(57)【要約】【課題】冷却面積と導体面積が十分にあり、曲げ加工性、絶縁被膜の付きまわり性に優れた平角線、この平角線からなるコイルとコイルの製造方法を提供する。【解決手段】平角導体１とその周囲に形成された絶縁被膜２とからなる平角線１０であって、平角導体１は、短辺１ｂと長辺１ａを有する長方形において4つの隅角に曲線部１ｃを備えた断面形状を有しており、4つの曲線部１ｃはそれぞれ、楕円を短軸と長軸で切断してできる4つの1/4楕円から形成されており、短軸は短辺１ｂと平行であり、長軸は長辺１ａと平行であり、平角導体１が曲線部１ｃを具備しない長方形の場合の短辺の長さをtとした際に、曲線部１ｃのうち、短辺１ｂに対応する短軸の1/2の長さがt/8〜t/4の範囲であり、長辺１ａに対応する長軸の1/2の長さがt/2〜tの範囲である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平角導体と該平角導体の周囲に形成された絶縁被膜とからなる平角線であって、
前記平角導体は、短辺と長辺を有する長方形において4つの隅角に曲線部を備えた断面形状を有しており、
4つの前記曲線部はそれぞれ、楕円を短軸と長軸で切断してできる4つの1/4楕円から形成されており、
前記短軸は前記短辺と平行であり、前記長軸は前記長辺と平行であり、
前記平角導体が前記曲線部を具備しない長方形の場合の短辺の長さをtとした際に、前記曲線部のうち、前記短辺に対応する短軸の1/2の長さがt/8〜t/4の範囲であり、前記長辺に対応する長軸の1/2の長さがt/2〜tの範囲である平角線。
【請求項２】
請求項１に記載の平角線が、前記短辺を中心にしてエッジワイズ曲げされてなるコイル。
【請求項３】
断面が円形の軸部材に対して、請求項１に記載の平角線の一方の前記短辺を含む面を当接させ、他方の短辺を含む面を加工具で押圧して軸部材の周りでエッジワイズ曲げ加工をおこなってコイルを製造する、コイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平角線と、平角線からなるコイルと、平角線からなるコイルの製造方法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、断面形状が略長方形、すなわち、長方形の短辺が円弧状を呈している平角導体や、長方形の4つの隅角部が面取りされて曲線部を備えている平角導体と、平角導体の周りに形成された絶縁被膜から構成されている。なお、この絶縁被膜は、平角導体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形成される所望厚のエナメル被膜から一般に構成される。
【０００４】
この平角線からなるコイルの製造方法は、その略長方形断面の一方の短辺を含む面を断面が円形の軸部材（曲げ加工用のシャフト）に当接させ、他方の短辺を含む面を加工具で押圧してエッジワイズ曲げ加工することによっておこなわれる。そして、エッジワイズ曲げ加工されたコイルをステータのティース周りに配設することでエッジワイズ曲げ加工されたコイルのティースへの配設がおこなわれる。なお、特許文献１，２には平角線をエッジワイズ曲げ加工してコイルを形成する方法が開示されている。
【０００５】
ところで、平角線がリアクトルのコイルに適用される場合に、リアクトルのインダクタンスを確保するべく、平角線を構成する平角導体の断面形状のアスペクト比を高くしたり（短辺の長さに対する長辺の長さの比を大きくする）、エッジワイズ曲げ加工時のシャフトの半径を小さくしてエッジワイズ曲げ内径部分の曲率半径を小さくする、といった方策が採られている。
【０００６】
このように扁平形状の平角線に対してエッジワイズ曲げ加工すると、軸部材に当接された平角線の内径側に大きな圧縮応力が生じ、逆に平角線の外径側には引張応力が発生する。具体的には、平角線の幅方向の中心もしくはそれよりも内側に中立面が存在し、中立軸を境界として外側に引張応力が発生し、内側に圧縮応力が発生する。このようなエッジワイズ曲げ加工時の応力により、絶縁被膜や平角導体が変形し、絶縁性が低下するといった課題や導体抵抗が上昇するといった課題が想定される。
【０００７】
平角線の外径側の引張応力に関しては、当該引張応力によって絶縁被膜が伸ばされ、平角導体が細りながら加工されることから、十分な可撓性を有する材料から絶縁被膜を形成することで耐加工性を確保することができる。
