JP2013223278A - 集合導線、集合導線を用いたコイル及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ加工時の導体素線同士の剥がれを抑制することができる集合導線を提供する。
【解決手段】集合導線１０は、互いに平行に複数本集合配置されて一体化した断面矩形の導体素線１２を有する。また、集合導線１０は、コイルを形成するために曲げられた曲げ部２０を有する。そして、曲げ部２０の内周側２２に配置される導体素線１２は、その幅が他の導体素線１２の幅よりも小さくなるように形成される。この構成により、曲げ加工時に発生するせん断応力が抑制され、このせん断応力に基づく導体素線１２同士の剥がれを抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は集合導線、集合導線を用いたコイル及びその製造方法に関し、特に、複数の導線素線が束ねられ一体に構成された集合導線の構造及びその製造方法の改良に関する。

モータは、ロータと、ロータの周囲に配置されたステータとを有する。ステータは、コイルを有し、このコイルに電流が流れることにより回転磁界が発生する。この回転磁界とロータとの間に働く電磁的作用により、ロータが回転する。

上述したコイルに用いられる導線には、断面円形のものがある。一方で、コイルの占積率を高めることを一つの目的として、断面円形の導線の代わりに、断面視が略矩形の導線である平角線を使用する場合がある。しかしながら、コイルに断面矩形の導線を用いた場合、断面円形の導線に比べ、導線に生じる渦損が増加してしまう。この渦損の原理について、図４を用いて説明する。

図４に示されるモータ１００は、ロータ１０２と、ロータ１０２の周囲に配置されたステータ１０４とを有する。ロータ１０２には、周方向に間隔を空けて複数の永久磁石１０６が埋め込まれている。ステータ１０４は、円筒状のヨーク１０８と、周方向に等間隔にヨーク１０８から径方向内側にそれぞれ突出するティース１１０とを有する。隣接するティース１１０の間にあるスロット１１２およびティース１１０の周りに、断面矩形の導線である平角線１１４が巻き回されてコイルが形成されている。

モータ１００の駆動時には、ロータ１０２が回転した際に（Ｚ方向）、ロータ１０２とステータ１０４の間で生じる磁界変動により、ティース１１０から永久磁石１０６に流れるべき磁束の一部が、漏れ磁束１１６としてスロット１１２の開口部１１８側に位置する平角線１１４に回り込むようにして流れてしまう。また、永久磁石１０６からティース１１０に流れる磁束の一部も、そのティース１１０に流れ込まずに、その一部が漏れ磁束１２０として、開口部１１８側に位置する平角線１１４に流れてしまう。

このように、本来、ティース１１０や永久磁石１０６に直接的に流れ込むべき磁束の一部が漏れ磁束１１６，１２０になり、開口部１１８に位置する導線に流れ込むことがある。

このような漏れ磁束１１６，１２０はモータトルクに寄与できず、従来から、渦損の原因になっていることが分かっている。なお、導線には、通常、銅素材が使用されているので、導線自体に電流が流れた際のジュール熱の発生による銅損と区別するため、以降、上記渦損を銅渦損と記す。

上述したように、コイルの占積率の向上を図るという観点から、導線に平角線を使用した場合には、スロットの開口部側に位置する導線の面積、すなわち、漏れ磁束が交差する面積が広いために、相対的に小径の断面円形の導線に比して渦損が大きくなり易く、これに起因するモータトルク性能が低下してしまう可能性がある。上記コイルの占有率の向上とともに、モータトルク性能の低下を防止するため、漏れ磁束が交差する面積の縮小化を図った導線、すなわち断面矩形の導体素線が互いに平行に複数本集合配置された集合導線が用いられる例がある。

下記特許文献１には、線材絶縁膜で被覆された断面矩形の導体素線が互いに平行に複数本集合配置された集合導線が記載されている。導体素線には結着材が塗布されており、この結着材を介して導体素線同士を接着することで、集合配置する際に、互いにばらばらになることを防止している。さらに、この集合導線の最外層には絶縁膜が設けられ、集合配置された導体素線を結束して、互いにばらばらになることを防止している。

特開２０１０−０５５８０６号公報

上記特許文献１のように、導体素線が結着材などの接着剤を介して互いに接着することで、集合配置された後も、互いにばらばらになることを防止することができる。しかしながら、このように導体素線が互いに接着された集合導線であっても、コイルに用いるために曲げ加工する場合、この加工により形成される曲げ部においてせん断応力が発生し、導体素線同士の剥がれが発生してしまう可能性がある。

本発明の目的は、新たな材料や製造工程を追加せずに、曲げ加工時の導体素線同士の剥がれを抑制することができる集合導線、集合導線を用いたコイル及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、断面矩形の導体素線が互いに平行に複数本集合配置されて一体化した集合導線において、コイルを形成するために曲げられた曲げ部を有し、曲げ部の内周側に配置される導体素線は、その幅が他の導体素線の幅よりも小さくなるように形成されることを特徴とする。

また、曲げ部が一方側にのみ曲げられて形成される場合、前記内周側の導体素線は、その幅が外周側に配置される導体素線の幅より小さくなるように形成されることが好適である。

