(57)【要約】【課題】渦電流損失低減効果を奏する集合導線に関し、溶接性に優れた集合導線と、この集合導線を巻装して形成されるコイルを提供する。【解決手段】導線１と導線１の周りに形成された絶縁被膜２からなる素線３が複数本束ねられて形成されている集合導線１０であり、絶縁被膜２はシリコーンから形成されており、かつ厚みが10μm以下の範囲にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導線と該導線の周りに形成された絶縁被膜からなる素線が複数本束ねられて形成されている集合導線であって、
前記絶縁被膜はシリコーンから形成されており、かつ厚みが10μm以下の範囲にある集合導線。
【請求項２】
前記導線が断面視矩形の平角導線からなり、前記素線が平角線であり、前記集合導線が平角線である請求項１に記載の集合導線。
【請求項３】
請求項１または２に記載の集合導線が巻装されて形成されているコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の素線からなる集合導線とこの集合導線が巻装されてなるコイルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータを構成するステータは、円環状のヨークと、ヨークから径方向内側に突出する複数のティースと、隣接するティース間に形成されるスロットを備えた鋼板が積層されてなるステータコアから形成されており、コイルがこのスロット内に挿入されながら、ティース間に巻装されることによってステータが形成される。このコイル用の巻線は、導線周りに絶縁被膜が形成されてコイル内における導線間の絶縁が図られるとともに、ティースとコイルの間には絶縁性のボビンや絶縁紙等のインシュレータが配設されてコア−コイル間の絶縁が図られている。さらに、たとえば分布巻き方式の巻装形態においては、絶縁紙等のインシュレータで異相コイル間の相間絶縁が図られている。
【０００３】
従来のコイル形成用の巻線は、たとえば銅素材の導線の周りに、熱硬化性のエナメル樹脂を溶剤に溶かして数μmの厚みで塗布し、熱処理して塗布層を固め、この処理を複数回繰り返して所望厚のエナメル被膜を形成して巻線が製作されている。なお、このエナメル被膜の素材としては、アミドイミド系樹脂やウレタン系樹脂、エステルイミド系樹脂、ポリイミド系樹脂や酸化膜などが一般に用いられている。
【０００４】
ところで、上記構成の巻線の渦電流損失対策として、導線の断面を分割して小断面とし、この小断面の導線周りに絶縁被膜を形成して小断面の素線とし、この素線を束ねて形成された集合導線を適用する方法が注目されており、たとえば特許文献１，２にはこの集合導線が開示されている。そして、この集合導線においても、各素線間は各素線の具備する樹脂素材の絶縁被膜や酸化膜にて絶縁が図られている。
【０００５】
たとえばステータのティース周りに集合導線を巻装してコイルを形成する際には、最後にコイルを形成した集合導線の有する２つの端部同士を溶接して無端状のコイルが形成される。
【０００６】
このコイル形成の最終段階における溶接の際に、絶縁被膜が上記する樹脂素材からなる形態では絶縁被膜が有機物素材ゆえに樹脂内部からガスや炭素が発生し、これらを巻き込んで溶接されるために溶接箇所に気泡が生じ、この気泡による溶接不良が懸念される。また、絶縁被膜が酸化膜からなる場合は、酸化膜の膜厚が薄いと十分な絶縁性を確保できず、集合導線としたにも関わらず渦電流損失低減効果を期待し難いものとなってしまう。そこで、酸化膜の膜厚を厚くすると、今度は酸化膜が脆化してしまい、集合導線を折り曲げた際に絶縁被膜が脱落することが懸念される。なお、上記する特許文献１，２では、集合導線を構成する各素線の絶縁被膜に関し、溶接不良が解決課題として掲げられておらず、したがってこの課題を解決する手段の開示はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５５８０６号公報
