JP2007227241A

JP2007227241A - 集合導体

Info

Publication number: JP2007227241A
Application number: JP2006048858A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kamibayashi; 裕之上林; Yasuki Kajima; 泰規鹿嶋; Takashi Tanabe; 貴史田邊
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-09-06

Abstract

【課題】渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体における導体占積率を向上させる。
【解決手段】各々、全体横断面形状を分割した一部分の矩形状の横断面を有する複数の導体線３が無撚り状態で一体化した集合導体１０であって、各導体線３は、導体素線１とその導体素線１を覆うように設けられた絶縁性を有する被覆層２と、その被覆層２を覆うように設けられた結着層４とを有し、結着層４を介して互いに結着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の導体線が一体化して構成された集合導体に関する。

複数の導体線が束ねられて一体に構成された集合導体が提案されている。

特許文献１には、断面円形よりなるエナメル線の複数本を横２列となるように配列撚合わせし、全体の横断面が長方形状の平型撚線となるように構成してなるリッツ線が開示されている。そして、これによれば、巻線における占積率を向上させることができる、と記載されている。

特許文献２には、複数本の絶縁素線を束ねた集合線の外側に自己融着層を設けた自己融着集合線として、導体上に絶縁層と自己融着層とを順次形成した自己融着絶縁素線の複数本が自己融着層相互を接着して平行に束ね合わされ、束ね合わさった集合線の外周に熱可塑性の自己融着層が形成されたものが開示されている。そして、これによれば、外側の自己融着層を形成する焼き付け時に絶縁素線のばらけを生じにくく、偏向コイル等の複雑な形状に巻線する際にも絶縁素線の飛び出しや断線がなく、導体断面積が大きく高いコイル占積率を確保できる、と記載されている。

特許文献３には、複数本の自己融着性平角エナメル線を集合、転位、撚合わせて得られる撚線の外周に絶縁テープを螺旋巻きしてなる自己融着性転位電線において、自己融着性平角エナメル線が自己潤滑・自己融着性平角エナメル線であるものが開示されている。そして、これによれば、転位電線の製造作業及びコイル巻線作業時には素線同志が優れた相互滑り性を発揮し、しかもコイルの熱融着時には素線相互が強固に熱融着できる、と記載されている。
特開平２−２４２５３１号公報特開平９−１６１５４７号公報特開平１１−２０３９４８号公報

ところで、電気自動車の駆動には、インダクションモーター（誘導モーター）、ブラシ付きＤＣモーター、ブラシレスＤＣモーター等がよく利用されている。

例えば、上記インダクションモーターは、円筒状に形成されたステータコアと、ステータコアに取り付けられたコイルと、ステータコアの内周壁に一定のギャップをもって回転可能に配置されたローターとを備え、上記コイルに発生する誘導磁界により、上記ローターを回転させて駆動力を得るものである。

上記ステータコアは、その内周壁又は外周壁において、周方向に交互に形成された凹条部（スロット）及び凸条部を複数備えている。そして、各スロットには、コイルを構成するエナメル線等の導体線が配置される。

図１０は、各凸条部１３０ａの間のスロット１３０ｂに、円形の横断面を有する導体線１０３が複数本配置された断面図である。ここで、導体線１０３は、電流が流れる導体素線１０１とその周囲を覆う被覆層１０２とを備えている。そして、図１０では、スロット１３０ｂに円形の横断面を有する導体線１０３を配置させているので、各導体線１０３の間にデッドスペースが形成され、スロット１３０ｂの内部における導体線１０３の充填率が低くなっている。

また、近年、ハイブリッド車等の電気自動車用のモーターは、インバータで発生させた高周波の交流によって駆動することが多いので、例えば、図１０の場合には、導体線１０３に流れる電流が表皮効果によって導体素線１０１の表面付近に集中して交流抵抗が大きくなってしまう。

そこで、スロット１３０ｂの内部における導体線１０３の充填率、すなわち、所定面積に占める導体の面積（導体占積率）を高めると共に、表皮効果及び渦電流による交流抵抗を低くするために、スロットの内部に挿入する導体として、例えば、特許文献１〜３に記載されたような集合導体を利用することができる。

