EnduroTemp® 260+ は熱伝達係数を向上させます

エセックス・マグフォースX®・イノベーション・センターがEnduroTemp® 260+の開発に着手したのは、部分放電（コロナ放電）という問題を解決するとともに、牽引モーターの動作可能温度を引き上げるためでした。

両方の問題は解決されましたが、その過程で、熱伝達係数も向上した可能性があります。

MagForceX®イノベーションセンターの責任者であるマット・リーチ氏は、熱伝達係数の向上は予期せぬ成果であったかもしれませんが、製品にさらなる価値をもたらしているだけでなく、何よりもモーター設計者にとって飛躍的な価値をもたらしていると説明しています。

「そのモーターの電力密度を高めたり、出力を上げたりすると、抵抗による発熱が増加しますが、その熱をより速く放散できれば、モーターの効率は向上します」と彼は述べました。 「この絶縁システムは、より高い動作温度に耐えることができます。そのため、動作温度が多少高くなっても、絶縁材自体が一般的な絶縁材よりも速く熱を放散します。これにより、文字通り、より高温でより長時間運転することが可能になり、電線の損傷リスクも低減されます。」

EnduroTemp® 260+ は、設計者が電力密度を最大化したり、可変速ドライブをはじめとする、高温かつ過酷な条件が求められる新たな用途にマグネットワイヤを採用したりする機会を提供する製品です。

EnduroTemp® 260+ の使用例

これは、重要な輸送用途における牽引モーターの寿命を延ばすマグネットワイヤ用絶縁材であり、業界最高水準の265℃という耐熱性を備え、より高い動作温度に耐えられるよう特別に設計されています。また、本製品は、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引き起こされる劣化からモーターを保護します。エナメルフィルム表面を採用しており、重なりや隙間が生じないため、テープ製品に見られる凹凸が一切ありません。 また、摩擦係数もテープ巻き製品に比べてはるかに優れており、これによりコイルの製造時間を短縮することが可能となります。

EnduroTemp® 260+ は、輸送分野での使用に最も適していますが、従来の車両にとどまらず、オフロード作業や大型鉱山機械、電動商用車においても大きな効果を発揮し、さらに過酷な航空宇宙用途においても最適なソリューションであることが実証されています。 その他の高温用巻線は、欧州市場におけるトンネル内の熱の除去や、地下作業現場の有毒ガスなど、さまざまな環境条件にさらされることになります。

「この素材は、あらゆる種類の高温・過酷な気候条件下で使用されるモーター、オルタネーター、スターターといった、高温環境向けの用途に活用されるだろうと思います」とリーチ氏は述べました。「これまで、こうした用途の一部ではポリイミドが使用されてきましたが、この素材はポリイミドに代わる優れた、いやそれ以上の代替品となります。」

「もう一つの主要な市場としては、インバータ駆動モーターが挙げられます。これらは、高温環境下で使用される産業用モーターや、石油・ガス探査用の坑内ポンプなどに搭載される可能性があります。」

エセックス・マグネット・ワイヤ社の研究開発化学者であるアラン・クナー氏が、この製品の主発明者でした。

彼は、これら3つの主な利点が相乗効果を発揮することで、画期的な製品になるはずだと述べました。

これは、現在限界とされているものを押し広げることができるため、モーター設計に対する人々の考え方を変える可能性を秘めたものです。

「そうですね、熱耐性が265℃という点は、最高レベルとは言わないまでも、最高クラスの材料の一つであり、エナメル被覆電線としては非常に画期的なものです。コロナ放電に耐え、これほど優れた熱伝導性を備えているという事実――熱伝達係数が熱耐性に寄与していることは間違いないでしょうし、これは電気モーターメーカーにとって、全般的に業務の効率化につながるはずです」と彼は述べました。「これはまさに、勝負を決める決定的な要素になりそうです。」

「ご存知の通り、金属の限界に近づきつつあります。銅は特定の温度範囲で優れた性能を発揮し、アルミニウムもまた特定の温度範囲で優れた性能を発揮しますが、これらの材料の使用温度限界にかなり近づいているため、今後どうなっていくかは定かではありません。しかし、少しずつでも性能を向上させることができれば、さらなる可能性が開けてくるでしょう。」

リーチ氏もこれに同意し、265℃という環境下で、20,000時間という試験限界を超えて稼働できることで、EnduroTemp® 260+が搭載された製品は、用途上の耐用年数要件を上回る寿命を確保できると述べました。

「これによりモーターの効率が向上し、それが自動車に搭載される場合、車両全体の効率向上につながります。同じバッテリーでより長い走行時間が得られるほか、モーターの効率向上により、より小型のバッテリーで済むようになるかもしれません」と彼は述べました。「そうでなければ、モーターの他の部分が先に故障してしまうでしょう。」

EnduroTemp® 260+は、周囲温度下で12 AWGツイストペアを用いた絶縁破壊電圧試験が行われ、11,000ボルトを超えました。また、12 AWGツイストペアを用いたパルス耐久試験は、GB/T 21707-2008試験方法に基づき、立ち上がり時間100nsの条件下で実施され、72時間経過後も故障は発生せず、試験は中止されました。 18 AWG ツイストペアを用いたパルス耐久試験は、GB/T 21707-2008 試験方法に基づき、立ち上がり時間 100 ns の条件下で実施され、20 時間後に試験を終了しましたが、故障は確認されませんでした。 18 AWGツイストペアを用いたインバータ寿命試験は、Essex MagForceX®イノベーションセンターのUL認定ワイヤ試験ラボにて測定されたところ、294時間継続しました。この時間は、業界で最も近い競合他社と比較して3倍の長さを誇ります。

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・リチャードソン氏は、特に熱伝導率に関して、現在得られている数値はまさに画期的なものであると述べました。

「一部のお客様から、こうしたモーターの中には、動作温度が10～20度低かったという事例が寄せられています」と彼は述べました。 「こうした部分放電が頻繁に発生するケースでは、通常であれば、正常に動作させるために非常に厚いエナメル層が必要となります。熱伝導経路の導電性を高めることで、エナメル層を大幅に薄くしても、熱をより容易に放散できるようになります。これにより、設計者は効率や電力密度など、さまざまな面で設計を改善することが可能になります。」

「これらの大手自動車メーカー各社は、熱伝導率や誘電特性に関するさらなる研修を受けています。これらは、誰もが改善が必要だと認識している特性の一つです。ですから、エナメル中の標準的なポリイミドに比べて熱伝導率が2～3倍向上していると言われると、それは非常に大きな意味を持ちます。」

EnduroTemp® 260+は標準的なエナメル塗料よりもはるかに優れているため、同じスペースにより多くの導体材料を詰め込み、電力密度を高めることができる用途も考えられます。また、設計者がより薄い塗膜を要求する用途もあり、その場合は異なる結果が生じる可能性があります。

リーチ氏は、この製品の用途はますます広がっているとし、望ましい結果を得るには、自身のチームに相談するのが最善の方法であると述べました。

「短い会話ではこの製品の真価を十分に伝えるのは難しいですが、それを裏付けるデータは揃っています」と彼は述べました。「電気工学やモーター設計のバックグラウンドをお持ちの方なら、これまでどのような取り組みが行われてきたか、また今後どのようなことが可能かを知りたくなるでしょう。そうした議論を大歓迎いたします。」

「当社の市場担当の専門家たちは、毎日のように新しい用途に関するアイデアを提案してくれており、それはとても刺激的です。技術的な側面については理解していますが、EnduroTemp® 260+の活用方法については、まだほんの一端に触れたに過ぎないと考えています。」

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