【特許文献２】特開２０１０−７４９０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、渦電流損失低減効果を奏する集合導線に関し、溶接性に優れた集合導線と、この集合導線を巻装して形成されるコイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明による集合導線は、導線と該導線の周りに形成された絶縁被膜からなる素線が複数本束ねられて形成されている集合導線であって、前記絶縁被膜はシリコーンから形成されており、かつ厚みが10μm以下の範囲にあるものである。
【００１０】
本発明の集合導線は、集合導線を構成する各素線の絶縁被膜の素材にシリコーンが適用されていること、さらに、絶縁被膜の厚みが10μm以下の範囲に規定されていることにより、溶接性に優れ、渦損失低減効果も高く、さらには曲げ特性にも優れたものとなっている。
【００１１】
シリコーンは、結合の主骨格がSiとOが交互に結びついたシロキサン結合(Si-O-Si)でそこに有機基が結びついて形成されたものであり、ベースモノマー（Si-R3-O(1官能基)、Si-R2-O2(2官能基)、Si-R-O3(3官能基)）が架橋することで形成された組成を有している。なお、本明細書において絶縁被膜素材としてのシリコーンは、SiO2(シリカ)を包含するものである。
【００１２】
シリコーンは高温、低温のいずれの雰囲気下でも耐久性が高く、紫外線劣化性が低く、ゴム状、ゲル状など、多様な性状を有することができる素材である。
【００１３】
絶縁被膜の素材に無機高分子のシリコーン（無機のシリカ含む）を適用したことで、そのシロキサン結合に依拠して炭素が少なく、溶接時にガスや炭素が発生し難いことから、溶接箇所に気泡が生じ難くなり、溶接時の気泡による溶接不良の問題が効果的に解消される。
【００１４】
なお、溶接不良解消の観点で言えば、集合導線を巻装してコイルを形成した際に溶接される集合導線の端部領域のみ、素線を構成する絶縁被膜にシリコーン素材のものを適用し、その他の領域の集合導線においては構成要素である素線の絶縁被膜に従来一般のエナメル被膜等が適用された形態の集合導線であってもよいが、高い渦損失低減効果をも加味して総合的に見ると、集合導線の全領域において構成要素である素線の絶縁被膜がシリコーンから形成された集合導線であるのが望ましい。
【００１５】
シリコーン素材の絶縁被膜は絶縁性にも優れており、たとえば銅素材の導線との接着性が良好であり、集合導線を曲げた際の耐剥離性に優れている。
【００１６】
本発明の集合導線では、各素線を構成する絶縁被膜がシリコーンから形成されていることに加えて、その厚みが10μm以下の範囲に規定されている。
【００１７】
本発明者等の検証によれば、絶縁被膜の素材にシリコーンを適用するのみならず、絶縁被膜の厚みを10μm以下の範囲に規定した場合に、溶接性に優れ、渦損失低減効果が高いことに加えて、曲げ特性に優れた絶縁被膜を具備する素線から構成された集合導線となることが特定されている。
【００１８】
なお、集合導線を構成する各導線はその断面視形状が円形のものを適用できるが、素線の断面視形状が矩形の平角導線からなり、前記素線が平角線であり、前記集合導線が平角線である形態の場合には、占積率の高いコイルを形成できることから好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上の説明から理解できるように、本発明の集合導線とこの集合導線が巻装されて形成されたコイルによれば、構成要素である複数の素線の絶縁被膜がシリコーンから形成され、かつ絶縁被膜の厚みが10μm以下の範囲にある集合導線であることによって、溶接性と絶縁性に優れ、さらにはコイル形成の際並びにコイル形成後に重要である曲げ特性にも優れた集合導線とこの集合導線からなるコイルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の集合導線の模式図である。
【図２】各種評価試験で使用した集合導線モデルと渦損失低減性評価試験の概要を説明した図であって、（ａ）は実施例および比較例の各モデルを示した図であり、（ｂ）は実施例および比較例と対比する１本導線のモデルを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の集合導線の実施の形態を説明する。なお、図示例の集合導線は、その構成要素である素線も集合導線もともに平角線からなる形態であるが、丸線からなる素線から構成された集合導線であってもよいことは勿論のことである。
