JP2018125327A - インダクタンス可変機能を有する多相鉄心リアクトル - Google Patents
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Abstract
【課題】部品の変更を行うことなく、インダクタンスの大きさを調整することが可能なリアクトルを提供することを目的とする。【解決手段】多相鉄心リアクトルは、鉄心と、巻線と、を有する多相鉄心リアクトルであって、鉄心は、外鉄心及び内鉄心を備え、外鉄心は、N相の巻線が巻回された歯を有し、内鉄心は、空隙を介して歯と面しており、かつ、空隙の大きさを少なくとも2種類選択可能な形状を持つ。【選択図】図2
Description
本発明は、多相鉄心リアクトルに関し、特に、インダクタンスの大きさを変更可能な機能を有する多相鉄心リアクトルに関する。
リアクトルのインダクタンスは、巻線のターン数、鉄心(コア積層体)の断面積(歯幅×積層長)、空隙(ギャップ)をパラメータとして設計されている。
リアクトルのインダクタンスの大きさを調整することを目的として、空隙を設けたリアクトルが報告されている(例えば、特許文献1及び2)。図1に従来のリアクトルの平面図を示す。従来のリアクトル1000は、略円筒状の外鉄心300と、外鉄心300とは別に形成され、外鉄心300の内側に配置された内鉄心400を備えている。外鉄心には巻線200が三相に独立して巻回されている。
外鉄心300と内鉄心400との間には、一枚のシート状の非磁性体を円筒状にして形成された支持部材600が配置されている。この支持部材600を配置することにより、外鉄心300と内鉄心400との間に均一な幅の隙間(空隙)が形成される。隙間を設けることにより磁束Φ2〜Φ4の磁束量を調整できるため、インダクタンス値を調整できるというものである。
インダクタンスの大きさを空隙の大きさによって調整する場合、上記の従来技術においては、複数種類の支持部材を用意し、交換する必要がある。また、インダクタンスの大きさを巻線のターン数や鉄心の断面積によって調整する場合は、形状や積層長等が異なる複数種類の部品を用意する必要が生じ、部品(巻線、コア)の種類が増えるという問題があった。
本発明は、部品の変更を行うことなく、インダクタンスの大きさを調整することが可能なリアクトルを提供することを目的とする。
本開示の一実施例に係る多相鉄心リアクトルは、鉄心と、巻線と、を有する多相鉄心リアクトルであって、鉄心は、外鉄心及び内鉄心を備え、外鉄心は、N相の巻線が巻回された歯を有し、内鉄心は、空隙を介して歯と面しており、かつ、空隙の大きさを少なくとも2種類選択可能な形状を持つ。
本開示の一実施例に係る多相鉄心リアクトルによれば、部品の変更を行うことなく、インダクタンスの大きさを調整することが可能なリアクトルを提供することができる。
以下、図面を参照して、本発明に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。
まず、実施例1に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。図2に、実施例1に係る多相鉄心リアクトルの平面図を示す。実施例1に係る多相鉄心リアクトル101は、鉄心1と、巻線2と、を有する。鉄心1は、外鉄心3及び内鉄心4を備えている。
外鉄心3は、N相の巻線2が巻回された歯5を有している。三相の場合は、図2に示すように、R相、S相、T相にそれぞれ1つずつ、合計3つの巻線2及び歯5が設けられる。ただし、三相には限られず、二相または四相以上であってもよい。三相の場合(N=3の場合)は、歯5は外鉄心3の中心軸を中心にして120度ずつずれた位置に配置される。また、外鉄心3は円筒状の形状を有している。ただし、三角筒状や六角筒状等の角筒状であってもよい。歯5は中心軸方向に延びており、歯5の軸方向の長さは、外鉄心3の軸方向の長さとほぼ同じである。
