DE102018116323A1

DE102018116323A1 - Dreiphasige Drossel

Info

Publication number: DE102018116323A1
Application number: DE102018116323.1A
Authority: DE
Inventors: Takuya Maeda; Chao Zhi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2019-01-17
Also published as: JP2019021673A; CN109256266A; US20190019611A1; CN208738006U; CN109256266B; US10741319B2

Abstract

Eine dreiphasige Drossel gemäß einer Ausführungsform enthält einen ersten Platteneisenkern und einen zweiten Platteneisenkern, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, mehrere zylindrische Eisenkerne, die zwischen dem ersten Platteneisenkern und dem zweiten Platteneisenkern rechtwinklig zu dem ersten Platteneisenkern und dem zweiten Platteneisenkern angeordnet sind, wobei die Eisenkerne rotationssymmetrisch in Bezug auf eine Achse, die von Mittelachsen der Eisenkerne gleich weit entfernt ist, als Rotationsachse angeordnet sind, und mehrere Spulen, die jeweils auf einen der Eisenkerne gewickelt sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dreiphasige Drossel, und genauer betrifft sie eine dreiphasige Drossel mit ausgewogener Dreiphasen-Induktivität.
Beschreibung der verwandten Technik
Drosseln werden verwendet, um einen Oberschwingungsstrom zu reduzieren, der in Umrichtern usw. auftritt, um die Eingangsleistungsfaktoren zu verbessern und einen Einschaltstrom in die Umrichter zu reduzieren. Die Drossel weist Eisenkerne auf, die aus einem magnetischen Material bestehen, und Spulen, die an Außenumfängen der Eisenkerne gebildet sind.
Über Drosseln mit linear angeordneten Wicklungen wurde bereits berichtet (zum Beispiel in der ungeprüften japanischen Patentanmeldung (Kokai) Nr. JP 2009-283706 , im Weiteren als „Patentdokument 1“ bezeichnet). Eine Drossel nach Patentdokument 1 weist einen Kühlkörper, mehrere Wicklungen, die an dem Kühlkörper angeordnet sind, und ein Vorspannelement zum Vorspannen der Wicklungen zum Kühlkörper hin auf. Die Drossel nach Patentdokument 1 weist das Problem auf, dass verschiedene Werte, darunter der Magnetfluss, nicht vollständig einheitlich werden, da dreiphasige Leistung asymmetrisch ist. Wegen der unausgewogenen dreiphasigen Leistung können Wärmeerzeugung, ein Streufluss (tendenziell mit einem Kopplungskoeffizienten von ungefähr 0,3, was geringer als sein Idealwert von 0,5 ist), Rauschen, elektromagnetische Wellen das Ergebnis sein. Daher müssen bei großen Spannungsdrosseln Zäune vorgesehen werden, um Menschen von den Spannungsdrosseln fernzuhalten. Mit einer zunehmenden Zahl von Geräten, die elektromagnetische Wellen nutzen, wie beispielsweise Mobiltelefone, steigt auch der Bedarf an elektromagnetischen Wellen immer mehr an. Der Streufluss kann negative Auswirkungen auf Herzschrittmacher haben.
Über Drosseln mit Dreiphasenspulen, die an Umfängen angeordnet sind, wurde ebenfalls berichtet (zum Beispiel in der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 2012/157053 , im Weiteren als „Patentdokument 2“ bezeichnet). Eine Drossel nach Patentdokument 2 enthält zwei Jochkerne, die gegenüberliegend angeordnet sind, drei Magnetpolkerne, die auf sie aufgewickelte Spulen und Zwischenraumregulierungsmittel aufweisen, und drei Nullphasen-Magnetpolkerne, auf die keine Spule aufgewickelt ist. Die zwei gegenüberliegenden Jochkerne sind über die drei Magnetpolkerne und die drei Nullphasen-Magnetpolkerne miteinander verbunden. Die drei Magnetpolkerne sind an einem Umfang in einem bestimmten Winkel in Bezug auf eine konzentrische Achse der Jochkerne angeordnet. Die drei Nullphasen-Magnetpolkerne sind jeweils zwischen den Magnetpolkernen in Bezug auf die konzentrische Achse der Jochkerne angeordnet. Wegen der drei Nullphasen-Magnetpolkerne fließt ein Magnetfluss in die Nullphasen-Magnetpolkerne und kaum in die anderen Phasen, wodurch eine Reduktion der gegenseitigen Induktivität bewirkt wird. Daher ist diese Struktur ungeeignet zur Nutzung der gegenseitigen Induktivität.
