JP2007208122A - コイル及びコイルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、巻線の膨らみ防止を図ったコイル及び巻線が膨らむことを防止するコイルの製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】第１工程として，巻線片１０，１１の基板５０上での配置位置及び巻線片５１と基板５０上の端子６１との取り付け位置を位置決めした上で、巻線片１０，１１，５１をＨ（高さ）方向から取り付ける。第２工程として、先組みした巻線片１０，１１，５１にトロイダルコア４０をＨ（高さ）方向から組み付ける。第３工程として、巻線片５２をＨ（高さ）方向（あるいはＬ（奥行）方向）から取り付ける。第４工程として、巻線片５２及び巻線片１１に巻線片２０を、巻線片１０及び巻線片１１に巻線片３０を、巻線片１０及び巻線片５１に巻線片３１を、全てＨ方向から組み付ける。
【選択図】図９

Description

本発明は、コイルのコアに巻線を巻く技術に関する。

従来から、巻線を鉄心（コア）に多数巻いたコイル（ステータコイル）が複数配置され、隣り合うコイル同士において鉄心に巻かれた巻線同士を電気的に接続する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術は、コア上の巻線が分割されており、分割された巻線同士を電気的に接続するものである。
実開平２−９１４７４号公報

しかしながら、コアに既に多数巻かれた巻線同士を接続する上述の従来技術では、分割された巻線同士を接続しているものの、巻線をコアに巻く際に、巻線のスプリングバック（復元力）によって巻線が膨らみやすくなり、自動巻線巻き機によって自動で巻線を巻いた後に手作業でさらに巻き締めをしなければならないおそれがある。

そこで、本発明は、巻線の膨らみ防止を図ったコイル及び巻線が膨らむことを防止するコイルの製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のコイルは、コアに巻かれた巻線がコアの周方向で一周するまでに複数に分割された巻線片から構成される、ことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明のコイルの製造方法は、コアに巻くべき巻線がコアの周方向で一周するまでに複数に分割された巻線片をコアに組み付けた後に、巻線片同士を接合する、ことを特徴とする。

また、上記課題を解決するため、本発明のコイルの製造方法は、コアに巻くべき巻線がコアの周方向で一周するまでに複数に分割された巻線片のうちその一部を被取付体に取り付けた後、被取付体に取り付けた巻線片にコアを組み付け、残りの巻線片と被取付体に取り付けた巻線片とを接合する、ことを特徴とする。

本発明によれば、巻線の膨らみ防止を図ったコイル及び巻線が膨らむことを防止するコイルの製造方法が得られる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。コイルは、電子制御装置等に内蔵される電子回路（電源回路やノイズ低減回路等）の一部品として使用されるのをはじめ、ノイズの低減部品、電動機や発電機に内蔵される部品として、様々な用途に使用されている。

近年、電動機や発電機に内蔵される部品としてコイルが使用される場合など、コイルの巻線に流す電流が次第に増加してきており、それにつれて巻線の線径が太くなってきている。コアに巻線を巻く際に、細線の場合ならば自動巻線巻き機による巻きまわしが容易に可能であるが、数十Ａの電流を流すことが可能な太線（例えば、線径φ２〜３ｍｍ）をコアに巻く場合には、コアへの巻装時に塑性加工を用いるために巻線にスプリングバックが起こり、巻線が膨らみやすくなる。したがって、巻線が膨らむのを防ぐために、人手による巻き回し作業をしたり、自動巻線巻き機によって自動で巻線を巻き回した後に手作業でさらに巻き締め作業をしたりする必要がある。しかしながら、このような巻き回しや巻き締めをすると、コイル製造時の工数が増える上に、基板等の被取付体との取付部位である巻線の末端部などの寸法の精度が悪くなる。その結果、巻線の末端部を被取付体に取り付ける際に、取り付けピッチ等の修正作業が必要となる。

そこで、巻線の膨らみ防止を図った本発明のコイルの実施形態を以下に説明する。図１は、本発明のコイルの一実施形態であるトロイダルコイル１の正面図である。図２は、図１に対する裏面図である。

図１，図２に示されるように、トロイダルコイル１は、トロイダルコア４０に巻かれた巻線がトロイダルコア４０の周方向で一周するまでに７つに分割された巻線片１０，１１，２０，３０，３１，５１，５２から構成されている。トロイダルコア４０は、ほぼトーラス状（ドーナツ状）であって、フェライト等の磁性体でできている。巻線片１０，１１，２０，３０，３１，５１，５２は、銅等の導体でできている。トロイダルコア４０の周方向とは、トロイダル方向（トーラスの大円周方向（ドーナツの輪の方向））のことである。

