten Wirbelstrom in dem elektrischen Draht 0 zu kompensieren.
Die Isolierbeschichtung 5 überzieht das Leiterelement 3A. Die Isolierbeschichtung 5 ist vorzugsweise aus Kunstharz oder Kautschuk hergestellt. Diese Materialien bieten eine ausgezeichnete elektrische Isolierwirkung, selbst dann, wenn die Isolierbeschichtung 5 dünner ausgebildet ist. Diese Materialien verleihen zudem eine wasserabweisende Eigenschaft und Elastizität. Daher ermöglicht die aus diesen Materialien hergestellte Isolierbeschichtung 4 ein passgenaueres Einsetzen des elektrischen Zusatzdrahts 3 in die Nut 2. Die Isolierbeschichtung 4 bzw. die Isolierbeschichtung 5 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt. Diese Anordnungsweise verbessert die Haftfestigkeit der Isolierbeschichtung 4 bzw. der Isolierbeschichtung 5.
Um den elektrischen Zusatzdraht 3 in die Nut 2 einsetzen zu können, wird der über der Nut 2 gehaltene elektrische Zusatzdraht 3 in Richtung zur Mitte R des Leiterdrahts 1 durch ein Drückmittel, wie eine Walze, in Längsrichtung gedrückt. Dadurch wird die Form der Isolierbeschichtung 4 bzw. der Isolierbeschichtung 5 aufgrund ihrer Elastizität verändert, so dass die Form des elektrischen Zusatzdrahts 3 und die Form der Nut 2 zueinander passen. Wie in der 2 dargestellt, ist es wünschenswert, dass der elektrische Zusatzdraht 3 nicht über die Außenfläche des Leiterdrahts 1 hervorsteht. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, dass der elektrische Zusatzdraht 3 vollständig in die Nut 2 einpassbar ist. Dadurch kann der elektrische Draht 0 akkurat ausgerichtet werden. Zudem wird dadurch die Isolierwirkung des Leiterdrahts 1 und des elektrischen Zusatzdrahts 3 sichergestellt. Aus diesem Grund können der Leiterdraht 1 und der elektrische Zusatzdraht 3 den Hochfrequenzstrom bzw. den Hochspannungsstrom in stabiler und effizienter Weise leiten. In einer weiteren Ausführungsform kann der elektrische Zusatzdraht 3 vermittels eines Klebemittels in der Nut 2 verklebt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der elektrische Zusatzdraht 3 durch Hochfrequenzwellen oder Ultraschallwellen mit der Nut 2 verschweißt werden. Zudem kann in einer weiteren Ausführungsform eine zusätzliche Isolierbeschichtung 5 in einem Spalt zwischen dem elektrischen Zusatzdraht 3 und der Nut 2 vorgesehen werden, nachdem der elektrische Zusatzdraht 3 in die Nut 2 eingesetzt wurde.
Der elektrische Draht 0 des ersten Elements weist die vorstehend erläuterte Struktur auf. Da die Nuten 2 auf der Außenfläche des Leiterdrahts 1 in Längsrichtung I vorgesehen sind, vergrößert sich der Oberflächenbereich des Leiterdrahts 1, und der effektive Widerstand bzw. der elektrische Stromverlust wird vermindert. Demzufolge kann der elektrische Draht 0 Ströme zu oder in einem Kraftfahrzeugmotor, einer Batterie eines Mobilfunktelefons, einem Transformator für ein organisches Elektrolumineszenzgerät oder LED-Gerät, und in kabellosen induktiven Stromversorgungsgeräten unabhängig von der Größe der Last optimal leiten.
Außerdem sind die mehreren Nuten 2 in der ersten Ausführungsform auf der Außenfläche des Leiterdrahts 1 in Längsrichtung I vorgesehen. Da die Nut 2 eine im Wesentlichen elliptische Querschnittsform aufweist, weist der Leiterdraht 1 eine kleine Querschnittsfläche auf und ist kompakt ausgeführt. Der Oberflächenbereich des Leiterdrahts 1 wird allerdings vergrößert und sein effektiver Widerstand wird vermindert. Somit wird der elektrische Stromverlust durch den Leiterdraht 1 reduziert.
Um Strom über den elektrischen Draht 0 einer großen Last, wie einem Motor eines Kraftfahrzeugs, zuzuführen, ist es anders als beim Litzendraht nicht erforderlich, den Durchmesser des Leiterdrahts 1 groß zu bemessen. Da der Oberflächenbereich des Leiterdrahts 1 groß ist, kann der Leiterdraht 1 einen Hochfrequenzstrom bzw. einen Hochspannungsstrom ohne große Durchmesserdimensionierung stabil übertragen. Da der Durchmesser 0 des Leiterdrahts 1 nicht groß dimensioniert werden muss, kann der Motor kompakt ausgeführt sein und leistet einen Beitrag zur Reduzierung des Gewichts des Kraftfahrzeugs.
Da der Leiterdraht 1 in dieser Ausführungsform aus einem Kupfer enthaltenden leitfähigen Material hergestellt ist, kann der effektive Widerstand des Leiterdrahts 1 vermindert und sein elektrischer Stromverlust gesenkt werden. Daher kann der Leiterdraht 1 den Hochfrequenzstrom effizient übertragen.
Da der Leiterdraht 1 in dieser Ausführungsform mit der aus Kunstharz oder Kautschuk hergestellten Isolierbeschichtung überzogen ist, ist der Leiterdraht 1 elektrisch gut isoliert.
Durch Einsetzen der elektrischen Zusatzdrähte 3 in die Nuten 2 können die Eigenschaften des elektrischen Drahts 0 modifiziert werden. Wenn es erforderlich ist, Kabel, Stecker und Anschlüsse zu verwenden, die von den Automobilherstellern zum Aufladen von Autobatterien vorgegeben sind, ist es unter Verwendung des elektrischen Drahts 0 möglich, die Stromkapazitäten und zugeführten Ströme sowie die Aufladezeit konstant zu halten. Daher ist dank der Verwendung des elektrischen Drahts 0 nicht erforderlich, verschiedene Arten von Ladegeräten bereitzustellen. Der elektrische Draht 0 kann den gleichen Vorteil zum Aufladen der Batterien von Mobilfunktelefonen bieten, wenn Stecker-Kabel-Anschlüsse und Ladegeräte herstellerseitig vorgegeben sind.
