JP2005204457A

JP2005204457A - 限流器

Info

Publication number: JP2005204457A
Application number: JP2004009918A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Matsuda; 哲也松田; Sadajiro Mori; 貞次郎森; Atsushi Sawada; 敦澤田; Yoshihiro Tani; 良浩谷; Kazufumi Hayashi; 和史林
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2005-07-28

Abstract

【課題】定常運転状態におけるインダクタンスを適切に低減し限流器の性能を的確に向上できる限流器を得る。
【解決手段】永久磁石非存在域ＮＰを介し鉄心２ａ，２ｂの延在方向に互いに隔てて配置される永久磁石１ａ，１ｂ、鉄心２ａ，２ｂを囲んで巻回されるコイル３を備え、コイル３に電流が流れていない場合には鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、コイル３に負荷電流が通電中にも鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和が保たれるように構成され、コイル３に過大な電流が流れると、鉄心２ａまたは２ｂの磁気飽和が解けるように構成された限流器において、コイル３軸方向における鉄心２ａ，２ｂの永久磁石非存在域ＮＰに対向する部分を囲む軸方向位置に限定してコイル３が設けられている構成とした。
【選択図】図２

Description

この発明は、電気回路の短絡事故など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。

このような限流器は、二個の鉄心と、二個の永久磁石と、コイルとを備え、コイルに電流が流れていない場合には前記二個の鉄心は磁気飽和し、コイルに負荷電流が通電中にも前記二個の鉄心は磁気飽和が保たれるとともに、コイルに過大な電流が流れると前記二個の鉄心における一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成される（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に示される従来技術においては、互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心２ａ，２ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの間に配設され、永久磁石非存在域を介し前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向と並行する軸線を中心として前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂを囲んで巻回されるコイル３を備え、前記第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂは前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるように配置されて、前記コイル３に電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、コイル３に負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和が保たれるとともに、前記コイル３に過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心における一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成されている。

この従来技術では、コイル３は互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向における全長にわたって巻回されている。すなわち、コイル３の軸方向長さは第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向長さにほぼ等しい。コイル３の軸方向両端部分は、第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの永久磁石１ａ，１ｂ配設部分を囲んで配置されている。
第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂは前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるように配置されている。
コイル軸に沿った鉄心２ａ，２ｂの両端部は最も磁束が少なく、コイル軸に沿って限流器中央１６に近づくにつれ鉄心中の磁束が増加する。永久磁石１ａ，１ｂがとぎれる位置近傍で鉄心２ａ，２ｂの磁束は最大になる。これ以上中央部に近づいても永久磁石がないために鉄心２ａ，２ｂの磁束は増加しない。
一般に限流器では永久磁石量を最小にするため、鉄心２ａ，２ｂにおける磁束密度最高部のみを飽和するように設定する。この場合、永久磁石存在部は磁束が弱くなり未飽和部となる。即ち、永久磁石存在部は透磁率は高い。従来例のように、永久磁石存在部１０にもコイルを配置した場合、透磁率が高い部分の磁束がコイルに鎖交するため、低電流でもインダクタンスが高くなる欠点があった。
更に、従来はコイル軸方向に沿って永久磁石が存在しない鉄心２ａ，２ｂの中央部が永久磁石部よりも長い場合、磁気抵抗が高いために途中で磁束がもれ鉄心部で中央近傍に高い透磁率の領域が存在する。これにより透磁率が高い部分の磁束がコイル磁束鎖交部に存在するため、低電流でもインダクタンスが高くなる欠点があった。

特開２００２−１１８９５６号公報（第３−４頁、図１）

この発明は、定常運転状態におけるインダクタンスを適切に低減し限流器の性能を的確に向上できる限流器を得ようとするものである。

この発明に係る限流器では、互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心の間に配設され、永久磁石非存在域を介し前記第１および第２の鉄心の延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石、前記第１および第２の鉄心の延在方向と並行する軸線を中心として前記第１および第２の鉄心を囲んで巻回されるコイルを備え、前記コイルに電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心は磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイルに過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心における一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成された限流器において、前記コイル軸方向における前記第１および第２の鉄心の前記永久磁石非存在域に対向する部分を囲む軸方向位置に限定して前記コイルが設けられているものである。

