JP4772879B2 - インダクタ - Google Patents

Description

本発明は、電気回路に使用されるインダクタに関連し、詳細には筒形状の巻線の空洞部にコアが配置されたインダクタに関する。

電気回路において、電圧の昇圧等を行うために、特許文献１に示されるもののようなインダクタが使用されている。インダクタの一例の斜視図を図１に示す。

図１に示されるように、インダクタ１０１は、筒形状に形成された巻線１１０の空洞部に、コア１２０の足が差し込まれて、接着剤等で両者が一体に固定されたものである。また、コア１２０には、インダクタ１０１を電器機器内に取り付けるための取付金具１３０が固定されている。

インダクタ１０１の巻線１１０に電圧を加えると、巻線を流れる電流により巻線１１０は発熱する。巻線１１０の内周面はコア１２０に密着しているため、巻線１１０に発生した熱は、コア１２０に移動し、コア１２０の表面から自然放熱されるようになっている。

特開２００４−３１９６７９号公報

従来のインダクタにおいては、上記のように自然放熱により巻線を冷却していた。自然放熱により巻線を十分に冷却するためには、放熱面積を大きくする必要がある。すなわち、コアを大型化して、コア１２０の表面積を大きくする必要がある。このように、コアを大型化すると、インダクタ全体が大きくなるという問題があった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、巻線を効率よく冷却可能な小型のインダクタを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明のインダクタは、冷却板と、外周面が冷却板と接触するように冷却板上に配置された巻線と、冷却板に密着して固定され、少なくとも一部が巻線の空洞部に配置されたコアを備え、コアは、組み合わされた複数のコアブロックからなるコア本体部と、冷却板と対向して配置され、空洞部に配置される部分に板ばね部が形成された第１の金属板と、第１の金属板との間でコア本体部を挟む第２の金属板を備え、板ばね部は第１の金属板の一部を折り曲げて形成され、巻線の一部は、冷却板と第１の金属板との間に配置され、巻線の一部の内周面とコア本体部の外周面との間に挟み込まれた板ばね部により冷却板に向けて付勢されて冷却板に密着する。

本発明のインダクタは、上記のように、巻線に冷却板が接触しているので、巻線に発生した熱は冷却板に逃がすことができるようになっている。そして、ファンなどによって冷却板を強制冷却することにより、冷却板に移動した熱は除去される。本発明のインダクタにおいては、付勢手段によって巻線を冷却板に押しつけているため、巻線に発生した熱を効率よく冷却板に移動させており、巻線は効率よく冷却される。さらに、本発明のインダクタの付勢手段は、巻線の内周面とコアの外周面との間、すなわち巻線の空洞部に配置されるものであるため、インダクタ全体の容積を大きくすることなく、巻線の冷却効率を高めることができる。

好ましくは、付勢手段の一部がコアと冷却板との間に挟み込まれることによって、該付勢手段が該コア及び該冷却板に固定される。好ましくは、付勢手段が金属板を折り曲げて形成された板ばねである。さらに好ましくは、金属板が、金属板本体と、該金属板本体をコの字状に切り欠くことによって形成される舌部とを有し、舌部を金属板本体に対して折り曲げることによって板ばねが形成されている。金属板本体が前記コアに当接し、舌部の先端が前記巻線の内周面に当接する構成としてもよい。この場合、一対の舌部が巻線の軸方向に並べて配置される構成とし、さらに、該一対の舌部がその先端の夫々が巻線の軸方向外側を向くように設けられている構成とすることが好ましい。このような構成とすると、一対の舌部の先端同士の間隔を長くとることができ、巻線が付勢部材によって安定して保持される。

従来のインダクタの斜視図である。 本発明の実施の形態のリアクトルの斜視図である。 本発明の実施の形態のリアクトルのコアの斜視図である。 本発明の実施の形態のリアクトルの平板及び板ばねの斜視図である。 本発明の実施の形態において、コアの巻線への取り付け手順を示す分解図である。 本発明の実施の形態において、コア及び巻線の冷却板への取り付け手順を示す分解図である。 本発明の実施の形態のリアクトルを、その幅方向に垂直な平面で切断した断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態のインダクタ（三相リアクトル）の斜視図である。本実施形態のリアクトル１は、コア２０の周りに３組の巻線１１〜１３を配置したものである。

