CN103247417A - 绕组元件用固定工具及带固定工具的绕组元件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在铅垂方向的安装面上也能够可靠地安装绕组元件、且即使绕组元件误落下也能够保护铁芯的绕组元件用固定工具及带固定工具的绕组元件。本发明的绕组元件用固定工具(10)用于将具备线圈(21)和收纳线圈(21)的铁芯(22)的绕组元件(20)固定到规定的构件(30)上，具备：具有第一安装构件用贯通孔(10d)的带板状的主体部(10a)；从主体部(10a)的两端竖立设置的一对腿部(10b-1、10b-2)；从各腿部(10b-1、10b-2)的各端部向外方向分别竖立设置的一对固定部(10c-1、10c-2)。

Description

绕组元件用固定工具及带固定工具的绕组元件

技术领域

本发明涉及用于将绕组元件固定到规定的构件上的绕组元件用固定工具及具备该绕组元件用固定工具的带固定工具的绕组元件。

背景技术

作为通过卷绕长条的导体构件而成的绕组元件，已知有用于向电路导入电抗的电抗器、或者利用电磁感应来在多个绕组(线圈)之间进行能量的传递的变换器(变成器、变压器)等。该电抗器用于进行例如功率因数改善电路中的高次谐波电流的防止、电流型逆变器或断续控制中的电流脉动的平滑化及转换器中的直流电压的升压等的各种各样的电气电路或电子电路等中。另外，变换器为了进行电压变换、阻抗整合或电流检测等而用于各种各样的电气电路或电子电路等中。

这样的绕组元件通常安装在搭载构件或安装构件等规定的构件上来使用。并且，当向绕组元件供给电力时，绕组元件通常会发热，因此需要考虑散热性而安装到具有散热片的功能的规定的构件上。考虑了该散热性的电抗器例如在专利文献1中得以公开。

图9是用于说明专利文献1所公开的电抗器的安装方式的立体图。图9(A)表示第一安装方式，图9(B)表示第二安装方式。

在图9中，电抗器1001具备由相互对置的直线状部分和将各直线状部分的端部彼此连接的U字状部分构成的环状的铁芯1002、卷绕在铁芯1002的各直线状部分上的线圈1003。并且，在专利文献1所公开的第一安装方式中，在图9(A)中，在氧化铝制的平板状的散热部分1004与例如壳体的底板或散热片的基座等搭载部L之间夹入电抗器1001，将在散热部分1004的四角上配置的腿状的构件即热传导构件1005的两端通过例如焊接、粘接及螺纹紧固等分别固定在散热部分1004及搭载部L上，由此将电抗器1001固定于搭载部L。另外，在专利文献1所公开的第二安装方式中，在图9(B)中，将通过例如焊接或粘接等竖立设置在搭载部L上的板状的构件即热传导构件1006穿过电抗器1001的相互对置的线圈3之间的间隙，利用例如粘接或螺纹紧固等将散热部分1004固定在热传导构件1006的上侧，由此将电抗器1001固定于搭载部L。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2009-147041号公报

然而，存在安装绕组元件的安装面沿倾斜方向或铅垂方向设定的情况(安装面的法线方向与重力所作用的重力作用方向交叉的情况或大致正交的情况)。在所述专利文献1所公开的第一及第二安装方式中，由于搭载部L沿水平方向(安装面的法线方向与重力作用方向平行)设定，因此电抗器1001在自重的作用下搭载于搭载部L，不需要利用第一安装方式的散热部分1004及热传导构件1005或第二安装方式的散热部分1004及热传导构件1006来支承电抗器1001，并且，在所述专利文献1中，并没有假想搭载部L沿铅垂方向设定的情况。

另外，在铁芯为压粉铁芯的情况下，由于压粉铁芯通过压粉形成和小于烧结温度的温度下的加热来制造，因此粉末彼此紧压来保持形状。因此，当绕组元件误落下时，可能会因落下冲击时的冲击载荷而使压粉铁芯破损。

发明内容

本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种即使在安装面沿铅垂方向设定时也能够可靠地安装绕组元件、且即使绕组元件误落下也能够保护铁芯的绕组元件用固定工具及具备该绕组元件用固定工具的带固定工具的绕组元件。

本发明人各种研究的结果是发现，通过以下的本发明能够达成上述目的。即，本发明的一方式涉及的绕组元件用固定工具用于将具备线圈和收纳所述线圈的铁芯的绕组元件固定到规定的构件上，所述绕组元件用固定工具的特征在于，具备：具有贯通孔的带板状的主体部；从所述主体部的两端分别竖立设置的一对腿部；从所述各腿部的各端部分别竖立设置的一对固定部。

这样的结构的绕组元件用固定工具的纵截面形成为帽子(hat，纵截面形状在侧视观察下为_|^-|_或∏)型，该绕组元件用固定工具通过将例如螺栓等安装构件插通于所述主体部的所述贯通孔中而以环抱绕组元件的方式安装到绕组元件上。并且，通过绕组元件用固定工具的一对固定部固定到例如散热片等规定的构件上。这样，由于上述结构的绕组元件用固定工具以环抱绕组元件的方式安装到绕组元件上，且通过一对固定部固定到规定的构件上，因此即使在所述规定的构件沿铅垂方向设定的情况下，也能够可靠地安装绕组元件。并且，这样，由于上述结构的绕组元件用固定工具以环抱绕组元件的方式安装到绕组元件上，因此即使在误落下的情况下也能够保护铁芯。

