JP2011024342A - Wire and electrical apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、線材およびそれを用いた電気機器に関し、より特定的には、回転電機に用いられる線材およびそれを用いた電気機器に関するものである。 The present invention relates to a wire rod and an electric device using the same, and more specifically to a wire rod used for a rotating electric machine and an electric device using the same.
従来、回転電機を構成するコイルの構造は、たとえば特開2003−199275号公報(特許文献1)および特開2008−148375号公報(特許文献2)に開示されている。 Conventionally, the structure of the coil which comprises a rotary electric machine is disclosed by Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-199275 (patent document 1) and Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-148375 (patent document 2), for example.
特許文献1では、絶縁被覆処理を施した角線を折り曲げて構成したコイルが開示されている。これにより占積率を向上させることが開示されている。 Patent Document 1 discloses a coil configured by bending a rectangular wire subjected to an insulation coating process. It is disclosed that this improves the space factor.
特許文献2では、複数本の細線導体を捩じることで渦電流を低減するコイルが開示されている。
しかしながら、従来の技術では、十分にコイルに流れる渦電流を低減することができないという問題があった。 However, the conventional technique has a problem that the eddy current flowing through the coil cannot be sufficiently reduced.
そこで、この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、渦電流を低減することが可能な線材およびそれを用いた電気機器を提供する。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a wire rod capable of reducing eddy current and an electric device using the wire rod.
この発明に従った線材は、長手方向に延びる線材であって、線材の長手方向に直交する断面には、板状導体が巻かれた渦巻形状が現われており、板状導体の表面に絶縁皮膜が形成されており、隣接する板状導体間に絶縁皮膜が介在している。 The wire according to the present invention is a wire extending in the longitudinal direction, and a spiral shape in which a plate-like conductor is wound appears in a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the wire, and an insulating film is formed on the surface of the plate-like conductor. And an insulating film is interposed between adjacent plate conductors.
このように構成された線材では、隣接する板状導体間に絶縁皮膜が介在しているため、線材内で渦電流の発生を抑制することができる。その結果渦電流損失を低減させることができる。 In the wire configured as described above, since an insulating film is interposed between adjacent plate conductors, generation of eddy currents in the wire can be suppressed. As a result, eddy current loss can be reduced.
好ましくは、板状導体の互いに対向する表面の各々に絶縁皮膜が形成されている。
この発明に従った電気機器は、ティースと、上述の線材により構成されるコイルとを備える。
Preferably, an insulating film is formed on each of the opposing surfaces of the plate-like conductor.
An electric device according to the present invention includes a tooth and a coil formed of the above-described wire material.
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。また、各実施の形態を組合せることも可能である。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated. In addition, the embodiments can be combined.
