JP3790147B2 - リングコア及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流センサーやノイズフィルターに適用可能なリングコア及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電流センサーには、図８に示すように、一部に間隙部７１を有するＣ字状のリングコア７０が使用されていた。このリングコア７０の製造にあっては、方向性電磁鋼板を所定直径の芯材に巻付け、終端部を溶接止めした後、必要寸法に切断し、更に、間隙部７１を形成して製品としていた。なお、７２はスポット溶接部を示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の製造方法に係るリングコア７０は、所謂カットコアであるので、磁気特性は比較的良いが、製造工程が複雑で自動化しにくいという問題があった。
更には、巻鉄心であるのでカットコアの内径や外径の寸法精度が正確でなく、しかも、電磁鋼板に場所による透磁率のバラツキがあるとそれに影響され易いという問題があった。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、生産性がよく、しかも寸法精度のよいリングコア及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係るリングコアは、電流センサーに適用可能で、内側の開口部に連通する間隙部を一部に有するリングコアであって、
圧延方向に対する平均透磁率と圧延方向と直交する方向の平均透磁率とが異なる珪素鋼板をプレス加工してＣ字又はＧ字形状に実質的に形成された多数枚の同一形状の鉄心片が積層され、しかも、上下の前記鉄心片は、凹凸のかしめ部、接着剤、溶接の何れか１又は２以上によって接合され、前記鉄心片の幅方向の断面積×その部分を横切る平均透磁率が全周にわたって実質的に等しくなっている。
【０００５】
これによって、部分的な磁気飽和の生じにくい磁気特性のより均一なリングコアを提供できる。
第２の発明に係るリングコアは、多数枚の同一形状の鉄心片が積層され、しかも、上下の前記鉄心片は、凹凸のかしめ部、接着剤、溶接の何れか１又は２以上によって接合されているリングコアであって、前記鉄心片の幅方向の断面積×その部分を横切る平均透磁率が全周にわたって実質的に等しくなっており、更に、前記鉄心片の外側形状は、実質的に矩形状となって、しかも、前記鉄心片の圧延方向に実質的に直交する辺の幅は他の辺の幅より広くなっている。
また、第３の発明に係るリングコアは、多数枚の同一形状の鉄心片が積層され、しかも、上下の前記鉄心片は、凹凸のかしめ部、接着剤、溶接の何れか１又は２以上によって接合されているリングコアであって、前記鉄心片の幅方向の断面積×その部分を横切る平均透磁率が全周にわたって実質的に等しくなっており、しかもこの接合された部分の前記鉄心片の幅は広くなっている。これによって、部分的な磁気飽和が生じにくく、磁気特性のより均一なリングコアとなる。
【０００６】
【０００７】
次に、第４の発明に係るリングコアの製造方法は、電流センサーに適用可能で、内側の開口部に連通する間隙部を一部に有し、圧延された珪素鋼板をプレス加工したリング状の鉄心片を順次打ち抜いて積層及び固定するリングコアの製造方法であって、
前記リングコアは、一部に間隙部を有するリング状の前記鉄心片をその間隙位置を９０度ずつ異ならせてプレス加工を行い、打ち落とした前記鉄心片を順次９０度ずつ回転させながら積層する。
