JP2010206029A - リアクトル用コイル部材、およびその製造方法、ならびにリアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】１本の巻線で形成されながら、従来のコイル部材のように曲げ半径の小さな曲げ部分を有さないリアクトル用コイル部材、およびその製造方法を提供する。
【解決手段】互いに並列状態に配置される第１コイル１１および第２コイル１２と、両コイル１１，１２を繋ぐ連絡部１３とを有し、これらの部材１１，１２，１３が１本の巻線からなる。各コイル１１，１２において、引き出し端１１Ａ，１２Ａから連絡部１３に向かうコイル巻回軸（Ｙ１−Ｙ２方向）に沿った方向をそのコイル１１，１２の螺旋の進行方向としたときに、両コイル１１，１２の螺旋の進行方向が互いに反対方向となるように形成されている。また、連絡部１３が、コイルの高さ方向（Ｚ１−Ｚ２方向）に両コイル１１，１２から突出することなく配されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車やハイブリット自動車などの車載部品などに利用されるリアクトル、および、リアクトルの構成部品であるリアクトル用コイル部材、ならびにリアクトル用コイル部材の製造方法に関するものである。

従来から、並列される１対のコイルと、これらコイルに挿通される環状のコアとを備えるリアクトルが知られている。各コイルは、線状の導体に絶縁被覆を施した巻線を螺旋状に巻回することで形成されており、コイルの引き出し端を介して外部から電流を供給されることで、コアの内部を通る磁界を発生させる。このようなリアクトルにおいて、１対のコイルを１本の巻線で形成したリアクトル用コイル部材を利用することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、第１のコイル要素と第２のコイル要素とが連絡部を介して電気的に接続された構成を備え、かつ、これらの部材が１本の平角線（巻線）で形成されるコイル部品（リアクトル用コイル部材）が開示されている（特許文献１の図１や図７〜８を参照）。これらコイル要素の関係を詳細に説明すると、両コイル要素の引き出し端は、コイル軸方向の同じ側に配置されている。つまり、螺旋の進行方向（各コイル要素におけるコイル要素の巻回軸に沿った方向であって、引き出し端側から連絡部側に向かう方向）は、両コイル要素で同じ方向となっている。また、両コイル要素を繋ぐ連絡部は、第１のコイル要素から第２のコイル要素に向かってほぼ１８０°のヘアピンカーブ状に折り返されている。

各コイル要素と連絡部が上記のような構成になるのは、特許文献１の図４、図５に示すように、１本の巻線の一端側と他端側で二つのコイル要素を段違い状に形成した後、連絡部を二つ折りすることでリアクトル用コイル部材を作製するからである。

特開２０００４−５５９２０号公報

しかし、特許文献１に記載のような従来のリアクトル用コイル部材では、連絡部が二つ折りされるため、曲げられる部分の曲げ半径が非常に小さく、巻線の導体や絶縁被覆が損傷する虞がある。特に、近年では、リアクトルを大電流で使用ために巻線を太径化する傾向にあり、曲げ部分における巻線の損傷が懸念されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その主目的は、１本の巻線で形成されながら、従来のリアクトル用コイル部材のように曲げ半径の小さな曲げ部分を有さないリアクトル用コイル部材、およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、本発明リアクトル用コイル部材を使用したリアクトルを提供することにある。

本発明リアクトル用コイル部材は、互いに並列状態に配置される第１コイルおよび第２コイルと、両コイルを繋ぐ連絡部とを有し、これらの部材が１本の巻線からなるリアクトル用コイル部材に係る。そして、各コイルにおいて、コイルの引き出し端から前記連絡部に向かうコイル巻回軸に沿った方向をそのコイルの螺旋の進行方向とし、両コイルの並列方向と両コイルのコイル軸方向の両方に直交する方向をコイルの高さ方向としたときに、両コイルの螺旋の進行方向が互いに反対となるように形成されており、前記連絡部が前記高さ方向に両コイルから突出することなく配されていることを特徴とする。

