(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的な間隙である主磁気ギャップを介して閉磁路を構成する閉磁路型の主継鉄と、該閉磁路に磁束を発生させるコイルと、該コイルが発生する磁束に対してバイアス磁界を与える永久磁石と、を備えた直流リアクトルにおいて、
前記主磁気ギャップを跨ぎ、かつ前記主継鉄から離隔する態様で前記永久磁石を配設し、かつ該主磁気ギャップ位置から互いに逆方向に離れた位置の前記主継鉄の側面に夫々補助継鉄を突設し、該補助継鉄を介して前記永久磁石を前記主継鉄に接続し、前記主継鉄と前記永久磁石との間に、前記主磁気ギャップ距離の少なくとも１／２の間隙を確保したことを特徴とする直流リアクトル。
【請求項２】
前記永久磁石の両端磁極面に接続する前記補助継鉄の対向面積が前記主磁気ギャップの対向面積よりも小さくなるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の直流リアクトル。
【請求項３】
前記主継鉄内部の磁路長の内外周差が異なる前記主継鉄のコーナ部分の近傍に前記主磁気ギャップを構成し、前記永久磁石を前記主磁気ギャップ近傍で、前記磁路長が長くなる前記主継鉄の外周側に配設した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】
前記主継鉄と前記永久磁石との間の間隙を増減させ、前記補助継鉄と前記永久磁石との接続面積を増減させることによって前記永久磁石が作るバイアス磁束を増減させることを特徴とする請求項１〜３に記載の直流リアクトル。
【請求項５】
成層鉄心、もしくは軟磁性フェライトバルク鉄心を用いた１個以上の鉄心の組み合わせ、あるいは連続成形体によって前記主継鉄を構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の直流リアクトル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流リアクトルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インバータ回路等の産業用電磁機器に設けられる直流リアクトルとして、永久磁石を用いてバイアス磁界を与えるように構成したものがある。この種の直流リアクトルとしては、例えば特公昭４６−３７１２８号公報（以下、従来技術１という）に示されたものがある。
【０００３】
従来技術１の直流リアクトルは、Ｉ字形成層鉄心とＥ字形成層鉄心とを上下に組み合わせつつ相互間に間隙（以下、磁気ギャップと称する）を設けるとともに、この磁気ギャップ全体に永久磁石を挿入してバイアス磁界を与えるようにしている。この従来技術１の直流リアクトルでは、Ｅ字形成層鉄心１０の一部に巻回されたコイルによるコイル磁束が永久磁石の内部を全体的に貫通するために、該コイル磁束によって該永久磁石が減磁し易いという問題がある。
【０００４】
そこで、従来においては、コイルによるコイル磁束が永久磁石の内部を全体的に貫通するのを阻止することによって、該永久磁石の減磁を抑えようとしたものが提案されている。
【０００５】
図９は、その一例である特開平８−３１６４９号公報（以下、従来技術２という）の直流リアクトルを示す。従来技術２の直流リアクトルでは、Ｃ字形鉄心１とＴ字形鉄心２とを上下に組み合わせて継鉄を構成してあり、Ｃ字形鉄心１とＴ字形鉄心２との相互間に磁気ギャップ３を設けてある。また、永久磁石４が磁気ギャップ３を跨いで上下に延在してＣ字形成層鉄心１およびＴ字形成層鉄心２の側面にそれぞれ密着して配設され、さらにバックヨーク５が永久磁石４の表面に積層してある。
【０００６】
以上のように構成した従来技術２の直流リアクトルによれば、コイル６によるコイル磁束７が永久磁石４の内部を全体的に貫通することなく継鉄の内部を循環するので、永久磁石４の減磁を抑えることができるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術２の直流リアクトルでは、永久磁石４が磁気ギャップ３を覆う態様でＣ字形成層鉄心１およびＴ字形成層鉄心２のそれぞれの側面に密着してあるので、永久磁石４の減磁を抑える方法としては決して好ましいものとはいえない。すなわち、永久磁石４における磁気ギャップ３に近接する部分において、以下に詳述するように、昇温による永久磁石４の磁気特性の低下と磁気ギャップ３からのコイル磁束７の漏洩磁束とが相俟って、著しい減磁を招来する虞れがある。
【０００８】
ここで、昇温による永久磁石４の磁気特性の低下とは、永久磁石４を構成するフェライト磁石材料や希土類磁石材料等の代表的な磁気特性である減磁曲線が負の温度係数を有し、昇温に伴って磁気特性が低下する現象を意味する。図１０は、この現象を例示するものであり、希土類磁石の一例である住友特殊金属株式会社製のＮＥＯＭＡＸ（登録商標）−３７Ｈにおける減磁曲線の温度変化を示している。一般的に、ＮＥＯＭＡＸ（登録商標）−３７Ｈのようにエネルギー密度および磁束密度が大きい永久磁石にあっては、その温度上昇に応じて、保持力Ｈｃおよび残留磁束密度Ｂｒが著しく減少して永久磁石４が減磁し易い状態となる。
【０００９】
一方、磁気ギャップ３からのコイル磁束７の漏洩磁束は、その一部が永久磁石４における磁気ギャップ３との近接部分を貫通して、該近接部分を減磁させるように作用する。しかも、この永久磁石４における磁気ギャップ３との近接部分に渦電流損を生じさせて、その近接部分を昇温させる作用をも有するので、該近接部分を減磁させる大きな要因となる。
【００１０】
以上により、従来技術２の直流リアクトルにあっては、永久磁石４における磁気ギャップ３との近接部分が昇温により減磁し易い状態となった場合に、該近接部分がコイル磁束７の漏洩磁束により減磁してしまうという問題がある。
