JP2018186223A

JP2018186223A - 端板を備えたリアクトル

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Publication number: JP2018186223A
Application number: JP2017088318A
Authority: JP
Inventors: 友和吉田; Tomokazu Yoshida; 雅朋白水; Masatomo Shiromizu; 健一塚田; Kenichi Tsukada
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2017-04-27
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2037-04-27
Also published as: US10702848B2; DE102018109372A1; JP6438522B2; US20180311640A1; CN108806941A; CN108806941B; CN208622560U

Abstract

【課題】複数の鉄心を連結する際に、組立工程が限定されることのないリアクトルを提供する。【解決手段】リアクトル６のコア本体５は、三つに分割された外周部鉄心部分２４〜２６および外周部鉄心部分２４〜２６の半径方向に延びる鉄心４１〜４３からなる。鉄心４１〜４３にはコイル５１〜５３が巻回され、コイル５１〜５３から延長部分５１ａ〜５３ｂが湾曲して外周部鉄心部分２４〜２６の半径方向外側まで延長される。外周部鉄心部分２４〜２６の連結部材としての端板８１が三つの端板部分８１ａ〜８１ｃとして構成される。湾曲された延長部分５１ａ〜５３ｂと外周部鉄心部分２４〜２６の端面との間の領域に、端板部分８１ａ〜８１ｃを挿入し、ネジにより端板部分８１ａ〜８１ｃの孔７１ａ〜７３ｂと外周部鉄心部分２４〜２６を孔９１ａ〜９３ｂの位置で締結する。【選択図】図４

Description

本発明は、端板がコア本体に締結されたリアクトルに関する。

リアクトルのコア本体は、コイルが巻回された複数の鉄心を有している。そして、複数の鉄心の間には所定のギャップが形成されている。例えば特許文献１および特許文献２を参照されたい。また、コア本体を形成するためには、複数の鉄心を互いに連結する必要がある。

しかしながら、所定のギャップを確保する必要があるので、複数の鉄心を直接的に連結するのは困難である。このため、リアクトルを形成する際には、コア本体の複数の鉄心を連結部材により互いに連結しつつ、所定のギャップを確保している。

特開２０００−７７２４２号公報特開２００８−２１０９９８号公報

ところで、コイルは導電性線材を巻回して構成されており、導電性線材の両端部は延長部分（リード）としてコイルから突出している。そして、リアクトルを形成する際に、各延長部分は所望の向きおよび所望の形状に湾曲される。連結部材がコア本体に取付けられる前に延長部分が湾曲されると、連結部材が延長部分に干渉して、連結部材をコア本体に取付けられない場合がある。言い換えれば、従来技術においては連結部材をコア本体に取付けた後で、延長部分を湾曲させる必要がある。それゆえ、組立工程が限定されることになり組立効率が低下するという問題があった。

それゆえ、組立工程が限定されることのないリアクトル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、コア本体と、該コア本体の少なくとも一方の端部に締結された端板と、を具備し、該端板は複数の端板部分から形成されている、リアクトルが提供される。

１番目の態様においては、端板が複数の端板部分から形成されているので、コイルの延長部分が湾曲されている後であっても、複数の端板部分をコア本体に取付けられる。言い換えれば、コイルの延長部分を湾曲させる前に端板をコア本体に取付ける必要はなく、組立工程は限定されない。従って、組立効率が低下するのを避けられる。

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。

コア本体の第一の断面図である。第一の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。他のリアクトルの分解斜視図である。図２に示されるリアクトルの分解斜視図である。他の実施形態に基づく端板部分の部分拡大図である。他の実施形態に基づく端板部分の他の部分拡大図である。コア本体の第二の断面図である。コア本体の第三の断面図である。

以下、添付図面を参照して本開示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。
以下の記載では、三相リアクトルを例として説明するが、本開示の適用は、三相リアクトルに限定されず、各相で一定のインダクタンスが求められる多相リアクトルに対して幅広く適用可能である。また、本開示に係るリアクトルは、産業用ロボットや工作機械におけるインバータの一次側および二次側に設けるものに限定されず、様々な機器に対して適用することができる。

図１はコア本体の第一の断面図である。図１に示されるように、コア本体５は、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三つの鉄心コイル３１〜３３とを含んでいる。図１においては、略六角形の外周部鉄心２０の内側に鉄心コイル３１〜３３が配置されている。これら鉄心コイル３１〜３３はコア本体５の周方向に等間隔で配置されている。

