JP7015657B2

JP7015657B2 - 直流給電用限流コイル

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Publication number: JP7015657B2
Application number: JP2017170829A
Authority: JP
Inventors: 正二羽田
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2022-02-03
Anticipated expiration: 2037-09-06
Also published as: JP2019047048A

Description

本発明は、直流給電において使用される直流給電用限流コイルに関する。

データセンタ等でサーバに高電圧直流を給電するシステムが知られている。また、スマートグリッドへの適用を目指して、３８０Ｖ程度の高電圧直流（ＨＶＤＣ：ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）送電の研究開発が進められている。

このような高電圧直流の給電線に短絡事故等が発生すると、過大電流が流れるおそれがある。この過大電流は、給電線の途中にコイルを挿入することにより、抑制することができる。電圧が急激に変化するとき、コイルのインダクタンスが電流の急激な変化を抑制する。

短絡事故等により大きな電圧が印加されると、磁束が徐々に増加し、それに伴って電流が増加する。例えば、遮断器は電流値が所定の値に達したときに電流を遮断する。一方、コイルは磁気飽和すると、インダクタンスが非常に小さくなり、膨大な電流が瞬時に流れる。遮断器により電流が遮断される前にコイルが磁気飽和すると、過大電流が流れて遮断器や給電線に接続された機器等が損傷を受けるおそれがある。

本発明の目的は、大きな電圧が印加されたとき、磁気飽和するまでに磁束の変化できる幅が大きい直流給電用限流コイルを提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の直流給電用限流コイルは、
直流給電において使用される直流給電用限流コイルであって、
磁束を通しやすい材料で作られたコアと、
前記コアにおいて異なる位置に巻回され、差動接続の向きに接続された２つのコイルと、
前記コアに巻回され、前記２つのコイルの間に相互誘導が生じることを妨げる短絡コイルと、
を備え、
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部とを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されており、
前記短絡コイルは、前記コアにおいて前記第１の脚部と前記第２の脚部の間に配置され、かつ前記２つのコイルからそれぞれ生じる磁束の大きさに差がある位置に配置されることを特徴とする。

好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記コアが、前記第１のヨークの中間部分と前記第２のヨークの中間部分を連結する第４の脚部を有し、
前記短絡コイルが、前記第１のヨークと前記第２のヨークの少なくとも一方において前記第２の脚部と前記第４の脚部の間に配置され、かつ前記第１のヨークと前記第２のヨークのいずれにおいても前記第１の脚部と前記第４の脚部の間には配置されていないことを特徴とする。

好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記コアが、前記第１のヨークの他方の端部から延長された第１の拡張ヨークと、前記第２のヨークの他方の端部から延長された第２の拡張ヨークと、当該第１の拡張ヨークにおける前記第１のヨークと反対側の端部と当該第２の拡張ヨークにおける前記第２のヨークと反対側の端部とを連結する第３の脚部を有することを特徴とする。

本発明によれば、大きな電圧が印加されたとき、磁気飽和するまでに磁束の変化できる幅を大きくすることができる。

単一のコイルがコアに巻回された限流コイルに直流電流が流れている状態の一例を示す図である。図１の限流コイルに大きな電圧が印加された状態の一例を示す図である。図１のコアにおける磁気ヒステリシスの一例を示す図である。２つのコイルが差動接続された限流コイルの一例を示す図である。図４の限流コイルに直流電流が流れている状態の一例を示す図である。図４の限流コイルに大きな電圧が印加された状態の一例を示す図である。図５のコアにおける磁気ヒステリシスの一例を示す図である。本発明の実施形態に係る限流コイルの一例を示す図である。図８の限流コイルに直流電流が流れている状態の一例を示す図である。図８の限流コイルに大きな電圧が印加された状態の一例を示す図である。図４の限流コイルと図８の限流コイルに流れる電流の時間変化の一例を示す図である。逆起電力抑止用ダイオードが付加された本発明の実施形態に係る直流給電用限流コイルの一例を示す図である。矩形状のコアを有する図１２の限流コイルの構成の一例を示す図である。矩形部の隣に磁束の経路が付加されたコアを有する図１２の限流コイルの構成の一例を示す図である。矩形部の中間に磁束の経路が付加されたコアを有する図１２の限流コイルの構成の一例を示す図である。矩形部の中間および矩形部の隣に磁束の経路が付加されたコアを有する図１２の限流コイルの構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る直流給電用限流コイル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。

