JP4387857B2

JP4387857B2 - コイル装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP4387857B2
Application number: JP2004114681A
Authority: JP
Inventors: 平吉森
Original assignee: SHT Corp Ltd
Current assignee: SHT Corp Ltd
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2024-04-08
Also published as: JP2005302900A

Description

本発明は、各種交流機器においてリアクターや変圧器等を構成するコイル装置並びにその製造方法に関するものである。

従来、リアクターや変圧器等に用いられるコイル装置には、磁気特性に優れると共に量産性の高い巻きコアが広く採用されている。
又、リアクターに用いられる巻きコアにおいては、磁路中に磁気ギャップ部を設けて直流重畳特性を安定させることが行なわれており、更には、磁気ギャップ部を複数箇所に分散させることによって、直流重畳特性の更なる安定化、磁気ギャップ部からの漏れ磁束の抑制、漏れ磁束による渦電流損の低減などが図られている。

図１７は、従来のリアクター用のコイル装置を表わしている。該コイル装置においては、コア(10)の磁路中に複数の磁気ギャップ層(41)が介在し、該磁路を包囲して、ボビン(55)にコイル(56)を巻装してなるコイルアセンブリ(57)が装着されている(特許文献１、２参照)。

図１３〜図１６は、上記コイル装置の製造方法を表わしている。
図１３の如く、金属製の帯板を巻回して環状の巻きコア部材(22)を作製した後、該巻きコア部材(22)を、図中に破線で示す複数の切断線Ｂ−Ｂに沿って分断することにより、図１４に示す如く、一対のＣ字状の分割コア片(23)(23)と、複数の直方体状の分割コア片(24)(24)(24)とを得る。

次に、図１５に示す如く、Ｃ字状分割コア片(23)と直方体状分割コア片(24)の対向面間、及び直方体状分割コア片(24)どうしの対向面間に、磁気ギャップ層(41)を介在させて、一方のＣ字状分割コア片(23)に複数の直方体状分割コア片(24)を接合し、Ｕ字状のコアブロックを得る。
その後、図１６に示す如く、前記Ｕ字状コアブロックに対し、ボビン(55)にコイル(56)を巻装してなる２つのコイルアセンブリ(57)を装着した後、図１７に示す如く該Ｕ字状コアブロックに他方のＣ字状分割コア片(23)を接合して、コイル装置を完成する。

尚、図１７に示すコイル装置においては、締結バンド(６)によってコア(10)の一体化構造を補強している。
特開２００１−６８３５２号公報特開２００１−１６７９４９号公報

しかしながら、上述の従来のコイル装置においては、図１５に示す如く、一方のＣ字状分割コア片(23)に磁気ギャップ層(41)を介して複数のコア片(23)(24)を接合する必要がある。ここで、直方体状分割コア片(24)は複数枚の金属板の積層体であって、これら複数枚の金属板は互いに分離可能であるため、組立工程に際しては、これら複数枚の金属板を積層状態に保持するための塑性加工やプレス加工を施す必要があり、この結果、工数が増大する問題があった。

そこで本発明の目的は、従来よりも組立工程が簡易であり、工数の削減が可能なコイル装置及びその製造方法を提供することである。

本発明に係るコイル装置は、角筒状の周壁を有するボビン(８)と、該ボビン(８)の外周面に巻装されたコイル(７)と、該ボビン(８)の内部を貫通して配備された環状のコア(１)とを具えている。
ここで、コア(１)は、一対のＣ字状コア片(２)(２)と、両Ｃ字状コア片(２)(２)の間に介在する少なくとも１つの直方体状コア片(３)とから構成され、該直方体状コア片(３)は、複数枚の金属板(31)を積層して構成される。
ボビン(８)は、前記複数枚の金属板(31)を積層状態で保持する樹脂製の舟部材(87)と、インサートモールドによって形成されて前記舟部材(87)を包含するモールド樹脂壁(81)とから構成され、該モールド樹脂壁(81)の両端部に形成された側方空間(80)(80)に一対のＣ字状コア片(２)(２)の端部が収容され、Ｃ字状コア片(２)の端面と直方体状コア片(３)の端面との間に所定のギャップＧが設けられている。

