JP2015198330A - ノイズフィルタ装置 - Google Patents

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壮寛 小林
Takehiro Kobayashi
壮寛 小林
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Abstract

【課題】価格の上昇を抑えながら大きな電流容量を持つノイズフィルタ装置を提供する。
【解決手段】ノイズフィルタ装置は、第1ノイズフィルタおよび第2ノイズフィルタを備える。第1ノイズフィルタは、交流電源の各相に対応する複数の第1コイルを、環状の第1コアの周方向における複数の領域に分けて配置してなる。第2ノイズフィルタは、前記交流電源の各相に対応する複数の第2コイルを、環状の第2コアの周方向における複数の領域に分けて配置してなる。そして、当該ノイズフィルタ装置は、前記複数の第1コイルと前記複数の第2コイルとが同じ相同士で向き合う状態で前記第1ノイズフィルタと前記第2ノイズフィルタとを上下方向に重ね合わせ、前記複数の第1コイルの一端と前記複数の第2コイルの一端とを同じ相同士で結合し、前記複数の第1コイルの他端と前記複数の第2コイルの他端とを同じ相同士で結合している。
【選択図】図6

Description

本発明の実施形態は、ノイズを低減するノイズフィルタ装置に関する。
一般に、交流電源に接続されるインバータ装置等の電力変換装置を備えた電気機器は、電力変換装置から生じるノイズが電源ライン側に漏洩しないよう、電源ラインにノイズフィルタを備える。ノイズフィルタは、電源ラインに挿入接続されるコイルを備え、交流電源から電気機器に侵入しようとするノイズ、および電気機器から交流電源に流出しようとするノイズを低減する。
特開平11−289751号公報
電流容量の小さいノイズフィルタは、小型で、安価である。一方、電流容量が大きいノイズフィルタは、そのフィルタ中のコイルに電気機器に流れる電流がそのまま流れるため、コイルの銅線が太くなり、銅線が太い分だけ巻線作業の手間も増えるので、大型で高価なものとなる。ノイズフィルタの価格は、電流容量が増えるほど高くなる。
本発明の実施形態の目的は、価格の上昇を抑えながら大きな電流容量を持つノイズフィルタ装置を提供することである。
請求項1のノイズフィルタ装置は、第1ノイズフィルタおよび第2ノイズフィルタを備える。第1ノイズフィルタは、交流電源の各相に対応する複数の第1コイルを、環状の第1コアの周方向における複数の領域に分けて配置してなる。第2ノイズフィルタは、前記交流電源の各相に対応する複数の第2コイルを、環状の第2コアの周方向における複数の領域に分けて配置してなる。そして、当該ノイズフィルタ装置は、前記複数の第1コイルと前記複数の第2コイルとが同じ相同士で向き合う状態で前記第1ノイズフィルタと前記第2ノイズフィルタとを上下方向に重ね合わせ、前記複数の第1コイルの一端と前記複数の第2コイルの一端とを同じ相同士で結合し、前記複数の第1コイルの他端と前記複数の第2コイルの他端とを同じ相同士で結合している。
本発明の一実施形態が搭載されたモータ駆動装置の電気回路を示すブロック図。 同実施形態の第1ノイズフィルタの構成を上方から見た図。 同実施形態の第1ノイズフィルタの構成を側方から見た図。 同実施形態の第1ノイズフィルタの構成を下方から見た図。 同一実施形態の第2ノイズフィルタの構成を上方から見た図。 同実施形態の第1ノイズフィルタと第2ノイズフィルタとを重ね合わせた構成を示す斜視図。 同実施形態が回路基板に取付けられた状態を側方から見た図。 同実施形態の変形例の構成を示す斜視図。 同変形例が回路基板に取付けられた状態を側方から見た図。
以下、一実施形態のノイズフィルタ装置について図面を参照して説明する。当該ノイズフィルタ装置が搭載された電気機器たとえばモータ駆動装置の電気回路を図1に示す。
商用3相交流電源1と整流回路2との間の電源ラインに、互いに並列接続されたノイズフィルタ(第1ノイズフィルタ)10およびノイズフィルタ(第2ノイズフィルタ)20が挿入接続される。整流回路2は、入力される3相交流電圧を直流電圧に整流する。この整流回路2の出力電圧が平滑コンデンサ3に印加され、その平滑コンデンサ3の電圧がインバータ4により所定周波数および所定レベルの3相交流電圧に変換される。そして、インバータ4の出力により、モータたとえばブラシレスDCモータ(永久磁石同期モータ)5が駆動される。ブラシレスDCモータ5は、例えば圧縮機やファンを駆動する。
