JP2015201322A

JP2015201322A - 電線

Info

Publication number: JP2015201322A
Application number: JP2014079157A
Authority: JP
Inventors: 幸平有田; Kohei Arita
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2014-04-08
Filing date: 2014-04-08
Publication date: 2015-11-12

Abstract

【課題】導体の細径化、軽量化が図られるとともに、導体つぶれの抑制もされており、鉄道車両の動力用電線に好適な電線を提供する。【解決手段】電線は、導体と、導体を被覆する絶縁層とを有し、導体は、複数本の素線を撚り合わせて形成された子撚り線を、複数本撚り合わせて親撚り線とした複合撚り構造を有し、子撚り線において、素線の撚りピッチは、子撚り線の直径に対し３５倍〜４０倍の範囲の値であり、親撚り線において、子撚り線の撚りピッチは、親撚り線の層心径に対し２０倍〜２５倍の範囲の値である。【選択図】図２

Description

本発明は、電線に関し、特に、鉄道車両の動力用電線に好適な電線に関する。

鉄道車両の動力用電線（例えばインバータに用いられる電力用電線）は、配線の省スペース化や車体の軽量化を図るため、細径化や軽量化が望まれる。鉄道車両の動力用電線の導体として、複数本の素線を撚り合わせて形成された子撚り線を、複数本撚り合わせて親撚り線とした複合撚り構造の導体を用いることができる。

なお、電線における複合撚り構造の導体について、例えば特許文献１、２等に開示されている。

特開平７−２２６１１２号公報特開２００６−１５６３４６号公報

本発明の一目的は、導体の細径化、軽量化が図られるとともに、導体つぶれの抑制もされており、鉄道車両の動力用電線に好適な電線を提供することである。

本発明の一観点によれば、
導体と、
前記導体を被覆する絶縁層と
を有し、
前記導体は、複数本の素線を撚り合わせて形成された子撚り線を、複数本撚り合わせて親撚り線とした複合撚り構造を有し、
前記子撚り線において、前記素線の撚りピッチは、前記子撚り線の直径に対し３５倍〜４０倍の範囲の値であり、
前記親撚り線において、前記子撚り線の撚りピッチは、前記親撚り線の層心径に対し２０倍〜２５倍の範囲の値である電線
が提供される。

素線を複数本撚り合わせて形成された子撚り線を、複数本撚り合わせて親撚り線とした複合撚り構造を有する導体において、子撚り線における素線の撚りピッチを、子撚り線の直径に対し３５倍〜４０倍の範囲の値とし、親撚り線における子撚り線の撚りピッチを、親撚り線の層心径に対し２０倍〜２５倍の範囲の値とすることにより、導体の細径化、軽量化を図るとともに、導体つぶれを抑制することもできる。

図１Ａは、実施形態による電線における子撚り線の概略構造を示す断面図であり、図１Ｂは、実施形態による電線における親撚り線の概略構造を示す断面図であり、図１Ｃは、実施形態による電線における撚りピッチについて示す概略斜視図である。図２Ａは、実施形態による電線の全体的な概略構造を示す断面図であり、図２Ｂは、比較例１、２および実施例による電線の特徴をまとめた表である。

本発明の実施形態による電線について説明する。実施形態による電線は、鉄道車両の動力用電線（例えばインバータに用いられる電力用電線）としての用途が想定され、例えば６００Ｖ以上３６００Ｖ以下の電圧が印加されるものである。

図１Ａ〜図１Ｃおよび図２Ａを参照して、実施形態による電線について説明する。図１Ａは、子撚り線２の概略構造を示す断面図であり、図１Ｂは親撚り線３の概略構造を示す断面図である。図１Ｃは、撚りピッチＰ１、Ｐ２について示す概略斜視図である。図２Ａは、実施形態による電線６の全体的な概略構造を示す断面図である。

電線６は、導体３、セパレータ４、および絶縁層５により形成されている（図２Ａ参照）。導体３は、複数本の素線１を撚り合わせて形成された子撚り線２を、複数本撚り合わせて親撚り線とした複合撚り構造を有する（図１Ａおよび図１Ｂ参照）。電線６の導体３として形成された親撚り線を、導体３と同一の参照符号を付与して、親撚り線３と呼ぶこととする。

素線１は、好ましくはスズめっき軟銅線で形成される。素線１の直径（素線径）Ｄ１は、０．４０ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下の範囲の直径である。複数本、例えば図１Ａに示す例では２７本の素線１が撚り合わされて、１本分の子撚り線２が形成されている。子撚り線２は、直径（子撚り径）Ｄ２を有する。子撚り径Ｄ２は、子撚り線２の外径である。

複数本、例えば図１Ｂに示す例では７本の子撚り線２が撚り合わされて、親撚り線（導体）３が形成されている。親撚り線３は、層心径Ｄ３を有する。層心径Ｄ３は、親撚り線３の断面内で最外周に配置された複数本の子撚り線２の中心を通る円周の直径である。