Bei der Drossel von Patentdokument 2 besteht jeder Kern aus einem Blech, das zu einer Rolle gewickelt ist, und daher fließt der Magnetfluss tendenziell in Form der Rolle. Daher weist in den Kernen ein Weg des Magnetflusses mit großer Wahrscheinlichkeit keinen kürzesten und minimalen magnetischen Widerstand auf und weist mit großer Wahrscheinlichkeit eine geringe gegenseitige Induktivität und eine geringe Selbstinduktivität auf. Die Drossel weist außerdem bei der Herstellung und Montage das Problem auf, dass die Drossel zum Bohren und Gewindeschneiden usw. ungeeignet ist. Somit ist es schwierig, in der Drossel zum Beispiel einen Induktivitätsregulierungsmechanismus (eine Schraube usw.) zu nutzen. Des Weiteren ist es schwierig zu verhindern, dass ein Magnetfluss, der von den Spulen erzeugt wird, nach außen leckt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung strebt an, eine dreiphasige Drossel vorzusehen, die eine Reaktanz mit erhöhter Induktivität aufweist, durch Ausnutzen einer gegenseitigen Induktivität aufgrund ausgeglichener Dreiphasen-Leistung sowie durch Ausnutzen einer Selbstinduktivität.
Eine dreiphasige Drossel gemäß einer Ausführungsform enthält einen ersten Platteneisenkern und einen zweiten Platteneisenkern, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, mehrere zylindrische Eisenkerne, die zwischen dem ersten Platteneisenkern und dem zweiten Platteneisenkern rechtwinklig zu dem ersten Platteneisenkern und dem zweiten Platteneisenkern angeordnet sind, wobei die Eisenkerne rotationssymmetrisch in Bezug auf eine Achse, die von Mittelachsen der Eisenkerne gleich weit entfernt ist, als Rotationsachse angeordnet sind, und mehrere Spulen, die jeweils auf einen der Eisenkerne gewickelt sind.
Figurenliste
Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich deutlicher aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:

1 eine Perspektivansicht einer dreiphasigen Drossel gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine Draufsicht auf die dreiphasige Drossel gemäß der ersten Ausführungsform;
3 eine Zeichnung, die ein Magnetanalyseergebnis in einem ersten Platteneisenkern in der dreiphasigen Drossel gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
4 eine Zeichnung, die Linien eines Magnetflusses einer Kernspule der dreiphasigen Drossel gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
5 eine Perspektivansicht einer dreiphasigen Drossel gemäß einer zweiten Ausführungsform;
6A eine Perspektivansicht eines Grundmaterials einer Abdeckung für die dreiphasige Drossel gemäß der zweiten Ausführungsform;
6B eine Perspektivansicht der Abdeckung für die dreiphasige Drossel gemäß der zweiten Ausführungsform;
7 eine Querschnittsansicht einer dreiphasigen Drossel gemäß einer dritten Ausführungsform;
8 eine Perspektivansicht einer dreiphasigen Drossel gemäß einer vierten Ausführungsform;
9 eine Seitenansicht der dreiphasigen Drossel gemäß der vierten Ausführungsform;
10 eine Perspektivansicht eines ersten Platteneisenkerns, der eine dreiphasige Drossel gemäß einem Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform bildet;
11 eine Perspektivansicht der dreiphasigen Drossel gemäß dem Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform, die einen Zustand hoher Induktivität veranschaulicht;
12 eine Perspektivansicht der dreiphasigen Drossel gemäß dem Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform, die einen Zustand niedriger Induktivität veranschaulicht; und
13 eine Perspektivansicht einer dreiphasigen Drossel gemäß einer fünften Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Eine dreiphasige Drossel gemäß der vorliegenden Erfindung wird im Weiteren unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf ihre Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst Erfindungsinhalt, der in Ansprüchen und Äquivalenten davon beschrieben ist.
Eine dreiphasige Drossel gemäß einer ersten Ausführungsform wird beschrieben. 1 ist eine Perspektivansicht der dreiphasigen Drossel gemäß der ersten Ausführungsform. Eine dreiphasige Drossel 101 gemäß der ersten Ausführungsform enthält einen ersten Platteneisenkern 1, einen zweiten Platteneisenkern 2, mehrere Eisenkerne (31, 32 und 33) und mehrere Spulen (41, 42 und 43).
Der erste Platteneisenkern 1 und der zweite Platteneisenkern 2 sind Eisenkerne, die einander gegenüberliegend angeordnet sind. Im Beispiel von 1 weisen der erste Platteneisenkern 1 und der zweite Platteneisenkern 2 jeweils eine Scheibenform auf, sind jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt und können eine elliptische Form oder eine polygonale Form aufweisen. Der erste Platteneisenkern 1 und der zweite Platteneisenkern 2 bestehen vorzugsweise aus einem magnetischen Material.
Die Kerne (31, 32 und 33) sind zylindrische Eisenkerne, die zwischen dem ersten Platteneisenkern 1 und dem zweiten Platteneisenkern 2 derart angeordnet sind, dass Mittelachsen (31y, 32y und 33y) rechtwinklig zu dem ersten Platteneisenkern 1 und dem zweiten Platteneisenkern 2 liegen. Die Anzahl der Eisenkerne beträgt in dem Beispiel von 1 drei, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Zum Beispiel können sechs asymmetrisch angeordnete Kerne in Reihe oder parallel verbunden sein, um eine Drossel zu bilden, oder sie können direkt sechs Kabel aufweisen, um zwei Drosseln zu bilden. Im Falle einer einzigen Phase kann die Anzahl der Kerne zwei betragen. Die Spulen (41, 42 und 43) sind vorzugsweise in Endabschnitten des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2 angeordnet, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Jeder der Kerne (31, 32 und 33) weist in dem Beispiel von 1 eine kreiszylindrische Form auf, kann jedoch auch eine elliptische zylindrische Form oder eine polygonale zylindrische Form oder eine Säulenform aufweisen.
