JP2007165346A - リアクタ - Google Patents

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Kazuhiko Baba
和彦 馬場
Yoshio Takita
芳雄 滝田
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Abstract

【課題】鉄心に磁気飽和特性を調整するための空隙部を設けても、リアクタの剛性が低下さずに、振動、騒音を低減できるリアクタを提供することを目的とする。
【解決手段】E型形状で形成され、中央の突起部10bと、両端の突起部10a,10cと、底部鉄心15とを有する第1の鉄心部1と、第1の鉄心部1に付け合わされる第2の鉄心部2と、第1の鉄心部1に形成される中央の突起部10bに巻装される巻線3と、第1の鉄心部1の両端の突起部10a,10cの端面、及び第1の鉄心部1の中央の突起部10bの端面の少なくとも一部が第2の鉄心部2に付け合わされて形成される密着部6と、第1の磁路1と第2の磁路2との夫々に、又は第1の磁路1と第2の磁路2との共通の磁路の密着部6付近もしくは底部鉄心15への移行部付近に設けられ、長孔又はスリットで形成された磁気飽和特性調整用の空隙部8とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図2

Description

この発明は、インバータ機器の高調波電流対策に用いられるリアクタの構造に関するものである。
有鉄心型のリアクタは、最近普及が目覚しいインバータ機器、特に民生用のインバータエアコン等に力率改善用として使用されるケースが多い。
互いに付け合わされたE型鉄心とI型鉄心とを有し、且つE型鉄心の中央部に相当する巻線部の先端にI型鉄心に対する、磁気飽和特性を調整するためのエアギャップを形成してある鉄心と、巻線部に巻き付けてある巻線コイルとを具備しており、I型鉄心におけるエアギャップの対向面、対向反対面を平面、凹面に夫々形成してあり、或いはその反対にエアギャップの対向面、対向反対面を凹面、平面に夫々形成してあるリアクタが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
実開平2−95217号公報
従来のリアクタは、E型鉄心の中央部に相当する巻線部の先端にI型鉄心に対するエアギャップが形成されているため、エアギャップにおける電磁的振動が避けられない。エアギャップの存在により、リアクタの発生する振動の主要成分が、例えば空気調和機の筐体の共振周波数に近い場合があり、空気調和機の振動の原因になっていた。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、鉄心に磁気飽和特性を調整するための空隙部を設けても、リアクタの剛性が低下せずに、振動、騒音を低減できるリアクタを提供することを目的とする。
この発明に係るリアクタは、E型形状で形成され、中央の突起部と、両端の二つの突起部と、底部鉄心とを有する第1の鉄心部と、この第1の鉄心部に付け合わされる第2の鉄心部と、第1の鉄心部に形成される中央の突起部に巻装される巻線と、第1の鉄心部の両端の二つの突起部の端面、及び第1の鉄心部の中央の突起部の端面の少なくとも一部が第2の鉄心部に付け合わされて形成される密着部と、第1の鉄心部の中央の突起部と、第2の鉄心部の一部と、第1の鉄心部の一方の端の突起部と、第1の鉄心部の底部鉄心の一部とで構成される第1の磁路と、第1の鉄心部の中央の突起部と、第2の鉄心部の一部と、第1の鉄心部の他方の端の突起部と、第1の鉄心部の底部鉄心の一部とで構成される第2の磁路と、第1の磁路と第2の磁路との夫々に、又は第1の磁路と第2の磁路との共通の磁路の密着部付近もしくは底部鉄心への移行部付近に設けられ、長孔又はスリットで形成された磁気飽和特性調整用の空隙部とを備えたことを特徴とする。
この発明に係るリアクタは、上記構成により、鉄心に磁気飽和特性を調整するための空隙部を設けても、リアクタの剛性が低下せずに、振動、騒音を低減できる。
実施の形態1.
