JP5197220B2 - リアクトルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置等に用いられるリアクトルの製造方法に関する。
導体線を螺旋状に巻回してなるとともに通電により磁束を発生するコイルと、該コイルの内側及び外周に配され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコアとを有するリアクトルが知られている（例えば、特許文献１参照）。
かかるリアクトルを作製するに当たっては、まず、導体線を同心円状の螺旋を描くよう巻回してコイルを形成する。
次いで、このコイルをケースの内側に収容して、それに磁性粉末混合樹脂を充填する。
次いで、この磁性粉末混合樹脂を固化させてコアを形成することにより、コアの内部にコイルを埋設してなるリアクトルが作製される。
次いで、このコイルをケースの内側に収容して、それに磁性粉末混合樹脂を充填する。
次いで、この磁性粉末混合樹脂を固化させてコアを形成することにより、コアの内部にコイルを埋設してなるリアクトルが作製される。
ところが、上記従来のリアクトルにおいては、以下のような問題点がある。すなわち、導体線は例えば銅からなるため、コイルへの通電により発熱してコイルが熱膨張する。そして、コイルが熱膨張してその周囲を覆っているコアを押圧することにより、コアに対して過大な応力が作用することとなる。
そしてそのため、コアが破損して亀裂が生じる場合があり、この亀裂が磁束を分断してしまうおそれがある。
その結果、リアクトル内において十分な磁束が形成されず、所望のインダクタンスを得ることが困難となるおそれがある。
そしてそのため、コアが破損して亀裂が生じる場合があり、この亀裂が磁束を分断してしまうおそれがある。
その結果、リアクトル内において十分な磁束が形成されず、所望のインダクタンスを得ることが困難となるおそれがある。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、コアの破損を抑制することができるリアクトルの製造方法を提供しようとするものである。
本発明は、導体線を巻回してなるとともに通電により磁束を発生するコイルと、該コイルの内側及び外周に配され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコアとを有するリアクトルの製造方法であって、
上記コイルは、平角状の上記導体線を、巻回前の直線状の上記導体線における軸方向に直交する断面の幅方向が上記コイルの径方向となるようにして巻回するエッジワイズ加工により形成してなり、
上記コイルの内側及び外周に上記コアを形成する前に、上記コイルに焼きなましを施し、
該焼きなましは、電気的絶縁性を有する液体状の絶縁皮膜を上記コイルに塗布した後、上記絶縁皮膜の熱硬化と同時に施すことを特徴とするリアクトルの製造方法にある（請求項１）。
上記コイルは、平角状の上記導体線を、巻回前の直線状の上記導体線における軸方向に直交する断面の幅方向が上記コイルの径方向となるようにして巻回するエッジワイズ加工により形成してなり、
上記コイルの内側及び外周に上記コアを形成する前に、上記コイルに焼きなましを施し、
該焼きなましは、電気的絶縁性を有する液体状の絶縁皮膜を上記コイルに塗布した後、上記絶縁皮膜の熱硬化と同時に施すことを特徴とするリアクトルの製造方法にある（請求項１）。
本発明においては、上記コイルの内側及び外周に上記コアを形成する前に、積極的に上記コイルに焼きなましを施す。このため、リアクトルにおいて、コア内部に作用する応力を低減することができる。
すなわち、従来は導体線を巻回して形成したコイルを焼きなましすることなくそのまま磁性粉末混合樹脂中に埋設していたが、それに起因する不具合はなんら見いだされていなかった。むしろ加工硬化して強度特性が向上した状態のコイルはリアクトルの構造上好ましいと考えられていた。ところが、通電による発熱によってコイルが熱膨張した場合、上記のように加工硬化したコイルがその周囲を覆っているコアを押圧することにより、コアが破損して亀裂が生じるという問題があった。
すなわち、従来は導体線を巻回して形成したコイルを焼きなましすることなくそのまま磁性粉末混合樹脂中に埋設していたが、それに起因する不具合はなんら見いだされていなかった。むしろ加工硬化して強度特性が向上した状態のコイルはリアクトルの構造上好ましいと考えられていた。ところが、通電による発熱によってコイルが熱膨張した場合、上記のように加工硬化したコイルがその周囲を覆っているコアを押圧することにより、コアが破損して亀裂が生じるという問題があった。
