(57)【要約】【課題】小型・軽量で低コストな直流リアクトルを提供する。【解決手段】複数個のコアが所定の磁気的空隙２を介して対向し、閉磁気回路をなすコア構体と、このコア構体に巻回されたコイル３と、コア構体に設けられた永久磁石４１を含むバイアス用磁気回路４とからなる直流リアクトルにおいて、コア構体のコイル巻回部の奥行き長さがコア構体の最大奥行き長さよりも短く、コイル３のコイルエンド３１の一部または全部がコア構体の内側に配置される。【選択図】図１
2007281204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のコアが所定の磁気的空隙を介して対向して閉磁気回路をなすコア構体と、
前記コア構体のコイル巻回部に巻回されたコイルと、
前記コア構体に設けられた永久磁石を含むバイアス用磁気回路と、からなり、
前記バイアス用磁気回路を前記磁気的空隙の側面に２個の前記コアに密着して配置させ、前記コア構体内では前記コイルが作る磁束と逆向きの磁束が生じるように前記永久磁石が着磁されている直流リアクトルにおいて、
前記コイル巻回部の奥行き長さが前記コア構体の最大奥行き長さよりも短く、
前記コイルのコイルエンドの一部または全部を前記コア構体の内側に配置したことを特徴とする直流リアクトル。
【請求項２】
前記複数個のコアは、積層電磁鋼板であり、
前記コイル巻回部は、Ｔ型コアとＣ型コアを組み合わせたコア構体であり、
前記コイルエンド部は、Ｉ型コアとＣ型コアを組み合わせたコア構体であることを特徴とする請求項１記載の直流リアクトル。
【請求項３】
前記複数個のコアは、積層電磁鋼板であり、
前記コイル巻回部は、Ｅ型コアとＩ型コアを組み合わせたコア構体であり、
前記コイルエンド部は、Ｉ型コアとＣ型コアを組み合わせたコア構体であることを特徴とする請求項１記載の直流リアクトル。
【請求項４】
前記コア構体は、前記コイル巻回部の四隅の角アールの値が、前記コイル巻回部の短辺の四分の一以上であることを特徴とする請求項１記載の直流リアクトル。
【請求項５】
前記複数個のコアは、純鉄や鉄−珪素、ソフトフェライトなどの軟磁性材料の粉末を成型した圧粉磁心であることを特徴とする請求項１記載の直流リアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流リアクトルに関し、特に商用電源に対する高調波電流の抑制を目的としてインバータ回路に設ける磁石バイアス方式の直流リアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のコアが磁気的空隙を介して対向し閉磁気回路をなすコア構体と、そのコア構体に巻回したコイルを備えた構造の直流リアクトルは、電流の小さい領域ではインダクタンスが大きく、電流が大きい領域ではインダクタンスが小さいという特性を有する。この大電流域でのインダクタンスの低下は、コイルの作る磁束によりコアが磁気飽和することに起因している。
しかし、磁石バイアス方式の直流リアクトルの場合は、２個以上のコアを磁気的空隙を介して対向させ、そのコアにコイルを巻回した直流リアクトルに、永久磁石を配置しバイアス磁界を与えることにより、コイルの作る磁束と永久磁石の作る磁束が相殺され、コアが磁気飽和しにくくなり、より大電流域までインダクタンスを大きなままにでき、リアクトルの動作電流範囲を広げることができる。また、コアが磁気飽和しにくくなることからコアの断面積を小さくすることができるので、結果として直流リアクトルを小型・軽量化できる。
【０００３】
例えば、Ｔ型コアとＣ型コアを磁気的空隙を介して対向させ、磁気的空隙の側面もしくは近傍にバイアス用の永久磁石を配置した磁石バイアス方式の直流リアクトルがある（例えば、特許文献１および２参照）。
図７は、第１従来技術を示す直流リアクトルの正断面図である。また、図８は、第１従来技術を示す直流リアクトルの横断面図であり、図７を上から見たときの横断面図に描き換えた図である。
図７、８において、１はコア、１１は中央脚、１２は端脚、１３はＴ型コア、１４はＣ型コア、２は磁気的空隙、３はコイル、４はバイアス用磁気回路、４１は永久磁石、４２はヨークである。尚、Ｔ型コア１３とＣ型コア１４の組み合わせはＥ型コアとＩ型コアの組み合わせでも良い。
以下、図７、８を用いて第１従来技術における直流リアクトルの構成を説明する。
コア対向部に形成される磁気的空隙２の側面に永久磁石４１とヨーク４２からなるバイアス用磁気回路４を配置することにより、インダクタンスが小電流域では大きく大電流域では小さくなるのに加えて、高性能だが高価な永久磁石４１の使用量を大幅に低減させることができ、永久磁石４１が減磁せず、磁束がコア中で磁気飽和し難く、小型で廉価な直流リアクトルを得ることができる。
