(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
つぎの事項（11）〜（15）により特定される発明。
（11）第１コア部材、第２コア部材、磁気遮蔽板、コイル巻線を備える複合コア非線形リアクトルである。
（12）第１コア部材は、高透磁率材料からなり、連続した環状磁路を形成する。
（13）第２コア部材は、高透磁率材料からなり、空隙により局部破断した環状磁路を形成する。
（14）磁気遮蔽板は、導電率および熱伝導率の高い低透磁率材料からなり、第１コア部材と第２コア部材の間に挟み込まれてこれらと一体化される。
（15）第１コア部材の環状磁路と第２コア部材の環状磁路とが磁気遮蔽板を挟んで並置されており、コイル巻線は、両環状磁路に共通に鎖交するように巻かれている。
【請求項２】
第１コア部材および第２コア部材の外面側にそれぞれ磁気遮蔽板が一体的に接合された請求項１に記載の複合コア非線形リアクトル。
【請求項３】
つぎの事項（21）〜（25）により特定される発明。
（21）２つの第１コア部材、第２コア部材、２つの磁気遮蔽板、コイル巻線を備える複合コア非線形リアクトルである。
（22）第１コア部材は、高透磁率材料からなり、連続した環状磁路を形成する。
（23）第２コア部材は、高透磁率材料からなり、空隙により局部破断した環状磁路を形成する。
（24）磁気遮蔽板は、導電率および熱伝導率の高い低透磁率材料からなり、第２コア部材の両側に配置され、第１コア部材と第２コア部材の間に挟み込まれ、これらと一体化される。
（25）２つの第１コア部材の各環状磁路と第２コア部材の環状磁路とが２つの磁気遮蔽板を挟んで３連型に並置されており、コイル巻線は、これら３連の環状磁路に共通に鎖交するように巻かれている。
【請求項４】
２つの第１コア部材の外面側にそれぞれ磁気遮蔽板が一体的に接合された請求項３に記載の複合コア非線形リアクトル。
【請求項５】
磁気遮蔽板は第１コア部材および第２コア部材の外形形状の外側に飛び出して広がる外形形状の放熱フィン部分を一体的に備えている請求項１〜請求項４のいずれかに記載の複合コア非線形リアクトル。
【請求項６】
磁気遮蔽板とコア部材とは電気的に絶縁された状態で接合されている請求項１〜５のいずれかに記載の複合コア非線形リアクトル。
【請求項７】
所定周波数の交番磁界中に置かれて誘導起電力を発生する受電コイルと、受電コイルに接続されて磁界周波数に同調する共振回路を形成する共振コンデンサとを備え、共振回路から負荷に電力を供給する誘導受電回路において、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の複合コア非線形リアクトルのコイル巻線を共振コンデンサに並列接続したことを特徴とする誘導受電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電源系統の調整や制御の目的で利用される複合コア非線形リアクトルに関するとともに、このリアクトルを用いた誘導受電回路にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−７０８５６号公報には、可飽和リアクトルを用いた定電圧誘導給電装置に関する発明が開示されている。これは、軌道に沿って走行する車両の駆動電力を、電磁誘導により非接触で軌道側から車両に転送する装置である。車両に搭載される誘導受電回路は、基本構成として、軌道側の設備から発生する交番磁界（１０ＫＨｚほどの一定周波数）の中に置かれて誘導起電力を発生する受電コイルと、受電コイルに接続されて磁界周波数に同調する共振回路を形成する共振コンデンサと、共振回路から取り出した交流電力を直流化してモータなどの負荷に供給するコンバータとを備えている。
【０００３】
