JP6717883B2 - 鉄心支持構造を備えた電磁機器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁機器に関し、特に、支持構造を備えた電磁機器に関する。

これまでに、コア及びコイルを有するリアクトルが取付台部に取り付けられたリアクトル装置が報告されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に記載のリアクトルは、ケースの支持台部に取り付けられる。コアが、空気層からなるギャップを挟んで対向配置される対のコア分割体からなり、支持台部に各コア分割体をそれぞれ位置決め設置するための位置決め凹溝部が設けられている。

特開２００６−３５１６７５号公報

従来のリアクトルにおいて、コア分割体の重量が大きい場合、コア分割体が取付台部に向かって落ち込む恐れがある。この場合、対のコア分割体のギャップの大きさが変化し、鉄損の大きさが変動するという問題があった。

本開示の一実施例に係る電磁機器は、外周部鉄心と、外周部鉄心の内面側において周方向に間隔をおいて配列された少なくとも３つの脚部鉄心と、少なくとも３つの脚部鉄心のそれぞれに巻回されたコイルと、を具備し、少なくとも３つの脚部鉄心のそれぞれは、コイルの巻軸線の方向における一方の端部が外周部鉄心に片持ちで支持され、かつ、磁気的に結合されると共に、巻軸線の方向における他方の端部が、少なくとも３つの脚部鉄心のうちの他の脚部鉄心における他方の端部に磁気的に結合するように配置され、コイルの一部を収容するための開口部を備え、設置面から所定の高さの位置で外周部鉄心を保持する台座と、少なくとも３つの脚部鉄心の他方の端部に接して配置され、少なくとも３つの脚部鉄心を設置面から所定の高さで支持する支持構造と、を備える。

本開示の一実施例に係る電磁機器によれば、コア中央部の落ち込みを防止し、コア接合面に隙間が形成されないため、鉄損を抑制することができる。

実施例１に係る電磁機器の斜視図である。 実施例１に係る電磁機器の組み立て工程を説明するための斜視図である。 実施例１に係る電磁機器の外周部鉄心及び脚部鉄心の平面図である。 実施例１に係る電磁機器の側面図である。 実施例１に係る電磁機器の平面図である。 実施例１の他の例に係る電磁機器の平面図である。 実施例１の変形例に係る電磁機器の斜視図である。 実施例１の変形例に係る電磁機器の組み立て工程を説明するための斜視図である。 実施例１の変形例に係る電磁機器の側面図である。 実施例２に係る電磁機器の斜視図である。 実施例２に係る電磁機器の平面図である。 実施例２に係る電磁機器の側面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係る電磁機器について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。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、これら図面の縮尺を適宜変更している。

まず、実施例１に係る電磁機器について説明する。以下の説明において、電磁機器として三相変圧器等の変圧器を例にとって説明する。図１に実施例１に係る電磁機器の斜視図を示す。図２に実施例１に係る電磁機器の組み立て工程を説明するための斜視図を示す。図３に実施例１に係る電磁機器の外周部鉄心及び脚部鉄心の平面図を示す。図４に実施例１に係る電磁機器の側面図を示す。

三相変圧器１０１は、外周部鉄心１と、少なくとも３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）と、コイル（３１、３２、３３）と、台座４と、支持構造５と、を有する。

外周部鉄心１は、複数の外周部鉄心部分（１１、１２、１３）から構成されていてもよい。図１〜３に示すように、外周部鉄心１は、３つの外周部鉄心部分（１１、１２、１３）から構成されていてもよい。図１及び図２には、外周部鉄心１の外形の形状を６角形とした例を示したが、円形等、他の形状であってもよい。

少なくとも３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）は、外周部鉄心１の内面側において周方向に間隔をおいて配列されている。外周部鉄心１及び脚部鉄心（２１、２２、２３）は、複数の鉄板、炭素鋼板、または電磁鋼板を積層して構成するようにしてもよく、フェライトまたは圧粉鉄心などの磁性材料から形成されていてもよい。

