JP6343142B2 - 電子部品付きコイル - Google Patents

Description

本発明は、サーミスタなどの電子部品の取付構造に改良を施した電子部品付きコイルに関する。

車載用の昇圧回路に用いられるリアクトルとして、コアの周囲に配置した樹脂製のボビンにコイルを巻回した後、これらを金属製のケースに収納し、ケース内に充填材を流し込んで固めたものが多く用いられる。

この種のリアクトルの１つに、複数の分割コアを組み合わせることで、環状のコアを形成し、その左右の脚部にコイルを巻回したものがある。各分割コアは樹脂内部に埋設され、樹脂の部分がコアのカバーや、コイルのボビンになっている。コアの周囲に樹脂を配置するには、一般には、モールド成型法が採用されている。

この種のリアクトルでは、高電流を流し続けるとコイルが過熱して電気特性が低下し、また材料の耐熱温度を越えたり、信頼性の劣化が進んだりするため、サーミスタなどの温度センサにより内部温度を測定して、コイルが一定温度以上に発熱しないように通電制御がなされる。

リアクトルにセンサを配置する場合、正確な温度検出を行うには、発熱体となるコイルやコアに近接してセンサを配置することが必要である。そのため、従来から特許文献１や特許文献２のように、コイルの近傍に配置したセンサをコイルやそのボビンなどに対して接着したり、センサの周囲に充填材を注入して固定する構成が採用されていた。この従来技術によれば、コイルの近傍にセンサを配置できることから、温度の検出精度が優れる利点があった。

特開２０１０−２０３９９８号公報 特開２０１２−２４３９１３号公報

前記のような従来技術では、コイル近傍でセンサを位置決め状態に保持しておき、別途用意した接着剤や充填材による固定作業が必要となることから、作業工数が多くなる欠点があった。また、充填材にセンサの保持及び熱伝搬を依存するため、センサ位置のバラツキ、充填材の付き具合による熱応答の性能差が生まれる問題があった。

その上、センサを固定するためだけに充填材を注入することは作業性や使用量の制約から不適当であることから、ケースとリアクトルとの隙間を充填材で埋めるタイプの製品以外での適用は難しく、その種の製品において、センサの位置が律則となり、充填速度の制限が生じたりしたり、センサを固定できる位置まで充填材液面を高くする必要から充填材の使用量が増大するなどの問題もあった。

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本発明は、接着剤の塗布や充填材の注入作業の必要がなく、簡単な作業で、コイル近傍に温度センサなどの電子部品を確実に固定することのできる電子部品付きコイルを提供することを目的とする。

本発明の電子部品付きコイルは、自己融着層を形成したコイル本体の表面に電子部品が配置され、この電子部品が、コイル本体表面の自己融着層を構成する樹脂によって固定されている電子部品付きコイルであって、前記コイル本体に対して組み合わされた樹脂成型品を備え、コイル本体の端面とその対向面の前記樹脂成型品との間に前記電子部品が配置されていることを特徴とする。

本発明において、樹脂成型品における電子部品の配置箇所には、電子部品を装着する凹部が形成されていることが好ましい。樹脂成型品がコイル本体の内部に挿入されたものであり、樹脂成型品の外周とコイル内周の間に電子部品が配置されていることも本発明の一態様である。

本発明によれば、接着剤や充填材を別途用意する必要がないので、コイル本体に対して電子部品を簡単に固定することができる。自己融着層を使用してコイルの線材を一体化する作業と同時に、コイル本体と電子部品を固定すれば、更に、コイルの全体の製造工数も低減できる。

本発明によれば、充填材を使用しないタイプのリアクトルでも、電子部品の取付が簡単且つ確実に行えると共に、コイル本体の表面に電子部品を接近して固定できるため、電子部品の高い応答性が期待でき、また、電子部品の取付位置の自由度も高くなる。

