(57)【要約】【課題】直流給電において、大電圧の印加直後における電流の立ち上がりを早くし、その後の電流の増加を抑制する。【解決手段】限流コイル１は、和動接続の向きに接続されたコイル１０とコイル２０を有する。ただし、コイル２０の両端には、ダイオードＤ１のアノードがコイル１０とコイル２０の接続点側に接続されており、そのカソードが端子Ｔ２側に接続されている。コイル１０とコイル２０は、コア３０に巻回されている。端子Ｔ１と端子Ｔ２をそれぞれ正側と負側として電圧Ｅが印加されると、励磁電流ｉｍ１が流れてコア３０の内部に磁束Φｍ１が生じる。磁束Φｍ１により、コイル２０とダイオードＤ１をループする電流ｉ２が流れる。電流ｉ２はコイル２０に磁束Φ２を発生させようとする。しかし、電流ｉ１がコイル１０に流れ、磁束Φ２をちょうど打ち消す大きさの磁束Φ１を発生させる。従って、端子Ｔ１から端子Ｔ２に向けて電流ｉ＝ｉｍ１＋ｉ１が流れる。【選択図】図３
2017216868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流給電において使用される直流給電用限流コイルであって、
磁束を通しやすい材料で作られたコアと、
前記コアに巻回され、直列に接続された２つのコイルと、
前記２つのコイルのうちの一方のコイルの両端に接続された第１のダイオードと、
を備えることを特徴とする直流給電用限流コイル。
【請求項２】
前記２つのコイルが、和動接続の向きに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の直流給電用限流コイル。
【請求項３】
前記２つのコイルのうちの一方のコイルまたは他方のコイルの両端に、前記第１のダイオードと逆方向に電流が流れるように接続された第２のダイオードを備えることを特徴とする請求項２に記載の直流給電用限流コイル。
【請求項４】
前記２つのコイルが、差動接続の向きに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の直流給電用限流コイル。
【請求項５】
前記２つのコイルのうちの他方のコイルの両端に、前記第１のダイオードと逆方向に電流が流れるように接続された第２のダイオードを備えることを特徴とする請求項４に記載の直流給電用限流コイル。
【請求項６】
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部とを有し、
前記第１のヨーク、前記第２のヨーク、前記第１の脚部、または前記第２の脚部が少なくとも１のギャップを有し、
前記２つのコイルが、前記第１の脚部または前記第２の脚部に重ね巻きされている、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の直流給電用限流コイル。
【請求項７】
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部とを有し、
前記第１のヨーク、前記第２のヨーク、前記第１の脚部、または前記第２の脚部が少なくとも１のギャップを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されている、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の直流給電用限流コイル。
【請求項８】
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部から延長された第１の拡張ヨークと、当該第２のヨークの他方の端部から延長された第２の拡張ヨークと、当該第１の拡張ヨークにおける前記第１のヨークと反対側の端部と当該第２の拡張ヨークにおける前記第２のヨークと反対側の端部とを連結し、中間にギャップを有する第３の脚部とを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されている、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の直流給電用限流コイル。
【請求項９】
前記第１のヨーク、前記第２のヨーク、前記第１の脚部、または前記第２の脚部が少なくとも１のギャップを有することを特徴とする請求項８に記載の直流給電用限流コイル。
【請求項１０】
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部と、当該第１のヨークの中間部分と当該第２のヨークの中間部分を連結し、中間にギャップを有する第３の脚部とを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されている、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の直流給電用限流コイル。
【請求項１１】