上記本発明のコイル装置は、以下の工程を経て製造される。
一対のＣ字状コア片(２)(２)を作製する工程、
複数枚の金属板(31)を積層して直方体状のコア片(３)を作製する工程、
直方体状コア片(３)を拘持すべき樹脂製の舟部材(87)を作製する工程、
舟部材(87)に直方体状コア片(３)を保持せしめた状態で、該直方体状コア片(３)を包囲するインサートモールドを施して、該舟部材(87)を中央部に包含する角筒状のモールド樹脂壁(81)を形成することにより、舟部材(87)とモールド樹脂壁(81)からなる角筒状のボビン(８)を作製する工程、並びに
ボビン(８)の周囲にコイル(７)を巻回すると共に、ボビン(８)の両端部に形成された側方空間(80)(80)へ一対のＣ字状コア片(２)(２)の端部を挿入して、ボビン(８)に一対のＣ字状コア片(２)(２)を組み込む工程。

上記本発明のコイル装置の製造方法においては、樹脂成型によって予め作製した舟部材(87)に対し、直方体状コア片(３)を構成する複数枚の金属板(31)を積層状態で組み付ける。この結果、複数枚の金属板(31)は舟部材(87)によって積層状態で保持される。従って、複数枚の金属板(31)を積層状態に保持するための特別な加工を施す必要はない。
その後、インサートモールドによってモールド樹脂壁(81)を形成することにより、舟部材(87)とモールド樹脂壁(81)からなる一体のボビン(８)が形成されると共に、該ボビン(８)には直方体状コア片(３)が内蔵されることになる。
最後に、ボビン(８)の周囲にコイル(７)を巻回すると共に、ボビン(８)の両端部に形成された側方空間(80)(80)へ一対のＣ字状コア片(２)(２)の端部を挿入して、ボビン(８)に一対のＣ字状コア片(２)(２)を組み込むことにより、直方体状コア片(３)とＣ字状コア片(２)(２)とが連結され、両コア片(３)(２)間には所定の磁気ギャップが形成されて、本発明のコイル装置が完成する。

本発明に係るコイル装置及びその製造方法によれば、従来の如く複数のコア片を磁気ギャップ層を介して互いに接合する作業は不要であり、然も組立工程に際して、直方体状コア片を構成する複数枚の金属板を一体化する特別な加工は不要であるので、工数の削減が図られる。

以下、本発明の実施形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明に係るコイル装置は、図１に示す如く、環状のコア(１)に一対のコイルアセンブリ(５)(５)を装着して構成され、各コイルアセンブリ(５)は、角筒状のボビン(８)と、該ボビン(８)の外周面に巻装されたコイル(７)とから構成されている。コア(１)は、２つのボビン(８)(８)を貫通して環状に伸びている。

２つのコイルアセンブリ(５)(５)を構成する２つのコイル(７)(７)は、１本の導線を巻回して形成されており、両コイル(７)(７)は渡り線(72)を介して互いに繋がっている。そして、両コイル(７)(７)からは、導線の巻き始め端部(71)と巻き終わり端部(73)が引き出されている。
コア(１)は、図２に示す如く、一対のＣ字状コア片(２)(２)と、両Ｃ字状コア片(２)(２)の間に介在する２つの直方体状コア片(３)(３)とから構成されている。

一対のＣ字状コア片(２)(２)の製造においては、図１１(ａ)に示す如く、ケイ素鋼板やアモルファス材料からなる帯板を巻回することによって、環状の巻きコア部材(21)を作製した後、該巻きコア部材(21)を、図中に破線で示す１本の切断線Ａ−Ａに沿って分断することにより、同図(ｂ)に示す如く左右一対のＣ字状分割コア片(２)(２)を得る。
又、直方体状コア片(３)は、図１２に示す如くケイ素鋼板やアモルファス材料からなる矩形の金属板(31)を複数枚積層したものである。

