CN105122392A - 元件线组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

用于制造所述元件线组件的方法包括：聚束并轧制或拉制多个圆形横截面导线(1)以将每个所述导线成形为多边形横截面并且形成所述导线(1’)并且形成导线组件(10)的第一步骤；和加热处理所述导线组件(10)以在每个所述导线(1’)的外围上形成氧化膜(2)以形成元件线(3)并且形成元件线组件(20)的第二步骤。

Description

元件线组件及其制造方法

技术领域

本发明涉及元件线组件(elementwireassembly)，其可应用到，例如，其中多个元件线被聚束为一个单元的作为绕组的电动机线圈，并且涉及到用于制造元件线组件的方法。

背景技术

每天技术发展被引导用于获得包括用于驱动混合动力汽车或电动车辆的电动机的若干车载电动机的小型化和高输出。实现这两个目标的一种方法包括提高在定子芯的槽中的线圈的占空系数(spacefactor)。此外，提高线圈的占空系数的一种途径包括将矩形横截面线施加到元件线用于线圈代替到目前为止已经被通常使用的圆形横截面元件线(圆线)。

通常被常规地使用的矩形线包括由诸如聚酰胺(PA)或聚苯硫醚(PPS)的热塑性树脂或诸如搪瓷(enamel)树脂的热固性树脂制成的绝缘膜的元件线，该绝缘膜在矩形铜导线的外围上形成，并且横截面被成形为矩形。

尽管可以通过使用如上文所描述的矩形铜线作为元件线而提高线圈的占空系数，铜元件线的横截面区域的增加引起涡电流损耗增加的问题。

降低这样的涡电流损耗的一种途径包括使用元件线组件(同样被称为组装的铜线)，在其中将具有小横截面的细线被聚束。然而，当通过聚束元件线形成元件线组件时，该元件线被提供有在铜导线的外围上的搪瓷涂层等等，随后通过卷绕元件线组件形成线圈，在邻近的元件线之间容易产生间隙。因此，相反地这可能引起线圈的占空系数降低的问题。

同时，存在通过聚束不同形状的元件线以形成元件线组件的阻止上文描述的占空系数降低的途径；然而，这样的元件线组件需要不同形状的元件线的制备，并且这需要制造周期并且引起制造成本的增加。

日本专利申请公开号2000-090747(JP2000-090747A)公开矩形利兹(Litz)线。通过轧制圆形利兹线形成矩形横截面的矩形利兹线，该圆形利兹线的横截面为圆形，并且在其中将多个搪瓷元件线卷在一起。将粘着材料或热塑性材料施加在粘着胶带上，将该粘着胶带纵向地施加到矩形利兹线的外部外围。

日本专利申请公开号2009-199749(JP2009-199749A)公开用于制造导线的方法，包括：卷绕涂有绝缘层的多个元件线以构成绞线，在此状态下使用成形模具压缩-铸造绞线以将绞线的横截面成形为特定形状，随后使用绝缘层涂敷绞线的表面，该绝缘层比构成元件线的表面的绝缘层的厚度较厚。

此外，日本专利申请公开号2006-100077(JP2006-100077A)公开用于绕组的线材，其在导体的外部具有导体绝缘膜。通过组装多个分离的元件线形成特定横截面的一个导体，并且每个分离的元件线由导体芯线和覆盖导体芯线的芯线绝缘膜构成。用于制造用于在JP2006-100077A中公开的绕组的线材的方法包括以下的步骤：制备多个导体芯线的步骤，通过在每个导体芯线上形成芯线绝缘膜而形成分离的元件线的步骤，通过组装多个分离的元件线形成具有特定的横截面形状导体的步骤，以及在导体的外部上形成导体绝缘膜的步骤。

如上文所描述，JP2000-090747A、JP2009-199749A以及JP2006-100077A公开元件线组件和用于制造其的方法；然而，每个公开是基于其中通过轧制和其它处理将具有绝缘膜的元件线聚束并形成在一个单元中的制造方法。因此，那些公开没有解决上述的问题，也就是，在邻近的元件线之间容易产生间隙的问题，和当通过使用元件线形成线圈时，线圈的占空系数减少的问题。

发明内容

本发明涉及将多个元件线聚束为一个单元的元件线组件，和用于制造所述元件线组件的方法；并且本发明也提供用于制造所述元件线组件的方法，其中可以制造具有高占空系数和优越的涡电流损耗低减性能的线圈，并且通过用于制造其的所述方法所制造的所述元件线组件。

本发明的第一方面涉及一种用于制造元件线组件的方法，包括：聚束并轧制或拉制多个圆形横截面导线以将每个所述导线的截面成形为多边形横并且形成导线组件的第一步骤；以及加热处理所述导线组件以在每个导线的外围上形成氧化膜并且形成所述元件线组件的第二步骤，所述元件线组件包括多个元件线，每个所述元件由所述导线和所述氧化膜组成的。

换言之，将圆形横截面导线聚束并轧制或拉制，首先形成多边形横截面导线组件，随后加热处理所述导线组件，在构成所述组件的每个所述导线的所述外围上形成氧化膜，并且形成包括所述导线和氧化膜的元件线组件。