【０００４】
また、巻回後のコイルの外形寸法が巻回されていない部分の寸法を下回るようにコイルをＵ字コアのふたつの端脚に巻回したリアクトルがある（例えば、特許文献３参照）。
図９は、第２従来技術を示す直流リアクトルの正断面図である。また、図１０は、第２従来技術を示す直流リアクトルの横断面図であり、図９を上から見たときの横断面図に描き換えた図である。
図９、１０において、３はコイル、１７はＵ字コアである。
以下、図９、１０を用いて第２従来技術における直流リアクトルの構成を説明する。
Ｕ字コア１７は、コイル３の巻回後の寸法が巻回されていない部分の寸法を下回るようにするため、Ｕ字コア１７には段差が形成されている。つまり、コア１７に「鍔」を設けているのだが、この「鍔」を設けることによってコイル３とコア１７の接する部分を増やし、コイル３からの発熱をコア１７に逃がすことにより、小型化を図っている。
【特許文献１】特開平０８−３１６０４９号公報（第３−５頁、第６図）
【特許文献２】特開平０９−２８３３５３号公報（第３−４頁、第６図）
【特許文献３】特開２００４−３２７５６９号公報（第２−５頁、第1図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術のＴ型コアとＣ型コアまたはＥ型コアとＩ型コアを組み合わせた磁石バイアス方式の直流リアクトルでは、これらのコアは電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き積層して製造され、そのコア断面はどの部分でも同じであるため、これらのコアを磁気的空隙を介して対向させて閉磁気回路としたコア構体にコイルを巻回すると、コイルエンドが全てコア構体の外側に配置されることとなり、直流リアクトルの奥行き長さが長くなるという問題点があった。
また、コア構体のコイル巻回部の四隅が角張っているため、コイルの最小曲げ半径の限界より、コイルエンドがさらに長くなるという問題点があった。加えて、コア構体の四隅の角部によってコイルの絶縁が破壊される恐れがあるため、過剰な絶縁対策が必要となり、さらに直流リアクトルが大きくなってしまうという問題点があった。
さらに、従来の巻回後の寸法が巻回されていない部分の寸法を下回るようにコイルを巻回したリアクトルでは、「鍔」を設けることによりコイルからの発熱をコアに逃がす部分を増やそうとしているが、コイルがコアによって囲まれているリアクトルと比較するとコイルからコアへの放熱が少なく、小型化が十分にはなされないという問題点があった。
【０００６】
本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、小型・軽量で低コストな直流リアクトルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するため、請求項１記載の発明は、複数個のコアが所定の磁気的空隙を介して対向して閉磁気回路をなすコア構体と、前記コア構体のコイル巻回部に巻回されたコイルと、前記コア構体に設けられた永久磁石を含むバイアス用磁気回路と、からなり、前記バイアス用磁気回路を前記磁気的空隙の側面に２個の前記コアに密着して配置させ、前記コア構体内では前記コイルが作る磁束と逆向きの磁束が生じるように前記永久磁石が着磁されている直流リアクトルにおいて、前記コイル巻回部の奥行き長さが前記コア構体の最大奥行き長さよりも短く、前記コイルのコイルエンドの一部または全部を前記コア構体の内側に配置したことを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の直流リアクトルにおいて、前記複数個のコアは、積層電磁鋼板であり、前記コイル巻回部は、Ｔ型コアとＣ型コアを組み合わせたコア構体であり、前記コイルエンド部は、Ｉ型コアとＣ型コアを組み合わせたコア構体であることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の直流リアクトルにおいて、前記複数個のコアは、積層電磁鋼板であり、前記コイル巻回部は、Ｅ型コアとＩ型コアを組み合わせたコア構体であり、前記コイルエンド部は、Ｉ型コアとＣ型コアを組み合わせたコア構体であることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の直流リアクトルにおいて、前記コア構体は、前記コイル巻回部の四隅の角アールの値が、前