JP5649231B2 - High frequency reactor - Google Patents
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Description
本発明は、高周波用リアクトルに関し、さらに言えば、数kHz〜数百kHzの高周波で数百A以上の大電流が流れる高周波用リアクトルに関する。この高周波用リアクトルは、電力変換回路用や共振回路用として好適に使用できるものである。 The present invention relates to a high-frequency reactor, and more particularly to a high-frequency reactor in which a large current of several hundreds A or more flows at a high frequency of several kHz to several hundred kHz. This high frequency reactor can be suitably used for a power conversion circuit or a resonance circuit.
従来、電力変換回路用や共振回路用といった高周波大電流用の用途に使用される高周波用リアクトルには、空芯のソレノイドコイルが一般的に用いられていた。しかし、空芯のソレノイドコイルを用いた場合、漏れ磁束が大きくなるため、誘導加熱により周囲の金属構造物が過熱状態になるのを防止する必要がある。そこで、空芯のソレノイドコイルを周囲の金属構造物から離して配置することで発熱を抑制する、という対策が考えられるが、そうすると、高周波用リアクトルが大きな空間を占有する(大型化する)ことになってしまう。また、銅製の水冷磁気遮蔽板で覆うという対策もあるが、そうすると、高周波用リアクトルの構造が複雑になり、製造コストも上昇する。 Conventionally, air-core solenoid coils have been generally used in high-frequency reactors used for high-frequency and high-current applications such as power converter circuits and resonant circuits. However, when an air-core solenoid coil is used, the leakage magnetic flux increases, so it is necessary to prevent the surrounding metal structure from being overheated by induction heating. Therefore, a measure to suppress heat generation by placing the air-core solenoid coil away from the surrounding metal structure can be considered, but in this case, the high frequency reactor occupies a large space (enlarges). turn into. In addition, there is a measure of covering with a copper water-cooled magnetic shielding plate, but doing so complicates the structure of the high-frequency reactor and increases the manufacturing cost.
このような空芯のソレノイドコイルが持つ難点を解消するため、近年、磁路を形成する部材として、強磁性材料からなるコア(鉄芯)が用いられるようになってきている。コアを磁路形成部材として用いたリアクトルは、直流や低周波では従来から使用されてきたが、高周波・大電流という用途に適用する場合は、以下に述べるように、コアの冷却といった課題を解決する必要がある。 In order to eliminate the difficulty of such an air core solenoid coil, in recent years, a core (iron core) made of a ferromagnetic material has been used as a member for forming a magnetic path. Reactors that use the core as a magnetic path forming member have been used in the past for DC and low frequencies, but when applied to high-frequency and high-current applications, as described below, solve the problem of cooling the core. There is a need to.
すなわち、コアを磁路形成部材として用いた交流リアクトルは、所望のインダクタンスを得るために、コア中に磁気抵抗となるギャップを必要とする。しかし、単一のギャップとすると、ギャップが大きくなり、漏れ磁束が過大となるため、一般的には、コアに小さなギャップを間隔をあけて多数設け、それによって全体で必要なギャップ量を確保している。これらの小ギャップには、通常、絶縁材の成型物が充填される。 That is, an AC reactor using the core as a magnetic path forming member requires a gap that becomes a magnetic resistance in the core in order to obtain a desired inductance. However, if a single gap is used, the gap becomes large and the leakage flux becomes excessive.In general, a large number of small gaps are provided at intervals in the core, thereby ensuring the required gap amount as a whole. ing. These small gaps are usually filled with a molding of an insulating material.
この種の交流リアクトルでは、小ギャップに充填された絶縁材の熱伝導性が低いため、小ギャップ(絶縁材)で分断された(挟まれた)コアの個々の部分は、冷却されにくい。その結果、それらの部分が鉄損によって発熱することで、コアが過熱状態になる怖れがある。そこで、何らかの方法でコアを冷却する必要があるが、その方策としては、従来、次のようなものが提案されている。 In this type of AC reactor, since the thermal conductivity of the insulating material filled in the small gap is low, individual portions of the core divided (sandwiched) by the small gap (insulating material) are difficult to be cooled. As a result, these parts generate heat due to iron loss, and the core may be overheated. Therefore, it is necessary to cool the core by some method, and the following has been proposed as a countermeasure.
特許文献1では、コアの磁路と平行に冷却配管を設けると共に、冷却配管とコアとの間に熱伝導性が良好な充填材を配置し、冷却配管中に冷却液を流動させることでコアを冷却するようにしている。冷却配管としては、熱伝導性の良い中空銅管が挙げられている。
In
特許文献2では、複数の鉄芯(コア)ブロックをギャップ材(ギャップ部)を介して積み重ねることで構成した主鉄芯脚と、その主鉄芯脚の両端に配置された継鉄と、それら継鉄の外側に配置された締付板と、主鉄芯脚と継鉄と締付板を貫通する挿通孔に挿入された締付連結部材とを備え、締付連結部材により主鉄芯脚と継鉄と締付板を締め付けて固定してなるギャップ付き鉄芯形リアクトルにおいて、挿通孔にギャップ部を介して冷却媒体を強制的に供給するようにして、締付連結部材を冷却している。冷却媒体としては、絶縁油が挙げられている。 In Patent Document 2, a main iron core leg configured by stacking a plurality of iron core (core) blocks via a gap material (gap part), a yoke disposed at both ends of the main iron core leg, and those A fastening plate disposed outside the yoke, and a main iron core leg, and a fastening connecting member inserted into an insertion hole penetrating the yoke and the fastening plate. In a core-type reactor with a gap formed by tightening and fixing a yoke and a clamping plate, the cooling connecting member is cooled by forcibly supplying a cooling medium to the insertion hole through the gap. Yes. As the cooling medium, insulating oil is cited.
特許文献3では、コイルとしてのワイヤー巻線と強磁性コアとを冷却する冷却装置を備えた誘導素子において、冷却装置が、少なくとも一つのポリマー材料と少なくとも一つの熱伝導性充填剤とを含む固溶体から形成されている。具体的には、冷却装置は、熱伝導性固溶体を有するフィルムまたはコンパウンドである。フィルムの場合、ワイヤー巻線と前記コアはそのフィルムによって取り囲まれ、そのフィルムを介して放熱される。コンパウンドの場合、ワイヤー巻線とコアは、そのコンパウンド中に埋め込まれ(モールドされ)、そのコンパウンドを介して放熱される。 In Patent Document 3, in an induction element including a cooling device for cooling a wire winding as a coil and a ferromagnetic core, the cooling device includes a solid solution including at least one polymer material and at least one thermally conductive filler. Formed from. Specifically, the cooling device is a film or compound having a thermally conductive solid solution. In the case of a film, the wire winding and the core are surrounded by the film and radiated through the film. In the case of a compound, the wire winding and the core are embedded (molded) in the compound, and heat is radiated through the compound.
上述した特許文献1の冷却方法では、冷却配管と熱伝導性充填材を設けるだけでなく、その冷却配管中に冷却液を流動させる機構が必要であるから、構成が複雑であり、製造コストも高いという難点がある。
In the cooling method of
上述した特許文献2の冷却方法では、挿通孔を有する構成のリアクトルに限定されるだけでなく、冷却媒体を強制的に供給する機構が必要であるから、特許文献1の冷却方法と同様に、構成が複雑であり、製造コストも高いという難点がある。 In the cooling method of Patent Document 2 described above, not only is the reactor configured to have an insertion hole, but also a mechanism for forcibly supplying a cooling medium is required. The configuration is complicated and the manufacturing cost is high.
上述した特許文献3の冷却方法では、冷却装置としてのフィルムでワイヤー巻線とコアを取り囲んだり、冷却装置としてのコンパウンドでワイヤー巻線とコアを埋め込んだりする必要があるから、製造コストが高いという難点がある。また、リアクトルが大型になると、フィルムで取り囲んだりコンパウンドで埋め込んだりすることが困難になったり、その工程を実行すること自体が非現実的になるという問題もある。 In the cooling method of Patent Document 3 described above, it is necessary to surround the wire winding and the core with a film as a cooling device, or to embed the wire winding and the core with a compound as a cooling device, so that the manufacturing cost is high. There are difficulties. In addition, when the reactor becomes large, it becomes difficult to surround with a film or to be embedded with a compound, or to perform the process itself becomes unrealistic.
さらに、本発明者の研究によると、比較的高い周波数である数kHz〜〜数百kHzで、数百A以上の大電流用のリアクトルを実現するには、上述したコア冷却問題の解決に加えて、高電圧絶縁という問題も解決する必要があることが判明した。具体的に言えば、コイルの絶縁性能を保持するために、コロナ放電の発生を防止しなければならない、ということである。以下、この点について説明する。 Furthermore, according to the research of the present inventors, in order to realize a reactor for a large current of several hundreds A or more at a relatively high frequency of several kHz to several hundred kHz, in addition to solving the above-described core cooling problem. As a result, it has been found that the problem of high voltage insulation needs to be solved. Specifically, in order to maintain the insulation performance of the coil, the occurrence of corona discharge must be prevented. Hereinafter, this point will be described.