この発明によれば、定常運転状態におけるインダクタンスを適切に低減し限流器の性能を的確に向上できる限流器を得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１から図６までについて説明する。図１は実施の形態１における限流器の構成を示す斜視図である。図２は実施の形態１における限流器の構成を示す断面図である。図３および図４は実施の形態１における鉄心の磁気飽和特性を示す線図である。図５は実施の形態１における短絡電流と限流された電流を示す線図である。図６（ａ）は実施の形態１における鉄心の磁束分布を示す平面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿った磁束分布を示す線図である。図６（ｃ）は実施の形態１における磁束未飽和部と磁束飽和部を示す平面図である。

図１および図２において、一対の永久磁石１ａ，１ｂは対向配置された鉄心２ａ，２ｂの間に配置され、永久磁石１ａの上面はＮ極、下面はＳ極に着磁されており、永久磁石１ｂの上面はＳ極、下面はＮ極に着磁されている。このように着磁されると、永久磁石１ａ，１ｂが鉄心内に作る磁場を強められる。もし、一方の磁石の極性が逆であれば、永久磁石１ａ，１ｂが鉄心内に作る磁場は弱められる。
一対の鉄心２ａ，２ｂは互いに並行して延在し、互いに対向配置され、その材質としては通常、ケイ素鋼板が用いられる。
鉄心２ａ，２ｂの外側には、コイル３が巻かれている。このコイル３は、単層状態で巻かれてもよいし、多層状態に巻かれてもよい。このコイル３には、コイル３の一端に接続された一方の端子３ａおよびコイル３の他端に接続された他方の端子３ｂが設けられている。
コイル３は、鉄心２ａ，２ｂの延在方向と並行する軸線Ｃ１を中心として鉄心２ａ，２ｂを囲んで巻回されている。

軸線Ｃ１における軸方向長さＬ１をそれぞれ持つ一対の永久磁石１ａ，１ｂは、互いに並行して延在する鉄心２ａ，２ｂの間において、軸線Ｃ１における軸方向長さＬ２を持つ永久磁石非存在域ＮＰを介し互いに間隔を置いて配置されている。
コイル３は、永久磁石１ａ，１ｂ間の軸方向長さＬ２を持つ永久磁石非存在域ＮＰに対向する鉄心２ａ，２ｂの中央部分を囲んで配置されている。コイル３の軸線Ｃ１方向における軸方向長さは、永久磁石非存在域ＮＰの軸線Ｃ１における軸方向長さＬ２よりも小さい。
そして、コイル３の一端面を形成する図示左側端面３ｃは永久磁石１ａの永久磁石非存在域ＮＰに面する図示右側端面１ｃよりも所定の間隔を置いて軸線Ｃ１方向における軸方向位置として右側に位置する。すなわち、コイル３の端面３ｃは、永久磁石１ａと永久磁石非存在域ＮＰとの境界を示す軸方向位置Ｅ１よりも図示右側に位置する。また、コイル３の他端面を形成する図示右側端面３ｄは永久磁石１ｂの永久磁石非存在域ＮＰに面する図示右側端面１ｄよりも所定の間隔を置いて軸線Ｃ１方向における軸方向位置として左側に位置する。すなわち、コイル３の端面３ｄは、永久磁石１ｂと永久磁石非存在域ＮＰとの境界を示す軸方向位置Ｅ２よりも図示左側に位置する。

コイル３に電流が流れていない場合、鉄心２ａ，２ｂは永久磁石１ａ，１ｂにより磁気飽和されている。
鉄心２ａのＢＨ曲線を図３に、鉄心２ｂのＢＨ曲線を図４に示す。なお、図３および図４において、Ｈは鉄心内部の磁界の強さ、Ｂは鉄心内部の磁束密度を表す。コイルに電流が流れていない場合、鉄心２ａの磁界の強さＨはＨＡ１、鉄心２ｂの磁界の強さＨはＨＢ１になるよう構成されている。
鉄心２ａの磁界の強さＨがＨＡ１であれば、鉄心２ａは図３から分かるように磁気飽和状態にあり、鉄心２ｂの磁界の強さＨがＨＢ１であれば、鉄心２ｂは図４から分かるように磁気飽和状態にあるので、後で述べるように限流器のインダクタンスは小さい。

