(57)【要約】【課題】３相磁気結合リアクトルにおいて、磁路長を同じにしつつ、空間利用効率をさらに向上させることである。【解決手段】３相磁気結合リアクトル１０は、６面体コア２０と、その中に収納される本体部３０とを含んで構成される。６面体コア２０は、両端に開口部を有する貫通四角穴を含む４面筒部コア２２と、４面筒部コア２２の両端の開口部を磁気的に閉じる２つの蓋部コア２６，２８を含んで構成される。貫通四角穴と、２つの蓋部コア２６，２８によって囲まれる立方体の空間が、収納空間２４である。本体部３０は、３軸コア４０と、３軸コア４０に巻回される各相コイル５０と、共通ギャップ体６０を含んで構成される。３軸コア４０は、３つの軸体を相互に直交する３軸に沿うように配置して一体化したもので、共通の中心部から、６方向にそれぞれ突出する突出部を有する。【選択図】図１
2011204946.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に直交する３軸に沿い、中心部から６方向にそれぞれ突出する突出部を有する３軸コアと、
３軸コアの各軸にそれぞれ巻回される３つの各相コイルと、
各相コイルがそれぞれ巻回された３軸コアを内部に収納可能な収納空間を有し、３軸コアの６つの突出部に対向する６つの内壁面を有する６面体コアと、
を備えることを特徴とする３相磁気結合リアクトル。
【請求項２】
請求項１に記載の３相磁気結合リアクトルにおいて、
６面体コアは、
両端に開口部を有する貫通四角穴を含む４面筒部コアと、
４面筒部の両端の開口部を磁気的に閉じる２つの蓋部コアと、
を含むことを特徴とする３相磁気結合リアクトル。
【請求項３】
請求項１に記載の３相磁気結合リアクトルにおいて、
６面体コアの６つの内壁面のそれぞれと、３軸コアの６つの突出部の先端面のそれぞれとの間に配置される６つの共通ギャップ体を備えることを特徴とする３相磁気結合リアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３相磁気結合リアクトルに係り、特に、３相リアクトルを相互に磁気結合させて構成される３相磁気結合リアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、３相変圧器に使用される積層鉄心は、コイルの配置等の関係から同列に配置されることが一般的で、そのために巻装される３相コイルに対して対称な配置構成となっていない。このことから、各相のインダクタンスが同一にならない。そこで、各相のインダクタンス、磁路長を揃える構成が種々提案されている。
【０００３】
特許文献１には、鉄損を低減できる３相変圧器として、環状の３個の単位鉄心を同一の軸を中心として対称に配置するとともに、互いに他の２つの鉄心と外周の一部が接するようにし、３個の環状鉄心のうちの２個の鉄心ごとにそれぞれ１つの相の巻線を行い、合計で３相巻線とする構成が述べられている。
【０００４】
特許文献２には、３相コイルとして、柱状の３つの脚部を一直線状に配置するのでなく、正３角形の頂点上に来るように立設し、その３つの脚部のそれぞれに各相コイルを巻線することで、３つの脚部の磁路の長さを等しくする構成が述べられている。
【０００５】
特許文献３には、３相電磁機器として、６つの直線磁心の一端を集合させて平面的に星型の配置とし、その他端を環状の連結磁心で連結して窓部を形成し、３方向に延びる直線磁心のそれぞれに３相の主巻線を巻回し、連結磁心に制御巻線を巻回する構成が述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３３３０５７号公報
【特許文献２】特開２０００−１５０２６９号公報
【特許文献３】特開２００８−１７７５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術において、３相のリアクトルを共通の鉄心を用いて磁気結合させて用いるとき、そのインダクタンス、磁路長を同じにする工夫が様々になされている。ところで、特許文献１の構成では、環状の鉄心を３つ準備する必要があり、また無駄な空間が生じ、体積効率あるいは空間利用効率がよくない。特許文献２の構成でも無駄な空間が生じ、空間利用効率がよくない。特許文献３の構成は平面的配置をとる場合には効果的と考えられるが、平面積が大きくなる欠点がある。このように、磁気結合リアクトルの空間利用効率向上にはまだ工夫の余地がある。
【０００８】
