JP2005294698A - Direct current reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、インバータ等の交直流変換装置の直流回路と直列に接続され、直流電流に含まれる高調波成分を平滑化する直流リアクトルに関し、とくに永久磁石の減磁を効果的に防止するようにした直流リアクトルに関する。 The present invention relates to a DC reactor that is connected in series with a DC circuit of an AC / DC converter such as an inverter and smoothes harmonic components contained in a DC current, and in particular, effectively prevents demagnetization of a permanent magnet. Related to the DC reactor.
一般に、インバータ出力が短絡電流や急激な負荷の印加によって、コイルに過大電流が流れるような場合には、コイル磁束によって磁気バイアスをしている永久磁石が減磁される。そこで、このような減磁を防止するために、コイル磁束が永久磁石の内部を通らないようにする必要がある。 Generally, when an excessive current flows through a coil due to a short-circuit current or a sudden load applied to an inverter output, a permanent magnet that is magnetically biased by a coil magnetic flux is demagnetized. Therefore, in order to prevent such demagnetization, it is necessary to prevent the coil magnetic flux from passing through the interior of the permanent magnet.
永久磁石で磁気バイアスをする直流リアクトルについては、特許文献1、特許文献2などに記載がある。特許文献1に記載されているインダクタンス素子の発明は、磁心空隙に永久磁石を挿入して、磁気バイアスを与えるようにして、インダクタンスの低下を少なくしたものである。また、特許文献2に記載されている発明は、同じく永久磁石で磁気バイアスをする直流リアクトルにおいて、脈動電圧の平滑等に適した小型のインダクタス素子を提供するものである。
The DC reactor that performs magnetic bias with a permanent magnet is described in
また、これらの発明に共通する課題として、コイル磁束による永久磁石の減磁が生じるという問題点があった。永久磁石の減磁を抑制するための方法については、特許文献3ないし5には、例えば一対の永久磁石による磁気バイアス式では、磁石磁束を磁気的空隙でバイパスさせるものの記載がある。 Further, as a problem common to these inventions, there is a problem that demagnetization of the permanent magnet due to the coil magnetic flux occurs. As for the method for suppressing the demagnetization of the permanent magnet, Patent Documents 3 to 5 describe that the magnetic flux is bypassed by a magnetic gap in the magnetic bias type using, for example, a pair of permanent magnets.
さらに、特許文献6のような外鉄型リアクトルでは、外側磁心の開口部の両側リップ部に永久磁石を取り付けて、巻線の作る磁束と永久磁石の作る磁束が、リップ部で分岐するようにしている。
しかし、従来の直流リアクトルでは、一つの永久磁石だけのバイアス磁束による磁気バイアスとなっていなかったため、装置が大型化しやすいという課題があった。また、永久磁石の減磁を確実に防止することが困難であった。 However, in the conventional DC reactor, there is a problem that the apparatus is easily increased in size because it is not a magnetic bias by a bias magnetic flux of only one permanent magnet. Further, it has been difficult to reliably prevent demagnetization of the permanent magnet.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、一つの永久磁石でコイル磁束に対抗する磁束を発生するようにして、コンパクトな直流リアクトルを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a compact DC reactor by generating a magnetic flux that opposes a coil magnetic flux with a single permanent magnet.
本発明の第1の直流リアクトルは、第1の空隙を介して互いに対向するリップ部を有するU型コアと、前記U型コアに形成された閉磁路のうち、前記第1の空隙を含まない位置に配置され、前記閉磁路に所定の磁束を発生させる磁束発生手段と、前記U型コアの両脚部先端と第2の空隙を介して対向する位置にそれぞれ一端が設けられ、他端に板状の永久磁石を挟み込んで前記第1の空隙を跨ぐように磁気回路を構成する2つのL型コアと、を備え、前記第2の空隙の間隔を前記第1の空隙の間隔より広く構成することによって、前記磁束発生手段の磁束が前記永久磁石を通過しないようにしたことを特徴とする。 The first DC reactor of the present invention does not include the first gap among the U-shaped core having lip portions facing each other via the first gap and the closed magnetic circuit formed in the U-shaped core. One end is provided at a position opposite to the both ends of the legs of the U-shaped core via the second gap, and a magnetic flux generating means for generating a predetermined magnetic flux in the closed magnetic path. Two L-shaped cores constituting a magnetic circuit so as to straddle the first gap with a permanent magnet sandwiched therebetween, and the gap between the second gaps is configured wider than the gap between the first gaps Thus, the magnetic flux of the magnetic flux generating means is prevented from passing through the permanent magnet.
また、本発明の第2の直流リアクトルは、前記磁束発生手段が、前記U型コアの両脚部にそれぞれ配置され、前記閉磁路内に同一方向の磁束を形成する一対の電磁コイルであることを特徴とする。 In the second DC reactor of the present invention, the magnetic flux generating means is a pair of electromagnetic coils that are respectively disposed on both leg portions of the U-shaped core and form a magnetic flux in the same direction in the closed magnetic path. Features.
また、本発明の第3の直流リアクトルは、第1の空隙を介して中央脚の側面にそれぞれ対抗する一対のリップ部を有するE型コアと、前記E型コアに形成された2つの閉磁路のうち、前記第1の空隙を含まない位置に配置され、前記閉磁路に所定の磁束を発生させる磁束発生手段と、前記E型コアの両側脚部先端と第2の空隙を介して対向する位置に設けられ、前記E型コアの中央脚先端との間に板状の永久磁石を挟み込んで前記第1の空隙を跨ぐように2つの磁気回路を構成するC型コアと、を備え、前記第2の空隙の間隔を前記第1の空隙の間隔より広く構成することによって、前記磁束発生手段の磁束が前記永久磁石を通過しないようにしたことを特徴とする。 In addition, the third DC reactor of the present invention includes an E-type core having a pair of lip portions that oppose the side surfaces of the center leg through the first gap, and two closed magnetic circuits formed on the E-type core. The magnetic flux generating means is disposed at a position not including the first gap, and generates a predetermined magnetic flux in the closed magnetic path, and is opposed to the distal ends of both side legs of the E-type core via the second gap. A C-type core that is provided at a position and that forms two magnetic circuits so as to straddle the first gap by sandwiching a plate-like permanent magnet between the tip of the center leg of the E-type core, By configuring the interval of the second gap wider than the interval of the first gap, the magnetic flux of the magnetic flux generating means is prevented from passing through the permanent magnet.
