CN109215966A - 电抗器 - Google Patents

Abstract

电抗器含有：由多个外周部铁芯部分构成的外周部铁芯、配置在外周部铁芯的内侧的至少三个铁芯线圈。至少三个铁芯线圈均由结合于多个外周部铁芯部分的各个外周部铁芯部分的铁芯和卷绕于铁芯的线圈构成。在相邻的铁芯之间形成有能够磁连结的间隙。电抗器还含有将多个外周部铁芯部分彼此连结的连结部。

Description

电抗器

技术领域

本发明涉及具有外周部铁芯和铁芯线圈的电抗器。

背景技术

电抗器含有多个铁芯线圈，各铁芯线圈含有铁芯和卷绕于该铁芯的线 圈。并且，在多个铁芯之间形成有规定的间隙。例如参照日本特开2000-77242 号公报以及日本特开2008-210998号公报。

然而，也存在这样的电抗器，该电抗器在环状的外周部铁芯的内侧配置 有多个铁芯线圈。在这样的电抗器中，存在如下情况：外周部铁芯构成为能 够利用多个外周部铁芯部分进行分割，各铁芯与各个外周部铁芯部分一体地 构成。

发明内容

但是，由于外周部铁芯构成为能够利用多个外周部铁芯部分进行分割， 因此，存在在驱动电抗器时由于磁致伸缩等产生振动而使外周部铁芯部分彼 此错位的情况。在该情况下存在无法得到期望的磁特性的可能性。而且，在 利用由弹性体构成的带覆盖外周部铁芯的周围从而固定外周部铁芯的情况 下，存在使电抗器大型化这样的问题。

因此，期望一种电抗器，该电抗器不大型化就能够防止多个外周部铁芯 部分由于磁致伸缩而错位。

采用本发明的第1技术方案，提供一种电抗器，其具有：外周部铁芯， 其由多个外周部铁芯部分构成；以及至少三个铁芯线圈，其配置于所述外周 部铁芯的内侧，所述至少三个铁芯线圈均由铁芯和线圈构成，该铁芯结合于 所述多个外周部铁芯部分的各个外周部铁芯部分，该线圈卷绕于该铁芯，在 所述至少三个铁芯中的一个铁芯和与该一个铁芯相邻的其他铁芯之间形成 有能够磁连结的间隙，所述电抗器还具有连结部，该连结部将所述多个外周 部铁芯部分彼此连结。

采用第2技术方案，在第1技术方案的基础上，所述外周部铁芯部分以及 所述铁芯是通过沿层叠方向层叠多个板而形成的。

采用第3技术方案，在第1或第2技术方案的基础上，所述连结部含有啮 合部分，该啮合部分在彼此相邻的外周部铁芯部分之间使一个外周部铁芯部 分的多个板和另一个外周部铁芯部分的多个板交错地突出并啮合。

采用第4技术方案，在第3技术方案的基础上，在所述多个外周部铁芯部 分之间或者所述啮合部分形成有孔，所述连结部还含有插入于所述孔的连结 构件。

采用第5技术方案，在第4技术方案的基础上，所述连结构件是通过将多 个板沿所述层叠方向层叠而形成的，所述连结构件相对于构成所述多个外周 部铁芯部分的多个板沿所述层叠方向错开比所述多个板中的一个板的厚度 小的距离的量地配置。

采用第6技术方案，在第4或第5技术方案的基础上，所述连结构件由磁 性体形成。

采用第7技术方案，在第1～第6技术方案中的任一技术方案的基础上，所 述至少三个铁芯线圈的数量是3的倍数。

采用第8技术方案，在第1～第6技术方案中的任一技术方案的基础上，所 述至少三个铁芯线圈的数量是4以上的偶数。

在第1技术方案中，由于利用连结部将多个外周部铁芯部分连结，因此， 能够防止多个外周部铁芯部分因磁致伸缩而错位。

在第2技术方案中，能够容易地组装外周部铁芯部分以及铁芯。

在第3技术方案中，利用啮合部分，能够容易地连结多个外周部铁芯部 分。而且，也容易进行电抗器的分解、再组装。

在第4技术方案中，通过使用连结构件，由于连结构件插入于孔，因此， 能够牢固地连结多个外周部铁芯部分，并且能够防止电抗器大型化。

在第5技术方案中，由于将连结构件沿层叠方向错开地配置，因此，能 够以简单的结构牢固地连结多个外周部铁芯部分。而且，通过对层叠的多个 板进行冲裁，能够制作连结构件以及多个外周部铁芯部分，因此，无需为了 制作连结构件而准备追加的构件。