また、曲げ部が一方側と他方側にそれぞれ曲げられて形成される場合、幅方向の両側に配置される導体素線は、その幅が他の導体素線の幅よりも小さくなるように形成されることが好適である。

また、集合導線がステータのティースに巻き回されて構成されることが好適である。

また、本発明は、集合導線の製造方法において、少なくとも２種類の幅が異なる断面矩形の導体素線が互いに平行に複数本集合配置する配置ステップと、集合配置された導体素線を曲げて曲げ部を形成する曲げステップと、を有し、配置ステップでは、曲げ部の内周側になる予定の導体素線の幅が他の導体素線の幅より小さくなるように、導体素線が配置されることを特徴とする。

本発明の集合導線、集合導線を用いたコイル及びその製造方法によれば、新たな材料や製造工程を追加せずに、曲げ加工時の導体素線同士の剥がれを抑制することができる。

本実施形態に係る集合導線を示す斜視図である。 図１のＡ部を示す拡大図である。 別の実施形態に係る集合導線を示す斜視図である。 ステータのコイルを形成する導線に渦損が発生する原理を示す図である。

以下、本発明に係る集合導線、集合導線を用いたコイル及びその製造方法の実施形態について、図を用いて説明する。まず、本実施形態に係る集合導線について、図１，２を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る集合導線を示す斜視図であり、図２は、図１のＡ部を示す拡大図である。

集合導線１０は、断面矩形の複数の導体素線１２を有する。導体素線１２は、導電性を有する材質、例えば銅である。導体素線１２は、この表面を被膜する絶縁被膜１４を有する。絶縁被膜１４は、例えば酸化膜である。なお、本発明はこの構成に限定されず、導体素線１２の表面を、絶縁性を有する樹脂で被膜してもよい。

また、導体素線１２は、図に示されるように、２行６列で互いに平行に集合配置されている。なお、導体素線１２の数２行６列は一例であって、本発明はこの数に限定されず、少なくとも集合導線１２の幅方向Ｗに複数の導体素線１２が配置されていればよい。

被膜された各導体素線１２には、その表面に接着剤１６が塗布され、この接着剤１６を介して導体素線１２同士が接着し一体化する。接着剤１６は、例えば熱融着性を有する結着材である。また、接着剤１６は、絶縁性を有する樹脂、例えばエポキシ系樹脂によって構成されてもよい。この場合、集合配置された導体素線１２間の絶縁性能の向上を図ることができる。

また、集合導線１０は、集合配置されて一体化された導体素線１２を膜状に被覆する外部絶縁被膜１８を有する。外部絶縁被膜１８は、集合配置された導体素線１２の最外層をしての役割と、一体化された導体素線１２を結束して、互いにばらばらになることを防止している役割とを有する。外部絶縁被膜１８は、絶縁性を有する樹脂である。また、集合導線１０の保護の観点から、外部絶縁被膜１８は、耐熱性を有する樹脂、例えばポリイミド系樹脂とすることが好適である。

このような構成により、集合導線１０は、従来技術で説明したように、コイルに用いた場合であって、特に、図４に示す開口部１１８側に位置するコイルに用いた場合、漏れ磁束が交差する面積の縮小化を図ることができ、銅渦損を低減することができる。なお、本実施形態の集合導線１０は、図４に示す開口部１１８側に位置するコイルだけに限定されず、集合導線１０が、ティース１１０に巻き回される全てのコイルを構成してもよい。

また、集合導線１０は、コイルを形成するために曲げられた曲げ部２０を有する。曲げ部２０は、図１に示されるように、曲げ半径の内側に位置する内周側２２と、曲げ半径の外側に位置する外周側２４と、これらに隣接する側面２６とを有する。図１に示されるように、内周側２２と外周側２４は、幅方向Ｗにおいて互いに対向する。

そして、本実施形態の集合導線１０においては、内周側２２の導体素線１２は、その幅が外周側２４の導体素線１２の幅より小さくなるように形成されている。

一般的に、導体素線を曲げ加工した場合、この導体素線の外周側領域は伸び、一方でそれの内周側領域は縮む。そして、幅方向Ｗに複数本集合配置された導体素線を曲げ加工した場合、内周側に配置される導体素線の外周側領域（表面）の周方向における伸びと、この導体素線より外周側に配置される導体素線の内周側領域（表面）の周方向における縮みとによって、この領域では周長差が生じる。この周長差が大きいほど、その領域でのせん断応力が大きくなり、導体素線同士の剥がれの原因になる。

本実施形態の集合導線１０は、上述のように、内周側２２に配置される導体素線１２の幅のほうが小さい。このように内周側２２の導体素線１２の幅を小さくすることで、この導体素線１２の外周側２４領域の伸びが小さくなるので、周長差も小さくなり、結果として、せん断応力を抑制し、導体素線同士の剥がれを抑制することができる。

