(57)【要約】【課題】交流主巻線の電流の影響を受けずにリアクタンス値を連続して増減することができ、また、制御損失を低減した電磁機器を提供する。【解決手段】交流主巻線と直流制御巻線が田の字状磁心に巻回され、前記主巻線による交流主磁束が田の字の十字状の第1の直線磁路の交点で対向して対称的に4つの閉磁路を還流し、前記制御巻線による直流制御磁束が前記十字状の第2の直線磁路を一方向に通って2つの閉磁路を還流する。直流制御磁束の還流磁路部にバイアス磁束を付与し、制御巻線の制御電流の方向により主磁束のリアクタンスを所定値から連続的に増加、又は減少させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流主巻線と直流制御巻線が巻回された対称的に四つの閉磁路で田の字状磁路を形成する磁心を有し、
前記交流主巻線は、該巻線の交流主電流により生じる主磁束が前記田の字状磁路における十字状磁路の第１の直線磁路を通り、該十字の交点で対向して対称的に四つの閉磁路を還流するように巻回され、
前記直流制御巻線は、該巻線の直流制御電流により生じる制御磁束が前記十字状磁路の第２の直線磁路を一方向に通って対称的に二つの磁路を還流するように巻回された電磁機器において、
前記制御磁束が還流する前記二つの磁路部に所定のバイアス磁束を通過させるバイアス磁束付与手段を備え、
前記直流制御巻線の直流制御電流の制御により主磁束、制御磁束及びバイアス磁束に共通の磁路の磁気抵抗を制御して、主巻線のリアクタンスを連続的に増減することを特徴とする電磁機器。
【請求項２】
前記バイアス磁束付与手段は、前記制御磁束が還流する閉磁路における前記第２の直線磁路部にバイアス磁束を通過させることを特徴とする請求項１に記載の電磁機器。
【請求項３】
前記バイアス磁束付与手段は、前記制御磁束が還流する閉磁路における前記第２の直線磁路と対向する２辺のそれぞれの還流磁路部にバイアス磁束を通過させることを特徴とする請求項１に記載の電磁機器。
【請求項４】
前記バイアス磁束付与手段は、前記制御磁束が還流する閉磁路におけるバイアス磁束が通過する磁路部の磁心と連環して閉磁路を形成する永久磁石および継鉄により構成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電磁機器。
【請求項５】
前記田の字状磁路を形成する磁心は、Ｉ形磁心に一対のＥ形磁心を対向させて構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電磁機器。
【請求項６】
前記田の字状磁路を形成する磁心は、Ｅ形カットコアを対向させた一対の三脚磁心、又はＩ形磁心とＥ形磁心で形成した一対の三脚磁心を、磁気的な隔たり形成する非磁性部を介し又は介さずに対向配置して構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電磁機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直流制御電流の制御によって、交流主巻線の励磁電流に影響されることなく、リアクタンスを連続的に増減できる高調波歪みの少ない電磁機器に関する。また、制御電力を低減した広範囲に電力系統の設備として適用できる電磁機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、先に交流電流が通電する主巻線のリアクタンスを、主巻線に通電する電流値に影響されることなく連続的に可変できる高調波歪みの少ない電磁機器（特許文献１）を提案した。
【０００３】
図１０は、本出願人が先に提案した上記電磁機器の一例を説明する接続図である。
この電磁機器は、田の字状磁心３３に交流電流が通電する第１主巻線３１ａ、第２主巻線３１ｂを巻回し、直流制御電流が通電する制御巻線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄを直列に接続した構成である。
【０００４】