図１は、コア２０に単一のコイル１０が巻かれた限流コイル１００に直流電流Ｉが流れている状態の一例を示す。図２は、図１の限流コイル１００に大きな電圧が印加された状態の一例を示す。
限流コイル１００は、コイル１０と、コア２０とを有する。コイル１０はコア２０に巻かれている。コイル１０は、巻き始めと巻き終わりがそれぞれ端子Ｔ１と端子Ｔ２に接続されている。コア２０は、鉄のような磁束を通しやすい材料で作られている。ただし、コア２０は、磁束を通しやすい材料であれば、鉄以外の材料で作られていてもよい。

限流コイル１００は、直流の給電線の途中に挿入される。通常（すなわち、短絡事故等が起こっていないとき）、コイル１０は単なる配線とみなせ、コイル１０には略一定の直流電流Ｉが流れる。このとき、図１に示すように、この直流電流Ｉによりコア２０の内部には略一定の磁束Φ１が生じる。
短絡事故等が起こり、図２に示すように、端子Ｔ１と端子Ｔ２をそれぞれ正側と負側として急に大きな電圧が印加されると、端子Ｔ１から端子Ｔ２に向けてコイル１０に電流ｉが流れる。電流ｉによって、コア２０の内部に磁束Φ２が生じる。急に大きな電圧が印加された後、コイル１０のインダクタンスのために電流ｉは徐々に増加し、それに伴い磁束Φ２は徐々に増加する。
このように、大きな電圧が印加されたとき、コア２０内の磁束はΦ１＋Φ２となり、Φ１から徐々に増加する。このため、限流コイル１００は磁気飽和するまでに磁束の変化可能な幅が小さい。従って、電流ｉが増加すると、コア２０は磁気飽和しやすい。コア２０が磁気飽和すると、電流ｉは瞬時に増加する。

しかも、図３に示すように通常コア２０には磁気ヒステリシスがある。図３において、Ｈはコイル１０に電流が流れることによって生じる磁界である。また、Ｂはそのときコア２０に生じる磁束密度である。最初に限流コイル１００が使用されるとき、コア２０には残留磁化がない。このとき、コイル１０に直流電流Ｉが流れると、磁束密度Ｂは図３のａ点となる。そして、急に大きな電圧が印加され、コイル１０に電流ｉが流れるとき、磁束密度Ｂはａ点からｂ点まで増加することができる。
磁気飽和する直前まで電流ｉが増加した後、電流が遮断されてコイル１０に流れる電流が０になっても、残留磁化のために磁束密度Ｂはｃ点までしか減少しない。そして、再度コイル１０に直流電流Ｉが流れると、磁束密度Ｂはｄ点となる。この状態で急に大きな電圧が印加され、コイル１０に電流ｉが流れるとき、磁束密度Ｂはｄ点からｂ点までしか増加しない。
この理由からも限流コイル１００はコア２０が磁気飽和するまでに磁束の変化可能な幅が小さい。

図４は、コイル１１とコイル１２が差動接続された限流コイル２００の一例を示す。図５は、図４の限流コイル２００に直流電流が流れている状態の一例を示す。図６は、図４の限流コイル２００に大きな電圧が印加された状態の一例を示す。
限流コイル２００は、コイル１１と、コイル１２と、コア２０とを有する。コイル１１とコイル１２は、差動接続されている。コイル１１は、巻き始めが端子Ｔ１に接続されている。コイル１２は、巻き始めが端子Ｔ２に接続されている。コイル１１とコイル１２の巻き終わりは接続されている。
コイル１１とコイル１２の自己インダクタンスをそれぞれＬ１１とＬ１２、相互インダクタンスをＭとすると、限流コイル２００の合成インダクタンスはＬ１１＋Ｌ１２－２Ｍとなる。