また、本発明の第4の直流リアクトルは、第1の空隙を介して互いに対向するリップ部を有するU型コアと、前記U型コアに形成された閉磁路のうち、前記第1の空隙を含まない位置に配置され、前記閉磁路に所定の磁束を発生させる磁束発生手段と、前記リップ部の前記第1の空隙を跨ぐ位置に第2の空隙を介して埋め込んで設けられ、前記磁束発生手段が発生する磁束に対抗する磁束を前記U型コア内に形成する板状の永久磁石と、を備え、前記第2の空隙の間隔を前記第1の空隙の間隔より広く構成することによって、前記磁束発生手段の磁束が前記永久磁石を通過しないようにしたことを特徴とする。 The fourth DC reactor of the present invention includes a U-shaped core having lip portions facing each other via a first gap, and the first gap among the closed magnetic circuit formed in the U-shaped core. Magnetic flux generating means that is disposed at a position not included and that generates a predetermined magnetic flux in the closed magnetic path, and is embedded in a position across the first gap in the lip portion via a second gap, and generates the magnetic flux. A plate-like permanent magnet that forms a magnetic flux in the U-shaped core that opposes the magnetic flux generated by the means, and by configuring the interval of the second gap wider than the interval of the first gap, The magnetic flux of the magnetic flux generation means is prevented from passing through the permanent magnet.
また、本発明の第5の直流リアクトルは、前記磁束発生手段が、前記U型コアの複数箇所にそれぞれ配置され、前記閉磁路内に同一方向の磁束を形成する電磁コイルであることを特徴とする。 The fifth direct current reactor of the present invention is characterized in that the magnetic flux generating means is an electromagnetic coil that is disposed at each of a plurality of locations of the U-shaped core and forms a magnetic flux in the same direction in the closed magnetic path. To do.
さらに、本発明の第6の直流リアクトルは、第1の空隙を介して中央脚が互いに対向配置された一対のE型コアと、前記E型コアの中央脚を跨いで形成された一対の閉磁路にそれぞれ所定の磁束を発生させる磁束発生手段と、前記中央脚の前記第1の空隙を跨ぐ位置に第2の空隙を介して埋め込んで設けられ、前記磁束発生手段が発生する磁束に対抗する磁束を前記一対のE型コア内に形成する直方体の永久磁石と、を備え、前記第2の空隙の間隔を前記第1の空隙の間隔より広く構成することによって、前記磁束発生手段の磁束が前記永久磁石を通過しないようにしたことを特徴とする。 Furthermore, the sixth DC reactor of the present invention includes a pair of E-type cores whose central legs are arranged to face each other via a first gap, and a pair of closed magnetic fields formed across the central legs of the E-type core. A magnetic flux generating means for generating a predetermined magnetic flux in each of the paths, and a second leg gap embedded in a position straddling the first gap of the central leg to counter the magnetic flux generated by the magnetic flux generating means. A rectangular parallelepiped permanent magnet that forms a magnetic flux in the pair of E-shaped cores, and the magnetic flux of the magnetic flux generating means is increased by making the interval of the second air gap wider than the interval of the first air gap. The permanent magnet is prevented from passing therethrough.
本発明では、永久磁石が形成する磁路の磁気抵抗をコイル磁路の磁気抵抗より大きくするように構成したので、永久磁石の減磁を確実に防止できる。
また、磁気抵抗の差は、第1、第2の空隙の間隔、各々の磁路の断面積等を調整して構成し、一つの永久磁石だけでコイル磁束に対抗する磁束を発生することができるので、コンパクトな直流リアクトルを提供できる利点がある。
In the present invention, since the magnetic resistance of the magnetic path formed by the permanent magnet is configured to be larger than the magnetic resistance of the coil magnetic path, demagnetization of the permanent magnet can be reliably prevented.
Further, the difference in magnetoresistance is configured by adjusting the distance between the first and second air gaps, the cross-sectional area of each magnetic path, etc., and a magnetic flux that opposes the coil magnetic flux can be generated with only one permanent magnet. Therefore, there is an advantage that a compact DC reactor can be provided.
以下、この発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、この発明の第1の実施形態に係る直流リアクトルを示す側面断面図である。
U型コア10は、軟磁性体の積層された薄板からなる鉄心であって、U型コア10の脚部10a,10bの先端から内向きに形成されたリップ部11,12を備えている。これらリップ部11,12は、磁気的ギャップを構成する第1の空隙G1を挟んで互いに対向している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a side sectional view showing a DC reactor according to a first embodiment of the present invention.