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部から延長された第１の拡張ヨークと、当該第２のヨークの他方の端部から延長された第２の拡張ヨークと、当該第１の拡張ヨークにおける前記第１のヨークと反対側の端部と当該第２の拡張ヨークにおける前記第２のヨークと反対側の端部とを連結し、中間にギャップを有する第３の脚部と、当該第１のヨークの中間部分と当該第２のヨークの中間部分を連結し、中間にギャップを有する第４の脚部とを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されている、
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の直流給電用限流コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流給電において使用される直流給電用限流コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
データセンタ等でサーバに高電圧直流を給電するシステムが知られている。また、スマートグリッドへの適用を目指して、３８０Ｖ程度の高電圧直流（ＨＶＤＣ：Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）送電の研究開発が進められている。
【０００３】
このような高電圧直流の給電線に短絡事故等が発生すると、過大電流が流れるおそれがある。この過大電流は、給電線の途中にコイルを挿入することにより、抑制することができる。電圧が急激に変化するとき、コイルのインダクタンスが電流の急激な変化を抑制する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、遮断器は、過大電流が流れ始めて時間が経過し、電流値が所定の値に達したときに電流を遮断する。
しかし、短絡事故等が発生して大きな電圧が印加されたとき、短絡事故等の発生直後の電流値は小さく、コイルに流れる電流（磁束密度）は時間とともに徐々に上昇する。このため、電流値が遮断器を動作させる値に達し、遮断器が動作して電流が遮断されるまで時間がかかる。
【０００５】
また、コイルの巻線の抵抗は非常に小さい。短絡箇所の抵抗も小さい場合、電流が遮断される前にコイルが磁気飽和すると、インダクタンスが非常に小さくなり、膨大な電流が瞬時に流れるおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、大きな電圧が印加された直後における電流の立ち上がりを早くし、その後に時間の経過とともに電流の増加を抑制することができる直流給電用限流コイルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の直流給電用限流コイルは、
直流給電において使用される直流給電用限流コイルであって、
磁束を通しやすい材料で作られたコアと、
前記コアに巻回され、直列に接続された２つのコイルと、
前記２つのコイルのうちの一方のコイルの両端に接続された第１のダイオードと、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記２つのコイルが、和動接続の向きに接続されていることを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記２つのコイルのうちの一方のコイルまたは他方のコイルの両端に、前記第１のダイオードと逆方向に電流が流れるように接続された第２のダイオードを備えることを特徴とする。
【００１０】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記２つのコイルが、差動接続の向きに接続されていることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記２つのコイルのうちの他方のコイルの両端に、前記第１のダイオードと逆方向に電流が流れるように接続された第２のダイオードを備えることを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部とを有し、
前記第１のヨーク、前記第２のヨーク、前記第１の脚部、または前記第２の脚部が少なくとも１のギャップを有し、
前記２つのコイルが、前記第１の脚部または前記第２の脚部に重ね巻きされている、
ことを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部とを有し、
前記第１のヨーク、前記第２のヨーク、前記第１の脚部、または前記第２の脚部が少なくとも１のギャップを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されている、
ことを特徴とする。
【００１４】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部から延長された第１の拡張ヨークと、当該第２のヨークの他方の端部から延長された第２の拡張ヨークと、当該第１の拡張ヨークにおける前記第１のヨークと反対側の端部と当該第２の拡張ヨークにおける前記第２のヨークと反対側の端部とを連結し、中間にギャップを有する第３の脚部とを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されている、
