JP2004296818A - インダクタンスユニットおよびそれを有するスイッチング電源 - Google Patents
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Abstract
【課題】インダクタンスユニットおよびそれを有するスイッチング電源において、保持されているインダクタンス素子のコアが破損しない構造を得る。
【解決手段】コア2およびコイル9を有するインダクタンス素子3を板ばね4により保持してインダクタンスユニット1を構成する場合において、板ばね4はコア2のベース面に接する天井部10と、天井部10の両端からコア2の側面に沿って形成された一対の腕部15とを有し、その天井部10は所定幅の基部12の両側に折曲当接部11,11を設け、その外側に腕部15,15に向かってコア2のベース面から離れる傾斜部13,13を設ける。
【選択図】 図1
【解決手段】コア2およびコイル9を有するインダクタンス素子3を板ばね4により保持してインダクタンスユニット1を構成する場合において、板ばね4はコア2のベース面に接する天井部10と、天井部10の両端からコア2の側面に沿って形成された一対の腕部15とを有し、その天井部10は所定幅の基部12の両側に折曲当接部11,11を設け、その外側に腕部15,15に向かってコア2のベース面から離れる傾斜部13,13を設ける。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアが破損し難い構造を備えたインダクタンスユニットおよびそれを有するスイッチング電源に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、スイッチング電源においては、トランスやチョークコイル等のコア(鉄心)とコイル(巻線)を有するインダクタンス素子を搭載するため、そのインダクタンス素子を抱え込む構造を備えた板ばねが使用されている。この種の板ばねに関して、従来、例えば図17に示す板ばね100が知られていた(特許文献1参照)。この板ばね100は湾曲した天井部101の両端に腕部102を形成したものである。この板ばね100により、コア105a,105bおよびコイル105cを有するトランス部品105を抱え込んで保持した上で、係止部103を金属プレート104に係合させると、トランス部品105が所定の場所に固定されるようになっている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−144478号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の板ばね100は、天井部101が内側に湾曲しているため、中央部分が幾分内側に突出し、そこがコア105a,105bの軸芯部(コイル105cの内側に配置される部分)を押さえ付ける(押圧する)ことになる。そのため、この板ばね100によりトランス部品105を固定してスイッチング電源を構成し、それを自動車のように周囲から様々な振動や衝撃が入力しやすい環境下に置くと、板ばね100からコア105a,105bの軸芯部に荷重が集中的に加わるため、コア105a,105bがひび割れを起こして破損することがあった。
特に、コア105a,105bの軸芯部を離して配置することによりセンターギャップ(ギャップ、間隙ともいう)を形成していると、コア105aの軸芯部に衝撃荷重が集中し、コア105aが破損しやすいという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、周囲から様々な振動や衝撃が入力しやすい環境下に置いても、保持されているインダクタンス素子のコアが破損することがない構造を備えたインダクタンスユニットおよびそれを有するスイッチング電源を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、コアおよびコイルを有し、そのコアがコイルの内側に配置される軸芯部を備えるインダクタンス素子を板ばねにより保持した構造を有するインダクタンスユニットであって、板ばねは、コアの表面に接する天井部と、その天井部の両端からコアの側面に沿って形成された長さの等しい一対の腕部とを有し、天井部は、各腕部の間に基部を有し、その基部の両側に折曲当接部が形成され、その各折曲当接部と各腕部との間に、各折曲当接部から各腕部に向かってコアの表面から離れる傾斜部が形成されていることを特徴とする。
このインダクタンスユニットはコアの表面を天井部の2箇所に形成した折曲当接部により加圧するから、コアに加わる荷重を分散させることができる。
【0007】
また、本発明は、コアおよびコイルを有し、そのコアがコイルの内側に配置される軸芯部を備えるインダクタンス素子を板ばねにより保持して、インダクタンス素子を載置可能なベース部材に固定した構造を備えるインダクタンスユニットであって、板ばねは、所定の幅を有する基部の両側に折曲当接部が形成された天井部と、その天井部の両端からコアの側面に沿って形成され、端部に足部を設けた長さの等しい一対の腕部とを有し、ベース部材に足部が固定され、折曲当接部がコアの表面に接し、かつ基部がそのコアの表面から離れる方向に湾曲しているインダクタンスユニットを提供する。
このインダクタンスユニットはコアの表面が2箇所に形成した折曲当接部による加圧状態でベース部材に固定されており、コアに加わる荷重を分散させることができる。
【0008】
このインダクタンスユニットは、上記ベース部材において、インダクタンス素子が載置される部分と、足部が固定される部分とが同じ平面上に形成されていることが好ましい。
こうすると、インダクタンス素子をベース部材に載置して固定するときに手間がかからない。
また、これらのインダクタンスユニットは折曲当接部の配置間隔がコアの軸芯部の外形寸法よりも大きいとよい。
このようにすると、コアに加わる荷重を分散させることができるだけでなく、コアの軸芯部に直接加わらないようにすることができる。
また、上記インダクタンスユニットはコアの軸芯部にギャップが形成されていてもよい。
