JP2023141845A - モールドコイル及びリアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】センサのリード線の断線や被膜の溶融を防止し、センサとコイルを一体化できるモールドコイル及びこのモールドコイルを備えるリアクトルを提供する。【解決手段】モールドコイル１０は、コイルと、モールドコイル１０の物理量を検出するセンサ１と、センサ１に装着されるセンサカバー２と、センサカバー２を装着したセンサ１とコイルを被覆し、センサ１とコイルを一体化するコイルモールド樹脂５と、を備える。センサ１は、センサカバー２で保護され物理量を検出する検出部と、検出部に接続されたリード線１２と、を有する。センサカバー２を、モールド成型時に金型内に収容されるリード線の周囲に配置している。【選択図】図１

Description

本発明は、センサを備えるモールドコイル及びこのモールドコイルを備えるリアクトルに関する。

ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車など様々な用途にリアクトル等のコイル部品が用いられている。コイル部品は、磁性材から成るコアの外周にコイルを巻回して成る。また、コアとコイルの間には、コアとコイルを絶縁するため、樹脂部材が設けられている。

近年、樹脂部材でモールド成型したモールドコイルが各所において使用されている。コイルを金型の所定の位置に配置し、樹脂を金型内に注入し、固化することでコイルの内周面及び外周面を樹脂部材で被覆されたモールドコイルが作製される。

コイル部品には、センサが設けられる場合がある。センサは、コイル部品の物理量、例えば温度、を検出する検出部と、外部機器と接続するコネクタと、一方端部は検出部と接続し、他方端部はコネクタと接続するリード線により構成される。リード線は、金属線と金属線を被覆し、絶縁性部材から成る被覆部から成る。コイル部品にセンサを設ける場合、モールドコイルを作製するモールド成型時にコイルとともにセンサも一体化する場合がある。

特開２０２０－０３５８４４号公報

センサをモールド成型によってコイルと一体化する場合、樹脂の射出圧によってリード線が煽られ、リード線が断線する虞がある。そこで、コイルとともにモールド成型する前に、センサを単体でモールド成型し、センサを樹脂で被覆させて保護する手法は知られている。しかし、センサをモールド成型すると、樹脂の熱でリード線の被膜部が溶融してしまう虞がある。また、コイルとともに一体化する場合に比べると射出圧は低くなるものの、リード線の断線の懸念は依然として残っていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、センサのリード線の断線や被膜の溶融を防止し、センサとコイルを一体化できるモールドコイル及びこのモールドコイルを備えるリアクトルを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のモールドコイルは、コイルと、モールドコイルの物理量を検出するセンサと、前記センサに装着されるセンサカバーと、前記センサカバーを装着した前記センサと前記コイルを樹脂により被覆し、前記センサと前記コイルを一体化するモールド樹脂と、を備え、前記センサは、物理量を検出する検出部と、前記検出部に接続されたリード線と、を有し、前記センサカバーは、少なくともリード線の一部の周囲に配置していること、を特徴とする。

また、このモールドコイルと、モールドコイルに装着される磁性体を含むコアと、を備えるリアクトルも本発明の一態様である。

本発明によれば、リード線の断線や被膜の溶融を防止し、センサとコイルと一体化できる。

モールドコイルの全体構成を示す斜視図である。 センサにセンサカバーを装着した状態を示す斜視図である。 センサにセンサカバーを装着した状態を底面から見た斜視図である。 コイルにコイルカバーを装着した状態を示す図である。 固定部の拡大図である。 固定部にセンサカバーを固定した状態を示す図である。 固定部にセンサカバーを固定した状態を示す模式図である。 リアクトルの全体構成を示す斜視図である。 モールドコアの斜視図である。

（実施形態）
実施形態に係るモールドコイルについて図面を参照しつつ説明する。図１は、モールドコイルの全体構成を示す斜視図である。各図面においては、理解容易のため、厚み、寸法、位置関係、比率又は形状等を強調して示している場合があり、本発明は、それら強調に限定されるものではない。