図３は巻線片１０，１１の単品図であり、図４は巻線片５１，５２の単品図であり、図５は巻線片２０，３０，３１の単品図である。巻線片１０，１１は、トロイダルコア４０をその軸方向でポロイダル方向（トーラスの小円周方向）に挟み込んで組み付け可能なように、コの字の部位を有している。巻線片５１（５２）は、トロイダルコア４０の中空部に対して両側に（図１で言えば、トロイダルコア４０の上面側と下面側に）その末端部である５１ａ及び５１ｂ（５２ａ及び５２ｂ）が配置されるように、クランク型の形状をしている。巻線片２０，３０，３１は、直線形状をしている。各巻線片は、切削加工、成型加工、プレス加工、レーザー加工される。あるいは、それらの組み合わせで各巻線片は形成される。

各巻線片同士は、図１，図２に示されるように接合され、電流が導通可能に接合されている。巻線片５１と巻線片３１は、巻線片５１の接合部５１ｂと巻線片３１の接合部３１ｂで接合され、巻線片３１と巻線片１０は、巻線片３１の接合部３１ａと巻線片１０の接合部１０ａとで接合され、巻線片１０と巻線片３０は、巻線片１０の接合部１０ｂと巻線片３０の接合部３０ｂで接合され、巻線片３０と巻線片１１は、巻線片３０の接合部３０ａと巻線片１１の接合部１１ｂで接合され、巻線片１１と巻線片２０は、巻線片１１の接合部１１ａと巻線片２０の接合部２０ａで接合され、巻線片２０と巻線片５２は、巻線片２０の接合部２０ｂと巻線片５２の接合部５２ｂで接合される。このような接合によって、巻線片が全体としてトロイダルコア４０に巻かれた状態の巻線構造が形成され、また、電流は巻線全体の末端部である５１ａから５２ａにまたは５２ａから５１ａに導通可能になる。

上述のとおり、本発明のコイルの実施形態について、その一実施形態であるトロイダルコイル１を用いて説明した。続いて、本発明のコイルの製造方法の第１の実施形態について説明する。

図１１は、本発明のコイルの製造方法の第１の実施形態の工程図である。まず、第１工程として、コアを固定する（ステップ１）。ステップ１に示す第１工程では、コアに巻くべき巻線がコアの周方向で一周するまでに複数に分割された巻線片を後の工程でコアに組み付け可能な固定態様となるようにコアを所定の固定具で固定する。固定具については、第１工程を行う環境に合わせたものを使用すればよい。

次に、第２工程として、コアに巻線片を組み付ける（ステップ２）。ステップ２に示す第２工程では、コアに巻かれた巻線がコアの周方向で一周するまでに複数に分割された巻線片を第１工程で固定されたコアに所定の組み付け具で組み付ける。組み付け具についても、第２工程を行う環境に合わせたものを使用すればよい。

最後に、第３工程として、コアに組み付けられた巻線片同士を接合する（ステップ３）。ステップ３に示す第３工程では、第２工程でコアに組み付けられた巻線片同士を所定の接合装置で接合する。接合装置として、レーザー接合装置、抵抗溶接装置、はんだ接合装置などが挙げられる。

それでは、本発明のコイルの製造方法の実施形態について、上述の図１等で示されるトロイダルコイル１を用いて具体的に説明する。

図１等で示されるトロイダルコイル１を製造するためには、まず、第１工程として、トロイダルコア４０を所定の固定具で固定する。トロイダルコア４０はトーラス状であるので、安定的な固定とするためには、複数の支持点で固定することが望ましい。

次に、第２工程として、巻線片をトロイダルコア４０に所定の組み付け具で組み付ける。第２工程の第１段階として、トロイダルコア４０への巻線片１０，１１，５１の組み付け位置を位置決めした上で、巻線片１０，１１，５１をトロイダルコア４０に組み付ける。次に、第２工程の第２段階として、トロイダルコア４０への巻線片５２の組み付け位置を位置決めした上で、巻線片５２をトロイダルコア４０に組み付ける。第２工程の第１段階と第２段階の順番は、反対でもよいし、同時に行ってもよい。第２工程の第１段階と第２段階での組み付け位置を保持したまま、第２工程の第３段階に移行する。第２工程の第３段階として、トロイダルコア４０に先組みした巻線片１０，１１，５１，５２に巻線片２０，３０，３１を取り付ける。第２工程の第３段階での取り付け位置を保持したまま、第３工程に移行する。

