(57)【要約】【課題】渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体における導体占積率を向上させる。【解決手段】各々、全体横断面形状を分割した一部分の矩形状の横断面を有する複数の導体線３が無撚り状態で一体化した集合導体１０であって、各導体線３は、導体素線１と、導体素線１を覆うように設けられた被覆層２とを有し、被覆層２を介して互いに結着され、被覆層２は、テープ材２により構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々、全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有する複数の導体線が無撚り状態で一体化した集合導体であって、
上記各導体線は、導体素線と、該導体素線を覆うように設けられた被覆層とを有し、上記被覆層を介して互いに結着され、
上記被覆層は、テープ材により構成されていることを特徴とする集合導体。
【請求項２】
請求項１に記載された集合導体において、
上記導体素線の横断面は、矩形状に形成されていることを特徴とする集合導体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された集合導体において、
上記テープ材は樹脂により構成されていることを特徴とする集合導体。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１つに記載された集合導体において、
インバータ駆動されるモーターのコイル用であることを特徴とする集合導体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の導体線が一体化して構成された集合導体に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の導体線が束ねられて一体に構成された集合導体として種々のものが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、断面円形よりなるエナメル線の複数本を横２列となるように配列撚合わせし、全体の横断面が長方形状の平型撚線となるように構成してなるリッツ線が開示されている。そして、これによれば、巻線における占積率を向上させることができる、と記載されている。
【０００４】
特許文献２には、複数本の絶縁素線を束ねた集合線の外側に自己融着層を設けた自己融着集合線として、導体上に絶縁層と自己融着層とを順次形成した自己融着絶縁素線の複数本が自己融着層相互を接着して平行に束ね合わされ、束ね合わさった集合線の外周に熱可塑性の自己融着層が形成されたものが開示されている。そして、これによれば、外側の自己融着層を形成する焼き付け時に絶縁素線のばらけを生じにくく、偏向コイル等の複雑な形状に巻線する際にも絶縁素線の飛び出しや断線がなく、導体断面積が大きく高いコイル占積率を確保できる、と記載されている。
【０００５】
特許文献３には、複数本の自己融着性平角エナメル線を集合、転位、撚合わせて得られる撚線の外周に絶縁テープを螺旋巻きしてなる自己融着性転位電線において、自己融着性平角エナメル線が自己潤滑・自己融着性平角エナメル線であるものが開示されている。そして、これによれば、転位電線の製造作業及びコイル巻線作業時には素線同志が優れた相互滑り性を発揮し、しかもコイルの熱融着時には素線相互が強固に熱融着できる、と記載されている。
【特許文献１】特開平２−２４２５３１号公報
【特許文献２】特開平９−１６１５４７号公報
【特許文献３】特開平１１−２０３９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、電気自動車の駆動には、インダクションモーター（誘導モーター）、ブラシ付きＤＣモーター、ブラシレスＤＣモーター等がよく利用されている。
【０００７】
例えば、上記インダクションモーターは、円筒状に形成されたステータコアと、ステータコアに取り付けられたコイルと、ステータコアの内周壁に一定のギャップをもって回転可能に配置されたローターとを備え、上記コイルに発生する誘導磁界により、上記ローターを回転させて駆動力を得るものである。
【０００８】
上記ステータコアは、その内周壁又は外周壁において、周方向に交互に形成された凹条部（スロット）及び凸条部を複数備えている。そして、各スロットには、コイルを構成するエナメル線等の導体線が配置される。
【０００９】
図１５は、各凸条部１３０ａの間のスロット１３０ｂに、円形の横断面を有する導体線１０３が複数本配置された断面図である。ここで、導体線１０３は、電流が流れる導体素線１０１とその周囲を覆う被覆層１０２とを備えている。そして、図１５では、スロット１３０ｂに円形の横断面を有する導体線１０３を配置させているので、各導体線１０３の間にデッドスペースが形成され、スロット１３０ｂの内部における導体線１０３の充填率が低くなっている。
【００１０】