2 ist eine Draufsicht auf die dreiphasige Drossel gemäß der ersten Ausführungsform. 2 ist eine Draufsicht auf die in 1 veranschaulichte dreiphasige Drossel, von der Seite des ersten Platteneisenkerns 1 aus betrachtet. Die Kerne (31, 32 und 33) sind rotationssymmetrisch in Bezug auf eine Achse, die gleich weit von den Mittelachsen (31y, 32y und 33y) der Eisenkerne (31, 32 und 33) entfernt ist, als Rotationsachse C₁ angeordnet. Wenn die Anzahl der Eisenkerne drei beträgt, wie es in 2 dargestellt ist, sind die Eisenkerne (31, 32 und 33) derart rotationssymmetrisch in Bezug auf die Rotationsachse C₁ angeordnet, dass die Mittelachsen (31y, 32y und 33y) der Eisenkerne (31, 32 und 33) um 120° phasenverschoben zueinander sind. Dieser Aufbau beseitigt einen unausgewogenen Zustand zwischen drei Phasen.
Die Rotationsachse C₁ kann deckungsgleich mit einer Mittelachse des ersten Platteneisenkerns 1 oder des zweiten Platteneisenkerns 2 sein.
3 ist eine Zeichnung, die ein Magnetanalyseergebnis in einer bestimmten Phase von Dreiphasen-Wechselstrom in dem ersten Platteneisenkern in der dreiphasigen Drossel gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. In der Phase fließt ein maximaler Strom durch die auf den Eisenkern 31 gewickelte Spule, und Ströme in Höhe des halben maximalen Stroms fließen durch die Eisenkerne 32 und 33 in entgegengesetzte Richtungen. Daher verläuft ein Magnetfluss von dem Eisenkern 31 zu den Eisenkernen 32 und 33. Die Dichte des Magnetflusses ist in der Nähe des Eisenkerns 31 hoch und nimmt mit zunehmender Entfernung von dem Eisenkern 31 ab. Da der gesamte erste Platteneisenkern weithin ohne Verlust genutzt wird, wird die Wirkung der magnetischen Sättigung verringert und es ist unwahrscheinlich, dass eine Induktivität reduziert wird. Da die Eisenkerne (31, 32 und 33) einen allgemeinen dreiphasigen Magnetfluss erzeugen, fließt ein Magnetfluss, der von einem bestimmten Kern erzeugt wird, durch die anderen Kerne. Daher wird nicht nur eine Selbstinduktivität, sondern auch eine gegenseitige Induktivität aktiv genutzt. Die Induktivität wird mit der folgenden Gleichung berechnet. $Induktivität = Selbstinduktivität + Gegenseitige Induktivität$
Im Ergebnis kann die gegenseitige Induktivität wirksam genutzt werden.
Gemäß der Struktur von 3, in der der Magnetfluss durch einen mittleren Abschnitt des ersten Platteneisenkerns 1 fließt, fließt der Magnetfluss effizient, da der von dem Eisenkern 31 erzeugte Magnetfluss den ersten Platteneisenkern 1 erreicht und linear in die anderen Platteneisenkerne (32 und 33) fließt, womit eine Verbesserung der gegenseitigen Induktivität geboten wird.
4 ist eine Zeichnung, die Linien eines Magnetflusses einer Kernspule veranschaulicht. 4 veranschaulicht Linien 61 eines Magnetflusses, der von dem Eisenkern 31 erzeugt wird, auf den die Spule 41 gewickelt ist. Aus 4 geht hervor, dass das Anordnen des ersten Platteneisenkerns 1 über den Spulen (41, 42 und 43), um einen Magnetfluss aufzufangen, der im Allgemeinen von der Oberseite jeder Spule leckt, eine Verbesserung der gegenseitigen Induktivität sowie eine Verbesserung der Selbstinduktanz bewirkt. Das Gleiche gilt für den zweiten Platteneisenkern 2. Des Weiteren kann eine Abdeckung, die später beschrieben wird, eine Leckage des Magnetflusses blockieren.
Aus dem Magnetanalyseergebnis von 3 geht hervor, dass selbst im Fall von zwei Kernen einer einzigen Phase eine gegenseitige Induktivität mit Hilfe des ersten Platteneisenkerns 1 erhöht werden kann, basierend auf dem Magnetfluss um die Eisenkerne (31, 32 und 33) und einem Fluss des sich wölbenden Magnetflusses zwischen den Eisenkernen.
Des Weiteren geht aus 3 hervor, dass das Vorsehen von Schraubenöffnungen (1a, 1b und 1c), die in später beschriebenen Zwischenraumregulierungsmechanismen genutzt werden, einer Innengewindeöffnung usw. an Positionen, die keine Wirkung auf den Magnetfluss haben, keine Reduzierung der Induktivität verursacht.
