芯主体和电抗器的制作方法

本实用新型涉及一种包含外周部铁芯的芯主体、包含这样的芯主体的电抗器以及制造方法。

背景技术：

近年来，开发了一种电抗器，其具有芯主体，该芯主体包含外周部铁芯和在该外周部铁芯的内部配置的多个铁芯。在多个铁芯分别卷绕有线圈。

在设置芯主体时，将芯主体配置在两个铁芯固定部、例如端板和/或基座之间，在形成于两个铁芯固定部以及外周部铁芯的多个贯通孔分别插入金属螺栓来对芯主体进行固定(例如，参照日本特开2019-029449号公报)。

技术实现要素：

实用新型要解决的问题

然而，由于金属螺栓与贯通孔的内壁即外周部铁芯接触，从而产生较大的环路电流，其结果是，存在损失变大这一问题。虽然通过使金属螺栓绝缘能够避免该问题，但成本变高。

在去除外周部铁芯的贯通孔而将金属螺栓配置在外周部铁芯的外侧的情况下，损失不会变大。然而，在该情况下，铁芯固定部大型化，结果产生电抗器大型化这一其他的问题。此外，使芯主体以及电抗器轻量化是该技术领域中的永恒课题。

因此，期望提供一种不增加损失、不大型化而能够以低成本制作的轻量的芯主体、具有这样的芯主体的电抗器以及制造方法。

用于解决问题的方案

根据第1技术方案，其提供一种电抗器，该电抗器具备芯主体，该芯主体包括外周部铁芯、以及与该外周部铁芯的内表面接合的至少三个铁芯线圈，该至少三个铁芯线圈包括至少三个铁芯和卷绕于该铁芯的线圈，所述至少三个铁芯的各自的半径方向内侧端部位于所述外周部铁芯的中心附近并且朝向所述外周部铁芯的中心会聚，在所述至少三个铁芯中的一个铁芯和与该一个铁芯相邻的其他铁芯之间形成有能够磁耦合的间隙，所述至少三个铁芯的所述半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙而相互分离开，在所述外周部铁芯的外周面形成有沿着该外周部铁芯的轴线方向延伸的多个缺口部，所述电抗器还具备：两个铁芯固定部，其分别配置在所述外周部铁芯的两端面；以及多个螺栓，其穿过了所述多个缺口部，在所述两个铁芯固定部之间夹着所述芯主体并且对所述芯主体进行固定。

根据第2技术方案，在第1技术方案中，所述多个螺栓由磁性材料形成。

根据第3技术方案，在第1或者第2技术方案中，所述外周部铁芯由多个外周部铁芯部分构成，所述至少三个铁芯分别与各所述多个外周部铁芯部分接合。

根据第4技术方案，在第3技术方案中，所述多个缺口部形成于以下位置中的至少一处：与所述至少三个铁芯的各自的半径方向外侧端部对应的所述外周部铁芯的外周面的外侧端部对应位置；与所述多个外周部铁芯部分中的彼此相邻的外周部铁芯部分的接合面对应的接合面对应位置。

根据第5技术方案，在第1～第4的任一技术方案中，所述至少三个铁芯线圈的数量为3的倍数。

根据第6技术方案，在第1～第4的任一技术方案中，所述至少三个铁芯线圈的数量为4以上的偶数。

根据第7技术方案，其提供一种芯主体，该芯主体具备：外周部铁芯、以及与该外周部铁芯的内表面接合的至少三个铁芯，所述至少三个铁芯的各自的半径方向内侧端部位于所述外周部铁芯的中心附近并且朝向所述外周部铁芯的中心会聚，在所述至少三个铁芯中的一个铁芯和与该一个铁芯相邻的其他铁芯之间形成有能够磁耦合的间隙，所述至少三个铁芯的所述半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙而相互分离开，在所述外周部铁芯的外周面形成有沿着该外周部铁芯的轴线方向延伸的多个缺口部。

