JP2000348960A - コイルを備えた磁気回路並びにその製造方法及び製造装置 - Google Patents

コイルを備えた磁気回路並びにその製造方法及び製造装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高精度の電気的あるいは磁気的な特性を有す
る磁気回路を提供し、かつそれらを安価な方法で工業的
に製造可能ならしめること。 【解決手段】 電気コイル２と磁心３を有するコイルを
備えた磁気回路に関する。コイル２は、導線と、コイル
２の端部にそれぞれ配置される端部プレート４及びコネ
クター５とを備えている。コイルは円環状の磁気ワイヤ
により作成された螺旋体としての磁心上に嵌め込まれ
る。コイルを巻き付けるマンドレル１２は、僅かに円錐
状を呈する外周面を有する。螺旋体は、螺旋体を構成す
る磁性材料に指定の磁気特性が備わる前に形成されると
共に、磁心の端部を磁気回路の配置されている平面に対
し実質垂直な方向に変形することで両端部を互いに接近
させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はコイルを備えた磁気
回路並びにこの種の磁気回路の製造方法及び製造装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、コイルを備えた磁気回路は電
流センサーやトランス等に関する多くの分野で用いられ
ている。この種の電流センサーを応用するにあたり、測
定精度は使用材料の磁気特性や製作精度に密接に関係す
ることから、特定の精度を獲得することは、概して、製
造コストの削減ならびに部品の小型化と相容れないもの
である。
【０００３】欧州特許ＥＰ６６８５９６号には、円環状
の磁気回路にコイルを巻き付ける製造方法が記載されて
おり、この特許に記載されている方法は、上述の課題に
対処しようとしたものであり、断熱性接着層が被覆され
た導線を円筒状のマンドレルに巻き付けてコイルを製造
する工程と、磁気回路の両端を分け隔てることで開口し
て空隙を形成する工程と、コイルを磁気回路上を滑らす
形で移動させた後、磁気回路を閉じる工程とを有してい
る。
【０００４】ところが、この従来方法にはいくつかの問
題点がある。まず第一に、円筒状のマンドレルからコイ
ルを取り出し、その後それを磁心に挿入するのは非常に
困難である。第二に、塑性変形によって磁気回路を開い
たり閉じたりすることは、回路の磁気特性を低下させ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】かかる従来の実状に鑑
みて、本発明の目的は、高精度の電気的あるいは磁気的
な特性を有する磁気回路を提供し、かつそれらを安価な
方法で工業的に製造可能ならしめることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
請求項１に記載のコイルを有する磁気回路の製造方法
と、請求項５に記載のコイルを有する磁気回路と、請求
項８に記載のコイルを有する磁気回路の製造装置とによ
って上記課題が達成される。
【０００７】まず、本発明にかかる電気コイルと磁心を
備えた磁気回路の製造方法は、導線を僅かに円錐状を呈
する外周面を有するマンドレルに巻き付けてコイルを製
作する工程と、コイルを開口螺旋体に挿入する工程とを
有し、前記螺旋体はこれを構成する磁性材料に指定され
た磁気特性が備わる前に形成される。
【０００８】そして、コイルを磁心に挿入した後、磁心
の端部を磁気回路の配置されている平面に対し実質垂直
な方向に変形することで両端部を接近させる。この方法
において特徴的なのは、磁性材料における磁気特性の低
下を抑えるために、磁気材料は僅かに変形されることで
ある。
【０００９】なお、コイルは、マンドレルからの除去中
に磁心に挿入され、これによってコイルを備えた磁気回
路の製造時間とコストの削減を図ることができる。この
点に関し、特徴的なのは、磁心をマンドレルの端部に設
けられた穴に挿入することで、コイルを磁心に容易に挿
入できるようにしたことである。
【００１０】また、コイルの巻付前又は巻付中におい
て、コイルの挿入端部を形成するために端部プレートが
マンドレル上に配置され、この端部は一番最初に磁心に
挿入される。そして、コイルはこの端部プレートと共に
コネクターをも備え、これら端部プレートとコネクター