これに対して、本願の発明者らは、コイルの内側及び外周にコアを形成する前に、積極的にコイルに焼きなましを施すことにより、導体線の材料特性を大幅に変化させることなく前述した問題を解決できることを見いだした。
すなわち、本発明のようにコイルに焼きなましを施すことで、コイルを成形する際に加工硬化によって高くなっていた導体線の弾性率を低減することができるとともに導体線の耐力をも低減することができる。そしてこれにより、コイルが熱膨張しても、コイルからコアへ作用する応力を十分に低減することができる。
その結果、リアクトルにおいてコアの破損を抑制することができる。
すなわち、本発明のようにコイルに焼きなましを施すことで、コイルを成形する際に加工硬化によって高くなっていた導体線の弾性率を低減することができるとともに導体線の耐力をも低減することができる。そしてこれにより、コイルが熱膨張しても、コイルからコアへ作用する応力を十分に低減することができる。
その結果、リアクトルにおいてコアの破損を抑制することができる。
以上のとおり、本発明によれば、コアの破損を抑制することができるリアクトルの製造方法を提供することができる。
本発明（請求項１）において、リアクトルは、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置に用いられる。
また、上記磁性粉末混合樹脂として、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂に磁性粉末を混合してなるものを用いることができる。該磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等がある。
また、上記磁性粉末混合樹脂として、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂に磁性粉末を混合してなるものを用いることができる。該磁性粉末としては、例えば、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等がある。
上記焼きなましは、電気的絶縁性を有する液体状の絶縁皮膜を上記コイルに塗布した後、上記絶縁皮膜の熱硬化と同時に施す。
これにより、コア内部への応力を低減することができるとともに、リアクトルの製造工程における工数を低減することができる。すなわち、本発明によれば、例えば、液状の絶縁皮膜にコイルを浸漬させた後、その絶縁皮膜を熱硬化させるとともにコイルに焼きなましを行う。このため、絶縁皮膜の熱硬化とコイルの焼きなましとを別個に行う必要がなく、リアクトルの製造工程における工数を低減することができる。
これにより、コア内部への応力を低減することができるとともに、リアクトルの製造工程における工数を低減することができる。すなわち、本発明によれば、例えば、液状の絶縁皮膜にコイルを浸漬させた後、その絶縁皮膜を熱硬化させるとともにコイルに焼きなましを行う。このため、絶縁皮膜の熱硬化とコイルの焼きなましとを別個に行う必要がなく、リアクトルの製造工程における工数を低減することができる。
また、上記導体線は、銅又はアルミニウムからなることが好ましい（請求項２）。
この場合には、コアの破損を効果的に抑制することができる。すなわち、導体線が銅又はアルミニウムからなる場合には、銅又はアルミニウムにおける発熱に起因する熱膨張が顕著に生じる。そこで、導体線が銅又はアルミニウムからなるリアクトルに対して本発明を適用することで、コイルからコアへ作用する応力を十分に低減することができる。
この場合には、コアの破損を効果的に抑制することができる。すなわち、導体線が銅又はアルミニウムからなる場合には、銅又はアルミニウムにおける発熱に起因する熱膨張が顕著に生じる。そこで、導体線が銅又はアルミニウムからなるリアクトルに対して本発明を適用することで、コイルからコアへ作用する応力を十分に低減することができる。
上記コイルは、平角状の上記導体線をエッジワイズ加工してなる。
これにより、本発明の作用効果をより効果的に発揮することができる。すなわち、コイルをエッジワイズ加工により形成した場合には、導体線におけるコイルの径方向の外側部分が局所的に加工硬化する。そのため、導体線をエッジワイズ加工してなるコイルに焼きなましを施すことにより、上記のように導体線における硬化しやすい部分の弾性率及び耐力を低減することができ、本発明の作用効果をより効果的に発揮することができる。
