電気コイル

专利摘要:
製造プロセスが簡単な電気コイルを提供する。 本発明の電気コイルは、コイル・コア１０と、主巻回（前記コイル・コアを包囲し、導電性コイル・ワイヤを有し）１６と、開始巻回（前記コイル・コアを包囲し、導電性コイル・ワイヤを有し、前記導電性コイル・ワイヤは、第２接点と接触し）１４と、最終巻回（前記コイル・コアを包囲し、導電性コイル・ワイヤを有し、前記導電性コイル・ワイヤは、第２接点と接触し）１８とを有する。前記主巻回のコイル・ワイヤと、前記開始巻回のコイル・ワイヤと、前記最終巻回のコイル・ワイヤとは、連続する巻線で形成され、少なくとも前記主巻回は、必要によっては前記開始巻回も、前記コイル・コアの上に直接巻回され、前記コイル・ワイヤの直径は、最大５０μｍである。
公开号:JP2011515013A
申请号:JP2010516488
申请日:2008-07-15
公开日:2011-05-12
发明作者:コイファー，グイド；シェラー，クレメンツ；ドナルド，フリードリッヒ；ピレー，イアン；マエダー，ダニエル
申请人:イーティーエー エスエー マニュファクチュア ホルロゲア スイス；
IPC主号:H01F5-00

专利说明:

[0001] 本発明は、電気コイルとこの電気コイルを製造する方法に関し、特に、電力供給ラインの１本のコイルと２個の接点を有する装置に関する。]
背景技術

[0002] 上記のコイルは公知である。このコイルの場合、個々の巻回、即ち開始巻回と主巻回と最終巻回は、別個に切り離されてコイル本体上に巻回され、その後個々の巻回のそれぞれの端部が、ハンダ付けあるいは溶接される。この作業は、製造の観点からすると非常に複雑である。その理由は、ハンダ結合あるいは溶接結合があるため、コイル装置全体が潜在的な欠陥を有することがある。この様な領域においては、遷移抵抗が変化する、あるいはコイル装置の寿命の間、電流の遮断が起きることがある。これは、例えば、機械的振動でハンダ結合点が破損することが原因である。更に巻き付けは、ハンダ結合点あるいは溶接結合点の上に、一部かかることになる。]
発明が解決しようとする課題

[0003] 本発明の目的は、製造プロセスが簡単で、最終製品で欠陥を有さないコイルに関する。更に、コイルは、出来るだけ簡単に接点と接触するようにする。この事は、直径が５０μｍ以下の線を用いる場合には、特に難しい。その理由は、この種のワイヤは、剛性が欠如しているために、従来の製造方法を用いて製造することは困難であるからである。コイルと接点の生成の両方共に、更に改良する必要があり、特に大量生産の場合には、単純かつ高速で、欠陥無しに製造することが必要である。]
課題を解決するための手段

[0004] 上記の目的は、独立請求項により達成される。主巻回、開始巻回、最終巻回に対し、１本の巻線を提供することにより、それらの巻線の間の接続の必要性をなくし、その結果、製造プロセスが、単純化でき、速くなりかつ欠陥の発生を抑えられ、そのためコイル装置の寿命を伸ばすことができる。]
[0005] 本発明の電気コイルの特徴は、従属請求項に記載されている。少なくとも主巻回、好ましくは開始巻回が、コイル・コアの上に直接巻回される。この実施例において、更なるコイル本体を省くことができ、その結果、コイルの製造コストが下がり、半径方向のコイルのサイズを減らすことができる。本発明のコイル本体は、あらゆる形状の断面を有することが可能で、特に矩形あるいは円形の断面を有することもできる。]
[0006] 本発明のコイル・コアは、研磨プロセスにより機械加工（バレル加工）され、その結果、コイル・コアの表面には、バリ(burrs：金属などを加工した時に端にできるめくれ)や凹凸領域はない。]
