JP6210403B2

JP6210403B2 - 巻線部品

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Publication number: JP6210403B2
Application number: JP2013072422A
Authority: JP
Inventors: 瀧口　敬; 敬瀧口; 純廣中; 宮本　正実; 正実宮本; 友基竹内
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2013-03-29
Filing date: 2013-03-29
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2033-03-29
Also published as: JP2014197600A

Description

本発明は、コアの外周にリッツ線を用いたα巻線のコイルを巻回したチョークコイルやトランスなどとして、電子回路に使用される巻線部品に関するものである。

従来の巻線部品として、電気自動車や大型サーバー等に使用される電源トランスやＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるトランスやチョークコイルなどがある。

一般的に、上記巻線部品を高周波・大電流で使用される場合、渦電流によってコイルを形成する線材に銅損を生じ、これによりフェライトコアの熱暴走や周辺材料の耐熱性に懸念を生じることにより、当該トランスの熱的成立を困難にするおそれが生じる。このため、例えば、コイルを構成する電線にリッツ線を用いて、電気抵抗を軽減して、銅損が生じないようにしている。

ところで、一般の撚り線は、細い電線を数本〜１０数本束ねて絶縁体で覆うことにより形成されている。一方、上記リッツ線は、この細い電線の一本一本に絶縁処理を施した後に、数本〜１０数本束ねて形成される。高い周波数になると電流は、導体の内部を流れずに表面だけを流れようとする性質があるため、電線の一本一本に絶縁する事にことにより、電線の表面積を稼ぎ、電流を流れ易くすることができる。

また、コアの外周に上記リッツ線をα巻線する場合、例えば、Ｅ型コアの円柱状の中脚に、絶縁材料からなるボビンを挿入し、このボビンの筒状の巻線部に、上記リッツ線をα巻きにより巻回してコイルを形成する。また、図５および図６に示すように、ボビン２０は、筒状の巻線部３０の両端部に鍔部４０が形成されているとともに、これら鍔部４０の間に巻線部３０を区画する中間鍔部５０が形成されているものも多用されている。

このボビン２０の中間鍔部５０には、当該中間鍔部５０の外周縁から径方向内方に向けてリッツ線９０のα巻きを開始するための引き渡し開口部７０が形成されている。そして、巻線部３０に当該中間鍔部５０を間に介してコイル６０が巻回されている。

ところが、リッツ線９０を巻線部３０にα巻きした場合、丸線や平角銅線に比べて柔軟性があるとともに、電線の曲がり癖などによって、中間鍔部５０の引き渡し開口部７０において、図５のＡ部および図６（ａ）に示すように、中間鍔部５０を間に介して巻回された各々のコイル６０の一部のリッツ線９０が近接したり、場合によっては接触する可能性がある。

リッツ線９０を構成する各々の素電線は、薄い絶縁材で被覆されているが、被覆の耐電圧を超えるような電圧がコイル６０の両端に加わる場合、引き渡し開口部７０においてリッツ線９０が近接したり、接触していると、上記素電線が絶縁破壊されてしまう。

そこで、従来、図６（ｂ）に示すように、巻線部３０を区画する中間鍔部５０の厚さ寸法を大きくすることにより、中間鍔部５０により区画された各々のコイル６０間の距離を大きくとり、引き渡し開口部７０における各々のコイルのリッツ線９０の近接および接触を防止する方法が提案されていた。また、図６（ｃ）に示すように、引き渡し開口部７０の間口を狭くすることにより、この引き渡し開口部７０における各々のコイルのリッツ線９０の近接および接触を防止する方法も提案されていた。

しかしながら、図６（ｂ）に示す従来の方法においては、中間鍔部５０の厚さ寸法を大きくすると、製品自体が大きくなってしまうという問題がある。また、巻線部品がトランスの場合には、１次コイルと２次コイルの距離が離れるため、結合効率の低下や、銅損の増加にも繋がる。

