JP2018195783A - 複数に分割された外周部鉄心を有するリアクトルおよびその製造方法 - Google Patents

複数に分割された外周部鉄心を有するリアクトルおよびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】特殊な治具を使用することなしに、所望の寸法のギャップを容易に形成する。
【解決手段】リアクトル（６）は、コア本体（５）を含む。コア本体は、複数の外周部鉄心部分（２４〜２７）から構成された外周部鉄心（２０）と、複数の外周部鉄心部分に結合された少なくとも三つの鉄心（４１〜４４）と、少なくとも三つの鉄心に巻回されたコイル（５１〜５４）とを含む。リアクトルは、コア本体の少なくとも一方の端部に取付られた端板（８１）を含む。端板は、複数の外周部鉄心部分を互いに締結する複数の締結具（９１ａ〜９４ｂ、９９ａ〜９９ｄ）を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数に分割された外周部鉄心を有するリアクトルおよびその製造方法に関する。
リアクトルは複数の鉄心コイルを含んでおり、各鉄心コイルは鉄心と該鉄心に巻回されたコイルとを含んでいる。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。
特開２０００−７７２４２号公報 特開２００８−２１０９９８号公報
ところで、複数の外周部鉄心部分から構成された外周部鉄心の内側に複数の鉄心コイルが配置されているリアクトルも存在している。そのようなリアクトルにおいては、各鉄心は外周部鉄心部分のそれぞれと一体的に構成されている。
このような場合に、前述したギャップの寸法は複数の外周部鉄心部分の組み合わせ精度に応じて変化する。外周部鉄心部分が互いにずれて組み合わされた場合には、所望の寸法のギャップが得られず、その結果、想定されたインダクタンスを確保できないという問題がある。さらに、所望の寸法のギャップを得るために特殊な治具が必要とされる場合もある。
それゆえ、特殊な治具を使用することなしに、所望の寸法のギャップを容易に得ることができるリアクトルが望まれている。
本開示の１番目の態様によれば、コア本体を具備し、該コア本体は、複数の外周部鉄心部分から構成された外周部鉄心と、前記複数の外周部鉄心部分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、さらに、前記コア本体の少なくとも一方の端部に取付られた端板を具備し、該端板は、前記複数の外周部鉄心部分を互いに締結する複数の締結具を含んでいる、リアクトルが提供される。
１番目の態様においては、複数の締結具が複数の外周部鉄心部分を互いに締結しているので、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に形成されたギャップを所望の寸法に容易に維持できる。さらに、製造時に特殊な治具を必要とせず組み立て効率を飛躍的に高められる。
添付図面に示される本開示の典型的な実施形態の詳細な説明から、本開示のこれら目的、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。
第一の実施形態におけるリアクトルのコア本体の断面図である。 第一の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。 端板の頂面図である。 第一の実施形態におけるリアクトルの頂面図である。 第一の実施形態におけるリアクトルの製造工程を説明する第一の図である。 第一の実施形態におけるリアクトルの製造工程を説明する第二の図である。 第二の実施形態におけるリアクトルのコア本体の断面図である。 他の端板の頂面図である。 第三の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。
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。
以下の記載では、三相リアクトルを例として主に説明するが、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は第一の実施形態におけるリアクトルのコア本体の断面図である。図１に示されるように、リアクトル６のコア本体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の倍数であればよく、その場合には、リアクトル６を三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３１〜３３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。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。
外周部鉄心２０は周方向に分割された複数、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。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。なお、鉄心４１〜４３の数と、外周部鉄心部分２４〜２６の数とが必ずしも一致していなくてもよい。
コイル５１〜５３は外周部鉄心部分２４〜２６と鉄心４１〜４３との間に形成されるコイルスペース５１ａ〜５３ａに配置される。コイルスペース５１ａ〜５３ａにおいては、コイル５１〜５３の内周面および外周面はコイルスペース５１ａ〜５３ａの内壁に隣接している。
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により取囲まれているので、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および後述する図８においては、簡潔にする目的で、コイル５１〜５３の図示を省略している。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。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。
