JP6560718B2 - 端板および台座を備えたリアクトル - Google Patents

Description

本発明は、端板および台座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

鉄心のそれぞれは複数の磁性板、例えば鉄板、炭素鋼板、電磁鋼板を積層することにより形成されている。そして、複数の鉄心を並べてコア本体を形成している。しかしながら、磁性板の厚みが均一ではない場合もあり、そのような場合には鉄心の高さにバラツキが生じる。そのような状態でコア本体を台座と端板との間に配置してリアクトルを形成すると、コア本体と台座との間および／またはコア本体と端板との間に隙間が生じる。そして、リアクトルの通電時には、そのような隙間が存在するために磁性板が磁歪して騒音および振動を引き起こすという問題がある。

それゆえ、鉄心の高さのバラツキを吸収して騒音および振動を抑え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、複数の磁性板を積層して構成される少なくとも三つの鉄心を含むコア本体を具備し、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、前記コア本体を挟むように該コア本体に締結する端板および台座と、前記端板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て、前記コア本体の軸方向における前記少なくとも三つの鉄心の高さのバラツキを吸収するバラツキ吸収部材とを具備する、リアクトルが提供される。

１番目の態様においては、バラツキ吸収部材が配置されるので、鉄心の高さのバラツキが吸収される。このため、端板とコア本体との間およびコア本体と台座との間の隙間がなくなり、通電時に磁歪による生じる騒音および振動を抑えられる。

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。 第一の実施形態に基づくリアクトルに含まれるコア本体の断面図である。 一般的な鉄心の斜視図である。 リアクトルの軸方向断面図である。 図１Ｂに示されるリアクトルの軸方向断面図である。 第二の実施形態に基づくリアクトルに含まれるコア本体の断面図である。 他のリアクトルの軸方向断面図である。

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に示されるリアクトル６は、コア本体５と、コア本体５を軸方向に挟んで締結する環状の端板８１および台座６０を主に含んでいる。端板８１および台座６０はコア本体５の後述する外周部鉄心２０の縁部全体にわたって外周部鉄心２０に接触している。

端板８１および台座６０は非磁性材料、例えばアルミニウム、ＳＵＳ、樹脂などから形成されるのが好ましい。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。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の突出高さよりもわずかながら長いものとする。

図２は第一の実施形態に基づくリアクトルに含まれるコア本体の断面図である。図２に示されるように、コア本体５は、外周部鉄心２０と、外周部鉄心２０に磁気的に互いに連結する三つの鉄心コイル３１〜３３とを含んでいる。図２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、端板８１および台座６０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。

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。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。

なお、図２においては、外周部鉄心２０は周方向に等間隔に分割された複数、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。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。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。

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、本発明では、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、本発明のコア本体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、本発明においては、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１Ａを参照すると、コイル５１〜５３のそれぞれからリード５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂが延びている。リード５１ａ〜５３ａは入力側、リード５１ｂ〜５３ｂは出力側である。そして、リード５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂは個別に湾曲され、それにより、リード５１ａ〜５３ａおよびリード５１ｂ〜５３ｂの先端はそれぞれ一列に整列されている。

また、図１Ａに示されるように、バラツキ吸収部材９０は端板８１とコア本体５との間に配置されている。バラツキ吸収部材９０はコア本体５の軸方向における鉄心４１〜４３の高さのバラツキを吸収する。言い換えれば、端板８１は、バラツキ吸収部材９０を介してコア本体５の一端に取付けられている。バラツキ吸収部材９０は、軸方向厚さを除いて端板８１と概ね同様の寸法を有している。また、バラツキ吸収部材９０には、貫通孔９１ａ〜９１ｃが周方向に等間隔に形成されている。バラツキ吸収部材９０の厚みは、端板８１の厚みよりも小さいのが好ましい。

バラツキ吸収部材９０は、可撓性部材、例えばアルミニウム、ＳＵＳ、銅、ゴム、樹脂などから形成されるものとする。さらに、バラツキ吸収部材９０は可撓性材料で且つ非磁性材料から形成されるのが好ましい。また、バラツキ吸収部材９０は端板８１よりも変形しやすい材料から形成されているものとする。このため、磁場がバラツキ吸収部材９０を通過するのを避けられる。