そして、上記のような集合導体では、複数の導体線が束ねられていることにより、表皮電流が分断されると共に、隣接する導体線の間で渦電流が打ち消されるので交流抵抗を低くできる。しかしながら、複数の導体線が撚り状態に束ねられて構成された集合導体では、その撚り構造によって、デッドスペースが形成されて導体占積率が低下したり、局所的なコイルが形成されて渦電流が発生してしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体における導体占積率を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、各々、全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有する複数の導体線を無撚り状態で一体化するようにしたものである。

具体的に本発明に係る集合導体は、各々、全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有する複数の導体線が無撚り状態で一体化した集合導体であって、上記各導体線は、導体素線と、該導体素線を覆うように設けられた絶縁性を有する被覆層と、該被覆層を覆うように設けられた結着層とを有し、上記結着層を介して互いに結着されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、集合導体を構成する各導体線が集合導体の全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有していると共に、各導体線を構成する導体素線同士が被覆層によって絶縁された状態で各導体線の間が結着層を介して密に結着されているので、集合導体における導体占積率が向上する。また、集合導体を構成する各導体線が無撚り状態で一体化されているので、局所的なコイルが形成されず渦電流の発生が抑制される。したがって、渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体における導体占積率を向上させることが可能になる。

上記導体素線の横断面は、矩形状に形成されていてもよい。

上記の構成によれば、導体線を構成する導体素線の横断面が矩形状であるので、導体線の横断面も矩形状になる。そのため、各導体線の側面を重ね合わせることにより、導体線が幅方向及び高さ方向に容易に整列されるので、集合導体における導体占積率を向上させることが可能になる。

上記各導体線の横断面は、矩形状に形成されていてもよい。

上記の構成によれば、各導体線の横断面が矩形状になるので、各導体線の側面を重ね合わせることにより、導体線が幅方向及び高さ方向に容易に整列され、集合導体における導体占積率を向上させることが可能になる。

上記被覆層は、電着塗装により形成されていると共に、上記結着層は、ディップ塗装により形成されていてもよい。

上記の構成によれば、被覆層が電着塗装により形成されているので、被覆層が均一な薄膜で導体素線の角部にも確実に形成されている。そのため、被覆層の横断面積が小さくなり導体線における導体占積率が向上すると共に、各導体素線間の絶縁性が向上する。さらに、結着層がディップ塗装により形成されているので、結着層を一般的な方法で形成させることが可能になる。

インバータ駆動されるモーターが用いられる電気自動車では、モーターの高効率化のために、モーターを構成するステータコアのスロットの内部における導体占積率の向上が望まれている。したがって、本発明は、インバータ駆動されるモーターのコイル用として特に有効である。

本発明によれば、各々、全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有する複数の導体線が無撚り状態で一体化されているため、渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体における導体占積率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《発明の実施形態１》
図１〜図７は、本発明に係る集合導体の実施形態１を示している。

図１は、本実施形態に係る集合導体１０の斜視図である。

集合導体１０は、図１に示すように、無撚り状態で幅方向（図中横方向）及び高さ方向（図中縦方向）に整列するように一体化された複数の導体線３を有し、各導体線３が表面に形成された結着層４によって互いに結着されている。ここで、上記一体化とは、隣り合う導体線３の結着層４同士の接触界面がなくなることをいう。

導体線３は、矩形状の横断面を有する線状の導体素線１と、その導体素線１を覆うように設けられた絶縁性を有する被覆層２と、その被覆層２を覆うように設けられた結着層４とを備えている。そして、導体線３（導体素線１）の矩形状の横断面形状が、集合導体１０の矩形状の全体横断面形状を分割した一部分の形状になっている。

ここで、導体素線１（及び導体線３）の横断面形状である矩形状とは、図７（ａ）〜図７（ｅ）に示すような形状である。すなわち、矩形状には、図７（ａ）に示すような角部が直角である横断面正方形、図７（ｂ）に示すような角部が直角である横断面長方形、図７（ｃ）に示すような角部がＲである横断面正方形、図７（ｄ）に示すような角部がＲである横断面長方形、及び図７（ｅ）に示すように、対向する一対の辺が平行であり且つ他方が弧状である形状（横断面トラック状）等が含まれる。

