JP6426798B1

JP6426798B1 - 端子台を備えたリアクトル

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Publication number: JP6426798B1
Application number: JP2017139224A
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: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2018-11-21
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: JP2019021773A; DE102018116762A1; CN208538669U; CN109273222B; CN109273222A; US20190027299A1; US10438738B2

Abstract

【課題】最小限のスペースでサージ保護機能を提供する。【解決手段】リアクトルは、コア本体の一方の端部に締結されていて複数の端子７１ａ〜７３ａを備えた端子台を含む。端子台の内側においては、複数のサージ保護素子８１ａ〜８３ａ、８５ａ〜８７ａが複数の端子７１ａ〜７３ａに接続されている。コイルから延びる入力側延長部分５１ａ〜５３ａおよび出力側延長部分は端子台の複数の端子７１ａ〜７３ａのそれぞれに接続されており、複数のサージ保護素子８１ａ〜８３ａ、８５ａ〜８７ａのそれぞれは入力側延長部分および出力側延長部分に接続されている。【選択図】図３Ｃ

Description

本発明は、端子台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。また、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。

特開２０００−７７２４２号公報特開２００８−２１０９９８号公報

そのようなリアクトルはモータ駆動装置に接続される。そして、誘導雷などのサージからモータ駆動装置を保護するために、サージ保護機器がリアクトルと電源との間に配置される場合がある。しかしながら、サージ保護機器を設置するためのスペースが必要とされることに加え、その取付作業も煩雑であるという問題があった。

それゆえ、最小限のスペースでサージ保護機能を有する、端子台を備え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、外周部鉄心と、前記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に配置された少なくとも３つの鉄心と、該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、前記コア本体の一方の端部に締結されていて複数の端子を備えた端子台と、該端子台の内側において前記複数の端子に接続された複数のサージ保護素子と、を具備し、前記コイルから延びる入力側延長部分および出力側延長部分は前記端子台の前記複数の端子のそれぞれに接続されており、前記複数のサージ保護素子のそれぞれは前記入力側延長部分および出力側延長部分に接続されている、リアクトルが提供される。

１番目の態様においては、端子台の内側において複数のサージ保護素子が配置されているので、リアクトルは最小限のスペースでサージ保護機能を有することができる。

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。

第一の実施形態に基づくリアクトルの部分分解斜視図である。図１Ａに示されるリアクトルの斜視図である。図１に示されるリアクトルの断面図である。端子台の一方の半型部分の第一の斜視図である。端子台の一方の半型部分の第二の斜視図である。端子台の一方の半型部分の第三の斜視図である。半型部分の頂部の壁部の一部を示す拡大斜視図である。従来技術におけるリアクトルを含む回路図である。第一の実施形態に基づくリアクトルを含む回路図である。第二の実施形態におけるリアクトルの断面図である。

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と端子台６５とによって挟まれている。

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の突出高さよりもわずかながら長いものとする。

端子台６５は複数、例えば六つの端子７１ａ〜７３ｂを含んでいる。これら複数の端子７１ａ〜７３ｂのそれぞれは、コイル５１〜５３から延びる複数の延長部分（リード）５１ａ〜５３ｂに接続されている。また、端子台６５は半型部分６５ａ、６５ｂから構成されている。一方の半型部分６５ａの端子７１ａ〜７３ａには入力側延長部分５１ａ、５２ａ、５３ａがそれぞれ接続される。同様に、他方の半型部分６５ｂの端子７１ｂ〜７３ｂには出力側延長部分５１ｂ、５２ｂ、５３ｂがそれぞれ接続される。

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、外周部鉄心２０は、端子台６５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が形成されており、コア本体５が台座６０および端子台６５に取付けられる際に使用される。

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３Ａ〜図３Ｃは端子台の一方の半型部分の斜視図である。以下、一方の半型部分６５ａについて説明するが、他方の半型部分６５ｂについても同様の構成であるので、半型部分６５ｂの説明を省略する。

図３Ａおよび図１Ａに示されるように、三対の貫通孔９０ａが半型部分６５ａの頂部に形成されている。これら三対の貫通孔９０ａは、半型部分６５ａと半型部分６５ｂとの間の境界線に沿って一列に形成されている。さらに、他の三対の貫通孔９０ｂが端子７１ａ〜７３ａと三対の貫通孔９０ａとの間に同様に形成されている。

