JP2005039965A - 限流器 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明に係る限流器は、磁石および磁芯が減少し、構造の簡単化、小型化および低コスト化が可能な限流器を得る。
【解決手段】この発明に係る限流器は、永久磁石１と、この永久磁石１とともに閉磁気回路を構成した磁芯２、永久磁石１により磁気飽和された磁芯２に導線が巻回されて構成されたコイル３とを備え、コイル３は、電流の流れにより生じる磁界が互いに打ち消し合う向きで直列に接続された、第１のコイル部３ａおよび第２のコイル部３ｂを有している。
【選択図】図１

Description

この発明は、短絡事故等で発生する過電流を抑制する限流器に関するものである。

従来の限流器として、対向した一対の磁芯、これらの磁芯間に接合された永久磁石から構成された閉磁気回路と、永久磁石により発生する飽和磁束が環流する磁芯に導線が巻回されて構成されたコイルを備え、飽和磁束の方向が逆である二つの磁芯は、短絡事故等によって電流が増大した時にコイルに流れる電流により、交流電流の半周期ごとに交互に磁化反転することによって、事故電流が限流されるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１１８９５６号公報

従来、この限流器では、交流半周期ごとに交互に磁芯の磁化反転を行っているため、永久磁石および磁芯がともに２つ必要になるため、装置全体が大きくなってしまうとともに、コストも高くなってしまうという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、磁石および磁芯の数が減少でき、構造の簡単化、小型化および低コスト化が可能な限流器を得ることを目的とするものである。

この発明に係る限流器は、磁界が生じる磁界発生手段と、この磁界発生手段とともに閉磁気回路を構成した磁芯と、前記磁界発生手段により磁気飽和された磁芯に導線が巻回されて構成されたコイルとを備え、前記コイルは、電流の流れにより生じる磁界が互いに打ち消し合う向きで直列に接続された、第１のコイル部および第２のコイル部を有している。

この発明に係る限流器によれば、磁界発生手段と、この磁界発生手段とともに閉磁気回路を構成した磁芯と、前記永久磁石により磁気飽和された磁芯に導線が巻回されて構成されたコイルとを備え、前記コイルは、電流の流れにより生じる磁界が互いに打ち消し合う向きで直列に接続された、第１のコイル部および第２のコイル部を有しているので、磁界発生手段および磁芯の数が減少でき、構造の簡単化、小型化および低コスト化が可能になる。

以下、この発明の各実施の形態について説明するが、各実施の形態において同一部材、または相当部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による限流器の側面図である。
この限流器は、磁界が生じる磁界発生手段である角柱状の永久磁石１と、この永久磁石１の両端面に接合されたコの字形状の磁芯２と、永久磁石１とともに閉磁気回路を構成した磁芯２に導線が巻回されたコイル３とを備えている。
永久磁石１は、希土類磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系）、フェライト磁石（Ｂａ系、Ｓｒ系、）、押し出し磁石（Ｍｎ−Ａｌ系）等から構成されており、保磁力、残留磁束密度の大きい磁気特性を有するものである。
磁芯２は、方向性珪素鋼、パーマロイ（５０Ｎｉ−Ｆｅ）等の積層鉄心、フェライト（Ｍｎ−Ｚｎ、Ｎｉ−Ｚｎ）等の焼結磁芯から構成されており、高透磁率を有するものであり、永久磁石１によって十分に磁気飽和している。
コイル３は、第１のコイル部３ａおよび第２のコイル部３ｂが直列に接続されている。第１のコイル部３ａおよび第２のコイル部３ｂは、電流が流れたときに磁芯２内で第１のコイル部３ａが作る磁界と第２のコイル部３ｂが作る磁界とが逆向きになるように、つまり導線が磁芯２の周りをそれぞれ反対方向に巻回されている。

