(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の導体と、
該複数の導体のそれぞれの周囲を取り囲む絶縁材層と、
を含み、
該絶縁材層が、第１の方向の複数のガラス繊維と、第２の方向の複数のセラミック繊維を含むセラミック素材とを含み、
該第１の方向と該第２の方向とが同じ方向である、
ステータバー。
【請求項２】
該絶縁材層が０．９９Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有する、請求項１に記載のステータバー。
【請求項３】
セラミック素材が、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ3）、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、シリカ（ＳｉＯ2）、またはダイアモンド（Ｃ）を含む、請求項１または２に記載のステータバー。
【請求項４】
複数の導体が複数の導体列を備え、
各々の導体列の間に、セラミック素材を含む縦型セパレータをさらに含む、
請求項１から３のいずれかに記載のステータバー。
【請求項５】
セラミック素材がセラミック繊維またはウィスカーを含む、請求項４に記載のステータバー。
【請求項６】
縦型セパレータが０．９９Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有する、請求項４または５に記載のステータバー。
【請求項７】
複数の導体列を取り囲む、セラミック素材を含む対地絶縁材層をさらに備える、請求項４から６のいずれかに記載のステータバー。
【請求項８】
対地絶縁材層がセラミック繊維またはウィスカーを含む、請求項７に記載のステータバー。
【請求項９】
対地絶縁材層が０．９９Ｗ／ｍＫを超える熱伝導率を有する、請求項７または８に記載のステータバー。
【請求項１０】
対地絶縁材層が
マイカ／バインダー層と、
該マイカ／バインダー層の片面または両面上に位置するセラミックバッカーと、
を備える、請求項７から９のいずれかに記載のステータバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、概して電気機械用の絶縁システムに関し、より詳細には、非伝統的な非金属材料を含むセラミック等の高熱伝導性の繊維またはウィスカーの添加によって、ステータバーで利用される絶縁材の熱伝導率を向上させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機、モータおよび変圧器等の電気機械用の絶縁材料は、一般的に、ガラスクロスおよび／またはガラスクロス、樹脂バインダー、マイカテープおよび同様の材料の組み合わせからなる。そのような絶縁材料は、一般的に、十分な絶縁を施しつつ、電気機械のさまざまな電気的硬直に耐え得る機械的および物理的性質を持つ必要がある。さらに、絶縁材料は、極端な使用温度変化に耐え、長い設計寿命を提供しなくてはならい。
【０００３】
近年、一般的な絶縁材の熱伝導率は、高熱伝導性フィラーの添加によって、約０．３Ｗ／ｍＫ（ワット毎メートル毎ケルビン）から約０．５Ｗ／ｍＫまで向上した。しかしながら、特にステータバーに関しては、導体を絶縁するために、縦型セパレータとして、および絶縁テープの台紙として、一般的にＥガラス（電気ガラス繊維）が用いられる。そのようなＥガラスは、約０．９９Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。同様に、Ｄａｃｒｏｎ（ダクロン）ガラス（Ｄａｇｌａｓｓ）も用いられる。Ｄａｇｌａｓｓは、約０．４Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，６６３，８１６Ｂ２号公報
【特許文献２】米国特許第６，７６８，２４０Ｂ２号公報
【特許文献３】米国特許第７，１２０，９９３Ｂ２号公報
【特許文献４】米国特許第６，５０４，１０２Ｂ２号公報
【特許文献５】米国特許第６，７４６，７４８Ｂ２号公報
【特許文献６】米国特許第４，８０６，８０６号公報
【特許文献７】米国特許第６，０６９，４３０号公報
【特許文献８】米国特許第６，２８８，３４１Ｂ１号公報
【特許文献９】米国公開特許第２００４／０１１９３６４Ａ１号公報
【特許文献１０】欧州特許第０２６６６０２Ａ１号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｍ．ＴＡＲＩら；“Ａ  Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｃｒｅａｓｅｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｆｏｒ  Ｔｕｒｂｏ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ”；Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ＆Ｃｏｉｌ  Ｗｉｎｄｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００３年９月２３〜２５日，６１３〜６１７頁。
