JP5277932B2 - 電磁機器 - Google Patents

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１〜３に記載されている。

ところで、下記の特許文献４及び５には、特定構造を備えた電磁機器について記載されている。図９に示すように、この電磁機器５１は、複数のポットコア５２ａ，５２ｂを上下に組み合わせて構成されたコア５２と、コア５２の中央にて軸方向へ延びる中脚部５４ａと、中脚部５４ａを中心にしてボビン５５を介して設けられたコイル５６と、コア５４を支持するケース５７と、中脚部５４ａに軸方向に形成された貫通孔５８と、ケース５７に形成された貫通孔５７ａと、固定用のボルト５９及びナット６０とを備え、ボルト５９を貫通孔５７ａ，５８に通し、ボルト５９にナット６０を螺合することで、コア５４等をケース５７に固定して支持するように構成される。

特開２００８−１１７８９８号公報 特開２００１−２３０１２４号公報 特開平８−２７９４２３号公報 特開２００１−１１０６４９号公報 実開昭６１−１３６６２６号公報

ところが、特許文献４，５には、電磁機器５１からの振動伝播を抑制する技術については、開示も示唆もなく、コア５４で発生する振動がケース５７を介して外部へ伝播するおそれがあった。また、特許文献１〜３には、コア等からの振動伝播を抑制する技術が記載されているが、コアが中脚部を有する構成ではなく、コアの中脚部をボルトでケースに固定する構造とはなっていない。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する必要がある。

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、コアの中脚部をボルトで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、コアと、コア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、コアは中脚部を含み、コアが前記中脚部を介してボルトにより前記ケースに固定された電磁機器において、中脚部は軸方向に延びる貫通孔を含み、ケースは底壁を含み、底壁の内側に支柱が突設され、支柱の先端にネジ穴が形成され、ボビンは中央にボス部を含み、ボス部が貫通孔に嵌められた状態で中脚部を中心にボビンにコイルが設けられ、ボス部の孔に、その下側から支柱が嵌め入れられ、支柱の先端が中脚部の中間位置まで延びており、ボス部の孔に、その上側からボルトが挿入され、ボルトの先端部が支柱のネジ穴に螺合されることにより、ボビン及びコイルがコアを介してケースに固定され、コアが、支柱以外の部分で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、その部位にて、コアがケースの支柱に締め付けられる。また、コアが、支柱以外の部分でケースに対して隙間を介して非接触に設けられる。従って、中脚部から支柱に伝わる振動は最も小さく、結果としてコアから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、請求項１に記載の発明において、ボス部の孔の上部にカラーが嵌め着けられ、カラーの下端が孔の中で支柱の先端に当接し、カラーと支柱がボルトにより締め付けられたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の作用に加え、ボビンのボス部の代わりにカラーがボルトの締め付け力を直接受けることになる。

請求項１に記載の発明によれば、コアの中脚部をボルトで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、請求項１に記載の発明の効果に加え、ボビンのボス部がボルトの締め付けにより変形したり、破損したりすることを防止することができる。

以下、本発明の電磁機器をリアクトルに具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、リアクトル１を斜視図により示す。図２に、リアクトル１を平面図により示す。図３に、リアクトル１を分解斜視図により示す。図４に、リアクトル１を図２のＡ−Ａ線に沿った断面図（縦断面図）により示す。図５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１〜５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。

図１〜４に示すように、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。底壁５ａの内側中央には、支柱５ｃが上方へ突設される。支柱５ｃの先端には、ネジ穴５ｄが形成される。ケース５の側壁５ｂには、複数のブラケット５ｅが形成される。

図３〜５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〜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７が形成される。