The U-shaped
U型コア10には、その両脚部10a,10bの先端と一端が対向するように、それぞれL型鉄心21,22が配置されている。これらのL型鉄心21,22の間には直方体の永久磁石31が挟み込まれている。この永久磁石31は、L型鉄心21側がN極に着磁され、L型鉄心22側がS極に着磁され、それぞれの磁極面がL型鉄心21,22の端面と接触した状態で一体に構成されている。
L-
U型コア10には、電流源4から電流供給されることで所定のコイル磁束を発生する電磁コイル5が巻回してある。この電磁コイル5のコイル磁束により、U型コア10の内部には、図中に実線の矢印によって示すように、リップ部11からリップ部12の方向に第1の空隙G1を貫通して、閉じたコイル磁路が形成されている。
The U-shaped
一体に構成されたL型鉄心21,22と永久磁石31は、U型コア10の第1の空隙G1を跨ぐ態様で、U型コア10の脚部10a,10bの先端との間で第2の空隙G2をもって保持されている。これにより、永久磁石31のバイアス磁束により、図中に破線の矢印で示すように、U型コア10の内部でコイル磁路とは反対向きの永久磁石磁路が形成されている。
The L-
図2は、第1の実施形態に係る直流リアクトルの鳥瞰図である。
U型コア10は、その両脚部10a,10bとリップ部11,12とが同一の断面積S1となるように形成されている。また、L型鉄心21,22の断面積S2は、そこに挟み込まれている永久磁石31の磁極面積と等しく、かつU型コア10の断面積S1より小さく形成されている。また、第2の空隙G2の間隔Lg2は、U型コア10における第1の空隙G1の間隔Lg1より広く形成されている。なお、L1はU型コア10のU字部分の長さに比例する磁路長、L21,L22はそれぞれL型鉄心21,22の磁路長であり、L11,L12はリップ部11,12の磁路長である。
FIG. 2 is a bird's-eye view of the DC reactor according to the first embodiment.
The U-shaped
ここでは、L2(=L21+L22)をL型鉄心21,22の合計磁路長、L3(=L11+L12)をU型コア10のリップ部11,12の合計磁路長という。
図3は、直流リアクトルの磁気抵抗を示す等価回路図である。
Here, L2 (= L21 + L22) is referred to as the total magnetic path length of the L-
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram showing the magnetic resistance of the DC reactor.
U型コア10のU字の底辺部分に設けた電磁コイル5による起磁力(コイル起磁力)をNI1とするとき、U型コア10の閉磁路は、U字部分の磁気抵抗R1と、リップ部11,12の磁気抵抗R3と、第1の空隙G1の磁気抵抗Rg1により構成される。このうち磁気抵抗R1は、磁路長L1に比例し、磁気抵抗R3は合計磁路長L3に比例し、磁気抵抗Rg1は第1の空隙G1の間隔Lg1に比例するものであって、いずれも断面積S1に反比例する。
When the magnetomotive force (coil magnetomotive force) by the
また、永久磁石31の起磁力(永久磁石起磁力)をNI2とするとき、L型鉄心21,22には、合計磁路長L2に比例する磁気抵抗R2と、第2の空隙G2の磁気抵抗Rg2からなる磁路が形成される。そして、以下に説明するように、コイル磁路の磁気抵抗R1,Rg1と永久磁石磁路の磁気抵抗R2,Rg2とを、それぞれ第1、第2の空隙G1,G2の間隔と各磁路が形成されるU型コア10とL型鉄心21,22の断面積S1,S2とを操作することで、コイル磁束が永久磁石を通らないように設定できる。
When the magnetomotive force (permanent magnet magnetomotive force) of the
図3において、コイル起磁力NI1によるコイル磁束が磁気抵抗R1→磁気抵抗R3→磁気抵抗Rg1の経路を通り、永久磁石起磁力NI2による磁束が磁気抵抗R2→磁気抵抗Rg2→磁気抵抗R1の経路を通るとすれば、以下の不等式が成立する。 In FIG. 3, the coil magnetic flux due to the coil magnetomotive force NI1 passes through the path of magnetic resistance R1 → magnetic resistance R3 → magnetic resistance Rg1, and the magnetic flux due to the permanent magnet magnetomotive force NI2 travels along the path of magnetic resistance R2 → magnetic resistance Rg2 → magnetic resistance R1. If so, the following inequality holds.
R3+Rg1<R2+Rg2…(1)
R1<R3+Rg1…(2)
いま、真空の透磁率をμ0、鉄の比透磁率をμrとすると、鉄心の透磁率μ(=μ0・μr)となり、鉄の比透磁率μrは103程度の大きさがあるため、鉄心の透磁率μについては、
μ>>μ0
という関係がある。
R3 + Rg1 <R2 + Rg2 (1)
R1 <R3 + Rg1 (2)
Now, if the vacuum permeability is μ 0 and the relative permeability of iron is μr, the permeability of the iron core is μ (= μ 0 · μr), and the relative permeability of iron μr is about 10 3. For the permeability μ of the iron core,
μ >> μ 0
There is a relationship.
ここで、上記(2)式の左右の値はU型コア10の形状のみによって決まることから、(2)式を満たすためには、そのような形状でU型コア10が設計されていればよく、L型鉄心21,22とは無関係に対処することができる。
Here, since the left and right values of the above equation (2) are determined only by the shape of the
これに対して、上記(1)式では、磁気抵抗R3,Rg1,R2,Rg2がそれぞれ、
R3=L3/μ・S1
Rg1=Lg1/μ0・S1
R2=L2/μ・S2
Rg2=Lg2/μ0・S2
となるから、(1)式が成立するためには、下記の(3)、(4)式を同時に満足することが必要になる。
On the other hand, in the above equation (1), the magnetic resistances R3, Rg1, R2, and Rg2 are respectively
R3 = L3 / μ · S1
Rg1 = Lg1 / μ 0 · S1
R2 = L2 / μ · S2
Rg2 = Lg2 / μ 0 · S2
Therefore, in order to establish the expression (1), it is necessary to satisfy the following expressions (3) and (4) at the same time.
