(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-26
(45)【発行日】2024-02-05
(54)【発明の名称】電磁機器
(51)【国際特許分類】
H01F 27/245 20060101AFI20240129BHJP
H01F 30/12 20060101ALI20240129BHJP
H01F 27/24 20060101ALI20240129BHJP
H01F 29/14 20060101ALI20240129BHJP
【ＦＩ】
H01F27/245 157
H01F30/12 A
H01F30/12 C
H01F27/24 H
H01F29/14 A
H01F29/14 Z
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020070997
(22)【出願日】2020-04-10
(65)【公開番号】P2021168345
(43)【公開日】2021-10-21
【審査請求日】2023-03-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000222037
【氏名又は名称】東北電力株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002343
【氏名又は名称】弁理士法人 東和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大日向 敬
(72)【発明者】
【氏名】有松 健司
【審査官】井上 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開平０７－３３５４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－３３０８２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３１２６１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５５－０５６６０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－０１２５８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１４２０９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特公昭４７－０５１７６７（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開昭５３－１４１４２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５５－１３８２１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５５－１４３０１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０５０５２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ ２７／２４５
Ｈ０１Ｆ ３０／１２
Ｈ０１Ｆ ３７／００
Ｈ０１Ｆ ２１／０８
Ｈ０１Ｆ ２９／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１基部磁心から同一方向に延びる複数の第１脚磁心を有し、主巻線が卷回された積層鋼板からなる第１鉄心と、第２基部磁心から同一方向に延びる２本の第２脚磁心を有し、制御巻線が卷回された積層鋼板からなる第２鉄心を有し、
前記第１脚磁心の配列方向と前記第２脚磁心の配列方向とが直交した状態で、複数の前記第１脚磁心の先端と２つの前記第２脚磁心の先端とが接触し、
接触面における前記第１脚磁心の積層鋼板の積層方向と前記第２脚磁心の積層鋼板の積層方向が同じ方向に整列していることを特徴とする電磁機器。
【請求項2】
前記第２鉄心が、カットコアからなることを特徴とする、請求項１に記載の電磁機器。
【請求項3】
１個の前記第２鉄心に対して、それぞれ２本の前記第１脚磁心を備えた３個の前記第１鉄心を備え、各前記第１鉄心に卷回された前記主巻線が三相交流電源に接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電磁機器。
【請求項4】
前記第１鉄心が少なくとも３本の前記第１脚磁心を備え、３本の前記第１脚磁心に前記主巻線が卷回されて三相交流電源に接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の電磁機器。
【請求項5】
前記制御巻線が、２本の前記第２脚磁心にそれぞれ卷回されて直列接続されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の電磁機器。
【請求項6】
複数の前記第１脚磁心の先端と２本の前記第２脚磁心の先端とが接触する前記接触面に、楔型の間隙を形成したことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の電磁機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電磁機器に関する。
【背景技術】
【0002】
近年，太陽光発電を中心とした再生可能エネルギーの導入拡大が進みつつあり、これら再生可能エネルギーの導入拡大によって、特に配電線を中心とした電力系統において、発電出力の変動に伴う系統電圧の変動や，発電出力が電力系統の需要を上回ることで異なる電力潮流（逆潮流）を発生させ、系統電圧の上昇の要因となるなど、電力系統の電力品質低下の要因となっている。このため、電力品質を維持する、低コストで効果的な電圧調整装置が求められている。
【0003】
電圧調整装置として、機械的な接点を持たずに、制御電流の調整により主巻線のインダクタンスを連続的に制御する機能をもつ可変リアクトルを適用する方法がある。可変リアクトルの従来技術としては、例えば、本出願人が先に提案した電力用可変リアクトルがある（特許文献１参照）。
【0004】
