JP2018056511A - リアクトルの製造方法及びリアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】環状のトロイダルコアの周囲にエッジワイズコイルを容易かつ加工精度よく巻き回すことができるリアクトルの製造方法を提供する。【解決手段】リアクトル１の製造方法は、平角線を直管状にエッジワイズ巻きしてエッジワイズコイル３を作成する工程と、環状のトロイダルコアが周方向に複数個に分割された形状の一組の分割コア２２をエッジワイズコイル３に挿入する工程と、一組の分割コア２２を互いに締め付けて環状に組み付けるとともに、エッジワイズコイル３の巻線３４の間隔を広げることで、環状となった一組の分割コア２２の周囲にエッジワイズコイル３を配置する工程と、を有する。【選択図】図８

Description

本発明は、平角線がエッジワイズ巻きにされ形成された環状のコイルを備えるリアクトルの製造方法及びリアクトルに関する。

近年普及しているハイブリッド自動車等、多くの装置にリアクトルが組み込まれている。リアクトルは変圧や、スイッチング動作等の外的要因により電流が増減した場合に電流の変化を滑らかにする機能等を有している。こうしたリアクトルとして様々な形状を有するものがある。

例えば特許文献１に記載されているリアクトルは、一対の四角柱状の第１コア及び一対のＵ字柱状の第２コアを組み合わせることで管状に構成されているコアと、絶縁被覆された平角線をいわゆるエッジワイズ巻きにした、連続する２つの直管状の巻回部を有するコイルとにより構成されている。このリアクトルでは、コイルのそれぞれの巻回部の内部に第１コアが挿入されている。

また、特許文献２に記載されているリアクトルは、環状のトロイダルコアの全周に亘り平角線を連続的にエッジワイズ巻きして形成されている。

特開２００７−１１６０６６号公報 特開２００４−３２７４６１号公報

ところで、エッジワイズ巻きは一般的な丸線の巻き回しと比較して帯状の平角線を平面内で歪ませる必要があり、大きな力を要するため難しい作業である。特に環状のトロイダルコアの周囲にエッジワイズコイルを巻き回す作業は、三次元的な形成が必要であるためとても困難な作業である。

そのため特許文献１に記載されているリアクトルでは、直管状に巻き回したエッジワイズコイルのみが用いられていて、Ｕ字柱状のコア部分においてはその円弧を描く部分にはエッジワイズコイルは巻き回されていない。

また、特許文献２に記載されているリアクトルの製造方法で環状のトロイダルコアに平角線をエッジワイズ巻きすることは困難であると考えられ、仮に可能であったとしても良好な加工精度を得ることは困難であると考えられる。

そのため、環状のトロイダルコアの周囲にエッジワイズコイルを容易かつ加工精度よく巻き回せるリアクトルの製造方法があれば好ましい。

その一方で、コアの周囲にコイルを巻き回したリアクトルにおいては、リアクトルに振動が加わった際にコイル内でコアが動いてしまうと、コイルを破損してしまう恐れがある。

そこで特許文献１に記載されているリアクトルでは、コアとエッジワイズコイルとの間にスペーサを設けることで、エッジワイズコイル内でコアが動いてエッジワイズコイルが破損してしまうことを防止している。

しかし、スペーサを設けることは部品点数と作業工程の増加につながり、製造コストの上昇を招いてしまう。そのためこうしたスペーサ等の特別な部材を設けることなく、エッジワイズコイルの破損を防止することができれば好ましい。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、環状のトロイダルコアの周囲にエッジワイズコイルを容易かつ加工精度よく巻き回せるリアクトルの製造方法を提供するものである。

また、本発明は、エッジワイズコイル内でトロイダルコアが動くことを防止し、エッジワイズコイルの破損を防止することができるリアクトルを提供するものである。

本発明によれば、平角線を直管状にエッジワイズ巻きしてエッジワイズコイルを作成する工程と、環状のトロイダルコアが周方向に複数個に分割された形状の一組の分割コアを前記エッジワイズコイルに挿入する工程と、前記一組の分割コアを互いに締め付けて環状に組み付けるとともに、前記エッジワイズコイルの巻線の間隔を広げることで、環状となった前記一組の分割コアの周囲に前記エッジワイズコイルを配置する工程と、を有するリアクトルの製造方法が提供される。

