(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却媒体が流通する丸型冷却管と、この丸型冷却管の外方に配設される撚線導体とを備え、前記丸型冷却管の外周部対角四隅に、線状の絶縁材を縦添えすることにより、前記丸型冷却管に接する側の前記撚線導体が断面略矩形状に配列されることを特徴とする成形撚線導体。
【請求項２】
請求項１に記載の成形撚線導体の外周に絶縁被膜を設け、これを巻回したことを特徴とするコイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、成形撚線導体およびこれを用いたコイルに係わり、特に、交流環境下での交流損失の低減を図ることができる成形撚線導体およびこれを用いたコイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、交流電磁石のコイル用導体としては、うず電流による交流損失を低減するため撚線導体が必要とされている。また、かかる撚線導体への通電による温度上昇を抑制するためコイル用導体の内部に、冷却媒体が流通する冷却管を配置する必要がある。さらに、撚線導体としては、コイル巻する場合の占積率を向上させるため、圧縮成形後の仕上り断面を略矩形状に成形することが望まれている。
【０００３】
従来、この種のコイル用導体としては、図７に示すようなものが知られている。同図において、従来のコイル用導体は、冷却媒体が流通する丸型冷却管２０と、この丸型冷却管２０の外周に複数の層を構成するように横巻きされた多数本の導線（以下、「撚線導体」という。）２１とを備えている。
【０００４】
しかして、撚線導体２１は、その仕上り断面が略矩形状を呈するようにローラーダイス（不図示）によって圧縮成形され、成形後の撚線導体の外周には絶縁層２２が設けられている。
【０００５】
一方、このような構成のコイル用導体を断面略矩形状に圧縮成形する方法としては、丸型冷却管２０の外方に配設される複数層の撚線導体２１を、一括して断面略矩形状に圧縮成形する方法と、丸型冷却管２０の外方に配設される複数層の撚線導体２１を、各層毎に断面略矩形状に圧縮成形する方法とが知られている。
【０００６】
しかしながら、前者の圧縮成形方法においては、最外層側に配設される撚線導体の圧縮加工度が最外層より内側に配設される撚線導体の圧縮加工度よりも大きくなることから、内側に配設される撚線導体の圧縮成形後の外径が必要以上に細くなり、この結果、最外層に配設される撚線導体の導線の一部が余分になり、この余分な導線が最外層の外側にはみ出る虞があった。また、圧縮成形時における撚線導体の径方向の応力によって中心に配置される丸型冷却管が著しく変形する虞もあった。
【０００７】
また、後者の圧縮成形方法においては、撚線導体２１の各層の圧縮加工度は略均一になるものの、中心に配置される冷却管２０が丸型であるため、最内層に配設される撚線導体を断面略矩形状に圧縮成形することが困難となり、ひいては最内層の外側に配設される第２、第３の層を構成する撚線導体を断面略矩形状に圧縮成形することが困難になるという難点があった。
【０００８】
このため、丸型冷却管２０の外周部対角四隅に、撚線導体２１と同種構成の金属線例えばアルミ線を縦添えした後に、最内層の撚線導体を配設し、これを断面略矩形状に圧縮成形する方法が案出されている。
【０００９】
このような圧縮成形方法によれば、金属線の縦添えによって丸型冷却管２０の見掛け上の外形が略四角形状を呈することから、最内層を構成する撚線導体も略四角形状に配列でき、この結果、丸型冷却管２０に変形を与えることなく撚線導体を断面略矩形状に圧縮成形することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような金属線を縦添えした成形撚線導体においては、丸型冷却管の外周部対角四隅に配置される金属線が撚られていないため、撚線導体に交流電流を通電した場合、若しくは撚線導体が交番磁界下に置かれた場合においては、撚線導体に発生する交流損失が大きくなり、ひいてはコイル用導体に撚線導体を採用した意義が失われるという難点があった。
【００１１】
本発明は、上述の難点を解決するためになされたもので、丸型冷却管を変形させずに仕上り断面を略矩形状に圧縮成形することができ、また、交流環境下における交流損失の発生を低減できる成形撚線導体およびこれを用いたコイルを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明の成形撚線導体は、冷却媒体が流通する丸型冷却管と、この丸型冷却管の外方に配設される撚線導体とを備え、丸型冷却管の外周部対角四隅に、線状の絶縁材を縦添えすることにより、丸型冷却管に接する側の撚線導体が断面略矩形状に配列されることを特徴としている。