なお、外周部鉄心２０が他の回転対称形状、例えば円形であってもよい。そのような場合には、後述する端板８１は外周部鉄心２０に対応した形状であるものとする。また、鉄心コイルの数は３の倍数であればよい。

図面から分かるように、それぞれの鉄心コイル３１〜３３は、外周部鉄心２０の半径方向に延びる鉄心４１〜４３と、該鉄心に巻回されたコイル５１〜５３とを含んでいる。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。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形成される。

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の中心近傍に位置している。図面においては鉄心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４１〜４３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、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、１０２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ものとする。

このように、図１に示される構成では、コア本体５の中心部に位置する中心部鉄心が不要であるので、コア本体５を軽量かつ簡易に構成することができる。さらに、三つの鉄心コイル３１〜３３が外周部鉄心２０により囲まれているので、コイル５１〜５３から発生した磁場が外周部鉄心２０の外部に漏洩することもない。また、ギャップ１０１〜１０３を任意の厚さで低コストで設けることができるので、従来構造のリアクトルと比べて設計上有利である。

さらに、本開示のコア本体５においては、従来構造のリアクトルに比較して、相間の磁路長の差が少なくなる。このため、本開示においては、磁路長の差に起因するインダクタンスのアンバランスを軽減することもできる。

図２は第一の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。図２に示されるリアクトル６は、コア本体５と、コア本体５の軸方向の一方の端面に締結された環状の端板８１と含んでいる。なお、同様の端板がコア本体５の他方の端面に締結されていてもよい。端板８１はコア本体５の後述する外周部鉄心２０の縁部全体にわたって外周部鉄心２０に連結する連結部材としての役目を果たす。端板８１は非磁性材料、例えばアルミニウム、ＳＵＳ、樹脂などから形成されるのが好ましい。

さらに、コイル５１から延長部分（リード）５１ａ、５１ｂが延びていて、それぞれ所望の向きおよび所望の形状に湾曲されている。コイル５２、５３から延びる延長部分５２ａ、５２ｂ、５３ａ、５３ｂのそれぞれも所望の向きおよび所望の形状に湾曲されている。延長部分５１ａ〜５３ｂが図示されるように湾曲されると、延長部分５１ａ〜５３ｂの先端は外周部鉄心２０の内周面よりも半径方向外側に位置しうる。

ここで、図３は他のリアクトル６’の分解斜視図である。図３に示されるコア本体５のコイル５１〜５３も同様に湾曲された延長部分５１ａ〜５３ｂを含んでいる。延長部分５１ａ〜５３ｂがこのように湾曲された後で、環状の端板８１’を外周部鉄心２０の端面に接近させる。図３に示される端板８１’の寸法は第一の実施形態における端板８１の寸法に概ね等しい。この場合には、端板８１’が延長部分５１ａ〜５３ｂの先端に干渉するので、端板８１’を外周部鉄心２０の端面に取付けられない。

なお、延長部分５１ａ〜５３ｂの先端が外周部鉄心２０の内周面よりも半径方向内側に位置する場合には、端板８１’は延長部分５１ａ〜５３ｂの先端に干渉しない。このため端板８１’を外周部鉄心２０の端面に配置できる。しかしながら、このような場合には、作業者の手が延長部分５１ａ〜５３ｂの先端に接触して、作業者がケガをしたり、延長部分５１ａ〜５３ｂが所望される向きとは異なる向きに湾曲される可能性がある。このため、延長部分５１ａ〜５３ｂが湾曲された後で端板８１’を取付ける場合の作業性はかなり低い。

言い換えれば、図３に示される構成では、連結部材としての端板８１’をコア本体５に取付けた後で、延長部分５１ａ〜５３ｂを湾曲させる必要がある。それゆえ、図３に示される構成では、組立工程が限定されるので組立効率が低下するという問題があった。

この点に関し、図４は図２に示されるリアクトルの分解斜視図である。図４においては、端板８１は三つの端板部分８１ａ〜８１ｃより構成されている。これら端板部分８１ａ〜８１ｃは、端板８１を周方向に等間隔に分割することにより形成される。なお、端板８１が二つ、または四つ以上の端板部分から形成されていてもよい。このような場合には、湾曲された延長部分５１ａ〜５３ｂと外周部鉄心２０の端面との間の領域に端板部分８１ａ〜８１ｃを挿入し、端板８１をなすように外周部鉄心２０の端面に配置する。

