CN117121137A - 具备线圈壳体的电磁设备 - Google Patents

Abstract

防止线圈壳体在芯主体的半径方向上发生错位。电磁设备(6)的芯主体(5)包括外周部铁芯(20)和至少三个铁芯(41～44)。电磁设备还包括安装于铁芯的线圈(51～54)和线圈壳体(61～64)。将芯主体和线圈壳体互相嵌合的嵌合部(70、80)分别形成在芯主体和线圈壳体。

Description

具备线圈壳体的电磁设备

技术领域

本发明涉及具备线圈壳体的电磁设备，例如电抗器、变压器等。

背景技术

近年来，发开了一种具备芯主体的电磁设备，该芯主体包括外周部铁芯和配置在该外周部铁芯的内部的多个铁芯。在多个铁芯分别卷绕有线圈。此外，公知有出于使芯主体和线圈之间绝缘的目的而将线圈以容纳于线圈壳体的状态组装于电磁设备的技术。例如参照专利文献1和专利文献2。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-004126号公报

专利文献2：日本特开2019-016711号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在使用线圈壳体的情况下，会产生线圈壳体在芯主体的半径方向上发生错位的情况。其结果，有时难以准确且容易地组装电磁设备。

因此，期望一种线圈壳体不会在芯主体的半径方向上发生错位的电磁设备。

用于解决问题的方案

根据本公开的第一个技术方案，提供一种电磁设备，其具备芯主体，该芯主体包括由多个外周部铁芯部分构成的外周部铁芯和与所述多个外周部铁芯部分相结合的至少三个铁芯，该电磁设备还具备：线圈，其安装于该至少三个铁芯；和线圈壳体，其至少局部覆盖所述至少三个铁芯中的各个铁芯，并相对于所述线圈绝缘，将所述芯主体和所述线圈壳体互相嵌合的嵌合部分别形成在所述芯主体和所述线圈壳体。

发明的效果

在第一个技术方案中，线圈壳体和芯主体通过嵌合部互相嵌合。因而，一旦嵌合，线圈壳体就不会在芯主体的半径方向上发生错位。因此，可以准确且容易地组装电磁设备。

本发明的目的、特征以及优点通过与附图关连的以下的实施方式的说明来进一步明确。

附图说明

图1A是基于第一实施方式的电磁设备所包括的芯主体的剖视图。

图1B是图1A所示的电磁设备的立体图。

图2A是从电磁设备的半径方向内侧观察的线圈壳体的立体图。

图2B是从电磁设备的半径方向外侧观察的线圈壳体的立体图。

图2C是电磁设备的局部俯视图。

图2D是现有技术的电磁设备的局部俯视图。

图3是电磁设备的局部立体图。

图4A是本公开的电磁设备的第一局部剖视图。

图4B是本公开的电磁设备的第二局部剖视图。

图4C是本公开的电磁设备的第三局部剖视图。

图5是与图2B同样的线圈壳体的另一立体图。

图6是表示本公开的外周部铁芯部分的磁通密度分布的图。

图7是基于第二实施方式的电磁设备所包括的芯主体的剖视图。

图8A是基于另一实施方式的电磁设备所包括的芯主体的剖视图。

图8B是基于再一实施方式的电磁设备所包括的芯主体的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。在所有附图中，对对应的结构要素标注共同的附图标记。

在以下的记载中，主要以三相电抗器作为电磁设备的例子进行说明，但本公开的应用并不限定于三相电抗器，而能够广泛地应用于在各相要求一定的电感的多相电抗器，此外，也能够应用于变压器。此外，本公开的电抗器并不限定于设置在工业用机器人、机床中的逆变器的一次侧和二次侧，而能够应用于各种各样的设备。

图1A是基于第一实施方式的电磁设备所包括的芯主体的剖视图。图1B是图1A所示的电磁设备的立体图。如图1A和图1B所示，电磁设备6的芯主体5包括外周部铁芯20和配置在外周部铁芯20的内侧的三个铁芯线圈31～33。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31～33。这些铁芯线圈31～33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。此外，铁芯线圈的数量只要是3的倍数即可，在该情况下，能够将作为电磁设备6的电抗器用作三相电抗器。

由附图可知，各个铁芯线圈31～33包括沿外周部铁芯20的半径方向延伸的铁芯41～43和安装于该铁芯的线圈51～53。至少三个线圈51～53分别容纳于线圈壳体61～63。线圈壳体61～63优选由非磁性材料、例如树脂形成。

外周部铁芯20由在周向上分割而得到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41～43一体地构成。由后述的图3可知，外周部铁芯部分24～26和铁芯41～43通过层叠多个磁性板、例如铁板、碳钢板、电磁钢板而形成，或者由压粉铁芯形成。如此，在外周部铁芯20由多个外周部铁芯部分24～26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41～43的数量与外周部铁芯部分24～26的数量也可以不一致。

