CN110741448A

CN110741448A - 集合导线、集合导线的制造方法以及分段线圈

Info

Publication number: CN110741448A
Application number: CN201980002769.8A
Authority: CN
Inventors: 池田佳祐; 冨泽恵一; 武藤大介; 福田秀雄
Original assignee: Guhe Electrical Industry Co Ltd; Furukawa Magnet Wire Co Ltd
Current assignee: Essex Guhe electromagnetic wire Japan Co.,Ltd.
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-01-31
Also published as: US20200126688A1; JPWO2019176254A1; KR20200006975A; WO2019176254A1; TW201940320A; US11145436B2; EP3767640A1

Abstract

集合导线的截面为大致矩形，其由多个线材(7)集合形成。线材(7)分别具备：导体部(11)以及线材绝缘层(13)，其中线材绝缘层(13)覆盖导体部(11)。集合形成的多个线材(7)的长度方向的至少一部分被外部绝缘层所覆盖。线材(7)由如下所形成。首先，导体部(11)的外周被线材绝缘层(13)覆盖。此时，构成线材绝缘层(13)的树脂(12)中形成多个空孔(8)。从该状态，例如通过对线材绝缘层(13)加热以及加压并压扁，形成线材(7)。此时，由于内部的空孔(8)被压扁从而能够均匀地压扁线材绝缘层(13)。因此，线材(7)的空孔(8)变为在整个周向沿线材绝缘层(13)的厚度方向被压扁并扁平的状态。

Description

集合导线、集合导线的制造方法以及分段线圈

技术领域

本发明涉及能够利用于例如马达用的分段线圈的集合导线等。

背景技术

例如，作为利用于车载用马达的定子的绕线，以往使用了截面为圆形的漆包线。但是，近年为了提高填充系数为倾向于使用矩形截面的扁平绕线。并且，以往虽然采用在定子的铁芯卷绕绕线的制造方法的情况比较多，但随着采用扁平绕线，采用将绕线构成为短条的分段线圈，组装在定子后通过将分段线圈的端部之间焊接并相连而形成线圈的方法。

但是，扁平绕线其由于每条绕线的截面面积大，在马达旋转数变大频率变大的情况下，有着由于涡流的产生导致绕线损失变大的问题。

对此，提出了将多个导线一体化的分割导体。即，作为分段线圈，通过使用由多个导线构成的分割导体，能够抑制涡流的影响。

分割导体，例如，将多个表面具有氧化膜等的绝缘层的线材捆扎并使其一体化，截面形成为大致矩形。基于这样的分割导体，能够提高对于定子的切槽的导体的填充效率的同时，各线材因氧化膜绝缘，能够抑制由于趋肤效应以及涡流导致的交流电阻的增加。

作为这样的分割导体，例如有矩形形状的导体线材与具有设在导体线材的外周的覆盖层的导体线，为多个一体化的集合导体(专利文献1)。

另外，有由多个线状导体组成的集合线，将单芯线沿长度方向相互接合，将从定子的切槽露出的部位以单芯线构成的线圈(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-227266号公报

专利文献2：日本特开2013-39000号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上所述，集合导线是多个线材相互绝缘并捆扎。若线材之间导通，将无法抑制涡流的影响，无法获得将导体分割的效果。因此，需要对各线材之间进行可靠绝缘的绝缘层。

然而，在导体的外周不产生偏差地覆盖薄绝缘层是困难的。例如，由于绝缘层的厚度偏差，一部分可能会产生规定厚度以下的部位(例如针孔)。若产生这样的因涂覆厚度的偏差所导致的没有涂覆被膜的地方，则无法充分发挥绝缘性能，如上所述，无法抑制涡流的影响，且无法获得将导体分割的效果。

另一方面，若在各线材的表面形成厚绝缘层，则厚度偏差的影响将变小，也难以产生针孔等。但是，若仅仅加厚绝缘层的厚度，则由于导体部的截面面积减少，对于定子的切槽的导体的填充效率将变低。

