多相電抗器的製作方法

2023-05-21 10:25:46

本實用新型涉及一種能夠在各相得到固定的電感的多相電抗器。

背景技術：

以往，例如，三相電抗器使用於以產業用機器人、工具機為首的設備，設置於電源側(一次側)與逆變器之間、或者電動機等的負載側(二次側)與逆變器之間，用於減少逆變器故障、改善功率因數。

具體地說，將三相電抗器設置於逆變器的一次側，來改善功率因數(應對諧波)、減少來自電源的湧流，或者將三相電抗器設置於逆變器的二次側，來減輕逆變器運轉時的電動機噪音、應對湧流。此外，在本說明書中，主要以三相電抗器為例來進行說明，但是本實用新型的應用不限於三相電抗器，也可以是三相以外的多相電抗器。

另外，以往，作為多相電抗器，提出了各種方案。例如，一般來說，三相電抗器具有3個芯(鐵芯)以及卷繞在這些芯上的3個繞線(線圈)。例如，日本特開平2-203507號公報(專利文獻1)中公開了一種包括並排設置的3個繞線的三相電抗器。

另外，國際公開第2014/033830號(專利文獻2)中公開了以下內容：多個繞線各自的中心軸線繞著三相電抗器的中心軸線進行配置。這可以認為是將專利文獻1的3個繞線部配置於正三角形的頂點的位置而不是橫向並排。

並且，日本特開2008-177500號公報(專利文獻3)中公開了一種使電抗可變的可變電抗器，該電抗器包括沿半徑方向配置的6個直線磁芯、將這些直線磁芯連結的連結磁芯以及卷繞在直線磁芯和連結磁芯上的繞線。另外，為了使電抗可變，未設置空隙部。

以往，例如，作為三相電抗器，一般來說，在上部芯與下部芯之間，以相對於下部芯設置規定的空隙的方式，沿橫向並排配置分別卷繞有繞線的3個芯(繞線芯)。這種三相電抗器例如相對於中央的繞線芯的中心線呈線對稱。

然而，由線對稱的3個繞線芯形成的三相電抗器存在以下問題：中央的繞線芯(繞線)與兩端的繞線芯不平衡，因此難以使R相、S相以及T相這3個相的電感統一為固定的值。

本實用新型的目的在於鑑於上述以往技術的問題來提供一種能夠將各相的電感統一為固定的值的多相電抗器。

技術實現要素：

根據本實用新型所涉及的一個實施方式，提供一種多相電抗器，該多相電抗器具備：配置於中心部的第一芯；設置於所述第一芯的外側並配置成相對於所述第一芯的磁路呈環狀的多個第二芯；以及卷繞在所述第二芯上的一個或多個繞線。

優選的是，所述第二芯形成為同一形狀，另外，所述第二芯繞著所述第一芯配置成相對於該第一芯的中心呈旋轉對稱。在此，優選的是，在所述第一芯的外側與所述第二芯之間設置有規定的空隙。另外，所述多相電抗器也可以還具備空隙構件，該空隙構件設置於所述第一芯的外側與所述第二芯之間，具有規定的厚度。

也可以是，所述第二芯以形成為一體的方式包括2個放射狀腿部和外周部，2個所述放射狀腿部的一端面向所述第一芯的外側呈放射狀延伸，所述外周部將2個所述放射狀腿部的另一端連接，各個所述繞線卷繞在對應的所述放射狀腿部上。能夠使所述第一芯的外側形狀為與多個所述第二芯的所述放射狀腿部的一端的形狀對應的圓形形狀、或者與多個所述第二芯的所述放射狀腿部的一端的形狀對應的多邊形形狀。

優選的是，所述多相電抗器還具備芯固定構件，該芯固定構件設置於相鄰的2個所述第二芯的外周部之間。另外，也可以是，所述芯固定構件由與多個所述第二芯不同的材質形成，或者以與多個所述第二芯相同的材質與所述第二芯形成為一體。並且，還可以是，所述芯固定構件同所述第二芯的外周部形成為圓形形狀。

也可以是，所述芯固定構件是為了組裝或者固定所述多相電抗器而使用的。另外，優選的是，所述芯固定構件分別具有規定的孔。所述多相電抗器也可以是應用三相交流的三相電抗器。在此，多個所述第二芯設置有3的整數倍個，卷繞在3的整數倍個所述第二芯上的繞線能夠匯總為3個。

