ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОМПОНЕНТ Российский патент 2014 года по МПК H01R13/53 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к электрическому компоненту, имеющему токопроводящие элементы, удерживаемые изолятором.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В настоящее время предлагаются различные способы повышения надежности изоляции электрического компонента, такого как клеммная колодка. Например, в документе PTL1 описан способ создания проводящего лакообразного слоя (резистивного тела) в пограничной области между изолирующим лакообразным слоем основного тела изолятора, в котором легко возникает концентрация электрического поля, и скрепляющим материалом. Согласно этому способу, концентрацию электрического поля можно уменьшить, что позволяет предотвратить возникновение коронного разряда и напряжения радиопомех (RIV, Radio Influence Voltage).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Патентная литература

PTL1: Выложенная публикация заявки на японский патент № Н08-264052.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Однако существует вероятность того, что способ, описанный в документе PTL1, не уменьшит электрическое поле настолько, что электрический разряд не возникнет даже при наличии резистивного тела. В результате не будет уменьшаться вероятность возникновения электрического разряда на поверхности изолятора, и надежность изоляции электрического компонента может снизиться.

Настоящее изобретение создано с учетом этой проблемы. Задачей настоящего изобретения является повышение надежности изоляции электрического компонента за счет подавления электрического разряда на поверхности изолятора.

Для решения указанной выше проблемы, электрический компонент настоящего изобретения включает в себя блоки распределения напряжения, обеспеченные по периферии токопроводящих элементов на поверхности изолятора. Блоки распределения напряжения распределяют напряжение, приложенное к поверхности изолятора между парой соседних токопроводящих элементов, в результате чего разность потенциалов, распределенная по поверхности изолятора, устанавливается равной напряжению начала разряда или меньше него.

Согласно настоящему изобретению, разность потенциалов, распределенную по поверхности изолятора, можно уменьшить до напряжения начала разряда или меньшего значения, благодаря блокам распределения напряжения, обеспеченным по периферии токопроводящих элементов. Таким образом, можно уменьшить электрическое поле вблизи с токопроводящими элементами. Соответственно, можно предотвратить возникновение электрического разряда на поверхности изолятора и, таким образом, можно повысить надежность изоляции электрического компонента.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

Фиг.1 схематично изображает конструкцию электродвигателя 1, на котором установлен электрический компонент 10.

Фиг.2(а) изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию электрического компонента 10 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2(b) изображает поперечное сечение пары токопроводящих элементов 11, показанных на Фиг.2(а), по плоскости, проходящей через их центры.

Фиг.3(а) изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию электрического компонента 20, который сравнивается с электрическим компонентом 10, показанным на Фиг.2.

Фиг.3(b) изображает поперечное сечение двух токопроводящих элементов 21, показанных на Фиг.3(а), по плоскости, проходящей через их центры.

Фиг.3(с) изображает график распределения потенциала на линии, проходящей через центры пары токопроводящих элементов 21, показанных на Фиг.3(а).

Фиг.4(а) изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию электрического компонента 20, который сравнивается с электрическим компонентом 10, показанным на Фиг.2.

Фиг.4(b) изображает поперечное сечение пары токопроводящих элементов 21, показанных на Фиг.4(а), по плоскости, проходящей через их центры.

Фиг.4(с) изображает график распределения потенциала на линии, проходящей через центры пары токопроводящих элементов 21, показанных на Фиг.4(а).

Фиг.5(а) изображает поперечное сечение, иллюстрирующее эффект уменьшения электрического поля за счет наличия резистивных тел 13 в электрическом компоненте 10.

Фиг.5(b) изображает график распределения потенциала на линии, проходящей через центры пары токопроводящих элементов 11, показанных на Фиг.5(а).

Фиг.6(а) изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию модифицированного примера электрического компонента 10 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.6(b) изображает поперечное сечение пары токопроводящих элементов 11, показанных на Фиг.6(а), по плоскости, проходящей через их центры.

Фиг.7(а) изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию другого модифицированного примера электрического компонента 10 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7(b) изображает поперечное сечение пары токопроводящих элементов 11, показанных на Фиг.7(а), по плоскости, проходящей через их центры.

Фиг.8(а) изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию еще одного модифицированного примера электрического компонента 10 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8(b) изображает поперечное сечение пары токопроводящих элементов 11, показанных на Фиг.8(а), по плоскости, проходящей через их центры.

Фиг.9(а) изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию электрического компонента 10 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9(b) изображает поперечное сечение пары токопроводящих элементов 11, показанных на Фиг.9(а), по плоскости, проходящей через их центры.

Фиг.9(с) изображает график распределения потенциала на линии, проходящей через центры пары токопроводящих элементов 11, показанных на Фиг.9(а).

Фиг.10(а) изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию модифицированного примера электрического компонента 10 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.10(b) изображает поперечное сечение пары токопроводящих элементов 11, показанных на Фиг.10(а), по плоскости, проходящей через их центры.