内鉄心4は、空隙6を介して歯5と面しており、かつ、空隙6の大きさを少なくとも2種類選択可能な形状を持つ。図3に、実施例1に係る多相鉄心リアクトルに設けられた内鉄心の構造の一例の平面図を示す。内鉄心4の外周部に点P1を決め、中心Cの周りに60度ずつずらした点P2〜P6を決める。このとき、中心CとP1、P3、P5を結んだ直線の長さをr1とし、中心CとP2、P4、P6を結んだ直線の長さをr2とした場合に、r1≠r2となるような構成とする。図3に示した例ではr1>r2となっている。図3において、同図の様な配置を「位相1」と呼び、60度回転させた場合の配置を「位相2」と呼ぶこととする。位相1においては、P1、P3、P5の近傍の内鉄心4が歯5(図2参照)と向かい合い、位相2においては、P2、P4、P6の近傍の内鉄心4が歯5(図2参照)と向かい合う。
内鉄心4は、(360/N)度対称な形状を持つことが好ましい。三相の場合(N=3の場合)は、120度対称な形状を有する。また、内鉄心4は、中心軸を中心に回転可能であることが好ましい。
図4に、実施例1に係る多相鉄心リアクトルの位相1及び位相2における平面図を示す。また、図5に実施例1に係る多相鉄心リアクトルの位相1及び位相2における図2の線A−Aで切断した断面図を示す。図4(a)及び図5(a)は位相1における構成を示し、図4(b)及び図5(b)は位相2における構成を示す。ここで、外鉄心3及び内鉄心4の中心は共にCであるとする。また、中心Cから歯5までの距離をRとし、外鉄心3及び内鉄心4の軸方向の長さを共にdとする。
そうすると、位相1の場合は、中心Cから内鉄心4の外周部までの長さがr1であるので、空隙6の大きさLg1は(R−r1)となる。一方、位相2の場合は、中心Cから内鉄心4の外周部までの長さがr2であるので、空隙6の大きさLg2は(R−r2)となる。ここで、r1≠r2であるので、Lg1≠Lg2となる。インダクタンスの大きさは、空隙の大きさによって変化するため、内鉄心4の位置を位相1から位相2に変えることによって、インダクタンスの大きさを調整することができる。また、三相リアクトルにおいては、空隙6が3つ形成されるが、3つの空隙の大きさは同一であることが好ましい。
内鉄心4は、中心軸を中心に回転可能であることが好ましい。内鉄心4を回転自在とすることにより、内鉄心4を回転させるだけで空隙の大きさを変えることができ、インダクタンスの大きさを調整することができる。
図6に実施例1に係る多相鉄心リアクトルの斜視図を示す。図6では巻線を省略している。外鉄心3は、外形が多角形の電磁鋼板から成る外コア30が積層されて成るようにしてもよい。また、内鉄心4は、電磁鋼板から成る内コア40が積層されて成るようにしてもよい。
次に、実施例2に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。図7に実施例2に係る多相鉄心リアクトルの平面図を示す。実施例2に係る多相鉄心リアクトル102が、実施例1に係る多相鉄心リアクトル101と異なっている点は、内鉄心41が、空隙6を介して歯5と面しており、歯5と面する内鉄心41の面積の大きさを少なくとも2種類選択可能な形状を持つ点である。実施例2に係る多相鉄心リアクトル102のその他の構成は、実施例1に係る多相鉄心リアクトル101と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図8に実施例2に係る多相鉄心リアクトルの位相1及び位相2における、図7の線B−Bで切断した断面図を示す。図8(a)は位相1における構成を示し、図8(b)は位相2における構成を示す。ここで、位相1及び位相2における空隙の大きさは、共にLgで一定であるとする。