附圖說明

圖1是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第一實施例的圖。

圖2是示意性地表示圖1所示的第一實施例的多相電抗器的立體圖。

圖3是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第二實施例的圖。

圖4是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第三實施例的圖。

圖5是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第四實施例的圖。

圖6是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第五實施例的圖。

圖7是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第六實施例的圖。

圖8是表示對圖7所示的多相電抗器提供的三相交流的一例的波形圖。

圖9是用於說明圖7所示的多相電抗器的動作的圖(其1)。

圖10是用於說明圖7所示的多相電抗器的動作的圖(其2)。

圖11是用於說明圖7所示的多相電抗器的動作的圖(其3)。

圖12是用於說明以往的多相電抗器的一例的圖。

具體實施方式

首先，在詳細敘述本實用新型所涉及的多相電抗器的實施例之前，參照圖12來說明以往的多相電抗器的一例及其問題點。圖12是用於說明以往的多相電抗器的一例的圖，用於說明三相電抗器的一例。

如圖12所示，三相電抗器包括上部芯104、下部芯105以及分別卷繞有R相、S相及T相用的繞線110～130的3個繞線芯101～103。

繞線芯101～103分別以隔著空隙d10的方式配置於上部芯104與下部芯105之間，例如，在R相用的繞線芯101上卷繞有繞線110，在S相用的繞線芯102上卷繞有繞線120，而且，在T相用的繞線芯103上卷繞有繞線130。

在此，為了使R相、S相以及T相各自的電感固定，例如，使繞線芯101～103各自的材質、形狀以及粗細相同，另外，使繞線芯101～103的配置為等間隔。並且，使繞線110～130各自的匝數以及線材的材質和粗細等相同。

即，在如圖12所示的側視圖中，卷繞有繞線110～130的繞線芯101～103相對於沿上下方向將中央的繞線芯102的中心連結的直線L1-L1呈線對稱。

然而，在如圖12所示的相對於直線L1-L1呈線對稱的三相電抗器中，存在以下問題：中央的繞線芯102(繞線120)與兩端的繞線芯101、103(繞線110、130)無論如何都是不平衡的，難以使R相、S相以及T相的電感為固定的值。

下面，參照附圖來詳細敘述本實用新型所涉及的多相電抗器的實施例。此外，在下面的記載中，以三相電抗器為例來進行說明，但是本實用新型的應用不限定於三相電抗器，能夠廣泛應用於在各相要求固定的電感的多相電抗器。另外，本實用新型所涉及的多相電抗器不限定於設置於產業用機器人、工具機中的逆變器的一次側和二次側，能夠應用於各種設備。

圖1是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第一實施例的圖，示意性地表示應用三相交流的三相電抗器的例子。在圖1中，參照標記1表示三相交流(R相、S相以及T相)中的R相用的芯(繞線芯：第二芯)，2表示S相用的繞線芯(第二芯)，3表示T相用的繞線芯(第二芯)，而且4表示中心部芯(第一芯)。

另外，參照標記10表示卷繞在R相用的芯1上的繞線、20表示卷繞在S相用的芯2上的繞線，30表示卷繞在T相用的芯3上的繞線。即，第一實施例的三相(多相)電抗器包括配置於中心部的中心部芯4、設置於中心部芯4的外側的3個繞線芯1、2、3以及分別卷繞在這3個繞線芯1、2、3上的3個繞線10、20、30。

在此，3個繞線芯1、2、3相對於中心部芯4配置成各自的磁路MP1、MP2、MP3呈環狀。另外，在中心部芯4的外側與各個繞線芯1、2、3的兩端之間設置有空隙d。在此，若作為磁路來考慮，則在設置空隙部d的情況下，通常空隙部d的磁阻為電抗器的電感的主導因素，根據空隙部d來決定電感值。一般來說，到大電流為止，電感值為固定的值。另一方面，當使空隙部d變小或者使空隙部d為零時，構成鐵芯的鐵、電磁鋼板的磁阻成為電感的主導因素，一般來說，以低電流時為主要對象。另外，在設置空隙部d的情況下和使空隙部d變小或者使空隙部d為零的情況下，電抗器的尺寸也大不相同。

另外，使繞線芯1、2、3的形狀相同且使相鄰的2個繞線芯(1與2、2與3、3與1)之間的距離相等。即，3個繞線芯1、2、3繞著中心部芯4配置成相對於該中心部芯4的中心呈旋轉對稱。此外，作為電抗器，從設置電感的觀點出發，繞線芯1、2、3的形狀也可以不是同一形狀，即使不配置成旋轉對稱，在物理上也不存在問題。並且，當然空隙部d的大小也是，即使繞線芯1、2、3的空隙部d不相同，在物理上也不存在問題。