ボビン(８)は、樹脂を一体成型してなる舟部材(87)と、後述の如くインサートモールドによって形成されたモールド樹脂壁(81)とから構成され、全体が角筒状を呈している。
舟部材(87)は、図５(ａ)に示す如く、平板状の底壁(87a)と、該底壁(87a)の両端部に垂直に突設された一対の側壁(87b)(87b)とから構成され、該舟部材(87)には、図５(ｂ)に示す様に、直方体状コア片(３)を構成する複数枚の金属板(31)が組み付けられる。これら複数枚の金属板(31)は積層状態で舟部材(87)により拘持され、容易に分離することはない。従って、後述のインサートモールド時の直方体状コア片(３)の取り扱いは容易である。

図３及び図４に示す如く、ボビン(８)を構成するモールド樹脂壁(81)は、直方体状コア片(３)を拘持した舟部材(87)を包含するインサートモールドによって形成され、舟部材(87)の底壁(87a)及び一対の側壁(87b)(87b)は、ボビン(８)の互いに直交する３つの壁面の一部を形成している。
又、ボビン(８)のモールド樹脂壁(81)の内周面には、直方体状コア片(３)を両側から挟持するリブ(85)(86)が内向きに突設されると共に、モールド樹脂壁(81)の両端部にはそれぞれ鍔部(82)が外向きに突設されている。ここで、リブ(85)(86)の厚さは、図２に示す如くＣ字状コア片(２)と直方体状コア片(３)との間に形成すべきギャップ長Ｇと同じ大きさに形成されている。
図３に示す如く、ボビン(８)の一方の鍔部(81)には、四角形の外形を形成する４つの端面の内、１つの端面に、後述の如くコイルの巻線を係止するための２つの係止溝(83)(84)が凹設されている。

上述のボビン(８)においては、直方体状コア片(３)の両側に、一対の側方空間(80)(80)が形成されることになる。該ボビン(８)の外周面には、図１及び図２の如くコイル(７)が巻装されている。
前記ボビン(８)の一対の側方空間(80)(80)に対し、図２の如く一対のＣ字状コア片(２)(２)の端部が挿入されて、環状のコア(１)が構成される。該コア(１)においては、Ｃ字状コア片(２)の端面と直方体状コア片(３)の端面との間に前記リブ(85)(86)が介在して、コア(１)の磁路中には、４箇所に所定のギャップＧが設けられている。

尚、図２に示す様に、各ボビン(８)の２つの側方空間にはそれぞれ、Ｃ字状コア片(２)の端部を包囲して接着剤(９)が充填され、該接着剤(９)によってＣ字状コア片(２)がボビン(８)に固定されている。
又、接着剤(９)は、直方体状コア片(３)の端面とＣ字状コア片(２)の端面の間に形成された隙間にも充填されており、これによって直方体状コア片(３)とＣ字状コア片(２)とが互いに連結固定されている。

上記コイル装置の組立工程においては、図３に示す如く直方体状コア片(３)を内蔵する一対のボビン(８)(８)を直列の位置関係に配置し、両ボビン(８)(８)の外周面に巻線を施す。巻線工程においては、先ず、一方のボビン(８)の一方の係止溝(83)に導線の巻き始め端部(71)を係止した状態で、該ボビンに一方向へ順次巻線を施した後、折り返して、逆方向に順次巻線を施し、その導線を該ボビンの他方の係止溝(84)に係止する。

続いて、前記係止溝(84)を通過させた渡り線(72)を他方のボビン(８)の一方の係止溝(83)に係止し、その状態で、該ボビンに一方向へ順次巻線を施した後、折り返して、逆方向に順次巻線を施し、その導線を該ボビンの他方の係止溝(84)に係止し、該係止溝から巻き終わり端部(73)を引き出す。

次に、一方のボビン(８)を他方のボビン(８)に対して１８０度回転させて、図１の如く両ボビン(８)(８)を互いに鍔部どうしが接触する並列の位置関係に並べる。これに伴って、一方のコイル(７)から他方のコイル(８)へ伸びる渡り線(72)が円弧状に屈曲して、両ボビン(８)(８)の隣接する係止溝(84)(83)の間に最短距離で張設されることとなる。

