CN107112077A - 绝缘电线及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种绝缘电线及其制造方法，所述绝缘电线在铜线表面具有通过电沉积法形成的绝缘外皮，所述绝缘电线的特征在于，包含该绝缘外皮的横截面形状为六边形，且在该铜线的六边形截面的各角部形成有抑制该绝缘外皮的膨胀的切角部分，该切角部分的长度为该六边形截面的平坦部的长度的1/3～1/20，该绝缘电线在卷绕状态下的孔隙率为5％以下。

Description

绝缘电线及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种通过电沉积法形成绝缘外皮的绝缘电线，其用于电磁线圈等时，卷绕方向的自由度较高，且卷绕状态下的孔隙率格外小。
本申请主张基于2014年10月31日于日本申请的专利申请2014-223761号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
以往，作为马达等的线圈用线材，使用在截面形状为圆形的芯线(铜线)上设置有绝缘外皮的圆电线。但是，存在如下问题：在多层卷绕圆电线时相邻的圆电线之间产生孔隙，并且孔隙率较大。因此，例如，如日本特开2003-317547号公报(专利文献1)所记载，已知有截面形状为六边形的绝缘电线。若绝缘电线的截面为六边形，则具有如下优点：能够紧贴各边来排列该绝缘电线，因此能够减少卷绕状态下的孔隙。截面形状为六边形的绝缘电线还记载于日本特开2008-147062号公报(专利文献2)、日本特开2009-134891号公报(专利文献3)等。
另一方面，作为形成绝缘电线的绝缘外皮的方法，已知有浸渍法和涂布法或者电沉积法。浸渍法和涂布法是如下方法：将成为绝缘电线的芯材的导电性的线材(铜线)浸渍于外皮用涂料中，或者在线材表面涂布外皮用涂料，将其进行干燥并烘烤而在线材表面形成绝缘外皮。
电沉积法是如下方法：使成为绝缘电线芯材的铜线通过含涂料成分的电沉积液，并对该铜线通电而使外皮成分电沉积于该铜线表面，对电沉积的外皮成分进行烘烤处理来形成绝缘外皮。专利文献1以及专利文献2的绝缘电线均为通过涂布法形成绝缘外皮的例子，专利文献3的绝缘电线为通过浸渍法来形成绝缘外皮的例子。
专利文献1：日本特开2003-317547号公报(A)
专利文献2：日本特开2008-147062号公报(A)
专利文献3：日本特开2009-134891号公报(A)
通常，利用浸渍法和涂布法时，存在如下倾向：附着于线材表面的涂料在干燥期间容易从线材表面的角部流到平坦部分，因此角部的涂膜在六边形截面的线材表面变薄，角部呈圆角状。在卷绕这种绝缘电线时绝缘电线的角部相互对接的部分产生间隙，因此在降低孔隙率方面是有限的。
利用电沉积法时，电沉积于线材表面的外皮成分由于成膜后的膜密度较高因此不易流动，具有在角部也能够形成充分厚度的外皮的优点。另一方面，利用电沉积法时，若在线材表面存在尖锐的部分，则该部分的电场密度增高，角部的外皮成为膨胀的形状，因此在卷绕状态下，如图5所示，相邻的绝缘电线11之间易产生孔隙14。另一方面，为了缩小六边形截面的角部的尖锐度而在角部设置圆角的方法中，若该圆角较大，则与浸渍法和涂布法的情况相同地，在卷绕状态下角部的对接部分的间隙较大，不能缩小孔隙率。
另外，专利文献1中，虽然说明了六边形截面的绝缘电线的卷绕状态下的占空系数接近100％，但如前述，通过电沉积法形成的绝缘外皮的情况下，角部的外皮成为膨胀的形状，因此占空系数难以接近100％。专利文献1中未意识到这种通过电沉积法形成外皮的问题。专利文献2及3也完全没有意识到这种课题。
发明内容
