TW202004780A - 集合導線、分割導體、使用其之分段線圈及馬達 - Google Patents

Abstract

集合導線之截面略呈矩形，係集合複數條素線而形成。素線分別具有導體部及覆蓋導體部的素線絕緣層。素線絕緣層宜含有至少1種利用Tg-DTA時50%重量減少落在300℃~500℃的樹脂。於素線絕緣層中含有粒子。粒子為體積電阻率1×10⁶ Ω．cm以上的粒子，例如可應用二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氮化鋁、氧化鎂、氮化矽、碳化矽等無機物及聚矽氧等樹脂。

Description

集合導線、分割導體、使用其之分段線圈及馬達

發明領域 本發明是有關於可利用在例如馬達用分段線圈的集合導線等。

背景技術 舉例言之，被使用在車載用馬達之定子的捲線以往使用截面圓型的漆包線。然而，近年來為了提高佔空係數，開始使用矩形截面的平角捲線。又，以往大多採用將捲線捲繞在定子之鐵心的製造方法，然而，隨著平角捲線之運用，開始採用以下方法：將捲線構成為短尺寸之分段線圈，在組裝於定子後，將分段線圈之端部彼此熔接而連結，藉此形成線圈。

不過，平角捲線每一條捲線的截面積大，因此，當馬達旋轉數變大且頻率變大時，會有因渦流的產生而增加捲線損耗之問題。

對此，目前提出一種將複數條導線一體化的分割導體。即，使用藉由複數條導線構成的分割導體作為分段線圈，藉此可抑制渦流之影響。

分割導體係例如將複數條於表面具有氧化被膜等絕緣層的素線捆束而一體化，且截面成形為略矩形。若藉由此種分割導體，則可提高導體於定子槽之填充效率，同時各素線會藉由氧化被膜而絕緣，可抑制集膚效應及渦流所致交流電阻的增加。

此種分割導體例如包括：使複數條具有矩形狀導體素線及設置於導體素線外周的覆蓋層之導體線一體化的集合導體(專利文獻1)。

尚包括以由複數條線狀導體構成的集合線與單線於長向交互接合而構成的線圈，且由該單線構成自定子槽露出之部位(專利文獻2)。

先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特開2007-227266號公報 專利文獻2：日本特開2013-39000號公報

發明概要 發明欲解決之課題 圖7a是顯示構成分割導體的集合導線100之截面圖。集合導線100由複數條素線107構成。於圖示例中，例如藉由5條素線107構成1條集合導線100。各個素線107具有導體部111及覆蓋導體部111的素線絕緣層113。集合導線100更藉由外部絕緣層114覆蓋所有素線107全體。

集合導線100必須抑制所應用線圈使用時的發熱或使用環境的熱所致之熱劣化。若素線絕緣層113熱劣化而絕緣性降低，則作成分割導體所致之電流損耗減低效果會減小。故，為了確保素線107之導體部111彼此之絕緣性，必須具有預定以上的耐熱性。

另一方面，舉例言之，若使用集合導線100作為分段線圈，則必須熔接端部彼此。圖7b是顯示熔接集合導線100彼此的狀態之示意圖。熔接時會除去外部絕緣層114。在此，素線絕緣層113為樹脂製。故，若熔接集合導線100之端部彼此，則熔接時會有殘渣113a混入連接部內部之虞。殘渣113a主要是來自素線絕緣層113的樹脂渣或煤煙。

若存在有此種殘渣113a，則會有連接部之電阻提高之虞。又，若存在有殘渣113a，則其一部分會因熔接時的熱而氣化，於熔接部產生孔穴(氣孔)，結果熔接部之強度降低，會有連接部斷裂等之虞。又，在將集合導線100彎曲時等，集合導線100端部之素線107會散開，也會有熔接作業變得困難之虞。此種殘渣113a在素線絕緣層113的樹脂之耐熱性高時特別容易產生。

對此，藉由特意使用經受不起熱(耐熱性低)的樹脂作為素線絕緣層113，熔接時可使樹脂直接燒失。雖然認為因此樹脂渣等不易混入熔接部，熔接性及熔接部之品質會變得良好，然而，如前所述，恐有素線絕緣層113熱劣化之虞。

本發明是有鑑於此種問題而成，目的在提供具有高耐熱性且可抑制熱劣化的集合導線等。

用以解決課題之手段 為了達成前述目的，第1發明是一種集合導線，其集合有複數條素線，且特徵在於：前述素線具有導體部及覆蓋前述導體部的素線絕緣層，且於前述素線絕緣層中含有體積電阻率1×10⁶ Ω．cm以上的粒子。

