(57)【要約】【課題】平角線に改良を加えることによって、その曲げ加工された際に外側となる部位の一部が起点となって絶縁低下が生じ易いといった課題と、その外側の放熱面積が小さいことを理由とした低い放熱効率といった課題の双方を解消することのできる平角線と、この平角線を巻装してなるコイルを提供する。【解決手段】曲げ加工された際に曲げ外側に位置する端辺１ａが外側に凸の曲線であり、該端辺１ａの２つの端部がそれぞれ他の２つの辺１ｃ、１ｃを繋いでなる断面形状の平角導線１と、平角導線１の周りに形成された絶縁被膜２とからなる平角線１０である。この平角線１０をリアクトルコアやモータのステータコアのティース周りにエッジワイズ巻きすることにより、コイル１００が形成される。【選択図】図１
2013153113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げ加工された際に曲げ外側に位置する端辺が外側に凸の曲線であり、該端辺の２つの端部がそれぞれ他の２つの辺を繋いでなる断面形状の平角導線と、
平角導線の周りに形成された絶縁被膜とからなる平角線。
【請求項２】
前記端辺が半円形である請求項１に記載の平角線。
【請求項３】
請求項１または２に記載の平角線を巻装してなるコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良された平角線とこの平角線を巻装し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のティース周りに形成されるコイルや、リアクトルのコア周りに形成されるコイルを構成する巻線には、従来一般の断面円形の丸線に代わって、コイルの占積率向上の観点から平角線が適用されるようになっている。
【０００３】
平角線は、断面が略矩形、すなわち、矩形の隅角部に曲率が付されて角が取れた断面を有した銅素材の平角導線と、この平角導線の周りに形成された絶縁被膜から構成されるのが一般的である。なお、この絶縁被膜は、平角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厚で塗布し、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が形成される。
【０００４】
この平角線が巻装されてコイルを形成する際には、その矩形断面の端辺をティースやリアクトルといったコア側に配し、長辺をコアから立ち上げた姿勢で巻装する、いわゆるエッジワイズ巻きによってコイルの形成がおこなわれる。
【０００５】
ここで、図４，５を参照して、従来の平角線とこの平角線をコア周囲に巻装してなるコイルの有する課題を説明する。
【０００６】
従来の平角線は、図４ａで示すように断面視が略矩形（隅角部には微小径の曲率）で銅素材の平角導線Ｄに対し、この表面に図４ｂで示すようにエナメル被膜Ｚを形成して平角線Ｗが構成されるものである。ここで、既述するように、エナメル樹脂の塗布と熱処理を所定回繰り返して所望厚のエナメル被膜Ｚが形成される過程で、液状のエナメルが反応硬化するまでの間に平角導線Ｄから表面張力Ｑを受け、一般部の厚みt1に比して隅角部の厚みは相対的に薄くなってしまい（厚みt2でt2＜t1）、エナメル被膜加工の際に既に被膜厚は不均一なものとなっている。なお、エッジワイズ巻きに際しては、略矩形断面の２つの短辺の一方が曲げ内側となり、他方が曲げ外側となるようにして巻装される。
【０００７】
そして、図４ｂで示す断面の平角線ＷをコアＣＯの周囲に所定のターン数でエッジワイズ巻きすることによって、図５で示すように平角線ＷからなるコイルＣが形成される。
【０００８】
このように平角線Ｗをエッジワイズ巻き加工してコイルＣを形成する際に、曲げ外側のエナメル被膜Ｚは引き伸ばされて厚みt3(＜t1)となり、曲げ加工前の段階で既に相対的に薄い隅角部の厚みは当初のt2からさらに薄い厚みt4にまで減少してしまう。
【０００９】
この曲げ加工によって外側となる領域（曲げ外側の領域）の隅角部の厚みt4如何によっては絶縁低下の原因となってしまうことから、設計段階ではエンジワイズ巻きの際の曲げ半径に大きな制約が生じることになる。
【００１０】
そして、コアの中でもリアクトルコアの周囲に平角線を巻装してコイルを形成する場合においては、平角線の扁平度が高い断面形状であることから、上記の課題が一層顕著なものとなる。
【００１１】