Фиг.11 изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию другого модифицированного примера электрического компонента 10 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый вариант

Фиг.1 схематично изображает конструкцию электродвигателя 1, на котором установлен электрический компонент 10 согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения. Электрический компонент 10 подключен к внешнему устройству, не показанному на чертеже (например, инвертору), и к электродвигателю 1 посредством кабелей, в результате чего электрический компонент 10 функционирует как клеммная колодка, чтобы обеспечить электрическое соединение инвертора и электродвигателя 1 через этот электрический компонент 10.

Электродвигатель 1 представляет собой синхронный двигатель с постоянными магнитами, в котором множество фазовых обмоток (например, три фазовых обмотки), подключенных в форме звезды с центром в нейтральной точке, намотаны вокруг статора 2. Электродвигатель 1 включает в себя статор 2, имеющий кольцевую форму в поперечном сечении, и ротор (движитель) 3, подключенный к валу, не показанному на чертеже. Ротор 3 установлен внутри статора 2 с обеспечением воздушного зазора между ними. Статор 2 и ротор 3 помещены в кожух 4, на части которого в качестве клеммной колодки предусмотрен электрический компонент 10.

Выводной провод 5 катушки, являющийся частью соответствующих фазовых обмоток, намотанных вокруг статора 2, подключен к трем токопроводящим элементам (электродным клеммам) 11, по одному на каждую фазу, которые обеспечены в электрическом компоненте 10. Каждый из токопроводящих элементов служит в качестве токопроводящего средства. Соответствующие токопроводящие элементы 11 подключены к кабелям (на чертеже не показаны), соединенным с внешней частью кожуха 4 для подключения к инвертору, в результате чего через соответствующие токопроводящие элементы 11 к фазным обмоткам каждой фазы подводится мощность, соответствующая требуемой.

Электродвигатель 1 приводится в действие за счет взаимодействия между магнитным полем, генерируемым при подаче энергии трехфазного переменного тока в катушки каждой фазы от инвертора через электрический компонент 10, и магнитным полем, генерируемым постоянным магнитом ротора. Если говорить конкретнее, в электродвигателе 1 магнитная цепь состоит из постоянного магнита, встроенного в ротор 3, магнитного тела (пластины из электромагнитной стали), образующего ротор 3, как таковой, и магнитного тела (пластины из электромагнитной стали), образующего статор 2. Когда магнитный поток от постоянного магнита и переменный магнитный поток, генерируемый при подаче электрического тока в фазовые обмотки под управлением инвертора, проходят через магнитную цепь, возникает крутящий момент, генерируемый электромагнитной энергией, что приводит к вращению ротора 3 и вала, соединенного с ротором 3.

Фиг.2 изображает общий вид, иллюстрирующий конструкцию электрического компонента 10 согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения. Электрический компонент 10 состоит из токопроводящих элементов 11, изолятора 12 (служащего изолирующим средством) и резистивных тел 13. В данном варианте осуществления настоящего изобретения предполагается, что электрический компонент 10 представляет собой клеммную колодку и включает в себя три токопроводящих элемента 11, соответствующих трем фазам, как показано на Фиг.1. Хотя для удобства при дальнейшем рассмотрении электрического компонента 10 описана, главным образом, пара соседних токопроводящих элемента 11 в качестве основных частей, аналогичные соображения также можно применить к оставшемуся токопроводящему элементу 11.

Каждый из токопроводящих элементов 11 состоит из материала, обладающего электропроводностью, например, металлического материала, через который протекает электрический ток. Соответствующие токопроводящие элементы 11 объединяют в единое целое с изолятором 12 при помощи литья, такого как литье со вставкой. Например, при литье в изолятор 12 вставляют гайки, после чего на гайках закрепляют болты, чтобы сформировать токопроводящие элементы 11.

Изолятор 12 состоит из изолирующего материала, например, смолы. Токопроводящие элементы 11 помещают в металлическую форму, после чего эту форму заполняют смолой, которую подвергают отверждению, что позволяет сформировать изолятор 12 предварительно определенной формы. Изолятор 12 удерживает соответствующие токопроводящие элементы 11 в изолированном состоянии, при этом часть соответствующих токопроводящих элементов 11 выступает над поверхностью.

Резистивные тела 13 обеспечивают в зонах внешних краев токопроводящих элементов 11 на поверхности изолятора 12. Если говорить конкретнее, резистивные тела 13 обеспечивают на поверхности изолятора 12 таким образом, чтобы они окружали по периферии токопроводящие элементы 11, включая зоны их внешних краев. Другими словами, резистивные тела 13 обеспечивают таким образом, чтобы они проходили на заранее определенном расстоянии от краев токопроводящих элементов 11 в радиальном направлении, окружая эти токопроводящие элементы 11. Согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, резистивные тела 13 сконфигурированы с возможностью иметь внешний край круглой формы. Чтобы прикрепить резистивные тела 13 к поверхности изолятора 12, обеспечивают их сцепление с поверхностью изолятора 12, например, при помощи адгезива. В качестве альтернативы, чтобы прикрепить резистивные тела 13 к поверхности изолятора 12, их можно объединить в единое целое с изолятором 12 при помощи литья со вставкой, аналогично токопроводящим элементам 11.

