JP6012967B2

JP6012967B2 - 電線およびコイル

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Publication number: JP6012967B2
Application number: JP2012008754A
Authority: JP
Inventors: 弘司平池; 博南口
Original assignee: Kanzacc
Current assignee: Kanzacc
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2016-10-25
Anticipated expiration: 2032-01-19
Also published as: JP2013149460A

Description

本発明は、高周波電流を供給する電線、およびコイルに関するものである。

電気自動車を軽量化するために用いられる電線が特許文献１に記載されている。この電線は、アルミニウム線にニッケルめっき、亜鉛めっき、または錫めっきが施されている。アルミニウム線を用いることで、従来の銅線よりも軽量化を図ることができる。

近年、非接触式充電による電気自動車への電力伝送が注目されている。非接触式充電においては、高周波（例えば10kHz以上）で電力が供給される。ここで、非接触式充電用電線として上記の電線を用いた場合、表皮効果により電線の交流抵抗値が増加し、電力の供給効率が低減するおそれがある。

特開２００５−２４８３１８号公報

本発明は、上記課題に着目して為された発明であり、軽量化を図ると共に、表皮効果による交流抵抗値の増加を低減した電線を提供することを解決課題とする。

（１）上記課題を解決するための手段として、本発明の電線は、絶縁皮膜で被覆された導体が複数本撚り合わされて成る電線であって、
前記導体が、アルミ金属線と、前記アルミ金属線の表面に設けられた下地めっき層と、前記下地めっき層の表面に設けられ、錫または錫系合金から成る表層めっき層とを備えた。

（２）また、前記下地めっき層は、イオン化傾向の順位がアルミと銅の中間にある金属からなる。

（３）また、本発明の電線は、前記導体の直径が、表皮深さの2倍よりも小さい。

（４）また、本発明の電線は、前記導体間に介在し、該導体と共に撚り合わされた介在紐を備えている。

（５）また、本発明の電線は、引抜加工されて、長手方向に伸びる少なくとも一対の互いに略平行な面が形成されている。

（６）本発明のコイルは、上記（１）〜（４）の電線を巻線として形成されている。

上記（１）の電線によれば、導体がアルミ金属線から成るため、電線の軽量化を図ることができる。
また、各導体が絶縁被膜により被覆されているため、高周波電流は各導体の表面を流れる。このため表皮効果の影響が低減され、電線全体の交流抵抗値の増加を抑制することができる。

上記（３）の電線によれば、各導体の直径が表皮深さの2倍よりも小さいため、表皮効果を抑制できる。

上記（４）の電線によれば、介在紐によって導体間に間隔が設けられる。これにより、導体間に生じる近接効果が抑制され、高周波における電線の交流抵抗値の増加を抑制することができる。

上記（６）のコイルによれば、上記（１）〜（５）の電線を巻線とするため、コイル全体の軽量化、およびはんだ作業の効率化を図りつつ、さらに、非接触式充電おいて発生した電流を効率良く伝送できる。

本発明の電線を示す図である。本発明の導体の断面図である。介在紐を備えた電線を示す図である。本発明のコイルを示す図である。本発明のコイルの一部の断面及び外形を示した図である。実施例１の導体の断面図である。実施例１の電線に流す電流の周波数と交流抵抗値の関係を示したグラフである。実施例２のコイルの一部の断面及び外形を示した図である。

以下、図面に従って、本発明の電線およびコイルを説明する。なお、本明細書においては、各図にわたって示される同じ符号は同一または同様の部材や物を示す。

図１、図2に本発明の電線1を示す。本発明の電線1は、絶縁皮膜14により被覆された導体10が、複数本撚り合わされたものである。電線1の断面外形は特に限定されず、引抜加工等により、円形、矩形又は正六角形等、使用態様に応じて形成できる。

導体10を図2に示す。導体10は、アルミ金属線11の表面に内側から順に下地めっき層12、表層めっき層13が設けられて成るものである。導体10の直径は、0.01ｍｍ〜1.0ｍｍ程度である。この直径は、表皮効果の影響を低減させるため、使用周波数におけるアルミニウムの表皮深さの2倍より小さいものが好ましい。導体10の線数は特に限定されない。

