JP2013165213A - 巻線素子用固定金具および固定金具付き巻線素子 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、鉛直方向な取り付け面であっても巻線素子を確実に取り付け得、誤って落とした場合でもコアを保護し得る巻線素子用固定金具および固定金具付き巻線素子を提供する。
【解決手段】本発明の巻線素子用固定金具１０は、コイル２１とコイル２１を収納するコア２２とを備える巻線素子２０を所定の部材３０に固定するための巻線素子用固定金具１０であって、第１取り付け部材用貫通孔１０ｄを有する帯板状の本体部１０ａと、本体部１０ａの両端から立設された一対の脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２と、各脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２の各端部から外方向にそれぞれ立設された一対の固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻線素子を所定の部材に固定するための巻線素子用固定金具およびこの巻線素子用固定金具を備えた固定金具付き巻線素子に関する。

長尺な導体部材を巻き回した巻線素子には、回路にリアクタンスを導入することを目的としたリアクトルや、電磁誘導を利用することによって複数の巻線（コイル）間でエネルギーの伝達を行うトランス（変成器、変圧器）等が知られている。このリアクトルは、例えば、力率改善回路における高調波電流の防止、電流型インバータやチョッパ制御における電流脈動の平滑化およびコンバータにおける直流電圧の昇圧等の様々な電気回路や電子回路等に用いられている。また、トランスは、電圧変換やインピーダンス整合や電流検出等を行うために、様々な電気回路や電子回路等に用いられている。

このような巻線素子は、通常、搭載部材や実装部材等の所定の部材に取り付けられて使用される。そして、巻線素子に電力が供給されると、巻線素子は、一般に発熱するため、放熱性を考慮してヒートシンクの機能を持つ所定の部材に取り付ける必要がある。この放熱性を考慮したリアクトルが例えば特許文献１に開示されている。

図９は、特許文献１に開示のリアクトルの取り付け態様を説明するための斜視図である。図９（Ａ）は、第１取り付け態様を示し、図９（Ｂ）は、第２取り付け態様を示す。

図９において、リアクトル１００１は、対向し合う直線状部分と、各直線状部分の端部同士を繋ぐＵ字状部分とからなる環状のコア１００２と、コア１００２の各直線状部分に巻回されたコイル１００３とを備えている。そして、特許文献１に開示の第１取り付け態様では、図９（Ａ）において、アルミナ製の平板状の放熱部分１００４と、例えばケースの底板やヒートシンクの台座等の搭載部Ｌと、の間にリアクトル１００１を挟み込んで、放熱部分１００４の四隅に配置される脚状の部材である熱伝導部材１００５の両端を、放熱部分１００４および搭載部Ｌのそれぞれと、例えば溶接、接着およびねじ留め等によって、固定することで、リアクトル１００１は、搭載部Ｌに固定される。また、特許文献１に開示の第２取り付け態様では、図９（Ｂ）において、搭載部Ｌに例えば溶接や接着等によって立設された板状の部材である熱伝導部材１００６を、リアクトル１００１の対向し合うコイル３間の間隙に挿通し、熱伝導部材１００６の上側に例えば接着やねじ留め等で放熱部分１００４を固定することで、リアクトル１００１は、搭載部Ｌに固定される。

特開２００９−１４７０４１号公報

ところで、巻線素子を取り付ける取り付け面が斜め方向や鉛直方向に設定される場合（取付面の法線方向が重力の作用する重力作用方向と交差する場合や略直交する場合）がある。前記特許文献１に開示の第１および第２取り付け態様では、搭載部Ｌは、水平方向（取付面の法線方向と重力作用方向とが平行）に設定されているため、リアクトル１００１の自重で搭載部Ｌに搭載されており、第１取り付けた態様の放熱部分１００４および熱伝導部材１００５や、第２取り付け態様の放熱部分１００４および熱伝導部材１００６で、リアクトル１００１を支持する必要がなく、また、前記特許文献１では、搭載部Ｌが鉛直方向に設定される場合は、想定されていない。

また、コアが圧粉コアである場合には、圧粉コアは、圧粉形成と、焼結温度未満の温度による加熱とによって製造されるため、粉末同士は、カシメられて形状を保持している。このため、巻線素子を誤って落下させてしまうと、落下衝撃時の衝撃荷重によって圧粉コアを破損してしまう虞がある。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、取り付け面が鉛直方向に設定される場合でも巻線素子を確実に取り付けることができ、誤って落とした場合でもコアを保護することができる巻線素子用固定金具およびこの巻線素子用固定金具を備えた固定金具付き巻線素子を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる巻線素子用固定金具は、コイルと前記コイルを収納するコアとを備える巻線素子を所定の部材に固定するための巻線素子用固定金具であって、貫通孔を有する帯板状の本体部と、前記本体部の両端からそれぞれ立設された一対の脚部と、前記各脚部の各端部からそれぞれ立設された一対の固定部とを備えることを特徴とする。

このような構成の巻線素子用固定金具は、その縦断面がハット（ｈａｔ，縦断面形状が横面視にて、_｜￣｜_またはΠ）型となり、例えばボルト等の取り付け部材を前記本体部の前記貫通孔に挿通することで、巻線素子を抱え込むように、巻線素子に取り付けられる。そして、巻線素子用固定金具の一対の固定部で例えばヒートシンク等の所定の部材に固定される。このように、上記構成の巻線素子用固定金具は、巻線素子を抱え込むように巻線素子に取り付けられ、一対の固定部で所定の部材に固定されるので、前記所定の部材が鉛直方向に設定される場合でも、巻線素子を確実に取り付けることができる。そして、このように、上記構成の巻線素子用固定金具は、巻線素子を抱え込むように巻線素子に取り付けられるので、誤って落とした場合でもコアを保護することができる。

また、他の一態様では、上述の巻線素子用固定金具において、前記本体部に前記巻線素子を取り付けて前記所定の部材上に載置した場合に、前記固定部の底面と前記所定の部材との間に、隙間が生じることを特徴とする。