上記図７（ａ）〜図７（ｅ）の各形状は、導体の母線をダイスによる伸線として形成したり、ローラ圧延等の加工成型装置により加工形成することができる。

また、図７（ｅ）の横断面トラック状のものは、丸線の母線を一方向から圧延して、加工成型すればよい。

導体素線１の横断面形状は、占積率や生産性の観点から、上記矩形状が好ましいが、その他に、三角形、六角形等の多角形であってもよい。また、矩形状の横断面を有する導体素線１は、表面積が比較的小さい平角線であるので被覆層２の占める面積を小さくすることができ、種々のサイズの集合導体１０に適応させることができる。さらに、矩形状の横断面を有する導体素線１において、長辺の長さを短辺の１倍〜１．５倍（好ましくは１倍〜１．２倍）とすることで、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは自然数、例えば、図１に示すように３行６列）に整列させたとき、導体占積率が向上し大表面積の絶縁導体が得られるので、ハイブリッド車等の電気自動車に用いられるモーター（高周波の交流が流れる導体線を含む）の小型化及び軽量化を実現させることができる。

なお、集合導体１０を構成する各導体素線１の横断面形状は、全て同じでなくてもよい。

導体素線１のサイズは、例えば、一辺が０．０５ｍｍ〜２ｍｍ（好ましくは０．０５ｍｍ〜１ｍｍ）であり、０．０３ｍｍφ〜２．０ｍｍφの丸線に対応するサイズであればよく、横断面積としては、０．０００７ｍｍ²〜４ｍｍ²となる。

導体素線１の材質は、銅、アルミニウム、銀、鉄、金、又は、それらの合金等の導電性を有する材料である。

被覆層２の材質としては、ディップ塗装によって形成されるものとして、ポリアミドイミド系、ポリエステルイミド系、ポリエステル系、ウレタン系、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系、ポリビニルホルマール系等の樹脂が挙げられ、電着塗装によって形成されるものとして、アクリル系、ポリエステル系、ポリイミド系、エポキシ系、ウレタン系等の樹脂が挙げられる。特に、耐熱性を考慮する場合には、ポリイミド系、ポリアミドイミド系等の樹脂が好ましい。また、半田による接続性を考慮する場合には、熱分解が容易なウレタン系の樹脂が好ましい。さらに、曲げ等の変形による追随性を考慮する場合には、アクリル系の樹脂が好ましい。また、被覆層２は、導体素線１の表面を酸化させた酸化被膜であってもよい。

被覆層２の膜厚は、電着塗装の場合、１μｍ〜５μｍ（好ましくは１μｍ〜３μｍ）であり、ディップ塗装の場合、１μｍ〜１０μｍである。ここで、電着塗装の場合には、導体素線１の表面に１μｍ程度の均一な薄膜を形成することができるので、被覆層２の横断面積が小さくなり、導体線３における導体占積率を向上させることができる。また、電着塗装の場合には、導体素線１の角部にも被覆層２を確実に形成することができる。具体的には、導体素線１の幅方向の端部における被覆層２の厚さが、導体素線１の幅方向の中央部における被覆層２の厚さと同じに形成されるので、集合導体１０における導体占積率を低下させることなく、集合導体１０における各導体素線１間の絶縁性を向上させることができる。さらに、図２に示すように、導体素線１の幅方向の端部（角部）における被覆層２の厚さｄ２を幅方向における中央部の被覆層２の厚さｄ１よりも大きく形成してもよい。この場合、厚さｄ１及びｄ２は、５μｍ〜１０μｍとなる。これによれば、導体素線１の角部における被覆層２が強化されるので、集合導体１０における各導体素線１間の絶縁性を向上させることができる。なお、高い耐圧性が求められない場合には、被覆層２が導体素線１の表面に均一に形成されていなくてもよい。

結着層４としては、融着材として、ポリビニルブチラール系、ポリアミド系、エポキシ系、ポリエステル系等の熱融着性を有する樹脂や、アルコール可溶に変性されたポリアミド系等のアルコール融着性を有する樹脂が挙げられ、接着剤として、ＥＶＡ系、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、クロロプレン系、シアノアクリレート系、シリコーン系、ニトリル系、ＰＶＣ系、酢酸ビニル系の樹脂が挙げられる。なお、結着層４は、上記のような樹脂によって構成されているので、集合導体１０における各導体素線１間の絶縁性を向上させることもできる。