本発明の目的は、磁路長を同じにしつつ、空間利用効率をさらに向上することを可能にする３相磁気結合リアクトルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る３相磁気結合リアクトルは、相互に直交する３軸に沿い、中心部から６方向にそれぞれ突出する突出部を有する３軸コアと、３軸コアの各軸にそれぞれ巻回される３つの各相コイルと、各相コイルがそれぞれ巻回された３軸コアを内部に収納可能な収納空間を有し、３軸コアの６つの突出部に対向する６つの内壁面を有する６面体コアと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る３相磁気結合リアクトルにおいて、６面体コアは、両端に開口部を有する貫通四角穴を含む４面筒部コアと、４面筒部の両端の開口部を磁気的に閉じる２つの蓋部コアと、を含むことが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る３相磁気結合リアクトルにおいて、６面体コアの６つの内壁面のそれぞれと、３軸コアの６つの突出部の先端面のそれぞれとの間に配置される６つの共通ギャップ体を備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により、３相磁気結合リアクトルは、相互に直交する３軸に沿って中心部から６方向にそれぞれ突出する突出部を有する３軸コアの各軸にそれぞれ各相コイルが巻回される。そして、各相コイルがそれぞれ巻回された３軸コアが、６面体コアの収納空間に収納されて、各突出部が６面体コアの６つの内壁面に対向するように配置される。このような構成によれば、３軸コアの各軸の長さを同じにすることで各相リアクトルの磁路長を同じにでき、また３次元空間を有効に利用できるので、空間利用効率を向上させることができる。
【００１３】
また、３相磁気結合リアクトルにおいて、６面体コアは、両端に開口部を有する貫通四角穴を含む４面筒部コアと、４面筒部の両端の開口部を磁気的に閉じる２つの蓋部コアとを含む構成であるので、３軸コアを収納する作業が容易である。
【００１４】
また、３相磁気結合リアクトルにおいて、６面体コアの６つの内壁面のそれぞれと、３軸コアの６つの突出部の先端面のそれぞれとの間に６つの共通ギャップ体が配置されるので、各相リアクトルのギャップを含む磁気抵抗を同じとすることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施の形態の３相磁気結合リアクトルの構成を説明する斜視図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の３相磁気結合リアクトルの構成を説明する３面図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の３相磁気結合リアクトルの６面体コアの構成を説明する分解図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の３相磁気結合リアクトルにおける本体部の構成を説明する分解図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の３相磁気結合リアクトルにおける磁気結合の様子を説明する図である。
【図６】従来技術の３相磁気結合リアクトルにおける磁気結合の様子を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下で説明する形状、寸法、材質等は、説明のための例示であり、３相磁気結合リアクトルの仕様に応じ、適宜変更が可能である。
【００１７】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００１８】
図１は、３相磁気結合リアクトル１０の構成を示す斜視図である。図２は、３相磁気結合リアクトル１０の構成を示す３面図である。これらの図において、直交する３軸の方向として、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向を示した。３相磁気結合リアクトル１０は、６面体コア２０と、その中に収納される本体部３０とを含んで構成される。
【００１９】
この３相磁気結合リアクトル１０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の３つのリアクトル３２，３４，３６が、３軸コア４０と６面体コア２０を共通のコアとして用い、３軸コア４０にそれぞれ各相コイル５０を巻回し、共通ギャップ体６０を介して３軸コア４０と６面体コア２０とを磁気的に一体化し、３相の間に磁気結合を形成する構造を有する。