[0007] 前記コイル・コアは、少なくとも前記主巻回の領域において、絶縁層を具備する。前記絶縁層は、前記コイル・コア上に形成され、少なくとも前記主巻回は、必要によっては前記開始巻回も、前記絶縁層の上に巻回される。
絶縁層を具備することにより、コイル装置の信頼性が上がるが、これはコイル・コア上でずれる巻線を包囲する絶縁が、破損されるリスクが減るからである。コイル・コアの上に直接形成される絶縁層は、従来の更なるコイル本体に対し、更に半径方向の構造的なスペースを提供する。絶縁層は、コイル本体の周囲に巻回された絶縁テープを含む。更にコイルが大量生産される場合には、これはポリマ層が好ましく、このポリマ層がコイル・コア上に適宜のコーティング方法で形成される。例えば、ｐ−キシリレン・コーティング(p-xylylene coating)が特に好ましい。このコーティング層は、化学気相堆積により生成される。この種のコーティングは、非常に薄くても良好な絶縁性能を具備することで知られる。]
[0008] 本発明の一実施例によりば、最終巻回は、主巻回の一部を包囲する。主巻回上の最終巻回の位置は、最終巻回の何れかの部分が、コイルの意図した用途の条件により決定されるだけなので、如何なる制約もなく選択されうる。更にこの構成により、比較的コンパクトなデザインが達成できる。]
[0009] 本発明の他の実施例によりば、最終巻回と開始巻回の両方が中心の主巻回の外側に配置される。この構成により、より平坦なコイルとなり、これは構造上のスペースの点から利点がある。]
[0010] 前記開始巻回と最終巻回のコイル・ワイヤのそれぞれの巻回数の決定は、前記開始巻回と前記最終巻回の電気的効率が、それぞれの電力供給ラインと接触した後、所定の許容値内に入るように、行われる。
かくしてコイル全体の電気的効率は、製造中に正確に予測でき、所定の許容値に保持でき、その結果、製造品質が従来の製造方法に比べて向上する。]
[0011] コイル・ワイヤは、通常ニスでコーティングされ、実際には、いわゆる焼き上げニスでコーティングされ、すなわち接着性のニスでコーティングされ、その接着効果は、加熱により活性化される。本発明は、非常に細いワイヤが使用される極めて小型のコイルに適応でき、例えば、その直径が５０μｍ以下のコイルに適応できる。]
[0012] 本発明のコイルの製造方法は、（Ａ）電力供給ラインの第１接点を、前記開始巻回の外側巻回に電気的に接続するステップと、（Ｂ）電力供給ラインの第２接点を、前記最終巻回の外側巻回に電気的に接続するステップとを有する。
前記接続ステップは、溶接、ハンダ又はレーザビームを用いて行われ、
前記開始巻回と前記最終巻回の複数の巻回は、電力供給ラインの接点に電気的に接続される。]
[0013] 電力供給ラインの接点と、開始巻回又は最終巻回の接点の間の接続は、本発明によれば、溶接又はハンダによりそれぞれ行われる。開始巻回、最終巻回のそれぞれの複数の巻回は、電力供給ラインのそれぞれの接点に接続される。好ましくは、適宜のレーザを用いて溶接又はハンダ付けが行われる。]
[0014] 前記電力供給ラインの接点は、接続領域内にそれぞれ１つのリセスを有する。前記接続領域は、接続ステップの間、接続すべき前記開始巻回と前記最終巻回の上に配置され、前記リセスは、前記開始巻回と前記最終巻回に接触し、その後、前記開始巻回がリセスの領域内の接続領域の方向に向けられる。
前記リセスは、溝形状好ましくはＶ字型あるいはＵ字型をしている。
接点の接続領域は、一枚の金属シート例えば銅製シートで形成さえる。このシートには、Ｖ字型あるいはＵ字型の断面形状をした溝を有するリセスを構成する。この場合、接続は溶接接続であるが、それは銅製のシートは、コイル・ワイヤに直接接続されるからである。必要とされる高温（銅の融点）を達成するためには、高エネルギー密度のレーザを用いる。]