【００１３】
本発明の成形撚線導体によれば、線状の絶縁材の縦添えによって丸型冷却管の見掛け上の外形が略四角形状を呈することになり、この結果、丸型冷却管に接する側、すなわち最内層に配設される撚線導体を略四角形状に配列することができ、ひいては、丸型冷却管に変形を与えずに撚線導体を断面略矩形状に圧縮成形することができる。また、丸型冷却管の外周部対角四隅に線状の絶縁材が縦添えされていることから、交流環境下における交流損失の発生を低減できる。
【００１４】
また、本発明のコイルは、前記成形撚線導体の外周に絶縁被膜を設け、これを巻回したことを特徴としている。
【００１５】
本発明のコイルによれば、仕上り断面が略矩形状とされた成形撚線導体を巻回していることから、コイルの占積率を向上させることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る成形撚線導体およびこれを用いたコイルの好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態による１層構成の成形撚線導体を示す横断面図であり、図２は、図１に示した成形撚線導体における半製品を示す横断面図である。図３は同じく２層構成の成形撚線導体を示す横断面図であり、図４は、３層構成の成形撚線導体を示す横断面図である。図５は、絶縁被膜を設けた成形撚線導体（コイル用導体）を示す横断面図であり、図６は、図５に示した導体により構成されるコイルを示す横断面図である。
【００１８】
図１および図２において、本発明における成形撚線導体は、中心に非磁性材料から成る丸型冷却管１を備えており、この丸型冷却管１の内部には水等の冷却媒体が流通される。ここで、丸型冷却管１としては、外径が１４ｍｍで内径が１２ｍｍのステンレススチール管が使用されている。
【００１９】
次に、丸型冷却管１の外周部対角四隅に、外径が３．５ｍｍ程度の線状の絶縁材２が丸型冷却管１の長手方向に沿って平行に縦添えされ、これにより、丸型冷却管１の見掛け上の外形、すなわち４本の絶縁材２の外周間に跨って外接する外形が、図２の２点鎖線で示すように、略四角形状を呈することになる。
【００２０】
ここで、絶縁材２としては、適度の硬度を有する絶縁性の線状体、例えばエポキシ樹脂やポリイミド樹脂を含浸させたガラス繊維が使用される。絶縁材２として、適度の硬度を有する線状体を使用するのは、絶縁材の過変形を防止し、また後述する撚線導体の歪を防止するためである。すなわち、絶縁材２として、過度に軟質の絶縁材を使用すると、導線の横巻時における応力によって絶縁材が著しく変形し、この絶縁材の変形によって上記の丸型冷却管１の見掛け上の外形（略四角形状）が崩れ、ひいては丸型冷却管１に接する側の撚線導体を略矩形状に配列することが困難になるからである。なお、導線の横巻時の応力や後述する圧縮時の応力によって絶縁材２が若干変形してもよく、要は、丸型冷却管１に接する側の撚線導体が略矩形状に配列されれば良い。逆に、その硬度を導線の硬度よりも大きくすると、後述のコイル製作時における曲げ加工によって撚線導体に歪を生じさせる虞があるからである。
【００２１】
しかして、見掛け上の外形が略四角形状とされた丸型冷却管１の外周には、外径が３．１ｍｍの導線３（１９本）が、層心径の１１．２倍程度のピッチで右方向に同心状に撚り合せられて、最内層の撚線導体４が形成される。ここで、導線３としては、圧縮成形を容易にするため、硬アルミ線を１６０℃程度の温度で４時間程度焼鈍処理したいわゆる軟アルミ線が使用される。なお、軟アルミ線を使用する点は、図３および図４に示す成形撚線導体を製造する場合も同様である。
【００２２】
このようにして得られた撚線導体４は、ローラーダイス等により、その縦横の幅がそれぞれ１９ｍｍ程度になるように圧縮成形される。これにより、圧縮成形後の仕上り断面が略矩形状とされた成形撚線導体が得られる。
【００２３】
次に、図３に示すように、２層構成の成形撚線導体を製造する場合は、図１に示した撚線導体４の外周に、外径が２．８ｍｍの導線５（２８本）を、層心径の１１．５倍程度のピッチで左方向に同心状に撚り合せて、第２の層としての撚線導体６を形成し、前述と同様に、ローラーダイス等によって、その縦横の幅がそれぞれ２３．７ｍｍ程度になるように圧縮成形する。これにより、圧縮成形後の断面が略矩形状とされた２層構成の成形撚線導体が得られる。なお、２層構成の成形撚線導体を製造する場合においては、最内層の撚線導体が断面略矩形状とされているため、前述の絶縁材２の縦添えは不要となる。この点は、図４に示す成形撚線導体を製造する場合も同様である。