図１を再び参照すると、外周部鉄心２０には、鉄心４１〜４３のそれぞれに対応した位置に孔９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂ、９３ａ、９３ｂが形成されている。そして、図３および図４に示されるように端板部分８１ａ〜８１ｃの両端部にも同様な孔７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂが形成されている。

端板部分８１ａ〜８１ｃを外周部鉄心２０の端面に配置した後で、留め具、例えばネジ６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ（図２にのみ示す）を端板部分８１ａ〜８１ｃの孔７１ａ〜７３ｂに挿入して外周部鉄心２０の孔９１ａ〜９３ｂに螺合させる。これにより、端板部分８１ａ〜８１ｃからなる端板８１が外周部鉄心２０の端面に締結されるようになる。

このような構成であるので、第一の実施形態においては延長部分５１ａ〜５３ｂが湾曲された後であっても、端板８１を外周部鉄心２０に締結させられる。言い換えれば、第一の実施形態においては、延長部分５１ａ〜５３ｂを湾曲させる工程は、端板８１を外周部鉄心２０に締結させた後でも、端板８１を外周部鉄心２０に締結させる前であってもよい。このため、リアクトル６の組立工程は限定されず、組立効率が低下するのを避けられる。

ところで、図１を再び参照すると、外周部鉄心２０は周方向に等間隔に分割された複数、例えば三つの外周部鉄心部分２４〜２６より構成されている。外周部鉄心部分２４〜２６は、それぞれ鉄心４１〜４３に一体的に構成されている。図示しない実施形態においては、外周部鉄心部分２４〜２６は、それぞれ鉄心４１〜４３に接してもよい。このように外周部鉄心２０が複数の外周部鉄心部分２４〜２６から構成される場合には、外周部鉄心２０が大型である場合であっても、そのような外周部鉄心２０を容易に製造できる。

そして、図４を詳細に参照すると、端板部分８１ａの孔７１ａは外周部鉄心部分２５の孔９２ｂ上に位置すると共に、端板部分８１ａの孔７１ｂは外周部鉄心部分２４の孔９１ａ上に位置しており、前述したように螺合される。つまり、端板部分８１ａは互いに隣接する二つの外周部鉄心部分２４、２５に跨がって配置され、これら二つの外周部鉄心部分２４、２５を互いに締結する。他の端板部分８１ｂ、８１ｃも同様に互いに隣接する二つの外周部鉄心部分を締結する。

このため、外周部鉄心２０が複数の外周部鉄心部分２４〜２６より構成されている場合に、外周部鉄心２０を堅固に締結できる。これにより、鉄心４１〜４３の間に形成されたギャップ１０１〜１０３の形状を維持することもできる。当然のことながら、端板部分８１ａ〜８１ｃのそれぞれが外周部鉄心部分２４〜２６のそれぞれに締結される構成であってもよい。さらに、リアクトル６の駆動時であっても、騒音や振動が生じるのを抑えられる。

ところで、図５Ａおよび図５Ｂは他の実施形態に基づく端板部分の部分拡大図である。これら図面に示されるように、端板部分８１ａ、８１ｂの端部には、重畳部分８５ａ、８５ｂがそれぞれ形成されている。重畳部分８５ａ、８５ｂは、厚さを約半分にした端板部分８１ａ、８１ｂの一部分である。重畳部分８５ａ、８５ｂには、前述した孔７１ａ、７２ｂがそれぞれ形成されている。

端板部分８１ａの重畳部分８５ａは端板部分８１ａの上面側に形成されていて、端板部分８１ｂの重畳部分８５ｂは端板部分８１ｂの下面側に形成されている。これら重畳部分８５ａ、８５ｂは互いに相補形状である。このため、端板部分８１ａ、８１ｂは、重畳部分８５ａ、８５ｂにおいて互いに部分的に重畳する。このとき、重畳部分８５ａの孔７１ａは、重畳部分８５ｂの孔７２ｂに一致する。

端板部分８１ａ、８１ｂの他の端部、端板部分８１ｃの両端部も同様な構成である。このような場合には、前述した固定具、例えばネジの数を半分に減らすことが可能となる。従って、外周部鉄心２０に形成される孔の数も同様に減らすことができる。なお、重畳部分８５ａ、８５ｂが形成された端板部分８１ａ、８１ｂは、重畳部分８５ａ、８５ｂが形成されていない端板部分８１ａ、８１ｂよりも長いものとする。

また、コア本体５の構成は図１に示したものに限定されない。外周部鉄心２０によって複数の鉄心コイルが取囲まれている他の構成のコア本体５であっても、本開示の範囲に含まれるものとする。

