直流リアクトル

【目的】インバータ回路に設ける磁気バイアスを有する直流リアクトルに関し、特に、永久磁石が減磁せず、かつ磁束がコア内で飽和し難い直流リアクトルを提供することを目的とする。
【構成】２個のコアを磁気的空隙を介し対向させて閉鎖磁気回路を構成したコア構体と、このコア構体の一方もしくは双方のコアに巻回したコイルと、このコア構体に設けたバイアス用の一対の永久磁石よりなる直流リアクトルにおいて、永久磁石４の作るバイアス磁束φｍとコイル３の作る磁束φｅがコア１、２内で互いに対向して流れるようにする磁束発生手段と、永久磁石４の作るバイアス磁束φｍが磁気的空隙５をバイパスする手段を備えたことを特徴とする直流リアクトルである。前記磁束発生手段の内、一対の永久磁石の極性は対向するもの同士を同極性にする。

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、インバータ回路に設ける直流リアクトルに関する。
【０００１】
【従来の技術】第１の従来の技術に、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として、Ｅ形コアの中央脚にコイルを巻回し、中央脚の高さを側面脚より低くし、Ｅ形コアの側面脚をＩ型コアによりブリッジし、Ｅ形コアの中央脚とＩ型コア間の空隙に磁気バイアスを与える永久磁石を挟んだものがある（例えば、特公昭４６−３７１２８号公報）。また、第２の従来の技術として、第１の従来の技術の永久磁石を複数の永久磁石片にしたものがある（例えば、特開昭５０−３００４７号公報）。さらに、第３の従来の技術として、ＥＩ形コアのＥ形コアの中央脚に励磁用のコイルを設け、Ｅ形コアの中央脚と両脚の各先端部とＩ形コアの間にギャップを設け、Ｅ形コアの両脚の各外側面に、対向するもの同志の極性を異極に板厚方向に着磁した磁気バイアス用の永久磁石を設け、各永久磁石の外側面にＩ形コアの端部に接触するヨークを備えたリアクトルがある（例えば、特開平４−８４４０５号公報）。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】ところが、第１の従来の技術では、空隙に磁石を挿入するため、コイルの作る磁束により減磁を受けない磁石材料にする必要があり、また直流リアクトルのインダクタンスは空隙長さが小さいほど大となるが、空隙長さを小さくすると必然的に磁石が薄くなり、加工し難くなるとともに減磁しやすくなる。従って、わずかでも大電流を流す可能性があれば磁石を厚くすることが不可欠となりこのため空隙長さが長くなるので、コアの断面積も大きくする必要が生じて結果としてリアクトルが大きくなってしまう。また、減磁を避けるため希土類磁石等の高保磁力の磁石を用いると、固有抵抗が小さいので、磁石内に大きな渦電流損が発生する。第２の従来の技術では、渦電流損の問題は解決されるものの、減磁の問題は解決されず、複数の永久磁石片の組立等により製造コストが増加するという問題が発生する。第３の従来の技術では、コイルの作る磁束が永久磁石内を流れないので減磁はしないが、永久磁石の作る磁束とコイルの作る磁束が、Ｅ形コアの左右で、一方は同方向に、他方は逆方向になり、磁束が同方向になるコアが飽和し易くなるという問題がある。そこで、本発明は、永久磁石が減磁せず、かつ磁束がコア内で飽和し難い、小形で安価な直流リアクトルを提供することを目的とする。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、２個のコアを磁気的空隙を介し対向させて閉鎖磁気回路を構成したコア構体と、このコア構体の一方もしくは双方に巻回したコイルと、前記コア構体に設けたバイアス用の一対の永久磁石よりなる直流リアクトルにおいて、前記永久磁石の作るバイアス磁束と前記コイルの作る磁束が前記コア内で互いに対向して流れるようようにする磁束生成手段と、前記永久磁石の作るバイアス磁束が前記磁気的空隙をバイパスする手段を備えたことを特徴とする直流リアクトルである。また、コア構体をＥ形コアとＩ形コアで構成し、前記磁気的空隙をＥ形コアの中央脚とＩ型コア間に形成し、前記Ｅ型コアの中央脚に前記コイルを巻回し、前記永久磁石を矩形にし前記Ｅ形コアの中央脚の両側面に設ける。さらに、永久磁石を長手方向および板厚方向のおのおのを片側２極となるように着磁した板状の永久磁石とし、この永久磁石の中性線をコア構体の磁気的空隙の中心線と一致させてコア構体の両外側面に設ける。