この誘導受電回路においては、負荷が電力をほとんど消費しない場合（軽負荷状態という）、何らかの制限要因が働かない限りは、受電コイルの誘起電圧が際限なく増大して、回路が破壊されてしまう。そのため前記の先行技術では、受電コイルとコンデンサの共振回路に可飽和リアクトルを並列接続することで、電圧の異常上昇を規制する（定電圧化する）構成を採用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、前記のような用途に適した非線形リアクトルが備えるべき諸特性について研究を続けた。１０ＫＨｚ以上の高周波領域で使用する可飽和リアクトルの場合、高抵抗の特性を示すフェライトでコアを構成すれば、高周波磁界により生じる渦電流損発熱が小さいという利点がある。しかし、フェライトは温度によって磁気特性（飽和磁束密度）が大きく変化するので、使用環境の温度変化が大きい場合には、可飽和リアクトルによる前述した定電圧特性が安定しないという問題点がある。
【０００５】
アモルファス合金軟磁性材料やナノ結晶軟磁性材料は温度に対して安定な磁気特性を示すので、これをコアにした可飽和リアクトルを用いれば、使用環境の温度変化が大きくても定電圧特性が安定するという利点がある。しかし、この種のリボン状の磁性材料を巻いてコアを構成すると、コイル巻線に急峻なパルス電流が流れた場合にはリボン面に渦電流を発生しやすく、それによりコア自体が激しく発熱するという問題がある。
【０００６】
いずれのコア材料であっても、前述した誘導受電回路に定電圧化のために可飽和リアクトルを接続した構成においては、定電圧化の作用を果たす動作モードで１０ＫＨｚ以上の高周波の各半波のピーク付近でコアが磁気飽和し、コアに巻かれたコイルに急峻なパルス電流が流れることになる（このことで電圧上昇が規制されるわけである）。周知のように、この種の急峻な高周波パルス電流は、周辺に有害な電磁妨害（ＥＭＩ）を与えるという大きな問題を抱えている。
【０００７】
以上のような技術課題に鑑みて本発明がなされた。この発明の目的は、急峻なパルス電流を発生しないで電圧上昇を安定に抑制することができ、発熱やＥＭＩ問題を軽減できるようにした複合コア非線形リアクトルを提供することにあり、また、このリアクトルを用いた誘導受電回路を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
基本となる第１の発明に係る複合コア非線形リアクトルは、つぎの事項（11）〜（15）により特定されるものである。
（11）第１コア部材、第２コア部材、磁気遮蔽板、コイル巻線を備える複合コア非線形リアクトルである。
（12）第１コア部材は、高透磁率材料からなり、連続した環状磁路を形成する。
（13）第２コア部材は、高透磁率材料からなり、空隙により局部破断した環状磁路を形成する。
（14）磁気遮蔽板は、導電率および熱伝導率の高い低透磁率材料からなり、第１コア部材と第２コア部材の間に挟み込まれてこれらと一体化される。
（15）第１コア部材の環状磁路と第２コア部材の環状磁路とが磁気遮蔽板を挟んで並置されており、コイル巻線は、両環状磁路に共通に鎖交するように巻かれている。
【０００９】
第２の発明に係る複合コア非線形リアクトルは、つぎの事項（21）〜（25）により特定されるものである。
（21）２つの第１コア部材、第２コア部材、２つの磁気遮蔽板、コイル巻線を備える複合コア非線形リアクトルである。
（22）第１コア部材は、高透磁率材料からなり、連続した環状磁路を形成する。
（23）第２コア部材は、高透磁率材料からなり、空隙により局部破断した環状磁路を形成する。
（24）磁気遮蔽板は、導電率および熱伝導率の高い低透磁率材料からなり、第２コア部材の両側に配置され、第１コア部材と第２コア部材の間に挟み込まれ、これらと一体化される。
（25）２つの第１コア部材の各環状磁路と第２コア部材の環状磁路とが２つの磁気遮蔽板を挟んで３連型に並置されており、コイル巻線は、これら３連の環状磁路に共通に鎖交するように巻かれている。
