JP2018133491A - リアクトル、モータ駆動装置、パワーコンディショナおよび機械 - Google Patents

リアクトル、モータ駆動装置、パワーコンディショナおよび機械 Download PDF

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Abstract

【課題】簡単な構成でリアクトルを効率的に冷却する。
【解決手段】リアクトル５は外周部鉄心２０と、外周部鉄心２０の内面に接するか、または、内面に結合された少なくとも三つの鉄心コイル３１〜３４と、を含む。少なくとも三つの鉄心コイル３１〜３４のそれぞれは、鉄心４１〜４４と鉄心に巻回されたコイル５１〜５４とを含む。リアクトル５は、さらに、外周部鉄心２０の外方に配置されていて外周部鉄心２０を冷却する外方冷却部８０を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、リアクトル、モータ駆動装置、パワーコンディショナおよび機械に関する。
通常、リアクトルは複数の鉄心と、これら鉄心に巻回された複数のコイルとを有している。このようなリアクトルにおいては、磁束が漏洩して、隣接したコイルを貫通し、コイル内に渦電流を発生させ、その結果、コイルの温度が上昇するという問題があった。
このため、特許文献１には、「リアクトル３０のリアクトルケース３２の内部は、リアクトル側循環路６４に接続される。リアクトルケース３２の内部には、リアクトル３０を構成するコア３４とコイル３６が収納されており、その収納空間の余地部分に冷媒６６が循環して通過する」ことが開示されている。
特開2009-49082号公報
しかしながら、特許文献１に開示されるリアクトルは、冷媒が循環するリアクトルケース内に配置されているので、構造が大型化する。
それゆえ、簡単な構成で、効率的に冷却されるリアクトル、およびそのようなリアクトルを備えたモータ駆動装置、パワーコンディショナおよび機械を提供することが望まれている。
本開示の１番目の態様によれば、外周部鉄心と、前記外周部鉄心の内面に接するか、または、該内面に結合された少なくとも三つの鉄心コイルと、を具備し、前記少なくとも三つの鉄心コイルのそれぞれは、鉄心と該鉄心に巻回されたコイルとから構成されており、さらに、前記外周部鉄心の外方に配置されていて前記外周部鉄心を冷却する外方冷却部を具備する、リアクトルが提供される。
１番目の態様においては、外周部鉄心の外方に外方冷却部が配置されているので、大型化することなしに、簡単な構成でリアクトルを効率的に冷却することができる。
添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。
第一の実施形態に基づくリアクトルの端面図である。 第二の実施形態に基づくリアクトルの端面図である。 第三の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 第四の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 図４Ａに示されるリアクトルの分解斜視図である。 第五の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 第五の実施形態に基づく他のリアクトルの斜視図である。 第六の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 図６Ａに示されるリアクトルの分解斜視図である。 第七の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 図７Ａに示されるリアクトルの分解斜視図である。 第八の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 図８Ａに示されるリアクトルの他の斜視図である。 第九の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 図９Ａに示されるリアクトルの他の斜視図である。 第十の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 第十一の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 リアクトルを含む機械を示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は第一の実施形態に基づくリアクトルの端面図である。図１に示されるように、リアクトル５は、断面が円形の外周部鉄心２０と、外周部鉄心２０の内面に接するかまたは結合している少なくとも三つの鉄心コイル３１〜３３とを含んでいる。また、鉄心の数は３の倍数であるのが好ましく、それにより、リアクトル５を三相リアクトルとして使用できる。なお、外周部鉄心２０が多角形形状であってもよい。
