JP6526114B2 - 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、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。
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、コイルはケーシング内に収容された状態で鉄心に装着されている。このため、リアクトルの通電時にコイルから発生する熱がケーシング内に籠もりやすい。その結果、コイルの温度が急激に高くなってリアクトルの温度も上昇しやすいという問題があった。
さらに、一つのケーシングは複数の部品から構成されており、コイルの数が増えると、ケーシングの部品の数も増えるという問題があった。
それゆえ、温度が容易に上昇しないようにし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、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、前記鉄心を少なくとも部分的に被覆して前記コイルから絶縁する被覆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、コイルはケーシングに収容されず、露出した状態で被覆部を介して鉄心に取付けられる。このため、リアクトルの通電時にコイルからの熱は外部に放出され、その結果、リアクトルの温度が容易に上昇するのを避けられる。
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。
第一の実施形態に基づくリアクトルの端面図である。 図1Aに示されるリアクトルの部分斜視図である。 図1Aに示されるリアクトルの製造工程を示す第一の斜視図である。 図1Aに示されるリアクトルの製造工程を示す第二の斜視図である。 図1Aに示されるリアクトルの製造工程を示す第三の斜視図である。 他のリアクトルの端面図である。 図3Aに示されるリアクトルの製造工程を示す第一の斜視図である。 図3Aに示されるリアクトルの製造工程を示す第二の斜視図である。 第二の実施形態に基づくリアクトルの製造工程を示す第一の斜視図である。 第二の実施形態に基づくリアクトルの製造工程を示す第二の斜視図である。 第三の実施形態に基づくリアクトルの端面図である。 第四の実施形態に基づくリアクトルの端面図である。 図6Aに示されるリアクトルに使用される被覆部の斜視図である。 他の被覆部の斜視図である。 第四の実施形態に基づくリアクトルの製造工程を示す第一の斜視図である。 第四の実施形態に基づくリアクトルの製造工程を示す第二の斜視図である。 第四の実施形態に基づくリアクトルの製造工程を示す第三の斜視図である。 第五の実施形態に基づくリアクトルに使用される被覆部の斜視図である。 第六の実施形態に基づく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基づくリアクトルの端面図であり、図1Bは図1Aに示されるリアクトルの部分斜視図である。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の内面において周方向に等間隔に配置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6を三相リアクトルとして使用できる。なお、外周部鉄心20が他の形状、例えば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と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。
図1Aから分かるように、鉄心41〜43は互いにおおよそ同一の寸法であり、外周部鉄心20の周方向におおよそ等間隔に配置されている。図1A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に接合されている。
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。図1Aから分かるように、ギャップ101〜103の交点はコア本体5の中心に位置している。そして、コア本体5はこの中心回りに回転対称に形成されている。
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。
再び図1Aを参照すると、絶縁材料から作成された被覆部61〜63がそれぞれ外周部鉄心部分24〜26とコイル51〜53との間に配置されている。被覆部61〜63のそれぞれは、鉄心41〜43を少なくとも部分的に被覆してコイル51〜53から絶縁する絶縁体としての役目を果たす。
図2A〜図2Cは図1Aに示されるリアクトルの製造工程を示す斜視図である。以下においては、外周部鉄心部分24と一体的に形成された鉄心41にコイル51を装着することについて説明する。他の鉄心42、43についても概ね同様であるので説明を省略する。