図１３は、特許文献１に開示された電力用可変リアクトル１００の一例を示す斜視図である。電力用可変リアクトル１００は、図１３（Ａ）に示すように、主巻線１０３と制御巻線１０４をそれぞれ卷回した一対のＵ形カットコアからなる鉄心１０１，１０２の両脚端面を互いに９０度捩って接触させた構造になっている。図示のように、主巻線１０３で形成される主磁束φ１と制御巻線１０４で形成される制御磁束φ２が通る磁気回路が直交し、互いに一方の巻線の磁束は他方の巻線と鎖交しないという特徴を有する。主磁束φ１と制御磁束φ２は一対の鉄心１０１，１０２の接触部で共通の磁路を形成しているため、制御巻線１０４に直流電流または交流電流を流すことにより共通磁路の透磁率を調整でき、他方の主巻線１０３の磁束を制御できる。
【0005】
すなわち、図１３（Ｂ）で示すカット面同志の４面の接触面Ｂは、主巻線１０３、制御巻線１０４の各々に電圧ｅ１、ｅ２を印加して発生する主磁束φ１、制御磁束φ２の全てが通る共通磁路となる。そこで、制御巻線１０４へ印加する電圧ｅ２を制御すると、制御巻線１０４を流れる制御電流ｉ２による制御磁束φ２が変化するため、主巻線１０３による主磁束φ１の磁路の磁気抵抗が変化し、主巻線１０３を流れる主電流ｉ１の値が変わる。このため、電力用可変リアクトル１００は、主巻線１０３のリアクタンスを可変にすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】実公平８－５５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１に開示された電力用可変リアクトル１００は、軽量かつ構造が簡単であるという利点を有している。電力用可変リアクトル１００には電力用として商用周波数の電流が通電するため、一般的に電磁鋼板が用いられる。電磁鋼板により鉄心１０１，１０２を形成する場合，積層鉄心とすることが必要である。このなかで，低コストで磁束密度を高くすることが可能なＵ形カットコアが適している。
【0008】
一対のＵ形カットコアを直交磁路に対応してカット面を互いに９０度捩って接触させる場合、図１３（Ｂ）に示すように、電磁鋼板の積層端面は互いに直交して接触するため、積層電磁鋼板の端部が接触面Ｂで♯状に直交して接触し、相互に絶縁されている電磁鋼板を短絡することになる。図１４は、図１３に示した電力用可変リアクトルに発生する渦電流を説明するための図であり、同図に示すように、磁束φの変化によって、♯状の接触部を通じて積層鉄心を渦電流Ｉｅが流れる渦電流路が形成される。
【0009】
インダクタンスの制御の可変範囲を大にするために鉄心端面はできるだけ密着させなければならないが、この渦電流路の形成を防ぐために、従来、絶縁フィルムを介して接触させている。このため、絶縁フィルムに相当するギャップが介在することになり、磁気回路の磁気抵抗が増大し、それよる磁気特性の劣化が避けられず、制御の可変範囲が減少するという問題があった。また、絶縁フィルムによるギャップの影響を低減させるために、出来るだけ絶縁フィルムを薄くすることが必要であるが、薄くて耐久性のあるフィルムを得ることは難しい。
【0010】
さらに、両カットコアの一方は直流励磁される制御巻線が巻回され、他方は商用周波数で励磁される主巻線が巻回されるため、接触部には繰返し叩くような磁気吸引力が加わることになる。このため、電力用可変リアクトル１００は、連続する振動応力に十分な耐久性のある絶縁フィルムを確保することが難しいという問題があった。
【0011】
そして、カットコアの接触部で、絶縁フィルムを叩くように加わる繰返し応力により、フィルムの一部が損傷し部分的に渦電流路が形成されると、渦電流による加熱が絶縁フィルムの劣化をさらに拡大する。絶縁フィルムの劣化の拡大により、渦電流路はさらに拡大し、絶縁フィルムの損傷が広がると接触面に物理的なギャップが形成されることになり、鉄心の過熱とともに接触面の振動の増大等により障害が益々拡大することが懸念された。
【0012】
なお、鉄心にフェライトを用いる高調波用途の場合は，このような問題は生じないが、商用周波数の電力用電磁機器にフェライトの使用は適さない。
【0013】
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、必要な巻線の数が少なく、軽量かつ構造が簡単で、大きなインピーダンス（リアクタンス）変化が可能な電磁機器を提供することをその目的とする。
【0014】
上記課題を解決するために、請求項１の技術手段は、電磁機器であって、第１基部磁心から同一方向に延びる複数の第１脚磁心を有し、主巻線が卷回された積層鋼板からなる第１鉄心と、第２基部磁心から同一方向に延びる２本の第２脚磁心を有し、制御巻線が卷回された積層鋼板からなる第２鉄心を有し、前記第１脚磁心の配列方向と前記第２脚磁心の配列方向とが直交した状態で、複数の前記第１脚磁心の先端と２つの前記第２脚磁心の先端とが接触し、接触面における前記第１脚磁心の積層鋼板の積層方向と前記第２脚磁心の積層鋼板の積層方向が同じ方向に整列していることを特徴とするものである。
【0015】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、前記第２鉄心が、カットコアからなることを特徴とするものである。
【0016】
第３の技術手段は、第１または第２の技術手段において、１個の前記第２鉄心に対して、それぞれ２本の前記第１脚磁心を備えた３個の前記第１鉄心を備え、各前記第１鉄心に卷回された前記主巻線が三相交流電源に接続されることを特徴とするものである。
【0017】
第４の技術手段は、第１または第２の技術手段において、前記第１鉄心が少なくとも３本の前記第１脚磁心を備え、３本の前記第１脚磁心に前記主巻線が卷回されて三相交流電源に接続されることを特徴とするものである。
【0018】
第５の技術手段は、第１から第４のいずれか１の技術手段において、２本の前記第２脚磁心にそれぞれ卷回されて直列接続されていることを特徴とするものである。
【0019】
第６の技術手段は、第１から第５のいずれか１の技術手段において、複数の前記第１脚磁心の先端と２本の前記第２脚磁心の先端とが接触する前記接触面に、楔型の間隙を形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、主巻線と制御巻線各々一組のみで構成できるため、必要な巻線の数が少なく、軽量かつ構造が簡単で、大きなリアクタンス変化が可能な電磁機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。
