CN112420344A - 电抗器以及线圈壳体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电抗器以及线圈壳体。电抗器包括外周部铁芯以及至少三个铁芯线圈。铁芯线圈包括铁芯和线圈。线圈由至少卷绕一圈的扁线构成。电抗器包括被设置为与构成线圈的扁线的宽幅面面接触的温度检测部。

Description

电抗器以及线圈壳体

技术领域

本发明涉及一种电抗器以及线圈壳体。

背景技术

近年来，开发了一种具有芯主体的电抗器，该芯主体包括外周部铁芯和在该外周部铁芯的内部配置的多个铁芯。在多个铁芯均安装有线圈。例如参照日本特开2017-139438号公报。

再者，在日本特开2019-004066号公报中，公开了电抗器包括在芯主体的一个端面的中心配置的温度检测部。

发明内容

此外，在电抗器某一相的线圈发生了层间短路的情况下，流过比其他相的线圈流过的电流大的电流。若继续该状态，则由于线圈的温度上升得高于设想的温度，因此线圈的温度超过线圈周围的绝缘构件的耐热温度，绝缘构件的性能提前发生劣化，从而有可能发生接地短路。因此，需要通过迅速检测线圈的温度，来在早期发现层间短路，并且在线圈周边的绝缘构件由于热而劣化之前保护电抗器。

通常，电抗器的线圈和铁芯发热，存在如下倾向：在电源频率较低的情况下，线圈的发热比例变大，而在电源频率较高的情况下，铁芯的发热比例变大。在50Hz、60Hz这样的商用电源频率下，线圈的发热比例较高。并且，存在如下倾向：电抗器的温度随着线圈的温度上升而上升。因此，特别是在电源频率较低的情况下，监视线圈的温度变化是重要的。然而，由于日本特开2019-004066号公报中的温度检测部设置在电抗器的芯主体的端面的中心，因此不直接对线圈的温度进行检测。换言之，在日本特开2019-004066号公报的情况下，即使所检测到的芯主体的端面的温度处于正常范围内，线圈的温度也有可能高于正常范围，而无法排除发生了层间短路的可能性。

因此，期望一种能够准确求出线圈的温度的电抗器、以及这样的电抗器所使用的线圈壳体。

根据本公开的第1技术方案，提供一种电抗器，该电抗器具备：外周部铁芯；以及至少三个铁芯线圈，其与所述外周部铁芯的内表面接触或与该内表面结合起来，所述至少三个铁芯线圈均由铁芯和安装于该铁芯的线圈构成，所述线圈由至少卷绕一圈的扁线构成，至少三个的所述铁芯各自的半径方向内侧端部朝向所述外周部铁芯的中心会聚，在至少三个的所述铁芯中的一个铁芯和与该一个铁芯相邻的另一个铁芯之间形成有能够磁耦合的间隙，至少三个的所述铁芯的所述半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙而相互分离开，该电抗器还具备温度检测部，该温度检测部被设置为与构成至少三个的所述线圈中的至少一个线圈的所述扁线的宽幅面面接触。

在第1技术方案中，由于温度检测部与构成线圈的扁线的宽幅面面接触，因此温度检测部与线圈之间的热阻变小，因此能够迅速检测线圈的温度变化。因此，能够迅速地把握在线圈是否发生了层间短路。通过设为在温度检测部与线圈之间夹着硅、粘接剂等导热性物质而不产生空气层，也能够减小温度检测部与线圈之间的热阻，而能够更加迅速地检测线圈的温度变化。

通过对与附图有关的以下实施方式进行说明，本发明的目的、特征以及优点将变得更加明确。

附图说明

图1A是基于第一实施方式的电抗器所包含的芯主体的剖视图。

图1B是图1A所示的电抗器的立体图。

图2A是基于第二实施方式的电抗器所包含的芯主体的俯视图。

图2B是从电抗器的半径方向内侧观察到的线圈壳体的立体图。

图2C是从电抗器的半径方向外侧观察到的线圈壳体的立体图。

图3是线圈壳体以及线圈的立体图。

图4A是线圈壳体的局部剖视图。

图4B是另一实施方式的线圈壳体的局部剖视图。

图5A是线圈壳体的剖视图。

图5B是线圈壳体的局部立体图。

图6是电抗器的局部立体图。

图7A是第三实施方式的电抗器的芯主体的俯视图。

图7B是第四实施方式的电抗器的芯主体的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在所有附图中，对相对应的构成要素标注共同的附图标记。