最後に、第３工程として、トロイダルコア４０に組み付けられた巻線片同士を所定の接合装置で接合する。第３工程の第１段階として、巻線片５１と巻線片３１を、巻線片５１の接合部５１ｂと巻線片３１の接合部３１ｂで接合する。第３工程の第２段階として、巻線片３１と巻線片１０を、巻線片３１の接合部３１ａと巻線片１０の接合部１０ａとで接合で接合する。第３工程の第３段階として、巻線片１０と巻線片３０を、巻線片１０の接合部１０ｂと巻線片３０の接合部３０ｂで接合する。第３工程の第４段階として、巻線片３０と巻線片１１を、巻線片３０の接合部３０ａと巻線片１１の接合部１１ｂで接合する。第３工程の第５段階として、巻線片１１と巻線片２０を、巻線片１１の接合部１１ａと巻線片２０の接合部２０ａで接合する。第３工程の第６段階として、巻線片２０と巻線片５２を、巻線片２０の接合部２０ｂと巻線片５２の接合部５２ｂで接合する。なお、第３工程における接合の順番は、特に上述の順番に限らず、任意の順番でよい。

続いて、本発明のコイルの製造方法の第２の実施形態について説明する。図１２は、本発明のコイルの製造方法の第２の実施形態の工程図である。まず、第１工程として、コアに巻くべき巻線がコアの周方向で一周するまでに複数に分割された巻線片の一部を被取付体に取り付ける（ステップ１１）。ステップ１１に示す第１工程の第１段階として、その巻線片の一部が被取付体の取付部位に取り付け可能となるように被取付体を所定の固定具で固定する。被取付体として、基板、基盤、筐体、台座などが挙げられるが、本発明は被取付体の形状に限らず実施可能である。固定具については、ステップ１１に示す第１工程を行う環境に合わせたものを使用すればよい。そして、ステップ１１に示す第１工程の第２段階として、固定された被取付体の取付部位にその一部の巻線片を所定の取付具で取り付ける。その一部の巻線片の被取付体との取付形状は、被取付体の取付部位の形状との関係によって決められる。取付具についても、ステップ１１に示す第１工程を行う環境に合わせたものを使用すればよい。

次に、第２工程として、被取付体に取り付けた巻線片にコアを組み付ける（ステップ１２）。ステップ１２に示す第２工程では、ステップ１１に示す第１工程で被取付体に取り付けた巻線片にコアを所定の組み付け具で組み付ける。組み付け具についても、第２工程を行う環境に合わせたものを使用すればよい。

最後に、第３工程として、残りの巻線片と被取付体に取り付けた巻線片同士を接合する（ステップ１３）。ステップ１３に示す第３工程では、第２工程で組み付けたコアを支持しつつ、第１工程で被取付体に取り付けた巻線片と第１工程で取付られていない残りの巻線片とを所定の接合装置で接合する。接合装置として、レーザー接合装置、抵抗溶接装置、はんだ接合装置などが挙げられる。

それでは、図３に示される巻線片１０，１１と、図４に示される巻線片５１，５２と、図５に示される巻線片２０，３０，３１と、トロイダルコアと、被取付体とから構成されるコイルの製造方法を、図１２で示した製造方法の具体例として説明する。

図６は、被取付体である基板５０に巻線片１０，１１，５１を取り付ける第１工程を示す図である。基板５０上にはランド等の端子６１，６２が配置され、端子６１には巻線片５１が接合され、端子６２には巻線片５２が接合されることになる。基板５０は図示しない電流配線を有しており、端子６１，６２を介して、コイルと基板５０間に電流の流通が行われる。第１工程として、巻線片１０，１１の基板５０上での配置位置及び巻線片５１と基板５０上の端子６１との取り付け位置を位置決めした上で、巻線片１０，１１，５１をＨ（高さ）方向から所定の取り付け具で取り付け、端子６１と巻線片５１とを接合する。

図７は、巻線片１０，１１，５１にトロイダルコア４０を組み付ける第２工程を示す図である。第２工程として、先組みした巻線片１０，１１，５１にトロイダルコア４０をＨ（高さ）方向から所定の組み付け具で組み付ける。このとき、トロイダルコア４０を支持する新たな支持治具を使用しなくても、先組みした巻線片１０，１１，５１自体を支持治具として代用可能である。

図８は、巻線片５２を組み付ける第３工程を示す図である。第３工程として、巻線片５２をＨ（高さ）方向（あるいはＬ（奥行）方向）から所定の取り付け具で取り付け、端子６２と巻線片５２とを接合する。

図９は、巻線片２０，３０，３１を組み付ける第４工程を示す図及び完成図である。図１０は、図９に対する側面図である。第４工程として、巻線片５２及び巻線片１１に巻線片２０を、巻線片１０及び巻線片１１に巻線片３０を、巻線片１０及び巻線片５１に巻線片３１を、全てＨ方向から組み付ける。巻線片５２と巻線片２０は、巻線片５２の接合部５２ｂと巻線片２０の接合部２０ｂで接合され、巻線片２０と巻線片１１は、巻線片２０の接合部２０ａと巻線片１１の接合部１１ａで接合され、巻線片１１と巻線片３０は、巻線片１１の接合部１１ｂと巻線片３０の接合部３０ａで接合され、巻線片３０と巻線片１０は、巻線片３０の接合部３０ｂと巻線片１０の接合部１０ｂで接合され、巻線片１０と巻線片３１は、巻線片１０の接合部１０ａと巻線片３１の接合部３１ａで接合され、巻線片３１と巻線片５１は、巻線片３１の接合部３１ｂと巻線片５１の接合部５１ｂで接合される。