【０００４】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態により、この発明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の第１の実施例の正断面図である。軟磁性体からなるＥ形コア１と軟磁性体からなるＩ形コア２を合わせ面１２で組み合わせてＥＩ形のコア構体１０を構成する。所定のインダクタンスが得られるよう、Ｅ形コアの中央脚１ｃを側面脚１ｅより短くし、磁気的空隙５を作るのは通常のリアクトルと同様である。なお、合わせ面１２に極く薄い絶縁シートを間挿し、振動防止を図ってもよい。中央脚１ｃの磁気的空隙５部の両側面には、所定のバイアス磁束を発生する幅の２枚の矩形の永久磁石４を接する辺同士が異極となる極異性に着磁し、Ｉ形コア２と平行させ、同極が中央脚１ｃを挟んで同極性同士が対向するように配置する。本実施例では、Ｎ極同士を中央脚１ｃを挟んで対向させてある。永久磁石４の幅Ｌｗは、磁気的空隙５の長さＬｇに対し、Ｌｗ＞＞Ｌｇとなるようにし、所定の磁気バイアス効果を得られるようにする。永久磁石４の厚さＬｍは、コイル３の漏れ磁束による減磁界を考慮して決定する。中央脚１ｃには、コイル３による磁束φｅが中央脚１ｃから磁気的空隙５に向かうように、コイル３が巻回されている。従って、コイル３の作る磁束φｅと永久磁石４の作るバイアス磁束φｍは互いに対向する。一対の永久磁石４とコイル３でコア構体１０内をおのおのの作る磁束が対向して流れる磁束生成手段を構成する。この場合磁気的空隙５で永久磁石４の作る磁束は永久磁石４内を流れ磁気的空隙５をバイパスする。なお、両方の側面脚１ｅにコイル３を巻回してもよく、使用する永久磁石４の形状は矩形に限らず、中央脚１ｃと嵌合するような穴を中央部に設けた直方体またはリング状でも良い。
【０００５】以下に、作用を説明する。コイル３を脈動する直流電流で励磁すると、コイル３の作る磁束φｅは、図中に実線で示すように、Ｅ形コア１の中央脚１ｃから磁気的空隙５を通り、Ｉ形コア２の中央部で左右に分岐し、合せ面１２を通り、側面脚１ｅを通り中央脚１ｃに帰還する。一方、おのおのの永久磁石４の作るバイアス磁束φｍは、図中に破線で示すように、中央脚１ｃから側面脚１ｅを通り、合せ面１２からＩ形コア２を通り、永久磁石４内を通り磁気的空隙５をバイパスし、中央脚１ｃに帰還する。すなわち、Ｅ形コア１およびＩ形コア２内では、コイル３の作る磁束φｅと永久磁石４の作る磁束φｍは対向して流れる。また、磁気的空隙５でコイル３の作る磁束φｅと永久磁石４の作る磁束φｍは分岐するので永久磁石４を減磁することはない。
【０００６】図２は第２の実施例を示す正断面図である。第１の実施例のＥ形コア１をＣ形コア１１に、Ｉ形コア２をＴ形コア２１に変えてＣＴ形のコア構体１０を構成する。Ｔ形コア２１の脚部２１ｃには、コイル３を巻回してある。Ｔ形コア２１の頂部とＣ形コア１１の底部の間には極く薄い絶縁シート５２を、Ｔ形コア２１の底部２１ｂとＣ形コア１１の両側面脚１１ｅの間には薄い絶縁体５１を挟んである。Ｔ形コア２１の脚２１ｃとＣ形コア１１の中央部の間に磁気的空隙５を形成してある。磁気的空隙５の両側面には、バイアス磁束を発生する一対の永久磁石４を対向するもの同士が同極性になるように設けてある。このように構成することにより、第１の実施例よりも巻線がし易くなる。作用は、第１の実施例と同様なので説明を省略する。