ことを特徴とする。
【００１５】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記第１のヨーク、前記第２のヨーク、前記第１の脚部、または前記第２の脚部が少なくとも１のギャップを有することを特徴とする。
【００１６】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部と、当該第１のヨークの中間部分と当該第２のヨークの中間部分を連結し、中間にギャップを有する第３の脚部とを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されている、
ことを特徴とする。
【００１７】
好ましくは、本発明の直流給電用限流コイルは、
前記コアが、対向する第１のヨークおよび第２のヨークと、当該第１のヨークの一方の端部および当該第２のヨークの一方の端部を連結する第１の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部および当該第２のヨークの他方の端部を連結する第２の脚部と、当該第１のヨークの他方の端部から延長された第１の拡張ヨークと、当該第２のヨークの他方の端部から延長された第２の拡張ヨークと、当該第１の拡張ヨークにおける前記第１のヨークと反対側の端部と当該第２の拡張ヨークにおける前記第２のヨークと反対側の端部とを連結し、中間にギャップを有する第３の脚部と、当該第１のヨークの中間部分と当該第２のヨークの中間部分を連結し、中間にギャップを有する第４の脚部とを有し、
前記２つのコイルの一方が、前記第１の脚部に巻回されており、
前記２つのコイルの他方が、前記第２の脚部に巻回されている、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、大きな電圧が印加された直後における電流の立ち上がりを早くし、その後に時間の経過とともに電流の増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る直流給電用限流コイルの構成の例を示す図である。図１（Ａ）は、第１の実施形態に係る直流給電用限流コイルの構成の一例を示す。図１（Ｂ）は、第１の実施形態に係る直流給電用限流コイルの構成の別の例を示す。
【図２】図１の直流給電用限流コイルに印加される電圧とそこに流れる電流の一例を示す図である。
【図３】図１の直流給電用限流コイルの磁気回路の構成の一例を示す図である。
【図４】図３の磁気回路に電圧Ｅが印加されたときの電流の時間経過の一例を示す図である。
【図５】図１（Ａ）の直流給電用限流コイルに印加される電圧とそこに流れる電流の別の例を示す図である。
【図６】矩形状のコアの左側の脚部に２つのコイルが重ね巻きされた図１（Ａ）の限流コイルの構成の一例を示す図である。
【図７】矩形状のコアの左側の脚部と右側の脚部に２つのコイルがそれぞれ巻回された図１（Ａ）の限流コイルの構成の一例を示す図である。
【図８】矩形部に隣接して漏れ磁束の経路が付加されたコアを有する図１（Ａ）の限流コイルの構成の一例を示す図である。
【図９】矩形部の中間に漏れ磁束の経路が付加されたコアを有する図１（Ａ）の限流コイルの構成の一例を示す図である。
【図１０】ギャップを有する矩形部に隣接して漏れ磁束の経路が付加されたコアを有する図１（Ａ）の限流コイルの構成の一例を示す図である。
【図１１】矩形部の中間および矩形部の隣に漏れ磁束の経路が付加されたコアを有する図１（Ａ）の限流コイルの構成の一例を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る直流給電用限流コイルの構成の例を示す図である。図１２（Ａ）は、第２の実施形態に係る直流給電用限流コイルの基本的な構成の一例を示す。図１２（Ｂ）は、逆起電力抑止用ダイオードが付加された第２の実施形態に係る直流給電用限流コイルの構成の一例を示す。
【図１３】図１２（Ａ）の直流給電用限流コイルに印加される電圧とそこに流れる電流の一例を示す図である。
【図１４】図１２（Ａ）の直流給電用限流コイルの磁気回路の構成の一例を示す図である。
【図１５】図１４の磁気回路に電圧Ｅが印加されたときの電流の時間経過の一例を示す図である。
【図１６】図１２（Ｂ）の直流給電用限流コイルにおいて逆起電力を抑止するために流れる電流の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態に係る直流給電用限流コイルについて図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施形態を説明する全図において、共通の構成要素には同一の符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
【００２１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る直流給電用限流コイル１，１の構成の例を示す。図３は、図１の直流給電用限流コイル１，１’の磁気回路の構成の一例を示す。
