(57)【要約】      （修正有）【課題】熱伝導率を向上させたステータバーを提供する。【解決手段】ステータバー１００は、導体１２０と、導体１２０の周りに配置された絶縁材の層１６０と、絶縁材の層１６０を導体１２０に接着させる高熱伝導性ワニス１６５とからなる。この高熱伝導性ワニス１６５は高熱伝導性フィラー、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。【選択図】図２
2009165346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導体（１２０）と、
該導体（１２０）の周りに配置された絶縁材の層（１６０）と、
該絶縁材の層（１６０）を該導体（１２０）に接着させる高熱伝導性ワニス（１６５）とを含む、
ステータバー（１００）。
【請求項２】
該高熱伝導性ワニス（１６５）が高熱伝導性フィラーを含む、請求項１に記載のステータバー（１００）。
【請求項３】
該高熱伝導性ワニス（１６５）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又は２に記載のステータバー（１００）。
【請求項４】
該高熱伝導性ワニス（１６５）が０．２Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のステータバー（１００）。
【請求項５】
該絶縁材の層（１６０）がガラス成分からなる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のステータバー（１００）。
【請求項６】
複数の導体（１２０）と、
該導体（１２０）に対して隙間（２２０）を形成しながら該導体（１２０）の周りに配置された絶縁材の層（１３０）と、
該隙間（２２０）内の高熱伝導性パテ（２１０）とを含む、
ステータバー（２００）。
【請求項７】
２つ以上の導体列（１４０）と、
該導体列（１４０）間に配置された縦型セパレータ（２６０）とを含み、
該縦型セパレータ（２６０）が高熱伝導性樹脂（２７０）を含む、
ステータバー（２５０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電気機械用の絶縁材に関し、より詳細には、ステータバー部品および絶縁材で利用される樹脂、ワニス、パテおよびその他の材料の熱伝導率を向上させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
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、ステータバー部品の熱抵抗を減少させることによって、内部の不均一な磁場に起因する各導体間の温度差を少なくすることができる。さらに、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。
【０００３】
一例として、近年、ステータバー部品を取り囲む対地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、今までは、導体そのものの間または導体パッケージと対地絶縁材の間の熱伝達の向上ではなく、絶縁材に注目していた。これらの導体は、高熱伝導性の対地絶縁製品と連動する。
【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】
したがって、ステータ部品および絶縁材においてさらなる熱伝導率の向上が望まれている。好ましくは、そのように全体的に改良されたステータバーは、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ことができる。
【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任意の同様な型の電機子コイルを説明する。該ステータバーは、導体と、該導体の周りに配置された絶縁材の層と、該絶縁材の層を該導体に接着させる高熱伝導性ワニスとからなる。
【０００８】
本出願は、さらなるステータバーを説明する。該ステータバーは、複数の導体と、該導体に対して隙間を形成しながら該導体の周りに配置された絶縁材の層と、該隙間内の高熱伝導性パテとからなる。
【０００９】
本出願は、またさらなるステータバーを説明する。該ステータバーは、２つ以上の導体列と、該導体列間に配置された縦型セパレータとからなる。該縦型セパレータは、高熱伝導性樹脂からなる。
【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】Ｒｏｅｂｅｌステータバーの斜視図である。
【図５】本明細書に記載のステータバーの側断面図である。
【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。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、公知のように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つ以上の列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、さらなる電気絶縁性も提供する。
【００１５】
列１４０はさらに、１つ以上の対地絶縁材の層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、複合材を形成する多層のマイカ紙、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の組み合わせで構成される。
【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、高熱伝導性ワニス１６５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。ワニス１６５は、Ｅガラス、Ｄａｇｌａｓｓ、またはその他の材料の導体絶縁体１６０に充填して、導体１２０に接着させてから、硬化させるために用いられる。一般的に、ワニス１６５は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、または同様の種類の材料から製造される。高熱伝導性ワニス１６５は、導体１２０間の熱伝達を向上させるために、さらに高熱伝導性フィラーを含む。この例では高熱伝導性フィラーは、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。ワニス１６５は、約０．２（未充填）Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する。ワニスに高熱伝導性フィラーを添加することによって、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫになることが証明されている。例えば、ダイアモンド（Ｃ）を用いることによって、熱伝導率がさらに良くなると予想される。
【００１７】
[第２実施形態]
図３は、本明細書に記載のさらなるステータバー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、個々の導体１２０の湾曲コーナーと対地絶縁材１５５の間の「Ｖ形隙間」２２０内に配置された高熱伝導性パテ２１０が添加されている。Ｖ形隙間２２０には、通常、対地絶縁材１５５に染み込んで、低い熱伝導率（約０．１８Ｗ／ｍＫ）を有する純有機樹脂になりやすい樹脂が充填される。この場合、高熱伝導性パテ２１０は導体１２０の表面に、直接塗布するか、もしくは紙、フェルト、ガラスのクロスまたはテープ等のキャリア布に塗布してから塗布することができる。高熱伝導性パテ２１０には、本明細書に記載の窒化ホウ素（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）、および同様の材料などの、上述の高熱伝導性フィラーが含まれる。パテ２１０は、約０．２（未充填）Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する。パテ２１０は、導体１２０と対地絶縁材１５５の間の熱伝達を向上させる働きをする。
【００１８】
図４に示すように、導体１２０は「Ｒｏｅｂｅｌｉｎｇ」と呼ばれる様式で螺旋状にされている。Ｒｏｅｂｅｌｉｎｇ処理によって、各導体１２０が長方形の棒形状の発電機の溝が螺旋状になる。その結果、２対のステータバー１００の一側面に余分な高さが生じる。ステータバー１００をまた長方形にするために、高熱伝導性パテ２１０を用いてＲｏｅｂｅｌ交差部分の周りの隙間を充填することができる。パテ２１０はこうして、導体１２０から対地絶縁材１５５への熱伝達を向上させる。
【００１９】
[第３実施形態]
図５は、さらなる実施形態のステータバー２５０を示す。ステータバー２５０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２６０を備えている。上述のように、改良型縦型セパレータ２６０は、上述の窒化ホウ素（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）、および同様の材料などの上述の高熱伝導性フィラーを含む高熱伝導性樹脂２７０で処理された紙、フェルト、ガラス繊維の混合物である。樹脂２７０は、約０．２（未充填）Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を有する。樹脂２７０は、上述の「Ｖ形隙間２２０」と同様な導体１２０間の複数のダイアモンド形状領域２８０に流入して充填される。導体１２０の湾曲コーナーと縦型セパレータ２６０の間の隙間が、上述の「Ｖ形隙間」２２０を形成する。２つの対向する「Ｖ形隙間」２２０の組み合わせが、ダイアモンド形状２８０を形成する。したがって、改良された樹脂２７０を用いた改良型縦型セパレータ２６０は、導体１２０間の熱伝達を向上させることができる。
【００２０】
したがって、高熱伝導性ワニス１６５、パテ２１０および樹脂２７０を利用することによって、導体１２０間および導体１２０と対地絶縁材１５５の間の両方で、ステータバー１００の熱伝導率を向上させることができる。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。本明細書に記載の向上した熱伝導率によって、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。
【００２１】
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、熱伝導率が高くなると、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。
【００２２】
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】
【００２３】
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
１６５  ワニス
２００  ステータバー
２１０  パテ
２２０  Ｖ形隙間
２５０  ステータバー
２６０  縦型セパレータ
２７０  樹脂
【図１】
2009165346.tif 000003
【図２】
2009165346.tif 000004
【図３】
2009165346.tif 000005
【図４】
2009165346.tif 000006
【図５】
2009165346.tif 000007