JP2010147067A - 電磁機器 - Google Patents

Abstract

【課題】コア中脚部に設けたボビンをステーを介してケースに固定する構造を備えた電磁機器につき、コアで発生する振動の伝播を抑制すること。
【解決手段】リアクトル１は、中脚部２ａを有するコア２と、中脚部２ａに設けられたボビン３と、ボビン３に設けられたコイル４と、コア２、ボビン３及びコイル４を収容するケース５とを備える。中脚部２ａは、軸方向の中間位置Ｐ１にて分割されてギャップ７ｃを含む。ボビン３は、中脚部２ａを内包すると共にコイル４が装着される筒部３ａを含み、筒部３ａの内側には、ギャップ７ｃに嵌り、分割された中脚部２ａに接合される接合部３ｂを含む。ボビン３の筒部３ａには、ステー１０が設けられ、ステー１０の先端部がケース５に固定されることにより、コア２、ボビン３及びコイル４がステー１０を介してケース５に固定され、コア２が、ケース５に対して隙間Ｇａを介して非接触に支持される。
【選択図】 図４

Description

この発明は、コアとボビンとコイルを備えたリアクトル、チョークコイル及びトランスなどの電磁機器に関する。

従来、この種の電磁機器の一例として、電気自動車のモータ駆動回路に使用されるリアクトルが知られている。このリアクトルは、誘導リアクタンスを利用して電気の変圧を行うものであり、コアとボビンとコイルを備えて構成される。リアクトルは、スイッチング回路に組み込まれて使用され、オン・オフを繰り返すことにより、オン時にコイルに蓄えられたエネルギーをオフ時に逆起電力として発生させて高電圧を取り出すようになっている。

ここで、上記のようなリアクトルでは、電磁吸引力、磁歪による作用力の方向とリアクトルの固有振動モード方向が一致すると共振現象によりコアが大きく変形し、振動が発生することがあった。このコア振動がケースから車体を介して車室内のユーザーにノイズとして伝播する懸念があった。このため、コアで発生する振動がケースへ伝播するのを防止する必要があった。そこで、リアクトル等の電磁機器からの振動伝播を抑制する技術について、例えば、下記の特許文献１及び２に記載されている。

特許文献１に記載の電磁機器は、図１２に示すように、軸方向に連接配置された２つの柱状のフェライトコア５１，５２と、各コア５１，５２の中脚部５１ａ，５２ａに巻回されたコイル５３，５４と、両コア５１，５２を上方に載置した端子台（ケース）５５と、ケース５５に設けられ、各コイル５３，５４と電気的に接続された端子５６とを備える。そして、両コア５１，５２が、ケース５５と非接触になり、両コア５１，５２の軸方向が実装面に対して垂直になるように、両コア５１，５２をケース５５の上方にて支持する支持体５７を設け、両コア５１，５２とケース５５との対向間に空隙部５８を設けている。支持体５７の一端は、２つのコア５１，５２の連接部に接続される。

特許文献２に記載の電磁機器は、コイルが巻回されるリアクトル本体（コア）と、コアを収容するために一方面が開放され収容凹部を有する筐体（ケース）とを備える。そして、図１３に示すように、コア６１には、収容凹部内にて、コア６１がケースから浮くようにするために、そのコア６１を支持する支持部材６２が設けられる。ここで、コア６１は、両端にそれぞれ位置する湾曲部６１ａと、両湾曲部６１ａの間に位置する直線部６１ｂとを含み、全体として環状に形成される。コア６１は、湾曲部６１ａの端面と、直線部６１ｂの端面との対向部に保持プレート６３が挿入されたギャップ領域が規定される。直線部６１ｂは、中央領域にて二分割され、両分割片の対向部に、支持部材６２の保持プレート６２ａが挟まれる。支持部材６２は、直線部６１ｂの中央領域を保持プレート６２ａにより保持するように構成される。コア６１の中央領域を支持部材６２により支持するのは、コア６１のギャップ領域で発生する振動が、この中央領域にて相殺されることで最も小さくなるからである。