図8(a)及び図8(b)に示すように、一例として、位相1においては、外鉄心3及び内鉄心41の中心軸方向の長さが共にd1であり、位相2においては、内鉄心41の中心軸方向の長さがd2に変化するとする。図6に示すように、歯5の幅をwとすると内鉄心41が歯5と向かい合う面積Sは、位相1ではS1=w×d1となり、位相2ではS2=w×d2となる。ここで、d1≠d2であるので、S1≠S2となる。位相1及び位相2において、内鉄心41の中心軸方向の長さを変化させることにより、面積Sが変化し、実効的な空隙の大きさを変化させることができる。その結果、内鉄心41の位置を位相1と位相2との間で変えることにより、インダクタンスの大きさを変化させることができる。図8に示した例では、歯5と内鉄心41との間の空隙の大きさをLgで一定としたが、位相1及び位相2において、空隙の大きさを変えるようにしてもよい。
次に、実施例3に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。図9に実施例3に係る多相鉄心リアクトルの平面図を示す。実施例3に係る多相鉄心リアクトル103が、実施例1に係る多相鉄心リアクトル101と異なっている点は、内鉄心42において、空隙6の大きさが異なる領域が複数設けられている点である。実施例3に係る多相鉄心リアクトル103のその他の構成は、実施例1に係る多相鉄心リアクトル101と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図10に実施例2に係る多相鉄心リアクトルの位相1及び位相2における、図9の線D−Dで切断した断面図を示す。図10(a)は位相1における構成を示し、図10(b)は位相2における構成を示す。ここで、外鉄心3及び内鉄心4の中心軸方向の長さはdで一定であるとする。
図10(a)及び図10(b)に示すように、一例として、位相1においては、全ての領域で空隙6の大きさをLg1とし、位相2においては、歯5と内鉄心42が向かい合う一部の領域で空隙6の大きさをLg1とし、他の領域では空隙6の大きさをLg2とする。Lg1<Lg2とすれば、位相2における実効的な空隙6の大きさLgeffは、Lg1<Lgeff<Lg2となる。従って、位相2において、空隙の大きさを位相1とは異ならせる領域の範囲を調整することにより、実効的な空隙の大きさをより細かく設定することができ、インダクタンスの大きさを微調整することができる。図10に示した例では、歯5と内鉄心4との間の距離の一部を共にLg1としたが、位相2においてLg1とは異なる大きさに設定するようにしてもよい。
次に、実施例4に係る多相鉄心リアクトルについて説明する。図11(a)及び(b)に実施例4に係る多相鉄心リアクトルの平面図を示し、図12に実施例4に係る多相鉄心リアクトルを構成する内鉄心の平面図を示す。実施例4に係る多相鉄心リアクトル104が、実施例1に係る多相鉄心リアクトル101と異なっている点は、Mを整数とした場合、各相の歯及び巻線がM等分されている点である。実施例4に係る多相鉄心リアクトル104のその他の構成は、実施例1に係る多相鉄心リアクトル101と同様であるので、詳細な説明は省略する。
図11(a)及び(b)において、R相用巻線は21及び22の2つに分割され、S相用巻線は23及び24の2つに分割され、T相用巻線は25及び26の2つに分割されている。また、R相用の歯は51及び52の2つに分割され、S相用の歯は53及び54の2つに分割され、T相用の歯は55及び56の2つに分割されている。また、Mを整数とした場合、各相の歯及び巻線がM等分されていることが好ましい。図11(a)及び(b)に示した例では、Mが2の場合を示している。しかしながら、このような例には限られず、Mは3以上であってもよい。
図12に示すように、実施例4に係る多相鉄心リアクトル104を構成する内鉄心43は、円柱状の形状を有し、中心Cから内鉄心43の外周までの長さがr1の部分とr2の部分を有する。ここで、r1≠r2である。一例として、中心Cから内鉄心43の外周までの長さがr1の部分は、外周上で60°ずつずらした位置に設けられている。また、中心Cから内鉄心43の外周までの長さがr2の部分は、外周上で60°ずつずらした位置に設けられ、かつr1の部分と30°ずれた位置に設けられている。なお、図12には、中心Cから内鉄心43の外周までの長さが主に2種類である例を示したが、3種類以上であってもよい。
