JP4637888B2 - 回転電気装置と、その製造方法 - Google Patents
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Description
さらに、機械損失に起因する発熱量を一定限度内に抑えないと不可逆的な劣化、特に導体の絶縁低下が起こるため、固定子の導体内で発生する熱はできるだけ効果的に除かなければならない。
過酷な用途では液体を用いて回転電気装置を冷却することが知られている。この場合には回転電気装置の内部、主として電気巻線がある固定子内部に液体を強制循環させて熱を外側の熱交換器に案内する。
高性能モータには導体の樹脂含浸は必須であるが、残念なことにスロット内の導体の含浸に用いられる樹脂は熱伝導がかなり悪い材料である。一方、巻線頭部の導体の含浸には上記材料より熱伝導が良い充填材を含む樹脂が用いられている。しかし、この充填材はスロット内の小さな隙間に侵入できないため、巻線頭部用の樹脂はスロット内の導体の含浸には適していない。すなわち、スロットに銅を高い充填度で充填することが求められる高性能モータでは使えない。
本発明の他の目的は、スロット内の導体の含浸をより均質にし、高品質にすることにある。
本発明のさらに他の目的は、熱伝導率が高い樹脂を用いて含浸できるようにすることにある。このことは回転電気装置の定格トルクを増大させる場合に極めて重要なことである。そのためにはできるだけ大きな電流を流すことが望まれ、そうするとジュール損失が生じ、スロット内の導体および巻線頭部に熱が生じるのが避けられない。この熱はできるだけ効果的に除かなければならない。
本発明の第1の観点から、スロット含浸組成物を構成する粒子の平均粒径は約15μm以下であり、少なくとも約80重量%の粒子の粒径は25μm以下である。
すなわち、充填材の特徴は使用する導体ワイヤの断面直径(より一般的には寸法)と無関係ではない。上記の充填材の特徴は直径が約1.2〜1.5mmのワイヤ(本発明の対象とする比出力の大きい装置)に対して非常によく合うが、別の観点から、充填材の粒子の最大粒径を0.045*φ以下にすることもできる。ここで、φはスロット内に配置される導体ワイヤの直径である。
充填材はシリカフラワー(酸化シリコン)、石英(結晶シリカ)、窒化アルミニウムまたはアルミナであるのが好ましい。本発明者はこれらの充填材を下記方法で用いた場合に電気装置の性能を大きく向上させるということを見い出した。
上記充填材はスロット含浸組成物の熱伝導率を高くすることができ、しかも、この組成物の熱伝導性の向上が組成物の粘度上昇という欠点を伴わないということを確認した。
スロット含浸材料の熱伝導率を大幅に高くするためには、スロット含浸組成物が上記充填材を少なくとも70重量%含むのが好ましい。
(1)導体ワイヤをスロット内に取付け、巻線頭部を磁気回路の軸線方向両端部に形成し、
(2)スロット内の導体を支持する磁気回路と巻線頭部とからなる組立体を装置の軸線に直角に取付け、
(3)熱硬化樹脂と充填材とからなるスロット含浸組成物でスロット内の導体を真空含浸し、
(4)上記組成物の重合を開始する。
ことを特徴とする:
(1)導体ワイヤをスロット内に取付け、巻線頭部を磁気回路の軸線方向両端部に形成し、
(2)スロット内の導体を支持する磁気回路と巻線頭部とからなる組立体を装置の軸線に直角に取付け、
(3)熱硬化樹脂と粒径の大きい充填材とからなる巻線頭部含浸用組成物で軸線方向上側位置にある第1の巻線頭部を含浸し、
(4)第1の巻線頭部が下側巻線頭部になるように上記組立体を反対にし、装置の軸線に直角に取付け、
(5)熱硬化樹脂と、第1の組成物の充填材よりも粒径の小さい別の充填材とからなるスロット含浸組成物でスロット内の導体を真空含浸し、
(6)熱硬化樹脂と粒径の大きい充填材とからなる巻線頭部含浸用組成物で第2の巻線頭部を含浸し、
(7)上記組成物の重合を開始する。
以下、いくつかの実施例を挙げて本発明を詳しく説明するが、本発明が下記実施例に限定されるものではない。本発明は樹脂自体を対象とするものではなく、種々の樹脂を用いることができる。当業者は樹脂に関してはその従来技術を参照することができる。
上記組成物を100℃の温度に加熱し、消泡剤のBYK A501(BYK−CHEMIE)を数滴すなわち約0.05〜0.10部添加する。455部の充填剤を245部の樹脂に少しずつ添加し、上記の高い温度を維持しながら均質な液体が得られるまで混合する。最終混合物を泡が消えるまで真空脱気する。得られた組成物は約65重量%の充填材と35重量%の樹脂とを含む。この含浸組成物は直ちに注型できる状態にある。ここで使用した充填材は粒径が小さく、所望の塗布に十分な流動性を示し且つ高い熱伝導率(約0.9W/mK)が確実に維持される。
