JP2010267780A - リアクトル用コイルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の巻線10wを同時に巻回して、機能が異なる複数のコイルが同軸状に並べられたコイル集合体10を形成する。複数の巻線10wが巻き取られたサプライ21からそれぞれ巻線10wを繰り出し、繰り出された各巻線10wを矯正部22で矯正して、走行中の巻線10wに生じた変形などを低減する。矯正された複数の巻線10wを集合部23で集合する。集合部23でも巻き癖などを低減するために矯正することが好ましい。そして、矯正されて集合された巻線群10gを巻回部24で同時に巻回する。
【選択図】図1
Description
以下、図1,2,3を参照して、実施形態1のリアクトル用コイルの製造方法を説明する。この製造方法は、例えば、図2,3に示すようなリアクトル1A〜1Dに利用されるリアクトル用コイル(コイル集合体10A〜10D)を製造する際に利用される。まず、リアクトル1Aの構成を説明する。なお、リアクトル1A〜1Dの基本的構成、及びリアクトル用コイル(コイル集合体10A〜10D)の基本的構成は同様であり、ここでは、代表してリアクトル1A及びコイル集合体10Aを詳細に説明する。
リアクトル1Aは、巻線を巻回してなるリアクトル用コイル(コイル集合体10A)と、コイル集合体10Aが配置される環状の磁性コア2とを具える。コイル集合体10Aは、巻線11wから構成される主コイル11と、主コイル11を構成する巻線11wとは別の巻線12wから構成される副コイル12とを具えており、副コイル12を構成する各ターンが主コイル11を構成するターン間に配置された一体物となっている。リアクトル1Aは、主コイル11及び副コイル12を具えるコイル集合体10Aに対して一つの磁性コア2を具える。また、主コイル11を構成する巻線11wの一端部と副コイル12を構成する巻線12wの一端部とは、接合されている。このリアクトル1Aにおいて磁性コア2及び主コイル11は、例えば、コンバータに具えるスイッチング素子のON/OFFのスイッチング動作により発生する電流を平滑化する平滑用リアクトルとして機能する。磁性コア2及び副コイル12は、上記スイッチング動作の損失を低減するためにソフトスイッチングに利用される共振用リアクトルとして機能する。このようにリアクトル1Aは、複数の異なる機能を有する複数のコイル(主コイル11、副コイル12)からなるコイル集合体10Aを具える。
《全体構成》
コイル集合体10Aは、上述のように異なる巻線11w,12wから構成される主コイル11と副コイル12とを具え、主コイル11を構成する各ターンの巻線11wと、副コイル12を構成する各ターンの巻線12wとが1本ずつ交互に配置されている。即ち、両コイル11,12は同軸状に配置されている。ここでは、副コイル12のターン数が主コイル11より少ないため、副コイル12は、主コイル11の一部にのみ存在している。
主コイル11を構成する巻線11wは、横断面(端面)が長方形状の平角線からなる導体の外周にエナメルからなる絶縁層を具える被覆平角線である。主コイル11は、この被覆平角線をエッジワイズ巻きにしてなるエッジワイズコイルである。コイル集合体10Aでは、一対の主コイル11を具える。両主コイル11は、各軸方向が平行するように並列に配置されており、巻線11wの一部からなる巻返し部(図示せず)により連結されて一体物となっている。各主コイル11は、図2(A-III)に示すように角部を丸めた長方形枠状の端面形状であり、巻線11wが直線状に配置された直線部13(図1)と、この直線部に繋がり、巻線11wが湾曲された湾曲部14(図1)とを具える角Rコイルである。以下、巻線11wからなる巻返し部と、この巻返し部により連結された一対の主コイル11とをまとめて主コイル部と呼ぶ。
副コイル12を構成する巻線12wは、巻線11wとは別の被覆平角線である。ここでは、巻線11wと巻線12wとは、平角線の幅及び厚さが等しい同じ仕様のものを利用している。副コイル12も主コイル11と同様のエッジワイズコイルである。また、コイル集合体10Aでは、上述の主コイル11と同様に並列に配置された一対の副コイル12を具え、各副コイル12も主コイル11と同様の端面形状の角Rコイルである。両副コイル12は、各副コイル12を構成する巻線12wの一端部同士を接合することにより連結されている。後述する各種の溶接などにより上記一端部同士を直接接合してもよいし、上記一端部に端子部材や接続板などを取り付けてこれらを介して接合してもよい。以下、上記連結された一対の副コイル12をまとめて副コイル部と呼ぶ。
