CN111418029A - 集合导线、分割导体、使用其的分段线圈和马达 - Google Patents

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Abstract

集合导线(10)的截面大致为矩形，其通过多根单丝线(7)集合而形成。单丝线(7)分别具有导体部(11)和被覆导体部(11)的单丝线绝缘层(13)。单丝线绝缘层(13)优选包含至少一种利用Tg‑DTA的50％失重为300℃～500℃的树脂。单丝线绝缘层(13)中包含颗粒。颗粒是体积电阻率为1×106Ω·cm以上的颗粒，例如能够应用二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氮化硅、碳化硅等无机物、硅酮等树脂。

Description

集合导线、分割导体、使用其的分段线圈和马达
技术领域
本发明涉及能够用于例如马达用的分段线圈的集合导线等。
背景技术
例如，作为车载用马达的定子中使用的绕线，以往使用了截面为圆形的漆包线。但是，近年来，为了提高占空系数而使用矩形截面的扁平绕线。另外，以往多采用将绕线卷绕在定子铁心上的制造方法，但伴随着扁平绕线的采用，采用了下述方法：将绕线构成为短的分段线圈，安装到定子上后将分段线圈的端部彼此焊接连接，由此形成线圈。
但是，扁平绕线存在下述问题：由于每一根绕线的截面积大，在马达转速增大、频率增大的情况下，由于涡电流的产生，绕线损耗增大。
针对于此，提出了将多根导线一体化而成的分割导体。即，作为分段线圈，使用由多根导线构成的分割导体，由此能够抑制涡电流的影响。
分割导体例如将多根表面具有氧化覆膜等绝缘层的单丝线捆扎而一体化，成型为大致矩形的截面。通过这种分割导体，能够提高导体对于定子槽的填充效率，同时各单丝线因氧化覆膜而绝缘，能够抑制集肤效应和涡电流导致的交流电阻的增加。
作为这样的分割导体，例如有多根导体线一体化而成的集合导体，该导体线具有矩形的导体单丝线和设置在导体单丝线的外周的被覆层(专利文献1)。
另外，有由多根线状导体构成的集合线和将单线沿长度方向交替接合并由单线构成从定子槽露出的部位的线圈(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
发明所要解决的课题
图7a是示出构成分割导体的集合导线100的截面图。集合导线100由多根单丝线107构成。在图示例中，例如由5根单丝线107构成1根集合导线100。各单丝线107具有导体部111和被覆导体部111的单丝线绝缘层113。集合导线100进一步用外部绝缘层114被覆所有单丝线107的整体。
集合导线100需要抑制所应用的线圈使用时的放热或使用环境的热导致的热劣化。若单丝线绝缘层113发生热劣化，绝缘性降低，则制成分割导体导致的电流损耗降低效果减小。因此，为了确保单丝线107的导体部111彼此的绝缘性，需要特定以上的耐热性。
另一方面，例如若使用集合导线100作为分段线圈，则需要对端部彼此进行焊接。图7b是示出对集合导线100彼此进行焊接的状态的示意图。在焊接时，外部绝缘层114被除去。此处，单丝线绝缘层113为树脂制。因此，若对集合导线100的端部彼此进行焊接，在焊接时，残渣113a有可能混入连接部的内部。残渣113a是主要来自单丝线绝缘层113的树脂渣或煤烟子。
若存在这样的残渣113a，则连接部的电阻有可能提高。另外，若存在残渣113a，则其一部分会因焊接时的热而气化，在焊接部产生孔(气孔)，其结果，焊接部的强度降低，有连接部断裂等的可能。另外，在弯曲集合导线100时等，集合导线100的端部的单丝线107有可能散开，从而焊接作业变得困难。这种残渣113a特别是在单丝线绝缘层113的树脂的耐热性高时容易产生。
对此，通过特意使用不耐热(耐热性低)的树脂作为单丝线绝缘层113，在焊接时能够立即烧去树脂。因此，认为树脂渣等难以混入焊接部，焊接性和焊接部的品质变得良好，但如上所示，单丝线绝缘层113有可能发生热劣化。
本发明是鉴于这种问题而进行的，其目的在于提供一种具有高耐热性、能够抑制热劣化的集合导线等。
用于解决课题的手段