はコイルの各端部に配置され、前記コイルは円環状の磁
気ワイヤとして形成された磁心上に嵌め込まれる。
【００１１】端部プレートは、その形状及び寸法によ
り、また、摩擦係数を小さくすることにより、容易に鉄
心へ挿入することが可能となる。そこで、この目的のた
め、端部プレートは、磁心の曲がり具合に適合した丸溝
状の内面を有していることが望ましい。
【００１２】また、端部プレートは磁心との摩擦による
電線表面に設けられている絶縁層の損傷を防止する役目
も果たす。さらに、コイルを巻き付けるマンドレルの外
周面は僅かに円錐状を呈していることが望ましく、この
ような構成とすることにより、マンドレルからのコイル
の取り出が容易となる。
【００１３】また、円錐の角α、すなわち、円錐外周面
とその接線のなす角αは極めて小さいものでよく、例え
ば、Ｔａｎαの値は、０．００１〜０．０１であり、コ
イルの両端間の直径の差異は無視することができる。さ
らに、マンドレルはその遊端に磁心の端部を挿入可能な
穴を備えており、これにより、これらの部品の組立が容
易となる。
【００１４】
【発明の効果】このように、本発明にかかるコイルを備
えた磁気の上記特徴によれば、高精度の電気的あるいは
磁気的な特性を有する磁気回路を提供し、かつそれらを
安価な方法で工業的に製造することが可能となった。な
お、本発明の他の目的ならびに特徴は、以下で述べる発
明の詳細な説明の項及び添付図面によって明らかにされ
るであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、図面を参照しながら、本発
明の実施形態についてさらに詳細に説明する。磁気コイ
ルを有する磁気回路１はコイル２ならびに磁心３を備え
ている。コイル２は、挿入端１９に配置されている端部
プレート４と、もう一方の端部１０に配置されているコ
ネクター５と、端部プレート４とコネクター５の間にわ
たって空洞７の周囲に巻かれてなる導線６とを備えてい
る。導線６としては、コイルを形成するために、例え
ば、粘着性の絶縁層を備えた一般的な銅線が用いられ
る。また、ワイヤーとして単一の絶縁ワイヤーを用い、
粘着部分をコイルの形成過程で付加することが望まし
い。
【００１６】コネクタ５は、コイルを備えた磁気回路を
電気素子または他の装置等に接続するターミナル８を有
している。ターミナル８は、コイルの端部１０とターミ
ナル８へ電気的に接続される導線の端部を支えるコネク
ターのハウジング９内に受け入れられている。製造工程
において、コネクター５とコイルを結合することによ
り、導線を外部装置に接続することが容易となり、同時
にコイルを構成する導線と電子装置との接続を保護しか
つ堅個なものとすることができる。
【００１７】コイル２の一方の端部に位置する端部プレ
ート４は、コイルの挿入端を支えると共に、螺旋体をシ
ョートカットすることになるかもしれないコイルを磁心
３に挿入する間の摩耗を防止するための誘導面１１を有
している。さらに、円環状（トーラス状）の鉄心に挿入
可能なようにコイルを変形する間、端部プレート４によ
りコイルの挿入端１９を誘導する構成としたことは、大
きな進歩である。端部プレート４は、適合した形状と寸
法を備えた誘導面１１を準備し、コイルと磁心３間の摩
擦係数を小さくすることを可能ならしめる。特に、端部
プレートは、磁心３の曲がり具合に適合する丸溝１８を
備えている。
【００１８】図５に示すように、コネクター８と端部プ
レート４をマンドレル１２に挿入した後、導線の端部を
コネクター８ａに接続し、図６に示すように順次コイル
がマンドレル１２に巻き付けられた後、導線のもう一方
の端部がターミナル８ｂに接続される。なお、ワイヤー
とターミナル８ａ，８ｂとの接続は、望ましくはワイヤ
ーラップ接続または他の従来手法を用いて行われる。ま
た、コイルは、参照番号８ｃで示すように、別のターミ
ナルに接続するためのさらなる巻線を備えてもよい。
【００１９】マンドレル１２は回転軸Ａに沿って遊端１
３に至るものである。さらに、マンドレルの外周面１４
を僅かに円錐状とすることにより、コイルをマンドレル
から取り出すことを容易にするとともに、そのコイルを
磁心３に挿入することをも容易にする。なお、上記円錐
体のなす角αは極めて小さいことが望ましく、例えば、
Ｔａｎαが０．００１〜０．０１の範囲の値であっても
よく、これにより、コイルをマンドレルから容易に取り