端板８１およびバラツキ吸収部材９０は開口部を備えた環状である。図１Ａに示されるように、コイル５１〜５３の一部分はコア本体５の端面から軸方向に突出している。端板８１およびバラツキ吸収部材９０をコア本体５に取付けると、図１Ｂに示されるように、コイル５１〜５３の突出部分はバラツキ吸収部材９０および端板８１の開口部内に位置するようになる。そして、コイル５１〜５３の突出部分の上端は端板８１の上面よりも下方に位置し、リード５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂは端板８１の上面よりも上方に突出するようになる。

図３は一般的な鉄心の斜視図であり、図４は従来技術におけるリアクトルの軸方向断面図である。外周部鉄心部分２４〜２６に一体的な鉄心４１〜４４のそれぞれは、共通の寸法を有する所定数の磁性板４０、例えば鉄板、炭素鋼板、電磁鋼板を積層することにより形成されている。しかしながら、厳密には複数の磁性板４０の厚みが均一でない場合もある。磁性板４０の所定数は比較的大きく、数十以上であるので、所定数の磁性板４０を積層すると、鉄心４１〜４３の軸方向高さにバラツキが生じる場合がある。この点は本開示においても同様である。

図４においては、鉄心４１の高さは、隣接する鉄心４２の高さよりも小さい。その結果、鉄心４１の領域においては端板８１と最上方の磁性板４０との間に隙間Ｃが形成されているものの、鉄心４２の領域においてはそのような隙間Ｃは形成されていない。そのような隙間Ｃが存在するためにリアクトル６の通電時には、磁性板４０が磁歪して騒音および振動を引き起こすという問題がある。

さらに、図５は図１Ｂに示されるリアクトルの軸方向断面図である。図５に示されるように、第一の実施形態においては、可撓性のバラツキ吸収部材９０が端板８１と最上方の磁性板４０との間に配置されている。バラツキ吸収部材９０が端板８１と最上方の磁性板４０とによって挟まれると、バラツキ吸収部材９０が変形して隙間Ｃを充填するようになる。これにより、鉄心４１〜４３の高さのバラツキが吸収される。このため、リアクトル６の通電時であっても、磁性板４０が磁歪して騒音および振動を引き起こすことも避けられる。

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、バラツキ吸収部材９０の貫通孔９１ａ〜９１ｃ、端板８１の貫通孔８１ａ〜８１ｃに通す。そして、台座６０、コア本体５、バラツキ吸収部材９０および端板８１を互いに螺合するのが好ましい。これにより、複数の軸部により端板８１および台座６０が互いに引きつけられるので、バラツキ吸収部材９０がさらに変形するようになる。その結果、鉄心４１〜４３の高さのバラツキをより吸収できるのが分かるであろう。

図６は第二の実施形態に基づくリアクトルに含まれるコア本体の断面図である。図６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２４〜２７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６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。

第二の実施形態においても、外周部鉄心部分２４〜２７のそれぞれに一体的な鉄心４１〜４４のそれぞれは共通の所定数の磁性板４０、例えば鉄板、炭素鋼板、電磁鋼板を積層することにより形成されている。このため、鉄心４１〜４４の間で高さのバラツキがある場合がある。そのような場合には、バラツキ吸収部材９０を同様に端板８１とコア本体５との間に配置することにより、前述したのと同様な効果が得られる。

さらに、第一および第二の実施形態において、同様に形成された追加のバラツキ吸収部材９０をコア本体５と台座６０との間に同様に配置してもよい。あるいは、図７に示されるように、コア本体５と台座６０との間、および端板８１とコア本体５との間の両方にバラツキ吸収部材９０を配置してもよい。さらに、外周部鉄心２０が複数の外周部鉄心部分２４〜２６（２７）から構成されていないと共に、鉄心４１〜４３（４４）が外周部鉄心２０の内面に接する構成であってもよい。そのような場合であっても、本開示の範囲に含まれる。