而且，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的中心收敛，其前端角度为大约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互相分离。

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互相分离。对于其他铁芯42、43也是同样的。另外，间隙101～103的尺寸彼此相等。

如此，在图1A所示的结构中，由于不需要位于芯主体5的中心部的中心部铁芯，因此，能够轻量且简易地构成芯主体5。而且，由于三个铁芯线圈31～33被外周部铁芯20包围，因此，由线圈51～53产生的磁场不会向外周部铁芯20的外部泄漏。此外，由于能够以任意的厚度且低成本地设置间隙101～103，因此，与以往构造的电抗器相比，在设计上是有利的。

而且，与以往构造的电磁设备相比较，在本公开的芯主体5中，各相之间的磁路长度之差变少。因此，在本公开中，也能够减轻因磁路长度之差而引起的电感不平衡。

参照图1B可知，安装于铁芯41～43的线圈51～53分别是通过将扁平线卷绕至少一圈而形成的扁平线线圈。当然，线圈51～53(54)也可以是扁平线线圈以外的线圈。

图2A是从电磁设备的半径方向内侧观察的线圈壳体的立体图，图2B是从电磁设备的半径方向外侧观察的线圈壳体的立体图。在这些附图和后述的其他附图中，作为代表，仅示出线圈壳体61，但其他线圈壳体62、63、(64)也是同样的结构。线圈壳体61具有上表面和半径方向内侧的面开放的外壳61b和从该外壳61b的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和中空突出部61c之间的空间是适于容纳线圈51的形状的线圈容纳部61a。此外，如后述那样，中空突出部61c的中空部分是适于容纳铁芯41的形状。

如图2A和图2B所示，在外壳61b的与外周部铁芯部分24相对的外周面的局部形成有作为第一嵌合部70的凸部70a。同样地，在中空突出部61c的与铁芯41相对的内周面的局部形成有作为第二嵌合部80的凸部80a。在图2A和图2B中，相对于一个线圈壳体61形成有两个凸部70a和两个凸部80a。

由附图可知，这些凸部70a具有半圆形的截面，与电磁设备6的轴线方向平行地延伸。在外壳61b的外周面形成的凸部70a的长度与对应的线圈51的高度大致相等，在中空突出部61c的内周面形成的凸部80a的长度与对应的线圈51的开口部的高度大致相等。或者，也可以是，凸部70a、80a至少局部与电磁设备6的轴线方向平行地延伸。

图2C是电磁设备的局部俯视图。如图2C所示，在外周部铁芯部分24形成有作为第一嵌合部70的凹部70b。凹部70b与在线圈容纳部61a的外周面形成的凸部70a嵌合。同样地，在铁芯41形成有作为第二嵌合部80的凹部80b。凹部80b与在中空突出部61c的内周面形成的凸部80a嵌合。

由图2C可知，第二嵌合部80比第一嵌合部70靠近芯主体5的中心。换言之，第一嵌合部70和电磁设备6的中心之间的距离与第二嵌合部80和电磁设备6的中心之间的距离不同。

而且，图3是电磁设备的局部立体图。如图3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插入于线圈壳体61的中空突出部61c。

由于线圈壳体61是树脂制的，因此，在插入时线圈壳体61的内周面和外周面暂时弯曲。然后，若凸部70a、80a分别与凹部70b、80b嵌合，则线圈壳体61的内周面和外周面恢复原状。也就是说，第一嵌合部70和第二嵌合部80分别进行卡扣卡合。由此，能够将线圈51安装于铁芯41。在其他线圈52、53也容纳于对应的线圈壳体62、63之后，同样地分别安装于外周部铁芯部分25、26的铁芯42、43。之后，将外周部铁芯部分24～26互相组装，由此，形成图1B所示的电磁设备6。

如此，在本公开中，线圈壳体61～63和芯主体5利用嵌合部70、80互相嵌合。因而，一旦嵌合，线圈壳体61～63就不会在芯主体5的半径方向上发生错位。因此，能够准确且容易地组装电磁设备6。

此外，如参照图2C说明的那样，在第一嵌合部70和电磁设备6的中心之间的距离与第二嵌合部80和电磁设备6的中心之间的距离不同的情况下，能够进一步防止线圈壳体61～63在芯主体5的半径方向上发生错位。

图2D是现有技术的电磁设备的局部俯视图。在图2D中，没有形成嵌合部70、80。因此，现有技术的线圈壳体61’存在在半径方向上发生错位的可能性。本公开如上所述克服这样的问题。