上記ノイズフィルタ10,20により、商用3相交流電源1から整流回路2に侵入しようとするノイズを低減し、かつ整流回路2から商用3相交流電源1に流出しようとするノイズを低減するノイズフィルタ装置が構成される。ノイズフィルタ10,20は、大きさや形状などの構成が互いに同じで、それに伴い、電流容量・インダクタンス・インピーダンスも互いに同じである。なお、ノイズフィルタ装置の構成要素として、商用3相交流電源1とノイズフィルタ10,20との間の電源ラインにXコンデンサを接続し、ノイズフィルタ10,20と整流回路2との間の電源ラインにYコンデンサを接続してもよい。
ノイズフィルタ10の構成を図2,図3,図4を参照しながら説明する。図2は上方から見た構成、図3は側方から見た構成、図4は下方から見た構成である。
ノイズフィルタ10は、商用3相交流電源1のR相,S相,T相に接続される複数のコイル(第1コイル)10r,10s,10t、およびこれらコイル10r,10s,10tが装着される環状のコア(第1コア)11を有するトロイダルコイルからなる。コア11は、多数枚のフェライト等の磁性体やアモルファス磁性材料からなる円形鋼板を積層し、それをプラスチック等の絶縁性部材により被覆したもので、その絶縁性部材に一体成型された仕切壁12,12,12を上面と下面に有する。これら仕切壁12,12,12により、コア11の上面および下面がその周方向に沿ってR相用,S相用,T相用の3つの領域に仕切られる。これら3つの領域に、一対のエナメル銅線を巻回してなるコイル10r,10s,10tが配置される。
コア11の上面の仕切壁12,12,12は、コア11の上面に存するエナメル銅線の巻き厚より大きい高さ寸法を有する。コア11の下面の仕切壁12,12,12は、コア11の下面に存するエナメル銅線の巻き厚より大きい高さ寸法を有する。
コア11の内側の開口に、3つの区画壁13,13,13が配置される。これら区画壁13,13,13は、コア11の開口中心に存する連結部13aから放射状に延びて仕切壁12,12,12とそれぞれ結合し、コイル収容用の3つの空間を形成する。
R相用のコイル10rは、巻回数が4回で、一端がコア11の下面側から同コア11の径方向に沿う一方側に導出され、他端がコア11の上面側から同コア11の径方向に沿う他方側に導出される。なお、他端側の導出部は、コア11の上面側から出て同コア11の下面側へと一旦屈曲され、その下面側の位置からコア11の径方向に沿う他方側へと延びる。そして、コイル10rの一端に丸型の平端子14rが圧着され、その圧着部が締付け力の強い弾性かつ絶縁性の熱収縮チューブ15rによって被覆される。コイル10rの他端には丸型の平端子17rが装着され、その装着部が締付け力の強い弾性かつ絶縁性の熱収縮チューブ18rによって被覆される。コイル10rの他端側の導出部のうち、熱収縮チューブ18rで被覆されない部分は、隣りのコイル10sに直に接しないよう、弾性かつ絶縁性の太めのチューブ19rで被覆される。
S相用のコイル10sは、巻回数が4回で、一端がコア11の下面側から同コア11の径方向に沿う一方側へと導出され、他端がコア11の径方向に沿う他方側に導出される。なお、一端側の導出部は、コア11の下面側から出て同コア11の上面側へと屈曲され、その屈曲後の上面側の位置からコア11の上面に覆い被さるようにして同コア11の反対側に導かれ、その反対側の位置からコア11の下面側へと再び屈曲され、その下面側の位置からコア11の径方向に沿う他方側へと延びる。そして、コイル10sの一端に丸型の平端子14sが圧着され、その圧着部が締付け力の強い弾性かつ絶縁性の熱収縮チューブ15sによって被覆される。コイル10sの他端には丸型の平端子17sが装着され、その装着部が締付け力の強い弾性かつ絶縁性の熱収縮チューブ18rによって被覆される。コイル10sの一端側の導出部のうち、コア11の上面に覆い被さる部分は、下方のコイル10r,10tに直に接しないよう、弾性かつ絶縁性の太めのチューブ16sで被覆される。
T相のコイル10tは、巻回数が4回で、一端がコア11の径方向に沿う一方側に導出され、他端がコア11の径方向に沿う他方側に導出される。なお、他端側の導出部は、コア11の上面側から出て同コア11の下面側へと一旦屈曲され、その下面側の位置からコア11の径方向に沿う他方側へと延びる。そして、コイル10tの一端に丸型の平端子14tが圧着され、その圧着部が締付け力の強い弾性かつ絶縁性の熱収縮チューブ15tによって被覆される。コイル10tの他端には丸型の平端子17tが装着され、その装着部が締付け力の強い弾性かつ絶縁性の熱収縮チューブ18tによって被覆される。コイル10tの他端側の導出部のうち、熱収縮チューブ18tで被覆されない部分は、隣りのコイル10sに直に接しないよう、弾性かつ絶縁性の太めのチューブ19tで被覆される。
