JP5246020B2 - コイル、コイルの製造方法、コイル成形体、及びリアクトル - Google Patents
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Description
[直線部の形成工程]
一対の円柱状ローラを各ローラの軸方向が平行するように配置する。そして、これら両円柱状ローラ間に導体断面が矩形状の線材を挿通する。上記円柱状ローラ間から出てきた断面形状が実質的に変化していない線材を巻線とし、この巻線を直線状に搬送して上記直線部を形成する。
[湾曲部の形成工程]
上記円柱状ローラ間の間隔が両円柱状ローラの一端側から他端側に向かって広くなるように当該両円柱状ローラを配置する。この状態で上記円柱状ローラ間に導体断面が矩形状の線材を挿通する。そして、上記円柱状ローラ間から出てきた、一端側から他端側に向かって厚さが厚くなっている断面台形状の線材を巻線とし、この巻線において厚さが薄い側が曲げの内周側となるようにこの巻線を曲げて上記湾曲部を形成する。
以下、図1〜3を参照して、本発明のコイル、このコイルを製造する本発明コイルの製造方法の実施形態を説明する。
コイル1は、1本の連続する巻線1wを螺旋状に巻回して形成された複数のターンを具える。各ターンは、巻線1wが直線状に配置された直線部11と、この直線部11に繋がり巻線1wが湾曲して配置された湾曲部12とを具える。即ち、コイル1は、図1(II)に示すように、その端面形状が長方形枠状であり、かつ各角部が丸められた形状の角Rコイルである。そして、コイル1の最も特徴とするところは、直線部11の断面形状と、湾曲部12の断面形状とが等しい点にある。以下、より詳しく説明する。
巻線1wは、横断面が長方形状の平角銅線からなる導体(幅7.2mm、厚さ2.4mm)と、導体の外周を覆う絶縁層(ここではエナメル被覆、厚さ50μm)とを具える被覆平角線である。この巻線1wは、後述するように横断面が円形状の丸銅線からなる導体の外周にエナメル被覆を具える被覆丸線に線引き加工を施して形成されたものであり、巻線1w自体の横断面も長方形状である。
コイル1を構成する各ターンは、長方形状の枠をつくるように配置される四つの直線部11と、隣り合う直線部11間を繋ぐ四つの湾曲部12とを具える。四つの直線部11は、対向配置される一対の短辺部11sと、短辺部11sよりも長く、対向配置される一対の長辺部11lとを具える。
上述のように均一的な厚さ及び断面形状を具えるコイル1は、図2,3に示すコイル製造装置50を利用することで製造することができる。まず、コイル製造装置50を説明する。
この装置50は、巻き取られた巻線素材10wを繰り出すサプライ53と、繰り出された巻線素材10wに線引き加工を施して所定の形状の巻線1wに形成するローラダイス部52と、巻線1wを挟むように巻線1wの厚さ方向に対向配置される一対の円柱状ローラ51a,51bを具える揺動ローラ部51と、揺動ローラ部51を通過した巻線1wを螺旋状に巻回してコイルを形成する巻回部54(図3)とを具える。
上記構成を具えるコイル1は、巻線1wの横断面をとったとき、直線部11の断面形状と、湾曲部12の断面形状とが実質的に等しく、長方形状であることから、隣り合うターン間の絶縁距離をコイル1の全体に亘って均一的にすることができる。また、湾曲部の内周側が膨らんだ従来のコイルでは、隣り合うターンにおいて湾曲部の内周側部分間の距離により絶縁距離が設計されていたため、コイルの軸方向の長さが長くなっていたのに対し、コイル1は、隣り合うターンの直線部間の距離により絶縁距離を設定することができることから、従来のコイルよりも軸方向の長さが短く、小型である。