また、第４の発明に係るリングコアの製造方法において、前記各鉄心片にはプレス加工によって、凹凸のかしめ部が形成され、更に前記かしめ部を利用して、該鉄心片の打ち抜きと同時に前記鉄心片が順次積層されるのが好ましい。実質的に同一磁気特性のリングコアを製造できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るリングコアの平面図、（Ｂ）は同リングコアの側面図、（Ｃ）は同リングコアの部分拡大断面図、図２は同リングコアの製造方法を示す図面であって、（Ａ）は同リングコアの製造工程を示す平面図、（Ｂ）は間隙部を形成するパンチの配置図、（Ｃ）は積層状態のリングコアの平面図である。図３は同リングコアの変形例に係るリングコアの平面図、図４は本発明の第２の実施の形態に係るリングコアの斜視図、図５は同リングコアの製造方法の説明図、図６は本発明の第３の実施の形態に係るリングコアの説明図、図７は本発明の第４の実施の形態に係るリングコアの説明図である。
【０００９】
図１（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るリングコア１０は、内側に開口部１１ａを有し、開口部１１ａと外側を連通する間隙部１１が環状の鉄心の一部に設けられ、Ｃ字形の多数枚の同一形状の鉄心片１２を積層して構成されている。各鉄心片１２は凹凸のかしめ部１３によって接合されている。
かしめ部１３はこの実施の形態においては、平面視して円形の凹部１７と凸部１８によって形成され、下部の鉄心片１２の凹部１７に直上部の鉄心片１２の凸部１８をはめ込むことによって、上下の鉄心片１２の連結を行っている。なお、最下部の鉄心片１２ａは直上部の鉄心片１２の凸部１８が嵌入する丸孔１９が形成されている。
この実施の形態においては、リングコア１０の外径は例えば２７ｍｍ、内径は１８ｍｍ、厚みは５ｍｍ、間隙部１１の幅は４ｍｍ程度で、鉄心片１２には０．３〜０．３５ｍｍの方向性珪素鋼板を使用したが、本発明はこの数字に限定されるものではなく、例えば、その厚みが０．５〜０．２ｍｍ程度のものも適用できる。
【００１０】
続いて、図２を参照しながら、このリングコア１０の製造方法について説明する。
図２（Ａ）に示すように、所定の厚み及び幅の帯板状の珪素鋼板の条材２０を用意し、プレス設備に搬送する。ａ工程で、間隙部１１を形成する長孔２１を打ち抜く。なお、この長孔２１を打ち抜くパンチはこの実施の形態においては、図２（Ｂ）に示すように、８個あって、各パンチ２２〜２９には進退装置が設けられ、順番に条材２０に異なる角度で長孔２１を形成するようになっている。
ｂ工程では、内形３０が打ち抜かれ、ｃ工程では８つのかしめ部１３が打ち抜かれる。そして、ｄ工程では、外形３１が打ち抜かれ、Ｃ字形の鉄心片１２はそのままダイ内の鉄心に、凹凸のかしめ部１３を利用して積層される。積層された鉄心は図２（Ｃ）に示すように、積層が完了すると、１／８回転して、次の鉄心片１２が下降して積層されるのを待つことになる。
【００１１】
このように、順次プレス加工されて搬送される鉄心片１２の長孔２１の位置を４５度ずつ時計方向にずらし、組み立てられている鉄心を金型内で１／８回転（即ち、４５度）ずつずらすことによって、積層毎に珪素鋼板の圧延方向が異なり各長孔２１が連続して間隙部１１となったリングコア１０の組み立てが完了する。
所定枚数の鉄心片１２、１２ａを積層及び固定することでリングコア１０の組み立てが完了するが、その次の最初の鉄心片１２ａのかしめ部に対応する位置にはかしめ部の直径と同じ丸孔１９を形成しておく。
【００１２】
前記実施の形態においては、各鉄心片が一部に間隙部を有するＣ字形状であったが、例えば、図３に示すように、間隙部３２の一方の辺３２ａが内側の円状開口部３３に接しているＧ字形状の鉄心片３４を積層したリングコア３５であっても本発明は適用される。このリングコア３５の製造にあっては、圧延された珪素鋼板（方向性珪素鋼板、無方向性珪素鋼板のいずれであってもよい）に、順次間隙部３２が９０度ずつ異なる方向にある鉄心片を順次打ち抜いて、これを金型内で個々の鉄心片３４を９０度ずつ回転させながら、積層することによって、磁気的特性の均一なリングコア３５を製造できる。この場合、帯状の珪素鋼板に幅方向の厚みのバラツキがあっても、リングコア全体の厚みを均一にできる。