【００２２】
図１は本発明の集合導線の模式図である。図示する集合導線１０は、銅素材の平角導線１とこの平角導線１の周りに形成された絶縁被膜２からなる素線３が複数本（図示例は６本）束ねられて形成されている。集合導線１０は各素線３同士が密着して形成されているが、さらに不図示のシリコーンからなる外被膜で各素線３が一体に形成されてもよい。たとえばこの集合導線１０がモータを構成するステータのティース周りにボビン等を介して巻装されることで、不図示のコイルが形成される。
【００２３】
絶縁被膜２はシリコーンから形成されている。より具体的には、ベースモノマーである、Si-R3-O(1官能基)、Si-R2-O2(2官能基)、Si-R-O3(3官能基)が多様な組み合わせ形態で架橋することで形成された組成を有している。なお、絶縁被膜２がSiO2(シリカ)から形成されていてもよい。
【００２４】
絶縁被膜２が無機高分子のシリコーンから形成されていることで、そのシロキサン結合に依拠して炭素が少なく、溶接時にガスや炭素が発生し難いことから、溶接箇所に気泡が生じ難くなり、溶接時の気泡による溶接不良の問題が効果的に解消され、溶接性に優れた絶縁被膜２を具備する集合導線１０となる。
【００２５】
また、シリコーンからなる絶縁被膜２の厚みtは10μm以下の範囲に設定されている。後述する本発明者等による検証結果でも示すように、絶縁被膜２がシリコーンから形成されるとともに厚みが上記数値範囲に規定されていることで、溶接性と絶縁性に優れ、さらにはコイル形成の際並びにコイル形成後に重要である曲げ特性（曲げた際の耐剥離性）にも優れた集合導線１０となる。
【００２６】
[本発明の集合導線の効果確認実験とその結果]
本発明者等は、本発明の集合導線の効果確認実験として、以下の製作方法で本発明の集合導線（実施例1〜3）と従来の集合導線（比較例1〜3）を製作し、各試験体に対して溶接性の評価試験、渦損失低減性評価試験、および曲げ特性評価試験をそれぞれ実施した。
【００２７】
（実施例および比較例の製作方法）
＜実施例1＞
銅素材の導線にシリコーンレジンであるKR251(信越化学工業社製)をディップコーターで浸漬した後、230℃の熱処理炉内に30分載置して硬化させ、導線周りにシリコーンからなる絶縁被膜(膜厚3μm)を析出させて素線を作成した。作成された6本の素線を束ねて周囲に被膜を形成し、実施例1にかかる集合導線を作成した。
【００２８】
＜実施例2＞
銅素材の導線にシリコーンレジンであるTSR1122(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)をディップコーターで浸漬した後、150℃の熱処理炉内に30分載置して硬化させ、導線周りにシリコーンからなる絶縁被膜(膜厚0.1μm)を析出させて素線を作成した。作成された6本の素線を束ねて周囲に被膜を形成し、実施例2にかかる集合導線を作成した。
【００２９】
＜実施例3＞
銅素材の導線にシリコーンレジンであるKR251(信越化学工業社製)をディップコーターで浸漬した後、230℃の熱処理炉内に30分載置して硬化させ、導線周りにシリコーンからなる絶縁被膜(膜厚7μm)を析出させて素線を作成した。作成された6本の素線を束ねて周囲に被膜を形成し、実施例3にかかる集合導線を作成した。
【００３０】
＜比較例1＞
銅素材の導線を300℃で30分熱処理し、導線周りに酸化膜を析出させて素線を作成した。作成された6本の素線を束ねて周囲に被膜を形成し、実施例1にかかる集合導線を作成した。
【００３１】
＜比較例2＞
銅素材の導線にポリアミドイミド系のエナメル被膜としてKMK22A(日立マグネットワイヤ社製)を塗布し、230℃で15分、さらに400℃で15分焼成してエナメル被膜(膜厚3μm)を析出させて素線を作成した。作成された6本の素線を束ねて周囲に被膜を形成し、比較例2にかかる集合導線を作成した。
【００３２】
＜比較例3＞