両コイルの螺旋の進行方向を互いに反対に配置して、両コイルを繋ぐ連絡部をコイル軸方向に渡るようにすると共に、連絡部をコイルの高さ方向に両コイルから突出しないようにすることで、連絡部に生じる曲げ部分の曲げ半径を従来よりも小さくすることができる。その結果、連絡部における巻線の絶縁被覆が損傷し難くなるし、仮に巻線を太径化しても巻線の絶縁被覆が損傷し難くなる。

本発明リアクトル用コイル部材において、両コイルを繋ぐ連絡部をコイル高さ方向に突出しないようにコイル軸方向に渡らせる代表的な構成としては、以下の２つが挙げられる。

まず一つ目の構成は、両コイル間を繋ぐ連絡部を、第１コイルと第２コイルとの間に配した構成である。

二つ目の構成は、両コイル間を繋ぐ連絡部を、第１コイルまたは第２コイルの側方に回り込むように配した構成である。

また、本発明リアクトルは、本発明リアクトル用コイル部材と、このコイル部材の第１コイルと第２コイルに嵌め込まれて環状に構成されたコアとを備えることを特徴とする。

本発明リアクトルは、使用するリアクトル用コイル部材を構成する巻線に殆ど損傷が生じていないので、大電流での使用においても安定して動作する。

一方、本発明リアクトル用コイル部材の製造方法は、互いに並列状態に配置される第１コイルおよび第２コイルと、両コイルを繋ぐ連絡部とを有し、これらの部材が１本の巻線からなるリアクトル用コイル部材を製造する方法に係る。そして、本発明リアクトル用コイル部材の製造方法は、各コイルにおいて、コイルの引き出し端から前記連絡部に向かうコイル巻回軸に沿った方向をそのコイルの螺旋の進行方向とし、両コイルの並列方向とコイル軸方向の両方に直交する方向をコイルの高さ方向としたときに、以下の工程を備えることを特徴とする。
１本の巻線を用意する工程。
巻線の一端側で巻線を巻回して第１コイルを形成する工程。
第１コイルから前記連絡部となる長さ分の間隔を空けて、次の要件を満たすように巻線の他端側で巻線を巻回して第２コイルを形成する工程。
（１）第２コイルの軸方向を第１コイルの軸方向と実質的に平行にする。
（２）第２コイルの第１コイルに対する高さ方向の位置を実質的に揃える。
連絡部が両コイルの高さ方向に突出しないように連絡部を折り曲げ、両コイルの螺旋の進行方向が互いに反対となるように両コイルを並列する工程。

本発明リアクトル用コイル部材の製造方法によれば、本発明リアクトル用コイル部材を作製することができる。その作製の際、連絡部における巻線の曲げ半径が従来よりも小さいため、巻線に備わる導線や絶縁被覆が損傷し難い。

本発明リアクトル用コイル部材の製造方法の一形態として、第２コイルを形成する工程は、次の要件を満たすように行っても良い。
（１）第２コイルの軸方向における第２コイルの位置を、前記連絡部を基準として第１コイルの位置と反対側にする。
（２）第２コイルの螺旋の進行方向を第１コイルの螺旋の進行方向と反対にする。
上記要件を満たすように第２コイルを形成した場合、両コイルを並列する工程は、連絡部が両コイルの間に配されるように行うと良い。

上記コイル部材の製造方法によれば、上述した両コイル間を繋ぐ連絡部を、第１コイルと第２コイルとの間に配したリアクトル用コイル部材を製造することができる。

また、本発明リアクトル用コイル部材の製造方法の一形態として、前記第２コイルを形成する工程は、次の要件を満たすように行っても良い。
（１）第２コイルの軸方向における第２コイルの位置を、前記連絡部を基準にして第１コイルの位置と同じ側にする。
（２）第２コイルの螺旋の進行方向を第１コイル螺旋の進行方向と同じにする。
上記要件を満たすように第２コイルを形成した場合、両コイルを並列する工程は、連絡部がいずれかのコイルの側方に回り込むように行うと良い。

上記コイル部材の製造方法によれば、上述した両コイル間を繋ぐ連絡部を、第１コイルまたは第２コイルの側方に回り込むように配したリアクトル用コイル部材を製造することができる。