L3/S1<L2/S2…(3)
Lg1/S1<Lg2/S2…(4)
ところで、L型鉄心21,22の断面積S2は、U型コア10の断面積S1より小さく構成されているから、ここでは第2の空隙G2の間隔Lg2を第1の空隙G1の間隔Lg1より広く構成するだけで、磁気抵抗Rg2が磁気抵抗Rg1より大きくなるから、上記(4)式は確実に満足される。
L3 / S1 <L2 / S2 (3)
Lg1 / S1 <Lg2 / S2 (4)
By the way, since the cross-sectional area S2 of the L-
また、(3)式については、図1や図2に示す実施形態1の構成において、永久磁石31の幅を短くしたり、あるいはL型鉄心21,22の高さを大きくしたりすれば、U型コア10のリップ部11,12の合計磁路長L3が、L型鉄心21,22の合計磁路長L2より短くなるが、そのようにしなくても、あらかじめL型鉄心21,22の断面積S2を十分に小さく設定することによって満足することができる。
As for the expression (3), if the width of the
このように、第1の実施形態に係る直流リアクトルでは、第2の空隙G2の間隔を第1の空隙G1の間隔より広く構成することにより、上記(3)、(4)式が同時に満足され、永久磁石31の減磁を確実に防止することができる。また、一つの永久磁石31だけでコイル磁束に対抗する磁束を発生するようにしたので、コンパクトな直流リアクトルを提供できる。さらに、U型コア10の断面積S1をL型鉄心21,22の断面積S2より大きく構成することによって、永久磁石31の幅を十分に大きく設計することができ、しかもL型鉄心21,22の高さを大きくしなくてもよくなる。
Thus, in the DC reactor according to the first embodiment, by configuring the interval of the second gap G2 to be wider than the interval of the first gap G1, the above expressions (3) and (4) are satisfied simultaneously. The demagnetization of the
つぎに、別の直流リアクトルについて説明する。図4は、この発明の第2の実施形態に係る直流リアクトルを示す側面断面図である。
この直流リアクトルは、第1の実施形態のものと同様に、U型コア10と、その両脚部10a,10bの先端と一端が対向するように配置されたL型鉄心21,22と、それらの間に挟み込まれた直方体の永久磁石31とから構成され、このU型コア10の両脚部10a,10bに、電流源4から電流供給される2つの電磁コイル5a,5bが巻回されている。
Next, another DC reactor will be described. FIG. 4 is a side sectional view showing a DC reactor according to the second embodiment of the present invention.
As in the first embodiment, the DC reactor includes a
この場合でも、電磁コイル5a,5bのコイル磁束により、U型コア10の内部には、図中に実線の矢印によって示すように、リップ部11からリップ部12の方向に第1の空隙G1を貫通して、閉じたコイル磁路が形成される。また、永久磁石31のバイアス磁束により、図中に破線の矢印で示すように、U型コア10の内部でコイル磁路とは反対向きの永久磁石磁路が形成される。
Even in this case, the first gap G1 is formed in the
ここでは詳細な説明を省略するが、第1の実施形態のものと同様に、第2の空隙G2の間隔を第1の空隙G1の間隔より広く構成することにより、上記(3)、(4)式を同時に満足して、永久磁石31の減磁を確実に防止することができる。また、一つの永久磁石31だけでコイル磁束に対抗する磁束を発生するようにしたので、コンパクトな直流リアクトルを提供できる。
Although detailed description is omitted here, as in the case of the first embodiment, by configuring the interval of the second gap G2 to be wider than the interval of the first gap G1, the above (3), (4 ) At the same time, the demagnetization of the
つぎに、さらに別の直流リアクトルについて説明する。図5は、この発明の第3の実施形態に係る直流リアクトルを示す側面断面図である。
この直流リアクトルは、E型コア40とC型鉄心50と矩形の永久磁石32とから構成されている。E型コア40は、軟磁性体の積層された薄板からなる鉄心であって、E型コア40の両側脚部40a,40bの先端からそれぞれ内向きに、中央脚40cに対して第1の空隙G1を介して対抗するように一対のリップ部41,42が形成されている。
Next, another DC reactor will be described. FIG. 5 is a side sectional view showing a DC reactor according to a third embodiment of the present invention.
The DC reactor includes an E-type core 40, a C-type iron core 50, and a rectangular permanent magnet 32. The E-type core 40 is an iron core made of a thin plate laminated with a soft magnetic material, and has a first gap with respect to the central leg 40c inwardly from the tips of both side legs 40a and 40b of the E-type core 40. A pair of lip portions 41 and 42 are formed so as to oppose each other via G1.
E型コア40には、その両側脚部40a,40bの先端と対向するようにC型鉄心50が配置されている。E型コア40の中央脚40cとC型鉄心50との間には、矩形の永久磁石32が挟み込まれている。この永久磁石32は、C型鉄心50側がS極に着磁され、E型コア40側がN極に着磁され、それぞれの磁極面がC型鉄心50とE型コア40の中央脚40c先端面と接触した状態で、一体に構成されている。 In the E-type core 40, a C-type iron core 50 is disposed so as to face the tips of the both side leg portions 40a, 40b. A rectangular permanent magnet 32 is sandwiched between the center leg 40 c of the E-type core 40 and the C-type iron core 50. The permanent magnet 32 has the C-type iron core 50 side magnetized to the S pole, the E-type core 40 side magnetized to the N-pole, and the magnetic pole surfaces of the C-type iron core 50 and the center leg 40c end surface of the E-type core 40. In a state of being in contact with each other.
E型コア40の中央脚40cには、電流源4から電流供給されることで所定のコイル磁束を発生する電磁コイル5が巻回してある。この電磁コイル5のコイル磁束により、E型コア40の内部には、図中に実線の矢印によって示すように、中央脚40cからそれぞれ第1の空隙G1を貫通してリップ部41、リップ部42に向かう、2組の閉じたコイル磁路が形成されている。
An
C型鉄心50は、E型コア40の両側脚部40a,40b先端で第2の空隙G2を介して対向する位置に保持されている。そして、E型コア40の中央脚40c先端との間に挟み込まれた永久磁石32のバイアス磁束により、図中に破線の矢印で示すように、それぞれ第1の空隙G1を跨ぐように2つの磁気回路が構成される。これらは、E型コア40の内部でコイル磁路とは反対向きの永久磁石磁路を形成している。 The C-type iron core 50 is held at a position facing the both side leg portions 40a and 40b of the E-type core 40 via the second gap G2. Then, the two magnetic fields straddle each of the first gaps G1 by the bias magnetic flux of the permanent magnet 32 sandwiched between the tips of the center legs 40c of the E-type core 40 as shown by the broken arrows in the figure. A circuit is constructed. These form a permanent magnet magnetic path opposite to the coil magnetic path inside the E-type core 40.