在以下记载中，主要以三相电抗器为例进行说明，但对于本公开的应用，并不限定于三相电抗器，而是能够广泛地应用于在各相需要一定电感的多相电抗器。另外，本公开的电抗器并不限定为设于工业用机器人、机床的逆变器的初级侧以及次级侧的电抗器，而能够应用于各种设备。

图1A是基于第一实施方式的电抗器所包含的芯主体的剖视图。图1B是图1A所示的电抗器的立体图。如图1A以及图1B所示，电抗器6的芯主体5包括外周部铁芯20、以及配置在外周部铁芯20的内侧的三个铁芯线圈31～33。图1中，在呈大致六边形的外周部铁芯20的内侧配置有铁芯线圈31～33。这些铁芯线圈31～33在芯主体5的周向上等间隔地配置。

此外，外周部铁芯20也能够是其他旋转对称形状、例如圆形。另外，铁芯线圈的数量为3的倍数即可，在该情况下，能够将电抗器6用作三相电抗器。

由附图可知，各个铁芯线圈31～33包括仅沿着外周部铁芯20的半径方向延伸的铁芯41～43、以及安装于该铁芯的线圈51～53。此外，在其他附图中，为了简洁有时省略对线圈51～53的图示。

外周部铁芯20由在周向上分割而成的多个、例如三个外周部铁芯部分24～26构成。外周部铁芯部分24～26分别与铁芯41～43构成为一体。外周部铁芯部分24～26以及铁芯41～43由对多个磁性板、例如铁板、碳钢板、电磁钢板进行层叠形成，或者由压粉铁芯形成。在像这样使外周部铁芯20由多个外周部铁芯部分24～26构成时，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。此外，也可以是，铁芯41～43的数量和外周部铁芯部分24～26的数量不一定一致。

再者，铁芯41～43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41～43各自的半径方向内侧端部朝向外周部铁芯20的中心会聚，其顶端角度为约120度。并且，铁芯41～43的半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙101～103而相互分离开。

换言之，铁芯41的半径方向内侧端部与相邻的两个铁芯42、43各自的半径方向内侧端部隔着间隙101、103而相互分离开。对其他铁芯42、43而言也是同样的。此外，间隙101～103的尺寸设为彼此相等。

像这样，在图1A所示的结构中，由于无需位于芯主体5的中心部的中心部铁芯，因此能够轻量并且简易地构成芯主体5。再者，由于三个铁芯线圈31～33由外周部铁芯20所包围，因此自线圈51～53产生的磁场也不会向外周部铁芯20的外部泄漏。另外，由于能够以任意的厚度低成本地设置间隙101～103，因此其与具有现有构造的电抗器相比较而言在设计上是有利的。

再者，对于本公开的芯主体5，与具有现有构造的电抗器相比较而言，相间的磁路长度的差较小。因此，在本公开中，也能够减轻由磁路长度的差而引起的电感的不平衡。

参照图1B可知，安装于铁芯41～43的线圈51～53均为截面是矩形的单一的导电性线材，即，为通过将扁线至少卷绕一圈而形成的扁线线圈。由于扁线的截面为矩形，因此扁线包括彼此平行的一组宽幅面以及彼此平行的一组窄幅面，一组宽幅面和一组窄幅面相互垂直。因此，成为在线圈51～53各自的端面，扁线的宽幅面暴露。

在第一实施方式中，温度检测部T、例如温度传感器被安装于一个线圈、例如线圈52的端面。更准确地说，温度检测部T被安装于构成线圈52的扁线的宽幅面。将温度检测部T设为利用有线或无线而与外部的控制装置(未图示)、例如CNC、转换器、逆变器、I/O、计算机连接。

