JP7442885B1 - トランス及びトランスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型化或いは同じサイズであれば特性を高めることができ、製造コストを低減できるトランス及びトランスの製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るトランス１０は、対向する直線部２２を有するように銅線２１を環状に巻回してなるコイル２０と、電気絶縁性を有し、前記コイルの前記直線部に巻き付けられる絶縁シート３０と、方向性電磁鋼板４１から構成され、前記絶縁シートの上から巻き付けられるコア４０と、を具える。前記絶縁シートは、外周側に位置する巻付け終端３３又は前記直線部に巻き付けたときに外周側に位置する部分に引っ掛け片３１が形成され、前記コアは、前記方向性電磁鋼板の内周側に位置する巻付け始端４３に開口窓４２が開設され、前記引っ掛け片は、前記開口窓に係合している。【選択図】図２

Description

本発明は、コイルに絶縁材を介して方向性電磁鋼板をロール状に巻回してなるトランス及びトランスの製造方法に関するものである。

変圧や変流を行なうトランスとして、角丸楕円形状に巻回されたコイルに、方向性電磁鋼板からなるコアを円筒状に巻き付けたトランスが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

コイルとコアは、電気的に絶縁する必要があるから、絶縁材として電気絶縁性の樹脂製ボビンにコイルを巻回し、コアを樹脂製ボビンの外周に巻き付けるようにしている。

コアを樹脂製ボビンに巻き付けるには、コアの巻付け始端を樹脂製ボビンに係合させる必要がある。そこで、コアの巻付け始端には、方向性電磁鋼板を内向きに直角に折り曲げた爪片を形成し、樹脂製ボビンには、爪片が嵌まる凹みを設けている。そして、コアを樹脂製ボビンに巻き付けるときに、爪片を凹みに引っ掛けるようにしている。

特開平８－５１０３４号公報

樹脂製ボビンは樹脂の成形品であるため、強度及び絶縁耐熱性を具備するには、厚さ０．８ｍｍ～１．５ｍｍとする必要がある。すなわち、径方向では樹脂製ボビンの厚さは１．６ｍｍ～３．０ｍｍになる。樹脂製ボビンの厚肉化は、トランスの大型化に直結する。トランスのサイズが規定されている場合、樹脂製ボビンの厚さ分だけ、使用するコイルの銅線径を細くせざるを得ず、温度上昇による損失の増大や、電圧変動特性の増大を招く。

また、樹脂製ボビンの製造には金型などの製造設備を含めた大きなコストが掛かる。さらに、樹脂製ボビンは、サイズや形状の変更に柔軟に対応することができない。

加えて、コアは、方向性電磁鋼板の先端を曲げて爪片を形成しているが、この爪片の曲げ工程は、コアを切断、或いは、コアの先端を先細り台形形状に切断するプレス工程の後に別工程として実施する必要があるから、コア製造の工程数増を招く。

本発明の目的は、小型化或いは同じサイズであれば特性を高めることができ、製造コストを低減できるトランス及びトランスの製造方法を提供することである。

本発明に係るトランスは、
対向する直線部を有するように銅線を環状に巻回してなるコイルと、
電気絶縁性を有し、前記コイルの前記直線部に巻き付けられる絶縁シートと、
方向性電磁鋼板から構成され、前記絶縁シートの上から巻き付けられる円筒状のコアと、
を具える。

前記絶縁シートは、外周側に位置する巻付け終端又は前記直線部に巻き付けたときに外周側に位置する部分に引っ掛け片が形成され、
前記コアは、前記方向性電磁鋼板の内周側に位置する巻付け始端に開口窓が開設され、
前記引っ掛け片は、前記開口窓に係合している。

前記引っ掛け片は、前記絶縁シートの巻付け終端から飛び出す方向に凸形状に形成することができる。

前記絶縁シートと前記コアの巻付け方向は逆向きとすることができる。

前記引っ掛け片は、前記絶縁シートを前記直線部に巻き付けたときに外周側に位置する部分に形成され、前記巻付け終端側、又は、前記巻付け始端に向けて凸形状の切り欠きとすることができる。

