(57)【要約】【課題】  永久磁石を用いることで生じる直流リアクトルの設置に必要な空間の増加を抑え、かつコイル電流の変動による永久磁石の減磁が生じにくいリアクトルを得る。【解決手段】  直流リアクトル１は、コイル３と、このコイル３が巻回される中央脚２ａ、およびコイル３の外側に配置されて磁気的空隙４を持つ側脚を有するコア構体２と、磁気的空隙４を挟んで対向する側脚２ｂの対向部に接してバイアス磁束を発生させる永久磁石５とを備え、コア構体２は、積層鋼板にて構成され、永久磁石５は、積層鋼板の積層方向の側から磁気的空隙４に隣接するものである。【選択図】  図１
2013125843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルと、
前記コイルが巻回される中央脚、および前記コイルの外側に配置されて磁気的空隙を持つ側脚を、有するコア構体と、
前記磁気的空隙を挟んで対向する前記側脚の対向部に接してバイアス磁束を発生させる永久磁石とを備え、
前記コア構体は、積層鋼板にて構成され、
前記永久磁石は、前記積層鋼板の積層方向の側から前記磁気的空隙に隣接することを特徴とする直流リアクトル。
【請求項２】
永久磁石は、積層鋼板の積層方向の両側から磁気的空隙を挟んで配置され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】
永久磁石の磁気的空隙に隣接する側と反対側にヨークを備え、
コイル構体の表面から前記ヨークが突出する長さが、前記表面からコイルが突出する長さ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の直流リアクトル。
【請求項４】
永久磁石は、フェライト磁石であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の直流リアクトル。
【請求項５】
放熱器を備え、
コア構体は、複数の積層鋼板の部品を組み合わせたものであり、
前記放熱器は、前記複数の積層鋼板の部品に跨って、前記複数の積層鋼板の各鋼板に平行な面に熱接触するように配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の直流リアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石を用いて磁気バイアスを与える直流リアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のリアクトルにおいては、積層鋼板で構成された中央脚、底部および側脚からなるコア構体と、中央脚が貫通して底部および側部により囲まれるコイルと、側脚の一部に設けられた磁気的空隙の両外側面（コイルと反対側の面）に配置された一対の板状の永久磁石を有している。これら永久磁石は、コイルが発生する磁束を打ち消す反対方向に着磁されており、コア構体に磁気飽和を抑制する磁気バイアスを与えている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の直流リアクトルでは、コア構体のコイルを貫通する中央脚とＩ形コアの中央部分との間に磁気的空隙を設け、この磁気的空隙の側面、つまり、Ｉ形コアとコイルとの間に永久磁石を配置している。永久磁石は、コア構体の磁気飽和を抑制する磁気バイアスを与える方向に着磁されており、永久磁石の幅（磁気的空隙の長さ方向の寸法）Ｌｗは、所定の磁気バイアス効果を得る為に、磁気的空隙の長さＬｇに対し、Ｌｗ＞＞Ｌｇとなるようにし、永久磁石の厚さ（Ｉ形コアが伸びる方向の寸法）Ｌｍは、コイルの漏れ磁束による減磁界を考慮して決定されている。（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４―４７９１０（第５―７頁、第１図）
