JP2013105641A - 集合導体及び集合導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】集合導体が後加工を受けても、集合導体を構成する各導体要素がバラバラになることを防止することである。
【解決手段】集合導体１０は、板状の導体１２を、同じ幅で折り曲げ、折り曲げられた部分を互いに向かい合せて積層して構成される折り曲げ導体と、折り曲げ導体の折り曲げられて向かい合う面の間に配置され面間絶縁層となる絶縁層２０と、折り曲げ導体の外周を覆い外周絶縁層となる絶縁層３０とを有する。絶縁層２０は、折り曲げられて向かい合う面の片側の面に対応する部分にのみ配置するものとできる。また、折り曲げを容易とするため、折り曲げの角部に折り目をつけることがよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、集合導体及び集合導体の製造方法に係り、特に、複数の導体を集合状態として用いる集合導体及び集合導体の製造方法に関する。

導体を配線等として用いるときに、複数の導体素線を接着や結束によって集合させた集合導体の形態とすることが行われる。集合導体を用いることによって、1本の導体素線では不十分な電力容量を大きくできる。また、1本の導体を複数の導体素線に分割することで、導体が磁界の中で用いられるときに生じる渦電流損失を低下させることができる。

例えば、特許文献１には、自己融着集合線として、導体の上に絶縁層と自己融着層を順次形成した自己融着絶縁素線の複数本を相互に接着して平行に束ね合わせ、その集合線の外周に熱可塑性の自己融着層を形成することが開示されている。

また、本発明に関連する技術として、特許文献２には、コイル用帯状絶縁導体の長手方向の両側縁部がワニス等の塗布が不十分なことがあることを指摘している。そこで、その両側縁部において、絶縁体被覆面を外側にして９０度を超える角度で同一方向または互いに異なる方向に折り曲げ、両側縁部が端部に来ないようにして、端部には絶縁塗布が十分に行われている側縁が来るようにすることが開示されている。

また、特許文献３には、回転電機巻線用導線として、断面が矩形の導体素線の表面を酸化させて絶縁被膜を形成し、その複数の素線を１層のみ並ぶように配置して融着材や接着材で結合することが述べられている。そして、他の層との間は、厚さ方向には互いに結合しないようにする。これによって、渦電流損失を抑制しながら、集合線を曲げやすくできると述べられている。

また、特許文献４には、シート状のコイルを積層して回転電機のステータを構成することが述べられている。この実施の形態３には、絶縁フィルムの表面と裏面とに交互にシート状のコイルを配置し、隣接するシート状のコイルの境界部が山折りまたは谷折りすることで、シートコイル付絶縁シートを折り畳む構成が開示されている。

特許文献５には、鋼板の一方側の面に、圧縮変形によって形成され凹状に窪んだ筋目が設けられ、この筋目を内側折り曲げ線として、鋼板を折り曲げることが述べられている。

特開平９−１６１５４７号公報 実公平８−４６５２号公報 特開２０１１−１８８７２１号公報 特開２００６−６７７５６号公報 特開平１０−１５６１９号公報

集合導体を得るためには、各導体素線の間の絶縁と、集合導体の全体としての外周に絶縁層を設ける必要がある。このために、各導体素線に絶縁層と接着層を設け、各導体素線を整列集合させ、接着材を硬化させて一体化し、さらに外周側を絶縁層で覆うことにすればよいが、工程が多くコストが高くなる。また、各導体素線の長さに相違がある場合や、接着が不十分であると、例えば曲げ加工等を行うと、各導体素線がバラバラになる可能性がある。

本発明の目的は、後加工において、各導体素線がバラバラになることを防止できる集合導体及び集合導体の製造方法を提供することである。

本発明に係る集合導体は、板状の導体を、同じ幅で折り曲げ、折り曲げられた部分を互いに向かい合せて積層して構成される折り曲げ導体と、折り曲げ導体の折り曲げられて向かい合う面の間に配置される面間絶縁層と、折り曲げ導体の外周を覆う外周絶縁層と、を有することを特徴とする。

また、本発明に係る集合導体の製造方法は、板状の導体の表面に面間絶縁層を設ける工程と、板状の導体の幅方向の両端側から荷重を掛けて板状の導体を幅方向に折り曲げ、折り曲げられた部分を向かい合せて積層する工程と、を含むことが好ましい。