コイル１１とコイル１２は、コア２０に巻かれている。限流コイル２００は、直流の給電線の途中に挿入される。図５に示すように、通常（すなわち、短絡事故等が起こっていないとき）、コイル１１とコイル１２は単なる配線とみなせ、コイル１１とコイル１２には略一定の直流電流Ｉが流れる。直流電流Ｉによって、コア２０の内部に、コイル１１による磁束Φ１１とコイル１２による磁束Φ１２とが生じる。磁束Φ１１と磁束Φ１２は、逆向きであり、互いに打ち消し合う。コア２０の内部の磁束は小さく、略０とみなせる場合もある。

短絡事故等が起こり、例えば、図６に示すように、端子Ｔ１と端子Ｔ２をそれぞれ正側と負側として急に大きな電圧が印加されると、電流ｉが流れる。電流ｉによって、コア２０の内部にコイル１１による磁束Φ２１とコイル１２による磁束Φ２２とが生じる。磁束Φ２１と磁束Φ２２も、逆向きであり、互いに打ち消し合う。コア２０内の磁束は小さい。合成インダクタンス（Ｌ１１＋Ｌ１２－２Ｍ）が小さいため、限流コイル２００は、電流ｉが急速に増加し、それに伴い磁束Φ２１と磁束Φ２２が急速に増加する。

このとき、コイル１１には漏れ磁束Φ_Ｌ１１が生じ、コイル１２には漏れ磁束Φ_Ｌ１２が生じる。漏れ磁束Φ_Ｌ１１と漏れ磁束Φ_Ｌ１２は、例えば空気中を通る。漏れ磁束Φ_Ｌ１１と漏れ磁束Φ_Ｌ１２により、コイル１１とコイル１２にそれぞれ漏れインダクタンスが生じる。時間が経過するとともに電流ｉが増加し、漏れ磁束Φ_Ｌ１１と漏れ磁束Φ_Ｌ１２が増加する。それに起因してコア２０における磁束の状態が変化し、電流ｉの増加率が減少し、電流ｉの増加は抑制される。

限流コイル２００では、コア２０の磁束密度Ｂは図７に示すように変化する。図７において、Ｈはコイル１１とコイル１２に電流が流れることによってコア２０に生じる磁界である。また、Ｂはそのときコア２０に生じる磁束密度である。コイル１１とコイル１２に直流電流Ｉが流れるとき、コア２０の磁束密度Ｂは略０とみなせる。そして、急に大きな電圧が印加され、コイル１０とコイル１２に電流ｉが流れるとき、磁束密度Ｂは略０からｂ点まで増加することができる。
磁気飽和する直前まで電流ｉが増加した後、電流が遮断されてコイル１１とコイル１２に流れる電流が０になると、コア２０には残留磁化が生じる。しかし、再度コイル１０に直流電流Ｉが流れると、磁束密度Ｂは略０となる。この状態で急に大きな電圧が印加され、コイル１１とコイル１２に電流ｉが流れるとき、磁束密度Ｂは略０からｂ点まで増加することができる。
このため。限流コイル２００はコア２０が磁気飽和するまでに磁束の変化可能な幅が大きい。

図８は、本発明の実施形態に係る限流コイル１の一例を示す。図９は、図８の限流コイル１に直流電流Ｉが流れている状態の一例を示す。図１０は、図８の限流コイル１に大きな電圧が印加された状態の一例を示す。
限流コイル１は、コイル１１と、コイル１２と、コア２０と、短絡リング３０とを有する。
限流コイル１のコイル１１とコイル１２は、限流コイル２００と同様に、差動接続の向きに接続される。そして、コイル１１とコイル１２は、コア２０において異なる位置に巻回される。コイル１１は、巻き始めが端子Ｔ１に接続される。コイル１２は、巻き始めが端子Ｔ２に接続される。コイル１１とコイル１２の巻き終わりは接続される。

短絡リング３０は、コア２０においてコイル１１とコイル１２から生じる磁束の大きさに差がある位置に巻回（配置）される。短絡リング３０は、その位置における磁束の変動を妨げ、コイル１１とコイル１２の間に相互誘導が生じることを妨げる。このため、コイル１１とコイル１２には相互インダクタンスが生じない。コイル１１とコイル１２の自己インダクタンスをそれぞれＬ２１とＬ２２とすると、限流コイル１の合成インダクタンスはＬ２１＋Ｌ２２とみなせる。
なお、複数回巻かれた巻線を有し、その巻線の巻き始めと巻き終わりが短絡されているものを短絡コイルという。また、配線がリング状になっているものを短絡リングという。本発明において、短絡リングと短絡コイルのいずれを用いても作用と効果は同一である。そこで、本発明では、短絡リングは短絡コイルに含まれるものとする。