限流コイル１は、コイル１０と、コイル２０と、コア３０と、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ２とを有する。限流コイル１’も、限流コイル１と同様に、コイル１０と、コイル２０と、コア３０と、ダイオードＤ１と、ダイオードＤ２とを有する。なお、図２と図３には、ダイオードＤ２を図示していないが、限流コイル１，１’はダイオードＤ２を含む。
コイル１０とコイル２０は、端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に直列に和動接続の向きに接続されている。すなわち、コイル１０とコイル２０の自己インダクタンスをそれぞれＬ１とＬ２、相互インダクタンスをＭとする。このとき、ダイオードＤ１とダイオードＤ２が無い場合には、限流コイル１，１’の合成インダクタンスがＬ１＋Ｌ２＋２Ｍとなるようにコイル１０とコイル２０は接続されている。
【００２２】
ただし、図１（Ａ）に示すように、限流コイル１では、コイル２０の両端に、互いに逆方向に電流が流れるようにダイオードＤ１とダイオードＤ２が接続されている。例えば、ダイオードＤ１はアノードがコイル１０とコイル２０の接続点側に接続され、カソードが端子Ｔ２側に接続されている。ダイオードＤ２はカソードがコイル１０とコイル２０の接続点側に接続され、アノードが端子Ｔ２側に接続されている。急に大きな電圧が印加された直後に端子Ｔ１から端子Ｔ２に向かって流れる電流は、コイル２０を流れず、ダイオードＤ１を通って流れる。また、その逆方向に流れる電流は、コイル２０を流れず、ダイオードＤ２を通って流れる。このため、急に大きな電圧が印加された直後には、コイル２０は短絡されているとみなすことができる。
一方、図１（Ｂ）に示すように、限流コイル１’では、コイル２０とコイル１０の両端に、互いに逆方向に電流が流れるようにダイオードＤ１とダイオードＤ２が接続されている。例えば、ダイオードＤ１はアノードがコイル１０とコイル２０の接続点側に接続され、カソードが端子Ｔ２側に接続されている。ダイオードＤ２はアノードがコイル１０とコイル２０の接続点側に接続され、カソードが端子Ｔ１側に接続されている。急に大きな電圧が印加された直後に端子Ｔ１から端子Ｔ２に向かって流れる電流は、コイル２０を流れず、ダイオードＤ１を通って流れる。また、その逆方向に流れる電流は、コイル１０を流れず、ダイオードＤ２を通って流れる。このため、急に大きな電圧が印加された直後には、コイル２０とコイル１０のいずれか一方が短絡されているとみなすことができる。
【００２３】
コイル１０とコイル２０は、コア３０に巻かれている。
コア３０は、鉄のような磁束を通しやすい材料で作られている。ただし、コア３０は、磁束を通しやすい材料であれば、鉄以外の材料で作られていてもよい。
限流コイル１と限流コイル１’の動作は同様であるため、以下では限流コイル１を例に説明する。
【００２４】
限流コイル１は、直流の給電線の途中に挿入される。通常（すなわち、短絡事故等が起こっていないとき）、コイル１０とコイル２０には略一定の電流が流れており、この電流によりコア３０の内部には磁束Φ’が生じている。このとき、コイル１０とコイル２０は単なる配線とみなせる。短絡事故等が起こり、例えば、図２に示すように、端子Ｔ１と端子Ｔ２をそれぞれ正側と負側として急に大きな電圧Ｅが印加されると、コイル１０に電圧（Ｅ−Ｖｄ）がかかり、端子Ｔ１から端子Ｔ２に向けてコイル１０に励磁電流ｉｍ１が流れる。コイル１０の両端に付した＋と−の符号は電圧降下の向きを示す。なお、上述したようにコイル２０は短絡されていると見なされるため、励磁電流ｉｍ１はコイル２０にはほとんど流れない。ＶｄはダイオードＤ１による電圧降下である。
【００２５】
このとき、図３に示すように、励磁電流ｉｍ１によって、コア３０の内部に磁束Φｍ１が生じる。磁束Φｍ１によりコイル２０に起電力が生じる。図２と図３においてコイル２０の両端に付した＋と−の符号は起電力の向きを示す。この起電力により、コイル２０とダイオードＤ１をループする電流ｉ２が流れる。電流ｉ２は、コイル２０に磁束Φ２を発生させようとする。しかし、電流ｉ２に対応して、コイル１０に電流ｉ１が流れ、磁束Φ２をちょうど打ち消す大きさの磁束Φ１を発生させる。磁束Φ１と磁束Φ２が打ち消し合うため、コア３０の内部の磁束はΦｍ１から変化しない。
従って、端子Ｔ１と端子Ｔ２をそれぞれ正側と負側として電圧Ｅが印加されたとき、端子Ｔ１から端子Ｔ２に向けて電流ｉ＝ｉｍ１＋ｉ１が流れる。
【００２６】
図４に示すように、端子Ｔ１と端子Ｔ２間に流れる電流ｉは、励磁電流ｉｍ１から電流ｉ１の電流値だけ嵩上げされる。端子Ｔ１と端子Ｔ２間に電圧Ｅが印加された直後に、端子Ｔ１と端子Ｔ２間に流れる電流ｉの電流値は、電流ｉ１の電流値である。コイル１０とコイル２０に漏れ磁束がないと仮定すると、その後、電流ｉの電流値は直線的に増加する。しかし、実際には、コイル１０とコイル２０には漏れ磁束が存在する。この漏れ磁束の影響により、時間が経過すると、磁束Φ１と磁束Φ２が減少し、電流ｉ１と電流ｉ２が減少する。このため、時間が経過するにつれて、端子Ｔ１と端子Ｔ２間に流れる電流ｉの増加率が減少する。このように、限流コイル１は、電圧Ｅが印加された直後における電流ｉの立ち上がりが早く、時間が経過するにつれて電流ｉの増加を抑制する。