本発明に係る集合導体の製造方法において、板状の導体の長手方向に折り目を付ける工程を含むことが好ましい。

また、本発明に係る集合導体の製造方法において、積層する工程の後に、積層された折り曲げ導体の外周を覆う外周絶縁層を設ける工程を含むことが好ましい。

また、本発明に係る集合導体の製造方法において、面間絶縁層を設ける工程は、積層する工程において折り曲げられて向かい合う面の片側の面に対応する部分にのみ予め絶縁層を配置することが好ましい。

上記構成の少なくとも１つにより、集合導体は、板状の導体を、同じ幅で折り曲げ、折り曲げられた部分を互いに向かい合せて積層して構成される折り曲げ導体を用いる。そして、折り曲げ導体の折り曲げられて向かい合う面の間に面間絶縁層を配置し、また、折り曲げ導体の外周を外周絶縁層で覆う。このように、積層された各導体部分は折り曲げによって接続されているので、曲げ加工等の後加工において、各導体部分がバラバラになることがない。

また、上記構成の少なくとも１つにより、集合導体の製造方法は、板状の導体の表面に面間絶縁層を設け、これを幅方向に折り曲げて積層する。この方法によれば、積層された各導体部分は折り曲げによって接続されているので、曲げ加工等の後加工において、各導体部分がバラバラになることがない。

また、集合導体の製造方法において、板状の導体の長手方向に折り目を付けるので、折り曲げて積層することが容易になる。

また、集合導体の製造方法において、積層された折り曲げ導体の外周に外周絶縁層を設ける。これによって、集合導体の全体としての絶縁が確保できる。

また、集合導体の製造方法において、積層する工程において折り曲げられて向かい合う面の片側の面に対応する部分にのみ予め面間絶縁層を配置する。折り曲げて積層されるときは、２つの導体の面が向かい合うことになるので、絶縁層は、その２つの導体のそれぞれに設けなくても、いずれか一方の面にのみ設ければよい。これによって、絶縁材等のコストを削減できる。

本発明に係る実施の形態の集合導体を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、集合導体を製造する手順を示す図である。 本発明に係る実施の形態の集合導体を製造する装置を示す図である。 本発明の実施の形態において、絶縁層の形成に他の例を用いたときの集合導体を製造する手順を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、集合導体をフープ材から形成するものとして述べるが、これは説明のための例示であって、適当な板材を折り曲げ積層する方法等を用いてもよい。

以下で述べる折り曲げ数、材料、板厚と幅の関係等は、説明のための例示であって、集合導体の仕様に合わせ適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、集合導体１０を示す図である。集合導体１０は、板状の導体１２を、同じ幅で折り曲げ、折り曲げられた部分を互いに向かい合せて積層して構成される折り曲げ導体と、折り曲げ導体の折り曲げられて向かい合う面の間に配置され面間絶縁層となる絶縁層２０と、折り曲げ導体１２の外周を覆い外周絶縁層となる絶縁層３０を有する。

このようにして構成される集合導体１０は、積層された各導体部分は折り曲げによって接続されているので、曲げ加工等の後加工において、各導体部分がバラバラになることがない。また、折り曲げられた各導体部分の間には面間絶縁層が配置され、これによって薄板が絶縁層によって絶縁されながら積層された形態となっているので、磁界の下におかれたときに生じる渦電流損失を低減することができる。

図２は、集合導体１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。最初に板状の導体１２の導体を準備する（Ｓ１０）。集合導体１０を配線導体として用いるときは、板状の導体１２は、導電率のよい金属板が用いられる。例えば、銅板等を板状の導体として用いることができる。

次に、板状の導体１２の表面に絶縁層２０を塗布して、絶縁層付導体１４を形成する（Ｓ１２）。絶縁層２０の塗布は、板状の導体１２の表面の全面と、裏面の全面にそれぞれ塗布される。絶縁層２０は、集合導体１０となったときに折り曲げられて向かい合う導体部分の間の電気的絶縁を行うための電気的絶縁層と、向かい合う導体部分を互いに接合するための接着材層の複合層とすることができる。電気的絶縁層としては、エナメル層、ワニス層等を用いることができる。接着材層としては、エポキシ樹脂層等を用いることができる。なお、後述する絶縁層３０とを区別するときには、Ｓ１２において塗布される絶縁層２０を面間絶縁層と呼ぶことができる。

また、絶縁層２０を複合層とせずに、１種類の絶縁材料を用いて、その材料で、電気的絶縁層の機能と接着層の機能とを兼ねさせるものとしてもよい。例えば、ワニス層で、電気的絶縁層の機能と接着層の機能とを兼ねさせることができる。なお、以下では、絶縁層２０は、複合層として構成されるものとして、説明を続ける。