本发明解决六边形截面的绝缘电线中的上述问题，提供一种绝缘电线，该绝缘电线通过将抑制角部中的绝缘外皮的膨胀的适当的长度的切角部形成于角部，由此格外缩小了通过电沉积法形成有绝缘外皮的绝缘电线在卷绕状态下的孔隙率。
根据本发明，作为本发明的方式，提供具有以下结构的绝缘电线。
[1]一种绝缘电线，该绝缘电线在铜线表面具有通过电沉积法形成的绝缘外皮，所述绝缘电线的特征在于，包含该绝缘外皮的横截面形状为六边形，且在该铜线的六边形截面的各角部形成有抑制该绝缘外皮的膨胀的切角部分，该切角部分的长度为该六边形截面的平坦部的长度的1/3～1/20，该绝缘电线在卷绕状态下的孔隙率为5％以下。
[2]根据上述[1]所述的绝缘电线，其中，该绝缘电线的六边形截面的平坦部的绝缘外皮厚度与包括切角部分的角部的绝缘外皮厚度之差为5μm以下。
[3]根据上述[1]或[2]所述的绝缘电线，其中，将铜线的六边形截面换算为与该铜线的六边形截面相同的截面积的圆形时该铜线的直径为0.5mm～5.0mm，在该铜线表面具有外皮厚度为5～100μm的绝缘外皮。
[4]一种绝缘电线的制造方法，该方法采用电沉积法，所述电沉积法是使成为芯材的铜线通过放入含外皮成分的电沉积液的电沉积槽并进行通电，从而使外皮成分电沉积于该铜线表面之后，对该外皮成分进行烘烤处理来形成绝缘外皮的方法，所述绝缘电线的制造方法中，使用铜线并形成绝缘外皮，由此制造卷绕状态下的孔隙率为5％以下的绝缘电线，其中，该铜线具有六边形截面，在该六边形截面的各角部形成有切角部分，该切角部分的长度为该六边形截面的平坦部的长度的1/3～1/20，该绝缘外皮为六边形截面的平坦部的绝缘外皮厚度与包括切角部分的角部的绝缘外皮厚度之差为5μm以下的绝缘外皮。
[5]根据上述[4]所述的绝缘电线的制造方法，其中，使用将铜线的六边形截面换算为与该铜线的六边形截面相同的截面积的圆形时直径为0.5mm～5.0mm的铜线，在该铜线表面形成外皮厚度为5～100μm的绝缘外皮。
〔具体的说明〕
本发明的一方式的绝缘电线(以下称为“本发明的绝缘电线”)为在铜线表面具有通过电沉积法形成的绝缘外皮的绝缘电线，其特征在于，包含该绝缘外皮的横截面形状为六边形，且在该铜线的六边形截面的各角部形成有抑制该绝缘外皮的膨胀的切角部分，该切角部分的长度为该六边形截面的平坦部的长度的1/3～1/20，所述绝缘电线在卷绕状态下的孔隙率为5％以下。
图1示出本发明的绝缘电线的横截面形状。如图所示，在与绝缘电线的轴向垂直的截面上，本发明的绝缘电线10的芯材铜线11具有六边形截面。在这里，优选六边形截面是指截面为正六边形，但不限于正六边形，只要是周围由六边形成，平面上排列该截面形状时各边相接排列的六边形即可。因此，包括整体稍微细长的六边形等。
具有六边形截面的铜线11可通过使用压辊的方法等来制造。例如，可通过具有V形槽的压辊从三个方向按压铜圆线的同时进行轧制，由此形成具有大致六边形截面的铜中间线，之后，利用具有如下模孔形状的模具进行拉拔，由此制造铜线11，所述模孔形状具有六边形截面，在该六边形截面的各角部形成有切角形成部，该切角形成部的长度为六边形截面的各边的长度(即，平坦部的长度)的1/3～1/20。在这里，通过改变模孔的切角形成部的大小，能够形成为在该铜线的六边形截面中，该切角部分的长度为该六边形截面的平坦部的长度的1/3～1/20。
以覆盖该铜线11的表面的方式设置有绝缘外皮12。绝缘外皮12通过电沉积法来形成。电沉积法是如下方法：使成为芯材的铜线11通过含外皮成分的电沉积液并进行通电，从而使外皮成分电沉积于该铜线表面后，对电沉积的外皮成分进行烘烤处理来形成绝缘外皮12。