これにより、本発明の作用効果をより効果的に発揮することができる。すなわち、コイルをエッジワイズ加工により形成した場合には、導体線におけるコイルの径方向の外側部分が局所的に加工硬化する。そのため、導体線をエッジワイズ加工してなるコイルに焼きなましを施すことにより、上記のように導体線における硬化しやすい部分の弾性率及び耐力を低減することができ、本発明の作用効果をより効果的に発揮することができる。
（実施例１）
本発明のリアクトルの製造方法に係る実施例について、図１〜図３とともに説明する。
本例は、図１、図２に示すように、平角状の導体線１１０を巻回してなるとともに通電により磁束を発生するコイル１１と、コイル１１の内側及び外周に配され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコア１２とを有するリアクトル１の製造方法に関する。
そして、コイル１１の内側及び外周にコア１２を形成する前に、コイル１１に焼きなましを施す。
本発明のリアクトルの製造方法に係る実施例について、図１〜図３とともに説明する。
本例は、図１、図２に示すように、平角状の導体線１１０を巻回してなるとともに通電により磁束を発生するコイル１１と、コイル１１の内側及び外周に配され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコア１２とを有するリアクトル１の製造方法に関する。
そして、コイル１１の内側及び外周にコア１２を形成する前に、コイル１１に焼きなましを施す。
本例の製造方法によって作製されるリアクトル１について、以下に詳細に説明する。
リアクトル１は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置等に配設して入力電圧の昇圧に用いることができる。
リアクトル１は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等の電力変換装置等に配設して入力電圧の昇圧に用いることができる。
また、リアクトル１は、前述したコイル１１及びコア１２のほか、コイル１１及びコア１２を内側に収容するケース１３を有する。
このケース１３として、例えば、放熱性に優れたアルミニウムからなるものを用いることができる。
このケース１３として、例えば、放熱性に優れたアルミニウムからなるものを用いることができる。
ケース１３は、円盤状の底面１３１と、その端縁から一方に向かって立設された筒状の側面１３２とを有する。
また、ケース１３には、その底面１３１のほぼ中央からケース１３の開口部１３３に向かって突出した放熱柱１３４が形成されている。この放熱柱１３４を介してコイル１１の内側の熱を外部へと放出することができる。
また、ケース１３には、その底面１３１のほぼ中央からケース１３の開口部１３３に向かって突出した放熱柱１３４が形成されている。この放熱柱１３４を介してコイル１１の内側の熱を外部へと放出することができる。
コイル１１を構成する導体線１１０は、銅からなる。
また、コイル１１は、図１、図２に示すような平角状の導体線からなるとともに、放熱柱１３４の周囲を取り囲むようにして配設してある。
また、コイル１１は、図１、図２に示すような平角状の導体線からなるとともに、放熱柱１３４の周囲を取り囲むようにして配設してある。
また、コア１２を構成する磁性粉末混合樹脂として、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂等の樹脂に、フェライト粉末、鉄粉、珪素合金鉄粉等の磁性粉末を混入したものを用いることができる。
なお、コア１２は、弾性率が例えば１〜３５ＧＰａのものを用いることができる。
なお、コア１２は、弾性率が例えば１〜３５ＧＰａのものを用いることができる。
以下に、本発明のリアクトル１の製造方法の一例について説明する。
リアクトル１を製造するに当たっては、まず、一本の平角状の導体線１１０をエッジワイズ加工により、図３（ａ）に示すように、同心円状の螺旋を描くように巻回して、図３（ｂ）に示すようなコイル１１を形成する。具体的には、巻回する前の直線状の導体線１１０における軸方向に直交する断面の幅方向が上記コイル１１の径方向となるようにして、図２に示すように導体線１１０を巻回してコイル１１を形成する。
このとき、コイル１１には焼きなましは行われてない。
そして、焼きなまし前のコイル１１の弾性率は例えば１００〜１３０ＧＰａ、耐力は例えば２５０〜５００ＭＰａである。
リアクトル１を製造するに当たっては、まず、一本の平角状の導体線１１０をエッジワイズ加工により、図３（ａ）に示すように、同心円状の螺旋を描くように巻回して、図３（ｂ）に示すようなコイル１１を形成する。具体的には、巻回する前の直線状の導体線１１０における軸方向に直交する断面の幅方向が上記コイル１１の径方向となるようにして、図２に示すように導体線１１０を巻回してコイル１１を形成する。
