(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイル（３１）と、略環状の磁性体（３３）とを備え、前記コイル（３１）の軸方向と前記磁性体（３３）の軸方向とが直交するようにして、前記磁性体（３３）の中空部（３３ａ）に前記コイル（３１）が配設されている、直流用の半空心リアクトルであって、
前記磁性体（３３）の軸方向長さ（Ｌ）が、前記コイル（３１）の中空部（３１ａ）の径（Ｒ）よりも小とされ、前記コイル（３１）の中空部（３１ａ）と、前記磁性体（３３）の内周面とを対向させるようにして、前記磁性体（３３）の中空部（３３ａ）に前記コイル（３１）が配設されており、
コイル（３１）の内径側の端部からリード線（３２）が延出されており、このリード線（３２）の全体が、平面視、コイル（３１）の外径側の端部よりも内径側に位置し、且つ磁性体（３３）の軸方向端部の外側に位置していることを特徴とする半空心リアクトル。
【請求項２】
前記リード線（３２）がコイル（３１）の内径側の端部からコイル（３１）の軸方向に沿ってまっすぐに延出されている請求項１記載の半空心リアクトル。
【請求項３】
前記磁性体（３３）によって形成された磁路の一部に単数又は複数のギャップを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の半空心リアクトル。
【請求項４】
前記磁性体（３３）が、０．２〜０．５ｍｍの珪素鋼を厚み方向に重ねることで形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の半空心リアクトル。
【請求項５】
定格通電時で１．１ｍＨ、短絡電流通電時で０．５ｍＨのインダクタンスを確保している請求項１〜４のいずれかに記載の半空心リアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気鉄道等の直流大電流に用いる半空心リアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道の直流き電変電所では、交流電力を直流電力に変換してき電電力を供給している。この電力変換には、例えば直流き電用シリコン整流装置が用いられるが、近年、シリコン整流装置のインピーダンスが低くなっており、変電所近傍で地絡事故が発生した際、過大な短絡電流が流れる傾向にあった。
【０００３】
そこで、従来、ギャップ鉄心形リアクトルや空心リアクトルによって、地絡時における短絡電流を抑制し事故の波及を防止していた（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７７０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、ギャップ鉄心形リアクトルは、短絡電流通電時において、鉄心が飽和してインダクタンスが３０％程度に低下し、期待通りの短絡電流限流効果を得ることができない場合がある。なお、磁束密度を極端に下げることで、短絡電流通電時におけるインダクタンスを例えば５０％以上確保することも可能ではあるが、この場合、鉄心使用量を大幅に増やす必要があり、重量、製品寸法の大幅な増加やコスト増大は避けられない。
【０００６】
一方、空心リアクトルは鉄心を有しないため、上述したような鉄心飽和によるインダクタンスの低下が生じることはなく、短絡電流通電時においても高い限流効果を得ることができる。しかしながら、限流作用に合わせたインダクタンス値の空心リアクトルは、定格通電時において、高い高調波抑制効果を発揮することが困難であり、また、頻繁に生じる定格電流程度を遮断する能力にも劣っている。インダクタンスを大きくすれば、き電変電所における定格通電時の高調波抑制効果及び定格遮断電流抑制効果を得ることが可能ではあるが、この場合、コイル巻数を増加させる等の対策が必要であり、結局のところ、重量、製品寸法の増加やコスト増大を招くことになる。
【０００７】
そこで、本発明は、定格通電時及び短絡電流通電時に十分なインダクタンスを確保するとともに小型で限流効果に優れた半空心リアクトルの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の半空心リアクトル１、２、３は、コイル１１、２１、３１と、略環状の磁性体１３、２３、３３とを備え、前記コイル１１、２１、３１の軸方向と前記磁性体１３、２３、３３の軸方向とが直交するようにして、前記磁性体１３、２３、３３の中空部１３ａ、２３ａ、３３ａに前記コイル１１、２１、３１が配設されていることを特徴としている。
【０００９】
また、リード線２２が、前記コイル２１の径方向端部からコイル２１の軸方向に沿って延設されており、前記磁性体２３には、このリード線２２と対向する部分に、リード線２２との接触を避けるための引き出し部２４が設けられていることが好ましい。または、前記磁性体３３の軸方向長さＬが、前記コイル３１の中空部３１ａの径Ｒよりも小とされ、