前記引っ掛け片は、前記絶縁シートの前記巻付け終端側に向けて凸形状の切り欠きであり、
前記絶縁シートと前記コアの巻付け方向は逆向きとすることができる。

前記引っ掛け片は、前記絶縁シートの前記巻付け始端側に向けて凸形状の切り欠きであり、
前記絶縁シートと前記コアの巻付け方向は同じ向きとすることができる。

また、本発明のトランスの製造方法は、
対向する直線部を有するように銅線を環状に巻回してコイルを作製するコイル作製ステップ、
電気絶縁性を有する帯状の絶縁シートの巻付け終端又は前記直線部に巻き付けたときに外周側に位置する部分に引っ掛け片を作製する絶縁シート作製ステップ、
帯状の方向性電磁鋼板の巻付け始端に開口窓をプレス加工で打ち抜きの後、前記方向性電磁鋼板を前記巻付け始端が内周側に位置するように円筒状に巻回し、焼鈍熱処理して仮巻きコアを得る仮巻きコア作製ステップ、
前記コイルの前記直線部に、前記絶縁シートを前記引っ掛け片が外周に位置するように巻き付けて固定する絶縁シート巻付けステップ、
前記仮巻きコアの巻き中心に回転可能なローラーを嵌め、前記仮巻きコアを前記絶縁シートが巻回された前記直線部の近傍に並べて配置する仮巻きコア配置ステップ、
前記ローラーを回転させて、前記方向性電磁鋼板の巻付け終端を送り出し、前記仮巻きコアと前記絶縁シートを囲む大輪とする第１送出ステップ、
前記方向性電磁鋼板の前記巻付け終端を前記大輪の周面に仮止めする巻付け終端仮止ステップ、
前記ローラーを回転させて、前記仮巻きコアを回転させながら前記方向性電磁鋼板を送り出し、前記方向性電磁鋼板の前記巻付け始端が、前記大輪に含まれるまで前記方向性電磁鋼板を送り出す第２送出ステップ、
前記方向性電磁鋼板の前記開口窓を前記絶縁シートの前記引っ掛け片に引っ掛ける引掛ステップ、
前記ローラーを前記大輪から引き抜く引抜ステップ、
前記引抜ステップにより、前記方向性電磁鋼板が、復元力により縮径して前記直線部に巻回された前記絶縁シートの周りに巻き付いて前記コアを得る巻付けステップ、及び、
前記方向性電磁鋼板の巻付け終端を前記コアの周面に固定する巻付け終端固定ステップ、
を含んでいる。

前記引っ掛け片は、前記コアの巻付け方向とは逆向きに凸形状となるように形成することができる。

前記仮巻きコア作製ステップは、前記方向性電磁鋼板の巻付け始端に前記開口窓をプレス加工で打ち抜きすると同時に、前記巻付け始端を先細りの台形形状に切断するステップとすることができる。

本発明のトランス及びトランスの製造方法によれば、樹脂製ボビンに代えて絶縁シートを採用しているから、絶縁部分の薄型化を図ることができ、コアの直径を小さくして軽量化を図ることができる。逆に、同じサイズのトランスであれば使用するコイルの銅線径を太くすることができ、温度上昇による損失を抑え、電圧変動特性も低減できる。

絶縁シートは、既製品を購入し、所望の大きさに切断することで得ることができるから、樹脂製ボビンに比べて設計変更に柔軟に対応できる。また、樹脂製ボビンのように金型設備なども不要であり、製造コストを大幅に低減できる。

コアの開口窓は、たとえば、コア先端を台形形状にプレス加工で打ち抜きする際に、同時に形成することができ、工程数の増加を抑制できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るトランスの（ａ）正面図、（ｂ）底面図、（ｃ）背面図である。 図２は、図１の線Ａ－Ａに沿う断面図である。 図３は、コイルの（ａ）正面図、（ｂ）底面図、（ｃ）背面図である。 図４は、直線部に絶縁シートを巻き付けたコイルの（ａ）正面図、（ｂ）底面図、（ｃ）背面図である。 図５は、絶縁シートが巻き付けられたコイルの直線部の斜視図である。 図６は、図４（ｃ）の線Ｂ－Ｂに沿う断面図である。 図７は、絶縁シートの平面図である。 図８は、長尺の絶縁シート帯から絶縁シートを作製する工程を示す平面図である。 図９は、方向性電磁鋼板を巻回してなる仮巻きコアの側面図である。 図１０は、巻回前の方向性電磁鋼板の平面図である。 図１１は、長尺の方向性電磁鋼板帯から方向性電磁鋼板を作製する工程を示す平面図である。 図１２は、仮巻きコアを絶縁シートが巻き付けられたコイルの直線部に巻き付ける過程を示す説明図である。 図１３は、ローラー手段の側面図である。 図１４は、コアの開口窓を絶縁シートの引っ掛け片に引っ掛ける手順を示す図である。 図１５は、絶縁シートの引っ掛け片の異なる実施形態を示す平面図である。 図１６は、コアの開口窓を図１５（ａ）の絶縁シートの引っ掛け片に引っ掛ける手順を示す図である。 図１７は、コアの開口窓を図１５（ｂ）の絶縁シートの引っ掛け片に引っ掛ける手順を示す図である。 図１８は、（ａ）発明例と、（ｂ）絶縁材に樹脂製ボビンを使用した比較例のトランスのコア部分を含む断面図である。 図１９は、交流波形のオフセット電圧を示すグラフである。 図２０は、騒音測定に用いたマイクロフォンの配置を示す（ａ）正面図、(ｂ)底面図である。 図２１は、絶縁シートを円形に近い状態に巻いたトランスのコア部分を含む断面図である。 図２２は、コイルを断面略円形に巻いたトランスのコア部分を含む断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るトランス１０について図面を参照しながら説明を行なう。

＜トランス１０の全体概略＞
図１は、本発明の一実施形態に係るトランス１０の（ａ）正面図、（ｂ）底面図、（ｃ）背面図を示している。また、図２は、図１の線Ａ－Ａに沿う断面図である。本発明のトランス１０は、環状に巻回されたコイル２０の外周に、絶縁シート３０を介して方向性電磁鋼板４１を巻回した円筒状のコア４０を配備して構成される。