巻線素子用固定金具が固定部によって所定の部材に固定される場合には、前記隙間が無くなり、固定部の底面が所定の部材に当接される。このため、巻線素子用固定金具には、巻線素子を所定の部材に押し付ける付勢力が生じる。したがって、巻線素子は、この付勢力で巻線素子用固定金具によってより確実に押し付けられる。この結果、所定の部材がヒートシンクの機能を持つ場合には、巻線素子で発熱した熱が所定の部材に、より確実に伝熱し、放熱性を改善することができる。

また、他の一態様では、これら上述の巻線素子用固定金具において、前記本体部から前記一対の脚部が立設する各点をＡ、Ｂとし、前記一対の脚部のそれぞれから前記一対の固定部が立設する各点をＣ、Ｄとする場合に、ＡＢ間、ＣＡ間およびＤＢ間の各長さは、前記本体部、前記一対の脚部および前記一対の固定部の厚さおよび帯幅が予め所与であって、前記所定の部材上に前記隙間を無くして固定した場合に生じる付勢力および予め所与の落下衝撃荷重がそれぞれ作用した場合に生じる各最大応力がその形成材料の降伏点または該降伏点と同等の物性値を下回るように、設定されていることを特徴とする。

このような構成の巻線素子用固定金具は、前記付勢力や所定の落下衝撃荷重が作用しても破壊することがない。

また、他の一態様では、これら上述の巻線素子用固定金具において、前記本体部から前記一対の脚部が立設する各点をＡ、Ｂとし、前記一対の脚部のそれぞれから前記一対の固定部が立設する各点をＣ、Ｄとし、ＡＢ間の長さをｃとし、ＣＡ間およびＤＢ間の長さをｋとする場合に、０．０２≦ｋ≦０．０７［ｍ］の範囲において、少なくとも０．０２３６×ｋ^{−１．０７}≦ｃ／ｋ≦０．００７９×ｋ^−１．９を満たすことを特徴とする。

このような構成の巻線素子用固定金具は、前記本体部に前記巻線素子を取り付けて前記所定の部材上に載置した際に生じる前記固定部の底面と前記所定の部材との間の隙間をその上限値として０．２［ｍｍ］以下とした場合において、誤って落とした場合に生じる落下衝撃が５Ｇ（重力の５倍）まで耐えることができる。

また、他の一態様では、これら上述の巻線素子用固定金具において、前記本体部から前記一対の脚部が立設する各点をＡ、Ｂとし、前記一対の脚部のそれぞれから前記一対の固定部が立設する各点をＣ、Ｄとし、ＡＢ間の長さをｃとし、ＣＡ間およびＤＢ間の長さをｋとする場合に、０．０２≦ｋ≦０．０７［ｋ］の範囲において、少なくとも７２７５．４×ｋ^２−５９２．１４×ｋ＋１４．６１２≦ｃ／ｋ≦０．００５３×ｋ^−２を満たすことを特徴とする。

このような構成の巻線素子用固定金具は、前記本体部に前記巻線素子を取り付けて前記所定の部材上に載置した際に生じる前記固定部の底面と前記所定の部材との間の隙間をその上限値として１．５［ｍｍ］以下とした場合において、誤って落とした場合に生じる落下衝撃が５Ｇまで耐えることができる。

また、他の一態様では、これら上述の巻線素子用固定金具において、前記本体部、前記一対の脚部および前記一対の固定部は、Ｈ１２〜Ｈ３８のいずれか１つの調質を実施したアルミニウム合金の帯状部材で形成されていることを特徴とする。

このような構成の巻線素子用固定金具は、非磁性で塑性変形し難いＪＩＳのＨ１２〜Ｈ３８のアルミニウム合金で形成されるので、巻線素子の特性に影響することなく、所定の部材が鉛直方向に設定される場合でも、巻線素子を所定の部材に押し付けて確実に取り付けることができる。

また、本発明の他の一態様にかかる固定金具付き巻線素子は、コイルと前記コイルを収納するコアとを備える巻線素子と、これら上述のうちのいずれか１つの巻線素子用固定金具とを備え、前記巻線素子のコアは、上面から底面まで貫通するコア貫通孔を有し、前記巻線素子は、前記巻線素子用固定金具の前記貫通孔および前記コア貫通孔を挿通する通しボルトによって前記巻線素子用固定金具に締結されていることを特徴とする。

このような構成の固定金具付き巻線素子は、これら上述のうちのいずれか１つの巻線素子用固定金具を備えるので、取り付け面が鉛直方向に設定される場合でも巻線素子を確実に取り付けることができ、誤って落とした場合でもコアを保護することができる。

本発明にかかる巻線素子用固定金具および固定金具付き巻線素子は、取り付け面が鉛直方向に設定される場合でも巻線素子を確実に取り付けることができ、誤って落とした場合でもコアを保護することができる。

実施形態における固定金具付き巻線素子の構成を示す斜視図である。 実施形態の固定金具付き巻線素子における巻線素子の構成を示す斜視図である。 実施形態の固定金具付き巻線素子におけるコア部材の構成を示す斜視図である。 実施形態の固定金具付き巻線素子における巻線素子用固定金具の各部に生じる応力を説明するための図である。 材質がアルミニウム合金であって変位量ａが０．２ｍｍである場合における、ヤング率で除した最大応力を示す図である。 材質がアルミニウム合金であって変位量ａが１．５ｍｍである場合における、ヤング率で除した最大応力を示す図である。 材質がステンレス（ＳＵＳ３０４）であって変位量ａが０．７５ｍｍである場合における、ヤング率で除した最大応力を示す図である。 実施形態の巻線素子用固定金具をアルミニウム合金（Ａ５０５２−Ｈ３８）で形成する場合における長さｋと縦横比ζとの範囲を示す図である。 特許文献１に開示のリアクトルの取り付け態様を説明するための斜視図である。

以下、本発明にかかる実施の一形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。また、本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