被覆部61は絶縁材料、例えば絶縁紙または樹脂材料から構成された、断面矩形の筒型部材である。そして、被覆部61の両側面の一方の縁部には、追加被覆部61a、61bが取付けられている。追加被覆部61a、61bは外周部鉄心部分24の内面を少なくとも部分的に被覆してコイル51から絶縁する役目を果たす。このため、追加被覆部61a、61bは外周部鉄心部分24の内面に対応した形状をしている。この目的のために、追加被覆部61a、61bは可撓性の絶縁材料、例えば絶縁紙から形成されるのが好ましい。
図2Aに矢印で示されるように、筒型の被覆部61を鉄心41に向かって移動させ、それにより、鉄心41を被覆部61に挿入する。図4Bに示されるように、被覆部61の厚みは比較的小さい。そして、図2Bおよび図2Cに示されるように、ケーシングに収容されていない露出したコイル51を鉄心41に向かって移動させ、それにより、鉄心41および被覆部61をコイル51に挿入する。他の外周部鉄心部分25、26と一体的に形成された他の鉄心42、43にも被覆部62、63を同様に取付け、次いで同様に露出したコイル52、53を装着する。その後、鉄心41〜43を図1Aに示されるように組付け、それにより、リアクトル6を製造する。
ところで、図3Aは別のリアクトルのコア本体の端面図である。図3Aに示される別のリアクトル6'のコア本体5'は、図1A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。図3Aにおいては、鉄心41〜43にケーシング91〜93がそれぞれ装着されており、コイル51〜53はケーシング91〜93内にそれぞれ収容されている。ケーシング91は二つの半型部分91a、91bと蓋部91cとから構成されている。他のケーシング92、93も同様である。
さらに、図3Bおよび図3Cは図3Aに示されるリアクトルの製造工程を示す斜視図である。図3Bに示されるように、コイル51の軸方向両端部においては、ケーシング91の二つの半型部分91a、91bが取付けられる。次いで、図3Cに示されるように、蓋部91cが取付けられ、それにより、コイル51はケーシング91に収容されるようになる。その後、ケーシング91は前述したのと同様に鉄心41に装着される。その後、鉄心41〜43を図3Aに示されるように組付け、それにより、リアクトル6'が製造される。このようにして製造されたリアクトル6'の場合には、通電時にコイル51〜53の熱がケーシング91〜93内に籠もりやすいという問題があった。
これに対し、第一の実施形態においては、コイル51〜53はケーシング91〜93に収容されず、露出した状態で被覆部61〜63を介して鉄心41〜43に取付けられる。このため、リアクトル6の通電時にコイル51〜53からの熱は外部に放出され、その結果、リアクトル6の温度が容易に上昇するのを避けられる。さらに、一つのコイル51に対して一つの被覆部61のみで足りるので、コイルの数が増えた場合であっても、部品点数が大幅に増加することもない。
前述したように被覆部61の追加被覆部61a、61bは外周部鉄心部分24の内面に対応した形状をしている。このため、被覆部61を鉄心41に取付けたときには、図2Bに示されるように、追加被覆部61a、61bは外周部鉄心部分24の内面を部分的に被覆するようになる。追加被覆部61a、61bによって、コイル51の端面が外周部鉄心部分24の内面に接触するのを避けられる。このため、コイル51と追加被覆部61a、61bとの間に隙間を形成する必要は必ずしもない。他の被覆部62の追加被覆部62a、62bならびに他の被覆部63の追加被覆部63a、63bも同様である。従って、追加被覆部61a〜63bを設けた場合には、リアクトル6を小型化することも可能である。
さらに、図4Aおよび図4Bは第二の実施形態に基づくリアクトルの製造工程を示す斜視図である。図4Aに示される被覆部61は、鉄心41の一方の端面から突出する突出部分61cを含んでいる。図4Aに示される突出部分61cは、追加被覆部61a、61bから延長した部分と、筒型部材としての被覆部61から突出した部分とを含んでいる。しかしながら、突出部分61cは、追加被覆部61a、61bから延長した部分と、筒型部材としての被覆部61から突出した部分とのうちの少なくとも一方を含んでいればよい。また、被覆部61が鉄心41の他方の端面から突出する他の突出部分61cを備えていても良い。
このような突出部分61cを備えた被覆部61を使用した場合には、図4Bに示されるように突出部分61cが鉄心41および外周部鉄心部分24の端面から上方に突出する。これにより、外周部鉄心部分24の内面とコイル51との絶縁性をより高めることができる。
また、コア本体5の構成は図1に示したものに限定されない。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る他の構成のコア本体5であっても、本開示の範囲に含まれるものとする。