このとき、コイル１１には焼きなましは行われてない。
そして、焼きなまし前のコイル１１の弾性率は例えば１００〜１３０ＧＰａ、耐力は例えば２５０〜５００ＭＰａである。
次いで、電気的絶縁性を有する液体状の絶縁皮膜１１１にコイル１１を浸漬させる。かかる絶縁皮膜１１１は、例えばポリアミドイミド樹脂からなる。また、絶縁皮膜１１１は、粘度が例えば２０Ｐａ・ｓ以下のものを用いることにより、図３（ｂ）に示すように、コイル１１に絶縁皮膜１１１を十分に塗布することができる。
次いで、絶縁皮膜１１１を熱硬化させると同時にコイル１１に焼きなましを施す。
かかる絶縁皮膜１１１の熱硬化及びコイル１１の焼きなましは、例えば２５０〜３２０℃に加熱された硬化炉に３０分〜１時間程度放置することにより行う。
そして、焼きなまし後の導体線１１０の弾性率は、例えば８０〜１００ＧＰａ、導体線１００の耐力は、例えば５０〜１００ＭＰａである。
かかる絶縁皮膜１１１の熱硬化及びコイル１１の焼きなましは、例えば２５０〜３２０℃に加熱された硬化炉に３０分〜１時間程度放置することにより行う。
そして、焼きなまし後の導体線１１０の弾性率は、例えば８０〜１００ＧＰａ、導体線１００の耐力は、例えば５０〜１００ＭＰａである。
次いで、焼きなましを施した後のコイル１１を、図１、図２に示すように、ケース１３の放熱柱１３４を取り囲むようにしてスペーサー（図示略）などを介してケース１３内に配置する。
次いで、図３（ｃ）に示すように、コイル１１を埋没させるように、磁性粉末混合樹脂１２０をケース１３内に充填する。
次いで、この磁性粉末混合樹脂を固化してコア１２を形成することにより、コア１２にコイル１１を埋設してなるリアクトル１を作製することができる。
なお、上述した本例の製造方法はあくまで一例であって、本発明は本例の手順に限られるものではない。
次いで、この磁性粉末混合樹脂を固化してコア１２を形成することにより、コア１２にコイル１１を埋設してなるリアクトル１を作製することができる。
なお、上述した本例の製造方法はあくまで一例であって、本発明は本例の手順に限られるものではない。
以下に、本発明の作用効果について説明する。
本発明においては、コイル１１の内側及び外周にコア１２を形成する前に、積極的にコイル１１に焼きなましを施す。このため、リアクトル１において、コア１２内部に作用する応力を低減することができる。
本発明においては、コイル１１の内側及び外周にコア１２を形成する前に、積極的にコイル１１に焼きなましを施す。このため、リアクトル１において、コア１２内部に作用する応力を低減することができる。
すなわち、本願の発明者らは、コイル１１の内側及び外周にコア１２を形成する前に、積極的にコイル１１に焼きなましを施すことにより、導体線の材料特性を大幅に変化させることなくコア１２の破損を抑制することができることを見いだした。
つまり、本発明のようにコイル１１に焼きなましを施すことで、導体線１１０の弾性率を低減することができるとともに導体線１１０の耐力をも低減することができる。そしてこれにより、コイル１１が熱膨張しても、コイル１１からコア１２へ作用する応力を十分に低減することができる。
その結果、リアクトル１においてコア１２の破損を抑制することができる。
つまり、本発明のようにコイル１１に焼きなましを施すことで、導体線１１０の弾性率を低減することができるとともに導体線１１０の耐力をも低減することができる。そしてこれにより、コイル１１が熱膨張しても、コイル１１からコア１２へ作用する応力を十分に低減することができる。
その結果、リアクトル１においてコア１２の破損を抑制することができる。
焼きなましは、電気的絶縁性を有する液体状の絶縁皮膜１１１をコイル１１に塗布した後、絶縁皮膜１１１の熱硬化と同時に施すため、コア１２内部への応力を低減することができるとともに、リアクトル１の製造工程における工数を低減することができる。すなわち、本発明によれば、例えば、液状の絶縁皮膜１１１にコイル１１を浸漬させた後、その絶縁皮膜１１１を熱硬化させるとともにコイル１１に焼きなましを行う。このため、絶縁皮膜１１１の熱硬化とコイル１１の焼きなましとを別個に行う必要がなく、リアクトル１の製造工程における工数を低減することができる。
また、導体線１１０は、銅からなるため、コア１２の破損を効果的に抑制することができる。すなわち、導体線１１０が銅からなる場合には、発熱に起因して銅の熱膨張が顕著となる。そこで、導体線１１０が銅からなるリアクトル１に対して本発明を適用することで、コア１２内部への応力を十分に低減することができる。
