JP6406610B2 - リアクトル - Google Patents
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Description
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
本発明の実施形態の詳細を、以下に図面を参照しつつ説明する。
〔リアクトルの全体構成〕
図1〜4を参照して、実施形態1のリアクトル1Aを説明する。リアクトル1Aは、コイル2と、コイル2の内外に配置されて閉磁路を形成する内側コア部31及び外側コア部32を有する磁性コア3との組合体10を備える。リアクトル1Aの主たる特徴とするところは、内側コア部31と外側コア部32とを固定する枠部材4を備えて、両コア31,32の組み立てに接着剤を必要としない点にある。以下、リアクトル1Aの主たる特徴部分及び関連する部分の構成、並びに主要な効果を順に説明し、その後、各構成を詳細に説明する。ここでは、組合体10の設置対象側を設置側(下側)、その反対側を対向側(上側)とする。図中の同一符号は同一名称物を示す。
[組合体]
(コイル)
コイル2は、図1〜3に示すように、接合部の無い1本の連続する巻線2wを螺旋状に巻回してなる一対の巻回素子2a,2bと、両巻回素子2a,2bを連結する連結部2rとを備える。各巻回素子2a,2bは、互いに同一の巻数の中空の筒状体であり、各軸方向が平行するように並列(横並び)されている。連結部2rは、コイル2の一端側(図1〜3紙面右側)において巻線の一部がU字状に屈曲して構成している。連結部2rの上面は、コイル2のターン形成部分の上面と略面一である。各巻回素子2a,2bを形成する巻線2wの両端部2eは、連結部2r側と反対側でターン形成部分から引き延ばされている。両端部2eは、端子部材(図示略)に接続され、端子部材を介して、コイル2に電力供給を行なう電源などの外部装置(図示略)が接続される。
磁性コア3は、図3に示すように、巻回素子2a、2bの内側に配置される一対の内側コア部31と、コイル2が配置されず、コイル2から突出(露出)されている一対の外側コア部32とを備える。磁性コア3は、離間して配置される内側コア部31を挟むように外側コア部32が配置され、内側コア部31の端面と外側コア部32の内端面32eとを接触させて環状に形成される。これら内側コア部31及び外側コア部32により、コイル2を励磁したとき、閉磁路を形成する。一対の内側コア部31、及び一対の外側コア部32は、各々独立した部材で構成される。内側コア部31と外側コア部32とは、後述する枠部材4により一体に連結される。そのため、両コア部31,32の連結に接着剤が不要である。内側コア部31と外側コア部32の具体的な構成は後述する。
枠部材4は、組合体10の外周を囲んで内側コア部31と外側コア部32とを一体に固定する。枠部材4における組合体10の外周の囲み方は、両外側コア部32の外端面32oに接すると共に、コイル2の両側面に対向するように行う。即ち、枠部材10は、リアクトル1Aの設置対象に対して略平行に組合体10に取り付ける。枠部材4の組合体10の高さ方向に対する取付箇所は、外側コア部32の高さ方向における略中間位置としている。内側コア部31と外側コア部32の押圧をリアクトルの上下方向にバランスよく行えるためである。
弾性片41は、各外側コア部32の外端面32oに接して、図1、2の矢印で示すように、外側コア部32を内側コア部31側へ押圧する。この押圧により、内側コア部31と外側コア部32とを接着剤を用いることなく一体に固定できる。弾性片41の形状は、外側コア部32を内側コア部31側へ押圧できれば特に限定されない。ここでは、弾性片41の形状は、枠部材4を組合体10に取り付けた状態において、外側コア部32を押圧する側、即ち枠部材4の内側に突出する湾曲状としている。