コア２０の詳細を説明する。図３は、本実施形態の三相リアクトル１のコア２０の斜視図である。図３に示されるように、コア２０は、５つのブロック２１ａ、２１ｂ及び２２ａ〜ｃから構成されている。各ブロックは、長方形の断面をもつ棒状の部材である。ブロック２１ａ、２１ｂは、その長軸同士が略平行となるように、長軸に垂直な方向に並べて配置されている。他の３つのブロック２２ａ、２２ｂ及び２２ｃは、その長軸方向がブロック２１ａ及び２１ｂの長軸方向と垂直となるよう、ブロック２１ａ、２１ｂの長軸方向に並べて配置されている。このように各ブロックが配置されているので、コア２０は全体として「日」字形状となっている。また、ブロック２１ａ及び２１ｂには、ボルト４３（図２）を通すための貫通孔２１ｃが形成されている。

コア２０のブロック２１ａ、２１ｂ、２２ａ〜ｃは、夫々ケイ素鋼の薄板を多数枚積層して形成されたものであり、巻線１１〜１３に大電流を流しても渦電流が発生しにくくなっている。また、ブロック２１ａ、２１ｂとブロック２２ａ〜ｃとの間にはエポキシ・ガラスマット積層板等の非磁性体から形成された非磁性体プレート２３ａ及び２３ｂが挟み込まれている。この非磁性体プレート２３ａ及び２３ｂによりコア２０のギャップが構成される。なお、コア２０のブロック２１ａ、２１ｂ、２２ａ〜ｃは、上記の積層コアに限定されるものではなく、鉄やフェライト等の強磁性体の粉末を圧縮成形して形成する圧粉コア等、他の形態のブロックを使用してもよい。

第１、第２及び第３の巻線１１、１２及び１３は、筒形状となっており、その空洞部には夫々コア２０のブロック２２ａ、２２ｂ及び２２ｃが差し込まれている。巻線１１、１２及び１３夫々の導線の両端は、端子対３１、３２及び３３に接続されており（図２）、この端子対３１、３２、３３を介してリアクトル１は他の電気回路に接続される。

このように、本実施形態のリアクトル１においては、「日」字形状のコア２０のブロック２２ａ〜ｃに巻線１１〜１３が差し込まれ、巻線１１〜１３はその軸が略平行となるように並べて配置される。なお、以下の説明においては、巻線１１〜１３が並ぶ方向を幅方向（図２中、右上から左下に向かう方向）、巻線１１〜１３の軸方向を奥行方向（図２中、左上から右下に向かう方向）、幅方向及び奥行方向の双方に垂直な方向を高さ方向（図２中、下から上に向かう方向）とする。

巻線１１〜１３の夫々は、その外周面が放熱板４０上に接するように配置されている。放熱板４０は、巻線１１〜１３の図２中下側に配置されている。以下、リアクトル１の放熱板４０側を下側、その反対側（図２中上側）を上側とする。巻線１１〜１３に通されているコア２０をボルト４３にて放熱板４０に固定することによって、巻線１１〜１３は、放熱板４０上で保持される。

また、リアクトル１を電気回路等に固定するための１対のステー４４が、コア２０上面の奥行方向両側にボルト４３により取り付けられている。

次に、巻線１１〜１３をコア２０に取り付ける手順について説明する。図３に示されるように、コア２０は複数のブロック２１ａ、２１ｂ、２２ａ〜ｃを組み合わせることによって形成されている。リアクトル１を組み立てる際に、組み合わせたブロックの相互の配置を保つために、コア２０の上側及び下側の面は、夫々平板４１及び板ばね４２（図２）によって挟まれている。