【非特許文献２】Ｍ．ＴＡＲＩら；“ＨＴＣ  Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｄｒｉｖｅｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｇｒｅｓｓ  ｏｆ  Ｉｎｄｉｒｅｃｔ−Ｃｏｏｌｅｄ  Ｔｕｒｂｏ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  Ｕｎｉｔ  Ｃａｐａｃｉｔｙ”；２００１  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｓｕｍｍｅｒ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｖｏｌ．３，２００１年７月１５〜１９日，１４２７〜１４３２頁。
【非特許文献３】Ｓ．ＮＡＧＡＮＯら；“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｗｏｒｌｄ’ｓ  Ｌａｒｇｅｓｔ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ−Ｃｏｏｌｅｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ”；２００２  ＩＥＥＥ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  Ｓｕｍｍｅｒ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｖｏｌ．２，Ｔｒａｃｋ  ３；６５７〜６６３頁。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ステータバー部品の熱抵抗を減少させることによって、ステータバー導体とステータコア間で熱伝達の向上が得られる。具体的には、銅導体の電流密度は、導体を効果的に冷却することによって増加する。したがって、小型の装置からより経済的なコストで、または既存の装置からより高い効率で電力を生成するように、さらなる熱伝導率の向上が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
したがって、本出願は、ステータバーまたは同様の型の電機子コイルを説明する。該ステータバーは、複数の導体と、該導体の周りに配置された絶縁材層とからなる。該絶縁材層は、セラミック素材からなる。
【０００８】
本出願はまた、２つ以上の導体列と、該列の各々の間の縦型セパレータとを備えたステータバーを説明する。該縦型セパレータは、セラミック素材からなる。
【０００９】
本出願はさらに、２つ以上の導体列と、該列を取り囲む対地絶縁材層とを備えたステータバーを説明する。該対地絶縁材層は、セラミック素材からなる。
【００１０】
本出願のこれらおよびその他の特徴は、各図面および添付の特許請求の範囲を併せて以下の詳細な説明を検討することで、当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本明細書に記載のステータバーの斜視図である。
【図２】本明細書に記載のステータバーの側断面図である。
【図３】本明細書に記載のステータバーの側断面図である。
【図４】本明細書に記載のステータバーの側断面図である。
【図５】本明細書に記載の絶縁テープの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[第１実施形態]
次に、各図にわたって同様の符号が同様の要素を参照する図面を参照すると、図１は本明細書に記載のステータバー１００を示している。上述のように、ステータバー１００は、従来技術で公知の電気機械で利用される。電機機械は、一般的に複数のステータバー１００を有する。複数のステータバー１００は同一であり、互いの上または周りに配置される。
【００１３】
一般的に述べると、各ステータバー１００は複数の導体１２０からなっている。導体１２０は、銅、銅合金、アルミニウム、または同様の材料から製造される。導体絶縁材の層１３０は、個々の導体１２０を分離する。この例では、導体絶縁材１３０は、一般的なＥガラス、Ｄａｇｌａｓｓ、または同様の種類のガラス材料からなる。Ｅガラスは、良好な電気機械特性と良好な耐薬品性を有する低アルカリホウケイ酸ガラス繊維である。Ｅガラスすなわち電気絶縁ガラスは優れた繊維形性能を有しており、ガラス繊維における強化相として用いられる。Ｅガラスは、約０．９９Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。Ｄａｇｌａｓｓは、ポリエステルとガラス繊維の混合物を用いた糸である。Ｄａｇｌａｓｓは、約０．４Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。Ｅガラス、Ｄａｇｌａｓｓ、または同様の種類の材料から製造されたガラスクロスは、所望の織密度、重量、厚さ、強度、およびその他の性質を有する。
【００１４】
