JP6599148B2 - コイル - Google Patents

Description

本発明は、コアに巻回され、相互誘導結合された少なくとも２つの巻線を有するコイル、例えばトランスやカップリングコイルに関する。

従来、コアに巻回された２つのコイル素子が相互誘導結合しているコイルとして、例えば特許文献１に開示されているようなトランスがある。特許文献１の技術によれば、円筒状のボビンの外周面に２次巻線を巻回し、この２次巻線のさらに外側に、２次巻線に接近して１次巻線を巻回し、ボビンの内部に円柱状のコアを挿入してある。１次巻線と２次巻線との間には、別段絶縁体は配置されていない。

特開２００７−１４９７９７号公報

特許文献１の技術では、例えば１次巻線及び２次巻線の巻数を適切に選択して、２次巻線に高電圧を発生させるように使用することがある。この場合、特許文献１の技術によれば、１次巻線と２次巻線とがボビン上で接近して配置されているので、充分に絶縁距離を確保することができず、しかも、１次巻線と２次巻線との間に絶縁体を配置していないので、両者を充分に絶縁することができない。また、１次巻線及び２次巻線と鎖交する磁束を増加させるためにボビン内にコアを挿入しているが、このコアと２つの巻線との位置関係が変化すると、相互誘導結合が変化し、安定した動作を行えない。そのコアをどのように固定するのかについての具体的な開示は特許文献１にはない。

本発明は、コアと１次及び２次巻線とを備えたコイルにおいて、１次及び２次巻線の絶縁を充分に確保することができる上に、コアを安定して固定することができるコイルを提供することを目的とする

本発明の一態様のコイルは、柱状のコアを有している。このコアは、例えば円柱状または角柱状のものとすることができる。このコアの外周に少なくとも１つの第１の巻線が巻回されている。少なくとも１つの第１の巻線は、１次巻線とすることもできるし、２次巻線とすることもできる。１つの第１の巻線を１次巻線とし、他の第１の巻線を２次巻線としてコア上に巻回することもできる。少なくとも１つの第１の巻線には縦断面形状が円形または角形のものを使用することもできる。第１の巻線が巻回されたコアが絶縁体製の筒状体の内部に、その長さ方向に沿って収容されている。コアは、コアの中心軸が筒状体の中心軸上に位置するように配置することが望ましい。この筒状体は、その両端が開放されており、その両端よりも内側に前記コアの両端が位置している。即ち、コアは、筒状体よりも長さ寸法の短いものである。筒状体は円筒状のものとすることもできるし、角筒状のものとすることもできる。前記筒状体の両端よりも幾分内側の位置の前記筒状体の内周面に接触すると共に、前記コアの両端の外周面にも接触して閉塞部材がもうけっれている。この閉塞部材は、前記筒状の両端を閉塞すると共に、前記コアの両端を保持して前記コアを前記筒状体の内周面と非接触に支持している。筒状体の外周面に少なくとも１つの第２の巻線が巻回されている。少なくとも１つの第２の巻線は、少なくとも１つの第１の巻線が１次巻線のときには、２次巻線とすることができ、少なくとも１つの第１の巻線が２次巻線のときには、１次巻線とすることができる。また、１つの第２の巻線を１次又は２次巻線として、別の第２の巻線を別の２次巻線とすることもできる。少なくとも１つの第２の巻線も、縦断面形状が円形または角形のものを使用することができるし、絶縁被覆されたものとすることもできる。

このように構成されたコイルでは、少なくとも１つの第１の巻線と少なくとも１つの第２の巻線とは、筒状体を介在させた状態で配置され、しかも第１の巻線が巻回されているコアは、筒状体と非接触な状態に筒状体内に配置されている。従って、少なくとも１つの第１の巻線と少なくとも１つの第２の巻線とは、充分な絶縁距離を確保することができ、高圧を発生させるコイルとして適している。また、コアは、閉塞部材によって筒状体内に保持されており、コアの位置が一定であり、コアと第１及び第２の巻線との位置関係が変化することがない。しかも、コアの筒状体内への保持が容易である。少なくとも１つの第２の巻線は、筒状体の外周面に巻回することができるので、少なくとも１つの第２の巻線の巻回も容易に行うことができる。また、閉塞部材によって筒状体の両端は閉塞されているので、コアや少なくとも１つの第１の巻線に対して防塵効果がある。