図３は端板の頂面図である。図３に示されるように、端板８１の内周面には、端板８１に対して突出する複数の締結具、例えば六つの突起９１ａ〜９３ｂが設けられている。なお、他の形態の締結具であってもよい。
さらに、図４は第一の実施形態におけるリアクトルの頂面図である。図２〜図４を参照して分かるように、突起９１ａ、９１ｂは鉄心４１の両側部に対応した位置に形成されている。同様に、突起９２ａ、９２ｂおよび突起９３ａ、９３ｂは鉄心４２、４３の両側部にそれぞれ対応した位置に形成されている。
従って、図４に示されるようにコア本体５に端板８１を組み付けると、突起９１ａ〜９３ｂはコイル５１〜５３と外周部鉄心部分２４〜２６の内周面との間に配置される。そして、突起９１ａ〜９３ｂは外周部鉄心部分２４〜２６の内周面に接触する。
図１および図４を比較して分かるように、突起９１ａ〜９３ｂの幅は、コイル５１〜５３が配置されるコイルスペース５１ａ〜５３ａの幅に概ね等しい。従って、突起９１ａ〜９３ｂを外周部鉄心部分２４〜２６の内周面に接触させると、突起９１ａ〜９３ｂはコイルスペース５１ａ〜５３ａの両内壁に挟まれると共に、コイルスペース５１ａ〜５３ａの半径方向外側端部に突き当たって固定されることになる。これにより、これら外周部鉄心部分２４〜２６が互いに締結されるようになる。このため、外周部鉄心部分２４〜２６のそれぞれの周方向端部は互いに当接し、その結果、鉄心４１〜４３の半径方向内側端部は所定の寸法のギャップ１０１〜１０３を介して互いに離間するようになる。言い換えれば、端板８１が取付けられて突起９１ａ〜９３ｂが挿入されたときに所望の寸法のギャップ１０１〜１０３が得られるように、外周部鉄心部分２４〜２６および鉄心４１〜４３は寸法決めされている。従って、リアクトル６は所望のインダクタンスを有するようになる。この場合には、リアクトル６の製造時に特殊な治具を必要としないので、組み立て効率を飛躍的に高めることができる。
図２および図３から分かるように、端板８１に形成された複数の貫通孔８１ａ〜８１ｃに締結具としてのネジ９９ａ〜９９ｃを通して外周部鉄心部分２４〜２６に予め形成された孔２９ａ〜２９ｃに螺合させるのが好ましい。これにより、ギャップ１０１〜１０３の寸法を所望の寸法にさらに正確に維持することができる。
さらに、図５Ａおよび図５Ｂは図１に示されるリアクトルの製造工程を説明する図である。はじめに、図５Ａに示されるように、複数の締結具、例えば六つの突起９１ａ〜９３ｂを備えた端板８１を準備する。そして、突起９１ａ、９１ｂに対応した位置にコイル５１を配置する。次いで、鉄心４１と一体的に結合されている外周部鉄心部分２４を端板８１の外側に配置する。
次いで、図５Ｂに示されるように、外周部鉄心部分２４を移動させて、鉄心４１をコイル５１に挿入させる。これにより、突起９１ａ、９１ｂ（突起９１ｂは図５Ｂに示さない）はコイル５１と外周部鉄心部分２４の内周面との間において、外周部鉄心部分２４の内周面に接触するようになる。
図面には示さないものの、他のコイル５２、５３を他の突起９２ａ〜９３ｂに対応した位置に前述したように配置する。そして、外周部鉄心部分２５、２６に一体的な鉄心４２、４３をコイル５２、５３にそれぞれ同様に挿入する。これにより、突起９１ａ〜９３ｂはコイルスペース５１ａ〜５３ａの半径方向外側端部に前述したように突き当たって固定され、その結果、外周部鉄心部分２４〜２６が互いに締結される。このような場合には、リアクトル６の組立を自動化することも可能である。
その後、図２を参照して説明したように、締結具としてのネジ９９ａ〜９９ｃを端板８１の複数の貫通孔８１ａ〜８１ｃおよび外周部鉄心部分２４〜２６の孔２９ａ〜２９ｃに通して螺合させてもよい。なお、コイル５１〜５３を一つずつ配置する代わりに、少なくとも三つのコイル５１〜５３全てを前述した位置に配置した後で、鉄心４１〜４３をコイル５１〜５３にそれぞれ順番または同時に挿入してもよい。
なお、図１に示されるコア本体５以外のコア本体に前述した端板８１を取付けてもよい。例えば図６は第二の実施形態におけるリアクトルのコア本体の断面図である。図６に示されるコア本体５は、略八角形状の外周部鉄心２０と、外周部鉄心２０の内方に配置された、前述したのと同様な四つの鉄心コイル３１〜３４とを含んでいる。これら鉄心コイル３１〜３４はコア本体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、コア本体５を備えたリアクトル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、外周部鉄心２０は周方向に分割された四つの外周部鉄心部分２４〜２７より構成されている。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。そして、鉄心４１〜４４のそれぞれの半径方向外側端部は、外周部鉄心部分２１〜２４のそれぞれと一体的に形成されている。なお、鉄心４１〜４４の数と、外周部鉄心部分２４〜２７の数とが必ずしも一致していなくてもよい。図１に示されるコア本体５も同様である。
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６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。
図７は他の端板の頂面図である。図７に示される端板８１は略八角形状であり、突起９１ａ〜９４ｂが前述したのと同様に設けられている。このような端板８１を図６に示されるコア本体５に前述したように取付ける。この場合にも、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。
さらに、図８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８においては、コア本体５の一方の端部に端板８１が取付けられている。さらに、コア本体５の他方の端部には、端板８１と同様な構成の端板８２が取付けられている。このように、コア本体５の両端部に端板８１、８２が取付けられている場合には、外周部鉄心部分２４〜２６をさらに堅固に締結できることが分かるであろう。