在驱动电抗器6时，线圈51～53发热。在本发明中，由于温度检测部T与线圈52的宽幅面面接触，因此能够准确地检测线圈52的温度。因此，通过将所检测到的温度和预定的阈值进行比较，能够准确地把握在线圈52是否发生了层间短路。通过在温度检测部T与线圈52之间夹着硅、粘接剂等导热性物质，以不产生空气层，也能够减小温度检测部T与线圈之间的热阻，而能够更加迅速地检测线圈的温度变化。另外，也能够把握电抗器6的负载状态。

在图1A以及图1B中，温度检测部T被安装在线圈52的位于电抗器6的半径方向外侧的端面。然而，温度检测部T也能够被安装在线圈52的位于电抗器6的半径方向内侧的端面。一般地，相较于线圈52的位于半径方向外侧的端面，易于积存空气的位于半径方向内侧的端面的温度较高。因此，在温度检测部T被安装在线圈52的位于半径方向内侧的端面的情况下，能够有余量地把握在线圈52是否发生了层间短路。另外，也能够在其他线圈51、53中的至少一者同样地设置温度检测部T。

图2A是基于第二实施方式的电抗器所包含的芯主体的俯视图。第二实施方式相对于第一实施方式的不同点在于至少三个的线圈51～53各自被收纳在线圈壳体61～63。优选的是，线圈壳体61～63由非磁性材料、例如树脂、绝缘纸形成。

图2B以及图2C分别为从电抗器的半径方向内侧以及半径方向外侧观察到的线圈壳体的立体图。在这些附图中，作为代表，仅表示线圈壳体61，但其他线圈壳体62、63、(64)也设为同样的结构。线圈壳体61具有上表面以及半径方向内侧的面开放的外壳61b、以及从该外壳61b的位于半径方向外侧的端面向半径方向内侧突出的中空突出部61c。

外壳61b与中空突出部61c之间的空间为具有适合于收纳线圈51的形状的线圈容纳部61a。另外，如后所述，中空突出部61c的中空部分具有适合于容纳铁芯41的形状。在参照图2C时，在电抗器6的位于半径方向外侧的线圈壳体61的端面，在该线圈壳体61的上端附近形成有温度检测部容纳部61d。

在温度检测部容纳部61d容纳温度检测部T。图3是线圈壳体以及线圈的立体图。如图3所示，温度检测部容纳部61d的入口61e作为缺口而形成在外壳61b的边缘部。对于温度检测部T，其自入口61e沿着相对于电抗器6的半径方向垂直的方向滑动而被容纳在温度检测部容纳部61d。

温度检测部容纳部61d形成为温度检测部T至少局部与构成线圈51的扁线的宽幅面面接触。因此，可知通过使用具有这样的温度检测部容纳部61d的线圈壳体61，能够使温度检测部T容易地与构成线圈51的扁线的宽幅面面接触。

为了该目的，优选的是，在温度检测部容纳部61d的与线圈51相邻的壁部，至少局部形成有开口部61f或缺口。此外，温度检测部容纳部61d也可以形成在外壳61b的使温度检测部T至少局部与构成线圈51的扁线的宽幅面面接触的其他部位。此外，温度检测部T既可以仅容纳在线圈壳体61，也可以容纳在线圈壳体61～63中的至少一者。再者，线圈壳体61～63本身也被包含在本发明的范围内。

另外，参照图3可知，在中空突出部61c的局部设有优选为树脂制的第一弹性卡合部71。第一弹性卡合部71包括从外壳61b的位于电抗器6的半径方向外侧的端面向半径方向内侧悬臂式地延伸的第一板簧部71a、以及设置在第一板簧部71a的顶端的第一保持部71b。

图4A是线圈壳体的局部剖视图。参照图3以及图4A可知，在使线圈51向电抗器6的半径方向外侧方向(图3的箭头方向)移动时，第一保持部71b被线圈51的一个端面按压，而使第一板簧部71a向下方弯曲。并且，当线圈51被容纳在线圈容纳部61a时，第一板簧部71a返回到原来位置，而使第一保持部71b与线圈51的另一个端面卡合。即，利用第一弹性卡合部71来使线圈51与线圈容纳部61a弹性卡合。因此，能够使线圈51不会自线圈容纳部61a脱落。

