JP2003272937A - 複合コア非線形リアクトルおよび誘導受電回路 - Google Patents
複合コア非線形リアクトルおよび誘導受電回路Info
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Abstract
安定に抑制することができ、発熱やEMI問題を軽減で
きるようにした複合コア非線形リアクトルを提供する。 【解決手段】 磁気遮蔽板4の主面はコア部材1・2の
外径より大きく、コア部材1・2の内径とほぼ等しい穴
があいている。この穴の位置に合わせるように、第1コ
ア部材1と第2コア部材2が磁気遮蔽板4の両面に接合
され、第1コア部材1と第2コア部材2(空隙3があ
る)の円環型磁路が磁気遮蔽板4を挟んで同芯に並置さ
れている。コイル巻線5は、これら2つの円環型磁路に
共通に鎖交するように、磁気遮蔽板4の穴を通してコア
部材1・2に巻かれている。
Description
調整や制御の目的で利用される複合コア非線形リアクト
ルに関するとともに、このリアクトルを用いた誘導受電
回路にも関する。
飽和リアクトルを用いた定電圧誘導給電装置に関する発
明が開示されている。これは、軌道に沿って走行する車
両の駆動電力を、電磁誘導により非接触で軌道側から車
両に転送する装置である。車両に搭載される誘導受電回
路は、基本構成として、軌道側の設備から発生する交番
磁界(10KHzほどの一定周波数)の中に置かれて誘
導起電力を発生する受電コイルと、受電コイルに接続さ
れて磁界周波数に同調する共振回路を形成する共振コン
デンサと、共振回路から取り出した交流電力を直流化し
てモータなどの負荷に供給するコンバータとを備えてい
る。
をほとんど消費しない場合(軽負荷状態という)、何ら
かの制限要因が働かない限りは、受電コイルの誘起電圧
が際限なく増大して、回路が破壊されてしまう。そのた
め前記の先行技術では、受電コイルとコンデンサの共振
回路に可飽和リアクトルを並列接続することで、電圧の
異常上昇を規制する(定電圧化する)構成を採用してい
る。
うな用途に適した非線形リアクトルが備えるべき諸特性
について研究を続けた。10KHz以上の高周波領域で
使用する可飽和リアクトルの場合、高抵抗の特性を示す
フェライトでコアを構成すれば、高周波磁界により生じ
る渦電流損発熱が小さいという利点がある。しかし、フ
ェライトは温度によって磁気特性(飽和磁束密度)が大
きく変化するので、使用環境の温度変化が大きい場合に
は、可飽和リアクトルによる前述した定電圧特性が安定
しないという問題点がある。
磁性材料は温度に対して安定な磁気特性を示すので、こ
れをコアにした可飽和リアクトルを用いれば、使用環境
の温度変化が大きくても定電圧特性が安定するという利
点がある。しかし、この種のリボン状の磁性材料を巻い
てコアを構成すると、コイル巻線に急峻なパルス電流が
流れた場合にはリボン面に渦電流を発生しやすく、それ
によりコア自体が激しく発熱するという問題がある。
導受電回路に定電圧化のために可飽和リアクトルを接続
した構成においては、定電圧化の作用を果たす動作モー
ドで10KHz以上の高周波の各半波のピーク付近でコ
アが磁気飽和し、コアに巻かれたコイルに急峻なパルス
電流が流れることになる(このことで電圧上昇が規制さ
れるわけである)。周知のように、この種の急峻な高周
波パルス電流は、周辺に有害な電磁妨害(EMI)を与
えるという大きな問題を抱えている。
された。この発明の目的は、急峻なパルス電流を発生し
ないで電圧上昇を安定に抑制することができ、発熱やE
MI問題を軽減できるようにした複合コア非線形リアク
トルを提供することにあり、また、このリアクトルを用
いた誘導受電回路を提供することにある。
係る複合コア非線形リアクトルは、つぎの事項(11)〜
(15)により特定されるものである。 (11)第1コア部材、第2コア部材、磁気遮蔽板、コイ
ル巻線を備える複合コア非線形リアクトルである。 (12)第1コア部材は、高透磁率材料からなり、連続し
た環状磁路を形成する。 (13)第2コア部材は、高透磁率材料からなり、空隙に
より局部破断した環状磁路を形成する。 (14)磁気遮蔽板は、導電率および熱伝導率の高い低透
磁率材料からなり、第1コア部材と第2コア部材の間に
挟み込まれてこれらと一体化される。 (15)第1コア部材の環状磁路と第2コア部材の環状磁
路とが磁気遮蔽板を挟んで並置されており、コイル巻線
は、両環状磁路に共通に鎖交するように巻かれている。
ルは、つぎの事項(21)〜(25)により特定されるもの
である。 (21)2つの第1コア部材、第2コア部材、2つの磁気
遮蔽板、コイル巻線を備える複合コア非線形リアクトル
である。 (22)第1コア部材は、高透磁率材料からなり、連続し
た環状磁路を形成する。 (23)第2コア部材は、高透磁率材料からなり、空隙に
