三相电抗器的制作方法

本发明涉及三相电抗器，尤其涉及三相的电感平衡的三相电抗器。

背景技术：

电抗器用于抑制自逆变器等产生高次谐波电流，或者用于改善输入功率因数，而且还用于减轻朝向逆变器的突入电流。电抗器具有：由磁性材料形成的芯部、形成在芯部的外周的线圈。

至今已知有多个绕组在直线上配置的电抗器(例如，日本特开2009-283706号公报。以下，称作“专利文献1”)。专利文献1所述的电抗器具有散热板、在散热板之上排列的多个绕组、以及将多个绕组朝向散热板施力的施力部件。专利文献1所述的电抗器存在由于三相为非对称形状导致磁通量等各种数值不能完全均等这样的问题。由于三相不平衡，因此，还会成为发热、漏磁通量(结合系数具有比大约0.3和理想值0.5低的倾向)、杂音、电磁波、漏磁通量的源头。因此，针对大型的电抗器而言，需要将其围起来使得人不能靠近电抗器。由于携带设备等利用电磁波的设备的增加，针对电磁波的要求也越来越严格。而且，漏磁通量具有针对心脏起搏器也造成影响这样的问题。

而且，也已知有三相的线圈在圆周上配置的电抗器(例如，国际公开第2012/157053号。以下，称作“专利文献2”)。专利文献2所述的电抗器具有：两个相对的磁轭铁芯；三个磁脚铁芯，其使线圈卷绕，且设有间隙调整部件；以及三个零相用磁脚铁芯，其不使线圈卷绕。两个相对的磁轭铁芯彼此通过三个磁脚铁芯和三个零相用磁脚铁芯连接起来。三个磁脚铁芯以磁轭铁芯的同心轴为基准，以规定的角度在圆周上配置。三个零相用磁脚铁芯以磁轭铁芯的同心轴为基准，在三个磁脚铁芯之间在圆周上配置。而且，存在三个零相用磁脚铁芯，在零相用磁脚铁芯流动有磁通量，向其他相的磁通量的流动变少，因此，互感变低。因此，在互感的利用这方面，并不是合适的构造。

而且，对于专利文献2所述的电抗器，铁芯是将薄板卷成卷状而成的，使磁通量易于呈卷状流动。因此，对于铁芯而言，不会使磁通量的流动路径为最短/最小磁阻，而是在路径的面上针对互感、自感而言容易变小。而且，存在在制造方面不适合孔、丝锥的加工等这样的制造、组装上的问题。因此，例如，存在难以使用电感调整机构(螺栓等)这样的问题。而且，存在难以防止自线圈产生的磁通量向外部泄漏这样的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种三相电抗器，该三相电抗器能够使三相平衡且能够积极地利用互感，与自感相配合地增大电抗的电感。

实施例的三相电抗器具有：第1板状铁芯和第2板状铁芯，其彼此相对地配置；多个铁芯，其为柱状，在第1板状铁芯和第2板状铁芯之间以与第1板状铁芯和第2板状铁芯正交的方式配置，该多个铁芯配置在以位于自该多个铁芯的中心轴线等距离位置的轴线为旋转轴线旋转对称的位置；以及多个线圈，其分别卷绕于多个铁芯。