【０００８】
これに対し、平角線の内径側に生じる圧縮応力に関しては、平角導体の曲げ太りによって応力が緩和される。そこで、リアクトルコイルの積厚寸法を抑えるために曲げ太りを押さえ込んだり、曲線部を小径化すると、局所的な圧縮応力が曲線部にかかり、絶縁被膜に強いせん断力が作用したり、平角導体の導体割れを引き起こす可能性がある。
【０００９】
また、平角線の導体断面の曲線部の曲率半径が小さいと、絶縁被膜の付きまわりが悪くなり、絶縁性が十分に確保できない可能性がある。これは、平角導体に絶縁被膜を形成する際に、導体断面の曲線部の曲率半径が小さ過ぎるとエナメルワニス等が塗装され難く、導体断面の曲線部の絶縁被膜（エナメル被膜等）が薄くなるためである。
【００１０】
この平角線の導体断面の曲線部の曲率半径が小さい場合の課題としては、リアクトルコイルと冷却機の間の冷却面積が十分に確保できなくなるといったことも想定される。これは、リアクトルにおいてはコアやコイルが発熱源であり、コイルから冷却器へ効率的に熱を逃がすためにポッティング材などを適用しているものの、導体断面の曲線部の曲率半径が小さ過ぎると放熱面積が小さくなり、効率的な冷却ができなくなるためである。
【００１１】
逆に、導体断面の曲線部の曲率半径が大き過ぎると、曲げ加工時に断面円形の軸部材との十分な接触面積が確保できなくなり、安定した曲げ加工を実現できなかったり、局所的に曲げの内径側の平角導体や絶縁被膜が変形するといった課題も生じ得る。これは、曲げ加工時に内径側の軸部材との接触面積が小さくなり、軸部材への巻付きが安定せずに精度の良い曲げ加工ができなかったり、局所的な接触によって局所的な圧縮応力が発生し、これに起因して平角導体や絶縁被膜の変形が生じ得るためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１４−１００００８号公報
【特許文献２】特開２００８−１６０９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、平角線を軸部材に接触させてエッジワイズ曲げ加工する際の接触面積を十分に確保することができ、導体断面の曲線部の曲率半径が小さ過ぎないことで平角導体の導体断面の曲線部と絶縁被膜の付着性が良好であり、さらには、導体断面の短辺から曲線部に亘る放熱面積を十分に確保することのできる平角線と、この平角線からなるコイルおよびコイルの製造方法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】
【００１４】
前記目的を達成すべく、本発明による平角線は、平角導体と該平角導体の周囲に形成された絶縁被膜とからなる平角線であって、前記平角導体は、短辺と長辺を有する長方形において4つの隅角に曲線部を備えた断面形状を有しており、4つの前記曲線部はそれぞれ、楕円を短軸と長軸で切断してできる4つの1/4楕円から形成されており、前記短軸は前記短辺と平行であり、前記長軸は前記長辺と平行であり、前記平角導体が前記曲線部を具備しない長方形の場合の短辺の長さをtとした際に、前記曲線部のうち、前記短辺に対応する短軸の1/2の長さがt/8〜t/4の範囲であり、前記長辺に対応する長軸の1/2の長さがt/2〜tの範囲となっているものである。
【００１５】
本発明の平角線は、断面形状が略長方形、すなわち、長方形の4つの隅角部に曲線部を備えたものであり、各曲線部が楕円を短軸と長軸で切断してできる4つの1/4楕円から形成されていること、および、曲線部の縦横の寸法を所定の数値範囲に規定したことにより、エッジワイズ曲げ加工する際の回転の中心となる軸部材との接触面積を十分に確保することができる。また、曲線部が比較的大きいことから、平角導体の曲線部における絶縁被膜の付きまわり性（付着性）が良好となり、平角線の短辺から曲線部にかけての放熱面積（冷却面積）も十分に確保することができる。
【００１６】
ここで、曲線部を具備しない長方形の場合の短辺の長さをtとした際に、曲線部のうち、短辺に対応する短軸の1/2の長さがt/8〜t/4の範囲であり、長辺に対応する長軸の1/2の長さがt/2〜tの範囲にある数値限定構成は、本発明者等による解析と実験によって特定されたものである。
【００１７】