また、本発明によれば、一組の分割コアが組み合わされて形成された環状のトロイダルコアと、前記トロイダルコアに巻き回されたエッジワイズコイルと、を備え、前記エッジワイズコイルが前記トロイダルコアの内周面に対して、径方向の外向きに弾力的に付勢された状態で当接しているリアクトルが提供される。

本発明のリアクトルの製造方法によれば、環状のトロイダルコアの周囲にエッジワイズコイルを容易かつ加工精度よく巻き回すことが可能である。また、本発明のリアクトルによれば、エッジワイズコイル内でトロイダルコアが動くことを防止し、エッジワイズコイルの破損を防止することが可能である。

実施形態に係るリアクトルの斜視図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｂ）は（ａ）の領域Ｂの拡大図である。 トロイダルコアを構成する一組の分割コアの斜視図である。 エッジワイズコイルの斜視図である。 エッジワイズコイルの当初状態を示す斜視図である。 当初状態のエッジワイズコイルに結束バンドと保護シートが挿入された状態を示す斜視図である。 図６の状態のエッジワイズコイルに一組の分割コアを挿入した状態を示す斜視図である。 一組の分割コアを互いに締め付けて環状に組み付けるとともにエッジワイズコイルの巻線間隔を広げることで環状となった一組の分割コアの周囲に空芯コイルを配置していく状態を示す斜視図である。 分割コアが締め付けられてトロイダルコアとなるとともにトロイダルコアの周囲にエッジワイズコイルが配置された状態を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は適宜に省略する。

図１は実施形態に係るリアクトルの斜視図である。
図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った矢視断面図、（ｂ）は（ａ）の領域Ｂの拡大図である。
図３はトロイダルコアを構成する一組の分割コアの斜視図である。
図４はエッジワイズコイルの斜視図である。
図５はエッジワイズコイルの当初状態を示す斜視図である。

本実施形態に係るリアクトル１は、一組の分割コアが組み合わされて形成された環状のトロイダルコア２と、トロイダルコア２に巻き回されたエッジワイズコイル３と、を備えて構成されている。エッジワイズコイル３はトロイダルコア２の内周面に対して、径方向の外向きに弾力的に付勢された状態で当接している。

トロイダルコア２の管軸方向に沿う平面によるエッジワイズコイル３及び分割コア２２の断面形状は矩形となっている（図２（ａ）参照）。

トロイダルコア２は円筒状の環状部材であり、図３に示すように、円筒状のコアユニット２１を５個、管軸方向に重ねて接着固定したものを管軸方向に沿う平面で切断して２分割した２つの分割コア２２から構成されている。すなわち、分割コア２２とは、環状のトロイダルコア２が周方向に複数個に分割された形状をなしている。

なお、本発明においてはコアユニット２１の積み重ねの数は５個に限られず、トロイダルコア２の管軸方向の長さはコアユニット２１の数を増減することで任意に調節することができる。また分割コア２２の分割態様を変え、例えば３分割して３つで一組の分割コア２２としてもよく、それ以上の数の分割コア２２に分割したものを用いてもよい。また一組の分割コア２２の分割態様も等分とする必要は無く、不等分としてもよい。

コアユニット２１はフェライト等の磁性材料からなる円筒状の部材で、周囲に絶縁皮膜が形成されている。

分割コア２２はコアユニット２１を複数個（本実施形態においては５個）積み重ねて接着固定した後、管軸と平行な平面で２分割して形成された平面視がＣ字状の部材である。分割コア２２を２分割した際に形成される端面２３からは内部の磁性材料が露出した状態となっている。

なお、本実施形態においては複数の円環状のコアユニット２１を積み重ねて固定したものを２分割することで分割コア２２を形成しているが、本発明においてはこれに限らず、円孤状の部分環状の部材として予め個別に成形したものを分割コア２２としてもよい。この場合、分割コア２２の端面２３は絶縁皮膜で覆われていてもよく、あるいは本実施形態のように内部の磁性材料が露出した状態であってもよい。ただし、コアユニット２１を積み重ねた環状の構造体を切断して分割コア２２を作成した方が安価に製造できる。

