JP2018032707A

JP2018032707A - リアクトル用のコイルを形成する平角線

Info

Publication number: JP2018032707A
Application number: JP2016163487A
Authority: JP
Inventors: 孝司山田; Koji Yamada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-03-01

Abstract

【課題】自己融着部を有しながらも放熱性能を阻害しないリアクトル用のコイルを形成する平角線を提供する。【解決手段】平角導体１と平角導体１の周囲に形成された絶縁被膜２とからなり、リアクトル用のコイル２０を形成する平角線１０であって、平角導体１は、その長手方向に直交する断面が短辺と長辺を有する長方形断面であり、かつ、4つの隅角に曲線部１ａを備えた断面形状を有しており、4つの曲線部１ａの絶縁被膜２の外側にのみ、自己融着部３が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、リアクトル用のコイルを形成する平角線に関するものである。

モータを構成するステータのティース周りに配設されるコイルや、リアクトルのコア周りに配設されるコイルを形成する巻線には、従来一般の断面円形の丸線に代わって、コイルの占積率向上の観点から平角線が適用されるようになっている。

平角線は、断面形状が略長方形、すなわち、長方形の短辺が円弧状を呈している平角導体や、長方形の4つの隅角部が面取りされて曲線部を備えている平角導体と、平角導体の周りに形成された絶縁被膜から構成されている。なお、この絶縁被膜は、溶剤に溶けている熱硬化性のエナメルワニスを平角導体の周りに数μm厚で塗布し、熱処理して塗布層を固め、この処理を複数回繰り返す方法や、平角導体をダイスに通す過程で平角導体の周囲にエナメル被膜を形成する方法などによって形成される。

この平角線からなるコイルの製造方法は、その略長方形断面の一方の短辺を含む面を断面が円形の軸部材（曲げ加工用のシャフト）に当接させ、他方の短辺を含む面を加工具で押圧してエッジワイズ曲げ加工することによっておこなわれる。そして、エッジワイズ曲げ加工されたコイルをリアクトルのコアやステータのティース周りに配設することでエッジワイズ曲げ加工されたコイルのコアやティースへの配設がおこなわれる。

こうした平角線からなるコイルをリアクトルのコアやステータコアのティースに固定する方法として、平角線の表面の絶縁皮膜の外側に融着層を設けた自己融着線を使用する形態や、特許文献１で記載されるように、コアとの固定のために側面に融着層を設けたものがある。

特許文献１の記載をより具体的に説明すると、ここで開示されるコイル用の平角線は、断面視が略矩形の平角導体と、該平角導体の外周に形成された絶縁皮膜と、からなり、該絶縁皮膜の外周であってティース側の側面には自己融着層が形成されており、この平角線がティースに巻装され、自己融着層が溶融硬化してティース側面と絶縁皮膜との隙間を満たすことでコイルの固定が図られるものである。

特開２００９−２２５５０７号公報

特許文献１で開示される平角線を用いてコイルをコアに固定することで、低コストでコイルの占積率を高めることが可能となる。また、平角線の全周ではなく、ティース側の側面にのみ自己融着層が形成されていることから、自己融着層によるコイルの占積率の低下を可及的に抑制することができる。

しかしながら、以下の課題が危惧される。まず、特許文献１に開示の平角線をリアクトルに適用した場合、平角線のコア側の側面全体に自己融着層が存在していることから、リアクトル動作時の放熱経路であるコイル−コア間を自己融着層が塞いでしまい、放熱性が
低下する恐れがある。

自己融着層は、熱伝導率が0.2W/mK程度の樹脂材料から形成されていることから、この自己融着層自体が熱抵抗となり、自己融着層が存在しない場合に比して放熱性は格段に低下することがその理由である。

また、エッジワイズ曲げ加工される側面に自己融着層が存在していると、特にエッジワイズ曲げ加工の際に自己融着層が損傷し易い。

自己融着層は熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂から形成され、絶縁被膜に使用されている材料に比して摩耗し易いのが一般的であることから、エッジワイズ曲げ加工といった厳しい曲げ加工下では自己融着層が損傷し易いことがその理由である。

以上のことから、特にリアクトル用のコイルに適用される平角線に関し、自己融着部を有しながらも放熱性能を阻害しない形態の平角線の開発が切望されている。

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、自己融着部を有しながらも放熱性能を阻害しないリアクトル用のコイルを形成する平角線を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるリアクトル用のコイルを形成する平角線は、平角導体と該平角導体の周囲に形成された絶縁被膜とからなり、リアクトル用のコイルを形成する平角線であって、前記平角導体は、長手方向に直交する断面が短辺と長辺を有する長方形断面であり、かつ、4つの隅角に曲線部を備えた断面形状を有しており、4つの前記曲線部の前記絶縁被膜の外側にのみ、自己融着部が形成されているものである。