より局部破断した環状磁路を形成する。 (24)磁気遮蔽板は、導電率および熱伝導率の高い低透
磁率材料からなり、第2コア部材の両側に配置され、第
1コア部材と第2コア部材の間に挟み込まれ、これらと
一体化される。 (25)2つの第1コア部材の各環状磁路と第2コア部材
の環状磁路とが2つの磁気遮蔽板を挟んで3連型に並置
されており、コイル巻線は、これら3連の環状磁路に共
通に鎖交するように巻かれている。
よび第2コア部材の外面側にそれぞれ磁気遮蔽板を一体
的に接合したり、第2の発明において2つの第1コア部
材の外面側にそれぞれ磁気遮蔽板を一体的に接合する構
成を採用することができる。さらに、磁気遮蔽板に、第
1コア部材および第2コア部材の外形形状の外側に飛び
出して広がる外形形状の放熱フィン部分を一体的に設け
ることができる。また望ましくは、磁気遮蔽板とコア部
材とは電気的に絶縁した状態で接合する。
波数の交番磁界中に置かれて誘導起電力を発生する受電
コイルと、受電コイルに接続されて磁界周波数に同調す
る共振回路を形成する共振コンデンサとを備え、共振回
路から負荷に電力を供給する誘導受電回路であって、前
記の発明に係る複合コア非線形リアクトルのコイル巻線
を共振コンデンサに並列接続したものである。
アクトルの基本的な実施例を図1に示している。この実
施例では、空隙のない第1コア部材1と、空隙3のある
第2コア部材2とはともに、アモルファス合金軟磁性材
料やナノ結晶軟磁性材料のリボン材をロール状に密に巻
いた円環型コアであり、第2コア部材2は図示のように
円環の一部を破断して空隙3を設けている。
ムや銅あるいはSUS304などが適している。図1の
実施例の磁気遮蔽板4は、ブラケットを兼ねてL字形に
折り曲げられており、その主面はコア部材1・2の外径
より大きく、コア部材1・2の内径とほぼ等しい穴があ
いている。この穴の位置に合わせるように、第1コア部
材1と第2コア部材2が磁気遮蔽板4の両面に接合さ
れ、第1コア部材1と第2コア部材2の円環型磁路が磁
気遮蔽板4を挟んで同芯に並置されている。コイル巻線
5は、これら2つの円環型磁路に共通に鎖交するよう
に、磁気遮蔽板4の穴を通してコア部材1・2に巻かれ
ている。
2においては、円環型の両側の平面部分は、リボン材の
側縁を集積した面であるが、この面は熱伝導性に優れて
いる。この面を磁気遮蔽板4に接合するわけだが、接合
にあたってはコア部材1・2で発生した熱をできるだけ
効率よく磁気遮蔽板4に伝えられるように、熱結合が密
となるように接合する。また、これらの接合は電気的に
絶縁されるように、両者間にシリコンなどの絶縁シート
を介在させたり、エポキシなどの絶縁塗装を施してお
く。この電気絶縁により、磁気遮蔽板4が渦電流を流す
ルートになることを防止することができる。
線形リアクトル自体の取り付けブラケットとして使用で
きる形態になっており、コイル巻線5から発生する起磁
力の影響から周囲の構造物(おもに鉄類)を遠ざけるの
に磁気遮蔽板4のブラケット機能は効果的であり、また
ブラケット部分は放熱にも効果的に寄与する。
線形リアクトルを、たとえば図4に示す誘導受電回路に
組み込む。図4の回路は、10KHzほどの一定周波数
の交番磁界中に置かれて誘導起電力を発生する受電コイ
ル41と、受電コイル41に接続されて磁界周波数に同
調する共振回路を形成する共振コンデンサ42と、共振
回路から取り出した交流電力を直流化してモータなどの
負荷45に供給するコンバータ43とを備えている。そ
して、この発明に係る複合コア非線形リアクトル44
(のコイル巻線5)を共振コンデンサ42と並列に接続
している。
係る複合コア非線形リアクトルの作用について説明す
る。
空隙3のある第2コア部材2より磁気抵抗がかなり小さ
い。したがって、第1コア部材1が磁気飽和していない
領域においては、コイル巻線5に流れる電流による磁化
力はもっぱら第1コア部材1に磁束を生じさせる。この
状態ではリアクトル44は大きなインダクタンス値を示
す。第1コア部材1の磁束密度が飽和すると、初めて、
コイル電流による磁化力が第2コア部材2に磁束を生じ
させる。第1コア部材1が磁気飽和すると、これを起源
とするインダクタンスはほぼゼロになるが、同時に第2
コア部材2に磁束が生じることからリアクトル44とし
てのインダクタンスはある程度の値を維持することにな
る。そのため、第1コア部材1が磁気飽和してもリアク
トル44に流れるパルス電流は、それほど急峻で過大と
はならない。つまり、穏やかに電圧抑制の作用が働くこ
とになり、急峻で過大なパルス電流に起因する渦電流に
よる発熱や電磁妨害の問題が軽減される。また、第2コ
ア部材2の空隙3から磁界が周囲に漏れ出すが、これが
第1コア部材1に回り込んで渦電流損失が発生すること