【特許文献２】特開平８―３１６０４９（第３頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のリアクトルでは、磁気的空隙の両外側面に永久磁石を配置したが、この位置に永久磁石を設けた場合、コイルを流れる電流（以下、コイル電流）の変動により生じる永久磁石を鎖交する漏れ磁束が大きくなり、永久磁石が減磁するという問題があった。また、従来のリアクトルでは、磁気的空隙の両外側面に永久磁石を設けたので、永久磁石がコア構体からはみ出す分、体積が大きくなり、リアクトルの設置に必要な空間が大きくなるという問題があった。
【０００６】
また、従来の直流リアクトルでは、永久磁石がＩ形コアとコイルとの間に配置されているので、少なくとも永久磁石の幅Ｌｗの分だけ中央脚と側面脚の長さが長くなり、直流リアクトルの体積が大きくなり、直流リアクトルの設置に必要な空間が大きくなるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、永久磁石を用いることで生じる直流リアクトルの設置に必要な空間の増加を抑え、かつコイル電流の変動による永久磁石の減磁が生じにくいリアクトルを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る直流リアクトルは、コイルと、このコイルが巻回される中央脚、およびコイルの外側に配置されて磁気的空隙を持つ側脚を有するコア構体と、磁気的空隙を挟んで対向する側脚の対向部に接してバイアス磁束を発生させる永久磁石とを備え、コア構体は、積層鋼板にて構成され、永久磁石は、積層鋼板の積層方向の側から磁気的空隙に隣接するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、永久磁石を用いることによる大形化を抑え、かつコイル電流の変動による永久磁石の減磁が生じにくいリアクトルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１を示す直流リアクトルの正面図および上面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る直流リアクトルの特性を説明するための説明図である。
【図３】この発明の実施の形態２を示す直流リアクトルの正面図および上面図である。
【図４】この発明の実施の形態３を示す直流リアクトルの正面図および上面図である。
【図５】この発明の実施の形態４を示す直流リアクトルの正面図および上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す直流リアクトル１の図であり、図１（ａ）が上面図、図１（ｂ）が正面図である。図１において、コア構体２は、電磁鋼板などの鋼板を積層した積層鋼板にて構成されている。このコア構体２は、コイル３が巻回される中央脚２ａと、コイル３の外側の左右に配置されて磁気的空隙４を持つ１対の側脚２ｂと、中央脚２ａと側脚２ｂとをつなぐ１対の連結脚２ｃにて構成されている。コア構体２にバイアス磁束を発生させるための永久磁石５は、前記積層鋼板の積層方向の両側から磁気的空隙４にそれぞれ隣接しており、さらに磁気的空隙４を挟んで対向する側脚２ｂの対向部２ｂａ、２ｂｂと接している。また、永久磁石５は、磁気的空隙４に隣接する側と反対側でヨーク６と接している。この永久磁石５の磁極は、磁気的空隙４を挟んで逆方向に着磁して形成しても良く、極性の異なる２個の永久磁石を、磁気的空隙４を挟んで配置しても良い。要は、コイル３がコア構体２内に発生する磁束と逆方向のバイアス磁束を発生できれば良い。ヨーク６は、永久磁石５のバイアス磁束を永久磁石５の背面側（コア構体２と反対側）で還流させるために設けられる。このヨーク６がコア構体２の表面から突出する長さＬａは、前記表面からコイル３が突出する長さＬｂ以下となるように構成されている。
【００１２】
このように、永久磁石５を、前記積層方向の側から磁気的空隙４を跨いで対向部２ｂａ、２ｂｂに接するように配置することで、以下の利点が得られる。磁気的空隙４の周囲への磁束の漏れの内、前記積層方向の漏れ磁束成分は、前記積層鋼板を形成する各鋼板に誘起される渦電流（シールド電流）により抑制される。この発明の実施の形態１では、この抑制効果が働く前記積層方向の側に永久磁石５を配置しているので、この抑制効果が働かない前記積層方向に対して垂直方向（前記積層鋼板の各鋼板と平行な方向）の側に永久磁石を配置している従来のリアクトルに比べ、漏れ磁束の影響を受け難い。つまり、コイル３のコイル電流が変動しても、永久磁石５と鎖交する漏れ磁束が従来のリアクトルほど大きくならず、永久磁石５の減磁を防ぐことができる。