図９と図１０に示すように、コイル１１とコイル１２はコア２０の異なる位置に巻回される。短絡リング３０として、短絡リング３０Ａと短絡リング３０Ｂのいずれか一方または両方がコア２０に巻回される。図９と図１０の例では、短絡リング３０Ａと短絡リング３０Ｂはコイル１２の近傍に配置されている。この位置では、コイル１２の生じる磁束がコイル１１の生じる磁束よりも大きい。
短絡リング３０Ａと短絡リング３０Ｂは、渦電流を生じてそれらの配置された位置における磁束の変動を妨げる。

限流コイル１は、直流の給電線の途中に挿入される。通常（すなわち、短絡事故等が起こっていないとき）、限流コイル２００と同様に、コイル１１とコイル１２は単なる配線とみなせる。図９に示すように、このとき、コイル１１とコイル１２には略一定の直流電流Ｉが流れる。直流電流Ｉによって、コア２０の内部に、コイル１１による磁束Φ１１とコイル１２による磁束Φ１２が生じる。磁束Φ１１と磁束Φ１２は、逆向きであり、互いに打ち消し合う。このため、コア２０の内部の磁束は小さくなり、略０となる場合もある。

短絡事故等が起こり、例えば、図１０に示すように、端子Ｔ１と端子Ｔ２をそれぞれ正側と負側として急に大きな電圧が印加されると、電流ｉが流れる。このとき、コイル１１とコイル１２には相互インダクタンスが生じない。
そして、電流ｉによって、コイル１１には漏れ磁束Φ_Ｌ２１が生じ、コイル１２には漏れ磁束Φ_Ｌ２２が生じる。時間が経過するとともに電流ｉが増加し、漏れ磁束Φ_Ｌ２１と漏れ磁束Φ_Ｌ２２は増加する。漏れ磁束Φ_Ｌ２１に対応するコイル１１の自己インダクタンスをＬ２１とし、漏れ磁束Φ_Ｌ２２に対応するコイル１２の自己インダクタンスをＬ２２とすると、限流コイル１の合成インダクタンスはＬ２１＋Ｌ２２となる。電圧が急激に変化するとき、このインダクタンス（Ｌ２１＋Ｌ２２）は電流ｉの急激な変化を抑制する。このため、図１１に示すように、限流コイル１は、限流コイル２００と比べて、電流ｉの増加率が小さく、電流を限流する性能が勝っている。

その上、限流コイル１は、限流コイル２００と同様に、直流電流Ｉが流れているとき、コア２０の内部の磁束は小さく、略０である。短絡事故等が起こり、急に大きな電圧が印加されると、コア２０の内部の磁束は、小さな磁束から増加し始める。このため、限流コイル１は、限流コイル２００と同様に、コア２０が磁気飽和するまでに磁束の変化可能な幅が限流コイル１００に比べて大きい。このため、限流コイル１は、限流コイル１００と比べて、コア２０が磁気飽和する前に十分に大きな電流ｉを流すことができる。

一般的に限流コイルは遮断器とともに高電圧直流の給電線に設置される。短絡事故等が発生すると、遮断器により電流が遮断される。このとき、限流コイルに逆起電力が生じる。図１２は、逆起電力抑止用ダイオードＤｒが付加された本発明の実施形態に係る直流給電用限流コイル１’の一例を示す。
限流コイル１’は、限流コイル１に逆起電力抑止用ダイオードＤｒが付加されたものである。逆起電力抑止用ダイオードＤｒは、アノードが端子Ｔ２側に接続され、カソードが端子Ｔ１側に接続される。
端子Ｔ１から端子Ｔ２に向けて流れていた電流が遮断されると、図１２に示すように、コイル１１とコイル１２に逆起電力が生じる。図１２においてコイル１１とコイル１２の両端に付した＋と－の符号は逆起電力の向きを示す。
コイル１１とコイル１２の逆起電力により流れる電流ｉｒは、コイル１１とコイル１２と逆起電力抑止用ダイオードＤｒによって形成されるループを流れる。

