JP6474466B2 - 端子台ユニットに取り付けられた温度センサを有するリアクトル - Google Patents
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Description
本発明は、リアクトルに関する。
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。
これまでに、直線上に配置された三相のコイル(巻線)を備えた三相リアクトルが知られている(例えば、特許文献3)。特許文献3には、3つの巻線の両端が、夫々端子対に接続され、この端子対を介してリアクトルを他の電気回路に接続する点が開示されている。
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および該鉄心に巻回された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。そして、リアクトルの中心において互いに隣接する鉄心の間には所定のギャップが形成されている。
外周部鉄心が複数に分割されているリアクトルにおいて、コイルの温度保護を行う場合は複数あるコイルにそれぞれ温度センサを取り付ける必要があるという問題があった。またコイルへのセンサの取り付けが困難な為、製造工程の自動化の難易度が高くなるという問題があった。
それゆえ、製造工数が増加せず、製造工程の自動化の難易度が高くならないようにしたリアクトルが望まれている。
本開示の実施例に係るリアクトルは、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、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、少なくとも三つの鉄心に巻回されたコイルとを含む。少なくとも三つの鉄心のうちの一つの鉄心と一つの鉄心に隣接する他の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。リアクトルは、コイルと外部機器とを電気的に接続するための端子台ユニットを有し、端子台ユニットにはコイルと対向する面に温度センサが付加されている。
本開示の実施例に係るリアクトルによれば、温度センサをそれぞれのコイルに取り付ける必要がなく、センサの数を削減できる為、コスト削減が可能である。さらに、温度センサの取り付けが容易になり、製造工程の自動化が容易になる。
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。
まず、第一の実施形態に係るリアクトルについて説明する。図1に、第一の実施形態に係るリアクトルであって、端子台ユニットを設ける前のリアクトルの斜視図を示す。図2に第一の実施形態に係るリアクトルにおいて、第1端子台ユニット及び第2端子台ユニットをコイルの端子に接続する前のリアクトルの斜視図を示す。図3に第一の実施形態に係るリアクトルを構成する端子台ユニットの斜視図を示す。図4に第一の実施形態に係るリアクトルを構成する端子台ユニットの平面図を示す。
第一の実施形態に係るリアクトルは、コア本体100を具備する。コア本体100は、複数の外周部鉄心部分(10a、10b、10c)から構成された外周部鉄心2と、複数の外周部鉄心部分(10a、10b、10c)に結合された少なくとも三つの鉄心(11a、11b、11c)と、少なくとも三つの鉄心に巻回されたコイル(12a、12b、12c)と、を含んでいる。外周部鉄心2及び外周部鉄心部分(10a、10b、10c)は、複数の鉄板、炭素鋼板、電磁鋼板を積層するか、またはフェライト、アモルファス、圧粉鉄心から形成される。
少なくとも三つの鉄心(11a、11b、11c)のうちの一つの鉄心と該一つの鉄心に隣接する他の鉄心との間には磁気的に連結可能なギャップ(図示せず)が形成されている。少なくとも三つの鉄心の数は3の倍数であることが好ましい。
端子台ユニットは、コイルの入力側端子(121a,121b,121c)と接続される第1接続部(33a,33b,33c)を有する第1端子台ユニット3と、コイルの出力側端子(122a,122b,122c)と接続される第2接続部(43a,43b,43c)を有する第2端子台ユニット4と、を含むようにしてもよい。ここでは、図2に示すように、第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4を組み合わせることにより1つの端子台ユニットを構成する例について説明する。ただし、このような例には限られず、端子台ユニットは1つまたは3つ以上の構成要素から構成されるようにしてもよい。
端子台ユニット(3、4)は、コイル(12a、12b、12c)と外部機器とを電気的に接続する。具体的には、端子台ユニット(3、4)は、コイル(12a、12b、12c)の端子(121a、121b、121c、122a、122b、122c)と外部機器とを電気的に接続するための端子台(31、41)を備え、コイル(12a、12b、12c)を覆っている。具体的には、第1端子台ユニット3と第2端子台ユニット4が互いに連結した状態で、コイル(12a、12b、12c)を覆う。
図3及び図4に示すように、第一の実施形態に係るリアクトル101は、端子台ユニット(3、4)のコイル(12a、12b、12c)と対向する面に温度センサ6が付加されている。温度センサとして、例えば、サーミスタを用いることができる。しかしながら、このような例には限られず、他の温度センサを用いることもできる。端子台ユニット(3、4)には、温度センサ6と電気的に接続され、外部機器と接続するためのコネクタ8が設けられている。温度センサ6は、配線9によって端子台ユニット(3、4)に設けられたコネクタ8と電気的に接続されている。外部機器はコネクタ8を介して、温度センサ6が検出した温度に関するデータを取得することができる。端子台ユニットに温度センサを付加することによって、間接的にコイルの発熱を推定することができる。
