JP2006120767A - リアクトル及びリアクトルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１に、部品点数を増加することなくコイルの巻線間隔を均等に確保できるリアクトルを提供し、第２に、部品点数を増加することなくコイルの巻線間の絶縁を確保できるリアクトルを提供する。
【解決手段】 このリアクトル１は、磁心部３ｅと磁心部３ｅの外周に巻装されたコイル５とを備えており、磁心部３ｅの外周面には絶縁層３ｆが一体的に形成され、その絶縁層３ｆ上に複数の突起部３ｇが一体的に形成される。そして、磁心部３ｅの各突起部３ｇ間にコイル５の各巻線が位置決め状に配置される様にして磁心部３ｅの外周にコイル５が巻装される。
【選択図】図２

Description

本発明は、リアクトルおよびリアクトルの製造方法に関する。

近年、環境意識の高まりからガソリンエンジンとモータの双方を動力源として用いるハイブリッド自動車が注目されている。これまで、その燃費性能の良さばかりに着目されていたハイブリッド自動車ではあるが、さらなる普及のためにハイブリッド自動車の出力を高める改善が進められている。出力改善の方法としては、例えば、モータ駆動電圧を高めるためにバッテリ出力電圧を昇圧コンバータで昇圧する方法が採用されている。

ここで、昇圧コンバータは、リアクトルを備えており、そのリアクトルヘのエネルギーの蓄積・放出を繰り返して入力電圧と異なる電圧を生成する。リアクトルは、磁心の外周に銅またはアルミ製のコイルを巻装して構成される。

この様なリアクトルでは、コイルの巻線間隔が不均等になると、リアクトルの性能が低下する虞がある。また、コイルの巻線間隔が狭まり過ぎると、巻線間の絶縁が破壊される虞もある。そのため、これらの問題を解決すべく、その外周面にコイルの各巻線の巻き位置を位置決めする複数の突起部を形成した筒状の絶縁部材を磁心の外側に装着し、その絶縁部材の外周に、コイルの各巻線間に絶縁部材の各突起部が配置する様にコイルを巻装したリアクトルが提案されている（提案例）（特許文献１）。

また、この提案例でのコイルの磁心への巻装の仕方は、コイルとしてエッジワイズコイルを用意し、また、絶縁部材をコイル内に挿入し易い様に分割構成しておく。そして、絶縁部材を分割状態でコイル内に挿入してコイル内で組み立てることで、絶縁部材の外周に、コイルの各巻線間に絶縁部材の各突起部が配置する様にコイルを巻装し、その絶縁部材を磁心に外装することでコイルを磁心に巻装している。

特開２００３−５１４１４号公報

上記の提案例では、磁心とは別に絶縁部材を用意する必要があるので、リアクトルの部品点数が増加して、リアクトルの製造コストの増大および大型化を招くという欠点があった。

また、上記の提案例でのコイルの磁心への巻装の仕方では、絶縁部材を分割構成して分割状態でコイル内に挿入してコイル内で組み立てることで、絶縁部材の外周にコイルを巻装し、その絶縁部材を磁心に外装することでコイルを磁心に巻装するので、巻装作業が煩雑で手間が掛かると共に製造工数が多くなるという欠点があった。

そこで、この発明の課題は、第１に、部品点数を増加することなくコイルの巻線間隔を均等に確保できるリアクトルを提供すること、第２に、部品点数を増加することなくコイルの巻線間の絶縁を確保できるリアクトルを提供すること、第３に、コイルの磁心への巻装を容易にできるリアクトルの製造方法を提供すること、第４に、少ない製造工数でリアクトルを製造できるリアクトルの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、磁心と該磁心の外周に巻装されたコイルとを備えたリアクトルであって、前記磁心の外周面に、前記コイルの各巻線間に配置して前記各巻線の巻き位置を位置決めする複数の突起部が一体的に形成されたものである。

請求項２に記載の発明は、前記複数の突起部は、絶縁材料により形成されるものである。

請求項３に記載の発明は、前記磁心の外周面に一体的に絶縁層が形成され、その絶縁層上に前記複数の突起部が一体的に形成されたものである。

請求項４に記載の発明は、前記磁心、前記複数の突起部および前記絶縁層は、それぞれ磁心用粉末材料、突起部用粉末材料および絶縁層用粉末材料が一体的に加圧成形されて形成されるものである。

請求項５に記載の発明は、前記絶縁層は、前記磁心の周方向に渡って部分的に形成される様にして前記磁心の外周面に凸状形成され、前記コイルは、前記磁心の外周面との間に空隙が生じる様に前記絶縁層上で支持される様にして前記磁心の外周に巻装されるものである。