另外，本发明的另一方式以上述的绕组元件用固定工具为基础，其特征在于，在所述主体部上安装所述绕组元件而载置到所述规定的构件上的情况下，所述固定部的底面与所述规定的构件之间产生间隙。

在绕组元件用固定工具通过固定部固定到规定的构件上时，所述间隙消失，固定部的底面与规定的构件抵接。因此，在绕组元件用固定工具上产生将绕组元件紧压到规定的构件上的作用力。因而，绕组元件在该作用力下被绕组元件用固定工具更可靠地紧压。其结果是，在规定的构件具有散热片的功能的情况下，绕组元件所产生的热量更可靠地向规定的构件传递，从而能够改善散热性。

另外，本发明的又一方式以上述的绕组元件用固定工具为基础，其特征在于，在从所述主体部竖立设置所述一对腿部的各点设为A、B，从所述一对腿部分别竖立设置所述一对固定部的各点设为C、D时，AB间、CA间及DB间的各长度以如下方式设定，即，在预先给定所述主体部、所述一对腿部及所述一对固定部的厚度及带宽度的情况下，消除所述间隙地固定在所述规定的构件上时产生的作用力及预先给定的落下冲击载荷分别作用的情况下产生的各最大应力，低于所述绕组元件用固定工具的形成材料的屈服点或与该屈服点同等的物性值。

这样的结构的绕组元件用固定工具即使在作用有所述作用力或规定的落下冲击载荷的情况下，也不会发生破坏。

另外，本发明的再一方式以上述的绕组元件用固定工具为基础，其特征在于，在从所述主体部竖立设置所述一对腿部的各点设为A、B，从所述一对腿部分别竖立设置所述一对固定部的各点设为C、D，AB间的长度设为c，CA间及DB间的长度设为k时，在0.02≤k≤0.07[m]的范围内，至少满足0.0236×k^-1.07≤c/k≤0.0079×k^-1.9。

就这样的结构的绕组元件用固定工具来说，将在所述主体部上安装所述绕组元件而载置到所述规定的构件上时产生的所述固定部的底面与所述规定的构件之间的间隙的上限值设为0.2[mm]以下时，能够耐受误落下时产生的5G(重力的5倍)为止的落下冲击。

另外，本发明的再一方式以上述的绕组元件用固定工具为基础，其特征在于，在从所述主体部竖立设置所述一对腿部的各点设为A、B，将从所述一对腿部分别竖立设置所述一对固定部的各点设为C、D，将AB间的长度设为c，将CA间及DB间的长度设为k时，在0.02≤k≤0.07[m]的范围内，至少满足7275.4×k²-592.14×k+14.612≤c/k≤0.0053×k^-2。

就这样的结构的绕组元件用固定工来说，将在所述主体部上安装所述绕组元件而载置到所述规定的构件上时产生的所述固定部的底面与所述规定的构件之间的间隙的上限值设为1.5[mm]以下时，能够耐受误落下时产生的5G为止的落下冲击。

另外，本发明的再一方式以上述的绕组元件用固定工具为基础，其特征在于，所述主体部、所述一对腿部及所述一对固定部由实施了H12～H38中的任一种调质的铝合金的带状构件形成。

这样的结构的绕组元件用固定工具由非磁性且不易发生塑性变形的JIS的H12～H38的铝合金形成，因此不会对绕组元件的特性造成影响，即使在规定的构件沿铅垂方向设定的情况下，也能够将绕组元件紧压并可靠地安装到规定的构件上。

另外，本发明的再一方式涉及的带固定工具的绕组元件的特征在于，具备：具有线圈和收纳所述线圈的铁芯的绕组元件；上述任一种绕组元件用固定工具，所述绕组元件的铁芯具有从上表面贯通至底面的铁芯贯通孔，所述绕组元件通过穿过所述绕组元件用固定工具的所述贯通孔及所述铁芯贯通孔的贯穿螺栓而紧固到所述绕组元件用固定工具上。

这样的结构的带固定工具的绕组元件由于具备上述任一种绕组元件用固定工具，因此即使在安装面沿铅垂方向设定的情况下，也能够可靠地安装绕组元件，即使在误落下的情况下也能够保护铁芯。

【发明效果】

本发明涉及的绕组元件用固定工具及带固定工具的绕组元件即使在安装面沿铅垂方向设定的情况下也能够可靠地安装绕组元件，且即使在误落下的情况下也能够保护铁芯。

附图说明

图1是表示实施方式中的带固定工具的绕组元件的结构的立体图。

图2是表示实施方式的带固定工具的绕组元件中的绕组元件的结构的立体图。

图3是表示实施方式的带固定工具的绕组元件中的铁芯构件的结构的立体图。

图4是用于说明实施方式的带固定工具的绕组元件中的绕组元件用固定工具的各部上产生的应力的图。

图5是表示材质为铝合金且变位量a为0.2mm的情况下的用杨氏模量除的最大应力的图。

图6是表示材质为铝合金且变位量a为1.5mm的情况下的用杨氏模量除的最大应力的图。

图7是表示材质为不锈钢(SUS304)且变位量a为0.75mm的情况下的用杨氏模量除的最大应力的图。

图8是表示实施方式的绕组元件用固定工具由铝合金(A5052-H38)形成的情况下的长度k和纵横比ζ的范围的图。

图9是用于说明专利文献1所公开的电抗器的安装方式的立体图。

【符号说明】

10   绕组元件用固定工具

10a  主体部

10b  腿部

10c  固定部

10d 第一安装构件用贯通孔

10e 固定构件用贯通孔

20  绕组元件

26  第二安装构件用贯通孔

40  安装构件

具体实施方式

以下，参照附图对本发明涉及的一实施方式进行说明。需要说明的是，在各图中标注了同一符号的结构表示相同的结构，而适当省略说明。另外，在本说明书中，在统称时，用省略了后缀的参照符号来表示，在指代个别的结构时，用标注了后缀的参照符号来表示。