図４（ａ）及び（ｂ）は、夫々平板４１及び板ばね４２の斜視図である。図４に示されるように、平板４１は、基部４１ａと、基部４１ａの両端及び中央から延びる３つの端部４１ｂとを有し、全体としてはＥ字形状を成すプレートである。基部４１ａには、ボルト４３を通すための穴４１ｃが形成されている。

また、板ばね４２は、基部４２ａと、基部４２ａの両端及び中央から延びる３つの端部４２ｂとを有し、全体としてはＥ字形状を成すプレートである。基部４２ａには、ボルト４３を通すための穴４２ｃが形成されている。板ばね４２の端部４２ｂの夫々の略中央には、端部４２ｂにコの字状に切欠４２ｅを入れることによって形成される舌部４２ｄが形成されている。舌部４２ｄは、高さ方向下側に折り曲げられている。

次に、リアクトル１を組み立てる手順について説明する。リアクトル１は、最初に主要部（巻線１１〜１３、コア２０、非磁性体プレート２３ａ、２３ｂ、平板４１及び板ばね４２から構成される部分）から組み立てられる。図５は、リアクトル１の主要部の分解図である。先ず、図５に示されるように、組み合わせたブロック２１ｂ、２２ａ〜２２ｃ、及び非磁性体プレート２３ｂを、上下から平板４１及び板ばね４２によって挟み込む。次に、ブロック２２ａ〜ｃを、夫々巻線１１〜１３の空洞部に差し込む。この時、平板４１の端部４１ｂ及び板ばね４２の端部４２ｂは、それぞれブロック２２ａ〜ｃと共に巻線１１〜１３の空洞部を通過して、反対側（図５中左上）から突出する。この平板４１及び板ばね４２の突出部の間の空間に、ブロック２１ａ及び非磁性体プレート２３ａを取り付けることによって、ブロック２２ａ〜２２ｃに巻線１１〜１３が取り付けられた、「日」字形状のコア２０が組上がる。

次いで、コア２０を放熱板４０に固定するための手順について説明する。図６は、リアクトル１全体の分解図である。図６に示されるように、１対のステー４４及び放熱板４０には、ボルト４３を通すための貫通孔４４ａ及び４０ａが形成されている。放熱板４０の上にコア２０及び巻線１１〜１３を、ステー４４を平板４１の上に載せ、ボルト４３をステー４４の貫通孔４４ａ、平板４１の穴４１ｃ、コア２０の貫通孔２１ｃ、板ばね４２の穴４２ｃ（不図示）及び放熱板の貫通孔４０ａに差し込み、放熱板４０の下側から図示しないナットをボルト４３にねじ込むことにより、コア２０、平板４１、板ばね４２及びステー４４は放熱板４０に固定され、これらは一体となる。このとき、平板４１及び板ばね４２はコア２０に密着し、ブロック２２ａ〜ｃ及び非磁性体プレート２３ａ及び２３ｂは、平板４１と板ばね４２の間で保持され、ブロック２１ａ、２１ｂ、２２ａ〜ｃ及び非磁性体プレート２３ａ、２３ｂが一体となる。

本実施形態においては、巻線に電流を流す際に生じる熱を放熱させるため、巻線１１〜１３を、その下に配置されている放熱板４０に接触させている。

次に、巻線を放熱板４０に接触させる構造について説明する。図７は、リアクトル１を、巻線１１の軸を含み放熱板４０に垂直な面で切断した断面図である。図７に示されるように、巻線１１の内周面の下側部分１１ａは、板ばね４２の舌部４２ｄと接触している。前述のように、板ばね４２は、コア２０（ブロック２１ａ、２１ｂ）と放熱板４０とによって挟まれて固定されている。このため、舌部４２ｄは板ばね４２の端部４２ｂに近づく方向に弾性変形し、その反発力によって巻線１１は放熱板４０に向かって押し付けられる。また、他の巻線１２及び１３もまた、板ばね４２の舌部４２ｄによって放熱板４０に押しつけられる。

