JP6526107B2

JP6526107B2 - 外周部鉄心を含むリアクトル

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Publication number: JP6526107B2
Application number: JP2017110808A
Authority: JP
Inventors: 友和吉田; 雅朋白水; 健一塚田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2037-06-05
Also published as: CN108987064B; US10600551B2; DE102018112785A1; DE102018112785B4; JP2018206949A; CN108987064A; CN208478096U; US20180350504A1

Description

本発明は、外周部鉄心を含む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。

特開２０００−７７２４２号公報特開２００８−２１０９９８号公報

ところで、リアクトルの外周部鉄心が複数の外周部鉄心部分から構成されていて、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場合がある。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。このような場合には、外周部鉄心を堅固に保持する目的で、リアクトルの中心に貫通孔を形成して、貫通孔内にロッドを通し、ロッドの両端をバネ板金などでリアクトルの端面に固定することが考えられる。

しかしながら、リアクトルの中心にはギャップが位置しているので、貫通孔を形成することによって、ギャップ長さがその分だけ短くなる。そして、貫通孔には磁束が通過しない部分があるので、ギャップ長さが短くなると、想定されたインダクタンスを確保できない。このため、必要なギャップ長さを確保するためには、鉄心の幅を大きくしてギャップを半径方向外側に延ばす必要があり、その結果、鉄心および外周部鉄心が大型化するという問題がある。

それゆえ、大型化することなしに、複数の鉄心を堅固に保持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、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の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、前記外周部鉄心と前記ギャップとの間の領域において前記コア本体の内部を通って前記少なくとも三つの鉄心の両端部を互いに固定する固定具を具備する、リアクトルが提供される。

１番目の態様においては、固定具は、外周部鉄心とギャップとの間の領域においてコア本体の内部を通っているので、ギャップ長さを確保するために鉄心の幅を大きくする必要はない。従って、大型化することなしに、複数の鉄心を堅固に保持することができる。

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。固定具の斜視図である。固定具の取付を説明するための図である。別のリアクトルのコア本体の断面図である。他の実施形態におけるリアクトルにて使用される板状部材の斜視図である。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にて使用される板状部材の斜視図である。

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斜視図である。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１および図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、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。なお、図１および後述する図４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。

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。

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。

再び図１を参照すると、コア本体５の端面の中心には、固定具９０が配置されている。固定具９０は鉄心４１〜４３の両端面を互いに固定する役目を果たす。図３は固定具の斜視図である。図３に示されるように、固定具９０は、板状部材９１、９２と、板状部材９１、９２を互いに連結する複数の棒状部材９３とを含んでいる。これら固定具９０の部品は非磁性材料、例えばアルミニウム、ＳＵＳ、樹脂などから構成されているのが好ましく、これにより、磁場が固定具を通過するのを避けられる。

図１から分かるように、板状部材９１、９２はコア本体５の両端面にそれぞれ配置される。板状部材９１、９２はギャップ１０１〜１０３を含みうる面積を有する三角形状であるのが好ましく、これにより、板状部材９１、９２がコイル５１〜５３に干渉しないようになる。また、板状部材９１、９２が他の形状であってもよい。なお、板状部材９１、９２の代わりに棒状部材９３を互いに支持する他の部材、例えば枠体などを使用しても良い。

複数の棒状部材９３は、外周部鉄心２０とギャップ１０１〜１０３との間の領域においてコア本体５の内部を通っている。棒状部材９３はコア本体５の高さ（積層方向高さ）よりもわずかながら大きい。また、棒状部材９３の両端部にはネジ山部が形成されており、それにより、それぞれの棒状部材９３は板状部材９１、９２に形成された孔に螺合されるようになる。

図４は固定具の取付を説明するための図である。図示されるように、板状部材９１に複数の棒状部材９３が予め取付けられている。複数の棒状部材９３は、固定具９０がコア本体５に取付けられたときに、外周部鉄心２０とギャップ１０１〜１０３との間の領域に配置されるように位置決めされている。

次いで、板状部材９１および棒状部材９３をコア本体５の一方の端面に向かって移動させ、それにより、棒状部材９３を外周部鉄心２０とギャップ１０１〜ギャップ１０３との間の領域に通過させる。板状部材９１がコア本体５の一方の端面に到達すると、棒状部材９３の先端はコア本体５の他端から突出する。次いで、コア本体５の他方の端面側に板状部材９２を配置し、棒状部材９３を回転させて、板状部材９２に螺合させる。なお、板状部材９１、９２と棒状部材９３とを連結させるために、他の留め具、例えばネジ、ボルトなどを使用してもよい。