両ボビン(８)(８)に対するコイル(７)(７)の巻線工程の後、両ボビン(８)(８)へ一対のＣ字状コア片(２)(２)の先端部を挿入し、両ボビン(８)(８)に一対のＣ字状コア片(２)(２)を固定する。
この際、Ｃ字状コア片(２)の挿入に先立って、ボビン(８)の側方空間に適量の接着剤を充填しておき、該接着剤によってＣ字状コア片(２)の端部をボビン(８)に固定する。ボビン(８)の側方空間に充填されている接着剤は、Ｃ字状コア片(２)の挿入に伴って、側方空間の奥部から開口側へ逆流し、図２に示す如くＣ字状コア片(２)の端部を広い面積で覆うこととなり、この結果、Ｃ字状コア片(２)とボビン(８)は大きな面積で接着され、より大きな接着力を得ることが出来る。
又、ボビン(８)の側方空間に充填された接着剤(９)は、Ｃ字状コア片(２)と直方体状コア片(３)の間の磁気ギャップ部となる領域にも充填され、この結果、Ｃ字状コア片(２)と直方体状コア片(３)とが互いに連結固定される。

この様にして作製されたコイル装置においては、直方体状コア片(３)に余計な外力が加わらないので、所期のインダクタンス特性を得ることが出来る。又、Ｃ字状コア片(２)と直方体状コア片(３)をボビン(８)に組み込むことによって、これらのコア片が一体化されると共に、コア片間に磁気ギャップ部が形成されるので、従来の如く複数のコア片を磁気ギャップ層を介して互いに接合する工程は不要であり、これによって従来よりも組立工程が簡易となる。

又、直方体状コア片(３)とＣ字状コア片(２)とを異なる特性の材料(例えばケイ素鋼板やアモルファス材料等)を用いて作製することが出来るので、複数の材料の組み合わせによる合成特性を得ることが可能である。

図６は、ボビン(８)に複数の直方体状コア片(3a)(3b)(3c)を内蔵した例を示しており、これらの直方体状コア片(3a)(3b)(3c)の間には、所定のギャップＧが設けられている。
該ボビン(８)を構成する舟部材(87)には、図７に示す如く、一対の側壁(87b)(87b)の内面に、複数のリブ(88)(89)が突設されており、該リブ(88)(89)が図６の如く直方体状コア片(3a)(3b)(3c)の間に介在して、前述のギャップＧの長さが規定される。

図８は、ボビン(８)に内蔵されている直方体状コア片(３)が、図３に示す直方体状コア片(３)とは９０度異なる積層方向を有する例を示している。
図９は、磁気ギャップを形成するための他の構造を示しており、舟部材(87)には、一対の側壁(87b)(87b)の内面に、複数の溝(88a)(89a)が凹設されて、該溝に複数枚のスペーサ(90)(90)が嵌まっている。該スペーサ(90)(90)が複数の直方体状コア片の間に介在して、所定のギャップＧが形成される。

図１０に示すボビン(８)は、図１７に示すバンド(６)による締結構造を採用するための構造を表わしており、図１０に示す如く、ボビン(８)の１つの側面に、直方体状コア片(３)の表面を露出させる矩形の開口(8a)が形成されており、これによって直方体状コア片(３)の表面とボビン(８)の内壁との間に隙間(8b)(8b)が形成されている。
該構造によれば、前記隙間(8b)(8b)に締結バンドを挿通させて、該バンドをコア(１)の外周面に巻き付けることによって、Ｃ字状コア片(２)(２)と直方体状コア片(３)(３)との接着剤による一体化構造を補強し、或いは接着剤を用いない締結が実現される。

尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。例えば、舟部材(87)は底壁(87a)の両端部に一対の側壁(87b)(87b)を突設した構造に限らず、断面Ｌ字状に形成する等、直方体状コア片(３)を構成する複数枚の金属板(31)を積層状態で保持出来る、種々の構造を採用することが出来る。