この場合、コアに加わる荷重が軸芯部付近に集中しないから、コアの軸芯部にギャップが形成されていてもコアの破損を防止することができる。
【0009】
また、本発明は、コアおよびコイルを有し、そのコアがコイルの内側に配置される軸芯部を備えるインダクタンス素子を板ばねにより保持して、インダクタンス素子を載置可能なベース部材に固定した構造を備えるインダクタンスユニットを有するスイッチング電源であって、インダクタンスユニットは、板ばねが、所定の幅を有する基部の両側に折曲当接部が形成された天井部と、その天井部の両端からコアの側面に沿って形成され、端部に足部を設けた長さの等しい一対の腕部とを有し、ベース部材に足部が固定され、折曲当接部がコアの表面に接し、かつ基部がそのコアの表面から離れる方向に湾曲しているスイッチング電源を提供する。
【0010】
このスイッチング電源は、板ばねの折曲当接部により、コアの表面が2箇所に分散して加圧されるから、コアに加わる荷重を分散させてインダクタンス素子をベース部材に固定することができる。
このスイッチング電源は、折曲当接部の配置間隔がコアの軸芯部の外形寸法よりも大きいとよい。
また、これらのスイッチング電源は、コアの軸芯部にギャップが形成されている場合において好適である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
図1は本発明によるインダクタンスユニット1の正面図、図2はその側面図、図3は斜視図、図4は平面図、図5は分解斜視図である。
インダクタンスユニット1はコア2およびコイル9を有するインダクタンス素子3を板ばね4により抱え込むように保持して、ベース部材5に固定した構造を有している。
インダクタンス素子3は後述する自動車用(車載用)スイッチング電源40に搭載されるチョークコイルであって、ギャップ付のコア2と、コイル9を有している。なお、コア2の構造を図示する関係上、図2、図3および図4においてはコイル9の図示を省略している。
【0012】
コア2はコア部品6とコア部品7とを有し、コア部品7の上にコア部品6を配置して構成されている。コア部品6,7は各ベース部6a,7aから突出する外脚部6b,7bを有し、その内側に円柱状の軸芯部6c,7cを有している。そして、その外脚部6b,7bが接面して重ね合わさるとともに、軸芯部6c,7cが適宜離れて対面しており、その軸芯部6c,7cの対面部分の間にギャップ8が形成されている。本実施の形態では、コア2にギャップ8を形成することによって、インダクタンス素子3の磁気抵抗を変化させてインダクタンス値を変えている(調節している)。
コイル9は図5に示すように、厚さの薄い帯状プレートを螺旋状に積層してなるもので、その積層された帯状プレートの円形部分の内側に、コア部品6,7の軸芯部6c,7cが配置されている。
【0013】
板ばね4はインダクタンス素子3を内側に抱え込み一体的に保持するもので、インダクタンス素子3の発熱にも耐え得る金属、例えばバネ性ステンレス鋼等を板金加工して形成されている。板ばね4は、図6〜図9にも示すように、コア2の上側に配置されるコア部品6のベース部6aの表面(以下「ベース面」という)に接する天井部10と、天井部10の両端に形成した長さの等しい一対の腕部15とを有している。
天井部10はベース部6aの長手方向の幅よりも若干広い幅を有して形成されている。天井部10は各腕部15の間(幅方向の中央)に所定の横幅を有する基部12を有し、その基部12の両側に、一対の折曲当接部11,11が形成されている。また、各折曲当接部11,11の外側、すなわち、各折曲当接部11,11と各腕部15との間に、コア2のベース面から漸次離れる(上向きに傾斜する)傾斜部13,13が形成されている。この天井部10は以上の構成を有することにより、コア2のベース面を2箇所で加圧する後述する分散加圧機能を発揮する。
【0014】
腕部15は、コア2の側面(外脚部6b,7bの外表面)に、コア2の横方向の位置ずれを防止可能な平坦部15aと、その下端に狭幅部15dを介して外側に折曲げた螺子孔付の足部15bと、平坦部15aの高さ方向中央から張り出す一対の係止片15c,15cとを有している。なお、この板ばね4は図13に示すように、狭幅部15dを介することなく足部15bを形成してもよい。
上述の板ばね4は、インダクタンス素子3を抱え込むように保持した上で、ベース部材5に載置したときに、後述する引き代21が形成される大きさに設定されているが、本実施形態における具体的な寸法は次のとおりである(図7,8参照)。
【0015】
天井部10は長手辺の幅w1が51〜53mm程度、短手辺の幅w2が21〜23mm程度に設定されている。また、基部12の幅(折曲当接部11,11の配置間隔)w3が29〜31mm程度に設定されている。この基部12の幅、すなわち、各折曲当接部11の配置間隔は軸芯部6c,7cの外形寸法よりも大きく設定されている。こうすることにより、インダクタンス素子3を板ばね4により保持してベース部材5に固定している状態において、天井部10がコア2のベース面に当接する箇所を折曲当接部11,11の形成箇所、すなわち軸芯部6c,7cの外側(ギャップ8の外側)に配置している。そして、腕部15の高さh1が29〜31mm程度に設定され、腕部15の基部12までの高さh2が27〜28mm程度に設定されている。よって、傾斜部13の起立高h3は2〜3mm程度に設定されている。また、腕部15の幅(係止片15c,15cの間の幅)は33〜35mm程度に設定されている。
【0016】
ベース部材5は、アルミニウム、マグネシウム合金等の金属からなり、インダクタンス素子3を載置可能な大きさを有する矩形板状に形成されている。また、ベース部材5は、その片側の表面5a上に、インダクタンス素子3が載置される部分と、足部15bが固定される部分とが形成されている。
そして、インダクタンス素子3を上述の板ばね4により保持してベース部材5に固定するときは次のようにして行う。