【０００７】図３は第３の実施例を示す正断面図である。第１および第２の実施例の永久磁石４を１／４円形の永久磁石４１にしてある。なお、永久磁石４１の形状は直角三角形でもよい。
【０００８】図４は第４の実施例を示す正断面図である。この例は、第２の実施例Ｔ形コア２１の両底部２１ｂとＣ形コア１１の両側面脚１１ｅ間に磁気的空隙５を形成したものである。Ｔ形コア２１の両側面に、永久磁石４の底面が磁気的空隙５より上になるように、対向するもの同士が同極性になるように永久磁石４を設け、その背面に、永久磁石４の外側面とＴ形コア２１の外側面をブリッジするバックヨーク６を設ける。バックヨーク６は、上部に永久磁石４の厚さと同じ深さの窪み６ｄを持ったＬ形をしており、窪み６ｄに永久磁石４を収納し、Ｌ形の下部はＣ形コア１１の側面に固定する。なお、バックヨーク６はＣ形コア１１と一体に打ち抜いてもよい。永久磁石４の作る磁束φｍはバックヨーク６から永久磁石４を通り、コイル３の作る磁束φｅと磁気的空隙５でバイパスする。なお、永久磁石４をＣ形コア１１の両側面に、永久磁石４の底面が磁気的空隙５より下になるように設け、バックヨーク６をＴ形コア２１の両外側面に設けてもよい。
【０００９】図５は、第５の実施例を示す正断面図である。Ｅ形コア１の上には、Ｉ形コア２を設けてあり、ＥＩ形のコア構体１０を構成する。Ｅ形コア１の中央脚１ｃには、コイル３を巻回してある。中央脚１ｃと一対の側面脚１ｅの頂部には、中央脚１ｃを側面脚１ｅより高くしてある。中央脚１ｃとＩ形コア２間には振動防止用の極く薄い絶縁シート５２を、側面脚１ｅとＩ形コア２間には薄い絶縁体５１を挟んである。Ｅ形コア１、Ｉ形コア２、絶縁シート５２と絶縁体５１を組み立てたのち、Ｅ形コア１とＩ形コア２の側面脚１ｅに形成される一対の磁気的空隙５の両外側面に、板状のバイアス磁束を発生する一対の永久磁石４ａを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、対向するもの同志が同極性になるように、Ｎ極とＳ極が入れ代わる中性線Ｃｍを磁気的空隙５の中心線Ｃｇと一致させて設けてある。一対の永久磁石４ａとコイル３で磁束生成手段を構成する。永久磁石４ａの背面には、一対の磁性体よりなる平板状のバックヨーク６を設けてある。
【００１０】以下に、作用を説明する。コイル３を脈動する直流電流で励磁すると、コイル３の作る磁束φｅは、図中に実線で示すように、中央脚１ｃから、Ｉ形コア２、側面脚１ｅ、Ｅ形コア１の底部よりなる磁路を通る。一方、永久磁石４ａの作るバイアス磁束φｍは、Ｉ形コア２から、中央脚１ｃ、Ｅ形コア１の底部、側面脚１ｅ、永久磁石４ａとバックヨーク６よりなる磁路を通る。すなわち、Ｅ形コア１およびＩ形コア２内では、コイル３の作る磁束φｅと永久磁石４ａの作るバイアス磁束φｍは対向して流れ、左右の磁気的空隙５部で、永久磁石４ａの作るバイアス磁束φｍはコイル３の作る磁束φｅをバイパスする。コイル３の作る磁束φｅは永久磁石４ａ内を通らないので永久磁石４ａが減磁することがなく、永久磁石４ａの作るバイアス磁束φｍとコイル３の作る磁束φｅは逆方向になり打ち消し合うので、コア内部で磁束が減少する結果、バイアス磁石がない場合に比べコアの断面積を小さくできる。
【００１１】図６は、第６の実施例を示す正断面図である。第５の実施例のＥ形コア１をＣ形コア１１に、Ｉ形コア２をＴ形コア２１に変えてＣＴ形のコア構体１０を構成する。Ｔ形コア２１の脚部２１ｃには、コイル３を巻回してある。Ｔ形コア２１の脚部２１ｃの頂部とＣ形コア１１の底部の間には極く薄い絶縁シート５２を、Ｔ形コア２１の底部２１ｂとＣ形コア１１の両側面脚１１ｅの間に磁気的空隙５を形成し、薄い絶縁体５１を挟んである。Ｔ形コア２１とＣ形コア１１の両脚１１ｅとの磁気的空隙５の両外側面には、一対の永久磁石４ａを対向するもの同士が同極性になるように、Ｎ極とＳ極が入れ代わる中性線Ｃｍを磁気的空隙５の中心線Ｃｇと一致させて設けてある。永久磁石４ａの背面には、磁性体の一対のバックヨーク６を貼付してある。作用は、第５の実施例と同様なので説明を省略する。
