JP2013012584A - ノイズカットトランスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二分割されたカットコアを用い、一次側コアと二次側コアを接合する接合部が直線形状で、その接合部の積層断面の積層方向を同一にした軸心直交型トランスを提供する。
【解決手段】本発明のノイズカットトランス１０は、コアは複数の板材が積層された第１のカットコア１１と第２のカットコア１２が略Ｖ字状に形成されているとともに、第１のカットコア１１はＶ字の第１の片１１ａに一次側コイル１３が装着されていて、当該Ｖ字の第２の片１１ｂは第２のカットコア１２の第１の片１２ａに接合され、第２のカットコア１２はＶ字の第１の片１２ａに二次側コイル１４が装着されていて、当該Ｖ字の第２の片１２ｂは第１のカットコア１１の第１の片１１ａに接合され、第１のカットコア１１の第２の片１１ｂと第２のカットコア１２の第１の片１２ａとの接合部、第２のカットコア１２の第２の片１２ｂと第１のカットコア１１の第１の片１１ａとの接合部は積層板の積層方向が一致している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、交流電源ラインに用いられるトランスに係わり、主に、一次側コイルから二次側コイルへ伝達されるノイズを低減させ、電源側のインバータ等から発せられたノイズから負荷側に接続された電子機器や制御装置などの機器の誤動作を防止するノイズカットトランスおよびその製造方法に関する。

近年、電源線路に侵入したノイズが線路を伝わって電子機器や制御装置などの機器に入り、それらの機器が誤動作するのを防止するためにノイズカットトランスが用いられるようになった。このようなノイズカットトランスは、例えば、特許文献１（特許第３７９４６５８号公報）にて提案されていて、電子機器や制御装置などの機器の電源端子と電源線路との間に接続されて使用されるものである。ここで、特許文献１にて提案されたノイズカットトランスは、図１０に示すように、４個のカットコア２（２Ａ〜２Ｄ）を組み合わせて構成されるコア３と、このコア３に装着された一次側コイル４および二次側コイル５とから構成されている。

ここで、４個のカットコアを組み合わせることにより、曲げ加工の作業を必要としないで軸心直交型のノイズカットトランスを構成して、製造作業の作業員に熟練を必要とせず、かつ生産効率が良好なノイズカットトランスが得られるようになる。この場合、特許文献１にて提案された軸心直交型トランス１においては、電磁鋼板の積層体から成るコア２が２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄに４分割されていることから、一定の間隔をおいて対向する一次側のコア２Ａと二次側のコア２Ｃとが直交する軸心直交型構造を容易に実現することが可能となる。また、コイル装着部分のコア２Ａおよびコア２Ｃが同一寸法の直線状であること等から製造が容易で、製造効率に優れるというメリットもあった。

特許第３７９４６５８号公報

ところが、特許文献１にて提案された軸心直交型トランス１のコア２を構成するカットコア２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄにおいては、図１０に示すように、コア２Ｂとコア２Ｃとの連結部（接合部）およびコア２Ｄとコア２Ａとの連結部（接合部）は同相であるが、コア２Ｃとコア２Ｄとの連結部（接合部）およびコア２Ａとコア２Ｂとの連結部（接合部）は交差することとなる。このため、以下のような問題を生じた。

即ち、まず、第１に、一次側のコア２Ａと２次側のコア２Ｃを連結する（橋渡しする）コア２Ｂ，２ＤがＬ字形状であって最短での連結構造にはなっていないこととなる。このために、磁束の伝達距離が長くなって、効率劣化の原因になるという問題を生じた。また、第２に、コア２がカットコア２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの４個に分割されている。このため、それらの連結部（接合部）も４箇所と多くなるので、この点でも磁束の伝達損失が増加するという問題を生じた。さらに、第３に、これらの４箇所の連結部（接合部）の電磁鋼板の積層断面が、構造上、必然的に２箇所では同じ方向には並ばず、交差するために非接触部分が発生することとなる。このため、２箇所の連結部（接合部）での伝達損失が更に増加するという問題を生じた。