なお、上述の接合部の接合方法として、レーザー接合、抵抗接合、はんだ接合などが挙げられる。

このように、本発明のコイルの実施形態や本発明のコイルの製造方法の実施形態によれば、トロイダルコア４０を周方向で一周するまでに７つの巻線片に巻線が分割されているので、各巻線片に生じるスプリングバックは、分割せずにトロイダルコア４０に線状の巻線を巻いた場合の巻線に生じるスプリングバックに比べ小さく抑えられ、トロイダルコア４０に巻かれた巻線片から構成される巻線が全体として膨らむことを防止することができる。つまり、線状の巻線が予め加工された巻線片という成形部品に複数に分割されているので、塑性加工せずにトロイダルコア４０への組み付けを行うことができる。また、巻線が巻線片に分割されているだけなので、それらの巻線片を接合すれば所期のインダクタンス特性を有する巻線構造のコイルが得られることになる。

また、本発明のコイルの実施形態や本発明のコイルの製造方法の実施形態によれば、小分割された巻線片のため、線状の巻線に比べ成形性が高く、巻線材の径を問わずに各巻線片の各部位の寸法精度を高めることも可能である。その結果、成形済みの巻線片がトロイダルコア４０に組み付けられているので、線状の巻線をトロイダルコア４０に巻き回した場合に比べ、巻線全体の末端部である５１ａと５２ａのピッチ寸法をはじめ巻線構造の寸法精度は全体的に向上し、トロイダルコイル１の基板等の被取付体との取り付け性も向上する。

さらに、本発明のコイルの製造方法の第２の実施形態によれば、スプリングバックによる巻線の膨らみを防止し巻線の末端部である基板取り付け部の精度の悪化が抑えられ、巻線の末端部である巻線片５１，５２と基板５０上に所定間隔で配置した端子６１，６２との取り付けのしやすさが向上すると同時に取り付け精度も向上する。また、端子６１，６２との取り付けのしやすさや取り付け精度の向上は、巻線の線径を問わない。そして、トロイダルコイル１の一部である巻線片１０，１１，５１を基板５０に先組みするため、トロイダルコイル１の残りの構成部品も基板５０上で自動取り付けすることが可能である。つまり、サブアッセンブリであるトロイダルコイルを基板５０に取り付ける場合に比べ、基板５０上で各要素部品を組み上げていく場合のほうが、取付性は良い。さらに、バスバーなどの他の基板実装部品を、トロイダルコイル１を構成する部品である巻線片５１，５２に代用することによって、トロイダルコイル１自体の部品点数の削減が可能であり、コストの削減をすることができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、本発明は、上述の実施例のコアへの巻線数や巻線片の数には限られない。また、巻線片同士の接合力や巻線片と被取付体との接合力を向上させるために、接合部を凹凸形状にして、嵌め合い構造にしてもよい。また、被取付体は基盤に限らず、コイルを取付けられる対象であればどのようなものでもよい。

本発明のコイルの一実施形態であるトロイダルコイル１の正面図である。 図１に対する裏面図である。 巻線片１０，１１の単品図である。 巻線片５０，５１の単品図である。 巻線片２０，３０，３１の単品図である。 被取付体である基板５０に巻線片１０，１１，５１を取り付ける第１工程を示す図である。 巻線片１０，１１，５１にトロイダルコア４０を組み付ける第２工程を示す図である。 巻線片５２を組み付ける第３工程を示す図である。 巻線片２０，３０，３１を組み付ける第４工程を示す図及び完成図である。 図９に対する側面図である。 本発明のコイルの製造方法の第１の実施形態の工程図である。 本発明のコイルの製造方法の第２の実施形態の工程図である。

符号の説明

１ トロイダルコイル
１０，１１，２０，３０，３１，５１，５２ 巻線片
４０ トロイダルコア
５０ 基板
６１，６２ 端子

Claims (3)

1. コアに巻かれた巻線がコアの周方向で一周するまでに複数に分割された巻線片から構成される、コイル。
2. コアに巻くべき巻線がコアの周方向で一周するまでに複数に分割された巻線片をコアに組み付けた後に、巻線片同士を接合する、コイルの製造方法。
3. コアに巻くべき巻線がコアの周方向で一周するまでに複数に分割された巻線片のうちその一部を被取付体に取り付けた後、被取付体に取り付けた巻線片にコアを組み付け、残りの巻線片と被取付体に取り付けた巻線片とを接合する、コイルの製造方法。

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