JP2020113646A - 巻線用ボビン、巻線部品及び電流センサ - Google Patents

Abstract

【課題】環状の巻線用ボビンに巻線を安定して形成する。【解決手段】ボビン１０は、環状に形成された本体部１１と、周方向に沿って間隔をあけて本体部１１に設けられた複数の仕切部１５と、を備える。本体部１１は、一対の仕切部１５で仕切られ導線３１が巻き回される巻回領域Ａを複数有し、巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１と内周側の第２長さＬ２とは略同じ長さである。【選択図】図２

Description

本発明は、導線が巻き回される巻線用ボビン、その巻線用ボビンを備えた巻線部品及びその巻線部品を備えた電流センサに関するものである。

特許文献１には、環状のコアを収容する本体部と、周方向に沿って所定の間隔で本体部に設けられる複数の仕切部と、を備えた巻線用ボビンが開示されている。この巻線用ボビンでは、仕切部で仕切られた複数の巻回領域に導線が巻き回されることによって複数の巻線が形成される。

特開２０１７−１１００９号公報

特許文献１に記載の巻線用ボビンの巻回領域は、周方向に沿って略円弧状に形成されているため、外周側の巻線状態と内周側の巻線状態とが均等とならず、各巻回領域に形成された巻線に偏りが生じたり巻崩れが生じたりするおそれがある。このように、各巻線の巻線状態がばらついてしまうと、結果として、巻線用ボビンが用いられる巻線部品の電気的特性がばらついてしまうおそれがある。

本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、環状の巻線用ボビンにおいて、各巻線を安定して形成することを目的とする。

本発明のある態様によれば、巻線用ボビンは、環状に形成された本体部と、周方向に沿って間隔を空けて前記本体部に設けられた複数の仕切部と、を備える。前記本体部は、一対の前記仕切部で仕切られ導線が巻き回される巻回領域を複数有し、前記巻回領域における外周側の長さと内周側の長さとは略同じ長さである。

この態様によれば、巻回領域における外周側の長さと内周側の長さとが略同じ長さに形成される。このように巻回領域における外周側の長さと内周側の長さとを略同じ長さとすることによって、巻回領域の外周側に形成される巻線の状態と巻回領域の内周側に形成される巻線の状態とをほぼ均等とすることが可能となる。この結果、巻線の偏りや巻崩れの発生が抑制され各巻回領域に巻線を安定して形成することができる。

図１は、本発明の実施形態における巻線用ボビンを備える巻線部品の平面図である。 図２は、図１の円IIで囲まれた部分を拡大して示した拡大図である。 図３は、図２の線III−IIIに沿う断面を示した断面図である。 図４は、図２の矢印ＩＶの方向から見た巻線部品の側面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態における巻線用ボビン１０を備える巻線部品１００の全体構成を示す平面図である。図２は、巻線部品１００の一部を拡大して示した拡大図であり、図３は、図２の線III−IIIに沿う断面を示した断面図である。

以下では、巻線部品１００が、検出対象となる導体を流れる電流の大きさ及び向きを非接触（導体非接触）で検出可能な電流センサに用いられるトロイダルコイルである場合について説明する。なお、以下の説明では、図１及び図２において矢印Ｘで示される方向を巻線部品１００及び巻線用ボビン１０の周方向、図１〜３において矢印Ｙで示される方向を巻線部品１００及び巻線用ボビン１０の径方向、図３において矢印Ｚで示される方向を巻線部品１００及び巻線用ボビン１０の厚さ方向として説明する。

図１に示すように、巻線部品１００は、巻線用ボビンとしてのボビン１０と、ボビン１０に収容されたコア２０と、ボビン１０に巻き回された巻線３０と、を備える。

コア２０は、磁性材料によって形成された円環状の部材である。

ボビン１０は、樹脂等の絶縁性を有する材料によって形成され、環状に形成された本体部１１と、周方向Ｘに沿って所定の間隔をあけて本体部１１に設けられた複数の仕切部１５と、を有する。なお、本体部１１は、環状に形成されているが、ここでいう環状とは、輪のように継ぎ目なく一体的に連なった形状であることを意味し、例えば、円環のように外観が円状であってもよいが、これに限定されるものではなく、外観が多角形状または楕円状となっているものであってもよい。

また、ボビン１０は、図３に示されるように、厚さ方向Ｚの略中央の位置において二つの部材に分割される。つまり、ボビン１０は、コア２０を収容する収容溝１０ｃ，１０ｄがそれぞれ円環状に形成された第１部材１０ａと第２部材１０ｂとを嵌合等によって結合することによって形成される。