鉄心コイル３１〜３３のそれぞれは、鉄心４１〜４３と鉄心４１〜４３に巻回されたコイル５１〜５３とを含んでいる。なお、外周部鉄心２０および鉄心４１〜４３は、複数の鉄板、炭素鋼板、電磁鋼板を積層するか、または圧粉鉄心から作成される。
図１から分かるように、鉄心４１〜４３は互いにおおよそ同一の寸法であり、外周部鉄心２０の周方向におおよそ等間隔に配置されている。図１においては鉄心４１〜４３のそれぞれの半径方向外側端部は外周部鉄心２０に接しているか、または接合されている。
さらに、鉄心４１〜４３のそれぞれの半径方向内側端部は外周部鉄心２０の中心に向かって収斂しており、その先端角度は約１２０度である。そして、鉄心４１〜４４の半径方向内側端部は、磁気的に連結可能なギャップ１０１〜１０３を介して互いに離間している。
言い換えれば、第一の実施形態においては鉄心４１の半径方向内側端部は、隣接する二つの鉄心４２、４３のそれぞれの半径方向内側端部とギャップ１０１、１０３を介して互いに離間している。他の鉄心４２〜４３についても同様である。なお、ギャップ１０１〜１０３の寸法は互いに等しいことが理想的であるが、等しくなくても良い。また、後述する実施形態においては、ギャップ１０１〜１０３等の表記および鉄心コイル３１〜３３等の表記を省略する場合がある。
このように、第一の実施形態においては鉄心コイル３１〜３３を外周部鉄心２０の内側に配置している。言い換えれば、鉄心コイル３１〜３３は外周部鉄心２０により取囲まれている。このため、コイル５１〜５３からの磁束が外周部鉄心２０の外部に漏洩するのを低減できる。
図２は第二の実施形態に基づくリアクトルの端面図である。図２に示されるリアクトル５は、略八角形状の外周部鉄心２０と、外周部鉄心２０に磁気的に互いに連結する四つの鉄心コイル３１〜３４とを含んでいる。これら鉄心コイル３１〜３４はリアクトル５の周方向に等間隔で配置されている。また、鉄心の数は４以上の偶数であるのが好ましく、それにより、リアクトル５を単相リアクトルとして使用できる。
図面から分かるように、それぞれの鉄心コイル３１〜３４は、半径方向に延びる鉄心４１〜４４と該鉄心に巻回されたコイル５１〜５４とを含んでいる。鉄心４１〜４４のそれぞれの半径方向外側端部は、外周部鉄心２０に接するか、もしくは外周部鉄心２０と一体的に形成されている。
さらに、鉄心４１〜４４のそれぞれの半径方向内側端部は外周部鉄心２０の中心近傍に位置している。図２においては鉄心４１〜４４のそれぞれの半径方向内側端部は外周部鉄心２０の中心に向かって収斂しており、その先端角度は約９０度である。そして、鉄心４１〜４４の半径方向内側端部は、磁気的に連結可能なギャップ１０１〜１０４を介して互いに離間している。
言い換えれば、第二の実施形態においては鉄心４１の半径方向内側端部は、隣接する二つの鉄心４２、４４のそれぞれの半径方向内側端部とギャップ１０１、１０４を介して互いに離間している。他の鉄心４２〜４４についても同様である。なお、ギャップ１０１〜１０４の寸法は互いにおおよそ等しいものとする。
従って、ギャップ１０１〜１０４からなる単一の略Ｘ字形状のギャップがリアクトル５の中心に形成されることになる。これらギャップ１０１〜１０４もリアクトル５の周方向に等間隔で配置されている。第二の実施形態においても、四つの鉄心コイル３１〜３４が外周部鉄心２０により囲まれているので、コイル５１〜５４から発生した磁界が外周部鉄心２０の外部に漏洩がない。
さらに、図１に示される第一の実施形態および図２に示される第二の実施形態においては、外周部鉄心２０の外方に、外方冷却部８０が配置されている。外方冷却部８０は、外周部鉄心２０の内部、特にコイル５１〜５４を冷却する役目を果たす。外方冷却部８０は外周部鉄心２０周りに配置されているので、リアクトル５の駆動時に、大型化することなしに、簡単な構成でリアクトル５を効率的に冷却することができる。
以下においては、三つの鉄心コイル３１〜３３を備えたリアクトル５の外方冷却部８０の詳細について説明する。図３は第三の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。図３における外方冷却部８０は、外周部鉄心２０の外周面に形成された複数のフィン８１である。これら複数のフィン８１は外周部鉄心２０の外周面に周方向に形成されている。ただし、複数のフィン８１が外周部鉄心２０の外周面に軸方向に形成されていてもよい。なお、後述する他のフィンが軸方向に形成されていてもよい。また、複数のフィンとして、一条螺旋が形成されていてもよい。後述する他の実施形態においても同様である。
