JP6478887B2 - チョークコイル及びブラシ式ｄｃモータ - Google Patents

Description

本発明は、チョークコイルと、このチョークコイルを設けたブラシ式ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ−Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータに関する。

ブラシ式ＤＣモータは、固定子に永久磁石が設けられており、回転子にコイルが巻回されている。回転子と一体に整流子が設けられており、整流子はコイルと電気的に接続されている。整流子と摺動自在にブラシが設けられており、ブラシから整流子を介してコイルに通電することで、固定子に対して回転子が回転する。

また、ブラシ式ＤＣモータは当該モータの駆動回路を有し、この駆動回路にはチョークコイルが設けられている。チョークコイルが駆動回路に流れる高周波電流を遮断することで、ブラシ式ＤＣモータから当該モータの外部に放射される放射ノイズを低減することができる。

従来のチョークコイルは、棒状のコアに銅線を巻回することでコイルが形成されている。コイルは樹脂製のケースに圧入されており、このケースに２個のターミナルがそれぞれ圧入されている。一方のターミナルには、例えばヒュージングにより銅線の一端部が電気的に接続され、かつ機械的に固定されている。同様に、他方のターミナルには銅線の他端部が電気的に接続され、かつ機械的に固定されている。コイル、ケース及びターミナルと銅線とのヒュージング部は樹脂によりモールドされている。この従来のチョークコイルは、樹脂モールド部を除く要部が、コア、銅線、ケース及び２個のターミナルの５部品からなる。

これに対し、比較的部品数の少ないチョークコイルとして、特許文献１には、磁性成形材料で包封されるコイル本体と、当該コイル本体の両端から伸びるとともに外部回路に接続される接触子をなすターミナル板とを有したチョークコイルが記載されている。コイル本体は、扁平な導電性金属片が略平坦な面上で螺旋状に連続して巻かれた形状を有している。これにより、チョークコイルの小型化及び軽量化を図っている。

特開２００４−３２７６２２号公報

上記のとおり、従来のチョークコイルは、樹脂モールド部を除く要部が、コア、銅線、ケース及び２個のターミナルの５部品からなる。また、従来のチョークコイルの要部の組立工程は、コアに銅線を巻回する工程、コイルをケースに圧入する工程、ケースにターミナルを圧入する工程、及び、ターミナルに銅線をヒュージングする工程の少なくとも４工程を要する。このように、従来のチョークコイルは要部の部品点数が多く、また組立工程数が多いため、製造にコストがかかる問題があった。

特許文献１のチョークコイルの製造工程は、まず、薄肉の金属片にパンチ加工を施して、２組のリードフレームを形成する。リードフレームのそれぞれは、１つの基部と、その側面から延伸した支持板と、略平坦な面上で螺旋形状をなす扁平な導電性金属片と、を含んでいる。次いで、２組のリードフレームを重ね合わせ、導電性金属片の端部同士を溶接する。次いで、リードフレームを鋳型ないし成形型の中に入れて、鋳型の中に磁性成形材料の粉末を注入充填してコイル包封体を形成する。次いで、鋳型の中からコイル包封体を取り出す。次いで、コイル包封体内の螺旋状コイル本体に連接されたメタルストラップを切断するとともに、リードフレーム支持部における重なり合った支持板を切断する。最後に、ターミナル板をコイル包封体に向けて折り返すことにより、チョークコイルが完成する。このように、特許文献１のチョークコイルは製造工程が複雑で工程数も多く、製造にコストがかかる問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、部品点数を削減することができ、かつ、組立工程数を削減することができるチョークコイルを提供することを目的とする。また、このチョークコイルを設けたブラシ式ＤＣモータを提供することを目的とする。

本発明のチョークコイルは、内周部が多角形のコイル形状であるコイル形状部を有するターミナルと、コイル形状部の内周部が形成する多角形の各辺の中心部が圧接した状態で、コイル形状部内に圧入されている円柱状のコアと、を備えるものである。

本発明のブラシ式ＤＣモータは、上記チョークコイルを備えるものである。

本発明のチョークコイルは、部品点数を削減することができ、かつ、組立工程数を削減することができる。また、本発明によれば、このチョークコイルを設けたブラシ式ＤＣモータを得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るチョークコイルの要部を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係るチョークコイルの要部を示す正面図である。

実施の形態１．
図１は、チョークコイル１００の要部を示す側面図である。図２は、チョークコイル１００の要部を示す正面図である。図１及び図２を参照して、実施の形態１のチョークコイル１００について説明する。