中継片42は、上述のように、各巻回素子2a,2bと対向すると共に弾性片41に繋がる。中継片42は、枠部材4を組合体10に取り付けた状態において、各巻回素子2a,2bと接触していてもよいが、各巻回素子2a,2bと非接触であることが好ましい。即ち、図2に示すように、中継片42同士の間の長さL42がコイルの幅Lcwよりも長く、中継片42と各巻回素子2a,2bとの間に隙間が形成されていることが好ましい。コイルの幅Lcwは、巻回素子2a、2bの並列方向に沿った長さをいう。後述するが、巻回素子2a,2bを構成する巻線2wは絶縁被覆を備えるため、中継片42(枠部材4)を金属などの導電性材料で形成する場合、中継片42と各巻回素子2a,2bとが接触しても両者の間を絶縁できる。但し、中継片42と各巻回素子2a,2bとを非接触とすることで、両者の間の絶縁性を高め易い。その上、仮にコイル2の絶縁被覆にピンホールが形成されていても、隙間が形成されていることで、コイル2と枠部材4とを絶縁できる。
取付部43は、リアクトル1Aを設置対象に固定する固定部材(図示略)を取り付ける。ここでは、取付部43は、上述のように、一対の弾性片41と一対の中継片42とを連結しており、矩形状である枠部材4の四つの角部を形成している。取付部43には、ボルトなどの固定部材を挿通させる挿通孔43hが形成されている。この挿通孔43hに固定部材を挿通させて固定部材を設置対象に固定することでリアクトル1Aを設置対象に固定する。
リアクトル1Aによれば、弾性片41を備える枠部材4を、弾性片41が外側コア部32の外端面32oに接するように組合体10の外周に取り付けることで、弾性片41が外側コア部32を内側コア部31側へ押圧して内側コア部31と外側コア部32とを固定できる。そのため、内側コア部コア31と外側コア部32との組み立てに接着剤を用いなくてもよく、接着剤の使用に伴う両コア31、32の組立作業性の煩雑さが生じない。従って、磁性コア3の組立作業性、延いてはリアクトル1Aの組立作業性に優れる。
[コイル]
コイル2を構成する巻線2wは、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被覆を備える被覆線を好適に利用できる。導体の形状は、平角線や丸線などが挙げられる。本実施形態では、導体が銅製の平角線からなり、絶縁被覆がエナメル(代表的にはポリアミドイミド)からなる被覆線を利用し、各巻回素子2a,2bは、この被覆線をエッジワイズ巻きにしたエッジワイズコイルである(図3)。各巻回素子2a,2bの端面形状は、矩形枠の角部を丸めた形状としている。その端面形状は、円形枠など適宜変更できる。コイルは、独立した2つの巻線をそれぞれ螺旋状に巻回してなる一対の巻回素子と、両巻回素子とは独立した部材で、両巻回素子を連結する連結部材とを備える構成としてもよい。
(サイズ・形状)
内側コア部31は、上述したように巻回素子2a,2b(コイル2)の内側に配置される。「コイルの内側に配置される内側コア部」とは、少なくとも一部がコイルの内部に配置されている内側コア部を意味する。例えば、内側コア部の中央部分がコイルの内部に配置され、内側コア部の端部付近がコイルの外側に位置するような場合も「コイルの内側に配置される内側コア部」に含まれる。即ち、内側コア部31の軸方向の長さは、巻回素子2a、2bの軸方向の長さよりも長くてもよく、内側コア部31の端面及びその近傍が巻回素子2a、2bの端面から突出して露出されていてもよい。
内側コア部31は、軟磁性材料を主成分とする複数のコア片31mと、コア片31mよりも比透磁率が小さい材料からなるギャップ材31gとが交互に積層配置された積層体である(図4)。コア片31mとギャップ材31gとの一体化は、上述した枠部材4により行ってもよいし、接着剤を用いて行ってもよい。外側コア部32は、内側コア部31と同様、軟磁性材料を主成分とするコア片である。
リアクトル1Aは、コイル2と磁性コア3との間に、両者の絶縁性と位置決めの確実性を高めるためのインシュレータ7を備えることができる(図3)。インシュレータ7は、内側コア部31の外周の少なくとも一部を覆う周壁部71と、巻回素子2a,2bの両端面と外側コア部32の内端面32eとの間に介在される枠板部72とを備える。周壁部71と枠板部72とは、各々独立した部材で構成されている。
