JP5909901B2 - Reactor - Google Patents
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Description
本発明は、リアクトル(コイルを利用した受動素子)に関する。 The present invention relates to a reactor (passive element using a coil).
リアクトルは、力率改善、高調波電流の抑制(直流電流の平滑化)等のために用いられる受動素子である。リアクトルはまた、直流電圧を昇圧する装置に用いられることもある。 The reactor is a passive element used for power factor improvement, harmonic current suppression (direct current smoothing), and the like. The reactor may also be used in a device that boosts a DC voltage.
近年、ハイブリッド自動車や電気自動車が本格的に実用化され、その利用台数が急増している。ハイブリッド自動車や電気自動車はモータを駆動力とするため、駆動回路にリアクトルを備える。それらの自動車では大容量のモータ(消費電力の大きいモータ)を駆動するため、容量の大きなリアクトルが必要となる。リアクトルの主要部品はコイルであり、そのコイルに交流電流を流すと発生する交流磁場によりリアクトル自体を振動させる力が発生する。ハイブリッド自動車や電気自動車ではリアクトルに大電流が流れるため、振動させる力も大きくなる。自励振動を起こさせる力に対抗してコイルの振動を抑制する必要がある。 In recent years, hybrid cars and electric cars have been put into full-scale use, and the number of them used is rapidly increasing. Since hybrid vehicles and electric vehicles use a motor as a driving force, a reactor is provided in the drive circuit. In these automobiles, a large capacity reactor (a motor with high power consumption) is driven, and thus a large capacity reactor is required. The main component of the reactor is a coil, and a force that vibrates the reactor itself is generated by an alternating magnetic field generated when an alternating current is passed through the coil. In a hybrid vehicle or an electric vehicle, a large current flows through the reactor, so that the vibration force is increased. It is necessary to suppress the vibration of the coil against the force causing the self-excited vibration.
リアクトル等の電子部品に対する耐振動性を向上させる技術の一つにポッティングと呼ばれる技術がある。特許文献1や特許文献2にその例が開示されている。ポッティングとは、筐体内にリアクトルなどの電子部品を置いた後、シリコン樹脂などの流動性絶縁体(後に固化する絶縁体)を筐体に注入し、電子部品の全部あるいは一部を埋めてしまう技術である。なお、ポッティング材を介して電子部品の熱が拡散するので、ポッティング材は電子部品の冷却にも寄与する。
One technique for improving the vibration resistance of electronic components such as reactors is called potting. Examples thereof are disclosed in
本明細書は、リアクトルの耐振動性を高める技術を提供する。 This specification provides the technique which improves the vibration resistance of a reactor.
交流電流が流れることによって発生する力は、コイルをその軸線方向に振動させる力となる。コイルが軸線方向に振動すると、隣り合う導線が相互にずれたり、導線同士が摺動してその被膜が剥がれてしまう虞がある。そこで、本明細書が開示するリアクトルでは、コイルの軸方向の固定を強化し、これによってリアクトルの耐振動性を向上させる。 The force generated when the alternating current flows is a force that vibrates the coil in the axial direction. When the coil vibrates in the axial direction, adjacent conductors may be displaced from each other, or the conductors may slide to peel off the coating. Therefore, in the reactor disclosed in the present specification, the axial fixation of the coil is strengthened, thereby improving the vibration resistance of the reactor.