在连结构件由非磁性体形成的情况下，在连结构件的部位电抗器的磁特 性受到连结构件的影响，容易变得磁通量饱和。在第6技术方案中，由于连 结构件由磁性体形成，因此，能够避免这样的问题。

在第7技术方案中，能够将电抗器作为三相电抗器使用。

在第8技术方案中，能够将电抗器作为单相电抗器使用。

根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，能够进一步明了 本发明的上述目的、特征以及优点和其他目的、特征以及优点。

附图说明

图1是第一实施方式的电抗器的芯主体的截面图。

图2A是图1所示的芯主体的局部分解立体图。

图2B是图2A所示的外周部铁芯部分的纵截面图。

图2C是沿图1的线A-A观察的纵截面图。

图3A是现有技术的电抗器的立体图。

图3B是现有技术的其他电抗器的立体图。

图4A是表示第一实施方式的电抗器的磁通量密度的第一图。

图4B是表示第一实施方式的电抗器的磁通量密度的第二图。

图4C是表示第一实施方式的电抗器的磁通量密度的第三图。

图4D是表示第一实施方式的电抗器的磁通量密度的第四图。

图4E是表示第一实施方式的电抗器的磁通量密度的第五图。

图4F是表示第一实施方式的电抗器的磁通量密度的第六图。

图5是表示相位和电流之间的关系的图。

图6是第二实施方式的电抗器的芯主体的截面图。

图7A是图6所示的芯主体的局部分解立体图。

图7B是图7A所示的外周部铁芯部分的纵截面图。

图7C是沿图6的线A’-A’观察的纵截面图。

图8A是用于说明其他实施方式的磁性板的截面图。

图8B是其他实施方式的外周部铁芯部分的纵截面图。

图8C是沿图6的线A’-A’观察的其他纵截面图。

图9是第三实施方式的电抗器的芯主体的截面图。

图10A是图9所示的芯主体的局部分解立体图。

图10B的沿图9的线A”-A”观察的纵截面图。

图11是基于第四实施方式的电抗器的截面图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在以下的附图中针对同样的构 件标注同样的附图标记。为了容易地理解，上述附图适当地变更了比例尺。

在以下的记载中，主要以三相电抗器为例进行说明，但本发明的应用不 限于三相电抗器，能够广泛应用于以各相求得一定的电感的多相电抗器。而 且，本发明的电抗器不限于设于工业用机器人、机床的逆变器的初级侧以及 次级侧的电抗器，能够应用于各种各样的设备。

图1是第一实施方式的电抗器的芯主体的截面图。如图1所示那样，电抗 器6的芯主体5含有：环状的外周部铁芯20、配置于外周部铁芯20的内侧的三 个铁芯线圈31～铁芯线圈33。在图1中，在大致六边形的外周部铁芯20的内 侧配置有铁芯线圈31～铁芯线圈33。这些铁芯线圈31～铁芯线圈33在芯主体 5的周向上等间隔地配置。

另外，外周部铁芯20也可以是其他旋转对称形状，例如圆形。而且，铁 芯线圈的数量只要是3的倍数即可，在该情况下，能够将电抗器6作为三相电 抗器使用。根据附图可知，各个铁芯线圈31～铁芯线圈33含有：沿外周部铁 芯20的半径方向延伸的铁芯41～铁芯43、卷绕于该铁芯的线圈51～线圈53。