前記コイル３１の中空部３１ａと、前記磁性体３３の内周面とを対向させるようにして、前記磁性体３３の中空部３３ａに前記コイル３１が配設されていることが好ましい。また、前記磁性体１３、２３、３３によって形成された磁路の一部に単数又は複数のギャップを設けても良い。
【発明の効果】
【００１０】
この発明の半空心リアクトルでは、コイルの軸方向と磁性体の軸方向とが直交するようにして、磁性体の中空部にコイルが配設されているため、ギャップ鉄心形リアクトルのように、短絡電流通電時において鉄心が飽和しインダクタンスが３０％程度に低下するといったことはなく、また、空心リアクトルのように、定格通電時において所要インダクタンスを確保できないといったこともなく、定格通電時と短絡電流通電時のいずれにおいても十分なインダクタンスを確保することができる。すなわち、磁性体が、定格通電時においてはインダクタンスの増加に寄与するが、短絡電流通電時においてはインダクタンスの極端な低下を抑制するように配設されていることから、単に鉄心使用量を増加する場合や、コイル巻数を増加する場合に比べて、小型軽量化やコスト削減を図ることができる。
【００１１】
また、磁性体に、リード線との接触を避けるための引き出し部が設けられることで、リード線をコイルと磁性体との間を沿わせながら外部に引き出す必要がなくなり、その分、コイルと磁性体とを近接して配置することができる。
【００１２】
また、磁性体の軸方向長さが、コイルの中空部の径よりも小とされることで、コイルの軸方向端部のうち、磁性体の内周面の対向しない部分がコイルの内周側にも生じることとなる。そのため、リード線を延設するにあたって、磁性体の内周面との対向を避けながら延設することが可能となり、コイルと磁性体とを近接して配置することができる。
【００１３】
さらに、磁性体によって形成された磁路にギャップを設けることで、インダクタンスの調整が容易に行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施形態に係る半空心リアクトルを示す斜視図である。
【図２】同じくその半空心リアクトルを示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）が側面図である。
【図３】異なる実施形態に係る半空心リアクトルを示す斜視図である。
【図４】同じくその半空心リアクトルを示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）が側面図である。
【図５】さらに異なる実施形態に係る半空心リアクトルを示す斜視図である。
【図６】同じくその半空心リアクトルを示し、（ａ）が平面図、（ｂ）が正面図、（ｃ）が側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
次に、この発明の半空心リアクトルの一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。この発明の半空心リアクトル１は、図１及び図２に示すように、コイル１１と、このコイル１１の周りを囲むようにして配設された磁性体１３とから構成されている。
【００１６】
コイル１１は、例えば平角線を軸心上に複数巻回することで、図２に示すように、中空部１１ａを有する円筒状に形成されている。また、コイル１１の外周側及び内周側から２つのリード線１２、１２が引き出されている。具体的には、外周側のリード線１２は、図１において下方側の軸方向端部からコイル１１の外面に沿って上方に延設されている。また、内周側のリード線１２は、図１において上方側の軸方向端部であって、中空部１１ａの近傍から上方に延設されている。
【００１７】
磁性体１３は、図１及び図２に示すように、中空部１３ａを有する略環状に形成されている。これは、例えばロ字状で厚みが０．２〜０．５ｍｍの珪素鋼を厚み方向に重ねることで形成されるが、公知の種々の方法で形成しても良い。
【００１８】
そして、図１及び図２に示すように、コイル１１の軸方向と磁性体１３の軸方向とを直交させるようにして、且つコイル１１の軸方向両端部と、磁性体１３の内周面とをそれぞれ対向させるようにして、コイル１１の中空部１１ａに磁性体１３を挿通することなく、磁性体１３の中空部１３ａにコイル１１を配設することで、半空心リアクトル１を構成している。また、コイル１１の上下面と磁性体１３との間には隙間を設けているが、この隙間を５ｍｍ以上とすることが好ましい。隙間が５ｍｍ未満であると、インダクタンスの増加量が大きくなるがコイル１１と磁性体１３との絶縁が困難となるためである。また、リード線１２は、図２（ｃ）に示すように、コイル１１及び磁性体１３に触れないように適宜折曲形成され、コイル１１と磁性体１３との間の隙間を通じて外部に引き出されている。
【００１９】