本発明リアクトル用コイル部材は、従来よりも連絡部に生じる曲げ部分の曲げ半径が小さいため、当該曲げ部分に導線の亀裂や絶縁被覆の損傷などが殆ど生じていない。そのため、大電流での使用を前提としたリアクトルの構成部品に利用した場合、リアクトルの安定した動作に寄与する。

実施形態１に係るリアクトルの斜視図である。 実施形態１に係るリアクトル用コイル部材の斜視図である。 図２に示すリアクトル用コイル部材の四面図であって、（Ａ）は正面図（図２のＹ２方向矢視図）、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は上面図、（Ｄ）は背面図である。 実施形態１に係るリアクトル用コイル部材の製造途中の状態を示す斜視図である。 図４に示す製造途中のリアクトル用コイル部材の四面図であって、（Ａ）は正面図（図４のＹ２方向矢視図）、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は上面図、（Ｄ）は背面図である。 実施形態２に係るリアクトル用コイル部材の斜視図である。 図６に示すリアクトル用コイル部材の四面図であって、（Ａ）は正面図（図６のＹ２方向矢視図）、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は上面図、（Ｄ）は背面図である。 実施形態２に係るリアクトル用コイル部材の製造途中の状態を示す斜視図である。 図８に示す製造途中のリアクトル用コイル部材の四面図であって、（Ａ）は正面図（図８のＹ２方向矢視図）、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は上面図、（Ｄ）は背面図である。

以下、図面を参照して、本発明リアクトル用コイル部材、およびこのコイル部材を使用したリアクトルの実施形態を説明する。

＜実施形態１＞
≪リアクトルの全体構成≫
図１に示すリアクトル１０は、第１コイル１１と第２コイル１２とを備えるリアクトル用コイル部材１と、両コイル１１，１２に嵌め込まれる環状のコア３とを備える。このリアクトル１０は、コア３とコイル１１，１２との間に介在され、両者の絶縁を確実にするインシュレータ（図示略）を備えていても良い。インシュレータには、例えば、ＰＰＳ樹脂やＰＴＦＥ樹脂、液晶ポリマーなどが利用できる。また、リアクトル１０は、例えば開口部を有するアルミニウムやアルミニウム合金製のケースに収納して、エポキシ樹脂やウレタン樹脂などの樹脂で封入した状態としても良い。

≪リアクトル用コイル部材≫
図２および図３に示すように、リアクトル用コイル部材１は、第１コイル１１と、第２コイル１２と、両コイル１１，１２とを繋ぐ連絡部１３とを備える。各コイル１１，１２を巻線の軸方向から見た形状は略矩形であり、コイル１１，１２の全体的な３次元形状は角筒形である。また、各コイル１１，１２の端部（第１引き出し端１１Ａ，第２引き出し端１２Ａ）は、各コイル１１，１２から離れるように引き出され、コイル１１，１２に電力供給するための端子台の端子金具（図示略）に接続される。コイル部材１に備わるこれらの部材１１，１２，１３は、エナメルなどの絶縁被覆を有する１本の平角銅線（巻線）で構成されている。

以下、コイル部材１の各構成を詳細に説明する。

リアクトル用コイル部材１の説明にあたり、コイル１１，１２の並列方向（Ｘ１−Ｘ２方向）と、並列方向に直交するコイル１１，１２のコイル軸方向（Ｙ１−Ｙ２方向）の両方に直交する方向（Ｚ１−Ｚ２方向）をコイル高さ方向とする。また、各コイル１１，１２における各コイル１１，１２の巻回軸に沿った方向であって、引き出し端１１Ａ，１２Ａの側から連絡部１３の側に向かう方向を、各コイル１１，１２における螺旋の進行方向とする。

第１コイル１１は、平角銅線をエッジワイズ状に巻回することで形成されており、その螺旋の進行方向はＹ１方向であり、その巻回方向は反時計回りである。また、第１引き出し端１１Ａは、コイル１１の上端において、巻線の巻回軸のＹ２方向にフラットワイズ状に曲げられ、Ｙ２方向に引き出されることで形成される。但し、第１引き出し端１１Ａは、コイル１１の側方であるＸ１方向やＸ２方向、コイル１１の上方であるＺ１方向に引き出しても良い。