「コロナ放電」とは、高電圧が印加された導体の近傍で、気体の分子が電離して陽イオンと電子が生成され、これら陽イオンと電子が、高電圧の極性変化に同期して電界で加速されて、新たな気体分子をイオン化したり、絶縁物に衝突したりする現象である。コロナ放電が空気中で発生すると、空気中の酸素分子がイオン化することでオゾンが生じ、近辺にある絶縁物の絶縁性能を劣化させてしまう。本発明のような高周波用リアクトルの場合、コアとコイルの近傍でコロナ放電が発生しやすいが、コロナ放電が発生すると、コイルを構成する導体管の絶縁被覆の絶縁性能が劣化してしまう。このような絶縁性能の劣化は、大事故につながることがあるので、確実に防止する必要がある。 “Corona discharge” means that in the vicinity of a conductor to which a high voltage is applied, gas molecules are ionized to generate cations and electrons, and these cations and electrons are synchronized with the change in polarity of the high voltage. It is a phenomenon in which new gas molecules are ionized or collide with insulators. When corona discharge occurs in the air, oxygen molecules in the air are ionized to generate ozone, which degrades the insulating performance of the nearby insulator. In the case of the high frequency reactor as in the present invention, corona discharge is likely to occur in the vicinity of the core and the coil, but when corona discharge occurs, the insulation performance of the insulation coating of the conductor tube constituting the coil is deteriorated. Such deterioration of the insulation performance may lead to a major accident, and must be reliably prevented.
コロナ放電による絶縁性能劣化の度合いは、導体に印加される電圧と周波数に依存する。すなわち。周波数が高くなれば、コロナ放電の1秒当たりの発生回数が周波数に比例して多くなるため、コロナ放電に曝されている絶縁物の寿命は周波数に反比例して短くなる。また、印加される電圧が高いほど、高電圧印加部と接地電位部の間の電位傾度が大きくなるため、コロナ放電がより生じ易くなる。コロナ放電の開始電圧は、高電圧印加部と接地電位部の電極の形状と距離、電圧、気温、気圧などにより決定される。 The degree of insulation performance deterioration due to corona discharge depends on the voltage and frequency applied to the conductor. That is. As the frequency increases, the number of occurrences of corona discharge per second increases in proportion to the frequency, so that the life of the insulator exposed to the corona discharge decreases in inverse proportion to the frequency. In addition, the higher the applied voltage, the greater the potential gradient between the high voltage application part and the ground potential part, so corona discharge is more likely to occur. The start voltage of the corona discharge is determined by the shape and distance of the electrodes of the high voltage application unit and the ground potential unit, voltage, temperature, atmospheric pressure, and the like.
交流リアクトル(コイル)の両端電圧をV(V)とすると、その両端電圧Vは、リアクトルのインダクタンスをL(H)、リアクトル(コイル)に流れる電流をI(A)、その周波数をf(Hz)とすると、V=2πfLIという式から求められる。したがって、周波数fが高いほど、電流Iが大きいほど、リアクトルの両端電圧Vは高くなる。例えば、L=100(μH)、I=500(A)、f=10,000(Hz)とすると、コイルの両端電圧Vは、
V=2π×10,000×100×10−6×500=3,142(V)
という高電圧になる。したがって、交流リアクトルには、電極形状、電極間距離によっては、容易にコロナ放電が生じる電圧が存在することが分かる。
Assuming that the voltage across the AC reactor (coil) is V (V), the voltage V across the inductor is L (H) as the inductance of the reactor, I (A) as the current flowing through the reactor (coil), and the frequency as f (Hz). ) Is obtained from the equation V = 2πfLI. Therefore, the higher the frequency f and the larger the current I, the higher the voltage V across the reactor. For example, when L = 100 (μH), I = 500 (A), and f = 10,000 (Hz), the voltage V across the coil is
V = 2π × 10,000 × 100 × 10 −6 × 500 = 3,142 (V)
It becomes a high voltage. Therefore, it can be seen that the AC reactor has a voltage that easily causes corona discharge depending on the electrode shape and the distance between the electrodes.
さらに、高電圧印加部と接地電位部以外に、電位の固定されない、いわゆる「フローティング電位部」が、高電圧印加部と接地電位部との間にあると、コロナ放電はいっそう発生しやすくなる。前述のように、強磁性材料のコアを磁路形成部材として用いた交流リアクトルでは、コアのギャップ絶縁材で挟まれた部分が、いずれもフローティング電位部となるから、比較的高い周波数の高電圧が印加されると、コロナ放電がより発生しやすい。 Further, if there is a so-called “floating potential portion” where the potential is not fixed other than the high voltage application portion and the ground potential portion between the high voltage application portion and the ground potential portion, corona discharge is more likely to occur. As described above, in an AC reactor using a core made of a ferromagnetic material as a magnetic path forming member, the portion sandwiched between the gap insulating materials of the core becomes a floating potential portion, so a high voltage with a relatively high frequency is used. When is applied, corona discharge is more likely to occur.
コロナ放電防止対策としては、例えば、特許文献3で取り扱っているような照明分野における安定器用リアクトルのように、プリント基板に取り付けるような小型のものでは、リアクトル全体を絶縁コンパウンドで真空含浸するなどして、コロナ放電の起点となる気体をなくすことで、対策は可能である。しかし、数kHz〜数百kHzで、数百A以上の大電流用の交流リアクトルは大型であるため、絶縁コンパウンドによる真空含浸は、大がかりで大変高価なものとなり、現実的ではない。 As a countermeasure for preventing corona discharge, for example, a small reactor attached to a printed circuit board, such as a stabilizer for a ballast in the field of illumination as dealt with in Patent Document 3, is vacuum-impregnated with an insulating compound. Therefore, measures can be taken by eliminating the gas that is the starting point of corona discharge. However, since AC reactors for large currents of several hundred to several hundred kHz and several hundred A or more are large, vacuum impregnation with an insulating compound is large and very expensive, which is not practical.
本発明は、以上述べたような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成と低い製造コストで、コロナ放電に起因するコイルの絶縁性能劣化を防止しながら、コアを冷却することができる、高周波・大電流(数kHz〜数百kHz、数百A以上)の用途に好適な高周波用リアクトルを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the circumstances as described above, and its object is to prevent deterioration of the insulation performance of the coil due to corona discharge with a simple configuration and low manufacturing cost. An object of the present invention is to provide a high-frequency reactor that can cool the core and is suitable for high-frequency and large-current applications (several kHz to several hundred kHz, several hundred A or more).
本発明の他の目的は、漏れ磁束に起因する周囲の金属構造物の過熱を、大がかりな磁束遮蔽構造を採ることなく防止することができる、高周波・大電流(数kHz〜数百kHz、数百A以上)の用途に好適な高周波用リアクトルを提供することにある。 Another object of the present invention is to prevent overheating of surrounding metal structures due to leakage magnetic flux without using a large magnetic flux shielding structure, high frequency and large current (several kHz to several hundred kHz, several An object of the present invention is to provide a high-frequency reactor suitable for applications of 100 A or more.
ここに明記しない本発明のさらに他の目的は、以下の説明及び添付図面から明らかである。 Other objects of the present invention which are not specified here will be apparent from the following description and the accompanying drawings.
(1) 本発明の高周波用リアクトルは、
通電によって磁束を生成するコイルと、
複数のギャップにより分断された分断領域を有する、前記磁束を通すための磁路を形成するコアと、
絶縁部材によって電気的に絶縁された状態で前記コアに機械的に接続された、当該高周波用リアクトルを所望の使用箇所に固定するためのベース部材とを備え、
前記コアは、導電性を持つ第1固定部材及び第2固定部材によって互いに隙間をあけた状態で固定された複数のコア・ブロックを含んでおり、
前記第1固定部材は、すべての前記コア・ブロックの前記ベース部材に近い側にある端部を固定すると共に、前記絶縁部材を介して前記ベース部材に機械的に接続され、前記第2固定部材は、すべての前記コア・ブロックの前記ベース部材から遠い側にある端部を固定しており、
複数の前記コア・ブロックの間の前記隙間は、冷却媒体用の通路として機能し、
前記ベース部材は、前記絶縁部材を介して前記第1固定部材に機械的に接続されていると共に、前記ベース部材と前記第1固定部材との距離は、前記ギャップの幅よりも大きく設定されていて、それによって前記コア・ブロックと前記冷却媒体との接触によって生じるコロナ放電を防止するようにしたことを特徴とするものである。
(1) The high frequency reactor of the present invention is
A coil that generates magnetic flux when energized;
A core having a divided region divided by a plurality of gaps and forming a magnetic path for passing the magnetic flux;
A base member that is mechanically connected to the core in a state of being electrically insulated by an insulating member, and for fixing the high-frequency reactor to a desired use location;
The core includes a plurality of core blocks are fixed in a state where a gap from one another by first fixing member and the second fixing member having conductivity,
The first fixing member fixes end portions of all the core blocks on the side close to the base member, and is mechanically connected to the base member via the insulating member, and the second fixing member Is fixing the end of all the core blocks on the side far from the base member,
The gap between the plurality of core blocks functions as a passage for the cooling medium,
The base member, the conjunction is mechanically connected to the first fixing member via an insulating member, the distance between the first fixing member and the base member, the size rather is set than the width of the gap Thus, the corona discharge caused by the contact between the core block and the cooling medium is prevented .