本明細書が開示するリアクトルの一態様では、外側に導線が巻き掛けられるボビンを備える。ボビンの外周にコイルが形成される。ボビンは、コイルを巻き掛ける芯と、芯の端部に連なり、芯よりも外側に延出するフランジを有する。さらに本明細書が開示する新規なリアクトルは、コイル端部と端部フランジとの間に配置されており、コイルを軸方向に付勢してコイルの端部と端部フランジとの間を広げるようにコイルと端部フランジに力を加える付勢手段を備える。このリアクトルは、付勢手段がコイルをその軸方向に押圧することによって、コイルの固定を強化し、コイルを形成する導線(巻線)がずれたり、導線が相互に摺動して被覆がはがれたりすることを防止する。 In one aspect of the reactor disclosed in this specification, a bobbin around which a conducting wire is wound is provided. A coil is formed on the outer periphery of the bobbin. The bobbin has a core around which the coil is wound and a flange that extends to the end of the core and extends outward from the core. Further, the novel reactor disclosed in the present specification is disposed between the coil end and the end flange, and biases the coil in the axial direction to widen the gap between the end of the coil and the end flange. Thus, a biasing means for applying a force to the coil and the end flange is provided. In this reactor, the urging means presses the coil in the axial direction to strengthen the fixing of the coil, and the conductors (windings) forming the coil are displaced, or the conductors slide against each other to remove the coating. Is prevented.
付勢手段の一例は、湾曲した板バネである。板バネの一態様は、その両端部がフランジとコイル端部の一方に当接しており、板バネの中央部がフランジとコイル端部の他方に当接する。また、板バネの別の好適な態様では、一端がフランジに支持されており、他端がコイル端部に当接する片持ち状の板バネでよい。あるいは、さらに別の態様では、ボビンのフランジ自体が付勢手段を構成している。この場合、フランジの一部が軸方向に湾曲してコイル端部へ向かって突出しており、その湾曲部(フランジの一部でありコイル端部に向かって湾曲している部分)がコイル端部に当接する。湾曲部の弾性力によりコイルを押圧する。そのような付勢手段は、ボビン成形時に同時に作成されるので、低コストで付勢手段を用意することができる。なお、付勢手段は、コイルを軸方向から見たときにコイル中心を挟んで対称の位置に配置されていることが好ましい。そのような配置はバランスよくコイルを付勢し、安定してコイルを固定することができる。 An example of the urging means is a curved leaf spring. In one embodiment of the leaf spring, both ends thereof are in contact with one of the flange and the coil end, and the center portion of the leaf spring is in contact with the other of the flange and the coil end. In another preferred embodiment of the leaf spring, a cantilever leaf spring in which one end is supported by the flange and the other end abuts on the coil end may be used. Alternatively, in yet another aspect, that make up the biasing means flange itself bobbin. In this case, a part of the flange is curved in the axial direction and protrudes toward the coil end, and the curved part (a part of the flange that is curved toward the coil end) is the coil end. Abut. The coil is pressed by the elastic force of the bending portion. Since such an urging means is created at the same time as bobbin molding, the urging means can be prepared at low cost. The urging means is preferably arranged at a symmetrical position with the coil center in between when the coil is viewed from the axial direction. Such an arrangement can bias the coil in a balanced manner and stably fix the coil.
上記の付勢手段は、従来のポッティング技術と併用することも好適である。即ち、コイルの少なくとも一部と、コイルを収容する筐体との間の空間が、ポッティング材で充填されていてもよい。さらに、付勢手段とポッティングのいずれか一方が強力である場合、ポッティングされている部分を軸方向から見てコイルの半分以下とすることも好適である。そのような構造は、ポッティング材の使用量を顕著に削減することができ、リアクトル自体のコストを下げることができる。さらに、ポッティング以外にも、放熱シートのようなシート状の絶縁・放熱材料をコイル下面とケースとの間に配置する場合にも好適である。 The biasing means is also preferably used in combination with a conventional potting technique. That is, the space between at least a part of the coil and the housing that houses the coil may be filled with the potting material. Furthermore, when either one of the urging means and the potting is strong, it is also preferable to make the potted portion half or less of the coil when viewed from the axial direction. Such a structure can significantly reduce the amount of potting material used and reduce the cost of the reactor itself. Further, in addition to potting, a sheet-like insulating / heat dissipating material such as a heat dissipating sheet is also suitable when disposed between the lower surface of the coil and the case.
