JP2013069563A - 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の外周に接触して覆うように設けられた金属層１２とを有する。
【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、該導体線束の外周に接触して覆うように設けられた金属層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、導体線束の外周に接触して覆うように金属層が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１に係る集合導体の斜視図である。 実施形態１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。 （ａ）及び（ｂ）は実施形態１に係る集合導体の製造方法の説明図である。 実施形態２に係る集合導体の斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は実施形態２に係る集合導体の製造方法の説明図である。 実施形態３に係る集合導体の斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は実施形態３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。

（実施形態１）
図１は、実施形態１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。

実施形態１に係る集合導体１０は、導体線束１１の外周に接触して覆うように金属層１２が設けられ、そして、その金属層１２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。

実施形態１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以上で、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は、横断面形状が円形や四角形で、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成形加工してもよい。その場合の成形加工の方法に制限はないが、２方向圧延、ローラダイスによる４方向圧延、引抜加工、スウェ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以上で、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或いは円形由来の形状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。

金属層１２は、導体線束１１の全体としての形状を保持すると共に、後加工により圧延などにより成形された場合に塑性変形して全体としての形状を保持する効果を有する。

このため、金属層１２は、長さ方向に沿って界面１２ａを有する金属管で構成されている。界面１２ａは、溶接などにより接合されていてもよく、また、接合されていなくてもよいが、全体としての形状を保持する点で、接合されていた方が好ましい。

金属層１２を構成する金属管の横断面外郭形状としては、集合導体１０及び導体線束１１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。金属管の横断面内郭形状は、導体線束１１が内嵌めされると共にその外周に接触する形状であれば特に限定されない。金属管の内周面と導体線束１１との間には、空間が形成されていてもよく、また、空間が形成されていなくてもよい。

金属層１２を構成する金属管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。金属管は、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、金属管をそれよりも強度の高い黄銅で形成してもよい。金属管は、内周面及び／又は外周面が絶縁被覆されていてもよい。

界面１２ａは、長さ方向に沿って直線状に設けられていてもよく、また、長さ方向に沿って螺旋状に設けられていてもよい。金属管の肉厚は例えば０．０１〜３ｍｍであるが、形状保持する点や表皮効果抑制する点を考慮すると、０．０５〜１ｍｍであることが好ましい。

絶縁被覆材１３としては、例えば、金属層１２を被覆するように螺旋状に巻き付けた樹脂テープ、金属層１２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の外周に接触して覆うように金属層１２が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、実施形態１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を被覆するように設けられた金属層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。

実施形態１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、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、図６（ａ）に示すように、その導体線束１１に帯状金属材１２’を縦添えすると共に導体線束１１を両側から包むように幅方向に湾曲させ、そして、両側端を付き合わせて或いは両側端部をオーバーラップさせて溶接して金属管で構成された金属層１２を形成し、最後に、金属層１２で被覆した導体線束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。また、図６（ｂ）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た導体線束１１に帯状金属材１２’を長さ方向に沿って両側端を付き合わせながら或いは両側端部をオーバーラップさせながら螺旋状に巻き付け、そのオーバーラップ部分を溶接する方法も挙げられる。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、それを被覆するように金属層１２を設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、それを被覆するように金属層１２を設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、それを被覆するように金属層１２を設けた後、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。なお、導体線束１１を形成した後、金属層１２を設けるまでの間のサポートとして、導体線束１１の外周に粘着層を有さない紙テープ或いは樹脂テープのテープ材を螺旋状に仮巻きしてもよい。

（実施形態２）
図７は、実施形態２に係る集合導体１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。

実施形態２に係る集合導体１０では、金属層１２は、シームレスの金属管で構成されている。

実施形態２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８（ａ）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、その導体線束１１を金属層１２を構成する金属管に内嵌めするように挿通し、最後に、金属層１２で被覆した導体線束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。また、図８（ｂ）に示すように、予め金属層１２を構成する金属管を絶縁被覆材１３で被覆し、そこに複数の導体線１１０を無撚り状態に束ねると共に平行に引き揃えた導体線束１１を内嵌めするように挿通する方法も挙げられる。

その他の構成及び作用・効果は実施形態１と同一である。

（実施形態３）
図９は、実施形態３に係る集合導体１０を示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は実施形態１と同一符号で示す。

実施形態３に係る集合導体１０では、金属層１２は、導体線束１１に長さ方向に沿って螺旋状に巻き付けられた金属テープで構成されている。

金属テープは、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。金属テープの幅は例えば０．５〜２０ｍｍ及び厚さは例えば０．０１〜１ｍｍである。

金属層１２を構成する金属テープ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。金属テープは、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、金属テープをそれよりも強度の高い黄銅で形成してもよい。金属層１２を構成する金属テープは、表面及び／又は裏面が絶縁被覆されていてもよい。

金属層１２を構成する金属テープは、導体線束１１の外周に単一のテープ層からなる金属層１２を形成するように設けられていてもよく、また、複数のテープ層の積層構造からなる金属層１２を形成するように設けられていてもよい。金属テープで構成された金属層１２の厚さは例えば０．０１〜２ｍｍである。

金属層１２は、単一の金属テープで構成されていてもよく、また、複数の金属テープで構成されていてもよい。後者の場合、金属テープの本数は例えば１〜３本である。また、複数の金属テープは、同一の材質及び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。

金属層１２を構成する金属テープの導体線束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。金属層１２が複数の金属テープで構成される場合、複数の金属テープは、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。

金属層１２を構成する金属テープの導体線束１１への巻き付け螺旋ピッチは例えば０．０５〜２００ｍｍである。金属テープは、螺旋ピッチを密にして例えばラップ巻きで導体線束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ギャップ巻きでテープ間から導体線束１１が露出するように設けられていてもよい。金属層１２が複数の金属テープで構成される場合、複数の金属テープは、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。

実施形態３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１０（ａ）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、その外周に金属層１２を構成するための金属テープＴ１を螺旋状に巻き付け、最後に金属層１２で被覆した導体線束１１を樹脂テープの巻き付け或いは押出成形により絶縁被覆材１３で被覆する方法が挙げられる。また、図１０（ｂ）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た導体線束１１の外周に、裏面層が金属層１２を構成するための金属テープＴ１及び表面層が絶縁被覆材１３を構成するための樹脂テープＴ２にそれぞれ構成された複合テープＴを螺旋状に巻き付ける方法も挙げられる。

その他の構成及び作用・効果は実施形態１と同一である。

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 金属層
１２’ 帯状金属材
１２ａ 界面
１３ 絶縁被覆材
Ｔ 複合テープ
Ｔ１ 金属テープ
Ｔ２ 樹脂テープ

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、該導体線束の外周に接触して覆うように設けられた金属層と、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、
   上記金属層が金属管で構成されている集合導体。
3. 請求項２に記載された集合導体において、
   上記金属層を構成する金属管が長さ方向に沿って接合部を有する集合導体。
4. 請求項２に記載された集合導体において、
   上記金属層を構成する金属管がシームレスである集合導体。
5. 請求項１に記載された集合導体において、
   上記金属層が上記導体線束に長さ方向に沿って螺旋状に巻き付けられた金属テープで構成されている集合導体。
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、
   上記金属層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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