JP2013089896A - コイル - Google Patents

Abstract

【課題】安定した高い絶縁耐圧が得られ、しかも軽量で放熱性に優れた安価なコイルを提供する。
【解決手段】一実施形態のコイル１０は、コア１１に巻装される電線１６がアルミニウム線材からなるため、電線がマグネットワイヤなどの銅線材からなる従来例に較べて軽量であり、放熱性に優れ、しかも安価である。そして、電線１６の表面には、巻線加工された状態で陽極酸化処理が施こされることにより、酸化アルミニウムの絶縁被膜が形成されているため、従来のアルマイト電線を巻線加工した場合のように酸化アルミニウムの絶縁被膜にクラックが入るおそれがなく、安定した高い絶縁耐圧が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ回路などに使用されるリアクトルやチョークコイルなどのコイルに関するものである。

近年、地球温暖化対策の一環として省エネルギー化が進められており、モータを使用した各種の装置や機器、例えば、エアコン、冷蔵庫、洗濯機などの家電製品や、燃料電池車、ハイブリッドカー、電気自動車などの車両においては、モータをインバータ制御する方式が普及している。また、太陽電池を使用した太陽光発電も急速に普及しつつあり、この太陽光発電においても、発電した直流電流を扱い易い交流電流に変換するインバータ技術が採用されている。

このようなインバータ制御ないしインバータ技術に使用されるインバータ回路には、リアクトルやチョークコイルなどのコイルが使用されている。このようなコイルの一つであるリアクトルは、電線と磁性材料からなる鉄心とギャップ材、絶縁材、固定材料等で構成されており、材料費の中では電線と鉄心の価格が大きな比重を占めている。

ここで、リアクトル用の電線としては、銅線からなるマグネットワイヤが従来一般に使用されているが、このマグネットワイヤーは、新興国の成長が著しく、需要の急増などにより、近年、価格上昇が著しい。これに対応して、特許文献１に記載のようなアルミニウム電線、すなわち、酸化アルミニウムの絶縁被膜が形成されたアルマイト電線を使用することも考えられる。

一方、リアクトル用の鉄心としては、図７、図８に示すような薄板磁性材料からなる巻鉄心、すなわち、厚さが０．０２５ｍｍの鉄系アモルファス薄板を平面視円環状に巻いた環状鉄心Ａが従来一般に使用されている。

この環状鉄心Ａは、直径方向にスリット加工されて２分割された対向端面が絶縁性および接着性を有する合成樹脂製のギャップ材Ｂを介して相互に接着されたものであり、長方形の断面形状を有する。そして、この環状鉄心Ａには、銅線からなるマグネットワイヤが電線Ｃとして巻装されている。

なお、その他のリアクトル用の鉄心としては、鉄、センダスト、５０％パーマロイあるいは６．５％ケイ素鋼などの金属粉末をプレスで固めた、いわゆる圧粉磁心や、６．５％の薄板ケイ素鋼鈑の打抜き鉄心などが従来一般に知られている。

特開２００９−０９９４５０号公報

ところで、リアクトル用の電線として使用可能な特許文献１に記載のアルマイト電線は、未だ巻線加工されていないアルミニウム電線に陽極酸化処理、封孔処理および熱処理を施こして酸化アルミニウムの絶縁被膜を表面に形成したものであるため、小さい曲げ半径で巻線加工すると、表面の硬くて脆い酸化アルミニウムの絶縁被膜にクラックが入って、絶縁耐圧が低下するおそれがある。

一方、リアクトル用の鉄心として図７、図８に示した環状鉄心Ａは、直径方向にスリット加工する必要があり、その加工により製造コストがかさむという問題がある。また、断面が長方形の環状に形成されているため、これに巻装する電線Ｃは、人手によって手巻する必要があり、人件費により製造コストがかさむという問題がある。

そこで、本発明は、安定した高い絶縁耐圧が得られ、しかも軽量で放熱性に優れた安価なコイルを提供することを課題とする。

このような課題を解決するため、本発明に係るコイルは、少なくともコアに巻装される電線を備えたコイルであって、電線は、巻線加工されたアルミニウム線材からなり、その表面には、巻線加工された状態で陽極酸化処理が施こされることにより、酸化アルミニウムの絶縁被膜が形成されていることを特徴とする。

本発明に係るコイルは、コアに巻装される電線がアルミニウム線材からなるため、電線がマグネットワイヤなどの銅線材からなる従来例に較べて軽量であり、放熱性に優れ、しかも安価である。そして、電線の表面には、巻線加工された状態で陽極酸化処理が施こされることにより、酸化アルミニウムの絶縁被膜が形成されているため、従来のアルマイト電線を巻線加工した場合のように酸化アルミニウムの絶縁被膜にクラックが入るおそれがなく、安定した高い絶縁耐圧が得られる。