特開２００１−２３０１２２号公報 特開２００８−１１７８９８号公報

ところで、電磁機器として、中脚部を有するコアと、コアの中脚部に設けられたボビンと、ボビンに設けられたコイルと、コア、ボビン及びコイルを収容するケースとを備えた特定構造のものがある。このような特定構造の電磁機器については、それに合わせて最適な振動対策を行う必要がある。

ところが、特許文献１に記載の電磁機器では、２つのコア５１，５２を軸方向に連接配置したので、各コア５１，５２のそれぞれで振動が発生するおそれがある。また、各コア５１，５２は、中脚部５１ａ，５２ａ１の中間部で振動が最も小さく、中脚部５１ａ，５２ａの両端分部で振動が最も大きくなる。このため、両コア５１，５２の連接部で振動が最も大きくなる懸念があった。しかも、この連接部に支持体５７が接続されることから、連接部の振動が支持体５７を介してケース５５に伝わるおそれがあった。一方、特許文献２には、コア６１からの振動伝播を抑制する技術が記載されているが、コア６１が中脚部を含む構造とはなっていない。

そこで、この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、コアの中脚部に設けたボビンをステーを介してケースに固定する構造を備えた電磁機器につき、コアで発生する振動の伝播を抑制することを可能とした電磁機器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、中脚部を有するコアと、コアの中脚部に設けられたボビンと、ボビンに設けられたコイルと、コア、ボビン及びコイルを収容するケースとを備えた電磁機器において、ボビンの一部が中脚部の中間位置に固定され、ボビンにステーが設けられ、ステーの先端部がケースに固定されることにより、コア、ボビン及びコイルがステーを介してケースに固定され、コアが、ケースに対して隙間を介して非接触に支持されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、電磁機器の作動時には、共振現象によりコアが変形して振動することがある。このとき、コアの中脚部の中間位置が、振動変位の最も小さい「振動の節」となる。そして、この「振動の節」となる中脚部の中間位置を利用して、その部位にボビンの一部が接合される。そして、ボビンに設けられるステーの先端部がケースに固定されることにより、コア、ボビン及びコイルがステーを介してケースに固定され、コアが、ケースに対して隙間を介して非接触に支持される。従って、中脚部からボビン及びステーを介してケースに伝わる振動が最小限に抑えられる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、中脚部を有するコアと、コアの中脚部に設けられたボビンと、ボビンに設けられたコイルと、コア、ボビン及びコイルを収容するケースとを備えた電磁機器において、中脚部は、軸方向の中間位置にて分割されてギャップを含み、ボビンは、中脚部を内包すると共にコイルが装着される筒部を含み、筒部の内側には、ギャップに嵌り、分割された中脚部に接合される接合部を含み、ボビンの筒部にステーが設けられ、ステーの先端部がケースに固定されることにより、コア、ボビン及びコイルがステーを介してケースに固定され、コアが、ケースに対して隙間を介して非接触に支持されることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、電磁機器の作動時には、共振現象によりコアが変形して振動することがある。このとき、コアの中脚部の中間位置が、振動変位の最も小さい「振動の節」となる。そして、この「振動の節」となる中脚部の中間位置を利用して、その中間位置にて中脚部のギャップにボビンの接合部が接合される。そして、ボビンの筒部に設けられるステーの先端部がケースに固定されることにより、コア、ボビン及びコイルがステーを介してケースに固定され、コアが、ケースに対して隙間を介して非接触に支持される。従って、中脚部からボビン及びステーを介してケースに伝わる振動が最小限に抑えられる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、ボビンは、接合部でのみ中脚部に接合され、筒部は中脚部に対し非接合であることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、ボビンは、その筒部が中脚部に対して非接合であることから、中脚部の中間位置以外の部分の振動がボビンに伝わることがない。

請求項１に記載の発明によれば、コアの中脚部に設けたボビンをステーを介してケースに固定する構造を備えた電磁機器につき、コアで発生する振動の伝播を抑制することができる。

