JP2008182075A - リアクトル - Google Patents

Abstract

【課題】磁性粉末の圧粉成形体から形成された複数のコアブロックを組み付けて構成される環状コアを備えるリアクトルの振動・騒音を抑制する。
【解決手段】磁性粉末の圧粉成形体で形成された複数のコアブロック４，５ａ，５ｂ，５ｃを、スペーサ６を介して組み付けることにより構成される環状コア２と、この環状コアの外周に設けられたコイル３と、これらを収容するケースとを備えるリアクトルであって、１又は２以上の上記コアブロックを締め付け、あるいは、これらコアブロックと上記ケースとを互いに締め付ける締め付け手段８を備えて構成した。
【選択図】図３

Description

本願発明は、ハイブリッド車や燃料電池自動車のような電気自動車に搭載されるリアクトルに関する。

近年、環境問題からハイブリッド車や燃料電池自動車等の直流電源でモータを駆動して走行する自動車が開発されている。これら自動車においては、直流電源であるバッテリーの電圧を昇圧する昇圧コンバータが搭載されている。上記昇圧コンバータは、リアクトルとスイッチング回路とを備えて構成されている。

上記リアクトルは、環状のコアとこのコアに装着されたコイルとを備えて構成される。車載用リアクトルでは、搭載スペースや製造方法等の制限から、２以上の直方体状のコアブロックをそれぞれ組み付けることにより一対の平行状Ｉ字部を構成するとともに、これらＩ字部の両端部に略Ｕ字状コアブロックを接続して構成される略長円形状の環状コアが採用されることが多い。

上記昇圧コンバータにおいては、上記スイッチング回路のオン−オフ動作の繰り返しが頻繁に行われるため、このスイッチングの周期と連動して上記コアの振動が誘起される。

上記振動が生じる原因としていくつかのものが考えられるが、上記各コアブロック間に作用する電磁吸引力と磁歪効果が主要な原因である。すなわち、上記のような形態のリアクトルのコイルに通電されると、上記コアの形状や各コアブロックの形状に起因して、コアブロックの接合面において電磁吸引力が生じてコアを構成する磁性体同士が引き付け合い、また、磁場が印加されたときに磁歪効果によって磁性体自体が変形するのである。

コアが振動することにより騒音が発生し、さらに、この振動がコアの周囲に設けられるボビンやケース等に伝わり、二次的、三次的な騒音も発生する。一方、放熱性を確保するために、上記コアをケース内で振動絶縁することも困難である。このため、ケース等の振動も空気中を伝わり、不快な騒音を発生させる。また、上記振動が生じるとリアクトル自体のエネルギ変換効率が低下するのも明らかである。

積層鋼板から形成されるコアを有するリアクトルでは、積層鋼板をリベットでかしめることにより、上記振動を抑制する手法が提案されている。

特開平１１−１８６０６２

上記特許文献に記載されているリアクトルでは、上記リベットのかしめ圧を５０Ｋｇ／ｃｍ² とすることにより、騒音が緩和されるとしている。しかしながら、上記リベットのかしめ圧を精度高く管理するのは非常に困難である。また、大きなかしめ圧力を作用させるのも困難である。

上記特許文献に記載されているリアクトルでは、積層鋼板から形成されるコアを採用しているが、各鋼板にリベット穴を形成する必要があり、製造コストが大きくなる。また、積層鋼板の積層方向にリベットを設ける必要があるため、リアクトルの形態等に応じて振動の発生する方向に対して上記かしめ圧を作用させることは困難である。

本願発明は、磁性粉末の圧粉成形体から形成された複数のコアブロックを組み付けて構成される環状コアを備えるリアクトルの振動・騒音を効果的に緩和することを課題とするものである。

請求項１に記載した発明は、磁性粉末の圧粉成形体で形成された複数のコアブロックを、スペーサを介して組み付けることにより構成される環状コアと、この環状コアの外周に設けられたコイルと、これらを収容するケースとを備えるリアクトルであって、1又は２以上の上記コアブロックを締め付け、あるいはこれらコアブロックと上記ケースとを互いに締め付ける締め付け手段を備えて構成したものである。

磁歪はコアブロック単体においても発生する。したがって、１のコアブロックを締め付けることにより、上記磁歪による振動を抑制することができる。また、２以上のコアブロックを互いに締め付けることにより、これらコアブロック間で生じる電磁吸引力あるいは磁歪による振動を抑制することができる。さらに、コアブロックとケースとを互いに締め付けることにより、上記ケースの振動も上記環状コアと一体的に抑制することができる。このため、騒音の発生等を抑制することができる。