結着層４の膜厚は、０．５μｍ〜３μｍである。ここで、結着層４は、集合導体１０において各導体線３を固定できれば、導体線３の表面に均一に形成されていなくてもよい。

なお、集合導体１０の最外層に耐圧性が必要な場合には、集合導体１０の表面に、ポリイミド系、アラミド系、ポリエステル系、ナイロン系等の絶縁性を有するテープを巻装したり、被覆層２と同様な樹脂をディップ塗装してもよい。

上記構成の集合導体１０は、図３に示すように、モーターを構成するステータコア３０の各スロット３０ｂの内部に複数層（例えば、４層）に整列して配置される。これによれば、円形の横断面を有する導体線１０３が複数本配置された場合（図１０参照）のように、スロットの内部においてデッドスペースが形成されることを抑制することができる。ここで、ステータコア３０は、円筒状に形成され、その内周壁又は外周壁において、周方向に交互に形成された凸条部３０ａ及び凹条部（スロット３０ｂ）を複数備えている。なお、図３では、曲面状のステータコア３０を平面状に置き換えて図示しているが、スロット３０ｂは、例えば、底部分の幅が４ｍｍ程度であり、開口部分の幅が６ｍｍ程度であり、深さが３０ｍｍ程度である。

次に、上記構成の集合導体１０の製造方法について一例を挙げて説明する。ここで、集合導体１０は、図４の上面図、及び図５の側面図に示す集合導体製造装置５０を用いて製造される。

この集合導体製造装置５０では、複数の巻き出しロール２０と、第１ガイドロール２１と、第１ダイス２２ａと、結着処理室２３と、第２ダイス２２ｂと、第２ガイドロール２４と、巻き取りロール２５とが一列に連なるように設けられている。

第１ガイドロール２１は、各巻き出しロール２０から巻き出される導体線３を第１ダイス２２ａに案内するものである。

第１ダイス２２ａは、図６に示すように、第１ガイドロール２１から供給される結着層４が表面に形成された複数の導体線３を幅方向及び高さ方向に整列状態に矯正するための矯正治具である。なお、図６は、図４中のVI−VI線に沿った第１ダイス２２ａの断面図である。

結着処理室２３は、整列させた導体線３同士を結着するためのものである。ここで、結着層４として熱融着性を有する融着材を用いる場合の結着処理室２３は、整列させた複数の導体線３を加熱するヒーターを備えている。また、結着層４としてアルコール融着性を有する融着材を用いる場合の結着処理室２３は、整列させた複数の導体線３にアルコールを塗布するコーターを備えている。さらに、結着層４として接着剤を用いる場合の結着処理室２３は、整列させた複数の導体線３に接着剤を塗布するコーターと、塗布された接着剤を乾燥（硬化）するヒーターとを備えている。

第２ダイス２２ｂは、第１ダイス２２ａと同様に、複数の導体線３を幅方向及び高さ方向に整列状態に矯正するための矯正治具である。

第２ガイドロール２４は、第２ダイス２２ｂから供給される集合導体１０を巻き取りロール２５に案内するものである。

以下に、結着層４として熱融着性を有する融着材を用いた場合の集合導体１０の製造方法について説明する。

まず、矩形状の横断面を有する導体素線１の表面に、エポキシ変性アクリル樹脂系の水分散ワニスを電着塗装した後に、乾燥及び焼き付け処理を行うことにより、表面に被覆層２を備えた導体線３を形成する。

続いて、導体線３の表面に、エポキシ系ワニスをディップ塗装して、表面に結着層４を形成する。このとき、結着層４が形成された導体線３を複数の巻き出しロール２０に巻き取る。

さらに、各巻き出しロール２０を集合導体製造装置５０にセットして、各巻き出しロール２０から導体線３を巻き出し、第１ガイドロール２１を経由させて、図６に示すように、複数の導体線３を第１ダイス２２ａ及び第２ダイス２２ｂの内部に整列状態に配置させる。