外周部铁芯20由沿周向被分割的多个、例如三个外周部铁芯部分24～外 周部铁芯部分26构成。外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26分别与铁芯 41～铁芯43一体地构成。外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26以及铁芯 41～铁芯43通过层叠多个磁性板例如铁板、碳钢板、电磁钢板等而形成。像 这样，在外周部铁芯20由多个外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26构成的 情况下，即使在外周部铁芯20为大型的情况下，也能够容易地制造这样的外 周部铁芯20。另外，铁芯41～铁芯43的数量和外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26的数量也可以不必一致。

线圈51～线圈53配置于在外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26和铁 芯41～铁芯43之间形成的线圈空间51a～53a。在线圈空间51a～53a中，线圈 51～线圈53的内周面以及外周面与线圈空间51a～53a的内壁相邻。

而且，铁芯41～铁芯43的各自的半径方向内侧端部位于外周部铁芯20的 中心附近。在附图中，铁芯41～铁芯43的各自的半径方向内侧端部朝向外周 部铁芯20的中心收敛，铁芯41～铁芯43的顶端角度大约为120度。并且，铁 芯41～铁芯43的半径方向内侧端部隔着能够磁连结的间隙101～间隙103彼 此分离。

换言之，铁芯41的半径方向内侧端部隔着间隙101、间隙103与相邻的两 个铁芯42、铁芯43的各自的半径方向内侧端部彼此分离。其他铁芯42、铁芯 43也与铁芯41的情况相同。另外，间隙101～间隙103的尺寸彼此相等。

像这样，在图1所示的结构中，由于三个铁芯线圈31～铁芯线圈33被外 周部铁芯20包围，因此，自线圈51～线圈53产生的磁场不会向外周部铁芯20 的外部泄漏。而且，通过使外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26彼此对接， 能够以任意的厚度低成本地在中央部设置间隙101～间隙103，因此，与以往 构造的电抗器相比在设计上有利。

而且，在本发明的芯主体5中，与以往构造的电抗器比较，相间的磁路 长度的差变少。因此，在本发明中，还能够减轻磁路长度的差所引起的电感 的不平衡。此外，由于必然要将间隙设置在自线圈离开的部位，因此，来自 间隙的漏磁通量难以与线圈交链。而且，由于相邻的铁芯线圈的铁芯之间的 角度比180度小，因此能够抑制漏磁通量自间隙附近扩散。根据上述作用， 使得漏磁通量更加难以交链于线圈，从而抑制由于漏磁通量导致的线圈的涡 流损耗。

此外，图2A是图1所示的芯主体的局部分解立体图，图2B是图2A所示的 外周部铁芯部分的纵截面图。而且，图2C是沿图1的线A-A观察的纵截面图。 以下，说明外周部铁芯部分24、外周部铁芯部分25之间的连结。外周部铁芯 部分25、外周部铁芯部分26之间的连结以及外周部铁芯部分26、外周部铁芯 部分24之间的连结与外周部铁芯部分24、外周部铁芯部分25之间的连结同 样，因此省略说明。在后述的实施方式中也相同。

由图2A以及图2B可知，外周部铁芯部分24通过将磁性板24a、磁性板24b 交错地层叠而形成，外周部铁芯部分25通过将磁性板25a、磁性板25b交错地 层叠而形成。

磁性板24a在周向上的一端具有朝向外周部铁芯部分26(图2A中未图示) 突出的突出部分70b，在周向上的另一端不具有朝向外周部铁芯部分25突出 的突出部分。同样地，磁性体24b在周向上的一端不具有朝向外周部铁芯部 分26突出的突出部分，在周向上的另一端具有朝向外周部铁芯部分25突出的 突出部分70a。

并且，外周部铁芯部分25的磁性板25a与外周部铁芯部分24的磁性板24a 的形状相同，磁性板25b与外周部铁芯部分24的磁性板24b的形状相同。虽然 在附图中并未图示，但外周部铁芯部分26也由同样的磁性板26a、磁性板26b 构成。

