JP2013069562A - 集合導体及びそれを用いたコイル - Google Patents

Abstract

【課題】複数の導体線の集束性が優れる集合導体を提供する。
【解決手段】集合導体１０は、各々、絶縁被覆された複数の導体線１１０が無撚り状態に束ねられた導体線束１１と、導体線束１１に、その長さ方向に沿って螺旋状に巻き付けられるように設けられた金属線１２とを有する。上記金属線が、複数である集合導体が好ましい。より好ましくは、上記複数の金属線が無撚り状態に束ねられている集合導体である。更に好ましくは、上記複数の金属線のそれぞれが絶縁被覆されている集合導体である。
【選択図】図１

Description

本発明は集合導体及びそれを用いたコイルに関する。

複数の導体線が無撚り状態で束ねられた導体線束からなる集合導体がモーターのコイル等の用途で用いられている。

特許文献１には、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結着層を介して無撚り状態で一体化した導体線束からなる集合導体が開示されている。

特許文献２には、導体線束が絶縁層で被覆された集合導体が開示されている。

特開２００７−２２７２４１号公報 特開２０１０−５５８０６号公報

本発明の課題は、複数の導体線の集束性が優れる集合導体及びそれを用いたコイルを提供することである。

本発明は、各々、絶縁被覆された複数の導体線が無撚り状態に束ねられた導体線束と、該導体線束に、その長さ方向に沿って螺旋状に巻き付けられるように設けられた金属線とを有する集合導体である。

本発明は、本発明の集合導体を巻いてなるコイルである。

本発明によれば、導体線束の長さ方向に沿って金属線が螺旋状に巻き付けるように設けられているので、導体線束を構成する複数の導体線について優れた集束性を得ることができる。

実施形態に係る集合導体の斜視図である。 実施形態に係る横断面形状が平角形状の集合導体の横断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は横断面形状が平角形状の集合導体の横断面概略図である。 導体線の線間に空間を有さない集合導体の横断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は横断面形状が平角形状である従来の集合導体をエッジワイズ曲げ加工したときの課題を示す説明図である。 実施形態に係る集合導体の製造方法の説明図である。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態に係る集合導体１０を示す。本実施形態に係る集合導体１０は、例えば、巻かれる加工が施されることにより、電気自動車用のインダクションモーターのステータコアに取り付けられるコイルとして用いられるものである。

本実施形態に係る集合導体１０は、導体線束１１の長さ方向に沿って金属線１２が螺旋状に巻き付けるように設けられ、そして、その金属線１２が巻き付けられた導体線束１１を被覆するように絶縁被覆材１３が設けられた構成を有する。

本実施形態に係る集合導体１０の横断面形状としては、例えば、図１に示すような円形や図２に示すような平角形状の他、正方形、扇形等が挙げられる。横断面形状が円形の場合、外径は例えば０．１５〜１５ｍｍである。横断面形状が平角形状の場合、幅は例えば０．１５ｍｍ以上及び厚さは例えば０．１５〜１５ｍｍである。なお、本出願における平角形状には、図３（ａ）に示すような角部を有する矩形の他、図３（ｂ）に示すような角部が丸くなった略矩形や図３（ｃ）に示すような上下の辺が直線で且つ両側の辺が円弧状である陸上競技用トラック形状の偏平な断面略矩形も含まれる。

なお、集合導体１０の横断面形状は、円形や四角形で作製後、正方形、長方形或いはその他のあらゆる断面形状に加工してもよい。その場合、成形加工方法に特に制限はないが、２方向圧延、ローラーダイス等による４方向圧延、引抜加工、スエージング加工などが好適である。

導体線束１１は、各々、絶縁被覆された複数の導体線１１０が無撚り状態に束ねられると共に平行に引き揃えられて構成されている。かかる構成の導体線束１１により、高周波電流を通電したときの渦電流損失を小さくすることができる。