コイル３の一方の端子３ａから交流の負荷電流が流れ込むと磁束が発生し、鉄心２ａはいっそう磁気飽和し、負荷電流のピーク時において、鉄心２ａの磁界の強さＨはＨＡ２に移動する。他方、鉄心２ｂは減磁し、鉄心２ｂの磁界の強さＨの絶対値は負荷電流のピーク時において、ＨＢ２に減少するが、飽和領域にある。
次に、コイル３の他方の端子３ｂから負荷電流が流れ込むと、鉄心２ａは減磁され、電流ピーク時において磁界の強さＨはＨＡ３に減少するが、飽和領域にある。また、鉄心２ｂの磁界の強さＨは電流ピーク時においてＨＢ３になり、鉄心２ｂはいっそう磁気飽和する。上記のように、負荷電流通電時には、いずれの方向の電流が流れても鉄心２ａ，２ｂの一方が磁気飽和しているので、限流器のインダクタンスは低い状態にある。

次に、短絡電流のような過大な電流が流れた場合について説明する。
コイル３の一方の端子３ａから短絡電流が流れ込むと、鉄心２ａの磁界の強さＨは電流ピーク時にＨＡ４になり、鉄心２ａはいっそう大きく飽和する。これに対し、鉄心２ｂの磁界の強さＨはＨＢ６の右側の領域内のＨＢ４になる。鉄心２ｂはＨＢ６の右側の領域に入ると磁気飽和が解け、ＢＨ曲線の傾斜が高い領域に入るためインダクタンスが大きくなり短絡電流が抑制される。
次に、コイル３の他方の端子３ｂから短絡電流が流れ込むと鉄心２ｂの磁界の強さＨは電流ピーク時にＨＢ５になり、鉄心２ｂはいっそう大きく飽和する。これに対し、鉄心２ａの磁界の強さＨは電流ピーク時にＨＡ５になり、鉄心２ａの磁界の強さＨがＨＡ６の左側の領域に入ると磁気飽和が解け、ＢＨ曲線の傾斜が高い領域に入るためインダクタンスが大きくなり短絡電流が抑制される。
上記のように、短絡電流の通電時には、いずれの方向の電流が流れても一方の鉄心の磁気飽和が解けるので、限流器のインダクタンスは高い状態になり、短絡電流が抑制される。
なお、鉄心２ａでは、大きな電流が流れるとＨＡ８まで到達し、鉄心２ｂではＨＢ８まで到達し、再度磁気飽和が生じる。この場合、インダクタンスは再度低い状態になり、限流作用は小さくなる。このため、大電流が流れても極力ＨＡ８，ＨＢ８の状態にならないようにすることが必要である。

図５に短絡電流Ｉ_Ｓと限流された電流Ｉ_Ｌを比較して示す。鉄心２ａの磁界の強さＨがＨＡ６の左側の領域に入ると磁気飽和が解けて限流動作を始める。また、鉄心２ｂの磁界の強さＨの絶対値がＨＢ６の右側の領域に入ると磁気飽和が解けて限流動作を始める。
鉄心２ａ，２ｂの磁気飽和が解けるまでは、短絡電流は限流されないが、鉄心２ａ，２ｂの磁気飽和が解けると鉄心２ａ，２ｂのインダクタンスが増大し短絡電流Ｉ_Ｓが限流電流Ｉ_Ｌに抑制される。抑制された短絡電流Ｉ_Ｌは、限流器の負荷側に接続される開閉器で遮断される。

ところで、（Ａ１）短絡電流を大きく限流させるには磁気飽和が解けた場合のインダクタンスが大きいこと、特に大きな電流までインダクタンスが大きいことが必要である。
一方、（Ａ２）定格運転時である負荷電流通電時にはインダクタンスを小さくし、限流器両端の電圧を小さくしたい。インダクタンスが大きければ限流器両端の電圧が大きくなり、他の装置に加わる電圧が低下するなどの原因になる。
前記（Ａ２）のためには、永久磁石で鉄心を十分飽和させること、特にコイルに鎖交する部分の鉄心を十分飽和させることが必要である。以下でこれが必要な理由について述べる。
コイル電流をｉ、コイルに鎖交する磁束をφとすると、インダクタンスは次の式１に示されるｄφ／ｄｉに比例する。すなわち、微小変化後の電流ｉ_２と微小変化前の電流ｉ_１の間の磁束φ_２と磁束φ_１との差に比例する。
ｄφ／ｄｉ＝（φ_２−φ_１）／（ｉ_２−ｉ_１）…………（式１）
定常運転時即ち負荷電流運転時（コイル電流ｉが小さい場合）、永久磁石により鉄心は大部分飽和状態にあるが、飽和度が低い部分が存在すると鉄心の透磁率が高くなる。この場合、コイルに鎖交する磁束φはコイル断面積をＳ、コイルに鎖交する磁界をＨとするとφ＝μＨＳであるので、透磁率μが高い部分の磁束φが大きくなり、φ_２−φ_１も大きくなり、インダクタンスが大きくなる。