图1是表示实施方式中的带固定工具的绕组元件的结构的立体图。图2是表示实施方式的带固定工具的绕组元件中的绕组元件的结构的立体图。图3是表示实施方式的带固定工具的绕组元件中的铁芯构件的结构的立体图。图4是用于说明实施方式的带固定工具的绕组元件中的绕组元件用固定工具的各部上产生的应力的图。图4(A)是用于说明通过消除存在于固定部的底面与安装面之间的间隙而产生的应力的图，图4(B)是用于说明通过重力的作用而产生的应力的图。

在图1中，带固定工具的绕组元件1具备绕组元件20、用于将绕组元件20固定到规定的构件30上的绕组元件用固定工具10，绕组元件20通过安装构件40安装到绕组元件用固定工具10上。

例如图2所示，绕组元件20具备：具有一对第一及第二端子部(引线、引出配线、电极线)25(25-1、25-2)的一个线圈21、穿过向线圈21通电(供电)时线圈21所产生的磁通的铁芯22，绕组元件20例如作为电抗器而发挥功能。需要说明的是，绕组元件20可以为具备多个线圈的多相用的电抗器，另外，也可以为具备多个线圈的变换器。这样，绕组元件的线圈21可以为一个或多个。

线圈21通过以绝缘状态将长条的导体构件卷绕规定的匝数而成，在通电下产生磁场。线圈21可以通过卷绕例如截面圆形(○形)或截面矩形(□形)等绝缘被覆了的长条的导体构件来构成，但在本实施方式中，从减少所谓的涡流损耗的观点出发，线圈21通过将截面长方形([]形)的带状的导体构件利用例如绝缘被覆或夹入绝缘片等而在绝缘状态下以该导体构件的宽度方向沿着线圈21的轴AX方向的方式卷绕来形成。这样，本实施方式的线圈21为所谓扁平绕组结构的扁平型线圈。

需要说明的是，带状是指与导体构件的厚度(径向的长度)Ct相比宽度(轴向的长度)Cw更大的情况，即，宽度Cw与厚度Ct之间满足Cw＞Ct(Cw/Ct＞1)的关系。

第一及第二端子部25-1、25-2是用于将外部的电路与线圈21(所述导体构件)电连接的端子。上述第一及第二端子部25-1、25-2可以通过将导体线材利用例如焊接或钎焊等安装到所述导体构件的两端部来形成，但在本实施方式中，为了防止因外力或加热而引起的剥离，确保更高的可靠性，例如在本实施方式中，上述第一及第二端子部25-1、25-2为通过将线圈21(所述导体构件)的端部折弯而向与和线圈21的轴向正交的平面交叉的方向引出的部分(例如参照日本特开2011-205056号公报)。并且，从减小尺寸且降低电阻的观点出发，上述第一及第二端子部25-1、25-2通过以沿着其轴向的折弯线折弯而形成为多层结构。例如，第一及第二端子部25-1、25-2形成为4层结构。

铁芯22为穿过向线圈21通电时线圈21上产生的磁场中的磁通的构件，在磁性方面(例如导磁率)具有各向同性。例如图2及图3所示，铁芯22具备除了用于供第一及第二端子部25-1、25-2插通的连通内外的第一及第二端子部用贯通孔设置在一方的铁芯构件上这一点以外结构相同的第一及第二铁芯构件23、24。第一及第二铁芯构件23、24分别通过例如在具有圆板形状的圆板部23a、24a的板面上连续形成具有与该圆板部23a、24a同径的外周面的圆筒部23b、24b而成。在图2所示的例子中，在第一铁芯构件23的圆板部23a以在沿着第一及第二端子部25-1、25-2从线圈21的引出方向的方向(在本实施方式中为将该圆板部23a在线圈21的轴向上)上贯通的方式形成第一及所述第二端子部用贯通孔(参照图2，在图3中未图示)。并且，在第一及第二铁芯构件23、24的各圆板部23a、24a的大致中央(中心)分别沿着轴向贯通形成有用于供安装构件40插通的第21及第22安装构件用贯通孔23e、24e。

铁芯22通过具有这样的结构的第一及第二铁芯构件23、24相互在所述各圆筒部23b、24b的端面彼此重合而形成，在铁芯22内形成有用于将线圈21收容在内部的空间，通过第21及第22安装构件用贯通孔23e、24e彼此连通，由此形成从铁芯22的一面通向另一面的用于供安装构件40插通的第二安装构件用贯通孔26。