为了达到上述目的，第1发明为一种集合导线，其为多根单丝线集合而成的集合导线，其特征在于，上述单丝线具有导体部和被覆上述导体部的单丝线绝缘层，上述单丝线绝缘层中包含体积电阻率为1×106Ω·cm以上的颗粒。
上述颗粒的平均粒径优选为0.1～10μm。
上述颗粒的添加量相对于构成上述单丝线绝缘层的树脂优选为5～60体积％。
上述单丝线绝缘层优选包含至少一种利用Tg-DTA的50％失重为300℃～500℃的树脂。
上述单丝线绝缘层的厚度优选为0.5～30μm。
多根上述单丝线可以被相互捻合。
所集合的多根上述单丝线的长度方向的至少一部分可以直接或隔着其他绝缘层被热塑性树脂所被覆，上述热塑性树脂为结晶性树脂且在23℃的弯曲模量为2000MPa以上。
上述热塑性树脂可以选自由聚醚醚酮、改性聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮、聚苯硫醚和热塑性聚酰亚胺组成的组。
根据第1发明，由于单丝线绝缘层中包含体积电阻率为1×106Ω·cm以上的颗粒，因此能够发挥出高绝缘性能，同时即便构成单丝线绝缘层的树脂的绝缘性发生劣化，也能利用颗粒维持绝缘性能。
特别是，若颗粒的平均粒径为0.1μm以上，则操作性优异，能够确保充分的绝缘性能。另外，若颗粒的平均粒径为10μm以下，则在树脂的伸长变形等时难以发生剥离，还能确保加工性。另外，能够抑制单丝线绝缘层的厚度。
另外，若颗粒的添加量相对于构成单丝线绝缘层的树脂为5～60体积％，则能够兼顾充分的绝缘性能与树脂的挠性。
另外，若单丝线绝缘层的树脂的利用Tg-DTA的50％失重为300℃～500℃，则在焊接时容易烧去树脂，能够抑制树脂渣等混入焊接部。
另外，若单丝线绝缘层的厚度为0.5～30μm，则单丝线绝缘层的弯曲加工性良好，还能确保绝缘性能。
另外，若多根单丝线被相互捻合，则难以发生单丝线的散开。
另外，单丝线的整体被为结晶性树脂且在23℃的弯曲模量为2000MPa以上的热塑性树脂所被覆，从而不存在弯曲加工时的损伤，能够确保绝缘性能。这种情况下，热塑性树脂能够选自由聚醚醚酮、改性聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮、聚苯硫醚和热塑性聚酰亚胺组成的组。
第2发明为一种分割导体，其特征在于，第1发明的集合导线被切断成短的尺寸，在集合导线的至少两端部未形成上述热塑性树脂而露出上述单丝线。
上述分割导体优选在长度方向上不具有连接上述导体部的接合部而一体地形成。
根据第2发明，由于在两端部未设有热塑性树脂，因此，在将所得到的分割导体作为分段线圈使用时，在两端部的焊接部不会产生热塑性树脂导致的残渣等。
另外，分割导体在长度方向上不具有接合部而一体地形成，从而无需将多种导线接合。因此，在分割导体的长度方向上不具有接合部，在整个长度方向上可靠性高。另外，由于无需在长度方向上将多根导线接合，因此制造容易。
第3发明为一种分段线圈或马达，其特征在于，其使用了发明的集合导线。
根据第3发明，能够得到可靠性优异的分段线圈或马达。
发明的效果
根据本发明，能够提供具有高耐热性、能够抑制热劣化的集合导线等。
附图说明
图1a是示出集合导线10的截面图。
图1b是图1a的X部放大图。
图2是示出定子铁心1的局部立体图。
图3是示出分割导体5的俯视图。
图4a是示出分割导体5的截面图，是图3的A-A线截面图。
图4b是示出分割导体5的截面图，是图3的B-B线截面图。
图5是示出将分割导体5配置于槽3的状态的示意图。
图6是示出对端部9彼此进行了焊接的状态的示意图。
图7a是示出现有的集合导线100的截面图。
图7b是示出对集合导线100的端部彼此进行了焊接的状态的示意图。
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1a是示出集合导线10的截面图。集合导线10的截面大致为矩形，其通过多根单丝线7集合而形成。需要说明的是，在图示例中，对在大致中央部配置有1根单丝线并在其周围配置有4根单丝线的示例进行说明，但单丝线7的根数和配置不限于图示的例子。
单丝线7分别具有导体部11和被覆导体部11的单丝线绝缘层13。导体部11例如为铜或铜合金制。