【００１２】図７は、第７の実施例を示す正断面図である。第５の実施例のＥ形コア１をＣ形コア１１に変えてＣＩ形のコア構体１０を構成する。Ｉ形コア２の中央部には、コイル３を巻回してある。Ｃ形コア１１とＩ形コア２の磁気的空隙５の両外側面には、バイアス磁束を発生する一対の板状の永久磁石４ａを対向するもの同士が異極となるように、Ｎ極とＳ極が入れ代わる中性線Ｃｍを磁気的空隙５の中心線Ｃｍと一致させて設けてある。永久磁石４ａとコイル３で磁束生成手段を構成する。永久磁石４ａの背面には、磁性体のバックヨーク６を設けてある。
【００１３】以下に、作用を説明する。コイル３を脈動する直流電流で励磁すると、コイル３の作る磁束φｅは、図中に実線で示すように、Ｉ形コア２、磁気的空隙５、Ｃ形コア１１内を流れる。永久磁石４ａの作る磁束φｍは、図中に点線で示すように、コイル３の作る磁束φｅと対向して、Ｉ形コア２とＣ形コア１１内を流れ、磁気的空隙５で永久磁石４ａ内とバックヨーク６内を流れ、磁気的空隙５をバイパスする。
【００１４】図８は、第８の実施例を示す正断面図である。第７の実施例のＩ形コア２をＣ形コア１１に変えて一対のＣ形コアでコア構体１０を構成する。Ｃ形コア１１のおのおののには、コイル３の作る磁束が同一方向に流れるようにコイル３を巻回してある。Ｃ形コア１１の両側面脚１１ｅの磁気的空隙５の両外側面には、バイアス磁束を発生する一対の板状の永久磁石４ａを対向するもの同士が異極となるように、永久磁石４ａのＮ極とＳ極が入れ代わる中性線Ｃを磁気的空隙５の中心線Ｃｇと一致させて設けてある。永久磁石４ａの背面には、一対の磁性体のバックヨーク６を設けてある。第７および第８の実施例のように構成にすることにより、磁気的空隙と合わせ面を兼用でき合せ面の数が減少する。
【００１５】図９は、第９の実施例を示す正断面図である。第５の実施例ないし第８の実施例の各コアと永久磁石の位置決めを確実にし、取り付けを簡単にするためのものである。ここでは、第６の実施例を例に取り説明するが、他の実施例についても適用できることは説明するまでもない。Ｔ形コア２１の両側面には、矩形状の突起３１ｐを設けてある。同様にＣ形コア１１の両側面にも、矩形状の突起１１ｐを設けてある。突起３１ｐと突起１１ｐの対向する面間の距離は、Ｔ形コア２１とＣ形コア１１を組み合わせたとき、永久磁石４ａの中立線Ｃｍが磁気的空隙５の中央線Ｃｇにくるようにしてある。Ｃ形コア１１の両側面の突起１１ｐの上面に、永久磁石４ａをセットし、上方からＴ形コア２１を両側の永久磁石４ａ間に挿入すると、永久磁石４ａの中立線Ｃｍと磁気的空隙５の中央線Ｃｇが自動的にセットされる。なお、第５ないし第９の実施例の永久磁石４ａを長手方向に等分した２ピースとし、おのおののピースを長手方向に対向するものが異極性になるように配置してもよい。
【００１６】
【発明の効果】上記の構成により、下記の効果がある。
（１）コイルの作る磁束φｅは永久磁石片内を通らないので、渦電流損も減少し、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はない。従って、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系等の保磁力の低い、安価な永久磁石を使用できる。
（２）永久磁石の作るバイアス磁束φｍとコイルの作る磁束φｅは逆方向になり打ち消し合うためコア内部の磁束が減少し、コア内部で磁束が飽和し難くなり、従来に比べコアの断面積を小さく出来、リアクトルを小形化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す正断面図。
【図２】本発明の第２の実施例を示す正断面図。
【図３】本発明の第３の実施例を示す正断面図。