根据第8技术方案，在第7技术方案中，所述外周部铁芯由多个外周部铁芯部分构成，所述至少三个铁芯分别与各所述多个外周部铁芯部分接合。

根据第9技术方案，在第8技术方案中，所述多个缺口部形成于以下位置中的至少一处：与所述至少三个铁芯的各自的半径方向外侧端部对应的所述外周部铁芯的外周面的外侧端部对应位置；与所述多个外周部铁芯部分中的彼此相邻的外周部铁芯部分的接合面对应的接合面对应位置。

根据第10技术方案，其提供一种电抗器的制造方法，该电抗器的制造方法根据以下内容进行制造：准备芯主体，该芯主体包括外周部铁芯、以及与该外周部铁芯的内表面接合的至少三个铁芯线圈，该至少三个铁芯线圈包括至少三个铁芯和卷绕于该铁芯的线圈，所述至少三个铁芯的各自的半径方向内侧端部位于所述外周部铁芯的中心附近并且朝向所述外周部铁芯的中心会聚，在所述至少三个铁芯中的一个铁芯和与该一个铁芯相邻的其他铁芯之间形成有能够磁耦合的间隙，所述至少三个铁芯的所述半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙而相互分离开，在所述外周部铁芯的外周面形成有沿着该外周部铁芯的轴线方向延伸的多个缺口部，再者，在所述外周部铁芯的两端面配置两个铁芯固定部，使多个螺栓穿过所述多个缺口部，在所述两个铁芯固定部之间夹着所述芯主体并且对所述芯主体进行固定。

实用新型的效果

在第1和第10技术方案中，由于螺栓穿过了形成于外周部铁芯的缺口部，因此螺栓为配置在芯主体的占地面积的内侧，从而避免电抗器大型化。另外，由于外周部铁芯的材料费减少，因此成本也降低。再者，由于在外周部铁芯形成有多个缺口部，因此也能够谋求电抗器的轻量化。

在第2技术方案中，由于能够使用磁性材料制螺栓，例如通常的金属螺栓，因此无需对螺栓实施绝缘处理，从而能够以低成本制作电抗器。再者，由于穿过缺口部的磁性材料制螺栓不与外周部铁芯接触，因此避免损失变大这一问题。

在第3技术方案中，即使在外周部铁芯为大型的情况下，也能够容易地进行制造。

在第4技术方案中，能够不对电抗器的磁特性产生影响地形成缺口部。

在第5技术方案中，能够将电抗器用作三相电抗器。

在第6技术方案中，能够将电抗器用作单相电抗器。

在第7技术方案中，由于在外周部铁芯形成有多个缺口部，因此能够使外周部铁芯的材料费减少，成本降低，并且也能够谋求芯主体的轻量化。

在第8技术方案中，即使在外周部铁芯为大型的情况下，也能够容易地进行制造。

在第9技术方案中，能够不对电抗器的磁特性产生影响地形成缺口部。

附图说明

通过对与附图相关的以下实施方式进行说明，本实用新型的目的、特征以及优点将变得更加明确。

图1a是基于第一实施方式的电抗器的分解立体图。

图1b是图1a所示的电抗器的立体图。

图2是基于第一实施方式的电抗器所包括的芯主体的剖视图。

图3a是表示电抗器的磁通密度的第一图。

图3b是表示电抗器的磁通密度的第二图。

图3c是表示电抗器的磁通密度的第三图。

图3d是表示电抗器的磁通密度的第四图。

图3e是表示电抗器的磁通密度的第五图。

图3f是表示电抗器的磁通密度的第六图。

图4a是表示相位与电流的关系的图。

图4b是外周部铁芯的端面图。

图5a是现有技术的第一电抗器的立体图。

图5b是现有技术的第二电抗器的立体图。

图5c是现有技术的另一电抗器的局部立体图。

图5d是图5c所示的另一电抗器的局部剖视图。

图6是基于第二实施方式的电抗器所包括的芯主体的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实用新型的实施方式进行说明。在所有附图中，对相对应的构成要素标注共同的参照附图标记。