Zudem kann durch Einsetzen der elektrischen Zusatzdrähte 3 in die Nuten 2 die Gesamtoberfläche des elektrischen Drahts 0 vergrößert werden. Dementsprechend wird der effektive Widerstand des elektrischen Drahts 0 vermindert und dabei außerdem der elektrische Stromverlust reduziert. Daher kann der elektrische Draht 0 Hochfrequenzströme oder Hochspannungsströme für Automobilmotoren und Mobilfunktelefone unabhängig von der Größe der Last optimal leiten.
In der ersten Ausführungsform sind die elektrischen Zusatzdrähte 3 in alle Nuten 2 eingesetzt. Dabei ist es allerdings nicht erforderlich, den elektrischen Zusatzdraht 3 in alle Nuten 2 einzusetzen. Die Anzahl der in die Nuten 2 eingesetzten elektrischen Zusatzdrähte 3 ist bedarfsabhängig anpassbar. Da durch den elektrischen Draht 0 die Anzahl der elektrischen Zusatzdrähte 3 in einfacher Weise geändert werden kann, können die elektrischen Eigenschaften des elektrischen Drahts 0, wie Impedanz und Induktivität, leicht angepasst werden. Aus diesem Grund sind die elektrischen Eigenschaften des elektrischen Drahts 0 für kabellose induktive Stromversorgungssysteme, die durch verschiedene Hersteller angeboten werden, in einfacher Weise einstellbar.
Da die elektrischen Zusatzdrähte 3 mit den aus Kunstharz oder Kautschuk hergestellten Isolierbeschichtungen 5 überzogen sind, sind die elektrischen Zusatzdrähte 3 elektrisch gut isoliert. Daher weist der elektrische Draht 0 insgesamt ausgezeichnete Isoliereigenschaften auf, und der elektrische Draht 0 verfügt somit über ein hohes Sicherheitsprofil.
Erstes Ausführungsbeispiel und zweites Ausführungsbeispiel
Die 3 und 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der ersten Ausführungsform. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist auf einer Außenfläche des Leiterdrahts 1, der im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig ist, in Längsrichtung I eine Nut 2 vorgesehen. Ein elektrischer Zusatzdraht 3 ist in die Nut 2 eingesetzt. Die 5 und 6 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der ersten Ausführungsform. In dem zweiten Ausführungsbeispiel sind auf einer Außenfläche des Leiterdrahts 1 in Längsrichtung 1 zwei Nuten 2 vorgesehen, die jeweils disymmetrisch angeordnet sind. Zwei elektrische Zusatzdrähte 3 sind in die Nuten 2 eingesetzt.
Selbst in diesen Ausführungsbeispielen ist der Oberflächenbereich des Leiterdrahts 1 vergrößert. Obwohl seine Querschnittsfläche klein ist und der Leiterdraht 1 kompakt ausgeführt ist, sind sein effektiver Widerstand und sein elektrischer Stromverlust dennoch niedrig. Aus diesem Grund kann der elektrische Draht 0 Hochfrequenzströme oder Hochspannungsströme für Kraftfahrzeugmotoren und Mobilfunktelefone unabhängig von der Größe der Last optimal übertragen. Der elektrische Draht 0 kann des Weiteren Hochfrequenzströme bzw. Hochspannungsströme ohne Vergrößerung des Drahtdurchmessers 0, wie beim Litzendraht, stabil leiten. Daher kann der elektrische Stromverbrauch des Motors reduziert und die Größe des Motors verkleinert werden. Dadurch kann eine Gewichtserhöhung des Kraftfahrzeugs vermieden werden. Wenn die Verwendung von Kabeln, Steckern und Anschlüssen erforderlich ist, die von den Automobilherstellern zum Aufladen von Autobatterien vorgegeben werden, ist es durch die Verwendung des elektrischen Drahts 0 möglich, die Stromkapazitäten und bereitgestellten Ströme sowie die Aufladezeit konstant zu halten. Dadurch ist es dank der Verwendung des elektrischen Drahts 0 nicht erforderlich, verschiedene Arten von Ladegeräten bereitzustellen. Der elektrische Draht 0 kann den gleichen Vorteil für Ladebatterien von Mobilfunktelefonen bieten, wenn Stecker-Kabel-Anschlüsse und Ladegeräte herstellerseitig vorgegeben sind.
Zweite Ausführungsform
Die 7 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der zweiten Ausführungsform ist der Leiterdraht 1 im Querschnitt im Wesentlichen quadratisch, und die Querschnittsform der Nut 2 im Wesentlichen halbelliptisch ausgebildet. Die 8 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Leiterdraht 1 im Querschnitt im Wesentlichen quadratisch ausgebildet. Zudem ist die Nut 2 im Querschnitt im Wesentlichen quadratisch und ebenso der elektrische Zusatzdraht 3 im Querschnitt im Wesentlichen quadratisch ausgebildet. Wenn die Querschnittsform des elektrischen Zusatzdrahts 3 viereckig ist, ist es einfacher, die Außenfläche des elektrischen Drahts 0 nach Einsetzen des elektrischen Zusatzdrahts 3 in die Nut 2 eben auszugestalten. In dieser Hinsicht ist es wünschenswert, dass die Höhe des elektrischen Zusatzdrahts 3 im Wesentlichen der Tiefe der Nut 2 entspricht. Zudem ist es wünschenswert, dass die Breite des elektrischen Zusatzdrahts 3 im Wesentlichen der Breite der Nut 2 entspricht. Diese Anordnung verhindert in noch effizienterer Weise das Herausrutschen des elektrischen Zusatzdrahts 3 aus der Nut 2. In dieser Ausführungsform beträgt der Winkel „α” an einem durch ein oberes Ende der Nut 2 und ein Ende der Außenfläche des Leiterdrahts 1 gebildeten Kontaktbereich im Wesentlichen 90°. Dieser Winkel erschwert weiterhin das Herausrutschen des elektrischen Zusatzdrahts 3 aus der Nut 2. In dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel „β” an einem durch eine Seitenwand der Nut 2 und eine Bodenfläche der Nut 2 gebildeten Kontaktbereich im Wesentlichen ebenfalls 90°. Dieser Winkel ermöglicht eine gute Ausgewogenheit zwischen einer einfachen Einsetzbarkeit des elektrischen Zusatzdrahts 3 in die Nut 2 und der Verhinderung des Herausrutschens des elektrischen Zusatzdrahts 3 aus der Nut 2. Wie in der 8 dargestellt, ist in dem ersten Ausführungsbeispiel die Breite W der Außenfläche des Leiterdrahts 1 zwischen den Nuten 2 kleiner als die Breite D der Nuten 2. Ein Leiterdraht 1, dessen Querschnittsform rechteckig ist, kann beispielsweise wie in den Japanischen Patentschriften JP 3523561 und JP 3390746 beschrieben hergestellt werden.