図１は、実施形態における固定金具付き巻線素子の構成を示す斜視図である。図２は、実施形態の固定金具付き巻線素子における巻線素子の構成を示す斜視図である。図３は、実施形態の固定金具付き巻線素子におけるコア部材の構成を示す斜視図である。図４は、実施形態の固定金具付き巻線素子における巻線素子用固定金具の各部に生じる応力を説明するための図である。図４（Ａ）は、固定部の底面と取り付け面との間にある隙間を無くすことによって生じる応力を説明するための図であり、図４（Ｂ）は、重力の作用によって生じる応力を説明するための図である。

図１において、固定金具付き巻線素子１は、巻線素子２０と、巻線素子２０を所定の部材３０に固定するための巻線素子用固定金具１０とを備え、巻線素子２０は、取り付け部材４０によって巻線素子用固定金具１０に取り付けられている。

巻線素子２０は、例えば、図２に示すように、一対の第１および第２端子部（口出配線、引出配線、電極線）２５（２５−１、２５−２）を持つ１個のコイル２１と、コイル２１に通電（給電）した場合にコイル２１によって生じた磁束を通すコア２２とを備え、例えばリアクトルとして機能するものである。なお、巻線素子２０は、複数のコイルを備えた多相用のリアクトルであってもよく、また、複数のコイルを備えたトランスであってもよい。このように巻線素子のコイル２１は、１または複数であってよい。

コイル２１は、絶縁状態で長尺の導体部材を所定の回数だけ巻き回したものであり、通電することによって、磁場を発生するものである。コイル２１は、例えば断面丸形（○形）や断面矩形（□形）等の絶縁被覆した長尺な導体部材を巻回することによって構成されてもよいが、本実施形態では、いわゆる渦電流損失を低減する観点から、コイル２１は、断面長方形（［］形）の帯状の導体部材を、例えば絶縁被覆や絶縁シートを挟み込むこと等によって絶縁状態で、該導体部材の幅方向がコイル２１の軸ＡＸ方向に沿うように、巻回することによって形成される。このように本実施形態のコイル２１は、いわゆるフラットワイズ巻線構造のフラットワイズ型コイルである。

なお、帯状とは、導体部材の厚さ（径方向の長さ）Ｃｔよりも幅（軸方向の長さ）Ｃｗの方が大きい場合をいい、すなわち、幅Ｃｗと厚さＣｔとの間に、Ｃｗ＞Ｃｔ（Ｃｗ／Ｃｔ＞１）の関係が成り立つ。

第１および第２端子部２５−１、２５−２は、外部の回路とコイル２１（前記導体部材）とを電気的に接続するための端子である。これら第１および第２端子部２５−１、２５−２は、導体線材を例えば溶接や半田付け等で前記導体部材の両端部に取り付けることによって形成されてもよいが、本実施形態では、外力や加熱による剥離を防止し、より高い信頼性を確保するために、例えば、本実施形態では、これら第１および第２端子部２５−１、２５−２は、コイル２１（前記導体部材）の端部を折り曲げることによって、コイル２１の軸方向に直交する平面に交差する方向に引き出された部分である（例えば特開２０１１−２０５０５６号公報参照）。そして、これら第１および第２端子部２５−１、２５−２は、サイズを低減するとともに電気抵抗を低減する観点から、その軸方向に沿う折り曲げ線で折り曲げることによって多重構造とされている。例えば、第１および第２端子部２５−１、２５−２は、４層構造にされている。

コア２２は、コイル２１に通電した場合にコイル２１に生じる磁場による磁束を通す部材であり、磁気的に（例えば透磁率が）等方性を有している。コア２２は、例えば、図２および図３に示すように、第１および第２端子部２５−１、２５−２を挿通するための、内外を連通する第１および第２端子部用貫通孔が一方のコア部材に設けられている点を除き、同一の構成を有する第１および第２コア部材２３、２４を備える。第１および第２コア部材２３、２４は、それぞれ、例えば円板形状を有する円板部２３ａ、２４ａの板面に、該円板部２３ａ、２４ａと同径の外周面を有する円筒部２３ｂ、２４ｂが連続して成る。図２に示す例では、第１コア部材２３の円板部２３ａに、第１および第２端子部２５−１、２５−２のコイル２１からの引出方向に沿った方向（本実施形態では該円板部２３ａをコイル２１の軸方向）で貫通するように第１および前記第２端子部用貫通孔（図２参照、図３では不図示）が形成されている。そして、第１および第２コア部材２３、２４の各円板部２３ａ、２４ａの略中央（中心）には、それぞれ、取り付け部材４０を挿通するための第２１および第２２取り付け部材用貫通孔２３ｅ、２４ｅが軸方向に沿って貫通形成されている。

コア２２は、このような構成を有する第１および第２コア部材２３、２４が互いに前記各円筒部２３ｂ、２４ｂの端面同士で重ね合わせられることによって、形成され、コア２２内には、コイル２１を内部に収容するための空間が形成され、第２１および第２２取り付け部材用貫通孔２３ｅ、２４ｅが互いに通じることによって、コア２２の一方面から他方面へ通じる、取り付け部材４０を挿通するための第２取り付け部材用貫通孔２６が形成される。

そして、図３に示す例では、コイル２１をコア２２内に収容した場合にコア２２におけるコイル２１の空芯部Ｓに面する箇所に、この空芯部Ｓに入り込む第１および第２突起部２３ｆ、２４ｆが形成されている。より具体的には、コイル２１をコア２２内に収容した場合に第１コア部材２３の内側底面におけるコイル２１の空芯部Ｓに面する箇所に、この空芯部Ｓに入り込む円錐台形状の第１突起部２３ｆが形成されており、コイル２１をコア２２内に収容した場合に第２コア部材２４の内側底面におけるコイル２１の空芯部Ｓに面する箇所に、この空芯部Ｓに入り込む円錐台形状の第２突起部２４ｆが形成されている。このような第１および第２突起部２３ｆ、２４ｆを形成することにより、巻線素子２０のインダクタンスをさらに向上させることができる。また、各突起部２３ｆ、２４ｆ間におけるギャップ長を調整することにより、巻線素子２０のインダクタンス値を調整することができる。また、第１および第２突起部２３ｆ、２４ｆは、インダクタンス特性を制御するために任意の形状とすることが可能であり、円錐台形状に限定されるものではなく、例えば、円柱状であってもよい。

