WO2013168262A1 - 集合導線およびその製造方法 - Google Patents

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稔明 増井
寛史 井下
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トヨタ自動車株式会社
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/04—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of bars or wire
    • B21C37/045—Manufacture of wire or bars with particular section or properties

Definitions

  • the present invention relates to a collective conducting wire in which a plurality of conductor wires are bundled, and a method for manufacturing the collective conducting wire.
  • Patent Document 1 shows a collective conductor in which conductor wires having a square cross section are bundled without twisting (see paragraphs 0032 and 0033 and FIG. 1).
  • An object of the present invention is to provide a method for easily aligning and bundling strands having a square cross section, and a collective conductor manufactured in such a manner.
  • a strand formed by cutting a thin plate has a square (rectangular or square) cross section.
  • the material is folded or wound in a direction orthogonal to the strands to form a bundle of strands.
  • the comb-shaped base portion that is, the portion where the cut has not reached and the portion connecting the strands.
  • the comb-shaped base portion of the bundle of strands is cut off to make each strand independent and form a collective conducting wire.
  • a plate-shaped portion that is left as an original thin plate without being cut may be provided in a part of the material in a direction intersecting the strands. And this plate-shaped part can be wound around the outer periphery of a strand of wire. By covering the outer periphery with the plate-like portion, it is possible to prevent the strands from being separated thereafter.
  • a non-conductive film can be formed.
  • the folding when forming the wire bundle can be made by folding the material in a zigzag shape.
  • the wire bundle can have a square cross section.
  • the assembly conductor wire according to another aspect of the present invention is a material having a comb-shaped portion whose teeth are square strands formed by making a plurality of cuts from one end face of a thin plate of conductive material. It has the strand bundle produced by folding or winding in the direction orthogonal to a strand. Furthermore, the comb-shaped portion of the material may have a base portion that connects the strands.
  • Electrical devices such as electric motors and generators have a coil wound around a core.
  • the coil is formed by a plurality of conductive wires in a bundle.
  • it is known to reduce a gap between conductive wires constituting a coil.
  • the cross section of the conducting wire By making the cross section of the conducting wire a square, that is, a rectangle or a square, and bundling with the same cross-sectional orientation, the gap can be reduced compared to the case of a circle. Further, it is known that the loss is reduced when the thickness of each conductive wire constituting the coil is reduced.
  • the following embodiment provides a technique for aligning the cross-section direction of a thin conducting wire having a square cross section and reducing the gap between the conducting wires.
  • FIG. 1 is a process diagram illustrating a method of manufacturing a collective conducting wire according to this embodiment.
  • 1A to 1F are shown as perspective views.
  • a thin plate 10 made of a conductive material is prepared (FIG. 1A).
  • the conductive material for example, metal, preferably copper or copper alloy can be used.
  • the thickness of the thin plate material 10 can be bent and is easy to handle even after being thinned. It is preferable to obtain a certain degree of rigidity. Specifically, for example, it can be about 1 mm.
  • the thickness of the illustrated thin plate member 10 is emphasized for explanation.
  • a plurality of cuts 14 are made from one end surface 12 of the thin plate material 10 and from the front end surface in the drawing to create a material 16 (FIG. 1B).
  • This end face 12 is hereinafter referred to as a cut end face 12.
  • the cut 14 is inserted in a direction intersecting the cut end surface 12, preferably in a direction orthogonal to the base end surface 18, which is the opposite end surface.
  • the cuts 14 are made at predetermined intervals from the first side surface 20 of the thin plate member 10, preferably at equal intervals.
  • the cut 14 can be processed by, for example, a cutter having a rotary blade or a laser cutter.
  • the portion between the first side surface 20 and the closest notch 14 and the portion between the adjacent notches 14 are formed as a strand 22 that becomes one conducting wire of the collective conducting wire.