ここで、従来の限流器のコイル電流が零の場合の、鉄心中の磁束分布Ｆを図６に示す。図６（ａ）は実施の形態１における鉄心の磁束分布を示す平面図である。図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ線に沿った磁束分布を示す線図である。図６（ｃ）は実施の形態１における磁束未飽和部と磁束飽和部を示す平面図である。
図６（ｂ）に示すように、鉄心部において、コイル軸Ｃ１に沿った鉄心２ａ，２ｂの両端部は最も磁束が少なく、コイル軸Ｃ１に沿って限流器中央Ｃ２に近づくにつれ鉄心２ａ，２ｂ中の磁束が増加する。永久磁石１ａ，１ｂがとぎれる位置Ｅ１，Ｅ２近傍で鉄心の磁束は最大になる。これ以上中央部Ｃ２に近づいても永久磁石１ａ，１ｂがないために鉄心２ａ，２ｂの磁束は増加しない。

鉄心２ａ，２ｂ中でコイル軸Ｃ１に沿った方向で、Ａ−Ａ線上の磁束の分布Ｆを図６（ｂ）に示す。
一般に限流器では永久磁石量を最小にするため、鉄心２ａ，２ｂにおける磁束密度最高部のみを飽和するように設定する。この場合、軸方向長さＬ１で示される鉄心２ａ，２ｂの永久磁石存在部は磁束が弱くなり未飽和部となる。すなわち、軸方向長さＬ１で示される鉄心２ａ，２ｂの永久磁石存在部は透磁率は高い。従来例のように、軸方向長さＬ１で示される永久磁石存在部にもコイルを配置した場合、透磁率が高い部分の磁束がコイルに鎖交するため、低電流でもインダクタンスが高くなる欠点があった。図６（ｃ）では、鉄心２ａ，２ｂのうち、ＮＳは磁束未飽和部、ＦＳは磁束飽和部を示す。

低電流でもインダクタンスが高くなる問題を回避するには、（Ｂ１）コイルを鉄心の飽和度が高い部分にのみ配置すること、（Ｂ２）コイル鎖交部の鉄心の飽和度を高めることが重要である。
前記（Ｂ１）のためには、鉄心２ａ，２ｂの磁束飽和部であるコイル軸Ｃ１に沿って永久磁石のない部分、すなわち軸線Ｃ１における軸方向長さＬ２で示される永久磁石非存在域ＮＰに対向する鉄心２ａ，２ｂの部分を囲む軸方向位置範囲以内に、コイル両端部３ｃ，３ｄが来るようにすることが必要であり。前記（Ｂ２）のためには、コイル軸に沿って永久磁石のない部分、すなわち軸線Ｃ１における軸方向長さＬ２で示される永久磁石非存在域ＮＰの軸方向長さをある程度短くすることが重要である。
磁界計算の結果、永久磁石の軸方向長さＬ１よりも永久磁石１ａ，１ｂが存在しない永久磁石非存在域ＮＰの軸方向長さＬ２が短ければ、鉄心２ａ，２ｂからの漏れが少なく鉄心中央部Ｃ２近傍でも透磁率が高くならないことが分かった。
なお、永久磁石１ａ，１ｂが大きく、永久磁石１ａ，１ｂの磁界が強い場合、磁束飽和部は軸方向長さＬ３の範囲のみならず永久磁石側Ｌ１にまで拡大する。この場合、コイル３を永久磁石側Ｌ１にまで拡張して配置しても良い。但し、永久磁石が大きくなり高価になる。