＜コイル２０＞
トランス１０を構成するコイル２０は、たとえば、１次側コイルと２次側コイルの一部を共有した単巻を例示でき、絶縁被膜の形成されたエナメル銅線などの銅線２１を巻回して構成される（コイル２０の作製ステップ）。１次側コイルと２次側コイルが別コイルの場合、１次側コイルと２次側コイルとの間に絶縁を行なって巻回する。コイル２０は、図３に示すように、対向する直線部２２，２２を有する略角丸四角形に巻回することができる。直線部２２、２２は、絶縁シート３０とコア４０が巻き付けられる部分となる。図示のコイル２０は、直線部２２、２２どうしを円弧状の曲線部２３で接続した構成であるが、曲線部２３の円弧形状や曲率はこれに限定されるものではなく、曲線部２３に直線状の部分が含まれていても構わない。

コイル２０は、たとえば、図２に示すように、コイル２０は、断面が略六角形になるように巻回することができる。なお、コイル２０の断面は略六角形以外に略八角形等の略多角形や略円形（図２１及び図２２参照）、略楕円形などであってもよい。

コイル２０は、巻回された銅線２１には、図３に示すように、１又は複数箇所をテープ２５などの固定手段で留め、銅線２１の解けを防いで、形状を維持できるようにしている。

＜絶縁シート３０＞
コイル２０には、図４乃至図６に示すように、直線部２２、２２に絶縁シート３０が巻き付けられる。絶縁シート３０は、図７に示すような電気絶縁性の材料から構成される薄いシート体である。たとえば、絶縁シート３０は、芳香族ポリアミド系樹脂からなるアラミド繊維を編み込んだアラミド紙（デュボン社製：ノーメックス（登録商標））や、ポリエステルフィルムを例示できる。

絶縁シート３０は、厚さ０．１ｍｍ～０．５ｍｍのものを採用することが好適であり、０．２ｍｍ～０．４ｍｍのものを採用することが望ましい。

絶縁シート３０は、直線部２２に巻き付け可能な幅であって、少なくともコア４０を構成する方向性電磁鋼板４１よりも幅広に形成する。コイル２０とコア４０との沿面距離を確保するために、絶縁シート３０の幅は、方向性電磁鋼板４１の幅よりも少なくとも５ｍｍ（片側２．５ｍｍｍ）以上長くすることが望ましい。また、絶縁シート３０の長さは、絶縁効果を具備するために、直線部２２の外周に少なくとも１周以上巻き付く長さ、すなわち、直線部２２の外周長さ以上の長さとする必要がある。図６の実施形態では、絶縁シート３０は、略六角形のコイル２０の１周＋１辺分の長さである。絶縁シート３０は、コイル２０の１．２～２周程度巻き付けられる長さとすることが望ましい。なお、絶縁シート３０の巻き付け方は図６に示すように、略六角形の形状のコイル２０の周面に緊密に巻いた略六角形の形状に限定されるものではなく、後述する図２１に示すように、略六角形のコイル２０の周面に円形に近い状態となるように巻き付けてもよい。

絶縁シート３０は、図４乃至図７に示すように、巻付け時に外周となる巻付け終端３３の近傍にコア４０と係合する引っ掛け片３１が形成されている。引っ掛け片３１は、絶縁シート３０の一部を凸形状に形成したものである。引っ掛け片３１は、図７に示すように、絶縁シート３０の巻付け終端３３から飛び出す方向に凸形状の形態、また、後述する図１５に示すように絶縁シート３０に切り欠き３４ａ，３４ｂを形成した形態とすることができる。

引っ掛け片３１は、たとえば、平面視、略矩形形状や、先端が先細りした略台形形状（図５、図７参照）、略円弧形、略三角形とすることができる。引っ掛け片３１は先端を先細りした形状とすることで、方向性電磁鋼板４１の開口窓４２と係合し易くすることができ、また、強度を具備できる。

引っ掛け片３１は、方向性電磁鋼板４１の開口窓４２と係合したときに、所定の強度を具備できるように、幅が５ｍｍ～３０ｍｍ程度、長さが５～２０ｍｍ程度に収まる大きさとすることが好適であり、幅１０ｍｍ～２０ｍｍ、長さ７ｍｍ～１５ｍｍがより好ましい。

上記構成の引っ掛け片３１を有する絶縁シート３０は、図８に示すような長尺の絶縁シート帯３０ａを切断して形成することができる（絶縁シート３０の作製ステップ）。たとえば、絶縁シート帯３０ａは、ロール状に巻回されたものから引き出して、図８中符号Ｃで示す領域をトムソン金型で切断することにより絶縁シート３０を作製できる。これにより、１工程で、幅方向中央に引っ掛け片３１が形成されると共に、絶縁シート３０を所定長さで切断することができる。なお、絶縁シート３０の巻付け始端３２には、図７、図８に示すように、続く絶縁シート３０の引っ掛け片３１の切取れ跡３５が残る。

