JP2019009289A - Core for current-limiting reactor, current-limiting reactor and manufacturing method of core for current-limiting reactor - Google Patents
Core for current-limiting reactor, current-limiting reactor and manufacturing method of core for current-limiting reactor Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、直流電路を流れる電流を限流する限流リアクトルに含まれる限流リアクトル用コア、限流リアクトルおよび限流リアクトル用コアの製造方法に関する。 The present invention relates to a current-limiting reactor core, a current-limiting reactor, and a method for manufacturing a current-limiting reactor core included in a current-limiting reactor that limits a current flowing through a DC circuit.
電磁式の引外し装置を備えた接点と限流リアクトルとが直列に接続された直流遮断器が知られている(例えば、特許文献1参照)。
引外し装置は、直流電路に流れる電流が所定の電流値を超えると、接点を開く。接点が開くと電流が遮断される。
この限流リアクトルは、主コイルと短絡コイルが共通のコアに巻かれている。主コイルは、直流電路に挿入されている。短絡コイルは、巻線の巻始めと巻終わりとが短絡されている。主コイルと短絡コイルとは電磁結合している。直流電路に短絡事故が起きたとき、この限流リアクトルは、引外し装置によって接点が開かれる所定の電流値付近まで直流電路の電流を迅速に増加させ、その電流値を超えると電流の増加を抑制する。
There is known a DC circuit breaker in which a contact provided with an electromagnetic trip device and a current limiting reactor are connected in series (for example, see Patent Document 1).
The trip device opens the contact when the current flowing through the DC circuit exceeds a predetermined current value. When the contact opens, the current is cut off.
In this current-limiting reactor, the main coil and the short-circuit coil are wound around a common core. The main coil is inserted in the DC circuit. The shorting coil is short-circuited at the beginning and end of winding. The main coil and the short-circuit coil are electromagnetically coupled. When a short-circuit accident occurs in the DC circuit, this current-limiting reactor increases the current in the DC circuit quickly to the vicinity of the predetermined current value at which the contact is opened by the trip device, and when the current value is exceeded, the current increases. Suppress.
また、変圧器、モータ、発電機等は、コア(鉄心)とコイルを有する。コアは、電磁鋼板、ソフトフェライト、鉄粉等を材料として形成される。
変化する磁界中にコアが置かれると、磁束の変化を妨げるようにコア内に渦電流が生じ、熱として消費され損失(鉄損)となる。変圧器、モータ、発電機等の用途では、発熱を防止するためにも渦電流を抑制することが望ましい。そのため、例えば、表面に絶縁被膜を有する強磁性体粉末を圧縮・成形した圧粉磁心がコアの材料として用いられる(例えば、非特許文献1参照)。粒子の表面に形成された絶縁被膜により、粒子間の渦電流を抑制することができる。
Moreover, a transformer, a motor, a generator, etc. have a core (iron core) and a coil. The core is made of a magnetic steel plate, soft ferrite, iron powder, or the like.
When the core is placed in a changing magnetic field, an eddy current is generated in the core so as to prevent the magnetic flux from being changed, which is consumed as heat and becomes a loss (iron loss). In applications such as transformers, motors, and generators, it is desirable to suppress eddy currents in order to prevent heat generation. Therefore, for example, a powder magnetic core obtained by compressing and molding a ferromagnetic powder having an insulating film on the surface is used as a material for the core (see, for example, Non-Patent Document 1). The eddy current between the particles can be suppressed by the insulating coating formed on the surface of the particle.
特許文献1に記載の限流リアクトルでは、直流電路の短絡事故時のように突然大きな電圧が印加されて主コイルの生じる磁界が増加すると、短絡コイルに渦電流が生じる。この渦電流により生じる磁界に起因して、主コイルの電流(直流電路の電流)が所定の電流値付近まで迅速に増加し、その電流値を超えると電流の増加が抑制される。
しかし、限流リアクトルのコアに短絡コイルを外付けすると、限流リアクトルの形状が制限され、その製造コストが増加する。
また、変圧器、モータ、発電機等の用途で用いられるコアと異なり、限流リアクトルに含まれるコアは、より多くの渦電流を生じさせる方が望ましい。
In the current-limiting reactor described in
However, if a short circuit coil is externally attached to the core of the current limiting reactor, the shape of the current limiting reactor is limited, and the manufacturing cost thereof increases.