以下、図4を参照して、本発明のコイルを具える本発明リアクトルを説明する。リアクトル2Lは、一対のコイル素子2a,2bを有するコイル2と、各コイル素子2a,2bがそれぞれ挿通配置されるコイル巻回部(図示せず)を有する環状の磁性コア4とを具える。このようなリアクトル2Lは、例えば、車載コンバータの構成部品に利用される。このリアクトル2Lの特徴とするところは、コイル2の形状にある。具体的には、各コイル素子2a,2bはいずれも、実施形態1のコイル1と同様に角部が丸められた長方形枠状の端面形状であり、直線部21の断面形状と、湾曲部22の断面形状が等しく、長方形状である。以下、各構成を詳しく説明する。
コイル2は、1本の連続する巻線2wを螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子2a,2bを有する。各コイル素子2a,2bはそれぞれ、複数のターンを具えており、各ターンは、巻線2wが直線状に配置された直線部21と、この直線部21に繋がり巻線2wが湾曲して配置された湾曲部22とを具える。このような両コイル素子2a,2bは、各軸方向が平行するように横並びに形成されている。
磁性コア4の説明は、後述する図7を適宜参照して行う。磁性コア4は、コイル2が配置される一対の直方体状のコイル巻回部4cと、コイル2が配置されずに露出されている一対の端部コア4eとを有する。離間して並列されたコイル巻回部4cを挟むように、一対の端部コア4eが離間されて配置されて閉ループ状(環状)に形成される。コイル巻回部4cは、鉄や鋼などの鉄を含有する軟磁性材料からなるコア片4mと、アルミナなどの非磁性材料からなるギャップ材4gとを交互に積層して構成され、端部コア4eは、上記軟磁性材料からなるコア片である。各コア片は、軟磁性粉末の圧粉成形体や、複数の電磁鋼板を積層した積層体が利用できる。ギャップ材4gは、インダクタンスの調整のためにコア片4m間に設けられる隙間に配置される板状材である(エアギャップの場合もある)。これらコア片及びギャップ材は、接着剤などで一体に接合される。コア片やギャップ材の個数は、リアクトル2Lが所望のインダクタンスとなるように適宜選択することができる。また、コア片やギャップ材の形状は適宜選択することができる。
(インシュレータ)
コイル2と磁性コア4との間に、絶縁性材料からなるインシュレータ5を設けると、コイル2と磁性コア4との間の絶縁性を高められる。インシュレータ5は、コイル巻回部の外周を覆う筒状ボビン(図示せず)と、コイル2の端面に当接される一対の鍔部5f(図4)とを具えるものが挙げられる。筒状ボビンは、半割れの角筒片同士を係合する構成とすると、コイル巻回部4cの外周を容易に覆うことができる。各鍔部5fは、筒状ボビンの一端側に配置される矩形枠である。上記絶縁性材料には、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂などの絶縁性樹脂が利用できる。
コイル2と磁性コア4との組合体は、そのまま利用してもよいが(図4(I)の状態)、例えば、アルミニウムといった金属製のケース(図示せず)に収納し、更にケース内に図示しない絶縁性樹脂(ポッティング樹脂)を充填した構成とすることができる。
或いは、上記組合体をケースに収納せず、絶縁性樹脂により被覆し、図4(II)に示すように外側樹脂部6を具える構成としてもよい。外側樹脂部6は、絶縁性樹脂を注型成形、トランスファー成形、射出成形などすることで形成することができる。ケースを省略することで、リアクトルを小型にできる。また、磁性コア4の一部やコイル2の一部を外側樹脂部6から露出させた構成とすると、磁性コア4やコイル2の熱を放出し易く、放熱性を高められる。更に、ケースを省略して外側樹脂部6を具える構成とする場合、巻線2wの端部を任意の箇所に引き出し易く、端子部材が接続される箇所の設計の自由度を大きくすることができる。
上記構成を具えるリアクトル2Lは、以下のようにして形成することができる。
