JP2009124144A - 磁束抑止部材を含む空芯インダクタ - Google Patents

Abstract

【課題】磁束抑止部材を含む空芯インダクタが提供される。
【解決手段】空芯インダクタ（１００）は、複数のコイル（１１４〜１２０）で形成されたインダクタ部材（１２４）を含む。インダクタ部材は、第１の末端部分（１３４）、第２の末端部分（１４４）、及び中空コア部分（１５５）を含む。空芯インダクタはまた、インダクタ部材の第１及び第２の末端部分の一方に設けられた少なくとも１つの漂遊磁束抑止部材（１６４）を含む。漂遊磁束抑止部材は、空芯インダクタから放出される漂遊磁束を遮断する。
【選択図】図２

Description

本発明は空芯インダクタの分野に関し、より詳細には磁束抑止部材を含む空芯インダクタに関する。

通常、インダクタは、空気よりも高い透磁率を有するコアの周りに巻かれた導電性材料（典型的には銅）のコイルとして構成される。一般に、コアは、円筒状又は環状形状の強磁性物質である。強磁性物質は、インダクタに近接して磁界を閉じ込めることでインダクタンスを増大させる。しかしながら、強磁性コアの周りに巻かれたインダクタは、大電流において飽和するようになる。飽和状態では、どのような磁化力の付加的な増大も磁束密度の増大をもたらさない。すなわち、コアの透磁率はゼロになり、インダクタはもはや機能しなくなる。

飽和により生じるインダクタの機能不全には、空芯インダクタを使用することにより対処することができる。空芯インダクタは、内部コアのない導電性材料（典型的には銅）のコイルとして構成される。コアとして空気を用いると飽和はもはや問題とはならず、インダクタは、例えば、動作パラメータの１００倍を超えることがある漏電を扱うことができる。しかしながら、空芯インダクタに関して存在する１つの欠点は、漂遊磁束の発生である。磁束を収容及び閉じ込めるコアが無い場合、漂遊磁束がインダクタから通過する。この漂遊磁束は、影響を受けやすい電気回路において電気的ノイズに関連する問題を引き起こす可能性がある。

大電流では、誘導加熱により周囲の構成部品が過熱され、隣接するキャビネットから塗料が剥離し、或いは密接に接近した何らかの導電性構造体に損傷を与えることになる。結果として、大電流構成用に設計された空芯インダクタは、隣接する電気構成部品から離隔されるか、又は隣接する導電性構造体から離れて開いた状態で維持され、或いは十分な自由空間を有する大きなキャビネット内に収容される必要がある。

本発明の１つの態様によれば、空芯インダクタが提供される。空芯コンダクタは、インダクタ部材を定める複数のコイルに形成されるインダクタ部分を含む。インダクタ部材は、第１の末端部分、第２の末端部分、及び中空コア部分を含む。加えて、空芯インダクタは、インダクタ部材の第１及び第２の末端部分の一方に設けられた少なくとも１つの漂遊磁束抑止部材を含む。漂遊磁束抑止部材は、空芯インダクタから放出される漂遊磁束を遮断する。

本発明の別の態様によれば、空芯インダクタから放出される漂遊磁束を抑止する方法が提供される。空芯インダクタは、第１の末端部分、第２の末端部分、及び中空コア部分を有するインダクタ部材を定める複数のコイルで形成されたインダクタ部分を含む。本方法は、インダクタ部材に電流を通して、漂遊磁束部分を含む磁束を生成する段階と、空芯インダクタから漂遊磁束抑止部材を備えたインダクタ部材の第１及び第２の末端部分の少なくとも一方を通すことにより漂遊磁束部分を遮断する段階と、を含む。

本発明は、大電流を制御し、更に他の導電性構造体に隣接して配置することができる空芯導電体を提供する。すなわち、本発明は、他の場合では空芯インダクタから通り隣接する導電性構造体に悪影響を及ぼすはずの漂遊磁束を遮断する。本発明の種々の態様の追加の目的、特徴、並びに利点は、幾つかの図において同じ参照番号が対応する要素を示す図面ンを参照しながら、本発明の例示的な態様の以下の詳細な説明から容易に明らかになるであろう。