通过聚束并轧制或拉制所述圆形横截面导线以将所述导线的横截面成形为多边形并且消除在所述邻近的导线之间的间隙，随后在所述导线的所述外围上形成所述氧化膜，所述制造的元件线组件没有空隙或有很少空隙在其内部，并且当围绕齿(tooth)而卷绕所述元件线组件以形成线圈时，可以形成具有高占空系数的所述线圈。

在所述第一步骤中使用的所述圆形横截面导线为由例如铜制成的导线。此处，所述“圆形”是指不仅仅是完美的圆的形状也指包括近似于圆、椭圆以及扁平圆的多边形的圆的形状。

此外，通过在所述第一步骤中轧制或拉制的所述圆形横截面导线的所述变形而形成的所述“多边形”是指矩形，诸如正方形或长方形以及除了所述矩形的多角形形状。在根据本发明的用于制造的所述方法中，最终形成的所述元件线组件本身的形状为矩形。

通过轧制或拉制处理所有导线的所述横截面形状以使其彼此紧密接触，因此可以形成在所述导线之间没有任何间隙的所述导线组件。

在所述第二步骤中，将所述导线组件加热处理，因此将构成所述组件的所有导线的表面氧化，例如，铜氧化物，也就是在由铜制成的所述导线的所述外围上形成的所述氧化膜。所述形成的铜氧化物具有足够的电阻，因此可以预期所述涡电流损耗低减效果。

在所述轧制之前，将在其外围上不具有绝缘膜的所述导线用于所述圆形横截面导线。

此外，本发明的第二方面涉及一种通过如上文描述的制造其的所述方法制造的所述元件线组件。

而且，在所述元件线组件中，所述氧化膜的厚度为5nm到500nm。

所述氧化膜的比500nm更厚的所述厚度是不优选的，因为所述氧化膜本身变得易碎并且在处理中或当在市场中长期留下时容易被损坏。另一方面，所述氧化膜的比5nm更薄的所述厚度是不优选的，由于不足的电阻，因此已经确定5nm到500nm的所述值范围。

现在考虑到在高温下的粘附耐久性，进一步优选所述氧化膜的所述厚度为200nm或更少(下文中，在高温下的所述粘附耐久性将被称为高温粘着度耐久性)。在轧制或拉制之后，为了阻止所述导线的表面粗糙度的影响，所述氧化膜的所述厚度期望为50nm或更大。通过将具有氧化膜的铜基材料在200℃温度下加热持续特定时间，来测量所述高温粘着度耐久性，在所述氧化膜上以1mm的间隔使用交叉切割(cross-cut)进行带剥离实验，并且确定所述氧化膜的剥离的存在与不存在。如果没有观测到所述氧化膜的剥离，所述高温粘着度耐久性被评估为通过。

从上文描述可以理解，根据用于制造所述元件线组件的所述方法和通过制造本发明的所述元件线组件的所述方法制造的所述元件线组件，将所述圆形横截面导线聚束并轧制或拉制，首先形成所述多边形横截面导线组件，随后加热处理所述导线组件。通过加热处理，在构成所述组件的每个所述导线的所述外围上形成所述氧化膜，并且形成包括所述导线和氧化膜的所述元件线组件。以这种方式，可以形成具有高占空系数和优越的涡电流损耗低减效果的所述线圈。

附图说明

将参考附图在下文描述本发明的示例性实施例的特征、优势和技术以及工业意义，其中相同的符号表示相同的元件，以及其中：

图1A到1C为依次示出根据本发明的实施例用于制造元件线组件的方法的流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图根据本发明做出关于用于制造元件线组件的方法的实施例的描述。示出的实例示出线组件的一种形式，其中将圆形横截面的六个导线聚束为三列两行并且轧制在一起，随后加热处理。然而，应当指出除了示出的实例，存在各种数量和形式的要被聚束的导线(例如，为两列三行，或五列三行)。

(元件线组件和用于制造元件线组件的方法的实施例)图1A到1C为依次示出根据本发明的实施例用于制造元件线组件的方法的流程图。

首先，如在图1A中所示，导线1具有相等的尺寸并且为圆形横截面，并且由铜制成，被聚束为三列两行。此处作为“聚束”的形式，存在并排地简单设置并堆叠导线的形式、并排地设置并堆叠导线随后卷绕在一起的形式，或并排地设置并堆叠导线随后编织在一起的形式。优选地，将被使用的导线1在外围上没有绝缘膜。

然后，六个圆形横截面导线1被聚束为三列两行，并被轧制或拉制，随后如图1B所示形成六个矩形横截面导线1’，其形成导线组件10(第一步骤)。应当指出，将被处理的每个导线1’具有除了矩形形状的多边形形状。