絶縁層２０が塗布されると、絶縁材料がまだ硬化しないうちに、絶縁層付導体１４を、幅方向の両端側から荷重を掛けて幅方向に折り曲げ、折り曲げられた部分を向かい合せて積層し、折り曲げ導体１６を形成する（Ｓ１４）。折り曲げ角度は、１８０度となる。折り曲げの幅寸法は、各折り曲げの部分で同じとされる。これによって、板状の導体１２は、断面が矩形状の集合導体となる。

次に、折り曲げ導体１６の外周の全面に絶縁層３０を塗布する（Ｓ１６）。この絶縁層３０は、断面が矩形となった集合導体の外周を絶縁物で被覆するためである。Ｓ１６で塗布される絶縁層３０を、Ｓ１２の絶縁層２０と区別するときは、外周絶縁層と呼ぶことができる。

図３は、集合導体１０を製造する集合導体製造装置５０の構成を示す図である。集合導体製造装置５０は、板状の導体１２から連続した作業処理によって、集合導体１０を製造する装置である。集合導体製造装置５０は、金属導体の薄板をフープ状に巻いた板材ロール５２を有する。この板材ロール５２は、適当な回転駆動を受けて、板状の導体１２を巻き戻して繰り出すことができる。

塗布機５４は、板状の導体１２に面間絶縁層を形成して絶縁層付導体１４とするために絶縁物を塗布する設備である。塗布機５４は、板状の導体１２の表裏両面に、液状の絶縁物を滴下し、あるいは噴霧状に吹き付け、あるいはブラシ等で塗布する。塗布は、２段階で行われ、第１層として、電気的絶縁層を形成し、第２層として、接着材層を形成する。第１層の形成と第２層の形成との間に適当な乾燥のための熱処理が行われる。

ロールフォーミング機５６は、絶縁層付導体１４を折り曲げ導体１６とするために、板状の絶縁層付導体１４の幅方向の両端側から荷重を掛けて幅方向に折り曲げる設備である。折り曲げの数、折り曲げの幅寸法は、集合導体１０の仕様で定められる。図１の例では、７重に折り曲げられているが、これは例示であって、これ以外の折り曲げの数であってもよい。折り曲げ幅の寸法は、各折り曲げで同じとされる。

圧延機５８は、折り曲げ導体１６を矩形断面の導体１８となるように、折り曲げ角度を１８０度とする設備である。これによって、板状の導体１２の折り曲げられた部分の互いに向かい合う面が、塗布機５４によって塗布された絶縁物の接着材層を挟んで密着される。

塗布機６０は、矩形断面の導体１８の外周部に外周絶縁層を形成し、絶縁被膜付の集合導体１０を形成する設備である。塗布方法としては、前述の塗布機５４と同様に、滴下式、噴霧式、ブラシ式等を用いることができる。前述の塗布機５４と比べると接着材層の形成が不要であることが相違する。

この後、適当な熱処理等を経て、面間絶縁層、外周絶縁層の硬化等が行われる。そして、出来上がった集合導体１０の連続体は、ボビン機６２によって巻き取られる。集合導体１０は、ボビン機６２から適当に巻き戻して必要な長さに分割されて、例えば、配線材料として用いられる。

上記では、面間絶縁層となる絶縁層２０を板状の導体１２の表裏の両面にそれぞれ形成したが、折り曲げの幅単位で、表面と裏面に交互に絶縁層２０を設けるものとできる。また、折り曲げを容易にするために、折り曲げの外側の角部の箇所に適当な折り目をつけることが好ましい。図４は、集合導体１０の改良された製造手順を示す図である。

図４（ａ）は、板状の導体１２が準備される工程で、図２のＳ１０に対応する。図４（ｂ）は、面間絶縁層となる絶縁層２０を形成する工程で、図２のＳ１２に対応するものであるが、絶縁層２０が表裏の両面において、互いに交互に形成される点が相違する。図４では、折り曲げ位置が破線で示されており、隣接する破線の間の寸法が折り曲げの幅寸法に相当する。絶縁層２０は、この折り曲げの幅寸法の領域について、表面と裏面のいずれかに形成される。その際に、折り曲げの幅寸法の領域について、互いに隣接する領域の一方側の領域の表側に絶縁層２０が形成されると、他方側の領域では、裏面に絶縁層２０が形成される。