この実施の形態１では、二個の鉄心２ａ，２ｂ、互いに隔てて前記鉄心２ａ，２ｂの間に設けられる二個の永久磁石１ａ，１ｂ、前記二個の永久磁石１ａ，１ｂは前記鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるようにかつ鉄心２ａ，２ｂの両端に配置され、前記二個の鉄心２ａ，２ｂの外側に巻かれたコイル３を有し、コイル３に電流が流れていない場合には前記２個の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、コイル３に負荷電流が通電中にも前記二個の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイル３に過大な電流が流れると、一方の鉄心２ａまたは２ｂの磁気飽和が解けるように構成された限流器において、コイル３が、コイル軸方向にそった限流器中心近傍かつ永久磁石がない位置に配置されていることを特徴とする限流器が提案されている。

このように構成したことにより、負荷電流通電時に、コイルを二個の鉄心の磁気飽和が解けることがない位置に配置できるので低インダクタンスにすることができ、限流器の損失を抑えることができる。

この発明による実施の形態１によれば、互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心２ａ，２ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの間に配設され、永久磁石非存在域ＮＰを介し前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向と並行する軸線Ｃ１を中心として前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂを囲んで巻回されるコイル３を備え、前記第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂは前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるように配置されて、前記コイル３に電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、前記コイル３に負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイル３に過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂにおける一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成された限流器において、前記コイル３軸方向における前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの前記永久磁石非存在域ＮＰに対向する部分を囲む軸方向位置に限定して前記コイル３が設けられているので、コイル軸方向における前記第１および第２の鉄心の前記永久磁石非存在域ＮＰに対向する部分を囲む軸方向長さＬ２で示される軸方向位置に限定して前記コイル３を設けることにより、定常運転状態におけるインダクタンスを適切に低減し限流器の性能を的確に向上できる限流器を得ることができる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図７および図８について説明する。図７は実施の形態２における限流器の構成を示す斜視図である。図８は実施の形態２におけるコイルの磁界分布およびコイルの長さとの関係を示す線図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１における構成と同一の構成内容を具備し、同様の作用を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図７において、一対の永久磁石１ａ，１ｂは対向配置された鉄心２ａ，２ｂの間に配置され、永久磁石１ａの上面はＮ極、下面はＳ極に着磁されており、永久磁石１ｂの上面はＳ極、下面はＮ極に着磁されている。
一対の鉄心２ａ，２ｂは互いに並行して延在し、互いに対向配置され、その材質としては通常、ケイ素鋼板が用いられる。
鉄心２ａ，２ｂの外側には、コイル３が巻かれている。このコイルは、単層状態で巻かれてもよいし、多層状態に巻かれてもよい。このコイル３には、コイル３の一端に接続された一方の端子３ａおよびコイル３の他端に接続された他方の端子３ｂが設けられている。
コイル３は、鉄心２ａ，２ｂの延在方向と並行する軸線Ｃ１を中心として鉄心２ａ，２ｂを囲んで巻回されている。

軸線Ｃ１における軸方向長さＬ１をそれぞれ持つ一対の永久磁石１ａ，１ｂは、互いに並行して延在する鉄心２ａ，２ｂの間において、軸線Ｃ１における軸方向長さＬ２を持つ永久磁石非存在域ＮＰを介し互いに間隔を置いて配置されている。
コイル３は、永久磁石１ａ，１ｂ間の軸方向長さＬ３を持つ永久磁石非存在域ＮＰに対向する鉄心２ａ，２ｂの中央部分を囲んで配置されている。コイル３の軸線Ｃ１方向における軸方向長さＬ３は、永久磁石非存在域ＮＰの軸線Ｃ１における軸方向長さＬ２と等しい。
コイル３の一端面を形成する図示左側端面３ｅは永久磁石１ａの永久磁石非存在域ＮＰに面する図示右側端面１ｅと軸線Ｃ１方向における軸方向位置として同じ位置に配置される。すなわち、コイル３の端面３ｅの軸方向位置は、コイル３と永久磁石非存在域ＮＰとの境界を示す軸方向位置Ｅ１と同位置の軸方向位置である。また、コイル３の他端面を形成する図示左端面３ｄは永久磁石１ｂの永久磁石非存在域ＮＰに面する図示右側端面１ｄと軸線Ｃ１方向における軸方向位置として同じ位置に配置されている。すなわち、コイル３の端面３ｆの軸方向位置は、コイル３と永久磁石非存在域ＮＰとの境界を示す軸方向位置Ｅ２と同位置の軸方向位置である。