上記締め付け手段として、請求項２に記載した発明のように、ねじ手段を採用することができる。上記ねじ手段として、たとえば、ボルト・ナットを採用することができる。締め付け形態として種々の形態を採用できる。たとえば、振動が発生しやすい特定のコアブロックに貫通穴を設け、この貫通穴に通挿したボルト及びこれに螺合されるナットによって、単体のコアブロックを締め付けることができる。また、２以上のコアブロックに貫通穴を設け、この貫通穴に連通挿されるボルト及びこれに螺合されるナットによって、上記複数のコアブロックを共締め状に締め付けることができる。本願発明では、圧粉成形体から形成されるコアを採用しているため、上記ボルト通挿穴等を容易に形成できる。したがって、コアの製造コストが増加することもない。

また、１のコアブロックあるいはケースに、貫通穴に連通する雌ねじを形成しておき、ボルトと上記雌ねじを螺合させて２以上のコアブロックあるいはコアブロックとケースとを互いに締め付ける締め付け手段を構成することもできる。

さらに、上記環状コアの外側から上記コアを締め付けて振動を抑制する締め付け手段を構成することもできる。たとえば、環状コアの外周部を両側から挟んで締め付けることができる枠状あるいはハタ金状の部材を用いて振動を抑制する締め付け手段を構成することもできる。

なお、上記ボルト・ナット等の締め付け手段は、磁気回路に影響のないステンレス等の非磁性材料で形成されたものを採用するのが好ましい。また、上記締め付け手段による締め付け力は、環状コアやケース等の形態に応じて設定することができる。たとえば、５０ＭＰａ程度の締め付け力を作用させるのが好ましい。

請求項３に記載した発明は、上記締め付け手段と上記コアブロックとの間に挟圧部材を設けたものである。

上記締め付け手段を構成するボルト・ナット等のねじ手段は、ボルトの頭部とナットが当接する座面を介して、ボルトの軸線方向に締め付け力を作用させる。このため、上記軸線が振動が生じる部分から外れていると、振動を効果的に抑制できない場合も考えられる。また、ボルト頭部及びナットが当接させられるコアブロックが変形すると、締め付け力を他のコアブロックに均等に作用させることができない場合も考えられる。このような場合、上記挟圧部材を設けることより、広い範囲に均一な締め付け力を作用させ、あるいは、締め付け力の作用点を変位させて、所望の部位に締め付け力を作用させることも可能となる。

上記締め付け手段によって挟圧されるとともに、上記締め付け手段の座面以外の部位に弾性押圧力を作用するように、上記挟圧部材を構成することができる。たとえば、上記挟圧部材を、上記締め付け手段によって弾性変形させられるととももに、上記ねじ手段等の座面から離れた部位に対して弾性押圧力を作用させるように構成することができる。上記挟圧部材を介して環状コアの所定部位に弾性押圧力を作用させることにより、より効果的に振動を抑制することができる。上記挟圧部材も、磁気回路に影響のない非磁性材料から形成するのが好ましい。もちろん、上記挟圧部材は、一般的なワッシャと同様に、締め付け手段の緩み止めや座面の傷みを防止する効果も有する。

また、上記挟圧部材として、ボルト頭部ないしはナットと座面との間において弾性変形あるいは弾塑性変形しうる材料から形成されたものを採用することができる。挟圧部材をコアブロック表面に押し付けて変形させた状態で保持することにより座面の凹凸を吸収して接触面積を増加させ、高い制振効果を期待できる。たとえば、制振ゴム材料や、押圧力が作用した状態で一部が塑性変形させられる金属板等を採用できる。所定の制振圧力において一部が塑性変形させれられる弾塑性材料を採用すると、締め付け力の管理も容易になる。

請求項４に記載した発明は、上記環状コアを、２以上のコアブロックが組み付けられた一対の平行状Ｉ字部と、これらＩ字部の両端部に接続される一対の略Ｕ字状コアブロックを備えて構成したものである。

上記形態のコアは、車載用リアクトルに採用されることが多く、振動が生じるとドライバーに不快な騒音を感じさせる。この種の形態のコアでは、上記Ｉ字部の軸方向に電磁吸引力が作用するため、この方向に締め付け力を作用させることにより、大きな振動抑制効果を得ることができる。

本願の請求項５に記載した発明は、上記Ｉ字部を構成する複数のコアブロックを互いに締め付ける締め付け手段を設けたものである。

たとえば、上記締め付け手段として、上記Ｉ字部を構成する各コアブロックを貫通するボルト通挿穴を設け、このボルト通挿穴にボルトを連通挿してナットを螺合させることにより、上記締め付け手段を構成することができる。