つまり、板状の導体１２において、表面も裏面も、折り曲げの幅寸法の間隔で、１つおきに絶縁層２０が形成される。このときに、折り曲げの幅寸法の単位で、絶縁層２０が形成される面は、表面から裏面へ、または裏面から表面へと入れ替わる。これによって、絶縁層２０の原材料が半分で済む。

図４（ｃ）は、折り曲げのための折り目１５を設ける工程である。折り目１５は、折り曲げの外側の角部となる箇所に長手方向に沿って設けられる。長手方向に沿って、とは板状の導体１２の延伸する方向で、幅方向に対し垂直の方向である。板状の導体１２の折り曲げは、折り畳むように行われるので、折り曲げの外側の角部は、折り曲げの幅寸法の単位で、板状の導体１２の表面と裏面について交互に入れ替わる。つまり、板状の導体１２において、表面も裏面も、折り曲げの幅寸法の２倍の間隔で、折り目１５が形成される。このときに、折り曲げの幅寸法の単位で、折り目１５が形成される面は、表面から裏面へ、または裏面から表面へと入れ替わる。

図４（ｃ）の工程を導入することで、折り曲げが容易となり、矩形断面の導体１８とすることが容易になる。図４（ｃ）の工程は、適当なプレス加工あるいは溝加工によって行うことができる。また、図４（ｂ）の工程と、図４（ｃ）の工程は、その順序を入れ替えてもよい。すなわち、図４（ｃ）の工程を先に行い、その後に図４（ｂ）の工程を行ってもよい。

図４（ｄ）は、絶縁層付導体１４を折り曲げ導体１６とする工程で、図２のＳ１４に対応する。ここでは、絶縁層２０が、折り曲げの向かい合う面の何れかの面にのみ配置される様子が示される。

図４（ｅ）の工程は、折り曲げ導体１６を矩形断面の導体１８とする工程である。図４（ｆ）の工程は、矩形断面の導体１８に外周絶縁層となる絶縁層３０を施す工程で、図２のＳ１６に対応する。

このように、面間絶縁層となる絶縁層２０と外周絶縁層となる絶縁層３０を有する集合導体１０は、複数の薄板導体が絶縁層を介して積層された構成となっている。この集合導体１０を磁界の下で用いられる配線として用いれば、同じ断面積の単一導体に比べ、渦電流損失を抑制することができる。この渦電流損失の抑制効果は、複数の薄板導体が互いに分離されているときと同様に、複数の薄板導体が互いに接続されているときでも発揮されることは、シミュレーションおよび実験によって確かめられた。

また、集合導体１０を構成する複数の折り曲げ部分は、互いに積層されているが、機械的には連続して接続されているので、集合導体１０が曲げ加工等を受けても、積層がばらばらになることがなく、集合導体１０としての一体性を保持する。

本発明に係る集合導体及びその製造方法は、回転電機のコイル巻線等及びその製造に利用することができる。

１０ 集合導体、１２ 板状の導体、１４ 絶縁層付導体、１５ 折り目、１６ 折り曲げ導体、１８ 矩形断面の導体、２０ （面間絶縁層となる）絶縁層、３０ （外周絶縁層となる）絶縁層、５０ 集合導体製造装置、５２ 板材ロール、５４，６０ 塗布機、５６ ロールフォーミング機、５８ 圧延機、６２ ボビン機。

Claims (5)

1. 板状の導体を、同じ幅で折り曲げ、折り曲げられた部分を互いに向かい合せて積層して構成される折り曲げ導体と、
   折り曲げ導体の折り曲げられて向かい合う面の間に配置される面間絶縁層と、
   折り曲げ導体の外周を覆う外周絶縁層と、
   を有することを特徴とする集合導体。
2. 板状の導体の表面に面間絶縁層を設ける工程と、
   板状の導体の幅方向の両端側から荷重を掛けて板状の導体を幅方向に折り曲げ、折り曲げられた部分を向かい合せて積層する工程と、
   を含むことを特徴とする集合導体の製造方法。
3. 請求項２に記載の集合導体の製造方法において、
   板状の導体の長手方向に折り目を付ける工程を含むことを特徴とする集合導体の製造方法。
4. 請求項２に記載の集合導体の製造方法において、
   積層する工程の後に、
   積層された折り曲げ導体の外周を覆う外周絶縁層を設ける工程を含むことを特徴とする集合導体の製造方法。
5. 請求項２に記載の集合導体の製造方法において、
   面間絶縁層を設ける工程は、
   積層する工程において折り曲げられて向かい合う面の片側の面に対応する部分にのみ予め絶縁層を配置することを特徴とする集合導体の製造方法。

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