本発明の平角線はリアクトル用のコイルを形成する平角線であり、平角線の断面形状が4つの隅角に曲線部を備えた略長方形状を呈しているものにおいて、4つの曲線部の絶縁被膜の外側にのみ自己融着部が形成されていることにより、平角線の側面からコアへ向かう放熱経路が自己融着部によって阻害されることがなく、もって放熱性能に優れたリアクトルの形成に供されるものである。

また、平角線の隅角部にのみ自己融着部が存在し、平角線の側面に自己融着部が存在しないことから、平角線をエッジワイズ加工した際の過大な圧力が自己融着部に作用せず、エッジワイズ加工の際に自己融着部が破損する危険性もない。

さらに、平角線の隅角部にのみ自己融着部が存在することから、自己融着部によるコイルの占積率の低下を可及的に抑制することができる。

自己融着部は平角線の隅角部にのみ存在するものの、この自己融着部を介して平角線をリアクトルコアに固着（固定）することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の平角線によれば、平角線の断面形状が4つの隅角に曲線部を備えた略長方形状を呈しているものにおいて、4つの曲線部の絶縁被膜の外側にのみ自己融着部が形成されていることにより、平角線の側面からコアへ向かう放熱経路が自己融着部によって阻害されることがなく、放熱性能に優れたリアクトルの形成に供することができる。

本発明の平角線の実施の形態の斜視図である。本発明の平角線の製造方法を説明した図である。図２に続いて平角線の製造方法を説明した図である。図３に続いて平角線の製造方法を説明した図である。本発明の平角線からなるコイルがリアクトル用のコアの周囲に配設されている状態を説明した模式図である。

以下、図面を参照して本発明のリアクトル用のコイルを形成する平角線の実施の形態を説明する。

（リアクトル用のコイルを形成する平角線の実施の形態）
図１は本発明の平角線の実施の形態の斜視図である。
図示する平角線１０は、平角導体１と、平角導体１の周りに形成された絶縁被膜２と、自己融着部３と、から構成されている。

平角導体１は、その長手方向に直交する断面が短辺（直線部）と長辺（直線部）を有する長方形断面において、4つの隅角に曲線部１ａを備えた断面形状を有しており、銅やアルミニウム、もしくはそれらの合金などの導電性の高い金属材料から形成されている。4つの隅角に曲線部１ａを備えていることで、隅角が直角の場合に絶縁被膜が薄くなるといった問題が解消される。

絶縁被膜２は、絶縁性の樹脂であればその素材は特に限定されるものではないが、たとえばポリビニルホルマール、熱硬化ポリウレタン、熱硬化アクリル、エポキシ、熱硬化ポリエステル、熱硬化ポリエステルイミド、熱硬化ポリエステルアミドイミド、芳香族ポリアミド、熱硬化ポリアミドイミド、熱硬化ポリイミド等の熱硬化性樹脂や、たとえば熱可塑性ポリイミド、ポリフェニルサルフォン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン等の熱可塑性樹脂を主成分とするものが使用できる。さらに、絶縁被膜２は、これら熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のいずれか一方のうちの二種類以上の複合体もしくは積層体であってもよいし、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂との複合体もしくは積層体であってもよい。

平角線１０においては、4つの曲線部１ａの絶縁被膜２の外側にのみ、自己融着部３が形成されており、略長方形断面の短辺や長辺の周囲には自己融着部３が存在しない。

ここで、自己融着部３の素材としては、フェノキシ樹脂、ポリアミド、ブチラール樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができ、フェノキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＳ、ビスフェノールＦを主成分とした樹脂や変性フェノキシ樹脂を用いることができる。ポリアミドとしては、たとえば各種共重合ポリアミド、６−ナイロン、６，６−ナイロン、６，１０−ナイロン等を用いることができる。また、ブチラール樹脂としては、ポリビニルブチラール等を用いることができる。その他の熱可塑性樹脂としては、例えば共重合ポリエステル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、熱可塑性ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニルサルフォン、半芳香族ポリアミド、熱可塑性ポリアミドイミド、熱可塑性ポリイミド等などを用いることができる。

図示する平角線１０では、4つの曲線部１ａの絶縁被膜の外側にのみ自己融着部３が形成されていることにより、この平角線１０がエッジワイズ加工されてなるコイルが不図示のリアクトルコアの周囲に配設された状態において、平角線１０の側面からリアクトルコアへ向かう放熱経路が自己融着部３によって阻害されることがなく、もって放熱性能に優れたリアクトルの形成に供される。

また、平角線１０の隅角部１ａにのみ自己融着部３が存在し、平角線１０の側面に自己融着部３が存在しないことから、平角線１０をエッジワイズ加工した際の過大な圧力が自己融着部３に作用することがなく、エッジワイズ加工の際に自己融着部３が破損する危険性もない。

次に、図２〜４を参照して本発明の平角線の製造方法を概説する。
まず、図２で示すように、4つの隅角部が曲線部となっている略長方形の押出し孔を具備するダイスＤ１を用意し、このダイスＤ１に平角導体形成用素材を通して引き抜き（Ｘ１方向）、略長方形断面の平角導体１を成形する。