在铜线11的六边形截面的各角部形成有抑制该角部外皮膨胀的切角部分13。该切角部分13的形状在该六边形截面可以为直线状，也可以为弯曲形状。该切角部分13的长度R在上述六边形截面中设定为各边的平坦部长度L的1/3～1/20。优选切角部分13的长度R设定为各边的平坦部长度L的1/3～1/10。
该切角部分13的长度R是从该切角部分13的一侧端部a到另一侧端部b的最短长度，例如，如图2所示，切角部分13为直线状的情况下，该切角部分13的长度R是从一侧端部a到另一侧端部b的直线长度，切角部分13为弯曲形状的情况下，该切角部分13的长度R是将一侧端部a和另一侧端部b以直线状连接的长度。并且，六边形的各边的平坦部长度L是指在上述六边形截面中被角部夹着的平坦部的长度。
本发明的绝缘电线10中，上述切角部分13的长度R相对于六边形截面的各边的平坦部长度L形成在上述范围内，因此通过电沉积法形成绝缘外皮12时，抑制角部的外皮的厚度，能够缩小导线表面的平坦部与角部的绝缘外皮12的外皮厚度之差。具体而言，可将平坦部与角部的绝缘外皮厚度之差设为5μm以下，优选设为3μm以下。另外，平坦部与角部的绝缘外皮厚度之差D是指平坦部的绝缘外皮的最小厚度Ds与角部的绝缘外皮的最大厚度Dm之差(D＝Dm-Ds)。
因此，卷绕该绝缘电线10时，相邻的绝缘电线10之间几乎不产生间隙，因此缩小卷绕状态下的孔隙率。具体而言，本发明的绝缘电线10的卷绕状态下的孔隙率为5％以下，优选为2％以下。
卷绕状态下的孔隙率是指使多个绝缘电线10紧贴相邻的边来集中的状态下，相互相邻的绝缘电线之间产生的孔隙整体的面积s与绝缘电线10的由包括绝缘外皮的外形包围的整体的截面积S之比(％)，孔隙率＝s/S×100。具体而言，例如，在图3的剖视图中，该孔隙率是在绝缘电线10的六边形截面的各边A、B、C的对接部分产生的孔隙的总孔隙面积s与绝缘电线10的由包括绝缘外皮的整体外形包围的面积S之比。该孔隙率可通过在将绝缘电线10卷绕成线圈状之后，根据其截面照片求出。
本发明的绝缘电线的卷绕状态下的孔隙率为5％以下，优选为2％以下。没有像本发明的绝缘电线那样设置切角部分的现有的绝缘电线通过电沉积法形成绝缘外皮时，角部附近的电场密度较高，因此角部的绝缘外皮较厚地形成，卷绕该绝缘电线时，在平坦部易产生孔隙。通过电沉积法形成绝缘外皮的现有的绝缘电线的孔隙率大概为7～12％。另一方面，本发明的绝缘电线与现有的通过电沉积法形成的绝缘电线相比，孔隙率格外小。
本发明的绝缘电线具有六边形截面，容易向沿该六边形截面的各边的六个方向卷绕，因此卷绕的自由度较高。另一方面，例如，扁平绝缘电线的截面为矩形，因此卷绕限于沿长边的卷绕(平直卷绕)和短边方向的卷绕(扁立卷绕)，不易进行其以外的卷绕，卷绕的自由度较低。
本发明的绝缘电线中，优选将上述铜线11的六边形截面换算为与该铜线11的六边形截面相同的截面积的圆形时，该铜线11的直径在0.5mm～5.0mm的范围。并且，外皮的厚度优选为5～100μm的范围，更优选10～90μm。这种线材直径以及外皮厚度的绝缘电线例如广泛用作汽车用驱动马达的磁导线、交流发电机用磁导线、起动马达用磁导线、或者电抗器用磁导线，本发明所涉及的上述线材直径以及外皮厚度的绝缘电线最适于这些用途。
本发明的绝缘电线具有六边形截面，且在六边形的角部具有切角部分，因此通过电沉积法形成绝缘外皮时该角部的绝缘外皮不会过度变厚，卷绕绝缘电线时几乎没有间隙，能够格外缩小孔隙率。并且，本发明的绝缘电线在六边形截面的角部具有切角部分，因此在卷绕时也不易因相邻的绝缘电线彼此的摩擦而产生绝缘外皮的损伤，角部的绝缘可靠性较高。