本発明の高周波用リアクトルでは、前記コアが、前記第1固定部材及び前記第2固定部材によって互いに隙間をあけた状態で固定された複数の前記コア・ブロックを含んでいるので、前記コアが単体である場合よりも露出面積を拡大することができる。そして、その拡大された露出面に冷却媒体(例えば空気)を接触させることで、前記コア・ブロックつまり前記コアの冷却を効果的に行うことができる。このように、簡単な構成で、且つ低い製造コストで、前記コアを効果的に冷却することが可能である。 The high-frequency reactor of the present invention, the core, because it contains a plurality of said core block which is fixed in a state in which a gap to each other by the first fixing member and the second fixing member, wherein the core alone The exposed area can be expanded as compared with the case of. The core block, that is, the core can be effectively cooled by bringing a cooling medium (for example, air) into contact with the enlarged exposed surface. In this way, the core can be effectively cooled with a simple configuration and at a low manufacturing cost.
また、前記コアは、複数のギャップにより分断された分断領域を有しているが、その分断領域は電気的フローティング状態にあるため、その分断領域がフローティング電位部となり、したがって、比較的高い周波数の高電圧が印加されると、前記分断領域がない場合よりもコロナ放電が発生しやすい。 In addition, the core has a divided region divided by a plurality of gaps, but the divided region is in an electrically floating state, so that the divided region becomes a floating potential portion, and therefore has a relatively high frequency. When a high voltage is applied, corona discharge is more likely to occur than when there is no parting region.
しかし、前記ベース部材は、前記絶縁部材によって電気的に絶縁された状態で前記第1固定部材に機械的に接続されており、しかも、前記ベース部材と前記第1固定部材との距離は、前記ギャップの幅よりも大きくされているので、例えば、前記ベース部材を基準電位(例えば接地電位)にしてから前記コイルに通電すると、印加された高電圧の大部分を前記絶縁部材の両端(換言すれば、前記ベース部材と前記第1固定部材との間)に作用させることができる。すると、前記コイルと前記コアの間に作用する電圧と、前記ギャップの各々の両端に作用する電圧は、いずれも、かなり小さいものとなるので、前記コア(すなわち前記コア・ブロック)の表面に冷却媒体(例えば空気)が接しても、コロナ放電が生じないようにすることができる。その結果、簡単な構成で、且つ低い製造コストで、高周波・大電流(数kHz〜数百kHz、数百A以上)の用途におけるコロナ放電に起因する前記コイルの絶縁性能劣化を防止することができる。 However, the base member is mechanically connected to the first fixing member while being electrically insulated by the insulating member, and the distance between the base member and the first fixing member is Since the gap is made larger than the width of the gap, for example, when the coil is energized after the base member is set to a reference potential (for example, ground potential), most of the applied high voltage is applied to both ends of the insulating member (in other words For example, it can act between the base member and the first fixing member. Then, since the voltage acting between the coil and the core and the voltage acting on both ends of each gap are considerably small, the surface of the core (ie, the core block) is cooled. Corona discharge can be prevented from occurring even when a medium (for example, air) contacts. As a result, it is possible to prevent deterioration of the insulation performance of the coil due to corona discharge in high frequency and large current (several kHz to several hundred kHz, several hundred A or more) applications with a simple configuration and low manufacturing cost. it can.
さらに、すべての前記コア・ブロックの両端部が導電性の前記第1固定部材と前記第2固定部材によってそれぞれ固定されているので、前記コア・ブロックの両端部から生じる漏れ磁束が効果的に遮蔽される。このため、漏れ磁束に起因する周囲の金属構造物の過熱を、大がかりな磁束遮蔽構造を採ることなく防止することができる。 Further, since both ends of all the core blocks are fixed by the conductive first fixing member and the second fixing member, leakage magnetic flux generated from both ends of the core block is effectively shielded. Is done. For this reason, the overheating of the surrounding metal structure resulting from the leakage magnetic flux can be prevented without taking a large magnetic flux shielding structure.
(2) 本発明の高周波用リアクトルの好ましい例では、前記ベース部材と前記第1固定部材との間の距離が、前記ギャップの各々の大きさの5倍以上とされる。その理由は、5倍未満とすると、コロナ放電の防止効果が不十分になる恐れがあるからである。この例では、コロナ放電に起因する前記コイルの絶縁性能劣化が、確実に防止できる、という利点がある。 (2) In a preferred example of the high frequency reactor according to the present invention, a distance between the base member and the first fixing member is set to be five times or more of each size of the gap. The reason is that if it is less than 5 times, the effect of preventing corona discharge may be insufficient. In this example, there is an advantage that deterioration of the insulation performance of the coil due to corona discharge can be surely prevented.
(3) 本発明の高周波用リアクトルのさらに他の好ましい例では、すべての前記コア・ブロックの前記ベース部材に近い側にある前記端部が、前記第1固定部材に形成された複数の係合溝にそれぞれ係合され、すべての前記コア・ブロックの前記ベース部材から遠い側にある前記端部が、前記第2固定部材に形成された複数の係合溝にそれぞれ係合されていて、それによってすべての前記コア・ブロックの位置決めがなされる。この例では、簡単な構成で、すべての前記コア・ブロックの位置決めと保持・固定ができる、という利点がある。 (3) In still another preferred example of the high-frequency reactor according to the present invention, a plurality of engagements in which the end portions on the side closer to the base member of all the core blocks are formed on the first fixing member. The end portions of the core blocks that are respectively engaged with the grooves and that are on the side far from the base member are respectively engaged with a plurality of engagement grooves formed in the second fixing member. To position all the core blocks. In this example, there is an advantage that all the core blocks can be positioned, held and fixed with a simple configuration.
(4) 本発明の高周波用リアクトルのさらに他の好ましい例では、前記第1固定部材と前記第2固定部材が、前記コア・ブロックの間の前記隙間にそれぞれ連通する開口を有する。この例では、前記コア・ブロックの間の前記隙間を通過する前記冷却媒体が、前記第1固定部材と前記第2固定部材を貫通してそれらの外方に流動できるので、前記第1固定部材と前記第2固定部材があっても、前記コア・ブロックの冷却が支障なく行われる、という利点がある。 (4) In still another preferred embodiment of the high frequency reactor of the present invention, the first fixing member and the second fixing member has an opening respectively communicating with the gap between the core blocks. In this example, the cooling medium passing through the gap between the core blocks, so can flow into their outwardly through the second fixing member and the first fixing member, wherein the first fixing member Even if the second fixing member is provided, there is an advantage that the cooling of the core block is performed without any trouble.
(5) 本発明の高周波用リアクトルのさらに他の好ましい例では、前記第1固定部材と前記第2固定部材の間において、前記コアの両端に位置する前記コア・ブロックの外面が露出していて、前記冷却媒体に接触可能とされる。この例では、前記コアの両端に配置された前記コア・ブロックの外面が前記冷却媒体に接するので、前記第1固定部材と前記第2固定部材に前記冷却媒体を通過させるための開口を前記第1固定部材と前記第2固定部材に設けなくても、これら二つの前記コア・ブロックの冷却が支障なく行われる、という利点がある。 (5) In yet another preferred embodiment of the high frequency reactor of the present invention, the between the first fixing member and the second fixing member, and is exposed to the outer surface of the core block located at both ends of the core The cooling medium can be contacted . In this example, since the outer surface of the core block disposed at opposite ends of said core in contact with the cooling medium, wherein an opening for passing the cooling medium to the second fixing member and the first fixing member first There is an advantage that these two core blocks can be cooled without any trouble even if they are not provided on the first fixing member and the second fixing member.