記コイル巻回部の短辺の四分の一以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載の直流リアクトルにおいて、前記複数個のコアは、純鉄や鉄−珪素、ソフトフェライトなどの軟磁性材料の粉末を成型した圧粉磁心であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１から３に記載の発明によると、コア構体のコイル巻回部の奥行き長さがコア構体の最大奥行き長さよりも短いので、コイル巻回部に巻回したコイルのコイルエンドの一部または全部がコア構体の内側に配置でき、その分直流リアクトルの奥行き長さを縮めることができるので、直流リアクトルの小型軽量化が実現できる。また、コイルからの発熱をコアに逃がす部分が増えるので、いっそうの小型化が実現できる。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明によると、コア構体のコイル巻回部の四隅の角アールの値をコイル巻回部の短辺の四分の一以上とすることにより、コイルの最小曲げ半径に制限されなくなるので、コイルエンドを最小の長さにでき、直流リアクトルの小型軽量化を実現できる。また、コアの鋭角な角がないためコイルの絶縁破壊の恐れは非常に低くなり、結果として過剰な絶縁対策は不要となり、直流リアクトルの小型軽量化を実現できる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明によると、軟磁性材料の粉末を成型した圧粉磁心は、磁心形状の設計自由度が高いので直流リアクトルの小型軽量化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の第１実施例を示す直流リアクトルの横断面図であり、直流リアクトルの上から見たときの横断面図である。
図１において、１はコア、１１は中央脚、１２は端脚、３はコイルである。
また、図２は、本発明の第１実施例を示す直流リアクトルのコイル巻回部の正断面図であり、コイル巻回部の正断面は従来技術を示す図７と同じである。また、図３は、本発明の第１実施例を示す直流リアクトルのコイルエンド部の正断面図である。
図２、３において、１３はＴ型コア、１４はＣ型コア、１５はＩ型コア、２は磁気的空隙、３はコイル、４はバイアス用磁気回路、４１は永久磁石、４２はヨークである。
本発明が従来技術である図７〜１０と異なる点は、本発明は、Ｔ型コア１３とＣ型コア１４の組み合わせのコア構体をＩ型コア１５とＣ型コア１６を組み合わせたコア構体で挟み、前者のコア構体のコイル巻回部にコイル３を巻回し、後者のコア構体のコイルエンド部にコイルエンドを配置している点である。
すなわち、コイル巻回部では図２に示した構成とし、コイルエンド部では図３に示した構成をとることにより、図８に示す従来技術ではコア構体の外側に配置されていたコイルエンド部の全部または一部を、コア構体の内側に配置している点である。
【００１７】
以下、図１、２、３を用いて、本実施例の直流リアクトルの構成についてさらに詳細に説明する。
所定のインダクタンスが得られるように、ギャップ長を決定し、磁気的空隙２を配置した。磁気的空隙２の側面に永久磁石４１とヨーク４２からなるバイアス用磁気回路４をコアに密着させて各々配置した。ここで永久磁石４１は板状のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石であり、ヨーク４２とともに磁気回路を形成する。また、永久磁石４１の板の長手方向および板厚方向のおのおのに片側２極となるように着磁し、中性線を磁気的空隙２の中心線と一致させた。また、コアの断面積については、中央脚の巻回部の奥行き長さが短くなるので、断面積が端脚の倍の値になるように、中央脚の幅を太くした。このことにより、インダクタンスの値を変えることなく、直流リアクトルの小型化を実現している。
【００１８】
なお、図１では、コイルエンドの全部がコア構体の内側に配置した例を示しているが、本発明では熱的には余裕があり、コイルエンドの一部だけをコア構体の内側に配置しても良い。この点は、特許文献３の従来技術とは異なる。
また、永久磁石によるバイアス方式を採用することにより、コアが磁気飽和し難くなるため、コアの断面積を小さくすることができ、リアクトルを小型にできた。また、永久磁石を磁気的空隙の側面に配置することにより、コイルによる磁束が永久磁石内を通らないため、永久磁石の渦電流が大幅に低減でき、コイルに突発的な大電流が流れても、永久磁石が減磁することがないため、低保磁力でより高性能な永久磁石を選択でき、永久磁石量を低減することできた。このように、コイルの熱の放熱効果と磁石バイアス効果により、劇的な小型化を実現した。
