JP6499731B2 - 鉄心およびコイルを備えたリアクトル - Google Patents

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Description

本発明は、鉄心およびコイルを備えた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。
ところで、環状の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、外周部鉄心は複数の外周部鉄心部分から分割可能に構成されており、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場合がある。
特開2000−77242号公報 特開2008−210998号公報
そのようなリアクトルにおいては、コア本体の軸方向におけるコイルはコア本体の端面から突出する突出部分を有している。そして、コア本体が環状の台座と端板との間に配置される場合には、コイルの突出部分が台座および/または端板を通って異物などに干渉し損傷するという問題がある。
それゆえ、コイルが損傷するのを防止することの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、外周部鉄心と、該外周部鉄心の内面に接するか、または該内面に結合されるよう配置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少なくとも三つのコイルと、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、前記コア本体の少なくとも一方の端面から突出する前記少なくとも三つのコイルの突出部分を少なくとも部分的に保護する保護部を具備する、リアクトルが提供される。
1番目の態様においては、コイルの突出部分が保護部により保護されるので、コイルが損傷するのを防止できる。
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。
第一の実施形態におけるリアクトルの分解斜視図である。 図1Aに示されるリアクトルの斜視図である。 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。 第一の実施形態におけるリアクトルのコア本体の斜視図である。 保護部材の第一の斜視図である。 保護部材の第二の斜視図である。 保護部材の第三の斜視図である。 コア本体の他の斜視図である。 一つの鉄心とコイルとの斜視図である。 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。 第二の実施形態におけるリアクトルの端面図である。
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1Aは第一の実施形態におけるリアクトルの分解斜視図であり、図1Bは図1Aに示されるリアクトルの斜視図である。図1Aおよび図1Bに示されるように、リアクトル6は、コア本体5と、コア本体5の一端に取付けられる台座60と、コア本体5の他端に取付けられる環状の端板81と、端板81に取付けられる端子台65とを主に備えている。言い換えれば、コア本体5は、軸方向両端部において台座60と端板81および端子台65とによって挟まれている。なお、端子台65が端板81と同様な形状の凸部(図示しない)をその下面に有していてもよく、その場合には、端板81を省略してもよい。
台座60には、コア本体5の端面に対応した外形を有する環状の突出部61が設けられている。突出部61には、台座60を貫通する貫通孔60a〜60cが周方向に等間隔に形成されている。端板81も、同様な外形を有しており、端板81には、貫通孔81a〜81cが周方向に等間隔に形成されている。後述するように、台座60の突出部61および端板81の高さは、コア本体5の端部から突出するコイル51〜53の突出高さよりも大きいものとする。
端子台65は複数、例えば六つの端子を含んでいる。これら複数の端子のそれぞれは、コイル51〜53から延びる複数のリードに接続されている。また、端子台65には貫通孔65a〜65cが周方向に等間隔に形成されている。
図2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2に示されるように、リアクトル6のコア本体5は、環状の外周部鉄心20と、外周部鉄心20の内側に配置された三つの鉄心コイル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、端子台65、端板81および台座60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。外周部鉄心部分24〜26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。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。また、外周部鉄心部分24〜26には、貫通孔29a〜29cが形成されている。