В электрическом компоненте 10 с поверхностью изолятора 12 сцеплена ионная примесь 14, рассеиваемая в окружающей среде при использовании этого электрического компонента 10. Резистивные тела 13 распределяют напряжение, приложенное к поверхности изолятора 12 через ионную примесь 14, в результате чего эти тела 13 уменьшают электрическое поле вблизи с токопроводящими элементами 11. В частности, в данном варианте осуществления настоящего изобретения, чтобы подходящим образом обеспечить уменьшение электрического поля, резистивные тела 13 изготавливают из какого-либо одного материала или композита, чтобы получить предварительно определенное значение R сопротивления. Далее резистивные тела 13 рассмотрены более подробно.

Эффект уменьшения электрического поля за счет резистивных тел 13, обеспеченных в электрическом компоненте 10 согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, будет рассмотрен со ссылкой на Фиг.3-5. На Фиг.3 и 4 изображены пояснительные схемы для электрического компонента 20, который сравнивается с электрическим компонентом 10, показанным на Фиг.2. Фиг.5 изображает график, показывающий эффект уменьшения электрического поля за счет резистивных тел 13 электрического компонента 10 согласно данному варианту осуществления.

Сначала рассмотрим случай, когда электрический компонент 20 состоит из токопроводящих элементов 21 и изолятора 22. С поверхностью изолятора 22 сцеплена ионная примесь 24, рассеиваемая в окружающей среде при использовании этого электрического компонента 20. Ионная примесь 24 поглощает влагу и переходит в жидкое состояние из-за увеличения влажности окружающей среды, в результате чего приобретает электропроводность. В конструкции, при которой на поверхности изолятора 22 друг против друга находится пара токопроводящих элементов 21, по поверхности изолятора 22 через ионную примесь 24, которая поглотила влагу и перешла в жидкое состояние, протекает ток утечки (на Фиг.3(b) показан стрелкой). Как показано на Фиг.3(с), напряжение, приложенное к поверхности изолятора 22, концентрируется в зонах, примыкающих к токопроводящим элементам 21. В результате в зонах, примыкающих к токопроводящим элементам 21, на поверхности изолятора 22 повышается вероятность возникновения электрического разряда.

Чтобы уменьшить электрическое поле вблизи с токопроводящими элементами 21, в зонах внешних краев токопроводящих элементов 21 на поверхности изолятора 22 обеспечивают резистивные тела 23, как показано на Фиг.4(а) и 4(b). Как показано на Фиг.4(с), резистивные тела 23 частично распределяют напряжение, в результате чего напряжение, приложенное на периферии резистивных тел 23 на поверхности изолятора 22 (далее называемое "напряжением, приложенным на периферии"), снижается. Соответственно, эквивалентным образом уменьшается электрическое поле вблизи с токопроводящими элементами 21.

Однако, даже если просто обеспечить резистивные тела 23 в зонах внешних краев токопроводящих элементов 21, необходимо уменьшить напряжение, приложенное на периферии, до напряжения Vs начала разряда или меньшего значения, чтобы обеспечить уменьшение электрического поля, достаточное для подавления воздушного разряда. Таким образом, резистивные тела 13 в электрическом компоненте 10, согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, сконфигурированы с возможностью обеспечить уменьшение электрического поля, достаточное для подавления воздушного разряда. А именно, значение сопротивления резистивных тел 13 определяют путем сравнения напряжения Vs начала разряда с напряжением, приложенным между парой соседних токопроводящих элементов 21, с последующим вычислением значения напряжения, которое должно быть распределено резистивными телами 13, а затем - на основе вычисленного значения напряжения, типа и количества ионной примеси, а также тока утечки, определенного в соответствии с влажностью окружающей среды.

Далее подробно рассмотрены резистивные тела 13 согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения. Если обратиться к Фиг.5, в поперечном сечении, перпендикулярном направлению протекания тока утечки через ионную примесь 14, ток i утечки на единицу площади получают по следующей формуле:

$$i=\frac{n\times F\times c\times \sqrt{D}}{\sqrt{\pi \times t}}$$ (1)

В этой формуле n - валентность ионов, возникающих при поглощении влаги примесью и переходе в жидкое состояние, а F - постоянная Фарадея. Кроме того, с - концентрация водного раствора примеси, имеющей давление водяного пара, идентичное окружающей атмосфере, а D - коэффициент диффузии ионов, возникающих при поглощении влаги примесью и переходе в жидкое состояние. Далее, t - время протекания тока.

Ток i утечки стремится к насыщению с достижением постоянного значения, соответствующего продолжительности протекания тока. В этом случае, если толщину диффузионного слоя задать как пропорциональную постоянную ka, то математическую формулу 1 можно заменить на следующую формулу:

$$i=ka\times n\times F\times c\times D$$ (2)

При использовании степени P адгезии примеси изолятора 12 из расчета на единицу площади поверхности, толщину водного раствора, возникающего при поглощении влаги примесью и переходе в жидкое состояние, получают по следующей формуле:

$$t=\frac{P}{c}$$ (3)

Таким образом, ток I утечки из расчета на единицу длины в направлении электрического поля на периферии токопроводящих элементов 11 определяют по следующей формуле, вне зависимости от приложенного напряжения:

$$I=i\times t$$ (4)

В результате, значение R сопротивления резистивных тел 13 на единицу длины в направлении электрического поля на периферии токопроводящих элементов 11, которая необходима для подавления возникновения электрического разряда на поверхности изолятора 12, получают по следующей формуле, используя напряжение V, приложенное между токопроводящими элементами 11:

$$R=\frac{\frac{V}{2}-V_S}{I}$$ (5)

В этой математической формуле Vs представляет собой предельное напряжение начала разряда по закону Пашена и составляет приблизительно 300 В в окружающей среде с нормальной температурой и атмосферным давлением.

Согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, как описано выше, на поверхности изолятора 12 по периферии токопроводящих элементов 11 обеспечивают резистивные тела 13. Резистивные тела 13 имеют значение R сопротивления, при котором соблюдается следующее условие: на поверхности изолятора 12 напряжение, приложенное на периферии резистивных тел 13 (напряжение, приложенное на периферии), становится равным напряжению Vs начала разряда или меньше него.

Согласно такой конструкции, на поверхности изолятора 12 по периферии токопроводящих элементов 11 обеспечивают резистивные тела 13, имеющие значение R сопротивления, задаваемое подходящим образом. Благодаря резистивным телам 13, можно выполнить поставленную задачу по уменьшению напряжения, приложенного на периферии, до напряжения Vs начала разряда или меньшего значения, чего нельзя достичь в случае, когда по периферии токопроводящих элементов 11 просто обеспечивают резистивные тела (см. Фиг.5(b)). Таким образом, на достаточном уровне можно обеспечить уменьшение электрического поля вблизи с токопроводящими элементами 11. Соответственно, можно эффективным образом подавить возникновение электрического разряда на поверхности изолятора 12 и, таким образом, можно повысить надежность изоляции электрического компонента 10.

В данном варианте осуществления настоящего изобретения резистивные тела 13 обеспечивают на поверхности изолятора 12 таким образом, чтобы они окружали по периферии токопроводящие элементы 11, включая зоны их внешних краев. Согласно такой конструкции, резистивные тела 13 распределяют напряжение, приложенное к поверхности изолятора 12 между двумя соседними токопроводящими элементами 11, в результате чего разность потенциалов (напряжение, приложенное на периферии), распределенная по поверхности изолятора, становится равной напряжению Vs начала разряда или меньше него. То есть, резистивные тела 13 функционируют как блок распределения напряжения (средство распределения напряжения), что позволяет в достаточной степени обеспечить уменьшение электрического поля и, дополнительно, эффективным образом подавлять возникновение электрического разряда на поверхности изолятора 12.

Далее рассмотрен модифицированный пример резистивных тел 13 электрического компонента 10 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. При рассмотрении модифицированного примера элементы, идентичные описанному выше варианту, будут обозначаться теми же условными обозначениями, и их рассмотрение не будет повторено. Ниже будут рассмотрены, главным образом, отличия от описанного выше варианта.

Первый модифицированный пример

Фиг.6 схематично изображает модифицированный пример электрического компонента 10 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. В данном модифицированном примере подходящим образом задана ширина x (протяженность в радиальном направлении) резистивных тел 13. Если говорить конкретнее, исходя из кратчайшего расстояния между парой соседних токопроводящих элементов 11, определяют ширину, при которой напряжение, приложенное на периферии, становится равным напряжению Vs начала разряда или меньше него, определенная таким образом ширины становятся ширинами x резистивных тел 13.

Далее подробно рассмотрен способ определения ширин x резистивных тел 13. Если говорить конкретнее, ширины x резистивных тел 13 получают с использованием закона Пашена, на основе взаимосвязи между напряжением, приложенным между токопроводящими элементами 11, и предельным напряжением Vs начала разряда по закону Пашена (см. математическую формулу 6).

$$\frac{V}{2}-V_S=\frac{B\times p\times x}{\ln \frac{A\times p\times x}{\ln \left(1+\frac{1}{Gma}\right)}}$$ (6)

В этой формуле p - атмосферное давление, А и B - постоянные для определения коэффициента ионизации газа при столкновении. Кроме того, Gma - коэффициент вторичной эмиссии электронов.

Согласно данному примеру, как описано выше, ширину определяют, исходя из кратчайшего расстояния между двумя соседними токопроводящими элементами 11, что позволяет задать ширины x резистивных тел 13 минимальным. Соответственно, можно не допустить увеличения размеров электрического компонента 10 при одновременном предотвращении возникновения разряда на достаточном уровне.

Второй модифицированный пример

Фиг.7 схематично изображает другой модифицированный пример электрического компонента 10 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. В данном модифицированном примере только один из пары токопроводящих элементов 11 снабжен резистивным телом 13. В предпочтительном случае один из пары токопроводящих элементов 11, снабженных резистивным телом 13, представляет собой токопроводящий элемент 11, расположенный на стороне высокого потенциала. В основе такой схемы лежит понимание того, что электрический разряд легче возникает у токопроводящего элемента 11, расположенного на стороне высокого потенциала, чем у токопроводящего элемента 11, расположенного на стороне низкого потенциала.