Mit Hilfe der Eisenkerne (31, 32 und 33), die aus Magnetstahlblechen bestehen, welche in einer axialen Richtung laminiert sind, fließt der Magnetfluss leichter als bei Nutzung gewickelter Eisenkerne.
Der erste Platteneisenkern 1, der zweite Platteneisenkern 2 und die Eisenkerne (31, 32 und 33) können aneinander befestigt sein. Zum Beispiel können der erste Platteneisenkern 1 und der zweite Platteneisenkern 2 mit Öffnungen vorgesehen sein, um die Eisenkerne (31, 32 und 33) darin zu befestigen, und die Eisenkerne (31, 32 und 33) können in den Öffnungen befestigt sein. In Anbetracht der Größe der Drossel je nach ihrer Anwendung können jedoch der erste Platteneisenkern 1, der zweite Platteneisenkern 2 und die Eisenkerne (31, 32 und 33) auch mit einem anderen Verfahren gekoppelt sein. Zum Beispiel können der erste Platteneisenkern 1, der zweite Platteneisenkern 2 und die Eisenkerne (31, 32 und 33) zur Verstärkung verschraubt sein.
In der vorstehenden Beschreibung weisen weder der erste Platteneisenkern 1 noch der zweite Platteneisenkern 2 eine Öffnung auf, doch kann mindestens einer des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2 eine Öffnung in seinem Mittelabschnitt aufweisen.
In der vorstehenden Beschreibung weist keiner der Eisenkerne (31, 32 und 33) einen Zwischenraum auf, doch kann mindestens einer der Eisenkerne (31, 32 und 33) einen ersten Zwischenraum aufweisen. Der erste Zwischenraum kann zwischen Oberflächen gebildet sein, die rechtwinklig zu einer Längsrichtung der Eisenkerne (31, 32 und 33) liegen. Der erste Zwischenraum ist vorzugsweise in einem Mittelabschnitt jedes der Eisenkerne (31, 32 und 33) vorgesehen. Ein magnetischer Widerstand wird anhand der Länge, der magnetischen Permeabilität und der Querschnittsfläche eines Magnetweges berechnet. Die magnetische Permeabilität eines Eisenkerns liegt in der Größenordnung von etwa dem 1000-Fachen der magnetischen Permeabilität von Luft. Bei einer Drossel des Kerntyps mit einem Zwischenraum bildet somit ein Luftabschnitt, d. h. ein Zwischenraumabschnitt, einen hauptsächlichen magnetischen Widerstand und der magnetische Widerstand eines Eisenkernabschnitts ist zu vernachlässigen. Bei einer Drossel des Kerntyps ohne einen Zwischenraum bildet ein Eisenkernabschnitt einen magnetischen Widerstand. Nur das Vorsehen des Luftabschnitts, d. h. des Zwischenraumabschnitts, verändert deutlich eine physikalische Eigenschaft in einem Strom eines Magnetflusses, aufgrund des Unterschieds in der magnetischen Permeabilität, was somit verschiedenen Anwendungen dient. Ein Strom zum Sättigen des Eisenkerns unterscheidet sich ebenfalls erheblich, und daher können Drosseln in einer Vielzahl von Anwendungen genutzt werden.
Als Nächstes wird eine dreiphasige Drossel gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. 5 ist eine Perspektivansicht der dreiphasigen Drossel gemäß der zweiten Ausführungsform. Der Unterschied zwischen einer dreiphasigen Drossel 102 gemäß der zweiten Ausführungsform und der dreiphasigen Drossel 101 gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die dreiphasige Drossel 102 ferner eine Abdeckung 5 enthält, die an Außenumfängen des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2 vorgesehen ist. Die übrige Struktur der dreiphasigen Drossel 102 gemäß der zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie die der dreiphasigen Drossel 101 gemäß der ersten Ausführungsform, daher wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet.
In einer Drossel tritt, wenn ein Eisenkern einen Zwischenraum aufweist, eine Saugkraft in dem Zwischenraumabschnitt in einer axialen Richtung des Eisenkerns auf. Um die Struktur gegen die Saugkraft zu stützen, ist eine Abdeckung 5 vorgesehen. Die Abdeckung 5 besteht aus einem von Eisen, Aluminium und Harz. Alternativ kann die Abdeckung 5 aus einem magnetischen Material oder einem leitfähigen Material bestehen.
6A ist eine Perspektivansicht eines Grundmaterials einer Abdeckung für die dreiphasige Drossel gemäß der zweiten Ausführungsform. Als Grundmaterial 50 wird vorzugsweise ein ferromagnetisches Blech genutzt. Als das ferromagnetische Blech kann zum Beispiel ein elektromagnetisches Stahlblech genutzt werden. Vorzugsweise wird eine Isolationsbearbeitung an einer Oberfläche des Grundmaterials 50 angewendet.