そして、第１および第２コア部材２３、２４には、前記互いに重ね合わされる円筒部２３ｂ、２４ｂの各端面に、位置決めを行うための凸部２３ｃ、２４ｃが設けられ、この凸部２３ｃ、２４ｃに応じた凹部２３ｄ、２４ｄが設けられている。なお、このような凸部２３ｃ、２４ｃおよび凹部２３ｄ、２４ｄは、無くてもよい。例えば、図３に示すように、第１および第２コア部材２３、２４における円筒部２３ｂ、２４ｂの各端面には、略円柱形状の第１および第２凸部２３ｃ−１、２３ｃ−２；２４ｃ−１、２４ｃ−２が１８０゜の間隔（互いに対向する位置）で設けられ、このような略円柱形状の第１および第２凸部２３ｃ−１、２３ｃ−２；２４ｃ−１、２４ｃ−２が嵌り込むような略円柱形状の第１および第２凹部２３ｄ−１、２３ｄ−２；２４ｄ−１、２４ｄ−２が１８０゜の間隔（互いに対向する位置）で設けられている。そして、これら第１および第２凸部２３ｃ−１、２３ｃ−２；２４ｃ−１、２４ｃ−２ならびに第１および第２凹部２３ｄ−１、２３ｄ−２；２４ｄ−１、２４ｄ−２は、それぞれ、９０゜間隔で設けられている。なお、図３には、第１および第２コア部材２３、２４の一方が示されている（前記第１および第２端子部用貫通孔は不図示）。このような位置決めの凸部２３ｃ、２４ｃを円筒部２３ｂ、２４ｂの各端面にさらに備えることによって第１および第２コア部材２３、２４をより確実に突き合わせることができる。

このような第１および第２コア部材２３、２４は、所定の磁気特性を有する。第１および第２コア部材２３、２４は、低コスト化の観点から、同一材料であることが好ましい。第１および第２コア部材２３、２４は、表面絶縁処理された純鉄であってよいが、本実施形態では、例えば、所望の磁気特性（比較的高い透磁率）の実現容易性および所望の形状の成形容易性の観点から、軟磁性体粉末を成形したものであることが好ましい。

この軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには、表面にリン酸系化成皮膜などの電気絶縁皮膜が形成された鉄粉等が挙げられる。これら軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法等によって製造することができる。また、一般に、透磁率が同一である場合に飽和磁束密度が大きいので、軟磁性粉末は、例えば上記純鉄粉、鉄基合金粉末およびアモルファス粉末等の金属材料であることが好ましい。このような第１および第２コア部材２３、２４は、例えば、公知の常套手段を用いて軟磁性粉末を圧粉成形することによって形成することができる。

そして、巻線素子２０は、第１および第２コア部材２３、２４を突き合わせることによって形成される内部空間に、その第１および第２端子部２５−１、２５−２を前記第１および第２端子部用貫通孔から外部に引き出してコイル２１を収納することによって形成される。このように本実施形態の巻線素子２０は、コイル２１をコア２２内に内蔵する、いわゆるポッド型の素子である。なお、本実施形態の巻線素子２０は、図１および図２に示すように、漏れ磁束を低減するために、コイル２１全体をコア２２で内包するように構成されたが、コア２２における、コイル２１の周面に当たる部分等に開口が形成されてもよい。

このようなコイル２１の外周にコア２２を備える巻線素子２０を所定の部材３０に固定するための巻線素子用固定金具１０は、第１取り付け部材用貫通孔１０ｄを有する帯板状の本体部１０ａと、本体部１０ａの両端から略垂直方向にそれぞれ立設された板状の一対の脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２と、各脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２の各端部から略垂直外方向にそれぞれ立設された板状の一対の固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２とを備えている。

本体部１０ａの第１取り付け部材用貫通孔１０ｄは、取り付け部材４０を挿通するための孔であり、対称性を考慮してその長手方向の略中央に形成されている。そして、各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２には、それぞれ、この巻線素子用固定金具１０を前記所定の部材３０に固定するための図略の固定部材を取り付ける固定部材用貫通孔１０ｅ−１，１０ｅ−２が形成されている。前記固定部材は、ネジ（ビス）、ボルトとナット等の締結部材であり、固定部材用貫通孔１０ｅ−１，１０ｅ−２内側面には、ネジ溝が形成されてよい。

このような構成の巻線素子用固定金具１０は、例えば、帯板状の部材を折り曲げる折り曲げ加工と、各貫通孔を穿孔する貫通孔形成工程とから作成することができる。このような作成方法では、本体部１０ａ、各脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２および各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２は、一体で形成され、各脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２は、本体部１０ａから連続して成り、各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２は、各脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２から連続して成る。

そして、このような構成の巻線素子２０および巻線素子用固定金具１０では、例えば、通しボルト等の取り付け部材４０は、第１ワッシャを介して巻線素子用固定金具１０の第１取り付け部材用貫通孔１０ｄに挿通され、続いて、第２ワッシャを介して巻線素子２０のコア２２における第２取り付け部材用貫通孔２６に挿通され、その他方端が第３ワッシャを介して例えばナット等の締結部材によって締結され、巻線素子用固定金具１０が巻線素子２０に取り付けられ、固定される。これによって固定金具付き巻線素子が作成される。次に、例えば回路基板やヒートシンク等の巻線素子２０を取り付けるべき所定の部材（搭載部材、実装部材）３０における取り付け位置に、この固定金具付き巻線素子が配置され、例えばネジ等の締結部材が、巻線素子用固定金具１０の各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２における各固定部材用貫通孔１０ｅ−１，１０ｅ−２を介して、前記所定の部材３０に締結され、固定される。これによって巻線素子２０は、巻線素子用固定金具１０によって所定の部材３０に固定され、取り付けられる。