Другими словами, согласно данному примеру, так как только один из токопроводящих элементов 11 снабжен резистивным телом 13, можно предотвратить возрастание стоимости, связанное с увеличением числа компонентов. Кроме того, так как резистивное тело 13 обеспечено у токопроводящего элемента 11, расположенного на стороне высокого потенциала, на которой особенно легко возникает электрический разряд, то можно обеспечить предотвращение электрического разряда на достаточном уровне. Соответственно, можно улучшить надежность изоляции электрического компонента 10.

В случае клеммной колодки для подключения трех фаз, токопроводящий элемент 11, расположенный на стороне высокого потенциала, из числа трех токопроводящих элементов 11, периодически меняется. Таким образом, данный модифицированный пример эффективен для электрического компонента 10, в котором потенциал токопроводящих элементов 11 не меняется.

Третий модифицированный пример

Фиг.8 схематично изображает еще один модифицированный пример электрического компонента 10 согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения. В данном модифицированном примере в зоне внешнего края каждого токопроводящего элемента 11 на поверхности изолятора 12 наносят материал покрытия, чтобы сформировать соответствующие резистивные тела 13. Такой материал покрытия, предусмотренный в качестве резистивных тел 13, имеет значение R сопротивления, задаваемое подходящим образом, в результате чего напряжение, приложенное в каждой зоне ионной примеси 14, примыкающей к токопроводящим элементам 11, уменьшается до напряжения Vs начала разряда или меньшего значения, как описано выше. В качестве материала покрытия можно использовать материал, обладающий электропроводностью. Например, можно нанести материал покрытия, содержащий металлический порошок. В таком случае материал покрытия, используемый в предпочтительном случае, включает металл с низкой вероятностью возникновения электромиграции.

Согласно данному модифицированному примеру, чтобы получить соответствующие резистивные тела 13, наносят материал покрытия, обладающий электропроводностью. В результате, так как резистивные тела 13 можно сформировать при помощи простого способа, можно легко повысить надежность изоляции электрического компонента 10.

Области, в которых нанесен материал покрытия для получения соответствующих резистивных тел 13, можно ограничить ширинами x, как описано в первом модифицированном примере. В качестве альтернативы, покрытие может быть обеспечено только у одного из токопроводящих элементов 11, в зависимости от типа клеммной колодки, как описано в третьем модифицированном примере.

Второй вариант

Фиг.9 схематично изображает конструкцию электрического компонента 10 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. Далее элементы, идентичные первому варианту осуществления, будут обозначаться теми же условными обозначениями, и их рассмотрение не будет повторяться. Ниже будут рассмотрены, главным образом, отличия от первого варианта. В данном варианте осуществления настоящего изобретения предполагается, что электрический компонент 10 представляет собой клеммную колодку и включает в себя три токопроводящих элемента 11, соответствующих трем фазам. Хотя для удобства при дальнейшем рассмотрении электрического компонента 10 описаны, главным образом, два соседних токопроводящих элемента 11 в качестве основных частей, аналогичные соображения также можно применить к оставшемуся токопроводящему элементу 11.

Электрический компонент 10 согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, состоит из токопроводящих элементов 11, изолятора 12 и электрических проводников 15. Каждый из электрических проводников 15 служит в качестве блока распределения напряжения (средства распределения напряжения). Электрические проводники 15, как одна из отличительных особенностей данного варианта осуществления, обеспечены по периферии токопроводящих элементов 11 на поверхности изолятора 12. Если говорить конкретнее, электрические проводники 15 имеют форму петли и окружают токопроводящие элементы 11, при этом располагаясь на предварительно определенном расстоянии от периферии этих элементов 11. Электрические проводники 15 сконфигурированы с возможностью иметь кольцевую форму. Чтобы прикрепить электрические проводники 15 к поверхности изолятора 12, обеспечивают их сцепление с поверхностью изолятора 12, например, при помощи адгезива. В качестве альтернативы, чтобы прикрепить электрические проводники 15 к поверхности изолятора 12, их можно вставить в изолятор 12 путем литья со вставкой совместно с гайками, входящими в состав токопроводящих элементов 11.

На Фиг.9 электрический компонент 10 включает в себя по одному электрическому проводнику 15 для каждого токопроводящего элемента 11. Однако в соответствии со следующим принципом может быть обеспечено любое число электрических проводников 15. А именно, число n электрических проводников 15, обеспеченных у токопроводящих элементов 11, получают, исходя из напряжения, приложенного между парой соседних токопроводящих элементов 11, и напряжения Vs начала разряда, получаемого с использованием закона Пашена. Напряжение Vs начала разряда, получаемое с использованием закона Пашена, представлено следующей формулой:

$$V_S=\frac{B\times p\times x1}{\ln \frac{A\times p\times x1}{\ln \left(1+\frac{1}{Gma}\right)}}$$ (7)

В этой математической формуле p - атмосферное давление, А и B - постоянные для определения коэффициента ионизации газа при столкновении. Кроме того, Gma - коэффициент вторичной эмиссии электронов, а x1 - расстояние между элементами, имеющими разность потенциалов.

