JP6383034B1

JP6383034B1 - リアクトル

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Publication number: JP6383034B1
Application number: JP2017047521A
Authority: JP
Inventors: 健一塚田; 雅朋白水
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-03-13
Filing date: 2017-03-13
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2037-03-13
Also published as: CN108573797A; DE102018105029B4; DE102018105029A1; US10770216B2; CN208111260U; US20180261371A1; CN108573797B; JP2018152459A

Abstract

【課題】大型化せずに、製造費用を下げると共にリアクトルの放熱性を向上させる。
【解決手段】リアクトル（５）は、外周部鉄心（２０）と、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（３１〜３６）とを含む。少なくとも三つの鉄心コイルのそれぞれは、鉄心（４１〜４６）と鉄心に巻回されたコイル（５１〜５６）とから構成されている。リアクトルは、外周部鉄心の一方の端面に配置され、外周部鉄心を所定の位置に取付ける取付部（６０）を含む。取付部延長部には、少なくとも一つの通気部（６５）が形成されている。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、リアクトルに関する。

従来、リアクトルをリアクトルケースに配置し、リアクトルケースの収納空間の余地部分に冷媒を循環させる技術が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開2009-49082号公報

しかしながら、特許文献１では、リアクトルケースを使用する必要があったので、その分だけ大型化し、また製造費用も増すことになる。

それゆえ、大型化させることなしに、製造費用を下げると共に放熱性を向上させた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、外周部鉄心と、前記外周部鉄心の内面に接しているか、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、前記外周部鉄心の一方の端面に配置され、前記外周部鉄心を所定の位置に取付ける取付部を具備し、前記取付部には、少なくとも一つの通気部が形成されている、リアクトルが提供される。

１番目の態様においては、外周部鉄心の一方の端面にのみ取付部が取付けられており、少なくとも一つの通気部が取付部に形成されている。従って、流体、例えば空気が外周部鉄心の内部空間および取付部の通気部を通って放熱できるので、リアクトルの放熱性を向上させられる。さらに、設置状態での放熱のために別部材を追加する必要もないため、リアクトルが大型化するのを避けられ、製造費用を下げると共にリアクトルを軽量にできる。

さらに、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斜視図である。図２Ａに示されるリアクトルの分解斜視図である。第三の実施形態に基づくリアクトルの断面図である。第四の実施形態に基づくリアクトルの断面図である。第五の実施形態に基づくリアクトルの斜視図である。図５Ａに示されるリアクトルの他の斜視図である。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。図６Ｂに示される取付部の斜視図である。図６Ａに示されるリアクトルの側面図である。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。図７Ａに示される取付け部の頂面図である。図７Ｂに示される取付部の斜視図である。図７Ａに示されるリアクトルの側面図である。第八の実施形態に基づく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他のリアクトルの分解斜視図である。第九の実施形態に基づくリアクトルの分解斜視図である。第九の実施形態に基づく他のリアクトルの分解斜視図である。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、断面が六角形の外周部鉄心２０と、外周部鉄心２０の内面に接しているか、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３１〜３３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が多角形形状または円形であってもよい。

鉄心コイル３１〜３３のそれぞれは、鉄心４１〜４３と該鉄心４１〜４３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作成される。

図１から分かるように、鉄心４１〜４３は互いに同一の寸法であり、外周部鉄心２０の周方向に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、または一体的に形成されている。

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４１〜４３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、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２Ａは第二の実施形態におけるリアクトルの斜視図である。さらに、図２Ｂは図２Ａ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または鉄心４１〜４３の一端には取付部６０が結合されている。取付部６０はエンドプレート６１と、エンドプレート６１の中心からエンドプレート６１に対して垂直に延びていて外周部鉄心２０に対応した外形を有する筒型の延長部６２とを含んでいる。エンドプレート６１は図示しない他の部材の取付面に取付けられ、それにより、取付部６０は外周部鉄心２０または鉄心４１〜４３を所定位置に取付ける役目を果たす。

取付部６０の延長部６２の側壁には少なくとも一つ、図２Ａおよび図２Ｂでは三つの通気部、例えば切欠６５が形成されている。図示されるように、外周部鉄心２０の断面が六角形である場合には、延長部６２及び切欠６５により形成される断面も同様に六角形である。このように、外周部鉄心２０の断面が多角形である場合には、延長部６２の断面において連続する三つの辺のうちの中央の辺に相当する部分を取除くことにより、切欠６５を形成するのが好ましい。この場合には、切欠６５を容易に形成することができる。