而且，本发明的绝缘电线容易向沿六边形截面的各边的六个方向卷绕，因此在卷绕的中途能够容易地改变卷绕方向，例如，也能够连续卷绕于马达的复杂形状的定子。以往，扁平绝缘电线不易连续卷绕于定子，将以定子槽的长度切割的扁平绝缘电线插入到定子槽并焊接该扁平绝缘电线的端部，但本发明的绝缘电线能够连续地卷绕于定子，因此作业工序简化，而且卷绕状态下的孔隙率较小，因此能够以低成本制造高性能的马达。
〔制造方法〕
首先，具有六边形截面的铜线11可通过利用压辊的方法等来制造。本实施方式中，通过具有V形槽的压辊从三个方向按压铜圆线的同时进行轧制，由此形成具有大致六边形截面的铜中间线。之后，利用具有如下模孔形状的模具进行拉拔，由此能够制造铜线11，所述模孔具有六边形截面，且在该六边形截面的各角部形成有切角形成部，该切角形成部的长度为六边形截面的各边的平坦部长度的1/3～1/20。
接着，使成为芯材的铜线通过放入含外皮成分的电沉积液的电沉积槽，并通过通电使外皮成分电沉积于该铜线表面之后，对该外皮成分进行烘烤处理形成绝缘外皮。由此，能够制造具有六边形截面，且在该六边形截面的各角部形成有切角部分的绝缘电线。
在这里，含外皮成分的电沉积液可使用负离子型及正离子型电沉积液。作为电沉积液所含的树脂成分，例如可举出聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚酯酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、环氧丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂等。
上述制造方法中，使用将铜线的六边形截面换算为与该铜线的六边形截面相同的截面积的圆形时直径为0.5mm～5.0mm的铜线，在该铜线表面形成外皮厚度为5～100μm的绝缘外皮即可。这种绝缘电线能够广泛用作汽车用驱动马达的磁导线、交流发电机用的磁导线、起动马达用磁导线、或者电抗器用磁导线。
附图说明
图1是本发明的绝缘电线的示意剖视图。
图2是本发明的绝缘电线的切角部分的局部示意剖视图。
图3是表示本发明的绝缘电线的卷绕状态的示意剖视图。
图4是实施例1的绝缘电线B的放大截面照片。
图5是表示通过电沉积法形成的现有的绝缘电线的卷绕部分的示意剖视图。
具体实施方式
〔实施例1〕
通过压辊且用外径Ф1.1mm的圆形硬铜线制作铜中间线，之后，通过精加工模具进行拉拔来形成各边的平坦部长度为0.3mm以及切角部分的长度为0.1mm的六边形截面。使该六边形截面的铜线通过放入含作为外皮用树脂成分的聚酰亚胺的电沉积液的电沉积槽，并将铜线作为阳极进行通电，使树脂外皮附着于该铜线表面。改变电流密度来形成外皮厚度为5μm和10μm的两种树脂外皮。将其放入炉内进行干燥，并且在设定了200℃～500℃的温度梯度的炉内进行烘烤处理，制造平坦部的最小外皮厚度为5μm的绝缘电线A以及平坦部的最小外皮厚度为10μm的绝缘电线B。关于该绝缘电线A、B，表1中示出平坦部的绝缘外皮的最小厚度Ds与角部的绝缘外皮的最大厚度Dm之差D以及卷绕状态下的孔隙率。并且，图4示出绝缘电线B的截面照片。
〔实施例2〕
使用将六边形截面的平坦部长度L和切角部长度R加工成如表1所示的铜线，与实施例1相同地，通过电沉积法形成绝缘外皮，制造绝缘电线C～J。关于该绝缘电线C～J，表1示出平坦部的绝缘外皮的最小厚度Ds与角部的绝缘外皮的最大厚度Dm之差D以及卷绕状态下的孔隙率。
〔比较例1〕
使外径Ф1.0mm的圆形硬铜线通过压辊，并通过精加工模具进行拉拔来成型。
此时，精加工模具上未设置切角部分而加工成六边形截面。使用该六边形截面的铜线，与实施例1的绝缘电线B相同地，通过电沉积法制造绝缘电线X。该结果示于表1。
〔比较例2〕