本発明のコイルにおいては、薄板磁性材料を円柱状に巻いてコアを構成し、この円柱状のコアの軸方向に沿って電線を巻装するのがコストを低減する上で好ましい。この場合、人手によらず機械巻きした丸線や角線などの電線を使用することが可能となる。殊に、電線としてエッジワイズ巻きした平角線を使用すれば、小電流から大電流まで幅広く対応可能となり、コイルの大型化にも容易に対応可能となる。

本発明のコイルは、コアをつなぐヨークを備えることができる。このヨークとしては、薄板磁性材料を断面が長円形のブロック状に巻いたものとすることができる。

本発明に係るコイルによれば、コアに巻装される電線がアルミニウム線材からなるため、電線がマグネットワイヤなどの銅線材からなる従来例に較べて、大幅な軽量化および放熱性の向上を達成でき、併せて大幅なコストダウンが期待できる。そして、電線の表面には、巻線加工された状態で陽極酸化処理が施こされることにより、酸化アルミニウムの絶縁被膜が形成されているため、従来のアルマイト電線を巻線加工した場合のように酸化アルミニウムの絶縁被膜にクラックが入るおそれがなく、安定した高い絶縁耐圧を得ることができる。

ここで、薄板磁性材料を円柱状に巻いてコアを構成し、この円柱状のコアの軸方向に沿って電線を巻装した本発明のコイルによれば、人手によらず機械巻きした丸線や角線などの電線を使用することができ、大幅なコストダウンが期待できる。殊に、電線としてエッジワイズ巻きした平角線を使用すれば、小電流から大電流まで幅広く対応可能となり、コイルの大型化にも容易に対応できる。

本発明の一実施形態に係るコイルの概略構造を示す正面図である。 図１に示したコイルの側面図である。 図１に示したコイルの平面図である。 図１に示したコイルの構成部品の分解斜視図である。 図１に示したコイルの構成部品である電線を拡大して示す正面図である。 図５のＶＩ矢視図である。 従来例によるコイルの概略構造を示す平面図である。 従来例によるコイルの概略構造を示す正面図である。

以下、添付の図面を参照して本発明に係るコイルの実施の形態を説明する。一実施形態に係るコイルは、例えばモータを使用した各種の装置や機器において、モータをインバータ制御する回路にリアクトルとして使用されるコイルである。

図１〜図３に示すように、一実施形態のコイル１０は、相互に平行に配置された一対のコア１１、１２と、コア１１、１２の両端面にそれぞれギャップ材１３を介して接着されたヨーク１４、１５と、一方のコア１１に巻装された電線１６とを備えて構成されている。なお、電線１６は、コア１１とコア１２の両方に巻装された２巻線であってもよいし、この２つの電線１６を直列につないでも、また並列につないで使用しても良い。

図４に示すように、コア１１、１２は、薄板磁性材料、例えば厚さが０．０２５ｍｍの鉄系アモルファス薄板を円柱状に巻いて構成されている。このコア１１、１２は、例えば直径が２８ｍｍ、長さが８０ｍｍ程度であって、中心部に直径１〜２ｍｍ程度の貫通孔１１Ａ、１２Ａを有する。

ヨーク１４、１５は、コア１１、１２と同様の薄板磁性材料、例えば厚さが０．０２５ｍｍの鉄系アモルファス薄板を断面が長円形をなすブロック状に巻いて構成されている。このブロック状のヨーク１４、１５は、例えば高さが２８ｍｍ、幅が２８ｍｍ、長さが８０ｍｍ程度であって、中心部に１〜２ｍｍ程度の幅のスロット１４Ａ、１５Ａを有する。

図１に示したギャップ材１３は、絶縁性および接着性を有する適宜の合成樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で構成されており、図４に示したコア１１、１２の円形の端面と、ヨーク１４、１５の長円形の端面とを接着している。このギャップ材１３には、コア１１、１２の貫通孔１１Ａ、１２Ａに連通する連通孔（図示省略）が形成されている。

電線１６は、マグネットワイヤなどの銅線材に較べて安価であり、しかも軽量で放熱性に優れたアルミニウム線材で構成されている。この電線１６は、図５に示すように、平角線が厚み方向に密着状態で巻線加工された、いわゆるエッジワイズ巻きの平角線からなる。

この電線１６は、図示しない治具により厚み方向（軸方向）に引き伸ばされた状態で、陽極酸化処理および封孔処理が施こされることにより、表面に酸化アルミニウムの絶縁被膜が形成されている。この絶縁被膜の厚さは、１５〜３０μｍ程度の厚さであり、０．１ｍｍ程度の厚さも可能である。

陽極酸化処理は、いわゆるアルマイト処理であり、一般のアルマイト処理でもよいが、硬質アルマイト処理を行えば、絶縁被膜の硬度を上げて表面を傷つき難くすることができ、より高い絶縁耐圧が得られるので好ましい。