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(後述する第二の実施形態においては「コイルスペース51a〜54a」)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3は第一の実施形態におけるリアクトルのコア本体の斜視図である。図3は、コア本体5を台座60側から見た図である。図示されるように、三つのコイル51〜53の突出部分51a〜53aを少なくとも部分的に保護する保護部70がコア本体5に配置されている。図3に示される保護部70は特に三つのコイル51〜53の突出部分51a〜53aのうちの、コア本体5から最遠方に在る最遠方部分を被覆し、保護している。
保護部70は単一部材であってもよく、あるいは、コイル51〜53のそれぞれを保護するための複数の保護部材71〜73から構成されていてもよい。また、保護部70は硬質の非磁性材料、例えばアルミニウム、SUS、樹脂から形成されているのが好ましい。この場合には、リアクトル6の通電時に磁場が保護部70を通過するのを避けられる。
図4Aから図4Cは保護部材の斜視図である。図4A〜図4Cには保護部材73が示されているが、他の保護部材71、72も概ね同様の構成である。これら図面に示されるように、保護部材73は、コイル53の突出部分53aを少なくとも部分的に被覆する被覆部材73aと、突出部分53aとコア本体5の端面との間に挿入される挿入部材73bとを含んでいる。
被覆部材73aおよび挿入部材73bはコア本体5の半径方向外側に向かって互いに平行に延びている。また、被覆部材73aと挿入部材73bとの間の隙間73dはコイル53の突出部分53aの一部分に対応した形状である。これら被覆部材73a、挿入部材73bの半径方向内側端部は連結部材73eに連結され、片持ち式に支持されてている。
被覆部材73aはコイル53の突出部分53aの最遠方部分を少なくとも被覆するのが好ましい。この場合には、保護部材73および/または他の保護部材71、72が取付けられたコア本体5を床面などに載置したときに、コイル53および/または他のコイル51、52が損傷するのを避けられる。当然のことながら、被覆部材73aがコイル53の突出部分53a全体を被覆する構成であってもよい。
さらに、保護部材73は被覆部材73aおよび挿入部材73bよりもコア本体5の半径方向内側に位置する当接部材73cを含んでいる。当接部材73cの先端は収斂して所定角度をなしている。所定角度は360°を鉄心41〜43の数で除算した値であり、鉄心41〜43の先端角度、例えば120°に等しい。当接部材73cの先端を構成する二つの面は後述する当接面93a、93bである。
他の保護部材71、73も同様の構成であり、被覆部材71a、72a、挿入部材71b、72b、当接部材71c、72c、隙間71d、72d、連結部材71e、72eを含むものとする。さらに、当接部材71c、72cはそれぞれ当接面91a、91b、92a、92bを有するものとする。
図5はコア本体の他の斜視図である。図5に示されるように、鉄心41〜43にコイル51〜53が装着されたコア本体5を準備する。そして、或る保護部材73の挿入部材73bをコイル53の突出部分53aとコア本体5との間に挿入し、それにより、保護部材73をコイル53に取付ける。次いで、他の保護部材71、72をコイル51、52に同様に順次取付け、それにより、図3に示されるように保護部70をコア本体5に配置させる。
或いは、外周部鉄心部分26に一体的な鉄心43にコイル53を装着した後で、保護部材73をコイル53に取付けてもよい。そして、コイル51、52が装着された鉄心41、42に同様に保護部材71、72を取付け、その後、鉄心41〜43を組付けてコア本体5を構成してもよい。この場合には、保護部材71〜73をコイル51〜53に取付けるときに、保護部材71〜73が他の保護部材に干渉して取付けが困難になるのを避けられる。
ところで、図6は一つの鉄心とコイルとの斜視図である。図6においては、一つの例として、外周部鉄心部分26に一体的な鉄心43が示されており、鉄心43にコイル53が装着されている。図6に示されるように、コイル53の内周面は鉄心43の外面よりも大きい。従って、矢印A1で示されるように鉄心43とコイル53との間には軸方向のガタツキ、矢印A2で示されるように半径方向のガタツキ、および矢印A3で示されるように周方向のガタツキが存在する。
前述したように保護部材73の隙間73dはコイル53の突出部分53aの一部分に対応した形状であるので、被覆部材73aのコイル53に隣接した面および挿入部材73bのコイル53に隣接した面の両方は、水平面から鉛直面に向かって湾曲する湾曲面である。コイル51はこれら湾曲面の間に保持されるのでよって、リアクトル6の通電時であってもコイル53がリアクトル6の軸方向(A1方向)および周方向(A3方向)に移動するのが防止される。
さらに、コイル53は外周部鉄心部分26の内面と保護部材73の連結部材73eの表面との間に挟まれている。このため、リアクトル6の通電時であってもコイル53がリアクトル6の半径方向(A2方向)に移動するのが防止される。
さらに、図1Aから分かるように、複数の軸部、例えばネジ99a〜99cを台座60の貫通孔60a〜60c、コア本体5の貫通孔29a〜29c、端板81の貫通孔81a〜81cおよび端子台65の貫通孔65a〜65cに通す。そして、台座60、コア本体5、端板81および端子台65を互いに螺合する。台座60の突出部61および端板81の高さは、突出部分51a〜53aの突出高さと被覆部材71a〜73aの厚さとの合計よりも大きいのが好ましい。この場合には、保護部70が台座60の下面などに干渉するのを避けられる。