図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。図1は、第1実施例のリアクトル100の模式的側面図である。図2は、リアクトル100の模式的上面図である。図1は、筐体2のみ断面を示しており、他の部品は側面図として描いてある。図1にて筐体2に付したハッチングは筐体2の断面を表している。また、図2では筐体2、及び、ポッティング材の図示を省略している。また、図における座標系は、X、Y軸が水平方向を示しており、Z軸が垂直方向を示している。図1と図2に示した座標軸より、図1に描かれたリアクトル100の向きと図2に描かれたリアクトル100の向きとの対応関係が理解されるであろう。
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic side view of a
図2から理解されるように、リアクトル100では、導線12を巻き掛けるボビン16は、2本の芯14a、14bと、フランジ15a、15bで構成されている。2本の芯14a、14bは平行に並んでおり、それらの両端が、フランジ15a、15bで連結されている。ボビン16は、樹脂で作られており、芯14a、14bは中空である。芯14aの内側にはコア20aが通っており、芯14bの内側にはコア20bが通っている。なお、図から明らかなとおり、ボビンの「フランジ」とは、導線12が巻かれる芯14a、14bの端部に連なる部分であり、芯14a、14bから半径方向の外側に延出している部分を意味する。
As can be understood from FIG. 2, in the
ボビン16に導線12が巻き掛けられてコイル13a、13bが形成される。導線12は、一方の芯14aに巻き掛けられた後、続いて、他方の芯14bに巻き掛けられる。芯14aに巻き掛けられた導線12によってコイル13aが形成され、芯14bに巻き掛けられた導線12によってコイル13bが形成される。本実施例では、導線12は、平角線である。
The
フランジ15a、15bの外側(ボビン軸線方向の外側)の4箇所に支持金具22が取り付けられている。支持金具22にはボルト孔が形成されている。ボビン16は、この金具22を介して、ボルト24によって、筐体2に固定される。なお、図1における左側の支持金具とボルト、及び、図2における右下以外の支持金具とボルトには符号の図示を省略していることに留意されたい。
図1に示したように、コイル13a(13b)の下半分が、絶縁性のシリコン樹脂Pによって覆われている(ポッティングされている)。即ち、コイル13a(13b)の下半分と筐体2との間の空間がシリコン樹脂P(ポッティング材)で充填されている。なお、図2では筐体2とシリコン樹脂P(ポッティング材)の図示を省略している。図1においてリアクトル100の左側に、ポッティングの深さを示す矢印が記されている。ポッティングの深さHを示す矢印の上端は、ちょうどコイル13aの中心線に届く位置にある。
As shown in FIG. 1, the lower half of the
図1、図2に示すように、ボビン16のフランジ15aとコイル13aの端部との隙間に板バネ17a、17bが挿入されている。板バネ17aは、金属製の湾曲した板バネである。板バネ17aは、弓状に湾曲している。板バネ17aは、その両端がフランジ15aに当接しており、その中央部がコイル13aの端部に当接している。板バネ17bも同様の形状をしている。板バネ17a、17bは、圧縮されてフランジ15aとコイル13aの端部との間に挿入されている。即ち、板バネ17a、17bは、コイル13aを反対側のフランジ15bに向けて軸方向に押圧する。
As shown in FIGS. 1 and 2,
図2に示されているように、フランジ15bとコイル13b端部との隙間にも同様に板バネ17cと17dが挿入されている。板バネ17c、17dの形状も板バネ17aと同じである。図2に示すように、板バネ17cの位置におけるフランジ15bとコイル13bの間の隙間が、板バネ17dの位置におけるフランジ15bとコイル13bの間の隙間よりも、導線12の1本分の幅だけ大きい。そのため板バネ17cは板バネ17dよりも大きく湾曲している。
As shown in FIG. 2,
図3は、図2の矢印IIIが示す方向から見たときのフランジ15bを示している。符号Pos_2、Pos_4が示す破線部分が、板バネ17cと17dが配置されている場所を示している。符号Cbはコイル13bの中心を示している。図3から明らかなとおり、板バネ17cと17dは、コイルを軸方向から見たときにコイル中心Cbを挟んで対称の位置に配置されている。板バネ17aと17bの配置も同様であり、コイル13aの中心を挟んで対称の位置に配置されている。板バネのそのような配置により、コイルは軸方向に均等に付勢される。なお、図3から明らかなとおり、ボビンの芯14a、14bの断面は矩形である。そのためコイル13a、13bもその断面が矩形となる。また、芯14a、14bの内部は空洞であり、そこにコア20a、20bが挿通される。