また、上記構成を採用することにより、上記締め付け手段によって、上記Ｉ字部を構成するコアブロックを一体的に組み付けることができる。このため、上記コアブロックと上記スペーサの間に設けられる接着材を省略することも可能となり、コアの組み付け作業の効率を高めることも可能となる。

請求項６に記載した発明は、上記一対の略Ｕ字状コアブロック間に掛け渡し状に設けられて、上記Ｉ字部及び上記略Ｕ字状コアブロックを互いに締め付ける締め付け手段を設けたものである。

たとえば、上記一対の略Ｕ字状コアブロックに環状コアの内側に通じるボルト通挿穴を設け、上記環状コアの内側部を通って上記ボルト通挿穴に連通挿されるボルト及びこれに螺合されるナットによって、上記締め付け手段を構成できる。

上記締め付け手段は、上記Ｉ字部に対して、両側に配置される略Ｕ字状コアで挟むようにして締め付け力を作用させるものである。このため、環状コアの全体を１組のボルトナット等で効率よく締め付けることができる。また、１組のボルトナット等で上記環状コアを組み付けることができるため、請求項４と同様に、組み付け作業の効率を高めることができる。

請求項７に記載した発明は、上記環状コアブロックと上記ケースとに間に掛け渡し状に設けられて、上記Ｉ字部と上記略Ｕ字状コアブロックと上記ケースとを互いに締め付ける締め付け手段を設けたものである。

上記構成を採用することにより、上記環状コアとこれを収容するケースとを一体的に締め付けることができる。このため、上記環状コア及び上記ケースの振動を一体的に抑制することができる。また、上記環状コアを上記ケースに保持する構造を兼用することになるため、リアクトルの組み付け作業性をより向上させることも可能となる。

請求項８に記載した発明は、上記環状コアの環状面と直交する方向に掛け渡し状に設けられて、上記略Ｕ字状コアブロックと上記ケースとを互いに締め付ける締め付け手段を設けたものである。

上記形態の環状コアを備えるリアクトルでは、上記Ｉ字状部の外周にコイルが設けられる。このため、上記略Ｕ字状部を上記環状面と直交する方向に締め付けることにより、リアクトルやケースの形態を変更することなく、締め付け手段を構成することができる。

1又は２以上のコアブロックを締め付け、あるいはこれらコアブロックと上記ケースとを互いに締め付けることにより、磁気吸引力や磁歪によるリアクトルの振動及び騒音を抑制することができる。

図１から図３に、本願発明の第１の実施例を示す。

図１及び図２に示すように、リアクトル１は、環状のコア２と、このコア２の周囲に装着されたコイル３とを備えて構成される。通常、上記コア２と上記コイル３との間には、上記コイル３を上記コア２の外周部に所定間隔をあけて保持するための図示しないボビンが介挿されるとともに全体が箱状のケースに収容されている。

図３に図２における III−III 線に沿う断面を示す。

本実施例では、３つの直方体状のコアブロック５ａ，５ｂ，５ｃを組み付けることにより一対の平行状Ｉ字部５を構成するとともに、これらＩ字部５の両端部に略Ｕ字状コアブロック４，４を接続して略長円状の環状コア２が形成されている。上記各コアブロック間に設定されるギャップには、非磁性体であるセラミック材料から形成されたスペーサ６がそれぞれ介挿されている。

上記構成の環状コア２を備えるリアクトルにおいては、上記スペーサ６を介挿した各コアブロックの接合面に磁気吸引力が作用し、上記Ｉ字部５の軸方向の振動が生じやすい。

本実施例では、上記環状コアの中央部を通って上記一対の略Ｕ字状コアブロック４，４に掛け渡し状に設けられるボルト８ａと、これに螺合されるナット８ｂを用いて、上記環状コア２を上記Ｉ字部の軸方向に締め付ける締め付け手段８を構成している。なお、上記ボルト８ａ及び上記ナット８ｂは、ステンレス等の非磁性材料から形成されている。

上記略Ｕ字状コアブロック４，４には、上記環状コア２の内側部に通じるボルト通挿穴７，７が形成されている。また、上記略Ｕ字状コアブロック４，４の円筒外周部を母線と直交する方向に所定幅で切り欠くことにより、上記ボルト８ａ及びナット８ｂの座面１０，１０が形成されている。上記環状コア２の内側部を通って上記ボルト通挿穴７，７に連通挿されるボルト８ａにナット８ｂを螺合させることにより、上記一対のＩ字状部５及び略Ｕ字状コアブロック４が、上記ボルト８ａと上記ナット８ｂからなる締め付け手段８によって、上記Ｉ字部５の軸方向に締め付けられる。