そこで、本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、２個に分割されたカットコアを用い、一次側コアと二次側コアを接合する（橋渡しする）部分が直線形状で、その接合部の鋼板の積層方向が同じ方向に並ぶ構造とした軸心直交型トランスを提供することを目的としてなされたものである。

本発明は、一次側コイルの軸心方向と二次側コイルの軸心方向とが直交するようにコアが形成されたノイズカットトランスであって、上記の如き課題を解決するため、コアは、四面体を構成する３組の相対向する二辺の内の１組の相対向する二辺が欠落して２組の相対向する二辺が連結された形状であるとともに、複数の板材が積層された第１のカットコアと第２のカットコアとがそれぞれ略Ｖ字状に形成されており、第１のカットコアは当該Ｖ字状の第１の片に一次側コイルが装着されているとともに、当該Ｖ字状の第２の片は第２のカットコアの第１の片に接合されており、第２のカットコアは当該Ｖ字状の第１の片に二次側コイルが装着されているとともに、当該Ｖ字状の第２の片は第１のカットコアの第１の片に接合されており、第１のカットコアの第２の片と第２のカットコアの第１の片との接合部、および第２のカットコアの第２の片と第１のカットコアの第１の片との接合部はそれぞれ積層板の各側面同士が所定の角度を保って連結されていることを特徴とする。

このように、軸心直交構造のノイズ阻止型トランスは、一次側のコアと２次側のコアを接合（橋渡し）する部分が直線状の最短接続となっており、コアは２分割であることから、その接合部も２箇所と少なく、且つその接合部の積層板の板材の積層方向が同一方向に並ぶ構造となるので接合部が広くなって、磁束の伝達損失を減少させることが可能となる。この場合、積層板の板材は珪素鋼板（電磁鋼板）あるいはフェライトにより形成されているのが望ましい。

そして、上述の如きノイズカットトランスを作製するためには、帯状材を断面形状が四角形状の心材の側面に重ねて巻き付けて、環状積層体を形成する積層体形成工程と、心材を抜き取った後、環状積層体を２つに分割して、略Ｖ字状に形成された第１の片と第２の片よりなる第１のカットコアと、略Ｖ字状に形成された第１の片と第２の片よりなる第２のカットコアとを形成するカットコア形成工程と、第１のカットコアの第２の片と第２のカットコアの第１の片との接合部、および第２のカットコアの第２の片と第１のカットコアの第１の片との接合部をそれぞれ積層板の各側面同士が所定の角度を保って密接するようにテーパー状に切断・研磨する切断・研磨工程と、第１のカットコアの第１の片の中央部に予め作製されていた一次側コイルを装着するとともに、第２のカットコアの第１の片の中央部に予め作製されていた二次側コイルを装着するコイル装着工程と、第１のカットコアの第２の片の接合部（接合面）と第２のカットコアの第１の片の接合部（接合面）、および第２のカットコアの第２の片の接合部（接合面）と第１のカットコアの第１の片の接合部（接合面）の積層方向が一致するように第１のカットコアと第２のカットコアとを接合するカットコア接合工程とを備えるようにすればよい。

本発明の軸心直交構造のノイズ阻止型トランスにおいては、一次側のコアと２次側のコアを接合（橋渡し）する部分が直線状の最短接続となっており、コアは２分割であることから、その接合部も２箇所と少なく、且つその接合部の電磁鋼板が同一方向に並ぶ構造となるので接触面が広く、磁束の伝達損失を少なくすることが可能となる。

本発明のノイズカットトランスを示す斜視図である。 本発明のノイズカットトランスが軸心直交構造であることを示す説明図であり、図２（ａ）は正四面体（正三角錐）を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の正四面体（正三角錐）を構成する３組の相対向する二片から１組の相対向する二辺が欠落した状態を示す斜視図である。 本発明のノイズカットトランスに用いる積層体からなるコアを製造するための治具を模式的に示す斜視図である。 図３に示す治具を用いて金属板が巻回されて積層体からなるコアが形成された状態を模式的に示す正面図である。 図４に示す積層体からなるコアが半分に切断されて形成されたカットコアを示す図であり、図５（ａ）は正面図であり、図５（ｂ）は側面図である。 図５に示すカットコアの端部の側壁をカットして研磨した状態を示す斜視図である。 図６に示す２個のカットコアの接合面を接合してコアを組立てた状態を示す斜視図である。 カットコアに一次コイルあるいは二次コイルを装着した状態を示す斜視図であり、図８（ａ）は一次側のカットコアに一次コイルを装着した状態を示す斜視図であり、図８（ｂ）は二次側のカットコアに二次コイルを装着した状態を示す斜視図である。 変形例のコアを示す斜視図である。 従来例のノイズカットトランスを示す斜視図である。