モールドコイル１０は、モールド成型によってセンサ１とコイル３をコイルモールド樹脂部５で被覆させることにより形成される。モールドコイル１０は、後述するようにリアクトル１００の構成部材として用いられる。モールドコイル１０は、センサ１、センサカバー２、コイル３、コイルカバー４及びコイルモールド樹脂５を備える。

図２は、センサにセンサカバーを装着した状態を示す斜視図である。図３は、センサにセンサカバーを装着した状態を底面から見た斜視図である。センサ１は、モールドコイル１０に関する物理量を検出する。センサ１は、例えば、モールドコイル１０の温度を検出する温度センサである。センサ１は、検出部１１、リード線１２及びコネクタ１３を有する。

検出部１１は、モールドコイル１０に関する物理量を検出する。本実施形態では、検出部１１としては、モールドコイル１０の温度を検出する素子であり、例えばサーミスタを用いることができる。検出部１１は概略直方体形状である。検出部１１は、一対設けられているコイル３間に配置されている。

リード線１２は、一方端部が検出部１１と接続されており、他方端部がコネクタ１３と接続される。リード線１２は、金属線とそれを被覆する被覆部とから成る。金属線の材質としては、銅、ニッケル、アルミ、銀、金又はこれら２種以上を含むことができる。金属線は、１本のみの単線、または複数本をより合わせたより線を使用できる。被覆部は、ビニール、シリコンゴム、フッ素ゴムなどの絶縁性部材で金属線を被覆する。なお、検出部１１側の一部の金属線は被覆部に被覆されていない。

コネクタ１３は、外部機器のコネクタと接続される部材である。コネクタ１３は、外部機器のコネクタを着脱自在に構成されている。検出部１１は検出した情報は、リード線１２及びコネクタ１３を介して、コネクタ１３に接続された外部機器に伝送される。

センサカバー２は、センサ１を保護する部材であり、センサ１の周囲に配置される。センサカバー２は、センサ１とは別体となっており、センサ１に装着することでセンサ１に固定される。即ち、センサカバー２とセンサ１は一体化されておらず、センサカバー２はセンサ１から着脱可能である。センサカバー２は樹脂から成り、樹脂の種類としてはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等が挙げられる。

センサカバー２は、矩形の１辺を欠いたコの字状の断面を有している。即ち、センサカバー２は、庇部２１と庇部２１の両端部から延びる一対の壁部２２から成り、庇部２１と対向する端面に開口２３を有する。この開口２３からセンサ１を挿入し、庇部２１及び一対の壁部２２で画成された内部スペースにセンサ１が収容される。

センサカバー２は、リード線１２を保護するリード線カバー２４を有する。リード線カバー２４は、庇部２１及び壁部２２で画成される内部スペースと、開口２３を有する。この開口２３からセンサ１のリード線１２が挿入され、リード線カバー２４の内部スペースにリード線１２が収容される。リード線カバー２４は、少なくともセンサ１とコイル３をコイルモールド樹脂５でモールド成型する際に金型内に配置されるリード線１２部分の周囲に配置されていれば足りる。

リード線カバー２４は、各壁部２２の外壁にフランジ２４１を有する。フランジ２４１は、壁部２２の外壁から当該壁部２２と直交する方向に向かって突出している。

センサカバー２は、検出部１１の一部を保護する検出部カバー２５を更に有する。検出部カバー２５は庇部２１及び壁部２２で画成される内部スペースと、開口２３を有する。この開口２３からセンサ１の検出部１１が挿入され、検出部カバー２５の内部スペースに検出部１１が収容される。この検出部１１が収容される内部スペースは検出部１１と略同一の大きさである。検出部カバー２５に検出部１１を圧入することで、検出部カバー２５と検出部１１が密着し、センサカバー２はセンサ１に固定される。即ち、検出部カバー２５の内部スペースが、センサカバー２をセンサ１に固定する固定部２５１となる。なお、検出部カバー２５とリード線カバー２４は、一体成型により継ぎ目無く一繋がりに連接している。