まず、コア部品6,7の外脚部6b,7bを腕部15の平坦部15aに接触させながら係止片15cに把持させて、インダクタンス素子3を板ばね4により抱え込むように保持した構造(第1の保持構造)を得る。次に、この第1の保持構造のまま、板ばね4により保持したインダクタンス素子3をベース部材5に載置する。すると、図10および図11に示すように、板ばね4の基部12およびその両側の折曲当接部11がコア2のベース面に接触しつつ、傾斜部13,13がベース面から漸次離れ、かつ足部15bがベース部材5の表面から離れた構造(第2の保持構造)が得られる。この第2の保持構造において、足部15bとベース部材5の表面とが離れているため、双方の間に引き代21が形成されている。
【0017】
次に、足部15bを引き下げて(押し下げて)ベース部材5の表面に接触させた上、その状態で足部15bの螺子孔に所定の螺子aを挿通し(図5参照)、その螺子aを螺子込んで足部15bをベース部材5の表面5aに固定する。すると、足部15bを引き下げたことにより、傾斜部13,13も腕部15に連れて引き下げられて変形する(傾斜がなだらかになる)。このとき、傾斜部13,13の引き下げによる変形に対応して基部12が折曲当接部11,11を支点として変形し、上側に反り返る(コア2の上面から離れる方向に湾曲する。図1参照)。また足部15bをベース部材5の表面5aに固定する際には、螺子aを螺子込みながら徐々に傾斜部13を腕部15とともに引き下げ、基部12を湾曲させることができるから、螺子aの螺子込み量により、基部12の湾曲具合を調節することができる。
【0018】
そして、この基部12と傾斜部13,13の変形によって天井面10が付勢され、折曲当接部11,11がともに加圧点となり、コア2のベース面に当接して下方に押さえ付ける機能(分散加圧機能)を発揮する。これにより、インダクタンス素子3は板ばね4により保持された状態でベース部材5に固定される。
また、このベース部材5は、表面5a上に、インダクタンス素子3が上述の要領で載置される部分と、足部15bが固定される部分とが形成されているから、インダクタンス素子3を載置して固定するときに手間がかからない。
ところで、従来の板ばね100の場合は湾曲した天井部101の突出している部分がトランス部品105のコア(の軸芯部)を押さえ込んでいたため、そこから集中的な荷重がかかり、コア105a,105bがひび割れて破損するおそれがあった。特に、コア105a,105bがギャップ付の場合はコア105aに衝撃が加わりやすく、その分、破損を生じやすかった。
【0019】
これに対し、本実施の形態では、インダクタンス素子3を板ばね4により保持し、その板ばね4によりインダクタンス素子3をベース部材5に固定しているときは、天井部10が分散加圧機能を発揮している。この分散加圧機能は、一対の折曲当接部11がコア2を2箇所から分散して加圧するというものである。しかも、基部12の幅(すなわち、折曲当接部11の配置間隔)が軸芯部6c,7cの外形寸法よりも大きく設定されていることで、加圧点となる折曲当接部11が破損を生じやすい軸芯部6c,7cの外側に配置され、軸芯部6c,7cを直に加圧しないようになっている。そのため、分散加圧機能は単にコア2を2箇所から分散して加圧するというのではなく、破損を生じやすい軸芯部6c,7cを回避して加圧するという意味も有している。
【0020】
したがって、インダクタンスユニット1の周囲から衝撃などが加わり、コア2に荷重がかかるとしても、それは分散によりコア2の破損を来すほどの大きなものとなることがなく、しかも、ベース部6aから外脚部6b,7bへと加わり、軸芯部6c,7cに直には加わらないから、コア2がひび割れを起こす等して破損することがない。特に、インダクタンス素子3のようにコア2がギャップ付の場合は、荷重の入力個所が軸芯部6c,7cの外側に配置されることで、軸芯部6cへの荷重の集中が解消されるため、破損を生じることが皆無になるという点で好適である。
【0021】
ところで、インダクタンスユニット1は天井部10に分散加圧機能を発揮させてインダクタンス素子3をベース部材5に固定しているが、図14に示すようにしてもよい。このインダクタンスユニット1は、上述のベース部材5の代わりに載置部25aと段差部25bを有するベース部材25にインダクタンス素子3を固定している。載置部25aはインダクタンス素子3を載置するため、その外形寸法に対応した大きさに形成されている。段差部25bは、載置部25aの外側の所定箇所を足部15bの外形に対応する大きさに窪ませたもので、載置部25aよりも高さが低く(厚さが薄く)形成されている。よって、ベース部材25はインダクタンス素子3を載置する部分と、足部が固定される部分とが高さの異なる面に形成されている。
【0022】
そして、このベース部材25に対して、板ばね4によりインダクタンス素子3を保持して固定するときは、上述の場合同様、まず、上述した第1の保持構造を得た上で、それをインダクタンス素子3、板ばね4とともにベース部材5の載置部25aに載置する。すると、足部15bが段差部25bに配置されて、ベース部材25の表面(段差部25bの底部)から適宜離れた第2の保持構造が得られる。このとき、足部15bと段差部25bの底部とが離れているため、双方の間に引き代(図示せず)が確保されている。そして、足部15bを段差部25bの中に押し込んでその底部に接触させ、足部15bを螺子止めして固定する。すると、天井面10が付勢されて上述と同様の分散加圧機能を発揮し、インダクタンス素子3を板ばね4により保持してベース部材25に固定することができる。
【0023】
したがって、このベース部材25によるも、板ばね4に分散加圧機能を発揮させることができるから、コア2を破損させることなく、インダクタンス素子3を固定することができる。
上述の段差部25bは載置部25aよりも高さの低い位置に形成しているが、載置部25aよりも高さが高い位置に形成してもよい(図示せず)。つまり、ベース部材はインダクタンス素子3を載置可能であり、そのインダクタンス素子3を第1の保持構造にして板ばね4とともに載置したときに、その表面と腕部15の足部15aとが離れることによって、引き代を確保可能な構成を有していればよい。
【0024】