(6) 本発明の高周波用リアクトルのさらに他の好ましい例では、前記第1固定部材と前記第2固定部材が、内部に冷却媒体通路を有しており、その冷却媒体通路に外部から第2の冷却媒体を供給可能とされる。この例では、前記第1固定部材と前記第2固定部材の過熱を防止できるという利点がある。 (6) In yet another preferred embodiment of the high frequency reactor of the present invention, the first fixing member and the second fixing member, internally it has a cooling medium passage, its cooling medium passage from the outside second The cooling medium can be supplied. In this example, there is an advantage that overheating of the first fixing member and the second fixing member can be prevented.
(7) 本発明の高周波用リアクトルのさらに他の好ましい例では、前記絶縁部材が碍子とされる。 (7) In still another preferred example of the high frequency reactor according to the present invention, the insulating member is an insulator.
(8) 本発明の高周波用リアクトルのさらに他の好ましい例では、複数の前記コア・ブロックの周囲において、前記第1固定部材と前記第2固定部材が、絶縁性の連結ボルトで相互に連結される。 (8) In still another preferred example of the high frequency reactor according to the present invention, the first fixing member and the second fixing member are connected to each other by an insulating connecting bolt around the plurality of core blocks. The
(9) 本発明の高周波用リアクトルのさらに他の好ましい例では、前記コア及び前記コイルの周囲を囲むように配置された磁束遮蔽構造をさらに備える。この例では、前記コア・ブロックから生じる漏れ磁束がいっそう効果的に遮蔽されるという利点がある。 (9) In still another preferred example of the high frequency reactor according to the present invention, a magnetic flux shielding structure is further provided so as to surround the core and the coil. In this example, there is an advantage that the leakage magnetic flux generated from the core block is more effectively shielded.
(10) 本発明の高周波用リアクトルのさらに他の好ましい例では、前記磁束遮蔽構造が、前記第1固定部材に重ねて固定された遮蔽板と、前記第2固定部材に重ねて固定された遮蔽板と、前記第1固定部材及び前記第2固定部材の間において前記コア及び前記コイルを囲むように配置された遮蔽板を備える。この例では、前記磁束遮蔽構造の組み込みが容易であるという利点がある。
(11) 本発明の高周波用リアクトルのさらに他の好ましい例では、前記冷却媒体として空気を使用するように構成される。
(10) In still another preferred example of the high frequency reactor according to the present invention, the magnetic flux shielding structure includes a shielding plate fixed to be overlapped with the first fixing member, and a shielding fixed to be overlapped with the second fixing member. And a shielding plate disposed between the first fixing member and the second fixing member so as to surround the core and the coil. In this example, there is an advantage that the magnetic flux shielding structure can be easily incorporated.
(11) In still another preferred example of the high frequency reactor of the present invention, air is used as the cooling medium.
本発明の高周波用リアクトルによれば、(a)簡単な構成と低い製造コストで、コロナ放電に起因するコイルの絶縁性能劣化を防止しながら、コアを冷却することができる、(b)漏れ磁束に起因する周囲の金属構造物の過熱を、大がかりな磁束遮蔽構造を採ることなく防止することができる、という効果がある。 According to the high frequency reactor of the present invention, (a) the core can be cooled with a simple configuration and low manufacturing cost while preventing deterioration of the insulation performance of the coil due to corona discharge. (B) Leakage magnetic flux There is an effect that it is possible to prevent the surrounding metal structure from being overheated due to the fact that a large magnetic flux shielding structure is not employed.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
(第1実施形態)
図1及び図2に、本発明の第1実施形態に係る高周波用リアクトル1の全体構造を示す。
(First embodiment)
1 and 2 show the overall structure of a
両図から分かるように、本実施形態に係る高周波用リアクトル1は、通電によって磁束を生成するコイル10と、コイル10により生成された磁束を通すための磁路を形成するためのコア(磁路形成部材)20とを備えている。コイル10は、略楕円形の平面形状で複数回巻回されたソレノイドコイルで、コア20の内側に固定されている(図3を参照)。コア20の前端からは、コイル10の前面に設けられた複数の接続端子11が突出している。コア20の後端からは、コイル10の湾曲した後端部が突出している。
As can be seen from both figures, the high-
コア20の上端と下端には、上固定板30(これは第2固定部材に対応する)と下固定板40(これは第1固定部材に対応する)がそれぞれ配置されている。換言すれば、コア20は、上固定板30と下固定板40によって挟持されている。上固定板30と下固定板40は、8本の締付ボルト50で相互に連結されている。各締付ボルト50は、その下端に形成されたネジ部(図示せず)を下固定板40のネジ孔44(図8参照)にねじ込むことで、固定されている。各締付ボルト50の上端のネジ部(図示せず)は、上固定板30の透孔34(図7参照)に挿入されており、そこに締付ナット51がねじ込まれている。コア20は、このようにして、上固定板30と下固定板40によって押圧・挟持されている。
An upper fixing plate 30 (which corresponds to the second fixing member) and a lower fixing plate 40 (which corresponds to the first fixing member) are respectively disposed on the upper end and the lower end of the
上固定板30と下固定板40の材料は、導電性があることが必要であり、電気伝導度の高い銅またはアルミニウムとするのがより好ましい。こうすることで、コア20の両端部から生じる漏れ磁束が効果的に遮蔽され、漏れ磁束に起因する周囲の金属構造物の過熱を防止することができる。なお、上固定板30と下固定板40の外面は、覆われておらず、裸のままである。
The material of the
本実施形態に係る高周波用リアクトル1が対象としているのは、数kHz以上の周波数の電流であるから、締付ボルト50の過熱を防止するためには、締付ボルト50は絶縁物から、例えばFRP(繊維強化プラスチック)作られているのが好ましい。
Since the
下固定板40は、コア20とは反対側に配置された4個の絶縁性の高圧用碍子60によって、所定間隔D2をあけて、略矩形板状で導電性のベース70に機械的に接続されている。ベース70には、高周波用リアクトル1を固定するための透孔71が複数個、形成されている。高周波用リアクトル1を使用する際には、例えば、透孔71にボルトを挿入してその端部にナットをねじ込むことで、所望の構造物にベース70を固定すればよい。その時、ベース70に取り付けられている接地線接続ネジ72によって、接地線(図示せず)の一端をベース70に固定する。こうして、ベース70を接地電位に維持することができる。
The
上固定板30には、コア20とは反対側に、4個の保持・運搬用リング33が固着されている。これら保持・運搬用リング33にロープを挿通することで、重量の大きい高周波用リアクトル1を簡単に吊り下げて運搬することができる。保持・運搬用リング33は、上固定板30に形成された保持・運搬用リング用ネジ孔37にねじ込むことで、固定されている。
Four holding / transporting
上述したように、コア20の上端部と下端部に導電性の上固定板30と下固定板40が配置されているので、コア20からその上方及び下方へ生じる漏れ磁束は、上固定板30と下固定板40によって効果的に遮蔽される。その結果、上固定板30の上方にある金属構造物や、下固定板40の下方にあるベース70と金属構造物(高周波用リアクトル1が固定される金属構造物を含む)が、漏れ磁束によって過熱状態になるのを防止することができる。
As described above, since the conductive
上固定板30と下固定板40には、漏れ磁束によって少なくない渦電流が流れるため、電気伝導度が高い材料で作られていても、多少の熱が発生する。そこで、本実施形態では、上固定板30と下固定板40にそれぞれ冷却機構が設けられている。
Since not a few eddy currents flow in the
すなわち、図7に示すように、上固定板30の内部には冷却水通路32が形成され、その冷却水通路32の両端に一対の冷却水ニップル31が装着されていて、それらの冷却水ニップル31を通じて、上固定板30の内部に冷却水を供給・排出できるようになっている。同様に、下固定板40の内部にも、冷却水通路42が形成され、その冷却水通路42の両端には一対の冷却水ニップル41が装着されていて、それらの冷却水ニップル41を通じて、下固定板40の内部に冷却水を供給・排出できるようになっている。
That is, as shown in FIG. 7, a cooling
次に、コイル10の詳細構造について説明する。
Next, the detailed structure of the
コイル10は、図3と図4に示すように、所定のインダクタンスを得るために、周囲が絶縁被覆された導体管13を所定回数、螺旋状に巻き付けて構成されており、全体が略楕円形の筒状になっている。導体管13の上下両端には、冷却水ニップル12がそれぞれ装着されており、導体管13の内部に冷却水を流すことで、コイル10を冷却できるようになっている。高周波大電流の供給により、ジュール熱によってコイル10が過熱状態になるのを防止するためである。導体管13としては、例えば銅管が使用される。導体管13は、絶縁テープなどで覆われている。導体管13(コイル10)の各巻回部の間、および、導体管13(コイル10)とその周囲との間は、いずれも絶縁されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
本実施形態では、螺旋状に巻き付けられた導体管13の途中に、複数の接続端子11が設けられている。これは、複数のインダクタンス値から任意の一つを選択して使用できるようにするためである。希望するインダクタンス値が得られる二つの接続端子11を選択し、これに高周波電流を供給することで、所望のインダクタンス値が得られる。
In the present embodiment, a plurality of
次に、コア20の詳細構造について説明する。 Next, the detailed structure of the core 20 will be described.
