JP2004135386A

JP2004135386A - 液冷式中空導線及びそれを用いた電気機械

Info

Publication number: JP2004135386A
Application number: JP2002295056A
Authority: JP
Inventors: Masaki Nakano; 中野　正樹; Manabu Shiraki; 白木　　学
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd; Shicoh Engineering Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd; Shicoh Engineering Co Ltd
Priority date: 2002-10-08
Filing date: 2002-10-08
Publication date: 2004-04-30

Abstract

【課題】漏れ電流の発生を防止できる液冷式中空導線及びそれを用いた電気機械を提供する。
【解決手段】電気的に一体となり１本の導線として作用する導線１内に、複数の中空部２−１、２−２を形成し、導線１の一方の端部において、複数の中空部２−１、２−２のうちの少なくとも１つの中空部２−２から冷却液を供給し、導線１の他方の端部において、少なくとも１つの中空部２−２から供給される冷却液を他の中空部２−１に戻し、導線１の一方の端部において、他の中空部２−１から冷却液を排出することで、冷却液が導線１内を循環するよう構成し、導線１を冷却可能とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータ等の電気機械に用いられる導線に関し、特に、冷却が必要な導線として好適に使用できる液冷式中空導線及びそれを用いた電気機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータ等の電気機械に用いられる導線としては、中実の導電体からなりい外周に絶縁層を設けて成る導線が、一般的に使用されている。近年になって、このような電気機械を冷却する要望が高くなっており、その一例として、電気機械に使用する導線を中空にして、その中空部に冷却用流体を流す技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図６は上述した特許文献１における従来の中空導線の一例を説明するための図である。図６において、５１は内部に中空部５２を有する巻回した導線、５３は中空部５２と接続して冷却液の循環経路を形成する流路、５４は流路５３内に設けた冷却液を冷却するためのラジエーター、５５は流路３３内に設けた冷却液を循環するためのポンプである。図６に示す例では、導線５１の一端（図６では上端部）を正極に接続し、他端（図６では下端部）を負極に接続して電磁コイルを構成するとともに、冷却液を中空部５２及び流路５３中で循環させて、導線５１を冷却している。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２３１５９１号公報（第１頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した構成の電気機械では、導線５１を冷却可能であるため、導線５１自身はもちろんのことそれを用いた電気機械全体を冷却することが可能となる。しかしながら、冷却液として一般的な水等は導電性を有しており、中空部５２及び流路５３からなる冷却液の循環経路は、電気的な閉回路を構成することとなるため、水の中を漏れ電流が流れていた。その結果、流路５３等において、水中の漏れ電流に起因する漏電等が発生する問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、漏れ電流の発生を防止するとの課題を有利に解決した液冷式中空導線及びそれを用いた電気機械を提供することを目的とするものであり、この発明の液冷式中空導線は、電気的に一体となり１本の導線として作用する導線内に、複数の中空部を形成し、導線の一方の端部において、複数の中空部のうちの少なくとも１つの中空部から冷却液を供給し、導線の他方の端部において、少なくとも１つの中空部から供給される冷却液を他の中空部に戻し、導線の一方の端部において、他の中空部から冷却液を排出することで、冷却液が導線内を循環するよう構成し、導線を冷却可能としたことを特徴とするものである。また、この発明の電気機械は、上述した液冷式中空導線を巻回するか、中実の導線と上述した液冷式中空導線とを巻回して、ステータを構成したことを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
この発明の液冷式中空導線にあっては、導線内に少なくとも一対の中空部を形成し、導線の一方の端部において、一対の中空部の一方の中空部から冷却液を供給するとともに、他方の中空部から冷却液を戻すことで、冷却液が導線内を循環するよう構成し、導線を冷却可能とすることにより、漏れ電流の発生を防止できる。
【０００８】
なお、この発明の液冷式中空導線においては、中空部の断面形状が、円形、楕円形、半円形、四角形であってもよい。このように構成すれば、中空部の断面形状を適宜選択することで、電気機械の要求する種々の導線形状に対応することができ、この発明を更に好適に実施することができる。
【０００９】
また、この発明の電気機械は、上述した液冷式中空導線を巻回するか、中実の導線と上述した液冷式中空導線とを巻回して、ステータを構成することにより、液冷式中空導線を使用した電気機械においても、漏れ電流の発生を防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の液冷式中空導線の一例を説明するための図である。図１において、１は内部に一対の中空部２−１、２−２を有する巻回した導線、３は導線１の一端（図１では上端部）で中空部２−１、２−２を連結するための流路、４は導線１の他端（図１では下端部）で中空部２−１、２−２と連結して冷却液の循環経路を形成する流路、５は流路４内に設けた冷却液を冷却するためのラジエーター、６は流路４内に設けた冷却液を循環するためのポンプである。図１に示す例では、導線１の一端（図１では上端部）を正極に接続し、他端（図１では下端部）を負極に接続して電磁コイルを構成するとともに、冷却液を中空部２−１、流路３、中空部２−２、流路４を介して循環させて、導線１を冷却している。
【００１１】
図１に示す例では、中空部２−１、流路３、中空部２−２、流路４からなる冷却液の循環経路は、冷却液を循環させる点で閉回路を形成しているが、電気的には導線１を延長しているだけで閉回路を構成していない。そのため、中空部２−１、流路３、中空部２−２、流路４からなる冷却液の循環経路において漏れ電流は流れない。その結果、漏電等の危険性は皆無となる。