また、複数の切欠６５が形成される場合には、複数の切欠６５は周方向に等間隔に形成されるのが好ましい。これにより、外周部鉄心２０を延長部６２に安定して取付けられれるのが分かるであろう。

このように、取付部６０は外周部鉄心２０または鉄心４１〜４３の一方の端面にのみ取付けられており、外周部鉄心２０の周面および他方の端面は露出している。そして、少なくとも一つの通気部６５、例えば切欠が取付部６０に形成されている。このため、流体、例えば空気が外周部鉄心の内部空間および取付部６０の通気部６５を通過し、それにより、リアクトル５の駆動時にコイル５１〜５３の熱を放熱できる。従って、リアクトル５の放熱性を向上させられる。さらに、外周部鉄心２０を固定するのに必要な取付部６０の一部に切欠６５を形成しているのみであるので、リアクトル５に別の部材を追加する必要がない。このため、リアクトル５が大型化するのを避けられ、リアクトル５を軽量にできる。また、切欠６５の代わりに貫通孔やスリットが延長部６２に通気部として形成されていてもよく、この場合にも同様な効果が得られるのは明らかであろう。

図３は第三の実施形態におけるリアクトル５の断面図である。図３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の内面に接しているか、または該内面に結合された、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３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。

さらに、図４は第四の実施形態に基づくリアクトルの断面図である。図４に示されるリアクトル５は、円形の外周部鉄心２０と、六つの鉄心コイル３１〜３６とを含んでいる。鉄心コイル３１〜３６のそれぞれは、鉄心４１〜４６と鉄心４１〜４６に巻回されたコイル５１〜５６とを含んでいる。鉄心４１〜４６は外周部鉄心２０の内周面に接するかまたは一体的に形成されている。さらに、外周部鉄心２０の中心に中心部鉄心１０が位置している。中心部鉄心１０は、外周部鉄心２０と同様に形成されるものとする。そして、鉄心４１〜４６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１０１〜１０６が形成されている。

図３および図４に示されるような外周部鉄心２０、鉄心４１〜４６、中心部鉄心１０の一方の端面に、前述した取付部６０が取付けられる。そのようなリアクトル５であっても、前述したのと同様な理由により、これらリアクトル５の放熱性を向上させられる。

以下においては、図１に示されるような構成のリアクトル５についてさらに説明するが、図３および図４に示されるリアクトル５にも概ね同様に適用されるものとする。

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り、図５Ｂは図５Ａに示されるリアクトルの他の斜視図である。これら図面に示されるように、エンドプレート６１の中央には、貫通孔６６が形成されている。貫通孔６６は、外周部鉄心２０の内周面に概ね対応した位置に同様な形状で形成されている。この場合には、貫通孔６６から放熱できるので、リアクトル５の放熱性を向上させられる。さらに、貫通孔６６の分だけ、リアクトル５を軽量にすることができる。また、外周部鉄心２０に対応したエンドプレート６１の領域に複数の貫通孔６６を形成するようにしてもよい。さらに、外周部鉄心２０と鉄心４１〜４６との間に貫通孔６６が形成されていてもよい。あるいは、貫通孔６６は外周部鉄心２０または鉄心４１〜４６の軸方向に対応するエンドプレート６１の一部分に形成されてもよい。このような箇所では磁束に与える影響が小さいためである。従って、外周部鉄心２０または鉄心４１〜４６のそのような箇所に孔を後述するように形成することも可能である。

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。これら図面においては、取付部６０のエンドプレート６１に正方形の貫通孔６６が形成されている。そして、貫通孔６６に対応した形状の冷却ファン６が貫通孔６６に取付けられている。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６Ａから分かるように、冷却ファン６の底部はエンドプレート６１の下面と同一平面になるのが好ましい。そして、図６Ｂに示される取付部の斜視図である図６Ｃに示されるように、エンドプレート６１に取付けられた冷却ファン６の頂部は、延長部６２の頂面よりも低い位置にある。さらに、図６Ｄは図６Ａに示されるリアクトルの側面図である。図６Ｄに示されるように、鉄心４１〜４３にコイル５１〜５３が巻回されている外周部鉄心２０を後述するように取付部６０にネジ８１、８２を用いてを取付ける。これにより、冷却ファン６はコイル５１〜５３の下方に位置するようになる。