例えば定格通電時１．１ｍＨ、短絡電流通電時０．５ｍＨの所要値で考えると、上記構成の半空心リアクトル１では、定格通電時のインダクタンスを、コイル１１のインダクタンスと磁性体１３の設置によるインダクタンスの増分との両方で約１．１ｍＨ確保でき、定格通電時の高い高調波抑制効果を得ることができる。また、短絡電流通電時は、コイル１１のみで約０．５ｍＨのインダクタンスを確保でき、短絡電流の高い限流効果が得られる。このように、磁性体１３が、定格通電時においてはインダクタンスの増加に寄与し、短絡電流通電時においてはインダクタンスの低減を抑制するように配設されていることから、単に鉄心使用量を増加する場合や、コイル巻数を増加する場合に比べて、小型軽量化（２０〜３０％の重量低減）やコスト削減を図ることができる。
【００２０】
図３及び図４は、本発明の異なる実施形態の半空心リアクトル２を示したものである。この異なる実施形態の半空心リアクトル２は、図に示すように、コイル２１の軸方向端部と対向する磁性体２３の内周面であって、コイル２１の径方向端部（具体的には、コイル２１の内径側の端部）からコイル２１の軸方向に沿って延出されたリード線２２と対向する部分に、リード線２２との接触を避けながらリード線２２を外部に引き出し可能な、内外に連通する引き出し部２４が設けられている。
【００２１】
先の実施例の場合、コイル１１の一方端部から上方に延出されたリード線１２と対向するようにして磁性体１３が位置されていたため、リード線１２を外部に引き出すためには、リード線１２を折曲して、コイル１１と磁性体１３との間を通していく他なく、その分だけ磁性体１３の中空部１３ａの開口部幅ＯＨを広くしなければならなかったが、本実施形態の場合、引き出し部２４が設けられているため、リード線２２を折曲することなく、引き出し部２４を通じてそのまま外部に引き出すことができる。そのため、磁性体２３の中空部２３ａの開口部幅ＯＨを広くする必要はなく、コイル２１と磁性体２３とをより近接して配置することができ、インダクタンスの増加量を多くすることができる。
【００２２】
図５及び図６は、本発明のさらに異なる実施形態を示したものである。このさらに異なる実施形態の半空心リアクトル３は、図に示すように、磁性体３３の軸方向長さＬが、コイル３１の中空部３１ａの直径Ｒよりも小とされている。そして、コイル３１の中空部３１ａに磁性体３３の内周面を対向させるように、さらに言えば、コイル３１の軸心と磁性体３３の軸方向の中心とが交差するようにして、コイル３１を磁性体３３の中空部３３ａに配設している。
【００２３】
このように磁性体３３の軸方向長さＬを短くすれば、コイル３１の軸方向端部において
、磁性体３３の内周面と対向しない部分がコイル３１の内周側にも生じるため、磁性体３３と対向しないようにリード線３２を延設することが可能となり、引き出し部２４を設ける必要がなくなる。また、磁性体３３の断面積Ｓを一律とし、磁性体３３の幅Ｈと軸方向長さＬとを適宜変更するようにすれば、定格通電時や短絡電流通電時における性能を維持しながらも、リード線３２の引き出しが簡単となり、外部機器との接続に自由度が増し汎用性が向上する。
【００２４】
以上に、この発明の代表的な実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【００２５】
例えば、磁性体１３、２３、３３によって形成された磁路の一部に単数又は複数のギャップを設け、このギャップの寸法を変化させることでインダクタンスを容易に調整できる。また、磁性体１３、２３、３３を複数に分割する、例えば正面から見て略正方形とされていた磁性体を一辺毎に分割するようにしても良い。この場合、個々の部材の寸法が小さくなり、また重量も分散されることから、狭小な場所へも搬入が可能で、組立作業や据付作業が容易となる。
【００２６】
また、引き出し部２４は、図３及び図４に示すように、磁性体２３の一部を除去することにより孔状とされているが、磁性体の一部を切り欠くことで形成するようにしても良い。また、その形状は、リード線が磁性体に接触することなく挿通できるものであれば種々変更しても良い。さらに、図３及び図４では、コイル２１の内径側の端部から延設されたリード線２２に対してのみ引き出し部２４を設けていたが、磁性体２３の軸方向長さやコイル２１との位置関係によっては、コイル２１の外径側の端部から延設されたリード線２２に対して引き出し部２４を設けるようにしても良い。
【符号の説明】
【００２７】
１、２、３・・半空心リアクトル、１１、２１、３１・・コイル、１２、２２、３２・・リード線、１３、２３、３３・・磁性体、１３ａ、２３ａ、３３ａ・・中空部、２４・・引き出し部、ＯＨ・・磁性体の中空部の開口部幅、Ｌ・・磁性体の軸方向長さ、Ｒ・・コイルの中空部の直径
【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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