JP2005317623A

JP2005317623A - 直流リアクトル

Info

Publication number: JP2005317623A
Application number: JP2004131267A
Authority: JP
Inventors: Jiro Toyosaki; 次郎豊崎; Hidetoshi Kaida; 英俊海田; Shinichi Ishii; 新一石井
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2004-04-27
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】直流リアクトルを、簡単な構成で永久磁石が減磁し難い構成にし小形化，低コスト化を図る。
【解決手段】Ｅ形鉄心１にコイル３を巻くとともに、コイル３が発生する主磁束に対し、逆向きのバイアス磁束を発生させるＣ形鉄心２と永久磁石４とからなるバイアス磁束発生部を有する直流リアクトルにおいて、バイアス磁束発生部を交流または高周波の磁束が通り難くなるようにするもので、ここではＣ形鉄心２の一部に短絡環６ａ，６ｂを貫通させて実現している。
【選択図】図３

Description

この発明は、永久磁石を用いた直流リアクトルに関する。

図７に例えば特許文献１に開示の直流リアクトルの従来例を示す。
直流リアクトルに永久磁石を用いる目的は、直流リアクトルの小形化にある。コイルの作る磁束（主磁束）に対して、永久磁石が作る磁束（バイアス磁束）が逆向きとなるように永久磁石を配置する。永久磁石が、コイルの作る磁束のバイアス磁束を作る構成とすることで、リアクトルの磁気飽和を起こり難くしている。しかし、コイルの作る磁束（主磁束）が永久磁石を通過する構成にすると、永久磁石が減磁し易くなり、効果が低減してしまう。そこで、永久磁石が減磁し難い構成が課題となり、いくつかの提案がなされている。図７では、永久磁石４を巻線２が作る磁束が通る通路の外側に配置することで、巻線２の作る磁束が永久磁石を通るのを抑制し、結果として永久磁石の減磁を抑制している。

特開平０９−２１３５４６号公報（第３頁、図１）

図７の構成では、巻線２の作る磁束が永久磁石を通るのを抑制し、結果として永久磁石の減磁を抑制するようにしている。
しかし、巻線２の作る磁束が永久磁石を通らないようにバイパス経路を構成しているが、図８のような磁気回路で考えると、永久磁石を含むバイアス回路は、コイルの起磁力に対して、上記バイパス経路と並列回路を構成する形となり、磁気抵抗の大小で決定される磁束分は、永久磁石を含むバイアス経路を通ってしまうことになる。

また、永久磁石を通る磁束分を減らすためには、永久磁石を含むバイアス回路の等価磁気抵抗を相対的に大きくする必要があり、そのためには、永久磁石の幅（厚さ）を広げたり、バイパス経路の磁気的空隙（磁気ギャップともいう）を小さくしたりする必要がある。その結果、必要となる永久磁石が大きくなったり、バイパス経路の磁気ギャップの構成が複雑化したりし、リアクトル全体が大型化しコストアップするという問題がある。
したがって、この発明の課題は、簡単な構成で永久磁石が減磁し難い構成にするとともに、小形，低コスト化を図ることにある。

このような課題を解決するため、請求項１の発明では、磁気的な間隙である磁気ギャップを介して閉磁路を形成する磁性体と、この磁性体に巻回され磁束を発生させるコイルと、このコイルが発生する主磁束に対して逆向きのバイアス磁束を発生する永久磁石と磁性体とからなるバイアス磁束発生部とを備えた直流リアクトルにおいて、
前記バイアス磁束発生部を交流または高周波の磁束が通り難い構成とすることを特徴とする。

上記請求項１の発明においては、前記バイアス磁束発生部を構成する磁性体に導電性の短絡環、または短絡した銅線を貫通させることができる（請求項２の発明）。
また、請求項１または２の発明においては、前記バイアス磁束発生部を構成する磁性体に無垢材を使用することができる（請求項３の発明）。

請求項４の発明では、磁気的な間隙である磁気ギャップを介して閉磁路を形成する磁性体と、この磁性体に巻回され磁束を発生させるコイルと、このコイルが発生する主磁束に対して逆向きのバイアス磁束を発生する永久磁石と磁性体とからなるバイアス磁束発生部とを備えた直流リアクトルにおいて、
前記バイアス磁束発生部を、前記コイルを巻回した磁性体と同一平面ではなくその磁性体と直角方向、または別の平面上に配置することを特徴とする。

この発明によれば、永久磁石と補助継鉄から構成されるバイアス磁束発生部に、交流(高周波)の磁束のみ通り難くする、または、バイアス磁束発生部をコイルが発生する磁束を通る主継鉄を含む平面に直角、もしくは、別の平面上になるように配置するようにしたので、永久磁石の減磁が抑制され、小型化も可能となる。

図１はこの発明の第１の実施の形態を説明するための説明図である。
永久磁石を用いた直流リアクトルの磁気回路は図１に示すように、コイルの起磁力に対して主継鉄の磁気抵抗Ｒ１，Ｒ２が存在し、その一部（図では磁気抵抗Ｒ２の部分）に永久磁石の起磁力と補助継鉄の磁気抵抗Ｒ３との直列回路が並列に接続された構成となっている。この回路では、永久磁石の作る磁束（φｍ）がコイルの作る磁束（φｅ）を打ち消すように構成され、リアクトルの磁気飽和が回避される。