上記構成の限流器では、コイル３に電流が流れるとき、負荷電流等の小電流の場合にはコイル３が作る磁界も小さいので、磁芯２は磁気飽和の状態を保つことになり、コイル３のインダクタンスは小さい状態が維持される。
しかし、コイル３の第１のコイル部３ａと第２のコイル部３ｂとの磁界の向きが逆であるため、第１のコイル部３ａもしくは第２のコイル部３ｂのいずれかが作る磁界が永久磁石１によって作られた磁芯２内の磁界と逆向きになるので、短絡事故発生時等の大電流が流れた場合には、例えば、図１の電流の向きにおいては、第１のコイル部３ａの作る磁界により第１のコイル部３ａが装着されている磁芯２の部位の磁気飽和が解かれる。その結果として、第１のコイル部３ａのインダクタンスが大きくなって大電流が限流される。

また、図１に示した電流の流れと反対方向に電流が流れたときには、第２のコイル部３ｂが作る磁界の向きが磁芯２内を通る磁界の向きと逆向きになるために、第２のコイル部３ｂが装着されている磁芯２の部位の磁気飽和が解かれ、第２のコイル部３ｂのインダクタンスが大きくなって大電流が限流される。

このように、永久磁石１と磁芯２によって閉磁気回路を構成し、互いに作る磁界の向きが逆向きになるように第１のコイル部３ａおよび第２のコイル部３ｂが直列に接続されたコイル３を磁芯２に装着することによって、交流電流の半周期ごとに第１のコイル部３ａあるいは第２のコイル部３ｂのいずれかの磁芯２内の磁気飽和が解かれ、その結果コイル３のインダクタンスが大きくなり、短絡事故発生時などの大きな電流が限流される。
なお、コイル３を永久磁石１に装着した場合には、永久磁石１が減磁してしまい、磁芯２の磁気飽和が得られず、インダクタンスの大きな変化が得られず、限流性能は殆ど得られない。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２の限流器の側面図である。
この限流器では、コイル３は、第１のコイル部３ｃ、第２のコイル部３ｄ、第３のコイル部３ｅおよび第４のコイル部３ｆがそれぞれ直列で接続されている。第１のコイル部３ｃおよび第２のコイル部３ｄでは、導線が同じ方向に磁芯２に巻回されており、同じ向きの磁界が発生するようになっている。また、第３のコイル部３ｅおよび第４のコイル部３ｆでは、導線が同じ方向に磁芯２に巻回されており、第１のコイル部３ｃおよび第２のコイル部３ｄとは反対方向ではあるが、同じ向きの磁界が発生するようになっている。

この実施の形態２の限流器では、実施の形態１の第１のコイル部３ａが、第１のコイル部３ｃおよび第２のコイル部３ｄに相当し、実施の形態１の第２のコイル部３ｂが、第３のコイル部３ｅおよび第４のコイル部３ｆに相当している。
この実施の形態では、実施の形態１と比較して、磁芯２の広い領域にわたってコイル３が装着されているが、それぞれのコイル部３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆは限流動作をし、実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３の限流器で、３相回路に組み込まれた限流器の側面図である。
この限流器では、磁芯１０は、磁石１の両端部にそれぞれ固定されているとともに対向した一対の主部１６と、この主部１６間に互いに間隔をおいて設けられた、第１の分岐部２１、第２の分岐部２２および第３の分岐部２３とを備えている。
第１の分岐部２１、第２の分岐部２２および第３の分岐部２３には、それぞれ第１のコイル３１、第２のコイル３２、第３のコイル３３が巻装されている。各第１のコイル３１、第２のコイル３２および第３のコイル３３では、実施の形態１と同様に、第１のコイル３１は、第１のコイル部３１ａ、第２のコイル部３１ｂ同士は電流が流れたときに第１の分岐部２１内で作る磁界の方向が逆向きになるように直列に接続されている。第２のコイル３２、第３のコイル３３についても、第１のコイル部３１ａ、第２のコイル部３１ｂと同様に、第１のコイル部３２ａと第２のコイル部３２ｂとが直列に接続され、第１のコイル部３３ａと第２のコイル部３３ｂとが直列に接続されている。

この実施の形態の限流器によれば、１つの永久磁石１に対して相の数だけの分岐部２１、２２、２３を設け、この分岐部２１、２２、２３にそれぞれ第１のコイル３１、第２のコイル３２および第３のコイル３３を装着することで、短絡事故発生時などの大きな電流が限流される。