主巻線の開放端に交流電源を接続し、制御巻線に直流制御電流Ｉｃを流すと、制御巻線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄにおいて、制御巻線の巻数と直流制御電流Ｉｃの積で表される起磁力が発生することで、制御磁束φｃ３１及びφｃ３２と主磁束φ３１ａ、φ３１ａ’及びφ３１ｂ、φ３１ｂ’が同方向となる共通磁路部分の磁束密度が大となって透磁率が変化し、主巻線のリアクタンスが低下する。
【０００５】
また、可変リアクトルに永久磁石を用いた従来の技術として、特許文献２に開示の過飽和リアクタ装置がある。
【０００６】
図１１は、永久磁石を配置した上記過飽和リアクタ装置の一例を説明する接続図である。
この過飽和リアクタ装置は、Ｅ型コア４３の中央脚とＩ型コア４４の間の空隙部に永久磁石４５を配置し、永久磁石の磁束によって磁路を飽和させ、制御巻線４１によって生じる磁束によって永久磁石による磁束を相殺することにより、制御電流の変化に比例して巻線４２のリアククンスを可変しようとするものである。
【特許文献１】特許３７８９３３３号公報
【特許文献２】特公４６−３７１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１に開示の電磁機器は、直流制御電流によりリアクタンスを可変することができるものの、リアクタンスの値を所定値から減少させたり、増加させる必要がある用途に適用する場合、所定値のリアクタンスを得るために所定の直流制御電流を通電した定常状態から、直流制御電流を増加乃至減少することが必要であった。
【０００８】
このような用途は、例えば図８に示すように、進相無効電力供給用のコンデンサと並列に遅相無効電力供給用のリアクトルを設置し、当該リアクトルを可変リアクトルとして進相無効電力から遅相無効電力の供給を連続的に可変制御する無効電力補償装置などに用いる場合などの例である。
【０００９】
このような用途に適用する場合は、定常時に一定の直流制御電流を流す場合、制御損失が増加すると共に、制御回路の故障時など直流制御電流が喪失した場合、不必要にリアクタンスが定常状態から変化してしまうことになり、そのような無効電力補償装置が接続された電力系統に多大な悪影響を及ぼすことになるという問題があった。
【００１０】
また、特許文献２に永久磁石を適用した装置として過飽和リアクタ装置が開示されているが、この装置は図１１に示すように、制御巻線４１により生じる制御磁束が永久磁石の磁化を減磁させるように永久磁石を通過し、また、交流主巻線４２による交流電流によって生じる交流磁束も永久磁石を通過するので、当該交流磁束によっても永久磁石の磁化を減磁または消磁することになり、可変リアクトルとしての安定した動作を行う上で、解決しなければならない技術的問題を有している。
【００１１】
すなわち、特許文献２に開示された技術を、図１１に示されているような田の字状磁心を用いる電磁機器に適用し、交流主巻線３１を巻回した磁路に永久磁石を配置しても、交流主巻線の作る主磁束が永久磁石を通過することから、永久磁石が減磁又は消磁することになり、安定した可変リアクタンスとしての動作は達成できない。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決したもので、電力系統の設備等として広範囲に適用できる制御損失を低減した電磁機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の技術手段は、交流主巻線と直流制御巻線が巻回された対称的に四つの閉磁路で田の字状磁路を形成する磁心を有し、前記交流主巻線は、該巻線の交流主電流により生じる主磁束が前記田の字状磁路における十字状磁路の第１の直線磁路を通り、該十字の交点で対向して対称的に四つの閉磁路を還流するように巻回され、前記直流制御巻線は、該巻線の直流制御電流により生じる制御磁束が前記十字状磁路の第２の直線磁路を一方向に通って対称的に二つの磁路を還流するように巻回された電磁気機器において、前記制御磁束が還流する前記二つの磁路部に所定のバイアス磁束を通過させるバイアス磁束付与手段を備え、前記直流制御巻線の直流制御電流の制御により主磁束、制御磁束及びバイアス磁束に共通の磁路の磁気抵抗を制御して、主巻線のリアクタンスを連続的に増減する電磁機器を特徴とする。