Таким образом, число n электрических проводников 15 вычисляют с использованием напряжения, приложенного между токопроводящими элементами 11, и напряжения Vs начала разряда по следующей формуле:

$$n=\frac{V}{V_S\times 2}$$ (8)

В случае, если число n не является натуральным, в качестве числа n электрических проводников 15 предпочтительно принимают ближайшее натуральное число, которое больше n.

Расстояние x1, в качестве параметра, указанного в математической формуле 7, определяют, исходя из поведения переходящего в жидкое состояние ионной примеси 14, генерируемой на поверхности изолятора 12. Однако на поведение переходящего в жидкое состояние ионной примеси 14 в значительной степени влияет окружающая среда, в которой находится изолятор 12. Поэтому может оказаться затруднительным однозначное определение расстояния x1. В таком случае число n может быть вычислено по следующей формуле, если принять за нижний предел напряжения Vs начала разряда приблизительно 300 В:

$$n=\frac{V}{300\times 2}$$ (9)

В случае, когда значение, вычисленное по математической формуле 9 не является натуральным числом, в качестве числа n электрических проводников 15 предпочтительно принимают ближайшее натуральное число, которое больше n.

Согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, как описано выше, электрические проводники 15 обеспечивают с соблюдением условия, при котором каждое из напряжений dV, приложенных на соответствующих перифериях токопроводящих элементов 11 и электрических проводников 15 на поверхности изолятора 12, задано равным напряжению Vs начала разряда или меньше него.

Благодаря такой конструкции, электрические проводники 15 распределяют напряжение, приложенное между парой соседних токопроводящих элементов 11 на поверхности изолятора 12 (выступают средством распределения напряжения). Таким образом, как показано на Фиг.9(с), каждое из напряжений, приложенных на соответствующих перифериях токопроводящих элементов 11 и электрических проводников 15, становится равным напряжению Vs начала разряда или меньше него. Другими словами, каждую из разностей потенциалов (напряжений dV, приложенных на периферии), распределенных по поверхности изолятора 12, можно уменьшить до напряжения Vs начала разряда или меньшего значения. Соответственно, так как можно в достаточной степени обеспечить уменьшение электрического поля, то можно эффективным образом подавлять возникновение электрического разряда на поверхности изолятора 12. Как следствие, благодаря эффективному предотвращению возникновения электрического разряда на поверхности изолятора 12, можно повысить надежность изоляции электрического компонента 10.

Согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, обеспечивают один или более электрических проводников 15, расположенных концентрично соответствующим токопроводящим элементам 11. Число n электрических проводников 15 определяют, исходя из напряжения V, приложенного между двумя соседними токопроводящими элементами 11 на поверхности изолятора 12, и напряжения Vs начала разряда.

Благодаря такой конструкции, так как число n электрических проводников 15 задают подходящим образом, можно уменьшить каждую из разностей потенциалов (напряжений dV, приложенных на периферии), распределенных по поверхности изолятора 12, до напряжения Vs начала разряда или меньшего значения. Как следствие, можно эффективным образом подавлять возникновение электрического разряда на поверхности изолятора 12.

Отметим, что электрические проводники 15 согласно данному варианту осуществления настоящего изобретения, могут, по меньшей мере, обладать электропроводностью, а могут представлять собой резистивные тела, имеющие предварительно определенное электрическое сопротивление. Даже если электрические проводники 15 функционируют как резистивные тела, можно на достаточном уровне обеспечить уменьшение электрического поля. Соответственно, можно эффективным образом предотвратить возникновение электрического разряда на поверхности изолятора 12.

Далее рассмотрен модифицированный пример электрических проводников 15 в электрическом компоненте 10 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Четвертый модифицированный пример

Фиг.10 схематично изображает модифицированный пример электрического компонента 10 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. В данном модифицированном примере электрический проводник 15 представляет собой цилиндрический металлический элемент. Электрический проводник 15 обеспечен при помощи литья со вставкой таким образом, чтобы он окружал токопроводящий элемент 11, при этом он встроен в изолятор 12 таким образом, чтобы его концевой участок выступал от поверхности изолятора 12. В этом случае высоту, на которую выступает электрический проводник 15, предпочтительно задают меньше высоты токопроводящего элемента 11.

В данном примере электрический проводник 15 обеспечен только у одного из двух токопроводящих элементов 11. В предпочтительном случае один из пары токопроводящих элементов 11, снабжаемый электрическим проводником 15, представляет собой токопроводящий элемент 11, расположенный на стороне высокого потенциала. В основе такой схемы лежит понимание того, что электрический разряд легче возникает у токопроводящего элемента 11, расположенного на стороне высокого потенциала, чем у токопроводящего элемента 11, расположенного на стороне низкого потенциала.