Da der Leiterdraht 1 im Wesentlichen quadratisch ist, kann in der zweiten Ausführungsform eine größere Anzahl von auf der Außenfläche des Leiterdrahts 1 ausgebildeten Nuten 2 vorgesehen werden, so dass somit eine größere Anzahl an elektrischen Zusatzdrähten 3 auf dem elektrischen Draht 0 angeordnet werden kann. Daher kann der elektrische Draht 0 sogar einen größeren Strom leiten. Da der elektrische Draht 0 eine quadratische Form aufweist, kann ferner der Füllfaktor erhöht werden. Mit anderen Worten können die elektrischen Drähte 0 einen Raum unter besserer Raumausnutzung dichter ausfüllen. Da die Nut 2 eine im Wesentlichen elliptische Querschnittsform aufweist, wird der Oberflächenbereich des Leiterdrahts 1 durch die kleinere Querschnittsfläche verbessert. Die elektrischen Eigenschaften des elektrischen Drahts 0 können durch Hinzufügen der elektrischen Zusatzdrähte 3 zum Leiterdraht 1 in einfacher Weise modifiziert werden. Wenn die Verwendung von Kabeln, Steckern oder Anschlüssen erforderlich ist, die durch die Automobilhersteller zum Aufladen von Autobatterien vorgegeben sind, ist es dank der Verwendung des elektrischen Drahts 0 möglich, die Stromkapazitäten und bereitgestellten Ströme sowie die Aufladezeit konstant zu halten. Daher ist es aufgrund der Verwendung des elektrischen Drahts 0 nicht erforderlich, verschiedene Arten von Ladegeräten bereitzustellen. Der elektrische Draht 0 kann den gleichen Vorteil zum Aufladen der Batterien von Mobilfunktelefonen bieten, wenn Stecker-Kabel-Anschlüsse und Ladegeräte herstellerseitig vorgegeben sind.
Die 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform. Die 10 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform. Die 11 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform. Die 12 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der zweiten Ausführungsform. Die Leiterdrähte 1 des zweiten bis fünften Beispiels weisen rechteckige Querschnittsformen auf. In dem in 9 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel ist auf jeder kurzkantigen Seite des Leiterdrahts 1 in Querschnittsansicht eine Nut 2 vorgesehen, deren Querschnittsform im Wesentlich halbelliptisch ist, und ein elektrischer Zusatzdraht 3, der im Querschnitt kreisförmig ist, ist in jede Nut 2 eingesetzt. In dem in 10 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel sind auf einer langkantigen Seite des Leiterdrahts 1 in Querschnittsansicht drei Nuten 2 vorgesehen, deren Querschnittsform im Wesentlichen halbelliptisch ist, und ein elektrischer Zusatzdraht 3, der im Querschnitt kreisförmig ist, ist in jede Nut 2 eingesetzt. In dem in 11 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ist auf jeder kurzkantigen Seite des Leiterdrahts 1 in Querschnittsansicht eine Nut 2 vorgesehen, deren Querschnittsform im Wesentlichen quadratisch ist, und ein elektrischer Zusatzdraht 3, der eine quadratische Querschnittsform aufweist, ist in jede Nut 2 eingesetzt. In dem in 12 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel sind auf einer langkantigen Seite des Leiterdrahts 1 in Querschnittsansicht drei Nuten 2 vorgesehen, deren Querschnittsform im Wesentlichen quadratisch ist, und ein elektrischer Zusatzdraht 3, der eine quadratische Querschnittsform aufweist, ist in jede Nut 2 eingesetzt.
Die Leiterdrähte 1 des zweiten bis fünften Beispiels weisen die gleichen Vorteile wie die Leiterdrähte der ersten Ausführungsform auf. Zudem weisen die Leiterdrähte 1 des zweiten bis fünften Beispiels einen höheren Füllfaktor als der Leiterdraht 1 der ersten Ausführungsform auf. Die in den 9 und 11 dargestellten elektrischen Drähte 0 sind beim Biegen in Richtung der langen Eckkante des elektrischen Drahts 0 (Rechts- und Linksrichtung in den 9 und 11) besonders flexibel. Wenn der in den 10 und 12 dargestellte elektrische Draht 0 auf einem Objekt platziert ist, so dass die Außenfläche des Leiterdrahts 1, auf der die Nuten 2 ausgebildet sind, eine Oberfläche des Objekts berührt, wird der elektrische Zusatzdraht 3 extrem stabil, so dass er aus den Nuten 2 nicht herausrutschen kann.