請求項６に記載の発明は、前記コイルと前記磁心の外周面との間の前記空隙に絶縁性の充填材が充填されるものである。

請求項７に記載の発明は、前記コイルは、エッジワイズコイルであるものである。

請求項８に記載の発明は、その外周面にコイルの各巻線の巻き位置を位置決めする複数の突起部が形成された磁心と該磁心の外周に巻装されたコイルとを備えたリアクトルの製造方法であって、前記コイルとして、その拡径方向の捻りにより拡径され、その拡径方法の捻りが解除されると元の径に弾性復帰するものを用い、前記コイルを拡径方向に捻って拡径した状態で前記コイル内に前記磁心を挿入し、その挿入状態で前記コイルの捻りを解除して前記コイルの径を元の径に弾性復帰させることにより、前記コイルの各巻線間に前記磁心の前記各突起部が配置する様にして、前記磁心の外周に前記コイルを巻装するものである。

請求項９に記載の発明は、その外周面にコイルの各巻線の巻き位置を位置決めする複数の突起部が形成された磁心と該磁心の外周に巻装されたコイルとを備えたリアクトルの製造方法であって、磁心を用意しておき、コイルをコイル形成装置により形成し、そのコイル形成装置から排出されるコイルをそのまま、前記磁心の外周に巻回することにより前記磁心の外周に前記コイルを巻装するものである。

請求項１に記載の発明によれば、磁心の外周面に、コイルの各巻線間に配置して各巻線の巻き位置を位置決めする複数の突起部が一体的に形成されるので、部品点数を増加することなくコイルの巻線間隔を均等に確保できる。

請求項２に記載の発明によれば、複数の突起部は絶縁材料により形成されるので、部品点数を増加することなくコイルの巻線間の絶縁を確保できる。

請求項３に記載の発明によれば、磁心の外周面に絶縁層が一体的に形成され、その絶縁層上に複数の突起部が一体的に形成されるので、部品点数を増加することなくコイルと磁心との間の絶縁を確保できる。

請求項４に記載の発明によれば、磁心、複数の突起部および絶縁層は、磁心用粉末材料、突起部用粉末材料および絶縁層用粉末材料が一体的に加圧成形されて形成されるので、簡単な手法により磁心、複数の突起部および絶縁層を一体的に形成できる。

請求項５に記載の発明によれば、絶縁層が磁心の周方向に渡って部分的に形成されるので、絶縁層を磁心の全周に渡って形成する場合と比べて製造コストを削減できる。また、絶縁層が磁心の外周面に凸状形成され、コイルが、磁心の外周面との間に空隙が生じる様に絶縁層上で支持される様にして磁心の外周に巻装されるので、絶縁層を磁心の周方向に渡って部分的にだけ形成してもコイルと磁心との間の絶縁を確保できる。

請求項６に記載の発明によれば、コイルと磁心の外周面との間の空隙に絶縁性の充填材が充填されるので、コイルと磁心の外周面との間の絶縁を安定して確保できる。

請求項７に記載の発明によれば、コイルはエッジワイズコイルであるので、磁心にコイルを高密度で巻装できる。

請求項８に記載の発明によれば、コイルとして、その拡径方向の捻りにより拡径され、その拡径方法の捻りが解除されると元の径に弾性復帰するものを用い、コイルを拡径方向に捻って拡径した状態でそのコイル内に磁心を挿入し、その挿入状態でコイルの捻りを解除してコイルの径を元の径に弾性復帰させることにより、コイルの各巻線間に磁心の各突起部が配置する様にして、磁心の外周にコイルを巻装するので、コイルの磁心への巻装を容易にできる。

請求項９に記載の発明によれば、磁心を用意しておき、コイルをコイル形成装置により形成し、そのコイル形成装置から排出されるコイルをそのまま前記磁心の外周に巻回することにより前記磁心の外周に前記コイルを巻装するので、即ち、コイルの形成工程とコイルの磁心への巻装工程とを統合するので、リアクトルの製造工数を低減でき、少ない製造工数でリアクトルを製造できる。

この実施の形態に係るリアクトル１は、図１の様に、磁心３と磁心３の外周に巻装されたコイル５とを備える。

磁心３は、例えば、断面略円形の略楕円還状に形成されており、一対の磁心湾曲部３ａ，３ｂと、一対の磁心直線部３ｃ，３ｄとに分割構成されている。ここでは、例えば一方の磁心直線部３ｄにコイル５が巻装されている。