最初に図１を参照すると、インダクタシステム２は、電気構成部品セクション８を定める第１及び第２の壁部材６、７を有するハウジング４を含む。図示のように、電気構成部品セクション８は、インダクタシステム２の種々の構成部品（別個には表記されていない）を収容する。ハウジング４はまた、インダクタシステム２のインダクタ部分１３を定める取付プレート１１を含むように図示されている。インダクタ部分１３は、以下でより詳細に検討する本発明の１つの態様に従って構成された第１及び第２の空芯インダクタ１００、１０１を含む。この点において、インダクタシステム２は空芯インダクタ１００及び１０１の１つの例示的な用途である点は理解されたい。いずれにしても、各空芯インダクタ１００、１０１は同一であるので、空芯インダクタ１０１が同様に構成される条件の下で、空芯インダクタ１００について詳細な説明を続ける。

図２及び３で最も良く示されるように、空芯インダクタ１００は、インダクタ部材１２４を定める複数のコイル１１４〜１２０を有するインダクタ部分１０４を含む。インダクタ部材１２４は、第１の末端部分１３４、第２の末端部分１４４、及び全体として中空の又は空芯のコア部分１５５を定める中間部分１５０を含む。この構成では、インダクタ部材１２４は空芯インダクタを定める点を理解されたい。本発明の１つの態様によれば、インダクタ部材１２４は、銅などの中実の導電体から形成される。本発明の別の態様によれば、インダクタ部材１２４は、図３に示すような内部導管部分１５８を有する中空導電体である。内部導管部分１５８は、空芯インダクタ１００の冷却流体導管として機能する。より具体的には、動作中、特に大きな電流定格では空芯インダクタ１００は相当な熱量を発生する。熱を放散するために、水などの冷却流体が内部導管部分１５８を通って流れる。

熱の発生に加えて、複数のコイル１１４〜１２０のうちのいずれか２つの間に電流を印加することにより、インダクタ部材１２４の周りに磁界が発生する。当該技術分野で既知の方法で、磁束は、中空コア部分１５５を通って第１の末端部分１３４から出て、インダクタ部材１２４に沿って第２の末端部分１４４に戻る。強磁性コアがなければ、インダクタ部分１０４を通って流れる電流により発生する磁束を収容するものは何もない。第１の末端部分１３４から出て第２の末端部分１４４に入る磁束を遮断又は実質的に抑止するために、空芯インダクタ１００は、第１及び第２の磁束抑止部材１６４、１７４を含む。

図示のように、第１及び第２の磁束抑止部材１６４、１７４は、第１及び第２の末端部分１３４、１４４にそれぞれ隣接して位置付けられる。第１及び第２の磁束抑止部材１６４、１７４は、漂遊磁束を遮断し、空芯インダクタ１００用のより短い磁路を定める。第１及び第２の磁束抑止部材１６４、１７４は、フェライト、鉄、鋼鉄、及びこれらの合金のような鉄鋼材から形成されるのが好ましい。しかしながら、磁束を抑止する性質を持った他の材料を利用することもできる。以下に複製された表１に示すように、所定位置にあるときに、磁束抑止部材１６４、１７４は、第１の末端部分１３４の真上２００ｍｍを中心として配置された地点でのＢ磁場又は漂遊磁束の誘導を約６．４７分の１に低減する。加えて、より短い磁路により、空芯インダクタ１００における誘導がほぼ１．１倍に増大する。もちろん、漂遊磁束抑止部材１６４、１７４の飽和磁束点の上では、インダクタンスは誘導部材１２４の当初のインダクタンス、すなわち、以下の実施例では４．３２３μＨに戻ることになる。もちろん、Ｂ磁場の密度及び誘導は、様々なコイル及び磁束抑止部材の幾何形状に応じて変わることになる。