上記座面１０，１０は、上記ボルト８ａの頭部及びナット８ｂを収容できる深さに設定されており、環状コア２やこれを収容するケース等の形態を大きく変更することなく締め付け手段８を構成できる。

上記締め付け手段８によって、上記Ｕ字状コアブロック４，４と、上記Ｉ字部５，５とが一体的に締め付けられる。これにより、上記Ｉ字部５において生じる軸方向の振動を抑制することができる。なお、上記締め付け手段８によって、上記Ｉ字部に５０ＭＰａ程度の圧力が作用するように、上記締め付け手段８の締め付け力を調整するのが望ましい。

また、図３から明らかなように、上記環状のコア２を構成する各コアブロックを、上記ボルト８ａ及びナット８ｂからなる締め付け手段８によって一体的に組み付けることができる。このため、上記各コアブロックと上記スペーサとの間に設けられる接着材の量を削減し、あるいは省略することも可能となり、組み付け作業を簡略化することもできる。

図４に、第２の実施例を示す。

第２の実施例では、直方体状コアブロック２５ａ，２５ｂ，２５ｃを組み付けて構成される一対のＩ字状部２５を、ボルト２８ａ及びナット２８ｂを用いて直接軸方向に締め付ける締め付け手段２８が設けられている。

上記矩形状コアブロック２５ａ，２５ｂ，２５ｃ及びこれらの間に介挿されるスペーサ２６には、軸方向に貫通するボルト通挿穴２７ａ，２７ｂ，２７ｃ、２６ａ，２６ａが形成されている。また、上記略Ｕ字状コアブロック２４，２４と、上記Ｉ字部２５の両端部の矩形状コアブロック２５ａ，２５ｃの接合部には、上記ボルト２８ａの頭部及びナット２８ｂを収容できる凹部２９ａ，２９ｂがそれぞれ形成されるとともに、スペーサ２６の中央部にも上記凹部に対応する穴部２６ｂが形成されている。上記ボルト通挿穴２７ａ，２７ｂ，２７ｃに連通挿される上記ボルト２８ａ及びこれに螺合されるナット２８ｂによって、上記Ｉ字状部５が軸方向に締め付けられる。

上記構成を採用することにより、上記一対のＩ字部５において磁気吸引力等によって生じる振動を抑制することができる。また、上記締め付け手段２８は、環状コア２２の内部に収容されるため、環状コア２２の形態を大きく変更することもない。

図５に、本願発明の第３の実施例を示す。

この実施例は、ボルト３８ａの頭部及びナット３８ｂと、略Ｕ字状コアブロック３４の座面３０ａとの間に挟圧部材３９を設けたものである。

上記挟圧部材３９は、上記座面３０ａに沿う平坦部３９ａと、上記平坦部３９ａの両側部から延出し、上記略Ｕ字状コアブロック３４の外面に沿って湾曲する湾曲部３９ｂ，３９ｂとを備えて構成されている。上記略Ｕ字状コアブロック３４の外面には、上記湾曲部３９ｂ，３９ｂを収容する凹部３０ｂ，３０ｂが形成されている。

上記挟圧部材３９の湾曲部３９ｂ，３９ｂは、破線で示すように、締め付け力が作用しない自然状態で上記凹部３０ｂ，３０ｂの曲率半径より小さい曲率半径で形成されている。

上記挟圧部材３９を上記ナット３８ｂと上記座面３０ａとの間で挟圧すると、上記湾曲部３９ｂ，３９ｂが、上記略Ｕ字状コアブロックの上記凹部３０ｂ，３０ｂに当接させられるとともに、矢印Ｗの方向に弾性変形させられる。これにより、略Ｕ字状コアブロック３４に対して矢印Ｆで示す方向への弾性力が作用する。上記弾性力Ｆによって、上記略Ｕ字状コアブロック３４の両端部が開閉する方向への振動を抑制できる。また、略Ｕ字状コアブロックの締め付け力を、一対のＩ字状部へ均等に作用させることもできる。

図６及び図７に、本願発明の第４の実施例を示す。なお、環状コアの形態は、第１の実施例と同様であるので説明は省略する。

この実施例は、環状コア４２を、これを収容するケース５０とともに締め付ける締め付け手段４８を設けたものである。

図６に示すように、上記ケース５０には、上記環状コア４２の形状に対応した収容空間５０ａが形成されている。また、ケース５０の底部には、上記略Ｕ字状部を保持する段部５０ｂが形成されており、環状コアのＩ字部４５及びこれに巻き回されたコイル４３をケース５０内で浮かせた状態で保持できるように構成されている。