また、この引き代を適切な長さで確保するため、腕部15の長さを長くしてもよく(引き代は短くなる)、逆に腕部15の長さを短くしてもよい(引き代は長くなる)。引き代の長さによって分散加圧機能の大きさが変わるので、腕部15の長さを調節することにより、分散加圧機能の大きさを調節することができる。次に、上述したインダクタンスユニット1を有するスイッチング電源40について説明する。図15は、そのスイッチング電源40を一部省略して示す分解斜視図である。このスイッチング電源40は自動車(特に、ガソリンエンジンと電動機とを組み合わせて動力源としているハイブリッド車のように、比較的大きな電流を必要とする自動車)に搭載されるもので、バッテリーから電圧を入力して電圧の変換(例えば降圧変換)や、電圧の平滑化を行う電気回路を有している。
【0025】
このスイッチング電源40は図16のブロック図に示すように、入力フィルタ41と、スイッチング回路42と、メイントランス43とを有し、さらに、整流回路44と、平滑回路45と、出力フィルタ46とを有している。なお、図示の都合上、図15では、スイッチング回路42、メイントランス43、整流回路44および平滑回路45のチョークコイル47を示し、他は図示を省略している。入力フィルタ41は自動車のバッテリーから入力する電流からノイズを除去するとともに、このスイッチング電源40の図示しない制御回路の誤作動を防止するための回路素子で構成されている。スイッチング回路42はFET等のスイッチング素子を複数有し、入力フィルタ41から出力される直流入力を交流に変換する回路素子から構成されている。メイントランス43は、スイッチング回路42から出力される交流電流を入力して、その電圧を所定の値に変換(降圧変換)する。整流回路44はメイントランス43から出力される交流を整流して出力する。
【0026】
平滑回路45はチョークコイル47と図示しないコンデンサとを有し、整流された電圧の平滑化を行う。そして、この平滑回路45のチョークコイル47が上述のインダクタンスユニット1と同等の構成を有している。すなわち、チョークコイル47は、コア47aを含むインダクタンス素子を板ばね4により保持して第1の保持構造とした上で、スイッチング電源40内のベース部材40aに載置して、足部15bをベース部材40aに螺子aにより螺子止めして固定されている。
【0027】
そして、このスイッチング電源40は図示しない自動車に搭載されるが、そうすると、周囲から様々な振動や衝撃が入力しやすく、その振動等は平滑回路45にも入力されるおそれがある。しかし、平滑回路45のチョークコイル47は板ばね4により保持して第1の保持構造とした上で、ベース部材40aに固定されているから、上述の分散加圧機能による加圧状態で固定されている。そのため、その振動等に伴う荷重が分散し、しかも破損を生じやすい軸芯部に直接加わることがないから、コア47aにかかる荷重はその破損を来すほどの大きさになることがなく、したがって、チョークコイル47はコア47aが破損を生じることがない。たとえ、チョークコイル47のコアがギャップ付であっても同様である。
【0028】
また、このスイッチング電源40は電流および電圧を変換するメイントランス43を有している。このメイントランス43もコアとコイルを有しているからチョークコイル47と同様、そのコアおよびコイルを板ばね4により保持して第1の保持構造とした上で、スイッチング電源40の所定のベース部材に固定することができる。そうすれば、メイントランス43において、コアの破損も防止することができる。
【0029】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、インダクタンスユニットおよびそれを有するスイッチング電源を様々な振動等が入力しやすい環境下においても、保持されているインダクタンス素子のコアが破損することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係るインダクタンスユニットの正面図である。
【図2】同じく、インダクタンスユニットの側面図である。
【図3】同じく、インダクタンスユニットの斜視図である。
【図4】同じく、インダクタンスユニットの平面図である。
【図5】同じく、インダクタンスユニットの分解斜視図である。
【図6】図1に示した板ばねの斜視図である。
【図7】同じく、板ばねの正面図である。
【図8】同じく、板ばねの平面図である。
【図9】同じく、板ばねの側面図である。
【図10】図1に示した板ばねによりインダクタンス素子を保持した第2の保持構造の正面図である。
【図11】同じく、第2の保持構造の側面図である。
【図12】同じく、第2の保持構造の斜視図である
【図13】別の板ばねの斜視図である。
【図14】実施形態に係る別のインダクタンスユニットの正面図である。
【図15】実施形態に係るインダクタンスユニットを搭載したスイッチング電源を一部省略して示す分解斜視図である。
【図16】図15に示すスイッチング電源の内部構成を示す機能ブロック図である。
【図17】従来のインダクタンスユニットの一例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1…インダクタンスユニット、2…コア
3…インダクタンス素子、4…板ばね
5,25…ベース部材、6,7…コア部品
6c,7c…軸芯部、8…ギャップ
9…コイル、10…天井部、11…折曲当接部
12…基部、13…傾斜部、15…腕部
15b…足部、40…スイッチング電源