エッジワイズコイル３は表面に絶縁被覆が形成された導線である平角線を、略矩形にエッジワイズ巻きして形成されているコイルである。エッジワイズコイル３は隣接する巻線３４同士が接する密着巻きで形成されている。エッジワイズコイル３の内部空間３５には一組の分割コア２２が挿入される。

エッジワイズコイル３の巻線３４は、その曲線部分が楕円弧状の急峻なカーブを描いて巻き回されている。具体的には、図２（ｂ）に示すように、エッジワイズコイル３の巻線３４の板幅をＷ、楕円弧状のカーブ部分について当該楕円弧が含まれる楕円を想定した場合の当該楕円の短径をＲとすると、エッジワイズコイル３は１／２Ｗ≦Ｒ≦３Ｗとなる楕円孤を描いて巻き回されている。

エッジワイズコイル３は当初図５に示すように角管状の形状の空芯コイルであり、巻線３４に囲まれた内側に内部空間３５が平板状に形成されている。そして巻線３４の間隔を略等間隔に広げつつ分割コア２２に被せ曲げていくことでエッジワイズコイル３の環状の形状が形成される。本実施形態においては後述するように環状となり近接したエッジワイズコイル３の両端部を結束バンド７により仮固定してケース４内に収め（図９参照）、ケース４内に充填材を注入、硬化させた後結束バンド７を取り外すことでエッジワイズコイル３の環状の形状が充填材を用いない場合よりも更に強固に保たれている。

リアクトル１には、図１に示すようにリアクトル１の下部を覆うケース４が取り付けられる。ケース４は樹脂や金属等により形成されている。ケース４の形状は様々なものを採用することができるが、本実施形態においてはリアクトル１の外径よりも大きな内径を有しリアクトル１を収容可能な筒状部４１と、筒状部４１の下端側を閉塞する平面視が矩形の平板部４２とを備えて構成されている。

平板部４２の四隅にはそれぞれ貫通孔４３が設けられている。これらの貫通孔４３はリアクトル１を螺子等により所定の箇所に固定する際に用いられる。

リアクトル１がケース４内に載置された状態において、筒状部４１の内部にエポキシ系樹脂等の硬化性の充填材が注入される。そして充填材がケース４内に配置されたリアクトル１の下端部分に注入されて硬化することでリアクトル１の下端部分がケース４内で固定される。これにより、エッジワイズコイル３内でトロイダルコア２が振動することが防止され、エッジワイズコイル３の破損を防止することができる。充填材の硬化後は、結束バンド７を取り外した状態でもエッジワイズコイル３を環状の形状に保つことができる。

エッジワイズコイル３は鋼線により形成されたばね状部材でもあるため弾性復元力を有しており、環状に曲げられたエッジワイズコイル３は当初の角管状の状態に戻ろうとする。この復元力によりエッジワイズコイル３はその端部がトロイダルコア２の内周面２４に対して、径方向の外向きに弾力的に付勢された状態で当接する。

このようにエッジワイズコイル３がトロイダルコア２に弾性的に付勢された状態で当接することにより、エッジワイズコイル３内でトロイダルコア２が固定された状態となる。そしてエッジワイズコイル３内でトロイダルコア２が動くことが防止され、トロイダルコア２の衝突によるエッジワイズコイル３の破損を防止することができる。

なお、リアクトル１は更にトロイダルコア２の内周側の面とエッジワイズコイル３との間に保護シート６を備えていてもよい（図６参照）。保護シート６を備えることでこれがガイドとなり、リアクトル１の製造時にエッジワイズコイル３内に分割コア２２を挿入しやすくなるとともに、当該挿入時に分割コア２２の端面２３に形成される角部がエッジワイズコイル３の内周面３６に衝突しエッジワイズコイル３を摩損することを効果的に防止することが可能となる。