一方、ノイズフィルタ20の上方から見た構成を図5に示す。ノイズフィルタ20は、符号がノイズフィルタ10と符号が異なるだけで、形状や大きさなどの構成がノイズフィルタ10とまったく同じで、電流容量・インダクタンス・インピーダンスもノイズフィルタ10とまったく同じものである。よって、ノイズフィルタ20の側方および下方から見た構成の図面は省略している。
ノイズフィルタ20は、商用3相交流電源1のR相,S相,T相に接続される複数のコイル(第2コイル)20r,20s,20t、およびこれらコイル20r,20s,20tが装着される環状のコア(第2コア)21を有する。上述のとおり、ノイズフィルタ20は、ノイズフィルタ10とまったく同じであり、図5においては、ノイズフィルタ10の仕切板12が、ノイズフィルタ20の符号22に、ノイズフィルタ10のコイル10r,10s,10tがそれぞれノイズフィルタ20の符号20r,20s,20tに、ノイズフィルタ10の区画壁13が、ノイズフィルタ20の符号23に、ノイズフィルタ10の平端子14r、14t、14s、17r、17t、17sがそれぞれノイズフィルタ20の符号24r、24t、24s、27r、27t、27sに、ノイズフィルタ10の熱収縮チューブ15r、15t、15s、18r、18t、18sが、ノイズフィルタ20の符号25r、25t、25s、28r、28t、28s、ノイズフィルタ10のチューブ19r、19tが、それぞれノイズフィルタ20の符号29r、29tに対応している。
そして、図6および図7に示すように、ノイズフィルタ10の下面とノイズフィルタ20の下面とが相対向するように、かつコイル10r,10s,10tとコイル20r,20s,20tとが同じ相同士で向き合う状態で、ノイズフィルタ10とノイズフィルタ20とが上下方向に重ね合わされる。この場合、ノイズフィルタ10の下面側およびノイズフィルタ20の下面側にはコイルからの導線や絶縁用のチューブが存在しないので、重ね合わせの作業が容易であり、しかもコア11の下面の仕切壁12,12,12とコア21の下面の仕切壁22,22,22とをぴったりと当接させることができる。この当接により、コイル10r,10s,10tとコイル20r,20s,20tとの間に間隙が確保される。この間隙は、コイル相互の接触を防ぐとともに、放熱用の通気経路となる。
また、ノイズフィルタ10,20の上下方向の重ね合わせに伴い、コイル10r,10s,10tの一端側の平端子14r,14s,14tとコイル20r,20s,20tの一端側の平端子24r,24s,24tとが接近するとともに、コイル10r,10s,10tの他端側の平端子17r,17s,17tとコイル20r,20s,20tの他端側の平端子27r,27s,27tとが接近する。この状態で、平端子14r,14s,14tと平端子24r,24s,24tの同じ相同士が後述する螺子33r,33s,33tの螺合により共締め結合されるとともに、平端子17r,17s,17tと平端子27r,27s,27tの同じ相同士が後述する螺子34r,34s,34tの螺合により共締め結合される。
重ね合わされたノイズフィルタ10,20は、図7に示すように、モータ駆動装置の回路基板30に取付けられる。この取付けに際しては、棒状のスペーサ31r,31s,31tが回路基板30の上面に立設され、そのスペーサ31r,31s,31tの上端部に平端子14r,14s,14tおよび平端子24r,24s,24tの同じ相同士がそれぞれ載置される。そして、載置された平端子14r,14s,14tおよび平端子24r,24s,24tに螺子33r,33s,33tがそれぞれ挿通され、その螺子33r,33s,33tの先端がスペーサ31r,31s,31tの上端部に螺合される。これら螺合により、平端子14r,14s,14tおよび平端子24r,24s,24tがそれぞれ共締め結合された状態で回路基板30に固定される。また、この固定に際し、各共締め結合部とスペーサ31r,31s,31tの上端部との間に、電源ラインであるリード線41r,41s,41tが挟み込み接続される。同様に、棒状のスペーサ32r,32s,32tが回路基板30の上面に立設され、そのスペーサ32r,32s,32tの上端部に平端子17r,17s,17tおよび平端子27r,27s,27tの同じ相同士がそれぞれ載置される。そして、載置された平端子17r,17s,17tおよび平端子27r,27s,27tに螺子34r,34s,34tがそれぞれ挿通され、その螺子34r,34s,34tの先端がスペーサ32r,32s,32tの上端部に螺合される。これら螺合により、平端子17r,17s,17tおよび平端子27r,27s,27tがそれぞれ共締め結合された状態で回路基板30に固定される。また、この固定に際し、各共締め結合部とスペーサ32r,32s,32tの上端部との間に、電源ラインであるリード線42r,42s,42tが挟み込み接続される。