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアが破損し難い構造を備えたインダクタンスユニットおよびそれを有するスイッチング電源に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、スイッチング電源においては、トランスやチョークコイル等のコア(鉄心)とコイル(巻線)を有するインダクタンス素子を搭載するため、そのインダクタンス素子を抱え込む構造を備えた板ばねが使用されている。この種の板ばねに関して、従来、例えば図17に示す板ばね100が知られていた(特許文献1参照)。この板ばね100は湾曲した天井部101の両端に腕部102を形成したものである。この板ばね100により、コア105a,105bおよびコイル105cを有するトランス部品105を抱え込んで保持した上で、係止部103を金属プレート104に係合させると、トランス部品105が所定の場所に固定されるようになっている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−144478号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の板ばね100は、天井部101が内側に湾曲しているため、中央部分が幾分内側に突出し、そこがコア105a,105bの軸芯部(コイル105cの内側に配置される部分)を押さえ付ける(押圧する)ことになる。そのため、この板ばね100によりトランス部品105を固定してスイッチング電源を構成し、それを自動車のように周囲から様々な振動や衝撃が入力しやすい環境下に置くと、板ばね100からコア105a,105bの軸芯部に荷重が集中的に加わるため、コア105a,105bがひび割れを起こして破損することがあった。
特に、コア105a,105bの軸芯部を離して配置することによりセンターギャップ(ギャップ、間隙ともいう)を形成していると、コア105aの軸芯部に衝撃荷重が集中し、コア105aが破損しやすいという問題があった。
【0005】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、周囲から様々な振動や衝撃が入力しやすい環境下に置いても、保持されているインダクタンス素子のコアが破損することがない構造を備えたインダクタンスユニットおよびそれを有するスイッチング電源を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、コアおよびコイルを有し、そのコアがコイルの内側に配置される軸芯部を備えるインダクタンス素子を板ばねにより保持した構造を有するインダクタンスユニットであって、板ばねは、コアの表面に接する天井部と、その天井部の両端からコアの側面に沿って形成された長さの等しい一対の腕部とを有し、天井部は、各腕部の間に基部を有し、その基部の両側に折曲当接部が形成され、その各折曲当接部と各腕部との間に、各折曲当接部から各腕部に向かってコアの表面から離れる傾斜部が形成されていることを特徴とする。
このインダクタンスユニットはコアの表面を天井部の2箇所に形成した折曲当接部により加圧するから、コアに加わる荷重を分散させることができる。
【0007】
また、本発明は、コアおよびコイルを有し、そのコアがコイルの内側に配置される軸芯部を備えるインダクタンス素子を板ばねにより保持して、インダクタンス素子を載置可能なベース部材に固定した構造を備えるインダクタンスユニットであって、板ばねは、所定の幅を有する基部の両側に折曲当接部が形成された天井部と、その天井部の両端からコアの側面に沿って形成され、端部に足部を設けた長さの等しい一対の腕部とを有し、ベース部材に足部が固定され、折曲当接部がコアの表面に接し、かつ基部がそのコアの表面から離れる方向に湾曲しているインダクタンスユニットを提供する。
このインダクタンスユニットはコアの表面が2箇所に形成した折曲当接部による加圧状態でベース部材に固定されており、コアに加わる荷重を分散させることができる。
【0008】
このインダクタンスユニットは、上記ベース部材において、インダクタンス素子が載置される部分と、足部が固定される部分とが同じ平面上に形成されていることが好ましい。
こうすると、インダクタンス素子をベース部材に載置して固定するときに手間がかからない。
また、これらのインダクタンスユニットは折曲当接部の配置間隔がコアの軸芯部の外形寸法よりも大きいとよい。
このようにすると、コアに加わる荷重を分散させることができるだけでなく、コアの軸芯部に直接加わらないようにすることができる。
また、上記インダクタンスユニットはコアの軸芯部にギャップが形成されていてもよい。
この場合、コアに加わる荷重が軸芯部付近に集中しないから、コアの軸芯部にギャップが形成されていてもコアの破損を防止することができる。
【0009】
また、本発明は、コアおよびコイルを有し、そのコアがコイルの内側に配置される軸芯部を備えるインダクタンス素子を板ばねにより保持して、インダクタンス素子を載置可能なベース部材に固定した構造を備えるインダクタンスユニットを有するスイッチング電源であって、インダクタンスユニットは、板ばねが、所定の幅を有する基部の両側に折曲当接部が形成された天井部と、その天井部の両端からコアの側面に沿って形成され、端部に足部を設けた長さの等しい一対の腕部とを有し、ベース部材に足部が固定され、折曲当接部がコアの表面に接し、かつ基部がそのコアの表面から離れる方向に湾曲しているスイッチング電源を提供する。
【0010】
このスイッチング電源は、板ばねの折曲当接部により、コアの表面が2箇所に分散して加圧されるから、コアに加わる荷重を分散させてインダクタンス素子をベース部材に固定することができる。
このスイッチング電源は、折曲当接部の配置間隔がコアの軸芯部の外形寸法よりも大きいとよい。
また、これらのスイッチング電源は、コアの軸芯部にギャップが形成されている場合において好適である。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
図1は本発明によるインダクタンスユニット1の正面図、図2はその側面図、図3は斜視図、図4は平面図、図5は分解斜視図である。
インダクタンスユニット1はコア2およびコイル9を有するインダクタンス素子3を板ばね4により抱え込むように保持して、ベース部材5に固定した構造を有している。
インダクタンス素子3は後述する自動車用(車載用)スイッチング電源40に搭載されるチョークコイルであって、ギャップ付のコア2と、コイル9を有している。なお、コア2の構造を図示する関係上、図2、図3および図4においてはコイル9の図示を省略している。
【0012】