【００２７】
ダイオードＤ１は、端子Ｔ１と端子Ｔ２をそれぞれ正側と負側として電圧Ｅが印加される場合に必要となる。この場合、ダイオードＤ２は必要ない。
ダイオードＤ２は、図２の例とは逆に、端子Ｔ２と端子Ｔ１をそれぞれ正側と負側として電圧Ｅが印加される場合に必要となる。図５に示すように、電圧Ｅが印加されたとき、電流ｉ＝ｉｍ１＋ｉ１は端子Ｔ２から端子Ｔ１に向けてダイオードＤ２とコイル１０を通って流れる。また、電流ｉ２はコイル２０とダイオードＤ２をループして流れる。なお、この場合、ダイオードＤ１は必要ない。
【００２８】
以下に、限流コイル１の具体的な構成例について説明する。
図６は、矩形状のコア３０Ａの左側の脚部Ｐ１に２つのコイル１０Ａとコイル２０Ａが重ね巻きされた限流コイル１Ａの構成の一例を示す。
限流コイル１Ａは、コイル１０Ａと、コイル２０Ａと、コア３０Ａとを含む。
コア３０Ａは、ヨークＹ１と、ヨークＹ２と、脚部Ｐ１と、脚部Ｐ２とを有する。ヨークＹ１とヨークＹ２は対向している。脚部Ｐ１は、ヨークＹ１の左の端部とヨークＹ２の左の端部を連結する。脚部Ｐ２は、ヨークＹ１の右の端部とヨークＹ２の右の端部を連結する。
コア３０Ａは１つ以上のギャップ（隙間）を有する。例えば、図６の例では、ヨークＹ２が中間にギャップＡＧ１を有する。なお、ヨークＹ１、脚部Ｐ１、または脚部Ｐ２がギャップを有していてもよい。コア３０Ａにギャップがあると、漏れ磁束が増加し、コア３０Ａは磁気飽和しにくくなる。
【００２９】
コイル１０Ａとコイル２０Ａの巻線は、脚部Ｐ１に逆向き（例えば、コイル１０Ａは左回り、コイル２０Ａは右回り）に重ね巻きされている。ヨークＹ１側に配置されているコイル１０Ａの一方の端部とコイル２０Ａの一方の端部（コイル１０Ａの巻き初めとコイル２０Ａの巻き初め）にそれぞれ端子Ｔ１と端子Ｔ２が設けられる。ヨークＹ２側に配置されているコイル１０Ａの他方の端部とコイル２０Ａの他方の端部（コイル１０Ａの巻き終わりとコイル２０Ａの巻き終わり）は接続される。
なお、コイル１０Ａとコイル２０Ａの巻線は、脚部Ｐ１ではなく、脚部Ｐ２に逆向きに重ね巻きされていてもよい。
【００３０】
図７は、矩形状のコア３０Ａの左側の脚部Ｐ１と右側の脚部Ｐ２に２つのコイル１０Ｂとコイル２０Ｂがそれぞれ巻回された限流コイル１Ｂの構成の一例を示す。
限流コイル１Ｂは、コイル１０Ｂと、コイル２０Ｂと、コア３０Ａとを含む。
限流コイル１Ｂのコア３０Ａは、限流コイル１Ａのものと同一である。
コイル１０Ｂの巻線は、脚部Ｐ１に左回りに巻回されている。コイル２０Ｂの巻線は、脚部Ｐ２に左回りに巻回されている。コイル１０ＢのヨークＹ１側の端部とコイル２０ＢのヨークＹ１側の端部（コイル１０Ｂの巻き初めとコイル２０Ｂの巻き初め）にそれぞれ端子Ｔ１と端子Ｔ２が設けられる。コイル１０ＢのヨークＹ２側の端部とコイル２０ＢのヨークＹ２側の端部（コイル１０Ｂの巻き終わりとコイル２０Ｂの巻き終わり）は接続される。
【００３１】
図８は、矩形部に隣接して漏れ磁束の経路が付加されたコア３０Ｂを有する限流コイル１Ｃの構成の一例を示す。
限流コイル１Ｃは、コイル１０Ｂと、コイル２０Ｂと、コア３０Ｂとを含む。
コア３０Ｂは、ヨークＹ１と、ヨークＹ２と、拡張ヨークＹ３と、拡張ヨークＹ４と、脚部Ｐ１と、脚部Ｐ２と、脚部Ｐ３とを有する。ヨークＹ１とヨークＹ２は対向している。拡張ヨークＹ３はヨークＹ１が延長されたものである。拡張ヨークＹ４はヨークＹ２が延長されたものである。脚部Ｐ１は、ヨークＹ１の左の端部とヨークＹ２の左の端部を連結する。脚部Ｐ２は、ヨークＹ１の右の端部とヨークＹ２の右の端部、すなわち、ヨークＹ１と拡張ヨークＹ３の接続部分およびヨークＹ２と拡張ヨークＹ４の接続部分を連結する。脚部Ｐ３は、拡張ヨークＹ３の右の端部と拡張ヨークＹ４の右の端部（拡張ヨークＹ３におけるヨークＹ１と反対側の端部と拡張ヨークＹ４におけるヨークＹ２と反対側の端部）を連結する。ただし、脚部Ｐ３は、中間にギャップ（隙間）ＡＧ２を有する。
【００３２】
限流コイル１Ｃにおけるコイル１０Ｂとコイル２０Ｂは限流コイル１Ｂのものと同一である。すなわち、コイル１０Ｂの巻線は、脚部Ｐ１に左回りに巻回されている。コイル２０Ｂの巻線は、脚部Ｐ２に左回りに巻回されている。コイル１０ＢのヨークＹ１側の端部とコイル２０ＢのヨークＹ１側の端部（コイル１０Ｂの巻き初めとコイル２０Ｂの巻き初め）にそれぞれ端子Ｔ１と端子Ｔ２が設けられる。コイル１０ＢのヨークＹ２側の端部とコイル２０ＢのヨークＹ２側の端部（コイル１０Ｂの巻き終わりとコイル２０Ｂの巻き終わり）は接続される。
ヨークＹ１とヨークＹ２と脚部Ｐ１と脚部Ｐ２とは矩形部を形成する。拡張ヨークＹ３と脚部Ｐ３と拡張ヨークＹ４は、漏れ磁束の経路となる。限流コイル１Ｃでは、漏れ磁束は、空気中だけでなく、拡張ヨークＹ３と脚部Ｐ３と拡張ヨークＹ４を通ることができる。