并且，在图3所示的例子中，在线圈21收容于铁芯22内时铁芯22中的面向线圈21的空芯部S的部位形成有进入到该空芯部S中的第一及第二突起部23f、24f。更具体而言，在线圈21收容于铁芯22内时第一铁芯构件23的内侧底面中的面向线圈21的空芯部S的部位形成有进入到该空芯部S中的圆锥台形状的第一突起部23f，在线圈21收容于铁芯22内时第二铁芯构件24的内侧底面中的面向线圈21的空芯部S的部位形成有进入到该空芯部S中的圆锥台形状的第二突起部24f。通过形成这样的第一及第二突起部23f、24f，由此能够进一步提高绕组元件20的电感。另外，通过调整各突起部23f、24f之间的间隙长，由此能够调整绕组元件20的电感值。另外，第一及第二突起部23f、24f为了控制电感特性而可以形成为任意的形状，并不局限于圆锥台形状，例如可以形成为圆柱状。

并且，在第一及第二铁芯构件23、24中的所述相互重合的圆筒部23b、24b的各端面上设置有用于进行定位的凸部23c、24c、与该凸部23c、24c对应的凹部23d、24d。需要说明的是，这样的凸部23c、24c及凹部23d、24d也可以不设置。例如，如图3所示，在第一及第二铁芯构件23、24中的圆筒部23b、24b的各端面上，以180°的间隔(相互对置的位置)设置有大致圆柱形状的第一及第二凸部23c-1、23c-2、24c-1、24c-2，供这样的大致圆柱形状的第一及第二凸部23c-1、23c-2、24c-1、24c-2嵌入的大致圆柱形状的第一及第二凹部23d-1、23d-2、24d-1、24d-2以180°的间隔(相互对置的位置)设置。并且，上述第一及第二凸部23c-1、23c-2、24c-1、24c-2以及第一及第二凹部23d-1、23d-2、24d-1、24d-2分别以90°间隔设置。需要说明的是，在图3中示出了第一及第二铁芯构件23、24中的一方(所述第一及第二端子部用贯通孔未图示)。通过在圆筒部23b、24b的各端面上还具备这样的定位的凸部23c、24c，由此能够使第一及第二铁芯构件23、24更可靠地对接。

这样的第一及第二铁芯构件23、24具有规定的磁特性。从低成本化的观点出发，优选第一及第二铁芯构件23、24采用同一材料。第一及第二铁芯构件23、24可以采用表面绝缘处理了的纯铁，但在本实施方式中，例如从所期望的磁特性(比较高的导磁率)的实现容易性及所期望的形状的成形容易性的观点出发，优选第一及第二铁芯构件23、24通过将软磁性体粉末成形而得到。

该软磁性粉末为强磁性的金属粉末，更具体而言，可以举出例如纯铁粉、铁基合金粉末(Fe-Al合金、Fe-Si合金、森达斯特合金、坡莫合金等)及无定形粉末、进而在表面上形成有磷酸系化成皮膜等电绝缘皮膜的铁粉等。上述软磁性粉末例如可以通过雾化法等来制造。另外，通常在导磁率相同的情况下饱和磁通密度大，因此优选软磁性粉末例如为上述纯铁粉、铁基合金粉末及无定形粉末等金属材料。这样的第一及第二铁芯构件23、24可以通过使用例如公知的常用手段对软磁性粉末进行压粉成形来形成。

并且，绕组元件20通过以将第一及第二端子部25-1、25-2从所述第一及第二端子部用贯通孔向外部引出的方式将线圈21收纳在由第一及第二铁芯构件23、24对接而形成的内部空间中来形成。这样，本实施方式的绕组元件20为将线圈21内置在铁芯22内的所谓壳式的元件。需要说明的是，如图1及图2所示，本实施方式的绕组元件20为了减小泄漏磁通而以将线圈21整体用铁芯22内包的方式构成，但也可以在铁芯22中的与线圈21的周面接触的部分等形成开口。

用于将这样的在线圈21的外周具备铁芯22的绕组元件20固定到规定的构件30上的绕组元件用固定工具10具备：具有第一安装构件用贯通孔10d的带板状的主体部10a；从主体部10a的两端向大致垂直方向分别竖立设置的板状的一对腿部10b-1、10b-2；从各腿部10b-1、10b-2的各端部向大致垂直外方向分别竖立设置的板状的一对固定部10c-1、10c-2。

主体部10a的第一安装构件用贯通孔10d为用于供安装构件40插通的孔，考虑到对称性而形成在主体部10a的长度方向的大致中央。并且，在各固定部10c-1、10c-2上分别形成有供省略图示的固定构件安装的固定构件用贯通孔10e-1、10e-2，所述固定构件用于将该绕组元件用固定工具10固定到所述规定的构件30上。所述固定构件可以为螺钉(小螺钉)、螺栓和螺母等紧固构件，在固定构件用贯通孔10e-1、10e-2内侧面上可以形成螺纹槽。

这样的结构的绕组元件用固定工具10可以通过例如将带板状的构件折弯的折弯加工和对各贯通孔进行穿孔的贯通孔形成工序来制成。在这样的制成方法中，主体部10a、各腿部10b-1、10b-2及各固定部10c-1、10c-2一体地形成，各腿部10b-1、10b-2与主体部10a连续形成，各固定部10c-1、10c-2与各腿部10b-1、10b-2连续形成。