以上のように、ノイズフィルタ10,20を互いに並列接続して電源ラインに挿入接続することにより、ノイズフィルタ10,20の個々の電流容量の2倍の電流容量を持つノイズフィルタ装置が得られる。例えば、ノイズフィルタ10,20の個々の電流容量が20Aの場合、ノイズフィルタ装置としての電流容量は40Aとなる。すなわち、電流容量が20Aと小さい小型で安価なノイズフィルタ10,20を用いながら、40Aもの大きな電流容量を持つノイズフィルタ装置が得られる。電流容量が40Aの大型で高価なノイズフィルタを1つ用いる場合よりも、電流容量が20Aと小さい小型で安価なノイズフィルタ10,20を用いるほうが、かかるコストを大幅に抑えることができる。
一般に、コイル10r,10s,10tの構成要素であるエナメル銅線は、IEC規格で絶縁が確保できないものとして扱われる。このため、ノイズフィルタ10,20の上下方向の重ね合わせに際しては、互いに接近するコイル間の絶縁をどのように確保するかが重要な要素となる。ただし、この点に関しては、2つのノイズフィルタ10,20の重ね合わせる向きを、R相のコイル10rと同じR相のコイル20rとが向き合い、S相のコイル10sと同じS相のコイル20sとが向き合い、T相のコイル10tと同じT相のコイル20tとが向き合う構成としているため、上下の各コイル10r,20r間、コイル10s,20s間、コイル10t,20t間のそれぞれに電位差が生じない。電位差が生じないので、ノイズフィルタ10,20の相互間を特別な絶縁構造とする必要は生じない。特別な絶縁は必要ないが、外観上のコイルの傷つきを防止するなどの観点から、ノイズフィルタ10,20の相互間に絶縁部材たとえばアラミド紙を挟み込むことももちろん可能である。
ノイズフィルタ10の下面とノイズフィルタ20の下面とを重ね合わせる構成であり、そのノイズフィルタ10,20の下面にはコイルからの導線や絶縁用のチューブが存在しないので、重ね合わせによる厚さ寸法がコンパクトとなる。コア11の下面側の仕切壁12,12,12とコア21の下面側の仕切壁22,22,22とが当接し、コイル10r,10s,10tとコイル20r,20s,20tとの間に間隙が確保されるので、通電時の各コイルの発熱に対する良好な放熱効果を得ることができる。
ノイズフィルタ10,20の重ね合わせに際し、コア11の内側開口における区画壁13,13,13とコア21の内側開口における区画壁23,23,23とが交差することなく当接する。交差がないので、コア11の内側開口およびコア21の内側開口の通気効率が向上する。この点でも、良好な放熱効果が得られる。
[変形例]
上記実施形態では、重ね合わせたノイズフィルタ10,20の平端子同士を共締めにより結合する構成としたが、図8および図9に示すように、重ね合わせたノイズフィルタ10,20の平端子同士を“かしめ(圧着)”により一体化して結合する構成としてもよい。すなわち、平端子14r,14s,14tおよび平端子24r,24s,24tを“かしめ”により一体化して結合平端子14r,14s,14tとし、平端子17r,17s,17tおよび平端子27r,27s,27tを“かしめ”により一体化して結合平端子17r,17s,17tとする。そして、スペーサ31r,31s,31tの上端部に電源ラインであるリード線41r,41s,41tを挟んで結合平端子14r,14s,14tを載置し、その結合平端子14r,14s,14tに螺子33r,33s,33tを挿通および螺合する。同様に、スペーサ32r,32s,32tの上端部に電源ラインであるリード線42r,42s,42tを挟んで結合平端子17r,17s,17tを載置し、その結合平端子17r,17s,17tに螺子34r,34s,34tを挿通および螺合する。
共締めによる結合の場合、結合すべき両平端子の一方が外れたまま誤って螺子止めが行われる可能性があり、そのままでは片方のノイズフィルタに規定以上の電流が流れて同ノイズフィルタが異常発熱してしまう。“かしめ”による一体化結合の場合、螺子止めの段階で両平端子がすでに結合した状態にあるので、両平端子の一方が外れた状態で螺子止めが行われるといった不具合を生じることがなく、よって片方のノイズフィルタに規定以上の電流が流れて同ノイズフィルタが異常発熱するといった不具合を未然に防ぐことができる。また、“かしめ”による一体化結合であれば、その“かしめ”だけで、ノイズフィルタ10,20を強固に合体することができる。