図２に示される集合導線１０は、内周側２２から３列分の導体素線１２の幅がそれぞれ例えば０．３ｍｍであり、それより外周側２４の３列分の導体素線１２の幅がそれぞれ例えば１．０ｍｍである。このような構成によれば、導体素線１２の幅がそれぞれ例えば１．０ｍｍを４列並べ、幅方向Ｗの長さが同じになる集合導線の構成にくらべ、外周側２４から３列目の導体素線１２の内周側２２領域において、周長差を約半分に低下させることができる。つまり、この領域におけるせん断応力を約半分に低減することができ、導体素線１２同士の剥がれを確実に抑制することができる。

なお、本実施形態においては、集合導線１０が、内周側２２から３列分の導体素線１２の幅が、それらより外周側２４に配置される導体素線１２の幅より小さく形成されている場合について説明したが、本発明は、内周側に配置される、幅が小さい導体素線１２の数３列に限定されず、１列や２列であっても、４列以上であってもよい。

次に、本実施形態の集合導線１０の製造方法について説明する。まず、銅素材、例えば丸型導線から断面矩形の導体素線１２を成形し、この導体素線１２を加熱して表面を酸化させ絶縁被膜１４を形成する。

そして、各導体素線１２にエポキシ系樹脂を接着剤１６として塗装し、これらの導体素線１２を平行に集合配置する。このとき、幅方向Ｗにおいて、幅が小さい導体素線１２を内周側２２に３列配置し、これらより幅が大きい導体素線１２を外周側２４に３列配置する。そして、集合配置された導体素線１２を加熱し接着剤１６を硬化させ、これらの導体素線１２を一体化させる。

そして、集合配置され、接着剤１６により一体化された導体素線１２を、芯金を用いた曲げ加工により曲げて曲げ部２０を形成する。コイル用の集合導線１０においては、曲げ部２０が複数個所形成され、それらの曲げ半径Ｒは、例えば２．５ｍｍである。

曲げ部２０が形成された集合導線１０の表面に、外部絶縁被膜１８が電着塗装又は真空蒸着などの塗装により施され、コイルに用いられる集合導線１０の製造は終了する。

本実施形態の集合導線１０及びこの製造方法によれば、幅が小さい導体素線１２を内周側２２に配置するだけで、新たな材料や製造工程を追加せずに、曲げ加工時の導体素線１２同士の剥がれを抑制することができる。

本実施形態においては、一方側（図１における右回り）に曲げられて形成される曲げ部２０の内周側２２に、幅がより小さい導体素線１２を配置する場合について説明した、本発明はこの構成に限定されない。幅がより小さい導体素線１２が、曲げ部２０の内周側２２に配置されるのであれば、図３に示されるような構成とすることもできる。

図３は、別の実施形態に係る集合導線１０を示す斜視図である。この集合導線１０は、一方側（図３における右回り）と他方側（図３における左回り）にそれぞれ曲げられて形成された曲げ部２０を有する。このように曲げ部２０が両方向に曲げられている場合、幅方向Ｗの両側に配置される導体素線１２は、その幅が、幅方向Ｗの中央に配置される他の導体素線１２の幅よりも小さくなるように形成される。幅方向Ｗの両側に配置された導体素線１２は、各曲げ部２０において、それぞれ内周側２２に位置することになる。

このような構成により、曲げ加工時、内周側２２から３列目の導体素線１２の外周側２４領域において、周長差を低下させることができる。つまり、この領域におけるせん断応力を低減することができ、導体素線１２同士の剥がれを確実に抑制することができる。

１０ 集合導線、１２ 導体素線、１４ 絶縁被膜、１６ 接着剤、１８ 外部絶縁被膜、２０ 曲げ部、２２ 内周側、２４ 外周側、２６ 側面。

Claims (5)

1. 断面矩形の導体素線が互いに平行に複数本集合配置されて一体化した集合導線において、
   コイルを形成するために曲げられた曲げ部を有し、
   曲げ部の内周側に配置される導体素線は、その幅が他の導体素線の幅よりも小さくなるように形成される、
   ことを特徴とする集合導線。
2. 請求項１に記載の集合導線において、
   曲げ部が一方側にのみ曲げられて形成される場合、前記内周側の導体素線は、その幅が外周側に配置される導体素線の幅より小さくなるように形成される、
   ことを特徴とする集合導線。
3. 請求項１に記載の集合導線において、
   曲げ部が一方側と他方側にそれぞれ曲げられて形成される場合、幅方向の両側に配置される導体素線は、その幅が他の導体素線の幅よりも小さくなるように形成される、
   ことを特徴とする集合導線。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の集合導線を用いたコイルであって、
   集合導線がステータのティースに巻き回されて構成される、
   ことを特徴とするコイル。
5. 集合導線の製造方法において、
   少なくとも２種類の幅が異なる断面矩形の導体素線が互いに平行に複数本集合配置する配置ステップと、
   集合配置された導体素線を曲げて曲げ部を形成する曲げステップと、
   を有し、
   配置ステップでは、曲げ部の内周側になる予定の導体素線の幅が他の導体素線の幅より小さくなるように、導体素線が配置される、
   ことを特徴とする集合導線の製造方法。

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