こうした保護シート６として、絶縁シートが用いられることが好ましい。エッジワイズコイル３の絶縁被覆が摩損し内部の導線が露出した部分が生じた場合、当該露出部位同士や、露出部と分割コア２２の切断面との間で短絡を生じる恐れがある。しかし絶縁シートである保護シート６を介在させることで、こうした短絡の発生を防止することができる。

なお、上述した実施形態に係るリアクトル１ではエッジワイズコイルは平角線から形成されていたが、本発明においてはこれに限らず、長円形断面の平線など、他の平線を用いて形成してもよい。

また、トロイダルコア２は管軸方向と平行な平面における断面形状が矩形であったが、本発明においてはこれに限らず、円形や楕円形等、他の形状であってもよい。この場合エッジワイズコイル３についてもトロイダルコア２の形状に合わせて、トロイダルコア２の管軸方向と平行な平面における断面形状が円管状や楕円管状等の形状とすることが好ましい。これによりトロイダルコア２とエッジワイズコイル３との間の間隙を小さくすることができ、エッジワイズコイル３とトロイダルコア２との当接状態を保つことができるため、エッジワイズコイル３内でトロイダルコア２が動いてしまいエッジワイズコイル３が破損してしまうことを防止することができる。

更に、エッジワイズコイル３の両端部には必要に応じて端子３１が形成されるとともに、両端部に至る直線部分にも必要に応じて絶縁チューブ３３が取り付けられる。絶縁チューブ３３を取り付けることにより、エッジワイズコイル３の両端部の距離が近接した場合でも当該端部間の短絡の発生を防止することができる。

次に、上述したリアクトル１の製造方法について説明する。
図６は、当初状態のエッジワイズコイルに結束バンドと保護シートが挿入された状態を示す斜視図である。
図７は、図６の状態のエッジワイズコイルに一組の分割コアを挿入した状態を示す斜視図である。
図８は、一組の分割コアを互いに締め付けて環状に組み付けるとともにエッジワイズコイルの巻線間隔を広げることで環状となった一組の分割コアの周囲に空芯コイルを配置していく状態を示す斜視図である。
図９は、分割コアが締め付けられてトロイダルコアとなるとともにトロイダルコアの周囲にエッジワイズコイルが配置された状態を示す斜視図である。

リアクトル１は、平角線を直管状にエッジワイズ巻きしてエッジワイズコイル３を作成する工程と、環状のトロイダルコア２が円周方向に複数個に分割された形状の一組の分割コア２２をエッジワイズコイル３に挿入する工程と、一組の分割コア２２を互いに締め付けて環状に組み付けるとともにエッジワイズコイル３の巻線間隔を広げることで環状となった一組の分割コア２２の周囲にエッジワイズコイル３を配置する工程と、を経て製造される。

なお、本発明においては任意の工程として、エッジワイズコイル３の作成後にエッジワイズコイル３に保護シート６を挿入する工程を有し、一組の分割コア２２の内周面２４側に保護シート６が位置するように一組の分割コア２２をエッジワイズコイル３に挿入するようにしてもよい。以下に説明する本実施形態に係るリアクトル１の製造方法はこの工程も含むものである。

また、本発明においては任意の工程として、一組の分割コア２２の周囲にエッジワイズコイル３を配置した後、エッジワイズコイル３を仮固定する工程と、エッジワイズコイル３が仮固定された状態でエッジワイズコイル３とトロイダルコア２とをケース４内に収容する工程と、ケース４内に充填材を注入させるとともに充填材を硬化させエッジワイズコイル３を固定する工程と、を有してもよい。以下に説明する本実施形態に係るリアクトル１の製造方法はこれらの工程も含むものである。

まず、図５に示すように、平線としての平角線が、角管状にエッジワイズ巻きされエッジワイズコイル３が作成される。この角管状のエッジワイズコイル３の作成は、角柱状の芯材の周囲にエッジワイズコイル３を巻き回すことで行われる。芯材はエッジワイズコイル３の完成後に取り外される。