周壁部71は、コイル2の内周面と内側コア部31の外周面との間に介在され、コイル2と内側コア部31との間を絶縁する。ここでは、周壁部71は、一対の断面]状の分割片711、712により構成される。各分割片711、712は互いに接触せず、内側コア部31の外周面の一部のみ(ここでは、主として内側コア部31の上下面)に当該分割片711、712が配置される構成としている。周壁部71は、内側コア部31の外周面の全周に沿って配置される筒状体としてもよい。
各枠状部72は、コイル2の端面と外側コア部32の内端面32eとの間に介在され、コイル2と外側コア部32との間を絶縁する。各枠板部72は、各内側コア部31がそれぞれ挿通可能な一対の開口部(貫通孔)を有するB字状の平板部材で構成される本体部721を備える。本体部721のコイル側面は、各巻回素子2a、2bの上端面を除く端面(両側端面と下端面)と接触している(図1)。即ち、枠板部72は、コイル2の上端面と接触せず、コイル2の上端面は枠板部72から露出されている。なお、本体部721は、上記開口部のない平板部材で構成されていてもよい。その場合、本体部721を内側コア部31と外側コア部32との間のギャップ材として利用できる。
各枠板部72は、内側コア部31を枠板部72に挿入させ易くする筒状部722を備える。筒状部722は、本体部721の上記開口部から連続し、内側コア部31の側に突出するように設けられている。筒状部722の先端には、周壁部71の凹部713と位置合わせされる凸部723が形成されている。
各枠板部72は、巻回素子2a,2b同士の絶縁を確保する仕切部724を備える。仕切部724は、枠板部72の周壁部71間で巻回素子2a,2b間に介在するように設けられる。
各枠板部72は、外側コア部32を位置決めする二つの突片725を備える。二つの突片725の形成箇所は、外側コア部32の内端面32e側の面の下方において、外側コア部32を幅方向両側から挟む箇所としている。
枠板部72は、その上面から外側コア部32側(コイル2とは反対側)に突出する台座726を備える。連結部2r側の枠板部72の台座726は、連結部2rと外側コア部32との間に介在され、連結部2rと外側コア部32の両者を絶縁する。
周壁部71及び枠板部72(インシュレータ7)の構成樹脂は、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、液晶ポリマー(LCP)、ポリアミド(PA)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂などの熱可塑性樹脂が挙げられる。ここでは、PPS樹脂を用いている。
リアクトル1Aの製造は、組合体10の作製→組合体10の外周への枠部材4の取り付け、という工程を経ることで行える。まず、コア片31mとギャップ材31gとを接着剤により一体化して内側コア部31を作製する。続いて、内側コア部31の外周に周壁部71を配置し、その状態でコイル2内へ挿入する。枠板部72の筒状部722を内側コア部31に嵌めつつ、コイル2の両端に枠板部72を嵌め込む。そして、外側コア部32を内側コア部31の両端面に接触させる。そうして、組合体10が作製される。次に、枠部材4の弾性片41をその外側に広げることで、枠部材4で囲まれる領域を広げ、弾性片41が外側コア部32の外端面32oに接すると共に、中継片42がコイル2の側面に対向するように、枠部材4を組合体10の外周に取り付ける。このとき、弾性片41が外側コア部32を内側コア部31側へ押圧することで外側コア部32と内側コア部31とが一体に固定される。そうして、組合体10の外周に枠部材4を取り付けたリアクトル1Aを製造できる。