＜絶縁シート３０の巻付けステップ＞
作製された絶縁シート３０は、図４乃至図６に示すように、コイル２０の直線部２２に巻き付けられる。絶縁シート３０は、引っ掛け片３１が外周に位置するようにコイル２０に巻き付け、解けないようにテープ３７などの固定手段により留めればよい。テープ３７は、引っ掛け片３１を避けるように貼り付ける。これにより、引っ掛け片３１は、絶縁シート３０の剛性により、図６に示すように、外側に向けて張り出した状態を採る。なお、引っ掛け片３１をより外側に張り出させるためには、テープ３７は、図４、図５に示すように引っ掛け片３１の両外を抑えるように貼り付けることが望ましい。テープ３７を引っ掛け片３１の両外に貼ることで、引っ掛け片３１に剛性を具備させることができ、引っ掛け片３１が次に説明する方向性電磁鋼板４１の開口窓４２に嵌まったときに、引っ掛け片３１がコア４０に引っ張られても、絶縁シート３０が弛んで引っ掛け片３１が追従してしまうことを防止できる。

＜仮巻きコア４５＞
直線部２２に巻き付けられた絶縁シート３０の上には、コア４０が形成される。コア４０は、図１に示すように方向性電磁鋼板４１を絶縁シート３０の周りに巻き付けて構成される。

このコア４０は、方向性電磁鋼板４１を図９に示すように円筒状に巻回し、焼鈍熱処理した仮巻きコア４５を絶縁シート３０の周りに巻付け直したものである。方向性電磁鋼板４１自体は、図１０に示すように、巻き付けたときに内側となる巻付け始端４３に開口窓４２が貫通開設されている。この開口窓４２は、絶縁シート３０の引っ掛け片３１と係合可能な孔である。開口窓４２は、少なくとも引っ掛け片３１が嵌まる幅を有し、望ましくは、引っ掛け片３１の幅よりも１ｍｍ～５ｍｍ大きく形成する。

方向性電磁鋼板４１は、図１０に示すように、巻付け始端４３と巻付け終端４４を先細りする略台形状にテーパー加工したテーパー部４３ａ，４４ａとすることが好適である。これにより、強度を具備し、巻付け時の歪みを防ぐことができる。

方向性電磁鋼板４１は、図１１に示すように、長尺の方向性電磁鋼板帯４０ａを切断して形成することができる。工程削減を行なうために、図１１中符号Ｄで示す領域に、プレス加工を行なって、先行する方向性電磁鋼板４１のテーパー部４４ａと、続く方向性電磁鋼板４１ａのテーパー部４３ａと開口窓４２を１度のプレス工程により打ち抜いて形成することが望ましい。

なお、方向性電磁鋼板４１に開口窓４２を形成することで、特性低下が懸念されるが、方向性電磁鋼板４１の先端の一部のみの打ち抜きであるから、特性に影響はない。

然して、切断され、開口窓４２が形成された方向性電磁鋼板４１は、図９に示すように巻付け始端４３（開口窓４２が形成されている）が内周、巻付け終端４４が外周となるように巻回され、焼鈍工程にて熱処理が行なわれて、仮巻きコア４５が作製される(仮巻きコア４５の作製ステップ)。仮巻きコア４５の内径、即ち、巻き中心４５ａの直径は、コイル２０の直線部２２に巻き付けられた絶縁シート３０の外径、または最大外径に一致させる。なお、後工程で、仮巻きコア４５を絶縁シート３０の外周に巻き付けた後に、コア４０の弛みを取るために巻付け方向に締付けを行なう。このとき、コア４０が仮巻きコア４５と同じ外径となるまで締付けできたことが確認できるように、仮巻きコア４５には、熱処理後に図９に符号４６で示すように、後工程での締め付け目安に活用すべく径方向に焼鈍熱処理中に耐えうる手段にて適宜に直線を記しておくことが望ましい。また、焼鈍熱処理中にコア４０が弛んだり解けたりしないようにするために、方向性電磁鋼板４１を巻回した後、鉄系や黄銅系の針金など熱処理温度に耐える材料を用いて仮巻きコア４５の外周に巻き付けたり、固定機能を有する板材や治具等で挟み込むなどして、ほどけないよう固定し形状を維持することが望ましい。

＜仮巻きコア４５の巻付け：トランス１０の製造＞
仮巻きコア４５は、コイル２０の直線部２２に巻き付けられた絶縁シート３０の外周に巻き付けられてコア４０となる。仮巻きコア４５の巻付けは、以下の巻付け装置５０を用いて行なうことができる。

巻付け装置５０は、図１２（ａ）に示すように、コイル２０を保持するコイル固定手段５１と、仮巻きコア４５を保持して引き出すローラー手段５３から構成することができる。なお、説明を判り易くするために、図１２では、方向性電磁鋼板４１は開口窓４２が見えるように断面にて図示している。

コイル固定手段５１は、たとえば、クランプやクリップを例示でき、コイル２０の直線部２２が略垂直となるように保持する。コイル２０は、絶縁シート３０が巻回されない図１や図３における直線部２２以外の部分、たとえば曲線部２３を保持することが望ましい。