次に、図６に示すように、エッジワイズコイル３の内部空間３５内に結束バンド５と保護シート６が挿入される。なおこの工程は必須ではなく、分割コア２２の締め付けを結束バンド５以外の手段を用いて行う場合や、保護シート６を用いない場合には省略することが可能である。結束バンド５と保護シート６は上下に重ね合わされるとともに、それぞれの端部がエッジワイズコイル３から突出した状態となっている。保護シート６は、エッジワイズコイル３の巻軸方向の長さよりも長いとよい。

次に、一組の分割コア２２がエッジワイズコイル３の内部空間３５に挿入される。結束バンド５と保護シート６を用いる場合には、分割コア２２は分割コア２２の内周面２４側に保護シート６が位置し、外周面２５側に結束バンド５が位置するように挿入される。

次に、一組の分割コア２２が互いに締め付けて環状に組み付けられるとともに、エッジワイズコイル３の巻線３４の間隔が広げられることで、環状となった一組の分割コア２２の周囲にエッジワイズコイル３が配置される。

本実施形態においては一組の分割コア２２の締め付けは結束バンド５を用いて行われる。結束バンド５は一組の分割コア２２の端面２３同士が当接し締め付けが完了した後、すなわちトロイダルコア２が完成した後も一組の分割コア２２に取り付けられたままとなる。なお、結束バンド５に代えて、帯状の面ファスナーを用いてもよい。

そして結束バンド５により一組の分割コア２２の締め付けを行いつつ、エッジワイズコイル３の巻線３４の間隔が略等間隔となるように、エッジワイズコイル３がトロイダルコア２の全周を覆うまで巻線３４の間隔が広げられていく。そしてエッジワイズコイル３がトロイダルコア２の全周を覆い、エッジワイズコイル３の両端部３２が近接又は当接した状態となる。

上述した手順により本発明に係るリアクトル１が完成するが、本実施形態においては更に以下の工程を行うものとする。

まず、当該両端部３２同士の仮固定手段としての結束バンド７により仮固定される。なお、仮固定手段は結束バンド７に限らず、クリップ等を用いてもよい。

次に、エッジワイズコイル３が結束バンド７により仮固定された状態で、リアクトル１がケース４内に収容される。

次に、リアクトル１を収容するケース４内に充填材を注入するとともに充填材を硬化させエッジワイズコイル３を固定する。これにより結束バンド７を外してもエッジワイズコイル３がケース４内で固定された状態を保つことができる（図１参照）。また、トロイダルコア２も充填材によりケース４内で固定されることから、エッジワイズコイル３内でトロイダルコア２が動くことが防止され、エッジワイズコイル３が破損することを効果的に防止することができる。

上述した実施形態に係るリアクトル１の製造方法によると、エッジワイズコイル３は当初直管状に形成されるが、直管状にエッジワイズコイル３を形成することは円環状に形成することよりも容易かつ加工精度よく行うことができる。そしてこの直管状のエッジワイズコイル３を分割コア２２の締め付けを行いつつその周囲に被せていくようにして配置する。こうした配置はエッジワイズコイルの巻線３４の間隔を広げるだけで容易かつ精度よく行うことができる。そのため環状のトロイダルコア２であってもエッジワイズコイル３を容易かつ加工精度よく巻き回すことが可能である。

本発明のリアクトル１の製造方法及びリアクトル１の構成要素は、個々に独立した存在である必要はない。複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等を許容する。