图4B是另一实施方式的线圈壳体的局部剖视图。在图4B中，在第一保持部71b的与容纳于线圈容纳部61a的线圈51相对的面设有按压部71c。按压部71c能够为随着从线圈51朝向第一保持部71b而向上方倾斜的倾斜面。利用按压部71c，线圈51被朝向电抗器6的半径方向外侧向温度检测部T按压。由此，使温度检测部T能够更加准确地检测线圈51的温度。另外，按压部71c也可以是将线圈51朝向电抗器6的半径方向外侧向温度检测部T按压的其他形状。

图5A是线圈壳体的剖视图，图5B是线圈壳体的局部立体图。如前述那样温度检测部T被容纳在温度检测部容纳部61d。在外壳61b的局部设有优选为树脂制的第二弹性卡合部81。第二弹性卡合部81包括相对于外壳61b的位于电抗器6的半径方向外侧的端面平行地以悬臂式延伸的第二板簧部81a、以及设置在第二板簧部81a的顶端的第二保持部81b。

当使温度检测部T朝向温度检测部容纳部61d移动时，第二保持部81b被温度检测部T的一个端面按压，而使第二板簧部81a向电抗器6的半径方向外侧弯曲。并且，当温度检测部T被容纳在温度检测部容纳部61d时，第二板簧部81a返回到原来位置，第二保持部81b与温度检测部T的另一个端面卡合。即，利用第二弹性卡合部81，温度检测部T与温度检测部容纳部61d弹性卡合。因此，能够使温度检测部T不会自温度检测部容纳部61d脱落。

另外，如图5B所示，也能够在第二板簧部81a的内表面设置凸部81c。凸部81c沿着电抗器6的半径方向内侧延伸。当温度检测部T被容纳在温度检测部容纳部61d时，凸部81c发挥将温度检测部T向线圈51按压的作用。可知由此，温度检测部T能够更加准确地检测线圈51的温度。

图6是电抗器的局部立体图。如图6所示，使容纳有线圈51的线圈壳体61朝向外周部铁芯部分24移动。由此，与外周部铁芯部分24一体的铁芯41向线圈壳体61的中空突出部61c插入。由此，能够将线圈51安装于铁芯41。在其他线圈52、53也被容纳于对应的线圈壳体62、63之后，同样地将这些线圈分别安装于外周部铁芯部分25、26的铁芯42、43。其后，将外周部铁芯部分24～26彼此组装，由此，形成图2A所示的电抗器6。

图7A是第三实施方式的电抗器的芯主体的俯视图。图7A所示的芯主体5包括呈大致八边形形状的外周部铁芯20、以及在外周部铁芯20的内侧配置的、与前述铁芯线圈同样的四个铁芯线圈31～34。这些铁芯线圈31～34在芯主体5的周向上等间隔地配置。另外，优选的是，铁芯的数量为4以上的偶数，由此，能够将具有芯主体5的电抗器用作单相电抗器。

由附图可知，外周部铁芯20由在周向上分割而成的四个外周部铁芯部分24～27构成。各个铁芯线圈31～34包括沿着半径方向延伸的铁芯41～44以及安装于该铁芯的线圈51～54。并且，铁芯41～44各自的半径方向外侧端部和各个外周部铁芯部分21～24形成为一体。此外，也可以是，铁芯41～44的数量和外周部铁芯部分24～27的数量不一定一致。

再者，铁芯41～44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7A中，铁芯41～44各自的半径方向内侧端部朝向外周部铁芯20的中心会聚，其顶端角度为约90度。并且，铁芯41～44的半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙101～104而相互分离开。

在图7A中，温度检测部T、例如温度传感器例如被安装于构成线圈52的扁线的宽幅面。因此，能够准确地检测线圈52的温度。因此，能够得到和前述的效果同样的效果。

另外，图7B是第四实施方式的电抗器的芯主体的俯视图。第四实施方式相对于第三实施方式的不同点在于至少四个的线圈51～54各自被收纳在与前述的线圈壳体同样的线圈壳体61～64。