並且，能夠以相同材料形成(例如，將矽鋼板等電磁鋼板層疊來形成)3個繞線芯1、2、3，另外，使3個繞線10、20、30各自的線材的材質和粗細以及匝數和繞線間隔等相同。此外，能夠應用已知的各種芯材料和芯形狀來形成繞線芯1、2、3和中心部芯4。由此，3個繞線芯1、2、3(3個繞線10、20、30)形成為同等的繞線芯，具有相同的電感值。另外，在3個繞線芯1、2、3中設置有空隙的情況下，也同樣地具有相同的電感值。在此，空隙只要存在於中心部芯4的磁路中即可，另外，如上所述，也有時不設置空隙。此外，與繞線芯1、2、3同樣地，即使3個繞線10、20、30的匝數等不相同，在物理上也不存在問題。

圖2是示意性地表示圖1所示的第一實施例的多相電抗器的立體圖，示意性地表示圖1所示的三相電抗器。如圖2所示，例如通過上板51、下板52以及機殼53來保持具有中心部芯4和3個繞線10、20、30(3個繞線芯1、2、3)的三相電抗器。在此，在上板51、下板52以及機殼53中，例如也可以設置有維持空隙d並保持和固定中心部芯4與3個繞線芯1、2、3的位置關係的構件(未圖示)，或者形成有用於散出來自使用時的三相電抗器的熱的散熱用狹縫(未圖示)等，這是理所當然的。

圖3是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第二實施例的圖，表示由繞著中心部芯4配置成在其周圍呈旋轉對稱的6個繞線芯1a、2a、3a、1b、2b、3b(6個繞線10a、20a、30a、10b、20b、30b)形成的三相電抗器的例子。

即，如圖3所示，第二實施例的多相電抗器例如使卷繞在位於中心部芯4的相反側的2個繞線芯1a和1b、2a和2b、3a和3b上的繞線10a和10b、20a和20b、30a和30b分別與R相、S相、T相對應地成為3個組，從而形成三相電抗器。在此，在各組的2個繞線10a和10b、20a和20b、30a和30b中，使各繞線的卷繞方向和連接等全部同等，這是不言而喻的。

這樣，例如，三相電抗器設置3的整數倍(在圖3中為2倍)個繞線芯，使卷繞在該3的整數倍個繞線芯1a、2a、3a、1b、2b、3b上的繞線10a、20a、30a、10b、20b、30b匯總為R相、S相和T相這三個。在此，圖3所示的多相電抗器也能夠不以2個繞線為1組，而是直接使6個繞線10a、20a、30a、10b、20b、30b獨立，由此作為六相電抗器來使用。

圖4是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第三實施例的圖，示意性地表示三相電抗器的例子。根據圖4與前述的圖1的比較可以明確的是，在第三實施例的三相電抗器中，各繞線芯(第二芯)1、2以及3分別包括2個放射狀腿部11、13、21、23及31、33以及外周部12、22及32，所述2個放射狀腿部的一端面向圓形形狀的中心部芯(第一芯)41的外側呈放射狀延伸，所述外周部將2個放射狀腿部的另一端連接。

各放射狀腿部11、13、21、23以及31、33的一端的端面形狀與圓形形狀的中心部芯41的外周對應地呈圓弧狀。另外，在各放射狀腿部的一端與中心部芯41的外周之間設置有一定的空隙d。

在相鄰的2個繞線芯1、2、3的外周部12、22、32之間分別設置有芯固定構件61、62、63。即，在繞線芯1的外周部12與繞線芯2的外周部22之間設置有芯固定構件61，在繞線芯2的外周部22與繞線芯3的外周部32之間設置有芯固定構件62，而且在繞線芯3的外周部32與繞線芯1的外周部12之間設置有芯固定構件63。

繞線芯1(2、3)的2個放射狀腿部11、13(21、23、31、33)上分別卷繞有繞線11c、13c(21c、23c、31c、33c)。此外，使各個繞線芯1、2、3上的繞線11c、13c、21c、23c、31c、33c的卷繞方向和連接等全部同等。