第１実施形態の電子部品付きコイルの斜視図で、（ａ）は樹脂成型品の形状、（ｂ）は樹脂成型品とコイルとの組み合わせ途中の状態、（ｃ）は完成状態を示す。 第２実施形態の電子部品付きコイルの斜視図で、（ａ）は樹脂成型品の形状、（ｂ）は樹脂成型品とコイルとの組み合わせ途中の状態、（ｃ）は完成状態を示す。 第３実施形態の電子部品付きコイルの斜視図で、（ａ）は樹脂成型品の形状、（ｂ）は樹脂成型品とコイルとの組み合わせ途中の状態、（ｃ）は完成状態を示す。 第４実施形態の電子部品付きコイルの斜視図で、（ａ）は樹脂成型品の形状、（ｂ）は樹脂成型品とコイルとの組み合わせ途中の状態、（ｃ）は完成状態を示す。 第５実施形態の電子部品付きコイルの斜視図で、（ａ）は樹脂成型品の形状、（ｂ）は樹脂成型品とコイルとの組み合わせ途中の状態、（ｃ）は完成状態を示す。 本発明の他の実施形態を示す図で、（ａ）〜（ｃ）は斜視図、（ｄ）は断面図である。

１．第１実施形態
以下、本発明の第１実施形態を図１に従って具体的に説明する。

（１）構成
本実施形態の電子部品付きコイルは、コイル本体１とそれに組み合わされる樹脂成型品２、及びコイル本体１の表面に固定される電子部品である温度センサ３（以下、センサという）とから構成されている。

本実施形態のコイル本体１は、環状のコアを有するリアクトルの左右の脚部に装着されるように、２つの巻回部１ａ，１ｂを有する。２つの巻回部１ａ，１ｂは、その一方の端部に形成された接続部１ｃにより接続されている。

コイル本体１としては、線材の表面に半硬化状態の熱硬化性樹脂などの自己融着層を形成した「自己融着型コイル」を使用する。「自己融着コイル」とは、他に接着剤やモールド樹脂を必要とすることなく、線材を加熱することで線材自体の表面に形成された樹脂を溶融し、隣接する線材と接着させることで、線材が一体化されたものである。自己融着層を形成する樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂の一部をフェノール樹脂に変成した樹脂等が使用できるが、本実施形態では、エポキシ樹脂系の主剤と硬化剤とからなる融着皮膜が半硬化の状態となっているものを使用する。

線材は特に限定されるものではないが、本実施形態では、平角線から成るエッジワイズコイルを使用する。エッジワイズコイルは、平角線の短辺を内径面として縦に巻いたコイルで、丸線を巻回したコイルに比較して、断面が角のため巻線断面積が大きく占積率が高い。また、丸線のように多層に巻回することがなく、１層でよいため巻線の内外温度差が小さく、放熱性能に優れ温度上昇が少ない。このような利点から、高効率リアクトル用のコイルとして適している。

このような自己融着型エッジワイズコイルは、平角線を巻回したコイルを含浸や樹脂モールドして一体化していた従来技術に比較して、自己融着層を有する平角線を用いることで、含浸時の工程の複雑さや、金型成型時に線材の被覆が傷つく恐れを排除することができる。

樹脂成型品２は、その内部に環状コアのヨーク部を埋設した被覆部２ｃと、この被覆部２ｃと一対に形成された左右のボビン２ａ，２ｂとを有する。左右のボビン２ａ，２ｂは筒状をなし、その内部に環状コアの脚部を構成するブロック状のコアが挿入される。樹脂成型品２は、同様にヨーク部及左右の脚部を有する図示しない第２の樹脂成型品と環状に組み合わされ、そのボビン２ａ，２ｂの外周にコイル本体１の巻回部１ａ，１ｂが装着され、リアクトルを構成する。

樹脂成型品２の巻回部１ａ，１ｂの端面との対向部分には、端面板２ｄが巻回部１ａ，１ｂの端面全体を被覆するように形成されている。すなわち、ボビン２ａ，２ｂの根元部分には、フランジ状に端面板２ｄが形成されている。端面板２ｄのコイル端面との対向部に、センサ３の本体を装着する溝状の凹部２ｅが形成されている。本実施形態では、凹部２ｅは、ボビン２ａの外側において、図中垂直方向（２つの巻回部１ａ，１ｂの配列方向と直角方向）に設けられている。

樹脂成型品２は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂のように、自己融着層の接着温度よりも高い耐熱性の材料から成る。