前述粒子之平均粒徑宜為0.1~10μm。

前述粒子之添加量宜相對於構成前述素線絕緣層的樹脂為5~60體積%。

前述素線絕緣層宜含有至少1種利用Tg-DTA時50%重量減少落在300℃~500℃的樹脂。

前述素線絕緣層之厚度宜為0.5~30μm。

複數條前述素線可相互絞合。

經集合的複數條前述素線之長向上至少一部分可直接或透過其他絕緣層而由熱塑性樹脂覆蓋，前述熱塑性樹脂可為結晶性樹脂，且於23℃下的彎曲彈性模數為2000MPa以上。

前述熱塑性樹脂可選自於由聚醚醚酮、改質聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮、聚伸苯硫醚及熱塑性聚醯亞胺所構成之群組。

依據第1發明，於素線絕緣層中含有體積電阻率1×10⁶ Ω．cm以上的粒子，因此，可發揮高絕緣性能，並且即使構成素線絕緣層的樹脂之絕緣性劣化，亦可藉由粒子維持絕緣性能。

特別是若粒子之平均粒徑為0.1μm以上，則處理性優異，可確保充分之絕緣性能。又，若粒子之平均粒徑為10μm以下，則於樹脂之拉伸變形等時不易產生剝離，亦可確保加工性。又，可抑制素線絕緣層之厚度。

又，若粒子之添加量相對於構成素線絕緣層的樹脂為5~60體積%，則可兼顧充分之絕緣性能與樹脂之可撓性。

又，若素線絕緣層的樹脂於利用Tg-DTA時50%重量減少係落在300℃~500℃，則熔接時樹脂容易燒失，可抑制樹脂渣等混入熔接部。

又，若素線絕緣層之厚度為0.5~30μm，則素線絕緣層之彎曲加工性良好，亦可確保絕緣性能。

又，若複數條素線相互絞合，則不易發生素線散開之情形。

又，素線全體由屬於結晶性樹脂且於23℃下的彎曲彈性模數為2000MPa以上的熱塑性樹脂覆蓋，藉此，不會有彎曲加工時的損傷，可確保絕緣性能。此時，熱塑性樹脂可選自於由聚醚醚酮、改質聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮、聚伸苯硫醚及熱塑性聚醯亞胺所構成之群組。

第2發明是一種分割導體，其特徵在於：第1發明之集合導線被切割成短尺寸，且於集合導線之至少兩端部未形成前述熱塑性樹脂而露出前述素線。

前述分割導體宜於長向上未具有連結前述導體部的接合部而是一體形成。

依據第2發明，於兩端部未設置熱塑性樹脂，因此，使用所得分割導體作為分段線圈時，於兩端部之熔接部不會產生熱塑性樹脂所致之殘渣等。

又，分割導體於長向上未具有接合部而是一體形成，藉此，毋須接合複數種類之導線。故，於分割導體之長向上沒有接合部，遍長向之全長皆為高可靠性。又，毋須於長向上接合複數條導線，因此製造容易。

第3發明是一種分段線圈或馬達，其特徵在於使用發明之集合導線。

依據第3發明，可製得可靠性優異之分段線圈或馬達。

發明效果 依據本發明，可提供具有高耐熱性且可抑制熱劣化的集合導線等。

用以實施發明之形態 以下，參照圖式，說明本發明之實施形態。圖1a是顯示集合導線10之截面圖。集合導線10之截面略呈矩形，係集合複數條素線7而形成。另，於圖示例中，係針對於大致中央部配置1條素線並於其周圍配置4條素線的例子進行說明，惟素線7之條數及配置並不限於圖示例。

素線7分別具有導體部11及覆蓋導體部11的素線絕緣層13。導體部11例如為銅或銅合金製。

素線絕緣層13之厚度宜為0.5~30μm。若素線絕緣層13之厚度過薄，則絕緣性能變差，若素線絕緣層13之厚度過厚，則素線絕緣層13之彎曲加工性變差，導體部11之佔空係數亦降低。

又，經集合的複數條素線7之長向上至少一部分直接或透過其他絕緣層而由外部絕緣層14覆蓋。外部絕緣層14例如為熱塑性樹脂。熱塑性樹脂宜為結晶性樹脂，且於23℃下的彎曲彈性模數為2000MPa以上。