6B ist eine Perspektivansicht einer Abdeckung für die dreiphasige Drossel gemäß der zweiten Ausführungsform. Durch Biegen des rechteckigen Grundmaterials 50, das in 6A veranschaulicht ist, entlang der Außenumfänge des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2 kann eine zylindrische Abdeckung 5 gebildet werden, wie in 6B dargestellt ist. Im Fall einer Drossel mit kleinem Durchmesser kann die zylindrische Abdeckung 5 durch Wickeln des Grundmaterials 50 um ein röhrenförmiges Element gebildet werden. Die Abdeckung kann aus einem Kohlenstoffstahl usw. bestehen statt aus dem elektromagnetischen Stahlblech. Die zylindrische Abdeckung 5 kann mit einer Drehmaschine leicht maschinell bearbeitet werden und hat somit Vorteile in Bezug auf Aufwand und Genauigkeit der maschinellen Bearbeitung und Fertigung. Die zylindrische Abdeckung 5 ist vorzuziehen im Hinblick auf das Ermöglichen einer Anordnung maximal möglicher Eisenkerne, Spulen usw., da eine zylindrische Form unter Formen mit der gleichen Umfangslänge eine maximale Volumengröße aufweist, im Hinblick auf die Reduzierung der Menge eines zu nutzenden Materials und im Hinblick auf Vernünftigkeit in einem Lebenszyklus eines Produktes.
Die Außenumfänge des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2 sind vorzugsweise von kreisrunder oder elliptischer Form. Auf die gleiche Weise wie bei der Abdeckung 5 ermöglicht das Bilden des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2 in einer einfachen Form wie etwa einer runden Form, einer Ellipse usw. eine Verarbeitung und Fertigung mit hoher Genauigkeit. Somit wird durch Kombination der Eisenkerne (31, 32 und 33), des ersten Platteneisenkerns 1, des zweiten Platteneisenkerns 2 und der Abdeckung 5, die mit hoher Genauigkeit gefertigt werden, ein in dem Eisenkern gebildeter Zwischenraum leicht derart gesteuert, dass er bei konstanten Abmessungen gehalten wird. Im Ergebnis ist es möglich, Schwankungen einer Zwischenraumlänge aufgrund einer Saugkraft, die auf den Zwischenraum ausgeübt wird, zu reduzieren. Diese Funktion kann jedoch auch ohne Nutzung der Abdeckung 5 mit einer zylindrischen Form und ohne Nutzung des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2 mit runder oder elliptischer Form ausgeführt werden.
Die Abdeckung 5 aus Eisen, Aluminium usw. kann verhindern, dass ein Magnetfluss und elektromagnetische Wellen nach außen lecken. Die Abdeckung 5 aus einem magnetischen Material wie etwa Eisen fungiert als ein Weg des Magnetflusses und verhindert, dass ein Leckfluss nach außen dringt. Ebenso kann verhindert werden, dass Rauschen wie etwa elektromagnetische Wellen nach außen leckt. Des Weiteren kann die Abdeckung 5 aus Eisen, Aluminium usw. einen Wirbelstrom reduzieren und die Leichtigkeit des Hindurchleitens des Magnetflusses verbessern.
Die Abdeckung 5 aus einem Material mit einer geringen magnetischen Permeabilität und einem geringen spezifischen Widerstand wie etwa Aluminium kann elektromagnetische Wellen blockieren. Im Allgemeinen wird Dreiphasen-Wechselstrom durch Schaltelemente wie etwa IGBT-Elemente (Insulated Gate Bipolar Transistor, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) gebildet, und eine elektromagnetische Rechteckwelle kann in einer EMV-Prüfung (Prüfung der elektromagnetischen Verträglichkeit) zum Problem werden usw. Die Abdeckung 5 aus Harz usw. kann das Eindringen von Flüssigkeit, Fremdstoffen usw. verhindern.
In der herkömmlichen Technik wird über ein Beispiel berichtet, bei dem Nullphasen-Magnetpolkerne als Maßnahme gegen Gleichstrom-Magnetfluss, Nicht-Nullphasen-, d. h. Dreiphasen-Wechselstrom-Magnetfluss vorgesehen sind. In dieser Ausführungsform hingegen, wie in dem Magnetanalyseergebnis von 3 veranschaulicht ist, erreicht ein Magnetfluss nicht die Abdeckung 5. Wenn jedoch ein Gleichstrom-Magnetfluss fließt, kann der unausgewogene Magnetfluss die Abdeckung erreichen, auf die gleiche Weise wie Leckfluss. Die Abdeckung 5 aus einem magnetischen Material kann den unausgewogenen Magnetfluss absorbieren und somit dessen nachteilige Wirkungen beseitigen. Ein Fall, in dem Gleichstrom-Magnetfluss aus irgendeinem Grund einen Dreiphasen-Wechselstrom überlagert, ist denkbar.