次に、図３で示すように、平角導体１とその周囲に形成される絶縁被膜２の寸法および形状を備えた押出し孔を具備する別途のダイスＤ２を用意し、平角導体１の周囲に絶縁被膜用素材が塗布されたものを通して引き抜き（Ｘ２方向）、加熱炉等を通して熱硬化性樹脂である絶縁皮膜を焼き付けて硬化させ、平角導体１の周囲に絶縁被膜２が形成された中間体を成形する。絶縁被膜２が熱可塑性樹脂の場合は、加熱して溶融させた樹脂を平角導体１に塗布し、ダイスＤ２を加熱しながら押出すことにより（Ｘ２方向）、平角導体１の周囲に絶縁被膜２が形成された中間体を成形する。

次に、図４で示すように、絶縁被膜２の4つの隅角部に所望寸法および所望形状の自己融着部形成用の空間を備えた別途のダイスＤ３を用意し、中間体の絶縁被膜２の4つの隅角部に自己融着部用素材が塗布されたものを通して引き抜くもしくは押し出すことにより（Ｘ３方向）、4つの曲線部１ａの絶縁被膜２の外側にのみ自己融着部３が形成されてなるリアクトル用のコイルを形成する平角線１０が製造される。

図５は、図示する平角線１０からなるコイルがリアクトル用のコアの周囲に配設されている状態を説明した模式図である。

まず、製造された平角線１０を使用してコイルを製造する方法は、その略矩形断面の一方の短辺を含む面を断面が円形の軸部材（曲げ加工用のシャフト）に当接させ、他方の短辺を含む面を加工具で押圧してエッジワイズ曲げ加工することによっておこなわれる。

そして、平角線１０がエッジワイズ曲げ加工されてなるコイル２０をリアクトルコア３０の周囲に配設し、加熱して自己融着部３をリアクトルコア３０に固着させることにより、リアクトルコア３０へのコイル２０の固定が図られる。

図５より、平角線１０の隅角部１ａにのみ自己融着部３が存在し、平角線１０の側面に自己融着部３が存在しないことから、平角線１０の側面からリアクトルコアへ向かう放熱経路（Ｙ方向）が自己融着部３によって阻害されることがなく、放熱性能に優れたリアクトルが形成される。

（本発明の平角線の性能を評価する実験とその結果）
本発明者等は、本発明の平角線（実施例）と比較例１〜３にかかる平角線を製作し、自己融着部の体格低減性、エッジワイズ加工の際の耐加工性、異物防止性、および熱抵抗低減性を検証した。

（実施例）
平角導体と平角導体の周囲に形成された絶縁被膜から構成され、平角導体はその断面が短辺と長辺を有する長方形断面であり、4つの隅角に曲線部を備えた断面形状を有し、4つの曲線部の絶縁被膜の外側にのみ自己融着部が形成されている。平角導体は、銅やアルミニウムなどから形成され、絶縁被膜は熱硬化ポリアミドイミドなどから形成され、自己融着部はフェノキシ樹脂などから形成されている。

（比較例１）
平角導体と平角導体の周囲に形成された絶縁被膜から構成され、平角導体は短辺と長辺を有する長方形断面において4つの隅角に曲線部を備えた断面形状を有し、絶縁被膜の全周に亘って自己融着層が形成されている。

（比較例２）
平角導体と平角導体の周囲に形成された絶縁被膜から構成され、平角導体は短辺と長辺を有する長方形断面において4つの隅角に曲線部を備えた断面形状を有し、リアクトルコア側の絶縁被膜の周囲に自己融着層が形成されている。

（比較例３）
平角導体と絶縁被膜を有するエナメル線とエナメル線が接する隙間に熱可塑性樹脂糸を配し、熱可塑性樹脂糸でエナメル線同士を固着している。

実施例および比較例１〜３の検証結果を以下の表１に示す。

表１より、実施例は自己融着部の塗布範囲が隅角部のみとなることから、自己融着部形成材料の使用量を可及的に少なくできる。

また、比較例１〜３は、平角線低減性（導体占積率低減性）、エッジワイズ加工時の耐加工性、異物防止性、熱性能のいずれかの項目で不十分な結果であるのに対して、実施例は全ての項目が良好な結果であった。

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…平角導体、１ａ…曲線部（隅角部）、２…絶縁被膜、３…自己融着部、１０…平角線、２０…コイル、３０…リアクトルコア、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３…ダイス

Claims

平角導体と該平角導体の周囲に形成された絶縁被膜とからなり、リアクトル用のコイルを形成する平角線であって、
前記平角導体は、長手方向に直交する断面が短辺と長辺を有する長方形断面であり、かつ、4つの隅角に曲線部を備えた断面形状を有しており、
4つの前記曲線部の前記絶縁被膜の外側にのみ、自己融着部が形成されている、リアクトル用のコイルを形成する平角線。