[0015] 前記接続領域は、前記リセスの領域で、その外側でコイルの方向を向いて、ハンダでコーティングされる。このハンダ接続は、レーザを用いて行われる。硬質ハンダ、例えば、銀−リンの合金は、Ｓｉｌｆｏｓの商品名で市販されており、軟質ハンダ、例えば、スズも用いることができる。それらを溶かす温度を生成するためには、低エネルギー密度のレーザで十分である。]
[0016] 溶接プロセス又はハンダ・プロセスの間、ハンダ材料でコーティングした金属シートを加熱すると、その結果、ワイヤをコーティングしているニスあるいは焼き上げニス層が塑性変形をする。そうすることで、金属シートは、接続すべき巻回の間の溝形状のリセスに落ち、軟化したニスを押しのける。溶接あるいはハンダによる接続が、接点の接続領域の間に形成され、これは溝を具備し、巻回の最上外側のワイヤに接触する。これを介して所望の電気的接続が形成できる。]
[0017] コイルのワイヤと接点との間の溶接あるいはハンダ付けされた場所の品質は、レーザビームが材料内に結合することにより主に決定できる。非均一の表面構造の場合においては、非均一で生の予測可能な結合が得られる。接続領域に構成されたリセスの結果として、大幅な改善が達成できる。リセスに向けられたレーザビームは、その側面壁で反射され、その結果、エネルギーは正確に規定した領域内に均一に分布する。特に良好な接触が、溝形状のリセスで達成できる。これは、あらゆる形状の断面を有してもよい。Ｖ字型形状の断面が特に好ましく、Ｕ字型形状の断面も同様に好ましい。]
[0018] 前記電力供給ラインの接点に電気的に接続される巻回の数は、コイル全体の電気的特性が所定の範囲に入るよう、選択される。]
[0019] 電力供給ラインの第１接点が、前記開始巻回の外側巻回の下にある巻回に、電気的に接続される。]
[0020] 電力供給ラインの第２接点が、前記最終巻回の外側巻回の下にある巻回に、電気的に接続される。]
[0021] 電力供給ラインの第１接点が、前記開始巻回に電気的に接続され、電力供給ラインの第２接点が、前記最終巻回に電気的に接続される。前記両接点は、それぞれ前記接続領域に溝形状のリセスを有する。前記リセスの最低点は、前記開始巻回と最終巻回の外側巻回の間に配置される。]
図面の簡単な説明

[0022] 本発明のコイルの平面図。
１本のコイルと、電力供給ラインの２個の接点を含む装置の斜視図。
コイルに接触している間、接点の取り付け領域を表す詳細図。]
実施例

[0023] コイル１は、コイル・コア１０を有する。このコイル・コア１０は、ケイ素鉄合金（ＳｉＦｅ：silicon-iron alloy）又は、ニッケル鉄合金(ＮｉＦｅ：nickel-iron alloy)を含む。コイル・コア１０の表面は、研磨プロセス（バレル加工)で処理され、その結果、バリ残渣(vurr residues)もデコボコも存在しない。コイル・コア１０は、コイル軸Ａに沿って中心コイル部分１１を具備する。この中心コイル部分１１は、その円周上に絶縁層１２を具備する。この絶縁層１２は絶縁性接着テープで接着形成される。この接着性テープが、中心コイル部分１１の周囲に接着される。別の構成として、絶縁層１２は、例えば、中心コイル部分１１を、コーティングしたり上塗り処理をすることで取り付けることもでできる。例えば、ｐ−キシリレン・コーティング(p-xylylene coating)である。図２に矩形の断面のコイル・コア１０が示されている。しかし、円形あるいは楕円の断面を有するコイル・コアも本発明に含まれる。更には絶縁層１２は省くこともできる。] 図２