上記構成の巻線素子用固定金具１０は、その縦断面の形状がハット（ｈａｔ，横面視にて、_｜￣｜_）型となり、例えばボルト等の取り付け部材４０を本体部１０ａの第１取り付け部材用貫通孔１０ｄに挿通することで、巻線素子２０を抱え込むように、巻線素子２０に取り付けられる。そして、巻線素子用固定金具１０の一対の固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２で例えばヒートシンク等の所定の部材３０に固定される。このように、上記構成の巻線素子用固定金具１０は、巻線素子２０を抱え込むように巻線素子２０に取り付けられ、一対の固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２で所定の部材３０に固定されるので、この所定の部材３０が鉛直方向に設定される場合でも、巻線素子２０を確実に取り付けることができる。そして、このように、上記構成の巻線素子用固定金具１０は、巻線素子２０を抱え込むように巻線素子２０に取り付けられるので、誤って落とした場合でもコア２２を保護することができる。

そして、本実施形態の巻線素子用固定金具１０は、巻線素子用固定金具１０の本体部１０ａに巻線素子２０を取り付け部材４０によって取り付けて前記所定の部材３０上に載置した場合に、固定部１０ｃの底面と前記所定の部材３０の表面との間に、例えばサブミリメートルオーダーの隙間が生じるように、形成される。すなわち、巻線素子用固定金具１０の本体部１０ａに巻線素子２０を取り付け部材４０によって取り付けた場合に、一対の固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２の各底面よりも、巻線素子２０のコア２２の底面が突き出た状態となるように、一対の脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２の長さおよび一対の固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２の各厚さが調整されている。さらに、言い換えれば、本体部１０ａの内側面から固定部１０ｃの底面までの距離（長さ）が、コア２２の厚さ（本体部１０ａとコア２２との間に第２ワッシャが介在する場合には第２ワッシャの厚さを含む）よりも短くなるように、一対の脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２の長さおよび一対の固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２の各厚さが調整されている。

このような構成の巻線素子用固定金具１０では、巻線素子用固定金具１０が各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２によって所定の部材３０に固定される場合には、上記隙間が無くなり、各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２の各底面が所定の部材３０の表面に当接される。このため、弾性範囲内では、巻線素子用固定金具１０には、巻線素子２０を所定の部材３０に押し付ける付勢力が生じる。したがって、巻線素子２０は、この付勢力で巻線素子用固定金具１０によってより確実に所定の部材３０に押し付けられる。この結果、所定の部材３０がヒートシンクの機能を持つ場合には、巻線素子２０で発熱した熱が所定の部材３０に、より確実に伝熱し、放熱性を改善することができる。

ここで、このような前記付勢力が生じても巻線素子用固定金具１０がバネとしての機能を維持するために塑性変形しないように、その材料、各部の板厚、板幅および長さを決定する必要がある。

このような前記付勢力を生じさせる場合では、前記隙間の長さ（寸法）をａとすると、図４（Ａ）に示すように、前記付勢力は、巻線素子用固定金具１０のみを各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２で所定の部材３０に固定した状態で、本体部１０ａの中央位置Ｐで本体部１０ａの法線方向に沿った外方向に長さａだけ本体部１０ａを変形させるために、中央位置Ｐに加えられる力Ｆ１と同等である。したがって、前記付勢力が生じても巻線素子用固定金具１０が破損しないためには、中央位置Ｐに力Ｆ１を作用させて変位量ａだけ変位させても、巻線素子用固定金具１０に生じる最大応力が巻線素子用固定金具１０の材料の降伏点または該降伏点と同等の物性値よりも小さくなる必要がある（巻線素子用固定金具１０の変形が弾性範囲内となる必要がある）。

一方、巻線素子２０が、斜め方向や鉛直方向に設定された取り付け面に取り付けられる場合では、図４（Ｂ）に示すように、取り付け部材４０によって巻線素子２０を取り付ける第１取り付け部材用貫通孔１０ｄの中央位置Ｐに、その方向に重力による力Ｆ２が作用し、この力Ｆ２は、取り付け面が鉛直方向である場合に最大となる。したがって、この力Ｆ２によって巻線素子用固定金具１０に生じる最大応力が巻線素子用固定金具１０の材料の降伏点または該降伏点と同等の物性値よりも小さくなる必要もある。

このため、上述のように、巻線素子用固定金具１０が各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２で所定の部材３０に固定され、巻線素子２０が中央位置Ｐに取り付けられる場合、巻線素子用固定金具１０に生じる応力を小さくするためには、力Ｆ１の方向のバネ定数Ｋ１を小さくする必要がある一方で、力Ｆ２の方向のバネ定数Ｋ２を大きくする必要がある。したがって、本体部１０ａから各脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２が立設する各点（各屈曲点）をＡ、Ｂとし、各脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２から各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２が立設する各点（各屈曲点）をＣ、Ｄとする場合に、力Ｆ１および力Ｆ２が巻線素子用固定金具１０に作用した場合における巻線素子用固定金具１０の塑性変形を抑制するために、ＡＢ間の長さｃを長くするとともに、ＣＡ間およびＤＢ間の各長さｋを短くする必要がある。この結果、巻線素子用固定金具１０の縦横比ζ（＝ｃ／ｋ）には、最適な範囲が存在する。

この力Ｆ１および力Ｆ２が巻線素子用固定金具１０に作用しても塑性変形しない前記長さｋと縦横比ζとの範囲は、より具体的には、次のように求めることができる。

まず、第１に、力Ｆ１が巻線素子用固定金具１０に作用する場合には、力Ｆ１は、図４（Ａ）に二点鎖線で示す変形を生じさせるように巻線素子用固定金具１０に作用する。この結果、ＣＡ間に、すなわち、巻線素子用固定金具１０の脚部１０ｂ−１に作用する、ヤング率Ｅで除した最大応力σ_ＣＡ ^（１）／Ｅは、次式（１）で表され、ＡＰ間に、すなわち、巻線素子用固定金具１０の本体部１０ａにおける一方端部Ａから中央位置Ｐまでの部分に作用する、ヤング率Ｅで除した最大応力σ_ＡＰ ^（１）／Ｅは、次式（２）で表される。なお、ｔは、巻線素子用固定金具１０の厚さ（板厚）である。