コイル（３１、３２、３３）は、少なくとも３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）のそれぞれに巻回されている。コイル（３１、３２、３３）は、１次コイル及び２次コイルの少なくとも一方を含むようにしてもよい。コイルには、銅、アルミニウム、マグネシウム等を含む導電性材料から形成された平角線や丸線等の導体を用いることができる。

少なくとも３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）のそれぞれは、コイル（３１、３２、３３）の巻軸線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）の方向における一方の端部（２１ａ、２２ａ、２３ａ）が外周部鉄心１に片持ちで支持され、かつ、磁気的に結合される。ここで、巻軸線とはコイルを巻回するときの中心軸である。本実施例では、脚部鉄心（２１、２２、２３）の周りにコイル（３１、３２、３３）が巻回されるため、コイル（３１、３２、３３）の巻軸線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）は脚部鉄心（２１、２２、２３）の中心軸と一致する。図３に示した例では、３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）のそれぞれが、外周部鉄心１を構成する３つの外周部鉄心部分（１１、１２、１３）と一体化されている例を示している。３つの外周部鉄心部分（１１、１２、１３）のそれぞれを３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）と一体化することにより三相変圧器１０１の組立工程を簡略化することができる。ただし、このような例には限られず、脚部鉄心（２１、２２、２３）と外周部鉄心部分（１１、１２、１３）を別個に形成してもよい。

外周部鉄心１には、外周部鉄心１を台座４に固定するボルト等を通すための貫通孔（８１、８２、８３）が設けられている。例えば、図３に示すように、外周部鉄心１を構成する外周部鉄心部分１１と１２との間に貫通孔８１を形成し、外周部鉄心部分１２と１３との間に貫通孔８２を形成し、外周部鉄心部分１３と１１との間に貫通孔８３を形成するようにしてもよい。

さらに、少なくとも３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）のそれぞれは、コイルの巻軸線（例えば、Ｌ１）の方向における他方の端部（例えば、２１ｂ）が、少なくとも３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）のうちの他の脚部鉄心（２２、２３）における他方の端部（２２ｂ、２３ｂ）に磁気的に結合するように配置されている。

３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）は、同一のサイズ及び形状を有し、外周部鉄心１の内側において、外周部鉄心１の中心Ｐの周りの周方向において等間隔に配置されている。この場合、３つのコイル（３１、３２、３３）の巻軸線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）は、隣接する２つの巻軸線（Ｌ１とＬ２、Ｌ２とＬ３、Ｌ３とＬ１）が１２０°の角度をなすように中心Ｐで交わる。また、巻軸線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に沿って伸びる３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）のそれぞれの中心Ｐ側の先端部は、中心Ｐに向かって収斂する形状となっており、先端部は約１２０°の角度を形成している。

台座４は、コイル（３１、３２、３３）の一部を収容するための開口部４４を備えている。さらに、台座４は、設置面９から所定の高さｄ₁の位置で外周部鉄心１を保持する。台座４が外周部鉄心１を保持した状態でコイル（３１、３２、３３）が設置面９に接触しないようにすることが好ましい。

台座４は、外周部鉄心１とは別体の箱状の部材である。台座４は設置面９に締結具（図示せず）により固定することができる。

図５に実施例１に係る電磁機器の平面図を示す。台座４には互いに対向する位置に配置された２つの辺４５及び４６の近傍に、締結具の軸を通すための複数の切り欠き部が設けられている。辺４５の近傍には、切り欠き部（４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ）が設けられている。切り欠き部４１ａ及び４１ｂは、切り欠かれた部分が辺４５と並行となる方向に延伸している。一方、切り欠き部４２ａ及び４２ｂは、切り欠かれた部分が辺４５と直行する方向に延伸している。同様に、辺４６の近傍には、切り欠き部（４１ｃ、４１ｄ、４２ｃ、４２ｄ）が設けられている。切り欠き部４１ｃ及び４１ｄは、切り欠かれた部分が辺４６と並行となる方向に延伸している。一方、切り欠き部４２ｃ及び４２ｄは、切り欠かれた部分が辺４６と直行する方向に延伸している。