図1乃至図11は実施の形態1を示す図で、図1はリアクタ20の斜視図、図2はリアクタ20の断面図、図3はリアクタ20の磁気回路を示す断面図、図4はリアクタ20の組立方法を示す断面図、図5はリアクタ20の振動の周波数特性を示す図、図6乃至図11は変形例のリアクタ20の断面図である。
図1に示すように、リアクタ20は、E型形状の第1の鉄心部1と、I型形状の第2の鉄心部2と、第1の鉄心部1に巻装される巻線3とを備える。第1の鉄心部1は、突起部10a、突起部10b、突起部10cを有し、巻線3は突起部10bに巻装され、スロット4に収納されている。突起部10bの端面内側には、磁気回路の磁気飽和特性を調整し、所定のインダクタンスとするための空隙部8が設けられている。
図2に示すように、リアクタ20は、第1の鉄心部1に巻装される巻線3を電気的に絶縁する絶縁部5を備える。第1の鉄心部1は、電磁鋼板(厚さ、0.15〜0.5mm)を一枚一枚積層してE型形状に構成される。第2の鉄心部2は、第1の鉄心部1と同様に電磁鋼板を積層してI型形状に構成される。第1の鉄心部1に巻線3が巻装され、スロット4に巻線3が収容される。絶縁部5は、非磁性体で構成され、第1の鉄心部1と、第2の鉄心部2と、巻線3とを電気的に絶縁する。E型形状を成す第1の鉄心部1には、突起部10a、突起部10b、突起部10cが設けられ、突起部10bに巻線3が巻装される。
E型形状を成す第1の鉄心部1の端面(突起部10a、突起部10b、突起部10cの端面)と、I型形状を成す第2の鉄心部2の端面とを密着させた密着部6を設けるとともに、E型形状を成す第1の鉄心部1の中央の突起部10b端面部の内部に、突起部10b端面方向に長い長孔で形成した空隙部8を設けた構成としている。長孔の空隙部8の長手方向両端部に、電磁鋼板の厚さ(0.15〜0.5mm)と同程度の薄肉鉄心部13を設ける。
リアクタ20に電圧が印加されると、巻線3に電流が流れる。巻線3に電流が流れると、図3に示すように、第1の磁路14a及び第2の磁路14bに磁束が流れる。図3に示す磁束の流れは、電圧が交流であるから、図示の方向と、逆の方向とが交互に繰り返される。リアクタ20のインダクタンスLは、次式で表わされる。
L=(4πμSN)10−7/l・・・(1)
ここで、
L:リアクタ20のインダクタンス[H]
μ:空気の比透磁率
S:空隙部8の長手方向の断面積[m
N:巻線3の巻数
:空隙部8の長さ(磁束が流れる方向)[m]
従って、空隙部8の長さlを、選択することにより、所定のインダクタンスLにすることができる。
図2に示すリアクタ20は、空隙部8が第1の鉄心部1の突起部10bの内部にあり、突起部10bの端面が第2の鉄心部2に密着しているため(密着部6)、従来のものより剛性が向上する。
第1の鉄心部1と、第2の鉄心部2との固定方法について、説明する。第1の鉄心部1の突起部10a及び突起部10cと、第2の鉄心部2との固定は、溶接又は接着による。また、第1の鉄心部1の突起部10bと、第2の鉄心部2との固定は、接着又は圧入による。図4に第1の鉄心部1の突起部10bと、第2の鉄心部2とを圧入により固定する方法の一例を示す。