【００１４】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記バイアス磁束付与手段は、前記制御磁束が還流する閉磁路における前記第２の直線磁路部にバイアス磁束を通過させることを特徴とする。
【００１５】
第３の技術手段は、第１の技術手段において、前記バイアス磁束付与手段は、前記制御磁束が還流する閉磁路における前記第２の直線磁路と対向する２辺のそれぞれの還流磁路部にバイアス磁束を通過させることを特徴とする。
【００１６】
第４の技術手段は、第２又は第３の技術手段において、前記バイアス磁束付与手段は、前記制御磁束が還流する閉磁路におけるバイアス磁束が通過する磁路部の磁心と連環して閉磁路を形成する永久磁石および継鉄により構成されることを特徴とする。
【００１７】
第５の技術手段は、第１〜第４のいずれかに記載の技術手段において、前記田の字状磁路を形成する磁心は、Ｉ字状磁心に一対のＥ字状磁心を対向させて構成することを特徴とする。
【００１８】
第６の技術手段は、第１〜第４のいずれかに記載の技術手段において、前記田の字状磁路を形成する磁心は、Ｅ字状カットコアを対向させた一対の三脚磁心、又はＩ字状磁心とＥ字状磁心を対向させた一対の三脚磁心を、時期的な隔たり形成する非磁性部を介し又は介さずに対向配置して構成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、磁気回路の構造及び巻線の巻装構造が簡単で、タップを設けることなく、負荷電流に拘わらず高調波電流を抑制して連続的にリアクタンスを増加乃至減少する制御を行うことができる。
【００２０】
また、直流制御電流を流さない定常状態における所定のリアクタンス値からリアクタンスを連続的に増減制御するので、制御損失が低減した安定に動作可能な電磁機器を実現することができ、例えば、電力系統の設備として広範囲に適用可能であり、電力系統全体の損失軽減にも貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１０の従来の電磁機器を考察すると、主巻線に電流ＩＬ１が流れると、磁路には主巻線３１ａによる主磁束φ３１ａ及び主磁束φ３１ａ’、並びに主巻線３１ｂによる主磁束φ３１ｂ及び主磁束φ３１ｂ’がそれぞれ発生する。
【００２２】
制御巻線に直流制御電流Ｉｃを流さない場合について着目すると、発生した主磁束はそれぞれ四つの閉磁路を通過し、主巻線には巻数と鉄心の磁気抵抗に応じたリアクタンスが生ずる。
【００２３】
主巻線に電流ＩＬ１を流した状態で、制御巻線に直流制御電流Ｉｃを流すと、制御巻線３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄにおいて、制御巻線の巻数と直流制御電流Ｉｃの積で表される起磁力が発生することで、制御磁束φｃ３１及びφｃ３２と主磁束φ３１ａ、φ３１ａ’及びφ３１ｂ、φ３１ｂ’が同方向となる共通磁路部分の磁束密度が大となって透磁率が変化して磁気抵抗が増加し、主磁束が制御されリアクタンスは低下する。
すなわち、上記電磁機器は、直流制御電流によりリアクタンスを可変することができる。
【００２４】
ここで、直流制御電流と主巻線のリアクタンスに着目すると、直流制御電流を流さない状態が最もリアクタンスが大きく、直流制御電流の増加に従い、リアクタンスが低下することになる。
このため、例えばリアクタンスをＬ１からＬ２に変化させる場合（ただし、Ｌ１＞Ｌ２とする）には、直流制御電流の増加により対応が可能であるものの、リアクタンスをＬ１からＬ０に変化させる場合（ただし、Ｌ０＞Ｌ１とする）には、直流制御電流の減少により対応する必要がある。
【００２５】
すなわち、リアクタンスを増加させる場合には、あらかじめ直流制御電流を流しておき、この直流制御電流を減少させることによる対応が必要となる。