以下に、限流コイル１’の具体的な構成例について説明する。
図１３は、矩形状のコア２１を有する限流コイル１Ａの構成の一例を示す。
限流コイル１Ａは、コイル１１と、コイル１２と、コア２１と、短絡リング３０Ａと、短絡リング３０Ｂと、逆起電力抑止用ダイオードＤｒとを有する。
コア２１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。ヨークＹ２は、中間にギャップ（隙間）ＡＧ１を有する。ヨークＹ１とヨークＹ２と脚部Ｐ１と脚部Ｐ２とは矩形部を形成する。なお、ヨークＹ２は、中間にギャップ（隙間）ＡＧ１が無くてもよい。また、ヨークＹ１が中間にギャップ（隙間）を有していてもよい。

限流コイル１Ａにおけるコイル１１の巻線は、脚部Ｐ１に左回りに巻回されている。コイル１２の巻線は、脚部Ｐ２に右回りに巻回されている。コイル１１のヨークＹ１側の端部とコイル１２のヨークＹ１側の端部（コイル１１の巻き初めとコイル１２の巻き初め）にそれぞれ端子Ｔ１と端子Ｔ２が設けられる。コイル１１のヨークＹ２側の端部とコイル１２のヨークＹ２側の端部（コイル１１の巻き終わりとコイル１２の巻き終わり）は接続される。
短絡リング３０Ａは、ヨークＹ１においてコイル１２の近傍に配置されており、ヨークＹ１がその中心の孔を通っている。また、短絡リング３０Ｂは、ヨークＹ２においてコイル１２の近傍に配置されており、ヨーク２がその中心の孔を通っている。
なお、短絡リング３０Ａと短絡リング３０Ｂは、いずれか一方のみでもよい。

限流コイル１Ａでは、漏れ磁束Φ_Ｌ２１と漏れ磁束Φ_Ｌ２２は空気中を通るが、漏れ磁束Φ_Ｌ２１は漏れ磁束Φ_Ｌ２２よりも大きい。このため、コイル１１のインダクタンスＬ２１が大きくなるため、限流コイル１Ａのインダクタンス（Ｌ２１＋Ｌ２２）は大きくなる。そして、急に大きな電圧が印加されたとき、コイル１１の漏れ磁束Φ_Ｌ２１とコイル１２の漏れ磁束Φ_Ｌ２２は小さな磁束から増加し始める。このため、急に大きな電圧が印加されたとき、限流コイル１Ａは、電流ｉの増加を抑制しつつ、コア２１が磁気飽和する前に大きな電流ｉを流すことができる。

図１４は、矩形部の隣に磁束の経路が付加されたコア２２を有する限流コイル１Ｂの構成の一例を示す。
限流コイル１Ｂは、コイル１１と、コイル１２と、コア２２と、短絡リング３０Ａと、短絡リング３０Ｂと、逆起電力抑止用ダイオードＤｒとを有する。
限流コイル１Ｂにおけるコイル１１とコイル１２と短絡リング３０Ａと短絡リング３０Ｂと逆起電力抑止用ダイオードＤｒは、図１３の限流コイル１Ａのものと同一である。
限流コイル１Ｂは、コア２２の構成が図１３のコア２１と異なる。コア２２は、コア２１に、拡張ヨークＹ３と、拡張ヨークＹ４と、脚部Ｐ３とが付加されたものである。すなわち、コア２２は、ヨークＹ１と、ヨークＹ２と、拡張ヨークＹ３と、拡張ヨークＹ４と、脚部Ｐ１と、脚部Ｐ２と、脚部Ｐ３とを有する。
拡張ヨークＹ３は、ヨークＹ１の右の端部から延びる。拡張ヨークＹ４は、ヨークＹ２の右の端部から延びる。脚部Ｐ３は、拡張ヨークＹ３の右の端部（拡張ヨークＹ３におけるヨークＹ１と反対側の端部）と拡張ヨークＹ４の右の端部（拡張ヨークＹ４におけるヨークＹ２と反対側の端部）を連結する。脚部Ｐ３は中間にギャップ（隙間）ＡＧ２を有する。

