JP6060206B2 - 環状コイル - Google Patents
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Description
絶縁被覆導線と、金属磁性粉末を非磁性バインダで結合して成形して成り、電気絶縁被膜で覆われ、前記絶縁被覆導線が巻きつけられる第1の巻線部と、前記第1の巻線部の長手方向両端または一端から変曲し、前記第1の巻線部の長手に対して交差する向きに延び出すように、前記第1の巻線部の長手方向両端または一端に連続して形成され、その長さが前記第1の巻線部の長さより短く、前記絶縁被覆導線が巻きつけられない第1の非巻線部と、前記第1の巻線部に巻きつけられた導線に通電したときに生成される磁束に交差する向きとなる、前記第1の非巻線部の終端に形成された第1の接合面と、を有する第1のコアセグメントと、金属磁性粉末を非磁性バインダで結合して成形して成り、電気絶縁被膜で覆われ、前記絶縁被覆導線が巻きつけられる第2の巻線部と、前記第2の巻線部の長手方向両端または一端から変曲し、前記第2の巻線部の長手に対して交差する向きに延び出すように、前記第2の巻線部の長手方向両端または一端に連続して形成され、その長さが前記第2の巻線部の長さより短く、前記絶縁被覆導線が巻きつけられない第2の非巻線部と、前記第1の接合面と対向して配置され、前記第2の巻線部に巻きつけられた導線に通電したときに生成される磁束に交差する向きとなる、前記第2の非巻線部の終端に形成された第2の接合面と、を有する第2のコアセグメントと、を有し、
前記第1及び第2の非巻線部の長さL3と導線の直径d1,d2と巻きつけ層数m1,m2との関係が下式を満たし、放熱性に優れていることを特徴とする環状コイル。
但し、L3:前記第1及び第2の非巻線部の長さ
d1:前記第1の巻線部に巻きつけられた導線の直径
d2:前記第2の巻線部に巻きつけられた導線の直径
m1:前記第1の巻線部への導線の巻きつけ層数
m2:前記第2の巻線部への導線の巻きつけ層数
前記第1及び第2の非巻線部の長さL3と導線の直径d1,d2と巻きつけ層数m1,m2との関係が下式を満たし、絶縁耐圧性能および放熱性能がともに優れていることを特徴とする環状コイル。
但し、L3:前記第1及び第2の非巻線部の長さ
d1:前記第1の巻線部に巻きつけられた導線の直径
d2:前記第2の巻線部に巻きつけられた導線の直径
m1:前記第1の巻線部への導線の巻きつけ層数
m2:前記第2の巻線部への導線の巻きつけ層数
第1及び第2の巻線部への導線の巻きつけ層数m1,m2が増えると、式(1)の右項の巻線厚さ(d1・m1+d2・m2)が大きくなり、中央スペース9が狭まる。中央スペース9がゼロになると、第1及び第2の巻線部に巻かれた巻線の背中と背中が接触して放熱性能が阻害されるようになり、過熱状態を招来することとなる。絶縁被覆導線として絶縁被膜の厚みが薄い2種の導線を用いる。上記パラメータ式(1)を満たす2種の導線の巻きつけは、コイルの放熱性を改善するばかりでなく、表1に示すようにコイルの絶縁耐圧性能を向上させる。
(コイルの製造)
実施例の環状コイル、比較例のトロイダルコイルそれぞれの製造方法の概要を説明する。
実施例1・2は、金属磁性粉末として組成Fe-9.5質量%Si-5.5質量%Alのいわゆるセンダスト粉末を用い、非磁性バインダ(シリコーン樹脂3重量%)で結合して成形することで、巻線部と前記巻線部の長手方向両端に連続して形成された非巻線部から構成され、さらに巻線部5a、5bの周面に電気絶縁体塗装としてエポキシ樹脂を塗布し、図2の3a、3bで示すようなコアセグメントを作製した。コアセグメント3a、3bはそれぞれ巻線部に1.0mmφの導線で、巻線部5aと5bを合わせて実施例1は30回、実施例2は80回巻線機で巻きつけられ、コアセグメント3a、3bのそれぞれの接合面を接着剤で接続することで、環状コイルを作製した。
2)コイルコアの長辺の長さL2;30mm
3)非巻線部の長さ(巻線部の内周面間隔)L3;34mm
4)巻線部の長さ(非巻線部の内周面間隔)L4;14mm
5)コアセグメントの長辺の幅L5;8mm
6)コアセグメントの短辺の幅L6;8mm
7)磁路長L7;128mm
8)ギャップG;0.1mm
但し、非巻線部の長さL3とは、対向する巻線部の内周面8aの相互間隔のことをいい、これにはギャップGが含まれている。
比較例1・2は、実施例と同様の金属磁性粉末−非磁性バインダ混合粉を成形、表面に電気絶縁体塗装としてエポキシ樹脂を塗布することで、トロイダルコア(外径45mm、内径37mm、高さ10mm)を作製した。トロイダルコアは1.0mmφの導線で比較例1は30回、比較例2は80回手巻きで巻きつけられることでトロイダルコイルを作製した。