Als Nächstes wird eine dreiphasige Drossel gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. 7 ist eine Querschnittsansicht der dreiphasigen Drossel gemäß der dritten Ausführungsform. In der Querschnittsansicht von 7 sind die Kerne (31, 32 und 33) mit den auf sie gewickelten Spulen (41, 42 und 43) wie in 5 veranschaulicht an einer willkürlichen Position durch eine Ebene geschnitten, die parallel zum ersten Platteneisenkern 1 liegt. Der Unterschied zwischen einer dreiphasigen Drossel 103 gemäß der dritten Ausführungsform und der dreiphasigen Drossel 101 gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass die dreiphasige Drossel 103 ferner ein Stangenelement 6 enthält, das derart angeordnet ist, dass eine Achse (Rotationsachse C₁ ), die gleich weit von den Mittelachsen (31y, 32y und 33y) der Eisenkerne (31, 32 und 33) entfernt liegt, deckungsgleich mit einer Mittelachse des Stangenelements 6 ist. Die übrige Struktur der dreiphasigen Drossel 103 gemäß der dritten Ausführungsform ist die gleiche wie die der dreiphasigen Drossel 101 gemäß der ersten Ausführungsform, daher wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet.
Das Stangenelement 6 ist vorzugsweise derart angeordnet, dass die Achse (Rotationsachse C₁ ), die gleich weit von den Mittelachsen (31y, 32y und 33y) der Eisenkerne (31, 32 und 33) entfernt liegt, deckungsgleich mit einer Mittelachse des Stangenelements 6 ist, basierend auf der Anordnung der Eisenkerne (31, 32 und 33) mit den auf sie gewickelten Spulen (41, 42 und 43) und den Formen des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2. Das Stangenelement 6 besteht vorzugsweise aus einem magnetischen Material.
Im Falle der Drossel ermöglicht, da eine große Saugkraft über einen Zwischenraum ausgeübt wird, das Stützen der Mitten des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2 das effektive Reduzieren einer Verformung des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2. Da die Saugkraft nur in der Richtung der anziehenden Eisenkerne, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, über den Zwischenraum ausgeübt wird, kann eine Verformung (Veränderungen des Zwischenraums) auch in der Richtung einer Last effektiv reduziert werden.
7 stellt ein Beispiel dar, bei dem die dreiphasige Drossel 103 die Abdeckung 5 und das Stangenelement 6 aufweist, sie kann jedoch auch das Stangenelement 6 aufweisen, ohne die Abdeckung 5 aufzuweisen.
Als Nächstes wird eine dreiphasige Drossel gemäß einer vierten Ausführungsform beschrieben. 8 ist eine Perspektivansicht der dreiphasigen Drossel gemäß der vierten Ausführungsform. 9 ist eine Seitenansicht der dreiphasigen Drossel gemäß der vierten Ausführungsform. Der Unterschied zwischen einer dreiphasigen Drossel 104 gemäß der vierten Ausführungsform und der dreiphasigen Drossel 101 gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass ein zweiter Zwischenraum zwischen mindestens einem des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2 und mindestens einem der mehreren Kerne (310, 320 und 330) gebildet ist und Zwischenraumregulierungsmechanismen (71, 72 und 73) vorgesehen sind, um die Länge d des zweiten Zwischenraums zu regulieren. Die übrige Struktur der dreiphasigen Drossel 104 gemäß der vierten Ausführungsform ist die gleiche wie die der dreiphasigen Drossel 101 gemäß der ersten Ausführungsform, daher wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet.
Als die Zwischenraumregulierungsmechanismen (71, 72 und 73) können Schrauben genutzt werden, die in dem ersten Platteneisenkern 1 vorgesehen sind. Die Schrauben stehen an ihren Endflächen mit der Abdeckung 5 in Kontakt. In dem ersten Platteneisenkern 1 sind Schraubenöffnungen gebildet. Das Drehen der Schrauben, die als die Zwischenraumregulierungsmechanismen (71, 72 und 73) fungieren, kann den ersten Platteneisenkern 1 nach oben und nach unten bewegen. Der zweite Zwischenraum d kann zwischen dem ersten Platteneisenkern 1 und einem Ende jedes der Eisenkerne (310, 320 und 330) gebildet sein und die Größe des zweiten Zwischenraums d kann durch die Schrauben reguliert werden. Durch Regulieren des zweiten Zwischenraums d kann die Größe einer Induktivität fein reguliert werden. Es wird außerdem möglich, dass eine einzelne Spule Induktivitäten unterschiedlicher Größe bildet.
Wie vorstehend beschrieben kann der erste Platteneisenkern 1 nur durch die Schrauben gesichert sein, die als die Zwischenraumregulierungsmechanismen (71, 72 und 73) fungieren. Gegen eine magnetische Saugkraft, die auf den zweiten Zwischenraum d ausgeübt wird, können jedoch der erste Platteneisenkern 1 und die Abdeckung 5 gesichert werden, indem erste Sicherungsschrauben (81, 82 und 83) durch Gewindeöffnungen, die in dem ersten Platteneisenkern 1 gebildet sind, in Gewinde geschraubt werden, die in der Abdeckung 5 gebildet sind, um die Kopplung zu festigen. Andererseits können der zweite Platteneisenkern 2 und die Abdeckung 5 durch zweite Sicherungsschrauben (91, 92 und 93) gesichert werden, um die Kopplung zu festigen.
Als ein anderer Zwischenraumregulierungsmechanismus als die Schrauben kann ein Element wie etwa ein Abstandshalter zwischen den ersten Platteneisenkern 1 und die Abdeckung 5 eingelegt sein und ein Zwischenraum kann mit Hilfe von Sicherungsschrauben gebildet sein.