第２コイル１２は、平角銅線をエッジワイズ状に巻回することで形成されており、その螺旋の進行方向は第１コイル１１とは反対のＹ２方向であり、その巻回方向は時計回りである。コイル１２に備わる第２引き出し端１２Ａは、コイル１２の上端において、巻回軸のＹ１方向にフラットワイズ状に曲げられ、Ｙ１方向に引き出されることで形成される。但し、第２引き出し端１２Ａは、コイル１２の側方や上方に引き出されていても良い。

連絡部１３は、コイル１１，１２の下端で、コイル１１とコイル１２を繋ぐように配置されている。より具体的には、連絡部１３を構成する巻線は、第１コイル１１側のＹ１方向端面から一旦、第２コイル１２の方向（Ｘ１方向）にエッジワイズ状に曲げられて、直後に第１コイル１１のコイル軸方向（Ｙ２方向）にフラットワイズ状に曲げられて、第１コイル１１と第２コイル１２との間に伸びる。さらに、その巻線は、第２コイル１２のＹ２方向端面近傍で、第２コイル１２の方向（Ｘ１方向）にフラットワイズ状に曲げられ、そのまま第２コイル１２に繋がっている。このように連絡部１３は、フラットワイズ状に曲げられてはいるものの、その折り曲げの角度は約９０°〜１２０°程度であり、従来のように１８０°近い角度で二つ折りされているわけではないので、連絡部１３を構成する巻線に不具合が生じていない。

以上説明した構成を備えるリアクトル用コイル部材１は、連絡部１３がコイルの高さ方向のいずれにも突出してないので、連絡部１３のためにリアクトル１０の高さが高くなることがない。また、連絡部１３がコイル１１，１２の下端側で、その全長にわたって同じ高さにあるため、コイル１１，１２の上端側からコイル１１，１２間にサーミスタを配置できる。コイル１１，１２間は、リアクトルを使用した際、両コイル１１，１２の放熱領域が重複する箇所であり、最も高温となる部分であるので、リアクトル１０の安定した動作を図るために、リアクトル１０の温度を監視する部分として好適である。

≪コア≫
コア３は、コイル１１，１２が配置されるコイル巻回部３１，３２と、コイル１１，１２に覆われずに露出する露出部３３，３４とを有する。コイル巻回部３１，３２は並列して設けられ、その一方側の端部同士が一つの露出部３３で接続されると共に、コイル巻回部３１，３２の他方の端部同士が別の露出部３４で接続されている。つまり、２つのコイル巻回部３１，３２と２つの露出部３３，３４とが環状に繋がることでコア３が形成されている。

コア３の露出部３３，３４は、コイル巻回部よりもコイル１１，１２の高さ方向の下端側に突出し、コイル１１，１２の下面と面一になっている。このような構成とすることにより、リアクトル１０の載置面に対してコア３の露出部３３，３４を接触させることができるので、リアクトル１０で発生した熱を効率良く放熱することができる。また、露出部３３，３４をコイル１１，１２の下端側に突出させることで、リアクトル１０の小型化を図るためコイル軸方向における露出部３３，３４の長さを短くしても、磁路面積を確保できる。

≪リアクトル用コイル部材の製造方法≫
次に、上述したリアクトル用コイル部材１の製造方法を図４、図５に基づいて説明する。図４、図５における方向の定義は、図２、図３と同様である。以下、製造方法の各工程を詳細に説明する。

まず、第１コイル１１、第２コイル１２、および連絡部１３を形成するのに十分な長さの１本の平角銅線を用意する。

平角銅線の一端側を螺旋状にエッジワイズ巻きして第１コイル１１を形成する。第１コイル１１の巻回方向は反時計回り、螺旋の進行方向はＹ１方向である。

次いで、平角銅線の他端側を螺旋状にエッジワイズ巻きして、第１コイル１１から所定の間隔を空けて第２コイル１２を形成する。第２コイル１２の巻回方向は時計回り、螺旋の進行方向はＹ２方向である。なお、第２コイル１２の巻回数は、第１コイル１１と実質的に同じとなるようにする。