【００２６】
上記の考察に基づいて、図１に示すように、直流制御電流による制御磁束の磁路と共有するように、予め所定値のバイアス磁束を付与する。
【００２７】
制御磁束φｃ、バイアス磁束φｍ  としたとき、透磁率の変化に作用する合成作用磁束φｏｐは、
φｏｐ＝φｃ＋φｍ（ただし、φｃとφｍは同方向を正とする）
と表される。
【００２８】
なお、制御磁束φｃは、直流制御電流Ｉｃの流れる方向を変えることにより、
−φｃ０〜＋φｃ０（ただし、最大直流制御電流時の制御磁束をφｃ０とする）
の範囲で変化させることができるものとする。
【００２９】
このとき、合成作用磁束φｏｐは
φｏｐｍａｘ＝φｃ＋φｍ  から  φｏｐｍｉｎ＝−φｃ＋φｍ
の範囲で変化させることが可能となる。
【００３０】
即ち、バイアス磁束を適切な値に設定するとともに、バイアス磁束と直流制御電流による制御磁束を重畳させ、直流制御電流を制御することにより、リアクタンスの減少に加え、リアクタンスを増加させることが可能な電磁機器を構成できる。
【００３１】
図１は、本発明による電磁機器の実施例であり、田の字状磁心３において、十字状磁路における、第１の直線磁路の十字の交点で対向して対称的に四つの閉磁路を還流するように第１の交流主巻線（以下、主巻線と略す）１ａ及び第２主巻線１ｂを巻回する。主巻線１ａ及び１ｂは両主巻線から生じる磁束φ１ａ及びφ１ｂが対称な方向になるように直列に接続する。
主巻線１ａを巻回した磁路の外脚には直流制御巻線（以下、制御巻線と略す）２ａ及び２ｂを巻回し、主巻線１ｂの外脚には制御巻線２ｃ及び２ｄを巻回し、主巻線による磁束で制御巻線２ａ及び２ｂ、２ｃ及び２ｄに生じる誘起電圧が開放端子側でそれぞれ打ち消されるように全制御巻線を直列に接続し、その開放端子側に制御回路８を接続する。
制御巻線による磁束は、田の字状磁心３の十字状磁路の第２の直線磁路を一方向に通って対称的に二つの磁路を還流する。
なお、制御巻線は、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄのうち、任意の２巻線を、生じる誘起電圧がそれぞれ打ち消されるように接続した一組と、同様に接続した、残る２巻線一組を直列または並列接続とし、その開放端子側に制御回路８を接続することもできる。
【００３２】
図１の実施例では、バイアス磁束φｍ１ａは、制御磁束が還流する田の字状磁路の十字状の第二の直線磁路と対向する辺の磁路部に流れるよう付与されている。
バイアス磁束を付与する磁路の両端部に、第１永久磁石６ａ、第２永久磁石６ｂの所定の磁極を配置し、当該両永久磁石の他方の磁極をヨーク鉄心（継鉄）５ａで連繋することにより、永久磁石及びヨーク鉄心が制御磁束の還流磁路部と連環してバイアス磁束の還流磁路を形成する。
これによって、バイアス磁束が付与された磁路部は直流制御磁束φｃ１、バイアス磁束φｍ１ａ及び交流主磁束φ１の共通磁路となる。
【００３３】
バイアス磁束φｍ２ａおよびφｍ２ｂも同様に、第３永久磁石６ｃ、第４永久磁石６ｄおよびヨーク鉄心５ｂにより付与される。
【００３４】
図１において、主巻線の開放端に交流電源を接続し、図示矢印方向の電流ＩＬ１が流れていたとする。なお、電流ＩＬ１を正サイクルとした場合、負サイクルでは電流ＩＬ２が流れる。電流ＩＬ１が流れると、磁路には主巻線１ａによる主磁束φ１ａ及び主磁束φ１ａ’、並びに主巻線１ｂによる主磁束φ１ｂ及び主磁束φ１ｂ’がそれぞれ発生する。逆に、電流ＩＬ２が流れた場合についてはそれぞれ前記と逆向きの主磁束が発生する。
【００３５】
制御巻線に直流制御電流Ｉｃを流さない場合には、発生した主磁束は、それぞれ四つの閉磁路を通過し、主巻線には巻数と鉄心の磁気抵抗に応じたリアクタンスが発生する。
ここで、永久磁石による効果を考えると、永久磁石から発生したバイアス磁束φｍ１ａ及びφｍ２ａと主磁束φ１ａ、φ１ａ’及びφ１ｂ、φ１ｂ’が同方向となる共通磁路部分の磁束密度が大となって透磁率が変化して磁気抵抗が増加し、主磁束が制御されリアクタンスが低下することになる。
