JP6464125B2 - 第一端板および第二端板を備えたリアクトル - Google Patents

Description

本発明は、リアクトルに関する。特に、本発明は、第一端板および第二端板の間でコア本体が保持されるリアクトルに関する。

図６は特許文献１および特許文献２に開示されるような従来技術におけるリアクトルの斜視図である。図６に示されるように、リアクトル１００は二つの第一外側脚部１５１、１５２およびこれら第一外側脚部１５１、１５２の間に配置された第一中央脚部１５３を含む略Ｅ字形状の第一鉄心１５０と、二つの第二外側脚部１６１、１６２およびこれら第二外側脚部１６１、１６２の間に配置された第二中央脚部１６３を含む略Ｅ字形状の第二鉄心１６０とを含んでいる。第一鉄心１５０および第二鉄心１６０は複数の電磁鋼板を積層することにより構成される。なお、図６においては、電磁鋼板の積層方向が矢印で示されている。

さらに、コイル１７１が第一外側脚部１５１および第二外側脚部１６１に巻回されている。同様に、コイル１７２が第一外側脚部１５２および第二外側脚部１６２に巻回されており、コイル１７３が第一中央脚部１５３および第二中央脚部１６３に巻回されている。

図７は図６に示されるリアクトルの第一鉄心および第二鉄心を示す図である。図７においては、明確にする目的で、コイルの図示を省略している。図７に示されるように、第一鉄心１５０の二つの第一外側脚部１５１、１５２と第二鉄心１６０の二つの第二外側脚部１６１、１６２とは互いに対面している。さらに、第一中央脚部１５３と第二中央脚部１６３とは互いに対面している。そして、これら脚部の間にギャップＧが形成されている。

特開２０００−７７２４２号公報 特開２００８−２１０９９８号公報

リアクトル１００を形成するためには、第一鉄心１５０および第二鉄心１６０を互いに連結する必要がある。また、第一鉄心１５０および第二鉄心１６０は複数の電磁鋼板を積層して形成されているので、リアクトルの駆動時には騒音や振動が生じる場合もある。このような点からも、第一鉄心１５０および第二鉄心１６０を互いに連結することが望まれる。

しかしながら、ギャップＧを形成する必要があるので、第一鉄心１５０および第二鉄心１６０を直接的に連結することはできない。このため、ギャップＧを維持しつつ、第一鉄心１５０および第二鉄心１６０を連結する必要がある。

図８はギャップＧの拡大側面図である。図８においては、リアクトル１００を構成するために、外側脚部１５１、１６１が連結板１８１、１８２により互いに連結されている。他の脚部も同様であるものとする。しかしながら、この場合にはリアクトル１００の構造が複雑になる。その結果、インダクタンスに影響するギャップ長さを管理するのが困難であるという問題もある。さらに、連結板１８１、１８２を磁性材料で作成する場合には、磁束漏れが生じるので好ましくない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、磁束漏れが生じることなしに、適切に支持されるリアクトルを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、コア本体と、該コア本体を挟んで締結する第一端板および第二端板と、前記コア本体の中心を通って前記第一端板および前記第二端板に支持される軸部と、を具備するリアクトルが提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、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には磁気的に連結可能なギャップが形成されており、磁場が形成されない領域が前記コア本体の前記中心に形成されている。
３番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記軸部は中実である。
４番目の発明によれば、１番目または２番目の発明において、前記軸部は中空である。
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、前記第一端板および前記第二端板のうちの少なくとも一方には貫通孔が形成されており、前記コイルは前記第一端板および前記第二端板のうちの少なくとも前記一方の前記開口部を通って前記第一端板および前記第二端板のうちの少なくとも前記一方よりも外方に突出している。
６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記軸部が非磁性材料から形成されている。
７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明において、前記第一端板および前記第二端板が非磁性材料から形成されている。
８番目の発明によれば、１番目から７番目のいずれかの発明において、前記第一端板および前記第二端板は前記外周部鉄心の縁部全体にわたって前記外周部鉄心に接触している。