在以下记载中，主要以三相电抗器为例进行说明，但本公开的适用并不限定于三相电抗器，而能够广泛地适用于在各相需要一定的电感的多相电抗器。另外，本公开的电抗器并不限定为设于工业用机器人、机床的逆变器的初级侧以及次级侧的电抗器，而是能够适用于各种设备。

图1a是基于第一实施方式的电抗器的分解立体图，图1b是图1a所示的电抗器的立体图。图1a以及图1b所示的电抗器6主要包括：芯主体5、在轴向上夹着芯主体5并且对所述芯主体5进行紧固的两个铁芯固定部60、81、以及将上述构件相互紧固的固定部，例如螺栓99。在以下说明中，两个铁芯固定部60、81分别为端板81以及基座60，但也可以使用能够在轴向上夹着芯主体5并且对其进行紧固的其他形态的铁芯固定部。端板81遍及芯主体5的后述的外周部铁芯20的端面的整个边缘部并与外周部铁芯20接触。

优选的是，端板81以及基座60由非磁性材料，例如铝、sus、树脂等形成。在基座60形成有开口部69，该开口部69具有适于载置芯主体5的端面的外形。端板81具有与外周部铁芯20的端面局部地对应的外形，另外，形成于端板81的开口部89的形状为与外周部铁芯20的内周面大致相当的形状。将形成于基座60的开口部69以及形成于端板81的开口部89设得足够大，以使线圈51～53(后述)自芯主体5的端面突出。另外，基座60的高度设为比自芯主体5的端面突出的线圈51～53的突出高度稍高。形成于基座60的下表面的缺口部65用于将设置在基座60的电抗器6固定于预定部位。再者，在端板81等间隔地形成有多个贯通孔98，并且在基座60的上表面，也在与贯通孔98对应的位置形成有多个贯通孔68。

图2是基于第一实施方式的电抗器所包括的芯主体的剖视图。如图2所示，芯主体5包括：外周部铁芯20、以及与外周部铁芯20彼此磁耦合的三个铁芯线圈31～33。在图2中，在外周部铁芯20的内侧配置有铁芯线圈31～33。这些铁芯线圈31～33在芯主体5的周向上等间隔地配置。此外，外周部铁芯20也可以是圆形或者与其他大致正偶数边形类似的形状。另外，优选的是铁芯线圈的数量为3的倍数，由此，能够将电抗器6用作三相电抗器。

由附图可知，各铁芯线圈31～33包括仅沿着外周部铁芯20的半径方向延伸的铁芯41～43、以及卷绕于该铁芯的线圈51～53。铁芯41～43由外周部铁芯20包围。铁芯41～43的各自的半径方向外侧端部与外周部铁芯20相接，或者与外周部铁芯20形成为一体。此外，在一部分附图中，为了简洁，省略了线圈51～53的图示。

在图2中，外周部铁芯20由在周向上等间隔地划分而成的多个、例如三个外周部铁芯部分24～26构成。外周部铁芯部分24～26分别与铁芯41～43构成为一体。对于像这样使外周部铁芯20由多个外周部铁芯部分24～26构成的情况，即使在外周部铁芯20为大型的情况下，也能够容易地制造这样的外周部铁芯20。

再者，铁芯41～43的各自的半径方向内侧端部位于外周部铁芯20的中心附近。在附图中，铁芯41～43的各自的半径方向内侧端部朝向外周部铁芯20的中心会聚，其顶端角度为约120度。并且，铁芯41～43的半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙101～103而相互分离开。

换言之，铁芯41的半径方向内侧端部与相邻的两个铁芯42、43的各自的半径方向内侧端部隔着间隙101、102而相互分离开。对于其他铁芯42、43而言也是同样的。此外，间隙101～103的尺寸设为彼此相等。