【００１１】
この発明は上記実情に鑑みてなされたもので、コイル磁束の漏洩磁束による永久磁石の減磁を抑制することのできる直流リアクトルを得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる直流リアクトルは、磁気的な間隙である主磁気ギャップを介して閉磁路を構成する閉磁路型の主継鉄と、該閉磁路に磁束を発生させるコイルと、該コイルが発生する磁束に対してバイアス磁界を与える永久磁石と、を備えた直流リアクトルにおいて、前記主磁気ギャップを跨ぎ、かつ前記主継鉄から離隔する態様で前記永久磁石を配設し、かつ該主磁気ギャップ位置から互いに逆方向に離れた位置の前記主継鉄の側面に夫々補助継鉄を突設し、該補助継鉄を介して前記永久磁石を前記主継鉄に接続し、前記主継鉄と前記永久磁石との間に、前記主磁気ギャップ距離の少なくとも１／２の間隙を確保したことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、主磁気ギャップを跨ぎ、かつ該主継鉄から離隔する態様で前記永久磁石を配設され、主継鉄と永久磁石との間に主磁気ギャップ距離の少なくとも１／２の間隙を確保されるので、該主磁気ギャップから漏洩して該永久磁石を通過するコイル磁束の漏洩磁束の量が低減されるとともに、該漏洩磁束に伴う渦電流損による該永久磁石の昇温が抑制される。
【００１４】
つぎの発明にかかる直流リアクトルでは、上記の発明において、前記永久磁石の両端磁極面に接続する前記補助継鉄の対向面積が前記主磁気ギャップの対向面積よりも小さくなるように構成したことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、永久磁石の両端磁極面に接続する前記補助継鉄の対向面積が主磁気ギャップの対向面積よりも小さいことにより、該永久磁石に通じる磁路の磁気抵抗の方が該主磁気ギャップに通じる磁路の磁気抵抗よりも大きくなる。
【００１６】
つぎの発明にかかる直流リアクトルでは、上記の発明において、前記主継鉄内部の磁路長の内外周差が異なる前記主継鉄のコーナ部分の近傍に前記主磁気ギャップを構成し、前記永久磁石を前記主磁気ギャップ近傍で、前記磁路長が長くなる前記主継鉄の外周側に配設したことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、永久磁石に通じる磁路の方が主磁気ギャップに通じる磁路よりも大きくなるので、該永久磁石に通じる磁路における磁気抵抗の方が主磁気ギャップに通じる磁路における磁気抵抗よりも大きくなる。
【００２２】
つぎの発明にかかる直流リアクトルは、上記の発明において、主継鉄と永久磁石との間の間隙を増減させ、前記補助継鉄と該永久磁石との接続面積を増減させることによって該永久磁石が作るバイアス磁束を増減させることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、主継鉄と永久磁石との間の間隙を増減させ、前記補助継鉄と該永久磁石との接続面積を増減させることによって該永久磁石が作るバイアス磁束を増減させる。
【００２４】
つぎの発明にかかる直流リアクトルは、上記の発明において、成層鉄心、もしくは軟磁性フェライトバルク鉄心を用いた１個以上の鉄心の組み合わせ、あるいは連続成形体によって主継鉄を構成したことを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、成層鉄心、もしくは軟磁性フェライトバルク鉄心を用いた１個以上の鉄心の組み合わせ、あるいは連続成形体によって主継鉄を構成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる直流リアクトルの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２７】
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１である直流リアクトルを示すもので、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は断面側面図である。この直流リアクトルは、例えばインバータ回路に設けられて、該インバータ回路の直流電流の脈動を抑制するものである。
【００２８】
図１に示した直流リアクトルは、軟磁性体の薄板を積層したＥ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１を上下に組み合わせて主継鉄としている。
【００２９】
Ｅ字形成層鉄心１０は、並列関係にある略直方体状の中央脚１０Ｃ、右脚１０Ｒおよび左脚１０Ｌの一端を直方体状部の中央、左右の両端にそれぞれ直交連結して一体とした構造を有している。一方、Ｉ字形成層鉄心１１は、略直方体状を成している。
【００３０】
ここで、Ｅ字形成層鉄心１０における右脚１０Ｒおよび左脚１０Ｌが中央脚１０Ｃよりも短く形成してあるので、Ｅ字形成層鉄心１０の中央脚１０Ｃの底面をＩ字形成層鉄心１１に接続すれば、右脚１０ＲとＩ字形成層鉄心１１との間、並びに左脚１０ＬとＩ字形成層鉄心１１との間に主磁気ギャップＧがそれぞれ構成される。こうして、この直流リアクトルは、主継鉄の左右の両側に設けた主磁気ギャップＧを磁気回路中に含んだ略日の字形状３脚鉄心を構成している。
【００３１】
なお、主継鉄を組み立てる際に、主磁気ギャップＧの合わせ面、具体的には互いに対向して主磁気ギャップＧを構成する面どうしの間に非磁性の絶縁板を挿入して主磁気ギャップＧの保持を行うようにしても良い。また、Ｅ字形成層鉄心１０の中央脚１０ＣとＩ字形成層鉄心１１との合わせ面どうしの間に防振材を挿入して、相互間における電磁振動の抑止を図るようにしても良い。