Further, unlike cores used in applications such as transformers, motors, and generators, it is desirable that the cores included in the current limiting reactor generate more eddy currents.
本発明の目的は、多くの渦電流を生じさせることができる限流リアクトル用コア、限流リアクトルおよび限流リアクトル用コアの製造方法を提供することである。 The objective of this invention is providing the manufacturing method of the core for current limiting reactors, the core for current limiting reactors, and the core for current limiting reactors which can produce many eddy currents.
上記目的を達成するために、本発明の限流リアクトル用コアは、
磁性体で形成された限流リアクトル用コアであって、
前記磁性体よりも電気抵抗率の低い素材で形成された埋込部材であって、第1の主面から当該第1の主面に対向する第2の主面まで貫通する貫通孔を有する複数の埋込部材が埋め込まれている、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the core for a current limiting reactor of the present invention is:
A core for a current-limiting reactor formed of a magnetic material,
A plurality of embedded members made of a material having a lower electrical resistivity than the magnetic body, and having a through-hole penetrating from the first main surface to the second main surface facing the first main surface The embedded member is embedded,
It is characterized by that.
好ましくは、本発明の限流リアクトル用コアは、
前記磁性体が、鉄系であり、
前記埋込部材が、金、銀、銅、またはアルミニウムで形成されている、
ことを特徴とする。
Preferably, the core for a current-limiting reactor of the present invention is
The magnetic body is iron-based,
The embedded member is formed of gold, silver, copper, or aluminum;
It is characterized by that.
また、本発明の限流リアクトルは、
上述した限流リアクトル用コアと、
前記限流リアクトル用コアに巻かれたコイルと、
を備え、
前記コイルに電流が流れるときに生じる磁界が、前記埋込部材の前記第1の主面および第2の主面と鎖交する、
ことを特徴とする。
In addition, the current limiting reactor of the present invention is
The core for the current-limiting reactor described above,
A coil wound around the core for the current-limiting reactor,
With
A magnetic field generated when a current flows through the coil is linked to the first main surface and the second main surface of the embedded member;
It is characterized by that.
また、本発明の限流リアクトル用コアの製造方法は、
磁性体の粒子を含む粉末を、当該磁性体よりも電気抵抗率の低い素材で形成された埋込部材であって第1の主面から当該第1の主面に対向する第2の主面まで貫通する貫通孔を有する複数の埋込部材を当該粉末の中に埋め込みながら、金型に投入する工程と、
前記埋込部材が埋め込まれた粉末をプレス機で圧縮し、成形する工程と、
を備えることを特徴とする。
Moreover, the manufacturing method of the core for current-limiting reactors of the present invention is as follows:
A second main surface which is an embedded member made of a powder containing magnetic particles made of a material having an electric resistivity lower than that of the magnetic material and which faces the first main surface from the first main surface. A process of putting a plurality of embedding members having through holes penetrating into the mold while embedding them in the powder; and
A step of compressing and molding the powder in which the embedding member is embedded;
It is characterized by providing.
本発明によれば、限流リアクトル用コア内に多くの渦電流を生じさせることができる。 According to the present invention, many eddy currents can be generated in the core for a current-limiting reactor.