図１Ａに示すような子撚り線２を形成する素線１の本数や、図１Ｂに示すような親撚り線３を形成する子撚り線２の本数は、例示である。親撚り線３を何本の子撚り線２で形成するか、子撚り線２を何本の素線１で形成するか、等の条件は、必要に応じて適宜選択することができる。親撚り線３は、例示する７本撚りに限らず、例えば１９本撚り、３７本撚り等で形成することができる。１本当たりの子撚り線２は、例示する２７本に限らず、例えば１５本から４０本程度の素線１で形成することができる。導体３の公称断面積は、２５ｍｍ^２以上１５０ｍｍ^２以下の範囲の断面積であり、例えば５０ｍｍ^２や１５０ｍｍ^２である。

図１Ｃは、子撚り線２における素線１の撚りピッチＰ１、または、親撚り線３における子撚り線２の撚りピッチＰ２を示している。以下、子撚り線２における素線１の撚りピッチＰ１を、単に、素線１の撚りピッチＰ１と呼ぶこともある。また、親撚り線３における子撚り線２の撚りピッチＰ２を、単に、子撚り線２の撚りピッチＰ２と呼ぶこともある。素線１の撚りピッチＰ１は、子撚り径Ｄ２に対する倍率で表され、子撚り線２の撚りピッチＰ２は、層心径Ｄ３に対する倍率で表される。

実施形態による電線６が有する子撚り線２において、素線１の撚りピッチＰ１は、子撚り径Ｄ２に対し３５倍以上４０倍以下の範囲の値とすること、すなわち、３５≦Ｐ１／Ｄ２≦４０という条件を満たすように選択されていることが好ましい。

さらに、実施形態による電線６が有する親撚り線３において、子撚り線２の撚りピッチＰ２は、層心径Ｄ３に対し２０倍以上２５倍以下の範囲の値とすること、すなわち、２０≦Ｐ２／Ｄ３≦２５という条件を満たすように選択されていることが好ましい。

導体３の外側に、導体３と絶縁層５とを分離するセパレータ４が形成されている。セパレータ４は、例えば、厚さが約０．１ｍｍのナイロンテープにより形成されている。セパレータ４の外側に、導体３を被覆する絶縁層５が形成されている。絶縁層５は、好ましくはハロゲンフリーポリオレフィンエラストマーにより、押出成形で形成されており、厚さが０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下の範囲の厚さである。このようにして、実施形態による電線６が形成されている。

図２Ｂを参照して、実施形態の電線のより具体的な例である実施例による電線について、比較例による電線と比較しながら説明する。図２Ｂは、比較例１、２および実施例による電線の特徴をまとめた表である。比較例１、２および実施例として、１９本撚りで公称断面積が５０ｍｍ^２の導体を有する電線を形成した。

比較例１、２および実施例の電線について、素線径Ｄ１、子撚り径Ｄ２をそれぞれｍｍ単位で示し、素線１の撚りピッチＰ１を子撚り径Ｄ２に対する倍率で示し、層心径Ｄ３をｍｍ単位で示し、子撚り線２の撚りピッチＰ２を層心径Ｄ３に対する倍率で示し、導体径、絶縁層厚さ、および電線外径をそれぞれｍｍ単位で示し、重量をｋｇ／ｋｍ単位で示す。

比較例１、２による電線は、実施例による電線と、子撚り線における素線の撚りピッチＰ１、および、親撚り線における子撚り線の撚りピッチＰ２（の少なくとも一方）が異なっている。比較例１では、さらに、実施例と比べて絶縁層が厚くなっている。他の構造は実施例の電線と同様である。

比較例１の電線が、従来の構成による電線に対応する。本願発明者は、電線の細径化および軽量化を図るため、子撚り線における素線の撚りピッチＰ１、親撚り線における子撚り線の撚りピッチＰ２、および絶縁層の厚さを、比較例１における値から変化させることを試みた。

まず、素線の撚りピッチＰ１を比較例１における約３０倍から３５倍〜４０倍に長くするとともに、子撚り線の撚りピッチＰ２を比較例１における２０倍〜２５倍から約３０倍に長くし、さらに、絶縁層の厚さを比較例１での１．２ｍｍ〜２．０ｍｍから０．８ｍｍ〜１．２ｍｍに薄くして、比較例２の電線を作製した。これにより、比較例２の電線では、比較例１の電線と比べて、子撚り径Ｄ２および層心径Ｄ３が減少し、重量が減少した。

しかし、比較例２の電線において、新たな課題が生じることがわかった。比較例２の電線は、撚りピッチ（特に、親撚り線における子撚り線の撚りピッチＰ２）を長くしすぎたため、導体が偏平しやすく、導体つぶれによる撚りの乱れが生じやすいことがわかった。

子撚り線の撚り合わせにより親撚り線（導体）が形成される工程で、出来上がった導体がドラムに巻き付けられる。この巻き付けの際に、導体を押しつぶすような力が加わる。導体が偏平しやすいと、つぶれて撚りが乱れた状態で、導体が完成されてしまう。