【００３２】
また、図１の直流リアクトルには、Ｅ字形成層鉄心１０の中央脚１０Ｃにコイル１２が巻回してある一方、Ｅ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１に突起状補助継鉄１３，１４（補助継鉄）がそれぞれ設けてある。
【００３３】
コイル１２は、その内部に電流が流されることによりコイル磁束Φｃを発生させる。コイル１２には、主継鉄においてコイル磁束Φｃが後述する永久磁石１５によるバイアス磁束Φｍに対抗するように、その内部に電流が流されるようにしてある。
【００３４】
突起状補助継鉄１３，１４は、主磁気ギャップＧを上下に挟んで主継鉄を構成するＥ字形成層鉄心１０の右脚１０Ｒおよび左脚１０Ｌの側面、並びにＩ字形成層鉄心１１の側面から突出した部分である。この突起状補助継鉄１３，１４は、例えば主継鉄と一体に打ち抜かれた軟磁性体の薄板を積層して構成することができる。ここで、互いに対向する突起状補助継鉄１３，１４の対向面積Ａｓは、主磁気ギャップＧを構成するＥ字形成層鉄心１０の右脚１０Ｒおよび左脚１０ＬとＩ字形成層鉄心１１との対向面積Ａｇよりも小さくなるように構成してある。
【００３５】
突起状補助継鉄１３，１４との間には、主磁気ギャップＧを跨ぐ態様で永久磁石１５が配設してある。永久磁石１５は、コイル１２が発生するコイル磁束Φｃをバイアスするものであり、平板状に構成してある。この永久磁石１５は、突起状補助継鉄１３，１４の相互間に側方から挿入されるようになっており、主磁気ギャップＧを通過するコイル磁束Φｃの進行方向と反平行に着磁された状態で、突起状補助継鉄１３，１４にそれぞれ接続してある。
【００３６】
ここで、永久磁石１５は、その縦断面において長手方向となる両端面が磁極面になるように着磁してあり、突起状補助継鉄１３，１４の間にそれぞれ挿入された場合に、該磁極面が突起状補助継鉄１３，１４との接触面となるように構成してある。この永久磁石１５では、その縦断面における長手方向の長さが着磁方向の長さＨｍとなっており、該着磁方向の長さＨｍに対する磁極断面積の比を小さくしてある。但し、永久磁石１５の磁極断面積は、所望のバイアス磁界の発生量から必要と想定される断面積よりも大きく設定してある。この永久磁石１５は、突起状補助継鉄１３，１４の間に挿入されると、主磁気ギャップＧの中心線と、永久磁石１５の磁極中性線Ｃｍ、つまり磁極が反転する位置とが一致するようにしてある。
【００３７】
この永久磁石１５と、主継鉄、つまりＥ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１との間には、厚みＬｓを有するギャップ調整用スペーサ１６が挿入してある。
【００３８】
ギャップ調整用スペーサ１６は、非磁性かつ熱伝導性が鉄よりも小さい絶縁板により構成してあり、永久磁石１５とＥ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１との間の間隙を規定するものである。
【００３９】
これにより、本実施の形態１の直流リアクトルでは、永久磁石１５とＥ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１とが密着することがなく、相互間に離隔距離Ｌｓの磁気的な間隙（以下、磁気的ギャップＧｓと称する）が確保されることになる。ここで、磁気的ギャップＧｓの離隔距離Ｌｓは、主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇに対して１／２以上に設定することが好ましい。すなわち、磁気的ギャップＧｓの離隔距離Ｌｓがそれよりも小さいと、後述するコイル磁束Φｃの漏洩磁束が永久磁石１５を局部的に貫通する量が大きくなるので好ましくない。
【００４０】
上述したように構成した本実施の形態１では、脈動する直流電流によりコイル１２を励磁すると、図１（ｂ）中、実線で例示するように、コイル１２が作るコイル磁束Φｃは、Ｅ字形成層鉄心１０の中央脚１０Ｃから左右に分岐して、右脚１０Ｒ、左脚１０Ｌの内部を流れて主磁気ギャップＧをそれぞれ通過し、Ｉ字形成層鉄心１１を経由した後にＥ字形成層鉄心１０の中央脚１０Ｃに帰還する。一方、永久磁石１５が作るバイアス磁束Φｍは、図１（ｂ）中、破線で示したように、突起状補助継鉄１３を介してＥ字形成層鉄心１０の右脚１０Ｒおよび左脚１０Ｌに流入した後に、Ｅ字形成層鉄心１０の中央脚１０Ｃ、Ｉ字形成層鉄心１１および突起状補助継鉄１４を経由して永久磁石１５に帰還する。
【００４１】
ここで、本実施の形態１では、主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇ＜永久磁石の着磁方向の長さＨｍ、かつ主磁気ギャップにおける対向面積Ａｇ＞突起状補助継鉄１３，１４相互間の対向面積Ａｓとなるように構成してある。従って、Ｅ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１側の磁路と突起状補助継鉄１３，１４側の磁路との並列磁路において、突起状補助継鉄１３，１４側の磁路の方がＥ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１側の磁路よりも磁気抵抗が大きくなるので、コイル磁束Φｃが迂回して永久磁石１５に流入する事態を防止することができる。しかも、コイル磁束Φｃが直角に曲がるＩ字形成層鉄心１１における左右の両端のコーナとなる部位、つまり磁路の外周側となる部位に突起状補助継鉄１３，１４がそれぞれ設けてあるので、磁路長の内外周差に起因する磁気抵抗の差によりコイル磁束Φｃが突起状補助継鉄１３，１４を通過するのを抑制する効果が高い。