上記コイル2は、各コイル素子2a,2bが実施形態1のコイル1と同様に、直線部21の断面形状と、湾曲部22の断面形状とが実質的に等しく(長方形状)、隣り合うターン間の絶縁距離がコイル2の全体に亘って均一的である。そのため、コイル2も、実施形態1のコイル1と同様に従来のコイルよりも軸方向の長さが短く、小型である。このようなコイル2を具えるリアクトル2Lは、磁性コア4のコイル巻回部4cの長さ(コイル素子2a(2b)の軸方向の大きさ)を短くすることができるため、小型である。従って、リアクトル2Lは、小型であることが望まれる車載部品などに好適に利用することができると期待される。
以下、図5〜図7を参照して、本発明のコイル成形体を具える本発明リアクトルを説明する。リアクトル3Lは、コイル2を有するコイル成形体3と、コイル成形体3が配置される環状の磁性コア4とを具える。リアクトル3Lにおいて実施形態2のリアクトル2Lとの主たる相違点は、コイル2が内側樹脂部3cに覆われたコイル成形体3である点にある。以下、この相違点を中心に説明し、その他の点は実施形態2のリアクトル2Lと概ね同じであるため、説明を省略する。
コイル成形体3は、図6(II)に示すように、コイル2の外周を覆う内側樹脂部3cを具える。ここでは、内側樹脂部3cは、コイル2を構成する各コイル素子2a,2bをそれぞれ圧縮した所定の形状に保持している。また、内側樹脂部3cは、図6に示すようにコイル2の外形に概ね沿って覆っており、巻線2wの両端部、及びコイル素子2a,2bのターン形成部分の外周面の一部が内側樹脂部3cの構成樹脂により覆われず露出されている。内側樹脂部3cにおいて両コイル素子2a,2bのターン形成部分を覆う箇所の厚さは、実質的に均一であり、巻返し部2rを覆う箇所は、コイルの軸方向にせり出した形状である。
リアクトル3Lは、更に、コイル成形体3と磁性コア4とを組み合わせてなる組合体30の外周を覆う外側樹脂部6を具える。外側樹脂部6は、組合体30の外形に概ね沿って形成されており、コイル成形体3の内側樹脂部3cから露出された巻線2wの端部を実施形態2のリアクトル2Lと同様に露出させている。内側樹脂部3cの表面、及び上述した内側樹脂部3cから露出されたターン形成部分は、この外側樹脂部6の内面に接触される。
上記構成を具えるリアクトル3Lは、以下のようにして組み立てることができる。
上記コイル成形体3は、実施形態2のコイル2を具えることで小型であり、このようなコイル成形体3を具えるリアクトル3Lも実施形態2のリアクトル2Lと同様に小型である。特に、リアクトル3Lは、ケースを具えていないことで、小型・軽量でありながら、内側樹脂部3c及び外側樹脂部6を具えることで、コイル2や磁性コア4の外部環境からの保護及び機械的保護を図ることができる。かつ、リアクトル3Lは、コイル成形体3を利用することで、組み立ての際、コイル2が伸縮せずコイル2が取り扱い易いことから、製造性に優れる。また、コイル成形体3を利用することで、インシュレータなどを省略できるため、部品点数の削減、及びこれらの部品を配置する工程の削減を図ることができ、この点からもリアクトルの製造性に優れる。
上記実施形態1〜3では、被覆丸線を被覆平角線に加工し、引き続いて螺旋状に巻回する構成を説明した。その他、被覆平角線を別途作製しておき、この被覆平角線を上述のように適宜な配置状態とした揺動ローラ部に挿通させ、引き続いて螺旋状に巻回して、直線部と湾曲部とを具えるコイルを形成してもよい。
上記実施形態1〜3では、被覆丸線を利用する構成を説明した。その他、絶縁被覆を具えていない裸丸線を利用することもできる。この場合、裸丸線をローラダイス部に挿通して線引き加工を施して平角線を形成し、この平角線を上述のように適宜な配置状態とした揺動ローラ部に挿通させ、引き続いて螺旋状に巻回して、直線部と湾曲部とを具える裸線のコイル(エッジワイズコイル)を形成してもよい。或いは、上記変形例2と同様に裸の平角線を用意し、上述のようにして裸線のコイルを形成してもよい。そして、得られた裸線のコイルにおいて、隣り合うターン間の隙間に絶縁性樹脂や絶縁紙といった絶縁材料を介在して、隣り合うターン間の絶縁を確保することができる。隣り合うターン間の間隔や絶縁材料の種類などは、所望の絶縁特性が確保できるように適宜選択することができる。
