JP2000164447A - トロイダルコイルおよびその製造方法。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】磁性薄板を捲回してなるコアを用いたトロイダ
ルコイルにおいて、リングコアとリングコイル間の無駄
なスペースを無くした小型なトロイダルコイルを提供
し、省資源、省電力をはかる。 【解決手段】多層の平角線を予め角筒状ソレノイドコイ
ルに巻いておき、該コイルの端部より磁性薄板巻き取り
用のボビンを挿入してリング状コイルに形成し、該コイ
ルの線間より磁性薄板を導入し該ボビンに巻き取らせる
ことにより、コアとコイル間の無駄なスペースを無くし
た小型なトロイダルコイルが容易に製造できる。また磁
性薄板の材質に応じて柔らかい状態で巻き取り、その後
所定の条件で熱処理を行い、磁気特性を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源ラインフィル
タなどに用いられる、磁性薄板の捲回されたリングコア
に、導線が捲回されてなる大電流用トロイダルコイルお
よびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電源ラインフィルタなどに用いら
れる大電流用トロイダルコイルは、特願平１０−３０３
１７２のように、予め平角線を円筒状ソレノイドコイル
に巻いておき、図９に示すように断面矩形のリングコア
に該コイルの端部を絡ませて回転させながらリングコア
に巻き移していた。このため図１０に示すように断面矩
形のコアと断面円形のコイルの間に余分なスペースが生
じたトロイダルコイルとなり、小型化は困難であった。

【０００３】さらに、磁性薄板の捲回されたリングコア
の矩形断面に合わせた角筒状に巻こうとしても、平角線
が固いのでコーナーの曲率半径が小さくならないため矩
形に巻けず、コアとコイルの間のギャップを少なくする
ことは困難であった。また、コイルを円筒に近い形状に
巻かざるを得ないため、平角線も約２割ほど長くなるの
で、この分の長さの抵抗が増え電力の損失となってい
た。

【０００４】また、従来の磁性薄板を捲回したコアを用
いた大電流用フィルタは、コアの磁気特性に限界があり
磁気飽和をさけるためコア断面積を大きくせざるを得な
いので大型なフィルタになり、またノイズ減衰特性も高
周波数領域まで維持することも困難であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特願平１０−３０３１
７２の方法では、ケース断面は矩形であるにも係わら
ず、平角線が固いためおよびリングコアに該コイルを回
転させながら巻移すため、円筒状ソレノイドコイルに形
成せざるを得ず、断面矩形のコアケースと断面円形のコ
イルの間に余分なスペースが生じていたが、この余分な
スペースを小さくすることである。

【０００６】また、電流容量の大きい平角線は固いた
め、磁性薄板の捲回されるボビンの断面に合わせた角筒
状に巻くことは困難であった問題を解消し、角筒コーナ
ーの曲率半径を小さくし、また、巻数を多く捲くため線
幅が小さくて、且、電流容量を大きくするため高さが高
い巻き線を実現し、コアとコイルの間に生じるギャップ
を小さくしてトロイダルコイルの小型化を計り、平角線
の使用量を減らし電力の損失を減らすことである。ま
た、裸銅線の平角線を捲回してもコイル線間の短絡する
ことのない、線間の短絡防止の絶縁層を容易に形成する
ことである。

【０００７】さらに大電流用コイルであっても、熱処理
することにより磁気特性に優れたコア材を用いることに
より、磁気飽和をさけるためにコア断面積が大きい大型
なコイルを用いることなく、また、ノイズ減衰特性も高
周波数領域まで維持するこである。通常、非晶質結晶合
金は、熱処理により硬度が増し巻き取りは困難であっ
た。

【０００８】

【課題を解決するための手段】予め巻線された単数ある
いは複数の筒状コイルの内部に、磁性薄板巻き取り用ボ
ビンを挿入してリング状に形成した後、該コイルの端部
あるいは線間より磁性薄板を導入して、該リング状コイ
ルの内部で前記ボビンに固定し回転させて、前記磁性薄
板を巻き取ってリングコアを形成し、トロイダルコイル
またはトランス等を形成する方法である。

【０００９】また、予め巻線された単数または複数の筒
状コイルの内部に、リングコアの回転軸を含む面で分割
されたコアをそれぞれ挿入し、リング状に再接合させる
トロイダルコイルまたはトランス等を形成する方法であ
る。

【００１０】予め巻線するコイルの形成方法は、磁性薄
板の捲回されるボビンの断面に合わせた角柱状の巻芯
に、コーナー部の曲率半径が小さく巻ける薄い平角線
を、所定の電流容量となるまで多層に重ねて捲回し角筒
状ソレノイドコイルを形成する。次に巻芯より該コイル
を取り外してリング状に撓めながら、内部に磁性薄板巻
き取り用ボビンを挿入してリング状コイルに形成した
後、該コイルの端部または線間より磁性薄板を導入して
前記ボビンに巻き取り、リングコアを形成してトロイダ
ルコイルを形成する。このとき該コイルは複数でも良
く、単相電源用コモンモードコイルの場合は２個、３相
電源用コモンモードコイルの場合は３個となる。