在此，如之後參照圖8～圖11所詳細敘述的那樣，卷繞有繞線的繞線芯1、2、3的磁通實質上是分開的，因此芯固定構件61、62、63不需要是與繞線芯相同的材質(例如電磁鋼板)，也能夠為塑料等材質。並且，這些芯固定構件61、62、63例如形成有規定的孔(610、620、630)，能夠用於將三相電抗器固定。另外，也能夠利用芯固定構件61、62、63來組裝三相電抗器。

圖5是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第四實施例的圖，中心部芯的形狀與上述的第三實施例不同。即，如圖5所示，在第四實施例的三相電抗器中，中心部芯42的外側形狀與3個繞線芯1、2、3的放射狀腿部11、13、21、23、31、33的一端的形狀對應地呈正六邊形(六邊形)形狀。此外，各放射狀腿部的一端的端面形狀與正六邊形形狀的中心部芯42的各邊對應地呈直線狀。另外，在各放射狀腿部的一端與中心部芯42的各邊之間設置有一定的空隙d。

這樣，中心部芯能夠基於繞線芯的數量以及繞線芯的形狀等而成為圓形形狀、多邊形形狀之類的各種形狀。此外，在利用矽鋼板等電磁鋼板來形成中心部芯的情況下，例如可以將相同形狀的電磁鋼板沿厚度(例如圖2中的高度方向)層疊來形成中心部芯，只要對各個繞線芯給出相同的條件(不損壞對稱性)即可，也能夠利用截割芯(cut core)等來形成中心部芯。

圖6是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第五實施例的圖，相對於參照圖4來說明的第三實施例設置了厚度為d的空隙構件7。即，也可以使空隙構件7例如為如包裹圓柱形狀的中心部芯41的外側那樣的厚度為d的圓筒形狀，使繞線芯1、2、3的放射狀腿部11、13、21、23、31、33各自的一端與該空隙構件7的外側緊貼。

在此，例如，在層疊圓形的電磁鋼板來形成中心部芯41的情況下，通過空隙構件7來保持所層疊的多個圓形的電磁鋼板，另外，能夠利用空隙構件7的厚度來規定中心部芯41與各個繞線芯1、2、3之間的空隙d，因此能夠減輕電抗器的組裝作業的負擔，並且使電抗器的特性穩定。另外，作為空隙構件7，能夠應用以塑料為首的各種材料。

此外，在圖4～圖6所示的第三～第五實施例中，在例如以塑料等與繞線芯1、2、3不同的材料形成芯固定構件61、62、63的情況下，能夠在芯固定構件61、62、63中形成孔，利用該孔來用於組裝或者固定三相電抗器。

圖7是用於說明本實用新型所涉及的多相電抗器的第六實施例的圖，在參照圖4來說明的第三實施例中，將芯固定構件61、62、63與繞線芯1、2、3形成為一體。圖8是表示對圖7所示的多相電抗器提供的三相交流的一例的波形圖。在此，在圖7所示的多相電抗器中，外周部12、22、32同芯固定構件61、62、63形成同一圓形形狀。

如參照圖4所說明的那樣，各繞線芯1(2、3)的2個放射狀腿部11、13(21、23、31、33)上分別卷繞有繞線11c、13c(21c、23c、31c、33c)，使這些繞線11c、13c、21c、23c、31c、33c的卷繞方向和連接等全部同等。

在此，如圖8所示的相位(電角度)相差120°的R相、S相以及T相用的三相交流電流流過各繞線芯1、2以及3的繞線11c、13c、21c、23c以及31c、33c。由此，產生如參照圖9～圖11說明的那樣的磁場。圖9～圖11是用於說明圖7所示的多相電抗器的動作的圖，表示對圖7所示的第六實施例的三相電抗器提供圖8所示的三相交流時的情形。

圖9的(a)和圖9的(b)表示圖8所示的三相交流(電壓、電流)的波形圖中的電角度為0°的情況，圖10的(a)和圖10的(b)表示電角度為60°的情況，而且，圖11的(a)和圖11的(b)表示電角度為250°的情況。另外，圖9的(a)、圖10的(a)以及圖11的(a)表示各自的電角度下的磁通線圖，圖9的(b)、圖10的(b)以及圖11的(b)表示各自的電角度下的磁通密度圖。此外，磁通線圖表示磁通的流動，磁通線圖的線的間隔表示磁通的強度。另外，在圖9的(a)、圖9的(b)～圖11的(a)、圖11的(b)中，各個三相電抗器與使圖7所示的三相電抗器順時針旋轉30°而得到的三相電抗器對應。