FIG. 3 shows the
板バネ17a、17bによりコイル13aは軸方向に押圧され、ボビン16にしっかりと固定される。板バネ17c、17dによりコイル13bは軸方向に付勢され、ボビン16にしっかりと固定される。板バネ17a〜17dがコイル13a、13bをしっかり固定するので、十分な耐振動特性を得るのに、コイル13a、13bの全体をポッティング材で覆う必要がない。この実施例では、図1に示すように、所望の耐振動性能を確保するのにシリコン樹脂P(ポッティング材)でコイル13a、13bを半分埋めるだけで十分である。このリアクトル100は、板バネ17a〜17dを採用することによって、ポッティング材の量を従来よりも節約することができる。
The
図4を参照して、板バネの代替品を説明する。以下、板バネ17とその代替品の総称として、「板バネ」の上位概念である「付勢手段」という用語を用いる。図4(A)は、図1に示した実施例の板バネ17である。図4(B)に示す付勢手段は、片持ちタイプの板バネ217である。この板バネ217は、平たい金属板と、湾曲した金属板がそれぞれの一端で連結されている。湾曲した金属板の一端(他の金属板と接合している端部)がフランジ15に支持され、他端がコイル13に当接している。
With reference to FIG. 4, an alternative to the leaf spring will be described. Hereinafter, the term “biasing means”, which is a generic concept of “plate spring”, is used as a general term for the
図4(C)から図4(F)に示す付勢手段は、フランジ15の一部を湾曲させることによって形成されている。図4(C)は、フランジ15の一部であり、コイル13の端部と対向する領域がコイルに向けて突出するように湾曲している。別言すれば、図3のPos_1、Pos_2、Pos_3、Pos_4の領域が湾曲し、コイル13に当接する。湾曲部317の弾性力がコイル13を軸方向に付勢する。図4(C)では、湾曲部317の両端がフランジ15の平坦部分に繋がっている。図4(D)では、フランジ15の一部であり、コイル13の端部と対向する領域がコイルに向けて突出するように湾曲しているが、湾曲部417の一端はフランジ15の平坦部分から切り離されている。すなわち、湾曲部417は、片持ち形状をなしている。湾曲部417の他端がコイル13に当接しており、湾曲部417の弾性力がコイル13を軸方向に付勢する。
The biasing means shown in FIGS. 4C to 4F is formed by bending a part of the
図4(E)は、フランジ15の一部であり、コイル13の端部と対向する領域がコイルから離れる方向に湾曲している。湾曲部517aからコイル13に向けて2本のピン517bが伸びている。ピン517bも、湾曲部517と同様にフランジ15と一体成形される。湾曲部517aの弾性力が、ピン517bを介してコイル13を付勢する。図4(E)では、湾曲部517aの両端がフランジ15の平坦部分に繋がっている。図4(F)の付勢手段は、図4(E)の付勢手段とほぼ同形状であるが、湾曲部617aの一端がフランジ15の平坦部分から切り離されており、湾曲部617aは片持ち状をなしている。湾曲部617aの弾性力が、ピン617bを介してコイル13を付勢する。フランジ15は樹脂でできており、射出成型加工にて成形される。従って、上記の図4(C)から(F)に示した付勢手段は、射出成型加工によりフランジと同時に成形される。
FIG. 4E is a part of the
図5に、リアクトル100の第1の変形例を示す。図5のリアクトル101は、ポッティング材Pが充填されている範囲が、図1のリアクトル100とは異なる。図5のリアクトル101では、筐体2の底面からコイル13の下端までの範囲がポッティング材Pで充填されている。また、ボビン16の軸方向の外側では、筐体2の底面から支持金具22の下端までの範囲がポッティング材Pで充填されている。図1のリアクトル100では、ボルト24の頭までポッティング材Pで覆われているが、図5のリアクトル101では、ボルト24の頭は露出している。