具体的には、短辺に対応する短軸の1/2の長さと、長辺に対応する長軸の1/2の長さを変数として様々に変化させた際の冷却面積と導体面積（導体の断面積）は解析にて検証し、曲げ加工性と絶縁被膜の付着性（付きまわり性）は実験にて検証し、全ての検証において良好な結果が得られた数値範囲として上記数値範囲を規定している。
【００１８】
また、断面形状に関し、略長方形の短辺が円弧状を呈している従来の平角線、言い換えれば、短辺に直線部が存在せず、短辺が1/2円弧からなる平角線では、たとえば断面形状が長方形の平角線に比して導体面積は格段に小さくなってしまう。これに対して、本発明の平角線は略長方形の断面の隅角部が楕円を短軸と長軸で切断してできる1/4楕円から形成されていることから、完全な長方形に対して導体面積の減少量が可及的に少なくなり、十分な導体面積を確保することができる。
【００１９】
また、本発明はコイルにも及ぶものであり、このコイルは、前記平角線が前記短辺を中心にしてエッジワイズ曲げされてなるものである。
【００２０】
平角線の導体断面の短辺から曲線部に亘って十分な放熱面積を有していることで、この平角線から形成される本発明のコイルが放熱材を介して冷却器に搭載されてなるリアクトルにおいては、コイルやコアといった発熱源からの熱を効果的に放熱することができ、放熱性能に優れたリアクトルとなる。
【００２１】
さらに、本発明はコイルの製造方法にも及ぶものであり、この製造方法は、断面が円形の軸部材に対して前記平角線の一方の前記短辺を含む面を当接させ、他方の短辺を含む面を加工具で押圧して軸部材の周りでエッジワイズ曲げ加工をおこなってコイルを製造するものである。
【００２２】
エッジワイズ曲げ加工する際の軸部材と平角線の短辺を含む面の間の接触面積を十分に確保できることで、曲げ加工時に絶縁被膜や平角導体が変形するのを抑制することができる。
【００２３】
本発明のコイルの製造方法によれば、本発明の平角線をエッジワイズ曲げ加工することから、軸部材と平角線の短辺（直線部）との接触面積を十分に確保することができ、曲げ加工時に絶縁被膜や平角導体が変形するのを抑制しながら、品質に優れたコイルを製造することが可能になる。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明の平角線によれば、断面形状が略長方形でその4つの隅角部が曲線部であって1/4楕円から形成されていること、および、曲線部の縦横の寸法が所定の数値範囲に規定されていることにより、平角線の短辺から曲線部にかけての面積（放熱面積、冷却面積）を十分に確保でき、もって放熱性に優れた平角線となる。また、導体面積も十分に確保することができる。また、軸部材を中心にエッジワイズ曲げ加工する際の平角線の短辺（直線部）と軸部材の間に十分な接触面積が確保されることで、絶縁被膜や平角導体の変形が効果的に抑制される。さらに、断面の隅角にある曲線部が比較的大きいことから、平角導体の曲線部に対する絶縁被膜の付きまわり性（付着性）も良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の平角線の実施の形態の斜視図である。
【図２】本発明の平角線の断面図である。
【図３】本発明のコイルの製造方法を説明した模式図である。
【図４】本発明のコイルの斜視図である。
【図５】本発明のコイルを具備するリアクトルの実施の形態の斜視図である。
【図６】本発明のコイル、従来のコイル１，２の性能比較を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の平角線とこの平角線からなるコイル、コイルの製造方法の実施の形態を説明する。
【００２７】
（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の斜視図であり、図２は平角線の断面図である。図示する平角線１０は、平角導体１と、その周囲に形成された絶縁被膜２とから構成されている。
【００２８】
平角導体１はCu素材の導体であり、断面形状は略長方形を呈している。一方、絶縁被膜２はエナメル被膜であり、平角導体１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形成される。
【００２９】
図２を参照して、平角線１０（もしくは平角導体１）の断面形状（平角線１０の軸方向に直交する断面の形状）を詳細に説明する。
【００３０】