請求項２に記載の発明によれば、コアの中脚部に設けたボビンをステーを介してケースに固定する構造を備えた電磁機器につき、コアで発生する振動の伝播を抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に比べ、中脚部からボビンへの振動の伝達を確実に抑えることができ、コアで発生する振動の伝播を確実に抑制することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の電磁機器をリアクトルに具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のリアクトル１を斜視図により示す。図２に、リアクトル１を分解斜視図により示す。図３に、ケース５を省略して、コア２、ボビン３及びコイル４を一部破断して斜視図により示す。図４に、リアクトル１を図１のＡ−Ａ面に沿った断面図により概略的に示す。図５に、図４の鎖線四角Ｓ１の中を拡大断面図により示す。

図１，２，４に示すように、このリアクトル１は、コア２と、コア２に設けられたボビン３と、ボビン３に設けられたコイル４と、コア２、ボビン３及びコイル４を収容するケース５とを備える。

ケース５は、有底箱形をなして上端が開口している。ケース５は、底壁５ａと側壁５ｂを含む。ケース５の側壁５ｂの下辺部には、相対向する位置に４つの取付用ブラケット５ｃが形成される。これらブラケット５ｃは、リアクトル１を車体等に取り付けるために使用される。ケース５の側壁５ｂの上辺部には、相対向する位置に一対のコア固定用ブラケット５ｄが形成される。これらブラケット５ｄの上面には、ネジ穴５ｅが形成される。

図３，４に示すように、コア２は、中心にて柱状をなす中脚部２ａと、中脚部２ａの周囲を一部を除いて囲む側壁部２ｂと、中脚部２ａ及び側壁部２ｂの上下両端をそれぞれ覆う上壁部２ｃ及び下壁部２ｄとを含む。コア２は、複数のピース６Ａ〜６Ｆを互いに組み合わせることで構成される。各ピース６Ａ〜６Ｆは、等方性材料である圧粉磁心により構成される。中脚部２ａは、軸方向にて複数に分割されて複数のギャップ７ａ〜７ｅを含む。そのうちの一つが、中脚部２ａの軸方向の中間に位置する中央ギャップ７ｃとなっている。

図３〜５に示すように、ボビン３は、中脚部２ａを内包すると共に、コイル４が装着される筒部３ａを含む。この筒部３ａの内側には、中央ギャップ７ｃとその下のギャップ７ｄに嵌り、分割された中脚部２ａの各ピース６Ｃ〜６Ｅに接合される接合部３ｂ，３ｃが形成される。中脚部２ａのその他のギャップ７ａ，７ｂ，７ｅには、ギャップ板９が嵌められ、そのギャップ板９を介して中脚部２ａの各ピース６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｅ，６Ｆが互いに接合される。ボビン３は、上下２つのピース８Ａ，８Ｂを互いに組み合わせることで構成される。各ピース８Ａ，８Ｂは、非磁性で電気絶縁性の高いＰＰＳ等の樹脂やセラミック等により構成される。コイル４は、中脚部２ａを中心に中脚部２ａ、側壁部２ｂ、上壁部２ｃ及び下壁部２ｄの間に配置される。このようにコア２、ボビン３及びコイル４を一体に組み付けるには、コア２の各ピース６Ａ〜６Ｆとボビン３の各ピース８Ａ，８Ｂを順番に積み上げながら、接合部３ｂ，３ｃ及びギャップ板９を介してコア２の各ピース６Ａ〜６Ｆを互いに接着する。図４，５に示すように、ボビン３は、接合部３ｂ，３ｃでのみ中脚部２ａに接合され、筒部３ａは中脚部２ａに対し非接合となっている。つまり、筒部３ａと中脚部２ａとの間には微小な隙間が設けられる。この積み上げの途中で、ボビン３の筒部３ａにコイル４が装着される。コイル４からは、２本の端子４ａが上方へ起立して設けられる。図１に示すように、これら端子４ａは、ケース５の上端から上方へ突出して設けられる。