本実施形態のセンサ３は凹部２ｅ内に収納される寸法・形状を有する真っ直ぐな棒状で、その一端にセンサの信号を外部に出力するためのリード線３ａが設けられている。

（２）製造方法
本実施形態のコイルは、次のように製造する。
まず、表面に自己融着層を形成した平角線をエッジワイズ巻きして、図２に示す左右の巻回部１ａ，１ｂと接続部１ｃを有するコイル本体１を形成する。この場合、平角線の巻回作業は常温で行い、表面の自己融着層が溶融せず、隣接する平角線が接着しないようにする。

コイル本体１が形成された後は、その巻回部１ａ，１ｂ内にボビン２ａ，２ｂを挿入するようにして、コイル本体１と樹脂成型品２を組み合わせる。その際、図２に示すように、凹部２ｅ内にセンサ３を配置し、巻回部１ａ，１ｂの端面と端面板２ｄとを当接させた状態で１７０〜２００℃の加熱雰囲気中において、コイル本体１と樹脂成型品２をその軸方向から加圧する。この場合、金型などの加圧治具をコイル側成型品２に当接させ、コイル本体１と加圧治具とが接触しないようにする。

加熱雰囲気中でコイル本体１を加圧すると、自己融着層を構成する樹脂が溶融し、溶融した樹脂によって隣接する平角線同士が接着され、コイル全体が一体化する。同時に、コイル本体１の自己融着層が溶融することにより、凹部２ｅ内に装着したセンサ３とコイル本体１の端面とが接着し、図１に示すように、センサ３はコイル本体１に固定される。

なお、図示していないが、コイル本体１の反対側に装着する第２の樹脂成型品も、同時にコイル本体１に組み合わせて、加熱・加圧して一体化することもできる。もちろん、第２の樹脂成型品を、図示の第１の樹脂成型品２とコイル本体１の加熱・加圧処理とは別工程で行っても良い。

この際、本実施形態では、樹脂成型品２はＰＰＳ樹脂によって構成されており、このＰＰＳ樹脂は融点が約２８０℃と高い耐熱性を示すことから、自己融着層の溶融温度では影響を受けることがない。そのため、樹脂成型品２と当接した加圧治具は、コイル本体１の自己融着層の溶融にもかかわらず、加圧後において、樹脂成型品２の表面から容易に離れることができる。一方、コイル本体１と樹脂成型品２、及びセンサ３とは、コイル本体１の自己融着層によって一体化されることから、加圧後の取り扱いが容易になる。

（３）作用効果
本実施形態によれば、平角線を一体化する作業とコイル本体１に対するセンサ３の取り付け作業とを同時に行うことができるので、コイルの製造作業が極めて簡単になる。また、充填材や接着剤を使用することなく、コイル本体１の表面にセンサ３を確実に固定できる利点もあり、充填材を使用しないタイプのリアクトルにも適用可能である。凹部２ｅ内にセンサを装着してからコイル本体１と樹脂成型品２とを加熱・加圧するので、加圧時に凹部２ｅ内のセンサに無用な負荷が加わることがなく、センサ３の破損のおそれもない。

２．第２実施形態
本発明の第２実施形態を図２に従って具体的に説明する。本実施形態は、凹部２ｅは、左右のボビン２ａ，２ｂの間において、図中垂直方向（２つの巻回部１ａ，１ｂの配列方向と直角方向）に設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、第１実施形態の作用効果に加えて、２つの巻回部１ａ，１ｂの間にセンサ３を配置したので、コイル本体１内部の温度をより正確に検出できる。

３．第３実施形態
本発明の第３実施形態を図３に従って具体的に説明する。本実施形態は、凹部２ｅは、２つのボビン２ａ，２ｂの上部外側において、図中水平方向（２つの巻回部１ａ，１ｂの配列方向）に設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、第１実施形態の作用効果に加えて、第１や第２の実施形態の位置では、センサ３の配置に制限がある場合に使用できる。また、２つの巻回部１ａ，１ｂの配列方向としたため、凹部２ｅの長さを大きくすることができ、長尺のセンサに適している。

４．第４実施形態
本発明の第４実施形態を図４に従って具体的に説明する。本実施形態は、第３実施形態の凹部２ｅの位置を、コイルの底部に変更したものである。すなわち、本実施形態は、凹部２ｅは、２つのボビン２ａ，２ｂの下部外側において、図中水平方向（２つの巻回部１ａ，１ｂの配列方向）に設けられている。その他の構成は、第３実施形態と同様である。