ついで、本発明のノイズカットトランスの一実施の形態を図１〜図８に基づいて以下に説明するが、本発明は以下の実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

１．ノイズカットトランス
本発明のノイズカットトランス１０は、図１に示すように、第１のカットコア１１と第２のカットコア１２とからなるコア１０ａを備えている。そして、第１のカットコア１１に一次側コイル１３が装着され、第２のカットコア１２に二次側コイル１４が装着されてノイズカットトランス１０が形成されている。この場合、コア１０ａを形成する第１のカットコア１１および第２のカットコア１２は、それぞれ複数の薄い金属板が積層されて積層板とされており、これらの積層板が第１の片１１ａ（１２ａ）と第２の片１１ｂ（１２ｂ）とがなす角度が略６０°になるように略Ｖ字状に折曲して形成されている。

そして、コア１０ａの第１のカットコア１１の第１の片１１ａに一次側コイル１３が装着されており、第２のカットコア１２の第１の片１２ａに二次側コイル１４が装着されている。また、第１のカットコア１１の第２の片１１ｂと第２のカットコア１２の第１の片１２ａとの接合部、および第２のカットコア１２の第２の片１２ｂと第１のカットコア１１の第１の片１１ａとの接合部はそれぞれ積層板の各側面の積層板の積層方向が一致し、かつこれらの第２の片１１ｂと第１の片１２ａとの接合部がなす角度、および第２の片１２ｂと第１の片１１ａとの接合部がなす角度がそれぞれ略６０°になるように接合されている。これにより、一次側コイル１３の軸心方向と二次側コイル１４の軸心方向とが直交するようになされている。

ここで、ノイズカットトランス１０が軸心直交型トラスとなることを、図２（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。この場合、図２（ａ）において、正四面体（正三角錐）２０の４つ頂点をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとすると、この正四面体（正三角錐）２０は、正三角形ＡＢＣ、正三角形ＡＢＤ、正三角形ＢＣＤ、正三角形ＡＣＤの４個の正三角形の面から構成されていること、即ち、４枚の合同な正三角形を面とする正四面体（正三角錐）であることが分かる。そして、正四面体（正三角錐）２０の４つの頂点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ間を結ぶ辺はＡＢ，ＡＣ，ＡＤ，ＢＣ，ＢＤ，ＣＤの６本となり、各辺の交点にできる角度は頂点で囲まれた正三角形の平面上において、全て６０°である。

ここで、辺ＡＢに着目すると、この辺ＡＢに相対向する辺は辺ＣＤであり、この２つの辺は距離を置いて互いに９０°の角度で交差、即ち直交している。同様に、辺ＡＣに相対向する辺は辺ＢＤであり、辺ＡＤに相対向する辺は辺ＢＣであって、これらも同様に直交していることとなる。ここで、相対向する二辺から１組の相対向する二辺、例えば、互いに相対向する辺ＢＣと辺ＡＤを取り除くと、図２（ｂ）の実線で示すような図形となるが、この場合でも辺ＡＢと辺ＣＤおよび辺ＡＣと辺ＢＤは距離を置いて相対向し、即ち、直交している。そこで、点線で示す辺ＢＣと辺ＡＤを除くと、残った４辺、即ち、辺ＡＢ，辺ＢＤ，辺ＤＣ，辺ＣＡをコアと見なし、辺ＡＢの中央部に一次コイルを装着し、辺ＤＣの中央部に二次コイルを装着したとすると図１に示す形状となる。

