電抗裝置和使用了該電抗裝置的電力轉換裝置的製作方法

2023-04-29 12:18:51

專利名稱：電抗裝置和使用了該電抗裝置的電力轉換裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括由磁性材料構成的環狀磁芯和卷繞到該環狀磁芯上的激勵用線圈的電抗裝置和使用了電抗裝置的電力轉換裝置。
背景技術：
電抗裝置一般包括由磁性材料構成的環狀磁芯和卷繞到該環狀磁芯上的激勵用線圈。在電抗裝置中，通過對激勵用線圈通電而在環狀磁芯中產生磁通。在環狀磁芯的各個位置上設置有間隙部，以使這樣產生的磁通收攏到環狀磁芯的磁性材料具有的飽和磁通密度的範圍內(例如，參照專利文獻1、2)。日本特開2009-259971號公報

日本特開2008-263062號公報

發明內容
(發明要解決的問題)在根據專利文獻1、2的電抗裝置中，在卷繞激勵用線圈的環狀磁芯的區域內設置間隙部。此時，通過環狀磁芯的磁通的一部分從間隙部洩漏，該漏磁通與卷繞到環狀磁芯上的激勵用線圈互連而感應出渦電流。這樣的話，會出現產生稱為焦耳熱的熱而在電抗裝置中造成損失的問題。本發明正是為了解決上述問題而提出的，其目的在於提供即使在卷繞激勵用線圈的環狀磁芯的區域內存在間隙部時，也可以儘可能地抑制因磁通從該間隙部洩漏而造成的電抗裝置的損失的電抗裝置和使用該電抗裝置的電力轉換裝置。(用來解決問題的手段)根據本發明的電抗裝置，包括把由磁性材料形成的多個磁芯塊片隔著間隙部連成環狀而成的環狀磁芯、以及卷繞到該環狀磁芯上的激勵用線圈，構成為通過對激勵用線圈通電而在環狀磁芯中產生磁通。環狀磁芯具有基於卷繞激勵用線圈的區域的磁腳部和基於不捲繞激勵用線圈的區域的磁軛部。將在存在於磁腳部的間隙部處相對置的多個磁芯塊片的端面間的距離即磁腳部間隙長度設定成比在存在於磁軛部的間隙部處相對置的多個磁芯塊片的端面間的距離即磁軛部間隙長度小。(發明的效果)根據本發明，能夠提供即使在卷繞激勵用線圈的環狀磁芯的區域內存在間隙部時，也可以儘可能地抑制因磁通從該間隙部洩漏而造成的電抗裝置的損失的電抗裝置。


圖IA是根據本發明的實施方式I的電抗裝置的整體立體圖。圖IB是根據本發明的實施方式I的電抗裝置的正剖視圖。
圖2是根據本發明的實施方式2的電抗裝置的正剖視圖。圖3是根據本發明的實施方式3的電抗裝置的正剖視圖。圖4是根據本發明的實施方式4的電抗裝置的正剖視圖。圖5是示出根據本發明的實施方式5的電抗裝置的固定結構的正剖視圖。圖6是根據本發明的實施方式6的組裝了單相的電抗裝置的電力轉換裝置的電路圖。圖7是根據本發明的實施方式7的組裝了三相的電抗裝置的電力轉換裝置的電路圖。(附圖標記說明) 11 :根據實施方式I的電抗裝置；13 :根據實施方式I的環狀磁芯；14a :第I磁腳部(磁腳部)；14b :第2磁腳部(磁腳部)；15a:第I激勵用線圈(激勵用線圈)；15b:第2激勵用線圈(激勵用線圈)；17a :第I磁軛部(磁軛部)；17b :第2磁軛部(磁軛部)；19a :第I電極部；19b 第2電極部；21 :根據實施方式2的電抗裝置；23 :根據實施方式2的環狀磁芯；31 :根據實施方式3的電抗裝置；33 :根據實施方式3的環狀磁芯；35 :根據實施方式3的激勵用線圈；37 :根據實施方式3的磁軛部；41 :根據實施方式4的電抗裝置；43-1、43-2 :根據實施方式4的環狀磁芯；45a、45b、45c :根據實施方式4的激勵用線圈；61 :根據實施方式6的電力轉換裝置；63 :單相交流電源；65 :電容器；66 :根據實施方式6的濾波電路；67 :根據實施方式6的電力轉換部；71 :根據實施方式7的電力轉換裝置；73 :三相交流電源；74 :根據實施方式7的濾波電路；75、76、77 :電容器；78 :根據實施方式7的電力轉換部；CB1 CB6 :第I 第6磁芯塊片(磁芯塊片)；CB21 CB28 第21 第28磁芯塊片(磁芯塊片)；CB31 CB34 :第31 第34磁芯塊片(磁芯塊片);DG2、Dg3> DG5、Dg6 :第2、第3、第5、第6磁腳部間隙長度(磁軛部間隙長度) 第I和第4磁軛部間隙長度(磁軛部間隙長度)；Dct Deitl :第7 第10磁軛部間隙長度(磁軛部間隙長度)；G1 G6 第I 第6間隙部(間隙部)；G7 GlO :第7 第10間隙部(間隙部)；S1 S6 :第I 第6間隙部件(間隙部件)；S7 SlO :第7 第10間隙部件(間隙部件)；B :磁通方向