前述したように板状部材９１および板状部材９２の面積はギャップ１０１〜１０３を含みうる。このため、棒状部材９３によって板状部材９１および板状部材９２の間にコア本体５が軸方向に挟込まれると、複数の鉄心４１〜４３の両端部が互いに堅固に保持されるようになる。

ところで、図５は別のリアクトルのコア本体の断面図である。図５に示される別のリアクトルのコア本体５’は、図２を参照して説明したコア本体５と概ね同様の構成である。コア本体５’の中心には軸方向に延びる貫通孔１００が形成されている。そして、棒状部材９９が貫通孔に挿入されている。棒状部材９９の両端部は、固定用バネ板金により、コア本体５の両端部に固定され、その結果、鉄心４１〜４３の両端部が互いに固定される。

図５においては、単一の棒状部材９９が鉄心４１〜４３の両端部を固定するので、貫通孔１００の寸法を比較的大きくする必要がある。その結果、図５に示されるギャップ１０１〜１０３の長さＬ０は、図２に示されるギャップ１０１〜１０３の長さＬ１よりも短くなる。このため、想定されたインダクタンスを確保するためには、鉄心４１〜４３の幅を大きくして、図５に示されるギャップ１０１〜１０３の長さを長さＬ１まで大きくする必要があった。

これに対し、本開示においては、固定具９０の棒状部材９３が外周部鉄心２０とギャップ１０１〜１０３との間の領域を通るので、貫通孔１００をコア本体５の中心に形成する必要がない。このため、固定具９０を配置する際にギャップ１０１〜１０３の長さＬ１は変化せず、必要なギャップ長さＬ１を確保するために鉄心の幅を大きくする必要もない。このため、本開示においては、コア本体５が大型化するのを避けることが可能となる。

さらに、図６は他の実施形態におけるリアクトルにて使用される板状部材の斜視図である。板状部材９１の一面には略Ｙ字形状の凸部９５が設けられている。図６に示される凸部９５は、ギャップ１０１〜１０３の数と同じ数の隆起部９６ａ〜９６ｃより構成されている。これら隆起部９６ａ〜９６ｃはギャップ１０１〜１０３に対応するように周方向に等間隔に配置されている。隆起部９６ａ〜９６ｃを含む凸部９５はギャップ１０１〜１０３に係合可能に構成されている。なお、板状部材９２にも同様な凸部９５が設けられていても良い。ただし、一方の板状部材９１にのみ凸部９５が設けられていれば十分である。

また、隆起部９６ａ〜９６ｃの先端近傍には、凹部９７ａ〜９７ｃがそれぞれ形成されている。これら凹部９７ａ〜９７ｃには棒状部材９３の一端が前述したように螺合する。なお、図面には示さないものの、凸部９５が備えられていない板状部材９１、９２にも、棒状部材９３が係合するための凹部または貫通孔が形成されているものとする。

凸部９５を備えた板状部材９１、９２を用いて鉄心４１〜４３の両端部が互いに固定された場合には、凸部９５がギャップ１０１〜１０３に係合するので、鉄心４１〜４３をさらに堅固に固定できる。また、リアクトル５の駆動時に固定具９０が回転または移動する可能性がなくなるので、リアクトル５の駆動時における振動および騒音の発生を抑えられる。従って、凸部９５はギャップ１０１〜１０３に少なくとも部分的に係合するように形成されていれば十分であり、例えば凸部９５が二つの隆起部９６ａのみを含んでいてもよい。

さらに、図６に示されるような凸部９５を備えている場合には、凸部９５が蓋として機能するので、異物がギャップ１０１〜１０３に侵入するのを防止できる。また、凸部９５はギャップ１０１〜１０３の寸法を保持する役目を果たしうる。

ところで、図２に示されるコア本体５以外のコア本体に前述した駆動時に固定具９０を取付けてもよい。例えば図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２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。

図７には固定具９０の板状部材９１が破線で示されている。板状部材９１はギャップ１０１〜１０４を含みうる面積を有する正方形状であり、板状部材９２（図示しない）も同様な形状である。従って、図７等には示さない棒状部材９３によって板状部材９１および板状部材９２の間にコア本体５が軸方向に挟込まれると、鉄心４１〜４４の両端部が互いに固定されるようになる。