本開示の態様
１番目の態様によれば、複数の磁性板（４０）を積層して構成される少なくとも三つの鉄心（４１〜４４）を含むコア本体（５）を具備し、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、前記コア本体を挟むように該コア本体に締結する端板（８１）および台座（６０）と、前記端板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て、前記コア本体の軸方向における前記少なくとも三つの鉄心の高さのバラツキを吸収するバラツキ吸収部材（９０）とを具備する、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）を含んでおり、前記少なくとも三つの鉄心は前記複数の外周部鉄心部分に結合されており、前記少なくとも三つの鉄心にコイル（５１〜５４）が巻回されている。
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、前記バラツキ吸収部材は、可撓性材料から形成される。
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、前記コア本体の外縁部近傍に配置されていて前記端板および前記台座に支持される複数の軸部（９９ａ〜９９ｃ）を具備する。
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、前記少なくとも三つの鉄心の数は３の倍数である。
６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、バラツキ吸収部材が配置されるので、鉄心の高さのバラツキが吸収される。このため、端板とコア本体との間およびコア本体と台座との間の隙間がなくなり、通電時に磁歪による生じる騒音および振動を抑えられる。
２番目の態様においては、コイルが外周部鉄心により取囲まれているので、磁束漏れが生じるのを避けられる。
３番目の態様においては、鉄心の高さのバラツキを適切に吸収できる。可撓性材料は、アルミニウム、銅、ゴムまたは樹脂材料である。
４番目の態様においては、複数の軸部により端板および台座が互いに引きつけられるので、鉄心の高さのバラツキをより吸収できる。
５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。
６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
２９ａ〜２９ｃ 貫通孔
３１〜３３ 鉄心コイル
４０ 磁性板
４１〜４４ 鉄心
５１〜５４ コイル
５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂ リード
６０ 台座
６０ａ〜６０ｃ 貫通孔
８１ 端板
８１ａ〜８１ｃ 貫通孔
９０ バラツキ吸収部材
９１ａ〜９１ｃ 貫通孔
９９ａ〜９９ｃ ネジ（軸部）
１０１〜１０４ ギャップ

Claims (12)

1. 複数の磁性板を積層して構成される少なくとも三つの鉄心を含むコア本体を具備し、
   前記コア本体は、複数の外周部鉄心部分から構成された外周部鉄心を含んでおり、
   前記少なくとも三つの鉄心は前記複数の外周部鉄心部分に結合されており、
   前記少なくとも三つの鉄心にコイルが巻回されており、
   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、
   さらに、
   前記コア本体を挟むように該コア本体に締結する端板および台座と、
   前記端板とコア本体の少なくとも三つの鉄心との間および前記コア本体の少なくとも三つの鉄心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て、前記コア本体の軸方向における前記少なくとも三つの鉄心の高さのバラツキを吸収するバラツキ吸収部材とを具備する、リアクトル。
2. 前記バラツキ吸収部材は、可撓性材料から形成される請求項１に記載のリアクトル。
3. さらに、前記コア本体の外縁部近傍に配置されていて前記端板および前記台座に支持される複数の軸部を具備する請求項１または２に記載のリアクトル。
4. 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。
5. 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。
6. 複数の磁性板を積層して構成される少なくとも三つの鉄心を含むコア本体を具備し、
   前記コア本体は、複数の外周部鉄心部分から構成された外周部鉄心を含んでおり、
   前記少なくとも三つの鉄心は前記複数の外周部鉄心部分に結合されており、
   前記少なくとも三つの鉄心にコイルが巻回されており、
   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、
   さらに、
   前記コア本体を挟むように該コア本体に締結する端板および台座と、
   前記端板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て、前記コア本体の軸方向における前記少なくとも三つの鉄心の高さのバラツキを吸収するバラツキ吸収部材とを具備し、
   前記少なくとも三つの鉄心の数は３の倍数である、リアクトル。
7. 前記バラツキ吸収部材は、可撓性材料から形成される請求項６に記載のリアクトル。
8. さらに、前記コア本体の外縁部近傍に配置されていて前記端板および前記台座に支持される複数の軸部を具備する請求項６または７に記載のリアクトル。
9. 複数の磁性板を積層して構成される少なくとも三つの鉄心を含むコア本体を具備し、
   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、
   前記コア本体を挟むように該コア本体に締結する端板および台座と、
   前記端板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て、前記コア本体の軸方向における前記少なくとも三つの鉄心の高さのバラツキを吸収するバラツキ吸収部材とを具備し、
   前記少なくとも三つの鉄心の数は４以上の偶数である、リアクトル。
10. 前記コア本体は、複数の外周部鉄心部分から構成された外周部鉄心を含んでおり、
    前記少なくとも三つの鉄心は前記複数の外周部鉄心部分に結合されており、
    前記少なくとも三つの鉄心にコイルが巻回されている、請求項９に記載のリアクトル。
11. 前記バラツキ吸収部材は、可撓性材料から形成される請求項９または１０に記載のリアクトル。
12. さらに、前記コア本体の外縁部近傍に配置されていて前記端板および前記台座に支持される複数の軸部を具備する請求項９から１１のいずれか一項に記載のリアクトル。

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