さらに、放熱性の観点で言えば、コイルに通電されて生じた熱を放熱してコイルを冷却するに当たり、放熱は主としてコイルの外側からおこなわれることになる（放熱はＸ方向）が、たとえば従来の丸線と比較すると明らかなように、平角線Ｗの曲げ外側の端辺が直線状の短辺ゆえに平角線Ｗの外側の放熱面積は小さくなってしまい、放熱効率が低いという課題も有している。
【００１２】
このように、従来の平角線は占積率を向上できる一方で、その曲げ外側の隅角部における極薄の絶縁被膜を起点とした絶縁低下の課題や、その曲げ外側の絶縁被膜の放熱面積が小さいことに起因した低い放熱効率といった課題を有しており、これらの課題解決が当該技術分野で急務の解決課題の一つとなっている。
【００１３】
ここで、特許文献１には、巻線を螺旋状に巻回して形成された複数のターンを具えるコイルと、このコイルが配置される環状の磁性コアと、コイルと磁性コアとの組合体の外周を覆う外側樹脂部とを具えるリアクトルが開示されており、ここで、巻線はエナメル被覆といった絶縁層を有していない平角線から構成されており、コイルの各ターンを構成する巻線間に外側樹脂部の構成樹脂が介在されて隣り合うターン間を絶縁しているリアクトルが開示されている。巻線に裸線を利用していることでコイルを容易に形成することができる上に、外側樹脂部の形成と同時に隣り合うターン間の絶縁構造を形成することができるため、リアクトルの生産性に優れているというものである。
【００１４】
しかしながら、裸線を使用していることで仮に樹脂が裸線の全周に十分に含浸しない場合には絶縁性が著しく低下するという大きな課題を有しており、現実的とは言い難い。また、裸線が平角導線である場合には、樹脂が硬化する過程で表面張力を受けてその隅角部に形成される絶縁被膜が薄くなってしまうことは既述する従来の平角線の場合と同じであり、やはり、隅角部の絶縁信頼性の問題が存在するものであり、隅角部の絶縁被膜を起点とした絶縁低下の課題や外側の放熱面積が少ないことに起因した低い放熱効率の課題を解消するには至らない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２０１０−２６７９３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、平角線に改良を加えることによって、その曲げ加工された際に外側となる部位の一部が起点となって絶縁低下が生じ易いといった課題と、その外側の放熱面積が小さいことを理由とした低い放熱効率といった課題の双方を解消することのできる平角線と、この平角線を巻装してな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】
【００１７】
前記目的を達成すべく、本発明による平角線は、曲げ加工された際に曲げ外側に位置する端辺が外側に凸の曲線であり、該端辺の２つの端部がそれぞれ他の２つの辺を繋いでなる断面形状の平角導線と、平角導線の周りに形成された絶縁被膜とからなるものである。
【００１８】
本発明の平角線は、従来の平角線の断面形状を改良して、平角線がエッジワイズ巻き等の曲げ加工された際に外側となる端辺を外側に凸の曲線とした断面形状を有する平角導線と、この平角導線の周囲に形成された絶縁被膜から構成されたものである。
【００１９】
したがって、平角導線の断面形状は、従来の略矩形断面の一方の短辺の側方のさらに外側に凸の曲線領域で画成された断面が付加された断面形状となる。
【００２０】
ここで、「外側に凸の曲線」には、半円形、円弧形、半楕円形などが含まれるが、中でも隅角部が完全に解消される半円形が望ましい。
【００２１】
曲げ加工された際に曲げ外側となる端辺が外側に凸の曲線であり、該端辺の２つの端部がそれぞれ他の２つの辺を繋いでなる断面形状を有していることで、この曲げ外側の領域における隅角部を解消することができ、この曲げ外側の領域において絶縁被膜形成過程で絶縁被膜が極薄となる箇所は生じない。そのため、曲げ加工によってこの曲げ外側の領域が引っ張られて絶縁被膜が多少薄くなったとしても、従来の断面略矩形の平角導線の場合のように絶縁性を低下させるような極薄の絶縁被膜とはなり得ず、もって曲げ加工によって外側となる領域での絶縁性低下の問題は効果的に解消される。
【００２２】
さらに、曲げ加工された際に外側となる端辺を外側に凸の曲線であり、該端辺の２つの端部がそれぞれ他の２つの辺を繋いでなる断面形状を有していることで、従来の断面略矩形の平角導線に比してこの外側の放熱面積が格段に大きくなり、放熱効率を高めることができる。
【００２３】
このように、本発明の平角線は、曲げ加工された際に曲げ外側に位置する端辺が外側に凸の曲線となるようにその断面形状を改良しただけであり、平角線の製造コストを何等高騰させるものではない。