  • the strand 22 extends in parallel to the first end face 20, and the cross section perpendicular to the longitudinal direction is rectangular because it is formed by cutting the plate material.
  • the thin plate member 10 has a comb-shaped portion 26 in which each of the strands 22 has teeth, and a portion where the cuts 14 do not reach is a base 24.
  • the plate-like portion 28 is a portion between the second end face 30 that is the end face opposite to the first end face 20 of the thin plate member 10 and the comb-shaped portion 26.
  • a non-conductive film 32 is formed on the surface of the material 16 (FIG. 1C).
  • the film 32 is formed as an oxide film by oxidizing the surface of the material 16.
  • the raw material 16 on which the coating film 32 is formed is folded or wound to create a wire bundle 34 (FIG. 1 (d)).
  • the comb-shaped part 26 is folded so that a part of the comb-shaped part overlaps at least a part of the remaining part.
  • the material 16 is folded in a direction orthogonal to the strand 22.
  • the fold by this fold extends along the same direction as the strand.
  • the portion 26 a on the first end face 20 side is folded in a valley and overlapped on the remaining portion 26 b to form a bundle 34 of strands 22.
  • the comb-shaped portion 26 can be folded in a bundled state.
  • the direction of the square of the cross section is also restrained by the base 24, it can be easily aligned.
  • the cross-sectional shape of the whole wire bundle 34 is a square (in the illustrated example, a rectangle).
  • the plate-like portion 28 is wound around the outermost periphery of the wire bundle 34 (FIG. 1 (e)).
  • the plate-like portion 28 is wound around the wire bundle 34 to form the outer peripheral layer 36.
  • the plate-like portion 28 is formed with dimensions (dimensions in the left-right direction in the drawing) necessary for forming the outer peripheral layer 36.
  • the wire bundle 34 is formed with a size sufficient to cover the entire circumference.
  • the base 24 of the comb-shaped portion 26 is cut off from the wire bundle 34, and the assembly wires 38 are created with the individual wires 22 being independent from each other (FIG. 1 (f)).
  • FIG.1 (f) the part shown with the chain line is the part cut off.
  • the position where the strand bundle 34 is cut for this cutting off can be the root of the strand 22, that is, the position of the boundary between the strand 22 and the base 24.
  • the twisted portion may be cut off.
  • the comb-shaped portion 26 is folded once and the strand bundle 34 in which the strands 22 are two-staged is formed, but a plurality of strands may be folded.
  • 2 and 3 are diagrams showing another example of how the comb-shaped portion 26 is folded, and the cut end surface 12 is shown.
  • the gaps between the strands 22 are shown, but they are actually arranged without a gap.
  • the strand bundle 40 is created so that the comb-shaped portion 26 is wound.
  • the lower stage 40b is formed by folding once from the middle stage 40a of the wire bundle 40, and further the upper stage 40c is formed by folding in the same direction. That is, trough folding is repeated twice to form a three-stage arranged wire bundle 40. Furthermore, valley folding can be repeated to obtain a multi-stage arrangement. As described above, when folding in one direction is repeated, the comb-shaped portion 26 appears to be wound.
  • the comb-shaped portion 26 is folded in a zigzag shape to create a three-stage arrangement of wire bundles 42.
  • a middle step 42b is formed by valley folding with respect to the lower step 42a, and then an upper step 42c is formed by mountain folding. In this way, by alternating the folding directions, the strand bundle 42 having three or more stages can be created.
  • a jig 44 can be used as shown in FIG.
  • the jig 44 has a J-shaped cross section with a corner.
  • the letter J is inverted.
  • the upper side 44 a is in contact with the upper side of the wire bundle 34.
  • a right side 44b and a left side 44c extend downward along the side surface of the strand bundle 34, respectively.
  • the right side 44 b has a length that extends to the plate-like portion 28, and the left side 44 c has a length that extends to the lower surface of the strand bundle 34.
  • the jig 44 is a long member having a J-shaped cross section shown in FIG.
  • the material 16 in which the comb-shaped portion 26 is folded once is placed on the table 46, and the jig 44 is placed thereon.
  • the jig 44 extends along the direction in which the wire 22, that is, the teeth of the comb-shaped portion 26 extends. By pushing the jig 44 downward, the strands 22 can be aligned and the gap can be reduced.
  • the cross-sectional shape of the jig is preferably determined according to the shape of the target wire bundle.