前記少なくとも１つの第１巻線の両端を、前記閉塞部材を通過して外部に導出することもできる。このように構成すると、筒状体内にある少なくとも１つの第１の巻線への電気接続を容易に行うことができる。

前記閉塞部材は、前記筒状体の両端に嵌め込まれた筒状閉塞部材であって、この筒状閉塞部材は、前記筒状体に進入した部分の外周面が前記筒状体の内周面に接触している。この筒状閉塞部材における筒状体内の内方にある面に、前記コアの端部が進入して、前記コアの端部の外周面に接する収容部を有するものとすることができる。

このように構成すると、コアは、閉塞部材を介して確実に筒状体に固定され、その位置が変動することがなく、少なくとも１つの第１及び第２の巻線の絶縁を維持することができる。

前記閉塞部材を、シリコーンゴムを筒状体の両端部に注入することによって構成することもできる。このように構成すると、コアを筒状体内に収容した後、シリコーンゴムでコアの端部を包囲し、かつ絶縁体の内周面に接触するように注入すればよいので、閉塞部材の筒状体への取付が容易に行える。

また、閉塞部材を合成樹脂製とすることができる。このように構成すると、予め製造した２つの閉塞部材の一方にコアの一方の端部を挿入して、コアを筒状体内に挿入し、コアの端部が挿入されている閉塞部材を筒状体の一方の端部に取り付け、もう１つの閉塞部材にコアの他方の端部が挿入される際に、もう１つの閉塞部材を筒状体の他方の端部に取り付ければよいので、製造が容易になる。

以上のように、本発明によるコイルでは、コアが筒状体内に非接触に配置され、コアに少なくとも１つの第１の巻線が巻回され、筒状体の外周面に少なくとも１つの第２の巻線が巻回されているので、少なくとも１つの第１の巻線と少なくとも１つの第２の巻線とは、距離を隔てて配置され、両者の絶縁を確実に確保することができ、高電圧を発生させるのに適している。しかも、そのために絶縁体製の筒状体内に配置したコアを閉塞部材によって支持した上で、その閉塞部材を筒状体に取り付けているので、コアの位置が変動することがなく、少なくとも１つの第１の巻線と少なくとも１つの第２の巻線との絶縁距離が変化することがない。また、筒状体の両端部は閉塞部材によって閉塞されているので、コアと少なくとも１つの第１の巻線に対する防塵効果が高い。

本発明の第１の実施形態のカップリングコイルの部分破断正面図である。 本発明の第２の実施形態のカップリングコイルの縦断正面図である。 第２の実施形態のカップリングコイルにおいて使用する閉塞部材の変形例の縦断正面図である。

本発明の第１の実施形態のコイルは、例えば電気アーク溶接機において、溶接負荷にアークを発生させるように、溶接負荷に電圧の供給を開始した時点で、一時的に高電圧の高周波電圧を溶接負荷に印加して絶縁を破壊するために、高周波電圧を昇圧して溶接負荷に供給するカップリングコイルに、本発明を実施したものである。

このカップリングコイルは、図１に示すように、コア２を有している。このコア２は、柱状、例えば円柱状に構成されている。このコア２の外周面に少なくとも１つの第１の巻線、例えば１次巻線４が巻回されている。１次巻線４は、コア２の長さ方向に沿って所定のピッチで、所定の巻数に巻回されている。１次巻線４としては、例えば縦断面形状が円形の所定の直径の絶縁被覆線を使用している。

１次巻線４が巻回されたコア２を包囲するように、筒状体、例えば円筒状のボビン６が配置されている。例えば、ボビン６の中心軸上にコア２の中心軸が位置するように配置されている。ボビン６は、その両端が開放された絶縁体製で、その内径は、１次巻線４の直径＊２＋コア２の直径よりも大きく選択されている。ボビン６の内周面が１次巻線４に対して所定の距離隔てて、非接触状態にある。また、ボビン６は、その内部にコア２が全て位置して、コア２の両端が、ボビン６の両開放端よりも幾分内側に位置するように、ボビン６の長さ寸法は、コア４の長さ寸法よりも長く選択されている。