Как показано на Фиг.10(b), каждое расстояния Da между токопроводящими элементами 11 и электрическим проводником 15 задают соответствующими друг другу, по кратчайшему расстоянию между парой соседних токопроводящих элементов 11. Если расстояние (кратчайшее расстояние) между токопроводящими элементами 11 определить как Db, то расстояние Da вычисляется по следующей формуле:

$$Da=\frac{Db}{N+1}$$ (10)

В этой математической формуле N - число электрических проводников 15, имеющихся между парой токопроводящих элементов 11. Если каждый из двух токопроводящих элементов 11 снабжен электрическим проводником 15, то каждое расстояния между токопроводящими элементами 11 и электрическими проводниками 15 и расстояние между соседними электрическими проводниками 15 в предпочтительном случае задают соответствующими друг другу.

Согласно данному модифицированному примеру, электрические проводники 15 обеспечивают таким образом, чтобы расстояния Da между токопроводящими элементами 11 и электрическими проводниками 15 (и, в зависимости от ситуации, расстояние между соседними цилиндрическими электрическими проводниками 15) соответствовали друг другу. Благодаря такой конструкции, так как можно предотвратить локальное сухое состояние, то можно предотвратить локальное увеличение или уменьшение напряжений, приложенных на соответствующих перифериях токопроводящих элементов 11 и электрических проводников 15. Как следствие, каждое из напряжений dV, приложенных на периферии, можно уменьшить до напряжения Vs начала разряда или меньшего значения и можно эффективным образом предотвратить возникновение электрического разряда на поверхности изолятора 12. Кроме того, электрический проводник 15 представляет собой цилиндрический металлический элемент, то есть в изоляторе 12 можно обеспечить электрический проводник 15, имеющий простую структуру.

Помимо этого, так как электрический проводник 15 обеспечивают только у одного токопроводящего элемента 11, то можно избежать возрастания стоимости, связанного с увеличением числа компонентов. Дополнительно, можно эффективным образом подавлять возникновение электрического разряда вблизи с токопроводящим элементом 11, расположенным на стороне высокого потенциала, на которой электрический разряд возникает особенно легко.

В описанном выше примере электрический проводник 15 обеспечивают только у одного из токопроводящих элементов 11. Однако, в случае, когда электрический проводник 15 обеспечен у каждого из двух токопроводящих элементов 11, предпочтительно обеспечивать больше этих электрических проводников 15 у токопроводящего элемента 11, расположенного на стороне высокого потенциала, на которой электрический разряд возникает особенно легко. Благодаря увеличению числа электрических проводников 15, можно эффективным образом подавлять возникновение электрического разряда рядом с токопроводящим элементом 11, расположенным на стороне высокого потенциала, на которой электрический разряд возникает особенно легко.

При этом в случае, когда электрический проводник 15 обеспечивают только у одного из токопроводящих элементов 11, расположенного на стороне высокого потенциала, данный модифицированный пример эффективен для электрического компонента 10 (например, клеммной колодки для подключения к цепи постоянного тока), в котором потенциал токопроводящих элементов 11 не меняется.

Пятый модифицированный пример

Фиг.11 схематично изображает другой модифицированный пример электрического компонента 10 согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения. В данном модифицированном примере по периферии соответствующих токопроводящих элементов 11 на поверхности изолятора 12 наносят покрытие, чтобы сформировать электрические проводники 15 кольцевой формы. Число покрытий, обеспечиваемых в качестве электрических проводников 15, задают подходящим образом, так, чтобы напряжение, приложенное на периферии токопроводящих элементов 11 уменьшилось до напряжения Vs начала разряда или меньшего значения, как описано выше. В качестве материала такого покрытия можно использовать материал, обладающий электропроводностью. Например, можно нанести материал покрытия, содержащий металлический порошок. В таком случае материал покрытия, используемый в предпочтительном случае, включает в себя металл с низкой вероятностью возникновения электромиграции.

Согласно данному модифицированному примеру, чтобы получить электрические проводники 15, наносят покрытие из материала, обладающего электропроводностью. Благодаря такой конструкции, электрический проводник 15 можно сформировать при помощи простого способа, в результате чего можно легко повысить надежность изоляции электрического компонента 10.

Хотя был описан электрический компонент согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения, это изобретение не ограничивается приведенными выше вариантами его осуществления, и можно осуществить различные модификации, не выходящие за пределы его объема. Например, электрический компонент не ограничивается клеммной колодкой, и настоящее изобретение может быть применено для различных целей, пока электрический компонент включает в себя токопроводящие элементы, находящиеся в изоляторе, например, клемму, обеспеченную на подложке электрической схемы.

Полное содержание заявки на японский патент № Р2010-133535, поданной 11 июня 2010 года, и заявки на японский патент № Р2011-057353, поданной 16 марта 2011 года, этим упоминанием включено в текст данного описания.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Настоящее изобретение отличается тем, что по периферии, по меньшей мере, одного из токопроводящих элементов 11 на поверхности изолятора 12 обеспечивают элемент распределения напряжения. Элемент распределения напряжения распределяет напряжение, приложенное к поверхности изолятора 12 между парой соседних токопроводящих элементов 11, в результате чего разность потенциалов, распределенная по поверхности изолятора 12, становится равной напряжению начала разряда или меньше него. Таким образом, можно уменьшить электрическое поле вблизи с токопроводящими элементами. Соответственно, можно предотвратить возникновение электрического разряда на поверхности изолятора и, как следствие, можно повысить надежность изоляции электрического компонента. Поэтому электрический компонент согласно настоящему изобретению можно применять в промышленности.