また、近年、ハイブリッド車等の電気自動車用のモーターは、インバータで発生させた高周波の交流によって駆動することが多いので、例えば、図１５の場合には、導体線１０３に流れる電流が表皮効果によって導体素線１０１の表面付近に集中して交流抵抗が大きくなってしまう。
【００１１】
そこで、スロット１３０ｂの内部における導体線１０３の充填率、すなわち、所定面積に占める導体の面積（導体占積率）を高めると共に、表皮効果及び渦電流による交流抵抗を低くするために、スロットの内部に挿入する導体として、例えば、上記特許文献１〜３に記載されたような集合導体を利用することができる。
【００１２】
そして、上記のような集合導体では、複数の導体線が束ねられていることにより、表皮電流が分断されると共に、隣接する導体線の間で渦電流が打ち消されるので交流抵抗を低くできる。しかしながら、上記特許文献１〜３の集合導体は、複数の導体線が撚り状態に束ねられて構成されているため、その撚り構造によって、デッドスペースが形成されて導体占積率が低下したり、撚り状態の集合導体自体が局所的なコイルを形成する結果、渦電流が発生することが避けられない。
【００１３】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体における導体占積率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明では、各々、全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有する複数の導体線を、無撚り状態で一体化した。
【００１５】
具体的に本発明に係る集合導体は、各々、全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有する複数の導体線が無撚り状態で一体化した集合導体であって、上記各導体線は、導体素線と、該導体素線を覆うように設けられた被覆層とを有し、上記被覆層を介して互いに結着され、上記被覆層は、テープ材により構成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、集合導体を構成する各導体線が集合導体の全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有していると共に、各導体線を構成する導体素線同士が被覆層を介して束ねられているので、集合導体における導体占積率が向上する。また、集合導体を構成する各導体線が無撚り状態に束ねられているので、集合導体自体が局所的なコイルを形成せず、渦電流の発生が抑制される。したがって、渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体における導体占積率を向上させることが可能になる。
【００１７】
さらに、各導体素線がテープ材により構成された被覆層によって被覆されているので、一体化した状態で互いに隣接する各導体素線同士の間を、テープ材によって絶縁することが可能となる。
【００１８】
上記導体素線の横断面は、矩形状に形成されていてもよい。
【００１９】
上記の構成によれば、導体線を構成する導体素線の横断面が矩形状であるので、導体線の横断面も矩形状になる。そのため、各導体線の側面を重ね合わせることにより、導体線が幅方向及び高さ方向に容易に整列されるので、集合導体における導体占積率を向上させることが可能になる。
【００２０】
上記テープ材は樹脂により構成してもよい。
【００２１】
この構成によれば、一般的で安価な材料によって被覆層を構成することが可能となり、隣接する導体素線同士を絶縁することができる。
【００２２】
インバータ駆動されるモーターが用いられる電気自動車では、モーターの高効率化のために、モーターを構成するステータコアのスロットの内部における導体占積率の向上が望まれている。したがって、本発明は、インバータ駆動されるモーターのコイル用として特に有効である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、各々、全体横断面形状を分割した一部分の形状の横断面を有する複数の導体線が無撚り状態で一体化されているため、渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体における導体占積率を向上させることができる。さらに、各導体素線がテープ材により構成された被覆層によって被覆されているので、一体化した状態で互いに隣接する各導体素線同士の間を、テープ材によって絶縁することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２５】
《発明の実施形態１》
図１は、本実施形態１に係る集合導体１０の斜視図である。
【００２６】
集合導体１０は、図１に示すように、無撚り状態で幅方向（図中横方向）及び高さ方向（図中縦方向）に整列するように一体化された複数の導体線３により構成されている。集合導体１０は、インバータ駆動されるモーターのコイルとして好適に用いられる。
【００２７】
導体線３は、矩形状の横断面を有する線状の導体素線１と、その導体素線１を覆うように設けられた被覆層２とを備えている。導体線３（導体素線１）の矩形状の横断面形状は、各々、集合導体１０の矩形状の全体横断面形状を分割した一部分の形状になっている。