その後、導体の周りに絶縁層を形成する押出成形工程において、撚り目を反映した導体表面の凹部とセパレータとの間に形成された空隙（図２Ａに示す空隙ＶＯ参照）へ、（セパレータを介して）絶縁層のめり込みが発生する可能性がある。つぶれて撚りが乱れた状態の導体では、絶縁層のめり込みが発生しやすくなる。そして、絶縁層が薄くなるほど、絶縁層が導体の表面形状を反映した形状で形成されやすくなり、絶縁層の表面（電線の表面）に撚り目が現れやすくなる。このため、比較例２の条件では、偏平につぶれ、表面に撚り目が現れた電線が形成されやすくなってしまう。

絶縁層の厚さを比較例２のように０．８ｍｍ〜１．２ｍｍと薄くすることは、細径化等の観点で好ましい。そこで、本願発明者は、このような絶縁層厚さに対し好適な素線の撚りピッチＰ１および子撚り線の撚りピッチＰ２を見出して、実施例による電線を作製した。

実施例においては、子撚り線における素線の撚りピッチＰ１を、比較例２と同等の（比較例１よりも長い）値、すなわち、子撚り径Ｄ２に対し３５倍〜４０倍とした。一方、親撚り線における子撚り線の撚りピッチＰ２を、比較例２よりも短い（比較例１と同等の）値である層心径Ｄ３に対し２０倍〜２５倍とした。

これにより、実施例の電線では、比較例１の電線と比べて、子撚り径Ｄ２および層心径Ｄ３が減少し、導体径、電線外径、および重量が減少した。つまり、電線の細径化と軽量化とを図ることができた。

実施例では、撚りピッチ、特に、子撚り線における素線の撚りピッチＰ１を、比較例１よりも長くしたことにより、公称断面積は一定としたまま、導体径の細径化を行うことができた。また、導体径を細径化するとともに、絶縁層の厚さを比較例１よりも薄くしたことにより、電線外径を細径化することができた。導体径の細径化等により、公称断面積は一定としたまま、電線を軽量化することができた。

さらに、実施例では、比較例２と比べて、親撚り線における子撚り線の撚りピッチＰ２が長くなりすぎることを抑制したことにより、導体つぶれを抑制でき、絶縁層の厚さを０．８ｍｍ〜１．２ｍｍと薄くしても、絶縁層表面に撚り目が現れることを抑制できることがわかった。

以上説明したように、素線を複数本撚り合わせて形成された子撚り線を、複数本撚り合わせて親撚り線とした複合撚り構造を有する導体において、子撚り線における素線の撚りピッチを、子撚り線の直径に対し３５倍〜４０倍の範囲の値とし、親撚り線における子撚り線の撚りピッチを、親撚り線の層心径に対し２０倍〜２５倍の範囲の値とすることにより、導体の細径化、軽量化を図るとともに、導体つぶれを抑制することもできる。素線の直径は、０．４０ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲の直径とすることが好ましい。

このような導体は、２５ｍｍ^２〜１５０ｍｍ^２の範囲の公称断面積を有する導体として好ましく用いられ、その上に厚さ０．８ｍｍ〜１．２ｍｍの薄い絶縁層を形成しても、表面に撚り目の現れることが抑制された電線を形成できる。このような電線は、厚さ０．８ｍｍ〜１．２ｍｍの絶縁層に対応するよう印加電圧を６００Ｖ以上３６００Ｖ以下として、鉄道車両の動力用電線として好ましく用いられる。

以上、実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１素線
２子撚り線
３親撚り線、導体
４セパレータ
５絶縁層
６電線
Ｄ１素線径
Ｄ２子撚り径
Ｄ３層心径
Ｐ１子撚り線における素線の撚りピッチ
Ｐ２親撚り線における子撚り線の撚りピッチ
ＶＯ空隙

Claims

導体と、
前記導体を被覆する絶縁層と
を有し、
前記導体は、複数本の素線を撚り合わせて形成された子撚り線を、複数本撚り合わせて親撚り線とした複合撚り構造を有し、
前記子撚り線において、前記素線の撚りピッチは、前記子撚り線の直径に対し３５倍〜４０倍の範囲の値であり、
前記親撚り線において、前記子撚り線の撚りピッチは、前記親撚り線の層心径に対し２０倍〜２５倍の範囲の値である電線。
前記素線の直径は、０．４０ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲の直径である請求項１に記載の電線。
前記導体の公称断面積は、２５ｍｍ^２〜１５０ｍｍ^２の範囲の断面積である請求項１または２に記載の電線。
前記絶縁層の厚さは、０．８ｍｍ〜１．２ｍｍの範囲の厚さである請求項１〜３のいずれか１項に記載の電線。
鉄道車両の動力用電線として用いられる請求項１〜４のいずれか１項に記載の電線。
前記絶縁層は、ハロゲンフリーポリオレフィンエラストマーで形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の電線。