并且，在这样的结构的绕组元件20及绕组元件用固定工具10中，例如贯穿螺栓等安装构件40经由第一垫圈插通在绕组元件用固定工具10的第一安装构件用贯通孔10d中，接着，经由第二垫圈插通在绕组元件20的铁芯22中的第二安装构件用贯通孔26中，安装构件40的另一端经由第三垫圈而被例如螺母等紧固构件紧固，从而将绕组元件用固定工具10安装固定到绕组元件20上。由此，制成带固定工具的绕组元件。接着，在例如电路基板或散热片等需要安装绕组元件20的规定的构件(搭载构件、安装构件)30中的安装位置上配置该带固定工具的绕组元件，例如将螺钉等紧固构件经由绕组元件用固定工具10的各固定部10c-1、10c-2中的各固定构件用贯通孔10e-1、10e-2而紧固固定到所述规定的构件30上。由此，绕组元件20通过绕组元件用固定工具10而固定安装到规定的构件30上。

上述结构的绕组元件用固定工具10的纵截面的形状为帽子(hat，侧视观察为_|^—|_)型，该绕组元件用固定工具10通过将例如螺栓等安装构件40插通于主体部10a的第一安装构件用贯通孔10d中，而以环抱绕组元件20的方式安装到绕组元件20上。并且，通过绕组元件用固定工具10的一对固定部10c-1、10c-2而固定到例如散热片等规定的构件30上。这样，由于上述结构的绕组元件用固定工具10以环抱绕组元件20的方式安装到绕组元件20上，并且通过一对固定部10c-1、10c-2固定到规定的构件30上，因此即使在该规定的构件30沿铅垂方向设定的情况下，也能够可靠地安装绕组元件20。并且，这样，由于上述结构的绕组元件用固定工具10以环抱绕组元件20的方式安装到绕组元件20上，因此即使在误落下的情况下也能够保护铁芯22。

并且，本实施方式的绕组元件用固定工具10以如下方式形成，所述方式是指：在该绕组元件用固定工具10通过利用安装构件40将绕组元件20安装到绕组元件用固定工具10的主体部10a而载置到所述规定的构件30上的情况下，在固定部10c的底面与所述规定的构件30的表面之间产生例如亚毫米级的间隙。即，以在利用安装构件40将绕组元件20安装到绕组元件用固定工具10的主体部10a的情况下成为绕组元件20的铁芯22的底面比一对固定部10c-1、10c-2的各底面突出的状态的方式，调整一对腿部10b-1、10b-2的长度及一对固定部10c-1、10c-2的各厚度。进而，换言之，以使从主体部10a的内侧面至固定部10c的底面为止的距离(长度)比铁芯22的厚度(在主体部10a与铁芯22之间夹设第二垫圈的情况下包括第二垫圈的厚度在内)短的方式调整一对腿部10b-1、10b-2的长度及一对固定部10c-1、10c-2的各厚度。

在这样构成的绕组元件用固定工具10中，在绕组元件用固定工具10通过各固定部10c-1、10c-2固定到规定的构件30的情况下，上述间隙消失，各固定部10c-1、10c-2的各底面与规定的构件30的表面抵接。因此，在弹性范围内，在绕组元件用固定工具10上产生将绕组元件20紧压到规定的构件30上的作用力。因而，绕组元件20在该作用力下被绕组元件用固定工具10更可靠地紧压到规定的构件30上。其结果是，在规定的构件30具有散热片的功能的情况下，由绕组元件20产生的热量更可靠地向规定的构件30传递，从而能够改善散热性。

这里，需要以使绕组元件用固定工具10在即使产生这样的所述作用力的情况下也不发生塑性变形以维持作为弹簧的功能的方式，确定该绕组元件用固定工具10的材料、各部的板厚、板宽度及长度。

在产生这样的所述作用力的情况下，将所述间隙的长度(尺寸)设为a的话，则如图4(A)所示，在仅将绕组元件用固定工具10通过各固定部10c-1、10c-2固定到规定的构件30的状态下，为了使主体部10a在主体部10a的中央位置P处向沿着主体部10a的法线方向的外方向变形长度a，所述作用力与施加在中央位置P处的力F1相等。因而，为了在即使产生所述作用力的情况下也不使绕组元件用固定工具10发生破损，需要即使在中央位置P处作用力F1而使主体部10a位移变位量a，也使绕组元件用固定工具10上产生的最大应力比绕组元件用固定工具10的材料的屈服点或与该屈服点同等的物性值小(需要使绕组元件用固定工具10的变形在弹性范围内)。

另一方面，在绕组元件20安装于沿倾斜方向或铅垂方向设定的安装面的情况下，如图4(B)所示，在利用安装构件40来安装绕组元件20的第一安装构件用贯通孔10d的中央位置P处沿着其方向作用有基于重力的力F2，该力F2在安装面沿铅垂方向设定的情况下最大。因而，还需要使因该力F2而在绕组元件用固定工具10上产生的最大应力比绕组元件用固定工具10的材料的屈服点或与该屈服点同等的物性值小。

因此，如上所述，在绕组元件用固定工具10通过各固定部10c-1、10c-2固定到规定的构件30上，且绕组元件20安装在中央位置P处的情况下，为了减小在绕组元件用固定工具10上产生的应力，需要减小力F1的方向的弹簧常数K1，另一方面，需要增大力F2的方向的弹簧常数K2。因而，将从主体部10a竖立设置各腿部10b-1、10b-2的各点(各弯曲点)设为A、B，将从各腿部10b-1、10b-2竖立设置各固定部10c-1、10c-2的各点(各弯曲点)设为C、D时，为了抑制力F1及力F2作用于绕组元件用固定工具10的情况下的绕组元件用固定工具10的塑性变形，需要增长AB间的长度c并缩短CA间及DB间的各长度k。其结果是，绕组元件用固定工具10的纵横比ζ(＝c/k)存在最佳的范围。