平角導体１は、短辺１ｂ（直線部）と長辺１ａ（直線部）を有する長方形において4つの隅角に曲線部１ｃを備えた断面形状を有している。
【００３１】
そして、4つの曲線部１ｃはそれぞれ、図示する点線で示した楕円を短軸（長さb）と長軸（長さa）で切断してできる4つの1/4楕円から形成されている。
【００３２】
したがって、隅角の曲線部１ｃは、その横方向の長さが楕円の長軸の半分の長さのa/2を有し、その縦方向の長さが楕円の短軸の半分の長さのb/2を有している。
【００３３】
また、平角導体１が曲線部１ｃを具備しない長方形の場合の短辺の長さをtとした際に、曲線部１ｃのうち、短辺１ｂに対応する短軸の1/2の長さ（b/2）はt/8〜t/4の範囲であり、長辺１ａに対応する長軸の1/2の長さ（a/2）がt/2〜tの範囲に設定されている。
【００３４】
たとえば、図示する平角線１０のアスペクト比（短辺側の全長と長辺側の全長の比）は、1:3以上の扁平形状となる。
【００３５】
このような断面形状の平角導体１から構成される平角線１０を適用することにより、以下の効果が奏される。
【００３６】
まず、曲線部が１/4楕円ではなく円であり、円の直径が楕円の長辺と同程度の長さである従来の平角線に比して導体面積は十分大きく、断面形状が完全長方形の導体面積からの面積低減量は少なく、十分な導体面積を有している。
【００３７】
また、平角線１０がエッジワイズ曲げ加工されてできたコイルにおいて、平角線１０の短辺を放熱材に接触させてリアクトルを形成する場合に、放熱材との接触面積（放熱面積）が広く、放熱性能（冷却性能）に優れたリアクトルを形成できる。
【００３８】
また、短辺１ｂ（直線部）が十分に確保されていることから、この短辺１ｂを軸部材に接触させ、軸部材を中心にエッジワイズ曲げ加工してコイルを製造する際に、平角線１０の短辺１ｂと軸部材の間に十分な接触面積が確保されることから、絶縁被膜２や平角導体１の変形を効果的に抑制できる。
【００３９】
さらに、断面の隅角にある曲線部１ｃが比較的大きいことから、平角導体１の曲線部１ｃに対する絶縁被膜２の付きまわり性（付着性）が良好となる。
【００４０】
（コイルとその製造方法の実施の形態）
図３は本発明のコイルの製造方法を説明した模式図である。図示するように、断面が円形の軸部材Ｓに平角線１０の短辺１ｂを含む面に接触させるようにして載置し、加工具Ｒを軸部材Ｓから張り出した平角線１０に押し当て、押圧することで（Ｘ１方向）平角線１０をエッジワイズ曲げ加工する（Ｘ２方向）。
【００４１】
このエッジワイズ曲げ加工を繰り返し実施して平角線１０を環状に加工し、環状の平角線１０を併設することによって図４で示すようなコイル２０が加工される。
【００４２】
（本発明のコイルが適用されたリアクトルの実施の形態）
図５は本発明のコイルを具備するリアクトルの実施の形態の斜視図である。
【００４３】
図示するリアクトル１００は、圧粉磁心からなる環状のコア３０に２つのコイル２０，２０が嵌め込まれ、各コイル２０は下方にある放熱材４０の上に載置され、放熱材４０は冷却器５０の上に載置されて構成されている。
【００４４】
なお、リアクトル１００は不図示のケースに収容され、コア３０やコイル２０は不図示の封止樹脂体で封止されてその全体が構成される。
【００４５】
図示するリアクトル１００では、コイル２０を形成する平角線１０の短辺１ｂ及び曲線部１ｃと放熱材４０との接触面積（放熱面積）が広いことから、放熱性能（冷却性能）に優れたリアクトル１００となる。
【００４６】
また、コイル２０を形成する平角線１０の曲線部１ｃが比較的大きいことから、平角導体１の曲線部１ｃに対する絶縁被膜２の付きまわり性（付着性）が良好となり、絶縁被膜２の膜厚の均一性が図られることで、絶縁被膜２の膜厚が薄い箇所がなく、絶縁性能に優れたリアクトル１００となる。
【００４７】
（本発明のコイル、従来のコイル１，２との性能比較）
図６は、本発明のコイル、従来のコイル１，２の性能比較を示した図である。なお、各図において、評価○は該当性能が良好であることを示しており、評価×は該当性能が十分でないことを示している。
【００４８】
ここで、従来のコイル１とは、短辺が半円（直線部なし）の断面形状の平角線から構成されたコイルであり、従来のコイル２とは、略長方形の隅角の曲線部の曲率半径が極めて小さい平角線から構成されたコイルである。
【００４９】