これにより、一次コイルと二次コイルとは直交することとなるので、軸心直交型トランスが形成されることになる。そして、辺ＡＢと辺ＤＣに相当する位置にあるコアは、辺ＣＡと辺ＢＤに相当する位置にあるコアで接続され、頂点Ａを起点に頂点Ｂ，頂点Ｄ，頂点Ｃ，頂点Ａと巡回し、全体では環状体となっているので、トランスのコアとしての条件を備えていると言える。

２．ノイズカットトランスの製造方法
ついで、上述のような構成となるノイズカットトランス１０の製造方法を、図３〜図８に基づいて、以下に説明する。
まず、軟質磁性材料である珪素鋼板（電磁鋼板）などの帯状鋼板（この場合は、厚みが０．５ｍｍで、幅が２０ｍｍのものとした）ｘを用意するとともに、図３に示す巻取治具３０を用意した。なお、巻取治具３０は、断面形状が菱形の筒状体あるいは柱状体からなる本体部３１と、その中心部に配置された回転軸３２とからなる。この場合、断面形状が菱形の相対向する角度が６０°と１２０°になるように形成されている。

そして、この断面形状が菱形の治具３０の回転軸３２を中心にして回転させて、本体部３１の側面に帯状鋼板ｘを所定の回数だけ巻回して、帯状鋼板ｘを環状に積層させて環状積層体１０ｂを形成した。ついで、環状積層体１０ｂから治具３０を抜き取った後、この環状積層体１０ｂをテーピングや接着剤により固定した。この後、図４に示されるように、１２０°の角度の頂点となるＰ１とＰ２に沿った直線となるように切断して、環状積層体１０ｂを２個に分割して切り離して、図５（ａ）（ｂ）に示すような２個の切断された状態のカットコア１０ｂ−１，１０ｂ−２を作製した。

ついで、切断された状態のカットコア１０ｂ−１，１０ｂ−２の切断面（図５（ｂ）のＡ−Ａ線）に対して３０°の角度（図５（ｂ）のＢ−Ｂ線）になるように帯状鋼板ｘの積層方向に切断し、研磨した。これにより、切断された状態のカットコア１０ｂ−１，１０ｂ−２の切断面が垂直となったカットコア１１，１２を作製した。この後、図６に示すように、これらのカットコア１１，１２の一方の片１１ａ（１２ａ）の底面Ｌ（略Ｖ字状の外側）および上面Ｕ（略Ｖ字状の内側）がｘ−ｙ平面に対して平行になるとともに、ｘ−ｙ平面のｘ軸に対して３０°の角度になるように配置した。

この後、カットコア１１，１２の一方の片１１ａ（１２ａ）の一方の側壁Ｓの端部にカッター（図示せず）をｘ−ｚ平面に対して３０°の角度を維持するとともに、一方の側壁Ｓの端部の上面Ｕから底面Ｌ向けてカッター（図示せず）を押し当てて、カットコア１１，１２の一方の片１１ａ（１２ａ）の一方の側壁Ｓの端部を切断した。この後、カット面を研磨して接合面１１ｃ，１２ｃを形成した。一方、カットコア１１，１２の他方の片１１ｂ（１２ｂ）の底面Ｌ（略Ｖ字状の外側）および上面Ｕ（略Ｖ字状の内側）がｘ−ｙ平面に対して平行になるとともに、ｘ−ｙ平面のｘ軸に対して３０°の角度になるように配置した後、一方の片１１ａ（１２ａ）の一方の側壁Ｓの端部の場合と同様に切断した後、カット面を研磨して接合面１１ｄ，１２ｄを形成した。