【００３６】
さらに、主巻線に電流ＩＬ１、ＩＬ２を流した状態で制御巻線に直流制御電流Ｉｃを流すと、制御巻線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄにおいて、制御巻線の巻数と直流制御電流Ｉｃの積で表される起磁力が発生し、制御磁束φｃ１及びφｃ２が還流する。
【００３７】
制御磁束φｃ１及びφｃ２とバイアス磁束φｍ１ａ及びφｍ２ａが同方向になるように直流制御電流Ｉｃを流すと、主磁束φ１ａ、φ１ａ’及びφ１ｂ、φ１ｂ’が同方向となる共通磁路部分の磁束密度がさらに大きくなって主磁束が制御されリアクタンスがさらに低下する。
【００３８】
一方、制御磁束φｃ１及びφｃ２とバイアス磁束φｍ１ａ及びφｍ２ａが逆方向になるように直流制御電流Ｉｃを流すと、制御磁束とバイアス磁束は打消しあって減少し、共通磁路部分の磁束密度が小さくなって主磁束が制御されリアクタンスが増加する。
【００３９】
主巻線に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２あるいは直流制御電流Ｉｃを増加させることにより共通磁路が磁気飽和状態に近づくと、主巻線１ａ及び１ｂより発生する主磁束が田の字状磁路における十字状磁路に対して対称をなす方向となるように主巻線を分割して接続しているため、増加する主磁束φ１ａ及び主磁束φ１ａ’と増加する主磁束φ１ｂ及び主磁束φ１ｂ’は互いに相殺される。一対の主巻線１ａ及び１ｂによる主磁束の増加分が閉磁路を環流しないので、互いの主巻線の起磁力を相殺することになる。
【００４０】
また、主巻線に流れる電流ＩＬ１、ＩＬ２が増加しても、共通磁路が一定の磁束密度に保たれるように、増加する主巻線１ａによる主磁束と主巻線１ｂによる主磁束は相殺されるため、直流制御電流Ｉｃを制御することにより主磁束が制御できる。永久磁石によるバイアス磁束を所定値に設定し、直流制御電流による制御磁束を制御することにより、リアクタンスを増加方向にも減少方向にも可変することができる。即ち、主巻線に流れる電流に拘わらず、制御巻線に直流制御電流を流すことでリアクタンスを増加乃至減少方向に可変することができる。
【００４１】
図示のように、直流制御磁束φｃ、交流主磁束φ１はバイアス磁束付与源の永久磁石を通過することがないので、永久磁石の磁化が減磁又は消磁されることがなく、安定した動作が実現できる。
【００４２】
図２は、本発明によるリアクタンスの制御特性例を示したもので、縦軸はリアクタンス、横軸は直流制御電流Ｉｃを表している。
直流制御電流Ｉｃがゼロの場合のリアクタンスを中心として、直流制御電流Ｉｃを増加させることによりリアクタンスを低減させることができ、直流制御電流の極性を反転させた直流制御電流Ｉｃを増加させることによりリアクタンスを増加させることができる。直流制御電流を流さない場合のリアクタンス値は、永久磁石の選定により設定できる。
【００４３】
以上のように、本発明によれば、田の字状磁心で構成される磁心部に、永久磁石とヨーク鉄心を配置することにより、磁気回路の構造及び巻線の巻装構造が簡単で、主巻線電流の影響を受けずにリアクタンスを可変でき、直流制御電流を流さない状態から、リアクタンスを増加乃至減少する制御が可能であり、電力系統に広範囲に適用可能な電磁機器を、容易、かつ低コストに実現できる。
【００４４】
図３は、田の字状磁心で構成される磁心部に対する、永久磁石とヨーク鉄心の配置構成例を示したものである。
図３（ａ）は図１と同様で、２個の永久磁石と１個のＩ型のヨーク鉄心による構成を、田の字状磁心の上部並びに下部に配置した実施例を示し、図３（ｂ）は２個の永久磁石と１個のＣ型のヨーク鉄心部による構成を、田の字状磁心の上部並びに下部に配置した実施例を示し、図３（ｃ）は１個の永久磁石と２個のＬ型のヨーク鉄心部による構成を、田の字状磁心の上部並びに下部に配置した実施例を示したものである。
要は、永久磁石とヨーク鉄心によるバアイス磁束の磁路と制御磁束の磁路が共通磁路となることが重要であり、永久磁石とヨーク鉄心の構成方法は様々な構成が可能である。