は磁気遮蔽板4により防止されている。
明の複合コア非線形リアクトルは、電圧抑制、すなわち
サージキラーとしての効果を奏する。しかも、第1コア
部材1が飽和する以上の電圧が印加された場合、サージ
エネルギーは電流としてコイル巻線5に流れ、磁気エネ
ルギーに変換されるとともに、コイル巻線5とこれに接
続される電線の抵抗損としても消費されるので、サージ
耐量が大きいという特性があり、繰り返し性のあるサー
ジを吸収するのに効果的である。
じた熱を速やかに逃がし、過熱するのを防ぐ役割も果た
している。この放熱の役割を高めるには磁気遮蔽板4を
大きくしてコア部材1・2の外側に飛び出して広がる部
分(放熱フィン部分)を大きくする。また図2の実施例
に示すように(コイルは省略)、コア部材1・2の外面
側にそれぞれ磁気遮蔽板4a・4bを一体的に接合すれ
ば、磁界の遮断と放熱の両面で効果的である。
性を左右する主要なパラメータは、第1コア部材1の断
面積、第2コア部材2の断面積、空隙3の大きさ、コイ
ル巻線5の巻数などであり、これらを適宜に設定するこ
とで所望の非線形特性のリアクトルを実現することがで
きる。そのための構成のバリエーションを図3の実施例
に示している(コイルは省略)。この例では、断面積の
大きな第2コア部材2の両側に断面積の小さな2個の第
1コア部材1a・1bを3連型に並置している。なお、
4a〜4dは前記と同様な磁気遮蔽板である。
抑制のために複合コア非線形リアクトルを組み込むなど
の応用において、安定した電圧レベルでサージ耐量も大
きく、しかも穏やかに電圧抑制の作用が働くので、急峻
で過大なパルス電流に起因する電磁妨害の問題が軽減さ
れる。また過熱しにくいので、実装設計が容易となり、
装置の小型化に寄与する。
アクトルの斜視図である。
アクトルのコイルを省略した正面図である。
アクトルのコイルを省略した正面図である。
んだ誘導受電回路の回路図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 つぎの事項(11)〜(15)により特定さ
れる発明。 (11)第1コア部材、第2コア部材、磁気遮蔽板、コイ
ル巻線を備える複合コア非線形リアクトルである。 (12)第1コア部材は、高透磁率材料からなり、連続し
た環状磁路を形成する。 (13)第2コア部材は、高透磁率材料からなり、空隙に
より局部破断した環状磁路を形成する。 (14)磁気遮蔽板は、導電率および熱伝導率の高い低透
磁率材料からなり、第1コア部材と第2コア部材の間に
挟み込まれてこれらと一体化される。 (15)第1コア部材の環状磁路と第2コア部材の環状磁
路とが磁気遮蔽板を挟んで並置されており、コイル巻線
は、両環状磁路に共通に鎖交するように巻かれている。 - 【請求項2】 第1コア部材および第2コア部材の外面
側にそれぞれ磁気遮蔽板が一体的に接合された請求項1
に記載の複合コア非線形リアクトル。 - 【請求項3】 つぎの事項(21)〜(25)により特定さ
れる発明。 (21)2つの第1コア部材、第2コア部材、2つの磁気
遮蔽板、コイル巻線を備える複合コア非線形リアクトル
である。 (22)第1コア部材は、高透磁率材料からなり、連続し
た環状磁路を形成する。 (23)第2コア部材は、高透磁率材料からなり、空隙に
より局部破断した環状磁路を形成する。 (24)磁気遮蔽板は、導電率および熱伝導率の高い低透
磁率材料からなり、第2コア部材の両側に配置され、第
1コア部材と第2コア部材の間に挟み込まれ、これらと
一体化される。 (25)2つの第1コア部材の各環状磁路と第2コア部材
の環状磁路とが2つの磁気遮蔽板を挟んで3連型に並置
されており、コイル巻線は、これら3連の環状磁路に共
通に鎖交するように巻かれている。 - 【請求項4】 2つの第1コア部材の外面側にそれぞれ
磁気遮蔽板が一体的に接合された請求項2に記載の複合
コア非線形リアクトル。 - 【請求項5】 磁気遮蔽板は第1コア部材および第2コ
ア部材の外形形状の外側に飛び出して広がる外形形状の
放熱フィン部分を一体的に備えている請求項1〜請求項
4のいずれかに記載の複合コア非線形リアクトル。 - 【請求項6】 磁気遮蔽板とコア部材とは電気的に絶縁
された状態で接合されている請求項1〜5のいずれかに
記載の複合コア非線形リアクトル。 - 【請求項7】 所定周波数の交番磁界中に置かれて誘導
起電力を発生する受電コイルと、受電コイルに接続され
て磁界周波数に同調する共振回路を形成する共振コンデ
ンサとを備え、共振回路から負荷に電力を供給する誘導
受電回路において、請求項1〜請求項6のいずれかに記
載の複合コア非線形リアクトルのコイル巻線を共振コン
デンサに並列接続したことを特徴とする誘導受電回路。
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