也可以是，所述多个线圈配置在相对于所述相对地配置的第1板状铁芯和所述第2板状铁芯的端部的内侧。

也可以是，在所述第1板状铁芯和所述第2板状铁芯的至少一者的中心部设有孔。

也可以是，在所述多个铁芯的至少1个铁芯设有第1间隙。

也可以是，该三相电抗器还具有设于所述第1板状铁芯和所述第2板状铁芯的外周部的罩。

也可以是，所述罩为磁性体或者导电体。

也可以是，该三相电抗器还具有棒状体，该棒状体以位于自所述多个铁芯的中心轴线等距离位置的轴线为中心轴线地配置。

也可以是，所述棒状体为磁性体。

也可以是，在所述第1板状铁芯和第2板状铁芯的至少一者和所述多个铁芯的至少1个铁芯之间设有第2间隙，且设有用于调整所述第2间隙的长度的间隙调整机构。

也可以是，所述第1板状铁芯、所述第2板状铁芯、所述多个铁芯、以及所述罩中的至少1者由卷绕铁芯构成。

也可以是，所述第1板状铁芯、所述第2板状铁芯、所述多个铁芯、以及所述棒状体中的至少1者由卷绕铁芯构成。

也可以是，在所述卷绕铁芯的中心部配置有棒状的中心部铁芯。

也可以是，所述多个铁芯具有空芯构造，在该空芯构造填充有绝缘油或者磁性流体。

采用本发明实施例的三相电抗器，能够使三相平衡且增大互感，与自感相配合地，增大电抗的电感。

附图说明

根据添附附图所关联的以下的实施方式的说明能够进一步明了本发明的目的、特征以及优点。在该添附附图中，

图1是实施例1的三相电抗器的立体图，

图2是实施例1的三相电抗器的俯视图，

图3是表示实施例1的三相电抗器的第1板状铁芯的磁解析结果的图，

图4是实施例1的三相电抗器的铁芯线圈的磁通量线的图，

图5是实施例2的三相电抗器的立体图，

图6a是构成实施例2的三相电抗器的罩的基材的立体图，

图6b是实施例2的三相电抗器的罩的立体图，

图7是实施例3的三相电抗器的截面图，

图8是实施例4的三相电抗器的立体图，

图9是实施例4的三相电抗器的侧视图，

图10是构成实施例4的变形例的三相电抗器的第1板状铁芯的立体图，

图11是实施例4的变形例的三相电抗器的立体图，也是表示电感较大的状态的图，

图12是实施例4的变形例的三相电抗器的立体图，也是表示电感较小的状态的图，以及

图13是实施例5的三相电抗器的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的三相电抗器。但是，本发明的技术范围并不限于这些实施方式，请注意权利要求的范围所述的发明及其均等物所涉及的点均在本申请的保护范围内。

首先，说明实施例1的三相电抗器。图1中表示实施例1的三相电抗器的立体图。实施例1的三相电抗器101具有第1板状铁芯1和第2板状铁芯2、多个铁芯31、32、33、以及多个线圈41、42、43。

第1板状铁芯1和第2板状铁芯2是彼此相对地配置的铁芯。在图1中示出的例子中，将第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的形状设为圆盘状，但并不限于这样的例子，也可以是楕圆盘状、多边形状。优选的是，第1板状铁芯1和第2板状铁芯2由磁性体构成。

多个铁芯31、32、33是在第1板状铁芯以及第2板状铁芯之间且其中心轴线31y、32y、33y以与第1板状铁芯1和第2板状铁芯2正交的方式配置的柱状的多个铁芯。在图1中示出的例子中将铁芯的数量设为3个，但不限于这样的例子。例如，将6个铁芯呈线对称地配置，既可以串联或者并联地接线地作为一个电抗器，也可以直接设置6根配线地作为两个电抗器。而且，在单相的情况下也可以将铁芯的数量设为两个。线圈41、42、43优选配置在相对于相对地配置的第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的端部的内侧。

在图1中示出的例子中，将多个铁芯31、32、33的形状设为圆柱状，但也可以设为楕圆柱状或者多边柱状。

图2中表示实施例1的三相电抗器的俯视图。图2表示自第1板状铁芯1侧观察图1中示出的三相电抗器的俯视图。多个铁芯31、32、33配置在以位于自多个铁芯31、32、33的中心轴线31y、32y、33y等距离位置的轴线为旋转轴线c1旋转对称的位置。如图2所示，在铁芯为三个的情况下，铁芯31、32、33以各自的中心轴线31y、32y、33y相对于旋转轴线c1旋转对称的方式配置在每错开120°的位置。通过构成为这样的结构，能够消除三相的非平衡状态。

而且，也可以是，旋转轴线c1与第1板状铁芯1或者第2板状铁芯2的中心轴线一致。

图3中表示实施例1的三相电抗器的第1板状铁芯的三相交流的某个相位的磁解析结果。该相位是在卷于铁芯31的线圈流动有最大电流且在铁芯32、铁芯33流动有朝向相反且为最大电流的一半的电流的相位。因此，磁通量自铁芯31朝向铁芯32、铁芯33。在铁芯31的周边磁通量密度变高，随着自铁芯31离开，磁通量密度变低。能够较广泛地不浪费地利用第1板状铁芯整体，针对磁饱和也能够进行缓和，难以使电感下降。在铁芯31、32、33产生通常的三相的磁通量，某铁芯的磁通量也会穿过别的铁芯，不仅是自感，还积极地利用了互感。因此，电感能够通过下面的式子算出。