図３（ｄ）は１個の永久磁石と２個のＬ型のヨーク鉄心の実施例であるが、田の字状磁心面に対して立面方向に十字状の直線磁路に一箇所のみ配置した例である。このように、バアイス磁束の磁路は制御磁束との共通磁路であればよい。
【００４５】
なお、バイアス磁束付与手段としては、上記の永久磁石に替えて電磁石を用いることもできる。ただ、この場合、制御損失の低減は達成できないが、定常状態を設定するバイアス磁束の値を必要に応じ容易に替えることが可能となり、適用装置に対して柔軟に対応することができる。
【００４６】
図４は、田の字状磁心３を、第１のＥ形磁心４ａと第２のＥ形磁心４ｂを、Ｉ形磁心７に鉄心窓部が４個所形成されるように対称に対向させ、第１のＥ形磁心４ａとＩ形磁心７の接合面及び第２のＥ形磁心４ｂとＩ形磁心７の接合面は、磁心を構成する各々の積層鋼板を平行になるように突き合わせて構成した実施例である。
【００４７】
図５は、中央脚に主巻線１ａを、外脚に制御巻線２ａ及び２ｂを巻回した第１のＥ形カットコア１０ａと第２のＥ形カットコア１０ｂを対向させて形成した三脚磁心と、中央脚に主巻線１ｂを、外脚に制御巻線２ｃ及び２ｄを巻回した第３のＥ形カットコア１０ｃと第４のＥ形カットコア１０ｄを対向させて形成した三脚磁心により、磁路が田の字状になるように対向させて構成した実施例である。
【００４８】
本構成によれば、高磁束密度鋼板を適用したＥ形カットコアが使用できることから、コアの設計磁束密度を高くすることができ、機器のコンパクト化が図れるとともに、低コストの電磁機器を実現することができる。
【００４９】
図６は、中央脚に主巻線１ａを、外脚に制御巻線２ａ及び２ｂを巻回した第１のＥ形磁心４ａと第１のＩ形磁心７ａで形成した三脚磁心と、中央脚に主巻線１ｂを、外脚に制御巻線２ｃ及び２ｄを巻回した第２のＥ形磁心４ｂと第２のＩ形磁心７ｂで形成した三脚磁心を、磁路が田の字状になるように、磁気的な隔たりを形成する非磁性部９を介して対向させて構成した実施例である。
なお、このタイプの磁心は、図５に示したＥ形カットコアを対向させて形成した一対の三脚磁心を磁路が田の字状になるように第３のＥ形カットコア１０ｃと第４のＥ形カットコア１０ｄを磁気的な隔たりを形成する非磁性部９を介して対向させて構成することもできる。
また、図５に示したタイプの磁心を、図６に示したＥ形磁心とＩ形磁心で形成した一対の三脚磁心を対向させて構成することもできる。
【００５０】
本構成によれば、主巻線１ａ及び制御巻線２ａ、２ｂを巻き回したＥ形磁心４ａ及びＩ形磁心７ａで構成される磁心部と、主巻線１ｂ及び制御巻線２ｃ、２ｄを巻き回したＥ形磁心４ｂ及びＩ形磁心７ｂで構成される磁心部を、それぞれ別個に製作することが可能となり、磁気回路の構造及び巻線の巻装構造が簡単な電磁機器の製作を、容易に、かつ低コストに実現できる。
【００５１】
図７は、田の字状磁心に巻回した第１主巻線１ａ及び第２主巻線１ｂ以外の十字状磁路に、制御巻線２ａ及び２ｂを巻回して構成した実施例である。
本構成によれば、制御巻線の個数を半減させた低コストの電磁機器を実現できる。
【００５２】
図８は、本発明の電磁機器を無効電力補償装置へ適用した実施例を示した図で、図８において、電磁機器１３と電力用コンデンサ１４を並列接続し、送電線路に並列に挿入し、電磁機器１３を制御回路８により制御して、系統に生じる遅相から進相の無効電力を連続的に補償するようにしたものである。
【００５３】
図９は、本発明の電磁機器を多機能変圧器へ適用した実施例を説明するための図である。
図１で示した本発明の電磁機器において、主巻線を一次巻線１１ａ、１１ｂとし、さらに一次巻線１１ａ、１１ｂを巻回した脚それぞれに、二次巻線１２ａ、１２ｂを巻回して一次巻線と同様に接続して構成した多機能変圧器である。
【００５４】
図９において、一次巻線に交流電源を接続し二次巻線には負荷を接続し、二次巻線に図示矢印方向の二次電流ＩＬ２が流れたとする。直流制御電流を流さず、永久磁石が無い場合には、一次巻線１１ａ及び１１ｂには、上記二次電流で発生した磁束を打ち消すように一次電流ＩＬ１が流れ、全体として変圧器動作を示す。