先に、短絡電流時に大きな電流までインダクタンスが大きいことが必要であると述べ、これを避けるにはコイル電流が大きい場合でもコイルが発生する磁界を小さくし、再飽和の図３，図４のＨＡ８，ＨＢ８の状態に到達することを避けることが有効と述べた。
コイルターン数を減少させればコイル磁界を弱めることが可能であるが、コイルのターン数は必要なインダクタンスを確保するために低減できない。このため、コイル磁界低減にはコイルを長くすることが必要である。

これらの関係を図８に示す。Ｆ１はコイルが短い場合の磁界分布で、Ｆ２はコイルが長い場合の磁界分布である。但し、両者のコイルのターン数は等しい。
コイルが短い場合、最高磁界Ｆ１_ｍが、長い場合の最高磁界Ｆ２_ｍに比べ非常に大きくなる。この最高磁界により限流器の中央部Ｃ２で飽和が解け、低電流においても、インダクタンスが増加する。このためコイル３の軸方向長さＬ３は極力長く取りたい。
実施の形態１では鉄心が飽和している軸方向長さＬ２で示される部分のいづれかに配置すると述べたが、コイル軸方向長さＬ３の最適値は、図７に示すようにコイル両端３ｅ，３ｆの軸方向位置が永久磁石がない部分、すなわち永久磁石非存在域ＮＰの軸方向両端と一致していることである。なお、コイル軸方向長さ位置は多少ずれていても問題ないことはいうまでもない。

この実施の形態２では、二個の鉄心２ａ，２ｂ、互いに隔てて前記鉄心２ａ，２ｂの間に設けられる二個の永久磁石１ａ，１ｂ、前記二個の永久磁石１ａ，１ｂは前記鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるようにかつ鉄心２ａ，２ｂの両端に配置され、前記二個の鉄心２ａ，２ｂの外側に巻かれたコイル３を有し、コイル３に電流が流れていない場合には前記２個の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、コイル３に負荷電流が通電中にも前記二個の鉄心は磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイル３に過大な電流が流れると、一方の鉄心２ａまたは２ｂの磁気飽和が解けるように構成された限流器において、コイル３の両端位置が、コイル軸方向にそって永久磁石存在位置と存在しない位置の境界Ｅ１，Ｅ２付近にあることを特徴とする限流器が提案されている。

このように構成したことにより、コイルの長さを極力長くできるので、コイルの磁界が弱くなり、短絡電流発生時に、大電流においても大きなインダクタンスを得ることができる。

この発明による実施の形態２によれば、互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心２ａ，２ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの間に配設され、永久磁石非存在域ＮＰを介し前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向と並行する軸線Ｃ１を中心として前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂを囲んで巻回されるコイル３を備え、前記第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂは前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるように配置されて、前記コイル３に電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、前記コイル３に負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイル３に過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂにおける一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成された限流器において、前記コイル３の軸方向両端位置３ｅ，３ｆが、コイル３軸方向における前記第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂが配設された位置と前記永久磁石非存在域ＮＰとの境界を示す軸方向位置Ｅ１，Ｅ２付近にあるようにしたので、コイルの軸方向両端位置が、コイル軸方向における前記第１および第２の永久磁石が配設された位置と前記永久磁石非存在域ＮＰとの境界付近にあるようにすることにより、定常運転状態におけるインダクタンスを適切に低減し限流器の性能を的確に向上できる限流器を得ることができる。