リアクタ20の振動の周波数特性を、従来のものと図2の構成のものについて測定し、測定結果を図5に示す。図5では、横軸が周波数、縦軸が振動(加速度)であり、従来のリアクタを破線、図2のリアクタ20を実線で示す。図5に示すように、従来のリアクタの振動の低次のピーク周波数がA点付近にあるのに対し、図2のリアクタ20では、A点の周波数の約倍の周波数に相当するB点付近に振動の低次のピーク周波数が移動していることがわかる。これは、例えば、空気調和機の筐体の共振周波数がA点付近にあり、従来のリアクタでは共振して空気調和機の振動が大きくなるが、図2のリアクタ20にすれば、低次のピーク周波数がB点付近に移動するため共振を避けることができ、空気調和機の振動が小さくなることを意味する。
以上のように、磁気飽和を調整するための空隙部8を突起部10b端面部の内部に形成し、第1の鉄心部の端面と第2の鉄心部の端面を密着させた密着部6を設けることにより、密着部6により第1の鉄心部1と第2の鉄心部2が保持される構造となるため、リアクタ20の剛性が向上し、リアクタ20の振動、騒音を低減できる。
また、リアクタ20の剛性が向上し、リアクタ20の振動の固有値における主要なピーク周波数が高くなるため、例えば空気調和機の筐体の共振点を外れ、空気調和機の振動が低減する効果がある。
なお、空隙部8の構成は、図2の構成に限定されるものではなく、例えば、図6に示すように、E型形状を成す第1の鉄心部1の、中央の突起部10bの端面部を凹面とする切り欠きを設ける構成にしてもよい。切り欠きで構成された空隙部8の両端部には、図2と同様、電磁鋼板の厚さ(0.15〜0.5mm)と同程度の薄肉鉄心部13を設ける。また、この薄肉鉄心部13の端面が密着部6となる。中央の突起部10bにおける第2の鉄心部2との密着部6の面積は、図2のものより小さくなるが、中央の突起部10bにおける第2の鉄心部2との密着部6の存在により、リアクタ20の剛性が向上し、リアクタ20の振動、騒音を低減できる。また、リアクタ20の剛性が向上し、リアクタ20の振動の固有値における主要なピーク周波数が高くなるため、例えば空気調和機の筐体の共振点を外れ、空気調和機の振動が低減する効果がある。尚、図6以下では、巻線3、絶縁部5の図示を省略している。
また、図7で示すように第1の鉄心部1の突起部10bの端面の中央部に電磁鋼板の厚さ(0.35〜0.5mm)の2倍程度の幅の薄肉鉄心部13を設け、薄肉鉄心部13の端面を第2の鉄心部2に密着させて密着部6を形成し、その両側にスロット4に連通する切り欠きを設けて、この切り欠きを空隙部8としてもよい。
また、空隙部8は、E型形状を成す第1の鉄心部1の位置に限定されるものではなく、第2の鉄心部2に設けてもよい。例えば、図8に示すように、第1の鉄心部1における中央の突起部10bに対向するI型形状を成す第2の鉄心部2の端面付近に、第2の鉄心部2の長手方向に空隙部8を形成してもよい。空隙部8の長手方向の長さは、突起部10bの端面の長さより若干長くする。このケースは、薄肉鉄心部13は不要である。
また、図9に示すように、第2の鉄心部2の第1の鉄心部1の突起部10bの端面に対向する部分に、凹面となる切り欠きを設け、この切り欠きを空隙部8とする構成にしてもよい。この場合、空隙部8の長手方向の長さは、第1の鉄心部1の突起部10bの端面の長さより、電磁鋼板の厚さの倍程度短くする。
また、図10、図11で示すように、第1の鉄心部1と第2の鉄心部2の両方に跨って空隙部8を設けることによっても構成できる。
また、本実施の形態は、第1の鉄心部1をE型形状、第2の鉄心部2をI型形状に構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、第1の鉄心部1、第2の鉄心部2共、E型で構成することによっても同様の効果が得られる。
実施の形態2.