仮巻きコア４５は、内ローラー５４と外ローラー５５からなるローラー手段５３にセットする。図１３にローラー手段５３の側面図を示す。内ローラー５４と外ローラー５５は、外周にゴム材（たとえばＮＢＲ：ニトリルブタジエンラバー）やポリウレタン樹脂材などの滑り止め手段５４ａ，５５ａが外周に装着されたり処理されたりした略円筒体又は略円柱体である。図示では、内ローラー５４を外ローラー５５よりも小径としているが、これらは同径、又は、内ローラーの方が大径となる構成であってもよい。内ローラー５４と外ローラー５５は、互いに接近する方向に付勢されている。そして、内ローラー５４又は外ローラー５５の一方は、モーター等の駆動手段（図示せず）により、仮巻きコア４５の送り出し方向、すなわち、図１２（ａ）中矢印Ｒ方向に回転駆動可能となっている。なお、内ローラー５４又は外ローラー５５の他方は、仮巻きコア４５の送り出しにより従動回転する構成であればよい。本実施形態では、内ローラー５４は、下記の引抜ステップにて方向性電磁鋼板４１の大輪４８から内ローラー５４を引き抜くために、上下動可能な構成としている。

コイル２０と仮巻きコア４５は、まず、図１２（ａ）に示すように、コイル固定手段５１に、直線部２２に絶縁シート３０が巻き付けられたコイル２０をセットする。また、仮巻きコア４５は、巻き中心４５ａを内ローラー５４に挿し込み、内ローラー５４と外ローラー５５で挟んで、コイル２０の直線部２２に仮巻きコア４５が並ぶように配置させる（コア４０の配置ステップ）。コイル２０は、これからコア４０を巻き付ける直線部２２をコイル２０側に配置する。仮巻きコア４５は、図１２（ａ）に示すように、絶縁シート３０の巻き方向と、仮巻きコア４５の巻き方向が逆向きになるように配置する。すなわち、絶縁シート３０が時計周りに巻き付けられている場合、仮巻きコア４５は、方向性電磁鋼板４１の巻き方向（内周から外周に向けて）が反時計回りとなるように配置する。

この状態から、内ローラー５４又は外ローラー５５を図１２（ｂ）の矢印Ｒ方向に回転させることで、仮巻きコア４５を矢印Ｅ方向に回転させながら、仮巻きコア４５の巻付け終端３３を外向きに引き出し、当該巻付け終端３３を直線部２２，２２間に通して、仮巻きコア４５の外周面に沿うよう引き戻す。これにより、送り出された方向性電磁鋼板４１は、仮巻きコア４５と絶縁シート３０を囲む大輪４８を形成する（第１送出ステップ）。この時に仮巻きコア４５の状態から、概真円を保ったまま大輪４８に直径を拡大形成することで、焼鈍熱処理後の機械的歪による応力を少なくして、トランスの鉄損を主体とした磁気特性の劣化を抑制できる。

仮巻きコア４５から引き出された巻付け終端４４は図１２（ｂ）に示すように、内ローラー５４と外ローラー５５間を通し、通過した巻付け終端４４を仮巻きコア４５の周面にテープ４７などの固定手段により仮止めする（仮巻きコア４５の巻付け終端４４の仮止めステップ）。

この状態から、図１２（ｃ）に示すように、さらに内ローラー５４又は外ローラー５５を回転させて、仮巻きコア４５から方向性電磁鋼板４１を送り出す（第２送出ステップ）。

そして、すべての仮巻きコア４５の方向性電磁鋼板４１が、図１２（ｄ）に示すように、すべて大輪４８に含まれるまで内ローラー５４又は外ローラー５５を回転させる。

次に、大輪４８の方向性電磁鋼板４１の巻付け始端４３に形成された開口窓４２を、絶縁シート３０の引っ掛け片３１に引っ掛ける。具体的には、図１２（ｄ）では、巻付け始端４３はローラー５４，５５側に位置しているが、この状態から図１２（ｅ）に示すように大輪４８を回転させる。方向性電磁鋼板４１は、大輪４８よりも小径の仮巻きコア４５の形状に戻ろうとする復元力があるから、巻付け始端４３は、内向きに丸まって、図１２（ｅ）及び拡大図１４（ａ）に示すように、絶縁シート３０に当接する。絶縁シート３０には、引っ掛け片３１が形成されているから、そのまま大輪４８をさらに回転させることで、巻付け始端４３は図１４(ａ)の矢印Ｆ方向に移動し、図１２（ｅ）及び図１４（ｂ）に示すように、開口窓４２に引っ掛け片３１が嵌まる（引掛ステップ）。

引っ掛け片３１が開口窓４２に嵌まった状態で、テープ４７を剥がし、内ローラー５４を引き抜くと（たとえば、内ローラー５４を下方に移動させる）、方向性電磁鋼板４１は、図１２（ｆ）に示すように、焼鈍熱処理後であっても残留する応力の復元力により縮径し、絶縁シート３０の上に巻き付く（巻付けステップ）。巻き付いた方向性電磁鋼板４１は、図９に示した仮巻きコア４５と同じ外径となるまで締付けを行なう。このとき、図９に示す仮巻きコア４５に付された直線４６が揃っていなければ、適宜に線４６が揃うまで、手作業による巻き付け補助や、相当する手段にて締付けを行なえばよい。尚、その際に締付け過ぎて直線が揃わないと、新たな応力による機械的歪が生じ磁気特性の劣化を招くので回避すべきである。