なお、コア３０Ｂは、ギャップＡＧ２の他に１つ以上のギャップを有していてもよい。例えば、ヨークＹ１、ヨークＹ２、拡張ヨークＹ３、拡張ヨークＹ４、脚部Ｐ１、または脚部Ｐ２がギャップを有していてもよい。
【００３３】
図９は、矩形部の中間に漏れ磁束の経路が付加されたコア３０Ｃを有する限流コイル１Ｄの構成の一例を示す。
限流コイル１Ｄは、コイル１０Ｂと、コイル２０Ｂと、コア３０Ｃとを含む。
コア３０Ｃは、ヨークＹ１と、ヨークＹ２と、脚部Ｐ１と、脚部Ｐ２と、脚部Ｐ４とを有する。ヨークＹ１とヨークＹ２は対向している。脚部Ｐ１は、ヨークＹ１の左の端部とヨークＹ２の左の端部を連結する。脚部Ｐ２は、ヨークＹ１の右の端部とヨークＹ２の右の端部を連結する。脚部Ｐ４は、ヨークＹ１の中間部分とヨークＹ２の中間部分を連結する。ただし、脚部Ｐ４は、中間にギャップ（隙間）ＡＧ３を有する。
【００３４】
限流コイル１Ｄにおけるコイル１０Ｂとコイル２０Ｂは限流コイル１Ｂのものと同一である。すなわち、コイル１０Ｂの巻線は、脚部Ｐ１に左回りに巻回されている。コイル２０Ｂの巻線は、脚部Ｐ２に左回りに巻回されている。コイル１０ＢのヨークＹ１側の端部とコイル２０ＢのヨークＹ１側の端部（コイル１０Ｂの巻き初めとコイル２０Ｂの巻き初め）にそれぞれ端子Ｔ１と端子Ｔ２が設けられる。コイル１０ＢのヨークＹ２側の端部とコイル２０ＢのヨークＹ２側の端部（コイル１０Ｂの巻き終わりとコイル２０Ｂの巻き終わり）は接続される。
脚部Ｐ４は、漏れ磁束の経路となる。限流コイル１Ｄでは、漏れ磁束は、空気中だけでなく、脚部Ｐ４を通ることができる。
なお、コア３０Ｃは、ギャップＡＧ３以外に１つ以上のギャップを有していてもよい。例えば、ヨークＹ１、ヨークＹ２、脚部Ｐ１、または脚部Ｐ２がギャップを有していてもよい。
【００３５】
図１０は、ギャップＡＧ１を有する矩形部に隣接して漏れ磁束の経路が付加されたコア３０Ｄを有する限流コイル１Ｅの構成の一例を示す。
限流コイル１Ｅは、コイル１０Ｂと、コイル２０Ｂと、コア３０Ｄとを含む。
コア３０Ｄは、矩形部が１つ以上のギャップ（隙間）を有する点が図８のコア３０Ｂと異なる。例えば、図１０の例では、ヨークＹ２が中間にギャップＡＧ１を有する。それ以外の点では、コア３０Ｄはコア３０Ｂと同一である。なお、コア３０Ｄでは、ヨークＹ１、脚部Ｐ１、または脚部Ｐ２がギャップを有していてもよい。また、コア３０Ｄでは、拡張ヨークＹ３、または拡張ヨークＹ４がギャップを有していてもよい。
限流コイル１Ｅにおけるコイル１０Ｂとコイル２０Ｂは、限流コイル１Ｂや限流コイル１Ｃのものと同一である。
【００３６】
図１１は、矩形部の中間および矩形部の隣に漏れ磁束の経路が付加されたコア３０Ｅを有する限流コイル１Ｆの構成の一例を示す。
限流コイル１Ｆは、コイル１０Ｂと、コイル２０Ｂと、コア３０Ｅとを含む。
コア３０Ｅは、図９のコア３０Ｃに、拡張ヨークＹ３と、拡張ヨークＹ４と、脚部Ｐ３とが付加されたものである。すなわち、コア３０Ｅは、ヨークＹ１と、ヨークＹ２と、拡張ヨークＹ３と、拡張ヨークＹ４と、脚部Ｐ１と、脚部Ｐ２と、脚部Ｐ３と、脚部Ｐ４とを有する。ヨークＹ１とヨークＹ２は対向している。拡張ヨークＹ３はヨークＹ１が延長されたものである。拡張ヨークＹ４はヨークＹ２が延長されたものである。脚部Ｐ１は、ヨークＹ１の左の端部とヨークＹ２の左の端部を連結する。脚部Ｐ２は、ヨークＹ１の右の端部とヨークＹ２の右の端部、すなわち、ヨークＹ１と拡張ヨークＹ３の接続部分およびヨークＹ２と拡張ヨークＹ４の接続部分を連結する。脚部Ｐ３は、拡張ヨークＹ３の右の端部と拡張ヨークＹ４の右の端部（拡張ヨークＹ３におけるヨークＹ１と反対側の端部と拡張ヨークＹ４におけるヨークＹ２と反対側の端部）を連結する。ただし、脚部Ｐ３は、中間にギャップＡＧ２を有する。脚部Ｐ４は、ヨークＹ１の中間部分とヨークＹ２の中間部分を連結する。ただし、脚部Ｐ４は、中間にギャップＡＧ３を有する。
なお、コア３０Ｅでは、ヨークＹ１、ヨークＹ２、拡張ヨークＹ３、拡張ヨークＹ４、脚部Ｐ１、または脚部Ｐ２がギャップを有していてもよい。
限流コイル１Ｆにおけるコイル１０Ｂとコイル２０Ｂは、限流コイル１Ｂや限流コイル１Ｄのものと同一である。
【００３７】
図１２（Ａ）は、第２の実施形態に係る直流給電用限流コイル２の基本的な構成の一例を示す。図１４は、図１２（Ａ）の直流給電用限流コイル２の磁気回路の構成の一例を示す。
限流コイル２は、コイル４０と、コイル５０と、コア６０と、ダイオードＤ３とを有する。
コイル４０とコイル５０は、端子Ｔ３と端子Ｔ４の間に直列に差動接続の向きに接続されている。すなわち、コイル４０とコイル５０の自己インダクタンスをそれぞれＬ３とＬ４、相互インダクタンスをＭ’とする。このとき、ダイオードＤ３が無い場合には、限流コイル２の合成インダクタンスがＬ３＋Ｌ４−２Ｍ’となるように、コイル４０とコイル５０は接続されている。
【００３８】