【００１１】前記した平角線の選択は、リングコアケー
スの内周の長さと巻数より平角線の線幅を決定し、平角
線の厚みは線材の固さにもよるが角筒状コイルのコーナ
ー部が所定の曲率半径以下となる厚みの薄い平角線を用
いる。また複数の平角線を多層に巻く層数は、電流容量
値から所定の断面積を満たす層数にする。絶縁被覆され
た平角線を用いる場合は、巻き線の内周側と外周側とで
平角線の長さが異なり、コイルの内周側が外周側より短
くなるため内周側の電流密度が高くなる。

【００１２】このとき、複数の平角線に裸銅線を用いる
と層間が絶縁される事なく、不均一な電流密度が緩和さ
れ、また熱伝導も良くなるので放熱効率も向上する。こ
の場合、密巻きすると、特にトロイダルコイルの内周側
の線間が短絡する恐れが生じるので、少なくともトロイ
ダルコイルの内周側の線間に絶縁処理を施すことで、線
間短絡を防止することができる。この絶縁層の形成は、
概略つづら折り状に折り曲げた絶縁シートをトロイダル
コイルの内周部のコイル線間に挿入することで容易に形
成できる。この絶縁層の形成は、ソレノイドコイル形成
後に絶縁シートを挿入し接着材などで固定する。この概
略つづら折り状に折り曲げた絶縁シートは、コイル線幅
あるいは線間隔が変化しても柔軟に対応できる。

【００１３】また、磁性鋼板に非晶質ナノ結晶合金の薄
板を用い、熱処理前の柔らかい状態でコイル内のコアボ
ビンに巻き取ってトロイダルコイルを形成後、非酸化雰
囲気および磁場中で熱処理を施して結晶化させ磁気特性
を向上させる。

【００１４】詳述すると、前記課題を解決するための本
発明は、予め巻線機を用い、直角に曲げたときの曲率半
径が所定の値で折れ曲がる厚みの複数の平角線を重ね
て、所定の角柱状巻き芯に巻きつけた後、該巻き芯より
抜き取って角筒状ソレノイドコイルを形成しておく。多
層巻きの角筒状コイルをリング状に撓めたときにコイル
線間は、内周は密に外周は疎になり、リング状コイルの
断面が変形するので、予定の内径のリング状に撓むよう
巻き芯に余裕を持たせておく。次に密着巻きされたソレ
ノイドコイルを巻芯から外し、引き延ばして線間を広げ
てからはんだ槽に浸漬して層間接続し一体化させる。あ
るいは、エポキシあるいはウレタン樹脂等でコートティ
ングし多層平角線の一本化と表面の絶縁処理を施しても
よい。

【００１５】さらに角筒状コイルは、コアボビンの矩形
断面より一回り大きい巻き芯で巻いておいてボビンの回
転を容易にし、またボビン寸法も、磁性薄板の板幅およ
び巻き厚に合わせて余裕を持たせ巻き取りを容易にして
おく。絶縁皮覆処理のない裸の平角線を用いる場合も同
様である。通常の絶縁被覆線は、裸線に０．１ｍｍ程度
の絶縁皮膜が表面に塗布されている。

【００１６】次ぎに、回転中心線と直交する中心線上で
対称に２分割したボビンを、それぞれ前記角筒状ソレノ
イドコイルの内部に該コイルをリング状に撓めながら挿
入し、嵌合させて一体化ボビンとなしリング状コイルに
形成する。この時、磁性薄板の端部を前記コイル端部よ
り導入し、ボビンの一体化と同時にボビンの内周側に固
定させておく。

【００１７】前記２分割した形状のボビンの２切断面そ
れぞれに、対称な嵌合用の凹凸部を設けておき、該２分
割形状のボビンの２片を一対として、片方を１８０度回
転して嵌合させ一体化させる。これにより、同形の前記
２分割形状のボビン２片で、円形ボビンに嵌合でき共用
化が計れる。さらに、前記ボビンの内周切断面に磁性薄
板の端部固定溝を設けておき、２分割形状のボビン２片
の嵌合と同時に、磁性薄板の端部固定ができるようにし
ておくとよい。

【００１８】通常はプラスチック製のボビンを用いる
が、熱処理を行う場合は、温度に応じてアルミナなどの
磁器製ボビン、あるいはガラスコートなどの耐熱絶縁処
理を施した金属製のボビンや、アルミやニッケルなどの
ボビンを用いることができる。また、スプリングワッシ
ャ状に、リングの一部が切離された可撓性プラスチック
ボビンを撓めて、対向する切断面を離反させ、切断面よ
り前記コイルの内部に挿入してリング状コイルに形成す
ることもできる。