脚部Ｐ３は、漏れ磁束Φ_Ｌ２２の経路となる。限流コイル１Ｂでは、漏れ磁束Φ_Ｌ２２が、脚部Ｐ２と拡張ヨークＹ３と脚部Ｐ３と拡張ヨークＹ４を通る。このため、限流コイル１Ｂにおけるコイル１２のインダクタンスＬ２２が限流コイル１Ａにおけるコイル１２のものより大きくなり、限流コイル１Ｂのインダクタンス（Ｌ２１＋Ｌ２２）は限流コイル１Ａのものに比べて大きくなる。そして、急に大きな電圧が印加されたとき、コイル１１の漏れ磁束Φ_Ｌ２１は小さな磁束から増加し始める。このため、急に大きな電圧が印加されたとき、限流コイル１Ｂは、限流コイル１Ａより電流ｉの急激な増加を更に抑制することができる。

図１５は、矩形部の中間に磁束の経路が付加されたコア２３を有する限流コイル１Ｃの構成の一例を示す。
限流コイル１Ｃは、コイル１１と、コイル１２と、コア２３と、短絡リング３０Ａと、短絡リング３０Ｂと、逆起電力抑止用ダイオードＤｒとを有する。
限流コイル１Ｃにおけるコイル１１とコイル１２と短絡リング３０Ａと短絡リング３０Ｂと逆起電力抑止用ダイオードＤｒは、図１３の限流コイル１Ａのものと同一である。
限流コイル１Ｃは、コア２３の構成が図１３のコア２１と異なる。コア２３は、コア２１に、脚部Ｐ４が付加されたものである。すなわち、コア２３は、ヨークＹ１と、ヨークＹ２と、脚部Ｐ１と、脚部Ｐ２と、脚部Ｐ４とを有する。
脚部Ｐ４は、ヨークＹ１の中間部分とヨークＹ２の中間部分を連結する。脚部Ｐ４は、中間にギャップ（隙間）ＡＧ３を有する。

短絡リング３０Ａは、ヨークＹ１において脚部Ｐ２と脚部Ｐ４の間に配置されており、ヨークＹ１がその中心の孔を通っている。また、短絡リング３０Ｂは、ヨークＹ２において脚部Ｐ２と脚部Ｐ４の間に配置されており、ヨークＹ２がその中心の孔を通っている。
なお、短絡リング３０Ａと短絡リング３０Ｂは、いずれか一方のみでもよい。

脚部Ｐ４は、漏れ磁束Φ_Ｌ２１の経路となる。限流コイル１Ｃでは、漏れ磁束Φ_Ｌ２１が、脚部Ｐ１とヨークＹ１と脚部Ｐ４とヨークＹ２を通る。このため、限流コイル１Ｃにおけるコイル１１のインダクタンスＬ２１が限流コイル１Ａのコイル１１のものよりも大きくなり、限流コイル１Ｃのインダクタンス（Ｌ２１＋Ｌ２２）は限流コイル１Ａのものより大きくなる。そして、急に大きな電圧が印加されたとき、コイル１１の漏れ磁束Φ_Ｌ２１とコイル１２の漏れ磁束Φ_Ｌ２２は小さな磁束から増加し始める。このため、急に大きな電圧が印加されたとき、限流コイル１Ｂは、電流ｉの急激な増加を抑制しつつ、コア２３が磁気飽和する前に大きな電流ｉを流すことができる。

図１６は、矩形部の中間および矩形部の隣に磁束の経路が付加されたコア２４を有する限流コイル１Ｄの構成の一例を示す。
限流コイル１Ｄは、コイル１１と、コイル１２と、コア２４と、短絡リング３０Ａと、短絡リング３０Ｂと、逆起電力抑止用ダイオードＤｒとを有する。限流コイル１Ｄにおけるコイル１１とコイル１２と短絡リング３０Ａと短絡リング３０Ｂと逆起電力抑止用ダイオードＤｒは、図１５の限流コイル１Ｃのものと同一である。
限流コイル１Ｄは、コア２４の構成が図１５のコア２３と異なる。コア２４は、コア２３に、拡張ヨークＹ３と、拡張ヨークＹ４と、脚部Ｐ３とが付加されたものである。すなわち、コア２４は、ヨークＹ１と、ヨークＹ２と、拡張ヨークＹ３と、拡張ヨークＹ４と、脚部Ｐ１と、脚部Ｐ２と、脚部Ｐ３と、脚部Ｐ４とを有する。
拡張ヨークＹ３は、ヨークＹ１の右の端部から延びる。拡張ヨークＹ４は、ヨークＹ１の右の端部から延びる。脚部Ｐ３は、拡張ヨークＹ３の右の端部（拡張ヨークＹ３におけるヨークＹ１と反対側の端部）と拡張ヨークＹ４の右の端部（拡張ヨークＹ４におけるヨークＹ２と反対側の端部）を連結する。脚部Ｐ３は中間にギャップＡＧ２を有する。