導体線束１１の横断面形状としては、集合導体１０の場合と同様、例えば、円形や平角形状の他、正方形、扇形等が挙げられる。導体線束１１を構成する導体線１１０の本数は例えば、５本以上、好ましくは、７本以上である。導体線束１１は、横断面形状が円形の場合、外径が例えば０．１〜１０ｍｍであり、横断面形状が平角形状の場合、幅が例えば０．１ｍｍ以上及び厚さが例えば０．１〜１０ｍｍである。

導体線束１１を構成する複数の導体線１１０は、図１に示すように線間に空間を有していてもよく、また、図２及び４に示すように線間に空間を有していなくてもよい。導体線束１１を構成する複数の導体線１１０は、線間が結着剤や接着剤により密着していてもよい。かかる結着剤としては、例えば、熱融着性のポリビニルブチラール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等が挙げられる。接着剤としては、例えば、ＥＶＡ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、クロロプレン系樹脂、シアノアクリレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ニトリル系樹脂、ＰＶＣ系樹脂、酢酸ビニル系樹脂等が挙げられる。結着剤や接着剤の層厚は例えば０．５μｍ〜３μｍである。

導体線１１０の横断面形状としては、例えば、円形、正方形や長方形の矩形、その他の多角形の他、導体線１１０の束を外側から圧縮して形成される不定形な形状等が挙げられる。但し、低コストであるという観点からは、導体線１１０の横断面形状は円形、正方形或いは、長方形であることが好ましい。導体線束１１を構成する複数の導体線１１０が線間に空間を有しない場合、各導体線１１０の横断面形状は、導体線束１１の全体横断面形状を分割した一部分の形状であってもよい。複数の導体線１１０は、同一の材質及び横断面形状を含む寸法構成を有するもので構成されていてもよく、また、異なる材質や横断面形状を含む寸法構成を有するものが混在して構成されていてもよい。導体線１１０は、横断面形状が円形の場合、外径が例えば０．０１〜３ｍｍであり、矩形の場合、一辺が例えば０．０１〜３ｍｍである。但し、表皮効果を抑制する効果を考慮すると外径或いは一辺の長さは０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。

各導体線１１０は、導体線本体１１１とその外周表面の絶縁被覆層１１２とを有する。

導体線本体１１１を形成する金属材料としては、例えば、タフピッチ銅や無酸素銅などの銅の他、アルミニウム、金、銀、鉄、或いはそれらの合金等が挙げられる。導体線本体１１１の横断面形状及び寸法構成は実質的には導体線１１０のものと同一である。絶縁被覆層１１２を形成する絶縁材料としては、例えば、ポリアミドイミド系樹脂（ＡＩＷ）、ポリエステルイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂（ＰＥＷ）、ウレタン系樹脂（ＵＥＷ）、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリビニルホルマール系樹脂等が挙げられる。絶縁被覆層１１２は、ディップ塗装により形成されたものであってもよく、また、エナメルワニス等を用いた電着塗装により形成されたものであってもよい。さらに、絶縁被覆層１１２は表面酸化被膜で構成されていてもよい。絶縁被覆層１１２の厚さは例えば０．００１〜０．５ｍｍである。

金属線１２の横断面形状としては、例えば、円形や矩形の他、外側から圧縮して形成される不定形な形状等が挙げられる。金属線１２は、導体線１１０の横断面形状と同一の横断面形状であってもよく、また、導体線１１０の横断面形状とは異なる横断面形状であってもよい。金属線１２は、導体線１１０よりも細くてもよく、また、導体線１１０よりも太くてもよく、さらに、導体線１１０と同一の太さであってもよい。

このため、金属線１２には導体線束１１の全体の形状を保持するとともに、後の加工で圧延などにより成形された場合、塑性変形して全体としての形状を保持する効果も有する。

金属線１２を形成する金属材料としては、導体線本体１１１と同様、例えば、タフピッチ銅や無酸素銅などの銅の他、アルミニウム、金、銀、鉄、或いはそれらの合金等が挙げられる。金属線１２は、導体線本体１１１を形成する金属材料と同一の金属材料で形成されていてもよく、また、導体線本体１１１を形成する金属材料とは異なる金属材料で形成されていてもよい。後者の場合、例えば、導体線本体１１１をタフピッチ銅や無酸素銅で形成する一方、金属線１２をそれよりも強度の高い黄銅で形成してもよい。金属線１２は、絶縁被覆されていてもよく、導体線１１０と同様、金属線本体とその外周表面の絶縁被覆層とを有してもよい。金属線１２は、横断面形状が円形の場合、外径が例えば０．０１〜３ｍｍであり、矩形の場合、一辺が例えば０．０１〜３ｍｍである。