図３〜５に示すように、ボビン３は、その中央に位置するボス部３ａと、リブ部３ｂを介してボス部３ａにつながる外筒部３ｃとを含む。コイル４は、この外筒部３ｃに装着される。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。ボビン３のボス部３ａは、コア２の中脚部２ａの貫通孔７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、図３に示すように、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３ｃ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１，２，４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４，５に示すように、ボス部３ａの孔３ｄには、その孔３ｄの下側からケース５の支柱５ｃが嵌め入れられ、支柱５ｃの先端がコア２の中脚部２ａの中間位置まで延びている。ボス部３ａの孔３ｄの上部には、円筒状のカラー９が嵌め着けられる。カラー９は、非磁性のアルミ等により構成され、ボス部３ａに対して一体成形される。カラー９の下端は、孔３ｄの中で支柱５ｃの先端に当接する。

そして、図４，５に示すように、カラー９の孔９ａの中にボルト１０が挿入され、ボルト１０の先端部が支柱５ｃのネジ穴５ｄに螺合されることで、コア２、ボビン３及びコイル４がケース５に固定される。この状態で、カラー９と支柱５ｃがボルト１０により締め付けられる。ここで、カラー９と支柱５ｃの当接位置が、両者９，５ｃの締結位置Ｐ１となる。この固定状態において、図１，２，４に示すように、コア２は、支柱５ｃ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。

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のブラケット５ｅ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、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が変形して振動が発生する。図７，８に、図５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（締結位置Ｐ１）にて、コア２がケース５の支柱５ｃに締め付けられる。また、支柱５ｃ以外に部分では、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派生することがある。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（締結位置Ｐ１）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、ケース５の支柱５ｃ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から支柱５ｃに伝わる振動が最も小さくなり、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。また、この実施形態では、１本のボルト１０によりコア２、ボビン３及びコイル４をケース５に固定するので、シンプルな固定構造を実現することができる。

この実施形態では、ボス部３ａの孔３ｄにカラー９が嵌め着けられ、カラー９の下端が孔３ｄの中で支柱５ｃの先端に当接し、カラー９と支柱５ｃがボルト１０により締め付けられる。従って、ボビン３のボス部３ａに代わってカラー９がボルト１０の締め付け力を直に受けることとなる。このため、ボス部３ａがボルト９の締め付け力で変形したり、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をボルト９の締め付けから保護することができる。

なお、この発明は前記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。

前記実施形態では、ボビン３のボス部３ａにカラー９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、ボビンのボス部をボルトにより直接締め付けるように構成することもできる。

一実施形態に係り、リアクトルを示す斜視図。 一実施形態に係り、リアクトルを示す平面図。 一実施形態に係り、リアクトルを示す分解斜視図。 一実施形態に係り、リアクトルを示す図２のＡ−Ａ線断面図（縦断面図）。 一実施形態に係り、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。 一実施形態に係り、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。 一実施形態に係り、コアの振動イメージを示す解析図。 一実施形態に係り、コアの振動イメージを示す解析図。 従来例に係り、電磁機器を示す断面図。

符号の説明

１ リアクトル
２ コア
２ａ 中脚部
３ ボビン
３ａ ボス部
４ コイル
５ ケース
５ａ 底壁
５ｃ 支柱
５ｄ ネジ穴
７ 貫通孔
１０ ボルト

Claims (2)

1. コアと、前記コア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、前記コアは中脚部を含み、前記コアが前記中脚部を介してボルトにより前記ケースに固定された電磁機器において、
   前記中脚部は軸方向に延びる貫通孔を含み、
   前記ケースは底壁を含み、前記底壁の内側に支柱が突設され、前記支柱の先端にネジ穴が形成され、
   前記ボビンは中央にボス部を含み、
   前記ボス部が前記貫通孔に嵌められた状態で前記中脚部を中心に前記ボビンに前記コイルが設けられ、
   前記ボス部の孔に、その下側から前記支柱が嵌め入れられ、前記支柱の先端が前記中脚部の中間位置まで延びており、前記ボス部の孔に、その上側から前記ボルトが挿入され、前記ボルトの先端部が前記支柱のネジ穴に螺合されることにより、前記ボビン及び前記コイルが前記コアを介して前記ケースに固定され、前記コアが、前記支柱以外の部分で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. 前記ボス部の孔の上部にカラーが嵌め着けられ、前記カラーと前記支柱が前記ボルトにより締め付けられたことを特徴とする請求項１に記載の電磁機器。

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