そして、締付けた状態で、図１（ａ）、（ｃ）に示すようにスポット溶接４９等により方向性電磁鋼板４１の巻付け終端４４をコア４０の周面に固定する（巻付け終端固定ステップ）。その後、コイル固定手段５１を操作して、コイル２０の保持を開放する。

続いて、他方の直線部２２に巻き付けられた絶縁シート３０の周りにも、同様の要領で仮巻きコア４５を巻き付け、巻付け終端４４を固定することで、図１に示すようなトランス１０が製造できる。この後、形態や形式を問わずトランスは樹脂ワニス含浸にて防湿処理を施して仕上げることが一般的であり、発明例トランスも例外には当たらない。

上記製造方法によれば、方向性電磁鋼板４１は、仮巻きコア４５の状態から、概真円を保ったまま大輪４８に直径が拡大され、概真円を保ったまま直線部２２に巻き付けられてコア４０となる。従って、方向性電磁鋼板４１には焼鈍熱処理後の機械的歪による応力が少ないため、トランスの鉄損を主体とした磁気特性の劣化を抑制できる。

本発明のトランス１０は、樹脂製ボビンに代えて、絶縁シート３０をコイル２０とコア４０の絶縁材として使用している。絶縁シート３０は、樹脂製ボビンに比べて薄いから、絶縁部分の薄型化を図ることができ、トランス１０の小型化を図ることができる。また、樹脂製ボビンを使用したトランスと同じサイズでトランス１０を作製する場合、使用するコイルの銅線径を太くすることができ、温度上昇による損失を抑えて、電圧変動特性も安定し良化できる。

絶縁シート３０は、既製品を購入し、所望の大きさに容易に切断することができるから、樹脂製ボビンに比べて設計変更に柔軟に対応できる。さらに、樹脂製ボビン製造に用いる射出成型用の金型や成形設備なども不要であるから、製造コストを大幅に低減できる。

方向性電磁鋼板４１に形成される係合用の開口窓４２は、たとえば、方向性電磁鋼板４１の先端を切断する際に、汎用のプレス工法を用いて略台形形状に打ち抜いて同時に加工形成することができるから、新たな工程数が増加することはない。

＜引っ掛け片３１の異なる実施形態＞
図１５は、絶縁シート３０の引っ掛け片３１ａ，３１ｂの異なる実施形態である。上記実施形態では、図７に示すように、絶縁シート３０の巻付け終端３３の端縁から凸形状の引っ掛け片３１を形成している。図１５では、絶縁シート３０をコイル２０の直線部２２に巻き付けたときに外周側に位置する部分、すなわち、巻付け終端３３から直線部２２の周長さ分までの位置に切り欠き３４ａ，３４ｂにより引っ掛け片３１ａ，３１ｂを形成している。

図１５（ａ）は、巻付け終端３３側に向けて引っ掛け片３１ａが突出する切り欠き３４ａを形成した絶縁シート３０を示している。また、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）とは逆向き、すなわち、巻付け始端３２側に向けて引っ掛け片３１ｂが突出する切り欠き３４ｂを形成した絶縁シート３０を示している。何れの引っ掛け片３１ａ，３１ｂも先端が尖った略三角形状であるが、略台形形状、略矩形形状、略円弧形状等であってもよい。

図１５（ａ）に示す絶縁シート３０の引っ掛け片３１ａの突出方向は、図４乃至図７に示す絶縁シート３０の引っ掛け片３１の突出方向と同じ向きである。従って、仮巻きコア４５は、内周から外周に向かう方向性電磁鋼板４１の巻き方向が、絶縁シート３０の巻き方向は逆向きとなるように配置し、上記した図１４と同様の要領で、引っ掛け片３１ａを開口窓４２に係合させることができる。具体的には、図１２（ｅ）に示すように、方向性電磁鋼板４１の巻付け始端３２が絶縁シート３０の周面に当接した状態で、大輪４８を僅かに回転させて、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、突出した引っ掛け片３１ａに開口窓４２を係合すればよい。その後の手順は、上記実施形態と同様である。

図１５（ｂ）の引っ掛け片３１ｂの突出方向は、上記実施形態とは逆である。従って、開口窓４２を引っ掛け片３１ｂに係合させるために、絶縁シート３０の巻き方向と、仮巻きコア４５の巻き方向を同じ向きとなるように配置する。図１７（ａ）を参照すると、絶縁シート３０は、図１６（ａ）とは逆向きの巻付け方向となっていることがわかる。然して、上記した図１２（ｅ）に示すように、方向性電磁鋼板４１の巻付け始端３２が絶縁シート３０の周面に当接した状態で、大輪４８を僅かに回転させて、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、突出した引っ掛け片３１ｂに開口窓４２を係合すればよい。その後の手順は、上記実施形態と同様である。