冷却ファン６が駆動されると、冷却ファン６からの気流がコイル５１〜５３に直接的に吹きつけられ、次いでギャップ１０１〜１０３を通って外周部鉄心２０の軸方向に流れる。このため、リアクトル５の放熱性を向上させられる。この場合には、冷却ファン６からの気流をコイル５１〜５３に直接的に吹きつけられるので、冷却効果をさらに高められる。

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。これら図面においては、取付部６０のエンドプレート６１に前述したよりも小型の正方形の貫通孔６６が形成されている。そして、貫通孔６６に対応した形状の別の冷却ファン６が貫通孔６６に取付けられている。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７Ｃは図７Ａに示される取付け部の頂面図である。理解を容易にするために、図７Ｃには、取付部６０を外周部鉄心２０に取付けたときのコイル５１〜５３を破線で示している。コイル５１〜５３の半径方向内側には三角形状の領域Ａが形成される。当然のことながら、領域Ａの形状はコイルの数に応じて異なり、一般的には領域Ａの形状はコイルの数と同じ数の辺を有する多角形状である。そして、冷却ファン６および貫通孔６６は領域Ａに配置されている。

図７Ｄは図７Ｂに示される取付部の斜視図である。冷却ファン６を前述したのと同様にエンドプレート６１に取付けると、冷却ファン６の頂部は、延長部６２の頂面とほぼ同一平面になる。さらに、図７Ｅは図７Ａに示されるリアクトルの側面図である。図７Ｅに示されるように、鉄心４１〜４３にコイル５１〜５３が巻回されている外周部鉄心２０を取付部６０に取付ける。これにより、コイル５１〜５３の底部は同様にエンドプレート６１に近接し、冷却ファン６の頂部はコイル５１〜５３の底部よりも高く位置するようになる。

冷却ファン６が駆動されると、冷却ファン６からの気流がギャップ１０１〜１０３を通って外周部鉄心２０の軸方向に流れる。この場合には、冷却ファン６がコイル５１〜５３に干渉しない位置に配置されるので、延長部６２の高さを低く抑えられる。その結果、リアクトル５全体が大型になるのを避けられる。

図８Ａは第八の実施形態に基づくリアクトルの分解斜視図である。図８Ａに示されるように、外周部鉄心２０には軸方向に延びる少なくとも一つの孔７０が周方向に等間隔で形成されている。これら孔７０には、内周面にネジ山が形成された中空のロッド８０を挿入する。ロッド８０の長さは外周部鉄心２０の軸方向長さに概ね等しい。ロッド８０は取付部６０と外周部鉄心２０とを連結する連結棒でありうる。孔７０は磁束に与える影響の少ない外周部鉄心２０の一部分に形成されている。同様に、磁束に与える影響の少ない鉄心４１〜４６の一部分に孔７０が形成されていてもよい。

また、図７Ｃおよび図７Ｄから特に分かるように、取付部６０の延長部６２には穴７１が形成されている。ロッド８０の一端を延長部６２の穴７１に配置して、ネジ８２で螺合する。同様に、取付部６０から遠方に位置する外周部鉄心２０の端面においてロッド８０の他端をネジ８１で螺合する。これにより、大型化することなしに取付部６０と外周部鉄心２０とを連結させられる。

図８Ｂは第八の実施形態に基づく他のリアクトルの分解斜視図である。図８Ｂにおいては、連結棒としての長ネジ９０を外周部鉄心２０の孔７０に通して、その先端を延長部６２の穴７１に螺合させる。この目的のために、図８Ｂに示される穴７１の内面にはネジ山が形成されるものとする。この場合にも、前述したのと同様な効果が得られ、また、図８Ａに示される場合よりも部品点数を少なくできる。

図９Ａは第九の実施形態に基づくリアクトルの分解斜視図である。図９Ａにおいては、取付部６０とは反対側に位置する外周部鉄心２０の端部に、環状部６９が配置される。環状部６９は外周部鉄心２０と同様に形成されるのが好ましく、環状部６９の軸方向長さは、外周部鉄心２０の端部から突出するコイル５１〜５３の突出長さよりも長いのが望ましい。また、環状部６９には、外周部鉄心２０の孔７０に対応した位置に貫通孔７５が形成されている。さらに、図９Ａに示されるロッド８０の長さは、外周部鉄心２０の軸方向長さと環状部６９の軸方向長さの合計に概ね相当する。