具體實施例方式下面，參照附圖詳細說明實施本發明的多個實施方式。(實施方式I)圖IA是根據本發明的實施方式I的電抗裝置的整體立體圖。圖IB是根據本發明的實施方式I的電抗裝置的正剖視圖。在圖IA和圖IB中，例如，附圖標記14a後面的括號內的用語「(磁腳部)」表示附圖標記14a的部件即「第I磁腳部14a」與權利要求書中的用語「磁腳部」相對應。至於附圖標記14a以外的其它部件，也是遵循上述的標記方法。另夕卜，圖IA和圖IB以外的其它附圖，也是遵循上述的標記方法。根據本發明的實施方式I的電抗裝置11，即使在卷繞激勵用線圈15的環狀磁芯13的區域內存在間隙部G2、G3、G5、G6時，也可以儘可能地抑制因磁通從該間隙部G2、G3、G5、G6洩漏而造成的電抗裝置11的損失。為了實現上述目的，像圖IA和圖IB所示的那樣，根據實施方式I的電抗裝置11包括環狀磁芯13和卷繞到該環狀磁芯13的一部分上的激勵用線圈15a、15b。環狀磁芯13由薄板狀或薄帶狀的軟磁性材料(更優選由各向同性材料構成)層疊而成。所謂軟磁性材料，指具有軟磁特性(如果從外部施加磁場則容易磁化的性質)的材料，作為例子可以舉出例如矽鋼片、電磁鋼片或以鐵為主要成分的非晶態薄膜等。像圖IA和圖IB所示的那樣，從正面看時，環狀磁芯13形成為四個角部倒圓的大致長方體。另外，圖IB中的符號B表示連接了單相交流電源時的通過環狀磁芯13的磁通的方向。軟磁性材料的層疊方向與磁通方向B正交。如果從物理的角度和發明構思的角度來看，可以把環狀磁芯13作為從各個角度來看是獨立的構成要素的集合體來把握。於是，先基於物理的角度說明環狀磁芯13，然後基於發明構思的角度進一步說明環狀磁芯13。基於物理的角度(構成部件的組成)的環狀磁芯13，像圖IA和圖IB所示的那樣，把由軟磁性材料構成的第I 第6磁芯塊片CBl CB6連結成環狀而構成。分別在第I 第6磁芯塊片CBl CB6中的彼此相鄰的磁芯塊片之間設置第I 第6間隙部Gl G6。 把環狀磁芯13放在假想的鐘表上看時，分別在12點的位置上設置第I間隙部G1，在6點的位置上設置第4間隙部G4。與此相對，分別把第I磁腳部14a上存在的第2和第3間隙部G2、G3設置在3點前後的位置上並設有間隔，把第2磁腳部14b上存在的第5和第6間隙部G5、G6設置在9點前後的位置上並設有間隔。由此，環狀磁芯13，由共6個磁芯塊片即第I 第6磁芯塊片CBl CB6構成為跑道狀(racetrack shape)。與此相對，基於發明構思的角度的環狀磁芯13，像圖IA和圖IB所示的那樣，具有相對置的第I和第2磁腳部14a、14b。分別在第I磁腳部14a上卷繞第I激勵用線圈15a，在第2磁腳部14b上卷繞第2激勵用線圈15b。總之，基於發明構思的角度的環狀磁芯13，具有基於卷繞第I激勵用線圈15a的區域的第I磁腳部14a、和基於卷繞第2激勵用線圈15b的區域的第2磁腳部14b。第I和第2激勵用線圈15a、15b由線狀或板狀的導體構成。在流過該導體的電流密度大時，優選為板狀的導體。這是因為，與線狀的導體相比，可以抑制焦耳熱造成的損失。這樣的導體具有未圖示的絕緣部件。具體地說，絕緣部件設置在線狀或板狀的導體之間。由此，可以構成絕緣性優良的激勵用線圈15 (15a、15b)。另外，第I和第2激勵用線圈15a、15b形成相互並聯連接的電感電路。也可以取代該並聯連接，而採用形成了將第I和第2激勵用線圈15a、15b相互串聯連接的電感電路的構成。在並聯連接時，在第I和第2激勵用線圈15a、15b上分別設置一對第I和第2電極部19a、1%，共4個。在串聯連接時，在第I和第2激勵用線圈15a、15b上設置共2個電極部。另外，基於發明構思的角度的所謂「間隙部」指卷繞激勵用線圈15的環狀磁芯13的區域。因此，基於發明構思的角度的「間隙部」與基於物理的角度的作為環狀磁芯13的構成要素的磁芯塊片CB,有時像本實施方式I那樣,不是一對一地對應。S卩,在本實施方式I中，第I磁腳部14a對應於環狀磁芯13的包含第3磁芯塊片CB3的全部且包含第2和第4磁芯塊片CB2、CB4的一部分的區域。另一方面，第2磁腳部14b對應於環狀磁芯13的包含第6磁芯塊片CB6的全部且包含第I和第5磁芯塊片CB1、CB5的一部分的區域。另外，基於發明構思的角度的環狀磁芯13，像圖IA和圖IB所示的那樣，具有相對置的第I和第2磁軛部17a、17b。在第I和第2磁軛部17a、17b上都不捲繞激勵用線圈15。總之，基於發明構思的角度的環狀磁芯13具有基於不捲繞激勵用線圈15的區域的第I和第2磁軛部17a、17b。另外，基於發明構思的角度的所謂「磁軛部」指不捲繞激勵用線圈15的環狀磁芯13的區域。因此，基於發明構思的角度的「磁軛部」與基於環狀磁芯13的物理角度的作為環狀磁芯13的構成要素的磁芯塊片CB,有時像本實施方式I那樣,不是一對一地對應。SP,在本實施方式I中，第I磁軛部17a對應於環狀磁芯13的包含第I和第2磁芯塊片CBl、CB2的大部分的區域。另一方面，第2磁軛部17b對應於環狀磁芯13的包含第4和第5磁芯塊片CB4、CB5的大部分的區域。在第I 第6間隙部Gl G6上分別像圖IB所示的那樣設置第I 第6間隙部件SI S6。第I 第6間隙部件SI S6，形成為板狀，由例如玻璃環氧樹脂、氧化鋁等的陶瓷、矽橡膠或具有高耐熱性的塑料等的非磁性材料構成。通過在第I 第6間隙部Gl G6各自之間夾著這樣的由具有非磁性材料構成的第I 第6間隙部件SI S6，可以應對嚴格管理環狀磁芯13所產生的磁通密度的上限的需求。