１番目および２番目の発明においては、軸部がコア本体の中心を通っているので、リアクトルを適切に支持することができる。さらに、軸部の位置には、磁場が形成されていないので、軸部によって磁場が影響されるのを避けられる。また、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。さらに、連結板を用いる必要がないので、ギャップ長さの管理も容易である。
３番目の発明においては、コア本体を堅固に支持することができる。
４番目の発明においては、リアクトル全体を軽量にできる。
５番目の発明においては、コイルが第一端板および第二端板のうちの少なくとも一方よりも外方に突出しているので、コイルの冷却効果を高めることができる。
６番目および７番目の発明においては、軸部、第一端板および第二端板を形成する非磁性材料は、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、磁場が軸部、第一端板および第二端板を通過するのを避けられる。
８番目の発明においては、コア本体を堅固に保持できる。

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。

本発明に基づくリアクトルの分解斜視図である。 図１に示されるリアクトルの斜視図である。 コア本体の断面図である。 図３に示されるのと同様な形状のコア本体の磁場を示す第一の図である。 図３に示されるのと同様な形状のコア本体の磁場を示す第二の図である。 図３に示されるのと同様な形状のコア本体の磁場を示す第三の図である。 図３に示されるのと同様な形状のコア本体の磁場を示す第四の図である。 他のリアクトルの頂面図である。 図５Ａに示されるリアクトルの側面図である。 従来技術におけるリアクトルの斜視図である。 図６に示されるリアクトルの第一鉄心および第二鉄心を示す図である。 ギャップの拡大側面図である。

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説明するが、本発明の適用は、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、本発明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は本発明に基づくリアクトルの分解斜視図であり、図２は図１に示されるリアクトルの斜視図である。図１および図２に示されるリアクトル１０は、コア本体５と、コア本体５を軸方向に挟んで締結する第一端板８１および第二端板８２を主に含んでいる。第一端板８１および第二端板８２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に接触している。

図１に示されるように、第二端板８２はフランジ８３を含んでいる。フランジ８３には複数の孔が形成されており、リアクトル１０を他の部材に取付ける際に使用される。第一端板８１および第二端板８２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はコア本体の断面図である。図３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３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、第一端板８１および第二端板８２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。

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、本発明では、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、本発明のコア本体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、本発明においては、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。

ところで、図４Ａ〜図４Ｄは図３に示されるのと同様な形状のコア本体の磁場を示す図である。図４Ａに示されるコア本体は鉄心およびコイルの寸法は、図３に示される鉄心およびコイルの寸法とは異なる。また、図４Ａは電気角６０度の場合を示している。図４Ａに示されるように、コア本体５の中心に磁場の無い領域、つまり三相の屈曲点が存在する。

さらに、図４Ｂ〜図４Ｄにおけるコア本体５は周方向に等間隔に配置された六つの鉄心４１〜４６および、これら鉄心４１〜４６に巻回された六つのコイル５１〜５６を有している。そして、図４Ｂ〜図４Ｄにおける電気角はそれぞれ０度、６０度、２５０度である場合を示している。図４Ｂ〜図４Ｄに示されるコア本体５も、その中心に磁場のない領域が存在している。

図３に示される例においては、半径方向内側端部が約１２０度で、互いに同一寸法の三つの鉄心４１〜４３が示されている。この場合には、磁場の無い領域、つまり三相の屈曲点は、鉄心４１〜４３の頂点を結んで形成される正三角形に相当する。なお、図４Ｂ〜図４Ｄに示される実施例においては、磁場の無い領域は、六つの鉄心の頂点を結んで形成される正六角形に相当する。

言い換えれば、図３等に示されるコア本体５の中心は磁場のない領域になるので、非磁性材料または磁性材料からなる他の部材を配置したとしても、コア本体５における磁場は影響されない。このため、コア本体５の中心にコア本体５を支持する部材を配置するのが好ましい。しかしながら、上記、磁場の無い領域は有限の大きさであり、磁性材料の場合、上記支持する部材において、磁場の影響を受けない大きさに限りが生じる。非磁性材料を用いる方が磁場の影響を少なくすることができ、上記支持する部材も大きくできる点で、実用的、設計的に考慮すると、非磁性材料を用いる方がコア本体を堅固に支持することが容易で、好ましい。