混合物Aは上記の第2実施例で説明した方法で製造し、下記の成分を有する:
CY 179樹脂(100部)、
DY 040可塑剤(30部)、
BYK 9010分散剤(2.4部)、
BYK A501消泡剤(0.1部)、
CL 4400FG充填材(286部)。
この懸濁液を適当な容器に保存し、放冷する。
混合物Bも上記第2実施例で説明した方法で製造し、下記の成分を有する:
HY 917硬化剤(115部)、
BYK 9010分散剤(3.6部)、
BYK A501消泡剤(0.1部)、
CL 4400FG充填材(429部)。
この懸濁液を適当な容器に保存し、放冷する。
1.混合物AおよびBを70〜80℃のオーブンに入れ、
2.得られた懸濁液を均質化し、
3.混合物A(100部)および混合物B(131部)を秤量し、混合し、真空脱気する。
得られた含浸樹脂を80〜100℃の温度で用いる。
得られた組成物は約85重量%の充填材と15重量%の樹脂とを含む。塗布後、
140℃以上と、最大で180℃の異なる温度で行われる次の一連の段階で組成物は硬化する。得られる熱伝導率は極めて高い(4.0W/mKオーダ)。
上記組成物は特に以下で説明する方法で導体を完全に含浸するのに特に適している。
[図2]は単にいくつかの導体ワイヤ2を示した図であり、図示した導体ワイヤ2の数は本発明の特徴である極めて高いスロット充填性を表すものではない。
この点について、銅線を取付けるためのスロットの有効断面は、スロット内に取付けることができる他の要素、例えばスロットの内壁を被覆する絶縁フィルム11が占められる断面を除いたスロット内の空間の幾何学的断面であることに注意しなければならない。この有効断面は絶縁フィルム11で制限された断面の表面積に対応し、絶縁フィルム11の断面は有効断面に含まれない。導体ワイヤ2が円形断面であるごく一般的な場合には、各導体ワイヤの断面に外接する正方形の一辺が導体ワイヤ2の直径の値である。各導体ワイヤの断面に外接する正方形の断面の和をS1とし、有効断面をS2とすると、S1/S2比によって導体ワイヤによるスロット充填率を定量化できる。この充填率は既に述べたように極めて高い。
次に、この組立体を第1の巻線頭部が下側巻線頭部となるように逆にし、軸線に直角に取り付ける([図3]参照)。
次いで、巻線頭部含浸用組成物、好ましくは第1の巻線頭部に用いたのと同じ巻線頭部用組成物6を用いて第2の巻線頭部を含浸する([図4]参照)。次に、コア5を取外すと、[図5]に示す状態、すなわち固定子が回転子、軸線方向端部板、コネクタ、必要に応じてさらに他の補助要素、例えば冷却回路を受け入れることができる状態になる。
循環路40は開口部44を介してモータを冷却液のタンクに連結させている。
本発明は電気モータまたは交流発電機の製造で用いることができる。モータをさらに小型化にするために固定子に冷却液、例えば自動車の熱機関の冷却に用いる冷却液を循環させる導管系を設けることもできる。
Claims (15)
- 回転電気装置の固定子の製造方法であって、上記固定子は、回転電気装置の回転子の回転軸線に直角な面に対してほぼ平行に積層された複数の磁性金属板からなる磁気回路を備え、磁気回路は複数の歯型要素を有し、各歯型要素は導体ワイヤが収容される長手方向のスロットを規定し、各スロットは、導体ワイヤがこのスロット中に長手方向に延びて収容されるような有効断面を上記回転軸線に対してほぼ垂直な垂直断面内に有し、各導体ワイヤは正方形に外接する上記垂直断面内に断面を有し、上記垂直断面内でのこの断面の和と上記垂直断面内での縦方向スロットの有効断面との比は各スロットで0.7以上であり、スロット内の導体ワイヤは熱硬化樹脂と充填材(81)とを含むスロット含浸組成物(8)によって固定され、上記充填材を構成する粒子の平均粒径は約15μm以下であり、少なくとも約80重量%の粒子の粒径は25μm以下であり、上記含浸組成物(8)が上記充填材を少なくとも65重量%含む回転電気装置の固定子の製造方法において、
(1)導体ワイヤをスロット内に取付け、巻線頭部を磁気回路の上記回転軸線方向両端部に形成する工程と、
(2)スロット内の導体を支持する磁気回路と巻線頭部とからなる組立体を上記回転軸線に直角に取付ける工程と、
(3)熱硬化樹脂と粒径の大きい充填材とからなる巻線頭部含浸用組成物で上記回転軸線方向上側位置にある第1の巻線頭部を含浸する工程と、
(4)第1の巻線頭部が下側巻線頭部になるように上記組立体を反対にし、上記回転軸線に直角に取付ける工程と、
(5)熱硬化樹脂と、第1の組成物の充填材よりも粒径の小さい別の充填材とからなるスロット含浸組成物でスロット内の導体を真空含浸する工程と、
(6)熱硬化樹脂と粒径の大きい充填材とからなる巻線頭部含浸用組成物で第2の巻線頭部を含浸する工程と、