また、本発明は、上記する本発明の平角線を巻装してなるコイルにも及ぶものである。
【００２４】
モータのステータコアを構成するティースやリアクトルコアに対して、本発明のコイルを形成することができる。特に、平角線の扁平度が高い断面形状であるリアクトルコアに対して本発明のコイルを適用することで、絶縁低下が顕著であった従来のリアクトルに対してその改善効果は絶大である。
【発明の効果】
【００２５】
以上の説明から理解できるように、本発明の平角線とこれを巻装してなるコイルによれば、平角線の断面に改良を加えて、それが曲げ加工された際に曲げ外側に位置する端辺が外側に凸の曲線であり、該端辺の２つの端部がそれぞれ他の２つの辺を繋いでなる断面としたことにより、平角線が曲げ加工された際に曲げ外側に位置する領域における隅角部が解消され、このことによって平角導線周りに形成される絶縁被膜の厚みが極薄となる領域が生じるのを解消でき、絶縁性低下といった問題が解消される。さらに、曲げ加工された際に曲げ外側となる端辺を外側に凸の曲線とした断面形状を有していることでこの曲げ外側の放熱面積が大きくなり、放熱効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の平角線の実施の形態を説明した斜視図である。
【図２】リアクトルコアの周囲に図１の平角線をエッジワイズ巻きして形成されたコイルの一部を説明した断面図である。
【図３】曲げ加工後の平角線の絶縁性の検証に当たり、曲げ加工前の平角線モデルを示した断面図であって、（ａ）は比較例モデルを示した図であり、（ｂ）は実施例モデルを示した図である。（ｃ）は、エッジワイズ曲げをイメージした模式図である。
【図４】（ａ）は、従来の断面視略矩形の平角導線を説明した図であり、（ｂ）は、（ａ）の平角導線の周りに絶縁被膜が形成されて構成された従来の平角線を説明した図である。
【図５】図４で示す平角線をコアの周囲に巻装してなる従来のコイルを説明した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の平角線とこの平角線を巻装してなるコイルの実施の形態を説明する。
【００２８】
（平角線の実施の形態）
図１は、本発明の平角線の実施の形態を説明した斜視図である。図示する平角線１０は、銅素材の平角導線１の周りに、エナメル被膜等の絶縁被膜２が形成されてその全体が構成されている。
【００２９】
平角線１０を構成する平角導線１は、その断面形状において、これが曲げ加工された際に内側に位置する短辺１ｂが直線状を呈し、対向する端辺、すなわち曲げ加工された際に曲げ外側に位置する短辺１ａは半円形を呈しており、これら２つの短辺１ａ，１ｂを２つの長辺１ｃが繋いでその断面の外郭ラインが構成されるものである。
【００３０】
このような断面形状の平角導線１の表面に熱硬化性のエナメル樹脂を溶剤に溶かして塗布し、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からなる絶縁被膜２が形成される。この際に、直線状の長辺１ｃから半円形である短辺１ａに亘って隅角部は存在せず、そのために、エナメル樹脂が反応硬化するまでの間に平角導線１から表面張力を受けたとしても、被膜厚が薄くなる領域は存在しない（長辺１ｃ〜短辺１ａにかけて厚みはs1）。
【００３１】
一方で、短辺１ｂと長辺１ｃの間には隅角部が存在しており、エナメル樹脂が反応硬化するまでの間に平角導線１から表面張力Ｑを受けることで隅角部の被膜厚は相対的に薄くなっている（厚みs2でs2＜s1）。
【００３２】
しかしながら、図示する平角線１０では、曲げ加工された際に内側となる領域に相対的に薄い絶縁被膜２を有することから、曲げ加工によってこの曲げ内側の隅角部の絶縁被膜２の厚みは厚みs2よりも薄くなることはない。
【００３３】
そして、図示する平角線１０では、曲げ加工された際に外側となる領域に相対的に薄い絶縁被膜２が存在しないことから（長辺１ｃ〜短辺１ａにかけて厚みはs1）、曲げ加工によってこの外側の領域の絶縁被膜２が引っ張られて多少薄くなったとしても、絶縁性を低下する程度に極端に厚みが薄くなるものではない。
【００３４】
（コイルの実施の形態）
図２は、リアクトルコアの周囲に図１の平角線をエッジワイズ巻きして形成されたコイルの一部を取り出した断面図である。
【００３５】