装置20は、巻胴に巻き取られた巻線10wを繰り出すサプライ21と、各巻線10wを矯正する矯正部22と、複数の巻線10wを集合させる集合部23と、集合された巻線群10gを螺旋状に巻回してコイル集合体10を形成する巻回部24とを具える。
主コイル部を構成する巻線11wの両端部(図示せず)、及び副コイル部を構成する巻線12wの両端部(図示せず)は、適宜延伸されている。そして、上述のように主コイル部を構成する巻線11wの一端部、及び副コイル部を構成する巻線12wの一端部は、絶縁層を剥いで導体同士を接合する。この接合には、例えば、TIG溶接、レーザ溶接、抵抗溶接などの溶接、その他、圧着、冷間圧接、振動溶着を好適に利用することができる。
次に、上記コイル集合体10A〜10Dが配置される磁性コア2を説明する。磁性コア2は、主コイル部の一方の主コイル11及び副コイル部の一方の副コイル12が配置される直方体状のコイル巻回部2cと、主コイル部の他方の主コイル11及び副コイル部の他方の副コイル12が配置される直方体状のコイル巻回部2cと、主コイル11及び副コイル12が実質的に配置されない一対の端部コア2eとを有する。離間して並列される上記一対のコイル巻回部2cを挟むように、上記一対の端部コア2eが離間して配置されて閉ループ状(環状)の磁性コア2が形成される。この磁性コア2は、鉄や鋼などの鉄を含有する軟磁性材料からなる磁性体片とアルミナなどの非磁性材料からなるギャップ材(図示せず)とからなる。コイル巻回部2cは、磁性体片とギャップ材とを交互に積層して構成され、端部コア2eは、磁性体片から構成される。磁性体片には、軟磁性粉末の圧粉成形体や、複数の電磁鋼板を積層した積層体が利用できる。ギャップ材は、インダクタンスの調整のために磁性体片間に設けられる隙間に配置される部材である(エアギャップの場合もある)。これら磁性体片及びギャップ材は、接着剤などで一体に接合される。磁性体片の分割数やギャップ材の個数は、主コイル部及び副コイル部がそれぞれ所望のインダクタンスとなるように適宜選択することができる。
磁性コア2のコイル巻回部2cの外周に、絶縁性材料からなる筒状ボビンを配置すると、コイル集合体10Aと磁性コア2との間の絶縁性を高めることができる。上記絶縁性材料には、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などの絶縁性樹脂が利用できる。
コイル集合体10B〜10Dのいずれも、上記コイル集合体10Aと同様に、異なる巻線から構成される主コイル11と副コイル12とが同軸状に並べられている。コイル集合体10B,10Cでは、主コイル11を構成する各ターンの巻線と、副コイル12を構成する各ターンの巻線12wとが1本ずつ交互に配置されており、コイル集合体10Dでは、主コイル11を構成する2本の巻線11wと副コイル12を構成する1本の巻線12wとが交互に配置されている。
上述のように複数の異なる巻線を同時に巻回することで、機能が異なるリアクトルに用いられる複数のコイルを容易に製造することができる。また、得られたリアクトル用コイル(コイル集合体10)は、一つのコイル(例えば、主コイル11)のターン間に他方のコイル(例えば、副コイル12)のターンが配置された構成であることから一体物として取り扱える上に、分離された別部材である場合と比較して、小型である。従って、得られたリアクトル用コイルは、リアクトルの組立にあたり、取り扱い易く、組立作業性に優れる。また、このリアクトル用コイルでは、複数のコイルに一つの磁性コアを共通に利用することができる。従って、コイル集合体10A〜10Dを具えるリアクトル1A〜1Dを双方向DC-DCコンバータの構成部品とした場合、主コイル11及び磁性コア2により昇圧動作や降圧動作を行え、かつ副コイル12及び磁性コア2により上記動作にあたりソフトスイッチングを行えながら、共振用リアクトルを別途設けた場合と比較して部品点数が少なく生産性に優れる上に、小型である。