【図6】本発明の第２の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。
【図7】本発明の第３の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。
【図8】本発明の第４の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。
【図9】本発明の第５の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。
【図10】本発明の第６の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。
【図11】本発明の第７の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。
【図12】本発明の第８の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。
【図13】従来例の電力用可変リアクトルの一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、図面を参照しながら、本発明の電磁機器に係る好適な実施形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内及び均等の範囲内におけるすべての変更を含む。また、複数の実施形態について組み合わせが可能である限り、本発明は任意の実施形態を組み合わせたものを含む。
【0023】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図であり、図２は、図１に示す電磁機器の動作を説明するための図である。図１（Ａ）に示すように、本実施形態の電磁機器１０は、略コの字型の第１鉄心(コア)１１と略Ｕ字型の第２鉄心(コア)１２を有している。第１鉄心１１は、第１基部磁心１１ａから同一方向に延びる２本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃを一体に形成した略コの字型の電磁鋼板を複数枚積層した、積層鋼板からなっている。第２鉄心１２は、積層鋼板からなり、第２基部磁心１２ａから同一方向に延びる２本の第２脚磁心１２ｂ，１２ｃを有している。本実施形態では、第２鉄心１２は、ケイ素鋼板やアモルファス合金などの金属薄帯を巻回し、巻回された金属薄帯を樹脂に含浸した後、切断して得られるカットコアが用いられる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図であり、図２は、図１に示す電磁機器の動作を説明するための図である。図１（Ａ）に示すように、本実施形態の電磁機器１０は、略コの字型の第１鉄心(コア)１１と略Ｕ字型の第２鉄心(コア)１２を有している。第１鉄心１１は、第１基部磁心１１ａから同一方向に延びる２本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃを一体に形成した略コの字型の電磁鋼板を複数枚積層した、積層鋼板からなっている。第２鉄心１２は、積層鋼板からなり、第２基部磁心１２ａから同一方向に延びる２本の第２脚磁心１２ｂ，１２ｃを有している。本実施形態では、第２鉄心１２は、ケイ素鋼板やアモルファス合金などの金属薄帯を巻回し、巻回された金属薄帯を樹脂に含浸した後、切断して得られるカットコアが用いられる。
【0024】
第１鉄心１１には、主巻線１３が卷回され、第２鉄心１２には制御巻線１４が卷回される。なお、主巻線１３が第２鉄心１２に卷回され、制御巻線１４が、第１鉄心１１に卷回されてもよいが、本実施形態では、主巻線１３が第１鉄心１１の第１脚磁心１１ｂに、制御巻線１４が第２鉄心１２の第２脚磁心１２ｃに卷回されているものとする。なお、主巻線１３あるいは制御巻線１４は、必要に応じて第１鉄心１１の第１基部磁心１１ａあるいは第２鉄心１２の第２基部磁心１２ａに卷回されてもよい。さらに、主巻線１３は、第１基部磁心１１ａ、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの全面に卷回されてもよく、また、制御巻線１４は、第２基部磁心１２ａ、第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの全面に卷回されてもよい。
【0025】
第１鉄心１１と第２鉄心１２は、第１鉄心１１の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの配列方向（図１（Ａ）のＸ軸方向）と第２鉄心１２の第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの配列方向（図１（Ａ）のＹ軸方向）とが直交した状態で、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの先端と第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの先端とが、図１（Ｂ）で示すように、４つの接触面Ａで、絶縁フィルム等を介さずに直接接触している。そして、接触面における第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの積層鋼板の積層方向と第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの積層鋼板の積層方向が同じ方向（図１（Ａ）のＸ軸方向）に整列している。本実施形態では、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの積層鋼板の積層方向と第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの積層鋼板の積層方向が接触面Ａにおいて同じ方向となるように、第１鉄心１１を略コの字型の電磁鋼板を積層したものとし、第２鉄心１２にカットコアを用いている。
【0026】