また、E型コア40は、各脚部40a,40b,40cとリップ部41,42とが同一の断面積S1となるように形成されている。また、C型鉄心50の断面積S2は、E型コア40の断面積S1より小さく形成されている。さらに、第2の空隙G2の間隔Lg2は、E型コア40における第1の空隙G1の間隔Lg1より長く形成されている。 The E-type core 40 is formed so that the leg portions 40a, 40b, 40c and the lip portions 41, 42 have the same cross-sectional area S1. The cross-sectional area S2 of the C-type iron core 50 is formed smaller than the cross-sectional area S1 of the E-type core 40. Further, the interval Lg2 between the second gaps G2 is formed longer than the interval Lg1 between the first gaps G1 in the E-type core 40.
したがって、第3の実施形態では上述した第1、第2の実施形態のものと同様に、それぞれ2つコイル磁路の磁気抵抗R1,Rg1と永久磁石磁路の磁気抵抗R2,Rg2とを、それぞれ第1、第2の空隙G1,G2の間隔と各磁路が形成されるE型コア40とC型鉄心50の断面積S1,S2とを操作することでコイル磁束が永久磁石32を通らないように設定できる。しかも、1つの永久磁石32だけでコイル磁束に対抗する磁束による2つの永久磁石磁路を形成するとともに、第2の空隙G2の間隔を第1の空隙G1の間隔より広く構成することにより、上記(3)、(4)式を同時に満足して、永久磁石32の減磁を確実に防止することができる。 Therefore, in the third embodiment, as in the first and second embodiments described above, the magnetic resistances R1 and Rg1 of the two coil magnetic paths and the magnetic resistances R2 and Rg2 of the permanent magnet magnetic path are respectively obtained. The coil magnetic flux passes through the permanent magnet 32 by operating the distance between the first and second gaps G1 and G2 and the E-type core 40 and the cross-sectional areas S1 and S2 of the C-type iron core 50 where the magnetic paths are formed. Can be set not to. Moreover, the two permanent magnet magnetic paths are formed by the magnetic flux that opposes the coil magnetic flux by only one permanent magnet 32, and the interval of the second gap G2 is configured to be wider than the interval of the first gap G1. The expressions (3) and (4) are satisfied at the same time, and the demagnetization of the permanent magnet 32 can be reliably prevented.
つぎに、第4の実施形態に係る直流リアクトルについて、図6ないし図8を参照して説明する。図6は、この発明の第4の実施形態に係る直流リアクトルを示す側面断面図、図7は、図6に示す直流リアクトルの鳥瞰図である。 Next, a DC reactor according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 6 is a side sectional view showing a DC reactor according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a bird's-eye view of the DC reactor shown in FIG.
U型コア60は、軟磁性体の積層された薄板からなる鉄心であって、U型コア60の脚部60a,60bのそれぞれ先端には、内向きのリップ部60c,60dを備えている。これらリップ部60c,60dの途中から、2つに分岐したリップ部61と62、および63と64が延長形成され、リップ部61と62、および63と64がそれぞれに磁気的ギャップを構成する第1の空隙G1を挟んで、互いに対向するとともに上下方向で互いに並行に形成されている。
The
U型コア60の左右のリップ部60c,60dの間には、上段のリップ部61,62と下段のリップ部63,64とに挟まれた所定の空間部分が形成され、このU型コア60の空間部分に板状の永久磁石33が挟み込まれている。永久磁石33は、脚部60a側がN極に着磁され、脚部60b側がS極に着磁されており、例えば非磁性体によってそれぞれの磁極面がU型コア60と離間した状態で保持されている。
Between the left and
U型コア60には、電流源4から電流供給されることで所定のコイル磁束を発生する電磁コイル5が巻回してある。この電磁コイル5のコイル磁束により、U型コア60の内部には、図中に実線の矢印によって示すように、第1の空隙G1を貫通してリップ部60cからリップ部60dの方向に向かって閉じたコイル磁路が形成されている。
The
また、永久磁石33はリップ部61と62、および63と64との間に形成された第1の空隙G1を跨ぐ態様で、U型コア60の脚部60a,60bの先端との間で第2の空隙G2をもって保持されている。これにより、永久磁石33のバイアス磁束により、図中に破線の矢印で示すように、U型コア60の内部でコイル磁路とは反対向きの永久磁石磁路が形成されている。
In addition, the
図7において、L6はU型コア60のU字部分とリップ部60c,60dとを加えた長さに比例する磁路長、L61,L62はそれぞれリップ部61とリップ部62の磁路長であって、合計磁路長L7はリップ部61,62を加算した長さに比例する磁路長(L7=L61+L62)である。同様に、下側のリップ部63,64の磁路長は、それぞれL61,L62と等しい。
In FIG. 7, L6 is the magnetic path length proportional to the length of the
U型コア60内の永久磁石33は、その磁極面がそれぞれリップ部60c,60dに対して第2の空隙G2だけ離れた状態で保持されている。この第2の空隙G2の間隔Lg4は、U型コア60における第1の空隙G1の間隔Lg3より大きく形成されている。断面積S63より大きな断面で第2の空隙G2を有している。そして、永久磁石33の磁極断面積S63は、リップ部61,62の断面積S61,S62と等しい大きさに構成されている。
The
U型コア60は、図7に示すように、その両脚部60a,60bとリップ部60c,60dとがいずれも同一の断面積S6に形成されている。また、永久磁石33を挟む上段のリップ部61,62と下段のリップ部63,64は、それぞれ断面積S61、断面積S62となっていて、これらの断面積S61、断面積S62は互いにほぼ等しいものである。なお、上下段のリップ部61と63の合計断面積をS7(=S61+S62)としている。
As shown in FIG. 7, the
図8は、直流リアクトルの磁気抵抗を示す等価回路図である。
U型コア60のU字の底辺部分に設けた電磁コイル5による起磁力(コイル起磁力)をNI3とするとき、U型コア60の閉磁路として、U字部分の磁気抵抗R6と、リップ部61,62および63,64の合成磁気抵抗R7と、2つの空隙G1の合成磁気抵抗Rg3とによりコイル磁路が構成される。このうち磁気抵抗R6は磁路長L6に比例し、かつU型コア60の断面積S6に反比例する。また、合成磁気抵抗R7は合計磁路長L7に比例し、磁気抵抗Rg3は第1の空隙G1の間隔Lg3に比例し、かつ上下段のリップ部61と63の合計断面積S7に反比例する。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing the magnetic resistance of the DC reactor.