図１８（ａ）に示す本発明により作製された絶縁シート３０を絶縁材として使用した発明例のトランス１０と、図１８（ｂ）に示す樹脂製ボビン７２を絶縁材として使用した比較例のトランス７０を作製した。作製したトランス１０，７０は、定格容量２ｋＶＡの単相単巻トランスである。

発明例のコイル２０は、直径２．３ｍｍの銅線２１を巻き数１００回で出力タップを設けて２００回巻回して形成している。絶縁シート３０は、図７に示す引っ掛け片３１を有する厚さ０．２５ｍｍのものであり、図１８（ａ）に示すように、絶縁シート３０を１周＋１辺分巻き付けている。コア４０は、厚さ０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板４１を内径Φ４０にて６０回巻き付けてなる仮巻きコア４５を図１２、図１４の要領で絶縁シート３０の上に巻き付けたものである。

一方、比較例は、巻き線の形状を維持するため０．８～１．５ｍｍの樹脂製ボビン７２を使用し、内側に発明例よりも細い直径２．１ｍｍの銅線を発明例と同じ巻き数で巻回してコイル７１を巻回している。また、樹脂製ボビン７２の外周には、発明例のコア４０と同じコアを巻き付けている。樹脂製ボビン７２と方向性電磁鋼板７５は、図１８(ｂ)に示すように、方向性電磁鋼板７５の巻付け始端に内向きに屈曲形成された爪片７６と、樹脂製ボビン７２の周面に形成された爪片７６の嵌まる凹み７３により係合している。なお、比較例のトランス７０については、仮巻きコアを図１２と同様の要領で樹脂製ボビン７２に巻き付ける場合、方向性電磁鋼板７５に爪片７６があるから、図１３の内ローラー５４には、内ローラー５４の長さ方向中央に爪片７６を逃げる凹みを設けておく必要がある。

発明例はアラミドシートやポリエステル樹脂成型シートなど薄くて絶縁性の高い絶縁シート３０を使用できることで、発明例と比較例のトランス１０，７０で同じ大きさのコア４０、７４とした場合、比較例のコイル７１の線径２．１ｍｍに対して発明例のコイル２０は同線径２．３ｍｍで巻き線が可能となり、線径が大きくなった分、直流抵抗値が小さくなり、電流値の２乗×抵抗値で算出される銅損を１５％小さくできる。これにより、銅損が少なくなったことで温度上昇の低減や電圧変動率を改善することができる。

たとえば、比較例の特性を発明例と同一にするために、コイル７１を発明例と同一線径のΦ２．３ｍｍと巻き数２００ターンでトランス７０を作成した場合、コイル７１が大きくなるため、本発明の内径Φ４０ｍｍに比較して内径Φ４４ｍｍにて６０ターン巻いたコア７４が必要となり、コア７４の外形が７２ｍｍとなり発明例より図１８の寸法ｄが４ｍｍ大きくなる。また、コア７４の方向性電磁鋼板の使用量が増えることで重量が約７．４％アップする。このように発明例と同一線径巻き数で比較例のトランス７０を設計すると、比較例は、製品形状が大きくなり、重くなる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

たとえば、引っ掛け片３１は、別のシート状部材から形成し、絶縁シート３０に貼着等する構成とすることができる。また、引っ掛け片３１は、図７、図１５に示す引っ掛け片３１を外側に折り返した形態であってもよい。

近年の太陽光発電用パワーコンディショナーにおいてバッテリー等の蓄電装置を用いて家庭用商用電源に変換するシステムが普及しつつあり、たとえば日本の場合、交流２００Ｖを１００Ｖに変換する機能としてトランスが用いられている。このとき、図１９に示すように直流から交流変換時に発生する０～０．３Ｖ程度のオフセット電圧が発生し磁束のアンバランスが生じて、トランスから発生する騒音が大きくなる現象が確認されている。トランスの入力電圧は商用電源電圧が一定であり、最大磁束密度は変わらず、また、方向性電磁鋼板固有の磁歪振動強さは変わらないものの、電圧の＋側が増加し、－側が減じるために磁束密度のアンバランスにより方向性電磁鋼板が機械的に振動しやすくなり、機械的な振動による騒音が大きくなることが分かっている。

本発明のトランス１０は、磁路構成としてコア４０に突合せ部がないので、方向性電磁鋼板４１の磁歪振動による騒音発生を少なくできる構造であり、加えて、絶縁シート３０の引っ掛け構造により方向性電磁鋼板４１を締め上げる構造になっている。このため、方向性電磁鋼板４１の巻き付け積層隙間を最小限に抑制できることから、方向性電磁鋼板４１の機械的振動が抑制され、騒音が低減できることが確認できた。表１に測定結果を示す。図２０に測定に用いたマイクロフォン８０の配置を示す。

なお、方向性電磁鋼板４１を締め上げる際は、コイル２０に取り付ける前の状態まで締め上げるのが良く、締め上げすぎると機械的歪が生じ磁気特性の劣化による損失が上がる。

＜絶縁シート３０の巻き付け方＞
上記した図６では、絶縁シート３０は、略六角形のコイル２０に対して、緊密に巻き付けることで、略六角形の筒形状としている。図２１では、絶縁シート３０は、略六角形のコイル２０の周面に断面が円形に近い形状、具体的には辺が円弧状の六角形となるように巻き付けている。