図４は、コイルにコイルカバーを装着した状態を示す図である。コイル３は、エナメル被覆等の絶縁被覆が施された導電性部材を筒状に巻いた巻回体である。コイル３は、巻軸に沿って１ターンごとに巻位置をずらしながら螺旋状に巻回することで形成される。コイル３の導電性部材は、例えば平角線であり、導電性部材の幅広面がコイル３の巻軸との直交方向に拡がるように、導電性部材が巻回されて成る螺旋状のエッジワイズコイルである。もっとも、コイル３の線材や巻き方は、平角線のエッジワイズコイルに限定されず、他の形態であってもよい。

コイル３は、２つ設けられている。各コイル３は、巻軸が平行になるように対向に配置される。コイル３からは引出線３１が延びており、引出線３１はバスバー６の一方端部と接続している。バスバー６の他方端部は外部機器の端子と接続され、コイル３はバスバー６を介して通電される。

コイルカバー４は、コイル３の外周に設けられている。コイル３は、導電性部材を巻き回して形成されるため、寸法にばらつきが生じることがある。そのため、モールド成型時に金型をコイル３に強く押し付けて、コイル３の寸法のばらつきを矯正させる。このとき、コイル３を直接金型で押し付けると、導電性部材の絶縁被膜を破損させるなどの虞があるため、コイル３の外周をコイルカバー４で被覆してコイル３を保護する。

コイルカバー４は、コイル３の上面に配置される上部カバー４１と、コイル３の下面に配置される下部カバー４２を有する。ここでいうコイル３の上面とは金型に収容される際に上型と対向するコイル３の面を指し、コイル３の下面とは金型に収容される際に下型と対向するコイル３の面を指す。上部カバー４１は、板状の部材であり、コイル３の上面を覆っている。

下部カバー４２は、下面当接部４２１と環状板４２２を有する。下面当接部４２１と環状板４２２は、一体成型等により継ぎ目無く一繋がりに連接している。下面当接部４２１は、コイル３の下面と当接し、コイル３を支持している。

環状板４２２は、下面当接部４２１の端部から下面当接部４２１に対して直交に延びている。環状板４２２は、巻軸と直交するコイル３の端面を覆っている。環状板４２２には、コイル３の内周と略同一に開口を有する。この開口には、後述するコア７１の脚部７１１が挿入される。環状板４２２は、上部カバー４１と嵌合している。

下部カバー４２は、環状板４２２から延設した固定部４３を有する。固定部４３は、センサカバー２を装着したセンサ１を固定する。固定部４３は、環状板４２２の上端からコイル３とは反対方向に延設する。固定部４３は、コイル３の間に設けられている。

図５は、固定部４３の拡大図である。図６は、固定部４３にセンサカバー２を固定した状態を示す図である。固定部４３は、載置部４３１及び一対の側壁部４３２を有する。載置部４３１は、平板状の部材でセンサカバー２を載置する。側壁部４３２は、巻軸と平行な載置部４３１の端部から載置部４３１に対して直交に延びる。載置部４３１及び一対の側壁部４３２を巻軸方向から見ると、コの字形状となっている。一対の側壁部４３２の間は、センサカバー２が収容できる程度空いている。この載置部４３１及び一対の側壁部４３２によって画成されたスペースに、センサカバー２の壁部２２の先端が載置部４３１と当接するようにセンサカバー２が挿入される。換言すれば、開口２３は載置部４３１により塞がれる。

側壁部４３２には、延び先端から載置部４３１に向かう切り欠き４４が設けられている。この切り欠き４４にセンサカバー２のフランジ２４１が挿入される。切り欠き４４の深さは、フランジ２４１全体が収容できる程度であれば足りる。