実施形態2として、図5に示すように、外側コア部32が磁路となるサイド本体部32bと、サイド本体部32bの少なくとも一部を覆うサイド樹脂モールド部32cとで構成されるリアクトル1Bとすることができる。サイド本体部32bは、実施形態1の外側コア部32と同様、軟磁性材料を主成分とするコア片である。サイド樹脂モールド部32cは、サイド本体部32bを機械的に保護する。
リアクトル1Bによれば、サイド本体部32bの外周にサイド樹脂モールド部32cを備えることで、枠部材4を組合体10に取り付ける際、弾性片41がサイド本体部32bに接触することを抑制できるため、その接触に伴うサイド本体部32bの損傷を抑制できる。また、サイド樹脂モールド部32cが嵌め込み溝32tを備えることで、枠部材4の組合体10に対する位置決めが行い易く、リアクトル1Bの組立作業性を向上できる。
実施形態3として、図6に示すように、中継片42における各巻回素子2a,2bの両側面と対向する領域に形成されて各巻回素子2a,2bとの間を絶縁する絶縁被覆42c(二点鎖線)を有する枠部材4を備えるリアクトル1Cとすることができる。中継片42が絶縁被覆42cを備えることで、中継片42(枠部材4)とコイル2との間の絶縁性を高められる。この場合、中継片42を各巻回素子2a,2bに接触させることもできる。
リアクトル1Cによれば、中継片42が絶縁被覆42cを備えることで、中継片42と各巻回素子2a,2bとの間の絶縁性を高められる。
実施形態4として、図7に示すように、コイル2の動きを規制するコイル固定部材5を備えるリアクトル1Dとすることができる。実施形態4のリアクトル1Dは、コイル固定部材5を備える点を除き、その他の構成は実施形態1と同様である。以下の説明は実施形態1との相違する構成を中心に行い、実施形態1と同様の構成及び効果の説明は省略する。
コイル固定部材5は、ターンの動き(コイル2の動き)を規制する。ターンの動き(コイル2の動き)とは、リアクトル1Dの動作時のコイル2や磁性コア3の振動、或いは外部環境からの影響に伴うもので、主としてコイル軸方向の動きを言う。ターンの動きには、コイル径方向の動きを含む場合もある。コイル固定部材5は、コイル2の外周からコイル2の一つ以上のターンを間に挟むようにターン間に介在される複数の楔部51を有する。ここでは、コイル固定部材5の形状は、両端部が中央部に対して略直角に屈曲する略[字状の細板状であり、その中央部に複数の楔部51が設けられている。
リアクトル1Dによれば、コイル固定部材5を備えることで、ターンの動きを規制できるため、ターンと磁性コア3との衝突や擦れ、ターン同士の衝突や擦れを抑制できる。そのため、それらの衝突や擦れに伴う騒音や、コイル2の絶縁被覆の損傷を低減できる。
実施形態5として、図8,9に示すように、コイル固定部材5の配置箇所が各巻回素子2a,2b(コイル2)の側面と枠部材4との間であるリアクトル1Eとすることができる。実施形態5では、コイル固定部材5の構成、形状、及び配置箇所が実施形態4と相違する。
リアクトル1Eによれば、コイル固定部材5のコイル2への固定を中継片42(枠部材4)により行えるため、枠部材4を組合体10の外周に取り付けるだけでコイル固定部材5をコイル2に固定できる。そのため、コイル固定部材5のコイル2への固定を容易に行える。また、コイル固定部材5によりコイル2と中継片42(枠部材4)との間の絶縁性を高められる。そのため、上述した中継片42の絶縁被覆42c(図5)を備えなくてもよい。
実施形態6として、図10に示すように、組合体10に枠部材4を取り付けた枠付体100の少なくとも一部を覆って、組合体10と枠部材4とを一体に保持する樹脂モールド部6を備えるリアクトル1Fとすることができる。実施形態6では、樹脂モールド部6を備える点を除き、その他の構成は実施形態1と同様である。以下の説明は実施形態1との相違する構成を中心に行い、実施形態1と同様の構成及び効果の説明は省略する。
