JP2015032426A - 集合導線 - Google Patents

Abstract

【課題】断面が円形の複数の素線を束ねて平角線化して形成された集合導線に関し、平角線化の際に素線周りの絶縁被膜が破れるといった問題がなく、さらに渦電流損失低減効果に優れ、コイル占積率の高い集合導線を提供する。
【解決手段】断面が円形の銅素材の素線３が複数本束ねられ、それぞれの素線３が平角線化されて（平角素線４）なる集合導線１０であって、素線４の全部もしくは一部の周囲には銅よりも電気抵抗が高く、非磁性の金属被膜２’が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の素線からなる集合導線に関するものである。

モータを構成するステータは、円環状のヨークと、ヨークから径方向内側に突出する複数のティースと、隣接するティース間に形成されるスロットを備えた鋼板が積層されてなるステータコアから形成されており、コイルがこのスロット内に挿入されながら、ティース間に巻装されることによってステータが形成される。このコイル用の巻線は、導線周りに絶縁被膜が形成されてコイル内における導線間の絶縁が図られるとともに、ティースとコイルの間には絶縁性のボビンや絶縁紙等のインシュレータが配設されてコア−コイル間の絶縁が図られている。さらに、たとえば分布巻き方式の巻装形態においては、絶縁紙等のインシュレータで異相コイル間の相間絶縁が図られている。

従来のコイル形成用の巻線は、たとえば銅素材の導線の周りに、熱硬化性のエナメル樹脂を溶剤に溶かして数μmの厚みで塗布し、熱処理して塗布層を固め、この処理を複数回繰り返して所望厚のエナメル被膜を形成して巻線が製作されている。なお、このエナメル被膜の素材としては、アミドイミド系樹脂やウレタン系樹脂、エステルイミド系樹脂、ポリイミド系樹脂や酸化膜などが一般に用いられている。なお、巻線は断面が円形のもののほかにも、コイル占積率を高めることのできる平角線が適用されている。

ところで、たとえばハイブリット車や電気自動車の駆動モータを構成するコイル用の巻線として上記する断面円形の巻線や平角線を適用するに当たり、コイルの占積率のさらなる向上やトルクの向上を目的として巻線の断面積が大きくなる傾向にあるが、断面積が大きくなるにつれて渦電流損失が増大する。

この渦電流損失への対策として、導線の断面を分割して小断面とし、この小断面の導線周りに絶縁被膜を形成して小断面の素線とし、この素線を束ねて形成された集合導線を適用する方法が注目されている。

たとえば、特許文献１にも断面円形の素線（エナメル線）を撚り合わせ、圧延して形成された平角リッツ線が開示されている。

上記する集合導線の製造においては複数の素線を束ねて一体化するが、この加工の際に、導線周りのエナメル被膜等の絶縁被膜が破れる怖れがあり、溶接時の発泡も懸念される。また、エナメル被膜にて十分な損失低減効果を得るためには少なくとも10μm程度の厚みを必要とするため、このエナメル被膜の厚みがコイル占積率の低下の要因となっている。

特開２０００−９０７４７号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、断面が円形の複数の素線を束ねて平角線化して形成された集合導線に関し、平角線化の際に素線周りの絶縁被膜が破れるといった問題がなく、さらに渦電流損失低減効果に優れ、コイル占積率の高い集合導線を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による集合導線は、断面が円形の銅素材の素線が複数本束ねられ、それぞれの素線が平角線化されてなる集合導線であって、前記素線の全部もしくは一部の周囲には銅よりも電気抵抗が高く、非磁性の金属被膜が形成されているものである。

本発明の集合導線は、素線の周りにエナメル被膜に代わってアルミニウムやその合金など、銅素材の導線よりも電気抵抗が高く、かつ非磁性素材の金属被膜（アルミクラッド被膜など）を適用するものである。

ここで、集合導線を構成する複数の断面円形の素線に関し、全ての素線が周囲に金属被膜を有している形態のほか、束ねた姿勢で隣接する素線の一方が金属被膜を有し、他方が金属被膜を具備しない形態（金属被膜を具備する素線と具備しない素線が千鳥配置となっている形態）であっても各素線の絶縁を図ることができる。

非磁性の金属被膜を適用することで、断面が円形の銅素材の素線を複数本束ねて平角線化する際に、金属被膜が破れるといった課題は生じ得ず、溶接時の発泡の問題も生じないことから、加工性と溶接性に優れた集合導線となる。

また、金属被膜にて十分な損失低減効果を得ることができ、かつ均等な厚みの被膜を形成するには数百nm程度の厚みで十分であることから、エナメル被膜が適用された集合導線に比してコイル占積率は格段に向上する。