【００２０】
６面体コア２０は、磁性材料で構成され、立方体の外形形状を有し、その内部に各相コイル５０がそれぞれ巻回された３軸コア４０を収納可能な収納空間２４を有する箱状のコアである。図３は、６面体コア２０の分解図である。
【００２１】
図３に示されるように、６面体コア２０は、両端に開口部を有する貫通四角穴を含む４面筒部コア２２と、４面筒部コア２２の両端の開口部を磁気的に閉じる２つの蓋部コア２６，２８を含んで構成される。貫通四角穴と、２つの蓋部コア２６，２８によって囲まれる立方体の空間が、収納空間２４である。
【００２２】
６面体コア２０の外形は立方体であるので、その各辺の長さは同じである。例えば、立方体の各辺の長さをＬとすると、２つの蓋部コア２６，２８のＸＹ平面に平行な天井面あるいは底面の各辺の長さはそれぞれＬである。２つの蓋部コア２６，２８のＺ方向に沿った厚さをＨとすると、４面筒部コア２２の外形のＸ方向に沿った長さと、Ｙ方向に沿った長さは、ともにＬであるが、Ｚ方向に沿った高さは、（Ｌ−２Ｈ）である。そして、収納空間２４を取り囲む４方壁の厚さはそれぞれＨとされる。したがって、収納空間２４は、Ｘ方向の寸法もＹ方向の寸法もＺ方向の寸法も、同じ（Ｌ−２Ｈ）である。つまり、収納空間２４は、各辺が（Ｌ−２Ｈ）の寸法を有する立方体の空間である。換言すれば、収納空間２４は、各辺が（Ｌ−２Ｈ）の寸法を有する正方形の６つの内壁部で囲まれた空間である。
【００２３】
かかる４面筒部コア２２は、四角枠形状に成形された電磁鋼板を複数枚積層したものを用いることができる。また、２つの蓋部コア２６，２８は、正方形形状に成形された電磁鋼板を複数枚積層したものを用いることができる。
【００２４】
本体部３０は、３軸コア４０と、３軸コア４０に巻回される各相コイル５０と、３軸コア４０と６面体コア２０との間に配置される共通ギャップ体６０を含んで構成される。図４は、本体部３０の分解図である。
【００２５】
３軸コア４０は、３つの軸体を相互に直交する３軸に沿うように配置して一体化したものである。図４では、３つの軸体として円柱軸が用いられ、この３つの円柱軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に沿って配置して一体化した３軸コア４０が示されている。したがって、この３軸コア４０は、共通の中心部から、６方向にそれぞれ突出する突出部４２，４３，４４，４５，４６，４７を有する。
【００２６】
図４に示されるように、突出部４２，４３は、Ｘ軸に沿って配置され、突出部４４，４５は、Ｙ軸に沿って配置され、突出部４６，４７は、Ｚ軸に沿って配置される。中央部を挟んで両側の突出部４２，４３の先端面の間のＸ方向に沿った長さと、中央部を挟んで両側の突出部４４，４５の先端面の間のＹ方向に沿った長さと、中央部を挟んで両側の突出部４６，４７の先端面の間のＺ方向に沿った長さは、いずれも同じとされる。この長さ寸法は、６面体コア２０の収納空間２４の向かい合う内壁部の間の間隔である（Ｌ−２Ｈ）よりも短く設定される。
【００２７】
このように６面体コア２０の収納空間２４の寸法と、３軸コア４０の寸法とを設定することで、３軸コア４０は、６面体コア２０の収納空間２４の中に収納されることができる。このとき、６面体コア２０の収納空間２４の６つの内壁面は、６つの突出部４２，４３，４４，４５，４６，４７と、一定の隙間を開けて、対向することになる。この一定の隙間は、共通ギャップ体６０の厚さに相当するものである。
【００２８】
ここでは、３軸コア４０の３つの軸体を円柱軸として説明したが、円柱以外の軸であってもよい。例えば、矩形軸、多角形軸、楕円軸等であってもよい。どのような軸形状を用いるとしても、６つの突出部４２，４３，４４，４５，４６，４７の軸方向に垂直な断面形状は、いずれも同一形状である。
【００２９】
かかる３軸コア４０は、円板状に成形した電磁鋼板を積層して、上記で説明した外形形状としたものを用いることができるが、この他に磁性体粉末を原材料として、粉末成形技術を用いて、上記で説明した外形形状に一体化成形したものを用いてもよい。あるいは、磁性材料を切削加工によって上記で説明した外形形状としたものを用いることもできる。
【００３０】