出し可能である利点は保つ一方で、コイルの直径の差異
による円錐の大きさの変化は無視できる。コイルの形状
を保つために粘着加工が施されているなら、この利点は
極めて重要であることに注意を要する。
【００２０】マンドレルは、このマンドレル上で位置決
めを行い、コネクター５の相対回転を阻止するための位
置決め部１７を有している。さらに、図１、２、７に示
すように、磁心にコイル２を挿入する工程において、磁
心３の端部１６を挿入すべく、マンドレルはその遊端に
穴１５を有している。マンドレル１２にコイルを巻き付
けた後、コネクター端部５に係合する押圧装置２０を動
作させることで（図１参照）、図７に示すように、コイ
ル２を磁心３に容易かつ直接に挿入することができる。
押圧装置は巻線作業の後にコネクターをそのフランジ２
１の後ろにおいてまたぐ形で設置できるフォーク状の形
状であることが望ましい。押圧装置をマンドレルの軸
（Ａ）に平行な向き（Ｐ）に作動させることで、コイル
２を磁心３に正確に配置することができる。粘着性絶縁
層を有するワイヤーによりコイルを製造した場合、コイ
ルは、磁心３に挿入される間は塑性変形可能な程度に加
熱され又は温度を維持されることが望ましい。
【００２１】円環状の磁心３は、鉄-ニッケル合金等の
一般的な透磁性材料で製作され、円錐状のワイヤー、平
坦なワイヤー、金属製のシート、ならびにそれらの要素
の組み合わせ等の適当な形状を呈する。大がかりな塑性
変形を行うことは磁気特性を低下させることから、十分
な磁気特性を得るために、一般には、材料は開放螺旋体
に変形された後に、焼きなまし（アニール）される。し
かし、一度コイルを巻き付けた後は焼きなましを行うこ
とはできない。
【００２２】本発明において、塑性変形に伴う磁心の磁
気特性の低下を抑えるために、磁性材料の塑性変形を最
小限にすべく構成した。この目的のため、磁性材料は、
例えば、図３に示されるように、ほぼ波線ｅ１、ｅ２に
沿って切断され、螺旋体の一巻として形成されるワイヤ
３’の形を有している。複数の個々の螺旋体は図４に示
した如く形成されることが望ましく、前述した如く螺旋
体はコイルの嵌め込みが可能となっており、個々の螺旋
体の塑性変形だけは、磁心３の端部１６，１６’を互い
に対向させるために、コイルの嵌め込み後に行われる。
磁心の端部１６，１６’は磁気回路のある平面に実質的
に直交する方向（Ｏ）に回転により変形させられ、用途
に適した特定の幅の空隙を形成する。
【００２３】螺旋体を形成する過程で、ピッチ（Ｐ）
は、端部１６，１６’間からコイルを磁心に挿入可能と
なるよう、磁気回路の配置されている平面に実質直交す
る方向（Ｏ）に対し必要な離隔距離に対応させて調整さ
れることが望ましい。各々の螺旋体を形成すべく螺旋体
を切断した長さ方向の厚さ（Ｅ）は、実質的に直交する
方向（Ｏ）に対する磁気回路の端部１６，１６’の回転
による変形後に調整されることが望ましく、端部は指定
の空隙をもって隔てられる。この場合、切断の厚みＥは
空隙の長さにほぼ等しいものとする。
【００２４】磁性材料の焼きなましはこのように螺旋体
の形成又は螺旋体の切り離し後に行うことが望ましく、
その結果、焼きなましを行った後に磁気回路を塑性変形
するのは磁気回路の端部１６，１６’を接近させること
のみとなる。
【００２５】なお、特許請求の範囲の項に記入した符号
は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものに
すぎず、この記入により本発明は添付図面の構成に限定
されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁心に挿入可能な状態の本発明に係るマンドレ
ルとコイルの斜視図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】磁心の形成に用いられる連続した状態にある磁
気ワイヤの図である。
【図４】連続した状態にある磁気ワイヤを切断して得ら
れる磁心の図である。
【図５】マンドレルに端部プレートとコネクターを嵌合
させた状態を示す斜視図である。
【図６】図５に示すマンドレルに対し導線を巻回した状
態を示す斜視図である。
【図７】巻線、端部プレート及びコネクターをマンドレ