仕切部１５は、図３に示すように本体部１１の表面から径方向Ｙ及び厚さ方向Ｚに突出して形成され、本体部１１を囲むように環状に設けられる。なお、仕切部１５の形状は、環状に限定されず、径方向Ｙ及び厚さ方向Ｚの何れかの方向のみ、径方向Ｙの外側及び内側の何れかのみ、または、厚さ方向Ｚの何れかの方向のみに突出して形成されるもの、つまり、本体部１１を囲む何れかの部分が切り欠かれた形状となっていてもよい。

本体部１１には、図１に示すように、隣り合う一対の仕切部１５によって仕切られる巻回領域Ａが複数形成される。巻回領域Ａには、導線３１が巻き回されることによって巻線３０が形成される。なお、巻回領域Ａのすべてに巻線３０が形成される必要はなく、複数の巻回領域Ａのうち少なくとも二つ以上の巻回領域Ａに巻線３０が形成されていればよい。また、各巻回領域Ａに形成される巻線３０のターン数は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、各巻回領域Ａに形成される巻線３０は、単層であってもよいし、仕切部１５の高さを超えない範囲で多層となっていてもよい。

巻回領域Ａを仕切る仕切部１５は、隣り合う巻回領域Ａに形成される巻線３０同士が接触してしまうことを防止するために、本体部１１から環状に突出して形成されていることが好ましい。このように、仕切部１５によって隣り合う巻線３０を離間した状態とすることによって、巻線３０同士が近接することによって生じる寄生容量（浮遊容量）を抑制することができる。

次に上記構成のボビン１０を備えた巻線部品１００の製造方法について説明する。

まず、ボビン１０を構成する第１部材１０ａの収容溝１０ｃにコア２０を挿入し、コア２０を覆うようにして第２部材１０ｂを第１部材１０ａに嵌合する。これによりボビン１０内にコア２０が収容された状態となる。

続いて、コア２０が収容されたボビン１０の巻回領域Ａに巻線３０が形成される。巻線３０は、図示しないトロイダルコイル巻線機により形成される。なお、巻線３０は、手作業によって形成されてもよい。

所定の巻回領域Ａに所定のターン数だけ導線３１が巻き回され、所定の巻数の巻線３０が複数形成される。これにより巻線部品１００が完成する。

ここで、環状のボビン１０に形成される巻回領域Ａの形状は通常、略円弧状となる。このように巻回領域Ａの外周側の長さよりも内周側の長さの方が短いと、当然ながら、外周側では導線３１間の間隔が比較的大きく、内周側では導線３１間の間隔が比較的小さくなる。つまり、巻回領域Ａの外周側の巻線密度よりも内周側の巻線密度の方が密になりやすい。

このため、巻回領域Ａの外周側の巻線状態と内周側の巻線状態とが均等とならず、例えば、巻回領域Ａの外周側に形成された巻線３０が周方向Ｘの一方に偏ってしまったり、巻崩れが生じてしまったりするおそれがある。そして、各巻線３０の巻線状態がばらついてしまうと、結果として、巻線３０が形成されたボビン１０が用いられる巻線部品１００の電気的特性にばらつきが生じるおそれがある。

また、巻回領域Ａにおける外周側の長さよりも内周側の長さが短いと、径方向Ｙにおいて内側に向かうほど巻回領域Ａの幅は狭くなる。このため、巻回領域Ａの径方向Ｙにおいて内側に向かって導線３１を巻き回す際に、トロイダルコイル巻線機が仕切部１５に接触し導線３１を正常に巻き回すことが困難になってしまったり、導線３１が仕切部１５に接触し断線してしまったりするおそれがある。

また、径方向Ｙにおいて内側に向かうほど巻回領域Ａの幅が狭くなると、内周側において巻太りが生じやすくなり、結果として巻線部品１００の内径が小さくなるおそれがある。このように、巻線部品１００の内径が小さくなってしまうと、巻線部品１００を電流センサとして用いる場合に、検出対象となる導体の外径が制限されることになる。

このような現象を避けるために、本実施形態では、巻回領域Ａにおける外周側の長さである第１長さＬ１と内周側の長さである第２長さＬ２とを略同じ長さとしている。

具体的には、一般的なボビン１０では仕切部１５の周方向Ｘにおける幅が径方向Ｙにおいて略一定となっているのに対して、本実施形態では、巻回領域Ａにおける第１長さＬ１と第２長さＬ２とを略同じ長さとするために、図２に示されるように、径方向Ｙにおいて外側に向かうほど、仕切部１５の周方向Ｘにおける幅が徐々に大きくなるように形成されている。