コイル５が巻装される磁心直線部３ｄは、図２〜図４の様に、略円柱形の磁心部３ｅの外周面に絶縁層３ｆが一体的に形成され、その絶縁層３ｆ上に絶縁材料（例えば絶縁層３ｆと同じ材料）により複数の突起部３ｇが一体的に形成されてなる。

絶縁層３ｆは、例えば、磁心部３ｅの柱軸方向にその全長に渡って形成され且つ磁心部３ｅの周方向に渡って部分的に形成される様にして、磁心部３ｅの外周面に凸状形成される。

複数の突起部３ｇはそれぞれ、絶縁層３ｆ上において、磁心部３ｅの周方向に沿って凸条形成されると共に、磁心部３ｅの柱軸方向に渡って所定間隔あけて並列配置されて形成される。

この磁心直線部３ｄの磁心部３ｅ、絶縁層３ｆおよび突起部３ｇは、それぞれ磁心用粉末材料（例えば圧粉軟磁性材料）、絶縁層用粉末材料（例えば絶縁性の粉末磁性材料）および突起部用粉末材料（例えば絶縁層用粉末材料と同じ材料）が一体的に加圧成形されて形成される。

ここでは、磁心直線部３ｄは、例えば図５〜図７の様に、その絶縁層３ｆ側の半円柱形部分（図３で見ると磁心部３ｅの下半部分と絶縁層３ｆと突起部３ｇを含む部分）を成形する金型７と、その反対側の半円柱形部分（図３で見ると磁心部３の上半部分）を成形する金型９とを用いて以下の様に形成される。尚、磁心直線部３ｄの絶縁層３ｆ側の半円柱部分を成形する金型７は、図５および図６の様に、磁心部３ｅの半円柱部分を成形する磁心部用キャビティ部７ａを有し、その磁心部用キャビティ部７ａの底部に絶縁層３ｆを成形する絶縁層用キャビティ部７ｂが形成され、その絶縁層用キャビティ部７ｂの底部に突起部３ｇを成形する突起部用キャビティ部７ｃが形成されてなる。また、磁心直線部３ｄの反対側の半円柱部分を成形する金型９は、図７の様に、磁心部３ｅの半円柱形部分を成形する磁心部用キャビティ部９ａだけが形成されてなる。

即ち、まず、金型７の突起部用キャビティ部７ｃ、絶縁層用キャビティ部７ｂおよび磁心部用キャビティ部７ａにそれぞれ突起部用粉末材料、絶縁層用粉末材料および磁心用粉末材料を充填して上方側から加圧して各粉末材料を一体的に押し固めることで、磁心直線部３ｄの絶縁層３ｆ側の半円柱形部分を一体的に成形する。同様に、金型９の磁心部用キャビティ部９ａに磁心用粉末材料を充填して上方側から加圧して押し固めることで、磁心直線部３ｄの反対側の半円柱形部分を成形する。そして、その様に形成した磁心直線部３ｄの絶縁層３ｆ側の半円柱形部分上に、その様に形成した磁心直線部３ｄの反対側の半円柱形部分を積層して磁心直線部３ｄを形成する。

尚、磁心３の他の部分（各磁心湾曲部３ａ，３ｂおよび他方の磁心直線部３ｃ）も同様に磁心用粉末材料を金型を用いて加圧成形して形成される。

コイル５は、例えば磁心直線部３ｄの直径よりも若干大きい直径を有する略円形螺旋状のエッジワイズコイルとして形成され、その各巻線間に磁心直線部３ｄの突起部３ｇが配置する様にして（即ちその各巻線が各突起部３ｇ間に位置決め状に配置する様にして）磁心直線部３ｄの外周に巻装される。この様にコイル５の各巻線が磁心直線部３ｄの突起部３ｇ間に位置決め状に配置されることで、コイル５の各巻線間隔が均等に保たれた状態で磁心直線部３ｄの外周にコイル５が巻装される。尚、ここでは、コイル５を、例えば略円形螺旋状のエッジワイズコイル５に形成することで、後述のリアクトルの製造方法を考慮して、その拡径方向の捻りにより拡径され、その拡径方法の捻りが解除されると元の径に弾性復帰する様に形成されている。