像圖IB所示的那樣，第I激勵用線圈15a與一對第I電極部19a連接，第2激勵用線圈15b與一對第2電極部19b連接。如果用例如單相交流電源分別通過第I和第2電極部19a、19b向第I和第2激勵用線圈15a、15b通電，則會在環狀磁芯13中產生磁通(參照圖IB中的磁通方向B)。另外，第I 第6間隙部Gl G6的主要作用在於，把因向第I和第2激勵用線圈15a、15b通電而在環狀磁芯13中產生的磁通調整成收攏到環狀磁芯13的材料即軟磁性材料所具有的飽和磁通密度的範圍內。在進行該調整時，基於環狀磁芯13的材料的種類、激勵用線圈15的圈數、以及連接的交流電源的最大額定功率等的諸要素，確保作為環狀磁芯13整體的間隙長度總量為預定的量。這是因為，為了把因通電而在環狀磁芯13中產生的磁通收攏到環狀磁芯13所具有的飽和磁通密度的範圍內，必須嚴格管理環狀磁芯13中產生的磁通密度的上限。在此，例如，在製造大功率用途的根據實施方式I的電抗裝置11時，分別用不同的工序製作第I 第6磁芯塊片CBl CB6和按照環狀磁芯13的外觀形狀卷繞的第I和第2激勵用線圈15a、15b。然後，在把第I 第6間隙部Gl G6組合併接合到一起的工序的中途，分別把第I和第2激勵用線圈15a、15b嵌入環狀磁芯13的一對開放端。然後，在作為半成品的「U」形環狀磁芯13的開放端上接合併連接剩下的磁芯塊片。這樣，一連串組裝工序就結束了。經過這樣的組裝工序，在位於第I和第2激勵用線圈15a、15b正下方的環狀磁芯13的區域上分別形成第2、第3、第5、第6間隙部G2、G3、G5、G6。S卩，第I 第6間隙部Gl G6的一個作用在於，輔助根據實施方式I的電抗裝置11的製造。在製造根據實施方式I的電抗裝置11時，必須有對作為半成品的「U」形環狀磁芯13的開放端分別嵌入第I和第2激勵用線圈15a、15b的工序。另外，為了實施該工序，在適當的位置分割環狀磁芯13的第I 第6間隙部Gl G6的存在是必不可少的。在根據本實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13中，在第I磁腳部14a設置兩個間隙部即第2和第3間隙部G2、G3，在第2磁腳部14b設置兩個間隙部即第5和第6間隙部G5、G6，共4個間隙部。從這些第2、第3、第5、第6間隙部G2、G3、G5、G6向環狀磁芯13的外部洩漏的漏磁通與第I和第2激勵用線圈15a、15b互連，在第I和第2激勵用線圈15a、15b中感應出渦電流。如果什麼措施都不採取，則會在第I和第2激勵用線圈15a、15b中產生渦電流損失，成為引起電抗裝置的損失增大的主要原因。於是，在根據本實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13中，在第I磁軛部17a設置第I間隙部G1，在第2磁軛部17b設置第4間隙部G4，共2個間隙部。在這些第I和第4間隙部G1、G4的周圍不存在激勵用線圈15。因此，從該第I和第4間隙部G1、G4洩漏的漏磁通不會與激勵用線圈15互連，完全不會產生渦電流損失。在此，為了簡化對根據實施方式I的電抗裝置11的構成的說明，進行了下述的定義。像圖IB所示的那樣，將在存在於第I磁軛部17a的第I間隙部Gl處相對置的第I和第2磁芯塊片CB1、CB2的端面間的距離稱為第I磁軛部間隙長度Dei。將在存在於第2磁軛部17b的第4間隙部G4處相對置的第4和第5磁芯塊片CB4、CB5的端面間的距離稱為第4磁軛部間隙長度De4。另一方面，將在存在於第I磁腳部14a的第2間隙部G2處相對置的第2和第3磁芯塊片CB2、CB3的端面間的距離稱為第2磁腳部間隙長度De2。將在存在於第I磁腳部14a的第3間隙部G3處相對置的第3和第4磁芯塊片CB3、CB4的端面間的距離稱為第3磁腳部磁隙長度De3。將在存在於第2磁腳部14b的第5間隙部G5處相對 置的第5和第6磁芯塊片CB5、CB6的端面間的距離稱為第5磁腳部間隙長度De5。將在存在於第2磁腳部14b的第6間隙部G6處相對置的第6和第I磁芯塊片CB6、CBl的端面間的距離稱為第6磁腳部間隙長度De6。在本發明的實施方式I中，像圖IB所示的那樣，將第2或第3磁腳部間隙長度De2、Dg3設定成比第I或第4磁軛部間隙長度Dei、De4小。更詳細地說，將第2和第3磁腳部間隙長度DwDe3設定成相同的值。同樣地,將第I和第4磁軛部間隙長度Dt^De4也設定成相同的值。第2或第3磁腳部間隙長度與第I或第4磁軛部間隙長度Dt^De4相比，是一半以下的值(指優選為1/2以下的值，更優選為1/3以下的值，還更優選為1/4以下的值，以下相同)。總之，把第2或第3磁腳部間隙長度De2、De3相加得到的磁腳部間隙長度De2+(；3，與第I或第4磁軛部間隙長度Dei、De4相比，是相同或更小的值。