3 コイル成形体 3c 内側樹脂部 3h 中空孔
2L,3L リアクトル
4 磁性コア 4c コイル巻回部 4e 端部コア 4m コア片
4g ギャップ材 5 インシュレータ 5f 鍔部 6 外側樹脂部
10 コイルの中間体 10w 巻線素材 11,21 直線部 11s 短辺部
11l 長辺部 12,22 湾曲部 30 組合体
50 コイル製造装置 51 揺動ローラ部 51a,51b 円柱状ローラ
52 ローラダイス部 52a,52b 縦方向ローラダイス
52c,52d 横方向ローラダイス 53 サプライ 54 巻回部 54a 丸棒芯部
54b 曲げ部
100 角Rコイル 100w 巻線 110 直線部 120 湾曲部
Claims (10)
- 導体断面が矩形状である巻線を螺旋状に巻回して形成された複数のターンを具えるコイルであって、
前記各ターンは、前記巻線が直線状に配置された直線部と、この直線部に繋がり前記巻線が湾曲して配置された湾曲部とを具え、
前記各ターンを構成する前記直線部の厚さが実質的に同じであり、
前記各ターンを構成する前記直線部及び前記湾曲部においてそれぞれ前記巻線の横断面をとったとき、前記直線部の断面形状と、前記湾曲部の断面形状とが実質的に同じであり、
前記直線部の断面積に対する、前記直線部の断面積と前記湾曲部の断面積との差の割合が3%以下であることを特徴とするコイル。 - 前記巻線の導体は、平角線から構成されており、
前記コイルは、前記巻線をエッジワイズ巻きにして形成されたエッジワイズコイルであることを特徴とする請求項1に記載のコイル。 - 前記コイルの全体に亘って、隣り合うターン間に絶縁材料が均一に介在することを特徴とする請求項1又は2に記載のコイル。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のコイルと、
前記コイルの形状を保持する内側樹脂部とを具えることを特徴とするコイル成形体。 - 隣り合うターン間に前記内側樹脂部の構成樹脂が介在することを特徴とする請求項4に記載のコイル成形体。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のコイルと、
前記コイルが配置される環状の磁性コアとを具えることを特徴とするリアクトル。 - 請求項4又は5に記載のコイル成形体と、
前記コイル成形体が配置される環状の磁性コアとを具えることを特徴とするリアクトル。 - 導体断面が矩形状である巻線を螺旋状に巻回して、前記巻線が直線状に配置された直線部と、この直線部に繋がり前記巻線が湾曲して配置された湾曲部とを具えるコイルを製造するコイルの製造方法であって、
一対の円柱状ローラを各ローラの軸方向が平行するように配置し、これら両円柱状ローラ間に導体断面が矩形状の線材を挿通し、前記円柱状ローラ間から出てきた断面形状が実質的に変化していない線材を巻線とし、この巻線を直線状に搬送して前記直線部を形成する工程と、
前記円柱状ローラ間の間隔が両円柱状ローラの一端側から他端側に向かって広くなるように前記両円柱状ローラを配置し、この状態で前記円柱状ローラ間に導体断面が矩形状の線材を挿通し、前記円柱状ローラ間から出てきた、一端側から他端側に向かって厚さが厚くなっている断面台形状の線材を巻線とし、この巻線において厚さが薄い側が曲げの内周側となるように当該巻線を曲げて前記湾曲部を形成する工程とを具えることを特徴とするコイルの製造方法。 - 前記矩形状の線材の導体は、平角線であることを特徴とする請求項8に記載のコイルの製造方法。
- 更に、導体断面が円形状の丸線材に線引き加工を施して、断面が矩形状の線材を形成する工程を具え、この矩形状の線材の形成に続いて前記円柱状ローラ間に当該矩形状の線材を挿通することを特徴とする請求項8又は9に記載のコイルの製造方法。
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