＜コイル２０の形状の異なる実施形態＞
図２２は、コイル２０を略円形に巻いたトランス１０のコア４０を含む断面図である。図示では、コイル２０は、略円形に巻いている。これにより、略六角形の場合に比べて、コイル２０の占積率を高めることができる。また、絶縁シート３０は、コイル２０に略円形に巻かれている。

上記した図２１及び図２２のように、コイル２０と絶縁シート３０の隙間及び絶縁シート３０とコア４０の隙間を小さくすることで、コア４０の内側が抑えられ、機械的振動による騒音が抑えられる。

１０ トランス
２０ コイル
２２ 直線部
３０ 絶縁シート
３１ 引っ掛け片
４０ コア
４１ 方向性電磁鋼板
４２ 開口窓

Claims (9)

1. 対向する直線部を有するように銅線を環状に巻回してなるコイルと、
   電気絶縁性を有し、前記コイルの前記直線部に巻き付けられる絶縁シートと、
   方向性電磁鋼板から構成され、前記絶縁シートの上から巻き付けられる円筒状のコアと、
   を具えるトランスであって、
   前記絶縁シートは、外周側に位置する巻付け終端又は前記直線部に巻き付けたときに外周側に位置する部分に引っ掛け片が形成され、
   前記コアは、前記方向性電磁鋼板の内周側に位置する巻付け始端に開口窓が開設され、
   前記引っ掛け片は、前記開口窓に係合している、
   トランス。
2. 前記引っ掛け片は、前記絶縁シートの巻付け終端から飛び出す方向に凸形状に形成される、
   請求項１に記載のトランス。
3. 前記絶縁シートと前記コアの巻付け方向は逆向きである、
   請求項２に記載のトランス。
4. 前記引っ掛け片は、前記絶縁シートを前記直線部に巻き付けたときに外周側に位置する部分に形成され、前記巻付け終端側、又は、前記巻付け始端に向けて凸形状の切り欠きである、
   請求項３に記載のトランス。
5. 前記引っ掛け片は、前記絶縁シートの前記巻付け終端側に向けて凸形状の切り欠きであり、
   前記絶縁シートと前記コアの巻付け方向は逆向きである、
   請求項４に記載のトランス。
6. 前記引っ掛け片は、前記絶縁シートの前記巻付け始端側に向けて凸形状の切り欠きであり、
   前記絶縁シートと前記コアの巻付け方向は同じ向きである、
   請求項４に記載のトランス。
7. 対向する直線部を有するように銅線を環状に巻回してコイルを作製するコイル作製ステップ、
   電気絶縁性を有する帯状の絶縁シートの巻付け終端又は前記直線部に巻き付けたときに外周側に位置する部分に引っ掛け片を作製する絶縁シート作製ステップ、
   帯状の方向性電磁鋼板の巻付け始端に開口窓をプレス加工で打ち抜きの後、前記方向性電磁鋼板を前記巻付け始端が内周側に位置するように円筒状に巻回し、焼鈍熱処理して仮巻きコアを得る仮巻きコア作製ステップ、
   前記コイルの前記直線部に、前記絶縁シートを前記引っ掛け片が外周に位置するように巻き付けて固定する絶縁シート巻付けステップ、
   前記仮巻きコアの巻き中心に回転可能なローラーを嵌め、前記仮巻きコアを前記絶縁シートが巻回された前記直線部の近傍に並べて配置する仮巻きコア配置ステップ、
   前記ローラーを回転させて、前記方向性電磁鋼板の巻付け終端を送り出し、前記仮巻きコアと前記絶縁シートを囲む大輪とする第１送出ステップ、
   前記方向性電磁鋼板の前記巻付け終端を前記大輪の周面に仮止めする巻付け終端仮止ステップ、
   前記ローラーを回転させて、前記仮巻きコアを回転させながら前記方向性電磁鋼板を送り出し、前記方向性電磁鋼板の前記巻付け始端が、前記大輪に含まれるまで前記方向性電磁鋼板を送り出す第２送出ステップ、
   前記方向性電磁鋼板の前記開口窓を前記絶縁シートの前記引っ掛け片に引っ掛ける引掛ステップ、
   前記ローラーを前記大輪から引き抜く引抜ステップ、
   前記引抜ステップにより、前記方向性電磁鋼板が、復元力により縮径して前記直線部に巻回された前記絶縁シートの周りに巻き付いて前記コアを得る巻付けステップ、及び、
   前記方向性電磁鋼板の巻付け終端を前記コアの周面に固定する巻付け終端固定ステップ、
   を含んでいるトランスの製造方法。
8. 前記引っ掛け片は、前記コアの巻付け方向とは逆向きに凸形状となるように形成されている、
   請求項７に記載のトランスの製造方法。
9. 前記仮巻きコア作製ステップは、前記方向性電磁鋼板の巻付け始端に前記開口窓をプレス加工で打ち抜きすると同時に、前記巻付け始端を先細りの台形形状に切断する、
   請求項８に記載のトランスの製造方法。

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