ただし、限流コイル２では、図１２（Ａ）に示すように、例えばコイル５０の両端に、電流が端子Ｔ３から端子Ｔ４に向けて流れるようにダイオードＤ３が接続される。すなわち、図１２（Ａ）の例では、ダイオードＤ３はアノードがコイル４０とコイル５０の接続点側に接続され、カソードが端子Ｔ４側に接続されている。
急に大きな電圧が印加された直後に端子Ｔ３から端子Ｔ４に向かって流れる電流は、コイル５０を流れず、ダイオードＤ３を通って流れる。このため、急に大きな電圧が印加された直後には、コイル５０は短絡されているとみなすことができる。
【００３９】
コイル４０とコイル５０は、コア６０に巻かれている。コア６０は、鉄のような磁束を通しやすい材料で作られている。ただし、コア６０は、磁束を通しやすい材料であれば、鉄以外の材料で作られていてもよい。
【００４０】
限流コイル２は、直流の給電線の途中に挿入される。通常（すなわち、短絡事故等が起こっていないとき）、コイル４０とコイル５０には略一定の電流が流れており、この電流によりコア６０の内部には磁束Φ１’と磁束Φ２’が生じている。磁束Φ１’と磁束Φ２’は、逆向きであり、互いに打ち消し合う。このとき、コイル４０とコイル５０は単なる配線とみなせる。コイル４０とコイル５０の巻き数が同一である場合、コア６０の内部の磁束は略０となる。
短絡事故等が起こり、例えば、図１３に示すように、端子Ｔ３と端子Ｔ４をそれぞれ正側と負側として急に大きな電圧Ｅが印加されると、コイル４０に電圧（Ｅ−Ｖｄ２）がかかり、端子Ｔ３から端子Ｔ４に向けてコイル４０に励磁電流ｉｍ２が流れる。コイル４０の両端に付した＋と−の符号は電圧降下の向きを示す。なお、上述したようにコイル５０は短絡されているとみなされるため、励磁電流ｉｍ２はコイル５０にはほとんど流れない。Ｖｄ２はダイオードＤ３による電圧降下である。
【００４１】
このとき、図１４に示すように、励磁電流ｉｍ２によって、コア６０の内部に磁束Φｍ２が生じる。磁束Φｍ２によりコイル５０に起電力が生じる。図１３においてコイル５０の両端に付した＋と−の符号は起電力の向きを示す。この起電力により、コイル５０に電流ｉ４が流れる。電流ｉ４は、コイル５０に磁束Φ４を発生させようとする。しかし、電流ｉ４に対応して、コイル４０に電流ｉ３が流れ、磁束Φ４をちょうど打ち消す大きさの磁束Φ３を発生させる。磁束Φ３と磁束Φ４が打ち消し合うため、コア６０の内部の磁束はΦｍ２から変化しない。このとき、ダイオードＤ３を流れる電流はｉ＝ｉｍ２＋ｉ３−ｉ４となる。
従って、端子Ｔ３と端子Ｔ４をそれぞれ正側と負側として電圧Ｅが印加されたとき、端子Ｔ３から端子Ｔ４に向けて電流ｉ＝ｉｍ２＋ｉ３が流れる。
【００４２】
図１５に示すように、端子Ｔ３と端子Ｔ４間に流れる電流ｉは、励磁電流ｉｍ２から電流ｉ３の電流値だけ嵩上げされる。端子Ｔ３と端子Ｔ４間に電圧Ｅが印加された直後に、端子Ｔ３と端子Ｔ４間に流れる電流ｉの電流値は、電流ｉ３の電流値である。コイル４０とコイル５０に漏れ磁束がないと仮定すると、その後、電流ｉの電流値は直線的に増加する。しかし、実際には、コイル４０とコイル５０には漏れ磁束が存在する。この漏れ磁束の影響により、時間が経過すると、磁束Φ３と磁束Φ４が減少し、電流ｉ３と電流ｉ４が減少する。このため、時間が経過するにつれて、端子Ｔ３と端子Ｔ４間に流れる電流ｉの増加率が減少する。このように、限流コイル２は、電圧Ｅが印加された直後における電流ｉの立ち上がりが早く、時間が経過するにつれて電流ｉの増加を抑制する。
なお、図１２（Ａ）にはダイオードＤ３がコイル５０の両端に接続されている例を示したが、ダイオードＤ３は、コイル５０の両端ではなく、コイル４０の両端に、電流が端子Ｔ３から端子Ｔ４に向けて流れるように接続してもよい。この場合、急に大きな電圧が印加された直後には、コイル４０が短絡されているとみなすことができる。
【００４３】
第１の実施形態については説明を省略したが、一般的に限流コイルは遮断器とともに高電圧直流の給電線に設置される。短絡事故等が発生すると、遮断器により電流が遮断される。このとき、限流コイルに逆起電力が生じる。図１２（Ｂ）は、逆起電力抑止用ダイオードＤａが付加された第２の実施形態に係る直流給電用限流コイル２’の構成の一例を示す。
限流コイル２’は、限流コイル２に逆起電力抑止用ダイオードＤａが付加されたものである。逆起電力抑止用ダイオードＤａは、アノードがコイル４０とコイル５０の接続点側に接続され、カソードが端子Ｔ３側に接続される。
図１３に示す向きに流れていた電流が遮断されると、図１６に示すように、コイル４０とコイル５０にそれぞれ逆起電力が生じる。図１６においてコイル４０とコイル５０の両端に付した＋と−の符号は逆起電力の向きを示す。
コイル４０の逆起電力により流れる電流ｉａは、逆起電力抑止用ダイオードＤａとコイル４０によって形成されるループを流れる。また、コイル５０の逆起電力により流れる電流ｉｂは、ダイオードＤ３とコイル５０によって形成されるループを流れる。
なお、限流コイル２’は、図１３の例とは逆に、大きな電圧Ｅが端子Ｔ４と端子Ｔ３をそれぞれ正側と負側として突然印加された場合でも、限流コイルとして使用可能である。ただし、この場合、逆起電力抑止用ダイオードＤａとダイオードＤ３との機能は図１３の例とは逆になる。