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

1 - Электродвигатель

2 - Статор

3 - Ротор

4 - Кожух

5 - Выводной провод катушки

10 - Электрический компонент

11 - Токопроводящий элемент

12 - Изолятор

13 - Резистивное тело

14 - Ионная примесь

Изобретение относится к электрическому компоненту. Электрический компонент содержит два или более токопроводящих элементов, через которые протекает ток, изолятор, удерживающий соответствующие токопроводящие элементы в изолированном состоянии. По периферии, по меньшей мере, одного из токопроводящих элементов (11) на поверхности изолятора (12) создают резистивное тело (13). Резистивное тело (13) распределяет напряжение, приложенное к поверхности изолятора (12) между двумя соседними токопроводящими элементами (11), в результате чего разность потенциалов, распределенная по поверхности изолятора (12), становится равной напряжению начала разряда или меньше него. Техническим результатом является повышение надежности изоляции электрического компонента. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Электрический компонент, содержащий:
- два или более токопроводящих элементов, через которые может протекать ток;
- изолятор, удерживающий соответствующие токопроводящие элементы в изолированном состоянии; и
- резистивное тело, обеспеченное по периферии, по меньшей мере, одного из токопроводящих элементов на поверхности изолятора,
причем резистивное тело имеет такое значение сопротивления, чтобы соблюдалось условие, когда напряжение, приложенное к периферии резистивного тела на поверхности изолятора, задано равным напряжению начала разряда или меньше него.

2. Электрический компонент по п.1, в котором резистивное тело обеспечено на поверхности изолятора таким образом, чтобы оно окружало по периферии, по меньшей мере, один из токопроводящих элементов.

3. Электрический компонент по п.1 или 2, в котором диапазон ширины резистивного тела определен таким образом, чтобы напряжение, приложенное к периферии, было равным напряжению начала разряда или меньше него при кратчайшем расстоянии между двумя соседними токопроводящими элементами.

4. Электрический компонент по п.3, в котором резистивное тело обеспечено у токопроводящего элемента на стороне высокого потенциала из пары соседних токопроводящих элементов.

5. Электрический компонент по п.1, в котором резистивное тело сформировано путем нанесения материала покрытия, обладающего электропроводностью.

6. Электрический компонент, содержащий:
- два или более токопроводящих элементов, через которые может протекать ток;
- изолятор, который удерживает соответствующие токопроводящие элементы в изолированном состоянии; и
- по меньшей мере, один электрический проводник, окружающий, по меньшей мере, один из токопроводящих элементов и расположенный отдельно от периферии, по меньшей мере, одного из токопроводящих элементов на поверхности изолятора,
причем, по меньшей мере, один электрический проводник при условии, что каждое из напряжений, приложенных на соответствующих перифериях токопроводящих элементов и, по меньшей мере, одного электрического проводника на поверхности изолятора, задано равным напряжению начала разряда или меньше него.

7. Электрический компонент по п.6, в котором один или более электрических проводников обеспечены концентрично, по меньшей мере, с одним из токопроводящих элементов и число электрических проводников определено исходя из напряжения, приложенного между парой соседних токопроводящих элементов на поверхности изолятора, и напряжения начала разряда.

8. Электрический компонент по п.6 или 7, в котором, по меньшей мере, один электрический проводник расположен таким образом, чтобы каждое расстояние между токопроводящими элементами и, по меньшей мере, одним электрическим проводником соответствовало друг другу при кратчайшем расстоянии между парой соседних токопроводящих элементов.

9. Электрический компонент по п.8, в котором электрический проводник обеспечен у каждого из пары токопроводящих элементов и соответствующие электрические проводники расположены таким образом, что каждое расстояние между токопроводящими элементами и электрическими проводниками и расстояние между соседними электрическими проводниками соответствует друг другу.

10. Электрический компонент по п.6, в котором электрические проводники обеспечены больше у одного токопроводящего элемента на стороне высокого потенциала, чем у другого токопроводящего элемента на стороне низкого потенциала из пары соседних токопроводящих элементов.

11. Электрический компонент по п.6, в котором, по меньшей мере, один электрический проводник сформирован посредством вставки в изолятор цилиндрического металлического элемента.

12. Электрический компонент по п.6, в котором, по меньшей мере, один электрический проводник сформирован посредством покрытия материалом покрытия, обладающего электропроводностью.

13. Электрический компонент по п.6, в котором, по меньшей мере, один электрический проводник включает в себя резистивное тело.

14. Электрический компонент, содержащий:
- два или более токопроводящих элементов, через которые может протекать ток;
- изолятор, удерживающий соответствующие токопроводящие элементы в изолированном состоянии; и
- блок распределения напряжения, обеспеченный по периферии, по меньшей мере, одного из токопроводящих элементов на поверхности изолятора,
причем блок распределения напряжения распределяет напряжение, приложенное к поверхности изолятора между парой соседних токопроводящих элементов, таким образом, что разность потенциалов, распределенная по поверхности изолятора, установлена равной напряжению начала разряда или меньше него.