図示の実施形態では、ステータバー１００は導体１２０の２つの列１４０からなっている。列１４０はいくつ使用してもよい。列１４０は、縦型セパレータ１５０によって分離される。一般的な縦型セパレータ１５０は、硬化すると、列１４０と合流および結合する部分的硬化樹脂で処理された、紙、フェルト、またはガラス布からなっている。セパレータ１５０は、列１４０の間にさらなる電気絶縁性も提供する。
【００１５】
列１４０はさらに、対地絶縁材の層１５５によって取り囲まれる。上述のように、対地絶縁材１５５は、一般に、マイカ紙、ガラスクロスまたは一方向ガラス繊維、および樹脂バインダーで構成される。対地絶縁材１５５は、一般的に樹脂リッチテープ状である。
【００１６】
図２は、改良型導体絶縁体１６０を備えたステータバー１００を示す。導体絶縁体１６０は、セラミック素材の繊維またはウィスカーを添加したＥガラスまたはＤａｇｌａｓｓの導体絶縁材１３０からなっている。例えば、アルミナ繊維またはウィスカーは、約２０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。したがって、改良型導体絶縁体１６０は、そのようなセラミック繊維またはウィスカーをガラスクロスの織に取り込むか、またはガラス糸に取り込むかして、材料の熱伝導率をピュアガラスの熱伝導率よりはるかに向上させることができる。得られた布もまた、Ｄａｇｌａｓｓまたは残りのその他の材料と同一方向のセラミック繊維またはウィスカーを有することになる。あるいは、改良型導体絶縁体１６０は、純アルミナクロスまたは同様のセラミック材料のクロスにしてもよい。
【００１７】
この例では、セラミック繊維、ウィスカーまたは他の形態は、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、ダイアモンド（Ｃ）、および同様の種類の材料を含む。
【００１８】
改良型導体絶縁体１６０で導体１２０を包むことによって、熱伝導率が増加する。例えば、一部の導体１２０が磁場源により近づくことになって、高磁場にさらされることになる。そのような高磁場はより大きな電流を誘導して、ステータバー１００内の近い導体１２０と遠い導体１２０の間の温度差を発生させる。本明細書に記載の改良型導体絶縁体１６０を使用することによって、熱の流れを改善して、各導体１２０間の温度差を少なくすることができる。同様に、一部のステータバー１００は流体流が通る通路の役割を果たす中空導体を使用して、ステータバー１００全体から熱を除去することができる。そのようなデザインにおいて、改良型導体絶縁体１６０を使用すると、中空導体１２０のより効率的な冷却が可能になり、中空導体１２０に対する固体の比率を高くすることができる。そのため、同サイズのステータバー１００における導体１２０の銅含量が増加する。
【００１９】
[第２実施形態]
図３は、さらなる実施形態のステータバー２００を示す。ステータバー２００は上述のステータバーと同様であるが、改良型縦型セパレータ２１０を備えている。上述のように、改良型縦型セパレータ２１０は、紙、フェルトまたはガラス布と、セラミック繊維またはウィスカーの混合物であって、列１４０間の熱伝達を向上させることができる。上述のように、繊維またはウィスカーは、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、ダイアモンド（Ｃ）、および同様の種類の材料を含む。
【００２０】
[第３実施形態]
図４および図５は、さらなる実施形態のステータバー２５０を示す。上述のように、ステータバー１００の対地絶縁材１５５は、一般に、マイカ紙、ガラス、および樹脂バインダーで構成される。この絶縁材は、一般的に樹脂リッチテープ状である。この場合、ステータバー２５０は、改良型対地絶縁材２６０を有する。改良型対地絶縁材２６０は、上述の対地絶縁材１５５にセラミック繊維またはウィスカーを添加したものである。具体的には、改良型対地絶縁材２６０は、マイカ／バインダー層２７０と、マイカ／バインダー層２７０の片面または両面上のセラミックバッカー２８０とを有する。この場合、従来のＥガラスまたはＤａｇｌａｓｓのバッカーは、高い熱伝導率を提供するように、セラミック材料と交換または混合してもよい。
【００２１】
前述の内容が本出願の好適な実施形態のみに関するものであり、添付の請求項およびその同等物によって定義される本発明の一般的な精神および範囲から逸脱することなく、本明細書において当業者によるさまざまな変更および修正が可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２２】
１００  ステータバー
１２０  導体
１３０  導体絶縁材
１４０  列
１５０  縦型セパレータ
１５５  対地絶縁材
１６０  改良型導体絶縁体
２００  ステータバー
２１０  改良型縦型セパレータ
２５０  ステータバー
２６０  改良型対地絶縁材
２７０  マイカ／バインダー層
２８０  バッカー
【図１】
0005681346.tif 000002
【図２】
0005681346.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005681346.tif 000005
【図５】
0005681346.tif 000006