In den vorstehenden Ausführungsformen ist in einer Nut 2 ein elektrischer Zusatzdraht 3 vorgesehen. In einer anderen Ausführungsform können in einer Nut 2 mehrere elektrische Zusatzdrähte 3 vorgesehen sein. Zudem können die elektrischen Zusatzdrähte 3 auch gebündelt sein. Ein derartiger Aufbau ermöglicht einen hohen Füllfaktor, und es ist nicht erforderlich, einen derartigen elektrischen Draht 0 im Gegensatz zum Litzendraht zur Leitung eines Hochfrequenzstroms mit einem großen Durchmesser zu dimensionieren. Dementsprechend kann ein derartiger elektrischer Draht 0 einen Hochfrequenzstrom bzw. einen Hochspannungsstrom ohne große elektrische Stromverluste stabil übertragen. Da der Durchmesser ⌀ des Leiterdrahts 1 nicht groß bemessen werden muss, kann der Motor kompakt ausgeführt sein und leistet einen Beitrag zur Reduzierung des Fahrzeuggewichts.
Durch Einsetzen der elektrischen Zusatzdrähte 3 in die Nuten 2 können auch die Eigenschaften eines derartigen elektrischen Drahts 0 verändert werden. Wenn die Verwendung von Kabeln, Steckern und Anschlüssen erforderlich ist, die von den Automobilherstellern zum Aufladen von Autobatterien vorgegeben sind, ist es dank der Verwendung des elektrischen Drahts 0 möglich, die Stromkapazitäten und zugeführten Ströme sowie die Aufladezeit konstant zu halten. Dadurch ist es aufgrund der Verwendung des elektrischen Drahts 0 nicht notwendig, verschiedene Arten von Ladegeräten bereitzustellen. Der elektrische Draht 0 kann den gleichen Vorteil für Ladebatterien von Mobilfunktelefonen bieten, wenn Stecker-Kabel-Anschlüsse und Ladegeräte herstellerseitig vorgegeben sind.
In den vorstehenden Ausführungsformen ist der Leiterdraht 1 aus Kupfer und das Leiterelement 3A aus Aluminium hergestellt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Leiterdraht 1 aus Silber oder Aluminium und das Leiterelement 3A aus Kupfer hergestellt sein. Ein derartiger elektrischer Draht 0 ermöglicht zudem eine hervorragende Leitfähigkeit von Hochfrequenzstrom. Ferner können die elektrischen Eigenschaften des elektrischen Drahts 0 leicht angepasst werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Leiterdraht 1 aus Kupfer, Aluminium oder Silber hergestellt sein. Zudem kann das Leiterelement 3A aus Kupfer, Aluminium oder Silber hergestellt sein. Ferner können der Leiterdraht 1 und das Leiterelement 3A auch aus anderen leitfähigen Materialien hergestellt sein.
In den vorstehenden Ausführungsformen sind die Leiterdrähte im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig, quadratisch oder rechteckig ausgebildet. Diese Formen können allerdings beliebig modifiziert werden, und es kann auch jede beliebige Vierecksform gewählt werden. Die Querschnittsformen der Nuten 2 sind in den vorstehenden Ausführungsformen im Wesentlichen halbelliptisch oder quadratisch. Diese Formen können allerdings auch beliebig modifiziert werden. Die Querschnittsformen der elektrischen Zusatzdrähte 3 können neben der kreisförmigen oder quadratischen Form ebenfalls in jeder beliebigen anderen Form ausgeführt sein. Zudem kann die Anzahl der Nuten 2 und der elektrischen Zusatzdrähte 3 abweichend von den vorstehenden Ausführungsformen beliebig gewählt werden. Ebenso können die Größe oder der Durchmesser 0 des Leiterdrahts 1, der Nut 2 und des elektrischen Zusatzdrahts 3 abhängig von dem tatsächlichen Verwendungszweck modifiziert werden.
Dritte Ausführungsform
In dieser Ausführungsform wird auf Erläuterungen derjenigen Merkmale, die mit denen in den vorstehenden Ausführungsformen identisch sind, verzichtet, und es wird hauptsächlich auf die Unterschiede eingegangen. Die 13 zeigt eine dritte Ausführungsform des elektrischen Drahts. Wie in dieser Figur dargestellt, besteht ein elektrischer Draht 0 aus einem Leiterdraht 1. Der Leiterdraht 1 ist im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig ausgebildet. Auf dem Leiterdraht 1 sind Nuten 2 in Längsrichtung des Leiterdrahts 1 ausgebildet.
In die Nuten 2 sind Zusatzdrähte 3 eingesetzt. Daher sind die Zusatzdrähte 3 auch in dem Leiterdraht 1 in Längsrichtung des elektrischen Drahts 0 vorgesehen. Der Zusatzdraht 3 besteht aus einem Leiterelement 3A. In dieser Ausführungsform ist das Leiterelement 3A direkt mit dem Leiterdraht 1 kontaktiert. Zudem sind der Leiterdraht 1 und das Leiterelement 3A in dieser Ausführungsform aus unterschiedlichen Materialien hergestellt. Der Erfinder fand heraus, dass bei Einbettung des Zusatzdrahts 3, der aus einem Material besteht, das sich von dem den Leiterdraht 1 bildenden Material unterscheidet, in den Leiterdraht 1 der so erhaltene elektrische Draht 0 die Eigenschaft aufweist, dass der Widerstand des elektrischen Drahts 0 im Vergleich zu herkömmlichen Leiterdrähten stufenweise weniger zunimmt. Mit anderen Worten wird eine Zunahme des Widerstands des Leiterdrahts 0 unterdrückt, wenn die Temperatur des Leiterdrahts 0 ansteigt. Aus diesem Grund weist der Leiterdraht 0 dieser Ausführungsform bei hohen Temperaturen von beispielsweise 100°C bis 200°C einen geringeren relativen Widerstand auf. Daher kann der Motor nach dem Erreichen einer höheren Temperatur des Motors die gleiche Leistung mit einer geringeren Spannung erzeugen, wenn der Motor beispielsweise den elektrischen Draht 0 aufweist. Mit anderen Worten ist der elektrische Stromverbrauch des Motors, der den elektrischen Draht 0 aufweist, nach dem Anstieg der Motortemperatur niedriger. Daher kann ein Elektrofahrzeug, das mit einem Motor ausgerüstet ist, der den elektrischen Draht 0 aufweist, eine längere Distanz zurücklegen als ein mit einem herkömmlichen Motor ausgerüstetes Elektrofahrzeug. Auch wenn der Grund für die Unterdrückung der Zunahme des Widerstands des elektrischen Drahts 0 unbekannt ist, nimmt der Erfinder an, dass der elektrische Strom abhängig von der Temperatur selektiv an der am besten geeigneten Stelle im elektrischen Draht 0 fließen kann.