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態に従った回転電機を備えた車両の駆動部の構成を説明するための図である。図1では、この発明に従った車輌に搭載される回転電機を駆動させるための電気回路をしている。図1を参照して、PCU(パワーコントロールユニット)2700は、コンバータ2710と、インバータ2720と、制御装置2730と、コンデンサC1,C2と、電源ラインPL1〜PL3と、出力ライン2740U,2740V,2740Wとを含む。コンバータ2710は、バッテリ3000とインバータ2720の間に接続され、インバータ2720は、出力ライン2740U,2740V,2740Wを介して回転電機2200と接続される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for illustrating a configuration of a drive unit of a vehicle including a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the electric circuit for driving the rotary electric machine mounted in the vehicle according to this invention is shown. Referring to FIG. 1, a PCU (power control unit) 2700 includes a
コンバータ2710に接続されるバッテリ3000は、たとえばニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリ3000は、発生した直流電圧をコンバータ2710に供給し、また、コンバータ2710から受ける直流電圧によって充電される。
コンバータ2710は、パワートランジスタQ1,Q2とダイオードD1,D2と、リアクトルLとからなる。パワートランジスタQ1,Q2は、電源ラインPL2,PL3間
に直列に接続され、制御装置2730からの制御信号をベースに受取る。ダイオードD1,D2は、それぞれパワートランジスタQ1,Q2のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタQ1,Q2のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。リアクトルLは、バッテリ3000の正極と接続される電源ラインPL1に一端が接続され、パワートランジスタQ1,Q2の接続点に他端が接続される。
Converter 2710 includes power transistors Q1 and Q2, diodes D1 and D2, and a reactor L. Power transistors Q1 and Q2 are connected in series between power supply lines PL2 and PL3, and receive a control signal from
このコンバータ2710は、リアクトルLを用いてバッテリ3000から受ける直流電圧を昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインPL2に供給する。また、コンバータ2710は、インバータ2720から受ける直流電圧を降圧してバッテリ3000を充電する。
Converter 2710 boosts the DC voltage received from
インバータ2720は、U相アーム2750U、V相アーム2750VおよびW相アーム2750Wからなる。各相アームは、電源ラインPL2,PL3間に並列に接続される。U相アーム2750Uは、直列に接続されたパワートランジスタQ3,Q4を含み、V相アーム2750Vは、直列に接続されたパワートランジスタQ5,Q6を含み、W相アーム2750Wは、直列に接続されたパワートランジスタQ7,Q8を含む。ダイオードD3〜D8は、それぞれパワートランジスタQ3〜Q8のエミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにパワートランジスタQ3〜Q8のコレクタ−エミッタ間にそれぞれ接続される。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、出力ライン2740U,2740V,2740Wを介してモータジェネレータとしての回転電機2200の各相コイルの反中性点側にそれぞれ接続されている。
インバータ2720は、制御装置2730からの制御信号に基づいて、電源ラインPL2から受ける直流電圧を交流電圧に変換して回転電機2200へ出力する。また、インバータ2720は、回転電機2200によって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインPL2に供給する。
コンデンサC1は、電源ラインPL1,PL3間に接続され、電源ラインPL1の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサC2は、電源ラインPL2,PL3間に接続され、電源ラインPL2の電圧レベルを平滑化する。 Capacitor C1 is connected between power supply lines PL1 and PL3, and smoothes the voltage level of power supply line PL1. Capacitor C2 is connected between power supply lines PL2 and PL3, and smoothes the voltage level of power supply line PL2.
制御装置2730は、モータトルク指令値、回転電機2200の各相電流値、およびインバータ2720の入力電圧に基づいて回転電機2200の各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタQ3〜Q8をオン/オフするPWM(Pulse Width Modulation)信号を生成してインバータ2720へ出力する。
また、制御装置2730は、上述したモータトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ2720の入力電圧を最適化するためのパワートランジスタQ1,Q2のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタQ1,Q2をオン/オフするPWM信号を生成してコンバータ2710へ出力する。