本温度センサを用いた温度保護はリアクトル以外にも用いても良い。例えば、リアクトルの端子台とケーブルのネジ締め不良による異常発熱を保護目的としてもよい。
温度センサ6は、端子台ユニット(3、4)のコイル(12a、12b、12c)と対向する内面側に設けられた金属プレート7上に配置されていることが好ましい。金属プレート7は温度センサ6を端子台ユニット(3、4)に固定することができる。さらに、金属プレート7を設けることにより、温度センサ6と端子台ユニット(3、4)との間の熱抵抗を下げることもできる。
図3及び4に示した例では、温度センサ6を第2端子台ユニット4に設ける例を示しているが、温度センサ6を第1端子台ユニット3に設けるようにしてもよい。さらに、温度センサ6を第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4の両方に設けるようにしてもよい。さらに、第1端子台ユニット3または第2端子台ユニット4に複数の温度センサを設けるようにしてもよい。
コイル(12a,12b,12c)は、入力側端子(121a,121b,121c)及び出力側端子(122a,122b,122c)を有する。ここで、例えば、コイル12a,12b,12cをそれぞれR相、S相、T相コイルとすることができる。ただし、このような例には限られない。入力側端子(121a,121b,121c)及び出力側端子(122a,122b,122c)の終端部には、後述する端子台の接続部と接続するための孔が設けられていることが好ましい。
図1に示すように、外周部鉄心部分(10a,10b,10c)は直線上に並んでいない。従って、コイル(12a,12b,12c)の端子をそのままリアクトル101の長手方向に延長すると、端子の位置が直線上に並ばないため、端子台との接続が困難になる。そこで、入力側端子(121a,121b,121c)はリアクトル101の長手方向に対して垂直方向に延び、入力側端子(121a,121b,121c)の終端部が直線上に並ぶように配置されていることが好ましい。また、出力側端子(122a,122b,122c)はリアクトル101の長手方向に対して垂直方向であって、入力側端子(121a,121b,121c)とは反対方向に延び、出力側端子(122a,122b,122c)の終端部が直線上に並ぶように配置されていることが好ましい。図1に示すように、リアクトル101の長手方向が大地に対して垂直となるように配置されている場合には、入力側端子(121a,121b,121c)及び出力側端子(122a,122b,122c)は大地に対して水平方向に延びていることが好ましい。このように、入力側端子(121a,121b,121c)及び出力側端子(122a,122b,122c)をリアクトルの長手方向に対して垂直方向に延びるようにしているため、端子をリアクトルの長手方向に延ばした場合に比べて、リアクトルを長手方向の高さを低くすることができ、リアクトルを小型化することができる。
さらに、入力側端子(121a,121b,121c)の終端部及び出力側端子(122a,122b,122c)の終端部は直線上に配置されていることにより、入力側端子(121a,121b,121c)及び出力側端子(122a,122b,122c)と端子台との接続を容易に行うことができる。
第1端子台ユニット3は、第1端子台31及び第1カバー部32を有する。第1端子台31及び第1カバー部32は一体形成されていることが好ましい。第2端子台ユニット4は、第2端子台41及び第2カバー部42を有する。第2端子台41及び第2カバー部42は一体形成されていることが好ましい。第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4はプラスチック等の絶縁材料で形成されていることが好ましい。
第1端子台ユニット3は、入力側端子(121a,121b,121c)とそれぞれ接続される第1接続部(33a,33b,33c)を有する。第2端子台ユニット4は、出力側端子(122a,122b,122c)とそれぞれ接続される第2接続部(43a,43b,43c)を有する。第1接続部(33a,33b,33c)は、入力側端子(121a,121b,121c)とそれぞれ電気的に接続されるように、導体で構成されることが好ましい。同様に、第2接続部(43a,43b,43c)は、出力側端子(122a,122b,122c)とそれぞれ電気的に接続されるように、導体で構成されることが好ましい。
第1接続部(33a,33b,33c)には孔が設けられており、これらの孔は入力側端子(121a,121b,121c)に設けられた孔と位置合わせが行われた後、ネジ等で固定される。同様に、第2接続部(43a,43b,43c)には孔が設けられており、これらの孔は出力側端子(122a,122b,122c)に設けられた孔と位置合わせが行われた後、ネジ等で固定される。
図5に第一の実施形態に係るリアクトルにおいて、第1端子台ユニット及び第2端子台ユニットをコイルの端子に接続した後のリアクトルの斜視図を示す。第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4は、それぞれ入力側端子(121a,121b,121c)及び出力側端子(122a,122b,122c)と接続された状態で、両者が隙間なく連結されていることが好ましい。このような構成とすることにより、第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4が、コイル(12a,12b,12c)が外部に露出することを防ぐことができ、コイル(12a,12b,12c)の絶縁保護を行うことができる。また、外部機器を入力端子(121a、121b、121c)および出力端子(122a、122b、122c)に直接接続する場合よりも容易に接続できる。