并且，如图2A～图2C所示那样，使外周部铁芯部分24的多个突出部分 70a以及外周部铁芯部分25的多个突出部分70b交错地啮合从而形成作为连 结部的啮合部分70。即使在其他外周部铁芯部分26的两端部，也同样地形成 有啮合部分70。在本发明中，通过这样的搭接接合或者阶梯状搭接接合，从 而使多个外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26彼此连结。另外，优选的是， 使突出部分70a、突出部分70b彼此凿紧，或者粘接，由此，能够牢固地保持 外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26。

此外，图3B是现有技术的电抗器的立体图。在图3B中，存在与铁芯41～ 铁芯43一体的外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26错位的可能性。为了防 止这样的错位，在图3A中，在芯主体5的周围利用由弹性体构成的带B进行 固定，但在外周部铁芯部分之间的配合面为平面且配合面在外周部铁芯之中 不是最为凸起的部分的情况下，若仅卷有带的话还是存在沿配合面产生一些 错位这样的问题。

相对于此，在第一实施方式中，多个外周部铁芯部分24～外周部铁芯部 分26通过作为连结部的啮合部分70连结起来，因此，能够防止多个外周部铁 芯部分24～外周部铁芯部分26由于磁致伸缩而错位。而且，由于不需要追加 的构件等，因此，能够避免电抗器6大型化。而且，基于同样的理由，在利 用啮合部分70将多个外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26彼此连结的情 况下，在通电时能够减少对电抗器6的磁特性造成的影响。

而且，例如即使在外周部铁芯部分24的多个磁性板24a和外周部铁芯部 分25的多个磁性板25a之间形成有微小的间隙，在多个磁性板24a之间以及多 个磁性板25a之间也分别存在其他磁性板24b、磁性板25b。因此，能够将这 样的微小的间隙对磁特性造成的影响抑制为最小限度。

图4A～图4F是表示第一实施方式的电抗器的磁通量密度的图。并且，图 5是表示电流和电流相位之间的时间变化的图。而且，图4A是第一实施方式 的外周部铁芯的端面图。在图5中，将图1的芯主体5的铁芯41～铁芯43分别 设定为R相、S相以及T相。并且，在图5中，利用点线表示R相的电流，利用 实线表示S相的电流，并且利用虚线表示T相的电流。

在图5中，在电角度为π/6时得到图4A所示的磁通量密度。同样地，在电 角度为π/3时得到图4B所示的磁通量密度，在电角度为π/2时得到图4C所示的 磁通量密度，在电角度为2π/3时得到图4D所示的磁通量密度，在电角度为5π/6 时得到图4E所示的磁通量密度，在电角度为π时得到图4F所示的磁通量密度。

参照图4A～图4F可知，外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26之间的 连结面的区域的磁通量密度比外周部铁芯20的其余部分的磁通量密度低。其 理由在于，磁通量穿过连结面附近时的铁芯的宽度与外周部铁芯的其他部位 相比被设计为较宽。因此，在基于这样的思维方式设计的、图1所示那样的 外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26之间的连结面的区域中，优选设置连 结部70。在这样的情况下，能够在抑制针对电抗器6的磁特性的影响的同时， 使外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26彼此连结。并且，也容易进行电抗 器的分解、再组装。

图6是第二实施方式的电抗器的芯主体的截面图。在图6所示的芯主体5 中，连结部70同样地配置在外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分26之间。第 二实施方式的连结部70含有：形成于啮合部分70的贯通孔91～贯通孔93、插 入于贯通孔91～贯通孔93地嵌合的连结构件81～连结构件83。

图7A是图6所示的芯主体的局部分解立体图，图7B是图7A所示的外周部 铁芯部分的纵截面图。如图7A所示，在外周部铁芯部分24的磁性板24a的突 出部分70b形成有贯通孔93b，在磁性板24b的突出部分70a形成有贯通孔91a。 同样地，在外周部铁芯部分25的磁性板25a的突出部分70b形成有贯通孔91b， 在磁性板25b的突出部分70a形成有贯通孔92a。贯通孔91a、贯通孔91b、贯 通孔92a、贯通孔93b的尺寸彼此相等。