同樣地，像圖IB所示的那樣，將第5或第6磁腳部間隙長度De5、Dg6設定成比第I或第4磁軛部間隙長度Dei、De4小。更詳細地說，將第5和第6磁腳部間隙長度De5、De6設定成相同的值。另外，將第5和第6磁腳部間隙長度De5、De6設定成與第2和第3磁腳部間隙長度DwDe3相同的值。總之，將第5和第6磁腳部間隙長度De5、De6相加得到的磁腳部間隙長度De5+(；6設定成，與第I或第4磁軛部間隙長度Dei、De4相比，是相同或更小的值(指優選為相同，更優選為1/2以下的值，還更優選為1/3以下的值，以下相同)。假設，例如，將第2磁腳部間隙長度De2設定成比第I或第4磁軛部間隙長度Dei、Dg4大。此時，從夾著第2間隙部G2彼此相鄰的磁芯塊片CB2、CB3的端面間向環狀磁芯13的外部洩漏的磁通比第I或第4磁軛部間隙長度Dei、De4大。其結果，在第I和第2激勵用線圈15a、15b中感應出來的渦電流會增加，電抗裝置11的損失會增大。〔實施方式I的作用效果〕綜上所述，在根據本發明的實施方式I的電抗裝置11中，在未卷繞激勵用線圈15的環狀磁芯13的區域即第I和第2磁軛部17a、17b上分別設置第I和第4間隙部G1、G4。另外，在要卷繞激勵用線圈15的環狀磁芯13的區域即第I和第2磁腳部14a、14b上分別設置第2、第3、第5、第6間隙部G2、G3、G5、G6。而且，把第2、第3、第5、第6磁腳部間隙長度DG2、DG3、Dg5> Dg6設定成比弟I或弟4磁輒部間隙長度Dgi、Dg4小。總之，由於在根據本發明的實施方式I的電抗裝置11中，把第2、第3、第5、第6磁腳部間隙長度DwDwDt^De6設定成比通常小，同時把第I或第4磁軛部間隙長度Dt^De4設定成比通常大，所以第2、第3、第5、第6磁腳部間隙長度DwDwDt^De6中不足的部分用第I和第4磁軛部間隙長度Dei、De4補充，可以確保作為環狀磁芯13整體的間隙長度的總量。另外，由於把第2、第3、第5、第6磁腳部間隙長度DwDmD^DX設定成比第I或第4磁軛部間隙長度Dei、De4小，所以能夠使得從各間隙部G2、G3、G5、G6向環狀磁芯13的外部洩漏的漏磁通(間隙部損失)減少。其結果，可以減小在第I和第2激勵用線圈15a、15b中感應出的渦電流。因此，在可以確保作為環狀磁芯13整體的間隙長度的總量的同時，儘可能地抑制因來自第I或第2磁腳部14a、14b上存在的第2、第3、第5、第6間隙部G2、G3、G5、G6的漏磁通(間隙部損失)而造成的電抗裝置11的損失。因此，可以提供作為整體的損失被抑制了的單相的電抗裝置11。

(實施方式2)下面，參照

根據本發明的實施方式2的電抗裝置21。圖2是根據本發明的實施方式2的電抗裝置21的正剖視圖。根據實施方式I的電抗裝置11與根據實施方式2的電抗裝置21的基本構成要素相同。因此，對其功能相同的部件間賦予相同的附圖標記，省略其重複說明，針對兩者的不同之處進行說明。實施方式I與實施方式2的不同之處如下所述。S卩，把環狀磁芯13放在假想的鐘表上看時，在根據實施方式I的電抗裝置11中，像圖IA和圖IB所示的那樣，分別在12點的位置上設置一個存在於第I磁軛部17a的第I間隙部G1，在6點的位置上設置一個存在於第2磁軛部17b的第4間隙部G4。與此相對，在根據實施方式2的電抗裝置21中，分別在第I磁軛部17a設置第7和第10間隙部G7、GlO這兩個間隙部，在第2磁軛部17b設置第8和第9間隙部G8、G9這兩個間隙部，共設置4個間隙部。另外，分別在大約2點的位置上設置第7間隙部G7，在大約4點的位置上設置第8間隙部G9，在大約8點的位置上設置第9間隙部G9，在大約10點的位置上設置第10間隙部GlO。總之，在分別存在於第I和第2磁軛部17a、17b的間隙部的數目和位置的方面，根據實施方式2的電抗裝置21與根據實施方式I的電抗裝置11大不相同。另外，根據實施方式2的電抗裝置21構成為，將共8個磁芯塊片即第21 第28磁芯塊片CB21 CB28組合併接合起來。對於第2 第3和第5 第6磁軛部間隙長度與根據實施方式I的電抗裝置11相同。在此，為了簡化對根據實施方式2的電抗裝置21的構成的說明，進行了下述的定義。像圖2所示的那樣，將在存在於第I磁軛部17a的第7間隙部G7處相對置的第21和第22磁芯塊片CB21、CB22的端面間的距離稱為第7磁軛部間隙長度De7。將在存在於第I磁軛部17a的第10間隙部GlO處相對置的第28和第21磁芯塊片CB28、CB21的端面間的距離稱為第10磁軛部間隙長度Dei(l。將在存在於第2磁軛部17b的第8間隙部G8處相對置的第24和第25磁芯塊片CB24、CB25的端面間的距離稱為第8磁軛部間隙長度De8。將在存在於第2磁軛部17b的第9間隙部G9處相對置的第25和第26磁芯塊片CB25、CB26的端面間的距離稱為第9磁軛部間隙長度De9。