実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４の限流器で、２相回路に組み込まれた限流器の側面図である。
この限流器では、２つの永久磁石１１、１２とそれらを挟み込むようにして配置された角柱形状の第１の磁芯４０、第２の磁芯４１によって閉磁気回路が形成されている。第１の磁芯４０には第１のコイル３１が装着されており、第２の磁芯４１には第２のコイル３２が装着されている。
この実施の形態の限流器によれば、永久磁石１１、１２の両側の第１の磁芯４０、第２の磁芯４１のそれぞれに磁気回路が形成されており、実施の形態１〜３の限流器と比較して磁気回路の磁路が短縮され、全体が小型化される。
なお、３相の場合には、さらに一対の永久磁石を介して第１の磁芯４０または第２の磁芯４１を挟むようにして角柱状の磁芯を設けて限流器を構成することができ、短絡事故発生時などの大きな電流が限流される。

実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５の限流器で、３相回路に組み込まれた限流器の側面図である。
この限流器では、１つの永久磁石１とコの字形状の１つの磁芯２で閉磁気回路を構成し、磁芯２の各辺部に第１のコイル３１、第２のコイル３２および第３のコイル３３がそれぞれ装着されている。
このような場合でも、それぞれのコイル３１、３２、３３間の磁気結合が極めて小さいので、磁芯２が磁気飽和していることによってそれぞれのコイル３１、３２、３３が大電流に対して限流動作を行うことになる。
なお、上記の実施の形態では、１つの永久磁石１および１つの磁芯２で閉磁気回路を構成したが、２つ以上の複数の永久磁石および磁芯で閉磁気回路を構成するようにしても、同様の効果を得ることができる。

なお、上記各実施の形態では、磁界発生手段として構成が簡単な永久磁石１を用いた場合について説明したが、勿論このものに限定されず、例えば電磁コイルであってもよい。

この発明の実施の形態１の限流器の側面図である。 この発明の実施の形態２の限流器の側面図である。 この発明の実施の形態３の限流器の側面図である。 この発明の実施の形態４の限流器の側面図である。 この発明の実施の形態５の限流器の側面図である。

符号の説明

１，１１，１２ 永久磁石（磁界発生手段）、２，１０，４０，４１ 磁芯、３ コイル、３ａ 第１のコイル部、３ｂ 第２のコイル部、３ｃ 第１のコイル部、３ｄ 第２のコイル部、３ｅ 第３のコイル部、３ｆ 第４のコイル部、１６ 主部、２１ 第１の分岐部、２２ 第２の分岐部、２３ 第３の分岐部、３１ 第１のコイル、３２ 第２のコイル、３３ 第３のコイル、３１ａ 第１のコイル部、３１ｂ 第２のコイル部、３１ａ 第１のコイル部、３１ｂ 第２のコイル部、３２ａ 第１のコイル部、３２ｂ 第２のコイル部、３３ａ 第３のコイル部、３３ｂ 第２のコイル部。

Claims (5)

1. 磁界が生じる磁界発生手段と、この磁界発生手段とともに閉磁気回路を構成した磁芯と、前記磁界発生手段により磁気飽和された磁芯に導線が巻回されて構成されたコイルとを備え、前記コイルは、電流の流れにより生じる磁界が互いに打ち消し合う向きで直列に接続された、第１のコイル部および第２のコイル部を有している限流器。
2. 複数相の回路に組み込まれた限流器であって、前記磁芯に、同相数の前記コイルが巻装されている請求項１に記載の限流器。
3. 前記磁芯は、前記磁界発生手段の両端部にそれぞれ固定されているとともに対向した一対の主部と、この主部間に互いに間隔をおいて設けられた前記複数相と同数の分岐部とを備え、前記各分岐部には、各相の前記コイルが装着されている請求項２に記載の限流器。
4. 前記磁界発生手段は、対向した前記磁芯間の両端部に一対対向して設けられている請求項２に記載の限流器。
5. 前記磁界発生手段は、永久磁石である請求項１ないし請求項４の何れかに記載の限流器。

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