コア20は、単一部材ではなく、図3、図5及び図6に明瞭に示すように、同じ構成を持つ7個のコア・ブロック21を組み合わせて構成されている。換言すれば、コア20は、7個のコア・ブロック21に分割されている。これらのコア・ブロック21は、ここではフェライト製であるが、これに限定されるものではなく、他の強磁性材料(例えば珪素鋼板など)で作られていてもよい。これらコア・ブロック21の外面は、覆われておらず、裸のままである。
The
7個のコア・ブロック21は、同じ姿勢で、一方向(ここでは前後方向)に沿って、互いに平行に等間隔で配置されており、上固定板30と下固定板40によって保持・固定されている。隣接するコア・ブロック21の間の隙間は、冷却媒体通路22となっている。
The seven core blocks 21 are arranged in parallel at equal intervals along one direction (here, the front-rear direction) in the same posture, and are held and fixed by the
7個のコア・ブロック21を同じ姿勢で等間隔で保持・固定するため、下固定板40は、図8のような構成になっている。すなわち、7個の略矩形のコア・ブロック係合溝(凹部)45が、前後方向に所定間隔で形成されており、それらコア・ブロック係合溝45の一つひとつに、コア・ブロック21の下部21eの先端が係合するようになっている。コア・ブロック係合溝45の大きさは、コア・ブロック21の下部21eのそれよりも少し大きくされているので、コア・ブロック係合溝45の底部で下部21eを受け止めて支持することができる。このため、コア・ブロック係合溝45に下部21eの先端を係合させることで、コア・ブロック21の下端部の位置決めが完了する。
In order to hold and fix the seven core blocks 21 at equal intervals in the same posture, the
隣接するコア・ブロック係合孔45の間には、冷却媒体用スリット46が形成されており、隣接するコア・ブロック21の間に冷却媒体用スリット46が位置するようになっている。このため、隣接するコア・ブロック21の間にある冷却媒体通路22は、冷却媒体用スリット46と重なり合い、冷却媒体通路22は冷却媒体用スリット46を通って下固定板40の下方に連通することができる。その結果、冷却媒体通路22を、冷却媒体である空気が円滑に流動するようになり、コア・ブロック21(ひいてはコア20)に対する所望の冷却効果が得られる。
A cooling medium slit 46 is formed between the adjacent core
下固定板40には、さらに、碍子固定ネジ用透孔43と、締付ボルト用ネジ穴44が形成されている(図8を参照)。碍子固定ネジ用透孔43に挿通された碍子固定ネジ61は、下固定板40を貫通してから碍子60の上部のネジ孔にねじ込まれ、それによって、碍子60の上部が下固定板40に固定される。碍子60の下部は、ベース70の下側から挿入されてベース70を貫通した碍子固定ネジ(図示せず)によって固定される。碍子60は、こうして、図1に示すように、下固定板40とベース70の間に固定される。碍子60の高さは、下固定板40とベース70の間の間隔D2に等しい。締付ボルト50は、その一端のネジ部が締付ボルト用ネジ穴44にねじ込まれる。
The
上述した冷却水通路42は、下固定板40の前端付近の内部に形成されており、冷却水通路42の両端に冷却水ニップル41がそれぞれ装着されている。
The above-described
上固定板30は、図7に示すように、碍子固定ネジ用透孔43が形成されていない点と、締付ボルト用ネジ穴44に代えて締付ボルト用透孔34が形成されている点を除いて、下固定板40と同じ構成である。すなわち、7個の略矩形のコア・ブロック係合溝(凹部)35が、前後方向に下固定板40のコア・ブロック係合溝45と同じ間隔で形成されており、それらコア・ブロック係合溝35の一つひとつに、コア・ブロック21の上部21dの先端が係合するようになっている。コア・ブロック係合溝35の大きさは、コア・ブロック21の上部21dのそれよりも少し大きくされているので、コア・ブロック係合溝35の頂部で上部21dを受け止めて支持することができる。このため、コア・ブロック係合溝35に上部21dの先端を係合させることで、コア・ブロック21の上端部の位置決めが完了する。
As shown in FIG. 7, the
隣接するコア・ブロック係合溝35の間には、冷却媒体用スリット36が形成されており、隣接するコア・ブロック21の間に冷却媒体用スリット36が位置するようになっている。このため、隣接するコア・ブロック21の間にある冷却媒体通路22は、冷却媒体用スリット36と重なり合い、冷却媒体通路22は冷却媒体用スリット36を通って上固定板40の上方に連通することができる。その結果、冷却媒体通路22を、冷却媒体としての空気が円滑に流動するようになり、コア20に対する所望の冷却効果が得られる。
A cooling medium slit 36 is formed between adjacent core
上述した冷却水通路32は、上固定板30の前端付近の内部に形成されており、その冷却水通路の両端に冷却水ニップル31がそれぞれ装着されている。
The above-described
このように、隣接するコア・ブロック21の間にある冷却媒体通路22が、その上下にある冷却媒体用スリット36及び46と重なり合って連通しているため、冷却媒体である空気は、コア20の内部を6層になって上下方向に貫通して流動するようになる。しかも、コア20の両端(前端及び後端)にある二つのコア・ブロック21の外面も、冷却媒体である空気に接触していて、その空気は自由に流動可能である。このように、各々のコア・ブロック21の全面を空気が流動可能になっているから、空気の自然対流のみで、各々のコア・ブロック21(すなわちコア20)に対して所望の冷却効果が得られる。
In this way, the cooling
本実施形態では、冷却媒体通路22を通過する冷却媒体は、空気である。また、冷却媒体としての空気は、自然対流で冷却媒体通路22を通過するようになっている。しかし、自然対流では冷却効果が不十分な場合は、下固定板40の下方に強制冷却ファンを取り付けるなどして、冷却媒体としての空気を強制的に冷却媒体通路22を通過させるようにしてもよい。つまり、必要に応じて、強制冷却構造としてもよい。
In the present embodiment, the cooling medium that passes through the cooling
本発明者による実験では、コア・ブロック21の材料としてフェライトを使用した場合、コア・ブロック21(コア20)の単位重量当たりの鉄損が概ね15W/kg程度までは、ファンを使用しない自然対流による空気冷却(空冷)で、コア・ブロック21の過熱なしに連続使用が可能であった。
In an experiment by the present inventor, when ferrite is used as the material of the
コア・ブロック21は、図5のように、一定厚さの矩形板から二つの矩形の透孔21cをくりぬいた形状をしている。二つの透孔21cの間の部分が中央部21aで、中央部21aの左右両側に配置された部分が端部21bである。中央部21aと二つの端部21bの上端は、上部21dによって互いに連結されている。中央部21aと二つの端部21bの下端は、下部21eによって互いに連結されている。こうして、コア・ブロック21の全体形状は、漢字の「日」を横に寝かせた形状になっている。コイル10は、中央部21aを取り巻くように透孔21cを貫通して配置されている(図3を参照)。
As shown in FIG. 5, the
コイル10によって生成された磁束が通過する磁路は、コア・ブロック21の中央部21aから上部21d(または下部21e)を通って左右の端部21bを通過し、下部21e(上部21d)を通って中央部21aに戻るルートである。この磁束は、上部21d及び下部21eから漏れやすいが、導電性の上固定板30と下固定板40がそれらに密着して配置されているため、漏れ磁束のほとんどが上固定板30と下固定板40で効果的に遮断される。
The magnetic path through which the magnetic flux generated by the
図5と図6に示すように、コア・ブロック21の中央部21aと左右の端部21bには、磁路に所望の磁気抵抗を生成するための複数のギャップ21f(ギャップの大きさはD1)が形成されており、これらのギャップ21fの大きさD1の合計が必要なギャップ値に等しくなるようにしている。これらのギャップ21fには、薄い絶縁性のギャップ板(ギャップ絶縁材)23が充填されている。ギャップ板23は、絶縁材を成形したものである。ギャップ板23の厚さ(ギャップ21fの大きさ)が小さい方が、漏れ磁束が減少するので、好ましい。ギャップ板23の厚さ(ギャップ21fの大きさ)は、例えば10mm以下、より好ましくは5mm以下とするのが好ましい。
As shown in FIGS. 5 and 6, a plurality of
コア・ブロック21の中央部21aと端部21bは、ギャップ板23(ギャップ21f)によって分断されているので、隣接する二つのギャップ板23(ギャップ21f)で挟まれた箇所(以下、この箇所を「分断領域」という)24は、どこにも電気的に接続されていない。つまり、コイル10に通電した時には、各々の分断領域24は、電気的に浮いた状態(電気的フローティング状態)にあり、その電位はフローティング電位にあることになる。なお、上固定板30と下固定板40はいずれも導体であるので、コア上部21dは上固定板30と同じ電位となり、コア下部21eは下固定板40と同じ電位となる。
Since the
既に述べたように、高周波用リアクトル1のコイル10の両端電圧V(V)は、リアクトル1のインダクタンスをL(H)、リアクトル1に供給される電流をI(A)、その周波数をf(Hz)とすると、V=2πfLIの式により求められる。したがって、周波数fが高いほど、電流Iが大きいほど、コイル10(リアクトル1)の両端電圧Vは高くなる。例えば、f=10,000(Hz)、L=100(μH)、I=500(A)とすると、両端電圧Vは、
V=2π×10,000×100×10−6×500=3,142(V)
もの高電圧となる。したがって、空気と接触するコア・ブロック21の表面において、コロナ放電が生じる可能性が高いことが分かる。
As already described, the voltage V (V) across the
V = 2π × 10,000 × 100 × 10 −6 × 500 = 3,142 (V)