【００４２】
これらにより、コイル１２が巻回されたＥ字形成層鉄心１０の中央脚１０Ｃにおいては、コイル１２によるコイル磁束Φｃと永久磁石１５によるバイアス磁束Φｍとが対抗して流れるのに対し、主磁気ギャップＧを挟んで上下となる部分においては、コイル磁束Φｃとバイアス磁束Φｍとが確実に分岐するようになる。従って、Ｅ字形成層鉄心１０の中央脚１０Ｃにおいては、永久磁石１５によるバイアス磁束Φｍによってコイル１２によるコイル磁束Φｃが逆方向にバイアスされるようになるとともに、主磁気ギャップＧを挟んで上下となる部分においては、コイル磁束Φｃが突起状補助継鉄１３，１４を介して永久磁石１５を通過するといった永久磁石１５への減磁影響を抑制することができる。
【００４３】
一方、永久磁石１５と主継鉄、つまりＥ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１との間に磁気的ギャップＧｓを設けているので、主磁気ギャップＧからのコイル磁束Φｃの漏洩磁束が永久磁石１５における主磁気ギャップＧと近接する部分を通過する量を低減することができる。
【００４４】
図２は、このことを裏付ける磁場解析の結果を例示するもので、図２（ａ）は磁場解析の対象となるモデル、図２（ｂ）は計算による解析結果を示す。この磁場解析は、永久磁石１５を有しない略日の字形状３脚鉄心をモデルとし、その鉄心構造の対称性を考慮して、１／４領域にて非線形静磁場解析を行っている。この解析では、コイルの巻数を9ターン、励磁突流を考慮して通電電流を定格時の３倍となる４２０Ａ、主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇを１．２５ｍｍ、主継鉄を無方向性電磁鋼板５０Ａ４７０の成層鉄心にて構成したものとして設定している。また、図２（ａ）中、主継鉄の寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３およびＬ４は、それぞれ４５ｍｍ，６０ｍｍ，４８ｍｍおよび１１ｍｍとし、○印で囲んだ四角メッシュの空間について主磁気ギャップＧからのコイル磁束の漏洩磁束密度を計算している。
【００４５】
図２（ｂ）において、グラフの横軸を磁石の磁極中性線Ｃｍ（磁極中性線Ｃｍは、上述したように主磁気ギャップの中心線と一致する）からのＺ方向の距離とし、グラフの縦軸にＸ方向成分の漏洩磁束密度ＢｘおよびＺ方向成分の漏洩磁束密度Ｂｚをプロットしている。ここで、漏洩磁束密度Ｂｘおよび漏洩磁束密度Ｂｚは、主継鉄の側面から外方に離隔した距離を示すＸ方向距離Ｌｘをパラメータとし、５０μｍ,０．５ｍｍおよび１ｍｍの３つのケースについて計算を行った結果をプロットしている。
【００４６】
図２（ｂ）に示した解析結果より、主継鉄の側面からのＸ方向距離Ｌｘが５０μｍの場合、主磁気ギャップＧの近傍での漏洩磁束密度Ｂｘおよび漏洩磁束密度Ｂｚはいずれも大きく、０．７Ｔ前後の値を示している。これに対し、Ｘ方向距離Ｌｘが主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇ、つまり１．２５ｍｍに対して１／２以下となる０．５ｍｍの場合、主磁気ギャップの近傍での漏洩磁束密度Ｂｘおよび漏洩磁束密度Ｂｚが先の値の２／３以下にそれぞれ低減されている。すなわち、主継鉄の側面からのＸ方向距離Ｌｘを大きくすることによって、主磁気ギャップＧからの漏洩磁束が著しく低減されている。
【００４７】
以上の結果、本実施の形態１の直流リアクトルでは、磁気的ギャップＧｓを設け、好ましくは該磁気的ギャップＧｓの離隔距離Ｌｓを主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇの１／２以上となるようにしたので、永久磁石１５における主磁気ギャップＧと近接する部分を通過するコイル磁束Φｃの漏洩磁束が著しく低減されるようになる。しかも、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分においてコイル磁束Φｃの漏洩磁束による渦電流損も著しく低減されることになり、該渦電流損に伴って永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分が昇温されるのを抑制できる。
【００４８】
従って、本実施の形態１の直流リアクトルによれば、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分の昇温を抑制できるとともに、コイル磁束Φｃの漏洩磁束が該近接部分を通過する量を低減できるので、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分の減磁を抑制することができる。これにより、本実施の形態１によればコイル磁束Φｃの漏洩磁束による永久磁石１５の減磁を抑制することができる。
【００４９】
一方、永久磁石１５の側面と、主継鉄、つまりＥ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１の側面との間は、熱伝導性が鉄よりも小さい非磁性の絶縁板で構成されたギャップ調整用スペーサ１６あるいは空気層で満たされることになる。これにより、鉄損等により生じるＥ字形成層鉄心１０およびＩ字形成層鉄心１１での発熱、銅損等により生じるコイル１２での発熱は、主に突起状補助継鉄１３，１４との突き合わせ面、つまり接触面を介して熱伝導されるようになる。ここで、本実施の形態１の直流リアクトルでは、縦断面において長手方向となる両端面が磁極面になるように着磁した永久磁石１５を突起状補助継鉄１３，１４の間に挿入して、該磁極面が突起状補助継鉄１３，１４との突き合わせ面となるように構成している。