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Abstract

導電性材料の薄板材（１０）の一つの端面（１２）から複数の切り込み（１４）を入れて素線（２２）を形成する。薄板材から、素線を歯とする櫛形状部（２６）を有する素材（１６）が作成される。素線（２２）同士は櫛形状部の基部（２４）によりつながっている。素材（１６）を、素線に直交する方向において折り畳み、又は巻いて、素線束（３４）を作成する。櫛形状部の基部（２４）を切り落とし、各素線が独立した集合導線（３８）を作成する。

Description

集合導線およびその製造方法
　本発明は、複数の導体素線を束ねた集合導線、および集合導線の製造方法に関する。
　下記特許文献１には、断面が方形の導体線を、ねじりのない状態で束ねた集合導体が示されている（段落００３２，００３３および図１参照）。導体線の断面を方形とすることで円形断面に比べ導線間の隙間を小さくすることにより、集合導体全体の断面積に対する導体の断面積の割合（占積率）を向上することができる。
特開２００８－１９３８６０号公報
　上記特許文献１のように、導体線同士の間に隙間がないように束ねるためには、それぞれの導体線のねじれを矯正する工程、断面において導体線同士の向きをそろえる工程が必要となる。このため、集合導体の製造工程が増えるという問題がある。また、個々の導体線を細くすると導体線が変形しやすくなり、上記のねじれ矯正の作業や導体線同士をそろえる作業が難しい作業となる。
　本発明は、断面が方形の素線を、容易にそろえて束ねる方法、およびそのようにして製造された集合導線を提供することを目的とする。
　本発明に係る集合導線の製造方法においては、まず、導電性材料の薄板の一つの端面から複数の切り込みを入れて素線を形成し、この素線を歯とする櫛形状部を有する素材を作成する。薄板に切り込みを入れて形成された素線は、断面が方形（長方形または正方形）となる。次に、前記素材を、前記素線に直交する方向において折り畳むか、または巻いて、素線の束を形成する。このとき、櫛形状の基部、つまり切り込みが届かなかった部分であって素線同士を繋いでいる部分によって、素線同士がばらばらになることが防止される。最後に、素線の束の、櫛形状の基部の部分を切り落とし、各素線を独立させ、集合導線とする。
　櫛形状部を有する素材を作成する際、素線に交差する方向において、この素材の一部に、切り込みを入れずに元の薄板のままとした板状部を設けるようにできる。そして、この板状部を素線束の外周に巻き付けることができる。板状部で外周を覆うことにより、以後素線がばらばらになることが防止される。
　また、櫛形状部を有する素材の表面に、切り込みを入れて素線を形成した後、非導電性の被膜を形成するようにできる。
　また、素線束を形成する際の折り畳みは、前記素材をジグザグ状に折り畳んで束とするものとできる。
　また、素線束は、断面を方形とすることができる。
　本発明の他の態様である集合導線は、導電性材料の薄板の一つの端面から複数の切り込みを入れることにより形成された断面が方形の素線を歯とする櫛形状部を有する素材を、素線に直交する方向において折り畳み又は巻いて作成された素線束を有する。さらに、前記素材の櫛形状部は、素線同士を繋ぐ基部を有するものとできる。
　櫛形状部の歯同士、つまり素線同士を繋ぐ基部を残した状態で素材を折り畳む又は巻くことにより、素線がばらばらにならず、素線同士を隙間のないようにそろえて束ねることが容易にできる。
本発明の集合導線の製造工程を示す図である。 櫛形状部の折り畳み方の一例を示す図である。 櫛形状部の折り畳み方の他の一例を示す図である。 素線をそろえる工程の説明図である。 素線間の隙間を更に詰めるための工程の説明図である。
　以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。なお、以下の説明において、「上」「下」「右」「左」等の向きを表す語句を用いるが、これは、図中における向きを示すものであり、現実の向きを限定するものではない。
　電動機や発電機等の電気機器は、コアに巻回されたコイルを有する。コイルは束となった複数の導線により形成される。電動機等を、より小形で高出力とする手法の一つとして、コイルを構成する導線同士の隙間を少なくすることが知られている。導線の断面を方形、すなわち長方形または正方形とし、断面の向きをそろえて束ねることにより、円形の場合に比べて隙間を少なくすることができる。また、コイルを構成する個々の導線の太さは、細くした方が損失が低減されることが知られている。以下の実施形態により、断面が方形の細い導線の断面の向きをそろえて、導線同士の隙間を少なくする手法が提供される。
　図１は、本実施形態の集合導線の製造方法を説明する工程図である。図１の（ａ）～（ｆ）の各図は、斜視図として示されている。導電性材料の薄板材１０を準備する（図１（ａ））。導電性材料としては、例えば金属、好ましくは銅または銅合金を用いることができる。この薄板材１０は、後述するように、曲げ加工され、また切り込みを入れられて細くされるので、薄板材１０の厚さは、曲げ加工可能であって、細くなった後も取扱いが容易な程度の剛性を得られるものとすることが好ましい。具体的には、例えば１ｍｍ程度とすることができる。図示された薄板材１０は、説明のために厚さが強調されている。
　薄板材１０の一つの端面１２から、図においては手前の端面から複数の切り込み１４を入れ、素材１６を作成する（図１（ｂ））。この端面１２を以降、切り込み端面１２と記す。切り込み１４は、切り込み端面１２に交差する方向、好ましくは直交方向に、反対側の端面である基部端面１８の手前まで入れられる。切り込み１４は、薄板材１０の第１側面２０から所定の間隔で、好ましくは等間隔で入れられる。切り込み１４は、例えば、回転刃を有するカッターやレーザカッターにより加工することができる。この切り込み加工によって、第１側面２０と最もこれに近い切り込み１４の間の部分、および隣接する切り込み１４の間の部分は、集合導線の一本の導線となる素線２２として形成される。素線２２は、第１端面２０に並行するように延び、長手方向に直交する断面は、板材に切り込みを入れて形成されたために方形となっている。