図5は第三の実施形態におけるリアクトル6の断面図である。図5に示されるリアクトル6のコア本体5は、略八角形状の外周部鉄心20と、外周部鉄心20の内面に接するか、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6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6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5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。
第三の実施形態においても、コイル51〜54が被覆部61〜64を介して鉄心41〜44に前述したのと同様に装着されている。そして、それぞれの被覆部61〜64は前述したのと同様な追加被覆部61a〜64bを含んでいる。このため、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。なお、追加被覆部61a〜64bは、対応するコイルの側面を被覆するのに十分な面積であるのが好ましい。また、被覆部61〜64には前述したのと同様な突出部分61c〜64dが設けられてても良い。
図6Aは第四の実施形態に基づくリアクトルの端面図であり、図6Bは図6Aに示されるリアクトルに使用される被覆部の斜視図である。これら図面から分かるように、第四の実施形態における被覆部60は、周方向に等間隔で配置された三つの筒部71〜73を有する略Y字形状の単一部材である。被覆部60は絶縁材料、例えば絶縁紙または樹脂材料から構成されている。被覆部60の筒部71〜73を鉄心41〜43に装着すると、被覆部60は鉄心41〜43を全体的に被覆すると共にコイル51〜53から絶縁させる。そして、図6Aから分かるように、鉄心41〜43の半径方向内側端部およびギャップ101〜103は露出せず、被覆部60に被覆されるようになる。
図6Cは他の被覆部の斜視図である。図6Cに示される他の被覆部60の筒部71〜73は鉄心41〜43のそれぞれに概ね対応した形状を有している。そして、筒部71〜73は仕切部75によって互いに隔離されている。仕切部75はギャップ101〜103に対応した略Y字形状である。仕切部75は非磁性体または被覆部60と同様な絶縁材料から形成されるのが好ましい。
図6Cに示される他の被覆部60を装着した場合には、仕切部75がギャップ101〜103に当接して配置されようになる。従って、仕切部75によってギャップ101〜103の寸法が保持される。このため、リアクトル6の通電時であっても、鉄心41〜43は振動せず、従って、リアクトル6からの騒音およびリアクトル6が振動をするのを抑えられるようになる。
図7Aから図7Cは第四の実施形態に基づくリアクトルの製造工程を示す斜視図である。以下においては、仕切部75を備えた被覆部60を鉄心41〜43に装着する場合について説明するが、仕切部75を有さない被覆部60の場合も同様である。
はじめに、図7Aに示されるように、被覆部60をコイル51に向かって移動させ、それにより、被覆部60の筒部71をコイル51に挿入する。前述したのと同様に、コイル51(および他のコイル52、53)はケーシングに収容されていない露出した状態である。そして、図7Bおよび図7Cに示されるように、外周部鉄心部分24と一体的な41を被覆部60の筒部71に向かって移動させ、それにより、筒部71およびコイル51に鉄心41を挿入する。他の外周部鉄心部分25、26と一体的に形成された他の鉄心42、43についても、同様に露出したコイル52、53および筒部72、73を同時に同様に装着する。
これにより、図6Aに示されるリアクトル6が製造される。この場合にも、露出したコイル51〜53が被覆部60により絶縁されるので、前述したのと同様な効果が得られる。さらに、被覆部60を用いた場合には、部品点数を減らすことができるので、より容易に被覆部60を鉄心41〜43に装着できるのが分かるであろう。
さらに、図8は第五の実施形態に基づくリアクトルに使用される被覆部の斜視図である。図8に示される被覆部60の筒部71の上面には、突起部79がコイル51よりも半径方向外側に対応した位置に設けられている。突起部79の高さはコイル51の厚みよりも小さいのが好ましい。このような突起部79は、コイル51を筒部71に装着した後で取付けられるのが好ましい。また突起部79は筒部71の下面に取付けられてもよく、あるいは筒部71の上面および下面の両方に取付けられてもよい。なお、図面には示さないものの、他の筒部72、73にも同様に突起部79が取付けられるものとする。このような突起部79が取付けられた場合には、コイル51〜53はその装着位置で固定される。従って、リアクトル6の組立後に、コイル51〜53が外周部鉄心部分24〜25に接触するのを避けられる。
さらに、図9は第六の実施形態に基づくリアクトルの端面図である。図9は図5と同様な図である。図9においては、四つの筒部71〜74を備えた略X字形状の被覆部60が鉄心41〜44に装着されている。この場合にも、前述したのと同様にリアクトル6を製造でき、従って、前述したのと同様な効果が得られるのは明らかであろう。