図中、１はターミナルである。ターミナル１は、例えば、銅板のプレス加工及び曲げ加工により一体成形されたものである。ターミナル１は、コイル形状部１１、第１端子部１２、第２端子部１３及び抜け止め部１４を有している。

図１及び図２の例では、コイル形状部１１は、当該コイル形状の軸心Ｃに沿う方向から見た場合に内周部が略正方形となるような５回巻きのコイル形状の部分を有するものである。コイル形状部１１は、１巻きごとに間隔Ｌを設けて巻回した形状、すなわちターミナル１を形成する金属のうちの互いに隣接する金属間に間隙を設けた形状である。

コイル形状部１１の一端部は、コイル形状の部分の軸心Ｃに沿う向きに延伸されている。この延伸部により、第１端子部１２が形成されている。

コイル形状部１１の他端部は、コイル形状の部分の外側から第１端子部１２側に向けて折り返されている。折り返し部の先端部はコイル形状の部分の軸心Ｃと直交する向きに延伸されており、この延伸部により第２端子部１３が形成されている。すなわち、第１端子部１２と第２端子部１３とは互いに略直交する向きに延伸されている。

コイル形状部１１の第１端子部１２側の端部に、コイル形状の部分の内側に向けて突起した突起部が設けられている。この突起部により、抜け止め部１４が形成されている。

ターミナル１のコイル形状部１１内に、コア２が挿入された状態で配置されている。コア２は、例えば、フェライトなどの磁性材料を棒状に成形したものである。

図１及び図２の例では、コア２は中実の円柱状である。コア２の断面の直径は、コア２を挿入していない状態におけるコイル形状部１１の上記内周部が形成する略正方形の一辺の長さと同等の値、又はこれよりも僅かに大きい値に設定されている。これにより、コア２を挿入した状態においてコア２の外周部がコイル形状部１１の内周部に圧接し、コア２がコイル形状部１１内に保持されている。

また、コア２をコイル形状部１１内に挿入した状態において、コア２の一端部が抜け止め部１４に当接している。

ターミナル１のうちの第１端子部１２及び第２端子部１３を除く部位並びにコア２は、図示しない樹脂によりモールドされている。このようにして、チョークコイル１００が構成されている。

次に、チョークコイル１００の要部の組立方法について説明する。
まず、ターミナル１のコイル形状部１１内にコア２を圧入する。圧入後は、コア２の外周部がコイル形状部１１の内周部に圧接し、コイル形状部１１によるコア２の保持強度を確保することができる。これにより、後工程におけるコア２の脱落及び位置ずれを防ぐことができる。

また、このとき、コイル形状部１１に設けた抜け止め部１４は、コア２を当て止めるストッパの機能を果たす。これにより、圧入時にコア２の位置決めを容易にすることができる。

従来のチョークコイルは、樹脂モールド部を除く要部がコア、銅線、ケース及び２個のターミナルの５部品からなるものであった。これに対し、実施の形態１のチョークコイル１００は、樹脂モールド部を除く要部がターミナル１及びコア２の２部品であり、部品点数を削減することができる。

また、従来のチョークコイルの要部の組立工程は、コアに銅線を巻回する工程、コイルをケースに圧入する工程、ケースにターミナルを圧入する工程、及び、ターミナルに銅線をヒュージングする工程の少なくとも４工程を要する。これに対し、実施の形態１のチョークコイル１００の要部の組立工程は、ターミナル１のコイル形状部１１内にコア２を圧入する１工程のみであり、組立工程数を削減することができる。すなわち、部品点数の削減及び組立工程数の削減により、チョークコイル１００の製造コストを低減することができる。

次に、チョークコイル１００の動作について説明する。
チョークコイル１００は、図示しないブラシ式ＤＣモータの駆動回路に電気的に直列に接続されている。具体的には、例えば、ターミナル１の第２端子部１３をブラシ式ＤＣモータのブラシと電気的に接続する。また、第１端子部１２をブラシ式ＤＣモータの給電用コネクタのコネクタ端子と電気的に接続するか、又は第１端子部１２によりコネクタ端子を構成する。

ブラシ式ＤＣモータが車載用である場合、当該車両に搭載したＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）等の電源回路から、ブラシ式ＤＣモータの給電用コネクタに給電する。給電用コネクタのコネクタ端子から、駆動回路、ブラシ及び整流子を介して回転子のコイルに電流が流れる。コイルの通電により、固定子に対して回転子が回転する。このとき、チョークコイル１００が駆動回路に流れる高周波電流を遮断することで、ブラシ式ＤＣモータから当該モータの外部に放射される放射ノイズを低減することができる。