実施例1・2、比較例1・2のコイルをそれぞれ20個作製し、絶縁耐圧試験器にかけて、不合格品が出た個数を表1に示す。耐圧試験の条件は、2kVの電圧を1分間かけた時にリーク電流が1mA未満であるものを合格とし、1mA以上であるものを不合格とした。なお、導線は絶縁性の被膜で覆われた純Cu線であり、被膜の厚みが厚いもの(1種:0.025mm)と、薄いもの(2種:0.017mm)でそれぞれ評価した。
実施例3として、実施例1と同様に作製したコアセグメント3a、3bにそれぞれ巻線部に1.4mmφの導線で、巻線部5aと5bを合わせて60回巻きつけられ、コアセグメント3a、3bのそれぞれの接合面を接着剤で接続することで、環状コイルを作製した。環状コイルコアの各部サイズは実施例1と同様である。また比較例3として、比較例1と同様に作製したトロイダルコアに1.4mmφの導線で60回巻きつけられることでトロイダルコイルを作製した。更に比較例4として、図5(c)に示すように、コアセグメント3a、3bの接合部7を含む部位に導線を、実施例3と同一条件で巻きつけて作製した環状コイルも作製した。
実施例3、比較例3・4のコイルそれぞれに200V、15Aで通電し、赤外線温度計を用いて通電1分後と通電5分後での温度を測定した。測定点1は巻線部の導線上、測定点2は非巻線部、測定点3は巻線部導線上(接合部7の近傍)、測定点4は非巻線部、測定点5と6はトロイダルコイルの任意の側面である。
但し、L3:前記第1及び第2の非巻線部の長さ
d1:前記第1の巻線部に巻きつけられた導線の直径
d2:前記第2の巻線部に巻きつけられた導線の直径
m1:前記第1の巻線部への導線の巻きつけ層数
m2:前記第2の巻線部への導線の巻きつけ層数
[12]前記非巻線部が前記巻線部に対して変曲していることを特徴とする[8]記載の環状コイル。
3,3A,3B,3C,3D…環状コイルコア、3a,3b…コアセグメント、
4,4a,4b…絶縁被覆導線(巻線)、
5a,5b…巻線部(長辺部)、
6a,6b…非巻線部(短辺部)、
7…接合部、7a,7b…接合面、
8a,8b…内周面、9…中央スペース、11…電気絶縁被膜、
103…コア、104…導線、108…コア面、109…中央スペース、
G…ギャップ、L7…磁路長。
Claims (4)
- コア外周に導線を巻きつけたコイルを回路基板上に横置きして用いる環状コイルであって、
絶縁被膜の厚みが薄い2種の導線からなる絶縁被覆導線と、
金属磁性粉末を非磁性バインダで結合して成形して成り、電気絶縁被膜で覆われ、前記絶縁被膜導線を狭い間隙に通すことなくコア巻線部周囲の自由空間を利用して前記絶縁被膜導線が巻きつけられる第1の巻線部と、前記第1の巻線部の長手方向両端または一端から変曲し、前記第1の巻線部の長手に対して交差する向きに延び出すように、前記第1の巻線部の長手方向両端または一端に連続して形成され、その長さが前記第1の巻線部の長さより短く、前記絶縁被覆導線が巻きつけられない第1の非巻線部と、前記第1の巻線部に巻きつけられた導線に通電したときに生成される磁束に交差する向きとなる、前記第1の非巻線部の終端に形成された第1の接合面と、を有する第1のコアセグメントと、
金属磁性粉末を非磁性バインダで結合して成形して成り、電気絶縁被膜で覆われ、前記絶縁被膜導線を狭い間隙に通すことなくコア巻線部周囲の自由空間を利用して前記絶縁被覆導線が巻きつけられる第2の巻線部と、前記第2の巻線部の長手方向両端または一端から変曲し、前記第2の巻線部の長手に対して交差する向きに延び出すように、前記第2の巻線部の長手方向両端または一端に連続して形成され、その長さが前記第2の巻線部の長さより短く、前記絶縁被覆導線が巻きつけられない第2の非巻線部と、前記第1の接合面と対向して配置され、前記第2の巻線部に巻きつけられた導線に通電したときに生成される磁束に交差する向きとなる、前記第2の非巻線部の終端に形成された第2の接合面と、を有する第2のコアセグメントと、
を有し、
前記第1及び第2の非巻線部の長さL3と導線の直径d1,d2と巻きつけ層数m1,m2との関係が下式を満たし、絶縁耐圧性能および放熱性能がともに優れていることを特徴とする環状コイル。
L3>d1・m1+d2・m2
但し、L3:前記第1及び第2の非巻線部の長さ
d1:前記第1の巻線部に巻きつけられた導線の直径
d2:前記第2の巻線部に巻きつけられた導線の直径
m1:前記第1の巻線部への導線の巻きつけ層数
m2:前記第2の巻線部への導線の巻きつけ層数 - 前記第1の接合面と前記第2の接合面とが接着されていることを特徴とする請求項1記載の環状コイル。
- 前記第1の接合面と前記第2の接合面との間にギャップが設けられていることを特徴とする請求項1記載の環状コイル。
- 前記巻線部が真っ直ぐであることを特徴とする請求項1記載の環状コイル。
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