JP2018170181A - 電線、コイルおよびコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】線間にスペーサ用の部材を配置することなく線間に一定の隙間を保持可能な低コストなコイル向け電線、コイルおよびコイルの製造方法の提供。
【解決手段】本発明の一態様に係る電線は、通電線と熱融着性の糸からなる繊維層とを備える。前記通電線は複数の金属線を撚り合わせて形成したものである。前記繊維層は前記通電線の周囲に、前記通電線の周方向（軸と交差する方向）に熱融着性の糸を巻き付けて被覆したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電装置などに用いられるコイル向け電線、コイルおよびコイルの製造方法に関する。

近年、電気自動車の給電は、ケーブルを用いる接触式から無線電力伝送技術を利用した非接触式へ変更することが進められている。

非接触給電の技術は、給電所の路面に埋め込むようにして設けた送電用（１次側）の平面コイルと電気自動車の底部に設けた受電用（２次側）の平面コイルとを数十ｃｍ程度の間隔で対向させることで電力を無線送電することで電気自動車に給電する技術である。

従来、無線電力伝送に用いる平面コイルは、主に、細い複数のエナメル線を撚り合わせて形成したリッツ線を平面的に渦巻き状に巻回して形成する（例えば特許文献１参照）。

この平面コイルの場合、渦電流を抑制するために（加熱を防ぐために）、リッツ線どうしの間に一定の隙間を空ける必要があり、リッツ線の線間に絶縁材を介在させる目的で、絶縁材としての絶縁糸をリッツ線と平行に巻き付けて形成している。

特開２００９−１５８５９８号公報

このように従来の平面コイルは、リッツ線どうしの間に絶縁糸を介在させて隙間を設けており、隙間の幅を埋める分のスペーサ用の部材（絶縁糸）が必要になり、コスト高になるという問題がある。また、従来の平面コイルは、コイル単体では剛性が低く、コイルの取扱い時にコイル形状が崩れてしまう虞もある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、線間にスペーサ用の部材を配置することなく線間に一定の隙間を保持可能な低コストなコイル向け電線、コイルおよびコイルの製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電線は、複数の金属線を撚り合わせて形成した通電線と、前記通電線の周囲に、前記通電線の軸と交差する方向に巻き付けて被覆した熱融着性の糸状部材からなる繊維層とを具備する。前記通電線は複数の金属線を撚り合わせて形成したものである。前記繊維層は前記熱融着性の糸状部材を前記通電線の周囲に、前記通電線の軸と交差する方向に巻き付けて被覆したものである。

本発明の一態様に係るコイルは、上記電線を、線間に隙間を空けるように渦巻き状にしたものである。

本発明によれば、線間にスペーサ用の部材を配置することなく線間に一定の隙間を保持可能な低コストなコイル向け電線、コイルおよびコイルの製造方法を提供することができる。

本発明の一つの実施の形態の非接触給電装置の構成を示す断面図。 第１実施例の渦巻き状のコイル（円形）の平面図。 図２のコイルの主材である電線の断面図。 図３の電線表面の繊維層の形成に用いる繊維材を示す図。 電線を溝に沿わせて重しをのせ電線のがたつきを抑える様子を示す図。 第２実施例の渦巻き状のコイル（矩形）を示す図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

（実施の形態）
本実施形態に係る非接触給電装置は、１次側の非接触送電装置と２次側の非接触受電装置とを対向配置して構成される。電力を供給する側である１次側の非接触送電装置と電力を受ける側の２次側の非接触受電装置は、コイルの部分の要素はほぼ同じ要素で構成されており、ここでは、一方の側について説明するが、他方の側も同様であることは言うまでもない。

図１に示すように、例えば１次側の非接触送電装置は、アルミニウム板などの基板１と、この基板１の上面に配置された磁心コア板２と、磁心コア板２の上面に配置されたコイル１０とを備える。さらに、磁心コア板２におけるコイル１０の位置を固定するために、磁心コア板２の上面をモールド樹脂等により皮膜してもよい。

図２に示すように、コイル１０の主材としては、リッツ線（金属線）などの電線１１が用いられている。コイル１０は、電線１１を、円形の渦巻き状に巻回して形成したものである。電線１１どうしは、一定間隔の隙間を空けて平らに並べて巻回されている。

図３に示すように、電線１１は、エナメル線１２を複数撚り合わせて束にして形成したリッツ線１３（撚り線群）と、このリッツ線１３の周囲に被覆形成された繊維層１４とを有する。リッツ線１３（撚り線群）は、束にした状態でほぼ円柱の形状をなすものである。なお、エナメル線１２は、銅線（素線）１２ａの外表面（周囲）をエナメル層１２ｂで絶縁皮膜した絶縁導線の一つである。

図３に示したリッツ線１３の周囲を覆う被覆である繊維層１４は、図４に示すように、外被の鞘３２の部分とその内側の芯３３の部分との２層構造の繊維材３４を束にしたものであり、以下、この束を「熱融着性の糸３５」または「糸状部材」と称す。繊維層１４はこの熱融着性の糸３５を、リッツ線１３の周面に押しつけて平坦にして巻き付けたもの、またはその後、加熱加工し熱融着性の糸３５を構成する繊維材３４どうしを固着したものである。