將根據實施方式2的第7 第10磁軛部間隙長度De7 Deitl設定成與根據實施方式I的第I和第4磁軛部間隙長度Dei、De4相比為相同的值。另外，可以通過與根據實施方式I的電抗裝置11相同的工序製造根據實施方式2的電抗裝置21。〔實施方式2的作用效果〕如果採用根據本發明的實施方式2的電抗裝置21，則由於第2、第3、第5、第6磁腳部間隙長度DwDmD^De6設定成比第7 第10磁軛部間隙長度De7 Deitl小，所以與根據本發明的實施方式I的電抗裝置11同樣地，可以在確保作為環狀磁芯23整體的間隙長度的總量的同時，儘可能地抑制因來自存在於第I或第2磁腳部14a、14b的第2、第3、第5、第6間隙部G2、G3、G5、G6的漏磁通(間隙部損失)而造成的電抗裝置21的損失。因此，可以提供作為整體的損失被抑制了的單相的電抗裝置21。另外，在根據實施方式2的電抗裝置21中，存在於第I和第2磁軛部17a、17b的 第7 第10磁軛部間隙長度De7 Deitl的總和，與根據實施方式I的第I和第4磁軛部間隙長度Dei、Dg4的總和相比，設定成約2倍的值。因此，如果採用根據實施方式2的電抗裝置21，則與根據實施方式I的電抗裝置11相比，可以確保應對大功率用途的自由度。這是因為，在根據實施方式2的電抗裝置21中，與根據實施方式I的電抗裝置11相比，能夠增大作為環狀磁芯13整體的間隙長度的總量。(實施方式3)下面，參照

根據本發明的實施方式3的電抗裝置31。圖3是根據本發明的實施方式3的電抗裝置31的正剖視圖。根據實施方式I的電抗裝置11與根據實施方式3的電抗裝置31的基本構成要素相同。因此，對其功能相同的部件間賦予相同的附圖標記，省略其重複說明，針對兩者的不同之處進行說明。實施方式I與實施方式3的不同之處如下所述。S卩，在根據實施方式I的電抗裝置11中，第I和第2磁軛部17a、17b，把第I和第2磁腳部14a、14b夾在中間，相對圖IB的紙面在上下方向一分為二。另外，將環狀磁芯13放在假想的鐘表上看時，像圖IB所示的那樣，分別將存在於第I磁腳部14a的第2和第3間隙部G2、G3這兩個間隙部設置在3點前後的位置上並設有間隔，將存在於第2磁腳部14b的第5和第6間隙部G5、G6這兩個間隙部設置在9點前後的位置上並設有間隔。分別地，將存在於第I磁軛部17a的第I間隙部Gl設置在12點的位置上，將存在於第2磁軛部17b的第4間隙部G4設置在6點的位置上。與此相對，在根據實施方式3的電抗裝置31中，激勵用線圈35、磁腳部(第2磁腳部)14b和磁軛部37都分別只設置一個。一個磁軛部37把一個磁腳部(第2磁腳部)14b夾在中間，在圖3的紙面上連續地設置成「C」形。另外，像圖3所示的那樣，分別地將存在於一個磁腳部(第2磁腳部)14b的第5和第6間隙部G5、G6設置在9點前後的位置上並設有間隔。這一點與根據實施方式I的電抗裝置11相同。但是，在根據實施方式3的電抗裝置31中，省略了第I磁腳部14a，這一點與根據實施方式I的電抗裝置11不同。另外，在一個磁軛部37上，第31和第32間隙部G31、G32在隔著3點的位置的前後分別設置。S卩，在激勵用線圈35的數目、以及在磁腳部14b或磁軛部37上分別存在的間隙部的數目和位置方面，根據實施方式3的電抗裝置31與根據實施方式I的電抗裝置11大不相同。另外，根據實施方式3的電抗裝置31構成為，將共4個磁芯塊片即第31 第34磁芯塊片CB31 CB34組合併接合起來。在此，為了簡化對根據實施方式3的電抗裝置31的構成的說明，進行了下述的定義。像圖3所示的那樣，將在存在於磁軛部37的第31間隙部G31處相對置的第31和第32磁芯塊片CB31、CB32的端面間的距離稱為第31磁軛部間隙長度De31。將在存在於磁軛部37的第32間隙部G32處相對置的第32和第33磁芯塊片CB32、CB33的端面間的距離稱為第32磁腳部間隙長度De32。將根據實施方式的3的第31和第32磁腳部間隙長度De31^e32設定成與根據實施方式的I的第I和第4磁軛部間隙長度Dei、De4相比為相同的值。另外，可以通過與根據實施方式I的電抗裝置11相同的工序製造根據實施方式3的電抗裝置31。〔實施方式3的作用效果〕如果採用根據本發明的實施方式3的電抗裝置31，則與根據本發明的實施方式I 的電抗裝置11同樣地，可以在確保作為環狀磁芯33整體的間隙長度的總量的同時，儘可能地抑制因從存在於一個磁腳部14b的第5、第6間隙部G5、G6洩漏的漏磁通(間隙部損失)造成的電抗裝置31的損失。因此，可以提供作為整體的損失被抑制了的單相的電抗裝置31。(實施方式4)下面，參照