在图2A等中，在线圈壳体61形成有凸部70a，并且在外周部铁芯部分24形成有凹部70b。然而，如本公开的作为电磁设备的局部剖视图的图4A～图4C所示，也可以是，在线圈壳体61形成凹部70b，并且在外周部铁芯部分24形成凸部70a。对于第二嵌合部80也是同样的。

此外，在图2A等中，凸部70a具有半圆形的截面。然而，凸部70a的截面不限定于半圆形，例如，也可以是如图4B所示那样的矩形或如图4C所示那样的三角形状。当然，凹部70b具有与凸部70a对应的形状。

图5是与图2B同样的线圈壳体的另一立体图。在图5中，在上述的凸部70a的基础上，在外壳61b的外周面由虚线示出与凸部70a平行地延伸的追加凸部70a’。而且，由虚线示出与图2B同样的凸部80a，并且在中空突出部61c的内周面由虚线示出与凸部80a平行地延伸的追加凸部80a’。当然，在形成有追加凸部70a’和/或追加凸部80a’的情况下，会在外周部铁芯部分24和铁芯41形成对应的追加凹部70b’和/或追加凹部80b’。

由图5可推测，也可以是，仅将凸部70a和追加凸部70a’形成在外壳61b，由此，是在外壳61b的外周面的一侧设置两个第一嵌合部70的结构。同样地，也可以是，仅将凸部80a和追加凸部80a’形成在中空突出部61c，由此，是在中空突出部61c的内周面的一侧设置两个第二嵌合部80的结构。而且，由图5可推测，也可以是，仅将凸部70a形成在外壳61a，由此，是仅由第一嵌合部70将芯主体5和线圈壳体61嵌合的结构。同样地，虽然未图示，但也可以是，仅将凸部80a形成在中空突出部61c，由此，是仅由第二嵌合部80将芯主体5和线圈壳体61嵌合的结构。在这样的情况下，形成与上述的凸部70a、70a’对应的凹部或与上述的凹部80a、80a’对应的凸部。即使在这样的情况下，也认为起到与上述效果同样的效果。

而且，图6是表示本公开的外周部铁芯部分的磁通密度分布的图。出于简洁的目的，图6示出在驱动作为电抗器的电磁设备6时的、仅外周部铁芯部分24的磁通密度分布。其他外周部铁芯部分25、26也呈现与外周部铁芯部分24同样的磁通密度分布。

在图6中，在外周部铁芯部分24的位于电磁设备6的周向上的两末端部且是与铁芯41的半径方向内侧端部相邻的两末端部、铁芯41的半径方向内侧端部以及它们附近，磁通密度较小(由区域Z1示出)。相对于此，在铁芯41的半径方向外侧端部、也就是外周部铁芯部分24的内周侧的位于电磁设备6的周向上的中央部分以及其附近，磁通密度较大(由区域Z2示出)。

若在磁通密度较大的部位形成嵌合部70、80，则有时芯主体5会发热，或成为噪音的间接原因。在本公开中，在磁通密度较小的上述的部位形成嵌合部70、80。因此，即使形成有嵌合部70、80，也能够抑制芯主体5的发热、噪音的产生。

图7是另一实施方式的电磁设备的芯主体的俯视图。图7所示的芯主体5包括大致八边形形状的外周部铁芯20和配置在外周部铁芯20的内侧的、与上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。此外，优选铁芯的数量为4以上的偶数，由此，能够将作为电磁设备6的电抗器用作单相电抗器。

由附图可知，外周部铁芯20由在周向上分割而得到的四个外周部铁芯部分24～27构成。各个铁芯线圈31～34包括沿半径方向延伸的铁芯41～44和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与外周部铁芯部分21～24分别一体地形成。另外，铁芯41～44的数量与外周部铁芯部分24～27的数量也可以不一致。

而且，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7中，铁芯41～44各自的半径方向内侧端部朝向外周部铁芯20的中心收敛，其前端角度为大约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互相分离。

在图7中，至少三个线圈51～54也分别容纳于与上述线圈壳体同样的线圈壳体61～64。并且，在线圈壳体61～64以及芯主体5与上述结构同样地形成有第一嵌合部70以及第二嵌合部80。因此，线圈壳体61～64和芯主体5利用嵌合部70、80互相嵌合，线圈壳体61～64不会在芯主体5的半径方向上发生错位。因而，认为获得与上述效果同样的效果。

而且，图8A和图8B是基于其他实施方式的电磁设备所包括的芯主体的剖视图。在这些附图中，示出变压器作为电磁设备6的例子。图8A以及图8B分别是与图1A以及图7同样的图，因此，对于已说明的构件，省略再次的说明。在图8A和图8B中，铁芯41～43(44)的半径方向内侧端部与相邻的铁芯41～43(44)的半径方向内侧端部互相抵接。因此，图8A和图8B所示的电磁设备6不包括间隙101～103(104)。