本実施例では、上記略Ｕ字状コアブロック４４ａ、４４ｂに、上記環状コア４２の内側に通じるボルト通挿穴４７ｂ，４７ｃを形成するとともに、上記ケース５０の一方の側壁５０ｃに上記ボルト通挿穴４７ｂ，４７ｃに連通するボルト通挿穴４７ａが形成されている。そして、上記ボルト通挿穴４７ａ，４７ｂ，４７ｃに連通挿されるボルト４８ａとこれに螺合されるナット４８ｂとを用いて、上記ケース５０と上記環状コア４２とを一体的に締め付ける締め付け手段４８を設けている。

上記ケース５０と上記環状コア４２とを一体的に締め付けることにより、上記環状コア４２において発生する振動を効率よく抑制することができる。

また、上記締め付け手段４８によって、上記環状コア４８と上記ケース５０とを確実に接触させることができる。このため、環状コア４８の放熱性も向上する。

図８に、本願発明の第５の実施例を示す。

この実施例では、一対の略Ｕ字状コアブロック５４，５４を、ケース６０の底面に対して締め付ける締め付け手段５８を設けている。

上記一対の略Ｕ字状コアブロック５４，５４には、環状面と直交する方向にボルト通挿穴５７ａ，５７ａが形成されている。一方、上記ケース６０の上記段付き部６０ｂには、上記ボルト５８ａが螺合されるねじ穴５８ｂが形成されている。

上記ボルト通挿穴５７ａ，５７ａに通挿されるボルト５８ａを上記ネジ穴５８ｂに螺合させることにより、上記略Ｕ字状コアブロックと５４，５４と上記ケース６０とを一体的に締め付けることができる。

なお、実施の形態では、Ｉ字部を３つのコアブロックで形成したが、コアブロックの数及び形態は実施例に限定されることはない。

本願発明は、上述の実施例に限定されることはない。今回開示された実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上記説明した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本願発明によって、環状コアの振動を抑制することができるため、低騒音のリアクトルを提供できる。

本願発明に係るリアクトルの第１の実施例の外観を示す斜視図である。 図１に示すリアクトルの側面図である。 図２における III−III 線に沿う断面図である。 本願発明に係るリアクトルの第２の実施例を示す図であり、図３に相当する断面図である。 本願発明に係るリアクトルの第３の実施例を示す図であり、図３に相当する要部の断面図である。 本願発明に係るリアクトルの第４の実施例を示す平面図である。 図６における VII−VII 線に沿う断面図である。 本願発明に係るリアクトルの第５の実施例を示す図であり、図７に相当する断面図である。

符号の説明

１ リアクトル
２ 環状コア
３ コイル
４ コアブロック
５ａ コアブロック
５ｂ コアブロック
５ｃ コアブロック
６ スペーサ
８ 締め付け手段

Claims (8)

1. 磁性粉末の圧粉成形体で形成された複数のコアブロックを、スペーサを介して組み付けることにより構成される環状コアと、この環状コアの外周に設けられたコイルと、これらを収容するケースとを備えるリアクトルであって、
   １又は２以上の上記コアブロックを締め付け、あるいは、これらコアブロックと上記ケースとを互いに締め付ける締め付け手段を備える、リアクトル。
2. 上記締め付け手段がねじ手段である、請求項１に記載のリアクトル。
3. 上記締め付け手段と上記コアブロックとの間に介挿される挟圧部材を備える、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のリアクトル。
4. 上記環状コアは、２以上のコアブロックが組み付けられた一対の平行状Ｉ字部と、これらＩ字部の両端部に接続される一対の略Ｕ字状コアブロックとを備えて構成される、請求項１から請求項３のいずれかに記載のリアクトル。
5. 上記Ｉ字部を構成する複数のコアブロックを互いに締め付ける締め付け手段を設けた、請求項４に記載のリアクトル。
6. 上記一対の略Ｕ字状コアブロック間に掛け渡し状に設けられて、上記Ｉ字部及び上記略Ｕ字状コアブロックを互いに締め付ける締め付け手段を設けた、請求項４に記載のリアクトル。
7. 上記環状コアと上記ケースとの間に掛け渡し状に設けられて、上記Ｉ字部と上記略Ｕ字状コアブロックと上記ケースとを互いに締め付ける締め付け手段を設けた、請求項４に記載のリアクトル。
8. 環状コアの環状面と直交する方向に設けられて、上記略Ｕ字状コアブロックと上記ケースとを互いに締め付ける締め付け手段を設けた、請求項４に記載のリアクトル。

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