この点では、本発明は、隣接する領域の周りに漂遊磁束を吐出しない空芯インダクタを提供する点を理解されたい。すなわち、本発明は、空芯インダクタ１００から放出される漂遊磁束を遮断又は実質的に抑止する。結果として、空芯インダクタ１００は、誘導加熱作用により生じる損傷の恐れもなく、他の電気的及び導電性構成部品に極めて近接して配置することができる。このようにして、大電流に対する制御を依然として提供しながら現在実施可能なものよりも更に小型の空芯インダクタ、及び特に高い電流定格の空芯インダクタを利用するシステムを構成することができる。いずれの場合においても、空芯インダクタ１００は様々な構成及び形状で形成することができる点は理解されたい。また、２つの漂遊磁束抑止部材が図示されているが、空芯インダクタは単一の漂遊磁束抑止部材を備えることもできる。

一般に本明細書は、最良の形態を含む実施例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる当業者があらゆるデバイス又はシステムを実施及び利用すること及びあらゆる包含の方法を実施することを含む本発明を実施することを可能にする。本発明の特許保護される範囲は、請求項によって定義され、当業者であれば想起される他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、請求項の文言と差違のない構造要素を有する場合、或いは、請求項の文言と僅かな差違を有する均等な構造要素を含む場合には、本発明の範囲内にあるものとする。

本発明の１つの態様に従って構成された空芯インダクタを利用するインダクタシステムの左上面斜視図。 図１の空芯インダクタの右上面斜視図。 図２の空芯インダクタの分解図。

符号の説明

２ インダクタシステム
４ ハウジング
６ 壁部材（４）
７ 壁部材（４）
８ 電気構成部品セクション
１１ 取付プレート
１３ インダクタ部分
１００ 空芯インダクタ
１０１ 空芯インダクタ
１０４ インダクタ部分（１００）
１１４ コイル（１０４）
１１５ コイル（１０４）
１１６ コイル（１０４）
１１７ コイル（１０４）
１１８ コイル（１０４）
１１９ コイル（１０４）
１２０ コイル（１０４）
１２４ インダクタ部材
１３４ 第１の末端部分
１４４ 第２の末端部分
１５０ 中間部分
１５５ 中空／空芯部分
１５８ 内部導管部分
１６４ 磁束抑止部材
１７４ 磁束抑止部材

Claims (10)

1. 空芯インダクタ（１００）であって、
   第１の末端部分（１３４）、第２の末端部分（１４４）、及び中空コア部分（１５５）を有する複数のコイル（１１４〜１２０）を含むインダクタ部材（１２４）と、
   前記インダクタ部材の第１及び第２の末端部分の一方に設けられ、前記空芯インダクタから放出される漂遊磁束を遮断する少なくとも１つの漂遊磁束抑止部材（１６４）と、
   を備える空芯インダクタ（１００）。
2. 前記漂遊磁束抑止部材が鉄鋼材から形成される、
   請求項１に記載の空芯インダクタ。
3. 前記鉄鋼材がフェライトである、
   請求項２に記載の空芯インダクタ。
4. 前記鉄鋼材が鉄である、
   請求項２に記載の空芯インダクタ。
5. 前記鉄鋼材が鋼鉄である、
   請求項２に記載の空芯インダクタ。
6. 前記漂遊磁束抑止部材が、前記インダクタ部材の第１及び第２の末端部分のそれぞれに設けられた第１及び第２の漂遊磁束抑止部材（１６４、１７４）である、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空芯インダクタ。
7. 前記インダクタ部材が中実の導電体から形成される、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空芯インダクタ。
8. 前記インダクタ部材が内部導管部分を有する中空導電体である、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空芯インダクタ。
9. 前記中空導電体の内部導管部分が、冷却媒体流を通すように適合される、
   請求項８に記載の空芯インダクタ。
10. 前記冷却媒体が水である、
    請求項９に記載の空芯インダクタ。

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