【００２８】
ここで、導体線３（導体素線１）の横断面形状である矩形状とは、図７〜図１１に示すような形状である。すなわち、矩形状には、図７に示すような角部が直角である横断面正方形、図８に示すような角部が直角である横断面長方形、図９に示すような角部がＲである横断面正方形、図１０に示すような角部がＲ状である横断面長方形、及び図１１に示すように、対向する一対の辺が平行であり且つ他方が弧状である形状（横断面トラック状）等が含まれる。
【００２９】
上記図７〜図１１の各形状は、導体の母線をダイスによる伸線として形成したり、ローラ圧延等の加工成型装置により加工形成することができる。
【００３０】
また、図１１の横断面トラック状のものは、丸線の母線を一方向から圧延して、加工成型すればよい。
【００３１】
そして、各導体線３は、被覆層２を介して互いに結着され、一体化している。被覆層２には、被覆層２自体が結着性を有する材料であったり、被覆層の最外周に結着層を有しているものを適用すればよい。例えば、断面図である図１２〜図１４に示すような断面構造を有するものが挙げられる。
【００３２】
すなわち、図１２に示すように、絶縁層５と、その絶縁層５に積層された結着層６とにより、被覆層２を形成してもよい。また、図１３に示すように、絶縁層５を一対の結着層６による挟み込んだ形状としてもよい。さらにまた、図１４に示すように、結着層６自体によって被覆層２を形成してもよい。
【００３３】
導体線３（導体素線１）の横断面形状は、占積率や生産性の観点から、上記矩形状が好ましいが、その他に、三角形、六角形などの多角形であってもよい。また、矩形状の横断面を有する導体素線１は、集合導体１０の全体の断面に対して、デッドスペース（導体が存在しない空間）を小さくすることが容易にでき、種々のサイズの集合導体１０に適応させることができる。
【００３４】
さらに、矩形状の横断面を有する導体素線１において、長辺の長さを短辺の１倍〜１．５倍（好ましくは１倍〜１．２倍）とすることで、ｍ行×ｎ列（例えば、ｍ，ｎは整数であって、ｍ≧１、ｎ≧２であることが好ましい。１≦ｍ≦４、５≦ｎ≦２０であることがさらに好ましい。ｍ＜１、ｎ＜５であると集合導体としての利点（単線との差異）が小さくなり、４＜ｍ、２０＜ｎであると無撚り状態で一体化させることが困難になる傾向となる。）の整列構造等（図１では３行６列）に整列させたときに、集合導体１０の全体に対する導体素線１の占積率が向上すると共に、導体素線１の表面積を増大させることができるので、ハイブリッド車等の電気自動車に用いられるモーター（高周波の交流が流れる導体線を含む）の小型化及び軽量化を実現させることができる。
【００３５】
なお、集合導体１０を構成する各導体素線１の横断面形状は、全て同じでなくてもよい。
【００３６】
導体素線１のサイズは、例えば、一辺が０．０５ｍｍ〜２ｍｍ（好ましくは０．０５ｍｍ〜１ｍｍ）であり、０．０３ｍｍφ〜２．０ｍｍφの丸線に対応するサイズであればよく、この場合、横断面積は、０．０００７ｍｍ2〜４ｍｍ2となる。
【００３７】
導体素線１の材質は、例えば銅、アルミニウム、銀、鉄、金又はそれらの合金などを適用できる。
【００３８】
被覆層２は、導体素線１の表面に巻き付けられたテープ材２により構成されている。テープ材２は、例えばポリイミド系、アラミド系、ポリエステル系及びナイロン系等の絶縁性を有する樹脂により構成されている。テープ材２の厚みは例えば１０〜３００μｍ程度である。被覆層２は例えば１０μｍ程度の薄膜に形成することが好ましい。そのことにより、被覆層２の横断面積を小さくして、導体線３における導体素線１の占積率を向上させることができる。
【００３９】
被覆層２は、図１に示すように、テープ材２を導体素線１の軸線周りに（縦に）巻くことにより形成することが可能である。その他に、テープ材２を導体素線１の軸線周りに螺旋状に巻くことも可能である。この場合、絶縁性を高める観点から、テープ材２が少しずつ重なりながら螺旋状に巻くことが好ましい。
【００４０】
また、結着材の材質としては、融着材として、ポリビニルブチラール系、ポリアミド系、エポキシ系及びポリエステル系等の熱融着性を有する樹脂や、アルコール可溶に変性されたポリアミド系等のアルコール融着性を有する樹脂が挙げられ、接着剤として、ＥＶＡ系、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系、クロロプレン系、シアノアクリレート系、シリコーン系、ニトリル系、ＰＶＣ系及び酢酸ビニル系の樹脂が挙げられる。なお、結着材は、上記のような樹脂によって構成されているので、各導体素線１同士の間の絶縁性を向上させることもできる。
【００４１】
なお、被覆層２の表面に設けられる結着材の膜厚は、０．５μｍ〜３μｍである。また、結着材は、集合導体１０において各導体線３を固定できれば、導体線３の表面に均一に形成されていなくてもよい。
【００４２】
また、集合導体１０の最外層に耐圧性が必要な場合には、集合導体１０の表面に、ポリアミドイミド系、ポリエステルイミド系、ポリエステル系、ウレタン系、アクリル系、エポキシ系、ポリイミド系及びポリビニルホルマール系等の樹脂をディップ塗装してもよい。