さらに、制御装置2730は、回転電機2200によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ3000を充電するため、コンバータ2710およびインバータ2720におけるパワートランジスタQ1〜Q8のスイッチング動作を制御する。
Further,
PCU2700においては、コンバータ2710は、制御装置2730からの制御信号に基づいて、バッテリ3000から受ける直流電圧を昇圧して電源ラインPL2に供給する。そして、インバータ2720は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を電源ラインPL2から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換して回転電機2200へ出力する。
In PCU 2700,
また、インバータ2720は、回転電機2200の回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインPL2へ出力する。そして、コンバータ2710は、コンデンサC2によって平滑化された直流電圧を電源ラインPL2から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリ3000を充電する。
図2は、この発明に従った線材が用いられる回転電機の一部分の構成を説明するための図である。図2を参照して、この発明に従った回転電機2200は、ティース10と、ティース10に巻かれたコイル30とを有する。コイル30は線材20をティース10に巻付けることにより構成される。ティース10はステータコアであり、ティース10とコイル30とがステータを構成している。
FIG. 2 is a diagram for explaining a configuration of a part of a rotating electrical machine in which the wire according to the present invention is used. Referring to FIG. 2, rotating
なお、この実施の形態では、回転電機2200のステータのみを示しているが、回転電機2200はロータを有する。また、回転電機2200の巻線方法としてこの実施の形態では集中巻を示しているが、分布巻であってもよい。複数の線材20が積層して配置されている。
In this embodiment, only the stator of rotating
図3は、図2で示す1つの線材を構成する板状導体を詳細に説明するための一部断面を含む斜視図である。図4は、図3で示す線材の断面部分であるIVで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。図3および図4を参照して、長手方向に延びる線材20において、長手方向と直交する断面では、図3および図4で示すように、板状導体22が渦巻形状となって現われる。板状導体22の外周側には絶縁皮膜23が設けられ、内周側には絶縁皮膜24が設けられている。なお、絶縁皮膜24および絶縁皮膜23の両方を設ける必要はなく、少なくとも絶縁皮膜24および絶縁皮膜23の一方が設けられていればよい。
FIG. 3 is a perspective view including a partial cross-section for explaining in detail a plate-like conductor constituting one wire shown in FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by IV, which is a cross-sectional portion of the wire shown in FIG. 3 and 4, in the
隣接する板状導体22間には、絶縁皮膜24と絶縁皮膜23とが介在している。線材20の最外周面にはエナメル絶縁皮膜21が形成されている。絶縁皮膜24および絶縁皮膜23を構成する方法として、特定の薬品を塗布することにより、板状導体22の表面を酸化させ酸化絶縁膜を形成することが考えられる。また、絶縁皮膜24および絶縁皮膜23の形成方法として、絶縁フィルムを貼付けることで絶縁皮膜24および絶縁皮膜23を構成してもよい。
An insulating
図5は、図3および4で示す実施の形態1に従った絶縁皮膜の製造方法を説明するための図である。図6は、図5中のVIで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。図5および図6を参照して、まず板状導体22を準備し、板状導体を図5で示すように渦巻状に(ロール状に)巻く。板状導体22の内周面側には絶縁皮膜24が形成され外周側には絶縁皮膜23が形成している。そして、ロール状に巻かれた板状導体22を圧縮することで図3で示す形状の線材20を構成することができる。
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the insulating film according to the first embodiment shown in FIGS. 3 and 4. 6 is an enlarged cross-sectional view of a portion surrounded by VI in FIG. Referring to FIGS. 5 and 6, first, plate-
このように構成された線材20では、縦および横のどちらからの漏れ磁束に対しても渦電流を低減させることができる。さらに低コストで製造することができる。
In the
さらに、各線材を分離しないため、循環電流の発生を抑制することができる。
(実施の形態2)
図7は、この発明の実施の形態2に従った線材の製造方法を説明するための一部断面を含む斜視図である。図7を参照して、実施の形態2に従った線材の製造方法では、実施の形態1と同様の板状導体22を準備する。板状導体22には、それぞれ絶縁皮膜23,24が両面に形成されている。この板状導体を図7で示すように波状に成形する。
Furthermore, since each wire is not separated, the generation of circulating current can be suppressed.