【００１９】
図４は、本発明の第１実施例の直流リアクトルと、従来技術のＴ型コアとＣ型コアだけを組み合わせた直流リアクトルを比較した説明図であり、（ａ）は本発明の直流リアクトルの横断面図を、（ｂ）は従来技術の直流リアクトルの横断面図を示している。
図４において、３はコイル、１１は中央脚、１２は端脚である。
図４から明らかなように、本発明の直流リアクトルは、コイル巻回部のコアの中央脚１１の奥行き長さが短い分だけ幅を太くしているが、それでもコイルエンドをコア構体の内側に配置できた効果により、大幅な小型化・軽量化が実現できている。
【実施例２】
【００２０】
図５は、本発明の第２実施例を示す直流リアクトルの正断面図である。図５において、１５はＩ型コア、１６はＥ型コアである。尚、図５において、図２と同じ説明符号のものは図２と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
本実施例が第１実施例と異なる点は、第１実施例はコイル巻回部のコア構体をＴ型コア１３とＣ型コア１４で構成したのに対し、本実施例は、Ｉ型コア１５とＥ型コア１６で構成している点であるが、第１実施例と同様の結果が得られ、本発明がコアの構成に影響されることなく有効であることが確認できた。
【実施例３】
【００２１】
図６は、本発明の第３実施例を示す直流リアクトルの横断面図であり、直流リアクトルの上から見たときの横断面図である。尚、図６において、図１と同じ説明符号のものは図１と同じ構成要素を示すものとし、その説明は省略する。
本実施例が、第１実施例を示す図１と異なる点は、コア構体のコイル巻回部の中央脚１１の形状、すなわち、本実施例は、四隅に角アールを設けるようにしている点であり、具体的には、角アールの値がコイル巻回部の短辺の四分の一以上となるように設定している点である。ここで、角アールの値をコイル巻回部の短辺の四分の一以上としたが、十分な絶縁対策を施せば、それ以下の値であっても何ら問題ない。また、コアとしては、絶縁処理した純鉄製の粉末を圧縮成形した圧粉磁心を用いた。
【００２２】
以上の構成をとることにより、コイルをコアのコイル巻回部に沿って隙間なく巻回することができるため、直流リアクトルの奥行き長さをさらに短くすることができ、直流リアクトルの小型・軽量化を実現できる。
【００２３】
なお、本発明の実施例１から３の説明では、コアの材質として積層電磁鋼板または純鉄粉の圧粉磁心を用いた例を示したが、本発明で用いるコアの材質としては純鉄、鉄−珪素、パーマロイ、アモルファスなどあらゆる軟磁性材料が使用可能であり、コアの材質に限定されない。また、中央脚を含むコアに圧粉磁心を、それ以外のコアに積層電磁鋼板を用いるなど異なるコア材質を組み合わせても良い。また、永久磁石としてＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石を用いたが、本発明で用いる永久磁石としては、希土類磁石、フェライト磁石、鋳造磁石、ボンド磁石などが使用可能であり、永久磁石の種類に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施例を示す直流リアクトルの横断面図
【図２】本発明の第１実施例を示す直流リアクトルのコイル巻回部の正断面図
【図３】本発明の第１実施例を示す直流リアクトルのコイルエンド部の正断面図
【図４】本発明の第１実施例の直流リアクトルと、従来技術のＴ型コアとＣ型コアだけを組み合わせた直流リアクトルを比較した説明図
【図５】本発明の第２実施例を示す直流リアクトルの正断面図
【図６】本発明の第３実施例を示す直流リアクトルの横断面図
【図７】第１従来技術を示す直流リアクトルの正断面図
【図８】第１従来技術を示す直流リアクトルの横断面図
【図９】第２従来技術を示す直流リアクトルの正断面図
【図１０】第２従来技術を示す直流リアクトルの横断面図
【符号の説明】
【００２５】
１  コア
１１  中央脚
１２  端脚
１３  Ｔ型コア
１４  Ｃ型コア
１５  Ｉ型コア
１６  Ｅ型コア
１７  Ｕ字コア
２  磁気的空隙
３  コイル
３１  コイルエンド
４  バイアス用磁気回路
４１  永久磁石
４２  ヨーク
【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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