【００１９】次に、前記コイルの端部対抗部より導入し
た磁性薄板を、前記ボビンを回転させて所定の厚みに巻
き取らせ、リングコアを形成させる。なお、磁性薄板
は、複数枚を重ねて巻き取ることもできる。

【００２０】磁性薄板の巻き取りは、前記リング状コイ
ルの外周部のコイル端部あるいは巻線間の間隙からロー
ラをボビン外周に当接して回転させて巻き取る。また、
ボビンを内臓したリング状コイルの中心部に、磁石を着
脱自在に設置し、リング状コイルの内周層とボビンが介
在した状態で、該磁石を回転させて磁性薄板を巻き取ら
せてもよい。

【００２１】非晶質ナノ結晶合金の磁性薄板の場合は、
柔らかい状態で巻き取ったあと、真空または窒素などの
不活性ガス中の非酸化雰囲気および磁場中で、材質に応
じた温度で熱処理を施して結晶化させ磁気特性を向上さ
せる。この時、導線の絶縁被覆材の耐熱温度を超える場
合は裸の平角線銅線を用い、樹脂製ボビンの耐熱温度を
超える場合は、前記した磁器製または表面がガラスなど
で耐熱皮膜コートされた金属製のボビンを用いる。

【００２２】次ぎに、裸の平角線を用いて前記ソレノイ
ドコイルを形成後に樹脂コートなどの絶縁処理を施さな
い場合は、トロイダルコイル形成した後に概略つづら折
り状に折り畳んだ絶縁シートをコイル内周部の各線間に
挿入して接着剤などで固定し、コイルの線間の短絡を防
止する。導線に絶縁被覆処理されていない裸の平角線銅
線を用いる場合は、少なくともソレノイドコイルの内周
部のコイルの各線間には、前記同様に絶縁処理を施す必
要がある。

【００２３】上記のように、コーナー部の曲率半径が小
さく巻ける厚みの複数の平角線を重ねて、予め巻線機で
巻き線形成した角筒状コイルをはんだ処理やエポキシ処
理などで一体化したあと、がいコイルの内部にボビンを
挿入してリング状コイルに形成し、前記ボビンに磁性薄
板を捲回してリングコアを形成させるので、コイルとコ
アボビンとの余計なスペースの少ない、小型なトロイダ
ルコイルが製造でき、導線の使用量を少なくし、電力効
率を向上させることができる。

【００２４】また、磁気特性に優れる非晶質ナノ結晶合
金の薄板を、柔らかい状態でリング状コイル内のコアボ
ビンに巻き込んでから、非酸化雰囲気中および磁界中で
熱処理を施すことにより、結晶化させてコアの磁気特性
を向上させる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例
（１）について図面を参照して説明する。図１に示すよ
うに、角柱の巻芯（２２．０ｍｍ×１６．０ｍｍ）１
に、絶縁被覆された平角銅線（ｔ＝０．７ｍｍ，幅＝
４．２ｍｍ）２を３本重ねて厚みが約３倍の２．１ｍｍ
の複線３を形成しながら巻き、図２に示す角筒ソレノイ
ドコイルを形成する。

【００２６】つぎに、図３に示す分割されたボビン４
（外径＝６５０ｍｍ、内径＝４１０ｍｍ、幅＝１７．５
ｍｍ、肉厚＝１．０ｍｍ）を、図４に示すよう角筒状ソ
レノイドコイルを撓めて前記コイルの両端より挿入し、
磁性薄板５（Ｗ＝１５ｍｍ、Ｔ＝０．０２ｍｍ）の端部
をボビン４の内側に固定し、ボビン４どうしを嵌合し一
体化させてボビン入りリング状コイル（図示せず）を形
成する。

【００２７】次ぎに、図５に示すようにコイル端部間お
よびコイル線間で、ローラ６を前記ボビン４の外周に当
接して回転させて、磁性薄板５を所定の厚みに巻き取
り、図６の側面図に示すように切断後スポット溶接７で
固定しトロイダルコイルを完成させる。

【００２８】実施の形態例（２）として図７に示すよう
に、スプリングワッシャ状にリングの一部が切断された
可撓性ボビン（ポリプロピレン製）８を撓めて切口の対
向面を離反させて、前記角筒状ソレノイドコイルを撓め
て嵌め込みリング状に形成する。次ぎに、磁性薄板５の
端部をボビン８に固定し、前記実施例（１）と同様に図
５に示すようにボビンをローラ６で回転させて巻き取
る。