図７は、固定部４３にセンサカバー２を固定した状態を示す模式図である。図７に示すように、載置部４３１からは突出部４５が突出している。突出部４５は、一対の側壁部４３２の間に設けられている。突出部４５は、側壁部４３２と同方向に向かって突出しているが、側壁部４３２よりも突出高さが低い。突出部４５の側壁部４３２の並び方向の長さは、センサカバー２の壁部２２の間の長さの略同一である。突出部４５は、センサカバー２が固定部４３に収容された際に、開口２３に侵入し、開口２３を塞ぐ。即ち、リード線１２は、リード線カバー２４の庇部２１と一対の壁部２２、突出部４５に画成されたスペースに収容されることになり、四方が囲われている。

コイルモールド樹脂５は、図１に示すように、センサカバー２を装着したセンサ１とコイル３を樹脂により被覆し、センサ１とコイル３を一体化する。ここでは、バスバー６もセンサ１、コイル３とともに一体化している。コイルモールド樹脂５は、後述するモールドコア７ａ、７ｂの凸部と嵌合する凹部５１を有する。

コイルモールド樹脂５を構成する樹脂の種類としては、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＢＴ（Ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅ Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等が挙げられる。特に、熱伝導性の高い樹脂を用いることが望ましい。熱伝導性の高い樹脂を用いることで、コイル３の熱を外部に伝達することができる。

図８は、リアクトルの全体構成を示す斜視図である。図９は、モールドコアの斜視図である。図８に示すように、モールドコイル１０と一対のモールドコア７ａ、７ｂを組み合わせることでリアクトル１００と成る。リアクトル１００は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品であり、ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車など様々な用途で使用される。

モールドコア７ａ、７ｂは、図９に示すように、コア７１をコアモールド樹脂７２でモールド成型して作製される。なお、モールドコア７ａは、コア７１と共にバスバー６もモールド成型しており、コア７１とバスバー６がコアモールド樹脂７２によって一体に成型されている。

コア７１は、圧粉磁心、フェライトコア、積層鋼板、又はメタルコンポジットコア等を用いることができる。メタルコンポジットコアとは、磁性粉末と樹脂とが混練され、樹脂が硬化されて成る磁性体である。

コア７１は、一対の脚部７１１と、一対の脚部７１１を連結するヨーク部７１２とを有するＵ字型コア部材から成る。このＵ字型コア部材は、２つ設けられている。コア７１は、このＵ字型コア部材の互いの脚部７１１を接着剤で接合することで環状形状を形成する。

コアモールド樹脂７２は、コア７１の表面の少なくとも一部を被覆する樹脂部材である。本実施形態では、コアモールド樹脂７２は、コア７１のヨーク部７１２のみを被覆しているが、コア７１の脚部７１１も被覆していてもよい。なお、ヨーク部７１２の底面は、コアモールド樹脂７２に被覆されずに露出している。そのため、コア７１の熱を効果的にリアクトル１００の外部に放出することができる。このコアモールド樹脂７２は、モールド成型によってコア７１と一体となって形成される。コアモールド樹脂２の樹脂の種類としては、コイルモールド樹脂５と同一のものを用いることができる。

コアモールド樹脂７２は、モールドコイル１０の凹部５１に対応する位置に凸部７２１を有する。凸部７２１は、モールドコイル１０に向かって突出している。この凸部７２１が凹部５１に嵌合することで、モールドコイル１０がモールドコア７ａ、７ｂに保持される。

（作用効果）
以上のとおり、本実施形態におけるモールドコイル１０は、コイル３と、モールドコイル１０の物理量を検出するセンサ１と、センサ１に装着されるセンサカバー２と、センサカバー２を装着したセンサ１とコイル３を被覆し、センサ１とコイル３を一体化するコイルモールド樹脂４と、を備える。センサ１は、物理量を検出する検出部１１と、検出部１１に接続されたリード線１２と、を有する。センサカバー２は、モールド成型時に金型内に配置されるリード線１２の周囲に設けられるリード線カバー２４を有する。