在图7B中，温度检测部T、例如温度传感器与前述内容同样地安装于一个线圈壳体、例如线圈壳体62。通过使用线圈壳体62，使温度检测部T容易地与线圈52的宽幅面面接触，因此，能够得到和前述的效果同样的效果。

本公开的形态

根据第1形态，提供一种电抗器，该电抗器具备：外周部铁芯(20)；以及至少三个铁芯线圈(31～34)，其与所述外周部铁芯的内表面接触或与该内表面结合起来，所述至少三个铁芯线圈均由铁芯(41～44)和安装于该铁芯的线圈(51～54)构成，所述线圈由至少卷绕一圈的扁线构成，至少三个的所述铁芯各自的半径方向内侧端部朝向所述外周部铁芯的中心会聚，在至少三个的所述铁芯中的一个铁芯和与该一个铁芯相邻的另一个铁芯之间形成有能够磁耦合的间隙(101～104)，至少三个的所述铁芯的所述半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙而相互分离开，该电抗器还具备温度检测部(T)，该温度检测部被设置为与构成至少三个的所述线圈中的至少一个线圈的所述扁线的宽幅面面接触。

根据第2形态，在第1形态中，所述电抗器还具备至少三个线圈壳体(61～64)，所述至少三个线圈壳体具有分别容纳至少三个的所述线圈的线圈容纳部(61a)，所述至少三个线圈壳体均包括容纳所述温度检测部的温度检测部容纳部(61d)。

根据第3形态，在第2形态中，所述线圈容纳部包括使所述线圈与所述线圈容纳部弹性卡合的第一弹性卡合部(71)。

根据第4形态，在第3形态中，所述第一弹性卡合部包括将所述线圈向所述温度检测部按压的按压部(71c)。

根据第5形态，在第2～第4的任一形态中，所述温度检测部容纳部包括使所述温度检测部与所述温度检测部容纳部弹性卡合的第二弹性卡合部(81)。

根据第6形态，在第5形态中，所述第二弹性卡合部包括将所述温度检测部向所述线圈按压的凸部(81c)。

根据第7形态，在第1～第6的任一形态中，所述至少三个铁芯线圈的数量为3的倍数。

根据第8形态，在第1～第6的任一形态中，所述至少三个铁芯线圈的数量为4以上的偶数。

根据第9形态，提供一种线圈壳体(61～64)，该线圈壳体具备：线圈容纳部(61a)，其用于容纳通过将扁线至少卷绕一圈而形成的线圈；以及温度检测部容纳部(61d)，其用于容纳对所述线圈的温度进行检测的温度检测部，该温度检测部容纳部形成为，使得所述温度检测部与构成容纳在所述线圈容纳部的所述线圈的所述扁线的宽幅面面接触。

根据第10形态，在第9形态中，所述线圈容纳部包括使所述线圈与所述线圈容纳部弹性卡合的第一弹性卡合部(71)。

根据第11形态，在第10形态中，所述第一弹性卡合部包括将所述线圈向所述温度检测部按压的按压部(71c)。

根据第12形态，在第9～第11的任一形态中，所述温度检测部容纳部包括使所述温度检测部与所述温度检测部容纳部弹性卡合的第二弹性卡合部(81)。

根据第13形态，在第12形态中，所述第二弹性卡合部包括将所述温度检测部向所述线圈按压的凸部(81c)。

形态的效果

在第1形态中，由于温度检测部与构成线圈的扁线的宽幅面面接触，因此能够迅速检测线圈的温度变化。因此，能够迅速地把握在线圈是否发生了层间短路，而能够在线圈周边的绝缘构件由于热而劣化之前保护电抗器。