樹脂モールド部6は、組合体10と枠部材4とを一体に保持することに加え、被覆箇所を機械的に保護する。樹脂モールド部6の被覆領域は、少なくとも取付部43を除く領域とすることが挙げられる。ここでは、樹脂モールド部6の被覆領域は、枠部材4の弾性片41の大半と取付部43とを除く領域としている。具体的には、樹脂モールド部6の被覆領域は、弾性片41との接触箇所を除く組合体10の外周と、中継片42の全域と、弾性片41における外側コア部32の外端面32oとの接触箇所近傍としている。樹脂モールド部6は、枠部材4と組合体10の間を埋めている。具体的には、各巻回素子2a,2bと中継片42との間には樹脂モールド部6が介在されている。
リアクトル1Fによれば、枠部材4で内側コア部31と外側コア部32とを固定した状態で枠付体100の外周を樹脂モールド部6で覆うため、枠部材4が組合体10から外れることがなく、弾性片41による内側コア部31と外側コア部32との固定を維持できる。また、樹脂モールド部6により、内側コア部31と外側コア部32とを固定できる上に、コイル2自体の軸方向及び径方向の動きを規制できる。更に、中継片42と各巻回素子2a,2bとの間に樹脂モールド部6が介在されていることで、中継片42(枠部材4)と各巻回素子2a,2bとの間の絶縁性を高められる。
実施形態7として、図11に示すように、実施形態6の構成(枠部材4と樹脂モールド部6を備えること)に加えて、実施形態4や5で説明したコイル固定部材5を備えるリアクトル1Gとすることができる。
リアクトル1Gによれば、コイル固定部材5でターンの動きを規制した状態で、枠付体100の外周を樹脂モールド部6で被覆することで、コイル固定部材5のコイル2への固定が外れることがなく、コイル固定部材5によるターンの動きの規制を維持できる。勿論、樹脂モールド部6により、コイル2自体の軸方向及び径方向の動きを規制できる。また、コイル固定部材5を備えることで、樹脂モールド部6を形成する際、その構成材料の成形型への充填時に、構成材料の押圧によってターンが動くことを抑制できる。
実施形態1〜7のリアクトルは、通電条件が、例えば、最大電流(直流):100A〜1000A程度、平均電圧:100V〜1000V程度、使用周波数:5kHz〜100kHz程度である用途、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車両などに載置されるコンバータの構成部品や、このコンバータを備える電力変換装置の構成部品に利用できる。
以上説明した本発明の実施形態に関連して、更に以下の付記を開示する。
コイルと、前記コイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを備えるリアクトルであって、
前記コイルの外周から前記コイルの一つ以上のターンを間に挟むようにターン間に介在される複数の楔部を有し、前記楔部同士の間に介在される前記ターンの動きを規制するコイル固定部材を備えるリアクトル。
10 組合体 100 枠付体
2 コイル
2a、2b 巻回素子 2r 連結部 2w 巻線 2e 端部
3 磁性コア
31 内側コア部
31m コア片 31g ギャップ材
32 外側コア部
32e 内端面 32o 外端面
32b サイド本体部
32c サイド樹脂モールド部 32t 嵌め込み溝
4 枠部材
41 弾性片
42 中継片 42c 絶縁被覆
43 取付部 43h 挿通孔
5 コイル固定部材
51 楔部 52 フック
6 樹脂モールド部
7 インシュレータ
71 周壁部
711、712 分割片
713 凹部
72 枠板部
721 本体部 722 筒状部 723 凸部
724 仕切部 725 突片 726 台座
1100 電力変換装置 1110 コンバータ
1111 スイッチング素子 1112 駆動回路
L リアクトル 1120 インバータ
1150 給電装置用コンバータ 1160 補機電源用コンバータ
1200 車両 1210 メインバッテリ 1220 モータ
1230 サブバッテリ 1240 補機類 1250 車輪
Claims (11)
- コイルと、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記内側コア部の両端に連結されて前記内側コア部と共に閉磁路を形成する一対の外側コア部を有する磁性コアとの組合体を備えるリアクトルであって、