実施の形態３．
この発明による実施の形態３を実施の形態２で示した図７について説明する。

図７で説明する。永久磁石のない部分の軸方向長さＬ２は短い方が良いと実施の形態１で述べた。一方、実施の形態２で、コイルの軸方向長さＬ３は極力長くするのが良く、コイル両端３ｅ，３ｆを永久磁石のない部分、すなわち永久磁石非存在域ＮＰの両端Ｅ１，Ｅ２に等しく設定するのが最適であると述べた。後者は永久磁石のない部分、すなわち永久磁石非存在域ＮＰの軸方向長さＬ２は長い方が良いことを意味する。
上記より、永久磁石のない部分の軸方向長さＬ２には最適値がある。永久磁石のない部分の軸方向長さＬ２と永久磁石の長さＬ１の比ＬＡを種々変化させて最適値を計算した結果、比ＬＡが０．５から０．８程度に最適値があることが判明した。
定格の４倍の電流の短絡時のインダクタンスを１とし、定格のインダクタンスの比ＬＢを求めた。この比は定格インダクタンスは小さい方が良いので小さい方が良いが、最適化後のインダクタンスの比ＬＢは０．５以下が得られている。
一方、比ＬＡが１．９と永久磁石がない部分の軸方向長さＬ２の方が永久磁石の軸方向長さＬ１よりも長い場合、比ＬＢは１しか得られない。
更に、定格の６倍通電時はインダクタンスが大きい方が良く、定格の４倍の通電時短絡時のインダクタンスに対する比ＬＣは大きい方が良い。比ＬＡが最適の０．５から０．８程度の場合比ＬＣは１程度の値が得られた。永久磁石が長い比ＬＡが１．９の場合、比ＬＣは０．３程度とインダクタンスが低下してしまう。

この実施の形態３では、二個の鉄心２ａ，２ｂ、互いに隔てて前記鉄心２ａ，２ｂの間に設けられる二個の永久磁石１ａ，１ｂ、前記二個の永久磁石１ａ，１ｂは前記鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるようにかつ鉄心２ａ，２ｂの両端に配置され、前記二個の鉄心２ａ，２ｂの外側に巻かれたコイル３を有し、コイル３に電流が流れていない場合には前記２個の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、コイル３に負荷電流が通電中にも前記二個の鉄心は磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイル３に過大な電流が流れると、一方の鉄心２ａまたは２ｂの磁気飽和が解けるように構成された限流器において、コイル軸方向にそって、永久磁石１ａ，１ｂの軸方向長さＬ１に比べ永久磁石がない部分の軸方向長さＬ２の方が短いことを特徴とする限流器が提案されている。

このように構成したことにより、鉄心からの漏れが少なくなり、負荷電流通電時に、コイルを２個の鉄心の磁気飽和が解けることがなくでき、低インダクタンスにすることができ、損失を抑えることができる。

また、この実施の形態３では、二個の鉄心２ａ，２ｂ、互いに隔てて前記鉄心２ａ，２ｂの間に設けられる二個の永久磁石１ａ，１ｂ、前記二個の永久磁石１ａ，１ｂは前記鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるようにかつ鉄心２ａ，２ｂの両端に配置され、前記二個の鉄心２ａ，２ｂの外側に巻かれたコイル３を有し、コイル３に電流が流れていない場合には前記２個の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、コイル３に負荷電流が通電中にも前記二個の鉄心は磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイル３に過大な電流が流れると、一方の鉄心２ａまたは２ｂの磁気飽和が解けるように構成された限流器において、コイル軸方向にそって、永久磁石存在部に比べ永久磁石がない部分の比ＬＡが１以下０．５以上であることを特徴とする限流器が提案されている。

このように構成したことにより、コイル長、永久磁石非存在部の長さを最適化できるので、負荷通電時に低インダクタンスにすることができ、かつ短絡電流発生時に、大電流でも大きなインダクタンスを得ることができる。

この発明による実施の形態３によれば、互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心２ａ，２ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの間に配設され、永久磁石非存在域ＮＰを介し前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向と並行する軸線Ｃ１を中心として前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂを囲んで巻回されるコイル３を備え、前記第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂは前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるように配置されて、前記コイル３に電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、前記コイル３に負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイル３に過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂにおける一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成された限流器において、コイル３の軸方向における前記第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂの軸方向長さＬ１に比べ前記永久磁石非存在域ＮＰの軸方向長さＬ２の方が短いようにしたので、コイル軸方向における前記第１および第２の永久磁石の軸方向長さに比べ前記永久磁石非存在域ＮＰの軸方向長さの方が短いように選定することにより、定常運転状態におけるインダクタンスを適切に低減し限流器の性能を的確に向上できる限流器を得ることができる。