以下、図4を参照して、実施形態2のリアクトル用コイルの製造方法を説明する。この製造方法は、例えば、図4に示すようなリアクトル1E〜1Gに利用されるリアクトル用コイル(コイル集合体10E〜10G)を製造する際に利用される。コイル集合体10E〜10Gはいずれも、実施形態1のコイル集合体10A〜10Dと基本的構成が同様であり、異なる巻線から構成される主コイル11と副コイル12とを具え、主コイル11と副コイル12とは同軸状に並べられている。また、コイル集合体10E〜10Gはいずれも、巻返し部(図示せず)で連結された一対の主コイル11を有する主コイル部と、一対の副コイル12を有する副コイル部とを具える。両副コイル12は、各副コイル12を構成する巻線12wの一端部同士が直接又は間接的に接合されて連結されている。リアクトル1E〜1Gの基本的構成は、上述したリアクトル1A〜1Dと同様であり、上記コイル集合体10E〜10Gに対して一つの環状の磁性コア2を具え、主コイル部を構成する巻線11w,11wBの一端部と副コイル部を構成する巻線12wの一端部とが接合されている。そして、リアクトル1E〜1Gにおいて磁性コア2及び主コイル11は、平滑用リアクトルとして機能し、磁性コア2及び副コイル12は、共振用リアクトルとして機能する。
主コイル11を構成する巻線11w、及び副コイル12を構成する巻線12wはいずれも、平角線の幅及び厚さが等しい被覆平角線である。また、主コイル部の各主コイル11、及び副コイル部の各副コイル12はいずれも、エッジワイズコイルである。なお、ここでは、副コイル12のターン数が主コイル11より少ないため、副コイル12は、主コイル11の一部にのみ存在している。
コイル集合体10Fでは、主コイル11を構成する巻線として、上述したコイル集合体10Bと同様に、副コイル12を構成する巻線12wよりも導体断面が大きな巻線11wBを用いている。そして、コイル集合体10Eと同様に、巻線11wB及び巻線12wにおいて幅が狭い面同士が隣り合って並ぶように巻線11wB,12wを繰り出して巻回する。コイル集合体10Fを上記装置20により形成する場合は、巻線11wBが巻き取られたサプライ21cの上方側に巻線12wが巻き取られたサプライ21bを配置し、巻線11wBをサプライ21cの上方側から、巻線12wをサプライ21bの下方側からほぼ等しい位置となるように繰り出す。また、集合部23の溝付きロールは、図4(F-I)に示すように、巻線11wB,12wがつくる外形に沿った溝を有するものを利用するとよい。
コイル集合体10Gでは、主コイル11を構成する巻線として、上述したコイル集合体10Cと同様に、複数の巻線11wをまとめた巻線体11wCを用いている。コイル集合体10Gでは、巻線11w,12wにおいて幅が細い面同士が隣り合って並ぶように巻線11w,12wを繰り出して巻回する。コイル集合体10Fを上記装置20により形成する場合は、巻線11wが巻き取られたサプライ21aの上方側に、巻線12wが巻き取られたサプライ21bを配置すると共に、もう一つ別の巻線11wが巻き取られた別のサプライC(図示せず)をサプライ21aと同じ高さであって、サプライ21aの手前又は奥にする。そして、サプライ21aの上方側から巻線11wを繰り出し、サプライ21bの下方側から巻線12wを繰り出すと共に、サプライ21aの巻線11wと巻線12wとの間からサプライCの巻線11wを引き出す。こうすることで、3本の巻線をほぼ等しい位置から繰り出すことができる。また、集合部23の溝付きロールは、図4(G-I)に示すように、2本の巻線11wからなる巻線体11wcと巻線12wとがつくる巻線群10gの外形に沿った溝を有するものを利用するとよい。
実施形態2も、複数の異なる巻線を同時に巻回することで、機能が異なるリアクトルに用いられる複数のコイルを容易に製造することができる。また、得られたリアクトル用コイル(コイル集合体)は、一つのコイル(例えば、主コイル11)の外周に他方のコイル(例えば、副コイル12)が同心状に配置された構成であることから一体物として取り扱える上に、分離された別部材である場合と比較して、小型である。従って、得られたリアクトル用コイルは、リアクトルの組立にあたり、取り扱い易く、組立作業性に優れる。また、このリアクトル用コイルでは、複数のコイルに一つの磁性コアを共通に利用することができる。従って、コイル集合体10E〜10Gを具えるリアクトル1E〜1Gを双方向DC-DCコンバータの構成部品とした場合、主コイル11及び磁性コア2により昇圧動作や降圧動作を行え、かつ副コイル12及び磁性コア2により上記動作にあたりソフトスイッチングを行えながら、共振用リアクトルを別途設けた場合と比較して部品点数が少なく、生産性に優れると共に、小型である。