一方、図６（ｃ）に示す従来の方法においては、上記引き渡し開口部の間口を狭くすると、図６（ｄ）に示すように、上記リッツ線を引き渡す作業がやりにくくなるため、作業性や品質の低下に繋がるという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、大電流に対応するリッツ線を用いた場合でも、巻線作業を容易におこなうことができるとともに、α巻きの開始部でるリッツ線の引き渡し開口部にける近接または接触を防止することが可能な巻線部品を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、筒状の巻線部の軸線方向両端に鍔部が形成されているとともに、これら鍔部の間に上記巻線部を区画する中間鍔部が形成されたボビンと、上記巻線部にリッツ線のα巻きを開始するための引き渡し開口部が外周縁から径方向内方に向けて形成された上記中間鍔部を間に介して巻回されたコイルと、このコイルが巻回された上記ボビンを収納する円筒状のカバー部材と、上記コイルの外周および上記鍔部の端面を囲繞して閉磁路を形成するコアとを備えた巻線部品において、上記引き渡し開口部に、当該引き渡し開口部の間口の略中央から上記径方向内方に向けて挿入されることにより、上記中間鍔部を間に介して上記巻線部に巻回された各々のコイルの巻線間に配置される略台形状の平板部材からなるクサビ部材が設けられ、このクサビ部材の下底に上記コイルの外周を覆う円弧板状の支持部が一体に形成されるとともに、上記カバー部材の外周部に、当該外周部から突出して上記支持部が挿入される円弧状の突出部が形成されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の本発明によれば、中間鍔部に形成された引き渡し開口部には、当該中間鍔部を介して巻線部に巻回された各々のコイルの巻線間に、当該引き渡し開口部の間口の略中央から径方向内方に向けて挿入されたクサビ部材が設けられているため、柔軟性および曲がり癖などがあるリッツ線を用いた場合でも、上記引き渡し開口部において、互いの上記コイルを構成する上記リッツ線の近接や接触を防ぐことができる。これにより、上記コイルに素電線被覆の耐電圧性能を上回る電圧が印加される場合においても、上記中間鍔部を間に介してα巻きされた各々の上記コイルの一部が近接または接触することにより起こる上記リッツ線の絶縁破壊を防ぐことができる。

また、上記クサビ部材を上記引き渡し開口部に配設することにより、当該引き渡し開口部の間口を十分に確保することができるため、上記中間鍔部を間に介して巻線部にα巻きする際に、巻線作業を容易におこなうことができる。この結果、作業効率の向上を図ることができる。

また、上記クサビ部材は、上記コイルが巻回されたボビンを収納する円筒状のカバー部材の突出部により固定される支持部が、当該クサビ部材１０の上記中間鍔部の外周縁側に設けられているため、上記中間鍔部を介して巻回された上記コイルの巻線間に挿入した上記クサビ部材が、上記巻線部品の搬送中や筐体などに取り付ける際の振動などによりズレたり、外れたりすることを防止することができる。

本発明の一実施形態の巻線部品を示し、（ａ）はボビンにクサビ部材を取り付けた後に、カバー部材を組み付ける方法を示す斜視図、（ｂ）はボビンにクサビ部材を取り付けて、このクサビ部材をカバー部材により固定して組み付けた状態を示す斜視図である。本発明の一実施形態の巻線部品を示す斜視図である。クサビ部材とコイルが巻回されたボビンの斜視図である。コイルが巻回されたボビンの概略断面図であり、（ａ）はボビンの巻線部にコイルを巻回した状態、（ｂ）は（ａ）の引き渡し開口部にクサビ部材を取り付けた状態、（ｃ）は（ｂ）にカバー部材を取り付けた状態を示す。従来のボビンにコイルが巻回された状態を示す斜視図である。従来の巻線部品のボビンを示し、（ａ）は通常のボビンを模した断面図、（ｂ）は中間鍔部の肉厚寸法を増大させたボビンを模した断面図、（ｃ）は中間鍔部の間口を狭くしたボビンを模した断面図、（ｄ）は（ｃ）のボビンの巻線部にリッツ線のα巻きの開始状態を模した断面図である。

図１〜図６は、本発明に係る巻線部材の実施形態１を示すもので、この巻線部品１は、円筒状（筒状）の巻線部３の軸線方向両端に鍔部４が形成されているとともに、これら鍔部４の間に巻線部３を区画する中間鍔部５が形成されたボビン２と、巻線部３に中間鍔部５を間に介して巻回されたコイル６と、このコイル６が巻回されたボビン２を収納するカバー部材１３と、このコイル６の外周および鍔部４の端面を囲繞して閉磁路を形成するコア8とを備えて概略構成されている。