本実施形態によれば、第３実施形態の作用効果に加えて、コイル底部の熱のこもりやすい部分の温度検出が容易になる利点を有する。

５．第５実施形態
本発明の第５実施形態を図５に従って具体的に説明する。本実施形態は、凹部２ｅの位置を、一方のボビン２ａ表面としたものである。すなわち、本実施形態は、凹部２ｅは、ボビン２ａ上部表面において、巻回部１ａの軸方向に沿って設けられている。その他の構成は、第１実施形態と同様である。

本実施形態によれば、第１実施形態の作用効果に加えて、コイル表面全域にわたってセンサ３を接触させることができるので、温度の検出精度が向上する利点を有する。また、前記各実施形態では不可能であったコイル内周の温度検出もできる。

６．他の実施形態
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、下記に示す他の実施形態も包含する。

（１）前記実施形態は、環状のコアを有するリアクトル用のコイルに本発明を適用したものであるため、平行に配置された２つのコイルを有するが、コイルの数や形状には限定がない。例えば、１本の直線状のコイルでも、全体がリング状に形成されたコイルや、環状のコアの１つの脚部に２つ以上のコイルを有するリアクトルにも適用できる。

（２）電子部品を装着する位置は、コイルの端部に限定されない。樹脂成型品に設けた２つのコイルボビンの間に、２つのコイルの間に向かって突出するブラケットを一体に形成し、ブラケットのコイル表面側に凹部を設け、その凹部に電子部品を装着することもできる。その場合、熱上昇が顕著な２つのコイルの中央部の温度計測が可能になるなどの利点もある。

（３）本発明における電子部品は、図示のサーミスタに限定されない。異なる種類の温度センサはもちろん、コイルに加わる振動を検出する加速度センサ、コイル周囲の電界や磁界を測定するセンサ、配線用のコネクタ、コイルやリアクトルの銘板なども本発明の電子部品に含まれる。

（４）電子部品の形状も図示のような直線状に限定されるものではなく、ブロック状や板状、リング状など適宜使用可能であり、電子部品を装着する凹部もその形状に合わせて適宜変更できる。例えば、図６（ａ）のように、コイルボビンの外側に凹部を設けても良い。

（５）樹脂成型品の形状は図示のものに限定されるものではない。例えば、内部にコアを埋設あるいは装着することなく、コアの被覆部やコイルボビンを持たない樹脂成型品でも良い。例えば、筒状をしたコイルの胴部の外側に配置する樹脂成型品でも良い。電子部品を保護するカバーを樹脂成型品で作製し、保護カバーと内部の電子部品を一緒にコイルの自己融着層に接着しても良い。

（６）図６（ｂ）（ｃ）のように、コイルの外周面やコイル端部の平角線の表面に電子部品を固定する場合には、樹脂成型品を使用することなく、巻線表面の自己融着層を利用して、直接電子部品を接着することもできる。特に、薄板状の電子部品の場合に適している。更に、図６（ｄ）のようにコイルを構成する平角線の間に電子部品を挿入して、電子部品と平角線とを加熱して固定することもできる。

１…コイル本体
１ａ，１ｂ…巻回部
１ｃ…接続部
２…樹脂成型品
２ａ，２ｂ…ボビン
２ｃ…被覆部
２ｄ…端面板
２ｅ…凹部
３…センサ
３ａ…リード線

Claims (3)

1. 自己融着層を形成したコイル本体の表面に電子部品が配置され、この電子部品が、コイル本体表面の自己融着層を構成する樹脂によって固定されている電子部品付きコイルであって、
   前記コイル本体に対して組み合わされた樹脂成型品を備え、コイル本体の端面とその対向面の前記樹脂成型品との間に前記電子部品が配置されていることを特徴とする電子部品付きコイル。
2. 前記コイル本体を構成する線材が、コイル本体表面の自己融着層によって接着され、一体化していることを特徴とする請求項１に記載の電子部品付きコイル。
3. 前記樹脂成型品における電子部品の配置箇所には、電子部品を装着する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子部品付きコイル。