Um den vorgenannten Vorteil einfacher zu realisieren, sind der Leiterdraht 1 und das Leiterelement 3A vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminum enthaltenden Materialien hergestellt, vorausgesetzt, es handelt sich jeweils um unterschiedliche Materialien. Der Leiterdraht 1 ist besonders bevorzugt aus einem Aluminium enthaltenden Material und das Leiterelement 3A aus einem Kupfer enthaltenden Material hergestellt. Der Erfinder fand heraus, dass die Zunahme des Widerstands abhängig von dem Temperaturanstieg am effektivsten unterdrückt wird, wenn die Materialien des Leiterdrahts 1 und des Leiterelements 3A in dieser Kombination vorliegen.
In einer anderen Ausführungsform kann das Leiterelement 3A mit einem leitfähigen Material überzogen sein, das sich von dem das Leiterelement 3A bildenden Material unterscheidet. Dadurch kann auch der Widerstand des elektrischen Drahts 0 verringert werden. Als Beschichtungsmaterial eignet sich Silber. Silberplattierte Kupferdrähte sind als Leiterelement 3A besonders geeignet.
Wie in der 13 dargestellt, ist der Leiterdraht 1, in den der elektrische Zusatzdraht 3 eingebettet ist, mit einer Isolierbeschichtung 4 überzogen.
Um den elektrischen Draht 0 für einen Motor verwenden zu können, der sich auf hohe Temperaturen erhitzt, ist es optimal, wenn der elektrische Draht 0 die nachfolgend beschriebenen Eigenschaften aufweist. Zunächst sollte der Widerstand des elektrischen Drahts 0 bei 200°C fast 1,42-mal größer sein als der Widerstand des elektrischen Drahts 0 bei 50°C. Der elektrische Stromverbrauch eines einen derartigen Draht aufweisenden Motors steigt selbst nach Erreichen hoher Motortemperaturen nicht stark an. Obwohl keine Beschränkungen vorgegeben sind, kann die untere Widerstandsgrenze um das 1,00-fache größer eingestellt sein. Wenn der Widerstand des elektrischen Drahts 0 bei jedem Temperaturanstieg um 10°C zwischen 50°C und 200°C gemessen wird und dann die Widerstandswerte bei den gemessenen Temperaturen bezogen auf den bei 50°C gemessenen Widerstand so aufgetragen werden, dass die X-Achse die Temperatur in °C und die Y-Achse den Widerstandswert darstellt, ist es überdies wünschenswert, dass der Anstieg bei fast 0,0028 liegt. Der Widerstand eines derartigen elektrischen Drahts 0 nimmt selbst nach dem Erreichen hoher Temperaturen des elektrischen Drahts 0 nicht stark zu. Der Anstieg wird beispielsweise durch lineare Regression ermittelt. Obwohl keine Beschränkungen vorgegeben sind, kann die untere Anstiegsgrenze bei 0,0000 liegen. Wenn der Widerstand des elektrischen Drahts 0 bei 50°C und bei bestimmten Temperaturen zwischen 60°C und 200°C gemessen wird und eine x-fache Zunahme des Widerstands des elektrischen Drahts gegenüber der Temperatur aufgetragen wird, sollte zudem die Zunahme des Widerstands des elektrischen Drahts besonders bevorzugt innerhalb des in 25 schraffiert dargestellten Bereichs liegen. Ein derartiger elektrischer Draht 0 weist bei hohen Temperaturen einen geringeren relativen Widerstand auf. Daher ist ein derartiger elektrischer Draht 0 für einen Motor oder ein Elektrogerät, deren Temperaturen stark ansteigen, besonders geeignet. Die folgende Gleichung stellt den in 25 schraffiert dargestellten Bereich dar: R ≤ 0,0028t + 0,86
Dabei bezeichnet t die Temperatur in °C, bei der der Widerstand des elektrischen Drahts gemessen wird. Bei R handelt es sich um den Widerstandswert bei der gemessenen Temperatur bezogen auf einen bei 50°C gemessenen Widerstand.
Der Widerstand des elektrischen Drahts 0 erfüllt optimalerweise die oben stehende Gleichung, wenn der Widerstand des elektrischen Drahts 0 bei jedem Temperaturanstieg um 10°C zwischen 50°C und 200°C gemessen wird. Ein derartiger elektrischer Draht 0 weist über einen breiten Temperaturbereich einen geringeren Widerstand auf. Daher wird der elektrische Stromverbrauch eines Motors, der einen derartigen elektrischen Draht 0 aufweist, über einen breiten Temperaturbereich gleichmäßiger. Obwohl keine Beschränkungen vorgegeben sind, sollte die Gleichung wie folgt definiert sein: 1 ≤ R ≤ 0,0028t + 0,86. Dabei versteht es sich von selbst, dass die vorstehend beschriebenen bevorzugten Parameter Wert, Anstieg, Bereich und Gleichung nicht nur auf den elektrischen Draht 0 der vorliegenden Ausführungsformen, sondern auch auf jeden beliebigen anderen elektrischen Draht angewandt werden können.