【００１３】
このように永久磁石５が減磁するという問題が生じないので、フェライト磁石など非希土類の磁石で、保持力はネオジウム磁石などの希土類磁石より小さいが安価な磁石を用いることが可能となる。
【００１４】
また、この発明の実施の形態１では、永久磁石５のコア構体２と反対側に設けたヨーク６がコア構体２の表面から突出する長さＬａを、前記表面からコイル３が突出する長さＬｂ以下となるように構成しているので、コイル３がコア構体２から突出することで生じるデッドスペース内に永久磁石５およびヨーク６を配置でき、これらを設けることによる直流リアクトル１の設置に必要な空間の増加を無くすことができる。これにより、実用上、小形化された直流リアクトルを得ることができる。
【００１５】
図２は、この発明の実施の形態１に係る直流リアクトル１の特性を説明するための説明図である。同図では、永久磁石５の配置を前記積層方向に配置した実施の形態１と、前記積層方向に対して垂直方向に配置した従来例とに関し、図２（ａ）では、コア構体２の積層方向の磁束密度分布を、図２（ｂ）では、コイル３の電流に対する直流リアクトル１のインダクタンス変化とを、それぞれ比較して示している。なお、図１（ａ）の横軸の積層方向位置は、積層方向端部を０ｍｍとして記載しており、積層方向中央が２５ｍｍである。
【００１６】
図２に示す例では、コイル３が巻回される中央脚２ａの寸法は、前記積層鋼板の幅方向５０ｍｍ、前記積層方向５０ｍｍ。コイル３の両側に中央脚２ａと平行に伸びる一対の側脚２ｂのそれぞれの寸法は、前記幅方向２５ｍｍ、前記積層方向５０ｍｍであり、それぞれ中央部分に２ｍｍの磁気的空隙４を設けている。コイル３の巻回数は、１２ターンである。以上の寸法、構成は、実施の形態１と従来例とで共通とした。
【００１７】
永久磁石５は、実施の形態１に関しては、前記幅方向２５ｍｍ、高さ方向（側脚２ｂが伸びる方向）２５ｍｍでＮ極に着磁したものと同寸法でＳ極に着磁したものとを、磁気的空隙４を挟んで配置して１組とする。この組２個を一対として、前記積層方向の両側から、それぞれの磁気的空隙４を挟むように配置する。磁気的空隙４は２箇所あるので、用いる永久磁石５の組は４個となる。一方、従来例に関しては、前記積層方向５０ｍｍ、前記高さ方向２５ｍｍでＮ極に着磁したものと同寸法でＳ極に着磁したものとを、磁気的空隙４を挟んで配置して１組とする。この１組の永久磁石５を、一対の側脚２ｂのコイル３と反対側の面にそれぞれ配置する。磁気的空隙４は２箇所あるので、用いる永久磁石５の組は２個となる。以上のように構成することで、実施の形態１と従来例とで用いる永久磁石の総量を等しくしている。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、コイル電流が零の場合は、実施の形態１では、前記積層方向に磁束密度に分布が生じているが、従来例では、前記積層方向の磁束密度は均一である。従来のリアクトルでは、このように磁束密度を均一性にすることでインダクタンスの変動を少なくできるという技術的思想に基づいて、前記積層鋼板の各鋼板と平行な方向、つまり前記積層方向に対して垂直方向から永久磁石を配置している。一方、コイル３の電流を２００Ａにすると、従来例では、前記積層方向の磁束密度が均一である様子は変わらないが、実施の形態１では、磁束密度の分布の偏りが緩和されている様子がわかる。
【００１９】
このように実施の形態１と従来例とでは、磁束密度分布およびその電流変化に違いがあるが、図２（ｂ）に示すように、直流リアクトルのインダクタンス特性に関しては、実施の形態１と従来例とで差が無いという結果が得られた。すなわち、従来例では、永久磁石によるバイアス磁束の分布を均一にするために、前記積層方向に対して垂直方向に永久磁石を配置してきたが、実施の形態１のように、前記積層方向に永久磁石を配置しても、同等のインダクタンス特性が得られるという新たな知見が得られた。