この場合には、外方冷却部８０の構成が極めて簡単になる。さらに、外方冷却部８０としての複数のフィン８１が外周部鉄心２０と一体的であるので、外方冷却部８０としての別個の部材を必要とせず、従って、リアクトル５が大型化するのを防止できる。
図４Ａは第四の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。図４Ａにおいては、外周部鉄心２０は略円筒状のフィンハウジング８２内に挿入されている。フィンハウジング８２は外周部鉄心２０と同様の材料から形成されるのが好ましい。フィンハウジング８２の外周面には周方向に延びる複数のフィン８３が形成されている。第四の実施形態における外方冷却部８０は、フィンハウジング８２および複数のフィン８３である。なお、外周部鉄心２０とフィンハウジング８２との間には隙間が設けられていてもよく、あるいは隙間がなくてもよい。
図４Ｂは図４Ａに示されるリアクトルの分解斜視図である。理解を容易にするために、図４Ｂおよび後述する他の図面においてはコイル５１〜５３の図示を省略している。図４Ｂに示されるように、第四の実施形態においては、複数のフィン８３が形成されたフィンハウジング８２を準備する。そして、コイル５１〜５３（図示しない）が配置された外周部鉄心２０をフィンハウジング８２内に挿入する。このように、フィンハウジング８２内に外周部鉄心２０を挿入すれば十分であるので、第四の実施形態においては、リアクトル５に外方冷却部８０を容易に配置することができる。なお、外周部鉄心２０の外周面に複数のフィン８１が形成されていてもよい。
図５Ａは第五の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。図５Ａにおいては、複数のフィン８３が形成されたフィンハウジング８２が外方に配置された外周部鉄心２０が、外方冷却部８０に相当する円筒状のジャケット８５内に挿入されている。ジャケット８５は外周部鉄心２０と同様の材料から形成されるのが好ましい。ジャケット８５とフィンハウジング８２との間には隙間が形成されている。
また、通常、リアクトル５の両端部には端板が配置される。第五の実施形態における端板はジャケット８５の両端部を閉鎖するのに十分な寸法を有している。従って、ジャケット８５とフィンハウジング８２との間の隙間に冷媒を流通させられる。それゆえ、リアクトル５をさらに効率的に冷却することができる。あるいは、ジャケット８５自体が底面または底面と頂面との両方を備えていてもよい。
ところで、図５Ｂは第五の実施形態に基づく他のリアクトルの斜視図である。図５Ｂにおいては、外周面に複数のフィン８１が形成された外周部鉄心２０がジャケット８５に挿入されている。そして、ジャケット８５と外周部鉄心２０との間には隙間が形成されている。この場合にも、同様に、ジャケット８５と外周部鉄心２０との間の隙間に冷媒を流通させられるので、リアクトル５をさらに効率的に冷却できるのが分かるであろう。
図６Ａは第六の実施形態に基づくリアクトルの斜視図であり、図６Ｂは図６Ａに示されるリアクトルの分解斜視図である。図６Ａにおいては、外周部鉄心２０がジャケット８５内に前述したように挿入されている。そして、図６Ｂに示されるように、ジャケット８５の内周面には複数の追加フィン８４が形成されている。このため、リアクトル５をさらに効率的に冷却できるのが分かるであろう。あるいは、ジャケット８５の内周面に流路８４が形成されていてもよい。この場合には、ジャケット８５の内側の流路８４に冷媒を流すことができるので、冷却効果を高めることができる。
図７Ａは第七の実施形態に基づくリアクトルの斜視図であり、図７Ｂは図７Ａに示されるリアクトルの分解斜視図である。これら図面に示されるように、外周部鉄心２０が筒体８６内に前述したように挿入されている。筒体８６は、巻回された管路であり、その内部に外周部鉄心２０が挿入できるように寸法決めされている。管路は外周部鉄心２０よりも熱伝導率が高い材料から形成されるのが好ましく、あるいは管路は樹脂製であってもよい。この場合には、筒体８６の管路内に冷媒を流通させられるので、リアクトル５をさらに効率的に冷却できる。
図８Ａは第八の実施形態に基づくリアクトルの斜視図であり、図８Ｂは図８Ａに示されるリアクトルの他の斜視図である。図８Ａにおいては、リアクトル５の軸方向が水平方向になるように配置されている。図８Ｂにおいては、リアクトル５の軸方向が鉛直方向になるように配置されている。これら図面において、ジャケット８５の底面に冷却ファン６が取付けられている。冷却ファン６は図示しないモータにより駆動されるものとする。
図９Ａは第九の実施形態に基づくリアクトルの斜視図であり、図９Ｂは図９Ａに示されるリアクトルの他の斜視図である。これら図面において、ジャケット８５の外周面に前述したのと同様な冷却ファン６が取付けられている。
