JP2011176947A

JP2011176947A - 電気機器用コイル

Info

Publication number: JP2011176947A
Application number: JP2010039316A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Uchida; 光隆内田; Joji Hachisuga; 譲二蜂須賀
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】エッジワイズ巻き型で渦電流を抑制し、放熱も良好に行われる電気機器用コイルを構成する。
【解決手段】表面に絶縁膜２が形成された平板材を、断面形状が「Ｊ」字状となるように幅方向の中間で折り曲げることで平板材が重なり合う本体部Ａｘと、幅方向の一端部を突出させた突出部Ａｙとが一体形成されたコイル材料Ａを形成し、このコイル材料Ａを、突出部Ａｙを外方にしてエッジワイズ巻きした。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動モータや発電機の電気機器に用いられる電気機器用コイル関し、詳しくは、エッジワイズ巻きされた電気機器用コイルの改良に関する。

エッジワイズ巻きされる電気機器用コイルとして特許文献１には、絶縁された複数の素線を扁平に押しつぶした形状にしてエッジワイズ巻きした構成が示されている。

また、特許文献２には、平角導線に厚さ方向に圧力を加えることによりをコイル状に巻く技術等が示されている。

特開２００８‐３０６０６５号公報特開平１０‐３０３０５２号公報

変圧用のトランスのようにコイルに流れる電流の電流値の変化に伴い磁束密度が変化する電気機器では、電流値の変化に伴いコイル内に渦電流を発生させるものである。そして、渦電流が発生すると渦電流として流れる電流により発熱から温度上昇を招くだけでなく、コイル内に無駄な電流が流れるため効率の低下を招くものである。

特許文献１に記載されるように絶縁された複数の素線を押し潰してエッジワイズコイルを構成するものでは、渦電流の発生を抑制し得るものである。しかしながら、特許文献１のように比較的細い素線を用いるものは、素線同士の間に空間が形成されるためコイル全体の大型化を招くものとなる。

そこで、特許文献２に記載される平角導線を用いることも考えられるが、この中実の導体では、コイルの大型化は抑制できるものの、渦電流として比較的大きい電流が流れる現象を発生は避けることはできないものであった。

この種の電気機器用コイルでは、銅損として説明されるように通電により発熱を伴うものである。従って、この電気機器用コイルにおいて積極的な放熱を行う構成が求められている。

本発明の目的は、エッジワイズ巻き型で渦電流の抑制が可能で、放熱も良好に行われる電気機器用コイルを合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、表面に絶縁膜が形成された良導体で成る平板材を、幅方向での中間の少なくとも１箇所で折曲げることにより表面同士が重なり合い、かつ、前記平板材の幅方向の一端を突出部として突出させるコイル材料が形成され、このコイル材料が、前記突出部を外側にしてエッジワイズ巻きされている点にある。

この構成によると、コイル材料が、平板材を折り曲げることで、厚さを平板材の２倍の厚さにするものでありながら、表面同士が重なり合う部位には絶縁膜が挟み込まれるので渦電流が抑制される。また、コイル材料をエッジワイズ巻きした状態ではコイル材料の突出部が外方に突出することにより、コイル材料で発生した熱を突出部で放熱できる。
その結果、エッジワイズ巻き型で渦電流を抑制し、放熱も良好に行われる電気機器用コイルが小型に構成された。

本発明は、前記コイル材料が、前記平板材の幅方向の中間部の１箇所の折り曲げにより断面形状を「Ｊ」字状にして、幅方向の一端部を突出させる形状に成形されても良い。

これによると、平板材の単純な折り曲げにより、絶縁膜を挟み込んだ形状で、突出部が形成された形状のコイル材料を得ることが可能となる。

本発明は、前記コイル材料が、前記平板材の幅方向の中間部の２箇所の折り曲げにより断面形状が「Ｓ」字状となり、幅方向の一端部を突出させる形状に成形されても良い。

これによると、平板材の２箇所の折り曲げにより、平板材の３倍の厚さで、突出部も形成された形状のコイル材料を得ることができる。

本発明は、前記コイル材料のうち折り曲げによって形成された端部が、前記突出部の突出方向と直交する平坦な姿勢となる端面として形成されても良い。

これによると、折り曲げにより円弧面に形成される端部と比較すると、平坦な端面とコアとの間に隙間を形成することがなく、コイルとコアとの間に作用する磁界の磁束密度を高い状態にして効率的に機能させることが可能となる。