ここで、予め第１鉄心１１を構成する積層鋼板の電磁鋼板の厚みと絶縁層の厚みとが、それぞれ第２鉄心１２を構成する積層鋼板の電磁鋼板の厚みと絶縁層の厚みに等しくなるように形成しておくことが望ましい。そして、接触面Ａで第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの先端と第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの先端とを接触させた際に、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの積層鋼板の電磁鋼板と第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの積層鋼板の電磁鋼板とが対向し、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの積層鋼板の絶縁層と第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの積層鋼板の絶縁層とが対向するようにする。これにより、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの先端と第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの先端とを接触させた際に、接触面Ａの箇所で、相互に絶縁された電磁鋼板が短絡されて電流経路が生じないようにする。
【0027】
次に、電磁機器１０の動作について説明する。図２は、図１に示す電磁機器の動作を説明するための図であり、図２（Ａ）は制御巻線１４に電流を流さない場合を、また、図２（Ｂ）は制御巻線１４に電流を流した場合を示している。
【0028】
主巻線１３に交流電源から電圧ｅ１を印加し、主電流ｉ１が図２（Ａ）の矢印方向に流れたとすると、第１鉄心１１の第１脚磁心１１ｂ、第２鉄心１２の第２脚磁心１２ｂ，１２ｃ、第１鉄心１１の第１脚磁心１１ｃ、および、第１鉄心１１の第１基部磁心１１ａからなる閉磁路に、主磁束φ１が発生する。主磁束φ１の一部は、制御巻線１４が卷回された第２鉄心１２の第２脚磁心１２ｃを流れるが、第１鉄心１１と第２鉄心１２の配列関係によって、主磁束φ１は制御巻線１４と鎖交することがないため、制御巻線１４に誘起電圧は発生しない。
【0029】
次に、主巻線１３に交流電源から電圧ｅ１を印加し、その結果生じる主磁束φ１の瞬時値の方向が図２（Ｂ）に矢印で示す方向であるとし、また、制御巻線１４に直流電源から電圧ｅ２を印加し、流れる制御電流ｉ２の結果生じる制御磁束φ２の方向が図２（Ｂ）に矢印で示す方向で一定とすると、接触面Ａ２、Ａ３では、主磁束φ１と制御磁束φ２とが同方向となり、接触面Ａ１，Ａ４では、主磁束φ１と制御磁束φ２とが逆方向となる。また、主磁束φ１の瞬時値の方向が逆方向になると、制御磁束φ２の方向は変わらないため、接触面Ａ２，Ａ３では主磁束φ１と制御磁束φ２が互いに逆方向となり、接触面Ａ１，Ａ４では主磁束φ１と制御磁束φ２が同方向となる。そして、この関係は、主磁束φ１の瞬時値の方向によって周期的に繰り返される。
【0030】
これにより、主磁束φ１と制御磁束φ２の方向が同方向と逆方向になる接触面Ａ１～Ａ４の透磁率を、制御巻線１４に印加する電圧ｅ２によって変化させることができ、主巻線１３のインダクタンスを制御することができる。このことは、制御巻線１４に印加する電圧を交流電圧にした場合も同様である。
【0031】
図３は、図１に示す電磁機器の制御特性例を示す図であり、実機を用いて計測したデータを、正規化して表したものである。図３では、制御巻線１４へ印加する電圧ｅ２を変化させることによって、制御電流ｉ２を変化させた場合の主巻線１３のインダクタンスの変化が示されている。図３に示すように、制御電流ｉ２を変化させることによって、主巻線１３のインダクタンスは単調減少している。
【0032】
このように、本実施形態の電磁機器１０は、主巻線１３のインダクタンスを変化させるために、第１鉄心１１と第２鉄心１２の２個の鉄心と主巻線１３と制御巻線１４の２個の巻線の、少ない構成部材で構成することができる。また、第１鉄心１１と第２鉄心１２との接触面には、磁気的な空隙が発生しないため、制御電流によるインダクタンスの変化量を大きくすることができる。
【0033】
［第１の実施形態の変形例１］
図４は、図１に示す電磁機器の一変形例を示す図である。図４に示す電磁機器１０Ａは、第１鉄心１１に卷回した主巻線１３を、第１脚磁心１１ｂに卷回した主巻線１３１と第１脚磁心１１ｃに卷回した主巻線１３２とに分割して卷回し、主巻線１３１と主巻線１３２とを直列接続している。また、第２鉄心１２に卷回した制御巻線１４は、第２脚磁心１２ｃに卷回した制御巻線１４１と第２脚磁心１２ｂに卷回した制御巻線１４２とに分割して卷回し、制御巻線１４１と制御巻線１４２とを直列接続している。これにより、いずれかの脚磁心に巻線を卷回した電磁機器１０に比べて、電磁機器１０Ａは前後左右（Ｘ軸、Ｙ軸方向）の重量バランスが良好になる。制御巻線１４を分割して脚磁心に卷回する構成は、他の実施形態においても適用可能である。
図４は、図１に示す電磁機器の一変形例を示す図である。図４に示す電磁機器１０Ａは、第１鉄心１１に卷回した主巻線１３を、第１脚磁心１１ｂに卷回した主巻線１３１と第１脚磁心１１ｃに卷回した主巻線１３２とに分割して卷回し、主巻線１３１と主巻線１３２とを直列接続している。また、第２鉄心１２に卷回した制御巻線１４は、第２脚磁心１２ｃに卷回した制御巻線１４１と第２脚磁心１２ｂに卷回した制御巻線１４２とに分割して卷回し、制御巻線１４１と制御巻線１４２とを直列接続している。これにより、いずれかの脚磁心に巻線を卷回した電磁機器１０に比べて、電磁機器１０Ａは前後左右（Ｘ軸、Ｙ軸方向）の重量バランスが良好になる。制御巻線１４を分割して脚磁心に卷回する構成は、他の実施形態においても適用可能である。
【0034】
［第１の実施形態の変形例２］