In dem Beispiel von 8 und 9 ist die Abdeckung 5 vorgesehen. Im Fall des Verzichts auf die Abdeckung 5 jedoch können Schrauben, die als die Zwischenraumregulierungsmechanismen (71, 72 und 73) fungieren, und die Sicherungsschrauben (81, 82 und 83) in den zweiten Platteneisenkern 2 eindringen, um einen Zwischenraum auf die gleiche Weise wie vorstehend beschrieben zu regulieren.
10 ist eine Perspektivansicht eines ersten Platteneisenkerns 10, der eine dreiphasige Drossel gemäß einem Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform bildet. Als andere Zwischenraumregulierungsmechanismen als Schrauben sind Vorsprünge (11, 12 und 13) wie in 10 dargestellt in einer Fläche des ersten Platteneisenkerns 10 gegenüber Eisenkernen (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Vorsprünge (11, 12 und 13) sind entlang Positionen in einem Abstand von r vom Rotationsmittelpunkt C₂ des ersten Platteneisenkerns 10 angeordnet. Jeder der Vorsprünge (11, 12 und 13) ist derart gebildet, dass sich seine Länge in einer radialen Richtung im Uhrzeigersinn verkürzt. In dem ersten Platteneisenkern 10 sind mehrere Schraubenöffnungen 14 vorgesehen, um eine Position in einer Umfangsrichtung zu regulieren. Durch Drehen des ersten Platteneisenkerns 10 wird ein Kontaktbereich zwischen dem Eisenkern und jedem der Vorsprünge (11, 12 und 13) absichtlich verändert und dadurch kann eine Induktivität reguliert werden.
11 ist eine Perspektivansicht einer dreiphasigen Drossel 1041 gemäß dem Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform, die einen Zustand hoher Induktivität veranschaulicht. Die Vorsprünge (11, 12 und 13) stehen mit den Eisenkernen (310, 320 und 330) an Positionen in Kontakt, an denen jeder der Vorsprünge (11, 12 und 13) in der radialen Richtung eine maximale Länge aufweist. Dabei wird eine Induktivität maximiert.
12 ist eine Perspektivansicht einer dreiphasigen Drossel 1041 gemäß dem Modifikationsbeispiel der vierten Ausführungsform, die einen Zustand geringer Induktivität veranschaulicht. Die Vorsprünge (11, 12 und 13) stehen mit den Eisenkernen (310, 320 und 330) an Positionen in Kontakt, an denen jeder der Vorsprünge (11, 12 und 13) in der radialen Richtung eine minimale Länge aufweist. Dabei wird eine Induktivität minimiert.
In der in 11 und 12 veranschaulichten Struktur können Zwischenräume mit Hilfe von Elementen geschlossen sein, um das Innere der dreiphasigen Drossel 1041 fest zu verschließen, das von dem ersten Platteneisenkern 10, der Abdeckung 5 und dem zweiten Platteneisenkern 2 umschlossen ist. Die fest verschlossene Struktur kann eine Maßnahme gegen Leckfluss, elektromagnetische Wellen, Staub usw. vorsehen.
In den dreiphasigen Drosseln gemäß den vorstehenden Ausführungsformen kann mindestens eines von dem ersten Platteneisenkern 1, dem zweiten Platteneisenkern 2, den Eisenkernen (31, 32 und 33), der Abdeckung 5 und dem Stangenelement 6 aus einem gewickelten Eisenkern bestehen. Des Weiteren kann ein stangenförmiger mittiger Eisenkern in der Mitte des gewickelten Eisenkerns angeordnet sein.
Als Nächstes wird eine dreiphasige Drossel gemäß einer fünften Ausführungsform beschrieben. 13 ist eine Perspektivansicht der dreiphasigen Drossel 105 gemäß der fünften Ausführungsform. Der Unterschied zwischen einer dreiphasigen Drossel 105 gemäß der fünften Ausführungsform und der dreiphasigen Drossel 101 gemäß der ersten Ausführungsform besteht darin, dass Eisenkerne (311, 321 und 331) Luftkernstrukturen aufweisen und die Luftkernstrukturen mit einem isolierenden Öl oder einem magnetischen Fluid gefüllt sind. Die übrige Struktur der dreiphasigen Drossel 105 gemäß der fünften Ausführungsform ist die gleiche wie die der dreiphasigen Drossel 101 gemäß der ersten Ausführungsform, daher wird auf eine detaillierte Beschreibung derselben verzichtet.
Die Eisenkerne (311, 321 und 331) dringen durch den ersten Platteneisenkern 1 und den zweiten Platteneisenkern 2 und die Luftkernstrukturen verlaufen zur Außenseite des ersten Platteneisenkerns 1 und des zweiten Platteneisenkerns 2. Somit wird das isolierende Öl oder das magnetische Fluid von der Seite des ersten Platteneisenkerns 1 in die Luftkernstrukturen geleitet und von der Seite des zweiten Platteneisenkerns 2 ausgestoßen.