在图1B中示出的导线组件10’具有在其中被彼此近距离接触设置的矩形横截面的导线1’的结构，因此导线组件10在邻近的导线1’之间没有间隙或有很小的间隙。

在第一步骤中形成导线组件10之后，如在图1C中所示，将整个导线组件10加热处理，并且将每个导线1’的外围氧化以形成氧化膜2。然后，用元件电线3的集合形成元件线组件20，元件线3包括矩形横截面导线1’和在外围上的氧化膜2(第二步骤)。通过氧化膜2覆盖导线1’的整个表面。

根据如在图1A到1C中所示用于制造元件线的方法，将圆形横截面导线1聚束以被轧制或拉制，并且使用在第一实例中的矩形横截面导线1’的集合形成导线组件10。然后，将导线组件10加热处理，将氧化膜2在构成组件10的所有导线1’的外围上形成，因此使用元件线3的集合形成矩形元件线组件20，该元件线3被设置有导线1’和氧化膜2。以这种方式，可以制造用于具有高占空系数和优越的涡电流损耗低减效果的线圈的组件。

[可以确定涡电流损耗低减效果的实验和结果]本发明的发明人根据如在下文的表1中所示的实例1和2以及对比实例1到4制造元件线组件的试验样品并且通过使用AC磁性能测试设备测量涡电流损耗。

(实例1和2的元件线组件的制造方法)通过将六个圆形固体铜导线(1.1mm直径)一起聚束并卷绕来准备使用的圆形横截面导线(细线)。然后，通过使用模具形成2.0×3.4mm的矩形导线组件并且将其放置在干燥炉中。在这之后，在特定条件下将导线的外围氧化以形成氧化膜，因此通过将六个元件线聚束并卷绕一起来准备元件线组件，六个元件线由矩形导线和氧化膜构成。

(涡电流损耗的测量方法)将AC磁性能测试设备(通过METRON,Inc.制造，流行地被称为C-Epstein测量设备)用于测量元件线组件的交流损耗。此时，在测试设备中产生具有0到2kHz的频率的磁通量和±0.1T的磁通量密度。相对于在2.0×3.4mm的矩形裸(bare)铜导线中的损耗，计算任何试验样品的损耗低减率。在实例1中，裸导线的涡电流损耗为100W，但是通过氧化膜减少到15W。也就是说，在实例1中的损耗低减率为85％。

(试验样品的细节)<对比实例1>导线没有被氧化，并且元件线组件被形成而没有氧化膜。

<对比实例2>导线被保持圆形横截面而没有被轧制，随后在250℃被加热处理(氧化)持续10分钟。在这之后，将导线卷绕在一起并轧制，以使得每个导线具有矩形形状。

<对比实例3>将圆形横截面导线卷绕在一起，随后在250℃被加热处理(氧化)持续10分钟。在这之后，将导线轧制，以使得每个导线具有矩形形状。

<实例1和2>依照上文描述的实例1和2的制造方法制造元件线组件。

<对比实例4>将六个搪瓷线(具有1.1mm直径的聚酰胺-酰亚胺膜的圆形横截面元件线)卷绕在一起，并且使用模具工作，以使得所有的元件线具有相等的尺寸和矩形形状。

表1

(**)表示相对于具有相同尺寸的矩形线的涡电流损耗低减效果。

(考虑)在实例1和2中，在轧制之后，通过加热处理实施氧化膜的形成，因此在所有导线上可以均匀地形成氧化膜。由于这个原因，推测实例1和2的损耗低减效果高于对比实例的损耗低减效果。

在对比实例2和3中，在轧制和其它处理之前，在导线的外围上形成氧化膜，因此，在卷绕或轧制期间氧化膜的一部分被损坏。由于这个原因，推测对比实例2和3的损耗低减效果低于实例的损耗低减效果。

在对比实例4中，通过在邻近的元件线之间的搪瓷涂层完全地提供绝缘，因此对比实例4的损耗低减效果与实例1和2的损耗低减效果一样高。然而，在对比实例4中，占空系数低于实例1和2的占空系数。

通过上述的实验结果已经验证，根据本发明的实例的通过制造方法制造的元件线组件具有高占空系数和优越的涡电流损耗低减性能。

当已经参考附图描述本发明的实施例时，应当理解，特定的构成没有被限制于描述的实施例。当做出没有脱离本发明的范围的设计变化或其它修改时，这样的变化旨在落入本发明内。例如，将根据上述的实例的元件线可以在电动机的定子芯上卷绕，因此，可以生产具有高占空系数的电动机。

Claims (6)

1.一种用于制造元件线组件的方法，包括：

聚束并轧制或拉制多个圆形横截面导线以将每个所述导线的横截面成形为多边形并且形成导线组件的第一步骤；以及

加热处理所述导线组件以在每个导线的外围上形成氧化膜并形成所述元件线组件的第二步骤，所述元件线组件包括多个元件线，每个所述元件线由所述导线和所述氧化膜组成。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氧化膜的厚度为5nm到500nm。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述氧化膜的厚度为50nm到200nm。

4.一种通过根据权利要求1所述的方法制造的元件线组件。

5.根据权利要求4所述的元件线组件，其中，所述氧化膜的厚度为5nm到500nm。

6.根据权利要求5所述的元件线组件，其中，所述氧化膜的厚度为50nm到200nm。