【００１３】
続いて、図４、図５を参照しながら、本発明の第２の実施の形態に係るリングコア３６及びその製造方法について説明する。
リングコア３６の外側形状は角部が丸くなってはいるが、実質的に矩形であって、内側に開口部３７を有して、一部に開口部３７と外側を連通する間隙部３８が設けられている。このリングコア３６は多数枚の鉄心片３９を積層して構成されたもので、各鉄心片３９は４つの角部に設けられたかしめ部１３（第１の実施の形態と実質的に同じ）によって連結されている。
このリングコア３６の製造方法を図５を参照しながら説明すると、薄い帯状の方向性又は無方向性の珪素鋼板４０を、順次所定のピッチでａ〜ｉの各工程（ステーション）に搬送し、順次プレス加工を行って、最後のｉ工程で、打ち落とした鉄心片３９を順次、９０度ずつ回転させながら積層する。
【００１４】
即ち、ａ〜ｄの工程では、それぞれ方向が９０度ずつ異なる複数の鉄心片３９（以下、区別する場合には、３９−ａ、３９−ｂ、３９−ｃ、３９−ｄとする）の間隙部３８を形成する切り抜き部３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄをそれぞれ形成する。このとき、一つの鉄心片３９に複数の間隙部３８は必要ないので、ａ工程で切り抜き部３８ａが形成された鉄心片３９−ａがｂ、ｃ、ｄ工程を通過する場合は、それぞれの工程では切り抜き部３８ａを形成するパンチは下降しないようになっている。同じように、ｂ工程、ｃ工程、ｄ工程で間隙部３８を形成する切り抜き部３８ｂ、３８ｃ、３８ｄが形成された鉄心片３９−ｂ、３９−ｃ、３９−ｄは、他の工程では切り抜き部を形成するパンチが下降しないようになっている。
次のｅ工程では、ａ工程及びｃ工程で間隙部３８が形成された鉄心片３９−ａ、３９−ｃに対して中央の四角形の開口孔３７ａと、その鉄心片３９−ａ、３９−ｃの長辺外側の直線部４１、４２を形成するための打ち抜き孔４３、４４が形成される。その次のｆ工程は、鉄心片３９−ａ、３９−ｃはそのまま通過し、鉄心片３９−ｂ、３９−ｄに対して、長辺外側の直線部４５、４６を形成するための打ち抜き孔４７、４８と中央の開口孔４９が形成される。
【００１５】
ｇ工程及びｈ工程においては、それぞれ鉄心片３９−ａ、３９−ｃと、鉄心片３９−ｂ、３９−ｄに対してかしめ部１３が形成される。この実施の形態においてはかしめ部１３は、図１（Ｃ）を参照するように、半抜き状の丸穴となっているが、山形状であってもよい。なお、リングコア３６の最下部の鉄心片３９はかしめ部に符合する丸孔となっている。
この後、ｉ工程で、以上のａ〜ｈ工程でプレス加工が行われた鉄心片３９−ａ、３９−ｂ、３９−ｃ、３９−ｄの、短辺外側５０〜５３が打ち抜かれて、帯状の珪素鋼板４０から切り離されて順次積層されるが、この場合、順次積層される鉄心片３９の群は積層毎に９０度ずつ回転し、更に鉄心片３９の厚みずつ下降するテーブル上に配置されている。このｉ工程で、所定枚数の鉄心片３９を積層して一つのリングコア３６が形成される。
なお、ｅ工程〜ｈ工程においては間隙部３８の記載は省略されている。
【００１６】
次に、図６に示す本発明の第３の実施の形態に係るリングコアの矩形の鉄心片５６について説明すると、この鉄心片５６においては、珪素鋼板５７が圧延方向に透磁率が異なっている。即ち、圧延方向Ｒに対する平均透磁率をμｓとし、圧延方向Ｒと直交する方向の平均透磁率をμｃとし、圧延方向Ｒに平行な長辺５８の幅をＷｓ、圧延方向に直交する短辺５９の幅をＷｃとすると、以下の式（１）を保ちながら鉄心片５６が形成されている。
μｓ×Ｗｓ≒μｃ×Ｗｃ ・・・・・（１）