これにより、図６に示されるように、接合面１１ｃ，１１ｄが形成された第１のカットコア１１と、接合面１２ｃ，１２ｄが形成された第２のカットコアとを作製した。この場合、第１のカットコア１１の接合面１１ｃと第２のカットコア１２の接合面１２ｄとを重ね合わせるとともに、第１のカットコア１１の接合面１１ｄと第２のカットコア１２の接合面１２ｃとを重ね合わせると、図７に示すように、コア１０ａが形成されることとなる。ここで、これらの第１のカットコア１１と第２のカットコア１２との各重ね合わせ部は、図７に示すように、６０°の角度なるとともに、帯状鋼板ｘの積層方向も一致することとなり、正四面体を構成する３組の相対向する２片の内の１組の相対向する２片が欠落して２組の相対向する２片が連結（接合）された形状となる。この場合、第１のカットコア１１と第２のカットコア１２との重ね合わせ部においては、その外周面の突起部分に面取加工を施して、尖った形状に丸みを持たせるようにするのが望ましい。

ついで、予め作製された一次側コイル１３と、二次側コイル１４とを用意した。なお、これらの一次側コイル１３および二次側コイル１４は、電線１３ａあるいは電線１４ａをボビン１３ｂあるいはボビン１４ｂの外周面に所定の回数だけ巻回させて形成したものであって、電線１３ａあるいは電線１４ａの端部はリード線１３ｂ、１４ｂ（図１参照）として引き出されている。この場合、ボビン１３ｂあるいはボビン１４ｂは、第１カットコア１１と第２カットコアに装着可能となるように、第１のカットコア１１（第２のカットコア１２）の断面形状で同一の寸法を有している。

この後、図８（ａ）に示すように、第１のカットコア１１の第１の片１１ａの中央部に一次側コイル１３を装着して、一次側コイル１３が装着された第１のコイル装着体Ｘを作製した。また、図８（ｂ）に示すように、第２のカットコア１２の第１の片１２ａの中央部に二次側コイル１４を装着して、二次側コイル１４が装着された第２のコイル装着体Ｙを作製した。ついで、これらの第１のコイル装着体Ｘと第２のコイル装着体Ｙとを接合して、図１に示すようなノイズカットトランス１０を作製した。

この場合、第１のコイル装着体Ｘと第２のコイル装着体Ｙとを接合するに際しては、第１のカットコア１１の接合面１１ｃと第２のカットコア１２の接合面１２ｄとを重ね合わせるとともに、第１のカットコア１１の接合面１１ｄと第２のカットコア１２の接合面１２ｃとを重ね合わせて接合するようにしている。なお、第１のカットコア１１の接合面１１ｃと第２のカットコア１２の接合面１２ｄ、および第１のカットコア１１の接合面１１ｄと第２のカットコア１２の接合面１２ｃを重ね合わせて接合するに際しては、接着剤による接着や、溶接あるいはバインドによる締結により行うようにしている。

（変形例）
上述した実施例においては、２個のカットコアを用いて、正四面体を構成する３組の相対向する２辺の内の１組の相対向する２辺が欠落して２組の相対向する二辺が接合された形状となるように接合する例について説明した。ところが、本発明に用いるコアについては、上述した正四面体構造に限られず、一般的な四面体構造であってもよく、種々の変形が考えられるので、変形例のコアの一例を図９に基づいて、以下に説明する。

ここで、図９（ａ）において、同一形状の４つの二等辺三角形（二辺が同一長で残りの一辺がそれより短い）からできているが、正三角形ではないので正四面体ではない。この場合、３組の対向する辺のうち、辺Ａ−Ｂと辺Ｃ−Ｄだけが直交して対向しているが、他の２組は直交関係になっていないこととなる。そして、図２に示す、正四面体の場合の説明と同じように、そのうちの１組の辺を削除したのが図９（ｂ）であり、Ａ→Ｂ→Ｄ→Ｃの順に周回してＡに戻るから、環状体となっている。但し、直交して対向している辺は、辺Ａ−Ｂと辺Ｃ−Ｄの二辺だけである。

したがつて、四面体を構成する３組の相対向する二辺の内の１組の相対向する二辺が欠落して２組の相対向する二辺が連結された形状であるとともに、複数の板材が積層された第１のカットコアと第２のカットコアとがそれぞれ略Ｖ字状に形成されコアを形成することが可能となる。よって、この二辺に相当する位置のうちの一方に１次側コイルを装着し、他方に２次側コイルを装着することにより軸心直交型のノイズ阻止型トランスを構成することが可能となる。