アルミ金属線11は、アルミ、またはアルミを主成分とする金属からなる金属線である。

下地めっき層12は、イオン化傾向の順位がアルミと銅との中間にある金属からなるめっき層であり、例えば、このような金属としてはニッケル、亜鉛、鉄、錫が例示される。

表層めっき層13は錫または錫系合金からなるめっき層である。錫系合金は錫を主成分とする合金である。錫系合金としては、例えば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｃｕ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金が挙げられる。Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金としては、例えば、Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕが挙げられる。またＳｎ−Ｃｕ合金としては例えば９９．３Ｓｎ−０．７Ｃｕが挙げられる。Ｓｎ−Ｉｎ合金としては、例えば、９９Ｓn−１Ｉｎが挙げられる。

絶縁皮膜14は、電気絶縁性を有する樹脂であり、導体10を被覆するものである。はんだ付け作業の効率化を図るため、はんだ耐熱性を有さず、はんだの溶融に供される熱により除去される材料が好ましい。絶縁皮膜14の代用的な材料としては、耐熱ウレタン、ポリウレタン、ポリウレタンとポリアミドの化合物、ポリエステル、ポリエステルとポリアミドの化合物、ポリエステルイミド、紫外線硬化樹脂などを挙げることができる。

本発明の電線1の製法を説明する。製造は以下の（１）〜（５）の順に行う。
（１）めっき工程
アルミ金属線11を準備し、亜鉛置換法によりアルミ金属線11に亜鉛置換膜を形成する。次に、電気めっき法により下地めっき層12を形成する。次に、溶融めっき法、又は電気めっき法により錫または錫系合金から成る表層めっき層13を形成する。
（２）伸線工程
めっき層が形成されたアルミ金属線11を複数のダイスに順番に通して線引きする。この工程により、めっき層が形成されたアルミ金属線11の直径が、例えば0.18ｍｍとなる。
（３）焼なまし工程
前記線引きされたアルミ金属線11を、通電電極間を連続的に通過させて焼なましする。この工程により、線引きにより硬質化されたアルミ金属線11が軟質化される。
（４）絶縁被覆工程
前記焼なましされたアルミ金属線11に、塗布機によって、例えばポリウレタン樹脂等の電気絶縁性の樹脂が塗布される。この工程により、本発明の絶縁皮膜14により被覆された導体10が形成される。
（５）撚り合せ工程
絶縁皮膜14により被覆された導体10を複数本撚線機によって撚り合わせる。この工程により、本発明の電線1が形成される。
電線1の断面外形を変形させる場合は、さらに引抜加工工程を経る。引抜加工は、例えば、タークスヘッド、カセットローラーダイスが用いられる。

本発明の電線1は、めっきされたアルミ金属線11から成るため、軽量化を図ることができる。

また、各導体が絶縁被膜により被覆されているため、高周波電流は各導体の表面を流れる。このため表皮効果の影響が低減され、電線全体の交流抵抗値の増加を抑制することができる。

また、導体10の表面は錫または錫系合金のめっきが施されているため、はんだのぬれ性が良く、さらにはんだ耐熱性を有さない絶縁皮膜14を形成すれば、はんだ付け作業の効率化を図ることができる。

また、各導体10の直径を、使用周波数におけるアルミニウムの表皮深さの2倍よりも小さくすれば、表皮効果をさらに抑制できる。

図３に本発明の電線1の他の態様を示す。この電線1aは、各導体10間に間隔を設けるために、導体10間に介在する複数の介在紐16を有している。その本数は特に限定されない。介在紐16の材料としては、例えば、ジュート、綿糸、紙紐などの繊維質材料や、PP、PE等の樹脂材料が用いられる。介在紐16は導体10とともに撚線機によって撚り合わされる。

介在紐16により導体10間に間隔が設けられることで、導体10間に生じる近接効果が抑制される。よって、この電線1aは、高周波における交流抵抗値の増加を抑制することができる。

本発明の電線を用いたコイル100を図４及び図５に示す。このコイル100は、引抜加工された電線1bを巻線として用いた平面コイルである。引抜加工によって、各導体10は塑性変形して緻密に束ねられ、電線1bの断面外形が略矩形に形成される。これにより電線1bは、線方向に伸びる平行な面100a、100bを有する。このコイル100は渦巻状に巻かれ、隣り合う電線の一の面100aと他の面100bが互いに接している。引抜加工による電線1bの断面外形は矩形に限られず、他の多角形であってもよい。「矩形」には、角が面取りされた矩形および角が丸みを帯びた矩形も含まれる。電線1bは、長手方向に伸びる少なくとも一対の互いに略平行な面を有することが好ましい。

このコイル100は、電線1bを密に渦巻状に巻くことができるため、コイル100の巻き数を増やすことができる。これにより、非接触式充電において発生する磁束密度を高めることがきる。