第八および第九の実施形態において冷却ファン６が駆動されると、冷却ファン６からの気流が外周部鉄心２０とジャケット８５との間の隙間を通ってリアクトル５の軸方向または周方向に流れる。このため、リアクトル５に対する冷却効果をさらに高められる。
図１０は第十の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。図１０においては、外方冷却部８０はハウジング８７およびハウジング８７の頂部を閉鎖する蓋部８８である。そして、ハウジング８７内に、コイル５１〜５３が備えられた外周部鉄心２０を配置する。外周部鉄心２０を配置した後、あるいは配置する前にハウジング８７には所定量の冷媒を充填する。そして、蓋部８８によりハウジング８７を閉鎖してリアクトル５を駆動する。これにより、ハウジング８７に充填された冷媒によってリアクトル５をさらに効率的に冷却することができる。
図１１は第十一の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。図１１においては、ハウジング８７の対向する二つの面に貫通孔が形成されており、これら貫通孔に入口部８９ａおよび出口部８９ｂがそれぞれ配置されている。ハウジング８７内に、コイル５１〜５３が備えられた外周部鉄心２０を配置して、蓋部８８によりハウジング８７を閉鎖する。そして、図示しない冷却装置から入口部８９ａに冷媒を供給すると、冷媒はハウジング８７内部を通過して出口部８９ｂより排出される。この場合には、常に冷却された冷媒を供給できるので、リアクトル５によって、冷媒の温度が高まるのを防止でき、従って、リアクトル５を極めて効率的に冷却できる。
図１２はリアクトルを含む機械を示す図である。図１２においては、リアクトル５はモータ駆動装置またはパワーコンディショナにおいて使用されている。そして、機械がそのようなモータ駆動装置またはパワーコンディショナを含んでいる。このような場合には、リアクトル５を含むモータ駆動装置、パワーコンディショナ、機械などを容易に提供できるのが分かるであろう。また、前述した実施形態のいくつかを適宜組み合わせることは本発明の範囲に含まれる。
本開示の態様
１番目の態様によれば、外周部鉄心（２０）と、前記外周部鉄心の内面に接するか、または、該内面に結合された少なくとも三つの鉄心コイル（３１〜３４）と、を具備し、前記少なくとも三つの鉄心コイルのそれぞれは、鉄心（４１〜４４）と該鉄心に巻回されたコイル（５１〜５４）とから構成されており、さらに、前記外周部鉄心の外方に配置されていて前記外周部鉄心を冷却する外方冷却部（８０）を具備する、リアクトル（５）が提供される。
２番目の態様によれば、１番目の態様において、前記外方冷却部は、前記外周部鉄心の外周面に形成された少なくとも一つのフィン（８１）を含む。
３番目の態様によれば、１番目または２番目の態様において、前記外方冷却部は、前記外周部鉄心が内部に挿入されるフィンハウジングを含んでおり、該フィンハウジングの外周面には少なくとも一つのフィンが形成されている。
４番目の態様によれば、２番目または３番目の態様において、前記外方冷却部は、さらに、前記複数のフィンを取囲むジャケット（８５）を含む。
５番目の態様によれば、４番目の態様において、前記ジャケットの内周面には、流路（８４）が形成されている。
６番目の態様によれば、１番目から５番目のいずれかの態様において、前記外方冷却部は、前記外周部鉄心周りに配置されていて、巻回された管路からなる筒体（８６）である。
７番目の態様によれば、４番目または５番目の態様において、前記外方冷却部は、前記ジャケットの端面および前記ジャケットの外周面の少なくとも一方に配置された冷却ファン（６）をさらに含む。
８番目の態様によれば、１番目から７番目のいずれかの態様において、前記外方冷却部は、前記外周部鉄心を封入していて内部に冷媒が充填されるハウジング（８７）を含む。
９番目の態様によれば、８番目の態様において、前記ハウジングには入口（８９ａ）と出口（８９ｂ）とが形成されており、前記冷媒は前記入口から前記ハウジングの内部を通って前記出口に流通するようにした。
１０番目の態様によれば、１番目から９番目のいずれかの態様において、前記少なくとも三つの鉄心コイルの数は３の倍数である。
１１番目の態様によれば、１番目から９番目のいずれかの態様において、前記少なくとも三つの鉄心コイルの数は４以上の偶数である。
１２番目の態様によれば、１番目から１１番目のいずれかの態様のリアクトルを具備したモータ駆動装置が提供される。
１３番目の態様によれば、１２番目の態様のモータ駆動装置を具備した機械が提供される。
１４番目の態様によれば、１番目から１１番目のいずれかの態様のリアクトルを具備したパワーコンディショナが提供される。