即使该力F1及力F2作用于绕组元件用固定工具10也不会发生塑性变形的所述长度k和纵横比ζ的范围更具体而言可以如下这样求解。

首先，第一，在力F1作用于绕组元件用固定工具10的情况下，力F1以产生图4(A)中双点划线所示的变形的方式作用在绕组元件用固定工具10上。其结果是，作用在CA间、即作用在绕组元件用固定工具10的腿部10b-1上的用杨氏模量E除的最大应力σ_CA(¹⁾/E由下式(1)表示，作用在AP间、即作用在绕组元件用固定工具10的主体部10a中的从一端部A至中央位置P的部分上的用杨氏模量E除的最大应力σ_AP ⁽¹⁾/E由下式(2)表示。需要说明的是，t表示绕组元件用固定工具10的厚度(板厚)。

【式1】

【式2】

${{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AP}}}^{\left(1\right)}/E=a\·\frac{t}{c^2}\·\frac{1-c/(k+2c)}{1/6-c/\left\{4(k+2c)\right\}}\·\·\·\left(2\right)$

从上述式(1)及式(2)可知，最大应力σ_CA ⁽¹⁾及最大应力σ_AP ⁽¹⁾为杨氏模量E、变位量a、绕组元件用固定工具10的形状(t、c、k)的函数。

另外，第二，在力F2作用于绕组元件用固定工具10的情况下，力F2以产生图4(B)中双点划线所示的变形的方式作用在绕组元件用固定工具10上。其结果是，作用在CA间的最大应力σ_CA ⁽²⁾由下式(3)表示，作用在AP间的最大应力σ_AP ⁽²⁾由下式(4)表示，作用在PB间、即作用在绕组元件用固定工具10的主体部10a中的从中央位置P至另一方端部B的部分上的最大应力σ_PB ⁽²⁾由下式(5)表示，并且，作用在BD间、即作用在绕组元件用固定工具10的腿部10b-2上的最大应力σ_BD ⁽²⁾/E由下式(6)表示。需要说明的是，b表示绕组元件用固定工具10的宽度(板宽度、带宽度)。

【式3】

${{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{CA}}}^{\left(2\right)}=F_2\·\frac{3k}{b{t}^2}(\frac{3k}{6k+c}-1)\·\·\·\left(3\right)$

【式4】

${{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{AP}}}^{\left(2\right)}=F_2\·\frac{1}{\mathrm{bt}}\{\frac{1}{2}+\frac{9k^2}{t(6k+c)}\}\·\·\·\left(4\right)$

【式5】

${{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{PB}}}^{\left(2\right)}=F_2\·\frac{1}{\mathrm{bt}}\{-\frac{1}{2}+\frac{9k^2}{t(6k+c)}\}\·\·\·\left(5\right)$

【式6】

${{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{BD}}}^{\left(2\right)}=-F_2\·\frac{3k}{b{t}^2}(\frac{3k}{6k+c}+1)\·\·\·\left(6\right)$

需要说明的是，在CA间、AP间、PB间及BD间产生的各最大应力σ_CA、σ_AP、σ_PB、σ_BD分别在点C、点P、点P及点D上产生。

从上述式(3)至式(6)可知，最大应力σ_CA ⁽²⁾、最大应力σ_AP ⁽²⁾、最大应力σ_PB ⁽²⁾及最大应力σ_BD ⁽²⁾是力F2、绕组元件用固定工具10的形状(t、b、c、k)的函数。

这里，在力F1及力F2作用于绕组元件用固定工具10的情况下，在各区间中，在弯曲方向相同时力F1及力F2所产生的各应力相加，在弯曲方向相反时力F1及力F2所产生的各应力相抵。因而，参照图4(A)中双点划线所示的变形方式和图4(B)中双点划线所示的变形方式，在CA间，力F1及力F2所产生的各应力相加，在AP间，力F1及力F2所产生的各应力相抵，在PB间，力F1及力F2所产生的各应力相加，并且，在BD间，力F1及力F2所产生的各应力相抵。由此，力F1及力F2所产生的最大应力在点P或点C处产生，点P处的最大应力用式(1)和式(5)的相加来表示，点C处的最大应力用式(2)和式(3)的相加来表示。

并且，为了探寻绕组元件用固定工具10的所述范围，对于上述式(1)、式(2)、式(3)及式(5)的右边，通过利用该纵横比ζ＝c/k的关系而将上述各式的右边使用所述长度k和纵横比ζ来表示，改变所述长度k和纵横比ζ，计算出同时作用F1和F2时的点P处的最大应力σ_AP ⁽¹⁺²⁾及点C处的最大应力σ_CA ⁽¹⁺²⁾。