封孔処理は、陽極酸化処理（アルマイト処理）で形成された酸化アルミニウムの絶縁被膜の表面の微細孔を物理的に封じ、あるいは化学的に不活性化する処理であり、加圧水蒸気による蒸気封孔、酢酸ニッケルによる金属塩封孔、フッ化物による低温封孔などの処理を採用することができる。なお、陽極酸化処理および封孔処理の前工程では脱脂処理が行われ、後工程では水洗い、乾燥などの処理が行われる。

ここで、図６に示すように、エッジワイズ巻きされた電線１６の両端部には、接線方向に相互に平行に突出する一対の接続端子部１６Ａ、１６Ｂが形成されている。この接続端子部１６Ａ、１６Ｂは、電線１６の陽極酸化処理（アルマイト処理）に際して、酸化アルミニウムの絶縁被膜が形成されないようにマスキング処理された部分であり、その表面には、半田付けが容易に行えるように、無電解メッキ処理などの手段でニッケルなどのメッキ層が形成されている。

以上のように構成された一実施形態のコイル１０は、図１に示す一方のコア１１の軸方向に沿ってコア１１の外周に巻装された電線１６に電流が流れことにより、コア１１、１２が軸方向に磁化され、こうしてリアクトルとして機能する。

その際、電線１６の表面には、巻線加工された状態で陽極酸化処理が施こされることにより、酸化アルミニウムの絶縁被膜が形成されているため、従来のアルマイト電線を巻線加工した場合のように酸化アルミニウムの絶縁被膜にクラックが入るおそれがなく、安定した高い絶縁耐圧が得られる。

ここで、一実施形態のコイル１０は、コア１１に巻装される電線１６がアルミニウム線材からなるため、電線がマグネットワイヤなどの銅線材からなる従来例に較べて軽量であり、放熱性に優れ、しかも安価である。放熱性について言えば、電線１６に２０Ａの電流を流した際の温度は、１２０℃から８０℃に低下している。これは，γ−アルミナが高い放射率を有するための効果が出ているものである。

また、一実施形態のコイル１０は、エッジワイズ巻きした平角線で電線１６が構成されているため、小電流から大電流まで幅広く対応可能であり、コイル１０の大型化にも容易に対応できる。そして、人手によらず機械巻きによりエッジワイズ巻きした平角線で電線１６が構成されているため、大幅なコストダウンが期待できる。

さらに、一実施形態のコイル１０は、コア１１、１２の貫通孔１１Ａ、１２Ａが各ギャップ材１３の連通孔およびヨーク１４、１５の中心部のスロット１４Ａ、１５Ａを介して外気に連通しているため、コア１１、１２が発熱した際の放熱効果が高い。

すなわち、一実施形態のコイル１０によれば、電線がマグネットワイヤなどの銅線材からなる従来例に較べて、大幅な軽量化および放熱性の向上を達成でき、併せて大幅なコストダウンが期待できる。そして、従来のアルマイト電線を巻線加工した電線のように酸化アルミニウムの絶縁被膜にクラックが入るおそれがないため、安定した高い絶縁耐圧を得ることができる。

加えて、人手によらず機械巻きによりエッジワイズ巻きした平角線を電線１６として使用できるため、大幅なコストダウンが期待できる。

本発明のコイルは、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、電線１６は、エッジワイズ巻きした平角線に限らず、断面円形の丸線や断面角形の角線としてもよい。

また、電線１６の表面に形成する酸化アルミニウムの絶縁被膜には、各種の着色を施しても良い。この場合、電線１６の表面の絶縁被膜にクラックなどの傷が付いた際には、その傷を目視により容易に確認することができる。

さらに、ギャップ材１３に使用する合成樹脂は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）など、要求される耐熱温度に合わせた安価な材料に変更可能である。

ここで、本発明のコイルは、太陽電池の出力用のインバータ回路に使用することもできるし、その他の回路において、リアクトルやチョークコイルなどとして使用するこもできる。

１０ ：コイル
１１ ：コア
１１Ａ：貫通孔
１２ ：コア
１２Ａ：貫通孔
１３ ：ギャップ材
１４ ：ヨーク
１４Ａ：スロット
１５ ：ヨーク
１５Ａ：スロット
１６ ：電線

Claims (3)

1. 少なくともコアに巻装される電線を備えたコイルであって、
   前記電線は、巻線加工されたアルミニウム線材からなり、その表面には、巻線加工された状態で陽極酸化処理が施こされることにより、酸化アルミニウムの絶縁被膜が形成されていることを特徴とするコイル。
2. 前記コアは、円柱状に巻かれた薄板磁性材料からなり、
   前記電線は、円柱状のコアの軸方向に沿って巻装されていることを特徴とする請求項１に記載のコイル。
3. 前記コアをつなぐヨークとして、断面が長円形のブロック状に巻かれた薄板磁性材料からなるヨークを備えていることを特徴とする請求項２に記載のコイル。