なお、チョークコイル１００を適用する製品はブラシ式ＤＣモータに限定されるものではなく、チョークコイル１００の用途は放射ノイズの低減に限定されるものではない。チョークコイル１００を実装可能な回路を有するものであれば、如何なる製品に如何なる用途で設けたものであっても良い。

また、コイル形状部１１の上記内周部の形状は、略正方形に限定されるものではない。コイル形状部１１は、コア２の外周部に沿って電流を流すことができ、かつ、コア２の外周部のうちの少なくとも一部に圧接してコア２を保持できるものであれば良く、例えば上記内周部の形状が三角形、五角以上の多角形又は円形であっても良い。なお、ここでいう多角形は略多角形であれば良く、厳密な頂角を有する必要はない。

上記内周部の形状が円形である場合、コイル形状部１１の内周部の全周をコア２に圧接させる構造となるため、当該円形は寸法及び形状ともに高い精度が求められる。これに対し、上記内周部の形状が多角形である場合、コア２に圧接するのは各辺の中心部のみである。このため、当該多角形の寸法又は形状に製造誤差が生じたとしても、コア２を挿入した状態においてコア２に圧接しない角部を撓ませることで誤差を吸収し、各辺の中心部をコア２に圧接させることができる。すなわち、コイル形状部１１の上記内周部の形状を多角形とすることで、ターミナル１の成形精度が低くてもコア２を安定して保持できるようになり、チョークコイル１００の製造コストをさらに低減することができる。

また、上記内周部の形状が多角形である場合、多角数を増やして円形に近づけるほど、同径のコア２に対してコイル形状部１１の上記内周部の半径の最大値を小さくすることができる。すなわち、チョークコイル１００の要部を円柱状にモールドしたとき、モールド後の断面径を小さくすることができる。これにより、ブラシ式ＤＣモータなどの製品に実装したときにチョークコイル１００が他部品と機械的に干渉するのを抑制することができる。この結果、チョークコイル１００の実装を容易にし、実装対象の製品の設計自由度を高めることができ、異なる製品間で同じ形状のチョークコイル１００を共用しやすくなる。

また、コイル形状部１１の巻き数は、５回に限定されるものではない。チョークコイル１００に要求されるインダクタンス値などに応じて、如何なる巻き数としても良い。

また、コイル形状部１１の間隔Ｌは、図１及び図２に示す幅に限定されるものではない。間隔Ｌを狭くするほど、コイル形状部１１の巻き数に対する軸方向の長さを短くして、チョークコイル１００を小型にすることができる。ただし、間隔Ｌは、少なくとも、コイル形状部１１の互いに隣接する金属間が電気的に短絡するのを防ぐ程度に広くすることが求められる。具体的には、一例として、ターミナル１を形成する銅板の肉厚が０．５〜１ミリメートルであるとき、コイル形状部１１の間隔Ｌを銅板の肉厚と同等の値に設定することで、チョークコイル１００の小型化を図りつつコイル形状部１１の電気的短絡を防ぐことができる。

また、従来のチョークコイルは、コイル巻線をエナメルなどの絶縁材料で被覆することで巻線間の電気的短絡を防いでいた。このため、チョークコイルの使用可能温度の上限値が被覆材の融点以下の値（例えば２００℃以下）となり、高温環境での使用が難しい問題があった。これに対し、実施の形態１のチョークコイル１００は、間隔Ｌを設けることでコイル形状部１１の電気的短絡を防ぐ構造であり、エナメルなどの被覆材は不要である。このため、使用可能温度の上限値を高くすることができる。

また、抜け止め部１４は、コア２をコイル形状部１１に挿入した状態においてコア２の一端部に当接する形状であれば良く、図１及び図２に示す突起状に限定されるものではない。

また、抜け止め部１４は、コイル形状部１１の第１端子部１２側の端部に代えて、第２端子部１３側の端部に設けたものであっても良い。図１及び図２に示す要部を組み立てた後の樹脂モールドは、チョークコイル１００を金型内に配置してこの金型内に溶融樹脂を注入する、いわゆる「射出成形」により行う。このとき、溶融樹脂の注入方向がコイル形状部１１の第２端子部１３側から第１端子部１２側に向かう方向、すなわち図１の紙面右側から左側に向かう方向である場合、抜け止め部１４はコイル形状部１１の第１端子部１２側の端部に設けるのが好適である。他方、溶融樹脂の注入方向がコイル形状部１１の第１端子部１２側から第２端子部１３側に向かう方向、すなわち図１の紙面左側から右側に向かう方向である場合、抜け止め部１４はコイル形状部１１の第２端子部１３側の端部に設けるのが好適である。これにより、射出成形の際、金型内の樹脂流によりコア２がコイル形状部１１から抜け落ちるのをより確実に防ぐことができる。