図３Ａには、三つの第一サージ保護素子８１ａ〜８３ａ、例えばバリスタが示されている。そして、三つの第一サージ保護素子８１ａ〜８３ａの脚部が三対の貫通孔９０ａにそれぞれ挿入されて、後述するように電気的に固定、例えば半田付けされる。

ここで、図４は半型部分の頂部の壁部の一部を示す拡大斜視図である。図４に示される矩形部材Ａは図３Ａに示される半型部分６５ａの頂部の壁部の一部分Ａである。矩形部材Ａは半型部分６５ａの内面を形成する内側壁部６６と、半型部分６５ａの外面を形成する外側壁部６７とを含む。内側壁部６６および外側壁部６７は非磁性材料、例えば樹脂材料から形成されている。これら内側壁部６６および外側壁部６７には前述した一対の貫通孔９０ａおよび一対の貫通孔９０ｂが形成されている。

ここで、外側壁部６７は、その一面に回路Ｃが形成された樹脂成形回路基板６７である。回路Ｃは導体からなる二つのショートバーＣ１、Ｃ２を含んでいる。これらショートバーＣ１、Ｃ２の一端は対応する端子７３ａに電気的に接続されているものとする。ショートバーＣ１、Ｃ２の他端は、対応する端子７３ａの領域において平行に延びて終端している。図４から分かるように、ショートバーＣ１、Ｃ２には一対の貫通孔９０ａおよび一対の貫通孔９０ｂのそれぞれが位置している。なお、内側壁部６６の一面にも、対応した形状のショートバーＣ１、Ｃ２が形成されていてもよく、そのようなショートバーＣ１、Ｃ２が形成されていなくてもよい。

図４に示されるように、第一サージ保護素子８３ａの二つの脚部は内側壁部６６および外側壁部６７の一対の貫通孔９０ａに挿入され、外側壁部６７の外面で電気的に固定、例えば半田付けされる。これにより、第一サージ保護素子８３ａが二つのショートバーＣ１、Ｃ２に跨がるようにしてショートバーＣ１、Ｃ２に電気的に接続される。他の第一サージ保護素子８１ａ、８２ａも同様にして、対応する端子７１ａ、７２ａの領域に在る他のショートバーＣ１、Ｃ２に電気的に接続される。

次いで、図３Ｂには、三つの第二サージ保護素子８５ａ〜８７ａ、例えばキャパシターやサージアブソーバが示されている。図３Ｂに示されるように、第二サージ保護素子８５ａ〜８７ａの脚部を三対の貫通孔９０ｂのそれぞれに挿入し、図４を参照して説明したのと同様に、第二サージ保護素子８５ａ〜８７ａはショートバーＣ１、Ｃ２に電気的に接続される。

なお、異なる種類の第一サージ保護素子８１ａ〜８３ａおよび第二サージ保護素子８５ａ〜８７ａを使用する理由は、多様な環境下において静電気放電抑制効果を高めるためである。しかしながら、いずれか一方のサージ保護素子のみを使用するようにしてもよい。次いで、半型部分６５ａを図３Ｃには示さないコア本体５に接近させて組付け、それにより、コイル５１〜５３の入力側延長部分５１ａ〜５３ａを半型部分６５ａの端子７１ａ〜７３ａに接続する。

図３Ａ〜図３Ｃより分かるように、第一サージ保護素子８１ａ〜８３ａおよび第二サージ保護素子８５ａ〜８７ａは半型部分６５ａの内壁に配置されることになる。図１Ａに示されるように、半型部分６５ａは水平部分と鉛直部分とを含んでおり、半型部分６５ａの鉛直方向断面は略Ｌ字形状である。第一サージ保護素子８１ａ〜８３ａおよび第二サージ保護素子８５ａ〜８７ａは水平部分と鉛直部分との間の領域近傍に配置されており、この領域は半型部分６５ａの内側に相当する。さらに、半型部分６５ａの外側壁部６７はショートバーＣ１、Ｃ２を備えた樹脂成形回路基板である。