电感＝自感+互感

其结果，能够有效地活用互感。

而且，如图3所示，通过设为磁通量也穿过第1板状铁芯1的中心部的结构，使自铁芯31到达第1板状铁芯1的磁通量直线地向其他铁芯32、33流动，使磁通量的流动效率较好，也提高了互感。

在图4中示出铁芯线圈的磁通量线图。在图4中表示自卷绕有线圈41的铁芯31产生的磁通量线61。根据图4可知，在线圈41、42、43的上部配置第1板状铁芯1，通过将通常自线圈上部泄漏的磁通量相对于任一线圈均拾取，从而不仅能够提高自感，还能够提高互感。而且，针对第2板状铁芯2也相同。并且，能够利用后述的罩截断漏磁通量。

而且，根据图3的磁解析结果可知，根据铁芯31、32、33的周围的磁通量、铁芯之间的鼓起那样的磁通量的流动，即使铁芯为两个单相铁芯，也能够借助第1板状铁芯1使互感增加。

此外，在后述的间隙调整机构使用的螺栓孔1a、1b、1c、丝锥孔等，根据图3可知，只要设置在对磁通量没有影响的位置，就不会使电感变小。

而且，通过沿铁芯31、32、33的轴向层叠电磁钢板，与使用卷绕铁芯的情况相比，能够设为容易使磁通量流动的结构。

第1板状铁芯1和第2板状铁芯2与铁芯31、32、33的结合方法能够设为嵌合的方式。例如，也可以是，预先在第1板状铁芯1和第2板状铁芯2设置用于使铁芯31、32、33嵌合的孔，将铁芯31、32、33嵌合于该孔。但是，也可以根据基于用途的电抗器的大小，利用其他方法使两者结合。例如，如后述那样，利用螺栓将第1板状铁芯1和第2板状铁芯2与铁芯31、32、33紧固，从而进行加强。

在以上的说明中，针对在第1板状铁芯1和第2板状铁芯2没有设置孔的结构进行了说明，但也可以是，设为在第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的至少一者的中心部设有孔的结构。

而且，在以上的说明中，针对在多个铁芯31、32、33没有形成间隙的结构进行了说明，但也可以设为在多个铁芯31、32、33的至少一个铁芯设有第1间隙的结构。第1间隙能够设置为在与多个铁芯31、32、33的长度方向正交的面上相对。而且，优选的是，第1间隙设置在多个铁芯31、32、33的中央部。而且，磁阻能够通过磁路的长度、导磁率、截面积求得。铁芯的导磁率是空气的大约1000倍左右。因此，在带间隙的铁芯型电抗器和不带间隙的铁芯型电抗器中，前者是作为间隙部的空气部成为主磁阻，能够无视铁芯部的磁阻。后者是铁芯部成为磁阻。像这样即使仅在间隙部设置空气，也会由于导磁率的差，使得磁通量的流动方式的物性较大程度地不同，由此，使得用途不同。而且，铁芯饱和时的电流也较大程度地不同，即使称作电抗器，其用途也不同。

接着，说明实施例2的三相电抗器。在图5中示出实施例2的三相电抗器的立体图。实施例2的三相电抗器102与实施例1的三相电抗器101不同的点在于，还具有设于第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的外周部的罩5这一点。实施例2的三相电抗器102的其他结构与实施例1的三相电抗器101的结构相同因此省略详细的说明。

电抗器在铁芯设置间隙的情况下，在间隙部分沿铁芯的轴向产生吸引力。因此，为了在构造上支承该吸引力而设置罩5。罩5的材料可以是铁、铝以及树脂的任一种。或者，罩也可以是磁性体或者导电体。

图6a中示出构成实施例2的三相电抗器的罩的基材的立体图。基材50优选使用强磁体片材。作为强磁体片材，例如，能够使用电磁钢板。而且，在基材50的表面优选实施绝缘处理。

图6b中示出实施例2的三相电抗器的罩的立体图。通过将图6a所示那样的长方形的基材50沿着第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的外周部卷起，能够形成图6b所示那样的圆筒形状的罩5。在为直径较小的电抗器的情况下，能够在筒状的构件的周围以卷起基材50的方式形成圆筒形状的罩5。而且，罩也可以不使用电磁钢板而是使用碳素钢等。在为圆筒的情况下，由于易于利用车床进行加工，因此还具有能够廉价且高精度加工、制造这样的优点。而且，在为圆筒的情况下，在相同的外周长度的前提下圆筒内的体积最大，能够最大限度配置铁芯、线圈等，能够减少使用的构件的数量，从制品的商品寿命这方面是合理的，从这一点来看是优选的。