【００２０】
この発明は、このような新たな知見に基づいて、従来、最適と考えられてきた永久磁石の配置方向を見直し、直流リアクトルの特性を低下させることなく、上述のコイル電流の変動に起因した永久磁石の減磁の防止と、直流リアクトルの設置に必要な空間の増加の抑制という特別な効果を実現したものである。
【００２１】
ところで、フェライト磁石およびネオジウム磁石などの永久磁石は焼結して作成するので、大形化が困難である。この発明の実施の形態１では、永久磁石５を前記積層方向の両側から磁気的空隙４を挟んで配置するので、永久磁石５を２分割して配置できる。これにより、永久磁石５の寸法を半分に小形化できるので、永久磁石の作成が容易となる。
【００２２】
実施の形態２．
図３は、実施の形態２を示す直流リアクトル１の図であり、図３（ａ）が上面図、図３（ｂ）が正面図である。コア構体２は、それぞれ積層鋼板で構成された、第１中央脚２ａａおよび第２中央脚２ａｂと、磁気的空隙４をそれぞれ有する一対の側脚２ｂとで構成される。側脚２ｂの両端は、それぞれ第１中央脚２ａａおよび第２中央脚２ａｂとつながっている。第１中央脚２ａａおよび第２中央脚２ａｂには、それぞれ第１コイル３ａおよび第２コイル３ｂが巻回されている。コア構体２にバイアス磁束を発生させるための永久磁石５は、前記積層鋼板の積層方向の両側から磁気的空隙４にそれぞれ隣接しており、さらに磁気的空隙４を挟んで対向する側脚２ｂの対向部２ｂａ、２ｂｂと接している。また、永久磁石５は、磁気的空隙４に隣接する側と反対側でヨーク６と接している。このヨーク６は、永久磁石５のバイアス磁束を永久磁石５の背面側（コア構体２と反対側）で還流させるために設けられる。このヨーク６がコア構体２の表面から突出する長さＬａは、前記表面から第１コイル３ａが突出する長さＬｂまたは第２コイル３ｂが突出する長さＬｃ以下となるように構成されている。
【００２３】
このように構成しても、実施の形態１と同様に、コイル３に流れるコイル電流の変動に起因した永久磁石の減磁の防止と、直流リアクトル１の設置に必要な空間の増加の抑制という特別な効果を実現できると共に、永久磁石５を２分割して配置できるので、各永久磁石の寸法を従来の半分にでき、永久磁石の作成が容易となる。さらに、この実施の形態では、コイル数は２個となるが、実施の形態１の連結脚２ｃに相当する部分を省略できる。
【００２４】
コア構体２は、通常、コイル３を組み込み易くするため複数の積層鋼板の部品を組み合わせて作成される。例えば、図３（ｂ）において、コア構体２を側脚２ｂの磁気的空隙４の部分で切り離した第１のコの字状部品２ｄおよび第２のコの字状部品２ｅから作成してもよい。この場合、第１のコの字状部品２ｄおよび第２のコの字状部品２ｅそれぞれに、第１コイル３ａおよび第２コイル３ｂを巻回した後、左右方向からコの字状の開口部分を対向させて磁気的空隙４を構成すれば、第１コイル３ａおよび第２コイル３ｂの巻回、およびコア構体２とコイル３との組立が容易となる。
【００２５】
実施の形態３．
図４は、実施の形態３を示す直流リアクトル１の図であり、図４（ａ）が上面図、図４（ｂ）が正面図である。この実施の形態は、実施の形態１の図１の構成において、コア構体２を中央脚２ａの中央部で切り離した第１のＥ型部品２ｆおよび第２のＥ型部品２ｇにて構成したものに、放熱器７を追加したものである。放熱器７は、一方の側脚２ｂのコイル３と反対側の面の略全面に熱接触している。つまり、第１のＥ型部品２ｆおよび第２のＥ型部品２ｇの両方の積層鋼板を形成する各鋼板の全てに、放熱器７が熱接触しているので、放熱性が良い直流リアクトルが得られる。
【００２６】
仮に、上述の従来例に、この実施の形態と同じ位置に放熱器７を設置しようとすると、既に放熱器７を設置すべき箇所に永久磁石５とヨーク６とが配置されているため設置できない。そこで、直流リアクトル１の上面（第１のＥ型部品２ｆのコイル３と反対側の面）に配置すると、第２のＥ型部品２ｇと放熱器７が直接接触しないので、放熱性が悪く、直流リアクトル１の第２のＥ型部品２ｇの側の温度上昇が大きくなる。
【００２７】