さらに、第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4を連結させたときの外周部の形状は、外周部鉄心2と同一形状となり、外周部鉄心2上に隙間なく載置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4を外周部鉄心2上に安定して設置することができる。その結果、リアクトルが振動した場合であっても、振動等により端子台の接続部とコイルの入出力端子との接続が不完全となることを防止することができる。
また、一旦連結した第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4を分離することもできる。このような構成とすることにより、汎用の端子台が実装されている場合と比較して、リアクトルの分解や端子台の交換を容易に行うことができる。
第1端子台ユニット3は、外部機器と接続するための第1端子(34a,34b,34c)を有し、第2端子台ユニット4は、外部機器と接続するための第2端子(44a,44b,44c)を有する。第1端子(34a,34b,34c)は第1接続部(33a,33b,33c)と電気的に接続されており、第2端子(44a,44b,44c)は第2接続部(43a,43b,43c)と電気的に接続されている。その結果、外部機器は、第1端子(34a,34b,34c)及び第2端子(44a,44b,44c)を介してコイル(12a,12b,12c)と電気的に接続することができる。
ここで、第1端子(34a,34b,34c)及び第2端子(44a,44b,44c)の各端子は直線上に配置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、リアクトル101と外部機器との接続を容易に行うことができる。
図3に示すように、第2端子台ユニット4には、開口部(45a,45b,45c)が設けられている。コイル(12a,12b,12c)の出力側端子(122a,122b,122c)を、それぞれ開口部(45a,45b,45c)を介して第2端子台ユニット4の内側から外側へ通すことにより、出力側端子(122a,122b,122c)を第2接続部(43a,43b,43c)と電気的に接続することができる。
図2に示したように、出力側端子(122a,122b,122c)はリアクトルの長手方向に対して垂直方向に延びている。従って、出力側端子(122a,122b,122c)が延在している方向に沿って、出力側端子を第2端子台ユニット4の開口部(45a,45b,45c)に通す工程を自動化しやすいという利点がある。
図2に示すように、入力側端子(121a,121b,121c)はリアクトルの長手方向に対して垂直方向に延びている。従って、入力側端子(121a,121b,121c)が延在している方向に沿って、入力側端子を第1端子台ユニット3の開口部に通す工程を自動化しやすいという利点がある。
図6Aに第一の実施形態に係るリアクトルを構成する第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4を連結する前の状態を示す。また、図6Bに第一の実施形態に係るリアクトルを構成する第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4を連結した後の状態を示す。第1端子台ユニット3は第1連結部(37,38)を有し、第2端子台ユニット4は第1連結部(37,38)と連結する第2連結部(47,48)を有する。
例えば、第1連結部(37,38)は第1上側連結部37及び第1下側連結部38を有する。第2連結部(47,48)は第2上側連結部48及び第2下側連結部47を有する。
第1上側連結部37は第2下側連結部47と連結する。ここで、連結した際には、第1上側連結部37に設けられた貫通孔371と第2下側連結部47に設けられた貫通孔471は水平面上で同じ位置に配置され、連続した1つの貫通孔が形成されることが好ましい。この連続した1つの貫通孔を利用して第1上側連結部37と第2下側連結部47を固定することができる。例えば、貫通孔371及び471にネジを捩じ込んだり、貫通ロッドを挿入したりすること等により、両者を固定することができる。
第1下側連結部38は第2上側連結部48と連結する。ここで、連結した際には、第1下側連結部38に設けられた貫通孔381と第2上側連結部48に設けられた貫通孔481は水平面上で同じ位置に配置され、連続した1つの貫通孔が形成されることが好ましい。この連続した1つの貫通孔を利用して第1下側連結部38と第2上側連結部48を固定することができる。例えば、貫通孔381及び481にネジを捩じ込んだり、貫通ロッドを挿入したりすること等により、両者を固定することができる。
第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4は同一構造を有することが好ましい。このようにすることで、1種類の端子台ユニットを第1端子台ユニット3及び第2端子台ユニット4に共通して利用することができ、組み立て作業の効率化を図ったり、端子台ユニットの製造コストを下げたりすることができる。
図7に第一の実施形態の変形例に係るリアクトルを構成する第1端子台ユニット及び第2端子台ユニットの斜視図を示す。第1端子台ユニット30及び第2端子台ユニット40の少なくとも一方にはスリットが設けられるようにしてもよい。
第1端子台ユニット30の第1カバー部302の上面部において、第1端子台301の周辺に第1上面スリット391が設けられている。さらに、第1端子台ユニット30の第1カバー部302の底面部には第1底面スリット392が設けられている。
第2端子台ユニット40の第2カバー部402の上面部において、第2端子台401の周辺に第2上面スリット491が設けられている。さらに、第2端子台ユニット40の第2カバー部402の底面部には第2底面スリット492が設けられている。