第２コイル１２の形成が終了した段階では、コイル部材１の連絡部１３となる真っ直ぐな部分を挟んで第１コイル１１と第２コイル１２とが連結された状態に配置される。また、コイル１１とコイル１２とは、高さ方向の位置が揃えられていると共に、コイル軸方向が平行で、かつコイル軸方向にズレた状態（第２コイル１２の軸方向における第２コイル１２の位置が連絡部１３を基準として第１コイル１１の位置と反対側になった状態）になっている。

最後に、連絡部１３の第１コイル１１側と第２コイル１２側の２箇所を約９０°の角度でフラットワイズ状に折り曲げ、第１コイル１１と第２コイル１２とが互いに並列された状態にする（図２および図３参照）。

以上説明したように、本実施形態１のリアクトル用コイル部材１の製造方法において、平角銅線が折り返されるように曲げられることがないので、平角銅線が損傷を受ける可能性が殆どない。そのため、このコイル部材１を使用すれば、大電流の使用においても信頼性の高いリアクトル１０を作製することができる。

＜実施形態２＞
実施形態２では、実施形態１とは異なる形状の本発明リアクトル用コイル部材を図６〜図９に基づいて説明する。これらの図に記載される方向の定義は、実施形態１と同様である。以下、実施形態２のコイル部材、およびその製造方法を説明する。

図６、図７に示すように、本実施形態のリアクトル用コイル部材２は、実施形態１と同様に、１本の平角銅線で形成されており、第１コイル２１と、第２コイル２２と、両コイル２１，２２とを繋ぐ連絡部２３とを備える。第１コイル２１は、平角銅線をエッジワイズ状に巻回することで形成されており、その螺旋の進行方向はＹ２方向であり、その巻回方向は反時計回りである。また、第２コイル２２も、平角銅線をエッジワイズ状に巻回することで形成されており、その螺旋の進行方向は第１コイル２１とは反対のＹ１方向であり、その巻回方向は反時計回りである。

また、第１コイル２１と第２コイル２２とを繋ぐ連絡部２３を構成する巻線は、第１コイル２１のＹ２方向端面から一旦、第２コイル２２とは反対方向（Ｘ２方向）にエッジワイズ状に曲げられて、直後にコイル軸方向（Ｙ１方向）にフラットワイズ状に曲げられて、第１コイル２１の側方に回り込む。さらに、この巻線は、第１引き出し端２１Ａ側における第１コイル２１の端面近傍で、第２コイル２２の方向（Ｘ１方向）にフラットワイズ状に曲げられ、そのまま第２コイル２２に繋がっている。

＜リアクトル用コイル部材の製造方法＞
次に、上記構成を備えるリアクトル用コイル部材２の形成方法を図８、図９に基づいて次説明する。

まず、第１コイル２１、第２コイル２２、および連絡部２３を形成するのに十分な長さの１本の平角銅線を用意する。

平角銅線の一端側を螺旋状にエッジワイズ巻きして第１コイル２１を形成する。第１コイル２１の螺旋の進行方向はＹ１方向であり、巻回方向は反時計回りである。

次いで、平角銅線の他端側を螺旋状にエッジワイズ巻きして、第１コイル２１から所定の間隔を空けて第２コイル２２を形成する。第２コイル２２の螺旋の進行方向はＹ１方向であり、巻回方向は反時計回りである。

第２コイル２２の形成が終了した段階では、コイル部材２の連絡部２３となる真っ直ぐな部分を挟んで第１コイル２１と第２コイル２２とが連結された状態に配置される。また、コイル２１とコイル２２とは、高さ方向の位置が揃えられていると共に、コイル軸方向が平行で、かつコイル軸方向のほぼ同じ位置に配置された状態（第２コイル２２の軸方向における第２コイル２２の位置が、連絡部２３を基準にして第１コイル２１の位置と同じ側にある状態）となっている。