此種樹脂可選自於由聚醚醚酮、改質聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮、聚伸苯硫醚及熱塑性聚醯亞胺所構成之群組。依此作成即可製得彎曲加工性及耐久性良好的外部絕緣層14。

圖1b是圖1a之X部之局部放大圖。於構成素線絕緣層13的樹脂12中含有粒子8。樹脂12宜含有至少1種利用Tg-DTA時50%重量減少落在300℃~500℃的樹脂。樹脂12例如可應用聚醯胺、聚胺甲酸乙酯、環氧、聚酯、耐綸、聚對苯二甲酸乙二酯等。

粒子8為體積電阻率1×10⁶ Ω．cm以上的粒子，例如可應用二氧化矽、二氧化鈦、氧化鋁、氮化鋁、氧化鎂、氮化矽、碳化矽等無機物及聚醯亞胺(PI)聚矽氧等樹脂。另，粒子之體積電阻率是根據JIS C 2139：2008於20℃下進行測定。粒子8可提升素線絕緣層13之耐熱性與絕緣性。

粒子8之平均粒徑為0.1~10μm。若粒子8過小，則處理性差，亦難以確保絕緣性能。另一方面，若粒子8之尺寸過大，則彎曲特性惡化，且素線絕緣層13之厚度變厚，因此並不理想。另，粒子8之尺寸是根據JIS Z 8824使粒子平均分散後藉由雷射繞射法測得之粒子分布之中值粒徑。

另，粒子8之添加量宜相對於構成素線絕緣層13的樹脂12為5~60體積%。若粒子8之添加量過少，則添加粒子8後之效果小，又，若粒子8之添加量過多，則樹脂12之體積會過度減少，彎曲時容易產生素線絕緣層13破裂之情形。

其次，說明使用集合導線10的分段線圈。分段線圈可用於例如車載用馬達。圖2是顯示使用於馬達之定子鐵心1之局部立體圖。定子鐵心1略呈圓筒形，例如積層電磁鋼板而形成。於定子鐵心1之內周側設置有複數個槽3。藉由在各個槽3配置導體並接合導體彼此，即可形成線圈。

圖3為配置於槽3的分段線圈用分割導體5之俯視圖，圖4a為圖3之A-A線截面圖，圖4b為圖3之B-B線截面圖。分割導體5為集合導線10切割成短尺寸而形成。即，分割導體5至少由複數條素線7構成。另，素線7彼此為相互絞合。

如圖4b所示，分割導體5兩側之端部9會除去外部絕緣層14。即，於集合導線10之至少兩端部未形成外部絕緣層14而露出素線7。另，於以下實施形態中，顯示已除去端部9之外部絕緣層14的例子，然而，亦可將外部絕緣層14形成至端部9。

圖5是顯示自內面側觀看定子鐵心1時將分割導體5配置於槽3中的狀態之示意圖。另，圖中僅顯示定子鐵心1之一部分。如前述，分割導體5會彎曲成預定形狀而配置於槽3中。此時，分割導體5之端部9突出於定子鐵心1之上部，且於定子鐵心1之下部露出分割導體5之彎曲部。

另，於圖4b所示例中，於端部9僅除去外部絕緣層14，素線7係由導體部11與素線絕緣層13構成，然而，亦可進一步地除去素線絕緣層13。舉例言之，於分割導體5兩側之端部9，亦可未形成樹脂類之素線絕緣層13、外部絕緣層14而是導體部11暴露在外面。

其次，說明分割導體5之製造方法之一例。首先，將複數條素線7配置成預定形態，並捆束素線彼此。素線具有導體部11及覆蓋導體部11的素線絕緣層13。

絞合已依此配置的素線，並藉由例如模具等進行平角成形，且藉由擠製等於最外周覆蓋樹脂製之外部絕緣層14。依上述，可形成如圖1a所示之集合導線10。

其次，將集合導線10切割成短尺寸，視需要僅於兩側之端部9除去素線絕緣層13、外部絕緣層14。素線絕緣層13、外部絕緣層14係藉由例如磨削等機械方法或蝕刻等化學手法來除去。另，當留下素線絕緣層13時，僅除去外部絕緣層14。又，施行彎曲加工作成預定形狀而形成分割導體5。另，各個素線7於長向呈一體，因此，於分割導體5之長向上未具有連結導體部的接合部而是一體形成。