单丝线绝缘层13的厚度优选为0.5～30μm。若单丝线绝缘层13的厚度过薄，则绝缘性能变差；若单丝线绝缘层13的厚度过厚，则单丝线绝缘层13的弯曲加工性变差，导体部11的占空系数也降低。
另外，集合的多根单丝线7的长度方向的至少一部分直接或隔着其他绝缘层被外部绝缘层14所被覆。外部绝缘层14例如为热塑性树脂。作为热塑性树脂，优选为结晶性树脂且在23℃的弯曲模量为2000MPa以上。
作为这样的树脂，能够选自由聚醚醚酮、改性聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮、聚苯硫醚和热塑性聚酰亚胺组成的组。由此，能够得到弯曲加工性和耐久性良好的外部绝缘层14。
图1b是图1a的X部的局部放大图。构成单丝线绝缘层13的树脂12中包含颗粒8。作为树脂12，优选包含至少一种利用Tg-DTA的50％失重为300℃～500℃的树脂。作为树脂12，例如应用聚酰胺、聚氨酯、环氧树脂、聚酯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
颗粒8是体积电阻率为1×106Ω·cm以上的颗粒，例如，能够应用二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氮化铝、氧化镁、氮化硅、碳化硅等无机物、聚酰亚胺(PI)硅酮等树脂。需要说明的是，颗粒的体积电阻率依照JIS C 2139:2008在20℃进行测定。颗粒8使单丝线绝缘层13的耐热性与绝缘性提高。
颗粒8的平均粒径为0.1～10μm。若颗粒8过小，则操作性差，也难以确保绝缘性能。另一方面，若颗粒8的尺寸过大，则弯曲特性变差，另外，单丝线绝缘层13的厚度变厚，故不优选。需要说明的是，颗粒8的尺寸是基于JIS Z 8824使颗粒平均分散后利用激光衍射法得到的颗粒分布的中值粒径。
需要说明的是，颗粒8的添加量相对于构成单丝线绝缘层13的树脂12优选为5～60体积％。若颗粒8的添加量过少，则添加颗粒8的效果小；另外，若颗粒8的添加量过多，则树脂12的体积变得过少，在弯曲时容易发生单丝线绝缘层13的破裂。
接着，对使用集合导线10的分段线圈进行说明。分段线圈例如用于车载用马达。图2是示出马达中使用的定子铁心1的局部立体图。定子铁心1大致为圆筒形，例如，通过层积电磁钢板而形成。在定子铁心1的内周侧设有多个槽3。通过在各个槽3配置导体并将导体彼此接合，形成线圈。
图3是配置于槽3的分段线圈用的分割导体5的俯视图，图4a是图3的A-A线截面图，图4b是图3的B-B线截面图。分割导体5通过将集合导线10切断成短的尺寸而形成。即，分割导体5至少由多根单丝线7构成。需要说明的是，单丝线7彼此被相互捻合。
如图4b所示，分割导体5的两个端部9被除去了外部绝缘层14。即，在集合导线10的至少两端部，未形成外部绝缘层14而露出单丝线7。需要说明的是，在下述实施方式中示出将端部9的外部绝缘层14除去的示例，但也可以将外部绝缘层14形成至端部9。
图5是示出从内表面侧观察定子铁心1时将分割导体5配置于槽3中的状态的示意图。需要说明的是，图中仅示出定子铁心1的一部分。如上所述，分割导体5被弯曲成规定的形状而配置于槽3中。此时，分割导体5的端部9在定子铁心1的上部突出，分割导体5的弯曲部在定子铁心1的下部露出。
需要说明的是，在图4b所示的示例中，在端部9仅除去了外部绝缘层14，单丝线7由导体部11和单丝线绝缘层13构成，也可以进一步除去单丝线绝缘层13。例如，在分割导体5的两个端部9，可以未形成树脂型的单丝线绝缘层13、外部绝缘层14而使导体部11露出到外表面。
接着，对分割导体5的制造方法的一例进行说明。首先，将多根单丝线7配置成规定的形态，将单丝线彼此进行捆扎。单丝线具有导体部11和被覆导体部11的单丝线绝缘层13。
一边捻合如此配置的单丝线，一边利用例如模具等进行扁平成型，通过挤出等在最外周被覆树脂制的外部绝缘层14。由此，能够形成图1a所示的集合导线10。