【００５０】
従って、本実施の形態１の直流リアクトルによれば、永久磁石１５の側面を接触面とする場合よりも接触面の面積を小さく設計して、該接触面を通じての熱伝導を抑えることができる。このため、永久磁石１５が温度上昇に伴って性能劣化する事態を抑制することが可能になり、その結果、直流リアクトルのＬＩ特性を可及的に所望の特性に維持することができるようになる。
【００５１】
さらに、本実施の形態１の直流リアクトルによれば、永久磁石１５の着磁方向の長さＨｍに対する磁極断面積の比を小さくしてあるので、永久磁石１５の動作点を高く設定して、外部磁界や永久磁石１５の温度上昇等の減磁要因に対してより安定な磁石特性を確保できるようになる。
【００５２】
さらにまた、本実施の形態１の直流リアクトルによれば、上述した構成により、永久磁石１５に対する減磁性能が改善されるため、保磁力が小さい安価な永久磁石材料を使用することが可能になり、その結果、直流リアクトルの製造コストを低減することが可能になる。
【００５３】
一方、本実施の形態１の直流リアクトルでは、永久磁石１５を突起状補助継鉄１３，１４の相互間に側方から挿入するようになっており、しかも永久磁石１５の磁極断面積を所望のバイアス磁界の発生量から必要と想定される断面積よりも大きくとってある。
【００５４】
これにより、永久磁石１５と突起状補助継鉄１３，１４との突き合わせ面積Ａｍ、つまり接続面積を増減させて、コイル磁束Φｃとは無関係にバイアス磁束Φｍを随時増減することができる。従って、図３に例示するように、励磁電流Ｉに対する直流リアクトルのインダクタンスＬの動作範囲を随時調整することができるようになる。例えば、磁気的ギャップ長さＬｓが、ＬｓＢ＜ＬｓＡ＜ＬｓＣの関係にある場合、ＬｓＡからＬｓＢに変更して磁気的ギャップ長さＬｓを小さくすれば、ＬＩ特性は高電流側、つまり横軸の正方向側にシフトし、逆にＬｓＡからＬｓＣに変更して磁気的ギャップ長さＬｓを大きくすれば、ＬＩ特性は低電流側にシフトするようになる。
【００５５】
従って、本実施の形態１の直流リアクトルによれば、永久磁石１５と突起状補助継鉄１３，１４との突き合わせ面積Ａｍを変更することで、直流リアクトルを組み立てた後であっても、工作誤差、材料特性のバラツキ等に起因する設計バイアス磁束に対するずれを補正して、所望のＬＩ特性を得ることが可能になる。なお、磁気的ギャップ長さＬｓを狭くし過ぎると低電流でのインダクタンス値が減少する状態に至ることもあるので、許容される範囲内において変更を行うようにする必要がある。
【００５６】
実施の形態２．
図４は、本実施の形態２である直流リアクトルを示す断面側面図である。本実施の形態２では、Ｃ字形成層鉄心２０およびＴ字形成層鉄心２１を上下に組み合わせて主継鉄とし、上述した実施の形態１と同様に、略日の字形状３脚鉄心型直流リアクトルを構成している。
【００５７】
Ｃ字形成層鉄心２０は、並列関係にある略直方体状の右脚２０Ｒおよび左脚２０Ｌの一端を直方体状部の左右の両端に直交連結して一体とした構造を有している。一方、Ｔ字形成層鉄心２１は、直方体状の脚部２１Ｃを直方体状部の中央に直交連結して一体とした構造を有している。
【００５８】
本実施の形態２の直流リアクトルでは、コイル２２がＴ字形成層鉄心２１の脚部２１Ｃに巻回してある一方、Ｃ字形成層鉄心２０およびＴ字形成層鉄心２１の相互間に主磁気ギャップＧが設けられてある。また、本実施の形態２の直流リアクトルでは、Ｃ字形成層鉄心２０およびＴ字形成層鉄心２１における主磁気ギャップＧを挟んで上下に位置する部分に突起状補助継鉄２３，２４が設けてあり、これら突起状補助継鉄２３，２４の相互間に永久磁石１５が挿入接続してある。これらを除けば、本実施の形態２の直流リアクトルでは、その組立構成および作用は上述した実施の形態１と同様であるので、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５９】
本実施の形態２の直流リアクトルによれば、実施の形態１と同様に、永久磁石１５と主継鉄との間に磁気的ギャップＧｓを設け、該磁気的ギャップＧｓの離隔距離Ｌｓを主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇの１／２以上となるようにしている。従って、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分での渦電流損による昇温を抑制できるとともに、コイル磁束Φｃの漏洩磁束が永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分を通過する量を低減できる。その結果、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分が減磁するのを抑制することができるので、本実施の形態２によればコイル磁束Φｃの漏洩磁束による永久磁石１５の減磁を抑制することができる。
【００６０】
また、コイル磁束Φｃが補助継鉄を介して永久磁石１５を通過する事態を防止したり、直流リアクトルのＬＩ特性を可及的に所望の特性に維持したり、減磁要因に対してより安定な磁石特性を確保できるようにしたり、より安価な永久磁石材料を使用できるようにしたり、設計バイアス磁束に対するずれを補正して所望のＬＩ特性を得ることができるようになるのも、実施の形態１と同様である。
【００６１】
実施の形態３．
図５は、本実施の形態３である直流リアクトルを示す断面側面図である。本実施の形態３では、Ｃ字形成層鉄心３０およびＩ字形成層鉄心３１を上下に組み合わせて主継鉄とし、略ロの字形状２脚鉄心型直流リアクトルを構成している。
【００６２】