１次巻線４が巻回されたコア２を、ボビン６内に保持するために、ボビン６の開放された両端から、閉塞部材、例えばシリコーンゴム８が、ボビン６の内部に注入されて、硬化されている。注入されたシリコーンゴム８は、ボビン６の開放端部の内周面にそれぞれ接触し、その内周面から内部にコア２の端部が進入し、このコア２の端部の周囲をシリコーンゴム８が包囲している。シリコーンゴム８は、コア２をその中心軸がボビン６の中心軸上に位置するように保持している。コア２は、ボビン６の内周面に対して均等な距離を保っている。また、１次巻線４の両端は、それぞれシリコーンゴム８を貫通して、ボビン６の両端からそれぞれ外部に引き出されている。この1次巻線４の両端は、高周波電圧発生器に接続される。

ボビン６の外周面には、絶縁用のチューブ１０が被せられている。このチューブ１０に接して、少なくとも１つの第２の巻線、例えば２次巻線１２が、ボビン６の長さ方向に沿って巻回されている。２次巻線１２には、例えば縦断面形状が角型の被覆線が使用されており、その巻数は、1次巻線４の巻数よりも多い。従って、1次巻線４に印加された高周波電圧は、昇圧されて、２次巻線１２の両端間に発生する。

このように構成されたカップリングコイルでは、１次巻線４が巻回されたコア２は、ボビン６内に配置され、２次巻線１２は、ボビン６の外部に配置されているので、１次巻線４と２次巻線１２との物理的な距離が離れており、両者の絶縁距離を大きくできる。その結果、充分に両者の絶縁を確保することができる。しかも、ボビン６の外周面には、絶縁チューブ１０も配置され、その上に２次巻線１２が巻回されているので、更に１次巻線４と２次巻線１２との絶縁を確保することができる。また、ボビン６よりも長さ寸法が短いコア２を使用し、シリコーンゴム８、８によってコア２をボビン６内に保持しているので、コア２の２次巻線１２に対する距離が変動することなく、絶縁を一定に維持することができるし、ボビン６内に塵や埃が侵入することを防止できる。

本発明の第２の実施形態のカップリングコイルを図２に示す。なお、第１の実施形態のカップリングコイルと同一部分には、同一符号を付してある。この実施形態のカップリングコイルでも、コア２の外周面に１次巻線４が巻回され、ボビン６の中心軸上にコア２の中心軸が位置するように、コア２がボビン６内に配置されている。コア２の長さ寸法は、ボビン６の長さ寸法よりも短く、コア２の両端は、ボビン６の両端の開放端よりも内側にそれぞれ位置している。

コア２をボビン６内に保持するために、閉塞部材、例えば蓋体８ａ、８ｂがボビン６の両端に取り付けられている。蓋体８ａ、８ｂは、例えば合成樹脂製の同一形状の概略短円柱状で、それらの外周面がボビン６の内周面に面接触しており、一方の端面、即ち外方端面がボビン６の開放端面と一致している。蓋体８ａ、８ｂの他方の端面、即ち内方端面には、その中心軸がボビン６の中心軸と一致し、かつ収容部、例えばコア２の直径と同じ直径を持つ凹所８１、８１が形成され、これら凹所８１、８１内にコア２の端部がそれぞれ挿入されている。これら凹所８１、８１は、コア２の端部を保持するために充分な深さを有している。これら蓋体８ａ、８ｂによって、コア２がボビン６の内周面と均等な距離だけ離れて、ボビン６内に保持されている。１次巻線の４の両端をボビン６の外部に導出するために、蓋体８ａ、８ｂには、ボビン６の内外に貫通する引き出し通路８２、８２が形成されている。通路８２、８２は、蓋体８ａ、８ｂの外周面から中心側に向かって１次巻線４の直径に等しい幅で、蓋体８ａ、８ｂを欠除させたものである。

ボビン６の外周面に、２次巻線１２ａが巻回されている。この２次巻線１２ａは２層に巻回され、１層目と２層目との間に絶縁チューブ１４は配置されている。２次巻線１２ａの巻数は、１次巻線４の巻数よりも多い。

１次巻線４が巻回されたコア２は、次のようにしてボビン６に固定される。コア２の一方の端部を例えば蓋体８ａの凹所８１に挿入して、蓋体８ａを取り付けていないコア２の他方の端部を、ボビン６の一方の端部側からボビン６の内部に挿入して、蓋体８ａを、ボビン６の一方の端部側に固定する。その後、蓋体８ｂの凹所８１内にボビン６内のコア２の他方の端部を挿入しながら、蓋体８ｂをボビン６の他方の端部に取り付ける。逆に、蓋体８ｂに先にコア２の他方の端部を挿入して、これをボビン２の他方の端部に固定した後に、コア２の一方の端部が蓋体８ａの凹所８１に挿入しながら、ボビン６の一方の端部側に蓋体８ａを取り付けてもよい。ボビン６へのコア２の取り付け後に、ボビン６の外周面に２次巻線１２ａを巻回する。或いは先に２次巻線をボビン６に巻回した後に、コア２をボビン６内に取り付けてもよい。