切り欠き部（４１ａ〜４１ｄ、４２ａ〜４２ｄ）は、台座４を設置面９に仮留めする際に用いることもできる。例えば、鉛直方向に立てた設置面９に電磁機器である三相変圧器１０１を設置する場合について説明する。設置面９に締結具を予め設けておき、台座４の辺４５を下にした状態で切り欠き部（４２ａ、４２ｂ）に締結具を通して台座４を設置面９に仮留めすることができる。また、例えば、設置面９に締結具を予め設けておき、台座４の辺４５と直行する辺を下にした状態で切り欠き部（４１ｂ、４１ｃ）に締結具を通して台座４を設置面９に仮留めすることができる。このように、台座４の向きによらずに鉛直方向に立てた設置面９への仮留めができるため、台座の取り付け工数を削減することができる。

支持構造５は、３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）の他方の端部（２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ）に接して配置され、少なくとも３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）を設置面９から所定の高さの位置ｄ₂で支持する。台座４が外周部鉄心１を保持する設置面９からの所定の高さと、支持構造５が少なくとも３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）を支持する設置面９からの所定の高さは等しいことが好ましい。即ち、台座４が外周部鉄心１を設置面９から所定の高さｄ₁で支持しており、所定の高さｄ₂を所定の高さｄ₁と同一とする（ｄ₂＝ｄ₁）ことが好ましい。このとき、コイル（３１、３２、３３）の巻軸線（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）が設置面９と水平となっていることが好ましい。これにより、複数の外周部鉄心部分（１１、１２、１３）の中心軸を設置面９と水平とすることができ、コア中央部に相当する３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）の落ち込みを防止し、外周部鉄心部分（１１、１２、１３）同士の接合面に隙間が形成されないため、鉄損を抑制することができる。

台座４及び支持構造５は、ステンレス、アルミニウム、真鍮等の非磁性材料やカーボン材料を用いて形成することができる。

図２に示すように、外周部鉄心１を台座４に載置し、外周部鉄心１にカバー６を配置して、これらをボルト（７１、７２、７３）で締結することにより外周部鉄心１を台座４に固定することができる。カバー６には開口部６１が設けられており、コイル（３１、３２、３３）とカバー６との接触を避けることができる。

台座４及びカバー６には、外周部鉄心部分（１１、１２、１３）に設けられた貫通孔（８１、８２、８３）に対応する位置に孔が設けられており、ボルト（７１、７２、７３）を貫通させることができる。

図６に実施例１の他の例に係る電磁機器である三相変圧器１０１ａの平面図を示す。支持構造５１は、３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）の他方の端部（２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ）近傍と設置面９との間に配置され、少なくとも３つの脚部鉄心（２１、２２、２３）の一部を設置面９から所定の高さの位置ｄ₂で支持する。上述のように、台座４が外周部鉄心１を設置面９から所定の高さｄ₁で支持しており、所定の高さｄ₂を所定の高さｄ₁と同一とする（ｄ₂＝ｄ₁）。このとき、コイル（３１、３２、３３）の巻軸線（図示せず）が設置面９と水平となっていることが好ましい。これにより、複数の外周部鉄心部分の中心軸を設置面９と水平とすることができ、コア中央部に相当する３つの脚部鉄心の落ち込みを防止し、外周部鉄心部分（１１、１２、１３）同士の接合面に隙間が形成されないため、鉄損を抑制することができる。図６においては、支持構造５１が三角柱状である例を示している。ただし、このような例には限られず、四角柱状等の多角柱状であってもよい。