When the magnetomotive force (coil magnetomotive force) by the
また、永久磁石33の起磁力(永久磁石起磁力)をNI4とするとき、永久磁石磁路はU字部分の磁気抵抗R6と2つの空隙G2の合計磁気抵抗Rg4とから形成される。ここでは、以下に説明するように、コイル磁路の磁気抵抗R6,R7,Rg3の大きさと、永久磁石磁路の磁気抵抗R6,Rg4の大きさは、それぞれ第1、第2の空隙G1,G2の間隔と各磁路の断面積S6,S63,S7とを操作して、コイル磁束が永久磁石を通らないように設定できる。
Further, when the magnetomotive force (permanent magnet magnetomotive force) of the
図8において、コイル起磁力NI3によるコイル磁束が磁気抵抗R6→合成磁気抵抗R7→合成磁気抵抗Rg3の経路を通り、永久磁石起磁力NI4による磁束が磁気抵抗Rg4→磁気抵抗R6の経路を通るとすれば、以下の不等式が成立する。 In FIG. 8, when the coil magnetic flux by the coil magnetomotive force NI3 passes through the path of the magnetic resistance R6 → the combined magnetic resistance R7 → the combined magnetic resistance Rg3, and the magnetic flux by the permanent magnet magnetomotive force NI4 passes through the path of the magnetic resistance Rg4 → the magnetic resistance R6. Then, the following inequality holds.
R7+Rg3<Rg4…(5)
R6<R7+Rg3…(6)
ここで、真空の透磁率をμ0、鉄の比透磁率をμrとすると、鉄心の透磁率μ(=μ0・μr)となり、鉄の比透磁率μrは103程度の大きさがあるため、鉄心の透磁率μについては、
μ>>μ0
という関係がある。
R7 + Rg3 <Rg4 (5)
R6 <R7 + Rg3 (6)
Here, if the vacuum permeability is μ 0 and the relative permeability of iron is μr, the permeability of the iron core is μ (= μ 0 · μr), and the relative permeability μr of iron is about 10 3. Therefore, for the permeability μ of the iron core,
μ >> μ 0
There is a relationship.
ここで、上記(5)、(6)式における磁気抵抗R3,Rg1,R2,Rg2がそれぞれ、
R6=L6/μ・S6
Rg3=Lg3/μ0・S7
R7=L7/μ・S7
Rg4=Lg4/μ0・S63
となる。そこで上記(5)式については
L7/μr・S7+Lg3/S7<Lg4/S63…(7)
と書き換えることができる。
Here, the magnetic resistances R3, Rg1, R2, and Rg2 in the above formulas (5) and (6) are respectively
R6 = L6 / μ · S6
Rg3 = Lg3 / μ 0 · S7
R7 = L7 / μ · S7
Rg4 = Lg4 / μ 0 · S63
It becomes. Therefore, L7 / μr · S7 + Lg3 / S7 <Lg4 / S63 (7) for the above equation (5).
Can be rewritten.
(7)式では、鉄の比透磁率μrが103程度の大きさであることから、その不等式の左辺第1項を無視することができる。そこで、(7)式から
Lg3/S7<Lg4/S63
が導かれる。すなわち、
Lg3・S63<Lg4・S7
となり、いま、上下段のリップ部61と63の合計断面積S7が永久磁石33の磁極断面積S63より大きい(S63<S7)ことから、
Lg3<Lg4
であればよいことがわかる。
In the equation (7), since the relative permeability μr of iron is about 10 3, the first term on the left side of the inequality can be ignored. Therefore, from equation (7), Lg3 / S7 <Lg4 / S63
Is guided. That is,
Lg3 ・ S63 <Lg4 ・ S7
Now, since the total sectional area S7 of the upper and
Lg3 <Lg4
It turns out that it is good.
したがって、第4の実施形態の直流リアクトルにおいては、第1の空隙G1の間隔Lg3を第2の空隙G2の間隔Lg4より短く構成すれば、上記(5)式の条件を満たすことがわかる。 Therefore, in the DC reactor of the fourth embodiment, it can be understood that the condition of the above formula (5) is satisfied if the interval Lg3 of the first gap G1 is configured to be shorter than the interval Lg4 of the second gap G2.
また、(6)式については、
L6・(S7/S6)<L7+μr・Lg3…(8)
と書き換えることができる。
In addition, for equation (6),
L6 · (S7 / S6) <L7 + μr · Lg3 (8)
Can be rewritten.