このカップリングコイルでも、第１の実施形態のカップリングコイルと同様に、１次巻線４と２次巻線１２ａとの絶縁距離を大きくでき、充分に両者の絶縁を確保することができる上に、蓋体８ａ、８ａの使用によりコア２の２次巻線１２ａに対する距離が変動することなく、絶縁を一定に維持することができる。また、蓋体８ａ、８ａは、合成樹脂製であり、ボビン２にコア２を挿入後に、蓋体８ａの凹部８１にコア２の端部を挿入して、蓋体８ａをボビン２の開放端部に取り付ければよいので、製造が容易にもなる。

第１及び第２の実施形態では、本発明をカップリングコイルに実施したが、これに限ったものではなく、例えば変圧器に本発明を実施することもできる。また、第１及び第２の実施形態では、コア２に第１の巻線として１次巻線４のみを巻回したが、１次巻線４に加えて、別の第１の巻線をコア２に巻回して、別の第１の巻線を別の２次巻線として使用することもできる。同様に、第２の巻線として２次巻線１２、１２ａをボビン６の外周面に巻回したが、これに限ったものではなく、２次巻線１２、１２ａ以外にも、ボビン６の外周面に別の第２の巻線を巻回し、この別の第２の巻線を別の２次巻線として使用することもできる。第１及び第２の実施形態では、コア２には円柱状のものを使用したが、角柱状のものを使用することができる。同様に第１及び第２の実施形態では、ボビン６には円筒状のものを使用したが、角筒状のものを使用することもできる。また、第２の実施形態では、通路８２は、１つの蓋体８ａ、８ｂに対して１つだけ形成したが、複数の通路８２を閉塞部材８ａ、８ｂに形成することもできる。また、第１の実施形態では、絶縁チューブ１２を、第２の実施形態では絶縁チューブ１４を使用したが、これらは場合によっては不要である。

また、第２の実施形態では、短円柱に凹部８１を形成して蓋体８ａ、８ｂを形成したが、図３に示すように、一端が開放された短円柱８４の内部に、凹部８１と同一の内周面を有する一端が開放された短円柱８６を形成したものを蓋体８ａ、８ｂとして使用することもできる。このように蓋体８ａ、８ｂを構成すると、蓋体の軽量化を図ることができる。

２ コア
４ １次巻線（少なくとも１つの第１の巻線）
６ ボビン（筒状体）
８ シリコーンゴム（閉塞部材）
８ａ、８ｂ 蓋体（閉塞部材）
１２ １２ａ ２次巻線（少なくとも１つの第２の巻線）

Claims (5)

1. 柱状のコアと、
   前記コアの外周に巻回された少なくとも１つの第１の巻線と、
   前記第１の巻線が巻回された前記コアを、内部に長さ方向に沿って収容し、両端が開放された筒状で、前記両端よりも内側に前記コアの両端が位置する絶縁体製の筒状体と、
   前記筒状体の両端より幾分内側の位置の前記筒状体の内周面に接触しかつ前記コアの両端の外周面と接触して設けられ、前記筒状体の両端を閉塞するとともに、前記コアの両端を保持して前記筒状体の内周面と非接触に前記コアを支持している閉塞部材と、
   前記筒状体の外周面に巻回された少なくとも１つの第２の巻線とを、
   具備するコイル。
2. 請求項１記載のコイルにおいて、前記少なくとも１つの第１の巻線の両端を、前記閉塞部材を通過して外部に導出したコイル。
3. 請求項１記載のコイルにおいて、前記閉塞部材は、前記筒状体の両端に嵌め込まれた筒状閉塞部材であって、この筒状閉塞部材の前記筒状体に進入した部分の外周面が前記筒状体の内周面に接触し、前記筒状閉塞部材における前記筒状体の内方にある面に、前記コアの端部が進入して、前記コアの端部の外周面に接する収容部を有するコイル。
4. 請求項１または２記載のコイルにおいて、前記閉塞部材が、シリコーンゴムを前記筒状体の両端に注入したものであるコイル。
5. 請求項１または２記載のコイルにおいて、前記閉塞部材が、合成樹脂製であるコイル。

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