【００１２】
図２は、電気機械についてこの発明の液冷式中空導線の適用例として、冷却構造を有する３相交流の接続端子部の一例を示す図である。図２において、図１に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図２に示す例において、接続端子部１１は、Ｕ相端子１２、Ｖ相端子１３、Ｗ相端子１４から構成され、各端子１２、１３、１４（図１における導線１に対応）の各々に一対の中空部２−１、２−２が設けられている。また、Ｕ相端子１２、Ｖ相端子１３、Ｗ相端子１４の中性点に、冷却液供給用の集合部１５を設け、ここから冷却液を各端子の中空部２−１に供給するとともに、中性点の周りに冷却液排出用のリング状の集合部１６を設け、各端子の中空部２−２からの冷却液をここに集合させ、流路４に供給している。本例でも、Ｕ相端子１２、Ｖ相端子１３、Ｗ相端子１４の各端子では、冷却液は中空部２−１、２−２を通って行って帰ってくるだけで端子を含む電気的な閉回路を形成しないため、各端子において漏れ電流の発生することはない。
【００１３】
図３（ａ）〜（ｅ）はそれぞれこの発明の液冷式中空導線の形状の一例を示す断面図である。図３（ａ）は中空部２−１、２−２の断面形状が円形の例を、図３（ｂ）は中空部２−１、２−２の断面形状が楕円形の例を、図３（ｃ）は中空部２−１、２−２の断面形状が半円形の例を、それぞれ示している。また、図３（ｅ）はそれぞれが中空部２−１、２−２を内部に有する導線１−１、１−２の両者を、導線１７で電気的に接続した例を示している。図３（ｅ）に示す例でも導線１−１と１−２を導線１７で電気的に一体としているため、図３（ａ）〜（ｄ）に示す例と同様に導線１−１と１−２が一本の導線１を構成している。このように、中空部２−１、２−２の断面を種々の形状に形成することで、中空導線１の断面形状を、薄くしたり、円形にしたり、四角形にしたりすることができ、中空導線１を希望の形状にすることができる。
【００１４】
図４（ａ）〜（ｃ）はそれぞれこの発明の液冷式中空導線の他の例の構成を示す図であり、図４（ａ）はその断面図を示すとともに、図４（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ中空部での冷却液の流れを説明するための図である。本例では、図４（ａ）に示すように、１本の導線１に２対の中空部すなわち４個の中空部２−１〜２−４を設け、冷却液を導線１の一方の端部から供給し、他方の端部を経由し、冷却液を供給した導線１の一方の端部から排出するよう構成している。
【００１５】
図４（ｂ）に示す例では、冷却液を供給する側と反対側の端部で、中空部２−１と２−２とを流路３−１で連結するとともに、中空部２−３と２−４とを流路３−２で連結し、さらに、冷却液を供給する側の端面で中空部２−２と２−３とを流路３−３で連結している。そして、冷却液を、中空部２−１、流路３−１、中空部２−２、流路３−３、中空部２−３、流路３−２、中空部２−４の順で流し循環させている。
【００１６】
図４（ｃ）に示す例では、冷却液を供給する側と反対側の端部で、中空部２−１と２−２とを流路３−１で連結するとともに、中空部２−３と２−４とを流路３−２で連結している。そして、冷却液を、中空部２−１、流路３−１、中空部２−２の順に流す第１の流路と、冷却液を、中空部２−３、流路３−２、中空部２−４の順に流す第２の流路と、から構成し、冷却液を循環している。
【００１７】
図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の液冷式中空導線を使用したステータの一例を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）に示す例では、ステータ２１のスロット２２−１、２２−２間に、中実の導線２３を巻回するともにこの発明の液冷式中空導線１をも巻回して、電磁コイルを形成している。本例では、冷却する容量に見合った分だけ、個々の容量が大きいこの発明の液冷式中空導線１を使用でき、液冷式中空導線１の使用量を最小限にすることができるため、冷却すべきステータ２１全体をコンパクトに構成することができる。なお、冷却液として水銀等の導電流体を用いることで、有効断面積を大きくすることができ、大電流を流せることになる。
【００１８】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、中空部の数は上記実施形態に限定されるものではない。そして、この発明の液冷式中空導線は、ここに記載した電気機械以外のものでも、冷却が必要な導線として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の液冷式中空導線の一例を説明するための図である。
【図２】電気機械についてこの発明の液冷式中空導線の適用例として、冷却構造を有する３相交流の接続端子部の一例を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれこの発明の液冷式中空導線の形状の一例を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれこの発明の液冷式中空導線の他の例の構成を示す図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）はそれぞれこの発明の液冷式中空導線を使用したステータの一例を示す図である。
【図６】従来の中空導線の一例を説明するための図である。
【符号の説明】
１、１７　導線
２−１〜２−４　中空部
３、３−１〜３−３、４　流路
５　ラジエーター
６　ポンプ
１１　接続端子部
１２　Ｕ相端子
１３　Ｖ相端子
１４　Ｗ相端子
１５、１６　集合部
２１　ステータ
２２−１、２２−２　スロット

Claims

電気的に一体となり１本の導線として作用する導線内に、複数の中空部を形成し、導線の一方の端部において、複数の中空部のうちの少なくとも１つの中空部から冷却液を供給し、導線の他方の端部において、少なくとも１つの中空部から供給される冷却液を他の中空部に戻し、導線の一方の端部において、他の中空部から冷却液を排出することで、冷却液が導線内を循環するよう構成し、導線を冷却可能としたことを特徴とする液冷式中空導線。
中空部の断面形状が、円形、楕円形、半円形、四角形である請求項１記載の液冷式中空導線。
冷却液が導電性流体であることを特徴とする請求項１または２記載の液冷式中空導線。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の液冷式中空導線を巻回してステータを構成したことを特徴とする電気機械。
中実の導線と請求項１〜３のいずれか１項に記載の液冷式中空導線とを巻回してステータを構成したことを特徴とする電気機械。