次に、実施例１の変形例に係る電磁機器について説明する。図７に実施例１の変形例に係る電磁機器の斜視図を示す。図８に実施例１の変形例に係る電磁機器の組み立て工程を説明するための斜視図を示す。図９に図７の矢印の方向から見た実施例１の変形例に係る電磁機器の側面図を示す。

実施例１の変形例に係る電磁機器である三相変圧器１０１ｂにおいては、台座４０には底面部４３が設けられており、支持構造５２は底面部４３上に設けられている。支持構造５２は、少なくとも３つの脚部鉄心の一部を設置面９から所定の高さの位置ｄ₂で支持する。台座４０は外周部鉄心１を設置面９から所定の高さｄ₁で支持しており、所定の高さｄ₂を所定の高さｄ₁と同一とする（ｄ₂＝ｄ₁）。このとき、コイル（３１、３２、３３）の巻軸線（図示せず）が設置面９と水平となっていることが好ましい。これにより、複数の外周部鉄心部分の中心軸を設置面９と水平とすることができ、コア中央部に相当する３つの脚部鉄心の落ち込みを防止し、外周部鉄心部分（１１、１２、１３）同士の接合面に隙間が形成されないため、鉄損を抑制することができる。図８においては、支持構造５２が円柱状である例を示している。ただし、このような例には限られず、三角柱状や四角柱状等の多角柱状であってもよい。支持構造５２は台座４０と一体形成されていてもよい。このような構成とすることにより、支持構造と脚部鉄心の位置合わせを容易に行ことができる。

次に実施例２に係る電磁機器について説明する。図１０に実施例２に係る電磁機器の斜視図を示す。図１１に実施例２に係る電磁機器の平面図を示す。図１２に図１０の矢印の方向から見た実施例２に係る電磁機器の側面図を示す。実施例２に係る電磁機器である単相変圧器１０２が実施例１に係る電磁機器である三相変圧器１０１と異なっている点は、少なくとも３つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）の数は４以上の偶数である点である。実施例２に係る電磁機器のその他の構成は、実施例１に係る電磁機器における構成と同様であるので詳細な説明は省略する。

図１０〜１２に示した例では、外周部鉄心部分、脚部鉄心、コイルの数がそれぞれ４つの場合を示しているがこのような例には限られない。外周部鉄心１０は４つの外周部鉄心部分（１１１（図示せず）、１１２、１１３、１１４）から構成されている。

４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）は、外周部鉄心１０の内面側において周方向に間隔をおいて配列されている。

コイル（３０１、３０２、３０３、３０４）は、４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）のそれぞれに巻回されている。

４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）のそれぞれは、コイル（３０１、３０２、３０３、３０４）の巻軸線（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４）の方向における一方の端部が複数の外周部鉄心部分（１１１、１１２、１１３、１１４）に磁気的に結合されている。

さらに、巻軸線（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４）の方向における４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）の他方の端部（２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ）が、４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）のうちの他の脚部鉄心における他方の端部に磁気的に結合するように配置されている。

４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）は、同一のサイズ及び形状を有し、外周部鉄心１０の内側において、外周部鉄心１０の中心Ｑの周りの周方向において等間隔に配置されている。この場合、４つのコイル（３０１、３０２、３０３、３０４）の巻軸線（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４）は、隣接する２つの巻軸線（Ｌ１１とＬ１２、Ｌ１２とＬ１３、Ｌ１３とＬ１４、Ｌ１４とＬ１１）が９０°の角度をなすように中心Ｑで交わる。また、巻軸線（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４）に沿って伸びる４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）のそれぞれの中心Ｑ側の先端部は、中心Ｑに向かって収斂する形状となっており、先端部は約９０°の角度を形成している。

台座４００は、コイル（３０１、３０２、３０３、３０４）の一部を収容するための開口部（図示せず）を備えている。台座４００は、設置面９から所定の高さｄ₁の位置で外周部鉄心１を保持する。台座４００が外周部鉄心１を保持した状態でコイル（３０１、３０２、３０３、３０４）が設置面９に接触しないようにすることが好ましい。