再び図3を参照すると、全ての保護部材71〜73のそれぞれがコイル51〜53に取付けられて保護部70を構成している。そして、保護部材71〜73の当接部材71c〜73cが互いに当接している。具体的には、例えば当接部材73cの二つの当接面93a、93bは、それぞれ当接部材72cの当接面92bおよび当接部材71cの当接面91aにそれぞれ当接している。他の当接部材71c、72cも同様である。
第一の実施形態においては、保護部材71〜73の当接部材71c〜73cが互いに当接し、その結果、保護部材71〜73のそれぞれは半径方向外側に押圧される。これにより、コイル51〜53は保護部材71〜73の連結部材71e〜73eと外周部鉄心部分24〜26の内面との間で押圧されるので、コイル51〜53をさらに堅固に固定することができる。
図7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7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3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7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8は第二の実施形態におけるリアクトルの端面図である。図8はコア本体5を端子台65側から見た図である。図8に示される保護部70は前述したのと同様な保護部材71〜74より構成されている。第二の実施形態における保護部材71〜74は当接部材71c〜74cの先端角度を除いて、前述した第一の実施形態における保護部材71〜73と概ね同様な構成である。この場合にも、前述したのと概ね同様な効果が得られるのが分かるであろう。また、保護部70をコア本体5の台座60側の端面および端子台65側の端面の両方に配置してもよく、この場合にはリアクトルの軸方向におけるコイルの両端部を保護できる。
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、外周部鉄心(20)と、該外周部鉄心の内面に接するか、または該内面に結合されるよう配置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少なくとも三つのコイル(51〜54)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(101〜104)が形成されており、さらに、前記コア本体の少なくとも一方の端面から突出する前記少なくとも三つのコイルの突出部分(51a〜54a)を少なくとも部分的に保護する保護部(70)を具備する、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、前記保護部は、前記少なくとも三つのコイルの突出部分のそれぞれを保護する少なくとも三つの保護部材(71〜74)を含む。
3番目の態様によれば、2番目の態様において、前記少なくとも三つの保護部材のそれぞれは、前記突出部分を少なくとも部分的に被覆する被覆部材(71a〜74a)と、前記突出部分と前記少なくとも一方の端面との間に挿入される挿入部材(71b〜74b)とを含む。
4番目の態様によれば、2番目または3番目の態様において、前記少なくとも三つの保護部材のそれぞれは、前記リアクトルの中心において互いに当接する当接部材(71c〜74c)を含む。
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、前記コア本体を挟むように該コア本体に締結する端子台(65)および台座(60)を具備し、前記保護部は、前記端子台とコア本体との間および前記コア本体と前記台座との間のうちの少なくとも一方に配置されている。
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、前記保護部は非磁性材料から形成されている。
7番目の態様によれば、1番目から6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の数は3の倍数である。
8番目の態様によれば、1番目から6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の数は4以上の偶数である。
態様の効果
1番目の態様においては、コイルの突出部分が保護部により保護されるので、コイルが損傷するのを防止できる。
2番目の態様においては、少なくとも三つのコイルのそれぞれを個別に保護することができる。
3番目の態様においては、コイルの突出部分が被覆部材と挿入部材とに挟まれるので、リアクトルの通電時にコイルがリアクトルの軸方向に振動するのを特に抑えられる。
4番目の態様においては、保護部材の当接部材が互いに当接するので、リアクトルの通電時にリアクトルの半径方向にコイルが振動するのを特に抑えられる。
5番目の態様においては、端子台とコア本体との間およびコア本体と台座との間のうちの両方に保護部が配置される場合には、リアクトルの軸方向におけるコイルの両端部を保護できる。
6番目の態様においては、磁場が保護部を通過するのを避けられる。