鉴于上述所述问题，本发明的目的在于，提供一种能够充分发挥绝缘性能的同时，对于定子的切槽的导体的填充效率高的集合导线等。

用于解决问题的方案

为了达成上述的目的，第一发明是集合了多个线材的集合导线，所述线材包含导体部以及线材绝缘层，所述线材绝缘层覆盖所述导体部，所集合的多个所述线材被外部绝缘层覆盖，所述线材绝缘层在内部具有空孔。

所述空孔的比例优选在0.1％以上80％以下，进一步优选在0.1％以上50％以下。

所述线材绝缘层的厚度优选为10μm以下。

所述外部绝缘层，优选包含熔点或者玻璃化转变温度为250℃以上的树脂层。

所述线材绝缘层优选为以热固性树脂为主要成分的树脂层。

所述线材的截面为扁平状，多个所述线材优选为互相沿厚度方向层叠。

所述线材的层叠数优选为2层～6层。

所述外部绝缘层优选包含至少一种热塑性树脂，所述热塑性树脂选自由聚芳醚酮、改性聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇脂、氟树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的树脂群。

所述线材绝缘层在200℃的弹性模量优选为10MPa以上2000MPa以下。

所述空孔，优选为在整个周向沿所述线材绝缘层的厚度方向被压扁并呈扁平。

根据第一发明，由于在线材绝缘层的内部形成空孔，线材绝缘层很容易被压扁并可能会变形。因此，制造时通过形成厚线材绝缘层，从而能够易于制造，并且，在对线材之间进行捆扎时，由于线材绝缘层被压扁厚度变薄，从而能够获得对切槽的高填充效率。并且，由于内部包含空孔，很容易就能从导体部剥离。因此，例如剥离焊接部的线材绝缘层时的作业变得容易。

尤其是，若空孔的比例为0.1％以上，则由于压扁后还有空孔残留，从而线材绝缘层中还多少残留有压扁余量，不用完全压扁线材绝缘层而施加过剩的压力。另外，通过将空孔的比例设定为80％以下，能够抑制由于空孔残留过剩而导致的使用线材绝缘层时的变形，若设定为50％以下，能够进一步地抑制使用线材绝缘层时的变形。

并且，由于线材绝缘层被压扁，从而即使线材绝缘层的厚度变得极薄，也难以产生因涂覆厚度的偏差所导致的没有涂覆被膜的地方，能够使线材绝缘层的厚度在10μm以下。因此，能够获得较高的导体填充系数。

并且，外部绝缘层通过包含熔点或者玻璃化转变温度为250℃以上的树脂，能够获得较高的耐热性。此时，外部绝缘层能够从由聚芳醚酮、改性聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇脂、氟树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的树脂群中进行选择。

并且，若线材绝缘层为以热固性树脂为主要成分的树脂层，例如，外部绝缘层被覆盖时，由于保持了某种程度的硬度，能够获得更加稳定的线材绝缘层。例如，若将线材绝缘层作为热塑性树脂，由于超过软化温度硬度就会急速降低，线材绝缘层有可能会被过度压扁。由此，通过将线材绝缘层作为热固性树脂，能够更加均匀地压扁整体并能够使厚度变薄。并且，通过利用热固性树脂，使用时的变形等变小，耐热性良好。

并且，通过将线材的截面设定为扁平状，能够提高切槽的填充效率，通过多个线材互相沿厚度方向层叠，在弯曲集合导线时，难以产生各线材之间的偏移。

此时，通过将线材的层叠数设定为2层以上，能够发挥作为分割导体的功能，通过设定为6层以下，弯曲加工等也将变得更加容易。

若线材绝缘层在200℃的弹性模量为10MPa以上2000MPa以下，外部绝缘层被覆盖时，能够适当地压扁线材绝缘层。因此，能够在整个周向上大致均匀地压扁线材绝缘层。即，能够将线材绝缘层内的空孔在整个周向沿厚度方向压扁并使其扁平。