以下、本発明の実施形態に係る限流リアクトル用コア、限流リアクトルおよび限流リアクトル用コアの製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。 Hereinafter, the manufacturing method of the core for current limiting reactors, the current limiting reactor, and the core for current limiting reactors which concerns on embodiment of this invention is demonstrated in detail, referring drawings. In all the drawings for explaining the embodiments, common constituent elements are denoted by the same reference numerals, and repeated explanation is omitted.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る限流リアクトル1の構造の一例を示す。図2は、図1のA−A線断面図である。図3は、図1のコアの縦断面図である。図2と図3は、コアの内部構造の一例を示す。
限流リアクトル1は、コア10と、コイル20とを有する。
コイル20は、コア10に巻かれている。コイル20の一端と他端は、それぞれ端子T1と端子T2に接続される。コイル20は直流電路に挿入され、例えば端子T1から端子T2に向けて電流iが流れる。
FIG. 1 shows an example of the structure of a current-limiting
The current limiting
The
コア10は、磁性体で形成される。コア10は、ヨークY1と、ヨークY2と、脚部P1と、脚部P2とを有する。ヨークY1とヨークY2は対向している。脚部P1は、ヨークY1の左の端部とヨークY2の左の端部を連結する。脚部P2は、ヨークY1の右の端部とヨークY2の右の端部を連結する。
コイル20は、その一部、例えば脚部P1に巻かれる。
The
The
図2と図3に示すように、コア10は、その内部に多数の小さな埋込部材30が埋め込まれている。
図4に示すように、埋込部材30は、例えば環状または矩形状の部材である。埋込部材30は、第1の主面31と、それに対向する第2の主面32とを有し、所定の厚さである。埋込部材30は、第1の主面31から第2の主面32まで貫通する貫通孔33を有する。埋込部材30は、金、銀、銅、またはアルミニウムのような電気抵抗率の小さな素材で形成されている。埋込部材30は、例えば、金、銀、銅、またはアルミニウムのような金属の線でできたリング(輪)であってもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
As shown in FIG. 4, the embedding
埋込部材30は、短絡コイルとして機能する。図1と図3に示すように、コイル20に電流iが流れると、コア10の内部に磁束Φmが生じる。図4に示すように、磁界Φmは、個々の埋込部材30の第1の主面31および第2の主面32と鎖交する。このとき、磁界Φmは埋込部材30の第1の主面31および/または第2の主面32とできるだけ垂直に近い角度で鎖交することが望ましい。
コイル20の電流iが変化する(すなわち、磁束Φmが変化する)と、埋込部材30に渦電流ieが流れる。埋込部材30の電気抵抗はコア10を形成する磁性体よりも小さいため、大きな渦電流ieが流れる。渦電流ieにより、磁束Φmの変化を抑制する向きに磁束Φeが生じる。このため、埋込部材30が無い場合に比べて磁束Φmが飽和しにくくなる。
The embedded
When the current i of the
埋込部材30を埋め込む位置とその密度は、コア10内における磁束Φmの抑制の程度に応じて調整される。例えば、図3に示すように、コイル20が巻かれている脚部P1以外のヨークY1とヨークY2と脚部P2とに埋込部材30を埋め込んでもよい。また、脚部P1に対向する脚部P2にのみ埋込部材30を埋め込んでもよい。ヨークY1とヨークY2と脚部P1と脚部P2全てに埋込部材30を埋め込んでもよい。
また、埋込部材30の外形を比較的小さくすることにより、コア10の形状の自由度を高くすることができる。
The position where the embedded
Further, the degree of freedom of the shape of the core 10 can be increased by making the outer shape of the embedded
コア10は、例えば、鉄粉のような磁性体の粒子を含む粉末の中に多数の埋込部材11を埋め込み、圧縮・成形して製造される。
コア10の製造に用いられる磁性体粉末は、粒子の表面に絶縁被膜が形成されたものであってもよいが、粒子の表面に絶縁被膜が形成されていないものが望ましい。表面に絶縁被膜が形成されていない粒子を用いて製造されたコア10は、粒子間にも渦電流が生じる。
The
The magnetic powder used in the manufacture of the core 10 may be one in which an insulating coating is formed on the surface of the particles, but is preferably one in which no insulating coating is formed on the surface of the particles. In the core 10 manufactured using particles having no insulating coating formed on the surface, eddy currents are also generated between the particles.