Ｃ字形成層鉄心３０は、並列関係にある略直方体状の右脚３０Ｒおよび左脚３０Ｌの一端を直方体状部の左右の両端に直交連結して一体とした構造を有している。Ｉ字形成層鉄心３１は、直方体状を成している。
【００６３】
本実施の形態３の直流リアクトルでは、コイル３２がＩ字形成層鉄心３１に巻回してある一方、Ｃ字形成層鉄心３０およびＩ字形成層鉄心３１の相互間に主磁気ギャップＧが設けられてある。また、本実施の形態３の直流リアクトルでは、Ｃ字形成層鉄心３０およびＩ字形成層鉄心３１における主磁気ギャップＧを挟んで上下に位置する部分に突起状補助継鉄３３，３４が設けてあり、これら突起状補助継鉄３３，３４の相互間に永久磁石１５が挿入接続してある。これらを除けば、本実施の形態３の直流リアクトルでは、その組立構成および作用は上述した実施の形態１と同様であるので、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００６４】
本実施の形態３の直流リアクトルによれば、実施の形態１と同様に、永久磁石１５と主継鉄との間に磁気的ギャップＧｓを設け、該磁気的ギャップＧｓの離隔距離Ｌｓを主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇの１／２以上となるようにしている。従って、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分での渦電流損による昇温を抑制できるとともに、コイル磁束Φｃの漏洩磁束が永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分を通過する量を低減できる。その結果、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分が減磁するのを抑制することができるので、本実施の形態３によればコイル磁束Φｃの漏洩磁束による永久磁石１５の減磁を抑制することができる。
【００６５】
また、コイル磁束Φｃが補助継鉄を介して永久磁石１５を通過する事態を防止したり、直流リアクトルのＬＩ特性を可及的に所望の特性に維持したり、減磁要因に対してより安定な磁石特性を確保できるようにしたり、より安価な永久磁石材料を使用できるようにしたり、設計バイアス磁束に対するずれを補正して所望のＬＩ特性を得ることができるようになるのも、実施の形態１と同様である。
【００６６】
上述した効果に加えて、本実施の形態３によれば、主磁気ギャップＧの合わせ面と、組立時における主継鉄の合わせ面とを兼用できるようになるので、合わせ面が減少するとともに、主継鉄の合わせ面どうしの相互間に挿入する防振材が不要になる等により、製造コストを低減することが可能になる。
【００６７】
実施の形態４．
図６は、本実施の形態４である直流リアクトルを示す断面側面図である。本実施の形態４では、Ｃ字形成層鉄心４０，４１を左右に組み合わせて主継鉄とし、略ロの字形状２脚鉄心型直流リアクトルを構成している。
【００６８】
Ｃ字形成層鉄心４０，４１は、並列関係にある略直方体状の右脚４０Ｒ，４１Ｒおよび左脚４０Ｌ，４１Ｌの一端を直方体状部の左右（図６中、上下）の両端に直交連結して一体とした構造を有している。
【００６９】
本実施の形態４の直流リアクトルでは、Ｃ字形成層鉄心４０，４１に対してコイル４２がそれぞれ巻回してある一方、Ｃ字形成層鉄心４０，４１の相互間に主磁気ギャップＧが設けられてある。また、本実施の形態４の直流リアクトルでは、Ｃ字形成層鉄心４０，４１における主磁気ギャップＧを挟んで上下に位置する部分に突起状補助継鉄４３，４４が設けてあり、これら突起状補助継鉄４３，４４の相互間に永久磁石１５が挿入接続してある。これらを除けば、本実施の形態４の直流リアクトルでは、その組立構成および作用は上述した実施の形態１と同様であるので、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７０】
本実施の形態４の直流リアクトルによれば、実施の形態１と同様に、永久磁石１５と主継鉄との間に磁気的ギャップＧｓを設け、該磁気的ギャップＧｓの離隔距離Ｌｓを主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇの１／２以上となるようにしている。従って、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分での渦電流損による昇温を抑制できるとともに、コイル磁束Φｃの漏洩磁束が永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分を通過する量を低減できる。その結果、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分が減磁するのを抑制することができるので、本実施の形態４によればコイル磁束Φｃの漏洩磁束による永久磁石１５の減磁を抑制することができる。
【００７１】
また、コイル磁束Φｃが補助継鉄を介して永久磁石１５を通過する事態を防止したり、直流リアクトルのＬＩ特性を可及的に所望の特性に維持したり、減磁要因に対してより安定な磁石特性を確保できるようにしたり、より安価な永久磁石材料を使用できるようにしたり、設計バイアス磁束に対するずれを補正して所望のＬＩ特性を得ることができるようになるのも、実施の形態１と同様である。
【００７２】
上述した効果に加えて、本実施の形態４によれば、実施の形態３と同様に、主磁気ギャップＧの合わせ面と、組立時における主継鉄の合わせ面とを兼用できるようになるので、合わせ面が減少するとともに、主継鉄の合わせ面どうしの相互間に挿入する防振材が不要になる等により、製造コストを低減することが可能になる。