図６の最上段の「冷却面積」に関しては、本発明のコイルを構成する平角線の短辺から曲線部に亘る箇所は放熱面積が広く、従来のコイル１と同様に良好な結果となる。一方、平角線の短辺がほぼ直線である従来のコイル２は放熱面積が狭く、放熱性能が不十分となる。
【００５０】
次に、図６の二段目の「導体面積」に関しては、従来のコイル２は断面形状が長方形に限りなく近いことから導体面積は大きくなり、本発明のコイルは隅角が1/4楕円形状であることから従来のコイル２ほど導体面積は大きくないものの、十分な導体面積を有している。一方、短辺が半円形状の従来のコイル１は導体面積が小さくなり、これに起因して導体抵抗が大きくなる。
【００５１】
次に、図６の三段目の「曲げ加工性」に関しては、本発明のコイルと従来のコイル２はともにエッジワイズ曲げ加工の際に軸部材と短辺の接触面積が広いことから、絶縁被膜や平角導体の変形が抑制される。一方、軸部材と接触する短辺が半円の従来のコイル１は軸部材と点接触となることから、絶縁被膜や平角導体が変形し易い。
【００５２】
最後に、図６の最下段の「絶縁被膜の付きまわり性」に関しては、本発明のコイルと従来のコイル１はともに隅角の曲線部が大きいことから絶縁被膜の付きまわり性が良好となる。一方、隅角の曲率半径が極めて小さい従来のコイル２では、液状のエナメルワニスを平角導体に塗装した際に曲線部では表面張力の作用によって絶縁被膜が薄くなり、十分な絶縁性が確保できない。
【００５３】
（数値限定構成を規定するための解析および実験とそれらの結果）
本発明者等は、平角線の曲線部に関する数値限定構成を規定するための解析と実験をおこなった。まず、解析は、平角線の断面形状を種々変化させ、「冷却面積」と「導体面積」を計算した。「冷却面積」に関しては、エッジワイズ曲げ加工された平角線の外周面の面積を求め、従来の平角線の場合の面積は、JIS C3104より短辺の長さ1mm、長辺の長さ5mmとした場合、隅角の曲率半径Rは0.4mmであるので、その時の導体面積4.863mm2に対して面積が大きい場合を○、小さい場合を×と評価した。
【００５４】
一方、「導体面積」は、導体の断面積において、長方形の導体面積から隅角の曲線部の外側面積を差し引いた面積となる。JIS C3104の「平角銅線」にて規定される導体の隅角の曲線部の曲率半径が短辺側も長辺側も同じものに対して、導体面積が大きくなるものを○、小さくなるものを×と評価した。
【００５５】
また、実験において、「曲げ加工性」に関しては、エッジワイズ曲げ加工をした際に曲げの内側に応力が集中し、エナメル被膜の傷や浮きが確認されたものを×、確認されなかったものを○と評価した。
【００５６】
さらに、実験において、「絶縁被膜の付きまわり性」に関しては、平角導体の周囲にエナメル被膜を形成する際に、曲線部の曲率半径が小さ過ぎて絶縁被膜が薄くなり過ぎ、十分な絶縁性が確保できないものを×、絶縁被膜の付きまわりが良好で均一な膜厚の絶縁被膜が形成され、十分な絶縁性が確保できるものを○と評価した。
【００５７】
以下の表１に解析結果と実験結果を示す。ここで、表中のtは、平角導体が曲線部を具備しない長方形の場合の短辺の長さである。
【００５８】
【表１】
2017041531.tif 000003
【００５９】
表１より、冷却面積、導体面積、曲げ加工性、絶縁被膜の付きまわり性の全ての評価が○となったのは、曲線部のうち、短辺側の長さがt/8〜t/4の範囲であり、長辺側の長さがt/2〜tの範囲であった。
【００６０】
この解析および実験結果より、曲線部のうち、短辺側の長さがt/8〜t/4の範囲であり、長辺側の長さがt/2〜tの範囲を平角線の曲線部に関する数値限定構成として規定することとした。
【００６１】
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】
【００６２】
１…平角導体、１ａ…長辺、１ｂ…短辺、１ｃ…曲線部（隅角部）、２…絶縁被膜、１０…平角線、２０…コイル、３０…コア、４０…放熱材、５０…冷却器、１００…リアクトル、Ｓ…軸部材、Ｒ…加工具
【図１】
2017041531.tif 000004
【図２】
2017041531.tif 000005
【図３】
2017041531.tif 000006
【図４】
2017041531.tif 000007
【図５】
2017041531.tif 000008
【図６】
2017041531.tif 000009