本発明は、前記平板材のうち、折り曲げによって重なり合う面に形成される絶縁膜の膜厚が、他方の面に形成される絶縁膜の膜厚より薄く設定されても良い。

これによると、重なり合う面の絶縁膜の膜厚を絶縁に必要な最低限の厚さに設定することにより絶縁材料の無駄をなくせる。また、重なり合う面の絶縁膜の膜厚より、この面以外の面の絶縁膜を厚くしているので、コイル材料をエッジワイズ巻きする際に、外面に強い力の作用で摩耗を招いても、その部位の絶縁膜の絶縁性能の維持が可能になる。

電気機器用コイルの斜視図である。図１の線II−IIに沿う電気機器用コイルの断面図である。コイル材料の斜視図である。コイル材料の最初の折り曲げ工程を示す斜視図である。コイル材料の次の折り曲げ工程を示す斜視図である。コイル材料の端面を成形する工程を示す斜視図である。別実施形態の電気機用コイルの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、本体部Ａｘと突出部Ａｙとが一体形成されたコイル材料Ａをエッジワイズ巻きして電気機器用コイルが構成されている。

この電気機器用コイルは、電気機器の電圧を変換するトランスやリアクトルコイル等に使用されるものであり、コイルで取り囲まれる空間にはコアＢが配置される。コアＢは珪素鋼板やアモルファス金属板等の電磁金属板を絶縁状態で積層した構造のものが使用されている。

電磁機器用コイルに使用されるコイル材料Ａは、図３に示すようにタフピッチ銅等の良導体で成る平板材１の表面に絶縁膜２を形成し、この平板材１を折り曲げることにより製造されている。平板材１のうち同図に示す上側を表面とし、下側を裏面と、幅方向の端部側を側面とした場合、絶縁膜２として、表面には表面絶縁膜２ａが形成され、裏面には裏面絶縁膜２ｂが形成され、側面には側面絶縁膜２ｃが形成される。また、表面絶縁膜２ａの膜厚Ｔ１は、裏面絶縁膜２ｂの膜厚Ｔ２より薄く形成され、裏面絶縁膜は２ｂの膜厚は、側面絶縁膜２ｃの膜厚と等しく設定されている。

この平板材１を幅方向の中間部の１箇所で、前述した表面絶縁膜２ａが接触するように折り曲げることにより断面形状を「Ｊ」字状として、平板材１の幅方向での一端を、他方の端部より突出させる形状に成形することで突出部Ａｙを有する構造となるようにコイル材料Ａが形成されている。

つまり、コイル材料Ａは、折り曲げにより重なり合う本体部Ａｘと、突出部Ａｙとが形成されると共に、本体部Ａｘのうち、突出部Ａｙと反対側に突出方向と直交する平坦な姿勢となる端面Ａｚが形成されている。このコイル材料Ａは、平板材１の折り曲げによって形成されるため、本体部Ａｘは平板材１の厚さの２倍の厚さを有する平角材と同様に形状を有するものの、厚さ方向での中間部分に絶縁膜（表面絶縁膜２ａ）が形成されている点において単一の平角材で形成されるコイルと異なる。

前述した平板材１の素材はタフピッチ銅に限るものではなく、無酸素銅でも良い。また、平板材１は加工性に優れたアルミニウム合金でも良い。また、表面絶縁膜２ａと裏面絶縁膜２ｂと側面絶縁膜２ｃとには電気的な絶縁性を有する絶縁物質が用いられている。具体的には、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフェニレンスルファイド樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、エナメル樹脂等の使用が可能である。

コイル材料Ａを製造するには、図３に示すように、平板材１の表面に表面絶縁膜２ａを形成し、裏面に裏面絶縁膜２ｂを形成し、側面に側面絶縁膜２ｃを形成すると共に、図４に示すように、一対のローラダイス５の間を通過させることで平板材１の表面側において幅方向の中間で中央を外れた位置に圧力を作用させ、「Ｌ」状の断面形状となるように折り曲げる加工が行われる。

この後、このようなローラを少なくとも１度は通過させる折り曲げる加工が行われる。次に、この平板材１を図５に示すように一対の加圧ローラ６の間を通過させることにより、表面同士が接触（表面絶縁膜２ａ同士が接触）し断面形状が「Ｊ」字状となるまで折り曲げが行われる。この折り曲げにより、平板材１の幅方向での一方の端部が、他方の端部より外方に突出する。