図12乃至図19は実施の形態2を示す図で、図12はリアクタ20の断面図、図13乃至19は変形例のリアクタ20の断面図である。実施の形態1では、E型形状を成す第1の鉄心部1の中央の突起部10bの端面と、I型形状を成す第2の鉄心部2の端面を密着させた密着部6を設けるとともに、密着部6付近のE型形状を成す第1の鉄心部1の中央の突起部10bの端面付近に長孔で形成した空隙部8を設けた構成としたが、図12に示すように、本実施の形態では、E型形状を成す第1の鉄心部1の3つの突起部10a、突起部10b、突起部10cの内、中央の突起部10bの根本部(底部鉄心15への移行部)に突起部10bの長手方向(第2の鉄心部2に対し垂直方向)に対して垂直方向にスリットで構成した空隙部8を設けると共に、空隙部8の長手方向の両側は薄肉鉄心部13により連結して構成されている。
以上のように、第1の鉄心部1の突起部10bの根本部に空隙部8を構成することにより、3箇所の密着部6により第1の鉄心部1と第2の鉄心部2が保持される構造となるため、リアクタ20の剛性が向上し、振動、騒音を低減できる。また、リアクタ20の剛性が向上し、リアクタ20の振動の周波数特性における主要なピーク周波数が高くなるため、例えば空気調和機の筐体の共振点を外れ、空気調和機の振動が低減する効果がある。
尚、薄肉鉄心部13は少なくとも1つあればよく、また、空隙部8を形成するスリットは、複数のスリットにより構成してもよい。
また、空隙部8は、図13〜図17に示すように、突起部10bの根本部以外の、任意の位置に形成してもよい。
図13のリアクタ20は、片側に薄肉鉄心部13を有する空隙部8を突起部10bの長手方向中央付近に設けたものである。空隙部8はスロット4に連通している。
図14のリアクタ20は、中央に薄肉鉄心部13を有する空隙部8を、突起部10bの長手方向の途中の根元部側付近に設けたものである。分割された空隙部8は、夫々スロット4に連通している。
図15のリアクタ20は、3分割された空隙部8を、突起部10bの長手方向の途中の根元部側付近に設けたものである。空隙部8の間、スロット4と空隙部8の間に、薄肉鉄心部13を有する。
図16のリアクタ20は、3分割された空隙部8を、突起部10bの長手方向の中央部付近に設けたもので、中央の空隙部8は空隙長が両側の空隙部8よりも短くなっている。空隙部8の間の2箇所に薄肉鉄心部13を有し、両側の空隙部8はスロット4に連通している。中央の空隙部8の空隙長を両側の空隙部8の空隙長より短くすることにより、磁束が突起部10bの中央付近を通るので、漏れ磁束を小さくでき、リアクタ20の損失を低減できる。また、漏れ磁束による、他の機器への影響を抑制できる。
図17のリアクタ20は、図16のものと同じであるが、3分割された空隙部8の中、外側の空隙部8がスロット4に連通していない点だけが、図16のものと異なる。
また、空隙部8は、突起部10bに限定されるものではなく、図18に示すように、第1の鉄心部1の突起部10a、突起部10b、突起部10cの3箇所に空隙部8を分散させてもよい。
図18のリアクタ20は、第1の鉄心部1の突起部10a、突起部10b、突起部10cの3箇所に空隙部8を分散して設けている。第1の磁路14a(図3参照)には、突起部10bの空隙部8と突起部10aの空隙部8とが直列に存在する。また、第2の磁路14b(図3参照)には、突起部10bの空隙部8と突起部10cの空隙部8とが直列に存在する。従って、リアクタ20のインダクタンスを一定にするために、図18の各空隙部8の空隙長は、図2、3の空隙部8の空隙長lの1/2に設定される。
また、図19に示すように、突起部10bの長手方向に複数の空隙部8を設けてもよい。
図19のリアクタ20は、突起部10bの長手方向に二つの空隙部8を配置している。この場合も、リアクタ20のインダクタンスを一定にするために、図18の各空隙部8の空隙長は、図2、3の空隙部8の空隙長lの1/2に設定される。
実施の形態3.