Ausführungsbeispiele
Die 14 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der dritten Ausführungsform. Wie in dieser Figur dargestellt, weisen ein Leiterdraht 1, Nuten 2 und Zusatzdrähte 3 quadratische Querschnittsformen auf. Quadratformen können den Raum besser ausnutzen und Kontaktflächen vergrößern. Da die Nuten 2 und die Zusatzdrähte 3 quadratische Querschnittsformen aufweisen, wird der Raum innerhalb des elektrischen Drahts 1 besser ausgenutzt, und die Kontaktflächen zwischen den Zusatzdrähten 3 und dem Leiterdraht 1 werden vergrößert. Wenn eine Spule mit dem elektrischen Draht 0 des ersten Ausführungsbeispiels aufgewickelt wird, wird der elektrische Draht 0 zudem dichter gepackt. In der 15 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der dritten Ausführungsform dargestellt. Ein elektrischer Draht 0 des zweiten Ausführungsbeispiels weist eine rechteckige Querschnittsform auf. Die Nuten 2 und die elektrischen Zusatzdrähte 3 sind auf einer langen Seite des Rechtecks angeordnet. Die 16 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der dritten Ausführungsform. Ein elektrischer Draht 0 des dritten Ausführungsbeispiels weist eine rechteckige Querschnittsform auf. Eine Nut 2 und ein Zusatzdraht 3 sind an jeder kurzen Seite des Rechtecks angeordnet, so dass die beiden Nuten 2 und die beiden Zusatzdrähte 3 einander gegenüberliegen. Die Vorteile dieser elektrischen Drähte 0 entsprechen den vorstehend genannten Vorteilen.
Vierte Ausführungsform
Die 14 zeigt eine vierte Ausführungsform des elektrischen Drahts. Dabei wird auf Erläuterungen derjenigen Merkmale, die mit denen in den vorangehenden Ausführungsformen identisch sind, verzichtet, und es werden hauptsächlich nur die Unterschiede erläutert. Wie in dieser Figur dargestellt, besteht ein elektrischer Draht 0 aus einem Leiterdraht 1. Der Leiterdraht 1 weist eine im Wesentlichen quadratische Querschnittsform auf. Jede Eckkante des Leiterdrahts 1 ist in Längsrichtung des Leiterdrahts 1 geschnitten. Dabei ist an jeder Eckkante des Leiterdrahts 1 eine Nut (Ausschnitt) 7 in Längsrichtung des Leiterdrahts 1 ausgebildet. Die Nut 7 weist eine quadratische Querschnittsform auf. In der Nut 7 ist ein Isolierkörper 6 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Nut 7 vom Isolierkörper 6 ausgefüllt. Der Isolierkörper 6 weist ebenfalls eine quadratische Querschnittsform auf. Die Außenfläche des Leiterdrahts 1 ist mit einer Isolierbeschichtung 4 überzogen.
Im Falle eines elektrischen Drahts mit einer viereckigen Querschnittsform fand der Erfinder heraus, dass die elektrische Entladung hauptsächlich an der Eckkante des elektrischen Drahts auftritt, wenn die elektrischen Drähte dicht gepackt sind. Dann stellte der Erfinder außerdem fest, dass bei Anordnung der Isolierkörper in den Ecken des Vierecks in Längsrichtung des elektrischen Drahts elektrische Entladung effektiv verhindert werden kann. Daher kann der elektrische Draht 0 dieser Ausführungsform elektrische Entladung selbst dann effektiv verhindern, wenn der elektrische Draht 0 dicht gepackt ist. Aus diesem Grund kann bei Wicklung einer Spule mit dem elektrischen Draht 0 an diese Spule eine höhere Spannung angelegt werden.
Die Entladung kann auch dann zuverlässig verhindert werden, wenn die Breite W1 des Isolierkörpers 6 weniger als ein Drittel der Breite W2 des Leiterdrahts 1 beträgt. Wenn die Breite W1 des Isolierkörpers 6 weniger als ein Drittel der Breite W2 des Leiterdrahts 1 beträgt, ist es nicht erforderlich, dass der Querschnittsbereich des Leiterdrahts 1 so klein bemessen ist, dass der Leiterdraht 1 noch immer einen großem Strom leiten kann. Aus demselben Grund sollte die Breite W1 der Nut 7 besonders bevorzugt weniger als ein Drittel der Breite W2 des Leiterdrahts 1 betragen.
Der Isolierkörper 6 ist vorzugsweise aus Kunstharz hergestellt. Kunstharz bietet eine ausgezeichnete Isolierwirkung, selbst dann, wenn der Isolierkörper 6 dünn strukturiert ist. Zudem weist Kunstharz an vielen Metallen eine gute Haftfestigkeit auf.
Die Isolierbeschichtung 4 kann aus dem gleichen oder aus einem anderen Material als das Material des Isolierkörpers 6 hergestellt sein. Wenn die Isolierbeschichtung 4 jedoch aus dem gleichen Material hergestellt ist wie das Material des Isolierkörpers 6, kann die Haftfestigkeit zwischen dem Isolierkörper 6 und der Isolierbeschichtung 4 erhöht werden.
Die 18 zeigt einen Teil einer Spule, in der der elektrische Draht 0 in der günstigsten Anordnung aufgewickelt ist. Diese Figur stellt eine vergrößerte Längsschnittansicht der Spule dar. Insbesondere ist der elektrische Draht 0 auf einer Außenfläche eines zylindrischen Spulenträgers 11 aufgewickelt. Die Spule 10 wird in 18 durch Darstellung des Schnitts der Spule 10 in Längsrichtung des zylindrischen Spulenträgers 11 und vergrößerte Darstellung eines Endabschnitts dargestellt. In dieser Figur handelt es sich bei der Rechts- und Linksrichtung um die Längsrichtung des zylindrischen Spulenträgers 11. Bei der Aufwärtsrichtung handelt es sich um die Umfangsrichtung des zylindrischen Spulenträgers 11 und bei der Abwärtsrichtung um die Mittelrichtung des zylindrischen Spulenträgers 11. Zur Vereinfachung wird die Rechts- und Linksrichtung der 18 als Längsrichtung und die Aufwärts- und Abwärtsrichtung als Umfangsrichtung bezeichnet.