接着，将集合导线10切断成短的尺寸，仅在两个端部9根据需要将单丝线绝缘层13、外部绝缘层14除去。单丝线绝缘层13、外部绝缘层14例如通过磨削等机械方法、蚀刻等化学方法除去。需要说明的是，在残留单丝线绝缘层13的情况下，仅除去外部绝缘层14。另外，按照所需形状实施弯曲加工，形成分割导体5。需要说明的是，各单丝线7在长度方向上是一体的，因此相对于分割导体5的长度方向不具有连接导体部的接合部而一体地形成。
接着，对分割导体5彼此的焊接进行说明。如图5所示，在定子铁心1的上方突出的分割导体5的端部9通过焊接与相邻的其他分割导体5(未图示)的端部9接合。通过将全部的分割导体5彼此连接，形成分段线圈。
图6是示出对分割导体5的端部彼此进行了焊接的状态的示意图。本实施方式中，仅除去端部9的外部绝缘层14而使单丝线绝缘层13露出来进行焊接。
此处，单丝线绝缘层13由利用Tg-DTA的50％失重为300℃～500℃的树脂12构成。树脂12由于利用Tg-DTA的50％失重为500℃以下，因此耐热性低，树脂会因焊接时的热而完全烧去从而气体化。因此，可抑制树脂渣等残渣混入焊接部。另外，树脂12由于利用Tg-DTA的50％失重为300℃以上，因此能够抑制使用时或外部绝缘层14的挤出被覆时的劣化。
需要说明的是，颗粒8由于尺寸小，因此能够利用焊接时使用的气体吹走。另外，即便颗粒8混入焊接部，由于颗粒8不因热而分解，不发生气化，因此也不产生气孔。因此，焊接部的断裂等得到抑制。
需要说明的是，若降低单丝线绝缘层13的耐热特性，则单丝线绝缘层13会因例如作为分段线圈使用时的热而发生劣化，绝缘特性有可能发生劣化。但是，本实施方式中，由于包含颗粒8，因此能够利用颗粒8确保绝缘性。另外，颗粒8难以成为对焊接部的机械特性或电学特性产生不良影响的残渣。因此，能够兼顾对于热的耐久性和焊接部的可靠性。
以上，根据本实施方式，由于单丝线绝缘层13中包含绝缘性高的颗粒8，因此能够确保单丝线绝缘层13的高绝缘性。因此，能够抑制单丝线绝缘层13的热劣化。
另外，由于单丝线绝缘层13的树脂的利用Tg-DTA的50％失重为300℃～500℃，因此在焊接时能够容易地烧去。因此，能够抑制树脂渣等残渣混入焊接部。即，能够兼顾焊接性与耐久性。
另外，外部绝缘层14为热塑性树脂，能够确保充分的绝缘性能、耐久性和挠性等。
实施例
接着，制成改变了单丝线绝缘层等的分割导体，对焊接性、弯曲加工性、高频特性进行了评价。对于分割导体而言，将具有导体部和单丝线绝缘层的6根单丝线捻合并用模具成型为方形，形成利用热塑性树脂的外部绝缘层。本发明的实施例1～10示于表1。另外，比较例1～5示于表2。
Figure BDA0002510434650000081
【表2】
Figure BDA0002510434650000091
作为单丝线绝缘层，使用了氨基甲酸酯、尼龙(PA66)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰胺酰亚胺(PAI)。另外，作为外部绝缘层，使用了聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)等热塑性树脂。
关于表中的焊接性，将两端的外部绝缘层除去，在使单丝线绝缘层露出的状态下，在焊接电流为30A、焊接时间为0.1秒的条件下产生电弧放电，对一对分割导体彼此进行焊接。在进行了焊接的部位未形成焊球时，判定为无法焊接。
更详细而言，在分割导体的焊接部位周边没有颜色变化且在分割导体的末端形成有焊球的情况下，作为焊接性优异并评价为“A”。另外，在分割导体的焊接部位周边产生煤烟子、但在分割导体的末端形成有焊球的情况下，作为良好并评价为“B”。另外，在分割导体的焊接部位周边没有颜色变化且在分割导体的末端未形成焊球的情况下，作为焊接性差并评价为“C”。另外，在分割导体的焊接部位周边产生煤烟子且在分割导体的末端未形成焊球的情况下，作为无法焊接并评价为“D”。需要说明的是，焊接性的评价为“A”和“B”时判定为合格。
关于弯曲加工性，将单丝线绝缘层伸长10％后，以直径1.0mm的铁芯为轴将直的试验片弯曲180°(U字状)，确认弯曲部顶点的覆膜有无破裂。观察到破裂的情况下评价为“D”。另外，未观察到破裂的情况下，将单丝线绝缘层伸长至20％并同样地进行评价。在20％时也未破裂的情况下评价为“A”，在10％时未观察到破裂、但在20％时观察到破裂的情况下评价为“B”。A能承受更苛刻的加工，但B也能制造马达，判定为合格。