(7)上記組成物の重合を開始する工程と、
を有する回転電気装置の固定子の製造方法。 - 回転電気装置の固定子の製造方法であって、上記固定子は、回転電気装置の回転子の回転軸線に直角な面に対してほぼ平行に積層された複数の磁性金属板からなる磁気回路(1)を備え、磁気回路は複数の歯型要素を有し、各歯型要素は導体ワイヤが収容される長手方向のスロットを規定し、各スロットは、導体ワイヤがこのスロット中に長手方向に延びて収容されるような有効断面を上記回転軸線に対してほぼ垂直な垂直断面内に有し、各導体ワイヤは正方形に外接する上記垂直断面内に断面を有し、上記垂直断面内でのこの断面の和と上記垂直断面内での縦方向スロットの有効断面との比は各スロットで0.7以上であり、スロット内の導体ワイヤは熱硬化樹脂と充填材(81)とを含むスロット含浸組成物(8)によって固定され、上記充填材を構成する粒子の最大粒径は0.045*φ以下(ここでφはスロット内に配置された導体ワイヤ(2)の直径)であり、上記含浸組成物(8)が上記充填材を少なくとも65重量%含む回転電気装置において、
(1)導体ワイヤをスロット内に取付け、巻線頭部を磁気回路の上記回転軸線方向両端部に形成する工程と、
(2)スロット内の導体を支持する磁気回路と巻線頭部とからなる組立体を上記回転軸線に直角に取付ける工程と、
(3)熱硬化樹脂と粒径の大きい充填材とからなる巻線頭部含浸用組成物で上記回転軸線方向上側位置にある第1の巻線頭部を含浸する工程と、
(4)第1の巻線頭部が下側巻線頭部になるように上記組立体を反対にし、上記回転軸線に直角に取付ける工程と、
(5)熱硬化樹脂と、第1の組成物の充填材よりも粒径の小さい別の充填材とからなるスロット含浸組成物でスロット内の導体を真空含浸する工程と、
(6)熱硬化樹脂と粒径の大きい充填材とからなる巻線頭部含浸用組成物で第2の巻線頭部を含浸する工程と、
(7)上記組成物の重合を開始する工程と、
を有する回転電気装置の固定子の製造方法。 - 第2の巻線頭部を含浸する前に、スロット含浸組成物の少なくとも一部を部分重合または重合する請求項1又は2に記載の製造方法。
- 含浸の第1工程の前に、スロット内の導体を支持する磁気回路と巻線頭部とからなる組立体を、最終モータの一部をなすシースとロータ用に確保された容積を実質的に占める取外し可能な内側コアとの間に閉じ込める、請求項1乃至3の何れか1項に記載の製造方法。
- スロット内の導体の含浸時に、スロット含浸組成物の全重量を減圧下に数回に分けて順次導入し、一回導入した後に固定子を大気圧に戻す請求項1乃至4の何れか1項に記載の製造方法。
- スロット内の導体の含浸時に、スロット含浸組成物の全重量を減圧下に数回に分けて順次導入し、一回導入した後に固定子を大気圧より高い圧力に上げる請求項1乃至4の何れか1項に記載の製造方法。
- 最大で3重量%の充填材(81)の粒子の粒径が50μm以上である請求項1乃至6の何れか1項に記載の製造方法。
- スロット含浸組成物が少なくとも70重量%の充填材を含む請求項1乃至7の何れか1項に記載の製造方法。
- スロット含浸組成物の充填材がシリカフラワー、石英、窒化アルミニウムおよびアルミナからなる群の中から選択される請求項1乃至8の何れか1項に記載の製造方法。
- スロット含浸組成物(8)の充填材の粒子の平均粒径が約10μm以下であり、少なくとも約80重量%の粒子の粒径が20μm以下である請求項1乃至9の何れか1項に記載の製造方法。
- スロット含浸組成物(8)の最大で約3重量%の粒子の粒径が45μm以上である請求項10に記載の製造方法。
- 磁気回路の上記回転軸線方向両端部に巻線頭部を有し、巻線頭部内の導体が熱硬化樹脂と充填材(61)とを含む巻線頭部含浸用組成物(6)で含浸され、この充填材の粒径がスロット含浸組成物の充填材の粒径よりも大きい請求項1乃至11の何れか1項に記載の製造方法。
- 巻線頭部含浸用組成物の充填材の約30〜55重量%の粒子の粒径が500〜1000μmであり、約25〜45重量%の粒子の粒径が200〜600μmであり、残部が少なくとも5重量%の粒子からなり、その少なくとも80重量%の粒子の粒径が25μm以下であり、最大で3重量%の粒子の粒径が50μm以上である請求項12に記載の製造方法。
- 巻線頭部含浸用組成物の充填材の上記残部が少なくとも5重量%の粒子からなり、その少なくとも80重量%の粒子の粒径が20μm以下であり、最大で3重量%の粒子の粒径が45μm以上である請求項13に記載の製造方法。
- 積層した磁気回路(1)が金属材料からなるシース(4)の内部にある請求項1乃至14の何れか1項に記載の製造方法。
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