これによって、鉄心片５６の長さ方向に磁気特性（磁気抵抗）を一定にすることができ、これを用いて組み立てたリングコアに、高密度の磁束が通過する場合に、鉄心の一部飽和等を防止でき、より品質のよいリングコアを提供できる。なお、符号６０は山形状のかしめ部を示す。また、通常はμｓ＞μｃとなっているので、式（１）の結果から、Ｗｓ＜Ｗｃとなり、鉄心片５６の断面積は幅に比例する。
【００１７】
図７（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の第４の実施の形態に係るリングコアに用いる鉄心片６１、６２を示すが、かしめ部６３、６４がある部分の鉄心片６１、６２の幅が外方向に拡幅している。これによって、かしめ部６３、６４を設けることによって発生する磁気特性の劣化を、外側に鉄心片６１、６２を広げることによってカバーしている。このような構造の鉄心片６１、６２を用いることによって、部分的な磁気飽和の発生を防ぐことができる。
【００１８】
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でのリングコア及びその製造方法にも適用できる。例えば、かしめ部には平面視して円形のものを使用したが、角形であってもよく、更には側面視して山形状となっていてもよい。また、かしめ部の数はこの実施の形態では８つ又は４つであったが、その他の数であってもよい。
また、プレス設備における加工順序も前記実施の形態に限定されず、順番を入れ換えてもよい。
【００１９】
更に、この実施の形態においては方向性珪素鋼板を用いたが、無方向性珪素鋼板や特別な場合には鉄等の強磁性板を使用する場合も当然本発明は適用される。
前記実施の形態においては、各鉄心片の接合は、凹凸のかしめ部を用いて接合しているが、溶接や接着剤を用いて各鉄心片を接合することも可能であり、更には、かしめ、溶接、接着剤を組み合わせて各鉄心片を接合することもできる。また、接着剤を用いて接合する場合には、予め鉄心片に接着剤（例えば、感圧性接着剤）を塗布しておき、積層時に各鉄心片間の圧力によって接合してもよいし、加熱して接合するようにしてもよい。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１〜３記載のリングコア及び請求項４、５記載のリングコアの製造方法においては、多数枚の同一形状の鉄心片が積層され、しかも、上下の鉄心片は、凹凸のかしめ部等によって接合されているので、全部の工程をプレス加工によって行うことができ、高い精度で自動化が容易である。
これによって、従来の巻型のリングコアより精度の高いリングコアを生産性を向上させてかつ安価に提供できる。
特に、請求項１記載のリングコアにおいては、鉄心片の幅方向の断面積×その部分を横切る平均透磁率が全周にわたって実質的に等しくなっているので、その部分への磁束の集中が緩和され、部分的な磁気飽和が生じにくい、より均一な磁気特性のリングコアを提供できる。
【００２１】
請求項２記載のリングコアにおいては、鉄心片の外側形状は、実質的に矩形状となって、しかも、鉄心片の圧延方向に実質的に直交する辺の幅は他の辺の幅より広くなっているので、圧延方向に直交する側の透磁率の低い片に対しても磁気飽和を防ぎ、より磁気特性のよいリングコアを提供できる。
請求項３記載のリングコアにおいては、接合された部分の鉄心片の幅は広くなっているので、かしめた部分での磁束の集中を緩和でき、これによって、磁気特性のよいリングコアを提供できる。
請求項４、５記載のリングコアの製造方法においては、磁気的特性が平均化されるので、均一な製品の大量生産が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の第１の実施の形態に係るリングコアの平面図、（Ｂ）は同リングコアの側面図、（Ｃ）は同リングコアの部分拡大断面図である。
【図２】同リングコアの製造方法を示す図面であって、（Ａ）は同リングコアの製造工程を示す平面図、（Ｂ）は間隙部を形成するパンチの配置図、（Ｃ）は積層状態のリングコアの平面図である。