图5是表示材质为铝合金且变位量a为0.2mm的情况下，使ζ在0～3且使k在0.02～0.07的范围内变化时的用铝合金的杨氏模量除的最大应力σ_AP ⁽¹⁺²⁾/E、σ_CA ⁽¹⁺²⁾/E的等高线的图。图6是表示在材质为铝合金且变位量a为1.5mm的情况下，使ζ和k在与图5相同的范围内变化时的用铝合金的杨氏模量除的最大应力σ_AP ⁽¹⁺²)/E、σ_CA ⁽¹⁺²)/E的等高线的图。图7是表示材质为非磁性的不锈钢SUS304且变位量a为0.75mm的情况下，使ζ和k在与图5、6相同的范围内变化时的用SUS304的杨氏模量除的最大应力σ_AP ⁽¹⁺²⁾/E、σ_CA ⁽¹⁺²)/E的等高线的图。图5(A)、图6(A)及图7表示点P处的σ_AP ⁽¹⁺²)/E的计算结果，图5(B)及图6(B)表示点C处的σ_CA ⁽¹⁺²⁾/E的计算结果。图5至图7的横轴表示以m为单位的k，它们的纵轴表示ζ。

计算的条件如下所述。在上述图5至图7中，所述长度k设在0.02至0.07[m]的范围内，纵横比ζ设在0至3的范围。这里，由于绕组元件用固定工具10为绕组元件用，因此优选不对绕组元件20的特性造成影响的非磁性。作为非磁性的材料，可以举出例如铝或不锈钢。铝的杨氏模量E为70[GPa]，非磁性的不锈钢(SUS304)的杨氏模量E为205[GPa]。

另外，变位量a如下这样规定。绕组元件20在各种各样的温度环境中使用，在通电时，通常线圈21发热并升温。当绕组元件20升温时，绕组元件用固定工具10也升温，绕组元件用固定工具10通常热膨胀。因而，为了产生所述作用力，在例如根据规格来规定的最低使用温度下，需要使间隙的长度(变位量)a为正值(大于0的值)。例如，绕组元件20的使用温度考虑到例如严冬期的使用温度及绝缘材料的耐热温度而假定了-20[℃]至+150[℃]的温度范围。当考虑到该使用温度范围，进而将绕组元件20的尺寸公差设为±0.2[mm]而考虑该尺寸公差时，变位量a在0.2至1.5[mm]的范围内(0.2≤a≤1.5)。

另外，力F2如下这样规定。由于绕组元件用固定工具10的尺寸与绕组元件20相对应地变大，因此将绕组元件20的高度及直径视作与绕组元件用固定工具10的所述长度k及所述长度c相等的值，来求解绕组元件20的质量。作用在该绕组元件20上的重力F2根据k、ζ的变化而在0.1[N]至926.7[N]的范围内。并且，力F2可以仅为作用在绕组元件20上的重力(mg)，但在本实施方式中，考虑了落下冲击，该落下冲击的载荷设为重力的5倍(5G)。

并且，不锈钢SUS304的屈服点和铝5052合金的屈服强度(弹性极限)如表1所示。

表1

在该表1中记载了SUS304、及JIS规定的调质O、H32、H34、H36、H38的铝合金(5052合金)的杨氏模量E[GPa]、屈服点或屈服强度σ0.2[MPa]及σ0.2/E的各值。

在这样的各种条件下计算出的结果在图5至图7中示出。图5表示绕组元件用固定工具10由厚度2.0[mm]的铝形成且变位量a为最低的0.2[mm]的情况下的结果，图6表示绕组元件用固定工具10由厚度2.0[mm]的铝形成且变位量a为最高的1.5[mm]的情况下的结果，并且，图7表示绕组元件用固定工具10由厚度2.0[mm]的SUS304形成且变位量a为0.75[mm]的情况下的结果。需要说明的是，各图右侧的凡例表示σ_AP ⁽¹⁺²)/E、σ_CA ⁽¹⁺²)/E的等高线的值，图5及图6所示的等高线仅表示比将弹性极限最高的进行了H38的调质的铝5052合金的弹性极限除以铝合金的杨氏模量而得到的值σ0.2/E小的范围，图7所示的等高线仅表示比将SUS304的屈服点除以SUS304的杨氏模量而得到的值σ0.2/E小的范围。

在绕组元件用固定工具10的尺寸、形状及上述的各条件相同的情况下，就SUS304的绕组元件用固定工具10来说，力F1方向的弹簧常数K1变大，在绕组元件用固定工具10上产生的应力变大。因此，从图5至图7可知，使绕组元件用固定工具10不发生塑性变形的条件(最大应力小于屈服点或屈服强度σ0.2这样的条件)下的所述长度k及纵横比ζ的范围对SUS304来说几乎不存在，仅在k＝0.04[m]附近及ζ＝3附近稍许存在。因而，优选绕组元件用固定工具10的形成材料为铝(包括其合金)。

因此，就铝来说，根据上述的图5及图6的结果来求解力F1及力F2作用的情况下的点P和点C处产生的最大应力σ_AP ⁽¹+²)、σ_CA ⁽¹⁺²⁾除以铝的杨氏模量E而得到的σ_AP ⁽¹⁺²⁾/E、σ_CA ⁽¹⁺²⁾/E同时比铝的屈服强度σ0.2/E小的所述长度k和纵横比ζ的范围时，该所述长度k和纵横比ζ的范围在例如用JIS表示为A5052-H38的情况下如图8中阴影所示。

图8是表示将实施方式的绕组元件用固定工具用铝合金(A5052-H38)形成的情况下的所述长度k和纵横比ζ的范围的图。图8的横轴表示长度k，其纵轴表示纵横比ζ。

如图8所示，在变位量a为最小值0.2[mm]的情况下，在0.02≤k≤0.07[m]的范围内，需要至少满足0.0236×k^-1.07≤ζ(＝c/k)≤0.0079×k^-1.9。并且，在变位量a为最大值1.5[mm]的情况下，在0.02≤k≤0.07[m]的范围内，需要至少满足7275.4×k²-592.14×k+14.612≤c/k≤0.0053×k^-2。