本発明に係るコイル装置の斜視図である。該コイル装置の一部破断平面図である。直方体状コア片を内蔵したボビンの斜視図である。該ボビンの断面図である。舟部材に直方体状コア片を保持せしめる工程を示す斜視図である。複数の直方体状コア片を直列に内蔵したボビンの断面図である。該ボビンを構成する舟部材の斜視図である。直方体状コア片の積層方向が異なるボビンの斜視図である。ボビンの他の構成例を示す斜視図である。ボビンの更に他の構成例を示す斜視図である。Ｃ字状コア片の製造工程を示す平面図である。直方体状コア片の製造工程を示す斜視図である。従来のコイル装置の製造に用いられている巻きコア部材の平面図である。該巻きコア部材を分断する工程を示す図である。一方のＣ字状分割コア片に複数の直方体状コア片を接合する工程を示す図である。コイルアセンブリの装着工程を示す図である。従来のコイル装置の一部破断平面図である。

符号の説明

(１) コア
(２) Ｃ字状コア片
(３) 直方体状コア片
(31) 金属板
(５) コイルアセンブリ
(７) コイル
(８) ボビン
(81) モールド樹脂壁
(87) 舟部材
(80) 側方空間
(９) 接着剤

Claims

角筒状の周壁を有するボビン(８)と、該ボビン(８)の外周面に巻装されたコイル(７)と、該ボビン(８)の内部を貫通して配備された環状のコア(１)とを具え、コア(１)は、一対のＣ字状コア片(２)(２)と、両Ｃ字状コア片(２)(２)の間に介在する少なくとも１つの直方体状コア片(３)とから構成されているコイル装置の製造方法において、
複数枚の金属板(31)を積層して直方体状コア片(３)を構成すると共に、該直方体状コア片(３)を樹脂製の舟部材(87)によって拘持する第１工程と、
直方体状コア片(３)が舟部材(87)によって拘持された状態で、該直方体状コア片(３)を包囲するインサートモールドを施して、該舟部材(87)を中央部に包含する角筒状のモールド樹脂壁(81)を形成することにより、舟部材(87)とモールド樹脂壁(81)からなる角筒状のボビン(８)を作製する第２工程と、
ボビン(８)の周囲にコイル(７)を巻回すると共に、ボビン(８)の両端部に形成された側方空間(80)(80)へ一対のＣ字状コア片(２)(２)の端部を挿入して、ボビン(８)に一対のＣ字状コア片(２)(２)を組み込む第３工程
とを有することを特徴とするコイル装置の製造方法。
前記舟部材(87)は、底壁(87a)と該底壁(87a)の両端部に突設された一対の側壁(87b)(87b)とから構成されている請求項１に記載のコイル装置の製造方法。
前記第２工程では、前記舟部材(87)の底壁(87a)及び一対の側壁(87b)(87b)によって、ボビン(８)の互いに直交する３つの壁面の一部を形成する請求項２に記載のコイル装置の製造方法。
前記第２工程では、ボビン(８)のモールド樹脂壁(81)の内面に、Ｃ字状コア片(２)の端面と直方体状コア片(３)の端面との間に所定のギャップＧを設けるためのリブ(85)(86)を突設する請求項１乃至請求項３の何れかに記載のコイル装置の製造方法。
前記第１工程では、舟部材(87)の内面に、複数の直方体状コア片(３)を互いに所定のギャップ長だけ隔てるためのリブ(88)(89)を突設し、該舟部材(87)によって複数の直方体状コア片(３)を拘持する請求項１乃至請求項４の何れかに記載のコイル装置の製造方法。
前記第１工程では、舟部材(87)の内面に、複数の直方体状コア片(３)を互いに所定のギャップ長だけ隔てるための平板状のスペーサ(90)(90)を取り付け、該舟部材(87)によって複数の直方体状コア片(３)を拘持する請求項１乃至請求項４の何れかに記載のコイル装置の製造方法。