JP2018186223A - 端板を備えたリアクトル - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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
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 (6)
- 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。
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