従来は、センサを単体でモールド成型したうえで、コイルとともにモールド成型し、コイルとセンサを一体化していた。センサを単体でモールド成型する場合、溶融した樹脂の熱でセンサのリード線の被膜部が溶けてしまったり、樹脂の射出圧でリード線が断線したりする虞があった。

しかし、本実施形態のモールドコイル１０は、センサ１をモールド成型するのではなく、センサ１とは別体のセンサカバー２をセンサ１に装着している。よって、リード線１２の被膜部が溶融することを防止できる。

また、センサカバー２は、センサ１とコイル３を一体化させるモールド成型時に金型内に収容されるリード線１２の周囲に配置される。そのため、リード線１２はセンサカバー２に保護されているので、リード線１２の断線を防止できる。

センサカバー２は、センサ１に固定される固定部２５１を有する。そのため、モールド成型時に樹脂の射出圧でセンサカバー２の位置が所定の場所からずれることを抑制できる。よって、樹脂の射出圧が高い場合であっても、樹脂の熱によるリード線１２の被膜部が溶融やリード線１２の断線を防止できる。

センサカバー２は、検出部１１の周囲に配置する検出部カバー２５を有し、検出部カバー２５の固定部２５１は、検出部１１に固定されている。このように、センサ１の検出部１１はセンサカバー２によって固定される。そのため、センサカバー２の位置を決めれば検出部１１も位置決めされ、検出部１１を所望の位置に容易に配置できる。

コイル３の周囲に配置されるコイルカバー４を更に備える。センサカバー２は、庇部２１と、庇部２１の両端から庇部２１に直交して延びる一対の壁部２２と、開口２３とを有する。コイルカバー４は、センサカバー２を固定する固定部４３を有し、固定部４３は、センサカバー２の開口２３を塞ぐようにセンサカバー２を固定している。

これにより、センサカバー２の開口２３からリード線１２を収容しているスペースに樹脂が流入することを抑制できる。そのため、モールド成型時に樹脂によってリード線１２の被膜部が溶融することを防止できる。

固定部４３は、センサカバー２を固定したときに開口２３に挿入され、一対の壁部２２の間に配置する突出部４５を有する。

これにより、センサカバー２の開口２３からリード線１２を収容しているスペースに樹脂が流入することをより効果的に抑制できる。また、突出部４５はセンサカバー２を固定部４３に挿入する際の位置決めとしての機能も有するため、センサカバー２を固定部４３に固定する作業が容易になる。

コイルカバー４は、コイル３の上面と当接する上部カバー４１と、コイル３の下面と当接する下部カバー４２と、を有し、固定部４３は、下部カバー４２に設けられている。

コイル３は寸法のばらつきが生じるため、モールド成型時に上部カバー４１をコイル３に強く押し付けて、コイル３の寸法のばらつきを矯正させる。そのため、上部カバー４１の位置は変化し、上部カバー４１に固定部４３が設けられていると、検出部１１の位置も変化する。

一方、下部カバー４２は、下型とコイル３の間に挟まれているため、上部カバー４１を押圧しても位置に変化はない。そのため、下部カバー４２に固定部４３を設けると、コイル３の寸法ばらつきに影響を受けることなく、所望の位置に検出部１１を配置できる。

（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

上記実施形態では、固定部４３は下部カバー４２に設けられていたが、上部カバー４１に設けてもよい。上部カバー４１によってコイル３を押圧すると、上部カバー４１とともにコイル３も全体的に下部カバー４２側に沈む。そのため、上部カバー４１に固定部４３を設けると、コイル３と検出部１１の相対的な位置関係においては大きく変化しない。よって、コイル３の所定の位置の温度を検出部１１に検出させたい場合には、上部カバー４１に固定部４３を設ける方がよい。