【００５５】
ここでバイアス磁束を付加すると、永久磁石によるバイアス磁束φｍ１ａ及びφｍ１ｂにより透磁率が変化し、主磁束が制御される。一次巻線１１ａによる主磁束φ１ａ及びφ１ａ’と一次巻線１１ｂによる主磁束φ１ｂ及びφ１ｂ’はそれぞれが互いに逆向きの磁束であるため相殺され、その結果、一次巻線と鎖交する主磁束が減少する。
【００５６】
このため、一次巻線にはバイアス磁束による主磁束の減少に応じて、一次巻線の端子間電圧を維持するために必要な主磁束を発生させるよう、端子間電圧に対し、遅れ位相である励磁電流が増加する。
【００５７】
ここで、制御巻線に直流制御電流Ｉｃを流すと、バイアス磁束と制御磁束の作用により透磁率が変化し、主磁束が制御される。
制御磁束φｃ１及びφｃ２とバイアス磁束φｍ１ａ及びφｍ２ａが同方向になるように直流制御電流Ｉｃを流すと、主磁束φ１ａ、φ１ａ’及びφ１ｂ、φ１ｂ’が同方向となる共通磁路部分の磁束密度がさらに大きくなって主磁束が制御され、一次巻線と鎖交する主磁束がさらに減少する。
【００５８】
一方、制御磁束φｃ１及びφｃ２とバイアス磁束φｍ１ａ及びφｍ２ａが逆方向になるように直流制御電流Ｉｃを流すと、制御磁束とバイアス磁束は打消しあって減少し、共通磁路部分の磁束密度が小さくなって主磁束が制御され、一次巻線と鎖交する主磁束が増加する。
【００５９】
すなわち、一次巻線には直流制御電流の制御により、遅れ位相の励磁電流を増減させることができる。遅れ位相の電流は無効電力を発生することから、変圧器としての機能に加えて、直流制御電流を調整することで無効電力の増加乃至減少調整が可能な多機能変圧器を実現することができる。
なお、多機能変圧器を請求項１の電磁機器に適用して説明したが、本発明で記載した他の電磁機器についても適用可能なことは明らかである。
また、一次巻線と二次巻線が独立した絶縁変圧器による多機能変圧器について例示したが、単巻変圧器においても同様の機能が実現できることは明らかである。
【００６０】
なお、上記の他、この発明の要旨を逸しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明による電磁機器の実施例を示す接続図である。
【図２】電磁機器の制御特性例を示す図である。
【図３】本発明の電磁機器におけるバイアス磁束付与手段の構成例を示す図である。
【図４】本発明の電磁機器における磁心の実施例を示す図である。
【図５】本発明の電磁機器における磁心の他の実施例を示すである。
【図６】本発明の電磁機器における磁心の他の実施例を示す図である。
【図７】本発明の電磁機器における磁心の他の実施例を示す図である。
【図８】本発明による電磁機器の適用例を示す接続図である。
【図９】本発明による電磁機器の他の適用例を示す接続図である。
【図１０】本出願人が先に提案した電磁機器の一例を示す接続図である。
【図１１】従来技術の一例を示す接続図である。
【符号の説明】
【００６２】
１（１ａ，１ｂ）…主巻線、２（２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ）…制御巻線、３…田の字状磁心、４（４ａ，４ｂ）…Ｅ型磁心、５（５ａ，５ｂ）…ヨーク鉄心（継鉄）、６（６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ）…永久磁石、７（７ａ，７ｂ）…Ｉ型磁心、８…制御回路、９…非磁性部、１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）…Ｅ型カットコア、１１（１１ａ，１１ｂ）…一次巻線、１２（１２ａ，１２ｂ）…二次巻線、１３…電磁機器、１４…コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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