其次，說明分割導體5彼此之熔接。如圖5所示，突出於定子鐵心1之上方的分割導體5之端部9藉由熔接與相鄰的其他分割導體5(未圖示)之端部9接合。藉由連接所有分割導體5彼此，可形成分段線圈。

圖6是顯示已熔接分割導體5之端部彼此的狀態之示意圖。於本實施形態中，僅除去端部9之外部絕緣層14，使素線絕緣層13露出而熔接。

在此，素線絕緣層13由利用Tg-DTA時50%重量減少落在300℃~500℃的樹脂12構成。樹脂12因利用Tg-DTA時50%重量減少係在500℃以下，故耐熱性低，樹脂會因為熔接時的熱完全燒失而氣化。故，可抑制樹脂渣等殘渣混入熔接部。又，樹脂12因利用Tg-DTA時50%重量減少係在300℃以上，故可抑制在使用時及外部絕緣層14之擠製覆蓋時劣化。

另，粒子8之尺寸小，因此可藉由熔接時使用的氣體吹走。又，假使粒子8混入熔接部，粒子8亦不會因熱而分解且不會氣化，因此不會產生氣孔。故，可抑制熔接部之斷裂等。

另，若降低素線絕緣層13之耐熱特性，則素線絕緣層13會因例如使用作為分段線圈時的熱而劣化，並有絕緣特性劣化之虞。然而，於本實施形態中，由於含有粒子8，因此可藉由粒子8確保絕緣性。又，粒子8不易構成像是會對熔接部之機械特性或電特性造成不良影響的殘渣。故可兼顧對熱的耐久性與熔接部之可靠性。

以上，依據本實施形態，於素線絕緣層13中含有絕緣性高的粒子8，因此，可確保素線絕緣層13之高絕緣性。故可抑制素線絕緣層13之熱劣化。

又，素線絕緣層13之樹脂利用Tg-DTA時50%重量減少係落在300℃~500℃，因此熔接時可輕易地燒失。故可抑制樹脂渣等殘渣混入熔接部。即，可兼顧熔接性與耐久性。

又，外部絕緣層14為熱塑性樹脂，可確保充分之絕緣性能、耐久性及可撓性等。

實施例 其次，作成改變過素線絕緣層等的分割導體，並評價熔接性、彎曲加工性、高頻特性。分割導體是絞合6條具有導體部及素線絕緣層的素線，並藉由模具成形為角型，且形成有利用熱塑性樹脂構成的外部絕緣層。表1中顯示本發明之實施例1~10。又，表2中顯示比較例1~5。

[表1]

[表2]

素線絕緣層使用胺甲酸乙酯、耐綸(PA66)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚醯胺醯亞胺(PAI)。又，外部絕緣層使用聚醚醚酮(PEEK)、聚伸苯硫醚(PPS)等熱塑性樹脂。

表中的熔接性是除去兩端之外部絕緣層，在使素線絕緣層露出的狀態下，於熔接電流30A、熔接時間0.1秒之條件下使一對分割導體彼此產生電弧放電而進行熔接。當已熔接之處未形成熔接焊球時，判定為無法熔接。

更詳而言之，當分割導體之已熔接處周邊無色調之變化、且於分割導體末端形成有熔接焊球時，視為熔接性優異而評價為「A」。又，當分割導體之已熔接處周邊產生煤煙、但於分割導體末端形成有熔接焊球時，視為良好而評價為「B」。又，當分割導體之已熔接處周邊無色調之變化、且於分割導體末端未形成熔接焊球時，視為熔接性差而評價為「C」。又，當分割導體之已熔接處周邊產生煤煙、且於分割導體末端未形成熔接焊球時，視為無法熔接而評價為「D」。另，將熔接性之評價為「A」及「B」之情形判定為合格。

彎曲加工性是將素線絕緣層伸張10%後，以直徑1.0mm之鐵芯為軸而將直狀試驗片彎曲成180°(U字狀)，並確認彎曲部頂點之皮膜有無破裂。將可看見破裂者評價為「D」。又，當無法看見破裂時，將素線絕緣層伸張至20%而同樣地進行評價。將即便是20%亦無破裂者評價為「A」，將10%時無法看見破裂但於20%時可看見破裂者評價為「B」。評為A者可承受更嚴苛之加工，但即便是B亦可進行馬達製造，判定為合格。