最後に、第１コイル２１を連絡部２３に巻き付けるようにして連絡部２３を折り曲げ、連絡部２３が第１コイル２１の側方に回り込むようにすると共に、第１コイル２１と第２コイル２２とが互いに並列された状態にする（図６および図７参照）。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、実施形態１，２では巻線として断面形状が矩形の平角銅線を利用したが、断面形状が円形、楕円形、多角形などの巻線を使用してコイル部材を作製しても良い。

本発明リアクトル用コイル部材を使用したリアクトルは、ハイブリット自動車などの移動体に搭載されるコンバータの構成部品として好適に利用可能である。

１０ リアクトル
１，２ リアクトル用コイル部材
１１，２１ 第１コイル
１１Ａ，２１Ａ 第１引き出し端
１２，２２ 第２コイル
１２Ａ，２２Ａ 第２引き出し端
１３，２３ 連絡部
３ コア
３１，３２ コイル巻回部 ３３，３４ 露出部

Claims (7)

1. 互いに並列状態に配置される第１コイルおよび第２コイルと、両コイルを繋ぐ連絡部とを有し、これらの部材が１本の巻線からなるリアクトル用コイル部材であって、
   各コイルにおいて、コイルの引き出し端から前記連絡部に向かうコイル巻回軸に沿った方向をそのコイルの螺旋の進行方向とし、両コイルの並列方向と両コイルのコイル軸方向の両方に直交する方向をコイルの高さ方向としたときに、
   両コイルの螺旋の進行方向が互いに反対となるように形成されており、
   前記連絡部が、前記高さ方向に両コイルから突出することなく配されていることを特徴とするリアクトル用コイル部材。
2. 前記連絡部は、第１コイルと第２コイルとの間に配されていることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル用コイル部材。
3. 連絡部は、第１コイルまたは第２コイルの側方に回り込むように配されていることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル用コイル部材。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のリアクトル用コイル部材と、
   第１コイルと第２コイルに嵌め込まれて環状に構成されたコアと、
   を備えることを特徴とするリアクトル。
5. 互いに並列状態に配置される第１コイルおよび第２コイルと、両コイルを繋ぐ連絡部とを有し、これらの部材が１本の巻線からなるリアクトル用コイル部材を製造する方法であって、
   各コイルにおいて、コイルの引き出し端から前記連絡部に向かうコイル巻回軸に沿った方向をそのコイルの螺旋の進行方向とし、両コイルの並列方向とコイル軸方向の両方に直交する方向をコイルの高さ方向としたときに、
   １本の巻線を用意する工程と、
   巻線の一端側で巻線を巻回して第１コイルを形成する工程と、
   第１コイルから前記連絡部となる長さ分の間隔を空けて、次の要件を満たすように巻線の他端側で巻線を巻回して第２コイルを形成する工程と、
   （１）第２コイルの軸方向を第１コイルの軸方向と実質的に平行にする
   （２）第２コイルの第１コイルに対する高さ方向の位置を実質的に揃える
   連絡部が両コイルの高さ方向に突出しないように連絡部を折り曲げ、両コイルの螺旋の進行方向が互いに反対となるように両コイルを並列する工程と、
   を備えることを特徴とするリアクトル用コイル部材の製造方法。
6. 前記第２コイルを形成する工程は、次の要件を満たすように行い、
   （１）第２コイルの軸方向における第２コイルの位置を、前記連絡部を基準として第１コイルの位置と反対側にする
   （２）第２コイルの螺旋の進行方向を第１コイルの螺旋の進行方向と反対にする
   前記両コイルを並列する工程は、連絡部が両コイルの間に配されるように行うことを特徴とする請求項５に記載のリアクトル用コイル部材の製造方法。
7. 前記第２コイルを形成する工程は、次の要件を満たすように行い、
   （１）第２コイルの軸方向における第２コイルの位置を、前記連絡部を基準にして第１コイルの位置と同じ側にする
   （２）第２コイルの螺旋の進行方向を第１コイル螺旋の進行方向と同じにする
   前記両コイルを並列する工程は、連絡部がいずれかのコイルの側方に回り込むように行うことを特徴とする請求項５に記載のリアクトル用コイル部材の製造方法。

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