例えば、図６に示されるようなコア本体５であってもよい。図６に示されるコア本体５は、円形の中心部鉄心１０と、中心部鉄心１０を取り囲む外周部鉄心２０と、三つの鉄心コイル３１〜３３とを含んでいる。これら鉄心４１〜４３は周方向に互いに等間隔で配置されている。図６においては、環状の外周部鉄心２０の中心に中心部鉄心１０が配置されている。鉄心４１〜４３の半径方向内側端部と中心に中心部鉄心１０との間には、磁気的に連結可能なギャップ１０１〜１０３が形成されている。

なお、中心部鉄心１０は、外周部鉄心２０および鉄心４１〜４３と同様に作成される。また、外周部鉄心２０は一体的でもよく、外周部鉄心２０が複数の外周部鉄心部分に分割可能であってもよい。鉄心４１〜４３は中心部鉄心１０の外周面近傍まで延びている。さらに、４１〜４３にはコイル５１〜５３が巻回されている。

図６に示されるコア本体５においては、外周部鉄心２０の中心に中心部鉄心１０を配置すると共に、鉄心４１〜４３を周方向に互いに等間隔に配置している。従って、図６に示されるコア本体５では、鉄心４１〜４３におけるコイル５１〜５３およびギャップも周方向に互いに等間隔になり、コア本体５自体が回転対称の構造になる。

このため、コア本体５は典型的にはその中心に磁束が集中し、三相交流においては、コア本体５の中心部の磁束を合計するとゼロになる。従って、図６に示される構成においては、相間の磁路長の差がなくなり、磁路長の差に起因するインダクタンスのアンバランスを排除できる。さらに、コイルから発生する磁束のアンバランスも排除できるので、磁束のアンバランスに起因するインダクタンスのアンバランスを排除できる。

さらに、図６等に示される構成においては、型を利用して鋼板を精度良く打抜くと共に、かしめ等により精度良く積層し、それにより、中心部鉄心１０、外周部鉄心２０および鉄心４１〜４３を高精度で作成することができる。その結果、中心部鉄心１０、外周部鉄心２０および鉄心４１〜４３を高精度で互いに組付けられ、ギャップの寸法管理を高精度で行うことができる。

言い換えれば、図６等に示される構成においては、中心部鉄心１０と外周部鉄心２０との間の鉄心４１〜４３に、任意の寸法のギャップを低コストで高精度に形成することができる。従って、図６等に示される構成では、コア本体５の設計の自由度が向上し、その結果、インダクタンスの精度も向上する。

さらに、コア本体５が、図７に示されるような断面を有するコア本体５であってもよい。図７においては、コア本体５は円形の中心部鉄心１０を含んでいる。そして、湾曲した形状の湾曲鉄心１〜３が中心部鉄心１０の回りに等間隔に配置されている。図７から分かるように、これら湾曲鉄心１〜３は、円または楕円の一部分に相当する。さらに、湾曲鉄心１〜３のそれぞれには、コイル５１〜５３がそれぞれ巻回されている。

図７に示されるように、湾曲鉄心１〜３は、中心部鉄心１０に対して、それぞれの磁路ＭＰ１、ＭＰ２、ＭＰ３がループ状となるように配置されている。また、中心部鉄心１０の外側と、それぞれの湾曲鉄心１〜３の両端の間には、ギャップ１０１〜１０３がそれぞれ設けられている。

ここで、磁気回路として考えると、ギャップ１０１〜１０３を設けた場合、通常、リアクトルのインダクタンスはギャップ１０１〜１０３の磁気抵抗が支配的要素となり、ギャップ１０１〜１０３によってインダクタンス値が決まる。一般的に、大電流まで、インダクタンス値が一定になる。一方、ギャップ１０１〜１０３を小さく、または、零にすると、インダクタンスは、鉄心を構成する鉄や電磁鋼板の磁気抵抗が支配的要素となり、一般に、低電流時が主な対象となる。また、寸法も大きく異なってくる。

また、湾曲鉄心１〜３の形状は同一であり、また、隣接する二つの湾曲鉄心(１と２，２と３，３と１)の間の距離は等しい。すなわち、三つの湾曲鉄心１〜３は、中心部鉄心１０の周りに、その中心部鉄心１０の中心に対して回転対称に配置されている。なお、リアクトルとして、インダクタンスを設ける観点から、湾曲鉄心１〜３の形状は同一形状ではなくてもよく、回転対称に配置されていなくても、物理的に問題ない。さらに、ギャップ１０１〜１０３の大きさも、湾曲鉄心１〜３で同じでなくても物理的に問題ないのはもちろんである。