なお、上述した実施の形態においては、コアの断面形状を正方形としているが、断面形状は長方形や他の異形であっても良く、方形に限らず、円形や楕円形等の他の形状であっても良い。また、上述した実施の形態においては、カットコアの材質を珪素鋼板（電磁鋼板）としたが、フェライトコア等の素材を用いても良い。

また、上述のようにして作製されたノイズカットトランス１０は、目的に応じて、静電シールド対策やトランス全体をシールドボックスに封入する等の処置を行うのは言うまでもない。また、コアの製造過程においても、必要に応じて、焼きなまし処理や接着材等での固着処理を行うようにすればよい。

１０…ノイズカットトランス、１０ａ…コア、１０ｂ…環状積層体、１０ｂ−１、１０ｂ−２…切断された状態のカットコア、１１…第１のカットコア、１１ａ…第１の片、１１ｂ…第２の片、１２…第２のカットコア、１２ａ…第１の片、１２ｂ…第２の片、１３…一次側コイル、１３ａ…電線、１３ｂ…ボビン、１３ｃ…リード線、１４…二次側コイル、１４ａ…電線、１４ｂ…ボビン、１４ｃ…リード線、２０…正四面体、３０…巻取治具、３０…治具、３１…本体部、３２…回転軸、Ｘ…第１のコイル装着体、Ｙ…第２のコイル装着体、ｘ…帯状鋼板

Claims (3)

1. 一次側コイルの軸心方向と二次側コイルの軸心方向とが直交するようにコアが形成されたノイズカットトランスであって、
   前記コアは、四面体を構成する３組の相対向する二辺の内の１組の相対向する二辺が欠落して２組の相対向する二辺が連結された形状であるとともに、複数の板材が積層された第１のカットコアと第２のカットコアとがそれぞれ略Ｖ字状に形成されており、
   前記第１のカットコアは当該Ｖ字状の第１の片に一次側コイルが装着されているとともに、当該Ｖ字状の第２の片は前記第２のカットコアの第１の片に接合されており、
   前記第２のカットコアは当該Ｖ字状の第１の片に二次側コイルが装着されているとともに、当該Ｖ字状の第２の片は前記第１のカットコアの第１の片に接合されており、
   前記第１のカットコアの第２の片と前記第２のカットコアの第１の片との接合部および前記第２のカットコアの第２の片と前記第１のカットコアの第１の片との接合部はそれぞれ前記積層板の各側面同士が所定の角度を保って接合されていることを特徴とするノイズカットトランス。
2. 前記積層板の板材は珪素鋼板あるいはフェライトにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のノイズカットトランス。
3. 一次側コイルの軸心方向と二次側コイルの軸心方向とが直交するようにコアが形成されたノイズカットトランスの製造方法であって、
   帯状材を断面形状が四角形状の心材の側面に重ねて巻き付けて、環状積層体を形成する積層体形成工程と、
   前記心材を抜き取った後、前記環状積層体を２つに分割して、略Ｖ字状に形成された第１の片と第２の片よりなる第１のカットコアと、略Ｖ字状に形成された第１の片と第２の片よりなる第２のカットコアとを形成するカットコア形成工程と、
   前記第１のカットコアの第２の片と前記第２のカットコアの第１の片との接合部および前記第２のカットコアの第２の片と前記第１のカットコアの第１の片との接合部をそれぞれ前記積層板の各側面同士が所定の角度を保って密接するようにテーパー状に切断・研磨する切断・研磨工程と、
   前記第１のカットコアの第１の片の中央部に予め作製されていた一次側コイルを装着するとともに、前記第２のカットコアの第１の片の中央部に予め作製されていた二次側コイルを装着するコイル装着工程と、
   前記第１のカットコアの第２の片の接合部と前記第２のカットコアの第１の片の接合部および前記第２のカットコアの第２の片の接合部と前記第１のカットコアの第１の片の接合部の積層方向が一致するように前記第１のカットコアと前記第２のカットコアとを接合するカットコア接合工程とを備えたことを特徴とするノイズカットトランスの製造方法。

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