これら式（１）および式（２）から分かるように、最大応力σ_ＣＡ ^（１）および最大応力σ_ＡＰ ^（１）は、ヤング率Ｅ、変位量ａ、巻線素子用固定金具１０の形状（ｔ、ｃ、ｋ）の関数である。

また、第２に、力Ｆ２が巻線素子用固定金具１０に作用する場合に、力Ｆ２は、図４（Ｂ）に二点鎖線で示す変形を生じさせるように巻線素子用固定金具１０に作用する。この結果、ＣＡ間に作用する最大応力σ_ＣＡ ^（２）は、次式（３）で表され、ＡＰ間に作用する最大応力σ_ＡＰ ^（２）は、次式（４）で表され、ＰＢ間に、すなわち、巻線素子用固定金具１０の本体部１０ａにおける中央位置Ｐから他方端部Ｂまでの部分に作用する最大応力σ_ＰＢ ^（２）は、次式（５）で表され、そして、ＢＤ間に、すなわち、巻線素子用固定金具１０の脚部１０ｂ−２に作用する最大応力σ_ＢＤ ^（２）／Ｅは、次式（６）で表される。なお、ｂは、巻線素子用固定金具１０の幅（板幅、帯幅）である。

なお、ＣＡ間、ＡＰ間、ＰＢ間およびＢＤ間に生じる各最大応力σ_ＣＡ、σ_ＡＰ、σ_ＰＢ、σ_ＢＤは、それぞれ、点Ｃ、点Ｐ、点Ｐおよび点Ｄで生じる。

これら式（３）ないし式（６）から分かるように、最大応力σ_ＣＡ ^（２）、最大応力σ_ＡＰ ^（２）、最大応力σ_ＰＢ ^（２）および最大応力σ_ＢＤ ^（２）は、力Ｆ２、巻線素子用固定金具１０の形状（ｔ、ｂ、ｃ、ｋ）の関数である。

ここで、力Ｆ１および力Ｆ２が巻線素子用固定金具１０に作用する場合、各区間において、曲げ方向が同じ場合では力Ｆ１および力Ｆ２による各応力は、加算され、曲げ方向が逆の場合では力Ｆ１および力Ｆ２による各応力は、相殺される。したがって、図４（Ａ）に二点鎖線で示す変形態様と図４（Ｂ）に二点鎖線で示す変形態様とを参照すると、ＣＡ間では、力Ｆ１および力Ｆ２による各応力は、加算され、ＡＰ間では、力Ｆ１および力Ｆ２による各応力は、相殺され、ＰＢ間では、力Ｆ１および力Ｆ２による各応力は、加算され、そして、ＢＤ間では、力Ｆ１および力Ｆ２による各応力は、相殺される。よって、力Ｆ１および力Ｆ２による最大応力は、点Ｐまたは点Ｃで生じることとなり、点Ｐの最大応力は、式（１）と式（５）との加算で表され、点Ｃの最大応力は、式（２）と式（３）との加算で表される。

そして、巻線素子用固定金具１０における前記範囲を探索するために、これら式（１）、式（２）、式（３）および式（５）の右辺を、この縦横比ζ＝ｃ／ｋの関係を用いることによって、これら各式の右辺を前記長さｋと縦横比ζを用いて表し、前記長さｋと縦横比ζを変化させ、Ｆ１とＦ２を同時に作用させたときの点Ｐの最大応力σ_ＡＰ ^{（１＋２）}および点Ｃの最大応力σ_ＣＡ ^{（１＋２）}を計算した。

図５は、材質がアルミニウム合金であって変位量ａが０．２ｍｍである場合に、ζを０〜３、ｋを０．０２〜０．０７の範囲で変化させた場合の、アルミニウム合金のヤング率で除した最大応力σ_ＡＰ ^{（１＋２）}／Ｅ、σ_ＣＡ ^{（１＋２）}／Ｅの等高線を示す図である。図６は、材質がアルミニウム合金であって変位量ａが１．５ｍｍである場合に、ζとｋとを図５と同じ範囲で変化させた場合の、アルミニウム合金のヤング率で除した最大応力σ_ＡＰ ^{（１＋２）}／Ｅ、σ_ＣＡ ^{（１＋２）}／Ｅの等高線を示す図である。図７は、材質が非磁性のステンレスＳＵＳ３０４であって変位量ａが０．７５ｍｍである場合に、ζとｋとを図５，６と同じ範囲で変化させた場合の、ＳＵＳ３０４のヤング率で除した最大応力σ_ＡＰ ^{（１＋２）}／Ｅ、σ_ＣＡ ^{（１＋２）}／Ｅの等高線を示す図である。図５（Ａ）、図６（Ａ）および図７は、点Ｐでのσ_ＡＰ ^{（１＋２）}／Ｅの計算結果を示し、図５（Ｂ）および図６（Ｂ）は、点Ｃでの_ＣＡ ^{（１＋２）}／Ｅの計算結果を示す。図５ないし図７の横軸は、ｍ単位で表すｋであり、それらの縦軸は、ζである。

計算の条件は、次の通りである。これら図５ないし図７では、前記長さｋは、０．０２ないし０．０７［ｍ］の範囲、縦横比ζは、０ないし３の範囲とした。ここで、巻線素子用固定金具１０は、巻線素子用であることから、巻線素子２０の特性に影響を与えない非磁性であることが好ましい。非磁性の材料として、例えば、アルミニウムやステンレスが挙げられる。アルミニウムのヤング率Ｅは、７０［ＧＰａ］であり、非磁性のステンレス（ＳＵＳ３０４）のヤング率Ｅは、２０５［ＧＰａ］である。