第1端子台ユニット30及び第2端子台ユニット40を連結し、外周部鉄心2に載置した場合、第1底面スリット392及び第2底面スリット492から外気を取り入れ、第1上面スリット391及び第2上面スリット491から排出することにより、コイル(12a,12b,12c)から生じた熱を外部に逃がすことができる。
図7に示した例では、第1端子台ユニット30及び第2端子台ユニット40には長方形の形状のスリットを設ける例を示したが、このような例には限られず、円形等の他の形状であってもよい。さらに、第1端子台ユニット30及び第2端子台ユニット40の上面部及び底面部にスリットを設ける例を示したが、このような例には限られず、側面部にスリットを設けるようにしてもよい。
第一の実施形態の変形例に係るリアクトルによれば、第1端子台ユニット30及び第2端子台ユニット40によってコイルの絶縁保護を行いながら、コイルから生じる熱の放熱効率を上げることができる。
以上の説明において、端子(121a,121b,121c)を入力側端子とし、端子(122a,122b,122c)を出力側端子とした例について説明したが、このような例には限られない。即ち、端子(121a,121b,121c)を出力側端子とし、端子(122a,122b,122c)を入力側端子としてもよい。
次に、第二の実施形態に係るリアクトルについて説明する。図8に第二の実施形態に係るリアクトル102の断面図を示す。図8に示されるリアクトル102は、略八角形状の外周部鉄心20と、外周部鉄心20の内面に接するか、または該内面に結合された、四つの外周部鉄心部分131〜134とを含んでいる。これら外周部鉄心部分131〜134はリアクトル102の周方向におおよそ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102を単相リアクトルとして使用できる。
図8から分かるように、それぞれの外周部鉄心部分131〜134は、半径方向に延びる鉄心141〜144と該鉄心に巻回されたコイル51〜54とを含んでいる。鉄心141〜144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141〜144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8においては鉄心141〜144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141〜144の半径方向内側端部は、磁気的に連結可能なギャップ201〜204を介して互いに離間している。
図8に示されるリアクトル102の外側端部対応位置81〜84および中間位置91〜94の少なくとも一つに冷却部80を設けるのが好ましい。このような構成により、外周部鉄心の端面に冷却部が配置されているので、大型化することなしに簡単な構成でリアクトルを効率的に冷却することができる。
2 外周部鉄心
3 第1端子台ユニット
4 第2端子台ユニット
6 温度センサ
7 金属プレート
8 コネクタ
9 配線
10a、10b、10c 外周部鉄心部分
11a,11b,11c 鉄心
12a,12b,12c コイル
121a,121b,121c 入力側端子
122a,122b,122c 出力側端子
3 第1端子台ユニット
4 第2端子台ユニット
6 温度センサ
7 金属プレート
8 コネクタ
9 配線
10a、10b、10c 外周部鉄心部分
11a,11b,11c 鉄心
12a,12b,12c コイル
121a,121b,121c 入力側端子
122a,122b,122c 出力側端子
Claims (8)
- 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、
前記少なくとも三つの鉄心のうちの一つの鉄心と該一つの鉄心に隣接する他の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おり、
さらに、
前記コイルと外部機器とを電気的に接続するための端子台ユニットを有し、
前記端子台ユニットには、前記コイルと対向する面に温度センサが付加されていることを特徴とするリアクトル。 - 前記温度センサは、前記端子台ユニットの前記コイルと対向する内面側に設けられた金属プレート上に配置されている、請求項1に記載のリアクトル。
- 前記端子台ユニットは、
前記コイルの入力側端子と接続される第1接続部を有する第1端子台ユニットと、
前記コイルの出力側端子と接続される第2接続部を有する第2端子台ユニットと、を含み、
前記第1端子台ユニットと前記第2端子台ユニットは互いに連結した状態で、前記コイルを覆い、
前記温度センサは、前記第1端子台ユニット及び前記第2端子台ユニットの少なくとも一方に設けられている、請求項1または2に記載のリアクトル。 - 前記端子台ユニットには、前記温度センサと電気的に接続され、外部機器と接続するためのコネクタが設けられている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のリアクトル。
- 前記第1端子台ユニット及び前記第2端子台ユニットは同一構造を有する、請求項3に記載のリアクトル。
- 前記端子台ユニットには放熱用のスリットが設けられている、請求項3乃至5のいずれか一項に記載のリアクトル。
- 前記少なくとも三つの鉄心の数は3の倍数である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のリアクトル。
- 前記少なくとも三つの鉄心の数は4以上の偶数である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載のリアクトル。
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