前述したのと同様に、外周部鉄心２０の孔７０に挿入したロッド８０の一端を延長部６２の穴７１に配置して、ネジ８２で螺合する。同様に、環状部６９の貫通孔７５を通ったロッド８０の他端をネジ８１で螺合する。これにより、大型化することなしに取付部６０と外周部鉄心２０と環状部６９とを連結させられる。

さらに、図９Ｂは第九の実施形態に基づく他のリアクトルの分解斜視図である。図９Ｂにおいては、長ネジ９０を環状部６９の貫通孔７５および外周部鉄心２０の孔７０に通して、その先端を延長部６２の穴７１に螺合させる。この場合にも、前述したのと同様な効果が得られるのが分かるであろう。

図１０はリアクトルを含む機械を示す図である。図１０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しているか、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（３１〜３６）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（４１〜４６）と該鉄心に巻回されたコイル（５１〜５６）とから構成されており、さらに、前記外周部鉄心の一方の端面に配置され、前記外周部鉄心を所定の位置に取ける取付部（６０）を具備し、前記取付部には、少なくとも一つの通気部（６５）が形成されている、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、さらに、前記外周部鉄心の中心に位置する中心部鉄心（１０）を具備する。
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、前記取付部は、エンドプレートと該エンドプレートに対して垂直方向に延びる延長部とを含んでおり、前記外周部鉄心または前記鉄心の軸方向に対応する前記エンドプレートの一部分には貫通孔（６６）が形成されている。
４番目の態様によれば、３番目の態様において、前記貫通孔に取付けられた冷却ファン（６）を具備する。
５番目の態様によれば、４番目の態様において、前記冷却ファンは前記少なくとも三つの鉄心コイルの前記コイルよりも半径方向内側に配置されている。
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、前記外周部鉄心には、軸方向に延びる孔（７０）が形成されており、前記取付部と前記外周部鉄心とは前記孔に挿入された連結棒（８０、９０）により互いに連結される。

態様の効果
１番目の態様においては、外周部鉄心の一方の端面にのみ取付部が取付けられており、少なくとも一つの通気部が取付部に形成されている。従って、流体、例えば空気が外周部鉄心の内部空間および取付部の通気部を通って放熱できるので、リアクトルの放熱性を向上させられる。さらに、設置状態での放熱のために別部材を追加する必要がないので、リアクトルが大型化するのを避けられ、リアクトルを軽量にできる。さらに、リアクトルケースが不要であるので、製造費用を下げられる。
２番目の態様においては、中心部鉄心を有する場合であっても、リアクトルの放熱性を向上させられる。
３番目の態様においては、エンドプレートの一部分に形成された貫通孔から放熱できるので、リアクトルの放熱性を向上させられる。さらに、リアクトルを軽量にできる。
４番目の態様においては、冷却ファンによって、リアクトルの放熱性を向上させられる。
５番目の態様においては、冷却ファンがコイルに干渉しないので、延長部の高さを低く抑えられる。
６番目の態様においては、大型化することなしに、取付部と外周部鉄心とを連結させられる。

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
１０中心部鉄心
２０外周部鉄心
３１〜３６鉄心コイル
４１〜４６鉄心
５１〜５６コイル
６０取付部
６１エンドプレート
６２延長部
６５切欠（通気部）
６９環状部
７０孔
７１穴
７５貫通孔
８０ロッド（連結棒）
８１、８２ネジ
９０長ネジ（連結棒）
１０１〜１０６ギャップ

Claims

外周部鉄心と、
前記外周部鉄心の内面に接しているか、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、前記外周部鉄心の一方の端面に配置され、前記外周部鉄心を所定の位置に取付ける取付部を具備し、
前記取付部には、少なくとも一つの通気部が形成されている、リアクトル。
さらに、前記外周部鉄心の中心に位置する中心部鉄心を具備する請求項１に記載のリアクトル。
前記取付部は、エンドプレートと該エンドプレートに対して垂直方向に延びる延長部とを含んでおり、前記外周部鉄心または前記鉄心の軸方向に対応する前記エンドプレートの一部分には貫通孔が形成されている、請求項１または２に記載のリアクトル。
前記貫通孔に取付けられた冷却ファンを具備する請求項３に記載のリアクトル。
前記冷却ファンは前記少なくとも三つの鉄心コイルの前記コイルよりも半径方向内側に配置されている、請求項４に記載のリアクトル。
前記外周部鉄心には、軸方向に延びる孔が形成されており、
前記取付部と前記外周部鉄心とは前記孔に挿入された連結棒により互いに連結される、請求項１から５のいずれか一項に記載のリアクトル。