コア2はコア部品6とコア部品7とを有し、コア部品7の上にコア部品6を配置して構成されている。コア部品6,7は各ベース部6a,7aから突出する外脚部6b,7bを有し、その内側に円柱状の軸芯部6c,7cを有している。そして、その外脚部6b,7bが接面して重ね合わさるとともに、軸芯部6c,7cが適宜離れて対面しており、その軸芯部6c,7cの対面部分の間にギャップ8が形成されている。本実施の形態では、コア2にギャップ8を形成することによって、インダクタンス素子3の磁気抵抗を変化させてインダクタンス値を変えている(調節している)。
コイル9は図5に示すように、厚さの薄い帯状プレートを螺旋状に積層してなるもので、その積層された帯状プレートの円形部分の内側に、コア部品6,7の軸芯部6c,7cが配置されている。
【0013】
板ばね4はインダクタンス素子3を内側に抱え込み一体的に保持するもので、インダクタンス素子3の発熱にも耐え得る金属、例えばバネ性ステンレス鋼等を板金加工して形成されている。板ばね4は、図6〜図9にも示すように、コア2の上側に配置されるコア部品6のベース部6aの表面(以下「ベース面」という)に接する天井部10と、天井部10の両端に形成した長さの等しい一対の腕部15とを有している。
天井部10はベース部6aの長手方向の幅よりも若干広い幅を有して形成されている。天井部10は各腕部15の間(幅方向の中央)に所定の横幅を有する基部12を有し、その基部12の両側に、一対の折曲当接部11,11が形成されている。また、各折曲当接部11,11の外側、すなわち、各折曲当接部11,11と各腕部15との間に、コア2のベース面から漸次離れる(上向きに傾斜する)傾斜部13,13が形成されている。この天井部10は以上の構成を有することにより、コア2のベース面を2箇所で加圧する後述する分散加圧機能を発揮する。
【0014】
腕部15は、コア2の側面(外脚部6b,7bの外表面)に、コア2の横方向の位置ずれを防止可能な平坦部15aと、その下端に狭幅部15dを介して外側に折曲げた螺子孔付の足部15bと、平坦部15aの高さ方向中央から張り出す一対の係止片15c,15cとを有している。なお、この板ばね4は図13に示すように、狭幅部15dを介することなく足部15bを形成してもよい。
上述の板ばね4は、インダクタンス素子3を抱え込むように保持した上で、ベース部材5に載置したときに、後述する引き代21が形成される大きさに設定されているが、本実施形態における具体的な寸法は次のとおりである(図7,8参照)。
【0015】
天井部10は長手辺の幅w1が51〜53mm程度、短手辺の幅w2が21〜23mm程度に設定されている。また、基部12の幅(折曲当接部11,11の配置間隔)w3が29〜31mm程度に設定されている。この基部12の幅、すなわち、各折曲当接部11の配置間隔は軸芯部6c,7cの外形寸法よりも大きく設定されている。こうすることにより、インダクタンス素子3を板ばね4により保持してベース部材5に固定している状態において、天井部10がコア2のベース面に当接する箇所を折曲当接部11,11の形成箇所、すなわち軸芯部6c,7cの外側(ギャップ8の外側)に配置している。そして、腕部15の高さh1が29〜31mm程度に設定され、腕部15の基部12までの高さh2が27〜28mm程度に設定されている。よって、傾斜部13の起立高h3は2〜3mm程度に設定されている。また、腕部15の幅(係止片15c,15cの間の幅)は33〜35mm程度に設定されている。
【0016】
ベース部材5は、アルミニウム、マグネシウム合金等の金属からなり、インダクタンス素子3を載置可能な大きさを有する矩形板状に形成されている。また、ベース部材5は、その片側の表面5a上に、インダクタンス素子3が載置される部分と、足部15bが固定される部分とが形成されている。
そして、インダクタンス素子3を上述の板ばね4により保持してベース部材5に固定するときは次のようにして行う。
まず、コア部品6,7の外脚部6b,7bを腕部15の平坦部15aに接触させながら係止片15cに把持させて、インダクタンス素子3を板ばね4により抱え込むように保持した構造(第1の保持構造)を得る。次に、この第1の保持構造のまま、板ばね4により保持したインダクタンス素子3をベース部材5に載置する。すると、図10および図11に示すように、板ばね4の基部12およびその両側の折曲当接部11がコア2のベース面に接触しつつ、傾斜部13,13がベース面から漸次離れ、かつ足部15bがベース部材5の表面から離れた構造(第2の保持構造)が得られる。この第2の保持構造において、足部15bとベース部材5の表面とが離れているため、双方の間に引き代21が形成されている。
【0017】
次に、足部15bを引き下げて(押し下げて)ベース部材5の表面に接触させた上、その状態で足部15bの螺子孔に所定の螺子aを挿通し(図5参照)、その螺子aを螺子込んで足部15bをベース部材5の表面5aに固定する。すると、足部15bを引き下げたことにより、傾斜部13,13も腕部15に連れて引き下げられて変形する(傾斜がなだらかになる)。このとき、傾斜部13,13の引き下げによる変形に対応して基部12が折曲当接部11,11を支点として変形し、上側に反り返る(コア2の上面から離れる方向に湾曲する。図1参照)。また足部15bをベース部材5の表面5aに固定する際には、螺子aを螺子込みながら徐々に傾斜部13を腕部15とともに引き下げ、基部12を湾曲させることができるから、螺子aの螺子込み量により、基部12の湾曲具合を調節することができる。
【0018】
そして、この基部12と傾斜部13,13の変形によって天井面10が付勢され、折曲当接部11,11がともに加圧点となり、コア2のベース面に当接して下方に押さえ付ける機能(分散加圧機能)を発揮する。これにより、インダクタンス素子3は板ばね4により保持された状態でベース部材5に固定される。
また、このベース部材5は、表面5a上に、インダクタンス素子3が上述の要領で載置される部分と、足部15bが固定される部分とが形成されているから、インダクタンス素子3を載置して固定するときに手間がかからない。
ところで、従来の板ばね100の場合は湾曲した天井部101の突出している部分がトランス部品105のコア(の軸芯部)を押さえ込んでいたため、そこから集中的な荷重がかかり、コア105a,105bがひび割れて破損するおそれがあった。特に、コア105a,105bがギャップ付の場合はコア105aに衝撃が加わりやすく、その分、破損を生じやすかった。