また、変位量ａは、次のように規定した。巻線素子２０は、様々な温度環境で使用される一方、通電されると、一般に、コイル２１が発熱し、昇温する。巻線素子２０が昇温すると、巻線素子用固定金具１０も昇温し、巻線素子用固定金具１０は、一般に、熱膨張する。したがって、前記付勢力が生じるためには、例えば仕様によって規定される最低使用温度において、隙間の長さ（変位量）ａが正値（０より大きな値）である必要がある。例えば、巻線素子２０の使用温度は、例えば厳冬期の使用温度および絶縁材料の耐熱温度を考慮し、−２０［℃］ないし＋１５０［℃］の温度範囲を想定した。この使用温度範囲と、さらに、巻線素子２０の寸法公差を±０．２［ｍｍ］としてこの寸法公差を考慮すると、変位量ａは、０．２ないし１．５［ｍｍ］の範囲となる（０．２≦ａ≦１．５）。

また、力Ｆ２は、次のように規定した。巻線素子用固定金具１０は、巻線素子２０に応じてその寸法も大きくなることから、巻線素子２０の高さおよび直径は、巻線素子用固定金具１０の前記長さｋおよび前記長さｃと同値であるとみなして、巻線素子２０の質量が求められた。この巻線素子２０に作用する重力Ｆ２は、ｋ、ζの変化により、０．１［Ｎ］ないし９２６．７［Ｎ］の範囲とした。そして、力Ｆ２は、巻線素子２０に作用する重力（ｍｇ）だけでもよいが、本実施形態では、落下衝撃が考慮され、その落下衝撃の荷重は、重力の５倍（５Ｇ）とした。

そして、ステンレスＳＵＳ３０４の降伏点と、アルミニウム５０５２合金の耐力（弾性限）は、表１に示す通りである。

この表１には、ＳＵＳ３０４、および、ＪＩＳで規定された調質Ｏ、Ｈ３２、Ｈ３４、Ｈ３６、Ｈ３８のアルミニウム合金（５０５２合金）に対し、ヤング率Ｅ［ＧＰａ］、降伏点または耐力σ_０．２［ＭＰａ］およびσ_０．２／Ｅの各値が記載されている。

このような諸条件の下に計算した結果を図５ないし図７に示す。図５には、巻線素子用固定金具１０が厚さ２．０［ｍｍ］のアルミニウムで形成され、変位量ａが最低の０．２［ｍｍ］である場合における結果が示され、図６には、巻線素子用固定金具１０が厚さ２．０［ｍｍ］のアルミニウムで形成され、変位量ａが最高の１．５［ｍｍ］である場合における結果が示され、そして、図７には、巻線素子用固定金具１０が厚さ２．０［ｍｍ］のＳＵＳ３０４で形成され、変位量ａが０．７５［ｍｍ］である場合における結果が示されている。なお、各図右横の凡例は、σ_ＡＰ ^{（１＋２）}／Ｅ，σ_ＣＡ ^{（１＋２）}／Ｅの等高線の値を示しており、図５および図６に示した等高線は、弾性限が最も高い、Ｈ３８の調質を行ったアルミ５０５２合金の弾性限をアルミ合金のヤング率で除した値σ_０．２／Ｅよりも小さい範囲のみを、図７に示した等高線はＳＵＳ３０４の降伏点をＳＵＳ３０４のヤング率で除した値σ_０．２／Ｅよりも小さい範囲のみを示している。

巻線素子用固定金具１０の寸法、形状および上述の諸条件が同じである場合では、ＳＵＳ３０４の巻線素子用固定金具１０は、力Ｆ１方向のバネ定数Ｋ１が大きくなり、巻線素子用固定金具１０に生じる応力は、大きくなる。このため、図５ないし図７から分かるように、巻線素子用固定金具１０が塑性変形しない条件（最大応力が降伏点または耐力σ_０．２未満である条件）での前記長さｋおよび縦横比ζの範囲は、ＳＵＳ３０４では、ほとんど無く、ｋ＝０．０４［ｍ］付近およびζ＝３付近に僅かに存在するだけである。したがって、巻線素子用固定金具１０の形成材料は、アルミニウム（その合金を含む）が好ましい。

このため、アルミニウムについて、力Ｆ１および力Ｆ２が作用する場合における点Ｐと点Ｃに生じる最大応力σ_ＡＰ ^{（１＋２）}、σ_ＣＡ ^{（１＋２）}をアルミのヤング率Ｅで除したσ_ＡＰ ^{（１＋２）}／Ｅ、、σ_ＣＡ ^{（１＋２）}／Ｅが同時にアルミニウムの耐力σ_０．２／Ｅよりも小さくなる前記長さｋと縦横比ζとの範囲を、上述の図５および図６の結果から求めると、この前記長さｋと縦横比ζとの範囲は、例えば、ＪＩＳ表示でＡ５０５２−Ｈ３８の場合では、図８に網掛けで示す通りである。

図８は、実施形態の巻線素子用固定金具をアルミニウム合金（Ａ５０５２−Ｈ３８）で形成する場合における前記長さｋと縦横比ζとの範囲を示す図である。図８の横軸は、長さｋであり、その縦軸は、縦横比ζである。

図８に示すように、変位量ａが最小値０．２［ｍｍ］である場合には、０．０２≦ｋ≦０．０７［ｍ］の範囲において、少なくとも０．０２３６×ｋ^{−１．０７}≦ζ（＝ｃ／ｋ）≦０．００７９×ｋ^−１．９を満たす必要がある。そして、変位量ａが最大値１．５［ｍｍ］である場合には、０．０２≦ｋ≦０．０７［ｍ］の範囲において、少なくとも７２７５．４×ｋ^２−５９２．１４×ｋ＋１４．６１２≦ｃ／ｋ≦０．００５３×ｋ^−２を満たす必要がある。