【００４３】
上記構成の集合導体１０は、図２に示すように、モーターを構成するステータコア３０の各スロット３０ｂの内部に複数層（例えば、４層）に整列して配置される。これによれば、通常の円形横断面を有する導体線１０３が複数本配置された場合（図１５参照）のように、スロットの内部においてデッドスペースが形成されることを抑制できる。
【００４４】
ここで、ステータコア３０は、全体として円筒状に形成され、その内周壁又は外周壁において、周方向に交互に形成された凸条部３０ａ及び凹条部（スロット３０ｂ）を複数備えている。なお、図２では、曲面状のステータコア３０を平面状に置き換えて模式的に図示しているが、スロット３０ｂは、例えば、底部分の幅が４ｍｍ程度であり、開口部分の幅が６ｍｍ程度であり、深さが３０ｍｍ程度である。
【００４５】
次に、上記構成の集合導体１０の製造装置及び製造方法について一例を挙げて説明する。ここで、集合導体１０は、図３の上面図、及び図４の側面図に示す集合導体製造装置５０を用いて製造される。
【００４６】
この集合導体製造装置５０には、複数の巻き出しロール２０と、第１ガイドロール２１と、第１ダイス２２ａと、結着処理室２３と、第２ダイス２２ｂと、第２ガイドロール２４と、巻き取りロール２５とが一列に連なるように設けられている。
【００４７】
各巻き出しロール２０には、導体素線１がテープ材２により被覆して構成された導体線３が、それぞれ巻き付けられている。導体線３の表面には予め結着材が設けられている。
【００４８】
第１ガイドロール２１は、各巻き出しロール２０から巻き出される導体線１０を第１ダイス２２ａに案内するように構成されている。
【００４９】
第１ダイス２２ａは、図３のV−V線断面図である図５に示すように、断面矩形状の筒体により構成され、各第１ガイドロール２１から供給される複数の導体線３の配置を矯正して、幅方向及び高さ方向に整列させるようになっている。
【００５０】
結着処理室２３は、整列させた導体線３同士を互いに結着させるためのものである。ここで、結着材に熱融着性を有する融着材を用いる場合の結着処理室２３は、整列させた複数の導体線３を加熱するヒーターを備えている。また、結着材にアルコール融着性を有する融着材を用いる場合の結着処理室２３は、整列させた複数の導体線３にアルコールを塗布するコーターを備えている。さらに、結着材に接着剤を用いる場合の結着処理室２３は、整列させた複数の導体線３に接着剤を塗布するコーターと、塗布された接着剤を乾燥（硬化）させるヒーターとを備えている。
【００５１】
第２ダイス２２ｂは、第１ダイス２２ａと同様に、複数の導体線３を幅方向及び高さ方向に整列状態に矯正するための矯正治具である。すなわち、複数の導体線３は、上記第１ダイス２２ａ、結着処理室２３及び第２ダイス２２ｂによって、互いに結着されて１本の集合導体１０に形成される。
【００５２】
第２ガイドロール２４は、第２ダイス２２ｂから供給される集合導体１０を巻き取りロール２５に案内するように構成されている。そして、巻き取りロール２５は、第２ガイドロール２４により案内された集合導体１０を巻き取るようになっている。
【００５３】
以下に、結着材として熱融着性を有する融着材を用いた場合の集合導体１０の製造方法について説明する。
【００５４】
まず、矩形状の横断面を有する導体素線１の表面に、例えばニッケルの金属メッキを施すことにより、表面に被覆層２を備えた導体線３を形成する。
【００５５】
続いて、導体線３の表面に、エポキシ系ワニスをディップ塗装することにより、表面に結着材を設ける。このとき、結着材が塗布された導体線３を複数の巻き出しロール２０にそれぞれ巻き取る。
【００５６】
さらに、各巻き出しロール２０を集合導体製造装置５０にセットして、各巻き出しロール２０から導体線３を巻き出し、第１ガイドロール２１を経由させて、図５に示すように、複数の導体線３を第１ダイス２２ａ及び第２ダイス２２ｂの内部に整列状態に配置させる。
【００５７】
次いで、結着処理室２３を作動させ、整列状態に配置された各導体線３を加熱する。このとき、隣接する導体線３同士が相互に融着一体化して、集合導体１０が得られる。
【００５８】
最後に、第２ガイドロール２４を経由させて、集合導体１０を巻き取りロール２５に巻き取る。
【００５９】
以上のようにして、集合導体１０を製造することができる。
【００６０】
以上説明したように、本実施形態の集合導体１０によれば、集合導体１０を構成する各導体線３が集合導体１０の矩形状の全体横断面形状を隙間なく分割した一部分の形状、すなわち、矩形状の横断面を有しており、各導体線３の側面同士が結着材を介して密に結着されているので、集合導体１０における導体占積率を向上させることができる。そのことに加えて、集合導体１０を構成する各導体線３が無撚り状態に束ねられているので、集合導体１０自体が局所的なコイルを形成しないため、渦電流の発生を抑制することができる。したがって、本実施形態の集合導体１０によれば、渦電流の発生を抑制すると共に、集合導体１０における導体占積率を向上させることができる。