本開示の態様
１番目の態様によれば、コア本体（５）を具備し、該コア本体は、複数の外周部鉄心部分（２４〜２７）から構成された外周部鉄心（２０）と、前記複数の外周部鉄心部分に結合された少なくとも三つの鉄心（４１〜４４）と、前記少なくとも三つの鉄心に巻回されたコイル（５１〜５４）と、を含んでおり、さらに、前記コア本体の少なくとも一方の端部に取付られた端板（８１）を具備し、該端板は、前記複数の外周部鉄心部分を互いに締結する複数の締結具（９１ａ〜９４ｂ、９９ａ〜９９ｄ）を含んでいる、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、前記複数の締結具は、前記コイルと前記複数の外周部鉄心部分との間の領域に挿入される複数の突起を含む。
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、前記端板は非磁性材料から形成されている。
４番目の態様によれば、１番目から３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。
５番目の態様によれば、１番目から３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。
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、前記複数の締結具が前記複数の外周部鉄心部分を締結すると、前記鉄心の半径方向内側端部は所定の寸法のギャップ（１０１〜１０４）を介して互いに離間する。
７番目の態様によれば、リアクトル（６）の製造方法において、複数の締結具（９１ａ〜９４ｂ）を備えた端板（８１）を準備し、前記複数の締結具に対応した位置に少なくとも三つのコイル（５１〜５４）を配置し、外周部鉄心（２０）を構成する複数の外周部鉄心部分（２１〜２４）に結合された少なくとも三つの鉄心（４１〜４４）を準備し、前記少なくとも三つの鉄心のそれぞれを前記少なくとも三つのコイルに挿入し、前記複数の締結具により前記複数の外周部鉄心部分を互いに締結し、それにより、前記リアクトルを製造する製造方法が提供される。
態様の効果
１番目の態様においては、複数の締結具が複数の外周部鉄心部分を互いに締結しているので、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に形成されたギャップを所望の寸法に容易に維持できる。さらに、製造時に特殊な治具を必要とせず組み立て効率を飛躍的に高められる。
２番目の態様においては、複数の突起が、コイルと複数の外周部鉄心部分との間の領域に配置されて、外周部鉄心部分を締結する。
３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。
４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。
５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。
６番目の態様においては、所望の寸法のギャップを容易に形成できる。 ７番目の態様においては、複数の締結具が複数の外周部鉄心部分を互いに締結しているので、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に形成されたギャップを所望の寸法に容易に維持できる。さらに、製造時に特殊な治具を必要とせず組み立て効率を飛躍的に高められる。さらに、リアクトルを自動的に製造できるようになる。
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 コア本体
６ リアクトル
２０ 外周部鉄心
２４〜２７ 外周部鉄心部分
３１〜３４ 鉄心コイル
４１〜４４ 鉄心
５１〜５４ コイル
８１、８２ 端板
８１ａ〜８１ｄ 貫通孔
９１ａ〜９４ｂ 突起（締結具）
９９ａ〜９９ｄ ネジ（締結具）
１０１〜１０４ ギャップ

Claims (7)

  1. コア本体を具備し、
    該コア本体は、複数の外周部鉄心部分から構成された外周部鉄心と、前記複数の外周部鉄心部分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、
    さらに、
    前記コア本体の少なくとも一方の端部に取付られた端板を具備し、
    該端板は、前記複数の外周部鉄心部分を互いに締結する複数の締結具を含んでいる、リアクトル。
  2. 前記複数の締結具は、前記コイルと前記複数の外周部鉄心部分との間の領域に挿入される複数の突起を含む、請求項１に記載のリアクトル。
  3. 前記端板は非磁性材料から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から３のいずれか一項に記載のリアクトル。
  5. 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から３のいずれか一項に記載のリアクトル。
  6. 前記複数の締結具が前記複数の外周部鉄心部分を締結すると、前記鉄心の半径方向内側端部は所定の寸法のギャップを介して互いに離間する、請求項１から５のいずれか一項に記載のリアクトル。
  7. リアクトルの製造方法において、
    複数の締結具を備えた端板を準備し、
    前記複数の締結具に対応した位置に少なくとも三つのコイルを配置し、
    外周部鉄心を構成する複数の外周部鉄心部分に結合された少なくとも三つの鉄心を準備し、
    前記少なくとも三つの鉄心のそれぞれを前記少なくとも三つのコイルに挿入し、
    前記複数の締結具により前記複数の外周部鉄心部分を互いに締結し、それにより、前記リアクトルを製造する製造方法。
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