ここで、ボビン２は、絶縁性部材、例えば、合成樹脂などにより形成されている。そして、ドーナツ円盤状に形成された鍔部４の間に、巻線部３の上記軸線方向の中央部にドーナツ円板状の中間鍔部５が形成されている。この中間鍔部５には、リッツ線９のα巻きを開始するための引き渡し開口部７が形成されている。この引き渡し開口部７は、中間鍔部５の外周縁から径方向内方に巻線部３の外周に亘り開口されている。

また、ボビン２の巻線部３には、中間鍔部５を間に介して、コイル６が巻回されている。このコイル６は、中間鍔部５の引き渡し開口部７において、リッツ線９をα巻きを開始して、中間鍔部５と各々の鍔部４との間においてコイル６が巻線部３に巻回される。

そして、中間鍔部５の引き渡し開口部７に、当該引き渡し開口部７の間口の略中央から上記径方向内方に向けて挿入されたクサビ部材１０が、中間鍔部５を介して巻線部３に巻回された各々のコイル６の巻線間に配置されている。このクサビ部材１０は、図４（ｂ）に示すように、引き渡し開口部において、引き渡しされているリッツ線９の位置まで配置されている。

このクサビ部材１０は、平面視において略台形状の平板部材により形成されている。この略台形状に形成されたクサビ部材１０は、コイル６の巻線間に挿入する側の上底が直線状に形成されているとともに、引き渡し開口部７の間口の長さ寸法より小さい長さ寸法に形成されている。そして、クサビ部材１０の下底が中間鍔部５と同一の円弧により形成され、かつ台形の脚が上記上底から下底に向かって漸次外方に傾斜して形成されている。

また、クサビ部材１０の上記下底には、板状の支持部１１が当該クサビ部材１０に直交するとともに、当該下底の円弧に沿って一体に形成されている。また、クサビ部材１０の上記下底は、略長方形に形成された支持部１１の短手方向の中央に配置されている。さらに、支持部１１の短手方向の幅寸法は、ボビン２の高さ寸法と同一寸法に形成されている。

そして、カバー部材１３は、有底円筒状に形成されているとともに、底部にコア８の中脚が挿入される開口部が形成されているとともに、このカバー部材１３の高さ寸法は、ボビン２の高さ寸法と同一寸法に形成されている。また、カバー部材１３の外周部には、中間鍔部５の引き渡し開口部７に配設した際に、ボビン２の外周面から突出したクサビ部材１０の支持部１１が挿入される突出部１３ａが形成されている。この突出部１３ａは、支持部１１の高さ寸法、幅寸法、厚さ寸法、そして同一円弧により形成されている。

さらに、カバー部材１３の外周部には、各々のコイル６の端部を引き出すための引出部１３ｂが各々形成されている。この引出部１３ｂは、各々のコイル６の端部を平行にカバー部材１３から引き出すように、各々のコイル６の位置によって、高さを調整して形成されている。

そして、コイル６が巻回されたボビン２がカバー部材１３に収納されるとともに、クサビ部材１０の支持部１１が突出部１３ａに収納されて、当該クサビ部材１０がカバー部材１３によって固定されている。

さらに、各々のコイル６の外周および鍔部４の端面を囲繞して閉磁路を形成するコア８は、一対のＥ型のフェライトコアが用いられている。このＥ型のコア８は、長方形板状の背部と、この背部の長手方向の両端部に各々立設された略板状の外脚と、これら外脚間の中央部に立設された円柱状の中脚により構成されている。

そして、コア８の上記中脚がボビン２およびカバー部材１３の上記開口部に挿入されているとともに、コア８の上記外脚および上記背部により、各々のコイル６の外周および鍔部４の端面が囲繞され、日字状の閉磁路が形成されている。

上記構成からなる巻線部品１を組み立てる際には、まず、ボビン２の巻線部３に、リッツ線９をα巻きして、コイル６を形成する。その際、巻線部３を区画する中間鍔部５に形成された引き渡し開口部７からリッツ線９をα巻きにすることにより、図４（ａ）に示すように、当該中間鍔部５を間に介して、コイル６が巻線部３に巻回される。