図20、21は実施の形態3を示す図で、図20はリアクタ20の断面図、図21は変形例のリアクタ20の断面図である。本実施の形態では、図20に示すように、E型形状を成す第1の鉄心部1の突起部10bに突起部10bの長手方向に対して垂直方向にスリットで形成された空隙部8を設けるとともに、空隙部8の中央部にくびれ部8a(幅1〜2mm)を設けることにより、空隙部8の中央部の空隙長を小さくなるように構成している。
以上のように、空隙部8を構成することにより、突起部10bを流れる磁束の漏れを低減して、効率のよいリアクタ20を実現できる。また、3箇所の密着部6により第1の鉄心部1と第2の鉄心部2が保持される構造となるため、リアクタの剛性が向上し、振動、騒音を低減できる。また、リアクタ20の剛性が向上し、リアクタ20の振動の周波数特性における主要なピーク周波数が高くなるため、例えば空気調和機の筐体の共振点を外れ、空気調和機の振動が低減する効果がある。
尚、空隙部8の形状は、図20に限定されるものではなく、例えば、図21に示すように突起部10bの中心に向かって、滑らかに小さくなる形状とすることによっても同様の効果が得られる。
実施の形態4.
図22乃至図27は実施の形態4を示す図で、図22はリアクタ20の断面図、図23乃至27は変形例のリアクタ20の断面図である。本実施の形態では、図22に示すように、E型形状を成す第1の鉄心部1の端面とI型形状を成す第2の鉄心部2の端面を密着させた密着部6を設けるとともに、I型形状を成す第2の鉄心部2の長手方向に対して垂直方向、且つ、第1の鉄心部1のスロット4と対向する位置にスリットで構成した二つの空隙部8を設けると共に、空隙部8の長手方向の両側を薄肉鉄心部13により連結した構成となっている。
以上のように、第2の鉄心部2に二つの空隙部8を形成することにより、3箇所の密着部6により第1の鉄心部1と第2の鉄心部2が保持される構造となるため、リアクタ20の剛性が向上し、振動、騒音を低減できる。また、リアクタ20の剛性が向上し、リアクタ20の振動の周波数特性における主要なピーク周波数が高くなるため、例えば空気調和機の筐体の共振点を外れ、空気調和機の振動が低減する効果がある。
尚、I型形状を成す第2の鉄心部2の長手方向に対して垂直方向、且つ、第1の鉄心部1のスロット4と対向する位置にスリットで構成した空隙部8を設ける代わりに、図23に示すように、E型形状を成す第1の鉄心部1の両側の突起部10a、突起部10cと対向するI型形状を成す第2の鉄心部2の領域に磁束の経路を妨げるように斜めにスリットで構成した空隙部8を設けてもよい。
また、図24に示すように、E型形状を成す第1の鉄心部1の中央の突起部10bと対向するI型形状を成す第2の鉄心部2の領域に磁束の経路を妨げるように斜めにスリットで構成した空隙部8を設けてもよい。
また、図25で示すように、E型形状を成す第1の鉄心部1の突起部10a、突起部10b、突起部10cとをつなぐ底部鉄心15のスロット4と対向する領域に磁束の経路を妨げる方向にスリットで構成した空隙部8を設けてもよい。
また、図26で示すように、E型形状を成す第1の鉄心部1の突起部10a、突起部10b、突起部10cとをつなぐ底部鉄心15と、中央の突起部10bと対向する領域に磁束の経路を妨げる方向にスリットで構成した空隙部8を設けてもよい。
また、図27に示すように、E型形状を成す第1の鉄心部1の突起部10a、突起部10b、突起部10cとをつなぐ底部鉄心15と、両側の突起部10a、突起部10cと対向する領域に磁束の経路を妨げる方向に斜めにスリットで構成した空隙部8を設けてもよい。
以上の説明では、E型形状を成す第1の鉄心部1と、I型形状を成す第2の鉄心部2との組合せによりリアクタ20の鉄心を形成する例を説明したが、E型形状の鉄心の組合せでリアクタ20の鉄心を形成してもよい。
実施の形態1を示す図で、リアクタ20の斜視図である。 実施の形態1を示す図で、リアクタ20の断面図である。 実施の形態1を示す図で、リアクタ20の磁気回路を示す断面図である。 実施の形態1を示す図で、リアクタ20の組立方法を示す断面図である。 実施の形態1を示す図で、リアクタ20の振動の周波数特性を示す図である。 実施の形態1を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態1を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態1を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態1を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態1を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態1を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態2を示す図で、リアクタ20の断面図である。 