上記のように、永久磁石と補助継鉄とで構成されるバイアス磁束発生部は、主継鉄の一部と並列に接続される構成となるので、コイルの起磁力により発生する磁束のうちの一部（φｅ’）がバイアス磁束発生部を通過することになる。この磁束（φｅ’）が永久磁石を減磁させ、直流リアクトルの性能が低下する。
そこで、従来は永久磁石を減磁させないよう、永久磁石またはバイアス磁束発生部を主継鉄から遠ざけたり、永久磁石の長さを長くしたりして、図１に示すバイアス磁束発生部の磁気抵抗Ｒ３を大きくしていた。

これに対し、この発明では、コイルの起磁力は交流であり、永久磁石の起磁力は直流であることに着目し、バイアス磁束発生部には交流の磁束が通り難くなるようにするものである。つまり、永久磁石が作る磁束は時間的によらず一定値（直流）であり、バイアス磁束発生部には直流成分のみを通せばよい。従って、例えばバイアス磁束発生部の磁気抵抗に、図２に示すように、周波数の増大に伴って磁気抵抗が大きくなるような周波数特性を持たせることにより、不要である高周波成分については磁気抵抗が大きくなり、永久磁石の減磁をより良く抑制できることになる。

図３にこの発明の第２の実施の形態を示す。
この例は、リップ付きＥ形鉄心（主継鉄）１で閉磁気回路を形成し、この閉磁気回路にコイル３を巻回し、コイル３の作る磁束が閉磁気回路を通るリアクトルを構成している。また、Ｃ形鉄心（補助継鉄）２と永久磁石４とでバイアス磁束発生部を構成し、主継鉄１を通るコイル磁束を打ち消す構成とし、さらには、Ｃ形鉄心（補助継鉄）２の一部に短絡環６ａ．６ｂを貫通させて構成している。

図３のように構成することにより、コイル３が発生する交流（高周波）の磁束がＣ形鉄心（補助継鉄）２を通過しようとすると、この磁束により短絡環（リング）６ａ．６ｂに電流が発生する。そして、この電流がコイル３が発生する磁束を打ち消すような磁束を発生する。よって、Ｃ形鉄心（補助継鉄）２には交流（高周波）成分は通らないので、永久磁石の減磁が抑制される。なお、短絡環の代わりに銅線で短絡するようにしても良い。

図４にこの発明の第３の実施の形態を示す。
これは、図３から短絡環６ａ．６ｂを除いて構成されるが、Ｃ形鉄心（補助継鉄）７として無垢材を使用するものである。無垢材を使用することで、コイル３が発生する交流（高周波）の磁束が、無垢材からなるＣ形鉄心（補助継鉄）７を通過しようとすると、うず電流が増加し、見かけ上内部抵抗が大きくなる。その結果、コイル３が発生する交流（高周波）の磁束は、バイアス磁束発生部を通り難くなり、永久磁石の減磁を抑制することができる。

図５に図４の変形例を示す。これは、内鉄形のリアクトルに適用したもので、原理は図４と同じなので、説明は省略する。
図６にこの発明の第４の実施の形態を示す。（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。永久磁石４とＣ形鉄心（補助継鉄）７ａ．７ｂで作るバイアス磁束発生部の配置に特徴がある構成になっている。つまり、図示のように、バイアス磁束発生部をコイル３の作る磁束が通るコアを含む平面に直角方向に配置することで、永久磁石の減磁を抑制する効果は同一とし、リアクトルの占有体積が小さくなるようにしている。図６は図５（ａ）に対する例であるが、図４や図５（ｂ）についても同様に構成することができる。

この発明の第１の実施の形態を説明するための磁気回路図補助継鉄に要求される磁気抵抗の周波数特性図この発明の第２の実施の形態を示す構成図この発明の第３の実施の形態を示す構成図図４の変形例を示す構成図この発明の第４の実施の形態を示す構成図従来例示す構成図図７の等価磁気回路図

符号の説明

１…リップ付きＥ形鉄心（主継鉄）、２…Ｃ形鉄心（補助継鉄）、３…コイル、４…永久磁石、５，５ａ，５ｂ…磁気的空隙、６ａ，６ｂ…短絡環、７，７ａ，７ｂ…無垢材の補助継鉄。

Claims

磁気的な間隙である磁気ギャップを介して閉磁路を形成する磁性体と、この磁性体に巻回され磁束を発生させるコイルと、このコイルが発生する主磁束に対して逆向きのバイアス磁束を発生する永久磁石と磁性体とからなるバイアス磁束発生部とを備えた直流リアクトルにおいて、
前記バイアス磁束発生部を交流または高周波の磁束が通り難い構成とすることを特徴とする直流リアクトル。
前記バイアス磁束発生部を構成する磁性体に導電性の短絡環、または短絡した銅線を貫通させることを特徴とする請求項１に記載の直流リアクトル。
前記バイアス磁束発生部を構成する磁性体に無垢材を使用することを特徴とする請求項１または２に記載の直流リアクトル。
磁気的な間隙である磁気ギャップを介して閉磁路を形成する磁性体と、この磁性体に巻回され磁束を発生させるコイルと、このコイルが発生する主磁束に対して逆向きのバイアス磁束を発生する永久磁石と磁性体とからなるバイアス磁束発生部とを備えた直流リアクトルにおいて、
前記バイアス磁束発生部を、前記コイルを巻回した磁性体と同一平面ではなくその磁性体と直角方向、または別の平面上に配置することを特徴とする直流リアクトル。