(8)式については、U型コア60の設計寸法と第1の空隙G1の大きさを調整することによって、満足させることが可能であって、永久磁石33の大きさを限定するものではない。
The expression (8) can be satisfied by adjusting the design size of the
以上のように、第4の実施形態に係る直流リアクトルは、第1の空隙G1を介して互いに対向するリップ部60c,60dを有するU型コア60と、U型コア60に形成された閉磁路のうち、第1の空隙G1を含まない位置に配置され、閉磁路に所定の磁束を発生させる電磁コイル5と、リップ部60c,60dの第1の空隙G1を跨ぐ位置に第2の空隙G2を介して埋め込んで設けられ、電磁コイル5が発生する磁束に対抗する磁束をU型コア60内に形成する板状の永久磁石33と、を備え、第2の空隙G2の間隔を第1の空隙G1の間隔より広く構成することによって、電磁コイル5の磁束が永久磁石33を通過しないようにした。したがって、上記(8)式を満たすように、第1の空隙G1の間隔Lg3と、上下段のリップ部61と63の合計断面積S7とを決定すれば、永久磁石33の減磁を確実に防止することができる。また、一つの永久磁石33だけでコイル磁束に対抗する磁束を発生するようにしたので、コンパクトな直流リアクトルを提供できる。さらに、U型コア60の設計寸法に応じて、永久磁石33の幅を十分に大きく設計することができる。
As described above, the DC reactor according to the fourth embodiment includes the
なお、U型コア60に挟み込まれる永久磁石33は、その両極端面を除いて非磁性体によって包んでおくことで、永久磁石磁路を確保することができる。また、U型コア60の断面積S6は、コイル5の巻数、電流、永久磁石33の起磁力、鉄心の透磁率等から決まることは言うまでもない。
The
つぎに、別の直流リアクトルについて説明する。図9は、この発明の第5の実施形態に係る直流リアクトルを示す側面断面図である。
この直流リアクトルは、第4の実施形態のものと同様に、U型コア60と、その両脚部60a,60bに形成された内向きのリップ部60c,60dに挟み込まれた板状の永久磁石33とから構成され、このU型コア60の両脚部60a,60bに、電流源4から電流供給される2つの電磁コイル5a,5bを巻回したものである。
Next, another DC reactor will be described. FIG. 9 is a side sectional view showing a DC reactor according to the fifth embodiment of the present invention.
As in the fourth embodiment, this DC reactor is a plate-shaped
この場合でも、電磁コイル5a,5bのコイル磁束により、U型コア60の内部には、図中に実線の矢印によって示すように、リップ部60cから60dの方向に第1の空隙G1を貫通して、閉じたコイル磁路が形成される。また、永久磁石33のバイアス磁束により、図中に破線の矢印で示すように、U型コア60の内部でコイル磁路とは反対向きの永久磁石磁路が形成される。
Even in this case, due to the coil magnetic flux of the
したがって、第5の実施形態の直流リアクトルにおいても、第2の空隙G2の間隔を第1の空隙G1の間隔より広く構成することにより、上記(7)、(8)式を同時に満足して、永久磁石33の減磁を確実に防止することができる。また、一つの永久磁石33だけでコイル磁束に対抗する磁束を発生するようにしたので、コンパクトな直流リアクトルを提供できる。
Therefore, also in the DC reactor of the fifth embodiment, by configuring the interval of the second gap G2 wider than the interval of the first gap G1, the above expressions (7) and (8) are satisfied simultaneously, The demagnetization of the
つぎに、さらに別の直流リアクトルについて説明する。図10は、この発明の第6の実施形態に係る直流リアクトルを示す側面断面図である。
この直流リアクトルは、2つのE型コア70a,70bを上下方向から合体したコア70と、このコア70の中央の空間部分に挟み込まれた板状の永久磁石34とから構成されている。E型コア70a,70bは、いずれも軟磁性体の積層された薄板からなる鉄心であって、それらの中央脚70c,70dの先端には永久磁石34を挟むように、左右の分岐脚71,72と73,74が互いに平行に形成されている。そして、中央脚70cの分岐脚71,73と、中央脚70dの分岐脚72,74とが、それぞれ磁気的ギャップを構成する第1の空隙G1を挟んで対向している。
Next, another DC reactor will be described. FIG. 10 is a side sectional view showing a DC reactor according to the sixth embodiment of the present invention.
The DC reactor includes a core 70 in which two
コア70の2つの中央脚70cと70dの間の空間部分には、永久磁石34が保持され、その中央脚70c側がN極に着磁され、中央脚70d側がS極に着磁され、例えば非磁性体によってそれぞれの磁極面がU型コア60と離間した状態で保持されている。また、コア70の中央脚70c,70dには、電流源4から電流供給されることで所定のコイル磁束を発生する電磁コイル5が巻回してある。この電磁コイル5のコイル磁束により、コア70の内部には、図中に実線の矢印によって示すように、中央脚70cから第1の空隙G1を貫通し、中央脚70dを介してそれぞれ左右に分かれる2組の閉じたコイル磁路が形成されている。
A
また、永久磁石34は、第1の空隙G1を跨ぐ態様で、E型コア70a,70bの中央脚70cと70dの先端との間で第2の空隙G2をもって保持されている。これにより、永久磁石33のバイアス磁束によって、図中に破線の矢印で示すように、コア70の内部でコイル磁路とは反対向きの永久磁石磁路が形成される。
Further, the
なお、E型コア70a,70bは、それらの各中央脚70c,70dを含めていずれも同一の断面積S7となるように形成されている。また、第2の空隙G2の間隔Lg4は、第1の空隙G1の間隔Lg3より広く形成されている。
The
この実施形態のコア70は、第4の実施形態に示すU型コアを、それぞれ左右から2つ合体させた形状をなしており、中央で共有される電磁コイル5によって左右に形成されたコイル磁路に対して、1つの永久磁石34が設けられて直流リアクトルを構成している。そこで、第4の実施形態について説明したものと比較すれば明らかなように、第2の空隙G2の間隔を第1の空隙G1の間隔より広く構成することにより、上記(7)、(8)式を同時に満足して、永久磁石31の減磁を確実に防止することができる。
The
4 電流源
5 電磁コイル
10,60 U型コア
10a,10b,60a,60b 脚部
11,12 リップ部
21,22 L型鉄心
31,32,33,34 永久磁石
40,70a,70b E型コア
50 C型鉄心
70 コア
4
Claims (14)
前記U型コアに形成された閉磁路のうち、前記第1の空隙を含まない位置に配置され、前記閉磁路に所定の磁束を発生させる磁束発生手段と、
前記U型コアの両脚部先端と第2の空隙を介して対向する位置にそれぞれ一端が設けられ、他端に板状の永久磁石を挟み込んで前記第1の空隙を跨ぐように磁気回路を構成する2つのL型コアと、
を備え、前記第2の空隙の間隔を前記第1の空隙の間隔より広く構成することによって、前記磁束発生手段の磁束が前記永久磁石を通過しないようにしたことを特徴とする直流リアクトル。 A U-shaped core having lip portions facing each other via a first gap;
Magnetic flux generating means disposed in a position not including the first gap among the closed magnetic paths formed in the U-shaped core, and generating a predetermined magnetic flux in the closed magnetic path;
A magnetic circuit is configured so that one end is provided at a position facing the front ends of both leg portions of the U-shaped core via a second gap, and a plate-like permanent magnet is sandwiched between the other ends and the first gap is straddled. Two L-shaped cores to
The direct current reactor is characterized in that the magnetic flux of the magnetic flux generating means does not pass through the permanent magnet by configuring the second gap to be wider than the first gap.