上記実施形態では、2つのノイズフィルタ10,20の並列接続によってノイズフィルタ装置を構成したが、並列接続であるため、ノイズフィルタ装置としてのインダクタンスがノイズフィルタ10,20の個々のインダクタンスの半分の値に低下する。この低下を回避したい場合は、互いに並列接続したノイズフィルタ10,20を2組用意し、この2組を直列接続して電源ラインに挿入すればよい。
上記実施形態では、当該ノイズフィルタ装置が搭載される電気機器がモータ駆動装置である場合を例に説明したが、他の電気機器にも同様に適用可能である。
その他、上記各実施形態および変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態および変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態や変形は、発明の範囲は要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1…商用3相交流電源、2…整流回路、3…平滑コンデンサ、4…インバータ、5…ブラシレスDCモータ、10…ノイズフィルタ(第1ノイズフィルタ)、10r,10s,10t…コイル(第1コイル)、11…コア(第1コア)、12…仕切壁、13…区画壁、14r,14s,14t…平端子、17r,17s,17t…平端子、20…ノイズフィルタ(第2ノイズフィルタ)、20r,20s,20t…コイル(第2コイル)、21…コア(第2コア)、22,22,22…仕切壁、23,23,23…区画壁、24r,24s,24t…平端子、27r,27s,27t…平端子、30…回路基板

Claims (5)

  1. 交流電源の各相に対応する複数の第1コイルを、環状の第1コアの周方向における複数の領域に分けて配置してなる第1ノイズフィルタと、
    前記交流電源の各相に対応する複数の第2コイルを、環状の第2コアの周方向における複数の領域に分けて配置してなる第2ノイズフィルタと、
    を備え、
    前記複数の第1コイルと前記複数の第2コイルとが同じ相同士で向き合う状態で前記第1ノイズフィルタと前記第2ノイズフィルタとを上下方向に重ね合わせ、前記複数の第1コイルの一端と前記複数の第2コイルの一端とを同じ相同士で結合し、前記複数の第1コイルの他端と前記複数の第2コイルの他端とを同じ相同士で結合した構成である
    ことを特徴とするノイズフィルタ装置。
  2. 前記複数の第1コイルおよび前記複数の第2コイルは、構成要素である銅線の径および巻回数が互いに同じであり、
    前記第1コアおよび前記第2コアは、形状および大きさが互いに同じである、
    ことを特徴とする請求項1記載のノイズフィルタ装置。
  3. 前記複数の第1コイルの一端は、前記第1コアの径方向に沿う一方側に導出され、
    前記複数の第1コイルの他端は、前記第1コアの径方向に沿う他方側に導出され、
    前記複数の第2コイルの一端は、前記第2コアの径方向に沿う一方側に導出され、
    前記複数の第2コイルの他端は、前記第2コアの径方向に沿う他方側に導出される
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のノイズフィルタ装置。
  4. 前記複数の第1コイルの一端と前記複数の第2コイルの一端との同じ相同士の結合は、前記複数の第1コイルの一端に装着された端子と前記複数の第2コイルの一端に装着された端子との“かしめ”による結合であり、
    前記複数の第1コイルの他端と前記複数の第2コイルの他端との同じ相同士の結合は、前記複数の第1コイルの他端に装着された端子と前記複数の第2コイルの他端に装着された端子との“かしめ”による結合である
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか記載のノイズフィルタ装置。
  5. 前記第1コアは、前記複数の領域の相互間にそれぞれ仕切り壁を有し、
    前記第2コアは、前記複数の領域の相互間にそれぞれ仕切り壁を有する
    ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか記載のノイズフィルタ装置。
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