【００２４】
続いて、図４に示すように、３層構成の成形撚線導体を製造する場合は、図３に示す第２の層としての撚線導体６の外周に、外径が２．８ｍｍの導線７（３４本）を、層心径の１０．７倍程度のピッチで右方向に同心状に撚り合せて、第３の層としての撚線導体８を形成し、前述と同様に、ローラーダイス等によって、その縦横の幅がそれぞれ２８．５ｍｍ程度になるように圧縮成形する。これにより、圧縮成形後の断面が略矩形状とされた３層構成の成形撚線導体が得られる。
【００２５】
このような構成の成形撚線導体においては、丸型冷却管１の外周部対角四隅に線状の絶縁材２が配置されていることから、成形撚線導体の角型成形を容易に行なうことができ、また、縦添えされる線状材が絶縁材料で形成されていることから、交流環境下における交流損失の低減を図ることができる。
【００２６】
次に、以上のようにして得られた成形撚線導体を利用したコイルおよびその製法について述べる。
【００２７】
図５は、図４に示した成形撚線導体を用いて構成されるコイル用導体を示している。なお、図４と共通する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図５において、先ず、前述のようにして得られた例えば３層構成の成形撚線導体の外周に、ガラステープないしエポキシやポリイミドなどの樹脂を含浸して半焼成したガラステープなどを巻いて絶縁被膜９を形成する。そして、この絶縁被膜９を有する成形撚線導体１０を、図６に示すように、例えば８列３段に積層してコイル状に巻回し、全体をエポキシ樹脂ないしポリイミド樹脂などで真空含浸して導線間の隙間を樹脂で埋め尽くすことにより拠線導体の中心に配置された冷却パイプへの熱伝導が向上し冷却特性に優れたコイルが得られる。その後その外周に対地絶縁としてエポキシやポリイミドなどの樹脂を含浸して半焼成したガラステープやガラスとマイカの複合体のテープを巻きつけて焼成し、強固な絶縁体１１を設ける。
【００２８】
このようにして得られたコイル１２は、例えば、交流電磁石を構成する鉄心１３に装着される。
【００２９】
このような構成のコイル１２においては、仕上り断面が略矩形状に成形された成形撚線導体を用いていることから、コイルの占積率を向上させることができる。
【００３０】
なお、以上の実施形態においては、撚線導体を構成する導線として軟アルミ線を使用しているが、本発明はこれに限定されず、例えば硬アルミ線や軟銅線等を使用しても同様の効果を得ることができる。軟銅線を用いる場合には表面の電気伝導度を小さくするためにあらかじめ線の表面をホルマール処理などで絶縁しておくことが望ましい。
【００３１】
また、丸型冷却管や導線の寸法、絶縁線の寸法や本数、成形撚り線導体の仕上がり寸法等は前述の実施形態に限られるものではなく、用途に応じて適した構成とすることになる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の成形撚線導体によれば、丸型冷却管に接する側の撚線導体を略矩形状に配列することができ、ひいては、丸型冷却管に変形を与えずに撚線導体を断面略矩形状に圧縮成形することができる。また、丸型冷却管の外周部対角四隅に線状の絶縁材が縦添えされていることから、交流環境下における交流損失の発生を低減できる。
【００３３】
また、本発明のコイルによれば、仕上り断面が略矩形状とされた成形撚線導体を巻回していることから、コイルの占積率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による１層構成の成形撚線導体を示す横断面図。
【図２】図１に示した成形撚線導体における半製品の横断面図。
【図３】本発明の実施形態による２層構成の成形撚線導体を示す横断面図。
【図４】本発明の実施形態による３層構成の成形撚線導体を示す横断面図。
【図５】本発明の実施形態によるコイル用導体を示す横断面図。
【図６】本発明の実施形態によるコイルを示す一部断面図。
【図７】従来の成形撚線導体の横断面図。
【符号の説明】
１  丸型冷却管
２  線状の絶縁材
３、５、７  導線
４、６、８  撚線導体
９  絶縁被膜
１０  絶縁被膜を有する成形撚線導体（コイル用導体）
１２  コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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