【００７３】
実施の形態５．
図７は、本実施の形態５である直流リアクトルを示す断面側面図である。本実施の形態５では、Ｅ字形成層鉄心５０，５１を上下に組み合わせて主継鉄とし、略日の字形状３脚鉄心型直流リアクトルを構成している。
【００７４】
Ｅ字形成層鉄心５０，５１は、並列関係にある略直方体状の中央脚５０Ｃ，５１Ｃ、右脚５０Ｒ，５１Ｒおよび左脚５０Ｌ，５１Ｌの一端を直方体状部の中央、左右の両端にそれぞれ直交連結して一体とした構造を有している。
【００７５】
本実施の形態５の直流リアクトルでは、Ｅ字形成層鉄心５０，５１の中央脚５０Ｃ，５１Ｃに対してコイル５２がそれぞれ巻回してある一方、Ｅ字形成層鉄心５０，５１の相互間に主磁気ギャップＧが設けられてある。また、本実施の形態５の直流リアクトルでは、Ｅ字形成層鉄心５０，５１における主磁気ギャップＧを挟んで上下に位置する部分に突起状補助継鉄５３，５４が設けてあり、これら突起状補助継鉄５３，５４の相互間に永久磁石１５が挿入接続してある。これらを除けば、本実施の形態５の直流リアクトルでは、その組立構成および作用は上述した実施の形態１と同様であるので、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７６】
本実施の形態５の直流リアクトルによれば、実施の形態１と同様に、永久磁石１５と主継鉄との間に磁気的ギャップＧｓを設け、該磁気的ギャップＧｓの離隔距離Ｌｓを主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇの１／２以上となるようにしている。従って、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分での渦電流損による昇温を抑制できるとともに、コイル磁束Φｃの漏洩磁束が永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分を通過する量を低減できる。その結果、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分が減磁するのを抑制することができるので、本実施の形態５によればコイル磁束Φｃの漏洩磁束による永久磁石１５の減磁を抑制することができる。
【００７７】
また、コイル磁束Φｃが補助継鉄を介して永久磁石１５を通過する事態を防止したり、直流リアクトルのＬＩ特性を可及的に所望の特性に維持したり、減磁要因に対してより安定な磁石特性を確保できるようにしたり、より安価な永久磁石材料を使用できるようにしたり、設計バイアス磁束に対するずれを補正して所望のＬＩ特性を得ることができるようになるのも、実施の形態１と同様である。
【００７８】
なお、上述した実施の形態１〜５では、全て突起状補助継鉄を含む主継鉄を成層鉄心により構成した例を示したが、固有抵抗の高い軟磁性フェライトによるバルク鉄心として構成しても同様の効果を得られることは勿論である。
【００７９】
実施の形態６．
図８は、本実施の形態６である直流リアクトルを示すものであり、図８（ａ）は主継鉄の平面展開図、図８（ｂ）は断面側面図である。本実施の形態６では、１つのＨ字形成層鉄心６０を主継鉄とし、略日の字形状３脚鉄心型直流リアクトルを構成している。
【００８０】
Ｈ字形成層鉄心６０は、図８（ａ）中、中央脚６０Ｃを挟んで上下に位置する上腕部６０Ａおよび底腕部６０Ｂを有しており、さらにそれら上腕部６０Ａおよび底腕部６０Ｂの左右の先端に薄肉連結部６０ａ′，６０ｂ′を介して先端部６０ａ，６０ｂがそれぞれ設けてある。このＨ字形成層鉄心６０は、一体構造物として製造してある。
【００８１】
先端部６０ａ，６０ｂには、主継鉄を組み立てた場合に互いに対向する位置関係となるように、突起状補助継鉄６３，６４がそれぞれ設けてある。この先端部６０ａ，６０ｂは、主継鉄を組み立てた場合に、Ｈ字形成層鉄心６０の右脚６０Ｒおよび左脚６０Ｌを構成する部分となる。
【００８２】
本実施の形態６の直流リアクトルでは、Ｈ字形成層鉄心６０の中央脚６０Ｃにコイル６２を巻回した後に、薄肉連結部６０ａ′，６０ｂ′を内方に折曲させて接合突き合わせ面Ａｃを重ね合わせるように閉じて主磁気ギャップＧを形成し、非磁性の絶縁板により主磁気ギャップＧを保持した後に、さらに永久磁石１５を突起状補助継鉄６３，６４の相互間に挿入接続する過程を経て、略日の字形状３脚鉄心型直流リアクトルを構成している。
【００８３】
本実施の形態６では、上述した主要な組立構成を除けば、その作用は上述した実施の形態５と同様であるので、同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００８４】
本実施の形態６の直流リアクトルによれば、実施の形態１と同様に、永久磁石１５と主継鉄との間に磁気的ギャップＧｓを設け、該磁気的ギャップＧｓの離隔距離Ｌｓを主磁気ギャップＧの離隔距離Ｌｇの１／２以上となるようにしている。従って、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分での渦電流損による昇温を抑制できるとともに、コイル磁束Φｃの漏洩磁束が永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分を通過する量を低減できる。その結果、永久磁石１５における主磁気ギャップＧとの近接部分が減磁するのを抑制することができるので、本実施の形態６によればコイル磁束Φｃの漏洩磁束による永久磁石１５の減磁を抑制することができる。
【００８５】