第二发明为集合导线的制备方法，其特征在于，具备以下工序：在导体部覆盖树脂，使所述树脂发泡，获得所述导体部被线材绝缘层覆盖的线材；以及集合多个所述线材，在外周部覆盖外部绝缘层且压扁所述线材绝缘层。

第三发明为分段线圈，其特征在于，使用了第一发明所涉及的集合导线。

根据第三发明，能够得到可靠性优异的分段线圈。

发明效果

根据本发明，能够提供一种充分发挥绝缘性能的同时，对于定子的切槽导体的填充效率高的集合导线等。

附图说明

图1是示出集合导线10的截面图。

图2A是成为集合导线之前的线材7的部分放大图。

图2B是成为集合导线10之后的线材7的部分放大图。

图3A是示出将压缩前的线材7捆扎后的状态的图。

图3B是示出覆盖外部绝缘层14后的状态的图。

图4是示出定子铁芯1的部分立体图。

图5是示出分割导体5的平面图。

图6A是示出分割导体5的截面图，为图5的A-A线截面图。

图6B是示出分割导体5的截面图，为图5的B-B线截面图。

图7是示出向切槽3配置了分割导体5的状态的示意图。

图8A是示出分割导体5a的截面图。

图8b是示出分割导体5b的截面图。

具体实施方式

以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1为示出集合导线10的截面图。集合导线10的截面为大致矩形，其是多个线材7集合形成的。在图示的例中的各个线材7是扁平状，多个线材7相互在厚度方向层叠配置。通过这样层叠，集合导线10的弯曲性良好。

另外，线材7的层叠数优选为2层～6层。若线材7为一层，则无法获得分割导体部的效果，若层数超过7，会由于厚度变得过厚导致弯曲加工等更加困难。另外，线材7的形状和条数以及配置不限于图示的例子。

线材7分别具有导体部11以及线材绝缘层13，线材绝缘层13覆盖导体部11。导体部11是例如铜或者铜合金制。作为线材绝缘层13，虽然也可适用聚对苯二甲酸乙二醇酯等的热塑性树脂，但是优选热固性树脂作为主成分的树脂层。在该情况下可适用例如，聚酰亚胺或者聚酰胺酰亚胺等。

另外，线材绝缘层13的厚度优选为10μm以下。若线材绝缘层13的厚度过厚，则导体部11的填充系数将变差。并且，为了确保线材绝缘层13的绝缘性，优选厚度为0.1μm以上。另外，线材绝缘层13的详细情况将在随后叙述。

集合的多个线材7的长度方向的至少一部分，被外部绝缘层14以直接或者通过其他绝缘层的方式覆盖。外部绝缘层14包含熔点或者玻璃化转变温度为250℃以上的树脂，优选包含至少一种热塑性树脂，所述热塑性树脂例如选自由聚芳醚酮、改性聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇脂、氟树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的树脂群。

接下来，对线材绝缘层13的详细情况进行说明。图2A为成为集合导线10之前的线材7的截面图，图2B示出了成为集合导线10之后的线材7的截面图。首先，在导体部11的外周覆盖构成线材绝缘层13的树脂12。接下来，如图2A所示，使树脂12发泡形成线材绝缘层13，得到导体部11被线材绝缘层13覆盖的线材7。即，线材绝缘层13由发泡树脂组成，其内部形成多个空孔8。

从该状态，例如通过对线材绝缘层13加热以及加压压扁，形成线材7。此时，通过压扁内部的空孔8能够均匀地压扁线材绝缘层13。由此，线材7的空孔8，成为在整个周向上沿线材绝缘层13的厚度方向被压扁并呈扁平的状态。

由此，通过在导体部11的外周厚涂具有空孔8的树脂12，由于难以产生因涂覆厚度的偏差所导致的没有涂覆被膜的地方，并且，与薄涂的情况相比，能够以比较均匀的厚度进行涂覆。并且，之后通过压扁线材绝缘层13使其变薄，能够增大填充系数。