銅素材の導線にポリアミドイミド系のエナメル被膜としてKMK22A(日立マグネットワイヤ社製)を塗布し、230℃で15分、さらに400℃で15分焼成してエナメル被膜(膜厚20μm)を析出させて素線を作成した。作成された6本の素線を束ねて周囲に被膜を形成し、比較例3にかかる集合導線を作成した。
【００３３】
＜比較例4＞
銅素材の導線にシリコーンレジンであるTSR1122(モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製)をディップコーターで浸漬した後、150℃の熱処理炉内に30分載置して硬化させ、導線周りにシリコーンからなる絶縁被膜(膜厚20μm)を析出させて素線を作成した。作成された6本の素線を束ねて周囲に被膜を形成し、比較例4にかかる集合導線を作成した。
【００３４】
（溶接性の評価試験）
実施例、比較例の各集合導線に対し、それぞれ2本の集合導線をTIG溶接機(ミヤチテクノス社製のMAW-300)で溶接し、溶接球の観察と断面観察による気泡の有無を確認した。
【００３５】
（渦損失低減性評価試験）
図２ａで示す各実施例および比較例の集合導線モデルＭ１０（導線モデルＭ１，絶縁被膜モデルＭ２，素線モデルＭ３）の周りにコイルＣを配設し、磁場ＭＦ中に載置し、発生した渦電流を計測機ＭＭ（サーチコイル）で測定した。なお、実施例および比較例の集合導線モデルＭ１０の測定結果と対比する対比モデルとして、図２ｂで示すように集合導線モデルＭ１０と同じ断面積の１本の銅素材の導線モデルＭ４，絶縁被膜モデルＭ５からなる１本導線モデルＭ２０を作成し、同様にその周りにコイルＣを配設し、磁場ＭＦ中に載置し、発生した渦電流を計測機ＭＭ（サーチコイル）で測定した。１本導線モデルＭ２０の測定結果に対する実施例、比較例の各集合導線モデルＭ１０の測定結果から渦損失低減効果の有無を評価した。なお、渦損低減効果の有無の判断方法は、１本導線モデルに比べて70%以上の低減効果がある場合に「低減効果有り」、70%未満の場合は「低減効果なし」としている。
【００３６】
（曲げ特性評価試験）
実施例および比較例の各集合導線に対して、屈曲試験機にて3Rの折り曲げ試験をおこない、各集合導線の素線周りの絶縁被膜の剥離の有無を観察した。
【００３７】
（実験結果）
上記する溶接性の評価試験、渦損失低減性評価試験および曲げ特性評価試験の結果を以下の表１に示す。
【００３８】
[表１]
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【００３９】
表１より、実施例1〜3においては、集合導線を構成する素線の絶縁被膜がシリコーンから形成され、その膜厚が1〜7μmにおいて、溶接性、渦損失低減性、および曲げ特性の全ての確認試験で良好な結果が得られた。
【００４０】
一方、比較例2、3、4では溶接箇所に気泡が確認され、溶接性が不良であることが分かった、特に比較例4は絶縁被膜がシリコーンから形成されたものであるが、その膜厚が20μmと厚すぎたことが原因であると考えられる。実施例3と比較例4の結果より、シリコーンから形成される絶縁被膜の膜厚の上限値としては10μmが溶接可能性を高い確率で保証できると推察されることから、この10μmをシリコーン製絶縁被膜の膜厚の上限値に規定することとした。
【００４１】
また、絶縁被膜に酸化膜を適用した比較例1では、渦損失低減効果がほとんどなく、曲げ特性でも剥離が生じる結果となった。
【００４２】
一方、最小膜厚0.1μmの絶縁被膜を有する素線から構成された実施例2の集合導線においても、渦損失低減性、曲げ特性ともに良好な結果が得られており、したがって、シリコーンから形成される絶縁被膜の膜厚の下限値を、好ましくは0.1μmに規定することができる。
【００４３】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４４】
１…導線（平角導線）、２…絶縁被膜、３…素線、１０…集合導線
【図１】
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【図２】
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