上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
（１）平角線を直管状にエッジワイズ巻きしてエッジワイズコイルを作成する工程と、
環状のトロイダルコアが周方向に複数個に分割された形状の一組の分割コアを前記エッジワイズコイルに挿入する工程と、
前記一組の分割コアを互いに締め付けて環状に組み付けるとともに、前記エッジワイズコイルの巻線の間隔を広げることで、環状となった前記一組の分割コアの周囲に前記エッジワイズコイルを配置する工程と、
を有するリアクトルの製造方法。
（２）前記エッジワイズコイルの作成後に前記エッジワイズコイルに保護シートを挿入する工程を有し、前記一組の分割コアの内周面側に前記保護シートが位置するように前記一組の分割コアを前記エッジワイズコイルに挿入する（１）に記載のリアクトルの製造方法。
（３）前記一組の分割コアの締め付けは結束バンドを用いて行う（１）又は（２）に記載のリアクトルの製造方法。
（４）前記一組の分割コアの周囲に前記エッジワイズコイルを配置した後、前記エッジワイズコイルを仮固定する工程と、
前記エッジワイズコイルが仮固定された状態で前記エッジワイズコイルと前記トロイダルコアとをケース内に収容する工程と、
前記ケース内に充填材を注入するとともに前記充填材を硬化させ前記エッジワイズコイルを固定する工程と、
を有する（１）〜（３）の何れか１つに記載のリアクトルの製造方法。
（５）一組の分割コアが組み合わされて形成された環状のトロイダルコアと、
前記トロイダルコアに巻き回されたエッジワイズコイルと、
を備え、
前記エッジワイズコイルが前記トロイダルコアの内周面に対して、径方向の外向きに弾力的に付勢された状態で当接しているリアクトル。
（６）前記トロイダルコアの内周側の面と前記エッジワイズコイルとの間に保護シートを備える（５）に記載のリアクトル。
（７）前記保護シートが絶縁シートである（６）に記載のリアクトル。
（８）前記トロイダルコアの管軸方向に沿う平面による前記エッジワイズコイル及び前記分割コアの断面形状が矩形である（５）〜（７）の何れか１つに記載のリアクトル。

１ リアクトル
２ トロイダルコア
３ エッジワイズコイル
４ ケース
５ 結束バンド
６ 保護シート
７ 結束バンド
２１ コアユニット
２２ 分割コア
２３ 端面
２４ 内周面
２５ 外周面
３１ 端子
３２ 端部
３３ 絶縁チューブ
３４ 巻線
３５ 内部空間
３６ 内周面
４１ 筒状部
４２ 平板部
４３ 貫通孔

Claims (8)

1. 平角線を直管状にエッジワイズ巻きしてエッジワイズコイルを作成する工程と、
   環状のトロイダルコアが周方向に複数個に分割された形状の一組の分割コアを前記エッジワイズコイルに挿入する工程と、
   前記一組の分割コアを互いに締め付けて環状に組み付けるとともに、前記エッジワイズコイルの巻線の間隔を広げることで、環状となった前記一組の分割コアの周囲に前記エッジワイズコイルを配置する工程と、
   を有するリアクトルの製造方法。
2. 前記エッジワイズコイルの作成後に前記エッジワイズコイルに保護シートを挿入する工程を有し、前記一組の分割コアの内周面側に前記保護シートが位置するように前記一組の分割コアを前記エッジワイズコイルに挿入する請求項１記載のリアクトルの製造方法。
3. 前記一組の分割コアの締め付けは結束バンドを用いて行う請求項１又は２記載のリアクトルの製造方法。
4. 前記一組の分割コアの周囲に前記エッジワイズコイルを配置した後、前記エッジワイズコイルを仮固定する工程と、
   前記エッジワイズコイルが仮固定された状態で前記エッジワイズコイルと前記トロイダルコアとをケース内に収容する工程と、
   前記ケース内に充填材を注入するとともに前記充填材を硬化させ前記エッジワイズコイルを固定する工程と、
   を有する請求項１乃至３の何れか１項記載のリアクトルの製造方法。
5. 一組の分割コアが組み合わされて形成された環状のトロイダルコアと、
   前記トロイダルコアに巻き回されたエッジワイズコイルと、
   を備え、
   前記エッジワイズコイルが前記トロイダルコアの内周面に対して、径方向の外向きに弾力的に付勢された状態で当接しているリアクトル。
6. 前記トロイダルコアの内周側の面と前記エッジワイズコイルとの間に保護シートを備える請求項５記載のリアクトル。
7. 前記保護シートが絶縁シートである請求項６記載のリアクトル。
8. 前記トロイダルコアの管軸方向に沿う平面による前記エッジワイズコイル及び前記分割コアの断面形状が矩形である請求項５乃至７の何れか１項記載のリアクトル。

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