像这样，在本实用新型中，由于无需位于芯主体5的中心部的中心部铁芯，因此能够轻量并且简易地构成芯主体5。再者，由于三个铁芯线圈31～33由外周部铁芯20包围，因此自线圈51～53产生出的磁场也不会向外周部铁芯20的外部泄漏。另外，由于能够以任意的厚度低成本地设置间隙101～103，因此其与现有构造的电抗器相比而言在设计上是有利的。

再者，对于本实用新型的芯主体5，与现有构造的电抗器相比较而言，相间的磁路长度的差变小。因此，在本实用新型中，也能够减轻由磁路长度的差而引起的电感的不平衡。

此外，由图1a、图1b以及图2可知，在外周部铁芯部分24～26的外周面分别形成有缺口部24a～24c、25a～25c、26a～26c。缺口部24a、25a、26a形成于外周部铁芯部分24～26的各自的外周面的中央。换言之，缺口部24a、25a、26a形成在与铁芯41～43的各自的半径方向外侧端部41a～43a相对应的外周部铁芯20的外周面的外侧端部对应位置。芯主体5的轴线方向上的缺口部24a、25a、26a的截面为大致三角形，但也可以是其他形状。

再者，在外周部铁芯部分24的外周面还形成有缺口部24b、24c。缺口部24b、24c形成在与接合面对应的接合面对应位置，所述接合面是外周部铁芯部分24与外周部铁芯部分25、26接合的面。在外周部铁芯部分25、26也分别形成有同样的缺口部25b、25c以及缺口部26b、26c。

如图2所示，彼此相邻的外周部铁芯部分24的缺口部24b和外周部铁芯部分25的缺口部25c一起形成共用缺口部71。同样地，彼此相邻的缺口部25b、26c形成共用缺口部72，彼此相邻的缺口部26b、24c形成共用缺口部73。芯主体5的轴线方向上的共用缺口部71～73的截面为半圆形，但其也可以是其他形状，缺口部24a、25a、26a以及共用缺口部71～73也可以是彼此相同的形状。

在将线圈51～53卷绕于铁芯41～43之后，将外周部铁芯部分24～26相互组装，而制作外周部铁芯20。然后，由参照图1a可知的那样，将在铁芯41～43卷绕有线圈51～53的外周部铁芯20的一端载置于基座60，并将端板81配置在芯主体5的另一端。并且，当将多个螺栓99插入端板81的贯通孔98时，多个螺栓99的轴部分别穿过缺口部24a～26a以及共用缺口部71～73内部。并且，多个螺栓99的顶端与基座60的贯通孔68螺纹结合。由此，能够将外周部铁芯20牢固地固定在端板81与基座60之间。为了该目的，也可以在贯通孔68和/或贯通孔89的内周面形成有螺纹牙。

像这样在本实用新型的第一实施方式中，由于螺栓99穿过了形成于外周部铁芯20的缺口部24a～26a以及共用缺口部71～73，因此螺栓99为配置在芯主体5的占地面积的内侧，从而避免电抗器6大型化。另外，由于外周部铁芯20的材料费减少，因此成本也降低。再者，由于在外周部铁芯20形成有多个缺口部24a～26a以及共用缺口部71～73，因此也能够谋求电抗器6的轻量化。此外，也可以仅形成有缺口部24a～26a以及共用缺口部71～73中的任一者，在该情况下，能够以简单的结构来谋求同样的效果。

此外，图3a～图3f是表示未形成有缺口部的电抗器的磁通密度的图。并且，图4a是表示相位与电流的关系的图，图4b是外周部铁芯的端面图。在图4a中，将电抗器6的铁芯41～43分别设定为r相、s相以及t相。并且，在图4a中，用点线表示r相的电流，用实线表示s相的电流，并且用虚线表示t相的电流。