High voltage. Therefore, it can be seen that the corona discharge is highly likely to occur on the surface of the
しかも、本実施形態の高周波用リアクトル1では、フローティング電位にある分断領域24が多数あるので、コロナ放電はいっそう発生しやすい。コア・ブロック21に隣接する空気中でコロナ放電が生じると、コイル10の絶縁性能の劣化、具体的に言えば、導体管13の絶縁被覆の寿命短縮という問題が生じる。その結果、最終的には、高周波用リアクトル1が絶縁破壊を生じる恐れがある。高周波用リアクトル1に供給される電流の周波数に反比例して、導体管13の絶縁被覆の寿命が短くなるので、周波数が高くなればなるほど、コロナ放電を防止する必要性が高くなる。
Moreover, in the
本実施形態の高周波用リアクトル1は、数kHz〜数百kHzの高周波で数百A以上の大電流用であるから、コロナ放電防止の必要性は極めて高いが、次のようにして、コロナ放電は効果的に防止されるようになっている。その理由について、図9及び図10を参照しながら説明する。
Since the
一般に、空気中には、紫外線や宇宙線によって生成された陽イオンや浮遊電子が、わずかではあるが、常時、存在する。このため、単に電極間に交流電圧が印加された場合でも、その電圧が高いために電位傾度が臨界値を越えると(換言すれば、電極間に印加された電圧がコロナ放電開始電圧を超えると)、コロナ放電は容易に発生する。また、コロナ放電の開始後、α作用(電子が空気中の分子に衝突して生じる電離)やγ作用(陽イオンが陰極に衝突して生じる二次電子放出)によって、電極の周囲に存在する電子や陽イオンの数が増加すると、コロナ放電は継続しやすくなり、その結果、コロナ放電消滅電圧は、コロナ放電開始電圧よりもずいぶん低い値になる。つまり、コロナ放電は、いったん始まると、簡単には消えないのである。 In general, a small amount of positive ions and stray electrons generated by ultraviolet rays and cosmic rays are always present in the air. For this reason, even when an AC voltage is simply applied between the electrodes, if the potential gradient exceeds a critical value because the voltage is high (in other words, if the voltage applied between the electrodes exceeds the corona discharge start voltage) ), Corona discharge easily occurs. In addition, after the start of corona discharge, it exists around the electrode due to α action (ionization generated when electrons collide with molecules in the air) and γ action (secondary electron emission generated when cations collide with the cathode). As the number of electrons and cations increases, the corona discharge tends to continue, and as a result, the corona discharge extinction voltage is much lower than the corona discharge start voltage. In other words, once corona discharge begins, it does not disappear easily.
さらに、他の要因(例えば沿面放電など)で電極の周囲に電子や陽イオンが生成されていると、きわめて低い電位傾度でコロナ放電が発生する。つまり、沿面放電などがあると、コロナ放電開始電圧もきわめて低くなる。 Furthermore, if electrons or cations are generated around the electrode due to other factors (for example, creeping discharge), corona discharge is generated with a very low potential gradient. That is, when there is creeping discharge, the corona discharge starting voltage is extremely low.
図9(a)は、上述したコア・ブロックの下部21eと下固定板40とを接地電位に接続した場合の概念図、図9(b)は、その等価回路図である。図10(a)は、上述したコア・ブロックの下部21eに接続された下固定板40を、碍子60を介して、すなわち、間隔D2をあけて、接地電位に接続した場合の概念図、図10(b)は、その等価回路図である。
FIG. 9A is a conceptual diagram when the
図9(a)の場合、点A(コイル10の導体管13)から点B(コア・ブロック21の下部21e)までの経路(経路A−B)における電位変化を考えると、同図(b)のように、経路A−B間に印加された電圧V0は、二つのギャップ板23の静電容量と、分断領域24及び導体管13の間の空気による静電容量と、導体管13の絶縁被膜13aの静電容量とで分圧される。つまり、印加電圧V0は、二つのギャップ板23の静電容量の両端電圧V1及びV2と、空気による静電容量の両端電圧V3と、絶縁被膜13aの静電容量の両端電圧V4に分割される。この状態では、印加電圧V0が数千ボルトになると、両端電圧V1、V2、V3及びV4も、それぞれ、数百ボルト以上になるから、コア・ブロック21の表面では、コロナ放電が容易に起こりうる状態が生じる。
In the case of FIG. 9A, considering the potential change in the path (path AB) from the point A (
さらに、コア・ブロック21に形成されたギャップ21fの大きさ(ギャップ板23の厚さ)D1は、通常、数mm以下であり、0.5mm以下の場合もあるが、両端電圧V1またはV2は、このような狭いギャップ21fに作用すること、そして、ギャップ板23や絶縁被膜13a等の絶縁材の表面には、電子あるいは陽イオンによる表面電位が存在することから、きわめて沿面放電が生じやすい状態にある。
Further, the size of the
このような理由により、コア・ブロックの下部21eを直接、接地電位に接続した図9(a)の場合には、コア・ブロック21の表面でコロナ放電の発生する可能性がきわめて高いことが分かる。
For this reason, in the case of FIG. 9A in which the
なお、分断領域24と導体管13の距離は、例えば10mm程度であり、ギャップ21fの大きさ(ギャップ板23の厚さ)D1よりも十分に大きいが、コア・ブロック21の表面より発生するコロナ放電に伴う陽イオンや電子の影響を受けて、コロナ放電が発生しやすくなっている。
The distance between the dividing
図10(a)の場合、点A(コイル10の導体管13)から、点B(コア・ブロック21の下部21e)を経て、点C(ベース70)までの経路(経路A−B−C)における電位変化を考えると、同図(b)のように、経路A−C間に印加された電圧V0は、二つのギャップ板23の静電容量と、分断領域24及び導体管13の間の空気による静電容量と、導体管13の絶縁被膜13aの静電容量に加えて、碍子60の静電容量と、それに並列なコア・ブロック21の下部21e及びベース70の間の空気による静電容量とで分圧される。つまり、印加電圧V0は、二つのギャップ板23の静電容量の両端電圧V1及びV2と、空気による静電容量の両端電圧V3と、絶縁被膜13aの静電容量の両端電圧V4と、碍子60の静電容量及びそれに並列な空気による静電容量の両端電圧V5に分割される。
In the case of FIG. 10A, a path (path A-B-C) from point A (
碍子60の高さ、すなわち、コア・ブロック21の下部21eに接続された下固定板40とベース70との距離D2は、通常、80mm程度であり、ギャップ21fの大きさ(ギャップ板23の厚さ)D1に比べて、圧倒的に大きい(D2>>D1)から、印加電圧V0のほとんどが、碍子60とそれに平行な空気による静電容量の両端に作用する。その結果、碍子60による静電容量及びそれに並列な空気による静電容量の両端電圧V5が、印加電圧V0に近い値になり、他の両端電圧V1、V2、V3及びV4は非常に小さくなる。よって、沿面放電が生じる可能性を低下させることができる。
The height of the
例えば、距離D2とD1の比にもよるが、印加電圧V0が数千ボルトの場合でも、両端電圧V1、V2、V3及びV4は、それぞれ、百ボルト程度あるいは数十ボルト以下に抑えられるから、隣接する分断領域24の間の表面や、分断領域24と導体管13の間では、コロナ放電が発生しにくいことが分かる。
For example, depending on the ratio of the distances D2 and D1, even when the applied voltage V0 is several thousand volts, the both-end voltages V1, V2, V3, and V4 can be suppressed to about 100 volts or several tens of volts or less, respectively. It can be seen that corona discharge is unlikely to occur on the surface between the adjacent divided
また、印加電圧V0が印加される点A(コイル10の導体管13)から点C(ベース70)までの距離が、図9(a)の場合よりも圧倒的に大きくなるため、点Aと点Cの間の電位傾度そのものが非常に小さくなり、結果として、コロナ放電が発生しにくくなる。
Further, the distance from the point A (the