根據本發明的實施方式4的電抗裝置41。圖4是根據本發明的實施方式4的電抗裝置41的正剖視圖。根據實施方式4的電抗裝置41，像圖4所示的那樣，把兩個具有與根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13相同的構成的環狀磁芯43-1,43-2並排設置，彼此相鄰的磁腳部14b-l、磁腳部14a_2之間通過同一個激勵用線圈45b磁耦合，形成共3組磁腳部即14a-l、14b-l和14a_2的組、14b_2，由此構成三相的電抗裝置41。分別在一個環狀磁芯43-1的磁腳部14a-l上卷繞激勵用線圈45a，在另一個環狀磁芯43-2的磁腳部14b-2上卷繞激勵用線圈45c。也可以使上述的3個激勵用線圈45a、45b、45c分別設為U相、V相、W相這三相線圈，構成根據本發明的實施方式4的三相的電抗裝置41。另外，也可以除了設置上述的3組磁腳部即14a-l、14b-l和14a-2的組、14b_2之外，還在它們的兩側設定零相阻抗用的腳部(與磁腳部的概念不同)。上述以外的其它部分的構成基本上與根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13相同，所以省略其重複的說明。另外，關於與附圖標記14b-l和14a-2的組合有關的磁腳部，圖中省略了其電極部的示出。另外，在根據實施方式4的電抗裝置41中，對與根據實施方式I的電抗裝置11之間功能相同的部件間賦予相同的附圖標記。進而，為了唯一地識別被賦予相同的附圖標記的多個部件中的每個部件，在一個相同的附圖標記後附加副編號「-1」，在另一個相同的附圖標記後附加副編號「_2」。另外，可以通過與根據實施方式I的電抗裝置11相同的工序製造根據實施方式4的電抗裝置41。〔實施方式4的作用效果〕如果採用根據本發明的實施方式4的電抗裝置41，則與根據本發明的實施方式I的電抗裝置11同樣地，可以在確保作為環狀磁芯43-1、43-2整體的間隙長度的總量的同時，儘可能地抑制因來自分別在存在於3組磁腳部14a-l、14b-l和14a_2的組、14b_2的間隙部G2-l、G3-l、G5-l、G6-l、G2-2、G3-2G5-2、G6-2洩漏的漏磁通(間隙部損失)而造成的電抗裝置41的損失。因此，可以提供作為整體的損失被抑制了的三相的電抗裝置41。(實施方式5)下面，參照

根據本發明的實施方式5的電抗裝置11的固定結構。圖5是示出根據實施方式5的電抗裝置的固定結構的正剖視圖。根據實施方式5的電抗裝置11的固定結構，像圖5所示的那樣，是相對於臺座51安裝固定根據實施方式I的電抗裝置11的結構。在根據實施方式5的電抗裝置11的固定結構中，例示了原樣使用根據實施方式I的電抗裝置11，相對於臺座51以何種方式來安裝固定它，因此，省略針對根據實施方式I的電抗裝置11的重複說明，針對該安裝固定結構進行說明。在此，通過以下的步驟製造根據實施方式5 (實施方式I)的電抗裝置11的環狀磁芯13。首先，按預定的位置關係分別配置第I 第6磁芯塊片CBl CB6和第I 第6間 隙部件SI S6。維持該狀態不變，沿其外周卷繞緊固帶53。然後，用緊固螺絲55等的緊固手段固定緊固帶53。通過以上的步驟把根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13作為一體的裝置來固定。在該固定時,在環狀磁芯13的外周部與第I和第2激勵用線圈15a、15b的內周部之間，也可以夾著用來保持預定的間隙(一般為間隙長度的2 3倍左右)的套筒狀的絕緣部件。在把這樣緊固固定了的環狀磁芯13配置到臺座51上的狀態下，用固定夾具57把臺座51和第I和第2激勵用線圈15a、15b安裝固定成一體。〔實施方式5的作用效果〕如果採用根據本發明的實施方式5的電抗裝置11的固定結構，則可以原樣使用根據實施方式I的電抗裝置11，示出關於相對於臺座51以何種方式來安裝固定它的方案。(實施方式6)下面，參照

根據本發明的實施方式6的電力轉換裝置6L圖6是實施方式6的電力轉換裝置61的電路圖。根據實施方式6的電力轉換裝置61，像圖6所示的那樣，作為電力轉換裝置61的構成要素組裝並使用根據實施方式I的電抗裝置11。根據實施方式6的電力轉換裝置61包括單相交流電源63、由根據實施方式I的電抗裝置11和電容器65組合而成的濾波電路66以及具有第I 第4切換元件(由例如IGBT等的半導體元件構成的)67a 67d且通過根據來自未圖示的控制部的PWM(脈寬調製)信號切換濾波電路66的輸出進行電力轉換的電力轉換部67。〔實施方式6的作用效果〕根據實施方式6的電力轉換裝置61把來自交流電源63的單相交流電力轉換成具有任意的頻率和振幅的單相交流電力。在該電力轉換時，濾波電路66對伴隨著第I 第4切換元件67a 67d的PWM控制的高次諧波電流進行濾波。用其損失被抑制了的根據實施方式I的電抗裝置11進行該濾波。因此，根據實施方式6的電力轉換裝置61可以恰當地降低交流電源63的高次諧波電流。因此，如果採用根據實施方式6的電力轉換裝置61，則可以提供傳輸損失小且效率高的電力轉換裝置61。(實施方式7)下面，參照