在常温和220℃×2000小时后这两个条件下评价了高频特性。在1000Hz、2.16A、138Vrms的条件下，使交流磁场产生装置工作，产生50mT的交流磁场。若将试样设置于磁场中，则因涡电流而产生放热。测定此时的放热量，作为电流损耗(W)。如上所述计算将单丝线绝缘层挤出被覆到无集合的导体上的导线的电流损耗量W0。各试样的电流损耗量W与W0的比例为0.8以下(损耗量的抑制率为20％以上)时，评价为良好，表示为“B”。进而上述比例为0.4以下(损耗量的抑制率为60％以上)时评价为优异，表示为“A”。另一方面，上述比例大于0.8(损耗量的抑制率小于20％)时评价为差，表示为“D”。
根据结果，单丝线绝缘层中包含颗粒的实施例1～10均判定为合格。需要说明的是，实施例3由于覆膜厚度厚，焊接性为B。另外，实施例8由于颗粒的添加量少，因而高温保持后的高频特性判定为B。另外，实施例9由于颗粒的添加量多，因而弯曲特性判定为B。另外，实施例10由于颗粒的粒径大，因而弯曲特性判定为B。
另一方面，比较例1由于未设置单丝线绝缘层，因此高频特性判定为D。另外，比较例2由于单丝线绝缘层的耐热性高，因此焊接性判定为D。另外，比较例3、4由于单丝线绝缘层的耐热性低，因此高温保持后的高频特性判定为D。比较例5由于颗粒是体积电阻率低的碳，因此高频特性判定为D。
以上参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的技术范围不受上述实施方式的影响。对本领域技术人员而言显而易见的是，能够在权利要求书所记载的技术思想的范畴内想到各种变更例或修正例，这些当然也属于本发明的技术范围内。
符号说明
1………定子铁心
3………槽
5………分割导体
7………单丝线
8………颗粒
9………端部
10………集合导线
11………导体部
12………树脂
13………单丝线绝缘层
14………外部绝缘层
100………集合导线
107………单丝线
111………导体部
113………单丝线绝缘层
113a………残渣
114………外部绝缘层

Claims (12)

1.一种集合导线，其为多根单丝线集合而成的集合导线，其特征在于，
所述单丝线具有导体部和被覆所述导体部的单丝线绝缘层，
所述单丝线绝缘层中包含体积电阻率为1×106Ω·cm以上的颗粒。
2.如权利要求1所述的集合导线，其特征在于，所述颗粒的平均粒径为0.1μm～10μm。
3.如权利要求1所述的集合导线，其特征在于，所述颗粒的添加量相对于构成所述单丝线绝缘层的树脂为5体积％～60体积％。
4.如权利要求1所述的集合导线，其特征在于，所述单丝线绝缘层包含至少一种利用Tg-DTA的50％失重为300℃～500℃的树脂。
5.如权利要求1所述的集合导线，其特征在于，所述单丝线绝缘层的厚度为0.5μm～30μm。
6.如权利要求1所述的集合导线，其特征在于，多根所述单丝线被相互捻合。
7.如权利要求1所述的集合导线，其特征在于，所集合的多根所述单丝线的长度方向的至少一部分直接或隔着其他绝缘层被热塑性树脂所被覆，
所述热塑性树脂为结晶性树脂且在23℃的弯曲模量为2000MPa以上。
8.如权利要求7所述的集合导线，其特征在于，所述热塑性树脂选自由聚醚醚酮、改性聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮、聚苯硫醚和热塑性聚酰亚胺组成的组。
9.一种分割导体，其特征在于，权利要求7所述的集合导线被切断成短的尺寸，在集合导线的至少两端部未形成所述热塑性树脂而露出所述单丝线。
10.如权利要求9所述的分割导体，其特征在于，所述分割导体在长度方向上不具有连接所述导体部的接合部而一体地形成。
11.一种分段线圈，其特征在于，其使用了权利要求1所述的集合导线。
12.一种马达，其特征在于，其使用了权利要求1所述的集合导线。
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