曲げ加工により、コイル１００を構成する各平角線１０の外側に位置する短辺１ａに対応する箇所の絶縁被膜２の厚みs1’は、長辺１ｃに対応する絶縁被膜２の厚みs1よりも若干薄くなっているものの、この曲げ外側の領域には隅角部が存在しないために絶縁性を低下する程度に極端に絶縁被膜の厚みが薄い箇所は生じない。
【００３６】
そして、図２と図５を比較した場合に、曲げ外側の領域の絶縁被膜の面積は、図５の従来の平角線Ｗを構成する直線状の短辺に対応する絶縁被膜Ｚに対して、図２で示す半円形の短辺１ａに対応する絶縁被膜２の面積は格段に大きくなっており、このことによってこの曲げ外側の絶縁被膜２からの放熱性能が格段に向上し（放熱はＸ方向）、放熱効率が高いコイルとなる。
【００３７】
[曲げ加工後の平角線の絶縁性を検証した計算結果について]
本発明者等は、図３ａ、ｂで示す断面の平角線モデルであって（図３ａは比較例モデル、図３ｂは実施例モデル）、以下の表１で示す寸法の平角線モデルを設定し、それぞれの平角線を半径6mmでエッジワイズ曲げ加工した際の1/4周長と絶縁被膜の伸び率を計算した。計算結果を以下の表２に示す。なお、図３ｃは実施例に関するエッジワイズ曲げをイメージした模式図であるが、比較例は肩部曲げが存在しない以外は実施例のイメージを適用できる。
【００３８】
【表１】
2013153113.tif 000003
【００３９】
【表２】
2013153113.tif 000004
【００４０】
本計算の前提条件として、幅広の平角線をエッジワイズ曲げ加工する際には平角線が波打つのを防止するために拘束曲げを基本とし、このことによって平角導線の厚みを1.0mmより厚くならないものとする。また、エッジワイズ曲げ加工の曲げ中心は、平角導線の幅中心とする。
【００４１】
計算結果を示す表２より、比較例の絶縁被膜の最薄部は隅角部であるが、ここは、曲げ中心からの距離（曲げ半径）が曲げ外側と同じで最も伸び率が高い部位であるため、曲げ加工後の絶縁被膜厚が薄くなり過ぎて絶縁低下の危険性がある。
【００４２】
本検証の際の条件である半径6mmでのエッジワイズ曲げ加工よりも大きな曲げ半径で曲げる方が絶縁性の観点から安全であるが、このように曲げ半径に制約が加わることから設計自由度が減少することになる。
【００４３】
一方、実施例の平角線では、肩部の伸び率は小さく、曲げ加工前の絶縁被膜厚が特に薄い部位ではないことから、曲げ加工後も絶縁被膜には十分な厚みが確保されており、絶縁低下を起こす危険性はない。
【００４４】
なお、比較例、実施例ともに最も伸び率が高い曲げ外側に関しては、比較例の隅角部よりは曲げ加工前の絶縁被膜厚が厚いため、伸びた後でも絶縁被膜には十分な厚みが確保されており、双方ともにこの部位において絶縁低下を起こす危険性はない。
【００４５】
[曲げ加工後の平角線の冷却性能を検証した計算結果について]
上記計算で用いた条件の下で、平角線を半径6mmでエッジワイズ曲げ加工して積み重ねてなるコイルの外側の面積（放熱面積）を計算する。
【００４６】
ここで、本計算の前提条件として、実際のリアクトル用コイルは20ターン程度積み重ねるが、これを単純化して１つの銅線（平角導線）で比較する。また、絶縁被膜厚は部位によって異なるため、これを単純化して銅線の曲げ外側の面積で比較する。
【００４７】
比較例モデルに関し、隅角部の微小径R=0.1であり、銅線の短辺の直線部分の長さは0.8mmであることから、比較例モデルの銅線の曲げ外側の面積は、(2π×0.1)/4)×2＋(1.0−2×0.1) = 1.11mm2となる。
【００４８】
一方、実施例モデルの場合は、半円形の半径R=0.5より、その銅線の曲げ外側の面積は、(2π×0.5)/2 = 1.57mm2となる。
【００４９】
本計算結果より、実施例モデルの曲げ外側の平角線の放熱面積は平角線モデルの4割増しの面積となることが試算されており、冷却性能が格段に向上することが本試算結果にて裏付けられている。
【００５０】
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】
【００５１】
１…平角導線、１ａ…短辺（曲げ加工された際に外側に位置する短辺）、１ｂ…短辺（曲げ加工された際に内側に位置する短辺）、１ｃ…長辺、２…絶縁被膜、１０…平角線、２０…リアクトルコア、１００…コイル
【図１】
2013153113.tif 000005
【図２】
2013153113.tif 000006
【図３】
2013153113.tif 000007
【図４】
2013153113.tif 000008
【図５】
2013153113.tif 000009