根據本發明的實施方式7的(使用了電抗裝置41的)電力轉換裝置71。圖7是根據本發明的實施方式7的電力轉換裝置71的電路圖。根據實施方式7的電力轉換裝置71，像圖7所示的那樣，作為電力轉換裝置71的構成要素組裝並使用根據實施方式4的電抗裝置41。根據實施方式7的電力轉換裝置71包括三相交流電源73、由根據實施方式4的電抗裝置41和3個電容器75、76、77組合而成的濾波電路74、以及具有第11 第19切換元件(由例如IGBT等的半導體元件構成的)78a 78i且通過根據來自未圖示的控制部的PWM(脈寬調製)控制信號切換濾波電路74的輸出來進行電力轉換的電力轉換部78。〔實施方式7的作用效果〕根據實施方式7的電力轉換裝置71把來自交流電源73的三相交流電力轉換成具有任意的頻率和振幅的三相交流電力。在該電力轉換時，電力轉換部78用濾波電路74對伴隨著第11 第19切換元件78a 78i的PWM控制的高次諧波電流進行濾波。用其損失被抑制了的根據實施方式4的電抗裝置41進行該濾波。因此，根據實施方式7的電力轉換 裝置71可以恰當地降低交流電源73的高次諧波電流。因此，如果採用根據實施方式7的電力轉換裝置71，則可以提供傳輸損失小且效率高的電力轉換裝置71。(其它實施方式)以上說明的實施方式示出的是實施本發明的例子。因此，不能用它們對本發明的技術範圍進行限制性解釋。因為本發明在不脫離其它發明構思或其主要特徵的情況下可以用各種各樣的方式實施。例如，舉例說明了在根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13中，在相對置的位置上並排設置一對磁腳部14a、14b的例子，但本發明並不限定於該例子。也可以在相互正交的位置上設置一對磁腳部14a、14b，或者，也可以在相互成任意角度的位置上設置一對磁腳部14a、14b。另外，磁腳部的數目也不限於兩個。也可以像根據實施方式3的電抗裝置31那樣使磁腳部的數目為一個，也可以把3個、4個或更多個數目的磁腳部設置在一個環狀磁芯上。另外，舉例說明了在根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13中，在第I磁腳部14a設置兩個間隙部即第2和第3間隙部G2、G3，在第2磁腳部14b設置兩個間隙部即第5和第6間隙部G5、G6，共4個間隙部的例子，但本發明並不限定於該例子。在第I磁腳部14a也可以設置I個間隙部，也可以設置3個以上的間隙部。同樣地，在第2磁腳部14b也可以設置I個間隙部，也可以設置3個以上的間隙部。另外，舉例說明了在根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13中，把環狀磁芯13放在假想的鐘表上看時，第I磁腳部14a上存在的第2和第3間隙部G2、G3設置在3點前後的位置上並設有間隔，第2磁腳部14b上存在的第5和第6間隙部G5、G6設置在9點前後的位置上並設有間隔的例子，但本發明並不限定於該例子。設置間隙部的磁腳部上的位置可以考慮例如滿足作為電抗裝置的特性和製造上的方便等而適當地設定。另外，舉例說明了在根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13中，在第I磁軛部17a上設置第I間隙部Gl，在第2磁軛部17b上設置第4間隙部G4，共2個間隙部的例子，但本發明並不限定於該例子。磁軛部上設置的間隙部的數目只要是I個以上，幾個都可以。例如，也可以像根據實施方式2的電抗裝置21那樣，分別兩個兩個地在第I磁軛部17a設置第7和第10間隙部G7、G10，在第2磁軛部17b設置第8和第9間隙部G8、G9，共設置4個間隙部。另外，舉例說明了在根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13中，把環狀磁芯13放在假想的鐘表上看時，分別一個一個地在12點的位置上設置存在於第I磁軛部17a的第I間隙部G1，在6點的位置上設置存在於第2磁軛部17b的第4間隙部G4的例子，但本發明並不限定於該例子。設置間隙部的磁軛部上的位置可以考慮例如滿足作為電抗裝置的特性和製造上的方便等而適當地設定。另外，舉例說明了在根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13中，第2或第3磁腳部間隙長度De2、De3設定成比第I或第4磁軛部間隙長度Dei、De4小，且第5或第6磁腳部間隙長度De5、De6設定成比第I或第4磁軛部間隙長度Dei、De4小的例子，但本發明並不限定於該例子。也可以採用把在磁腳部上存在多個間隙部時磁腳部間隙長度的總和設定成比在磁軛部上存在多個間隙部時磁軛部間隙長度的總和小的構成。在米用這樣的構成時，也起到與實施方式I相同的作用效果。而且，也可以採用把在磁腳部上存在多個間隙部時磁腳部間隙長度的總和設定成 比磁軛部間隙長度(此時磁軛部間隙長度的意思是與磁軛部上存在的I個或2個以上的間隙部中的任一個間隙部相關的間隙長度)小的構成。在採用這樣的構成時，也起到與實施方式I相同的作用效果。