在图4a中，电角度为π/6时，得到图3a所示的磁通密度。同样地，电角度为π/3时，得到图3b所示的磁通密度，电角度为π/2时，得到图3c所示的磁通密度，电角度为2π/3时，得到图3d所示的磁通密度，电角度为5π/6时，得到图3e所示的磁通密度，电角度为π时，得到图3f所示的磁通密度。

由参照图3a～图3f以及图2可知的那样，与铁芯41～43的各自的半径方向外侧端部41a～43a对应的外周部铁芯20的外周面的外侧端部对应位置p1～p3(与缺口部24a～26a的位置对应)的磁通密度比外周部铁芯20的剩余部分的磁通密度小。其理由是因为外侧端部对应位置p1～p3难以供磁通穿过。同样地，与彼此相邻的外周部铁芯部分24～26的接合面对应的接合面对应位置pa～pc(与共用缺口部71～73的位置对应)的磁通密度比外周部铁芯20的剩余部分的磁通密度小。因此，优选的是，在外侧端部对应位置p1～p3以及接合面对应位置pa～pc形成缺口部24a～26a以及共用缺口部71～73。在这样的情况下，能够抑制对电抗器6的磁特性产生的影响，并且能够谋求前述的效果。另外，在形成缺口部24a～26a以及共用缺口部71～73中的一者的情况下也是同样的。

图5a是现有技术的第一电抗器的立体图。在图5a所示的电抗器6’的外周部铁芯20’未形成有缺口部24a～26a以及共用缺口部71～73。图5b～图5d所示的电抗器也是同样的。在图5a中，由于在外周部铁芯20的外部配置有多个螺栓99，因此端板81足够大以容纳多个螺栓99。因此，图5a所示的电抗器6’成为比图1b所示的电抗器6大型化。

图5b是现有技术的第二电抗器的立体图。多个螺栓99的轴部被绝缘体、例如绝缘管95包围。并且，多个螺栓99插入形成于外周部铁芯20’的贯通孔。在该情况下，另外需要绝缘体而使电抗器6”的制造成本增加。

与此相对，在本实用新型中，由于如前述那样螺栓99配置在芯主体5的占地面积的内侧，因此避免电抗器6大型化。另外，图1b所示的螺栓99的位置比图5a所示的螺栓99的位置靠近芯主体5的中心。因此，在本实用新型中，能够将芯主体5更加牢固地固定在端板81与基座60之间。再者，由于无需另外准备绝缘体(绝缘管95)，并且外周部铁芯20的材料费减少与缺口部24a～26a以及共用缺口部71～73相应的量，因此能够以低成本制作电抗器6。

在此，图5c是现有技术的另一电抗器的局部立体图，图5d是图5c所示的另一电抗器的局部剖视图。在图5c中，在形成于外周部铁芯部分24’的贯通孔插入有螺栓99。如图5c以及图5d所示，外周部铁芯部分24’以及铁芯41’由将多个磁性板例如铁板、碳钢板、以及电磁钢板层叠而形成，或者利用压粉铁芯而形成。这一点，本实用新型的外周部铁芯部分24～26也是同样的。

当对图5c所示的电抗器通电时，磁通向图5c的箭头方向作用。其结果是，如图5d所示，在多个磁性板29分别产生小环路的涡电流ie。并且，由于螺栓99与外周部铁芯部分24接触，因此由于这些涡电流ie而产生较大的环路电流il，从而产生损失。

在本实用新型中，自外周部铁芯20的外周面至缺口部24a、25a、26a以及共用缺口部71～73的各自的最远部位为止的半径方向距离l1比螺栓99的轴部的直径大。因此，避免螺栓99与外周部铁芯20接触，其结果是，不会产生较大的环路电流，从而避免损失增加。另外，由于本实用新型的螺栓99也可以是磁性材料制螺栓，例如通常的金属螺栓，因此不需要对螺栓99实施绝缘处理，从而能够以更低成本制作电抗器6。