【００６１】
さらに、集合導体１０は、複数の導体線３が無撚り状態で束ねられて構成されているので、集合導体１０における導体素線１の表面積を増大させて表皮電流を増加させることができる。さらにまた、隣接する導体線３同士の間で渦電流が互いに打ち消し合うため、交流抵抗を低くでき、電流損失を小さくすることができる。したがって、上記集合導体１０をモータに適用すると、そのモーター効率を高めることができる。
【００６２】
加えて、集合導体１０は、各導体素線１がテープ材２により構成された被覆層２によって被覆されているので、一体化した状態で互いに隣接する各導体素線１同士の間を、テープ材２によって絶縁することができる。
【００６３】
さらに、集合導体１０は、各導体線３同士が結着材によって固定されているので、曲げ等の変形によっても、各導体線３を整列した状態で保持することができる。そして、集合導体１０は、単線の導体線から直接に成形するよりも、容易に成形できいるので、種々の形状のコイルに適応させることができる。
【００６４】
さらに、集合導体１０は、各導体線３が樹脂により構成された結着材によって結着されているので、溶剤処理や加熱等によって結着状態を解除できる。また、集合導体１０は、矩形状の横断面を有する平角線であるため、ハンドリングが容易である。
【００６５】
《発明の実施形態２》
図６は、集合導体１０の斜視図であって、本発明の実施形態２を示している。尚、この実施形態２では、図１〜図５と同じ部分については同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【００６６】
本実施形態の集合導体１０は、導体素線１と、テープ材２からなる被覆層２とにより構成された上記断面矩形状の複数の導体線３を、無撚り状態で束ねた状態で、その最外層にテープ材７を巻き付けたものである。
【００６７】
テープ材７は絶縁性を有する樹脂により構成され、上記テープ材２と同じ材料によって形成することが好ましい。図６では、テープ材７を複数の導体線３の束の長さ方向に（縦に）巻くことにより形成する例を示している。その他に、テープ材７を導体線３の束の長さ方向に螺旋状に巻くことも可能である。この場合、絶縁性を高める観点から、テープ材２が少しずつ重なりながら螺旋状に巻くことが好ましい。
【００６８】
したがって、本実施形態によると、集合導体１０の最外層における耐圧性を高めることができる。また、テープ材７のみによって複数の導体線３を互いに固定し、集合導体１０を形成することが可能となる。なお、図１に示すように、複数の導体線３を結着材を介して一体に結着すると共に、その最外層（外周面）に上記テープ材７を巻き付けるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、本発明は、集合導体における導体占積率を向上させることができるので、インバータ駆動されるモーターのコイル用の導体として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施形態１における集合導体を示す斜視図である。
【図２】ステータコアのスロットの内部に集合導体を配置させた状態を示す断面図である。
【図３】集合導体を製造する集合導体製造装置の上面図である。
【図４】集合導体を製造する集合導体製造装置の側面図である。
【図５】図４中のV−V線に沿った第１ダイスの断面図である。
【図６】実施形態２における集合導体を示す斜視図である。
【図７】導体線の矩形状の横断面を拡大して示す断面図である。
【図８】導体線の矩形状の横断面を拡大して示す断面図である。
【図９】導体線の矩形状の横断面を拡大して示す断面図である。
【図１０】導体線の矩形状の横断面を拡大して示す断面図である。
【図１１】導体線の矩形状の横断面を拡大して示す断面図である。
【図１２】被覆層の断面構造を拡大して示す断面図である。
【図１３】被覆層の断面構造を拡大して示す断面図である。
【図１４】被覆層の断面構造を拡大して示す断面図である。
【図１５】ステータコアのスロットの内部に円形の横断面を有する導体線を配置させた状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１        導体素線
２        被覆層（テープ材）
３        導体線
５        絶縁層
６        結着層
１０      集合導体
【図１】
2007227265.tif 000003
【図２】
2007227265.tif 000004
【図３】
2007227265.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007227265.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007227265.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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