各相コイル５０は、３軸コア４０の各軸にそれぞれ巻回される３つの各相コイルである。この３つの各相コイルを区別して、Ｕ相コイル５２、Ｖ相コイル５４、Ｗ相コイル５６と呼ぶことにすると、図４の例では、Ｘ軸方向に沿った突出部４２，４３に巻回されるコイルがＵ相コイル５２、Ｙ軸方向に沿った突出部４４，４５に巻回されるコイルがＶ相コイル５４、Ｚ軸方向に沿った突出部４６，４７に巻回されるコイルがＷ相コイル５６である。
【００３１】
共通ギャップ体６０は、６方向にそれぞれ突出する突出部４２，４３，４４，４５，４６，４７の先端面に配置される非磁性体の板材である。図４では、突出部４２，４３，４４，４５，４６，４７にそれぞれ対応して、共通ギャップ体６２，６３，６４，６５，６６，６７が示されている。ここでは、各突出部の軸方向に垂直な断面が円形であるので、共通ギャップ体６０は、円板形状を有する。円板の直径は、各突出部の軸方向断面の直径と同じとされる。
【００３２】
上記のように、３軸コア４０を６面体コア２０の収納空間２４に収納すると、６面体コア２０の６つの内壁面は、６つの突出部４２，４３，４４，４５，４６，４７と、一定の隙間を開けて、対向する。共通ギャップ体６０の厚さは、この一定の隙間寸法に対応するように設定される。これによって、３軸コア４０は、共通ギャップ体６０を挟んで、６面体コア２０の収納空間２４の内壁面にしっかりと接触することができる。そのために、３軸コア４０の６つの突出部４２，４３，４４，４５，４６，４７の先端面は、平坦面に仕上げられ、共通ギャップ体６０の両側の円板面も平坦面に仕上げられる。
【００３３】
上記構成の３相磁気結合リアクトル１０の製造手順の１例を以下に説明する。最初に、所定の形状に打ち抜き成形された電磁鋼板を積層して、４面筒部コア２２と、２つの蓋部コア２６，２８を製作する。４面筒部コア２２と、底面側の蓋部コア２８とは、適当な結合手段で一体化する。結合手段としては、ネジ止め等の機械的結合でもよく、接着材をもちいてもよい。絶縁材料の接着材を用いるときは、この接着材層がギャップ層として働くことになるので、適当な磁性粉を混合した接着材を用いてもよい。
【００３４】
次に、粉末成形技術によって３軸コア４０を製作する。そして、３軸コア４０について各相コイル５０を巻回する。具体的には、Ｕ相コイル５２を突出部４２，４３に巻回し、Ｖ相コイル５４を突出部４４，４５に巻回し、Ｗ相コイル５６を突出部４６，４７に巻回する。
【００３５】
そして、３軸コア４０の６つの突出部４２，４３，４４，４５，４６，４７のそれぞれの先端面に、対応する共通ギャップ体６２，６３，６４，６５，６６，６７    を適当な接着材で取り付け固定する。適当な接着材としては、４面筒部コア２２と、底面側の蓋部コア２８との結合に用いたものと同じものを用いることができる。
【００３６】
そして、底面側の蓋部コア２８と一体化された４面筒部コア２２の開口部に、各相コイル５０が巻回され、各突出部の先端面にそれぞれ共通ギャップ体６０が取り付けられた３軸コア４０を挿入して配置する。そして、天井面側に対応する蓋部コア２６をかぶせる。その際に、各共通ギャップ体６０は、収納空間２４の６つの内壁面にそれぞれ対向するように配置されるので、適当な接着材を用いて、各共通ギャップ体６０の先端側の表面と、収納空間の内壁面との間を固定する。適当な接着材としては、４面筒部コア２２と、底面側の蓋部コア２８との結合に用いたものと同じものを用いることができる。このようにして、３相磁気結合リアクトル１０を組み立て、製造することができる。
【００３７】
上記構成の作用について、図５、図６を用いて、従来技術と比較しながら説明する。この３相磁気結合リアクトル１０は、直交する３軸方向の寸法関係が同じである立方体の外形を有し、その内部にやはり直交する３軸方向の寸法関係が同じである立方体の収納空間を有し、その収納関係に、直交する３軸方向の寸法関係が同じである３軸コアが配置される。したがって、その３軸コアの直交する３軸にそれぞれ同じ巻数の各相コイルを巻回すれば、各相間の磁気結合を容易に同じとできる。
【００３８】
図５は、３相磁気結合リアクトル１０の中心点を通る断面を用いて、各相間の磁気結合の様子を説明する図である。ＸＹ平面に平行な断面には、Ｘ軸に平行に配置されるＵ相コイル５２の磁場と、Ｙ軸に平行に配置されるＶ相コイル５４の磁場との間に磁気結合７２，７３が生じる。この磁気結合７２，７４によって、Ｕ相とＶ相との間の相互インダクタンスが形成されるので、リアクトルとしては、これらの磁気結合が生じない場合に比べ、高いインダクタンスが実現できる。
【００３９】