前記E型コアに形成された2つの閉磁路のうち、前記第1の空隙を含まない位置に配置され、前記閉磁路に所定の磁束を発生させる磁束発生手段と、
前記E型コアの両側脚部先端と第2の空隙を介して対向する位置に設けられ、前記E型コアの中央脚先端との間に板状の永久磁石を挟み込んで前記第1の空隙を跨ぐように2つの磁気回路を構成するC型コアと、
を備え、前記第2の空隙の間隔を前記第1の空隙の間隔より広く構成することによって、前記磁束発生手段の磁束が前記永久磁石を通過しないようにしたことを特徴とする直流リアクトル。 An E-shaped core having a pair of lip portions that respectively oppose the side surfaces of the center leg through the first gap;
Of the two closed magnetic paths formed in the E-shaped core, a magnetic flux generating means disposed at a position not including the first gap and generating a predetermined magnetic flux in the closed magnetic path;
The E-core is provided at a position opposed to both ends of the leg portions of the E-type core via a second gap, and a plate-like permanent magnet is sandwiched between the E-core and the center leg of the E-type core so that the first gap is formed. A C-type core that forms two magnetic circuits so as to straddle;
The direct current reactor is characterized in that the magnetic flux of the magnetic flux generating means does not pass through the permanent magnet by configuring the second gap to be wider than the first gap.
前記U型コアに形成された閉磁路のうち、前記第1の空隙を含まない位置に配置され、前記閉磁路に所定の磁束を発生させる磁束発生手段と、
前記リップ部の前記第1の空隙を跨ぐ位置に第2の空隙を介して埋め込んで設けられ、前記磁束発生手段が発生する磁束に対抗する磁束を前記U型コア内に形成する板状の永久磁石と、
を備え、前記第2の空隙の間隔を前記第1の空隙の間隔より広く構成することによって、前記磁束発生手段の磁束が前記永久磁石を通過しないようにしたことを特徴とする直流リアクトル。 A U-shaped core having lip portions facing each other via a first gap;
Magnetic flux generating means disposed in a position not including the first gap among the closed magnetic paths formed in the U-shaped core, and generating a predetermined magnetic flux in the closed magnetic path;
A plate-like permanent member that is embedded in a position across the first gap of the lip portion via a second gap and that forms a magnetic flux in the U-shaped core that opposes the magnetic flux generated by the magnetic flux generation means. A magnet,
The direct current reactor is characterized in that the magnetic flux of the magnetic flux generating means does not pass through the permanent magnet by configuring the second gap to be wider than the first gap.
L6・(S7/S6)<L7+μr・Lg3 The U-shaped core has a ratio of a cross-sectional area of the lip portion facing each other to a cross-sectional area of the permanent magnet facing each other (S7 / S6), and the magnetic path length of the closed magnetic circuit formed in the U-shaped core. Is L6, the total magnetic path length of the lip portion is L7, the interval between the first gaps is Lg3, and the relative permeability of the U-shaped core is μr, the following inequality is satisfied. The DC reactor according to claim 7.
L6 · (S7 / S6) <L7 + μr · Lg3
前記E型コアの中央脚を跨いで形成された一対の閉磁路にそれぞれ所定の磁束を発生させる磁束発生手段と、
前記中央脚の前記第1の空隙を跨ぐ位置に第2の空隙を介して埋め込んで設けられ、前記磁束発生手段が発生する磁束に対抗する磁束を前記一対のE型コア内に形成する直方体の永久磁石と、
を備え、前記第2の空隙の間隔を前記第1の空隙の間隔より広く構成することによって、前記磁束発生手段の磁束が前記永久磁石を通過しないようにしたことを特徴とする直流リアクトル。 A pair of E-shaped cores whose central legs are arranged opposite to each other via the first gap;
Magnetic flux generating means for generating a predetermined magnetic flux in each of a pair of closed magnetic paths formed across the center leg of the E-type core;
A rectangular parallelepiped that is embedded in a position across the first gap of the central leg via a second gap and that forms a magnetic flux in the pair of E-type cores against the magnetic flux generated by the magnetic flux generation means. With permanent magnets,
The direct current reactor is characterized in that the magnetic flux of the magnetic flux generating means does not pass through the permanent magnet by configuring the second gap to be wider than the first gap.
L8・(S9/S8)<L9+μr・Lg5 The E-shaped core has a ratio of a cross-sectional area of the central leg facing each other to a cross-sectional area of the central leg opposed to both poles of the permanent magnet (S9 / S8), and the closed magnetic field formed in the E-shaped core. When the magnetic path length of the path is L8, the total magnetic path length of the central leg is L9, the distance between the first gaps is Lg5, and the relative permeability of the E-type core is μr, the following inequality is satisfied. It is comprised by these, The direct current reactor of Claim 11 characterized by the above-mentioned.
L8 · (S9 / S8) <L9 + μr · Lg5
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