7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。
8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。
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
29a〜29c 貫通孔
31〜34 鉄心コイル
41〜44 鉄心
51〜54 コイル
51a〜54a 突出部分
60 台座
60a〜60c 貫通孔
61 突出部
65 端子台
65a〜65c 貫通孔
70 保護部
71〜74 保護部材
71a〜74a 被覆部材
71b〜74b 挿入部材
71c〜74c 当接部材
71d〜74d 隙間
71e〜74e 連結部材
91a〜93b 当接面
101〜104 ギャップ

Claims (16)

  1. コア本体を具備し、
    該コア本体は、外周部鉄心と、該外周部鉄心の内面に接するか、または該内面に結合されるよう配置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少なくとも三つのコイルと、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、
    前記少なくとも三つのコイルは前記コア本体の両端面から突出する突出部分を含んでおり、
    前記コア本体の少なくとも一方の端面において全ての前記突出部分について各突出部分を少なくとも部分的に保護する保護部を具備し、
    前記保護部は、前記コア本体の少なくとも一方の端面における前記突出部分のそれぞれを保護する少なくとも三つの保護部材を含む、リアクトル。
  2. 前記少なくとも三つの保護部材のそれぞれは、前記突出部分を少なくとも部分的に被覆する被覆部材と、前記突出部分と前記少なくとも一方の端面との間に挿入される挿入部材と、を含む、請求項1に記載のリアクトル。
  3. 前記少なくとも三つの保護部材のそれぞれは、前記リアクトルの中心において互いに当接する当接部材を含む、請求項1または2に記載のリアクトル。
  4. 前記コア本体を挟むように該コア本体に締結する端子台および台座を具備し、
    前記保護部は、前記端子台とコア本体との間および前記コア本体と前記台座との間のうちの少なくとも一方に配置されている、請求項1から3のいずれか一項に記載のリアクトル。
  5. 前記保護部は非磁性材料から形成されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のリアクトル。
  6. 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から5のいずれか一項に記載のリアクトル。
  7. 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から5のいずれか一項に記載のリアクトル。
  8. 前記被覆部材と前記挿入部材との間の隙間は前記突出部分の一部分に対応した形状である、請求項2に記載のリアクトル。
  9. コア本体を具備し、
    該コア本体は、外周部鉄心と、該外周部鉄心の内面に接するか、または該内面に結合されるよう配置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少なくとも三つのコイルと、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、
    前記少なくとも三つのコイルは前記コア本体の両端面から突出する突出部分を含んでおり、
    前記コア本体の少なくとも一方の端面において全ての前記突出部分について各突出部分を少なくとも部分的に保護する保護部を具備し、
    前記コア本体を挟むように該コア本体に締結する端子台および台座を具備し、
    前記保護部は、前記端子台とコア本体との間および前記コア本体と前記台座との間のうちの少なくとも一方に配置されている、リアクトル。
  10. 前記保護部は、前記コア本体の少なくとも一方の端面における前記突出部分のそれぞれを保護する少なくとも三つの保護部材を含む、請求項9に記載のリアクトル。
  11. 前記少なくとも三つの保護部材のそれぞれは、前記突出部分を少なくとも部分的に被覆する被覆部材と、前記突出部分と前記少なくとも一方の端面との間に挿入される挿入部材と、を含む、請求項10に記載のリアクトル。
  12. 前記少なくとも三つの保護部材のそれぞれは、前記リアクトルの中心において互いに当接する当接部材を含む、請求項10または11に記載のリアクトル。
  13. 前記保護部は非磁性材料から形成されている、請求項9から12のいずれか一項に記載のリアクトル。
  14. 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9から13のいずれか一項に記載のリアクトル。
  15. 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9から13のいずれか一項に記載のリアクトル。
  16. 前記被覆部材と前記挿入部材との間の隙間は前記突出部分の一部分に対応した形状である、請求項11に記載のリアクトル。
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