図12に示した内鉄心43の構成は、多相鉄心リアクトル104の巻線が3相であり、歯及び巻線を分割する数であるMが2の場合に対応している。この場合、中心Cから内鉄心43の外周までの長さがr1の部分は、頂点P1〜P6の位置に形成され、各頂点の位置は、360°/3/Mで求められる60°ずつずらした位置に設けられる。従って、巻線がN相の場合は、360°/N/Mで求められる角度ずつずれた位置において、中心Cから内鉄心43の外周までの長さがr1となる。
図11(a)は、「位相1」の状態を示し、歯(51〜56)が向かい合う位置の近傍において、内鉄心43の中心Cから外周部までの長さがr1となっている。このとき、内鉄心43の中心Cから歯(51〜56)までの距離はRであるので、空隙6の大きさはR−r1となる。一方、図11(b)は、「位相2」の状態を示し、歯(51〜56)が向かい合う位置の近傍において、内鉄心43の中心Cから外周部までの長さがr2となっている。このとき、内鉄心43の中心Cから歯(51〜56)までの距離はRであるので、空隙6の大きさはR−r2となる。ここで、r1≠r2であるので(R−r1)≠(R−r2)となって、位相1から位相2へ遷移させることによって空隙の大きさを変化させることができる。位相1の状態から位相2の状態に遷移させるには、内鉄心43を30°回転させればよい。
以上の説明においては、内鉄心43の中心Cから外周部までの長さを複数種類の中から選択可能とする例を示したが、内鉄心の外周部において歯と接する部分の面積が変化するようにして、内鉄心を回転させてインダクタンスの大きさを変えるようにしてもよい。
実施例4に係る多相鉄心リアクトルのように歯及び巻線を複数に分割することにより、インダクタンスを大きくすることができる。
1 鉄心
2 巻線
3 外鉄心
4,41,42,43 内鉄心
5 歯
6 空隙
2 巻線
3 外鉄心
4,41,42,43 内鉄心
5 歯
6 空隙
図10に実施例3に係る多相鉄心リアクトルの位相1及び位相2における、図9の線D−Dで切断した断面図を示す。図10(a)は位相1における構成を示し、図10(b)は位相2における構成を示す。ここで、外鉄心3及び内鉄心4の中心軸方向の長さはdで一定であるとする。
Claims (8)
- 鉄心と、巻線と、を有する多相鉄心リアクトルであって、
前記鉄心は、外鉄心及び内鉄心を備え、
前記外鉄心は、N相の巻線が巻回された歯を有し、
前記内鉄心は、空隙を介して前記歯と面しており、かつ、前記空隙の大きさを少なくとも2種類選択可能な形状を持つ、
多相鉄心リアクトル。 - 前記外鉄心は、外形が多角形の電磁鋼板から成る外コアが積層されて成る、請求項1に記載の多相鉄心リアクトル。
- 前記内鉄心は、電磁鋼板から成る内コアが積層されて成る、請求項1または2に記載の多相鉄心リアクトル。
- 前記内鉄心は、(360/N)度対称な形状を持つ、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の多相鉄心リアクトル。
- 前記内鉄心は、中心軸を中心に回転可能である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の多相鉄心リアクトル。
- 鉄心と、巻線と、を有する多相鉄心リアクトルであって、
前記鉄心は、外鉄心及び内鉄心を備え、
前記外鉄心は、N相の巻線が巻回された歯を有し、
前記内鉄心は、空隙を介して前記歯と面しており、かつ、前記歯と面する内鉄心の面積の大きさを少なくとも2種類選択可能な形状を持つ、
多相鉄心リアクトル。 - 内鉄心において、前記空隙大きさが異なる領域が複数設けられている、請求項1に記載の多相鉄心リアクトル。
- Mを整数とした場合、各相の歯及び巻線がM等分されている、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の多相鉄心リアクトル。
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