コア10の製造に用いられる粉末の素材は、鉄系の磁性体であることが好ましい。例えば、純鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金(センダスト合金)、鉄アモルファス系材料、微細結晶材料等の粉末を用いてコア10を製造することができる。
The powder material used for manufacturing the
図5は、コア10の製造方法の一例を示す。
コア10を製造する際には、まず、磁性体の粒子を含む粉末を、その中に複数の埋込部材30を埋め込みながら、金型に投入する(S1)。ここで、粉末に含まれる粒子は、その表面に絶縁被膜が形成されていないものが望ましい。次に、埋込部材30が埋め込まれた粉末をプレス機で圧縮し、成形する(S2)。
コア10が圧縮・成形された後に、埋込部材30が変形したとても、それが閉道をなしている限り問題はない。
また、圧縮・成形中に埋込部材30が変形することを防ぐために、ヨークY1とヨークY2と脚部P1と脚部P2とを別々に角柱として圧縮・成形により製造し、その後に4個の角柱を矩形に接合することとしてもよい。この場合、圧縮・成形の際に角柱の長手方向に沿って力を加えることにより、埋込部材30の第1の主面31と第2の主面32に垂直に力が加わることとなり、埋込部材30の変形を防ぐことができる。
FIG. 5 shows an example of a method for manufacturing the
When manufacturing the
After the
Further, in order to prevent the embedded
なお、上述した実施形態では矩形状のコア10の例を示したが、これに限らず、コア10は棒状や環状等他の形状であってもよい。また、上述した実施形態では環状または矩形状の埋込部材30の例を示したが、これに限らず、渦電流を生じる形状であれば、埋込部材30は他の形状であってもよい。
In addition, although the example of the
本発明によれば、限流リアクトル用コア内に多数の短絡コイル(埋込部材)が配置されるため、多くの渦電流が生じる。更に、表面に絶縁被膜が形成されていない粒子を用いて製造されたコアは、粒子間にも渦電流が生じる。従って、本発明に係る限流リアクトル用コアは、短絡コイルを外付けしなくても、直流電路の短絡事故時のように突然大きな電圧が印加されたとき、コイルの電流(直流電路の電流)を所定の電流値付近まで迅速に増加させ、その電流値を超えると電流の増加を抑制することができる。
また、多数の短絡コイルが並列に配置されるため、限流リアクトル用コアの周波数特性が向上する。
According to the present invention, a large number of short-circuit coils (embedded members) are arranged in the core for the current-limiting reactor, so that many eddy currents are generated. Furthermore, an eddy current is also generated between particles in a core manufactured using particles having no insulating coating formed on the surface. Therefore, the current-limiting reactor core according to the present invention has a coil current (DC circuit current) when a large voltage is suddenly applied as in the case of a DC circuit short-circuit accident without externally attaching a short-circuit coil. Can be rapidly increased to near a predetermined current value, and when the current value is exceeded, an increase in current can be suppressed.
Moreover, since many short-circuit coils are arrange | positioned in parallel, the frequency characteristic of the core for current limiting reactors improves.
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計または製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, various modifications and combinations necessary for design or manufacturing convenience and other factors are described in the claimed invention and the embodiments of the invention. It is included in the scope of the invention corresponding to the specific example.
1…限流リアクトル、10…コア、20…コイル、30…埋込部材、31…埋込部材の第1の主面、32…埋込部材の第2の主面、33…埋込部材の貫通孔
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記磁性体よりも電気抵抗率の低い素材で形成された埋込部材であって、第1の主面から当該第1の主面に対向する第2の主面まで貫通する貫通孔を有する複数の埋込部材が埋め込まれている、
ことを特徴とする限流リアクトル用コア。 A core for a current-limiting reactor formed of a magnetic material,
A plurality of embedded members made of a material having a lower electrical resistivity than the magnetic body, and having a through-hole penetrating from the first main surface to the second main surface facing the first main surface The embedded member is embedded,
Core for current-limiting reactor, characterized by that.
前記埋込部材が、金、銀、銅、またはアルミニウムで形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の限流リアクトル用コア。 The magnetic body is iron-based,
The embedded member is formed of gold, silver, copper, or aluminum;
The core for a current-limiting reactor according to claim 1.
前記限流リアクトル用コアに巻かれたコイルと、
を備え、
前記コイルに電流が流れるときに生じる磁界が、前記埋込部材の前記第1の主面および第2の主面と鎖交する、
ことを特徴とする限流リアクトル。 The core for a current-limiting reactor according to claim 1 or 2,
A coil wound around the core for the current-limiting reactor,
With
A magnetic field generated when a current flows through the coil is linked to the first main surface and the second main surface of the embedded member;
A current-limiting reactor characterized by that.
前記埋込部材が埋め込まれた粉末をプレス機で圧縮し、成形する工程と、
を備えることを特徴とする限流リアクトル用コアの製造方法。 A second main surface which is an embedded member made of a powder containing magnetic particles made of a material having an electric resistivity lower than that of the magnetic material and which faces the first main surface from the first main surface. A process of putting a plurality of embedding members having through holes penetrating into the mold while embedding them in the powder; and
A step of compressing and molding the powder in which the embedding member is embedded;
A method for manufacturing a core for a current-limiting reactor, comprising:
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