第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的外周部的形状也优选为圆或者楕圆。与罩5相同，通过将第1板状铁芯1和第2板状铁芯2也设为圆或者楕圆等简单的形状，能够高精度地加工、制造。因此，通过组合高精度加工的铁芯31、32、33、第1板状铁芯1、第2板状铁芯2、以及罩5，使铁芯之间的间隙的管理变容易，间隙的尺寸也容易保持为恒定。其结果，能够利用作用于间隙的吸引力减小间隙长度的变动。但是，罩5不限于圆筒，第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的形状不限于仅圆或者楕圆形状，也能够发挥本功能。

通过利用铁、铝等形成罩5，能够设为磁通量、电磁波不向外部泄漏。通过利用铁等磁性体形成罩5，能够使罩5也成为磁通量的通道，不会使漏磁通量向外部漏出。而且，能够使电磁波那样的杂音也不向外部漏出。而且，通过利用铁、铝等形成罩5，能够使涡流降低，能够提高磁通量的穿过容易度。

通过利用铝等导磁率较低且电阻率较小的材料形成罩5，能够截断电磁波。通常，三相交流电流由igbt元件等转换元件制作，矩形波的电磁波在emc试验等方面成为问题。而且，通过利用树脂等形成罩5，能够防止液体、异物等的进入。

在以往技术中，已知有为了零相即并非三相交流而是直流的磁通量的应对方法，设置零相用磁脚铁芯的例子。另一方面，如图3的磁解析结果所示那样，在本实施例中磁通量不会到达外周部的罩5。但是，在利用磁性体形成罩5且流动有直流的磁通量的情况下，还能够想到不平衡的磁通量与漏磁通量同样地流动到罩所在位置，但是，能够利用由磁性体形成的罩吸收，从而不造成不良影响。在此，还能够想到直流的磁通量由于某种理由与三相交流重叠的情况。

接着，说明实施例3的三相电抗器。在图7中示出实施例3的三相电抗器的截面图。图7表示在图5中利用与第1板状铁芯1水平的面在卷绕有多个线圈41、42、43的多个铁芯31、32、33的任意的位置切断而成的截面图。实施例3的三相电抗器103与实施例1的三相电抗器101不同的点在于，还具有以位于自多个铁芯31、32、33的中心轴线31y、32y、33y等距离位置的轴线(旋转轴线c1)为中心轴线地配置的棒状体6这一点。实施例3的三相电抗器103的其他结构与实施例1的三相电抗器101的结构相同因此省略详细的说明。

棒状体6优选的是，根据卷绕有多个线圈41、42、43的多个铁芯31、32、33的配置和第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的形状，以位于自多个铁芯31、32、33的中心轴线31y、32y、33y等距离位置的轴线(旋转轴线c1)为中心轴线地配置。棒状体6优选为磁性体。

而且，在为电抗器的情况下，作用于间隙之间的吸引力较大，通过支承第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的中心，能够有效地抑制第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的挠曲。而且，吸引力在间隙仅沿使相向的铁芯互相吸引的方向作用，因此在载荷的方向上也能够有效地抑制挠曲(进一步说是间隙的变动)。

在图7中示出的例子中，表示了在三相电抗器103设置罩5以及棒状体6的结构，但也可以不设置罩5而是设置棒状体6。

接着，说明实施例4的三相电抗器。图8中示出实施例4的三相电抗器的立体图。图9中示出实施例4的三相电抗器的侧视图。实施例4的三相电抗器104与实施例1的三相电抗器101不同的点在于，在第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的至少一者和多个铁芯310、320、330的至少一个之间设有第2间隙，且设有调整第2间隙的长度d的间隙调整机构71、72、73这一点。实施例4的三相电抗器104的其他结构与实施例1的三相电抗器101的结构相同因此省略详细的说明。