图3A、图3B示出了集合导线10的制造方法的一例。首先，如上所述，在导体部11上覆盖树脂并使树脂发泡，获得导体部11被线材绝缘层覆盖的线材7。接下来，如图3A所示，集合多个线材7并捆扎。之后，在这样配置的线材束的外周部，通过挤压等，覆盖树脂制的外部绝缘层14。此时，通过压扁线材绝缘层13，制造集合导线10。如上所述，如图1所示，能够形成集合导线10。

另外，在挤压外部绝缘层14时压扁线材绝缘层13的情况下，线材绝缘层13的树脂12在200℃的弹性模量，优选为10MPa以上2000MPa以下。若线材绝缘层13的弹性模量过低，树脂将被过度压扁，难以确保线材绝缘层13的厚度。并且，若线材绝缘层13的弹性模量过高，树脂在未被压扁的情况下很难使线材绝缘层13变薄。

另外，也可以在不挤压外部绝缘层14时，设置其他途径的加热、挤压外周部的工序压扁线材绝缘层13。也可以将这样具有沿厚度方向被压扁的线材绝缘层13的线材7集合并挤压覆盖外部绝缘层14。

并且，作为被挤压压扁后的线材绝缘层13的内部的空孔8的体积占比，优选为0.1％以上80％以下。若空孔8的体积占比为0.1％以上，由于在被压扁后还残留有空孔，从而线材绝缘层13中还多少残留有压扁余量，不用完全压扁线材绝缘层13而施加过剩的压力。另外，通过将空孔8的体积占比设定为80％以下，能够抑制由于空孔残留过剩而导致的使用线材绝缘层13时的变形。进一步的，若空孔8的体积占比为50％以下，能够更加有效地抑制使用线材绝缘层13时的变形。但是，若空孔8的体积占比超过80％则在弯曲加工时线材绝缘层容易发生缺损，无法充分发挥绝缘性能，且无法抑制涡流的影响。另外，空孔8的体积占比能够在与集合导线10的长度方向垂直的截面上，获得线材绝缘层13的多处的放大截面图，从空孔8的面积率算出。

接下来，对利用了集合导线10的分段线圈进行说明。分段线圈例如用于车载用马达。图4示出了用于马达的定子铁芯1的部分立体图。定子铁芯1为大致圆筒形，例如由电磁钢板层叠形成。在定子铁芯1的内周侧设置有多个切槽3。各个切槽3，通过配置导体并对导体之间进行接合从而形成线圈。图5为配置在切槽3的分段线圈用的分割导体5的平面图，图6A为图5的A-A线截面图，图6B为图5的B-B线截面图。分割导体5由被切断成短条的集合导线10形成。即，分割导体5至少由多个线材7组成。另外，由于各个线材7相对于长度方向为一体，对于分割导体5的长度方向，不具有连接导体部的接合部而一体形成。

如图6B所示，分割导体5的两侧的端部9去除外部绝缘层14。即，在集合导线10的至少两端部，不形成外部绝缘层14而露出线材7。另外，外部绝缘层14例如通过研磨等的机械性方法和蚀刻等的化学性手段被去除。分割导体5在必要的形状上实施弯曲加工而使用。另外，在以下的实施方式中，虽然示出了端部9的外部绝缘层14被去除的例子，但也可以使外部绝缘层14形成至端部9。

图7是示出从内表面侧观察定子铁芯时，向切槽3配置了分割导体5的状态的示意图。另外，在图中仅示出了定子铁芯1的一部分。如上所述，分割导体5在被弯曲成规定的形状后配置在切槽3。此时，分割导体5的端部9在定子铁芯1的上部突出，在定子铁芯的下部则露出分割导体5的弯曲部。

在定子铁芯1的上方突出的分割导体5的端部9，通过与相邻的其他分割导体5(未图示)的端部9焊接而接合。通过连接所有分割导体5形成线圈。

另外，在图6B示出的例中，在端部9虽然只去除外部绝缘层14去除，线材7由导体部11与线材绝缘层13构成，但也可以进一步去除线材绝缘层13。通过去除线材绝缘层13能够抑制焊接时的树脂12的黑烟等的发生。此时，线材绝缘层13包含空孔8，易于将树脂12从导体部11剥离。