如沿图6的线A’-A’观察的纵截面图即图7C所示，当形成啮合部分70 时，形成有由贯通孔91a、贯通孔91b构成的贯通孔91。并且，在贯通孔91插 入并嵌合连结构件81。由此，能够牢固地连结多个外周部铁芯部分。另外可 知，在第二实施方式中也能够获得与前述同样的效果。而且，贯通孔也可以 具有与图6所示的形状不同的形状。

而且，图8A是用于说明其他实施方式的磁性板的截面图，图8B是其他 实施方式的外周部铁芯部分的纵截面图，图8C是沿图6的线A’-A’观察的 其他纵截面图。如图8A所示，对磁性板24b的相当于连结构件81的部分81a 进行不完全地冲裁。即，以部分81a不自磁性板24b完全脱离的方式制作。并 且，将部分81a再次按回至磁性板24b，由此，形成半抽出返回部分81a。

如图8B所示，在磁性体25a也形成同样的半抽出返回部分81b。然后，层 叠磁性板24a、磁性板24b，并且层叠磁性板25a、磁性板25b而如前述那样形 成外周部铁芯部分24、外周部铁芯部分25。

之后，当如图8C所示那样形成啮合部分70时，半抽出返回部分81a、半 抽出返回部分81b排成一列。并且，也可以利用加压构件80对半抽出返回部 分81a、半抽出返回部分81b加压从而形成连结构件81。可知，在该情况下， 无需预先制作连结构件81，能够更容易地形成连结构件81。

图9是第三实施方式的电抗器的芯主体的截面图。在第三实施方式中， 连结部70也含有：形成于啮合部分70的贯通孔91～贯通孔93、插入并嵌合于 贯通孔91～贯通孔93的连结构件81～连结构件83。

而且，图10A是图9所示的芯主体的局部分解立体图，图10B是沿图9的 线A”-A”观察的纵截面图。如图10A所示，在外周部铁芯部分24的磁性 板24a的突出部分70b形成有凹部98b，在磁性板24b的突出部分70a形成有凹 部96a。同样地，在外周部铁芯部分25的磁性板25a的突出部分70b形成有凹 部96b，在磁性板25b的突出部分70a形成有凹部97a。凹部96a、凹部96b、凹 部97a、凹部98b的尺寸彼此相等。

在第三实施方式中，当如前述那样形成啮合部分70时，形成有由凹部 96a、凹部96b构成的贯通孔91。在贯通孔91插入并嵌合有与前述同样的连结 构件81。其他贯通孔92、贯通孔93也同样。在该情况下，能够使外周部铁芯 部分24和外周部铁芯部分25更牢固地连结。并且可知，在第三实施方式中， 也能够获得与前述同样的效果。另外，凹部96a、凹部96b的形状不限于前述 形状。

或者，优选的是，自层叠的多个磁性板冲裁与连结构件81～连结构件83 相当的部分，由此，形成连结构件81～连结构件83。接着，自层叠的磁性板 冲裁出与如下构件相当的部分，该构件是与铁芯41～铁芯43一体的外周部铁 芯部分24～外周部铁芯部分26。在该情况下，无需为了形成连结构件81～连 结构件83而准备追加的构件，因此这一点是有利的。但是，也可以是，连结 构件81～连结构件83是独立形成的单一构件。

而且，在自多个磁性板形成有连结构件81的情况下，连结构件81～连结 构件83为磁性体。相对于此，在连结构件由非磁性体形成的情况下，在连结 构件的部位电抗器6的磁特性受到连结构件的影响，容易变得磁通量饱和。 但是，在连结构件81～连结构件83是由磁性体形成的情况下，能够避免这样 的问题。