Ein Kühlwasser oder ein Kühlöl kann in die Luftkernstrukturen der Eisenkerne (311, 321 und 331) geleitet werden. Diese Struktur ermöglicht eine Verbesserung der Kühlleistung der dreiphasigen Drossel 105.
13 veranschaulicht auch die Verkabelung 100 von Spulen, die auf die Eisenkerne (311, 321 und 331) gewickelt sind. Ein Verbindungsabschnitt 51 zum Herausnehmen der Verkabelung 100 aus der dreiphasigen Drossel 105 ist vorzugsweise an einer Position vorgesehen, die keine Wirkung auf den Magnetfluss hat. Wenn die dreiphasige Drossel 105 eine fest verschlossen Struktur aufweist, wird ein Verbindungsstück, eine Gummidichtung, ein Klebstoff usw. in dem Verbindungsabschnitt 51 genutzt, um die Luftdichtheit aufrechtzuerhalten. Der Verbindungsabschnitt 51 kann an jeder beliebigen Position vorgesehen sein, so lange der Verbindungsabschnitt 51 keine Wirkung auf den Magnetfluss, d. h. eine Induktivität, hat.
Jede der dreiphasigen Drosseln gemäß den Ausführungsformen weist eine Reaktanz mit einer erhöhten Induktivität auf, indem eine erhöhte gegenseitige Induktivität aufgrund ausgewogener Dreiphasenleistung sowie eine Selbstinduktivität ausgenutzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009 [0003]
WO 2012/157053 [0004]

Claims

Dreiphasige Drossel, umfassend: einen ersten Platteneisenkern (1) und einen zweiten Platteneisenkern (2), die einander gegenüberliegend angeordnet sind, mehrere zylindrische Eisenkerne (31, 32 und 33), die zwischen dem ersten Platteneisenkern und dem zweiten Platteneisenkern rechtwinklig zu dem ersten Platteneisenkern und dem zweiten Platteneisenkern angeordnet sind, wobei die Eisenkerne rotationssymmetrisch in Bezug auf eine Achse, die von Mittelachsen (31y, 32y und 33y) der Eisenkerne gleich weit entfernt ist, als Rotationsachse angeordnet sind, und mehrere Spulen (41, 42 und 43), die jeweils auf einen der Eisenkerne gewickelt sind.
Dreiphasige Drossel nach Anspruch 1, wobei die Spulen (41, 42 und 43) in Endabschnitten des ersten Platteneisenkerns (1) und des zweiten Platteneisenkerns (2), die einander gegenüberliegend angeordnet sind, angeordnet sind.
Dreiphasige Drossel nach Anspruch 1, wobei von dem ersten Platteneisenkern (1) und dem zweiten Platteneisenkern (2) mindestens einer eine Öffnung in einem Mittelabschnitt aufweist.
Dreiphasige Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei mindestens einer der Eisenkerne (31, 32 und 33) einen ersten Zwischenraum aufweist.
Dreiphasige Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner eine Abdeckung (5) umfassend, die an dem Außenumfang des ersten Platteneisenkerns (1) und des zweiten Platteneisenkerns (2) vorgesehen ist.
Dreiphasige Drossel nach Anspruch 5, wobei die Abdeckung (5) aus einem magnetischen Material oder einem leitfähigen Material besteht.
Dreiphasige Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner ein Stangenelement 6 umfassend, das derart angeordnet ist, dass die Achse, die gleich weit von den Mittelachsen (31y, 32y und 33y) der Eisenkerne (31, 32 und 33) entfernt liegt, deckungsgleich mit der Mittelachse des Stangenelements ist.
Dreiphasige Drossel nach Anspruch 7, wobei das Stangenelement 6 aus einem magnetischen Material besteht.
Dreiphasige Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein zweiter Zwischenraum zwischen mindestens einem aus dem ersten Platteneisenkern (1) und dem zweiten Platteneisenkern (2) und mindestens einem der Eisenkerne (310, 320 und 330) ausgebildet ist und ein Zwischenraumregulierungsmechanismus (71, 72 und 73) vorgesehen ist, um die Länge des zweiten Zwischenraums zu regulieren.
Dreiphasige Drossel nach Anspruch 5 oder 6, wobei von dem ersten Platteneisenkern (1), dem zweiten Platteneisenkern (2), den Eisenkernen (31, 32 und 33) und der Abdeckung (5) mindestens eines aus einem gewickelten Eisenkern hergestellt ist.
Dreiphasige Drossel nach Anspruch 7 oder 8, wobei von dem ersten Platteneisenkern (1), dem zweiten Platteneisenkern (2), den Eisenkernen (31, 32 und 33) und dem Stangenelement (6) mindestens eines aus einem gewickelten Eisenkern hergestellt ist.
Dreiphasige Drossel nach Anspruch 11, wobei ein stangenförmiger mittiger Eisenkern in einem Zentrum des gewickelten Eisenkerns angeordnet ist.
Dreiphasige Drossel nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei die Eisenkerne (311, 321 und 331) Luftkernstrukturen aufweisen und die Luftkernstrukturen mit einem isolierenden Öl oder einem magnetische Fluid gefüllt sind.