【００２９】実施例（３）として、絶縁被覆のない裸の
平角銅線（ｔ＝０．５ｍｍ，幅＝４ｍｍ）を３本重ねて
厚みが約３倍の１．５ｍｍの複線を形成しながら巻き前
記実施例（１）と同様の手順で、分割されたボビンにア
ルミナ磁器製ボビンを用いてリング状コイルを形成した
後、非晶質ナノ結晶合金（アルプス電気株式会社製；ナ
ノパーム）の薄板を、アルミナ磁器製ボビンに券回して
から、窒素ガス中で磁界を引加し５８０℃で熱処理を行
い、アモルファスを結晶化させて磁気特性を向上させ
た。

【００３０】つぎに、図７に示すように、厚み約０．２
ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム
を概略つづら折り状の絶縁シート９を前記トロイダルコ
イルの内周部のコイル線間に挿入し固定する。このと
き、エポキシ樹脂をディッピング等で銅線にコーティン
グし絶縁処理を施してもよい。

【００３１】実施例（４）として、実施例（１）の図１
に示す角筒ソレノイドコイルに、図３に示すボビンと外
形寸法同一の２分割されたケース入リングコア（図示せ
ず）を図４のように挿入し、該リングコアの切断面を密
着させ外周を金属薄板のバンドで締めたのち、エポキシ
樹脂で固定した。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の方法によれ
ば、薄く曲げ易い平角線を多層に巻き、内部にコアを形
成するので、電流容量の大きい断面矩形のトロイダルコ
イルが小型に製造でき、銅線の省資源化および省電力化
がはかれる。また、磁性薄板の材質に応じて、柔らかい
状態で捲回してリングコアに形成してから、所定の環境
および温度で熱処理を施すことにより、コアの磁気特性
を向上させる事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平角線を３本重ねて角柱の巻芯に巻き取り、３
層の角筒ソレノイドコイルを形成する状態を示す。

【図２】３層の角筒ソレノイドコイル。

【図３】2分割したボビンの片方を示す。（嵌合部は図
示せず）

【図４】角筒コイルにボビンを挿入しリング状に形成す
る状態を示す。

【図５】コイルに挿入したボビンに磁性薄板を巻き取る
状態を示す。

【図６】磁性薄板を所定の厚みに巻き取った後、切断し
てスポット溶接をした状態をす。

【図７】可撓性コアボビンの切断面を撓め、コイルに挿
入している状態を示す。

【図８】コイル線間に概略つづら折り状の絶縁シートを
装着した状態を示す。

【図９】従来の巻線方法を示す。

【図10】従来のトロイダルコイルの断面図を示す。

【符号の説明】

１……角柱状の巻き芯 ２……平角線 ３……３層の平角線コイル ４……２分割されたボビン ５……磁性薄板 ６……ローラ ７……スポット溶接 ８……可撓性プラスチックボビン ９……概略つづら折り状の絶縁シート 10……磁性薄板を捲回したリングコア

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁性薄板を捲回してなるリングコアに巻線
   を施してなるトロイダルコイルの製造方法において、予
   め巻線された単数または複数の筒状コイルの内部に、磁
   性薄板巻取り用ボビンを挿入してリング状に形成した
   後、磁性薄板を該コイルの線間より導入して前記ボビン
   に巻き取り、リングコアを形成してなるトロイダルコイ
   ルの製造方法。
2. 【請求項２】磁性薄板を捲回してなるリングコアに巻線
   を施してなるトロイダルコイルの製造方法において、予
   め巻線された単数または複数の筒状コイルの内部に,分
   割されたリングコアをそれぞれ挿入し、リング状に再接
   合させてなるトロイダルコイルの製造方法。
3. 【請求項３】請求項１および２に記載のトロイダルコイ
   ルの製造方法において、単数または複数の筒状コイル
   が、平角線を捲回した角筒状コイルであることを特徴と
   するトロイダルコイル。
4. 【請求項４】請求項１および２に記載のトロイダルコイ
   ルの製造方法において、単数または複数の筒状コイル
   が、複数の裸銅平角線を多層に重ねて捲回された角筒状
   コイルであり、少なくともリング状コイルの内周部の線
   間が絶縁処理されたことを特徴とするトロイダルコイ
   ル。
5. 【請求項５】請求項１および２に記載のトロイダルコイ
   ルの製造方法において、単数または複数の筒状コイル
   が、複数の裸銅平角線を多層に重ねて捲回された角筒状
   コイルであり、リング状コイルの内周部の線間が、略つ
   づら折り状の絶縁シートで絶縁されたことを特徴とする
   トロイダルコイル。
6. 【請求項６】請求項１，２，３，４および５に記載のト
   ロイダルコイルおよびその製造方法において、リングコ
   アは、非晶質ナノ結晶合金を捲回し所定の条件で熱処理
   を施されたコアであることを特徴とするトロイダルコイ
   ルおよびその製造方法。