FIG. 5 shows a first modification of
図6に、リアクトル100の第2の変形例を示す。図6のリアクトル102は、筐体2の低面からコイル13aの下端までの範囲がポッティング材Pで充填されている。コイルの軸方向においては、コイル13の軸方向の幅Wに相当する範囲だけがポッティング材Pで充填されている。
FIG. 6 shows a second modification of
図7に、リアクトル100の第3の変形例を示す。図7のリアクトル103は、コイル下半分を埋めるポッティング材P1とは別に、別の絶縁性樹脂P2によってコイル全体を被覆している。なお、絶縁性樹脂P2はコイル13とボビン16全体を覆うものであるが、図7では理解し易いように、コイル13とボビン16の周囲のみ、絶縁性樹脂P2を描いてある。この態様は、コイル13とボビン16のアセンブリを筐体に組み付ける前に、そのアセンブリ全体を絶縁性樹脂P2で覆い、その後、アセンブリを筐体に組み付け、さらにポッティング材P1を充填して作られる。この態様では、コイル全体を絶縁性樹脂P2で覆うため、図1のリアクトル100に用いた板バネ17a〜17dよりもバネ剛性の小さい板バネを採用してよい。
FIG. 7 shows a third modification of
図8に、リアクトル100の第4の変形例を示す。図8のリアクトル104は、筐体2の底面からコイル13の下端までの範囲を第1のポッティング材P1で充填し、コイル13の上側約半分を別の第2のポッティング材P2で覆った例である。図8にリアクトル104は、図5に示したリアクトル101に、コイル上側の第2のポッティング材P2を付加したものに相当する。リアクトル104では、ボビン16を筐体2に固定するボルト24の頭は露出している。
FIG. 8 shows a fourth modification of
図9に、リアクトル100の第5の変形例を示す。図9のリアクトル105は、筐体2の底面からコイル13の下端までの範囲であり、かつ、軸方向ではコイル13の幅Wに相当する範囲だけを第1のポッティング材P1で充填し、コイル13の上側約半分を別の第2のポッティング材P2で覆った例である。図9にリアクトル105は、図6に示したリアクトル102に、コイル上側の第2のポッティング材P2を付加したものに相当する。
FIG. 9 shows a fifth modification of
図10に、リアクトル100の第6の変形例を示す。図10のリアクトル106では、コイル13の両端のそれぞれに板バネを配している。コイル13の右端とフランジ15aとの間に板バネ17aを挿入し、コイル13の左端とフランジ15bとの間に板バネ17eを挿入している。図10において、板バネは、ボビン16の芯14の向こう側にも配置されている。即ち、板バネは、コイル両端において、コイルの中心を挟んで対称の位置に配置されている。
FIG. 10 shows a sixth modification of
また、左側の板バネ17eの剛性が右側の板バネ17aのバネ剛性よりも強く、そのため、コイル13とフランジ15bとの間の隙間Gbはコイル13とフランジ15aとの間の隙間Gaよりも大きくなっている。図10のリアクトル106のように、コイルの両端に付勢手段を配置することも好適である。
Further, the rigidity of the
実施例のリアクトルに関する留意点を述べる。図3に示すように、リアクトル100では、付勢手段(板バネ17)を、コイル中心Cbを挟んで対称の2箇所(Pos_2とPos_4)に配置した。付勢手段の配置場所は、図3のPos_1とPos_3の2箇所でもよい。さらには、付勢手段を、コイル中心Cbを囲む4箇所(Pos_1、Pos_2、Pos_3、及び、Pos_4)に配置してもよい。
Points to be noted regarding the reactor of the embodiment will be described. As shown in FIG. 3, in the
図2に示すように、コイル13bの上側の端部では、導線12が途中で引き出されるため、コイル13bの右側と左側において、コイル端部とフランジ15bとの間のギャップの幅が異なる。このようにギャップの幅が異なる場合、ギャップの幅に応じた付勢手段を配置することも好適である。具体的には、ギャップの幅が大きい箇所には、ギャップの幅が小さい箇所よりも強い付勢手段を配置するとよい。より具体的には、バネ剛性が同じである場合、ギャップの幅が大きい箇所には、ギャップの幅が小さい箇所に配置するバネよりも自然長の長いバネを配置するとよい。
As shown in FIG. 2, at the upper end portion of the