在图8A和图8B中，也在线圈壳体61～63(64)以及芯主体5与上述结构同样地形成第一嵌合部70以及第二嵌合部80。因此，即使在电磁设备6为变压器的情况下，也认为获得与上述效果同样的效果。

本公开的形态

根据第一个形态，提供一种电磁设备(6)，其具备芯主体(5)，该芯主体包括由多个外周部铁芯部分(24～27)构成的外周部铁芯(20)和与所述多个外周部铁芯部分相结合的至少三个铁芯(41～44)，该电磁设备(6)还具备：线圈(51～54)，其安装于该至少三个铁芯；和线圈壳体(61～64)，其至少局部覆盖所述至少三个铁芯中的各个铁芯，并相对于所述线圈绝缘，将所述芯主体和所述线圈壳体互相嵌合的嵌合部(70、80)分别形成在所述芯主体和所述线圈壳体。

根据第二个形态，在第一个形态中，所述嵌合部包括以至少局部与所述芯主体的轴线方向平行地延伸的方式形成的凹部和与该凹部嵌合的凸部。

根据第三个形态，在第一个形态或第二个形态中，所述嵌合部形成在所述线圈壳体的内周面和所述铁芯之间以及所述线圈壳体的外周面和所述外周部铁芯之间中的至少一者。

根据第四个形态，在第一个形态或第二个形态中，所述嵌合部包括在所述线圈壳体的外周面和所述铁芯之间形成的第一嵌合部以及在所述线圈壳体的内周面和所述外周部铁芯之间形成的第二嵌合部，所述第一嵌合部和所述电磁设备的中心之间的距离与所述第二嵌合部和所述电磁设备的所述中心之间的距离不同。

根据第五个形态，在第一个形态至第四个形态中的任一形态中，所述至少三个铁芯的数量为3的倍数。

根据第六个形态，在第一个形态至第四个形态中的任一形态中，所述至少三个铁芯的数量为4以上的偶数。

形态的效果

在第一个形态中，线圈壳体和芯主体利用嵌合部互相嵌合。因而，一旦嵌合，线圈壳体就不会在芯主体的半径方向上发生错位。因此，可以准确且容易地组装电磁设备。

在第二个形态和第三个形态中，能够以简单的结构起到上述的效果。

在第四个形态中，抑制线圈壳体在电磁设备的半径方向上发生错位。

在第五个形态中，能够将电磁设备用作三相电抗器。

在第六个形态中，能够将电磁设备用作单相电抗器。

以上，说明了本发明的实施方式，但本领域技术人员应当理解到，能够在不脱离权利要求书的公开范围的情况下进行各种各样的修改和变更。

附图标记说明

5、芯主体；6、电磁设备；20、外周部铁芯；24～27、外周部铁芯部分；31～34、铁芯线圈；41～44、铁芯；51～54、线圈；61～64、线圈壳体；61a、线圈容纳部；61b、外壳；61c、中空突出部；70、第一嵌合部；80、第二嵌合部；70a、80a、凸部；70a’、80a’、追加凸部；70b、80b、凹部；70b’、80b’、追加凹部；101～104、间隙。

Claims (6)

1.一种电磁设备，其中，

该电磁设备具备芯主体，

该芯主体包括由多个外周部铁芯部分构成的外周部铁芯和与所述多个外周部铁芯部分相结合的至少三个铁芯，

该电磁设备还具备：

线圈，其安装于该至少三个铁芯；和

线圈壳体，其至少局部覆盖所述至少三个铁芯中的各个铁芯，并相对于所述线圈绝缘，

将所述芯主体和所述线圈壳体互相嵌合的嵌合部分别形成在所述芯主体和所述线圈壳体。

2.根据权利要求1所述的电磁设备，其中，

所述嵌合部包括以至少局部与所述芯主体的轴线方向平行地延伸的方式形成的凹部和与该凹部嵌合的凸部。

3.根据权利要求1或2所述的电磁设备，其中，

所述嵌合部形成在所述线圈壳体的内周面和所述铁芯之间以及所述线圈壳体的外周面和所述外周部铁芯之间中的至少一者。

4.根据权利要求1或2所述的电磁设备，其中，

所述嵌合部包括在所述线圈壳体的外周面和所述铁芯之间形成的第一嵌合部以及在所述线圈壳体的内周面和所述外周部铁芯之间形成的第二嵌合部，

所述第一嵌合部和所述电磁设备的中心之间的距离与所述第二嵌合部和所述电磁设备的所述中心之间的距离不同。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电磁设备，其中，

所述至少三个铁芯的数量为3的倍数。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的电磁设备，其中，

所述至少三个铁芯的数量为4以上的偶数。