EnduroTemp™ 260+ は熱伝達率を向上させます

2019年10月

Essex MagForceX™ Innovation CenterEnduroTemp™ 260+の開発で、コロナと呼ばれる部分放電の問題を解決し、トラクションモーターの動作可能温度の上限を上げました。

これを行うことで両方が解決されると、熱伝達係数も改善される可能性があります。

MagForceX® Innovation Centerセンター長、マット・リーチは、熱伝達率の向上が思いがけない成功を収め、製品に付加価値をもたらしましたが、モーターの設計者にとってはそれ以上の指数関数的な価値があると説明しています。

「出力密度を高めるか、そのモーターの出力を増やすと、抵抗による熱も増えますが、熱伝導速度を早めることができれば、モーターはより効率的になります」とリーチは言います。「この絶縁システムではより高い導体絶縁温度にも耐えられるので、少し高い温度で動作させている間でも、絶縁自体の放熱速度は通常の絶縁よりも高まります。文字通り長い間高温で動作でき、ワイヤの損傷リスクも低下します」

EnduroTemp™260+は、設計者が電力密度を最大化するか、可変速ドライブを含む新しい高温で要求の厳しいアプリケーションにマグネットワイヤを適用する機会を提供する製品です。

それは、重要な輸送用途でトラクションモーターの寿命を延ばすマグネットワイヤの絶縁体です。業界最高の265℃の耐熱性で、より高い導体絶縁温度に耐えるように特別に設計されています。また、この製品は、モーターを制御する最新のパワーエレクトロニクスによって生じる劣化からモーターを保護します。オーバーラップやギャップがなくなるため、エナメルフィルムの表面には、テーププロダクトに存在する隆線がなくなります。摩擦係数も、テープラップ製品の摩擦係数よりもはるかに優れているため、コイルを短時間で製造できます。

EnduroTemp™260+は、輸送での使用に最も適していますが、従来の車両だけでなく、オフロード操作、大型鉱山用機器、電動商用車にも非常に役立ち、要求の厳しい航空宇宙用途にも最適なソリューションであることが証明されています。その他の高温巻線は、欧州においてトンネル内部の熱を除去したり、地下作業場の有毒ガスを除去するなど、さまざまな環境にさらされます。

「これは、あらゆる種類の高温、高熱の環境条件で使用されるモーター、オルタネーター、スターターなどの高熱用途に使用されています」と、リーチ氏は述べています。「過去には、これらの用途の一部でポリイミドを使用していましたが、これはポリイミドに代わる、より優れた製品です」

「もう1つの重要な市場は、インバーター駆動モーターです。これは、高熱地域にある工業用モーターや、石油およびガス探査用のダウンホールポンプなどに使用できます」

Essex Magnet WireのR&D化学者であるアラン・ネールは、製品の開発主任でした。

3つの主なメリットが組み合わされて協調することで、革命的な製品になると彼は述べています。

それは、現代において制限と考えられているものを押し広げ、人々のモーター設計に対する考え方を変えることができるものです。

「265℃という耐熱性は明らかに最高の定格を持つ材料の1つです。最高の定格のマグネットワイヤエナメルは非常に面白いものでした。コロナに耐え、熱伝達が非常に良好であるという事実が分かったのです。私は、熱伝達係数が耐熱性に影響を与えると確信し、電気モーターメーカーの製品の寿命が全般的に向上するに違いないと考えました」と彼は述べています。「まさにこれによって勝負が決まるかに思われました」

「私達は、金属という素材の限界に近付きつつあります。銅やアルミニウムは特定の温度範囲に適しており、これらの材料の使用温度に近づいているため、今後どうなるかは分かりませんが、この温度範囲を広げていくことで、可能になることが増えると考えています」

リーチが同意して言ったのは、20,000時間のテスト限界を超えて265°Cでの動作を可能にすることにより、EnduroTemp™ 260+が取り付けられた製品は、アプリケーションの寿命要件を超えて長持ちするということです。

「それはモーターのさらなる効率化に役立ち、車に搭載されることで車両全体の効率が高まります。同じバッテリーでより長い駆動時間を得ることができたり、モーターの効率が上がることで、バッテリーを小型化できるかもしれません」と彼は述べています。「そうすると、モーターの他の部品が最初に故障するでしょう」

EnduroTemp™ 260+のテストは、12 AWGツイストペアに対して、周辺温度で、11,000ボルトを超える絶縁破壊電圧で行われました。12 AWGツイストペアに対するパルス耐久性テストは、GB/T 21707-2008テスト法ごとに上昇時間は100nsで測定され、故障もなく72時間後に終了しました。18 AWGツイストペアに対するパルス耐久性テストは、GB/T 21707-2008テスト法ごとに上昇時間は100nsで測定され、故障もなく20時間後に終了しました。18 AWGツイストペアに対するインバーター寿命テストは、Essex MagForceX®イノベーションセンターにおけるUL認証済みワイヤテストラボごとに測定され、294時間継続しました。このタイムフレームは、業界で最も近い競合企業よりも3倍優れています。

MagForceX®イノベーションセンターのモーター設計者兼エンジニアであるクリス・リチャードソンは、実現されている数値はパッと見ただけで革命的であり、特に熱伝導に関してはそれが当てはまると言います。

「一部のお客様からは、これらのモーターの一部が10〜20度冷たくなったという事例証拠があります」と彼は言いました。 「これらの高い部分放電の例のいくつかについては、そうでなければ、アプリケーションは動作するためにエナメルの非常に厚い層を必要とするでしょう。その熱経路をより伝導性にすることにより、基本的にはるかに少ないエナメル質でより簡単に熱を放出します。これにより、設計者は効率や電力密度など、いくつかの方向で設計を改善できます。

「こうした主要なモーターメーカーは、さらなる熱伝導率と誘電性のトレーニングを求めています。これは、誰もが改善が必要であると考えている特性であるため、エナメルの標準ポリイミドの熱伝導率が2〜3倍改善されると言った場合、それは多くのことを意味します」

EnduroTemp™ 260+は標準的なエナメルよりも優れているので、同じスペースに、より多くの導体素材を詰め込んだり、出力密度を高めたり、さまざまな形で応用できます。設計者が、さまざまな結果が得られるようにより薄い層を要求した場合にも応えられる用途も存在します。

リーチ氏は、製品の用途は増え続けており、望ましい結果を得るための最良の方法は彼のチームと相談することだと言っています。

「短い会話でこの製品の正当性を説明することは難しいですが、すべてを裏付けるデータがあります」と彼は言います。「電気工学やモーター設計のバックグラウンドを持つ人は何が行われ、何ができるかを確認したいと考えるでしょう。そうした人との議論を私たちは歓迎します」

「弊社の市場の専門家は、毎日のように新しく面白い用途のアイデアを提案しています。私たちは技術的な側面を把握していますが、それはEnduroTemp™260+の用途のほんの一部に過ぎないと考えています」

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