このような理由により、コア・ブロックの下部21eを、碍子60を介してベース70に接続した本実施形態の高周波リアクトル1では、コロナ放電を効果的に抑制することができる。
For this reason, corona discharge can be effectively suppressed in the high-
要約すると、本実施形態の高周波用リアクトル1では、高電圧部に近くコロナ放電発生の原因となる上固定板30と下固定板40並びにコア・ブロック21を、接地電位に電位固定せず、代わりに高圧用碍子60で接地電位から絶縁している。こうすることで、印加電圧V0の大部分を高圧用碍子60に作用させ、上固定板30、下固定板40及びコア・ブロック21に作用する電圧を大幅に小さくして、コロナ放電が発生しにくい構造としているのである。
In summary, in the high-
なお、ベース70に碍子60を介して機械的に接続された下固定板40と、ベース70との間の距離D2は、印加電圧V0や周波数fによって調整されるが、例えば、ギャップ21fの大きさD1の5倍以上とされるのが好ましい。その理由は、5倍未満とすると、コロナ放電の防止効果が不十分になる恐れがあるからである。この例では、コロナ放電に起因する前記コイルの絶縁性能劣化が、確実に防止できる、という利点がある。
The distance D2 between the
以上詳細に述べたように、本実施形態に係る高周波用リアクトル1は、通電によって磁束を生成するコイル10と、複数のギャップ21fにより分断された分断領域24を有するコア20と、碍子60によって電気的に絶縁された状態でコア20に機械的に接続された、当該高周波用リアクトル1を所望の使用箇所に固定するためのベース70とを備えている。コア20は、導電性を持つ下固定板40及び上固定板30によって互いに間隔をあけた状態で固定された複数のコア・ブロック21を含んでいる。下固定板40は、すべてのコア・ブロック21のベース70に近い側にある端部を固定すると共に、碍子60を介してベース70に機械的に接続され、上固定板30は、すべてのコア・ブロック21のベース70から遠い側にある端部を固定している。ベース70は、碍子60を介して下固定板40に機械的に接続されていて、ベース70と下固定板40との距離D2は、前記ギャップの大きさ(幅)D1よりも大きくされている。
As described above in detail, the high-
このように、コア20が、下固定部材40及び上固定部材30によって互いに間隔をあけた状態で固定された複数のコア・ブロック21を含んでいるので、コア20が単体である場合よりも露出面積を拡大することができる。そして、その拡大された露出面に冷却媒体(例えば空気)を接触させることで、コア・ブロック21つまりコア20の冷却を効果的に行うことができる。
As described above, since the
よって、簡単な構成で、且つ低い製造コストで、コア20を冷却することが可能である。 Therefore, it is possible to cool the core 20 with a simple configuration and low manufacturing cost.
また、コア20は、複数のギャップ21fにより分断された分断領域24を有しているが、その分断領域24は電気的フローティング状態にあるため、その分断領域24がフローティング電位部となり、したがって、比較的高い周波数の大電流が供給されると、分断領域24がない場合よりもコロナ放電が発生しやすい。
Further, the
しかし、ベース70は、碍子60によって、電気的に絶縁された状態でコア20及び下固定板40に機械的に接続されており、しかも、ベース70と下固定板40との距離D2は、ギャップ21fの大きさD1よりも大きくされているので、ベース70を接地電位(基準電位)にしてからコイル10に通電すると、印加された高電圧の大部分を碍子60の両端(換言すれば、ベース70と下固定板40との間)に作用させることができる。すると、ギャップ21fの両端に作用する電圧は、かなり小さいものとなるので、コア20の表面に冷却媒体としての空気が接しても、コロナ放電が生じないようにすることができる。その結果、簡単な構成で、且つ低い製造コストで、高周波・大電流(数kHz〜数百kHz、数百A以上)の用途におけるコロナ放電に起因するコイル10の絶縁性能劣化を防止することができる。
However, the
その結果、高周波用リアクトル1に、数kHz〜数百kHzの高周波で数百A以上の大電流を流しても、高信頼性と長寿命が得られる。
As a result, high reliability and a long life can be obtained even if a high current of several hundred A or more is passed through the
さらに、すべてのコア・ブロック21の両端部が導電性の下固定板40と上固定板30によってそれぞれ固定されているので、コア・ブロック21の両端部から生じる漏れ磁束が効果的に遮蔽される。このため、漏れ磁束に起因する周囲の金属構造物の過熱を、大がかりな磁束遮蔽構造を採ることなく防止することができる。
Furthermore, since both ends of all the core blocks 21 are respectively fixed by the conductive
本実施形態の高周波用リアクトル1では、さらに、以下のような利点がある。
The
上下の固定板30及び40が、隣接するコア・ブロック21の間の冷却媒体通路22とそれぞれ連通する冷却媒体用スリット36及び46(開口)を有するため、上下の固定板30及び40があっても、コア・ブロック21の冷却が支障なく行われる。
Since the upper and
また、上下の固定板30及び40が、内部に冷却水通路32及び42をそれぞれ有しており、それらの通路32及び42に外部から冷却水を供給可能であるため、上下の固定板30及び40の過熱を防止することができる。
The upper and
(第2実施形態)
続いて、図11〜図15を参照しながら、本発明の第2実施形態に係る高周波用リアクトル1Aについて説明する。
(Second Embodiment)
Next, a high frequency reactor 1A according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
第2実施形態の高周波用リアクトル1Aは、上述した第1実施形態の高周波用リアクトル1に対して、その周囲(正確に言えば六面中の五面)を覆う磁束遮蔽構造100を追加したものである。したがって、第1実施形態の高周波用リアクトル1と同一の構成については、同リアクトル1と同一の符号を付してその説明を省略する。
1 A of high frequency reactors of 2nd Embodiment add the magnetic
磁束遮蔽構造100の全体構造は、図11に示すとおりである。すなわち、磁束遮蔽構造100は、ほぼ直方体の形状を有しており、その六面中の前面(正面)のみが開口され、他の五面(後面、上下面、左右側面)が、矩形の上面銅板81、下面銅板82、左側面銅板83、右側面銅板84及び後面銅板85によって閉鎖されている。磁束遮蔽構造100の前面には、その正面開口89から冷却水ニップル12及び41とコイル10の接続端子11が露出しているので、冷却水供給用の配管の接続や電線の接続は容易であり、したがって、高周波用リアクトル1Aを使用するのに支障はないし、不便もない。
The overall structure of the magnetic
また、磁束遮蔽構造100(つまり上面銅板81、下面銅板82、左側面銅板83、右側面銅板84及び後面銅板85)と、コア20及びコイル10との間には、十分な隙間90があるので、コア20及びコイル10を冷却する冷却媒体としての空気の流動にも支障はない。
Further, since there is a
矩形の上面銅板81は、図14に示すように、同じく矩形の上固定板30の外面(上面)に配置され、保持・運搬用リング33をそれに対応する位置に形成された透孔に貫通させることによって、前記外面に固定されている。上面銅板81は、上固定板30より少し大きいので、上固定板30の四方にそれに平行に突出した部分P1がある(図13を参照)。これらの突出部分P1は、全体として矩形環状を持つ。これらの突出部分P1には、複数のネジ91によって、左右の側面銅板固定部材87と後面銅板固定部材88が固定されている。
As shown in FIG. 14, the rectangular
矩形の下面銅板82は、図15に示すように、同じく矩形の下固定板40の外面(下面)に配置され、碍子固定ネジ61をそれに対応する位置に形成された透孔に貫通させることによって、前記外面に固定されている。下面銅板82は、下固定板40より少し大きいので、下固定板40の四方にそれに平行に突出した部分P2がある。これらの突出部分P2は、全体として矩形環状を持つ。これらの突出部分P2にも、複数のネジ91によって、左右の側面銅板固定部材87と後面銅板固定部材88が固定されている。
As shown in FIG. 15, the rectangular lower
上面銅板81の突出部分P1に固定された左右の側面銅板固定部材87及び後面銅板固定部材88と、下面板82の突出部分P2に固定された左右の側面銅板固定部材87及び後面銅板固定部材88との間には、四方の角において柱部材86が上下に架け渡されている。これら4本の柱部材86と、側面銅板固定部材87及び後面銅板固定部材88との結合は、複数のネジ91によって行われている。こうして、全体として直方体の骨格が形成されている。
Left and right side copper
左側面銅板83の外縁部は、前記骨格の左側面において、前後2本の柱部材86と上下2本の側面銅板固定部材87とに接触せしめられ、同外縁部に形成されたネジ孔86aと87aにネジ91を挿通してねじ込むことで、柱部材86と側面銅板固定部材87に固定されている。左側面銅板83は、磁束遮蔽構造100の左側面全体を覆っている。
The outer edge portion of the left
右側面銅板84の外縁部は、前記骨格の右側面において、前後2本の柱部材86と上下2本の側面銅板固定部材87とに接触せしめられ、同外縁部に形成されたネジ孔86aと87aにネジ91を挿通してねじ込むことで、柱部材86と側面銅板固定部材87に固定されている。右側面銅板84は、磁束遮蔽構造100の右側面全体を覆っている。
The outer edge portion of the right