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、前記鉄心を少なくとも部分的に被覆して前記コイルから絶縁する被覆部(60、61〜64)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、さらに、前記外周部鉄心部分の内面を少なくとも部分的に被覆して前記コイルから絶縁する追加被覆部(61a〜64b)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、前記被覆部は、前記鉄心の端面から突出する突出部分(61c〜64c)を含む。
4番目の態様によれば、前記被覆部は、前記少なくとも三つの鉄心を少なくとも部分的に被覆して前記少なくとも三つの鉄心に対応するコイルから絶縁する単一部材である。
5番目の態様によれば、前記被覆部は前記ギャップに対応した位置に設けられた仕切部(75)を含む。
6番目の態様によれば、前記コイルよりも半径方向外側に対応した前記被覆部の外面には突起部(79)が設けられている。
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、コイルはケーシングに収容されず、露出した状態で被覆部を介して鉄心に取付けられる。このため、リアクトルの通電時にコイルからの熱は外部に放出され、その結果、リアクトルの温度が容易に上昇するのを避けられる。
2番目の態様においては、コイルと追加被覆部との間に隙間を形成する必要がなく、従って、リアクトルを小型化できる。
3番目の態様においては、外周部鉄心部分の内面とコイルとの絶縁性をより高めることができる。
4番目の態様においては、部品点数を減らすことができるので、より容易に被覆部を鉄心に装着できる。
5番目の態様においては、仕切部によってギャップの寸法が保持されるので、リアクトルからの騒音およびリアクトルが振動をするのを抑えられる。
6番目の態様においては、コイルが外周部鉄心部分に接触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。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開示の範囲に含まれる。
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
31〜34 鉄心コイル
41〜44 鉄心
51〜54 コイル
60、61〜64 被覆部
61a〜64b 追加被覆部
61c〜64c 突出部分
71〜74 筒部
75 仕切部
79 突起部
81〜84 外側端部対応位置
101〜104 ギャップ

Claims (11)

  1. 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、
    前記鉄心を少なくとも部分的に被覆して前記コイルから絶縁する被覆部と、
    前記外周部鉄心部分の内面を少なくとも部分的に被覆して前記コイルから絶縁する追加被覆部とを具備し、前記追加被覆部は前記外周部鉄心の内面に対応した形状である、リアクトル。
  2. 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、
    前記鉄心を少なくとも部分的に被覆して前記コイルから絶縁する被覆部を具備し、
    前記被覆部は、前記少なくとも三つの鉄心を少なくとも部分的に被覆して前記少なくとも三つの鉄心に対応するコイルから絶縁する少なくとも三つの筒部を有する、リアクトル。
  3. 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、
    前記鉄心を少なくとも部分的に被覆して前記コイルから絶縁する被覆部と、
    前記コイルよりも半径方向外側に対応した前記被覆部の外面に設けられた突起部とを具備する、リアクトル。
  4. 前記被覆部は単一部材である、請求項1から3のいずれか一項に記載のリアクトル。
  5. さらに、前記外周部鉄心部分の内面を少なくとも部分的に被覆して前記コイルから絶縁する追加被覆部を具備する、請求項3に記載のリアクトル。
  6. 前記被覆部は、前記鉄心の端面から突出する突出部分を含む請求項1、3、5のいずれか一項に記載のリアクトル。
  7. 前記被覆部は、前記少なくとも三つの鉄心を少なくとも部分的に被覆して前記少なくとも三つの鉄心に対応するコイルから絶縁する、請求項3に記載のリアクトル。
  8. 前記被覆部は前記ギャップに対応した位置に設けられた仕切部を含む、請求項7に記載のリアクトル。
  9. 前記コイルよりも半径方向外側に対応した前記被覆部の外面には突起部が設けられている請求項1または2に記載のリアクトル。
  10. 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9のいずれか一項に記載のリアクトル。
  11. 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9のいずれか一項に記載のリアクトル。
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