以上の説明から理解できるように、本発明の集合導線によれば、素線の全部もしくは一部の周囲に銅よりも電気抵抗が高く、非磁性の金属被膜が形成されていることにより、絶縁被膜の破れや溶接時の発泡の問題が解消され、損失低減効果に優れ、コイル占積率を高くすることができる。

（ａ）は本発明の集合導線の製造方法を説明した図であり、（ｂ）は（ａ）に続いて製造方法を説明するとともに本発明の集合導線の実施の形態１を示した模式図である。 本発明の集合導線の実施の形態２を示した模式図である。

以下、図面を参照して本発明の集合導線の実施の形態を説明する。なお、集合導線を構成する素線の本数は図示例に限定されるものでないことは勿論のことである。

（集合導線の実施の形態１）
図１ａは本発明の集合導線の製造方法を説明した図であり、図１ｂは図１ａに続いて製造方法を説明するとともに本発明の集合導線の実施の形態１を示した模式図である。

まず、断面円形で銅素材の導線１の周りに、銅よりも電気抵抗が高く、非磁性の金属被膜２が形成された複数の素線３を用意する。

ここで、金属被膜２の素材としては、アルミニウム、ステンレス、白金、チタンやこれらの合金などを適用でき、いずれの素材も、銅よりも電気抵抗が高く、非磁性であることに加えて加工性が良好である。

図１ａで示すように、断面円形の複数の素線３を束ね、不図示のダイスやロールに収容して各素線３の平角線化を図り、一体化させることにより、図１ｂで示すように、平角導線１’の周囲に略矩形の絶縁被膜２’が形成された平角素線４が一体化されてなる集合導線１０が製造される。なお、複数の素線３を束ねる形態においては、素線同士を撚ることで束ねる形態や編み込むことで束ねる形態などがある。

絶縁被膜２’は非磁性の金属素材であることから、十分な損失低減効果を得ることができ、かつ均等な厚みの被膜を形成するに当たって数百nm程度の厚みで十分であることから、エナメル被膜が適用された集合導線に比してコイル占積率は格段に向上する。

図示する集合導線１０によれば、平角素線４の周囲に銅よりも電気抵抗が高く、非磁性の金属被膜２’が形成されていることにより、絶縁被膜２’の破れや溶接時の発泡の問題が解消され、損失低減効果に優れ、コイル占積率の高い集合導線となる。

（集合導線の実施の形態２）
図２は本発明の集合導線の実施の形態２を示した模式図である。

図示する集合導線１０Ａは、束ねた姿勢で隣接する素線の一方が絶縁被膜２’を有した平角素線４であり、他方が絶縁被膜を具備しない裸の平角素線５であって、双方の素線４，５が上下で千鳥配置となっているものである。

集合導線１０Ａにおいても、導線間の絶縁が図られていることから、損失低減効果に優れ、コイル占積率の高い集合導線となる。

[交流損失を測定した実験とその結果]
本発明者等は、以下で示す実施例と比較例の集合導線をそれぞれ試作し、双方の交流損失を測定して損失低減効果を比較する実験をおこなった。

＜実施例＞
銅素材で裸の丸線の径がφ0.9mmの素線に対し、アルミニウムをクラッド加工して絶縁被膜を形成して断面円形の素線とし、複数の素線を束ねてダイスに収容し、平角状の素線からなる集合導線とした。

＜比較例１＞
裸の平角導線（断面寸法は1.7×3.2mm）からなる複数の素線を束ねてダイスに収容し、平角状の素線からなる集合導線（実施例と同断面積）とした。
＜比較例２＞
実施例および比較例１と同断面積の平角線とした。

＜損失測定方法と測定結果＞
交流磁気特性試験装置（エプスタイン測定装置 メトロン技研製）を用いて、実施例および平角線の集合導線の交流損失を測定した。

実施例、比較例１、比較例２の各測定結果に基づき、比較例２に対して実施例および比較例１の損失低減率を求めた。

その結果、比較例１の損失低減率は60%であり、実施例の損失低減率は85%であり、実施例の損失低減効果が確認された。

また、本実験により、実施例の加工性や溶接性が良好であることも確認されている。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…導線（断面円形の導線）、１’…平角導線、２，２’…絶縁被膜、３…素線（丸線）、４…平角素線、５…裸の平角素線、１０，１０Ａ…集合導線

Claims (1)

1. 断面が円形の銅素材の素線が複数本束ねられ、それぞれの素線が平角線化されてなる集合導線であって、
   前記素線の全部もしくは一部の周囲には銅よりも電気抵抗が高く、非磁性の金属被膜が形成されている集合導線。

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