換言すると、仕切部１５に設けられる２つの側面１５ａは、平行ではなく、所定の交差角度αを有するように形成されており、結果として、隣り合う仕切部１５の対向する側面１５ａは、互いに略平行となる。

交差角度αの大きさは、仕切部１５が設けられる間隔である設置角度βの大きさとほぼ同じ大きさであり、巻回領域ＡがＮ個、つまり、仕切部１５がＮ個設けられている場合、公差角度αの大きさは、設置角度βと同様に３６０°をＮで除した大きさの角度となる。

このように巻回領域Ａを仕切る一対の仕切部１５の対向する側面１５ａを互いに略平行とすることで、巻回領域Ａの周方向Ｘにおける幅は径方向Ｙに沿って略一定となり、結果として第１長さＬ１と第２長さＬ２とは略同じ長さとなる。

なお、巻回領域Ａを仕切る一対の仕切部１５の対向する側面１５ａが互いに略平行であるとは、厳密な意味での平行のみを意味するものではなく、後述の効果が得られる程度の範囲が含まれることを意味する。同様に、第１長さＬ１と第２長さＬ２とが略同じ長さであるとは、厳密な意味での長さの一致を意味するものではなく、後述の効果が得られる程度の範囲が含まれることを意味する。

このように第１長さＬ１と第２長さＬ２とが略同じ長さに設定されることによって、巻回領域Ａに形成される巻線３０は、巻回領域Ａの外周側と内周側とにおいてほぼ均等な巻線状態となる。この結果、各巻回領域Ａに形成された巻線３０に偏りが生じたり巻崩れが生じたりすることを抑制することができるとともに、巻線３０が形成されたボビン１０が用いられる巻線部品１００の電気的特性を安定させることができる。

また、巻回領域Ａの周方向Ｘにおける幅を径方向Ｙに沿って一定とすることで、巻回領域Ａの径方向Ｙにおいて内側に向かって導線３１を巻き回す際に、トロイダルコイル巻線機が仕切部１５に接触したり、導線３１が仕切部１５に接触したりすることを抑制することが可能となる。この結果、各巻回領域Ａに所望の巻線３０を精度よく安定して形成することができる。

また、巻回領域Ａの外周側の巻線状態と内周側の巻線状態とがほぼ均等となることで内周側への巻太りが低減される。このため、巻線部品１００の内径が小さくなってしまうことが抑制され、結果として、巻線部品１００を電流センサとして用いる場合に、比較的大きい外径を有する導体を検出対象とすることが可能となる。

なお、巻回領域Ａにおける外周側の面である第１面１１ａは径方向Ｙにおいて外側に向かって凸状の曲面であり、内周側の面である第２面１１ｂは径方向Ｙにおいて外側に向かって凹状の曲面であってもよいが、第１面１１ａと第２面１１ｂとは互いに略平行な平面であることが好ましい。

例えば、第１面１１ａが凸状の曲面である場合、第１面１１ａに巻き回された導線３１は、第１面１１ａの周方向Ｘにおいて外側に向かってずれやすく、第２面１１ｂが凹状の曲面である場合、第２面１１ｂに巻き回された導線３１は、第２面１１ｂの周方向Ｘにおいて中央に向かってずれやすい。一方、第１面１１ａと第２面１１ｂとを互いに平行な平面とした場合、このような導線３１のずれが抑制されることで、導線３１を等間隔で精度よく巻き回すことが可能となる。この結果、巻回領域Ａの外周側の巻線状態と内周側の巻線状態とをさらに均等とすることができる。

また、巻回領域Ａの外周側の巻線状態と内周側の巻線状態とを均等とするには、第１長さＬ１と第２長さＬ２とを同じ長さとすることが好ましいが、ボビン１０は環状に形成されることから、第１長さＬ１を第２長さＬ２よりも所定の長さだけ長くしてもよい。

例えば、巻回領域Ａの外周側の巻線状態と内周側の巻線状態とをほぼ均等とすることが可能となる範囲で、第１長さＬ１と第２長さＬ２との比率または差分を適宜規定してもよい。具体的には、第１長さＬ１を第２長さＬ２の１．２倍以下、好ましくは１．１倍以下の長さに設定したり、第１長さＬ１と第２長さＬ２との差が導線３１の線径ｄ以下となるように設定したりしてもよい。

さらに、本実施形態では、巻線３０が形成された後に巻崩れが生じることを防止するために、導線３１の巻終わりの端部３１ａが係止される係止部としての係止溝１６がボビン１０に設けられている。