つまり繊維層１４は、熱融着性の糸３５を、リッツ線１３の周囲に、リッツ線１３の周方向（軸と交差する方向）に巻き付けて被覆したもの、つまり熱融着性の糸３５をリッツ線１３の周囲に平坦に巻き付けたものである。なおリッツ線１３に、熱融着性の糸３５を平坦にオーバーラップさせながら巻き付けることで、リッツ線１３がばらけることなく、かつ屈曲加工したときの形状の維持力を高めることができる。

鞘３２は、融点が例えば１６０℃の結晶性ポリエステル樹脂を材料とするものである。芯３３は、融点が例えば２５０℃の高粘度ポリエステル樹脂を材料とするものである。

つまり熱融着性の糸３５を構成する一本一本の繊維材３４は、樹脂製の芯３３と、この芯３３の周囲（外側）に形成された樹脂製の鞘３２との２層構造をなし、鞘３２の融解温度が芯３３よりも低いものである。

融点の異なる鞘３２と芯３３の２層構造の繊維材３４は、上記した高融点ポリエステル樹脂と低融点ポリエステル樹脂の組み合わせの他、ポリエチレン樹脂とポリプロピレン樹脂との組み合わせ、ポリエステル樹脂とポリエチレン樹脂との組み合わせ、さらに、ポリエステル樹脂とナイロン樹脂（ポリアミド）との組合せなどが考えられる。つまり繊維材３４は、融点の異なる材料を単繊維中に芯３３と鞘３２の状態で紡糸したものであれば、適用可能である。また、融点の異なる複数の繊維材を混合した混繊糸を用いても良い。融点の異なる複数の繊維材における、高融点の線材が融けずに低融点の繊維材が融ける温度で加熱することで、融点の異なる鞘３２と芯３３の２層構造の繊維材３４と同様の効果を得ることができる。

電線１１は、上記熱融着性の糸３５を、リッツ線１３の周方向（軸と交差する方向）からリッツ線１３の外周部に張力を加えながら押し当てて平坦な形状にして巻き付けたものである。

なお、熱融着性の糸３５を平坦に巻き付けた後、１６０℃以上で加熱し、外被の鞘３２の部分を融解させた後、冷却により固化したものが平坦な繊維層１４となる。

この繊維層１４では、加熱時に鞘３２の部分だけが融解して隣接どうしで接着しその中の芯３３の部分は融解していないためテープ状（帯状）になる。したがって、繊維層１４を剥がす際に、糸３５を巻き付けた単位でテープ状にきれいに剥がすことができる。また繊維層１４を剥がした後、その内側のリッツ線１３には繊維層１４の残存物が残らないため、加工前のリッツ線１３の状態と同様になる。この結果、例えば終端処理などが容易に行える。

以下、コイル１０の製造方法を説明する。
電線１１としては、例えばリッツ線１３を用いるものとする。また電線１１としては、リッツ線１３以外に、例えば絶縁被覆していない導体（銅やアルミニウムを材料とする線）であってもよい。

（第１工程：巻回工程）
この第１工程では、糸巻機を用いる。この機器は、従来のものを利用する。糸巻機には、熱融着性の糸３５を巻いたボビンをセットする。

この第１工程では、熱融着性の糸３５を、リッツ線１３の外周部に張力を加えながら押し当てて平坦な形状にしてオーバーラップさせながら巻き付ける。これにより、被覆された一本の電線１１を作成できる。

熱融着性の糸３５として、例えば市販のメルセット「２８０Ｔ４８」、２５０デニール（２８０デシテックス）の糸状部材を使用した。メルセットは登録商標である。

なお、これ以外に、糸巻条件を変えることで、２５０デニール（２８０デシテックス）以上３０００デニール（３３４０デシテックス）以下の熱融着性の糸３５を使用できる。

（第２工程：加熱工程）
この第２工程では、加熱機（図５参照）を用いて、第一工程で作成した電線１１を渦巻き状に加工してコイル１０を製造する。

すなわち、加熱機は、図５に示すように、上下に対向配置した金型６１、重し６２と、金型６１および／または重し６２を加熱するヒータ６７と、ヒータ６７に電力を供給する電源６８とを備える。

金型６１には渦巻き状の溝６３が設けられている。溝６３は電線１１を嵌め込み可能な幅と深さで設けられている。

すなわち、電線１１を渦巻き状の溝６３に這わせて嵌め込み、重し６２を配置することで渦巻き状に成型された電線１１の微細ながたつきを押さえ、加熱機で熱融着性の糸３５の鞘３２の融解温度まで加熱して融解した後、冷却することで、電線１１の周囲に熱融着性の糸３５がテープ状に固着した繊維層１４の被覆を形成した渦巻き状のコイル１０（図２参照）を製造する。また、加熱加工を行う際に加圧機（図示せず）を用いて積極的な加圧を行っても良い。加熱加工時に加圧機による加圧を行うことで、形成した渦巻き状コイルの厚みを薄くすることができる。