【0019】
これに対し、本実施の形態では、インダクタンス素子3を板ばね4により保持し、その板ばね4によりインダクタンス素子3をベース部材5に固定しているときは、天井部10が分散加圧機能を発揮している。この分散加圧機能は、一対の折曲当接部11がコア2を2箇所から分散して加圧するというものである。しかも、基部12の幅(すなわち、折曲当接部11の配置間隔)が軸芯部6c,7cの外形寸法よりも大きく設定されていることで、加圧点となる折曲当接部11が破損を生じやすい軸芯部6c,7cの外側に配置され、軸芯部6c,7cを直に加圧しないようになっている。そのため、分散加圧機能は単にコア2を2箇所から分散して加圧するというのではなく、破損を生じやすい軸芯部6c,7cを回避して加圧するという意味も有している。
【0020】
したがって、インダクタンスユニット1の周囲から衝撃などが加わり、コア2に荷重がかかるとしても、それは分散によりコア2の破損を来すほどの大きなものとなることがなく、しかも、ベース部6aから外脚部6b,7bへと加わり、軸芯部6c,7cに直には加わらないから、コア2がひび割れを起こす等して破損することがない。特に、インダクタンス素子3のようにコア2がギャップ付の場合は、荷重の入力個所が軸芯部6c,7cの外側に配置されることで、軸芯部6cへの荷重の集中が解消されるため、破損を生じることが皆無になるという点で好適である。
【0021】
ところで、インダクタンスユニット1は天井部10に分散加圧機能を発揮させてインダクタンス素子3をベース部材5に固定しているが、図14に示すようにしてもよい。このインダクタンスユニット1は、上述のベース部材5の代わりに載置部25aと段差部25bを有するベース部材25にインダクタンス素子3を固定している。載置部25aはインダクタンス素子3を載置するため、その外形寸法に対応した大きさに形成されている。段差部25bは、載置部25aの外側の所定箇所を足部15bの外形に対応する大きさに窪ませたもので、載置部25aよりも高さが低く(厚さが薄く)形成されている。よって、ベース部材25はインダクタンス素子3を載置する部分と、足部が固定される部分とが高さの異なる面に形成されている。
【0022】
そして、このベース部材25に対して、板ばね4によりインダクタンス素子3を保持して固定するときは、上述の場合同様、まず、上述した第1の保持構造を得た上で、それをインダクタンス素子3、板ばね4とともにベース部材5の載置部25aに載置する。すると、足部15bが段差部25bに配置されて、ベース部材25の表面(段差部25bの底部)から適宜離れた第2の保持構造が得られる。このとき、足部15bと段差部25bの底部とが離れているため、双方の間に引き代(図示せず)が確保されている。そして、足部15bを段差部25bの中に押し込んでその底部に接触させ、足部15bを螺子止めして固定する。すると、天井面10が付勢されて上述と同様の分散加圧機能を発揮し、インダクタンス素子3を板ばね4により保持してベース部材25に固定することができる。
【0023】
したがって、このベース部材25によるも、板ばね4に分散加圧機能を発揮させることができるから、コア2を破損させることなく、インダクタンス素子3を固定することができる。
上述の段差部25bは載置部25aよりも高さの低い位置に形成しているが、載置部25aよりも高さが高い位置に形成してもよい(図示せず)。つまり、ベース部材はインダクタンス素子3を載置可能であり、そのインダクタンス素子3を第1の保持構造にして板ばね4とともに載置したときに、その表面と腕部15の足部15aとが離れることによって、引き代を確保可能な構成を有していればよい。
【0024】
また、この引き代を適切な長さで確保するため、腕部15の長さを長くしてもよく(引き代は短くなる)、逆に腕部15の長さを短くしてもよい(引き代は長くなる)。引き代の長さによって分散加圧機能の大きさが変わるので、腕部15の長さを調節することにより、分散加圧機能の大きさを調節することができる。次に、上述したインダクタンスユニット1を有するスイッチング電源40について説明する。図15は、そのスイッチング電源40を一部省略して示す分解斜視図である。このスイッチング電源40は自動車(特に、ガソリンエンジンと電動機とを組み合わせて動力源としているハイブリッド車のように、比較的大きな電流を必要とする自動車)に搭載されるもので、バッテリーから電圧を入力して電圧の変換(例えば降圧変換)や、電圧の平滑化を行う電気回路を有している。
【0025】
このスイッチング電源40は図16のブロック図に示すように、入力フィルタ41と、スイッチング回路42と、メイントランス43とを有し、さらに、整流回路44と、平滑回路45と、出力フィルタ46とを有している。なお、図示の都合上、図15では、スイッチング回路42、メイントランス43、整流回路44および平滑回路45のチョークコイル47を示し、他は図示を省略している。入力フィルタ41は自動車のバッテリーから入力する電流からノイズを除去するとともに、このスイッチング電源40の図示しない制御回路の誤作動を防止するための回路素子で構成されている。スイッチング回路42はFET等のスイッチング素子を複数有し、入力フィルタ41から出力される直流入力を交流に変換する回路素子から構成されている。メイントランス43は、スイッチング回路42から出力される交流電流を入力して、その電圧を所定の値に変換(降圧変換)する。整流回路44はメイントランス43から出力される交流を整流して出力する。
【0026】
平滑回路45はチョークコイル47と図示しないコンデンサとを有し、整流された電圧の平滑化を行う。そして、この平滑回路45のチョークコイル47が上述のインダクタンスユニット1と同等の構成を有している。すなわち、チョークコイル47は、コア47aを含むインダクタンス素子を板ばね4により保持して第1の保持構造とした上で、スイッチング電源40内のベース部材40aに載置して、足部15bをベース部材40aに螺子aにより螺子止めして固定されている。
【0027】