図４に示すように、ボビン３の筒部３ａの上端部外周には、相対向する位置に一対のステー１０が設けられる。各ステー１０は、金属より形成され、ボビン３の筒部３ａの上端部に一体成形される。各ステー１０は、断面Ｌ字形をなし、先端部には、ボルト１１が挿通されるばか孔１０ａが形成される。そして、図１，２に示すように、各ステー１０の先端部が、ボルト１１を介してコア固定用ブラケット５ｄに固定されることにより、コア２、ボビン３及びコイル４がステー９を介してケース５に固定されるようになっている。この固定状態において、図４に示すように、コア２が、ケース５に対して隙間Ｇａを介して非接触に支持される。この隙間Ｇａには、コイル４やコア２の放熱性を確保するために図示しない樹脂注入（ポッティング）が施される。

ここで、上記したリアクトル１は、主にハイブリッドシステムにて電圧を昇圧するための昇圧用ＤＣ／ＤＣコンバータとして用いられる。このリアクトル１は、ケース５の取付用ブラケット５ｃを介して車体に固定される。図６に、このリアクトル１が適用されるハイブリッドシステムを電気回路図により示す。このシステムは、一対のジェネレータ３１，３２と、各ジェネレータ３１，３２への通電をそれぞれ制御する一対のインバータ３３，３４と、各インバータ３３，３４へ電流を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ３５と、バッテリ３６を含む電源回路３７とから構成される。各インバータ３３，３４は、複数のトランジスタにより構成される。この実施形態のリアクトル１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３５にて、一対のトランジスタ３８，３９と、コンデンサ４０との間に接続される。このハイブリッドシステムにおいて、リアクトル１は電源回路３７の電圧を昇圧して各インバータ３３，３４に安定供給するように機能する。

上記システムにおいて、リアクトル１が通電によりオン・オフを繰り返されることにより、オン時にコイル４に蓄えられたエネルギーがオフ時に逆起電力として発生して高電圧が取り出される。このとき、リアクトル１では、図４に矢印で示すように、電磁吸引力や磁歪が発生する。そして、これら電磁吸引力、磁歪による作用力の方向とリアクトル１の固有振動モードの方向が一致すると、共振現象によりコア２が図５の矢印の方向に変形して振動が発生する。図７，８に、図３においてコア２を矢印Ｆの方向から見たときのコア２の振動イメージを解析図により示す。図７，８から、コア２の振動は、コア２の外周寄り部位で大きく、中心部位で小さいことが分かる。すなわち、コア２の側壁部２ｂ、上壁部２ｃ及び下壁部２ｄでは振動が大きく、この部分２ｂ〜２ｄが変位の大きい「振動の腹」となる。一方、コア２の中脚部２ａでは振動が小さく、この中脚部２ａの中間位置Ｐ１が変位の小さい「振動の節」となる。

そこで、この実施形態のリアクトル１では、振動変位の小さい「振動の節」となる中脚部２ａを利用して、その中脚部２ａの中間位置Ｐ１（中央ギャップ７ｃの位置）にて、コア２がボビン３の接合部３ｂに接合され、そのボビン３がステー１０及びボルト１１を介してケース５のコア固定用ブラケット５ｄに固定されるようになっている。この固定状態において、コア２がケース５に対して隙間Ｇａを介して非接触に設けられる。

以上説明したこの実施形態のリアクトル１によれば、通電による作動時に、コア２に共振現象による振動が発生することがある。このとき、コア２の中脚部２ａの中間位置Ｐ１（中央ギャップ７ｃの位置）が、コア２の振動変位の最も小さい「振動の節」となる。そして、この「振動の節」となる中脚部２ａの中間位置Ｐ１を利用して、その中間位置Ｐ１にて中脚部２ａの中央ギャップ７ｃにボビン３の一部である接合部３ｂが接合される。そして、ボビン３の筒部３ａに設けられるステー１０がボルト１１によりケース５に固定されることにより、コア２、ボビン３及びコイル４がステー１０及びボルト１１を介してケース５に固定され、コア２が、ケース５に対して隙間Ｇａを介して非接触に支持される。従って、コア２の中脚部２ａからボビン３及びステー１０を介してケース５に伝わる振動が最小限に抑えられる。この結果、リアクトル１の作動時にコア２で振動が発生しても、その振動の車体への伝播を抑制することができる。このため、コア２の振動がケース５から車体を介して車室内のユーザーにノイズとして伝播することを抑えることができる。