更に、図６に示すように、ガイド体７と、成形ローラ８の間を通過させることで、突出部Ａｙの突出方向（図６では横方向）と直交する平坦な姿勢となる端面Ａｚが形成される。ガイド体７は、軸体７Ａに対して上部ローラ７Ｂと下部ローラ７Ｃとを独立して回転可能に支持した構造を有しており、成形ローラ８から平板材１（コイル材料Ａ）に作用する圧力を受け止めるように機能する。

このように成形されたコイル材料Ａを、図１及び図２に示す如く突出部Ａｙを外側にして（端面Ａｚを内側にして）エッジワイズ巻きすることにより電気機器用コイルが形成されるのである。尚、コイル材料Ａの製造工程は、これに限るものではない。

この構成のコイルが電気機器に備えられることにより、例えば、コイルに交番磁界が作用することでコイル中に渦電流が発生する状況でも、コイル材料Ａの本体部Ａｘの厚さ方向の中間に表面絶縁膜２ａが挟み込まれているので、渦電流の電流値を小さくして、発熱を抑制し、電気機器の効率の低下も抑制できる。また、突出部Ａｙが外方に突出することにより、この突出部Ａｙが放熱用のフィンとして機能し、コイル内で発生した熱を突出部Ａｙから放熱して温度上昇も抑制する。また、平坦に成形された端面ＡｚがコアＢに近接するので、例えば、円弧状の端面がコアＢに近接するものと比較して、コイル材料ＡとコアＢとの間相対距離を短くして相互に作用する磁束の密度を高くして効率的な作動を実現する。

更に、表面絶縁膜２ａの膜厚を裏面絶縁膜２ｂの膜厚より薄く設定しているので、表面絶縁膜２ａを絶縁性能を維持するに必要な最低限の厚さに設定しながら、加工時に裏面絶縁膜２ｂに強い外力が作用して摩耗を招いても、絶縁性能を低下させず絶縁性能を高く維持できる。

特に、この電気機器用コイルは平板材１の表面と裏面とに絶縁膜２を形成した後に、これを折り曲げ、端面Ａｚを平坦に成形する加工時、及び、エッジワイズ巻き時には塑性変形加工を行うことになるが、例えば、このコイル材料Ａと同じ厚さで同じ幅の平角材を加工する場合と比較して変形を容易に行える良好な面も現出する。

〔別実施形態〕
平板材１からコイル材料Ａを製造するに、図７に示すように、平板材１を幅方向の中間部の表側と裏側との２箇所で折り曲げることにより断面形状を「Ｓ」字状に成形すると共に、平板材１の幅方向での一端を外方に突出させて突出部Ａｙを有する構造に構成しても良い。

この場合、平板材１の外面には等しい厚さの絶縁膜２が形成されることになり、コイル材料Ａの本体部Ａｘの厚さは、平板材１の厚さの３倍になり、この本体部Ａｘの厚さ方向の中間部分の２箇所に絶縁膜が介在することになる。尚、この別実施形態のコイル材料Ａでも、本体部Ａｘのうち突出部Ａｙと反対側を平坦な姿勢に成形することが望ましい。

また、これと類似する別実施形態として、平板材１の幅方向の中間部において３箇所以上の部位で折り曲げ、平板材１の一端を突出させて突出部Ａｙを形成するようにコイル材料を構成しても良い。

本発明は、エッジワイズ巻されたコイルを有する電気機器全般に利用することができる。

１平板材
２絶縁膜
Ａコイル材料
Ａｙ突出部

Claims

表面に絶縁膜が形成された良導体で成る平板材を、幅方向での中間の少なくとも１箇所で折曲げることにより表面同士が重なり合い、かつ、前記平板材の幅方向の一端を突出部として突出させるコイル材料が形成され、このコイル材料が、前記突出部を外側にしてエッジワイズ巻きされている電気機器用コイル。
前記コイル材料が、前記平板材の幅方向の中間部の１箇所の折り曲げにより断面形状を「Ｊ」字状にして、幅方向の一端部を突出させる形状に成形されている請求項１記載の電気機器用コイル。
前記コイル材料が、前記平板材の幅方向の中間部の２箇所の折り曲げにより断面形状が「Ｓ」字状となり、幅方向の一端部を突出させる形状に成形されている請求項１記載の電気機器用コイル。
前記コイル材料のうち折り曲げによって形成された端部が、前記突出部の突出方向と直交する平坦な姿勢となる端面として形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気機器用コイル。
前記平板材のうち、折り曲げによって重なり合う面に形成される絶縁膜の膜厚が、他方の面に形成される絶縁膜の膜厚より薄く設定されている請求項２記載の電気機器用コイル。