実施の形態2を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態2を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態2を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態2を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態2を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態2を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態2を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態3を示す図で、リアクタ20の断面図である。 実施の形態3を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態4を示す図で、リアクタ20の断面図である。 実施の形態4を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態4を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態4を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態4を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。 実施の形態4を示す図で、変形例のリアクタ20の断面図である。
符号の説明
1 第1の鉄心部、2 第2の鉄心部、3 巻線、4 スロット、5 絶縁部、6 密着部、8 空隙部、8a くびれ部、10a 突起部、10b 突起部、10c 突起部、13 薄肉鉄心部、14a 第1の磁路、14b 第2の磁路、15 底部鉄心。

Claims (3)

  1. E型形状で形成され、中央の突起部と、両端の二つの突起部と、底部鉄心とを有する第1の鉄心部と、
    この第1の鉄心部に付け合わされる第2の鉄心部と、
    前記第1の鉄心部に形成される中央の突起部に巻装される巻線と、
    前記第1の鉄心部の両端の二つの突起部の端面、及び前記第1の鉄心部の中央の突起部の端面の少なくとも一部が前記第2の鉄心部に付け合わされて形成される密着部と、
    前記第1の鉄心部の中央の突起部と、前記第2の鉄心部の一部と、前記第1の鉄心部の一方の端の突起部と、前記第1の鉄心部の底部鉄心の一部とで構成される第1の磁路と、
    前記第1の鉄心部の中央の突起部と、前記第2の鉄心部の一部と、前記第1の鉄心部の他方の端の突起部と、前記第1の鉄心部の底部鉄心の一部とで構成される第2の磁路と、
    前記第1の磁路と前記第2の磁路との夫々に、又は前記第1の磁路と前記第2の磁路との共通の磁路の前記密着部付近もしくは前記底部鉄心への移行部付近に設けられ、長孔又はスリットで形成された磁気飽和特性調整用の空隙部とを備えたことを特徴とするリアクタ。
  2. E型形状で形成され、中央の突起部と、両端の二つの突起部と、底部鉄心とを有する第1の鉄心部と、
    この第1の鉄心部に付け合わされる第2の鉄心部と、
    前記第1の鉄心部に形成される中央の突起部に巻装される巻線と、
    前記第1の鉄心部の突起部の端面が前記第2の鉄心部に付け合わされて形成される密着部と、
    前記第1の鉄心部の中央の突起部に設けられ、3個以上に分割されると共に、中央部の空隙長を他の空隙長よりも小さくした、前記中央の突起部の長手方向に直交する方向に長孔又はスリットで形成された磁気飽和特性調整用の空隙部とを備えたことを特徴とするリアクタ。
  3. E型形状で形成され、中央の突起部と、両端の二つの突起部と、底部鉄心とを有する第1の鉄心部と、
    この第1の鉄心部に付け合わされる第2の鉄心部と、
    前記第1の鉄心部に形成される中央の突起部に巻装される巻線と、
    前記第1の鉄心部の突起部の端面が前記第2の鉄心部に付け合わされて形成される密着部と、
    前記第1の鉄心部の中央の突起部に設けられ、中央部の空隙長を他の空隙長よりも小さくした、前記中央の突起部の長手方向に直交する方向に長孔又はスリットで形成された磁気飽和特性調整用の空隙部とを備えたことを特徴とするリアクタ。
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