前述のように、本実施形態においては、放熱板４０に冷却風が当てられ放熱板４０が強制冷却されるため、冷却板４０の温度は比較的低温に保たれる。そして、板ばね４２によって巻線１１〜１３が放熱板４０に押しつけられることにより、各巻線の外周面が放熱板４０に密着し、巻線１１〜１３に発生する熱は効率よく放熱板４０に移動する。従って、本実施形態によれば、巻線１１〜１３を効率よく冷却することができる。また、上記のように、巻線１１〜１３を冷却板４０に押しつけるための板ばね４２は、コア２０と巻線の空洞部内周面との間に挟み込まれるものであるため、リアクトル全体を大型化することなく、高効率で巻線が冷却されるリアクトルが実現される。

また、図４及び７に示されるように、板ばね４２の端部４２ｂの夫々に設けられている一対の舌部４２ｄは、リアクトル１の奥行方向に並べて配置され、夫々の先端がリアクトル１の奥行方向外側に向くよう形成されている。このため、一対の舌部４２ｄの先端が奥行方向内側を向くような構成と比べて、舌部４２ｄの先端同士の間隔を長くとることが出来る。舌部４２の先端同士の間隔、すなわち舌部４２ｄと巻線との接触部同士の間隔が比較的短い場合は、舌部４２ｄによる巻線の保持が不安定なものとなるが、本実施形態においては、前述のように接触部同士の間隔を長くとっているため、巻線は安定して保持される。

以上説明した本発明の実施の形態のインダクタは三相リアクトルであるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、２組の巻線が冷却板上に設けられる単相リアクトルや、巻線が一組のみであるインダクタなど、他の形状のインダクタにおいても、コアの外周面と巻線の内周面の間に板ばね等の付勢部材を挟み込んで巻線が冷却板に押しつけられるようにすることによって、効率よく巻線を冷却可能な小型のインダクタを形成することができる。

１ リアクトル
１１、１２、１３ 巻線
２０ コア
４０ 冷却板
４１ 平板
４２ 板ばね
４２ａ 基部
４２ｂ 端部
４２ｄ 舌部
４２ｅ 切欠

Claims (6)

1. 冷却板と、
   外周面が前記冷却板と接触するように該冷却板上に配置された巻線と、
   前記冷却板に密着して固定され、少なくとも一部が前記巻線の空洞部に配置されたコア
   を備え、
   前記コアは、
   組み合わされた複数のコアブロックからなるコア本体部と、
   前記冷却板と対向して配置され、前記空洞部に配置される部分に板ばね部が形成された第１の金属板と、
   前記第１の金属板との間で前記コア本体部を挟む第２の金属板
   を備え、
   前記板ばね部は前記第１の金属板の一部を折り曲げて形成され、
   前記巻線の一部は、前記冷却板と前記第１の金属板との間に配置され、前記巻線の一部の内周面と前記コア本体部の少なくとも一部の外周面との間に挟み込まれた前記板ばね部により前記冷却板に向けて付勢されて該冷却板に密着する
   ことを特徴とするインダクタ。
2. 前記コア本体部と前記第１及び第２の金属板の対応する箇所にはそれぞれ貫通穴が形成されており、前記コアは前記貫通穴に通したボルトにより前記冷却板に固定されることを特徴とする請求項１に記載のインダクタ。
3. 前記第１の金属板が、金属板本体と、該金属板本体をコの字状に切り欠くことによって形成される舌部とを有し、
   前記舌部を前記金属板本体に対して折り曲げることによって前記板ばね部が形成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のインダクタ。
4. 前記金属板本体が前記コア本体部に当接し、
   前記舌部の先端が前記巻線の内周面に当接する
   ことを特徴とする請求項３に記載のインダクタ。
5. 前記第１の金属板は、前記巻線の軸方向に並べて配置された一対の前記舌部を有することを特徴とする請求項３又は４に記載のインダクタ。
6. 前記一対の舌部は、その先端の夫々が前記巻線の軸方向外側を向くように設けられていることを特徴とする請求項５に記載のインダクタ。

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