(Embodiment 2)
FIG. 7 is a perspective view including a partial cross section for illustrating a method of manufacturing a wire according to the second embodiment of the present invention. With reference to FIG. 7, in the manufacturing method of the wire according to the second embodiment, a plate-
図8は、この発明の実施の形態2に従った線材の一部断面を含む斜視図である。図8を参照して、図7で示すように波状に成形した板状導体22を圧縮して平角線形状へ成形する。そして、外周をエナメル処理してエナメル絶縁皮膜21を形成する。これにより図8で示すような線材20が完成する。このように構成された実施の形態2に従った線材では、成形前コイル表面に絶縁皮膜処理を施した銅線である板状導体22を用いて、高占積率を維持したまま任意の銅線形状にする。このとき線材20内部は絶縁処理されているため銅の渦損を低減することが可能である。また絶縁皮膜23,24は非常に薄いため、占積率を悪化させることがない。また、各コイルを完全に分離しないために、循環電流による効率の悪化も発生しない。
FIG. 8 is a perspective view including a partial cross section of the wire according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, plate-
(実施の形態3)
図9は、この発明の実施の形態3に従った線材の製造方法の第1工程を説明するための一部断面を含む斜視図である。図9を参照して、実施の形態2と同様に、板状導体22を波板形状に成形する。板状導体22には表面に絶縁皮膜23,24が形成されている。
(Embodiment 3)
FIG. 9 is a perspective view including a partial cross section for illustrating a first step of the method of manufacturing the wire according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 9, as in the second embodiment, plate-
図10は、この発明の実施の形態3に従って線材の製造方法の第2工程を説明するための一部断面を含む斜視図である。図10を参照して、板状導体22の前部分を矢印R1で示す方向に捩じり、後部分を矢印R2で示す方向に捩じる。そして板状導体22を圧縮した後に該表面にエナメル絶縁皮膜21を形成する。
FIG. 10 is a perspective view including a partial cross section for illustrating a second step of the method of manufacturing a wire according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, the front portion of plate-
図11は、完成した実施の形態3に従って線材の斜視図である。図12は、図11中のXII−XII線に沿った断面図である。図11および図12を参照して、前側の断面では、図11で示すように、絶縁皮膜23,24が縦方向に延びるように形成されている。これに対して、後側の断面(図12)では、絶縁皮膜23,24が横方向に延びるように形成されている。すなわち図10で示す工程において板状導体22を捩じったことにより、図11および図12で示すようなさまざまな断面形状を有する線材を製造することができる。
FIG. 11 is a perspective view of a wire according to the completed third embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view taken along line XII-XII in FIG. Referring to FIGS. 11 and 12, in the front cross section, as shown in FIG. 11, insulating
これにより各断面によりコイル内部絶縁処理方向が異なっているため、漏れ磁束の向きに依存せず、渦電流損失を低減することができる。 Thereby, since the coil internal insulation processing direction is different for each cross section, eddy current loss can be reduced without depending on the direction of leakage magnetic flux.
以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the embodiment shown here can be variously modified.
まず、線材20の断面は矩形に構成されていたが、必ずしも矩形である必要はなく、断面が円形または楕円形であってもよい。
First, although the cross section of the
また、この発明に従った線材20は、回転電機だけでなく、レゾルバなどの回転電機以外の電気機器にも使用することができる。
Moreover, the
さらに、本発明に従った線材20を回転電機として用いる場合には、図1で示す三相交流モータだけでなく、渦電流損失の発生が懸念される回転電機に本発明を適用することが可能である。
Further, when the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10 ティース、20 線材、21 エナメル絶縁皮膜、22 板状導体、23,24 絶縁皮膜、30 コイル、2200 回転電機、2710 コンバータ、2720 インバータ、2730 制御装置、2740U,2740V,2740W 出力ライン。 10 teeth, 20 wires, 21 enamel insulation film, 22 plate conductor, 23, 24 insulation film, 30 coils, 2200 rotating electrical machine, 2710 converter, 2720 inverter, 2730 controller, 2740U, 2740V, 2740W output line.
Claims (3)
線材の長手方向に直交する断面には、板状導体が巻かれた渦巻形状が現われており、
前記板状導体の表面に絶縁皮膜が形成されており、
隣接する前記板状導体間に絶縁皮膜が介在している、線材。 A wire extending in the longitudinal direction,
In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the wire, a spiral shape in which a plate-like conductor is wound appears,
An insulating film is formed on the surface of the plate-shaped conductor,
A wire rod in which an insulating film is interposed between adjacent plate-like conductors.
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