[0024] 中心コイル部分１１の第１軸端の領域において、開始巻回１４が、絶縁層１２の上にコイル軸Ａの周囲で同軸に巻回される。この開始巻回１４は、導電性コイル・ワイヤの複数の巻回を含む。コイル・ワイヤの第１自由端１３（図１では点線で示す)は、開始巻回１４の半径方向内側表面上に配置される。開始巻回１４の他端は、軸方向でこの開始巻回から外れて側面方向にガイドされて、開始巻回１４と主巻回１６の間の第１接続ワイヤ１５を形成する。開始巻回１４は、主巻回１６から軸方向で離間している。主巻回１６は、コイル・ワイヤの多数の巻回を含み、開始巻回１４のコイル・ワイヤと同一の巻線ワイヤである。このコイル・ワイヤは、軸方向に隣接し半径方向に互いの上に巻かれたものである。コイル・ワイヤは、いわゆる焼付け仕上げあるいは接着性仕上げでカバーされる。主巻回１６は、中心コイル部分１１の第２端の近傍内に伸びて、絶縁層１２の上に巻かれる。この絶縁層１２は中心コイル部分１１を包囲する。主巻回１６の端部は、主巻回１６の外側周囲上に配置され、これは、第２接続ワイヤ１７と同様であり、そこに主巻回１６の外側周囲上で、所定の場所にガイドされる。この主巻回１６の位置で、コイル・ワイヤが最終巻回１８を構成する。最終巻回１８は、複数の巻回を含み、主巻回１６を包囲する。巻線の第２自由端１９は、、最終巻回１８の半径方向外側周囲にその後配置される。この巻線は、３本のコイル・ワイヤと２本の接続ワイヤを形成する。] 図１
[0025] 本発明の変形例（図示せず)によれば、最終巻線は、開始巻回に対し対称的に配置することもできる。この場合、それは主巻回を包囲せずに、中心コイル部分の第２軸方向端の領域内に配置され、従って主巻回に対し軸方向で隣り合って配置される。両方の変形例において、基本的な原理は同一であるが、一本のワイヤのみが使用される点で異なる。開始巻回、主巻回、最終巻回のどの配列を使用するかは、特に構造スペースと接点の位置に関する仕様に依存する。]
[0026] コイルの製造後、開始巻回１４と第２自由端１９は、それぞれ図２に示す電力供給ラインの接点２０、２０’に溶接あるいは、ハンダ等により導電性接続される。] 図２
[0027] 図２に示すように、接点２０、２０’は、大きく伸びたフレキシブルな舌状部品２２、２２’になる。この舌状部品は、薄い銅製シートを含む。接点２０、２０’の他端は、電力供給ライン（図示せず）に接続されている。舌状部品２２、２２’は、本発明によりコイルとの接点を形成する点で、本発明に必要である。舌状部品２２、２２’は、取り付け領域に溝状リセス２４を具備する。取り付け領域を図３に示す。溝状リセス２４は、Ｖ字型の断面を有する。このＶ字型の溝が、舌状部品２２、２２’に対し軸方向に伸びて、そのため、開始巻回１４と最終巻回１８の巻回に平行となる（図２、３）。図に示す実施例において、接点の取り付け領域にある溝状リセス２４は、Ｖ字型の断面、Ｕ字型の断面あるいは他の形状の断面、単にクレータ形状の凹部の形態を採ることも可能である。] 図２ 図３
[0028] 開始巻回１４と、最終巻回１８と、接点２０、２０’との間の接続を形成する方法を、最終巻回１８を例に説明する。しかし、この方法は、開始巻回１４に接続するためにも同様に用いることができる。]