図５は、図１に示す電磁機器の他の変形例を示す図である。図５に示す電磁機器１０Ｂでは、第１鉄心１１の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの先端と第２鉄心１２の第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの先端とが接触するそれぞれの接触面に、楔型の間隙Ｇを形成している。これにより、主磁束φ１と制御磁束φ２の共通磁路は、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの先端と第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの先端との接触面と、楔形の間隙Ｇ部分との並列回路を含むことになる。そして、この並列回路によって、磁気特性が改善され、主巻線１３の主電流ｉ１は高調波成分の少ない低歪電流となる。第１鉄心１１の複数の第１脚磁心の先端と第２鉄心１２の第２脚磁心の先端とが接触するそれぞれの接触面に、楔型の間隙Ｇを形成する構成は、他の実施形態においても適用可能である。
図５は、図１に示す電磁機器の他の変形例を示す図である。図５に示す電磁機器１０Ｂでは、第１鉄心１１の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの先端と第２鉄心１２の第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの先端とが接触するそれぞれの接触面に、楔型の間隙Ｇを形成している。これにより、主磁束φ１と制御磁束φ２の共通磁路は、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの先端と第２脚磁心１２ｂ，１２ｃの先端との接触面と、楔形の間隙Ｇ部分との並列回路を含むことになる。そして、この並列回路によって、磁気特性が改善され、主巻線１３の主電流ｉ１は高調波成分の少ない低歪電流となる。第１鉄心１１の複数の第１脚磁心の先端と第２鉄心１２の第２脚磁心の先端とが接触するそれぞれの接触面に、楔型の間隙Ｇを形成する構成は、他の実施形態においても適用可能である。
【0035】
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器２０Ａは、三相六脚構造の電磁機器であり、１個の第２鉄心１２に対して、それぞれ２本の第１脚磁心を備えた３個の第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗを備え、第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗにそれぞれ卷回した主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗが三相交流電源に接続されている。より具体的には、図１に示した電磁機器１０における２本の第１脚磁心を有する第１鉄心１１と同じ構成の３個の第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗを準備し、３個の第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗのそれぞれの第１脚磁心の配列方向が、第２鉄心１２の第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの配列方向と直交した状態で、第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗの６個の第１脚磁心の先端と２つの第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの先端とを接触させている。
図６は、本発明の第２の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器２０Ａは、三相六脚構造の電磁機器であり、１個の第２鉄心１２に対して、それぞれ２本の第１脚磁心を備えた３個の第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗを備え、第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗにそれぞれ卷回した主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗが三相交流電源に接続されている。より具体的には、図１に示した電磁機器１０における２本の第１脚磁心を有する第１鉄心１１と同じ構成の３個の第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗを準備し、３個の第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗのそれぞれの第１脚磁心の配列方向が、第２鉄心１２の第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの配列方向と直交した状態で、第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗの６個の第１脚磁心の先端と２つの第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの先端とを接触させている。
【0036】
そして、６個の第１脚磁心の先端と２つの第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの先端との接触面における、第１脚磁心と第２脚磁心の積層鋼板の積層方向は、第１の実施形態と同様に、同じ方向に整列している。第２鉄心１２については、第１の実施形態と同様に、カットコアが用いられ、制御巻線１４が卷回されている。
【0037】
３個の第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗに卷回したそれぞれの主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗには、三相交流電源の電圧ｅ１ｕ，ｅ１ｖ，ｅ１ｗが印加される。主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗにそれぞれ流れる主電流ｉ１ｕ，ｉ１ｖ，ｉ１ｗによって、第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗと第２鉄心１２によって形成される磁路には、主磁束φ１ｕ，φ１ｖ，φ１ｗが生じる。ここで、制御巻線１４に制御電流ｉ２を流すと、主磁束φ１ｕ，φ１ｖ，φ１ｗとのそれぞれの共通磁路の透磁率に影響を与える制御磁束φ２が発生し、主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗのインダクタンスを変化させることができる。