关于外径Ф1.0mm的圆形硬铜线，未加工成六边形截面，而是直接使用圆形截面的圆形硬铜线，除此之外与实施例1的绝缘电线B相同地，通过电沉积法制造绝缘电线Y。该结果示于表1。
〔比较例3〕
使外径Ф3.0mm以及外径Ф5.0mm的圆形硬铜线通过压辊，并通过精加工模具进行拉拔来成型。此时，在精加工模具上未设置切角部分来加工成正六边形截面。使用该铜线，与实施例1相同地，通过电沉积法形成绝缘外皮，制造绝缘电线Z1、Z2。该结果示于表1。
〔比较例4〕
使外径Ф3.0mm的圆形硬铜线通过压辊，并通过精加工模具进行拉拔以R/L为1/2或者1/30的方式进行成型。使用该铜线，与实施例1相同地，通过电沉积法形成绝缘外皮，制造绝缘电线Z3、Z4。该结果示于表1。
如表1所示，本发明的绝缘电线A～J的孔隙率均为5％以下，通过在角部设置切角部分，卷绕状态下的孔隙率格外变小。另一方面，未设置切角部分的绝缘电线X、Z1、Z2以及圆形截面的绝缘电线Y的卷绕状态下的孔隙率均较大，且为7％～12％。并且，关于切角部分长度R与平坦部长度L之比与本发明不同的绝缘电线Z3～Z4，卷绕状态下的孔隙率也较大，且为7％、8％。
[表1]
(注)R/L比为切角部分长度R与各边的平坦部长度L之比
D为平坦部的绝缘外皮的最小厚度Ds与角部的绝缘外皮的最大厚度Dm之差
产业上的可利用性
能够提供卷绕方向的自由度较高，卷绕状态下的孔隙率格外小的绝缘电线，能够作为更适宜的马达等的线圈用线材而适用。
符号说明
10 绝缘电线
11 线材
12 绝缘外皮
13 切角部分
14 孔隙
L 六边形的各边的平坦部长度
R 切角部分的长度
a、b 端部
s 在六边形截面的各边A、B、C的对接部分产生的孔隙的总孔隙面
S 被包括绝缘外皮的整体外形包围的面积

Claims (5)

1.一种绝缘电线，该绝缘电线在铜线表面具有通过电沉积法形成的绝缘外皮，所述绝缘电线的特征在于，
包含该绝缘外皮的横截面形状为六边形，且在该铜线的六边形截面的各角部形成有抑制该绝缘外皮的膨胀的切角部分，该切角部分的长度为该六边形截面的平坦部的长度的1/3～1/20，该绝缘电线在卷绕状态下的孔隙率为5％以下。
2.根据权利要求1所述的绝缘电线，其中，
该绝缘电线的六边形截面的平坦部的绝缘外皮厚度与包括切角部分的角部的绝缘外皮厚度之差为5μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的绝缘电线，其中，
将铜线的六边形截面换算为与该铜线的六边形截面相同的截面积的圆形时该铜线的直径为0.5mm～5.0mm，在该铜线表面具有外皮厚度为5～100μm的绝缘外皮。
4.一种绝缘电线的制造方法，该方法采用电沉积法，所述电沉积法是使成为芯材的铜线通过放入含外皮成分的电沉积液的电沉积槽并进行通电，从而使外皮成分电沉积于该铜线表面之后，对该外皮成分进行烘烤处理来形成绝缘外皮的方法，所述绝缘电线的制造方法中，
使用铜线并形成绝缘外皮，由此制造卷绕状态下的孔隙率为5％以下的绝缘电线，其中，该铜线具有六边形截面，在该六边形截面的各角部形成有切角部分，该切角部分的长度为该六边形截面的平坦部的长度的1/3～1/20，该绝缘外皮为六边形截面的平坦部的绝缘外皮厚度与包括切角部分的角部的绝缘外皮厚度之差为5μm以下的绝缘外皮。
5.根据权利要求4所述的绝缘电线的制造方法，其中，
使用将铜线的六边形截面换算为与该铜线的六边形截面相同的截面积的圆形时直径为0.5mm～5.0mm的铜线，在该铜线表面形成外皮厚度为5～100μm的绝缘外皮。
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