首先，在圖8所示的三相交流中，在電角度為0°的情況下，磁通線圖和磁通密度圖如圖9的(a)和圖9的(b)那樣。即，可知放射狀腿部11和13的磁通密度由於繞線芯1的繞線11c和13c而變大，繞線芯1中流通大的磁通。另外，可知繞線芯2、3中也流通規定的磁通，雖然比流過繞線芯1的磁通小。

與此相對，可知在相鄰的2個繞線芯的外周部12與22、22與32、32與12之間、即與位於繞線芯1、2、3之間的芯固定構件61、62、63對應的位置沒有磁通流動。

接著，在圖8所示的三相交流中，在電角度為60°的情況下，磁通線圖和磁通密度圖如圖10的(a)和圖10的(b)那樣。即，可知放射狀腿部31和33的磁通密度由於繞線芯3的繞線31c和33c而變大，繞線芯3中流通大的磁通。另外，可知繞線芯1、2中也流通規定的磁通，雖然比流過繞線芯3的磁通小。

與此相對，可知在相鄰的2個繞線芯的外周部12與22、22與32、32與12之間、即與位於繞線芯1、2、3之間的芯固定構件61、62、63對應的位置沒有磁通流動。

另外，在圖8所示的三相交流中，在電角度為250°的情況下，磁通線圖和磁通密度圖如圖11的(a)和圖11的(b)那樣。即，可知放射狀腿部31和33的磁通密度由於繞線芯3的繞線31c和33c而變大，繞線芯3中流通大的磁通。另外，可知繞線芯2中也流通規定的磁通，雖然比流過繞線芯3的磁通小，並且，繞線芯1中也仍流通某種程度的磁通，雖然比流過繞線芯2和3的磁通小。

與此相對，可知在相鄰的2個繞線芯的外周部12與22、22與32、32與12之間、即與位於繞線芯1、2、3之間的芯固定構件61、62、63對應的位置沒有磁通流動。

圖9、圖10以及圖11表示電角度為0°、60°以及250°的情況，但是電角度為其它角度的情況也是同樣的，在與位於相鄰的繞線芯1、2、3之間的芯固定構件61、62、63對應的位置始終沒有磁通流動。此外，在圖9的(a)、圖10的(a)和圖11的(a)中，在與芯固定構件61、62、63對應的位置包含1條磁通線，但是根據圖9的(b)、圖10的(b)以及圖11的(b)可以明確的是，即使這1條線進入，也沒有磁通流動。

作為其第一個依據，是基於以下的物理法則：作為電抗器整體，磁通會通過磁通所形成的磁能最小的路徑(例如繞線芯1、2、3)，即，如果是在相同的芯上，則磁通通過最短的路徑。另外，作為第二個依據，例如在如三相交流那樣的情況下，是基於利用以下的三相交流的物理特徵：若以中心部芯4來考慮則可知，來自繞線芯1、2、3的合計磁通之和始終為零。

這樣，圖7所示的第六實施例例如將芯固定構件61、62、63與繞線芯1、2、3(以相同材料)形成為一體，即使在這種情況下，芯固定構件61、62、63中也始終沒有磁通流動。因此，例如，也能夠在芯固定構件61、62、63中形成孔610、620、630，利用該孔來用於組裝或固定三相電抗器。

並且，上述實施例能夠適當組合。例如，也能夠將圖6所示的第五實施例應用於圖7所示的第六實施例，在圓形形狀的中心部芯41的外側設置厚度為d的空隙構件7，或者將圖6所示的第五實施例應用於圖5所示的第四實施例，在六邊形形狀的中心部芯42的外側設置厚度為d的空隙構件7，這是不言而喻的。如以上所詳細敘述的那樣，根據本實用新型所涉及的各實施例的多層電抗器，能夠在各相得到固定的電感。

根據本實用新型所涉及的多相電抗器，起到能夠將各相的電感統一為固定的值的效果。

以上說明了實施方式，但是在此記載的所有例子和條件都是為了有助於理解實用新型和技術中應用的實用新型的概念而記載的，並不期望特別記載的例子和條件對實用新型的範圍進行限制。另外，說明書的這種記載也不表示實用新型的優點和缺點。應該理解的是，雖然詳細記載了實用新型的實施方式，但是能夠以不脫離實用新型的精神和範圍的方式進行各種變更、置換、變形。