このコイル５は、磁心直線部３ｄの外周面との間に空隙が生じる様に絶縁層３ｆ上で支持される様にして、磁心直線部３ｄの外周に巻装される（尚、絶縁層３ｆ上でコイル５を支持する方法としては、例えば、絶縁層３ｆ上の各突起部３ｇ間でコイル５の各巻線を狭持させて支持させてもよく、またはコイル５の軸心方向の弾性的な伸縮を利用してコイル５の各巻線間で絶縁層３ｆ上の各突起部３ｇを狭持させて支持させてもよい）。そして、この巻装状態で、図３の様に、コイル５と磁心直線部３ｄ（より詳細には磁心部３ｅ）の外周面との間の空隙に充填される様に、磁心直線部３ｄ（磁心部３ｅ）の外周面に渡って放熱用の樹脂材（絶縁性の充填材）１１が充填固化される。この樹脂材１１により、磁心直線部３ｄの外周面とコイル５との接触が安定して防止された状態で（即ち磁心直線部３ｄの外周面とコイル５との絶縁が安定して確保された状態で）磁心直線部３ｄの外周にコイル５が固定される。また、この樹脂材１１によりコイル５の放熱特性が向上される。即ち、ここでは、放熱用の樹脂材１１を利用して磁心直線部３ｄの外周にコイル５が固定されている。

次に、このリアクトル１の組立手順（製造方法）を説明する。

まず、一対の磁心湾曲部３ａ，３ｂおよび一対の磁心直線部３ｃ，３ｄを上記の様に磁心用粉末材料、絶縁層用粉末材料および突起部用粉末材料から加圧成形により形成しておく。他方、コイル５として円形螺旋状のエッジワイズコイルを用意しておく。そして、コイル５を拡径方向に捻って拡径した状態でコイル５内に磁心直線部３ｄを挿入し、その挿入状態でコイル５の捻りを解除してコイル５の径を元の径に弾性復帰させることにより、コイル５の各巻線間に磁心３の各突起部３ｇが配置する様に磁心直線部３ｄの外周にコイル５を巻装する。その際、コイル５を、磁心直線部３ｄ（より詳細には磁心部３ｅ）の外周面との間に空隙が生じる様に絶縁層３ｆ上で支持される様にして磁心直線部３ｄ（磁心部３ｅ）の外周に巻装する。そして、この巻装状態で、コイル５と磁心直線部３ｄの外周面との間の空隙に充填される様にして、放熱用の樹脂材（即ち絶縁性の充填材）１１を磁心直線部３ｄの外周面に渡って充填固化する。

そして、この様にコイル５を巻装した磁心直線部３ｄと、もう一方の磁心直線部３ｃと、一対の磁心湾曲部３ａ，３ｂとを略楕円還状に組み付けることでリアクトル１を完成する。

以上の様に構成されたリアクトル１によれば、磁心３の外周面に、コイル５の各巻線間に配置して各巻線の巻き位置を位置決めする複数の突起部３ｇが一体的に形成されるので、部品点数を増加することなくコイル５の巻線間隔を均等に確保できる。

また、複数の突起部３ｇは絶縁材料により形成されるので、部品点数を増加することなくコイル５の巻線間の絶縁を確保できる。

また、磁心３の外周面に絶縁層３ｆが一体的に形成され、その絶縁層３ｆ上に複数の突起部３ｇが一体的に形成されるので、部品点数を増加することなくコイル５と磁心３（より詳細には磁心部３ｅ）との間の絶縁を確保できる。

また、磁心３の磁心部３ｅ、複数の突起部３ｇおよび絶縁層３ｆは、磁心用粉末材料、突起部用粉末材料および絶縁層用粉末材料が一体的に加圧成形されて形成されるので、簡単な手法により磁心３の磁心部３ｅ、複数の突起部３ｇおよび絶縁層３ｆを一体的に形成できる。

また、絶縁層３ｆが磁心部３ｅの周方向に渡って部分的に形成されるので、絶縁層３ｆを磁心部３ｅの全周に渡って形成する場合と比べて製造コストを削減できる。また、絶縁層３ｆが磁心部３ｅの外周面に凸状形成され、コイル５が、磁心部３ｅの外周面との間に空隙が生じる様に絶縁層３ｆ上で支持される様にして磁心部３ｅの外周に巻装されるので、絶縁層３ｆを磁心部３ｅの周方向に渡って部分的にだけ形成してもコイル５と磁心部３ｅとの間の絶縁を確保できる。

また、コイル５と磁心部３ｅの外周面との間の空隙に絶縁性の充填材（樹脂材１１）が充填されるので、コイル５と磁心部３ｅの外周面との間の絶縁を安定して確保できる。

また、コイル５はエッジワイズコイルであるので、磁心３にコイル５を高密度で巻装できる。

また、コイル５として、その拡径方向の捻りにより拡径され、その拡径方法の捻りが解除されると元の径に弾性復帰するもの（ここでは略円形螺旋状のエッジワイズコイル）を用い、コイル５を拡径方向に捻って拡径した状態でコイル５内に磁心直線部３ｄを挿入し、その挿入状態でコイル５の捻りを解除してコイル５の径を元の径に弾性復帰させることにより、コイル５の各巻線間に磁心直線部３ｄの各突起部３ｇが配置する様にして、磁心直線部３ｄの外周にコイル５を巻装するので、コイル５の磁心直線部３ｄへの巻装を容易にできる。