　複数の切り込み１４を入れることによって、薄板材１０は、素線２２の一本一本を歯とし、切り込み１４が達していない部分を基部２４とする櫛形状部２６を有するようになる。素線２２に交差する方向、すなわち図１中の左右方向において、薄板材１０は、その一部に切り込み１４が設けられず、薄板のままの板状部２８を有する。板状部２８は、薄板材１０の第１端面２０の反対側の端面である第２端面３０と櫛形状部２６の間の部分となる。
　素材１６の表面に非導電性の被膜３２を形成する（図１（ｃ））。被膜３２は、素材１６の表面を酸化させて酸化被膜として形成される。また、他の手法、例えば塗装により形成されてもよい。これは、隣接する素線２２同士の間で電流が流れないようにするためであり、よって少なくとも櫛形状部２６または素線２２の表面に被膜３２が形成されればよい。
　被膜３２が形成された素材１６を折り畳み、または巻いて素線束３４を作成する（図１（ｄ））。櫛形状部２６を折り畳んで、櫛形状部の一部を残りの少なくとも一部分に重ねるようにする。素材１６は、素線２２に直交する方向において折り畳まれる。この折り畳みによる折り目は、素線と同じ方向に沿って延びる。この実施形態では、図示されるように、第１端面２０側の部分２６ａを、谷折りして残りの部分２６ｂの上に重ね、素線２２の束３４を形成する。このとき、各素線２２は、一端が基部２４に繋がっているのでばらばらにならず、まとまった状態で櫛形状部２６を折り畳むことができる。また、断面の方形の向きも基部２４により拘束されるので、容易にそろえることができる。素線束３４全体の断面形状は方形（図示される例では長方形）となる。
　板状部２８を、素線束３４の最外周に巻き付ける（図１（ｅ））。板状部２８を素線束３４に巻き付け、外周層３６を形成する。板状部２８は、この外周層３６を形成するために必要な寸法（図中左右方向の寸法）で形成されている。好適には、素線束３４の全周を覆うに十分な寸法で形成される。外周層３６を巻き付けることにより、素線束３４を曲げるなど変形させる際に、素線２２同士がばらばらとなることを防止することができる。素線２２同士がさほどばらばらにならない、またはある程度ばらばらになることが許容される場合は、外周層３６を設けないようにすることもできる。この場合、素材１６において、板状部２８は形成しない。
　最後に、素線束３４から、櫛形状部２６の基部２４を切り落とし、各素線２２を互いに独立した状態として集合導線３８が作成される（図１（ｆ））。図１（ｆ）中、鎖線で示された部分が切り落とされた部分である。この切り落としのために素線束３４を切断する位置は、素線２２の根元、つまり素線２２と基部２４の境界の位置とすることができる。折り目に近い素線２２（図１（ｄ）であれば左端付近）の根元付近で、素線２２がねじれている場合には、このねじれた部分を含めて切り落とすようにしてもよい。
　図１に示した例においては、櫛形状部２６は１回折り畳まれ、素線２２が２段となった素線束３４が形成されたが、複数回折り畳まれるようにしてもよい。図２および図３は、櫛形状部２６の折り畳み方の他の例を示す図であり、切り込み端面１２が示されている。また、理解しやすいように、素線２２の間をあけて示しているが、実際には隙間なく配置される。
　図２に示す例では、櫛形状部２６が巻かれるようにして素線束４０が作成される。素線束４０の中段４０ａから一回折り畳まれて下段４０ｂが形成され、さらに同じ向きに折り畳まれて上段４０ｃが形成される。つまり、谷折りが２回繰り返されて、３段配置の素線束４０が形成される。更に谷折りを繰り返してより多段の配置とすることもできる。このように、１方向の折り畳みを繰り返すと、櫛形状部２６を巻いているように見える。
　図３に示す例では、櫛形状部２６がジグザグ状に折り畳まれて３段配置の素線束４２が作成される。下段４２ａに対し谷折りにより中段４２ｂが形成され、次に山折りにより上段４２ｃが形成される。このように折り畳みの向きを交互にすることで、３段、またはそれ以上の段数の素線束４２を作成することができる。
　櫛形状部２６を折り畳む工程（図１（ｄ））において、素線２２をそろえるために、図４に示すように、治具４４を用いることができる。治具４４は、角のあるＪ字形状の断面を有する。図４においてはＪ字が倒立している。上辺４４ａは、素線束３４の上辺に当接している。上辺４４ａの両端から、それぞれ右辺４４ｂ、左辺４４ｃが素線束３４の側面に沿って下方に延びている。右辺４４ｂは板状部２８まで延びる長さを有し、左辺４４ｃは素線束３４の下面まで延びる長さを有する。治具４４は、図４に示されるＪ字形の断面形状を有する長尺部材である。
　櫛形状部２６が１回折り畳まれた素材１６をテーブル４６上に置き、その上から治具４４を被せる。治具４４は、素線２２、つまり櫛形状部２６の歯の延びる方向に沿って延びている。治具４４を下向きに押すことで、素線２２をそろえ、隙間を減少させることができる。治具の断面形状は、対象となる素線束の形状に応じて定めることが好適である。
　集合導線３８の外形形状を整えるために、また素線２２同士の隙間をより詰めるために、さらに工程を追加することもできる。図５に示される断面形状を有する金型４８を用いて整形を行う。Ｌ字形状のベース金型４８ａの角に集合導線３８を置き、まず第１の移動型４８ｂにより側方から集合導線３８を押す。第１の型４８ｂを押し付けた状態で、第２の移動型４８ｃを下方に押す。二つの移動型４８ｂ，４８ｃによる押圧によって、集合導線３８が方形断面に整形され、また、素線２２同士の隙間が詰められる。
　１０　薄板材、１２　切り込み端面、１４　切り込み、１６　素材、２２　素線、２４　基部、２６　櫛形状部、２８　板状部、３４　素線束、３８　集合導線。