その後、アルミニウム板などの基板１の上面に磁心コア板２を配置し、さらに磁心コア板２の上面に、上記のコイル１０を配置することで、図１に示した非接触給電装置を製造することができる。

このように本実施形態の非接触給電装置によれば、複数のエナメル線１２を撚り合わせて形成したリッツ線１３の周囲に、リッツ線１３の周方向（軸と交差する方向）に熱融着性の糸３５を巻き付けて被覆したことで、電線１１としての柔軟な引き回しが可能になると共に、この電線１１を、線間の隙間を等間隔に空けた渦巻き状の溝６３に嵌め込んで加熱した後、冷却することにより、絶縁樹脂などのスペーサを介在させることなく、形状が維持可能なコイル１０を製造できるので、線間にスペーサ用の部材を配置することなく線間に一定の隙間を保持可能な低コストな非接触送電または非接触受電用のコイル向け電線、コイルおよびコイルの製造方法を提供することができる。
なお、線間の隙間を設けないで密巻きに形成した渦巻き状コイルにあっては、より一層の形状維持が可能となる。

また、本実施形態では、以下のような効果が得られる。
リッツ線１３の周囲に熱融着性の糸３５を巻回することで、エナメル層１２ｂの外周に融着皮膜を設けた自己融着線を用いるよりも安価にできる。さらには、自己融着線は融着被膜を設けることによりリッツ線１３の外径が大きくなるが、本実施形態は、リッツ線１３の外周に熱融着性の糸３５を平坦な形状にして巻き付けるだけであり、自己融着線と比較して厚みの薄い渦巻き状コイルを作製することができる。

加熱しない状態の熱融着性の糸３５のままでは固着されないため、リッツ線１３の可撓性が保たれるので、例えば熱硬化性樹脂からなる樹脂テープ材を巻回するのに比べて柔軟性にたけ、コイルの成型性が高まる。

糸巻機は既存の設備を利用可能なため、設備投資が最低限で済む。

隣接する電線１１間に隙間を設けたコイル１０の形状であっても、加熱してリッツ線１３を被覆する繊維層１４が固着することで、コイル１０は剛性を得られるため、コイル１０の取扱い時の形状保持が容易となる。

リッツ線１３の皮膜にリッツ線１３そのものを融着する樹脂などを用いていないため、加熱してコイル１０の形状を固定した後であっても、固着した繊維層１４をはぎ取ることで、加工前のリッツ線１３に容易に戻すことができ、また終端処理が容易に行える。

上記実施例では、渦巻き状コイル１０の外形を円形としたが、これ以外に、金型６１の溝６３の配置および形状を変えることで、例えば図７に示すように、外形が矩形の渦巻き状コイル２０や外形が楕円形の渦巻き状コイル（図示せず）なども容易に製造することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…アルミ板（基板）、２…磁心コア板、１０、２０…コイル、１１…電線、１２…エナメル線、１３…リッツ線（通電線）、１４…繊維層、３２…鞘、３３…芯、３４…繊維材、３５…繊維材の束（熱融着性の糸）、６１…金型、６２…重し、６３…溝、６７…ヒータ、６８…電源。

Claims (11)

1. 複数の金属線を撚り合わせて形成した通電線と、
   前記通電線に、その周方向に巻き付けた熱融着性の糸と
   を具備することを特徴とする電線。
2. 前記熱融着性の糸を構成する一本一本の繊維材が、樹脂製の芯部と、前記芯部の外側に形成された樹脂製の鞘部との２層構造をなし、
   前記鞘部の融解温度が前記芯部よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の電線。
3. 前記熱融着性の糸は、融点の異なる２種類の繊維材を混合してなることを特徴とする請求項１に記載の電線。
4. 前記熱融着性の糸を構成する繊維材の束が、２５０デニール（２８０デシテックス）以上３０００デニール（３３４０デシテックス）以下のものであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載の電線。
5. 請求項１乃至４いずれか１項に記載の前記電線を、平坦な渦巻き状にしたコイル。
6. 線間に隙間を設けた請求項５に記載のコイル。
7. 外形が円形または多角形である請求項５または請求項６いずれかに記載のコイル。
8. 前記隙間が等間隔である請求項５乃至７いずれか１項に記載のコイル。
9. 金属製の基板と、
   前記基板の上に配置した磁心コア板と、
   前記磁心コア板の上に配置した請求項５乃至８いずれか１項に記載の前記コイルと
   を具備する非接触給電装置。
10. 請求項１乃至４いずれか１項に記載の前記電線を渦巻き状の溝に嵌め込んで、前記熱融着性の糸の融解温度まで加熱した後、冷却することで、前記通電線の周囲に固着した繊維層を形成することを特徴とするコイルの製造方法。
11. 前記電線を加圧しつつ加熱する請求項１０記載のコイルの製造方法。

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