Wie in der 18 dargestellt, ist der elektrische Draht 0 so angeordnet, dass sich der elektrische Draht 0 sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung auf einer Linie ausrichtet. Mit anderen Worten ist der elektrische Draht 0 so angeordnet, dass er in Querschnittsansicht Spalten und Reihen bildet. Diese Anordnungsweise maximiert die Dichte des elektrischen Drahts 0. Wie in der 18 dargestellt, ist jede Eckkante des elektrischen Drahts 0 so angeordnet, dass sie sowohl in Längs- als auch in Umfangsrichtung auf einer Linie ausgerichtet ist. Daher ist eine Ecke des Quadrats benachbart zu einer Ecke der angrenzenden drei Quadrate angeordnet. Mit anderen Worten treffen sich die vier Ecken an einem Kontaktbereich einer Gitterstruktur, die durch die Ecken des Vierecks gebildet wird. In dieser Anordnung werden die vier Isolierkörper 6 an dem Kontaktbereich in eine benachbart zueinander ausgerichtete Anordnung gebracht. Diese Anordnung verhindert effektiv die elektrische Entladung an der Eckkante des elektrischen Drahts 0. Daher kann an die Spule 10 eine höhere Spannung angelegt werden. Somit kann ein größerer Strom erzeugt werden, wenn die Spule 10 in einem Motor eingesetzt wird. Da die Drahtdichte hoch ist, kann zudem die Spule 10 zur Erzielung einer ausreichenden Induktivität oder zur Erzeugung einer ausreichend großen Magnetkraft kompakt ausgeführt sein.
Ausführungsbeispiele
Die 19 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vierten Ausführungsform. Wie in dieser Figur dargestellt, sind ein elektrischer Draht 0 ein Isolierkörper 6, der die Nuten 2 ausfüllt, und eine Außenfläche des Leiterdrahts 1 einstückig ausgebildet. Mit anderen Worten ist die Isolierbeschichtung 4 in diesem Ausführungsbeispiel mit dem Isolierkörper 6 verbunden. Durch diese Anordnung wird das Herstellungsverfahren des elektrischen Drahts 0 vereinfacht.
Die 20 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vierten Ausführungsform. Ein elektrischer Draht 0 des zweiten Ausführungsbeispiels weist eine rechteckige Querschnittsform auf. Wenn der Leiterdraht 1 eine rechteckige Querschnittsform aufweist, kann die Breite W2 des Leiterdrahts 1 auf einer längeren Eckkante des Leiterdrahts 1 basieren.
Die 21 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der vierten Ausführungsform. Wie in dieser Figur dargestellt, ist an jeder Eckkante des Leiterdrahts 1 eine Nut 7 in Längsrichtung des Leiterdrahts 1 ausgebildet. Zudem sind Nuten 2 in den Rändern des Quadrats ausgebildet. Die Positionen dieser Nuten 2 liegen im Wesentlichen in der Mitte der Ränder und beabstandet von den Ecken. In der Nut 7 ist ein Isolierkörper 6 angeordnet. In der Nut 2 ist ein elektrischer Zusatzdraht 3 angeordnet. Aus diesem Grund wird in dem elektrischen Draht 0 dieses Ausführungsbeispiels eine Zunahme des Widerstands bei hohen Temperaturen effektiv unterdrückt. Zudem wird eine elektrische Entladung an der Eckkante des elektrischen Drahts 0 zuverlässig verhindert. Daher kann bei hohen Temperaturen ein Motor, der den elektrischen Draht 0 dieses Ausführungsbeispiels aufweist, nicht nur den Anstieg des elektrischen Stromverbrauchs effektiv unterdrücken, sondern an den Motor kann auch eine hohe Spannung angelegt werden. Dementsprechend kann ein derartiger Motor eine höhere mechanische Leistung mit einem geringeren relativen elektrischen Stromverbrauch bei hohen Temperaturen erzeugen.
Die 22 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vierten Ausführungsform. Wie in dieser Figur dargestellt, weisen die Nuten 2 und 7, die Zusatzdrähte 3 und die Isolierkörper 6 quadratische Querschnittsformen auf. Wenn die Nuten 2 und die Nuten 7, wie in diesem Beispiel, ähnliche Querschnittsformen aufweisen, wird das Verfahren zur Ausbildung der Nuten vereinfacht.
Die 23 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel der vierten Ausführungsform. Ein elektrischer Draht 0 des vierten Ausführungsbeispiels weist eine rechteckige Querschnittsform auf. Die Nuten 7 und Isolierkörper 6 sind in allen Ecken des Rechtecks angeordnet. Die Nuten 2 und die Zusatzdrähte 3 sind auf einer langen Seite des Rechtecks angeordnet. Die Vorteile der elektrischen Drähte 0 stellen eine Kombination der vorstehend beschriebenen Vorteile dar.
In den vorstehenden Ausführungsformen sind die Viereckformen entweder rechteckig oder quadratisch. In anderen Ausführungsformen kann es sich bei der Viereckform um Vierecke handeln, die nicht rechteckig oder quadratisch sind. In einer anderen Ausführungsform kann der Isolierkörper 6 in einer, zwei oder drei Ecken des Vierecks angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform kann eine Querschnittsform der Nut 7 und des Isolierkörpers 6 auch eine andere Form, beispielsweise eine Kreisform, aufweisen.
Beispiel
Es wurde ein in der 13 gezeigter elektrischer Draht 0 hergestellt. Als Leiterdraht 1 wurde ein Aluminium(Al)-Draht (⌀ 2 mm) bereitgestellt, und als Zusatzdrähte 3 wurden Kupfer(Cu)-Drähte (⌀ 0,2 mm) bereitgestellt. Auf dem Aluminiumdraht wurden mit einer Klinge vier Nuten 2 ausgebildet. Dann wurden die Kupferdrähte in die Nut 2 eingesetzt.
Anschließend wurde die Temperatur des elektrischen Drahts 0 langsam erhöht, wobei der Widerstand des elektrischen Drahts 0 zwischen 50°C und 200°C bei jedem Temperaturanstieg um 10°C unter Anlegung eines Gleichstroms (DC = Direct Current) gemessen wurde. Anschließend wurden die Widerstandswerte bei den gemessenen Temperaturen bezogen auf den bei 50°C gemessenen Widerstand berechnet. Das Ergebnis ist in der 24 dargestellt.