さらに、このコイル100は、本発明の電線1bを巻線として用いるため、コイル全体の軽量化、およびはんだ作業の効率化を図り、さらに、非接触式充電おいて発生した電流を効率良く伝送できる。

本実施例では、図６に示すように、直径0.77ｍｍのアルミ金属線11の表面に、内側から順に厚み0.5μｍの下地めっき層12、厚み20μｍの銅めっき層15、5μｍの表層めっき層13を設けて直径0.8ｍｍの導体20を形成し、これを通電焼鈍付伸線機により、直径0.18ｍｍまで伸線して導体20を形成した。ここで、下地めっき層12はニッケルからなり、銅めっき層は電気めっき法により形成した。ポリウレタン樹脂で被覆した導体20を、140本撚り合わせて本実施例の電線を形成した。本実施例の電線の断面積は3.56ｍｍ²である。

交流四端子対法を用いて本実施例の電線の交流抵抗値の抑制効果を計測した。計測結果を図７に示す。図中において、本実施例の電線のデータを実線で示す。比較例として、直径が2.13ｍｍ、断面積が3.56ｍｍ²であるアルミ単線を用いた。図中において、比較例のデータを破線で示す。

20ｋHzにおける交流抵抗値は、比較例が31.1ｍΩ、本実施例が26.8ｍΩであった。この周波数において、本実施例の電線は交流抵抗値を14%低減している。
50ｋHzにおける交流抵抗値は、比較例が43.5ｍΩ、本実施例が33.4ｍΩであった。この周波数において、本実施例の電線は交流抵抗値を23%低減している。
100ｋHzにおける交流抵抗値は、比較例が58.1ｍΩ、本実施例が41.7ｍΩであった。この周波数において、本実施例の電線は交流抵抗値を28%低減している。
200kHzにおける交流抵抗値は、比較例が79mΩ、本実施例が54.1ｍΩであった。この周波数において、本実施例の電線は交流抵抗値を32%低減している。

本発明の電線を用いた他のコイル200の一部断面とその外形を図８に示す。このコイル200は、電線1cを渦巻状に巻いて形成した複数の平面コイル201を積み重ねたものである。積み重ねられた平面コイル201の各端子は、並列又は直列に接続される。

コイル200に用いられる電線1cは、引抜加工により断面外形が正六角形に形成される。「正六角形」には、角が面取りされた正六角形および角が丸みを帯びた正六角形も含まれる。電線1cは、隣り合う電線1cの側面が互いに接するように巻かれている。これにより、平面コイル201の上面及び下面に凹部201a及び凸部201bが形成される。下方に配置される平面コイル201上面の凹部201aに対して、上方に配置される平面コイル201下面の凸部201bが、また下方に配置される平面コイル201の上面の凸部201bに対して、上方に配置される平面コイルの凹部201aが噛合うように積み重ねられる。

本実施例のコイル200は、平面コイル201が積み上げられたものである。このため、非接触式充電において発生する磁束密度を高めることがきる。また、各平面コイル201が、その表面に形成された凹凸によって互いに噛合うように積み重ねられている。このため、各コイル間に隙間が生じない。よって、コイルをコンパクトに形成することができる。さらに、平面コイル同士のズレが生じにくい。

以上、本発明の電線およびコイルについて説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変形を加えた態様で実施し得るものであり、これらの態様はいずれも本発明の範囲に属するものである。

1、1a、1b、1c...電線、10・20...導体、11...アルミ金属線、12...下地めっき層、13...表層めっき層、14...絶縁皮膜、15...銅めっき層、16...介在紐、100...コイル

Claims

絶縁皮膜で被覆された導体が複数本撚り合わされて成る電線であって、
前記導体間に介在し、当該導体と共に、当該導体に対して均等に撚り合わされた複数本の介在紐を備え、
前記導体が、
アルミ金属線と、
前記アルミ金属線の表面に設けられた下地めっき層と、
前記下地めっき層の表面に設けられ、錫または錫系合金から成る表層めっき層と、
を有し、
前記導体の直径がアルミニウムの表皮深さの２倍よりも小さい電線。
前記介在紐の直径と前記導体の直径がほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の電線。
前記下地めっき層は、イオン化傾向の順位がアルミニウムと銅の中間にある金属からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の電線。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電線が渦巻状に形成されたコイル。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電線を複数本備え、前記電線の各々が渦巻状に形成されて積み重ねられているコイルであって、
前記電線の各々は、断面外形が正六角形に形成されており、
積み重ねられている複数本の前記電線同士が、その側面で互いに密着して重なっていることを特徴とするコイル。