また、コイル磁束Φｃが補助継鉄を介して永久磁石１５を通過する事態を防止したり、直流リアクトルのＬＩ特性を可及的に所望の特性に維持したり、減磁要因に対してより安定な磁石特性を確保できるようにしたり、より安価な永久磁石材料を使用できるようにしたり、設計バイアス磁束に対するずれを補正して所望のＬＩ特性を得ることができるようになるのも、実施の形態１と同様である。
【００８６】
上述した効果に加えて、本実施の形態６の直流リアクトルによれば、コイル６２が巻回されるＨ字形成層鉄心６０の中央脚６０Ｃに突き合わせ面を設ける必要がなく、該突き合わせ面に伴って生じる工作ギャップもないので、該工作ギャップによる直流リアクトルのインダクタンスＬの低下や電磁振動等を抑制することができる。
【００８７】
さらに、本実施の形態６の直流リアクトルによれば、薄肉連結部６０ａ′，６０ｂ′を介して主継鉄が一体構造物となっているので、接合突き合わせ面Ａｃを介しての電磁振動を抑制することができる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、主磁気ギャップを跨ぎ、かつ該主継鉄から離隔する態様で前記永久磁石を配設され、主継鉄と永久磁石との間に、主磁気ギャップ距離の少なくとも１／２の間隙を確保されるので、該主磁気ギャップから漏洩して該永久磁石を通過するコイル磁束の漏洩磁束の量が低減されるとともに、該漏洩磁束に伴う渦電流損による該永久磁石の昇温が抑制されるので、コイル磁束の漏洩磁束による永久磁石の減磁を抑制することができる。
【００８９】
つぎの発明によれば、永久磁石の両端磁極面に接続する前記補助継鉄の対向面積が主磁気ギャップの対向面積よりも小さいことにより、該永久磁石に通じる磁路の磁気抵抗の方が該主磁気ギャップに通じる磁路の磁気抵抗よりも大きくなるので、該主継鉄と該永久磁石との接続面を通じて該永久磁石をコイル磁束が通過するのを抑制することができる。
【００９０】
つぎの発明によれば、永久磁石に通じる磁路の方が主磁気ギャップに通じる磁路よりも大きくなるので、該永久磁石に通じる磁路における磁気抵抗の方が主磁気ギャップに通じる磁路における磁気抵抗よりも大きくなる。従って、主継鉄と永久磁石との接続面を通じて該永久磁石をコイル磁束が通過するのを一層確実に抑制することができる。
【００９３】
つぎの発明によれば、主継鉄と永久磁石との間の間隙を増減させ、前記補助継鉄と該永久磁石との接続面積を増減させることによって該永久磁石が作るバイアス磁束を増減させるので、工作誤差、材料特性のバラツキ等に起因する設計バイアス磁束に対するずれを補正して所望のＬＩ特性を得ることが容易になる。
【００９４】
つぎの発明によれば、成層鉄心、もしくは軟磁性フェライトバルク鉄心を用いた１個以上の鉄心の組み合わせ、あるいは連続成形体によって主継鉄を構成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１である直流リアクトルを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図である。
【図２】  主磁気ギャップ近傍での磁場解析を行った結果を示すもので、（ａ）は磁場解析の対象となるモデルの説明図、（ｂ）は計算による解析結果を示す図である。
【図３】  実施の形態１の直流リアクトルにおける磁気的ギャップとＬＩ特性との関係を示す説明図である。
【図４】  この発明の実施の形態２である直流リアクトルの断面側面図である。
【図５】  この発明の実施の形態３である直流リアクトルの断面側面図である。
【図６】  この発明の実施の形態４である直流リアクトルの断面側面図である。
【図７】  この発明の実施の形態５である直流リアクトルの断面側面図である。
【図８】  この発明の実施の形態６である直流リアクトルを示すもので、（ａ）は主継鉄の平面展開図、（ｂ）は断面側面図である。
【図９】  従来技術２である直流リアクトルの断面側面図である。
【図１０】  永久磁石における減磁曲線の温度変化を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  Ｅ字形成層鉄心、１０Ｃ  中央脚、１０Ｒ  右脚、１０Ｌ  左脚、  １１  Ｉ字形成層鉄心、１２  コイル、１３，１４  突起状補助継鉄、１５  永久磁石、１６  ギャップ調整用スペーサ、２０  Ｃ字形成層鉄心、２０Ｒ  右脚、２０Ｌ  左脚、２１  Ｔ字形成層鉄心、２１Ｃ  脚部、２２  コイル、２３，２４  突起状補助継鉄、３０  Ｃ字形成層鉄心、３０Ｒ  右脚、３０Ｌ  左脚、３１  Ｉ字形成層鉄心、３２  コイル、３３，３４  突起状補助継鉄、４０，４１Ｃ字形成層鉄心、４２  コイル、４３，４４  突起状補助継鉄、５０，５１  Ｅ字形成層鉄心、５０Ｃ，５１Ｃ  中央脚、５０Ｒ，５１Ｒ  右脚、５０Ｌ，５１Ｌ  左脚、５２  コイル、５３，５４  突起状補助継鉄、６０  Ｈ字形成層鉄心、６０Ａ  上腕部、６０Ｂ  底腕部、６０ａ，６０ｂ  先端部、６０ａ′，６０ｂ′  薄肉連結部、６０Ｃ  中央脚、６０Ｒ  右脚、６０Ｌ  左脚、６２  コイル、６３，６４  突起状補助継鉄、Ｃｍ  磁極中性線、Ｇ  主磁気ギャップ、Ｇｓ  磁気的ギャップ、Φｃ  コイル磁束、Φｍ  バイアス磁束。
【図１】
0004001505.tif 000002
【図２】
0004001505.tif 000003
【図３】
0004001505.tif 000004
【図４】
0004001505.tif 000005
【図５】
0004001505.tif 000006
【図６】
0004001505.tif 000007
【図７】
0004001505.tif 000008
【図８】
0004001505.tif 000009
【図９】
0004001505.tif 000010
【図１０】
0004001505.tif 000011