ここで、図５は従来技術におけるリアクトルを含む回路図である。図５に示されるように従来技術においては、サージ保護機器はリアクトル６および端子台６５の外部に配置されている。言い換えれば、従来技術においては、サージ保護機器のための追加のスペースが必要であった。

これに対し、図６は第一の実施形態に基づくリアクトルを含む回路図である。前述したような構成であるので、第一サージ保護素子８１ａ〜８３ａおよび第二サージ保護素子８５ａ〜８７ａはリアクトル６の端子台６５内に配置されることになる。従って、第一の実施形態においては、最小限のスペースで第一サージ保護素子８１ａ〜８３ａおよび第二サージ保護素子８５ａ〜８７ａを端子台６５に取付けることができる。

さらに、図７は第二の実施形態におけるリアクトルの断面図である。図７に示されるリアクトル６のコア本体５は、複数の外周部鉄心部分２４〜２７より構成される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。

このようなリアクトル６に対しては、八つの端子７１ａ〜７４ｂを備えた前述したのと同様な端子台（図示しない）が準備される。そして、コイル５１〜５４の入力側延長部分５１ａ〜５４ａおよび出力側延長部分５１ｂ〜５４ｂが第一サージ保護素子８１ａ〜８４ａおよび第二サージ保護素子８５ａ〜８８ａを介して八つの端子７１ａ〜７４ｂに前述したのと同様に接続される。従って、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。

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、前記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に配置された少なくとも３つの鉄心（４１〜４４）と、該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、前記コア本体の一方の端部に締結されていて複数の端子（７１ａ〜７４ｂ）を備えた端子台（６５）と、該端子台の内側において前記複数の端子に接続された複数のサージ保護素子（８１ａ〜８４ａ、８５ａ〜８８ａ）と、を具備し、前記コイルから延びる入力側延長部分（５１ａ〜５４ａ）および出力側延長部分（５１ｂ〜５４ｂ）は前記端子台の前記複数の端子のそれぞれに接続されており、前記複数のサージ保護素子のそれぞれは前記入力側延長部分および出力側延長部分に接続されている、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、前記複数のサージ保護素子のそれぞれは、キャパシタ、バリスタおよびサージアブソーバのうちの少なくとも一方を含む。
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、前記複数のサージ保護素子のそれぞれは、前記端子台の壁部の一部をなす樹脂成形回路基板（６７）を介して前記複数の端子に接続されている。
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、端子台の内側において複数のサージ保護素子が配置されているので、リアクトルは最小限のスペースでサージ保護機能を有することができる。
２番目の態様においては、多様な環境下において静電気放電抑制効果を高められる。
３番目の態様においては、樹脂成形回路基板を用いているので、サージ保護素子の設置に必要とされるスペースをさらに小さくできる。
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。

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入力側延長部分
５１ｂ〜５４ｂ出力側延長部分
６０台座
６１突出部
６５端子台
６５ａ、６５ｂ半型部分
６６内側壁部
６７外側壁部（樹脂成形回路基板）
７１ａ〜７４ｂ端子
８１ａ〜８４ａ第一サージ保護素子
８５ａ〜８８ａ第二サージ保護素子
９０ａ貫通孔
９０ｂ貫通孔
１０１〜１０４ギャップ

Claims

コア本体を具備し、
該コア本体は、外周部鉄心と、前記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に配置された少なくとも３つの鉄心と、該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、
前記コア本体の一方の端部に締結されていて複数の端子を備えた端子台と、
該端子台の内側において前記複数の端子に接続された複数のサージ保護素子と、を具備し、
前記コイルから延びる入力側延長部分および出力側延長部分は前記端子台の前記複数の端子のそれぞれに接続されており、
前記複数のサージ保護素子のそれぞれは前記入力側延長部分および出力側延長部分に接続されている、リアクトル。
前記複数のサージ保護素子のそれぞれは、キャパシタ、バリスタおよびサージアブソーバのうちの少なくとも一方を含む請求項１に記載のリアクトル。
前記複数のサージ保護素子のそれぞれは、前記端子台の壁部の一部をなす樹脂成形回路基板を介して前記複数の端子に接続されている請求項１または２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から３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から３のいずれか一項に記載のリアクトル。