ルから磁心に移動させる状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 磁気回路 ２ コイル ３ 磁心 ４ 端部プレート ５ コネクタ ６ 導線 ７ 空洞 ８ ターミナル ８ａ ターミナル ８ｂ ターミナル ８ｃ ターミナル ９ ハウジング １０ コイル端部 １１ 誘導面 １２ マンドレル １３ 遊端 １４ 外周面 １５ 穴 １６ 磁心端部 １６’磁心端部 １７ 位置決め部 １８ 丸溝 １９ 挿入端 ２０ 押圧装置 ２１ フランジ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 僅かに円錐状を呈する外周面（１４）を
    有するマンドレル（１２）に導線（６）を巻き付けてコ
    イル（２）を製作する工程と、端部（１６、１６’）を
    有する開口螺旋体として形成された磁心（３）にコイル
    （２）を挿入する工程とを備え、前記螺旋体は、この螺
    旋体を構成する磁性材料に指定された磁気特性が備わる
    前に形成されると共に、磁心の端部（１６，１６’）を
    互いに近接させるためにこれら両端部をコイルを備えた
    磁気回路の配置されている平面に対し実質垂直な方向
    （Ｏ）に変形させることを特徴とする電気コイル（２）
    と磁心（３）とを有するコイルを備えた磁気回路の製造
    方法。
  2. 【請求項２】 コイル（２）をマンドレル（１２）から
    の除去中に磁心（３）へ挿入することを特徴とする請求
    項１に記載のコイルを備えた磁気回路の製造方法。
  3. 【請求項３】 コイル（２）を磁心（３）へ容易に挿入
    可能とするために、磁心（３）の端部（１６）がマンド
    レル（１２）の遊端（１３）に設けられた穴（１５）に
    挿入されることを特徴とする請求項２に記載のコイル備
    えた磁気回路の製造方法。
  4. 【請求項４】 コイルの巻付前又は巻付中において、コ
    イル（２）の挿入端部（１９）を形成するために端部プ
    レート（４）がマンドレル（１２）上に配置され、この
    端部は一番最初に磁心（３）に挿入されることを特徴と
    する請求項１〜３のいずれかに記載のコイルを備えた磁
    気回路の製造方法。
  5. 【請求項５】 電気コイル（２）と磁心（３）とを備
    え、コイル（２）は、導線（６）並びにコイル（２）の
    各端に設けられる端部プレート（４）及びコネクター
    （５）を備え、コイルは円環状に形成された磁気ワイヤ
    で作成された磁心に嵌め込まれているコイルを備えた磁
    気回路。
  6. 【請求項６】 コイル（２）の内側の空洞（７）が僅か
    に円錐状を呈していることを特徴とする請求項５に記載
    のコイルを備えた磁気回路。
  7. 【請求項７】 請求項１〜４のいずれかに記載の製造方
    法で製造されたことを特徴とする請求項５及び６のいず
    れかに記載のコイルを備えた磁気回路。
  8. 【請求項８】 円環状の磁心（３）に嵌め込まれたコイ
    ル（２）を備え、前記コイルが巻付けられるマンドレル
    （１２）を有し、このマンドレルは僅かに円錐状の外周
    面（１４）を呈することを特徴とするコイルを備えた磁
    気回路の製造装置。
  9. 【請求項９】 円錐の角αに関し、Ｔａｎαの値が０．
    ００１〜０．０１であることを特徴とする請求項８に記
    載のコイルを備えた磁気回路の製造装置。
  10. 【請求項１０】マンドレル（１２）の遊端（１３）に磁
    心（３）の端部（１６）を挿入可能とするための穴（１
    ５）を設けたことを特徴とする請求項８又は９のいずれ
    かに記載のコイルを備えた磁気回路の製造装置。
  11. 【請求項１１】コイル（２）をマンドレル（１２）から
    十分に押し出す押圧装置（２０）を備えたことを特徴と
    する請求項８〜１０のいずれかに記載のコイルを備えた
    磁気回路の製造装置。
  12. 【請求項１２】押圧装置（２０）の形状がフォーク状で
    あることを特徴とする、請求項１１に記載のコイルを備
    えた磁気回路の製造装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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