そして、このスイッチング電源40は図示しない自動車に搭載されるが、そうすると、周囲から様々な振動や衝撃が入力しやすく、その振動等は平滑回路45にも入力されるおそれがある。しかし、平滑回路45のチョークコイル47は板ばね4により保持して第1の保持構造とした上で、ベース部材40aに固定されているから、上述の分散加圧機能による加圧状態で固定されている。そのため、その振動等に伴う荷重が分散し、しかも破損を生じやすい軸芯部に直接加わることがないから、コア47aにかかる荷重はその破損を来すほどの大きさになることがなく、したがって、チョークコイル47はコア47aが破損を生じることがない。たとえ、チョークコイル47のコアがギャップ付であっても同様である。
【0028】
また、このスイッチング電源40は電流および電圧を変換するメイントランス43を有している。このメイントランス43もコアとコイルを有しているからチョークコイル47と同様、そのコアおよびコイルを板ばね4により保持して第1の保持構造とした上で、スイッチング電源40の所定のベース部材に固定することができる。そうすれば、メイントランス43において、コアの破損も防止することができる。
【0029】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、インダクタンスユニットおよびそれを有するスイッチング電源を様々な振動等が入力しやすい環境下においても、保持されているインダクタンス素子のコアが破損することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係るインダクタンスユニットの正面図である。
【図2】同じく、インダクタンスユニットの側面図である。
【図3】同じく、インダクタンスユニットの斜視図である。
【図4】同じく、インダクタンスユニットの平面図である。
【図5】同じく、インダクタンスユニットの分解斜視図である。
【図6】図1に示した板ばねの斜視図である。
【図7】同じく、板ばねの正面図である。
【図8】同じく、板ばねの平面図である。
【図9】同じく、板ばねの側面図である。
【図10】図1に示した板ばねによりインダクタンス素子を保持した第2の保持構造の正面図である。
【図11】同じく、第2の保持構造の側面図である。
【図12】同じく、第2の保持構造の斜視図である
【図13】別の板ばねの斜視図である。
【図14】実施形態に係る別のインダクタンスユニットの正面図である。
【図15】実施形態に係るインダクタンスユニットを搭載したスイッチング電源を一部省略して示す分解斜視図である。
【図16】図15に示すスイッチング電源の内部構成を示す機能ブロック図である。
【図17】従来のインダクタンスユニットの一例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
1…インダクタンスユニット、2…コア
3…インダクタンス素子、4…板ばね
5,25…ベース部材、6,7…コア部品
6c,7c…軸芯部、8…ギャップ
9…コイル、10…天井部、11…折曲当接部
12…基部、13…傾斜部、15…腕部
15b…足部、40…スイッチング電源
Claims (8)
- コアおよびコイルを有し、該コアが前記コイルの内側に配置される軸芯部を備えるインダクタンス素子を板ばねにより保持した構造を有するインダクタンスユニットであって、
前記板ばねは、前記コアの表面に接する天井部と、該天井部の両端から前記コアの側面に沿って形成された長さの等しい一対の腕部とを有し、
前記天井部は、前記各腕部の間に基部を有し、該基部の両側に折曲当接部が形成され、該各折曲当接部と前記各腕部との間に、該各折曲当接部から該各腕部に向かって前記コアの表面から離れる傾斜部が形成されていることを特徴とするインダクタンスユニット。 - コアおよびコイルを有し、該コアが前記コイルの内側に配置される軸芯部を備えるインダクタンス素子を板ばねにより保持して、前記インダクタンス素子を載置可能なベース部材に固定した構造を備えるインダクタンスユニットであって、
前記板ばねは、所定の幅を有する基部の両側に折曲当接部が形成された天井部と、該天井部の両端から前記コアの側面に沿って形成され、端部に足部を設けた長さの等しい一対の腕部とを有し、
前記ベース部材に前記足部が固定され、前記折曲当接部が前記コアの表面に接し、かつ前記基部が該コアの表面から離れる方向に湾曲していることを特徴とするインダクタンスユニット。 - 前記ベース部材において、前記インダクタンス素子が載置される部分と、前記足部が固定される部分とが同じ平面上に形成されていることを特徴とする請求項2記載のインダクタンスユニット。
- 前記折曲当接部の配置間隔が前記コアの軸芯部の外形寸法よりも大きいことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載のインダクタンスユニット。
- 前記コアの軸芯部にギャップが形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載のインダクタンスユニット。
- コアおよびコイルを有し、該コアが前記コイルの内側に配置される軸芯部を備えるインダクタンス素子を板ばねにより保持して、前記インダクタンス素子を載置可能なベース部材に固定した構造を備えるインダクタンスユニットを有するスイッチング電源であって、
前記インダクタンスユニットは、前記板ばねが、所定の幅を有する基部の両側に折曲当接部が形成された天井部と、該天井部の両端から前記コアの側面に沿って形成され、端部に足部を設けた長さの等しい一対の腕部とを有し、
前記ベース部材に前記足部が固定され、前記折曲当接部が前記コアの表面に接し、かつ前記基部が該コアの表面から離れる方向に湾曲していることを特徴とするスイッチング電源。 - 前記折曲当接部の配置間隔が前記コアの軸芯部の外形寸法よりも大きいことを特徴とする請求項6記載のスイッチング電源。
- 前記コアの軸芯部にギャップが形成されていることを特徴とする請求項6または7記載のスイッチング電源。
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