また、第１端子部１２及び第２端子部１３の形状及び延伸方向は、図１及び図２に示す形状及び延伸方向に限定されるものではない。樹脂モールド部から少なくとも先端部が突出するものであれば良く、チョークコイル１００を適用する製品の構造、及び、チョークコイル１００を実装する回路上の他部品の配置などに応じて、如何なる形状及び延伸方向の第１端子部１２及び第２端子部１３を形成しても良い。

特許文献１のようないわゆる「チップ型」のチョークコイルは、ターミナル板の形状が電子回路基板への実装に特化した形状であり、例えばブラシ式ＤＣモータの駆動回路に設ける場合にターミナル板によりコネクタ端子を構成することはできず、ターミナル板とコネクタ端子とを電気的に接続する部材が必要となり、部品点数が増加する。これに対し、実施の形態１のチョークコイル１００は、第１端子部１２及び第２端子部１３を任意の形状に形成することで、第１端子部１２及び第２端子部１３と接続対象の部品との接続部材を不要として、部品点数をさらに削減することができる。

また、ターミナル１の材料は銅に限定されるものではない。導電性を有する金属材料であれば良く、例えば黄銅又は鉄系の材料などであっても良い。

また、コア２の形状は、外周部の少なくとも一部がコイル形状部１１に圧接する形状でればよく、図１及び図２に示す中実の円柱状に限定されるものではない。多角柱状のものでも良く、また中空のものでも良い。また、コア２は１個のコアで形成されたものでも良く、複数個のコアを組み合わせて形成されたものでも良い。例えば、コア２よりも細い複数本の棒状コアを束ねることでコア２が形成されたものでも良く、コア２よりも短い複数個の柱状コアを軸方向に重ねることでコア２が形成されたものでも良い。

以上のように、実施の形態１のチョークコイル１００は、コイル形状部１１を有するターミナル１と、コイル形状部１１内に挿入されている棒状のコア２と、を備える。これにより、チョークコイル１００の部品点数を削減し、かつ、組立工程数を削減することができる。この結果、チョークコイル１００の製造コストを低減することができる。

また、コイル形状部１１は、内周部が多角形のコイル形状である。これにより、ターミナル１の成形精度が低くてもコア２を安定して保持できるようになり、チョークコイル１００の製造コストをさらに低減することができる。

また、コア２はコイル形状部１１内に圧入されている。これにより、コア２をコイル形状部１１内に保持することができる。特に、コアに銅線を巻回してなる従来のチョークコイルと比較して、コア２の保持強度を高めることができる。

また、ターミナル１はコイル形状部１１の一端部に抜け止め部１４を有し、抜け止め部１４にコア２の一端部が当接している。これにより、コア２をコイル形状部１１に圧入するとき、コア２の位置決めを容易にすることができる。また、チョークコイル１００を樹脂モールドするとき、射出成形の樹脂流によりコア２がコイル形状部１１から抜け落ちるのを防ぐことができる。

また、コイル形状部１１は、互いに隣接する金属間に間隙を設けたコイル形状である。間隔Ｌを適切な値に設定することで、コイル形状部１１の電気的短絡を防ぐことができる。また、短絡防止用の被覆材を不要として、チョークコイル１００の使用可能温度の上限値を高くすることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ ターミナル、２ コア、１１ コイル形状部、１２ 第１端子部、１３ 第２端子部、１４ 抜け止め部、１００ チョークコイル。

Claims (5)

1. 内周部が多角形のコイル形状であるコイル形状部を有するターミナルと、
   前記コイル形状部の内周部が形成する多角形の各辺の中心部が圧接した状態で、前記コイル形状部内に圧入されている円柱状のコアと、
   を備えるチョークコイル。
2. 前記ターミナルは銅製であることを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
3. 前記ターミナルは前記コイル形状部の一端部に抜け止め部を有し、該抜け止め部に前記コアの一端部が当接していることを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
4. 前記コイル形状部は、互いに隣接する金属間に間隙を設けたコイル形状であることを特徴とする請求項１記載のチョークコイル。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載のチョークコイルを備えるブラシ式ＤＣモータ。

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