[0029] 最初に接点２０の舌状部品２２の接着領域を、これは予め加熱しておく、最終巻回１８の上に半径方向に押し付け、溝状リセス２４の最低点が最終巻回１８の最も外側の巻回に来るよう配置する。半径方向の接触圧力は、図３において矢印Ｆで示す。図３に示すように、レーザビーム４０は、その後、Ｖ字型の凹部に向けられる。その結果、舌状部品２２の薄い銅製のシートが、溝状リセス２４の領域で加熱される。レーザビームを溝状リセスの側面方向の壁を介して当てた（bundling)結果として、レーザビーム４０の均一な加熱と、予測可能な結合が得られる。加熱することにより、焼き上げ・仕上げ・カバリングがターン２７のワイヤの周囲を軟化する。このターンは、接点２０の接着領域の真下にある。そのために接着領域は、接触圧力とレーザビーム４０の効果により、Ｖ字型の先端で最初に巻回を貫通して、プラスチック化された焼き上げ表面が配置される。ワイヤを互いにコントロールしないで焼結することが回避され、プラスチック化され配置された焼き上げ・仕上げ・カバリングの結果として、接触するワイヤの所望の絶縁が得られる。] 図３
[0030] ハンダ付けされた接続が、ポートレート方法（portrayed method)により生成され、その結果、舌状部品２２の外側は、ハンダで予めコーティングしたコイルの方向を向く。このハンダは、レーザビーム４０で生成された熱で軟らかくなり、巻線のワイヤに接続される。この巻線は、コーティングしていない舌状部品２２用の上記のポートレート方法（portrayed method)と同一の原理で接触されるものとなる。]
[0031] 接触圧力の強さに応じて、又、レーザビーム４０を舌状部品２２のＶ字型の溝状リセス２４に向ける加熱時間により、上記した数の巻回２７よりも多い巻回、又は少ない巻回の電気的な接触が行われる。上記のファクタは、コイルの電気的特性（インピーダンスあるいは全体的な電気抵抗）を所定の基準内に納めるために、所定の数の巻回を必要に応じて、正確に接触させるよう調整することができる。かくして、例えば接触プロセスの間、コイルの抵抗あるいは他の電気的特性を電気的にモニタすることができ、所望の値に達した時に、溶接あるいはハンダのプロセスを完了した旨の信号を与えることもできる。]
[0032] 中心コイル部分１１上で、軸Ａに沿った開始巻回１４の位置と最終巻回１８の位置の両方とも、自由に選択することができ、その結果、これらの位置は、コイルの後続のアプリケーションの構造的境界条件に適合できるように、例えば、電力供給ラインの位置がコイルの後続の搭載位置として重要となる。]
[0033] 開始巻回１４と最終巻回１８の巻回数の計算は、開始巻回１４と最終巻回１８の両方の電気的効率を所定の許容値内に入るようにする。その結果、開始巻回１４と最終巻回１８は、コイルの全電気的特性に対し重要ではなくなる。コイルの電気的特性は、主巻回でもっぱら決まる。]
[0034] 以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解のために付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。]
[0035] １０コイル・コア
１１中心コイル部分
１２絶縁層
１３ 第１自由端
１４開始巻回
１５ 第１接続ワイヤ
１６主巻回
１８最終巻回
１９ 第２自由端
２０，２０’接点
２２，２２’舌状部品
２４ 溝状リセス
２７ターン
４０ レーザビーム]

权利要求:

請求項1
電気コイルにおいて、（Ａ）コイル・コア（１０）と、（Ｂ）主巻回（１６）と、前記主巻回（１６）は、前記コイル・コア（１０）を包囲し、導電性コイル・ワイヤを有し、（Ｃ）開始巻回（１４）と、前記開始巻回（１４）は、前記コイル・コア（１０）を包囲し、導電性コイル・ワイヤを有し、前記導電性コイル・ワイヤは、第１接点と接触し、（Ｄ）最終巻回（１８）と、前記最終巻回（１８）は、前記コイル・コア（１０）を包囲し、導電性コイル・ワイヤを有し、前記導電性コイル・ワイヤは、第２接点と接触し、前記主巻回（１６）のコイル・ワイヤと、前記開始巻回（１４）のコイル・ワイヤと、前記最終巻回（１８）のコイル・ワイヤとは、連続する巻線で形成され、少なくとも前記主巻回（１６）は、必要によっては前記開始巻回（１４）も、前記コイル・コア（１０）の上に直接巻回され、前記コイル・ワイヤの直径は、最大５０μｍであることを特徴とする電気コイル。