次いで、結着処理室２３を作動させ、整列状態に配置された各導体線３を加熱する。このとき、隣接する導体線３が相互に融着一体化して、集合導体１０が得られる。

最後に、第２ガイドロール２４を経由させて、集合導体１０を巻き取りロール２５に巻き取る。

以上のようにして、集合導体１０を製造することができる。

以上説明したように、本実施形態の集合導体１０によれば、集合導体１０を構成する各導体線３が集合導体１０の矩形状の全体横断面形状を分割した一部分の形状、すなわち、矩形状の横断面を有していると共に、各導体線３を構成する導体素線１同士が被覆層２によって絶縁された状態で各導体線３の側面を重ね合わせることにより各導体線３の間が結着層４によって密に結着されているので、集合導体１０における導体占積率を向上させることができる。また、集合導体１０を構成する各導体線３が無撚り状態で一体化されているので、局所的なコイルが形成されず渦電流の発生を抑制することができる。したがって、渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体１０における導体占積率を向上させることができる。

また、集合導体１０は、複数の導体線３が一体化して構成されているので、表皮電流が分断されると共に、隣接する導体線３の間で渦電流が打ち消されるので交流抵抗を低くでき、電流損失を小さくすることができる。

さらに、集合導体１０では、電着塗装により、被覆層２を薄く形成することができるので、集合導体１０及び各導体線３における導体占積率が向上し、モーター効率を高くすることができる。

また、集合導体１０は、各導体線３が結着層４によって固定されているので、曲げ等によって変形させても各導体線３を整列した状態に保持することができる。そして、集合導体１０は、単線の導体線を複数本束ねて成形するよりも、成形が容易であるので、種々の形状のコイルに適応させることができる。

さらに、集合導体１０では、各導体線３が樹脂により構成された結着層４によって結着されているので、溶剤処理や加熱等によって結着を解除することができる。

また、集合導体１０は、矩形状の横断面を有する平角線になるので、ハンドリングが容易である。

《その他の実施形態》
上記実施形態１では、導体線３（導体素線１）の横断面形状が矩形状である集合導体１０について説明したが、本発明は、例えば、図８に示すように、各導体線３（導体素線１）の横断面形状が円形であると共にその導体線３が縦横に配列されたｍ行ｎ列タイプの集合導体、及び図９に示すように、各導体線３（導体素線１）の横断面形状が円形であると共にその導体線３が最密状に配列された最密配置タイプの集合導体についても適用することができる。

以上説明したように、本発明は、集合導体における導体占積率を向上させることができるので、インバータ駆動されるモーターのコイル用の導体として有用である。

実施形態１に係る集合導体１０の斜視図である。集合導体１０を構成する導体線３の一例を示す断面模式図である。ステータコア３０のスロット３０ｂの内部に集合導体１０を配置させた状態を示す断面図である。集合導体１０を製造する集合導体製造装置５０の上面図である。集合導体１０を製造する集合導体製造装置５０の側面図である。図４中のVI−VI線に沿った第１ダイス２２ａの断面図である。導体素線１の横断面形状である矩形状の例を示す断面図である。その他の実施形態に係る第１の集合導体の断面図である。その他の実施形態に係る第２の集合導体の断面図である。ステータコア１３０のスロット１３０ｂの内部に円形の横断面を有する導体線１０３を配置させた状態を示す断面図である。

符号の説明

１導体素線
２被覆層
３導体線
４結着層
１０集合導体

Claims

各々、全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有する複数の導体線が無撚り状態で一体化した集合導体であって、
上記各導体線は、導体素線と、該導体素線を覆うように設けられた絶縁性を有する被覆層と、該被覆層を覆うように設けられた結着層とを有し、上記結着層を介して互いに結着されていることを特徴とする集合導体。
請求項１に記載された集合導体において、
上記導体素線の横断面は、矩形状に形成されていることを特徴とする集合導体。
請求項１又は２に記載された集合導体において、
上記各導体線の横断面は、矩形状に形成されていることを特徴とする集合導体。
請求項１乃至３の何れか１つに記載された集合導体において、
上記被覆層は、電着塗装により形成されていると共に、上記結着層は、ディップ塗装により形成されていることを特徴とする集合導体。
請求項１乃至４の何れか１つに記載された集合導体において、
インバータ駆動されるモーターのコイル用であることを特徴とする集合導体。