尚、リアクトル１の製造方法としては、本実施の形態の場合の他に、図８の様に、磁心直線部３ｄを用意しておき、コイル５を平角線からエッジワイズコイル加工機（コイル形成装置）２０を用いてエッジワイズコイルとして形成し、そのエッジワイズコイル加工機２０から排出されるコイル５をそのまま、磁心直線部３ｄの各突起部３ｇ間に位置決め状に配置される様にして磁心直線部３ｄの外周に巻回することにより磁心直線部３ｄの外周にコイル５を巻装する様にしてもよい（即ち、コイル５の形成工程とコイル５の磁心直線部３ｄへの巻装工程とを統合する様にしてもよい）。この様にすれば、リアクトル１の製造工数を低減でき、少ない製造工数でリアクトル１を製造できる。

本発明の実施の形態に係るリアクトルの平面視の全体図である。 図１のリアクトルにおけるコイルの巻装された磁心直線部の側面視拡大図である。 図２のIII-III断面図である。 図２の磁心直線部の側面図である。 図１のリアクトルにおけるコイルの巻装される方の磁心直線部の片側（絶縁層側）を成形する金型の縦断断面図である。 図５のVI-VI断面図（横断断面図）である。 図１のリアクトルにおけるコイルの巻装される方の磁心直線部の反対側（絶縁層側の反対側）を成形する金型の横断断面図である。 本実施の形態でのリアクトルの製造方法に対する他のリアクトルの製造方法を説明する図である。

符号の説明

１ リアクトル
３ 磁心
３ａ，３ｂ 磁心湾曲部
３ｃ，３ｄ 磁心直線部
３ｅ 磁心部
３ｆ 絶縁層
３ｇ 突起部
５ コイル
７，９ 金型
１１ 樹脂材

Claims (9)

1. 磁心と該磁心の外周に巻装されたコイルとを備えたリアクトルであって、
   前記磁心の外周面に、前記コイルの各巻線間に配置して前記各巻線の巻き位置を位置決めする複数の突起部が一体的に形成されたことを特徴とするリアクトル。
2. 前記複数の突起部は、絶縁材料により形成されることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記磁心の外周面に一体的に絶縁層が形成され、その絶縁層上に前記複数の突起部が一体的に形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリアクトル。
4. 前記磁心、前記複数の突起部および前記絶縁層は、それぞれ磁心用粉末材料、突起部用粉末材料および絶縁層用粉末材料が一体的に加圧成形されて形成されることを特徴とする請求項３に記載のリアクトル。
5. 前記絶縁層は、前記磁心の周方向に渡って部分的に形成される様にして前記磁心の外周面に凸状形成され、
   前記コイルは、前記磁心の外周面との間に空隙が生じる様に前記絶縁層上で支持される様にして前記磁心の外周に巻装されることを特徴とする請求項１〜請求項４に記載のリアクトル。
6. 前記コイルと前記磁心の外周面との間の前記空隙に絶縁性の充填材が充填されることを特徴とする請求項５に記載のリアクトル。
7. 前記コイルは、エッジワイズコイルであることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れかに記載のリアクトル。
8. その外周面にコイルの各巻線の巻き位置を位置決めする複数の突起部が形成された磁心と該磁心の外周に巻装されたコイルとを備えたリアクトルの製造方法であって、
   前記コイルとして、その拡径方向の捻りにより拡径され、その拡径方法の捻りが解除されると元の径に弾性復帰するものを用い、
   前記コイルを拡径方向に捻って拡径した状態で前記コイル内に前記磁心を挿入し、その挿入状態で前記コイルの捻りを解除して前記コイルの径を元の径に弾性復帰させることにより、前記コイルの各巻線間に前記磁心の前記各突起部が配置する様にして、前記磁心の外周に前記コイルを巻装することを特徴とするリアクトルの製造方法。
9. その外周面にコイルの各巻線の巻き位置を位置決めする複数の突起部が形成された磁心と該磁心の外周に巻装されたコイルとを備えたリアクトルの製造方法であって、
   磁心を用意しておき、コイルをコイル形成装置により形成し、そのコイル形成装置から排出されるコイルをそのまま前記磁心の外周に巻回することにより前記磁心の外周に前記コイルを巻装することを特徴とするリアクトルの製造方法。
   

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