金属線１２は、導体線束１１の外周に線材の単一層を形成するように設けられていてもよく、また、線材の複数層の積層構造を形成するように設けられていてもよい。金属線１２が巻き付けられて形成された線材の層の総厚さは例えば０．０１〜３ｍｍである。

金属線１２は、単一線で構成されていてもよく、また、複数線で構成されていてもよい。後者の場合、金属線１２の本数は例えば１〜１００本である。複数の金属線１２は、同一の材質及び横断面形状を含む寸法構成を有するもので構成されていてもよく、また、異なる材質や横断面形状を含む寸法構成を有するものが混在して構成されていてもよい。複数の金属線１２は、撚り線に構成されていてもよい。

金属線１２の導体線束１１への巻き付け螺旋方向は、右螺旋方向であってもよく、また、左螺旋方向であってもよい。金属線１２が複数の場合、複数の金属線１２は、右螺旋方向及び左螺旋方向のうちいずれか一方の方向のみに導体線束１１に巻き付けられていてもよく、また、右螺旋方向及び左螺旋方向の両方の方向が混在して導体線束１１に巻き付けられていてもよい。

金属線１２の導体線束１１への巻き付け螺旋ピッチは例えば０．１〜１００ｍｍである。金属線１２は、螺旋ピッチを密にして導体線束１１を被覆するように設けられていてもよく、また、螺旋ピッチを疎にして金属線１２間から導体線束１１が露出するように設けられていてもよい。金属線１２が複数の場合、複数の金属線１２は、単一の巻き付け螺旋ピッチで導体線束１１に巻き付けられていてもよく、また、複数の巻き付け螺旋ピッチが混在して導体線束１１に巻き付けられていてもよい。

絶縁被覆材１３としては、例えば、金属線１２が巻き付けられた導体線束１１を被覆するように螺旋状に巻き付けた樹脂テープ、金属線１２が巻き付けられた導体線束１１を被覆する絶縁樹脂層等が挙げられる。

絶縁被覆材１３を構成する樹脂テープとしては、例えば、ポリイミド樹脂製のもの等が挙げられる。樹脂テープは、裏面側にアクリル系等の粘着層を有していてもよく、また、かかる粘着層を有していなくてもよい。絶縁被覆材１３は、樹脂テープの単一層で構成されていてもよく、また、樹脂テープの複数層の積層構造で構成されていてもよい。樹脂テープの幅は例えば１〜２０ｍｍ及び厚さは例えば０．０１〜０．２ｍｍである。樹脂テープで構成された絶縁被覆材１３の厚さは例えば０．０１〜０．５ｍｍである。

絶縁被覆材１３を構成する絶縁樹脂層としては、例えば、ポリ塩化ビニル樹脂組成物、ポリエチレン樹脂組成物で形成されたもの等が挙げられる。絶縁樹脂層は、単一の樹脂材料で形成されていてもよく、また、複数の樹脂材料がブレンドされた材料で形成されていてもよい。絶縁樹脂層の絶縁被覆材１３の厚さは例えば０．０１〜２ｍｍである。

以上の構成の本実施形態に係る集合導体１０によれば、導体線束１１の長さ方向に沿って金属線１２が螺旋状に巻き付けるように設けられているので、導体線束１１を構成する複数の導体線１１０について優れた集束性を得ることができる。