脚部Ｐ３は、漏れ磁束Φ_Ｌ２２の経路となる。限流コイル１Ｄでは、漏れ磁束Φ_Ｌ２２が、脚部Ｐ２と拡張ヨークＹ３と脚部Ｐ３と拡張ヨークＹ４を通る。このため、限流コイル１Ｄにおけるコイル１２のインダクタンスＬ２２が限流コイル１Ｃにおけるコイル１２のものより大きくなり、限流コイル１Ｄのインダクタンス（Ｌ２１＋Ｌ２２）は限流コイル１Ｃのものに比べて大きくなる。そして、急に大きな電圧が印加されたとき、コイル１１の漏れ磁束Φ_Ｌ２１は小さな磁束から増加し始める。このため、急に大きな電圧が印加されたとき、限流コイル１Ｄは、限流コイル１Ｃより電流ｉの急激な増加を更に抑制することができる。

なお、図１３～図１６に示したコア２１～コア２４の構成は、例示であって限定するものではない。コア２０として、これら以外にも様々な構成のコアを用いることができる。

以上説明したように、本発明によれば、大きな電圧が印加されたとき、磁気飽和するまでに磁束の変化できる幅を大きくすることができる。
このため、本発明の直流給電用限流コイルを直流の給電線の途中に挿入することにより、時間が経過してもコアが磁気飽和しにくくなる。その結果、過大電流が突発的に生じにくくなる。そして、本発明の直流給電用限流コイルを遮断器やヒューズと共に用いることにより、遮断器やヒューズにより電流が遮断される前に過大電流が流れて遮断器や給電線に接続された機器等が損傷を受ける可能性を少なくすることができる。

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。

１，１’，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１００，２００…限流コイル、１０，１１，１２…コイル、２０，２１，２２，２３，２４…コア、３０，３０Ａ，３０Ｂ…短絡リング（短絡コイル）、Ｙ１，Ｙ２…ヨーク、Ｙ３，Ｙ４…拡張ヨーク、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…脚部、ＡＧ１，ＡＧ２，ＡＧ３…ギャップ（隙間）、Ｄｒ…逆起電力抑止用ダイオード

Claims

直流給電において使用される直流給電用限流コイルであって、
磁束を通しやすい材料で作られたコアと、
前記コアにおいて異なる位置に巻回され、差動接続の向きに接続された２つのコイルと、
前記コアに巻回され、前記２つのコイルの間に相互誘導が生じることを妨げる短絡コイルと、を備え、
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部とを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されており、
前記短絡コイルは、前記コアにおいて前記第１の脚部と前記第２の脚部の間に配置され、かつ前記２つのコイルからそれぞれ生じる磁束の大きさに差がある位置に配置されることを特徴とする直流給電用限流コイル。
前記コアが、前記第１のヨークの中間部分と前記第２のヨークの中間部分を連結する第４の脚部を有し、
前記短絡コイルが、前記第１のヨークと前記第２のヨークの少なくとも一方において前記第２の脚部と前記第４の脚部の間に配置され、かつ前記第１のヨークと前記第２のヨークのいずれにおいても前記第１の脚部と前記第４の脚部の間には配置されていないことを特徴とする請求項１に記載の直流給電用限流コイル。
前記コアが、前記第１のヨークの他方の端部から延長された第１の拡張ヨークと、前記第２のヨークの他方の端部から延長された第２の拡張ヨークと、当該第１の拡張ヨークにおける前記第１のヨークと反対側の端部と当該第２の拡張ヨークにおける前記第２のヨークと反対側の端部とを連結する第３の脚部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の直流給電用限流コイル。