【0038】
主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗのインダクタンスは、第１の実施形態と同様に制御電流ｉ２を大きくするにしたがって低下する。このように、本発明は、三相の電磁機器にも適用でき、一つの制御巻線１４の電流を変化させることによって、間単に三相電磁機器のインダクタンスを変化させることができる。この点は、他の三相電磁機器の実施形態についても同様である。
【0039】
［第３の実施形態］
図７は、本発明の第３の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器２０Ｂは、三相三脚構造の電磁機器であり、第１鉄心１１Ａとして、第１基部磁心１１ａから同一方向に延びる３本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを一体に形成した電磁鋼板を複数枚積層した、積層鋼板を有している。３本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの先端は、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの配列方向が第２鉄心１２の２本の第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの配列方向と直交する状態で、それぞれ第２鉄心１２の２本の第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの先端に接触している。そして、接触面において第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの積層鋼板の積層方向と第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの積層鋼板の積層方向が同じ方向に整列している。第２鉄心１２は、第１の実施形態の電磁機器１０と同様に、カットコアが用いられ、制御巻線１４が卷回されている。
図７は、本発明の第３の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器２０Ｂは、三相三脚構造の電磁機器であり、第１鉄心１１Ａとして、第１基部磁心１１ａから同一方向に延びる３本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを一体に形成した電磁鋼板を複数枚積層した、積層鋼板を有している。３本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの先端は、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの配列方向が第２鉄心１２の２本の第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの配列方向と直交する状態で、それぞれ第２鉄心１２の２本の第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの先端に接触している。そして、接触面において第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの積層鋼板の積層方向と第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの積層鋼板の積層方向が同じ方向に整列している。第２鉄心１２は、第１の実施形態の電磁機器１０と同様に、カットコアが用いられ、制御巻線１４が卷回されている。
【0040】
第１鉄心１１Ａの３本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄには、それぞれ主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗが卷回され、三相交流電源に接続されている。主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗにそれぞれ流れる主電流ｉ１ｕ，ｉ１ｖ，ｉ１ｗによって、第１鉄心１１Ａの第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄには主磁束が発生する。ここで、制御巻線１４に制御電流ｉ２を流すと、主磁束との共通磁路の透磁率に影響を与える制御磁束φ２が発生し、主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗのインダクタンスを変化させることができる。
【0041】
主巻線１３ｕ，１３ｖ，１３ｗのインダクタンスは、第１の実施形態と同様に制御電流ｉ２を大きくするにしたがって低下する。このように、本発明は、３本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有する第１鉄心１１Ａと、２本の第２脚磁心１２ｂ、１２ｃを有する第２鉄心１２と、４個の巻線によって、インダクタンスが可変可能な三相電磁機器を得ることができる。
【0042】
［第４の実施形態］
図８は、本発明の第４の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。図８（Ａ）に示す本実施形態の電磁機器２０Ｃは、三相五脚構造の電磁機器である。本実施形態の電磁機器２０Ｃは、第３の実施形態の三相三脚構造の電磁機器２０Ｂに比べて、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの両端側に、第１脚磁心１１ｅ、１１ｆを設けた五脚構造の第１鉄心１１Ｂを有しており、各第１脚磁心１１ｂ～１１ｆの先端が、第２鉄心１２の２本の第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの先端に接触している。電磁機器２０Ｃの他の構成については、第３の実施形態の電磁機器２０Ｂと同様であるため、詳細な説明は省略する。