以上，根据本实施方式，由于在线材绝缘层13的内部设有空孔8，并在形成线材绝缘层13之后压扁，在涂覆树脂12时，不需要均匀地薄涂树脂。因此，由于难以产生因涂覆厚度的偏差所导致的没有涂覆被膜的地方，能够以均匀的厚度形成线材绝缘层13。并且，之后在覆盖外部绝缘层14之前或者同时，通过压扁线材绝缘层13，能够使线材绝缘层13的厚度变薄并提高填充系数。

尤其，即使是将线材绝缘层13设为10μm以下，由于不会形成因涂覆厚度的偏差所导致的没有涂覆被膜的地方，从而能够确切地确保绝缘性的同时，还能够极大地提高填充系数。

并且，通过将线材绝缘层13设为热固性树脂，与热塑性树脂的情况相比，没有有加热时的硬度的急速降低，在压扁线材绝缘层13时能够抑制过度压扁线材绝缘层13。

并且，作为外部绝缘层14，若是熔点或者玻璃化转变温度为250℃以上的树脂，能够确保充分的耐热性。

实施例

接下来，变换线材绝缘层等并制作多个种类的分割导体，对高频特性、加工性、耐热老化性进行了评价。将本发明所涉及的实施例1～11表示在表1、表2。并且，在表3示出比较例1～4。

表1

表2

表3

作为线材绝缘层，利用了聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。并且，作为外部绝缘层，利用了聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、热塑聚酰亚胺、氟树脂(PFA)。

如图1所示，表中的集合方法，对于集合导线的厚度方向，将扁平状的线材沿厚度方向层叠的方法设定为“层叠”。并且，“分割A”是如图8A所示的如分割导体5a的截面形状的方式。例如，在圆形的线材中心配置一条并在外周配置六条共七条以密堆积的方式配置，并通过覆盖利用模具成形为扁平状的外部绝缘层14而形成。并且，“分割B”是图8B所示的设定为如分割导体5b的截面形状。即，将扁平状的线材7沿厚度方向层叠，将层叠方向设定为集合导线的宽度方向。另外，分割数为线材7的条数。

表中的高频特性在1000Hz、2.16A、138Vrms的条件中，启动交流磁场发生装置，产生50mT的交流磁场后评价。若将样品设置在磁场中会产生因涡流导致的发热。测定此时的发热量作为电流损失(W)。将在无层叠的导体上挤压覆盖线材绝缘层的导线的电流损失量W0进行如上所述计算。在各样品的电流损失量W与W0的比例为0.8以下(损失量的抑制率为20％以上)的情况下评价为良好，表示为“B”。进一步的，在上述比例为0.4以下(损失量的抑制率为60％以上)的情况下评价为优秀并表示为“A”。但是，在上述比例比0.8大(损失量的抑制率不满20％)的情况下评价为差并表示为“D”。

表中的加工性是将集合导线的截面裁剪后进行观察，并确认是否能够没有倾斜和偏移地层叠线材。关于倾斜度，确认了相对于线材层叠的方向上没有角度。并且，对于偏移，在沿厚度方向层叠线材的情况下，不仅是相邻的导体即使是偏移最大的导体之间也确认了没有发生线材的宽度的1/3以上的偏移。将这样的倾斜与偏移不足线材宽度的1/3的情况判定为在容许范围内，并表示为“A”、“B”或者是“C”，将存在如上所述的倾斜和偏移的情况判定为差并表示为“D”。

更详细的，将扁平状的线材沿厚度方向层叠的情况下，偏移最大的线材的宽度方向上的偏移在不足线材宽度的1/10的长度的情况下，为优秀并判定为“A”，在线材宽度的1/10以上且不足1/5的情况下，为良好并判定为“B”，在线材宽度的1/5以上且不足1/3的长度的情况下，为在容许范围内并判定为“C”，在线材宽度的1/3以上的长度的情况下，为差并判定为“D”。