この実施形態では、図５に示すように、ボビン３の筒部３ａが中脚部２に対して非接合であることから、中脚部２ａの中間位置Ｐ１以外の部分の振動がボビン３に伝わることがない。この意味で、中脚部２ａからボビン３への振動の伝達を確実に抑えることができ、コア２で発生する振動の伝播を確実に抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の電磁機器をリアクトルに具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下に説明する実施形態において、前記第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図９に、この実施形態のリアクトル２１を斜視図により示す。図１０に、リアクトル２１を分解斜視図により示す。図１１に、リアクトル２１を図９のＢ−Ｂ面に沿った断面図により示す。この実施形態では、コア２等の固定構造の点で第１実施形態と構成が異なる。

図１０，１１に示すように、この実施形態では、ケース５の底壁５ａの内側中央には、支柱５ｆが上方へ突設される。ケース５の側壁５ｂの上辺部には、相対向する位置に一対のコア固定用ブラケット５ｇが形成される。これらブラケット５ｇの上面にはネジ穴５ｈが形成される。

図１１に示すように、コア２は、複数のピース６Ａ〜６Ｄを互いに組み合わせることで構成される。各ピース６Ａ〜６Ｄは、等方性材料である圧粉磁心により構成される。中脚部２ａには、軸方向に貫通孔１２が形成される。

図１１に示すように、ボビン３は、その中央に位置するボス部３ｅと、リブ部３ｆを介してボス部３ｅにつながる外筒部３ｇとを含む。コイル４は、この外筒部３ｇに装着される。ボビン３のボス部３ｅは、コア２の中脚部２ａの貫通孔１２に嵌め込まれる。この状態で、中脚部２ａを中心に中脚部２ａ、側壁部２ｂ、上壁部２ｃ及び下壁部２ｄの間に、ボビン３に装着されたコイル４が配置される。このようにコア２、ボビン３及びコイル４を一体に組み付けるには、コア２の各ピース６Ａ〜６Ｄとボビン３の各ピース８Ａ，８Ｂを順番に積み上げながら接着する。この積み上げの途中で、ボビン３の外筒部３ｇにコイル４が装着される。

図１１に示すように、ボス部３ｅの孔３ｈには、その孔３ｈの下側からケース５の支柱５ｆが嵌め入れられ、支柱５ｆの先端がコア２の中脚部２ａの中間位置Ｐ１まで延びている。ボス部３ｅの孔３ｈの上部には、円筒状のカラー１３が嵌め着けられる。カラー１３は、非磁性のアルミ等により構成され、ボス部３ｅに対して一体成形される。カラー１３の下端は、孔３ｈの中で支柱５ｆの先端から離れている。

そして、図９〜１１に示すように、コア２の上側には、横長なステー１４が配置される。このステー１４は、その中央にてカラー１３のネジ孔１３ａに螺合されたボルト１５によりコア２に固定される。また、このステー１４の両端部がボルト１６によりケース５のコア固定用ブラケット５ｇのネジ孔５ｈに螺合されることで、コア２、ボビン３及びコイル４がステー１４及びボルト１５，１６を介してケース５に固定される。この固定状態において、図１１に示すように、コア２は、支柱５ｆ以外の部分では、ケース５と所定の隙間Ｇａを介して非接触に設けられる。この隙間Ｇａには、コイル４やコア２の放熱性を確保するために図示しない樹脂注入（ポッティング）が施される。

以上説明したこの実施形態のリアクトル２１によれば、「振動の節」となる中脚部２ａの中間位置Ｐ１を含む中脚部２ａの中心部分を利用して、その部位にて、コア２がボビン３及びコイル４と共に、カラー１３、ボルト１５、ステー１４及びボルト１６を介してケース５のコア固定用ブラケット５ｇに締め付けられる。また、コア２が、支柱５ｃ以外の部分でケース５に対して隙間Ｇａを介して非接触に設けられる。従って、中脚部２ａからステー１４に伝わる振動は比較的小さくなり、結果としてコア２からケース５に伝わる振動が低減される。この結果、リアクトル１の作動時にコア２で振動が発生しても、その振動の車体への伝播を低減することができる。このため、コア２の振動がケース５から車体を介して車室内のユーザーに伝播するノイズを低減することができる。