また、同様に、ＸＺ平面に平行な断面には、Ｘ軸に平行に配置されるＵ相コイル５２の磁場と、Ｚ軸に平行に配置されるＷ相コイル５６の磁場との間に磁気結合７４，７５が生じる。これによって、Ｕ相とＷ相との間の相互インダクタンスが形成される。また、ＹＺ平面に平行な断面には、Ｙ軸に平行に配置されるＶ相コイル５４の磁場と、Ｚ軸に平行に配置されるＷ相コイル５６の磁場との間に磁気結合７６，７７が生じる。これによって、Ｕ相とＷ相との間の相互インダクタンスが形成される。これらによって、リアクトルとしては、さらに高いインダクタンスが実現できる。
【００４０】
このようにして形成される相互インダクタンスを利用することで、リアクトルとして高いインダクタンスを実現できるので、リアクトルのさらなる小型化を図ることができる。また、上記寸法設定関係から、これらの磁気結合７２，７３，７４，７５，７６，７７は、全く同じ作用を有する。つまり、各相間の磁気結合の間に、大きさの相違、偏り、歪み、不均等等が生じない。このように、各相間の磁路長が同じとなり、各相間のインダクタンスが同じとなる。そして、図１から理解できるように、立方体の体積の中に、３相リアクトルがきちんと収納され、無駄な空間がなく、空間利用効率が高い。このように、３相磁気結合リアクトル１０は、磁路長を同じにしつつ、従来技術の構成に比較して、空間利用効率をさらに向上することができる。
【００４１】
図６は、従来技術の３相磁気結合リアクトル８０の例を示すもので、ここでは、平面的に各相用の鉄心が直線状に配置されている。ここでは、鉄心として、５つの脚部を有する上側鉄心８２と下側鉄心８３がギャップ体８４を挟んで結合され手４つの窓部を形成するものが示されている。そして、Ｕ相コイル９２、Ｖ相コイル９４、Ｗ相コイル９６が、５つの脚部について１つおきの脚部に巻回されている。
【００４２】
このような構成において、Ｕ相コイル９２の磁場１０２とＶ相コイル９４の磁場１０４の間の磁気結合は、Ｕ相コイル９２が巻回される脚部とＶ相コイル９４が巻回される脚部との間の中間脚部９３において生じる。同様に、Ｖ相コイル９４の磁場１０６とＷ相コイル９６の磁場１０８の間の磁気結合は、Ｖ相コイル９４が巻回される脚部とＷ相コイル９６が巻回される脚部との間の中間脚部９５において生じる。これらの磁気結合は、図６に示されるように、磁路長がいずれも同じ磁場の相互作用であるので、相互に同じ作用を示す。
【００４３】
ところが、Ｕ相コイル９２とＷ相コイル９６との間の磁気結合は、複雑である。すなわち、Ｕ相コイル９２の磁場１０２とＷ相コイル９６の磁場１０７の間の磁気結合は、中間脚部９３で生じ、また、Ｕ相コイル９２の磁場１０３とＷ相コイル９６の磁場１０８の間の磁気結合は、中間脚部９５で生じる。このように、Ｕ相コイル９２とＷ相コイル９６との間の磁気結合は、２つの中間脚部９３，９５で生じ得ることになる。そして、図６に示されるように、磁場１０２と磁場１０７は磁路長が異なり、磁場１０３と磁場１０８は磁路長が異なる。
【００４４】
このように、従来技術の３相磁気結合リアクトル８０の構成では、各相間の磁路長が異なり、各相間のインダクタンスが同じとならない。そして、各相間の磁気結合の間に、大きさの相違、偏り、歪み、不均等等が生じることになる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明に係る３相磁気結合リアクトルは、３相電圧変換器、３相変圧器等に利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ３相磁気結合リアクトル、２０  ６面体コア、２２  ４面筒部コア、２４  収納空間、２６，２８  蓋部コア、３０  本体部、３２，３４，３６  リアクトル、４０  ３軸コア、４２，４３，４４，４５，４６，４７  突出部、５０  各相コイル、５２  Ｕ相コイル、５４  Ｖ相コイル、５６  Ｗ相コイル、６０，６２，６３，６４，６５，６６，６７  共通ギャップ体、７２，７３，７４，７５，７６，７７  磁気結合、８０  （従来技術の）３相磁気結合リアクトル、８２  上側鉄心、８３  下側鉄心、８４  ギャップ体、９２  Ｕ相コイル、９３、９５  中間脚部、９４  Ｖ相コイル、９６  Ｗ相コイル、１０２，１０３，１０４，１０６，１０７，１０８  磁場。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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