また、この発明による実施の形態３によれば、実施の形態２における構成において、互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心２ａ，２ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの間に配設され、永久磁石非存在域ＮＰを介し前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂ、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの延在方向と並行する軸線Ｃ１を中心として前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂを囲んで巻回されるコイル３を備え、前記第１および第２の永久磁石１ａ，１ｂは前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂの磁場を強めるように配置されて、前記コイル３に電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和し、前記コイル３に負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂは磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイル３に過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心２ａ，２ｂにおける一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成された限流器において、コイル軸方向における前記第１および第２の永久磁石の軸方向長さＬ１に比べ前記永久磁石非存在域ＮＰの軸方向長さＬ２の比ＬＡが１以下０．５以上であるようにしたので、コイル軸方向における前記第１および第２の永久磁石の軸方向長さと前記永久磁石非存在域ＮＰの軸方向長さとの比を所定値に選定することにより、定常運転状態におけるインダクタンスを適切に低減し限流器の性能を的確に向上できる限流器を得ることができる。

この発明による実施の形態１における限流器の構成を示す斜視図である。この発明による実施の形態１における限流器の構成を示す断面図である。この発明による実施の形態１における鉄心の磁気飽和特性を示す線図である。この発明による実施の形態１における鉄心の磁気飽和特性を示す線図である。この発明による実施の形態１における短絡電流と限流された電流を示す線図である。この発明による実施の形態１における鉄心の磁束分布を示すものである。この発明による実施の形態２および実施の形態３における限流器の構成を示す断面図である。この発明による実施の形態２におけるコイルの磁界分布およびコイルの長さとの関係を示す線図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ永久磁石、２ａ，２ｂ鉄心、３コイル。

Claims

互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心、前記第１および第２の鉄心の間に配設され、永久磁石非存在域を介し前記第１および第２の鉄心の延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石、前記第１および第２の鉄心の延在方向と並行する軸線を中心として前記第１および第２の鉄心を囲んで巻回されるコイルを備え、前記第１および第２の永久磁石は前記第１および第２の鉄心の磁場を強めるように配置されて、前記コイルに電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心は磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイルに過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心における一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成された限流器において、前記コイル軸方向における前記第１および第２の鉄心の前記永久磁石非存在域に対向する部分を囲む軸方向位置に限定して前記コイルが設けられていることを特徴とする限流器。
互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心、前記第１および第２の鉄心の間に配設され、永久磁石非存在域を介し前記第１および第２の鉄心の延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石、前記第１および第２の鉄心の延在方向と並行する軸線を中心として前記第１および第２の鉄心を囲んで巻回されるコイルを備え、前記第１および第２の永久磁石は前記第１および第２の鉄心の磁場を強めるように配置されて、前記コイルに電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心は磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイルに過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心における一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成された限流器において、前記コイルの軸方向両端位置が、コイル軸方向における前記第１および第２の永久磁石が配設された位置と前記永久磁石非存在域との境界付近にあることを特徴とする限流器。
互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心、前記第１および第２の鉄心の間に配設され、永久磁石非存在域を介し前記第１および第２の鉄心の延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石、前記第１および第２の鉄心の延在方向と並行する軸線を中心として前記第１および第２の鉄心を囲んで巻回されるコイルを備え、前記第１および第２の永久磁石は前記第１および第２の鉄心の磁場を強めるように配置されて、前記コイルに電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心は磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイルに過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心における一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成された限流器において、コイル軸方向における前記第１および第２の永久磁石の軸方向長さに比べ前記永久磁石非存在域の軸方向長さの方が短いことを特徴とする限流器。
互いに並行して延在し対向して配置される第１および第２の鉄心、前記第１および第２の鉄心の間に配設され、永久磁石非存在域を介し前記第１および第２の鉄心の延在方向に互いに隔てて配置される第１および第２の永久磁石、前記第１および第２の鉄心の延在方向と並行する軸線を中心として前記第１および第２の鉄心を囲んで巻回されるコイルを備え、前記第１および第２の永久磁石は前記第１および第２の鉄心の磁場を強めるように配置されて、前記コイルに電流が流れていない場合には前記第１および第２の鉄心は磁気飽和し、前記コイルに負荷電流が通電中にも前記第１および第２の鉄心は磁気飽和が保たれるように構成され、前記コイルに過大な電流が流れると、前記第１および第２の鉄心における一方の鉄心の磁気飽和が解けるように構成された限流器において、コイル軸方向における前記第１および第２の永久磁石の軸方向長さに比べ前記永久磁石非存在域の軸方向長さの比が１以下０．５以上であることを特徴とする請求項２に記載の限流器。