需要说明的是，在上述中，将A5052-H38的结果在图8中示出，但A5000系的其它的调质或A3000系也可以同样地求解，分别对铝来说，存在力F1及力F2作用的情况下的点P处的σ/E及点C处的σ/E同时比铝的屈服强度σ0.2/E小的所述长度k和纵横比ζ的范围。因此，优选A3000系或A5000系的调质H12～H38的铝。

这样，在本实施方式的绕组元件用固定工具10中的主体部10a、一对腿部10b及一对固定部10c中，其AB间的长度c、CA间及DB间的所述长度k以如下方式设定，即，在预先给定主体部10a、一对腿部10b及一对固定部10c的厚度t及带宽度b的情况下，消除所述尺寸a的所述间隙地固定在规定的构件30上时产生的作用力及预先给定的落下冲击载荷分别作用于该绕组元件用固定工具10的情况下产生的各最大应力σ，低于该绕组元件用固定工具10的形成材料的屈服点或与该屈服点同等的物性值。因此，本实施方式的绕组元件用固定工具10在设计的范围内，即使作用有所述作用力或规定的落下冲击载荷也不会发生破坏。

需要说明的是，在上述中，绕组元件用固定工具10是通过使各固定部10c-1、10c-2从各腿部10b-1、10b-2向大致垂直外方向竖立设置而纵截面形状在侧视观察下形成为_|^-|_形状的帽子型，但也可以形成为∏形状的帽子型。这种情况下，以一对固定部10c-1、10c-2的各端部间的距离比需要固定的绕组元件20的直径长的方式形成绕组元件用固定工具10。这种情况下的绕组元件用固定工具10也可以与上述同样地分析。另外，虽然未图示，但将AB区间平坦地使用或者设置开口部来降低弯曲刚性的方法也有效。由此，在点P处赋予了变位量a的情况下，能够期待使因力F1而在AB间产生的应力降低的效果。另外，在CA区间和DB区间施加凸凹加工来提高这些区间的弯曲刚性的方法也有效。由此，能够期待降低因力F2而在CA及DB间产生的应力的效果。

为了表达本发明，以上在参照附图的同时通过实施方式对本发明适当且充分地进行了说明，但对本领域技术人员来说应该认识到，能够容易地对上述的实施方式进行变更及/或改良。因而，只要本领域技术人员所实施的变更方式或改良方式不脱离请求保护的范围所记载的权利范围，则可以解释为该变更方式或该改良方式包括在请求保护的权利范围内。

Claims (7)

1.一种绕组元件用固定工具，其用于将具备线圈和收纳所述线圈的铁芯的绕组元件固定到规定的构件上，所述绕组元件用固定工具的特征在于，具备：

具有贯通孔的带板状的主体部；

从所述主体部的两端分别竖立设置的一对腿部；

从所述各腿部的各端部分别竖立设置的一对固定部。

2.根据权利要求1所述的绕组元件用固定工具，其特征在于，

在所述主体部上安装所述绕组元件而载置到所述规定的构件上时，所述固定部的底面与所述规定的构件之间产生间隙。

3.根据权利要求2所述的绕组元件用固定工具，其特征在于，

在从所述主体部竖立设置所述一对腿部的各点设为A、B，从所述一对腿部分别竖立设置所述一对固定部的各点设为C、D时，AB间、CA间及DB间的各长度以如下方式设定，即，在预先给定所述主体部、所述一对腿部及所述一对固定部的厚度及带宽度的情况下，消除所述间隙地固定在所述规定的构件上时产生的作用力及预先给定的落下冲击载荷分别作用的情况下产生的各最大应力，低于所述绕组元件用固定工具的形成材料的屈服点或与该屈服点同等的物性值。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的绕组元件用固定工具，其特征在于，

在从所述主体部竖立设置所述一对腿部的各点设为A、B，从所述一对腿部分别竖立设置所述一对固定部的各点设为C、D，AB间的长度设为c，CA间及DB间的长度设为k时，在0.02≤k≤0.07[m]的范围内，至少满足0.0236×k^-1.07≤c/k≤0.0079×k^-1.9。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的绕组元件用固定工具，其特征在于，

在从所述主体部竖立设置所述一对腿部的各点设为A、B，从所述一对腿部分别竖立设置所述一对固定部的各点设为C、D，AB间的长度设为c，CA间及DB间的长度设为k时，在0.02≤k≤0.07[m]的范围内，至少满足7275.4×k²-592.14×k+14.612≤c/k≤0.0053×k^-2。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的绕组元件用固定工具，其特征在于，

所述主体部、所述一对腿部及所述一对固定部由实施了H12～H38中的任一种调质的铝合金的带状构件形成。

7.一种带固定工具的绕组元件，其特征在于，具备：

具有线圈和收纳所述线圈的铁芯的绕组元件；

权利要求1～6中任一项所述的绕组元件用固定工具，

所述绕组元件的铁芯具有从上表面贯通至底面的铁芯贯通孔，

所述绕组元件通过穿过所述绕组元件用固定工具的所述贯通孔及所述铁芯贯通孔的贯穿螺栓而紧固到所述绕组元件用固定工具上。

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