コイル１１は、平角状の導体線１１０をエッジワイズ加工してなるため、本発明の作用効果をより効果的に発揮することができる。すなわち、コイル１１をエッジワイズ加工により形成した場合には、導体線１１０におけるコイル１１の径方向の外側部分（図３（ａ）における符号１１２参照）が局所的に硬化する。そのため、導体線１１０をエッジワイズ加工してなるコイル１１に焼きなましを施すことにより上記のように導体線１１０における硬化しやすい部分の弾性率及び耐力を低減することで、本発明の作用効果をより効果的に発揮することができる。
以上のとおり、コアの破損を抑制することができるリアクトルの製造方法を提供することができる。
（実施例２）
本例は、図４、図５に示すように、本発明を適用したリアクトル（以下、本発明品という。）及び従来のリアクトル（以下、従来品という。）のそれぞれにおいて、コイル１１を構成する導体線１１０にひずみを与えた場合にコア１２に作用する応力値を調べた例である。
本例は、図４、図５に示すように、本発明を適用したリアクトル（以下、本発明品という。）及び従来のリアクトル（以下、従来品という。）のそれぞれにおいて、コイル１１を構成する導体線１１０にひずみを与えた場合にコア１２に作用する応力値を調べた例である。
本発明品においては、導体線１１０を巻回してコイル１１を形成した後、これに焼きなましを施してある。具体的には、コイル１１を形成した後、コイル１１を３００℃に加熱した硬化炉に１時間放置することにより焼きなましを施した。
一方、従来品においては、コイル１１に焼きなましは施していない。
一方、従来品においては、コイル１１に焼きなましは施していない。
そして、本発明品及び従来品に通電をしてコイル１１を発熱させる。これによりコイル１１を熱膨張させて、本発明品及び従来品のそれぞれにおける、コア１２に作用する応力値及び導体線１１０の耐力を測定した。
なお、本例において使用した符号は、図１において使用した符号に準ずる。
なお、本例において使用した符号は、図１において使用した符号に準ずる。
測定結果を図４、図５に示す。
図４からわかるように、コイル１１に焼きなましを施した本発明品においては、導体線１１０のひずみが５０００（με）であっても、コイル１１の内部に発生する応力は１６０ＭＰａと十分に小さい。
また、本発明品においては、導体線１１０の耐力は、６０ＭＰａと十分に小さくすることができる。
また、本発明品における、導体線１１０の弾性率は９０ＧＰａである。
図４からわかるように、コイル１１に焼きなましを施した本発明品においては、導体線１１０のひずみが５０００（με）であっても、コイル１１の内部に発生する応力は１６０ＭＰａと十分に小さい。
また、本発明品においては、導体線１１０の耐力は、６０ＭＰａと十分に小さくすることができる。
また、本発明品における、導体線１１０の弾性率は９０ＧＰａである。
また、図５からわかるように、コイル１１に焼きなましを施していない従来品においては、導体線１１０のひずみが５０００（με）であるときは、コイル１１の内部に発生する応力は３６０ＭＰａと大きい。
また、従来品においては、導体線１１０の耐力についても、２８０ＭＰａと大きいことがわかる。
なお、従来品における、導体線１１０の弾性率は１２０ＧＰａである。
また、従来品においては、導体線１１０の耐力についても、２８０ＭＰａと大きいことがわかる。
なお、従来品における、導体線１１０の弾性率は１２０ＧＰａである。
以上からわかるように、本発明品のようにコイルに焼きなましを施した場合には、コアに作用する応力及び導体線の耐力を十分に小さくすることができる。
１ リアクトル
１１ コイル
１１０ 導体線
１２ コア
１１ コイル
１１０ 導体線
１２ コア
Claims (2)
- 導体線を巻回してなるとともに通電により磁束を発生するコイルと、該コイルの内側及び外周に配され磁性粉末を混入させてなる磁性粉末混合樹脂からなるコアとを有するリアクトルの製造方法であって、
上記コイルは、平角状の上記導体線を、巻回前の直線状の上記導体線における軸方向に直交する断面の幅方向が上記コイルの径方向となるようにして巻回するエッジワイズ加工により形成してなり、
上記コイルの内側及び外周に上記コアを形成する前に、上記コイルに焼きなましを施し、
該焼きなましは、電気的絶縁性を有する液体状の絶縁皮膜を上記コイルに塗布した後、上記絶縁皮膜の熱硬化と同時に施すことを特徴とするリアクトルの製造方法。 - 請求項１において、上記導体線は、銅又はアルミニウムからなることを特徴とするリアクトルの製造方法。
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