【００１０】
また第１の発明において、第１コア部材および第２コア部材の外面側にそれぞれ磁気遮蔽板を一体的に接合したり、第２の発明において２つの第１コア部材の外面側にそれぞれ磁気遮蔽板を一体的に接合する構成を採用することができる。さらに、磁気遮蔽板に、第１コア部材および第２コア部材の外形形状の外側に飛び出して広がる外形形状の放熱フィン部分を一体的に設けることができる。また望ましくは、磁気遮蔽板とコア部材とは電気的に絶縁した状態で接合する。
【００１１】
第３の発明に係る誘導受電回路は、所定周波数の交番磁界中に置かれて誘導起電力を発生する受電コイルと、受電コイルに接続されて磁界周波数に同調する共振回路を形成する共振コンデンサとを備え、共振回路から負荷に電力を供給する誘導受電回路であって、前記の発明に係る複合コア非線形リアクトルのコイル巻線を共振コンデンサに並列接続したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この発明に係る複合コア非線形リアクトルの基本的な実施例を図１に示している。この実施例では、空隙のない第１コア部材１と、空隙３のある第２コア部材２とはともに、アモルファス合金軟磁性材料やナノ結晶軟磁性材料のリボン材をロール状に密に巻いた円環型コアであり、第２コア部材２は図示のように円環の一部を破断して空隙３を設けている。
【００１３】
磁気遮蔽板４の材料としては、アルミニウムや銅あるいはＳＵＳ３０４などが適している。図１の実施例の磁気遮蔽板４は、ブラケットを兼ねてＬ字形に折り曲げられており、その主面はコア部材１・２の外径より大きく、コア部材１・２の内径とほぼ等しい穴があいている。この穴の位置に合わせるように、第１コア部材１と第２コア部材２が磁気遮蔽板４の両面に接合され、第１コア部材１と第２コア部材２の円環型磁路が磁気遮蔽板４を挟んで同芯に並置されている。コイル巻線５は、これら２つの円環型磁路に共通に鎖交するように、磁気遮蔽板４の穴を通してコア部材１・２に巻かれている。
【００１４】
なお、リボン材を密に巻いたコア部材１・２においては、円環型の両側の平面部分は、リボン材の側縁を集積した面であるが、この面は熱伝導性に優れている。この面を磁気遮蔽板４に接合するわけだが、接合にあたってはコア部材１・２で発生した熱をできるだけ効率よく磁気遮蔽板４に伝えられるように、熱結合が密となるように接合する。また、これらの接合は電気的に絶縁されるように、両者間にシリコンなどの絶縁シートを介在させたり、エポキシなどの絶縁塗装を施しておく。この電気絶縁により、磁気遮蔽板４が渦電流を流すルートになることを防止することができる。
【００１５】
実施例の磁気遮蔽板４は、この複合コア非線形リアクトル自体の取り付けブラケットとして使用できる形態になっており、コイル巻線５から発生する起磁力の影響から周囲の構造物（おもに鉄類）を遠ざけるのに磁気遮蔽板４のブラケット機能は効果的であり、またブラケット部分は放熱にも効果的に寄与する。
【００１６】
以上のように構成された図１の複合コア非線形リアクトルを、たとえば図４に示す誘導受電回路に組み込む。図４の回路は、１０ＫＨｚほどの一定周波数の交番磁界中に置かれて誘導起電力を発生する受電コイル４１と、受電コイル４１に接続されて磁界周波数に同調する共振回路を形成する共振コンデンサ４２と、共振回路から取り出した交流電力を直流化してモータなどの負荷４５に供給するコンバータ４３とを備えている。そして、この発明に係る複合コア非線形リアクトル４４（のコイル巻線５）を共振コンデンサ４２と並列に接続している。
【００１７】
図４の応用例を念頭において、この発明に係る複合コア非線形リアクトルの作用について説明する。
【００１８】