此外，如图2所示，优选的是，缺口部24a～26a的半径方向距离l1为外周部铁芯20的宽度l2的一半以下。其理由是因为：如图4a所示，例如当r相的电流位于顶点a时，s相以及t相的电流为负，并且它们的大小是位于顶点a的r相的电流的大小的一半。因此，若半径方向距离l1为外周部铁芯20的宽度l2的一半以下，则维持电抗器6的磁特性，而且也不会对外周部铁芯20的强度产生影响。此外，这也适用于共用缺口部71～73。

图6是基于第二实施方式的电抗器所包括的芯主体的剖视图。图6所示的芯主体5包括截面为大致八边形形状的外周部铁芯20、以及在外周部铁芯20的内侧配置的、与前述的铁芯线圈同样的四个铁芯线圈31～34。这些铁芯线圈31～34在芯主体5的周向上等间隔地配置。另外，优选的是铁芯的数量为4以上的偶数，由此，能够将具有芯主体5的电抗器用作单相电抗器。

由附图可知，外周部铁芯20由在周向上划分而成的四个外周部铁芯部分24～27构成。各铁芯线圈31～34包括仅沿着半径方向延伸的铁芯41～44和卷绕于该铁芯的线圈51～54。并且，铁芯41～44的各自的半径方向外侧端部与各外周部铁芯部分24～27形成为一体。此外，也可以是，铁芯41～44的数量和外周部铁芯部分24～27的数量不一定一致。图2所示的芯主体5也是同样的。

再者，铁芯41～44的各自的半径方向内侧端部位于外周部铁芯20的中心附近。在图6中，铁芯41～44的各自的半径方向内侧端部朝向外周部铁芯20的中心会聚，其顶端角度为约90度。并且，铁芯41～44的半径方向内侧端部隔着能够磁耦合的间隙101～104而相互分离开。

与前述内容同样地，缺口部24a、25a、26a、27a形成于外周部铁芯部分24～27的各自的外周面的中央。再者，缺口部24b、24c形成在与接合面对应的接合面对应位置，所述接合面是外周部铁芯部分24与外周部铁芯部分25、27接合的面。在外周部铁芯部分25、26、27也分别形成有同样的缺口部25b、25c、缺口部26b、26c、以及缺口部27b、27c。并且，与前述内容同样地，彼此相邻的缺口部24b、25c形成共用缺口部71，彼此相邻的缺口部25b、26c形成共用缺口部72，彼此相邻的缺口部26b、27c形成共用缺口部73，彼此相邻的缺口部27b、24c形成共用缺口部74。此外，缺口部24a～27a的半径方向距离l1为外周部铁芯20的宽度l2的一半以下。并且，这也适用于共用缺口部71～74。

在第二实施方式中，根据外周部铁芯20的外形，端板81以及基座60的形状也设为不同的形状。并且，与第一实施方式同样地，将在铁芯41～44卷绕有线圈51～54的芯主体5的一端载置于基座60，并将端板81配置在芯主体5的另一端。并且，当将多个螺栓99插入端板81的贯通孔98时，多个螺栓99的轴部分别穿过缺口部24a～27a以及共用缺口部71～74内部。并且，将多个螺栓99的顶端与基座60的贯通孔68螺纹结合。由此，能够将芯主体5牢固地固定在端板81与基座60之间。因此，可明确的是即使在图6所示的实施方式中也能够得到与前述内容同样的效果。

此外，即使是排除了图2以及图6所示的线圈51～53(54)的芯主体5，也包含在本实用新型的范围内。在该情况下，成为在外周部铁芯20的外周面形成缺口部24a～26a(27a)以及共用缺口部71～73(74)中的至少一者。因此，可知：能够使外周部铁芯20的材料费减少，成本降低，并且也能够谋求芯主体5的轻量化。

以上，对本实用新型的实施方式进行了说明，但本领域技术人员应该理解的是，在不脱离权利要求书的公开范围的情况下能够进行各种修改和变更。