作为间隙调整机构71、72、73，能够使用设于第1板状铁芯1的螺栓。螺栓的顶端面抵接于罩5，在第1板状铁芯1也设有螺栓孔。通过使作为间隙调整机构71、72、73的螺栓旋转，能够使第1板状铁芯1上下移动。能够在第1板状铁芯1和多个铁芯310、320、330的顶端之间形成第2间隙d，能够利用螺栓调整第2间隙d的大小。通过调整第2间隙d，能够进行电感的大小的微调整。而且，能够利用一个电抗器形成不同大小的电感。

像上述那样即使仅利用作为间隙调整机构71、72、73的螺栓，也能够固定第1板状铁芯1。但是，也可以是，为了作用于第2间隙d的磁吸引力，在罩5切出螺纹牙，在第1板状铁芯1也设置切割螺纹牙而成的孔，利用第1固定螺栓81、82、83将第1板状铁芯1和罩5固定，从而使结合牢固。另一方面，也可以是，利用第2固定螺栓91、92、93，将第2板状铁芯2和罩5固定，从而使结合牢固。

作为间隙调整机构，也可以代替螺栓，在第1板状铁芯1和罩5之间夹持间隔件等构件，利用固定螺栓形成间隙。

在图8以及图9中示出的例子中，表示了设有罩5的例子，但在没有设置罩5的情况下，通过使作为间隙调整机构71、72、73的螺栓以及固定螺栓81、82、83穿过至第2板状铁芯2，能够与上述同样地调整间隙。

在图10中示出构成实施例4的变形例的三相电抗器的第1板状铁芯10的立体图。作为间隙调整机构，代替螺栓，在第1板状铁芯10的与铁芯(未图示)相对的面设置图10所示那样的突出部11、12、13。突出部11、12、13沿着自第1板状铁芯10的旋转的中心c2距离r的位置设置形成为径向的长度沿顺时针的朝向变短。而且，在第1板状铁芯10为了调整周向的位置而设有多个螺栓孔14。通过使第1板状铁芯10旋转，有意图地使铁芯和第1板状铁芯10的突出部11、12、13的接触面积变化，能够调整电感。

图11中示出实施例4的变形例的三相电抗器1041的立体图，图11表示电感较大的状态。在突出部11、12、13的径向的长度为最大的位置处与多个铁芯310、320、330接触。此时电感最大。

图12中示出实施例4的变形例的三相电抗器1041的立体图，图12表示电感较小的状态。在突出部11、12、13的径向的长度为最小的位置处与多个铁芯310、320、330接触。此时电感最小。

在图11以及图12所示的结构中，在将由第1板状铁芯10、罩5以及第2板状铁芯2包围的三相电抗器1041的内部设为密闭构造的情况下，也可以利用构件堵塞间隙。通过设为密闭构造，能够作为漏磁通量、电磁波、粉尘等的应对方法。

在上述实施例的三相电抗器中，也可以是，第1板状铁芯1、第2板状铁芯2、多个铁芯31、32、33、罩5、以及棒状体6中的至少1个由卷绕铁芯构成。而且也可以是在卷绕铁芯的中心部配置有棒状的中心部铁芯。

接着，说明实施例5的三相电抗器。图13中示出实施例5的三相电抗器105的立体图。实施例5的三相电抗器105与实施例1的三相电抗器101不同的点在于，多个铁芯311、321、331具有空芯构造，且在该空芯构造填充有绝缘油或者磁性流体这一点。实施例5的三相电抗器105的其他结构与实施例1的三相电抗器101的结构相同因此省略详细的说明。

多个铁芯311、321、331贯穿第1板状铁芯1和第2板状铁芯2，空芯构造与第1板状铁芯1和第2板状铁芯2的外部连通。因此，能够自第1板状铁芯1侧经由空芯构造使绝缘油或者磁性流体流入，且能够自第2板状铁芯2侧排出。

而且，也可以是，在多个铁芯311、321、331的空芯构造流有冷却水、冷却油。通过构成为这样的结构，能够提高三相电抗器105的冷却性能。

而且，在图13也示出卷绕于多个铁芯311、321、331的线圈的配线100。将配线100取出至三相电抗器105的外部的连接部51优选设置在不会影响磁通量的位置。在设为密闭构造的情况下，通过在连接部51使用连接器、橡胶垫、粘接构件等，能够保持气密性。只要是不会对磁通量即电感造成影响的位置，就也可以将连接部51设置在任意的位置。

采用实施例的三相电抗器，能够使三相平衡且增大互感，与自感相配合地，增大电抗的电感。