つまり、この発明においては、永久磁石５を、前記積層鋼板の積層方向の側から磁気的空隙４に隣接して設けることで、前記積層鋼板の各鋼板に平行な方向から、磁気的空隙４により互いに十分な熱接触ができない第１のＥ型部品２ｆおよび第２のＥ型部品２ｇに跨って放熱器７を配置することが可能となる。これにより、全て前記各鋼板に放熱器７を熱接触させることが可能となる。
【００２８】
また、コア構体２を、第１のＥ型部品２ｆおよび第２のＥ型部品２ｇにて構成することで、予めボビンなどに巻回したコイル３を用意しておき、このコイル３の上下方向から第１のＥ型部品２ｆおよび第２のＥ型部品２ｇを挿入すれば、コア構体２とコイル３との組立が容易となる。
【００２９】
なお、組立て後のこの実施の形態の直流リアクトル１の基本構成は、放熱器７以外は実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同様な効果を奏することはいうまでもない。
【００３０】
また、この実施の形態では、磁気的空隙４を側脚２ｂの中央部に設けたが、必ずしも中央部にある必要は無い。例えば、磁気的空隙４を、図４の下方の連結脚２ｃの側に設ければ、コア構体２を、第１のＥ型部品２ｆの中央脚２ａおよび側脚２ｂを延長した別のＥ型部品と、第２のＥ型部品２ｇの代わりとなる積層鋼板で形成されたＩ型の部品とによって構成することができる。
【００３１】
実施の形態４．
図５は、実施の形態４を示す直流リアクトル１の図であり、図５（ａ）が上面図、図５（ｂ）が正面図である。この実施の形態は、実施の形態１の図１の構成において、コア構体２を中央脚２ａの中心軸に沿った面で切り離した第１のＣ型部品２ｈおよび第２のＣ型部品２ｉにて構成したものに、放熱器７を追加したものである。第１のＣ型部品２ｈおよび第２のＣ型部品２ｉのＣ型の開口部分が磁気的空隙４を構成し、その反対側が中央脚２ａを構成する。放熱器７は、第１のＣ型部品２ｈおよび第２のＣ型部品２ｉを跨いで、その両方に熱接触するように、直流リアクトル１の上面、つまり前記積層鋼板の各鋼板に平行な面に配置している。このように構成することにより、放熱器７を前記積層鋼板の各鋼板の全てと熱接触させることができるので、放熱性が良い直流リアクトルが得られる。
【００３２】
なお、組立て後のこの実施の形態の直流リアクトル１の基本構成は、放熱器７以外は実施の形態１と同様であるので、実施の形態１と同様な効果を奏することはいうまでもない。
【００３３】
なお、実施の形態２〜４では、コア構体２を２個の積層鋼板の部品にて構成したが、３個以上の複数の積層鋼板の部品を組み合わせてもよい。この場合、前記複数の積層鋼板の部品に跨って、前記複数の積層鋼板の各鋼板に平行な面に熱接触するように放熱器７を配置すれば、実施の形態３または４と同様に、放熱性が良い直流リアクトルが得られる。
【００３４】
また、実施の形態１〜４では、コイル３がコア構体２から突出することで生じるデッドスペース内に永久磁石５およびヨーク６を配置したが、例え、ヨーク６がコア構体２の表面から突出する長さＬａが、前記表面からコイル３が突出する長さＬｂまたはＬｃ以上であっても前記デッドスペースを利用することになるので、永久磁石５を設けることによる直流リアクトル１の設置に必要な空間の増加を抑制する効果がある。
【符号の説明】
【００３５】
１  直流リアクトル、２  、コア構体、２ａ  中央脚、２ａａ  第１中央脚、２ａｂ  第２中央脚、２ｂ  側脚、２ｂａ、２ｂｂ  対向部、２ｃ  連結脚、２ｄ  第１のコの字状部品、２ｅ  第２のコの字状部品、２ｆ  第１のＥ型部品、２ｇ  第２のＥ型部品、２ｈ  第１のＣ型部品、２ｉ  第２のＣ型部品、３  コイル、３ａ  第１コイル、３ｂ  第２コイル、４  磁気的空隙、５  永久磁石、６  ヨーク、７  放熱器。
【図１】
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【図２】
2013125843.tif 000004
【図３】
2013125843.tif 000005
【図４】
2013125843.tif 000006
【図５】
2013125843.tif 000007