また、一般に、横断面形状が平角形状の集合導体の場合、コイルを形成するためにエッジワイズ巻き加工を施すと、曲げ外側に引張変形及び曲げ内側に圧縮変形がそれぞれ加わることとなる。図５（ａ）に示すように、複数の導体線１１’を束ねただけの従来の集合導体１０’では、エッジワイズ巻き加工を施した際、曲げ外側の導体線１１’が引張変形し、仮に結着剤等により密着していたとしても、それに抗して他の導体線１１’から外れて外方に飛び出したような形態を呈することがある。また、図５（ｂ）に示すように、エッジワイズ巻き加工を施した後に不具合等の理由から一旦真っ直ぐに戻して再加工しようとしても、曲げ外側の導体線１１’が引張変形から完全に復帰できず、他の導体線１１’から剥離して弓形に膨出したような形態を呈し、そのためそれを再使用することができない。しかしながら、本実施形態に係る横断面形状が平角形状の集合導体１０によれば、エッジワイズ巻き加工を施しても、導体線束１１に巻き付けられた延性及び展性を有する金属線１２によって曲げ外側の引張変形及び曲げ内側の圧縮変形が吸収されるので、曲げ外側の導体線１１０が他の導体線１１０から外れて外方に飛び出すのを抑制することができる。また、エッジワイズ巻き加工を施した後に一旦真っ直ぐに戻しても、曲げ外側の導体線１１０が他の導体線１１０から剥離して弓形に膨出することが抑制されるので、それを再加工して再利用することができる。

本実施形態に係る集合導体１０の製造方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、図６に示すように、複数の導体線１１０を無撚り状態に束ねると共に平行に引き揃えて導体線束１１を形成した後、その外周に粘着層を有さない紙テープ或いは樹脂テープ等のテープ材Ｔを螺旋状に仮巻きし、そして、その仮巻きしたテープ材Ｔを外しながら金属線１２を螺旋状に巻き付け、最後に、金属線１２を巻き付けた導体線束１１に対し、樹脂テープを巻き付ける加工、押出成形加工、或いは電着塗装加工を施すことにより絶縁被覆材１３で被覆する方法が挙げられる。横断面形状が平角形状の集合導体１０の場合には、例えば、横断面形状が正方形等の矩形の導体線１１０をｍ行×ｎ列（ｍ≧１，ｎ≧１，ｍ＝ｎ≠１）に配列させて横断面形状が平角形状の導体線束１１を形成し、その外周に金属線１２を螺旋状に巻き付けて製造してもよく、また、横断面形状が円形の導体線１１０を束ねて導体線束１１を形成した後、それに型ロールによる圧延加工やダイスを用いた引き抜き加工を施して横断面形状を平角形状に形成し、その外周に金属線１２を螺旋状に巻き付けて製造してもよく、さらに、横断面形状が円形の導体線１１０を束ねて導体線束１１を形成し、その外周に金属線１２を螺旋状に巻き付けた後、それに型ロールによる圧延加工やダイスを用いた引き抜き加工を施して横断面形状を平角形状に形成して製造してもよい。

本発明は集合導体について有用である。

１０ 集合導体
１１ 導体線束
１１０ 導体線
１１１ 導体線本体
１１２ 絶縁被覆層
１２ 金属線
１３ 絶縁被覆材
Ｔ テープ材

Claims (8)

1. 各々、絶縁被覆された複数の導体線が無撚り状態に束ねられた導体線束と、該導体線束に、その長さ方向に沿って螺旋状に巻き付けられるように設けられた金属線と、を有する集合導体。
2. 請求項１に記載された集合導体において、
   上記金属線が複数である集合導体。
3. 請求項２に記載された集合導体において、
   上記複数の金属線が無撚り状態に束ねられている集合導体。
4. 請求項２又は３に記載された集合導体において、
   上記複数の金属線のそれぞれが絶縁被覆されている集合導体。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載された集合導体において、
   上記金属線が上記導体線束を被覆するように設けられている集合導体。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載された集合導体において、
   横断面形状が平角形状である集合導体。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載された集合導体において、
   上記金属線が巻き付けられた上記導体線束を被覆するように設けられた絶縁被覆材をさらに有する集合導体。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載された集合導体を巻いてなるコイル。

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