再び図１を参照すると、第一端板８１の内面の中心から、軸部８５が下方向に延びている。軸部８５は第一端板８１の中心に形成された貫通孔に第一端板８１の外面側からネジ留めしてもよい。軸部８５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。また、軸部８５の長さは、コア本体５の軸方向長さ以上であるのが好ましい。さらに、第二端板８２の内面の中心には、軸部８５の先端を受容する凹部８６が形成されている。

従って、図２に示されるようにリアクトル１０を組付けたときには、図３に示されるように軸部８５はリアクトル１０の中心線上の領域に位置する。コア本体５は軸部８５を介して第一端板８１と第二端板８２との間で堅固に保持される。従って、リアクトル１０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。なお、軸部８５の先端と第二端板８２とをネジなどで連結させてもよく、その場合には騒音や振動をさらに抑えられるのが分かるであろう。

前述したように、軸部８５が配置される領域には、磁場は発生せず、また、軸部８５は非磁性材料から形成されている。従って、軸部８５により磁場は影響されない。さらに、本発明では、従来技術で説明した連結板を用いる必要がないので、ギャップ長さの管理を容易に行うことが可能となる。

また、軸部８５は中実であっても中空であってもよい。軸部８５が中実の場合には、コア本体５を堅固に保持できる。また、軸部８５が中空である場合には、リアクトル１０全体を軽量にできるのが分かるであろう。

さらに、図５Ａは他のリアクトルの頂面図である。図５Ａに示される実施形態においては、第一端板８１はその中心に向かって延びる複数の延長部８２ａ〜８２ｃを含んでいる。そして、互いに隣接する延長部８２ａ〜８２ｃの間には、貫通孔８１ａ〜８１ｃが形成されている。そして、複数のコイル５１〜５３のそれぞれは、貫通孔８１ａ〜８１ｃの領域に位置している。なお、軸部８５は複数の延長部８２ａ〜８２ｃの交点に位置している。

さらに、図５Ｂは図５Ａに示されるリアクトルの側面図である。図５Ａおよび図５Ｂから分かるように、リアクトル１０を組立てると、コイル５１〜５３の一部分は貫通孔８１ａ〜８１ｃのそれぞれを通って第一端板８１の外面から突出している。このような場合には、リアクトル１０の駆動時にコイル５１〜５３から生じる熱を空冷できるのが分かるであろう。なお、第二端板８２に同様な貫通孔が形成されていて、コイルの一部分が第二端板８２の外面から突出する構成であってもよい。

なお、コア本体５の構成は図示したものに限定されず、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て中心に磁場の無い領域を有する他の構成のコア本体５であっても、本発明の範囲に含まれる。

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 コア本体
１０ リアクトル
２０ 外周部鉄心
４１〜４６ 鉄心
５１〜５６ コイル
８１ 第一端板
８１ａ〜８１ｃ 貫通孔
８２ 第二端板
８２ａ〜８２ｃ 延長部
８３ フランジ
８５ 軸部
８６ 凹部
１０１〜１０３ ギャップ

Claims (7)

1. コア本体（５）と、
   該コア本体を挟んで締結する第一端板（８１）および第二端板（８２）と、
   前記コア本体の中心を通って前記第一端板および前記第二端板に支持される軸部（８５）と、を具備し、
   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には磁気的に連結可能なギャップ（１０１〜１０３）が形成されており、
   磁場が形成されない領域が前記コア本体の前記中心に形成されている、リアクトル。
2. 前記軸部は中実である請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記軸部は中空である請求項１に記載のリアクトル。
4. 前記第一端板および前記第二端板のうちの少なくとも一方には貫通孔（８１ａ〜８１ｃ）が形成されており、
   前記コイルは前記第一端板および前記第二端板のうちの少なくとも前記一方の前記貫通孔を通って前記第一端板および前記第二端板のうちの少なくとも前記一方よりも外方に突出している、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリアクトル。
5. 前記軸部が非磁性材料から形成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリアクトル。
6. 前記第一端板および前記第二端板が非磁性材料から形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のリアクトル。
7. 前記第一端板および前記第二端板は前記外周部鉄心の縁部全体にわたって前記外周部鉄心に接触している、請求項１〜６のいずれか一項に記載のリアクトル。

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