導線３１の巻終わりの端部３１ａが係止される係止溝１６は、図４に示すように、仕切部１５の径方向Ｙの外側の面１５ｂに設けられる。なお、図４は、図２の矢印ＩＶの方向から仕切部１５の周辺を見た図であり、径方向Ｙにおいて外側からボビン１０の側面を見た状態を示している。

係止溝１６は、仕切部１５の径方向Ｙにおいて外側の面１５ｂに形成された溝であり、導線３１の線径ｄ以上の幅と深さを有する。また、係止溝１６は、両端が同一の巻回領域Ａに開口している。

このように形成された係止溝１６内に、巻回領域Ａに巻き回された導線３１の端部３１ａを取り回して係止させることによって、巻線３０が端部３１ａからほどけて巻崩れが生じてしまうことを抑制することができる。また、端部３１ａは、巻回領域Ａを向いて保持されることになるため、係止溝１６に係止された端部３１ａが何れの巻回領域Ａの巻線３０の端部３１ａであるかを容易に判別することが可能である。この結果、作業者は端部３１ａの結線作業を効率的に行うことができる。

なお、係止部の形状は溝に限定されず、巻線３０の端部３１ａを係止可能な形状であればどのような形状であってもよく、例えば突起であってもよい。また、係止部が設けられる場所は、仕切部１５の径方向Ｙにおいて外側の面１５ｂに限定されず、仕切部１５の何れかの部分であればよい。なお、仕切部１５の内側の面に係止部を設けた場合と比較し、外部から視認されやすい外側の面１５ｂに係止部を設けることによって、作業者は端部３１ａの判別や結線作業を容易に行うことが可能となる。

また、巻き終わりの端部３１ａを係止する上述の係止溝１６に加えて、巻き始めの端部を係止する係止溝を別途設けてもよい。巻き終わりの端部３１ａと巻き始めの端部とを巻回領域Ａに向けて保持しておくことによって、作業者は結線作業をさらに効率的に行うことができる。

次に、上記実施形態の作用効果について説明する。

本実施形態によれば、ボビン１０は、環状に形成された本体部１１と、周方向に沿って間隔をあけて本体部１１に設けられた複数の仕切部１５と、を備える。そして、本体部１１は、一対の仕切部１５で仕切られ導線３１が巻き回される巻回領域Ａを複数有し、巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１と内周側の第２長さＬ２とは略同じ長さである。

この構成では、巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１と内周側の第２長さＬ２とが略同じ長さに形成される。このように巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１と内周側の第２長さＬ２とを略同じ長さとすることによって、ボビン１０が環状に形成されていても巻回領域Ａの外周側に形成される巻線３０の状態と巻回領域Ａの内周側に形成される巻線３０の状態とをほぼ均等とすることが可能となる。この結果、巻線３０の偏りや巻崩れの発生が抑制され各巻回領域Ａに巻線３０を安定して形成することができる。また、このようにボビン１０に巻線３０が安定して形成されることによって、ボビン１０が用いられる巻線部品１００の電気的特性のばらつきが抑制され、例えば、巻線部品１００が電流センサとして用いられる場合、電流の検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１は、内周側の第２長さＬ２の１．２倍以下である。

この構成では、巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１が、内周側の第２長さＬ２の１．２倍以下に設定される。このように巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１と内周側の第２長さＬ２とを略同じ長さとすることによって、ボビン１０が環状に形成されていても巻回領域Ａの外周側に形成される巻線３０の状態と巻回領域Ａの内周側に形成される巻線３０の状態とをほぼ均等とすることが可能となる。この結果、巻線３０の偏りや巻崩れの発生が抑制され各巻回領域Ａに巻線３０を安定して形成することができる。

また、本実施形態によれば、巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１と内周側の第２長さＬ２と差は、導線３１の線径ｄ以下である。

この構成では、巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１と内周側の第２長さＬ２と差が、導線３１の線径ｄ以下となるように第１長さＬ１及び第２長さＬ２の長さが設定される。このように巻回領域Ａにおける外周側の第１長さＬ１と内周側の第２長さＬ２とを略同じ長さとすることによって、ボビン１０が環状に形成されていても巻回領域Ａの外周側に形成される巻線３０の状態と巻回領域Ａの内周側に形成される巻線３０の状態とをほぼ均等とすることが可能となる。この結果、巻線３０の偏りや巻崩れの発生が抑制され各巻回領域Ａに巻線３０を安定して形成することができる。