後面銅板85の外縁部は、前記骨格の後面において、左右2本の柱部材86と上下2本の後面銅板固定部材88とに接触せしめられ、同外縁部に形成されたネジ孔86aと88aにネジ91を挿通してねじ込むことで、柱部材86と後面銅板固定部材88に固定されている。後面銅板85は、磁束遮蔽構造100の後面全体を覆っている。
The outer edge portion of the
磁束遮蔽構造100は、上述したようにして、ほぼ直方体の骨格の前面(正面)以外の五面が、上面銅板81、下面銅板82、左側面銅板83、右側面銅板84及び後面銅板85によって閉鎖されているのである。
As described above, the magnetic
なお、ここでは、柱部材86と、側面銅板固定部材87と後面銅板固定部材88としては、断面L字形の真鍮製のアングル材が使用されている。必要な剛性があり、廉価であることを考慮したためである。しかし、アングル材以外の材料、例えば角材なども使用可能であることは言うまでもない。また、柱部材86と側面銅板固定部材87と後面銅板固定部材88は、導電率の高い金属材料製、例えば真鍮製、銅製、アルミニウム製などであることが好ましい。
Here, as the
上面銅板81は、上固定版30の外面(上面)にこれに重ねて固定されているが、図11に示すように、上固定版30の締付ボルト用透孔34、冷却媒体用スリット36及び保持・運搬用リング用ネジ孔37にそれぞれ重なる位置に、透孔81a、スリット81c、透孔81bを有しているため、コア20の冷却媒体通路22を流動した冷却媒体としての空気は、冷却媒体用スリット36を通って上面銅板81より外部(上方)に移動することができる。また、上面銅板81の外側から締付ボルト50を上固定版30の締付ボルト用透孔34を挿通させて、下固定版40の締付ボルト用透孔44にねじ込むことができるし、上面銅板81の外側から保持・運搬用リング33を上固定版30の保持・運搬用リング用ネジ孔37にねじ込ことができる。
The upper
下面銅板82は、下固定版40の外面(下面)にこれに重ねて固定されているが、下固定版40の冷却媒体用スリット46及び碍子固定ネジ用透孔43にそれぞれ重なる位置に、スリット及び透孔(いずれも図示せず)を有しているため、コア20の冷却媒体通路22を流動した冷却媒体としての空気は、冷却媒体用スリットを通って下面銅板82より外部(下方)に移動することができる。また、下固定版40の側から碍子固定ネジ61を碍子固定ネジ用透孔43を通って、下面銅板82の透孔を挿通させて、碍子60にねじ込むことができる。
The lower
以上述べたように、本発明の第2実施形態に係る高周波用リアクトル1Aでは、磁束遮蔽構造100により磁束遮蔽が効果的に行われるので、上述した第1実施形態に係る高周波用リアクトル1に比べると、構成が少し複雑になり製造コストも少し上昇するが、コア20にごく近接した箇所にある金属構造物が漏れ磁束に起因して過熱することを、確実に防止することができる、という効果が、さらに得られる。
As described above, in the
なお、コア20の冷却媒体通路22は、上固定板30のスリット36、上面銅板81のスリット81c、下固定板40のスリット46、そして下面銅板82のスリットを通って、磁束遮蔽構造100の外部と連通しているので、磁束遮蔽構造100の搭載に起因してコア20の冷却能力が低下することはない。
The cooling
(変形例)
上述した実施形態は本発明を具体化した例を示すものである。したがって、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。
(Modification)
The embodiments described above show examples embodying the present invention. Therefore, the present invention is not limited to this embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
また、高周波用リアクトル1のインダクタンス値やコイル10の巻数・電流によっては、上固定板30や下固定板40を冷却する必要がない場合もある。その場合には、上固定板30と下固定板40に設けた冷却水通路32、42や、冷却水ニップル31、41は省略可能である。
Further, depending on the inductance value of the
コイル10やコア20の形状や材質、そして、上固定板30や下固定板40の形状や材質は、上述した実施形態で示されたものに限定されず、任意に変更が可能である。
The shapes and materials of the
上述した実施形態では、コア20が、複数のコア・ブロック21と上下の固定板30及び40(換言すれば一対の固定部材)とを別に作製してから組み合わせているが、本発明はこれに限定されない。一対の固定部材を複数のコア・ブロックと一体的に作製してもよい。
In the embodiment described above, the
1、1A 高周波用リアクトル
10 コイル
11 接続端子
12 冷却水ニップル
13 導体管
13a 導体管の絶縁被膜
20 コア
21 コア・ブロック
21a 中央部
21b 端部
21c 透孔
21d 上部
21e 下部
21f ギャップ
22 冷却媒体通路
23 ギャップ板
24 分断領域
30 上固定板
31 冷却水ニップル
32 冷却水通路
33 保持・運搬用リング
34 締付ボルト用透孔
35 コア・ブロック係合溝
36 冷却媒体用スリット
37 保持・運搬用リング用ネジ孔
40 下固定板
41 冷却水ニップル
42 冷却水通路
43 碍子固定ネジ用透孔
44 締付ボルト用ネジ穴
45 コア・ブロック係合溝
46 冷却媒体用スリット
50 締付ボルト
51 締付ナット
60 高圧用碍子
61 碍子固定ネジ
70 ベース
71 透孔
72 接地線接続ネジ
81 上面銅板
81a、81b 透孔
81c スリット
82 面銅板
83 左側面銅板
84 右側面銅板
85 後面銅板
86 柱部材
86a ネジ孔
87 側面銅板固定部材
87a ネジ孔
88 後面銅板固定部材
88a ネジ孔
89 正面開口
90 隙間
91 ネジ
100 磁束遮蔽構造
D1 ギャップの大きさ(ギャップ板の厚さ)
D2 コア・ブロックの下部とベースとの距離
P1 上面銅板の突出部分
P2 下面銅板の突出部分
DESCRIPTION OF
D2 Distance between the lower part of the core block and the base P1 Projected part of the upper copper plate P2 Projected part of the lower copper plate
Claims (11)
複数のギャップにより分断された分断領域を有する、前記磁束を通すための磁路を形成するコアと、
絶縁部材によって電気的に絶縁された状態で前記コアに機械的に接続された、当該高周波用リアクトルを所望の使用箇所に固定するためのベース部材とを備え、
前記コアは、導電性を持つ第1固定部材及び第2固定部材によって互いに隙間をあけた状態で固定された複数のコア・ブロックを含んでおり、
前記第1固定部材は、すべての前記コア・ブロックの前記ベース部材に近い側にある端部を固定すると共に、前記絶縁部材を介して前記ベース部材に機械的に接続され、前記第2固定部材は、すべての前記コア・ブロックの前記ベース部材から遠い側にある端部を固定しており、
複数の前記コア・ブロックの間の前記隙間は、冷却媒体用の通路として機能し、
前記ベース部材は、前記絶縁部材を介して前記第1固定部材に機械的に接続されていると共に、前記ベース部材と前記第1固定部材との距離は、前記ギャップの幅よりも大きく設定されていて、それによって前記コア・ブロックと前記冷却媒体との接触によって生じるコロナ放電を防止するようにしたことを特徴とする高周波用リアクトル。 A coil that generates magnetic flux when energized;
A core having a divided region divided by a plurality of gaps and forming a magnetic path for passing the magnetic flux;
A base member that is mechanically connected to the core in a state of being electrically insulated by an insulating member, and for fixing the high-frequency reactor to a desired use location;
The core includes a plurality of core blocks are fixed in a state where a gap from one another by first fixing member and the second fixing member having conductivity,
The first fixing member fixes end portions of all the core blocks on the side close to the base member, and is mechanically connected to the base member via the insulating member, and the second fixing member Is fixing the end of all the core blocks on the side far from the base member,
The gap between the plurality of core blocks functions as a passage for the cooling medium,
The base member, the conjunction is mechanically connected to the first fixing member via an insulating member, the distance between the first fixing member and the base member, the size rather is set than the width of the gap A high frequency reactor characterized by preventing corona discharge caused by contact between the core block and the cooling medium .
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