なお、上述では、Ａ５０５２−Ｈ３８の結果を図８に示したが、Ａ５０００系の他の調質やＡ３０００系も、同様に求めることができ、それぞれ、アルミニウムについて、力Ｆ１および力Ｆ２が作用する場合における点Ｐのσ／Ｅおよび点Ｃのσ／Ｅが同時にアルミニウムの耐力σ_０．２／Ｅよりも小さくなる前記長さｋと縦横比ζとの範囲が存在する。このため、Ａ３０００系やＡ５０００系であって調質Ｈ１２〜Ｈ３８のアルミニウムが好ましい。

このように本実施形態の巻線素子用固定金具１０における本体部１０ａ、一対の脚部１０ｂおよび一対の固定部１０ｃにおいて、そのＡＢ間の長さｃ、ＣＡ間およびＤＢ間の前記長さｋは、本体部１０ａ、一対の脚部１０ｂおよび一対の固定部１０ｃの厚さｔおよび帯幅ｂが予め所与であって、所定の部材３０上に前記寸法ａの前記隙間を無くして固定した場合に生じる付勢力および予め所与の落下衝撃荷重がそれぞれ当該巻線素子用固定金具１０に作用した場合に生じる各最大応力σが当該巻線素子用固定金具１０の形成材料の降伏点または該降伏点と同等の物性値を下回るように、設定されている。このため、本実施形態の巻線素子用固定金具１０は、設計の範囲内で、前記付勢力や所定の落下衝撃荷重が作用しても破壊することがない。

なお、上述では、巻線素子用固定金具１０は、各固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２が各脚部１０ｂ−１、１０ｂ−２から略垂直外方向に立設する、その縦断面形状が横面視にて、_｜￣｜_形状のハット型であったが、Π形状のハット型であってもよい。このような場合には、一対の固定部１０ｃ−１、１０ｃ−２の各端部間の距離が、固定すべき巻線素子２０の直径よりも長くなるように、巻線素子用固定金具１０は、形成される。このような場合の巻線素子用固定金具１０も、上述と同様に解析することが可能である。また、図示していないが、ＡＢ区間を平坦なまま用いるか、開口部を設けて曲げ剛性を低下させることも有効である。これにより，点Ｐに変位ａを与えた場合、すなわち力Ｆ１によりＡＢ間に生じる応力を低下させる効果が期待できる。また、ＣＡ区間とＤＢ区間については凸凹加工を加えてその曲げ剛性を高めることも有効である。これにより、力Ｆ２によりＣＡおよびＤＢ間に生じる応力を低下させる効果を期待できる。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

１０ 巻線素子用固定金具
１０ａ 本体部
１０ｂ 脚部
１０ｃ 固定部
１０ｄ 第１取り付け部材用貫通孔
１０ｅ 固定部材用貫通孔
２０ 巻線素子
２６ 第２取り付け部材用貫通孔
４０ 取り付け部材

Claims (7)

1. コイルと前記コイルを収納するコアとを備える巻線素子を所定の部材に固定するための巻線素子用固定金具であって、
   貫通孔を有する帯板状の本体部と、
   前記本体部の両端からそれぞれ立設された一対の脚部と、
   前記各脚部の各端部からそれぞれ立設された一対の固定部とを備えること
   を特徴とする巻線素子用固定金具。
2. 前記本体部に前記巻線素子を取り付けて前記所定の部材上に載置した場合に、前記固定部の底面と前記所定の部材との間に、隙間が生じること
   を特徴とする請求項１に記載の巻線素子用固定金具。
3. 前記本体部から前記一対の脚部が立設する各点をＡ、Ｂとし、前記一対の脚部のそれぞれから前記一対の固定部が立設する各点をＣ、Ｄとする場合に、ＡＢ間、ＣＡ間およびＤＢ間の各長さは、前記本体部、前記一対の脚部および前記一対の固定部の厚さおよび帯幅が予め所与であって、前記所定の部材上に前記隙間を無くして固定した場合に生じる付勢力および予め所与の落下衝撃荷重がそれぞれ作用した場合に生じる各最大応力がその形成材料の降伏点または該降伏点と同等の物性値を下回るように、設定されていること
   を特徴とする請求項２に記載の巻線素子用固定金具。
4. 前記本体部から前記一対の脚部が立設する各点をＡ、Ｂとし、前記一対の脚部のそれぞれから前記一対の固定部が立設する各点をＣ、Ｄとし、ＡＢ間の長さをｃとし、ＣＡ間およびＤＢ間の長さをｋとする場合に、０．０２≦ｋ≦０．０７［ｍ］の範囲において、少なくとも０．０２３６×ｋ^{−１．０７}≦ｃ／ｋ≦０．００７９×ｋ^−１．９を満たすこと
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の巻線素子用固定金具。
5. 前記本体部から前記一対の脚部が立設する各点をＡ、Ｂとし、前記一対の脚部のそれぞれから前記一対の固定部が立設する各点をＣ、Ｄとし、ＡＢ間の長さをｃとし、ＣＡ間およびＤＢ間の長さをｋとする場合に、０．０２≦ｋ≦０．０７［ｍ］の範囲において、少なくとも７２７５．４×ｋ^２−５９２．１４×ｋ＋１４．６１２≦ｃ／ｋ≦０．００５３×ｋ^−２を満たすこと
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の巻線素子用固定金具。
6. 前記本体部、前記一対の脚部および前記一対の固定部は、Ｈ１２〜Ｈ３８のいずれか１つの調質を実施したアルミニウム合金の帯状部材で形成されていること
   を特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の巻線素子用固定金具。
7. コイルと前記コイルを収納するコアとを備える巻線素子と、
   請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の巻線素子用固定金具とを備え、
   前記巻線素子のコアは、上面から底面まで貫通するコア貫通孔を有し、
   前記巻線素子は、前記巻線素子用固定金具の前記貫通孔および前記コア貫通孔を挿通する通しボルトによって前記巻線素子用固定金具に締結されていること
   を特徴とする固定金具付き巻線素子。