また、上記実施形態では、検出部カバー２５の内部スペースが固定部２５１として機能させ、検出部カバー２５に検出部１１を圧入することでセンサカバー２をセンサ１に固定させていたが、センサカバー２をセンサ１に固定する手法はこれに限定されない。例えば、センサカバー２の内面（センサ１の収容スペースを画成する面）に接着剤を塗布してセンサカバー２をセンサ１に装着させてもよい。

また、検出部カバー２５の各壁部２２の先端は、開口２３に向かって延びる爪部を有するようにしてもよい。検出部カバー２５の爪部をスナップフィットによってセンサカバー２をセンサ１に嵌合させてもよい。これにより、より容易にセンサカバー２をセンサ１に装着することができ、組立性、作業性が向上する。

さらに、リード線カバー２４と検出部カバー２５の境界部分には、切り欠きを設けてもよい。切り欠きは、開口２３側から壁部２２を切り欠き、庇部２１に未達である。このように、切り欠きを設けることで、検出部カバー２５はリード線カバー２４とは独立して変形することができ、スナップフィットによってセンサカバー２をセンサ１に嵌合させやすくなる。

１００ リアクトル
１０ モールドコイル
１ センサ
１１ 検出部
１２ リード線
１３ コネクタ
２ センサカバー
２１ 庇部
２２ 壁部
２３ 開口
２４ リード線カバー
２４１ フランジ
２５ 検出部カバー
２５１ 固定部
３ コイル
３１ 引出線
４ コイルカバー
４１ 上部カバー
４２ 下部カバー
４２１ 下面当接部
４２２ 環状板
４３ 固定部
４３１ 載置部
４３２ 側壁部
４４ 切り欠き
４５ 突出部
５ コイルモールド樹脂
５１ 凹部
６ バスバー
７ａ、７ｂ モールドコア
７１ コア
７１１ 脚部
７１２ ヨーク部
７２ コアモールド樹脂
７２１ 凸部

Claims (7)

1. コイルと、
   モールドコイルの物理量を検出するセンサと、
   前記センサに装着されるセンサカバーと、
   前記センサカバーを装着した前記センサと前記コイルを被覆し、前記センサと前記コイルを一体化するモールド樹脂と、
   を備え、
   前記センサは、
   前記物理量を検出する検出部と、
   前記検出部に接続されたリード線と、
   を有し、
   前記センサカバーは、少なくともリード線の一部の周囲に配置していること、
   を特徴とするモールドコイル。
2. 前記センサカバーは、前記センサに固定される固定部を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載のモールドコイル。
3. 前記センサカバーは、前記検出部の周囲にも配置され、
   前記固定部は、前記検出部に固定されていること、
   を特徴とする請求項２に記載のモールドコイル。
4. 前記コイルの周囲に配置されるコイルカバーを更に備え、
   前記センサカバーは、庇部と、前記庇部の両端から前記庇部に直交して延びる一対の壁部と、開口とを有し、
   前記コイルカバーは、前記センサカバーを固定する固定部を有し、
   前記固定部は、前記センサカバーの開口を塞ぐように前記センサカバーを固定していること、
   を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のモールドコイル。
5. 前記固定部は、前記センサカバーを固定したときに前記開口に挿入され、前記一対の壁部の間に配置する突出部を有すること、
   を特徴とする請求項４に記載のモールドコイル。
6. 前記コイルカバーは、
   前記コイルの上面に配置される上部カバーと、
   前記コイルの下面に配置される下部カバーと、
   を有し、
   前記固定部は、前記下部カバーに設けられていること、
   を特徴とする請求項４又は５に記載のモールドコイル。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載のモールドコイルと、
   前記モールドコイルに装着される磁性体を含むコアと、
   を備えることを特徴とするリアクトル。

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