上記実施形態1,2では、主コイル及び副コイルを構成する巻線としていずれも、被覆平角線を説明したが、両巻線に、導体が丸線からなる被覆丸線や導体が撚り線からなる被覆電線を利用してもよいし、一方の巻線を被覆平角線とし、他方の巻線を被覆丸線や被覆電線としてもよい。被覆電線の絶縁層の構成材料には、例えば、テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、シリコンゴムなどが挙げられる。被覆電線を利用することで、主コイルと副コイルとの間の絶縁性を高められる。上述のように主コイル及び副コイルを構成する巻線の厚さや幅、導体断面積、巻き数などは、適宜選択することができる。
上記実施形態1,2では、主コイル及び副コイルを構成する巻線としていずれも、導体が銅からなるものを説明したが、銅や銅合金以外の材質としてもよい。例えば、副コイルに流される電流が主コイルよりも小さい場合などでは、導体がアルミニウムやアルミニウム合金からなる巻線を利用することができる。この場合、リアクトルの軽量化に寄与することができる。
上記実施形態1,2では、両主コイルが巻返し部で連結された構成を説明したが、一対の主コイルをそれぞれ別の巻線で形成してもよい。この場合、副コイル部と同様に、一対の主コイルの巻線の一端部同士を上記溶接などで接合したり、端子部材を介して接合させるとよい。或いは、主コイル部及び副コイル部に具えるコイルをそれぞれ一つとしてもよい。
上記実施形態2では、副コイルが主コイルの一端側に寄せて配置された形態を説明したが、コイル集合体を作製後、副コイルを移動させて主コイルと副コイルとの相対位置を変化させてもよい。特に、主コイルの軸方向の中心位置と副コイルの軸方向の中心位置とを等しくすると、リーケージを効果的に小さくすることができる。
2e 端部コア
10,10A,10B,10C,10D,10E,10F,10G コイル集合体 11 主コイル
12 副コイル 10w,11w,11wB,12w 巻線 10g 巻線群 11wC,11wD 巻線体
13 直線部 14 湾曲部
20 コイル製造装置 21,21a,21b,21c サプライ 22 矯正部 23 集合部
24 巻回部 24a 丸棒芯部 24b 曲げ部
Claims (8)
- 複数の異なる巻線を各巻線の軸方向が平行するように並べて同時に巻回し、機能が異なる複数のコイルが同軸状に並べられたコイル集合体を形成する工程を具えることを特徴とするリアクトル用コイルの製造方法。
- 前記複数の巻線のうち、少なくとも一つは導体が平角線からな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の製造方法。
- 前記複数の巻線のうち、少なくとも二つの巻線を横並びにして巻回することを特徴とする請求項1又は2に記載のリアクトル用コイルの製造方法。
- 前記複数の巻線のうち、少なくとも二つの巻線を縦積みにして巻回することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のリアクトル用コイルの製造方法。
- 前記リアクトルは、双方向のソフトスイッチングコンバータの構成部品であり、
前記複数のコイルのうち一つのコイルは、昇圧動作及び降圧動作の少なくとも一方に用いられ、他の一つのコイルは、ソフトスイッチングに用いられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のリアクトル用コイルの製造方法。 - 複数の巻線を同心状に巻回してなる主コイルと、
前記主コイルを構成する巻線とは別の巻線を巻回してなり、前記主コイルと異なる機能に用いられる副コイルとを具え、
前記副コイルを構成するターンが前記主コイルを構成するターン間に存在することを特徴とするリアクトル用コイル。 - 複数の巻線を同心状に巻回してなる主コイルと、
前記主コイルを構成する巻線とは別の巻線を巻回してなり、前記主コイルと異なる機能に用いられる副コイルとを具え、
前記副コイルは、前記主コイルの外周に同心状に配置されていることを特徴とするリアクトル用コイル。 - 請求項6又は7に記載のリアクトル用コイルと、
前記リアクトル用コイルが配置される磁性コアとを具え、
前記主コイルを構成する巻線の一端部と、前記副コイルを構成する巻線の一端部とが接合されていることを特徴とするリアクトル。
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