Claims (8)

  1. 　導電性材料の薄板の一つの端面から複数の切り込みを入れて素線を形成し、前記素線を歯とする櫛形状部を有する素材を作成する工程と、
    　前記素材を、前記素線に直交する方向において折り畳み、又は巻いて、素線束を作成する工程と、
    　櫛形状部の基部を切り落とし、各素線が独立した集合導線を作成する工程と、
    を含む集合導線の製造方法。
  2. 　請求項１に記載の集合導線の製造方法であって、
    　素材を作成する前記工程は、前記素線に交差する方向の一部において、切り込みを入れずに薄板のままとした板状部を設ける工程を含み、
    　素線束を作成する前記工程は、前記板状部を素線束の外周に巻き付ける工程を含む、
    集合導線の製造方法。
  3. 　請求項１または２に記載の集合導線の製造方法であって、素材を作成する前記工程は、素線を形成した後、表面に非導電性の被膜を形成する工程を含む、集合導線の製造方法。
  4. 　請求項１から３のいずれか１項に記載の集合導線の製造方法であって、素線束を作成する前記工程における折り畳みは、前記素材をジグザグ状に折るものである、集合導線の製造方法。
  5. 　請求項１から４のいずれか１項に記載の集合導線の製造方法であって、前記素線束は、断面が方形である、集合導線の製造方法。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の集合導線の製造方法により製造された集合導線。
  7. 　集合導線であって、導電性材料の薄板の一辺から複数の切り込みを入れることにより形成された断面が方形の素線を歯とする櫛形状部を有する素材を、素線に直交する方向において折り畳み又は巻いて作成された素線束を有する、集合導線。
  8. 　請求項７に記載された集合導線であって、前記素材の櫛形状部は、素線同士を繋ぐ基部を有する、集合導線。
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