(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボビンに巻き掛けられたコイルの端部とボビンの端部フランジとの間に配置されており、前記コイルを軸方向に付勢して前記コイルの端部と前記端部フランジとの間を広げるように前記コイルと前記端部フランジに力を加える付勢手段を備えており、
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。
【請求項２】
ボビンに巻き掛けられたコイルの端部とボビンの端部フランジとの間に配置されており、前記コイルを軸方向に付勢して前記コイルの端部と前記端部フランジとの間を広げるように前記コイルと前記端部フランジに力を加える付勢手段を備えており、
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、
ことを特徴とするリアクトル。
【請求項３】
前記コイルの少なくとも一部と、前記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ることを特徴とする請求項１又は２に記載のリアクトル。
【請求項４】
前記コイルにおいて前記ポッティング材で覆われている部分が、軸方向から見ての前記コイルの半分以下であることを特徴とする請求項３に記載のリアクトル。
【請求項５】
前記付勢手段が、前記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を特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９９７９３号公報
【特許文献２】特開２０１０−２７３４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】リアクトルの模式的側面図である。
【図２】リアクトルの模式的上面図である。
【図３】図２の矢印IIIの方向に見たときのフランジの図である。
【図４】付勢手段の他の例を示す図である。
【図５】第１変形例の模式的側面図である。
【図６】第２変形例の模式的側面図である。
【図７】第３変形例の模式的側面図である。
【図８】第４変形例の模式的側面図である。
【図９】第５変形例の模式的側面図である。
【図１０】第６変形例の模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【符号の説明】
【００３６】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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