另外，作為根據實施方式4的電抗裝置41，舉例說明了把兩個具有與根據實施方式I的電抗裝置11的環狀磁芯13相同的構成的環狀磁芯43-1、43-2並排設置，彼此相鄰的磁腳部14b-l、磁腳部14a-2之間通過同一個激勵用線圈45b磁耦合，形成共3組磁腳部即14a-l、14b-l和14a-2的組、14b_2，由此構成三相的電抗裝置41的例子，但本發明並不限定於該例子。作為根據實施方式4的變形例的電抗裝置，也可以把兩個具有與根據實施方式2的電抗裝置21的環狀磁芯23相同的構成的環狀磁芯並排設置，彼此相鄰的磁腳部之間通過同一個激勵用線圈磁耦合，形成共3組磁腳部，由此構成三相的電抗裝置。在採用這樣的構成時，也起到與實施方式4相同的作用效果。另外，在根據實施方式I 4的電抗裝置11、21、31、41中，舉例說明了沿磁通方向B的方向的長度相同的激勵用線圈的例子。但本發明並不限定於該例子。也可以在根據實施方式I 4的電抗裝置11、21、31、41中，使用上述方向的長度與上述相同的長度不同的激勵用線圈。另外，作為根據實施方式5的電抗裝置11的固定結構，舉例說明了原樣使用根據實施方式I的電抗裝置11，相對於臺座51以何種方式來安裝固定它的例子，但本發明並不限定於該例子。也可以取代根據實施方式I的電抗裝置11，用根據實施方式2的電抗裝置21、根據實施方式3的電抗裝置31、根據實施方式4的電抗裝置41中的任一個，使用根據實施方式5的電抗裝置的固定結構。另外，作為根據實施方式6的電力轉換裝置61的構成要素，舉例說明了組裝並使用根據實施方式I的電抗裝置11的例子，但本發明並不限定於該例子。也可以取代根據實施方式I的電抗裝置11，作為根據實施方式6的電力轉換裝置61的構成要素組裝並使用根據實施方式2的電抗裝置21、或根據實施方式3的電抗裝置31中的任一個。另外，作為根據實施方式7的電力轉換裝置71的構成要素，舉例說明了組裝並使用根據實施方式4的電抗裝置41的例子，但本發明並不限定於該例子。也可以取代根據實施方式4的電抗裝置41，作為根據實施方式7的電力轉換裝置的構成要素組裝並使用如下構成的三相電抗裝置，即，把兩個具有與根據實施方式2的電抗裝置21的環狀磁芯23相同的構成的環狀磁芯並排設置，彼此相鄰的磁腳部之間通過同一個激勵用線圈磁耦合，形成共3組磁腳部，由此構成的三相電抗裝置。另外，也可以在不停電電源 裝置中組裝並使用根據實施方式6的電力轉換裝置61或根據實施方式7的電力轉換裝置71。如果這樣地構成，則可以提供轉換損失小且效率高的不停電電源裝置。
權利要求
1.一種電抗裝置，包括把由磁性材料形成的多個磁芯塊片隔著間隙部連成環狀而成的環狀磁芯、以及卷繞到該環狀磁芯的激勵用線圈，構成為通過對上述激勵用線圈通電而在上述環狀磁芯中產生磁通，其特徵在於 上述環狀磁芯具有基於卷繞上述激勵用線圈的區域的磁腳部和基於不捲繞上述激勵用線圈的區域的磁軛部， 將在上述磁腳部存在的上述間隙部處相對置的上述多個磁芯塊片中的彼此相鄰的磁芯塊片的端面間的距離即磁腳部間隙長度設定成比在上述磁軛部存在的上述間隙部處相對置的上述多個磁芯塊片中的彼此相鄰的磁芯塊片的端面間的距離即磁軛部間隙長度小。
2.如權利要求I所述的電抗裝置，其特徵在於 將在上述磁腳部存在多個上述間隙部時的上述磁腳部間隙長度的總和設定成比在上述磁軛部存在多個上述間隙部時的上述磁軛部間隙長度的總和小。
3.如權利要求I所述的電抗裝置，其特徵在於 將在上述磁腳部存在多個上述間隙部時的上述磁腳部間隙長度的總和設定成比上述磁軛部間隙長度小。
4.如權利要求I所述的電抗裝置，其特徵在幹 在存在於上述磁腳部或上述磁軛部的上述間隙部中的至少某ー個設置有由非磁性材料形成的間隙部件。
5.如權利要求I所述的電抗裝置，其特徵在幹 上述激勵用線圈由線狀或板狀的導體構成，上述導體具有絕緣部件。
6.如權利要求I所述的電抗裝置，其特徵在幹 上述環狀磁芯是將具有軟磁性特性的薄膜導體層疊而成的。
7.如權利要求I所述的電抗裝置，其特徵在幹 上述環狀磁芯由各向同性材料形成。
8.ー種電カ轉換裝置，其特徵在於包括 將權利要求I所述的電抗裝置和電容器組合而成的濾波電路；以及 通過切換上述濾波電路的輸出而進行電カ轉換的電カ轉換部。
全文摘要
提供一種電抗裝置和使用了該電抗裝置的電力轉換裝置，即使在卷繞了激勵用線圈的環狀磁芯的區域內存在間隙部時，也可以儘可能地抑制因磁通從該間隙部洩漏而造成的電抗裝置的損失。該電抗裝置(11)包括多個磁芯塊片(CB)、隔著間隙部(G)連成環狀而成的環狀磁芯(13)、以及卷繞到該環狀磁芯(13)上的激勵用線圈(15)。環狀磁芯(13)由基於卷繞了激勵用線圈(15)的區域的磁腳部(14a、14b)和基於不捲繞激勵用線圈(15)的區域的磁軛部(17a、17b)構成。磁腳部間隙長度設定成比磁軛部間隙長度小。
文檔編號H01F27/24GK102682952SQ20121002795
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月9日 優先權日2011年3月8日
發明者恩田謙一, 慄田直幸 申請人:株式會社日立製作所