そして、図１（ａ）に示すように、中間鍔部５に形成された引き渡し開口部７に、当該引き渡し開口部７の間口の略中央からクサビ部材１０挿入する。この際、図４（ｂ）に示すように、クサビ部材１０は、各々のコイル６の巻線間の引き渡しされているリッツ線９まで挿入されることになる。

次いで、カバー部材１３にボビン２を収納する。これにより、クサビ部材１０の支持部１１が、カバー部材１３の突出部１３ａに収納されて、図４（ｃ）に示すように、当該クサビ部材１０が、当該カバー部材１３により固定される。また、各々のコイル６の端部が、図１（ｂ）に示すように、カバー部材１３の引出部１３ｂから、カバー部材１３の外方に引き出される。

そして、図２に示すように、一対のＥ型のコア８の中脚をボビン２およびカバー部材１３の開口部に挿入する。これにより、コア８の外脚および背部が、コイル６の外周および鍔部４の端面を囲繞して、日字状の閉磁路が形成される。

以上の構成からなる巻線部品１によれば、中間鍔部５に形成された引き渡し開口部７には、当該中間鍔部５を介して巻線部３に巻回された各々のコイル６の巻線間に、当該引き渡し開口部７の間口の略中央から径方向内方に向けて挿入されたクサビ部材１０が設けられているため、柔軟性および曲がり癖などがあるリッツ線９を用いた場合でも、引き渡し開口部７において、互いのコイル６を構成するリッツ線９の近接や接触を防ぐことができる。これにより、コイル６に素電線被覆の耐電圧性能を上回る電圧が印加される場合においても、中間鍔部５を間に介してα巻きされた各々のコイル６の一部が近接または接触することにより起こるリッツ線９の絶縁破壊を防ぐことができる。

また、クサビ部材１０を引き渡し開口部７に配設することにより、当該引き渡し開口部７の間口を十分に確保することができるため、中間鍔部５を間に介して巻線部３にα巻きする際に、巻線作業を容易におこなうことができる。この結果、作業効率の向上を図ることができる。

そして、クサビ部材１０は、カバー部材１３の突出部１３ａによって外周側から固定される支持部１１が、当該クサビ部材１０の中間鍔部５の外周縁側に設けられているため、中間鍔部５を介して巻回されたコイル６の巻線間に挿入したクサビ部材１０が、巻線部品１の搬送中や筐体などに取り付ける際の振動などによりズレたり、外れたりすることを防止することができる。

なお、上記実施形態においては、一対のコア８をＥ型のフェライトコアを用いる場合のみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｅ型とＩ型のフェライトコアを組み合わせても対応可能である。

電子機器などに実装されるコアの外周にコイルを巻回したチョークコイルやトランスなどに利用することができる。

１巻線部品
２ボビン
３巻線部
４鍔部
５中間鍔部
６コイル
７引き渡し開口部
８コア
９リッツ線
１０クサビ部材
１１支持部
１３カバー部材
１３ａ突出部

Claims

筒状の巻線部の軸線方向両端に鍔部が形成されているとともに、これら鍔部の間に上記巻線部を区画する中間鍔部が形成されたボビンと、上記巻線部にリッツ線のα巻きを開始するための引き渡し開口部が外周縁から径方向内方に向けて形成された上記中間鍔部を間に介して巻回されたコイルと、このコイルが巻回された上記ボビンを収納する円筒状のカバー部材と、上記コイルの外周および上記鍔部の端面を囲繞して閉磁路を形成するコアとを備えた巻線部品において、
上記引き渡し開口部に、当該引き渡し開口部の間口の略中央から上記径方向内方に向けて挿入されることにより、上記中間鍔部を間に介して上記巻線部に巻回された各々のコイルの巻線間に配置される略台形状の平板部材からなるクサビ部材が設けられ、このクサビ部材の下底に上記コイルの外周を覆う円弧板状の支持部が一体に形成されるとともに、上記カバー部材の外周部に、当該外周部から突出して上記支持部が挿入される円弧状の突出部が形成されていることを特徴とする巻線部品。