【図３】同リングコアの変形例に係るリングコアの平面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係るリングコアの斜視図である。
【図５】同リングコアの製造方法の説明図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係るリングコアの説明図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に係るリングコアの説明図である。
【図８】従来例のリングコアの斜視図である。
【符号の説明】
１０：リングコア、１１：間隙部、１１ａ：開口部、１２、１２ａ：鉄心片、１３：かしめ部、１７：凹部、１８：凸部、１９：丸孔、２０：条材、２１：長孔、２２〜２９：パンチ、３０：内形、３１：外形、３２：間隙部、３２ａ：一方の辺、３３：円状開口部、３４：鉄心片、３５：リングコア、３６：リングコア、３７：開口部、３７ａ：開口孔、３８：間隙部、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、３８ｄ：切り抜き部、３９、３９−ａ、３９−ｂ、３９−ｃ、３９−ｄ：鉄心片、４０：珪素鋼板、４１、４２：直線部、４３、４４：打ち抜き孔、４５、４６：直線部、４７、４８：打ち抜き孔、４９：開口孔、５０〜５３：短辺外側、５６：鉄心片、５７：珪素鋼板、５８：長辺、５９：短辺、６０：山形状のかしめ部、６１、６２：鉄心片、６３、６４：かしめ部

Claims (5)

1. 電流センサーに適用可能で、内側の開口部に連通する間隙部を一部に有するリングコアであって、
   圧延方向に対する平均透磁率と圧延方向と直交する方向の平均透磁率とが異なる珪素鋼板をプレス加工してＣ字又はＧ字形状に実質的に形成された多数枚の同一形状の鉄心片が積層され、しかも、上下の前記鉄心片は、凹凸のかしめ部、接着剤、溶接の何れか１又は２以上によって接合され、前記鉄心片の幅方向の断面積×その部分を横切る平均透磁率が全周にわたって実質的に等しくなっていることを特徴とするリングコア。
2. 多数枚の同一形状の鉄心片が積層され、しかも、上下の前記鉄心片は、凹凸のかしめ部、接着剤、溶接の何れか１又は２以上によって接合されているリングコアであって、
   前記鉄心片の幅方向の断面積×その部分を横切る平均透磁率が全周にわたって実質的に等しくなっており、更に、前記鉄心片の外側形状は、実質的に矩形状となって、しかも、前記鉄心片の圧延方向に実質的に直交する辺の幅は他の辺の幅より広くなっていることを特徴とするリングコア。
3. 多数枚の同一形状の鉄心片が積層され、しかも、上下の前記鉄心片は、凹凸のかしめ部、接着剤、溶接の何れか１又は２以上によって接合されているリングコアであって、
   前記鉄心片の幅方向の断面積×その部分を横切る平均透磁率が全周にわたって実質的に等しくなっており、しかもこの接合された部分の前記鉄心片の幅は広くなっていることを特徴とするリングコア。
4. 電流センサーに適用可能で、内側の開口部に連通する間隙部を一部に有し、圧延された珪素鋼板をプレス加工したリング状の鉄心片を順次打ち抜いて積層及び固定するリングコアの製造方法であって、
   前記リングコアは、一部に間隙部を有するリング状の前記鉄心片をその間隙位置を９０度ずつ異ならせてプレス加工を行い、打ち落とした前記鉄心片を順次９０度ずつ回転させながら積層することを特徴とするリングコアの製造方法。
5. 請求項４記載のリングコアの製造方法において、前記各鉄心片にはプレス加工によって、凹凸のかしめ部が形成され、更に前記かしめ部を利用して、該鉄心片の打ち抜きと同時に前記鉄心片が順次積層されることを特徴とするリングコアの製造方法。

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