付勢手段は、金属製の板バネや樹脂製のフランジの一部に限られない。例えば、付勢手段はゴム材で作られもよい。コイルを形成する導線は平角線に限られず、丸線であってもよい。図3から明らかなとおり、リアクトル100のコイル13a、13bは断面が矩形である。コイル断面形状は矩形に限られず、円形であってもよい。
The biasing means is not limited to a part of a metal leaf spring or a resin flange. For example, the biasing means may be made of a rubber material. The conducting wire forming the coil is not limited to a flat wire, and may be a round wire. As is apparent from FIG. 3, the
ボビン16は樹脂に限られない。コイルの中心を通るコア20a、20bは、典型的には鉄を主成分とする金属である。コア20a、20bは、鉄、ニッケル、コバルト等の磁性材料に、シリカ、アルミナ等のセラミック系、あるいはエポキシ系の樹脂系絶縁材料を混在させたもので作られていてもよい。ポッティング材としては、絶縁性シリコン樹脂のほか、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等であってもよい。ポッティング材には、絶縁性を有するとともに、当初は流動性を有するが時間が立つと流動性が小さくなる性質を有する物質が用いられる。さらにポッティング材は、コイルの放熱にも寄与するため、熱伝導率が高い物質であることが好ましい。
The
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:筐体
12:導線
13a、13b:コイル
14a、14b:芯
15a、15b:フランジ
16:ボビン
17a、17b、17c、17d、17e:板バネ(付勢手段)
20a、20b:コア
100、101、102、103、104、105、106:リアクトル
217、317、417、517、617:付勢手段
2: Housing 12:
20a, 20b:
Claims (5)
前記付勢手段は、湾曲した板バネであり、板バネの両端部が前記フランジと前記コイル端部の一方に当接しており、板バネの中央部が前記フランジと前記コイル端部の他方に当接している、
ことを特徴とするリアクトル。 It is arranged between the end of the coil wound around the bobbin and the end flange of the bobbin, and urges the coil in the axial direction to widen the gap between the end of the coil and the end flange. And a biasing means for applying a force to the coil and the end flange ,
The biasing means is a curved leaf spring, both end portions of the leaf spring are in contact with one of the flange and the coil end portion, and the central portion of the leaf spring is on the other of the flange and the coil end portion. Abutting,
A reactor characterized by that.
前記付勢手段は前記ボビンのフランジの一部であり、前記フランジの一部が湾曲して前記コイル端部へ向かって突出しており、当該湾曲部が前記コイル端部に当接している、 The biasing means is a part of the flange of the bobbin, a part of the flange is curved and protrudes toward the coil end, and the curved part is in contact with the coil end.
ことを特徴とするリアクトル。 A reactor characterized by that.
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