【図４】本発明の第４の実施例を示す正断面図。
【図５】本発明の第５の実施例を示す正断面図。
【図６】本発明の第６の実施例を示す正断面図。
【図７】本発明の第７の実施例を示す正断面図。
【図８】本発明の第８の実施例を示す正断面図。
【図９】本発明の第９の実施例を示す正断面図。
【符号の説明】
１Ｅ形コア
１ｃ中央脚
１ｅ、１ｅ、１１ｅ、１１ｅ側面脚
１０コア構体
１１Ｃ形コア
１１ｐ、３１ｐ突起
１２合せ面
２Ｉ形コア
２１Ｔ形コア
２１ｂ底部
２１ｃ脚部
３コイル
４、４ａ永久磁石、
５磁気的空隙
５１絶縁体
５２絶縁シート
６バックヨーク
Ｃｍ永久磁石の中性線
Ｃｇ磁気的空隙の中心線
φｅコイルの作る磁束
φｍ永久磁石の作る磁束

【特許請求の範囲】
【請求項１】２個のコアを磁気的空隙を介し対向させて閉鎖磁気回路を構成したコア構体と、このコア構体の一方もしくは双方のコアに巻回したコイルと、前記コア構体に設けたバイアス用の一対の永久磁石よりなる直流リアクトルにおいて、前記コア構体内で、前記永久磁石の作るバイアス磁束と前記コイルの作る磁束が互いに対向して流れるようにする磁束生成手段と、前記磁気的空隙部に、前記永久磁石の作るバイアス磁束が前記磁気的空隙をバイパスする手段を備えたことを特徴とする直流リアクトル。
【請求項２】前記磁束生成手段を、前記コア構体に同極性同士を対向させて配置した永久磁石と、この永久磁石の作るバイアス磁束の方向と対向する方向に磁束を生じる方向に巻回した前記コイルとで構成した請求項１に記載の直流リアクトル。
【請求項３】前記コア構体をＥ型コアとＩ型コアで構成し、前記磁気的空隙をＥ型コアの中央脚とＩ型コア間に形成し、前記磁束生成手段を前記磁気的空隙の両側部にに設けた矩形の極異方性永久磁石とし、前記バイアス磁束が前記磁気的空隙をバイパスする手段を前記極異方性永久磁石が兼用する請求項２に記載の直流リアクトル。
【請求項４】前記コア構体をＴ型コアとＣ型コアで構成し、前記磁気的空隙をＴ型コアの脚とＣ型コア間に形成した請求項３に記載の直流リアクトル。
【請求項５】前記永久磁石を１／４円形もしくは三角形とした請求項３または４に記載の直流リアクトル。
【請求項６】前記バイアス磁束が前記磁気的空隙をバイパスする手段を、前記コア構体の両外側面に、同極性同士を対向させて配置した前記永久磁石と、この永久磁石の背面に設けたバックヨークとで構成した請求項２に記載の直流リアクトル。
【請求項７】前記コア構体の一方の前記コアの両側面に前記永久磁石を設け、前記永久磁石の背面と他方の前記コアの外側面をバックヨークでブリッジする構成とした請求項６に記載の直流リアクトル。
【請求項８】前記永久磁石を、長手方向および板厚方向のおのおのを片側２極となるように着磁した板状の永久磁石とし、前記永久磁石の中性線を前記磁気的空隙の中心線と一致させて配置した請求項６に記載の直流リアクトル。
【請求項９】前記コア構体をＥ型コアとＩ型コアで構成した請求項７または８に記載の直流リアクトル。
【請求項１０】前記コア構体をＴ型コアとＣ型コアで構成した請求項７または８に記載の直流リアクトル。
【請求項１１】前記コア構体をＩ形コアとＣ形コアで構成し、前記永久磁石を対向するもの同士が異極性になるように配置した請求項７または８に記載の直流リアクトル。
【請求項１２】前記コア構体をＣ形コア一対で構成し、前記永久磁石を対向するもの同士が異極性になるように配置した請求項７または８に記載の直流リアクトル。
【請求項１３】前記各コアの両側面に突起を設け、この突起間に前記永久磁石を間挿した請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の直流リアクトル。
【請求項１４】前記永久磁石を２ピースとし、おのおののピースの合わせ面を異極性となるように配置した請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の直流リアクトル。

【図１】