図８は、本発明の第４の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。図８（Ａ）に示す本実施形態の電磁機器２０Ｃは、三相五脚構造の電磁機器である。本実施形態の電磁機器２０Ｃは、第３の実施形態の三相三脚構造の電磁機器２０Ｂに比べて、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの両端側に、第１脚磁心１１ｅ、１１ｆを設けた五脚構造の第１鉄心１１Ｂを有しており、各第１脚磁心１１ｂ～１１ｆの先端が、第２鉄心１２の２本の第２脚磁心１２ｂ、１２ｃの先端に接触している。電磁機器２０Ｃの他の構成については、第３の実施形態の電磁機器２０Ｂと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0043】
第８図（Ｂ）に示す電磁機器２０Ｄは、図８（Ａ）に示す電磁機器２０Ｃの制御巻線１４として、２本の第２脚磁心１２ｃ、１２ｂにそれぞれ制御巻線１４１，１４２を分割して卷回し、制御巻線１４１，１４２を直列接続したものである。電磁機器２０Ｄの他の構成は、図８（Ａ）に示す電磁機器２０Ｃと同様である。本実施形態の電磁機器２０Ｄは、第１実施形態の変形例１で説明した図４に示す電磁機器１０Ａと同様に、前後左右（Ｘ軸、Ｙ軸方向）の重量バランスが良好になる。
【0044】
［第５の実施形態］
図９は、本発明の第５の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器３０は、略コの字型の第１鉄心１１と、同じく略コの字型をした第２鉄心１２’とを有している、第１鉄心１１は、第１の実施形態で示した電磁機器１０と同様に、第１基部磁心１１ａから同一方向に延びる２本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃを一体に形成した略コの字型の電磁鋼板を複数枚積層した、積層鋼板からなっている。一方、第２鉄心１２’は、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する積層鋼板の間に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を連結するための第２基部磁心１２ａ’を構成する積層鋼板を積層した構造を有しており、第２基部磁心１２ａ’と第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する電磁鋼板は、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’の配列方向（図９のＹ軸方向）と同じ方向に積層されている。これにより、第２鉄心１２’は、積層方向に垂直な方向である、図９のＸ軸方向から見た場合、略コの字形状となるように形成されている。
図９は、本発明の第５の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器３０は、略コの字型の第１鉄心１１と、同じく略コの字型をした第２鉄心１２’とを有している、第１鉄心１１は、第１の実施形態で示した電磁機器１０と同様に、第１基部磁心１１ａから同一方向に延びる２本の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃを一体に形成した略コの字型の電磁鋼板を複数枚積層した、積層鋼板からなっている。一方、第２鉄心１２’は、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する積層鋼板の間に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を連結するための第２基部磁心１２ａ’を構成する積層鋼板を積層した構造を有しており、第２基部磁心１２ａ’と第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する電磁鋼板は、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’の配列方向（図９のＹ軸方向）と同じ方向に積層されている。これにより、第２鉄心１２’は、積層方向に垂直な方向である、図９のＸ軸方向から見た場合、略コの字形状となるように形成されている。
【0045】
第１鉄心１１の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの少なくともいずれか一方には、主巻線１３が卷回され、第２鉄心１２’の第２脚磁心１２ｂ’，１２ｃ’の少なくともいずれか一方には制御巻線１４が卷回されている。第１鉄心１１と第２鉄心１２’とは、第１鉄心１１の第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの配列方向（図９のＸ軸方向）と第２鉄心１２’の第２脚磁心１２ｂ’，１２ｃ’の配列方向（図９のＹ軸方向）とが直交した状態で、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの先端と第２脚磁心１２ｂ’，１２ｃ’の先端とが、４つの接触面で、絶縁フィルム等を介さずに直接接触している。そして、接触面における第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの積層鋼板の積層方向と第２脚磁心１２ｂ’，１２ｃ’の積層鋼板の積層方向が同じ方向（図１（Ａ）のＸ軸方向）に整列している。
【0046】
このように、本発明の電磁機器は、第２鉄心をカットコアでない積層鉄心として構成することも可能である。本実施形態の電磁機器３０においても、接触面で第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの先端と第２脚磁心１２ｂ’，１２ｃ’の先端とを接触させた際に、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの積層鋼板の電磁鋼板と第２脚磁心１２ｂ’，１２ｃ’の積層鋼板の電磁鋼板とが対向し、第１脚磁心１１ｂ，１１ｃの積層鋼板の絶縁層と第２脚磁心１２ｂ’，１２ｃ’の積層鋼板の絶縁層とが対向するように構成している。本実施形態の電磁機器３０の他の構成と動作については、第１の実施形態の電磁機器１０と同様であるので、その説明は省略する。