高頻特性是針對常溫與在220℃×2000小時後的兩者進行評價。在1000Hz、2.16A、138Vrms之條件下使交流磁場產生裝置作動，產生50mT之交流磁場。若於磁場中設置試料，則會產生渦流所致之發熱。測定此時的發熱量，設為電流損耗(W)。如上述般計算在無集合之導體上擠製覆蓋素線絕緣層後的導線之電流損耗量W0。當各試料之電流損耗量W與W0之比率為0.8以下(損耗量之抑制率為20%以上)時，評價為良好並表記為「B」。再者，當上述比率為0.4以下(損耗量之抑制率為60%以上)時，評價為優異並表記為「A」。另一方面，當上述比率大於0.8(損耗量之抑制率小於20%)時，評價為差並表記為「D」。

由結果來看，於素線絕緣層中含有粒子的實施例1~10皆判定為合格。另，實施例3之被膜厚度較厚，因此熔接性為B。又，實施例8之粒子添加量少，因此高溫保持後的高頻特性判定為B。又，實施例9之粒子添加量多，因此彎曲特性判定為B。又，實施例10之粒子粒徑大，因此彎曲特性判定為B。

另一方面，比較例1未設置素線絕緣層，因此高頻特性評價為D。又，比較例2之素線絕緣層之耐熱性高，因此熔接性之評價為D。又，比較例3、4之素線絕緣層之耐熱性低，因此高溫保持後的高頻特性判定為D。比較例5之粒子為體積電阻率低的碳，因此高頻特性判定為D。

以上，參照附圖說明本發明之實施形態，然而，本發明之技術範圍不受前述實施形態左右。應知凡該發明所屬技術領域中具有通常知識者，可於申請專利範圍之技術思想範疇內思及各種變更例或修正例，應瞭解該等當然亦屬於本發明之技術範圍。

1‧‧‧定子鐵心 3‧‧‧槽 5‧‧‧分割導體 7、107‧‧‧素線 8‧‧‧粒子 9‧‧‧端部 10、100‧‧‧集合導線 11、111‧‧‧導體部 12‧‧‧樹脂 13、113‧‧‧素線絕緣層 14、114‧‧‧外部絕緣層 113a‧‧‧殘渣

圖1a是顯示集合導線10之截面圖。 圖1b是圖1a之X部放大圖。 圖2是顯示定子鐵心1之局部立體圖。 圖3是顯示分割導體5之俯視圖。 圖4a是顯示分割導體5之截面圖，且為圖3之A-A線截面圖。 圖4b是顯示分割導體5之截面圖，且為圖3之B-B線截面圖。 圖5是顯示將分割導體5配置於槽3中的狀態之示意圖。 圖6是顯示已熔接端部9彼此的狀態之示意圖。 圖7a是顯示習知集合導線100之截面圖。 圖7b是顯示已熔接集合導線100之端部彼此的狀態之示意圖。

(無)

Claims (12)

1. 一種集合導線，其集合有複數條素線，且特徵在於： 前述素線具有導體部及覆蓋前述導體部的素線絕緣層，且於前述素線絕緣層中含有體積電阻率1×10⁶ Ω．cm以上的粒子。
2. 如請求項1之集合導線，其中前述粒子之平均粒徑為0.1~10μm。
3. 如請求項1之集合導線，其中前述粒子之添加量相對於構成前述素線絕緣層的樹脂為5~60體積%。
4. 如請求項1之集合導線，其中前述素線絕緣層含有至少1種利用Tg-DTA時50%重量減少落在300℃~500℃的樹脂。
5. 如請求項1之集合導線，其中前述素線絕緣層之厚度為0.5~30μm。
6. 如請求項1之集合導線，其中複數條前述素線相互絞合。
7. 如請求項1之集合導線，其中經集合的複數條前述素線之長向上至少一部分直接或透過其他絕緣層而由熱塑性樹脂覆蓋，前述熱塑性樹脂為結晶性樹脂，且於23℃下的彎曲彈性模數為2000MPa以上。
8. 如請求項7之集合導線，其中前述熱塑性樹脂選自於由聚醚醚酮、改質聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚醚酮、聚醚酮醚酮酮、聚伸苯硫醚及熱塑性聚醯亞胺所構成之群組。
9. 一種分割導體，其特徵在於： 如請求項7之集合導線被切割成短尺寸，且於集合導線之至少兩端部未形成前述熱塑性樹脂而露出前述素線。
10. 如請求項9之分割導體，前述分割導體於長向上未具有連結前述導體部的接合部而是一體形成。
11. 一種分段線圈，其特徵在於使用如請求項1之集合導線。
12. 一種馬達，其特徵在於使用如請求項1之集合導線。

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