図８は第二の実施形態におけるリアクトルにて使用される板状部材の斜視図である。板状部材９１の一面には略Ｘ字形状の凸部９５が設けられている。図８に示される凸部９５は、ギャップ１０１〜１０３に係合可能に構成された、前述したのと同様な隆起部９６ａ〜９６ｄを含んでいる。さらに、隆起部９６ａ〜９６ｄの先端近傍には、前述したのと同様な凹部９７ａ〜９７ｄがそれぞれ形成されている。このような凸部９５を備えた板状部材９１、９２を使用した場合には、凸部９５がギャップ１０１〜１０４に係合するので、鉄心４１〜４４をさらに堅固に固定できる。このため、前述したのと同様な効果が得られる。

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、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の内面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、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、前記外周部鉄心と前記ギャップとの間の領域において前記コア本体の内部を通って前記少なくとも三つの鉄心の両端部を互いに固定する固定具（９０）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、前記固定具は、前記コア本体の両端面に配置された板状部材と、前記コア本体の内部を通って前記板状部材を互いに連結する棒状部材とを含む。
３番目の態様によれば、２番目の態様において、前記板状部材には、前記ギャップに少なくとも部分的に係合する凸部が形成されている。
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、前記固定具は非磁性材料から形成されている。

態様の効果
１番目の態様においては、固定具は、外周部鉄心とギャップとの間の領域においてコア本体の内部を通っているので、ギャップ長さを確保するために鉄心の幅を大きくする必要はない。従って、大型化することなしに、複数の鉄心を堅固に保持することができる。
２番目の態様においては、固定具を比較的簡易に構成できる。
３番目の態様においては、凸部がギャップに係合するので、鉄心をさらに堅固に固定できる。さらに、異物がギャップに侵入するのを防止できると共に、ギャップの寸法を保持することができる。
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、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、磁場が固定具を通過するのを避けられる。

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
３１〜３３鉄心コイル
４１〜４４鉄心
５１〜５４コイル
９０固定具
９１、９２板状部材
９３棒状部材
９５凸部
９６ａ〜９６ｄ隆起部
９７ａ〜９７ｄ凹部
１０１〜１０４ギャップ

Claims

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の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それぞれの半径方向内側端部は前記外周部鉄心の中心近傍に位置していて前記外周部鉄心の中心に向かって収斂しており、
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、前記少なくとも三つの鉄心の前記半径方向内側端部は、磁気的に連結可能なギャップを介して互いに離間しており、
さらに、
前記外周部鉄心と前記ギャップとの間の領域において前記外周部鉄心の内部を通っていて、前記コア本体の軸線方向における前記少なくとも三つの鉄心の両端部を互いに固定する固定具を具備する、リアクトル。
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の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それぞれの半径方向内側端部は前記外周部鉄心の中心近傍に位置していて前記外周部鉄心の中心に向かって収斂しており、
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、前記少なくとも三つの鉄心の前記半径方向内側端部は、磁気的に連結可能なギャップを介して互いに離間しており、
さらに、
前記外周部鉄心と前記ギャップとの間の領域において前記外周部鉄心の内部を通って前記少なくとも三つの鉄心の両端部を互いに固定する固定具を具備し、
前記固定具は、前記コア本体の両端面に配置された板状部材と、前記外周部鉄心の内部を通って前記板状部材を互いに連結する棒状部材とを含む、リアクトル。
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の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それぞれの半径方向内側端部は前記外周部鉄心の中心近傍に位置していて前記外周部鉄心の中心に向かって収斂しており、
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、前記少なくとも三つの鉄心の前記半径方向内側端部は、磁気的に連結可能なギャップを介して互いに離間しており、
さらに、
前記外周部鉄心と前記ギャップとの間の領域において前記外周部鉄心の内部を通って前記少なくとも三つの鉄心の両端部を互いに固定する固定具を具備し、
前記固定具は、前記コア本体の両端面に配置された板状部材と、前記外周部鉄心の内部を通って前記板状部材を互いに連結する棒状部材とを含んでおり、
前記板状部材には、前記ギャップに少なくとも部分的に係合する凸部が形成されている、リアクトル。
前記固定具は、前記コア本体の両端面に配置された板状部材と、前記外周部鉄心の内部を通って前記板状部材を互いに連結する棒状部材とを含む、請求項１に記載のリアクトル。
前記板状部材には、前記ギャップに少なくとも部分的に係合する凸部が形成されている、請求項２に記載のリアクトル。
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コイルの数は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。
前記固定具は非磁性材料から形成されている請求項１から７のいずれか一項に記載のリアクトル。