前記各外側コア部の外端面に接するように前記組合体の外周を囲む枠部材を備え、
前記枠部材は、
一枚の平板の矩形状であり、
前記外側コア部を押圧する側に突出するように湾曲していて、前記外側コア部の前記外端面を前記内側コア部側へ押圧することで、前記内側コア部と前記外側コア部とを固定する弾性片と、
前記コイルの側面と対向すると共に前記弾性片に繋がる中継片とを備え、
前記弾性片と前記中継片とが矩形状の前記枠部材の四つの片を形成しているリアクトル。 - コイルと、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記内側コア部の両端に連結されて前記内側コア部と共に閉磁路を形成する一対の外側コア部を有する磁性コアとの組合体を備えるリアクトルであって、
前記各外側コア部の外端面に接するように前記組合体の外周を囲む枠部材を備え、
前記枠部材は、前記外側コア部の前記外端面を前記内側コア部側へ押圧することで、前記内側コア部と前記外側コア部とを固定する弾性片を有し、
前記外側コア部は、
磁路となるサイド本体部と、
前記サイド本体部の外周の少なくとも一部を覆うサイド樹脂モールド部とを備え、
前記サイド樹脂モールド部が、前記弾性片の嵌め込み溝を有するリアクトル。 - コイルと、前記コイルの内側に配置される内側コア部、及び前記内側コア部の両端に連結されて前記内側コア部と共に閉磁路を形成する一対の外側コア部を有する磁性コアとの組合体を備えるリアクトルであって、
前記各外側コア部の外端面に接するように前記組合体の外周を囲む枠部材と、
前記コイルの外周から前記コイルの一つ以上のターンを間に挟むようにターン間に介在される複数の楔部を有し、前記楔部同士の間に介在される前記ターンの動きを規制するコイル固定部材とを備え、
前記枠部材は、前記外側コア部の前記外端面を前記内側コア部側へ押圧することで、前記内側コア部と前記外側コア部とを固定する弾性片を有するリアクトル。 - 前記中継片と前記コイルとの間に隙間が形成されている請求項1に記載のリアクトル。
- 前記中継片は、前記コイルと対向する領域に形成されて前記コイルとの間を絶縁する絶縁被覆を備える請求項4に記載のリアクトル。
- 前記外側コア部は、
磁路となるサイド本体部と、
前記サイド本体部の外周の少なくとも一部を覆うサイド樹脂モールド部とを備え、
前記サイド樹脂モールド部が、前記弾性片の嵌め込み溝を有する請求項1、請求項4、及び請求項5のいずれか1項に記載のリアクトル。 - 前記コイルの外周から前記コイルの一つ以上のターンを間に挟むようにターン間に介在される複数の楔部を有し、前記楔部同士の間に介在される前記ターンの動きを規制するコイル固定部材を備える請求項1、請求項2,請求項4から請求項6のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記コイル固定部材は、前記コイルと前記枠部材との間に介在され、前記枠部材により前記コイルに固定されている請求項3又は請求項7に記載のリアクトル。
- 前記枠部材は、前記組合体を設置対象に固定する固定部材を取り付けるための取付部を有する請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のリアクトル。
- 前記枠部材は、前記組合体を設置対象に固定する固定部材を取り付けるための取付部を有し、
前記取付部は、矩形状の前記枠部材の四つの角部を形成している請求項1、請求項4から請求項6のいずれか1項に記載のリアクトル。 - 前記組合体に前記枠部材が取り付けられた枠付体の少なくとも一部を覆って、前記組合体と前記枠部材とを一体に保持する樹脂モールド部を備える請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のリアクトル。
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