在第2形态中，通过使用线圈壳体，来使温度检测部容易地与线圈的宽幅面面接触。

在第3形态中，利用第一弹性卡合部，能够使线圈不会自线圈容纳部脱落。

在第4形态中，由于线圈被向温度检测部按压，因此能够更加准确地检测线圈的温度。

在第5形态中，利用第二弹性卡合部，能够使温度检测部不会自温度检测部容纳部脱落。

在第6形态中，由于温度检测部在凸部的作用下被向线圈按压，因此能够更加准确地检测线圈的温度。

在第7形态中，能够将电抗器用作三相电抗器。

在第8形态中，能够将电抗器用作单相电抗器。

在第9形态中，用于被容纳在温度检测部容纳部的温度检测部与构成用于被容纳在线圈容纳部的线圈的扁线的宽幅面面接触。因此，能够迅速检测线圈的温度变化。因此，能够迅速地把握在线圈是否发生了层间短路。

在第10形态中，利用第一弹性卡合部，能够使线圈不会自线圈容纳部脱落。

在第11形态中，由于线圈被向温度检测部按压，因此能够更加准确地检测线圈的温度。

在第12形态中，利用第二弹性卡合部，能够使温度检测部不会自温度检测部容纳部脱落。

在第13形态中，由于温度检测部在凸部的作用下被向线圈按压，因此能够更加准确地检测线圈的温度。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本领域技术人员应当理解的是在不脱离权利要求的公开范围内能够进行各种修改以及变更。

Claims (13)

1.一种电抗器，其中，

所述电抗器具备：

外周部铁芯；以及

至少三个铁芯线圈，其与所述外周部铁芯的内表面接触或与该内表面结合起来，

所述至少三个铁芯线圈均由铁芯和安装于该铁芯的线圈构成，所述线圈由至少卷绕一圈的扁线构成，

至少三个的所述铁芯各自的半径方向内侧端部朝向所述外周部铁芯的中心会聚，

在至少三个的所述铁芯中的一个铁芯和与该一个铁芯相邻的另一个铁芯之间形成有能够磁耦合的间隙，至少三个的所述铁芯的所述半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙而相互分离开，

所述电抗器还具备：

温度检测部，其被设置为与构成至少三个的所述线圈中的至少一个线圈的所述扁线的宽幅面面接触。

2.根据权利要求1所述的电抗器，其中，

所述电抗器还具备至少三个线圈壳体，所述至少三个线圈壳体具有分别容纳至少三个的所述线圈的线圈容纳部，

所述至少三个线圈壳体均包括容纳所述温度检测部的温度检测部容纳部。

3.根据权利要求2所述的电抗器，其中，

所述线圈容纳部包括使所述线圈与所述线圈容纳部弹性卡合的第一弹性卡合部。

4.根据权利要求3所述的电抗器，其中，

所述第一弹性卡合部包括将所述线圈向所述温度检测部按压的按压部。

5.根据权利要求2～4中任一项所述的电抗器，其中，

所述温度检测部容纳部包括使所述温度检测部与所述温度检测部容纳部弹性卡合的第二弹性卡合部。

6.根据权利要求5所述的电抗器，其中，

所述第二弹性卡合部包括将所述温度检测部向所述线圈按压的凸部。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的电抗器，其中，

所述至少三个铁芯线圈的数量为3的倍数。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的电抗器，其中，

所述至少三个铁芯线圈的数量为4以上的偶数。

9.一种线圈壳体，其中，

所述线圈壳体具备：

线圈容纳部，其用于容纳通过将扁线至少卷绕一圈而形成的线圈；以及

温度检测部容纳部，其用于容纳对所述线圈的温度进行检测的温度检测部，

该温度检测部容纳部形成为，使得所述温度检测部与构成容纳在所述线圈容纳部的所述线圈的所述扁线的宽幅面面接触。

10.根据权利要求9所述的线圈壳体，其中，

所述线圈容纳部包括使所述线圈与所述线圈容纳部弹性卡合的第一弹性卡合部。

11.根据权利要求10所述的线圈壳体，其中，

所述第一弹性卡合部包括将所述线圈向所述温度检测部按压的按压部。

12.根据权利要求9～11中任一项所述的线圈壳体，其中，

所述温度检测部容纳部包括使所述温度检测部与所述温度检测部容纳部弹性卡合的第二弹性卡合部。

13.根据权利要求12所述的线圈壳体，其中，

所述第二弹性卡合部包括将所述温度检测部向所述线圈按压的凸部。

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