また、本実施形態によれば、巻回領域Ａにおける外周側の第１面１１ａと内周側の第２面１１ｂとは互いに略平行に形成された平面である。

この構成では、巻回領域Ａにおける外周側の第１面１１ａと内周側の第２面１１ｂとが互いに略平行に形成された平面である。このように第１面１１ａと第２面１１ｂとを、曲面ではなく、互いに平行な平面とすることによって、ボビン１０が環状に形成されていても巻回領域Ａの外周側に形成される巻線３０の状態と巻回領域Ａの内周側に形成される巻線３０の状態とをさらに均等とすることが可能となる。この結果、巻線３０の偏りや巻崩れの発生が抑制され各巻回領域Ａに巻線３０を安定して形成することができる。

また、本実施形態によれば、仕切部１５は、本体部１１から環状に突出して形成される。

この構成では、仕切部１５は、本体部１１から環状に突出して形成されている。このように、巻回領域Ａを仕切る仕切部１５を本体部１１から環状に突出させることによって、隣り合う巻回領域Ａに形成される巻線３０同士は、接触することなく、仕切部１５によって完全に離間した状態となる。このため、巻線３０同士が近接することによって生じる寄生容量を抑制することが可能となり、結果として、巻線３０が形成されたボビン１０が用いられる巻線部品１００の電気的特性電気的特性のばらつきが抑制され、例えば、巻線部品１００が電流センサとして用いられる場合、電流の検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、仕切部１５には、巻回領域Ａに巻き回される導線３１の端部３１ａが係止される係止溝１６が設けられる。

この構成では、巻回領域Ａに巻き回される導線３１の端部３１ａが係止される係止溝１６が仕切部１５に設けられる。このように、係止溝１６内に、巻回領域Ａに巻き回された導線３１の端部３１ａを取り回して係止させることによって、巻線３０が端部３１ａからほどけて巻崩れが生じてしまうことを抑制することができる。

また、本実施形態によれば、巻線部品１００は、上記構成のボビン１０と、ボビン１０に収容された環状のコア２０と、巻回領域Ａに巻き回された巻線３０と、を備える。

この構成では、巻線部品１００は、上記構成のボビン１０を備える。このように、各巻回領域Ａに所望の巻線３０を精度よく安定して形成することが可能なボビン１０を備えることによって、巻線部品１００の電気的特性を安定させることができる。

また、本実施形態によれば、電流センサは、上記構成の巻線部品１００を備える。

この構成では、上記構成の巻線部品１００が電流センサのコイルとして用いられる。このように、電気的特性が安定した巻線部品１００を電流センサのコイルとして採用することによって、電流センサの検出精度を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、巻線部品１００が、電流センサに用いられるトロイダルコイルである場合について説明した。巻線部品１００は、これに限定されず、例えば、電気的に互いに接続されていない複数の巻線３０をボビン１０に巻き回すことで形成され、トランスとして機能するものであってもよい。

１００ 巻線部品
１０ ボビン（巻線用ボビン）
１１ 本体部
１１ａ 第１面（外周側の面）
１１ｂ 第２面（内周側の面）
１５ 仕切部
１６ 係止溝（係止部）
２０ コア
３０ 巻線
３１ 導線
３１ａ 端部
Ａ 巻回領域
Ｌ１ 第１長さ（外周側の長さ）
Ｌ２ 第２長さ（内周側の長さ）

Claims (8)

1. 巻線用ボビンであって、
   環状に形成された本体部と、
   周方向に沿って間隔をあけて前記本体部に設けられた複数の仕切部と、を備え、
   前記本体部は、一対の前記仕切部で仕切られ導線が巻き回される巻回領域を複数有し、
   前記巻回領域における外周側の長さと内周側の長さとは略同じ長さである、巻線用ボビン。
2. 請求項１に記載の巻線用ボビンであって、
   前記巻回領域における外周側の長さは、内周側の長さの１．２倍以下である、巻線用ボビン。
3. 請求項１に記載の巻線用ボビンであって、
   前記巻回領域における外周側の長さと内周側の長さと差は、前記導線の線径以下である、巻線用ボビン。
4. 請求項１から３の何れか１つに記載の巻線用ボビンであって、
   前記巻回領域における外周側の面と内周側の面とは互いに略平行に形成された平面である、巻線用ボビン。
5. 請求項１から４の何れか１つに記載の巻線用ボビンであって、
   前記仕切部は、前記本体部から環状に突出して形成される、巻線用ボビン。
6. 請求項１から５の何れか１つに記載の巻線用ボビンであって、
   前記仕切部には、前記巻回領域に巻き回される前記導線の端部が係止される係止部が設けられる、巻線用ボビン。
7. 請求項１から６の何れか１つに記載の巻線用ボビンと、
   前記巻線用ボビンに収容された環状のコアと、
   前記巻回領域に巻き回された巻線と、を備える巻線部品。
8. 請求項７に記載の巻線部品を備える電流センサ。

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