このように、図５および図７に示されるコア本体５の外周部鉄心２０に前述した端板８１が締結されたリアクトル６も本開示の範囲に含まれる。

本開示の態様
１番目の態様によれば、コア本体（５）と、該コア本体の少なくとも一方の端部に締結された端板（８１）と、を具備し、該端板は複数の端板部分（８１ａ〜８１ｃ）から形成されている、リアクトル（６）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、前記コア本体は、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（４１〜４３）と、前記少なくとも三つの鉄心に巻回されたコイル（５１〜５３）とを含んでおり、前記少なくとも三つの鉄心のうちの互いに隣接する二つの鉄心の間、もしくは前記少なくとも三つの鉄心と前記コア本体の中心に配置された中心部鉄心との間には磁気的に連結可能なギャップ（１０１〜１０３）が形成されている。
３番目の態様によれば、２番目の態様において、前記外周部鉄心は、複数の外周部鉄心部分（２４〜２６）から構成されている。
４番目の態様によれば、３番目の態様において、前記複数の端板部分のそれぞれは、前記複数の外周部鉄心部分のうちの互いに隣接する二つの外周部鉄心部分に締結される。
５番目の態様によれば、１番目から４番目のいずれかの態様において、前記複数の端板部分は、互いに部分的に重畳する重畳部分を含む。
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、前記端板は非磁性材料から形成されている。

態様の効果
１番目の態様においては、端板が複数の端板部分から形成されているので、コイルの延長部分が湾曲されている後であっても、複数の端板部分をコア本体に取付けられる。言い換えれば、コイルの延長部分を湾曲させる前に端板をコア本体に取付ける必要はなく、組立工程は限定されない。従って、組立効率が低下するのを避けられる。
２番目の態様においては、コイルが外周部鉄心により取囲まれているので、磁束漏れが生じるのを避けられる。また、中心部鉄心が不要の場合には、コア本体を軽量にすることができる。
３番目の態様においては、外周部鉄心を複数に分割しているので、外周部鉄心が大型である場合であっても、外周部鉄心を容易に製造できる。
４番目の態様においては、外周部鉄心が複数に分割されている場合であっても、外周部鉄心を堅固に締結できる。その結果、ギャップの形状も維持できる。
５番目の態様においては、重畳部分を設けることにより、固定具の数を減らすことができる。
６番目の態様においては、非磁性材料は、例えばアルミニウム、ＳＵＳ、樹脂などであるのが好ましく、これにより、磁場が端板を通過するのを避けられる。

典型的な実施形態を用いて本開示を説明したが、当業者であれば、本開示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。

１〜３湾曲鉄心
５コア本体
６リアクトル
１０中心部鉄心
２０外周部鉄心
２４〜２６外周部鉄心部分
３１〜３３鉄心コイル
４１〜４３鉄心
５１〜５３コイル
５１ａ〜５３ｂ延長部分
６１ａ〜６３ｂネジ
７１ａ〜７３ｂ孔
８１端板
８１ａ〜８１ｃ端板部分
８５ａ、８５ｂ重畳部分
９１ａ〜９３ｂ孔
１０１〜１０３ギャップ

Claims

コア本体と、
該コア本体の少なくとも一方の端部に締結された端板と、を具備し、
該端板は複数の端板部分から形成されている、リアクトル。
前記コア本体は、
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と、
前記少なくとも三つの鉄心に巻回されたコイルとを含んでおり、
前記少なくとも三つの鉄心のうちの互いに隣接する二つの鉄心の間、もしくは前記少なくとも三つの鉄心と前記コア本体の中心に配置された中心部鉄心との間には磁気的に連結可能なギャップが形成されている、請求項１に記載のリアクトル。
前記外周部鉄心は、複数の外周部鉄心部分から構成されている、請求項２に記載のリアクトル。
前記複数の端板部分のそれぞれは、前記複数の外周部鉄心部分のうちの互いに隣接する二つの外周部鉄心部分に締結される、請求項３に記載のリアクトル。
前記複数の端板部分は、互いに部分的に重畳する重畳部分を含む請求項１から４のいずれか一項に記載のリアクトル。
前記端板は非磁性材料から形成されている請求項１から５のいずれか一項に記載のリアクトル。