まず空隙のない第１コア部材１は、当然、空隙３のある第２コア部材２より磁気抵抗がかなり小さい。したがって、第１コア部材１が磁気飽和していない領域においては、コイル巻線５に流れる電流による磁化力はもっぱら第１コア部材１に磁束を生じさせる。この状態ではリアクトル４４は大きなインダクタンス値を示す。第１コア部材１の磁束密度が飽和すると、初めて、コイル電流による磁化力が第２コア部材２に磁束を生じさせる。第１コア部材１が磁気飽和すると、これを起源とするインダクタンスはほぼゼロになるが、同時に第２コア部材２に磁束が生じることからリアクトル４４としてのインダクタンスはある程度の値を維持することになる。そのため、第１コア部材１が磁気飽和してもリアクトル４４に流れるパルス電流は、それほど急峻で過大とはならない。つまり、穏やかに電圧抑制の作用が働くことになり、急峻で過大なパルス電流に起因する渦電流による発熱や電磁妨害の問題が軽減される。また、第２コア部材２の空隙３から磁界が周囲に漏れ出すが、これが第１コア部材１に回り込んで渦電流損失が発生することは磁気遮蔽板４により防止されている。
【００１９】
ここまでの説明で明らかなように、この発明の複合コア非線形リアクトルは、電圧抑制、すなわちサージキラーとしての効果を奏する。しかも、第１コア部材１が飽和する以上の電圧が印加された場合、サージエネルギーは電流としてコイル巻線５に流れ、磁気エネルギーに変換されるとともに、コイル巻線５とこれに接続される電線の抵抗損としても消費されるので、サージ耐量が大きいという特性があり、繰り返し性のあるサージを吸収するのに効果的である。
【００２０】
また、磁気遮蔽板４はコア部材１・２で生じた熱を速やかに逃がし、過熱するのを防ぐ役割も果たしている。この放熱の役割を高めるには磁気遮蔽板４を大きくしてコア部材１・２の外側に飛び出して広がる部分（放熱フィン部分）を大きくする。また図２の実施例に示すように（コイルは省略）、コア部材１・２の外面側にそれぞれ磁気遮蔽板４ａ・４ｂを一体的に接合すれば、磁界の遮断と放熱の両面で効果的である。
【００２１】
この発明の複合コア非線形リアクトルの特性を左右する主要なパラメータは、第１コア部材１の断面積、第２コア部材２の断面積、空隙３の大きさ、コイル巻線５の巻数などであり、これらを適宜に設定することで所望の非線形特性のリアクトルを実現することができる。そのための構成のバリエーションを図３の実施例に示している（コイルは省略）。この例では、断面積の大きな第２コア部材２の両側に断面積の小さな２個の第１コア部材１ａ・１ｂを３連型に並置している。なお、４ａ〜４ｄは前記と同様な磁気遮蔽板である。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、誘導受電回路の電圧抑制のために複合コア非線形リアクトルを組み込むなどの応用において、安定した電圧レベルでサージ耐量も大きく、しかも穏やかに電圧抑制の作用が働くので、急峻で過大なパルス電流に起因する電磁妨害の問題が軽減される。また過熱しにくいので、実装設計が容易となり、装置の小型化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例に係る複合コア非線形リアクトルの斜視図である。
【図２】この発明の第２実施例に係る複合コア非線形リアクトルのコイルを省略した正面図である。
【図３】この発明の第３実施例に係る複合コア非線形リアクトルのコイルを省略した正面図である。
【図４】この発明の複合コア非線形リアクトルを組み込んだ誘導受電回路の回路図である。
【符号の説明】
１・１ａ・１ｂ  第１コア部材
２  第２コア部材
３  空隙
４・４ａ〜４ｄ  磁気遮蔽板
５  コイル巻線
４１  受電コイル
４２  共振コンデンサ
４３  コンバータ
４４  非線形リアクトル
４５  負荷
【図１】
0004052436.tif 000002
【図２】
0004052436.tif 000003
【図３】
0004052436.tif 000004
【図４】
0004052436.tif 000005