如图10B所示，连结构件81在层叠方向上错开比一个磁性板的厚度小的 距离的量地配置。换言之，连结构件81的一个磁性板与构成外周部铁芯部分 24以及外周部铁芯部分25的多个磁性板中的两个磁性板抵接。前述的距离优 选为一个磁性体的厚度的一半。在该情况下，能够利用简单的结构，将外周 部铁芯部分24、外周部铁芯部分25牢固地连结。图8C所示的实施方式的情况 也相同。

如图10B所示，优选的是，连结构件81的磁性板的数量比构成外周部铁 芯部分24以及外周部铁芯部分25的磁性板的数量少。由此，能够避免连结构 件81的端面自外周部铁芯部分24、外周部铁芯部分25的端面突出。

图11是基于第四实施方式的电抗器的截面图。图11所示的电抗器6的芯 主体5含有：由外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分27构成的大致八边形形 状的外周部铁芯20和与前述相同的四个铁芯线圈31～铁芯线圈34。这些铁芯 线圈31～铁芯线圈34沿芯主体5的周向大致等间隔地配置。而且，铁芯的数 量优选为4以上的偶数，由此，能够将电抗器6作为单相电抗器使用。

根据附图可知，各个铁芯线圈31～铁芯线圈34含有：沿半径方向延伸的 铁芯41～铁芯44和卷绕于该铁芯的线圈51～线圈54。铁芯41～铁芯44的各自 的半径方向外侧端部与外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分27形成为一体。

此外，铁芯41～铁芯44的各自的半径方向内侧端部位于外周部铁芯20的 中心附近。在图11中铁芯41～铁芯44的各自的半径方向内侧端部朝向外周部 铁芯20的中心收敛，其顶端角度大约为90度。并且，铁芯41～铁芯44的半径 方向内侧端部隔着能够磁连结的间隙101～间隙104彼此分离。

在图11中，在外周部铁芯部分24～外周部铁芯部分27的连结面形成有作 为连结部的啮合部分70。啮合部分70与前述相同，也可以在啮合部分70形成 有插入有连结构件81～84的贯通孔91～94。因此可知，在第四实施方式中， 也能够获得与前述同样的效果。

使用典型的实施方式说明了本发明，但能够理解的是，只要是本领域技 术人员，在不脱离本发明的范围的前提下，能够进行前述的变更以及各种其 他变更、省略、追加。

Claims (8)

1.一种电抗器，其具有：

外周部铁芯，其由多个外周部铁芯部分构成；以及

至少三个铁芯线圈，其配置于所述外周部铁芯的内侧，

所述至少三个铁芯线圈均由铁芯和线圈构成，该铁芯结合于所述多个外周部铁芯部分的各个外周部铁芯部分，该线圈卷绕于该铁芯，

在所述至少三个铁芯中的一个铁芯和与该一个铁芯相邻的其他铁芯之间形成有能够磁连结的间隙，

所述电抗器还具有连结部，该连结部将所述多个外周部铁芯部分彼此连结。

2.根据权利要求1所述的电抗器，其特征在于，

所述外周部铁芯部分以及所述铁芯是通过沿层叠方向层叠多个板而形成的。

3.根据权利要求1或2所述的电抗器，其特征在于，

所述连结部含有啮合部分，该啮合部分在彼此相邻的外周部铁芯部分之间使一个外周部铁芯部分的多个板和另一个外周部铁芯部分的多个板交错地突出并啮合。

4.根据权利要求3所述的电抗器，其特征在于，

在所述多个外周部铁芯部分之间或者所述啮合部分形成有孔，

所述连结部还含有插入于所述孔的连结构件。

5.根据权利要求4所述的电抗器，其特征在于，

所述连结构件是通过将多个板沿所述层叠方向层叠而形成的，

所述连结构件相对于构成所述多个外周部铁芯部分的多个板沿所述层叠方向错开比所述多个板中的一个板的厚度小的距离的量地配置。

6.根据权利要求4或5所述的电抗器，其特征在于，

所述连结构件由磁性体形成。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的电抗器，其特征在于，

所述至少三个铁芯线圈的数量是3的倍数。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的电抗器，其特征在于，

所述至少三个铁芯线圈的数量是4以上的偶数。