この実施形態では、ボス部３ｅの孔３ｈの上部にカラー１３が嵌め着けられ、ボルト１５がカラー１３のネジ孔１３ａに締め付けられる。従って、ボビン３のボス部３ａの代わりに、カラー１３がボルト１５の締め付け力を直に受けることとなる。このため、ボビン３のボス部３ｅがボルト１５の締め付け力により変形したり、破損したりすることを防止することができる。つまり、ボビン３のボス部３ｅをボルト１５の締め付け力から保護することができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することもできる。

（１）前記第１実施形態では、コア２等を一対のステー１０を用いてケース５に固定するように構成したが、３つ又は４つのステーを用いてコア等をケースに固定するように構成することもできる。

（２）前記第２実施形態では、ボビン３のボス部３ｅにカラー１３を設けたが、ボビンを高強度材料により形成することで、カラーを省略して、ボビンのボス部にボルトを直接締め付けるように構成することもできる。

第１実施形態に係り、リアクトルを示す斜視図。 第１実施形態に係り、リアクトルを示す分解斜視図。 第１実施形態に係り、ケースを省略して、コア、ボビン及びコイルを一部破断して示す斜視図。 第１実施形態に係り、リアクトルを概略的に示す図１のＡ−Ａ面に沿った断面図。 第１実施形態に係り、図４の鎖線四角の中を示す拡大断面図。 第１実施形態に係り、リアクトルが適用されるハイブリッドシステムを示す電気回路図。 第１実施形態に係り、コアの振動イメージを示す解析図。 第１実施形態に係り、コアの振動イメージを示す解析図。 第２実施形態に係り、リアクトルを示す斜視図。 第２実施形態に係り、リアクトルを示す分解斜視図。 第２実施形態に係り、リアクトルを示す図９のＢ−Ｂ面に沿った断面図。 従来例に係り、電磁機器を示す断面図。 従来例に係り、電磁機器のコア等を示す斜視図。

符号の説明

１ リアクトル
２ コア
２ａ 中脚部
３ ボビン
３ａ 筒部
３ｂ 接合部
４ コイル
５ ケース
７ａ〜７ｅ ギャップ
７ｃ 中央ギャップ
１０ ステー
１１ ボルト

Claims (3)

1. 中脚部を有するコアと、前記コアの中脚部に設けられたボビンと、前記ボビンに設けられたコイルと、前記コア、前記ボビン及び前記コイルを収容するケースとを備えた電磁機器において、
   前記ボビンの一部が前記中脚部の中間位置に固定され、
   前記ボビンにステーが設けられ、
   前記ステーの先端部が前記ケースに固定されることにより、前記コア、前記ボビン及び前記コイルが前記ステーを介して前記ケースに固定され、前記コアが、前記ケースに対して隙間を介して非接触に支持されることを特徴とする電磁機器。
2. 中脚部を有するコアと、前記コアの中脚部に設けられたボビンと、前記ボビンに設けられたコイルと、前記コア、前記ボビン及び前記コイルを収容するケースとを備えた電磁機器において、
   前記中脚部は、軸方向の中間位置にて分割されてギャップを含み、
   前記ボビンは、前記中脚部を内包すると共に前記コイルが装着される筒部を含み、前記筒部の内側には、前記ギャップに嵌り、前記分割された中脚部に接合される接合部を含み、
   前記ボビンの筒部にステーが設けられ、
   前記ステーの先端部が前記ケースに固定されることにより、前記コア、前記ボビン及び前記コイルが前記ステーを介して前記ケースに固定され、前記コアが、前記ケースに対して隙間を介して非接触に支持されることを特徴とする電磁機器。
3. 前記ボビンは、前記接合部でのみ前記中脚部に接合され、前記筒部は前記中脚部に対し非接合であることを特徴とする請求項２に記載の電磁機器。

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