Zum Vergleich wurde der Widerstand eines Aluminiumdrahts (⌀ 2 mm) und eines Kupferdrahts (⌀ 2 mm) auf die gleiche Weise gemessen, wobei der Widerstand bei den gemessenen Temperaturen bezogen auf den bei 50°C gemessenen Widerstand ebenfalls berechnet wurde. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der 24 dargestellt.
Wie in dieser Figur dargestellt, nahm der Widerstand des Aluminiumdrahts, in den die Kupferdrähte eingebettet waren, im Vergleich zum Widerstand des Aluminiumdrahts bzw. des Kupferdrahts bei einem Temperaturanstieg nicht so stark zu. Daher wird davon ausgegangen, dass ein Motor, der den elektrischen Draht 0 dieses Beispiels aufweist, die gleiche Leistung mit einer geringeren Spannung bei hohen Temperaturen von beispielsweise 100 oder 200°C im Vergleich zu Motoren, die einen Aluminiumdraht oder einen Kupferdraht aufweisen, erzeugen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009-245345 [0001]
JP 05-15218 [0006]
JP 3523561 [0056]
JP 3390746 [0056]

Claims

Elektrischer Draht umfassend: einen Leiterdraht, einen Zusatzdraht, der in den Leiterdraht in Längsrichtung des Leiterdrahts eingesetzt ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Nut, die auf einer Außenfläche des Leiterdrahts in Längsrichtung des Leiterdrahts vorgesehen ist, wobei der Zusatzdraht in die Nut eingesetzt ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 1, wobei der Zusatzdraht ein Leiterelement umfasst und wobei das Leiterelement mit dem Leiterdraht kontaktiert ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 1, wobei der Zusatzdraht ein Leiterelement umfasst und wobei der Leiterdraht oder das Leiterelement aus einem Kupfer, Aluminium, Silber oder Eisen enthaltenden Material hergestellt ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 1, wobei der Zusatzdraht ein Leiterelement umfasst und wobei der Leiterdraht und das Leiterelement aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind.
Elektrischer Draht nach Anspruch 4, wobei der Leiterdraht aus einem Aluminium enthaltenden Material hergestellt ist und wobei das Leiterelement aus einem Kupfer enthaltenden Material hergestellt ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 1, wobei der Zusatzdraht ein Leiterelement umfasst und wobei eine Fläche des Leiterelements mit einem leitfähigen Material überzogen ist, bei dem es sich um ein anderes Material handelt als das Material, aus dem das Leiterelement gebildet ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 7, wobei eine Fläche des Leiterelements mit einem Silber enthaltenden leitfähigen Material überzogen ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 1, wobei der Leiterdraht und der Zusatzdraht durch eine Isolierbeschichtung elektrisch voneinander isoliert sind.
Elektrischer Draht umfassend: einen Leiterdraht, der eine im Querschnitt im Wesentlichen viereckige Form aufweist, und einen Isolierkörper, der in Längsrichtung des Leiterdrahts an einer Ecke des Vierecks angeordnet ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 10, ferner umfassend: eine Nut, die in Längsrichtung des Leiterdrahts an einer Ecke des Vierecks vorgesehen ist, wobei der Isolierkörper in der Nut angeordnet ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 10, wobei die Breite des Isolierkörpers weniger als ein Drittel der Breite des Leiterdrahts beträgt.
Elektrischer Draht nach Anspruch 10, wobei der Isolierkörper aus Kunstharz hergestellt ist.
Elektrischer Draht nach Anspruch 10, wobei an allen Ecken des Vierecks Isolierkörper angeordnet sind.
Elektrischer Draht nach Anspruch 10, ferner umfassend: einen Zusatzdraht, der in Längsrichtung des Leiterdrahts in den Leiterdraht eingesetzt ist, wobei der Zusatzdraht ein Leiterelement umfasst, wobei der Leiterdraht und das Leiterelement aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind und wobei des Leiterelement mit dem Leiterdraht kontaktiert ist.
Spule umfassend den elektrischen Draht nach Anspruch 10, wobei der elektrische Draht so auf einen Spulenträger aufgewickelt ist, dass in einer Schnittdarstellung eine Ecke eines Vierecks benachbart zu einer Ecke eines weiteren Vierecks angeordnet ist.
Elektrischer Draht, wobei der Widerstand des elektrischen Drahts bei 200°C fast 1,42-mal größer ist als der Widerstand des elektrischen Drahts bei 50°C.
Elektrischer Draht nach Anspruch 17, wobei der Anstieg maximal das 0,0028-fache beträgt, wenn der Widerstand des elektrischen Drahts bei jedem Temperaturanstieg um 10°C zwischen 50°C und 200°C gemessen wird und wenn die Widerstandswerte bei den gemessenen Temperaturen bezogen auf den bei 50°C gemessenen Widerstand so aufgetragen werden, dass die X-Achse die Temperatur in °C darstellt und die Y-Achse den Widerstandswert darstellt.
Elektrischer Draht nach Anspruch 17, wobei der Widerstand des elektrischen Drahts die folgende Gleichung erfüllt, wenn der Widerstand des elektrischen Drahts bei jedem Temperaturanstieg um 10°C zwischen 50°C und 200°C gemessen wird: R ≤ 0,0028t + 0,86, wobei t die Temperatur in Grad Celsius bezeichnet, bei der der Widerstand des elektrischen Drahts gemessen wird, und wobei R den Widerstandswert bei der gemessenen Temperatur bezogen auf einen bei 50°C gemessenen Widerstand bezeichnet.
Elektrischer Draht nach Anspruch 17, wobei der x-fache Anstieg des Widerstands des elektrischen Drahts innerhalb des in 25 schraffiert dargestellten Bereichs liegt, wenn der Widerstand des elektrischen Drahts bei 50°C und bei bestimmten Temperaturen zwischen 60°C und 200°C gemessen wird, und wenn der x-fache Anstieg des Widerstands des elektrischen Drahts gegenüber der Temperatur aufgetragen wird.