図１０に示すように、外周部鉄心１０を台座４００に載置し、外周部鉄心１０にカバー６０を配置して、これらをボルト（７０１、７０２、７０３、７０４）で締結することにより外周部鉄心１０を台座４００に固定することができる。カバー６０には開口部が設けられており、コイル（３０１、３０２、３０３、３０４）とカバー６０との接触を避けることができる。

支持構造５３は、他方の端部（２０１ｂ、２０２ｂ、２０３ｂ、２０４ｂ）近傍と設置面９との間に配置され、４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）の一部を設置面９から所定の高さの位置ｄ₂で支持する。

図１１及び図１２に示した例では、支持構造５３の例として四角柱形状の支持構造を示した、しかしながら、このような例には限られず、円柱、三角柱、あるいは四角柱以外の多角柱形状であってもよい。

支持構造５３が４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）を設置面９から所定の高さｄ₂で支持し、台座４００が４つの外周部鉄心部分（１１１、１１２、１１３、１１４）を設置面９から所定の高さｄ₁で支持し、所定の高さｄ₂を所定の高さｄ₁と同一とする（ｄ₂＝ｄ₁）。このとき、コイル（３０１、３０２、３０３、３０４）の巻軸線（Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１３、Ｌ１４）が設置面９と水平となっていることが好ましい。これにより、４つの外周部鉄心部分（１１１、１１２、１１３、１１４）の中心軸を設置面９と水平とすることができ、コア中央部に相当する４つの脚部鉄心（２０１、２０２、２０３、２０４）の落ち込みを防止し、外周部鉄心部分（１１１、１１２、１１３、１１４）同士の接合面に隙間が形成されないため、鉄損を抑制することができる。

以上の説明において、電磁機器として変圧器を用いた例について説明したが、リアクトルにも適用可能である。

１ 外周部鉄心
２１、２２、２３ 脚部鉄心
３１、３２、３３ コイル
４ 台座
５ 支持構造

Claims (6)

1. 外周部鉄心と、
   前記外周部鉄心の内面側において周方向に間隔をおいて配列された少なくとも３つの脚部鉄心と、
   前記少なくとも３つの脚部鉄心のそれぞれに巻回されたコイルと、を具備し、
   前記少なくとも３つの脚部鉄心のそれぞれは、前記コイルの巻軸線の方向における一方の端部が前記外周部鉄心に片持ちで支持され、かつ、磁気的に結合されると共に、前記巻軸線の方向における他方の端部が、前記少なくとも３つの脚部鉄心のうちの他の脚部鉄心における前記他方の端部に磁気的に結合するように配置され、
   前記コイルの一部を収容するための開口部を備え、設置面から所定の高さの位置で前記外周部鉄心を保持する台座と、
   前記少なくとも３つの脚部鉄心の前記他方の端部に接して配置され、前記少なくとも３つの脚部鉄心を設置面から所定の高さで支持する支持構造と、を備え、
   前記台座は箱状の部材であり、前記コイルの一部を収容するための開口部が形成された上面部と該上面部に対して垂直に延びる二つの側面部とを含んでおり、
   さらに、前記台座の前記上面に対向して設けられた底面部が設けられており、
   前記支持構造は前記底面部に設けられている、電磁機器。
2. 前記台座が前記外周部鉄心を保持する設置面からの所定の高さと、前記支持構造が前記少なくとも３つの脚部鉄心を支持する設置面からの所定の高さは等しい、請求項１に記載の電磁機器。
3. 前記支持構造は前記台座と一体に形成されている、請求項１または２に記載の電磁機器。
4. 前記少なくとも３つの脚部鉄心の数は３の倍数である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁機器。
5. 前記少なくとも３つの脚部鉄心の数は４以上の偶数である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電磁機器。
6. 前記コイルは、１次コイル及び２次コイルの少なくとも一方を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電磁機器。

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