請求項2
前記コイル・コア（１０）は、少なくとも前記主巻回（１６）の領域において、絶縁層（１２）を具備し、前記絶縁層（１２）は、前記コイル・コア（１０）上に形成され、少なくとも前記主巻回（１６）は、必要によっては前記開始巻回（１４）も、前記絶縁層（１２）の上に巻回されることを特徴とする請求項１記載の電気コイル。
請求項3
前記絶縁層（１２）は、ポリマ・コーティング材料製のコーティングであり、前記絶縁層（１２）は、気相堆積の手段により、前記コイル・コア（１０）上に形成されることを特徴とする請求項２記載の電気コイル。
請求項4
前記最終巻回（１８）は、前記主巻回（１６）の一部を包囲することを特徴とする請求項１−３のいずれか記載の電気コイル。
請求項5
前記開始巻回（１４）と最終巻回（１８）のコイル・ワイヤのそれぞれの巻回数は、前記開始巻回（１４）と前記最終巻回（１８）の電気的効率が、それぞれの電力供給ラインと接触した後、所定の許容値内に入るように、決定されることを特徴とする請求項１−４のいずれか記載の電気コイル。
請求項6
コイルの製造方法において、（Ａ）電力供給ラインの接点（２０’）を、前記開始巻回（１４）の外側巻回に電気的に接続するステップと、（Ｂ）電力供給ラインの接点（２０）を、前記最終巻回（１８）の外側巻回に電気的に接続するステップと、を有し、前記接続ステップは、溶接、ハンダ又はレーザビーム（４０）を用いて行われ、前記開始巻回（１４）と前記最終巻回（１８）の複数のターン（２７）は、電力供給ラインの接点（２０、２０’）に電気的に接続されることを特徴とする電気コイルを接触させる方法。
請求項7
前記電力供給ラインの接点（２０、２０’）は、接続領域（２２、２２’）内にそれぞれ１つのリセス（２４）を有し、前記接続領域（２２、２２’）は、接続ステップの間、接続すべき前記巻回（１４，１８）の上に配置され、前記リセス（２４）は、前記巻回（１４，１８）に接触し、その後、レーザ・ビーム（４０）が、前記リセス（２４）の領域内の接続領域（２２、２２’）の方向に向けられることを特徴とする請求項６記載の方法。
請求項8
前記リセス（２４）は、溝形状、Ｖ字型あるいはＵ字型をしていることを特徴とする請求項６記載の方法。
請求項9
前記接続領域（２２、２２’）は、前記リセス（２４）の領域で、その外側でコイルの方向を向いて、ハンダでコーティングされることを特徴とする請求項７又は８記載の方法。
請求項10
電力供給ラインの前記第１接点（２０’）が、前記開始巻回（１４）の外側巻回の下にある巻回に、電気的に接続されることを特徴とする請求項６−９のいずれか記載の方法。
請求項11
電力供給ラインの前記第２接点（２０）が、前記最終巻回（１８）の外側巻回の下にある巻回に、電気的に接続されることを特徴とする請求項６−１０のいずれか記載の方法。
請求項12
前記電力供給ラインの接点（２０、２０’）に電気的に接続される巻回（２７）の数は、コイル全体の電気的特性が所定の範囲に入るよう、選択されることを特徴とする請求項６−１１のいずれか記載の方法。
請求項13
電力供給ラインの前記第１接点（２０’）が、前記開始巻回（１４）に、電気的に接続され、電力供給ラインの前記第２接点（２０）が、前記最終巻回（１８）に、電気的に接続され、前記接点（２０、２０’）の両方は、それぞれ前記接続領域（２２、２２’）に溝形状のリセス（２４）を有し、前記リセスの最低点は、前記開始巻回と最終巻回の外側巻回の間に配置されることを特徴とする装置。