１５番目の態様によれば、１４番目の態様において、パワーコンディショナを具備した機械が提供される。
態様の効果
１番目の態様においては、外周部鉄心の外方に外方冷却部が配置されているので、簡単な構成でリアクトルを効率的に冷却することができる。
２番目の態様においては、外方冷却部を極めて簡単にすると共にリアクトルが大型化するのを防止できる。
３番目の態様においては、フィンハウジング内に外周部鉄心を挿入すれば十分であるので、既存のリアクトルであっても外方冷却部を容易に配置できる。
４番目の態様においては、ジャケットとフィンとの間に冷媒を流通させられるので、リアクトルをさらに効率的に冷却できる。
５番目の態様においては、ジャケットの内面に複数のフィンが形成されているので、リアクトルをさらに効率的に冷却できる。
６番目の態様においては、外周部鉄心周りに中空管路を巻回すれば十分であるので、リアクトルに外方冷却部を容易に配置できる。
７番目の態様においては、冷却ファンからの気流がリアクトルの内部または外部に流れるので、冷却効果をさらに高められる。
８番目の態様においては、冷媒によってリアクトルをさらに効率的に冷却できる。
９番目の態様においては、冷媒によってリアクトルをさらに効率的に冷却できる。
１０番目の態様においては、リアクトルを三相リアクトルとして使用できる。
１１番目の態様においては、リアクトルを単相リアクトルとして使用できる。
１２番目から１５番目の態様においては、リアクトルを備えたモータ駆動装置、パワーコンディショナ、および機械を容易に提供できる。
典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
５ リアクトル
６ 冷却ファン
２０ 外周部鉄心
３１〜３４ 鉄心コイル
４１〜４４ 鉄心
５１〜５４ コイル
８０ 外方冷却部
８１ フィン
８２ フィンハウジング
８３ フィン
８４ 追加フィン
８５ ジャケット
８６ 筒体
８７ ハウジング
８８ 蓋部
８９ａ 入口部
８９ｂ 出口部
１０１〜１０４ ギャップ

Claims (15)

  1. 外周部鉄心と、
    前記外周部鉄心の内面に接するか、または、該内面に結合された少なくとも三つの鉄心コイルと、を具備し、
    前記少なくとも三つの鉄心コイルのそれぞれは、鉄心と該鉄心に巻回されたコイルとから構成されており、
    さらに、
    前記外周部鉄心の外方に配置されていて前記外周部鉄心を冷却する外方冷却部を具備する、リアクトル。
  2. 前記外方冷却部は、前記外周部鉄心の外周面に形成された少なくとも一つのフィンを含む、請求項１に記載のリアクトル。
  3. 前記外方冷却部は、前記外周部鉄心が内部に挿入されるフィンハウジングを含んでおり、該フィンハウジングの外周面には少なくとも一つのフィンが形成されている請求項１または２に記載のリアクトル。
  4. 前記外方冷却部は、さらに、前記複数のフィンを取囲むジャケットを含む請求項２または３に記載のリアクトル。
  5. 前記ジャケットの内周面には、流路が形成されている請求項４に記載のリアクトル。
  6. 前記外方冷却部は、前記外周部鉄心周りに配置されていて、巻回された管路からなる筒体である、請求項１から５のいずれか一項に記載のリアクトル。
  7. 前記外方冷却部は、前記ジャケットの端面および前記ジャケットの外周面の少なくとも一方に配置された冷却ファンをさらに含む、請求項４または５に記載のリアクトル。
  8. 前記外方冷却部は、前記外周部鉄心を封入していて内部に冷媒が充填されるハウジングを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載のリアクトル。
  9. 前記ハウジングには入口と出口とが形成されており、
    前記冷媒は前記入口から前記ハウジングの内部を通って前記出口に流通するようにした、請求項８に記載のリアクトル。
  10. 前記少なくとも三つの鉄心コイルの数は３の倍数である請求項１〜９のいずれか一項に記載のリアクトル。
  11. 前記少なくとも三つの鉄心コイルの数は４以上の偶数である請求項１〜９のいずれか一項に記載のリアクトル。
  12. 請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載のリアクトルを具備したモータ駆動装置。
  13. 請求項１２に記載のモータ駆動装置を具備した機械。
  14. 請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載のリアクトルを具備したパワーコンディショナ。
  15. 請求項１４に記載のパワーコンディショナを具備した機械。
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