并且，表中的耐热老化性是准备了笔直的集合导线，以200℃的一定温度进行加热处理，在加热500小时后的导线表面上未确认有龟裂的情况下，为优秀并判定为“A”。另外，以200℃的一定温度进行加热处理，虽然在加热500小时后的集合导线表面发生龟裂但在加热250小时后的集合导线表面上未确认发生龟裂的情况下，为良好并判定为“B”。另外，以200℃的一定温度进行加热处理，虽然在加热250小时后的集合导线表面发生龟裂但在加热100小时后的集合导线表面未确认有龟裂的情况下，为差并判定为“C”。

根据结果，所有具备具有空孔的线材绝缘层的实施例1～11的高频特性为B以上，加工性为C以上，耐热老化性为B以上，从而被判定为合格。并且，实施例1～11的填充系数也为96％以上。

另外，分割数为3以上的实施例3、4、6、10、11，其高频特性被判定为A，尤其良好。另一方面，分割数超过6的实施例4、11，由于偏移量易于变的过大，加工性被判定为C。另外，线材绝缘层为热固性树脂的实施例1～4、6～11，其耐热老化性被判定为A。

另一方面，比较例1的高频特性被判定为D。认为这是由于未设置空孔，必须从最初开始就形成一层薄线材绝缘层，产生了针孔等。另外，实施例2由于将分割数设定为1，将其高频特性判定为D。另外，实施例3、4由于外部绝缘层的软化温度不足250℃耐热性低，其耐热老化性被判定为C。

以上，虽然参照附图对本说明的实施方式进行了说明，但本发明的技术性范围不会被所述的实施方式影响。若为本领域技术人员，在权利要求所记载的技术性思想的范畴内很明显能够想到各种变化例或者修正例，关于这些当然也可以理解为属于本发明的技术范围。

附图标记说明：

1 定子铁芯

3 切槽

5、5a、5b 分割导体

7 线材

8 空孔

9 端部

10 集合导线

11 导体部

12 树脂

13 线材绝缘部

14 外部绝缘部

Claims

1.一种集合导线，其特征在于，集合了多个线材，

所述线材包含导体部以及线材绝缘层，所述线材绝缘层覆盖所述导体部，

所集合的多个所述线材被外部绝缘层覆盖，

所述线材绝缘层在内部具有空孔。

2.根据权利要求1所述的集合导线，其特征在于，

所述空孔的比例为0.1％以上且80％以下。

3.根据权利要求1所述的集合导线，其特征在于，

所述空孔的比例为0.1％以上且50％以下。

4.根据权利要求1所述的集合导线，其特征在于，

所述线材绝缘层的厚度为10μm以下。

5.根据权利要求1所述的集合导线，其特征在于，

所述外部绝缘层包含熔点或者玻璃化转变温度为250℃以上的树脂。

6.根据权利要求1所述的集合导线，其特征在于，

所述线材绝缘层是以热固性树脂为主要成分的树脂层。

7.根据权利要求1所述的集合导线，其特征在于，

所述线材的截面为扁平状，多个所述线材相互沿厚度方向层叠。

8.根据权利要求7所述的集合导线，其特征在于，

所述线材的层叠数为2层～6层。

9.根据权利要求1所述的集合导线，其特征在于，

所述外部绝缘层包含至少一种热塑性树脂，所述热塑性树脂选自由聚芳醚酮、改性聚醚醚酮、热塑性聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇脂、氟树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的树脂群。

10.根据权利要求1所述的集合导线，其特征在于，

所述线材绝缘层在200℃的弹性模量为10MPa以上且2000MPa以下。

11.根据权利要求1所述的集合导线，其特征在于，

所述空孔在整个周向沿所述线材绝缘层的厚度方向被压扁并呈扁平。

12.一种集合导线的制造方法，其特征在于，具备以下工序：

在导体部覆盖树脂，使所述树脂发泡，得到所述导体部被线材绝缘层覆盖的线材；以及

集合多个所述线材，在外周部覆盖外部绝缘层并压扁所述线材绝缘层。

13.一种分段线圈，其特征在于

使用权利要求1所述的集合导线。