【００４４】
図３に示したように、第１の実施形態に係る限流コイル１，１’では、通常、コア３０内には磁束Φ’が生じている。そして、短絡事故等が起こり、急に大きな電圧が印加されると、コア３０の内部に磁束Φｍ１が生じる。このとき、コア３０内の磁束はΦ’からΦ’＋Φｍ１に変化する。磁気飽和するとコイルを流れる電流が急激に増加するため、磁気飽和は望ましくない。しかし、磁束Φ’と磁束Φｍ１の向きが同一であるため、限流コイル１は、比較的磁気飽和しやすい。
一方、図１４に示したように、第２の実施形態に係る限流コイル２、２’では、通常、コイル４０から磁束Φ１’が生じ、コイル５０から磁束Φ２’が生じている。磁束Φ１’と磁束Φ２’は逆向きであり、互いに打ち消し合っている。このため、コイル４０とコイル５０の巻き数が同一である場合、コア６０内の磁束は略０である。そして、短絡事故等が起こり、急に大きな電圧が印加されるとき、コア６０内の磁束は略０からΦｍ２に変化する。限流コイル２、２’は、限流コイル１、１’に比べて磁束の変化できる幅が大きいため、磁気飽和しにくい。
【００４５】
第２の実施形態に係る限流コイル２、２’は磁気飽和しにくいため、コア６０として、ギャップ（隙間）のないコアを使用することができる。また、図６の限流コイル１Ａのように限流コイル２、２’でも、コア６０としてギャップＡＧ１を有する矩形状のコア３０Ａを用い、コア３０Ａの脚部Ｐ１または脚部Ｐ２にコイル４０とコイル５０を重ね巻きすることができる。また、図７の限流コイル１Ｂのように限流コイル２、２’でも、コア６０としてギャップＡＧ１を有する矩形状のコア３０Ａを用い、コア３０Ａの脚部Ｐ１にコイル４０を巻回し、脚部Ｐ２にコイル５０を巻回することができる。更に、限流コイル２、２’でも、コア６０として図８〜図１１に示したコア３０Ｂ〜コア３０Ｅを用い、それらの脚部Ｐ１にコイル４０を巻回し、脚部Ｐ２にコイル５０を巻回することができる。
【００４６】
なお、図６から図１１に示したコア３０Ａ〜コア３０Ｅの構成は、例示であって限定するものではない。コア３０やコア６０として、これら以外にも様々な構成のコアを用いることができる。コア３０やコア６０として、例えば、ＥＩコア、ＥＥコア、ＵＵコア等の様々な形状のものを用いることができる。
【００４７】
以上説明したように、本発明によれば、大きな電圧が印加された直後における電流の立ち上がりを早くすることができる。このため、本発明の直流給電用限流コイルを直流の給電線の途中に挿入することにより、遮断器やヒューズ等の動作時間を短縮することができる。
また、本発明によれば、大きな電圧が印加された後に時間が経過するとともに電流の増加を抑制することができる。このため、本発明の直流給電用限流コイルを直流の給電線の途中に挿入することにより、時間が経過してもコアが磁気飽和しにくくなり、過大電流が突発的に生じることを防止することができる。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、設計または製造上の都合やその他の要因によって必要となる様々な修正や組み合わせは、請求項に記載されている発明や発明の実施形態に記載されている具体例に対応する発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４９】
１，１’，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，２，２’…限流コイル、１０，１０Ａ，１０Ｂ…コイル、２０，２０Ａ，２０Ｂ…コイル、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ…コア、４０…コイル、５０…コイル、６０…コア、Ｙ１，Ｙ２…ヨーク，Ｙ３，Ｙ４…拡張ヨーク、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…脚部、ＡＧ１，ＡＧ２，ＡＧ３…ギャップ（隙間）、Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄａ…ダイオード
【図１】
2017216868.tif 000003
【図２】
2017216868.tif 000004
【図３】
2017216868.tif 000005
【図４】
2017216868.tif 000006
【図５】
2017216868.tif 000007
【図６】
2017216868.tif 000008
【図７】
2017216868.tif 000009
【図８】
2017216868.tif 000010
【図９】
2017216868.tif 000011
【図１０】
2017216868.tif 000012
【図１１】
2017216868.tif 000013
【図１２】
2017216868.tif 000014
【図１３】
2017216868.tif 000015
【図１４】
2017216868.tif 000016
【図１５】
2017216868.tif 000017
【図１６】
2017216868.tif 000018