【0047】
［第６の実施形態］
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器３０Ａは、三相六脚構造の電磁機器であり、図６に示した第２の実施形態の電磁機器２０Ａと同様に、２脚の脚磁心を有する３個の第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗと２脚の脚磁心を有する第２鉄心１２’を組み合わせたものである。そして、電磁機器３０Ａは、第２鉄心１２’の構造として、第５の実施形態の電磁機器３０と同様に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する積層鋼板の間に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を磁気的に連結するための第２基部磁心１２ａ’を構成する積層鋼板を積層した構造を用いている。電磁機器３０Ａの構成は、第２の実施形態の電磁機器２０Ａと同様であるので、その説明を省略する。
図１０は、本発明の第６の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器３０Ａは、三相六脚構造の電磁機器であり、図６に示した第２の実施形態の電磁機器２０Ａと同様に、２脚の脚磁心を有する３個の第１鉄心１１ｕ，１１ｖ，１１ｗと２脚の脚磁心を有する第２鉄心１２’を組み合わせたものである。そして、電磁機器３０Ａは、第２鉄心１２’の構造として、第５の実施形態の電磁機器３０と同様に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する積層鋼板の間に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を磁気的に連結するための第２基部磁心１２ａ’を構成する積層鋼板を積層した構造を用いている。電磁機器３０Ａの構成は、第２の実施形態の電磁機器２０Ａと同様であるので、その説明を省略する。
【0048】
［第７の実施形態］
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器３０Ｂは、三相三脚構造の電磁機器であり、図７に示した第３の実施形態の電磁機器２０Ｂにおいて、３脚の脚磁心を有する第１鉄心１１Ａに組み合わされる第２鉄心１２’として、カットコアではなく、第５の実施形態の電磁機器３０と同様に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する積層鋼板の間に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を連結するための第２基部磁心１２ａ’を構成する積層鋼板を積層した構造を用いたものである。電磁機器３０Ｂの構成は、第７の実施形態の電磁機器２０Ｂと同様であるので、その説明を省略する。
図１１は、本発明の第７の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器３０Ｂは、三相三脚構造の電磁機器であり、図７に示した第３の実施形態の電磁機器２０Ｂにおいて、３脚の脚磁心を有する第１鉄心１１Ａに組み合わされる第２鉄心１２’として、カットコアではなく、第５の実施形態の電磁機器３０と同様に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する積層鋼板の間に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を連結するための第２基部磁心１２ａ’を構成する積層鋼板を積層した構造を用いたものである。電磁機器３０Ｂの構成は、第７の実施形態の電磁機器２０Ｂと同様であるので、その説明を省略する。
【0049】
［第８の実施形態］
図１２は、本発明の第８の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器３０Ｃは、三相五脚構造の電磁機器であり、図８（Ａ）に示した第４の実施形態の電磁機器２０Ｃにおいて、第２鉄心１２’をカットコアではなく、第５の実施形態の電磁機器３０と同様に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する積層鋼板の間に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を連結するための第２基部磁心１２ａ’を構成する積層鋼板を積層した構造を用いたものである。電磁機器３０Ｃの構成は、第４の実施形態の電磁機器２０Ｃと同様であるので、その説明を省略する。
図１２は、本発明の第８の実施形態に係る電磁機器の一構成例を示す斜視図である。本実施形態の電磁機器３０Ｃは、三相五脚構造の電磁機器であり、図８（Ａ）に示した第４の実施形態の電磁機器２０Ｃにおいて、第２鉄心１２’をカットコアではなく、第５の実施形態の電磁機器３０と同様に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を構成する積層鋼板の間に、第２脚磁心１２ｂ’、１２ｃ’を連結するための第２基部磁心１２ａ’を構成する積層鋼板を積層した構造を用いたものである。電磁機器３０Ｃの構成は、第４の実施形態の電磁機器２０Ｃと同様であるので、その説明を省略する。
【0050】
以上説明したように、本発明の電磁機器は、必要な巻線の数が少なく、鉄心の構造が簡単であるため、電磁機器を軽量に作製することができる。また、主磁束と制御磁束の磁路中に、ギャップが存在しないため、制御電流の変化に対して大きなリアクタンス変化を得ることができる。
【符号の説明】
【0051】
１０，１０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ…電磁機器、１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１ｕ，１１ｖ，１１ｗ…第１鉄心、１１ａ…第１基部磁心、１１ｂ～１１ｆ…第１脚磁心、１２，１２'…第２鉄心、１２ａ，１２ａ'…第２基部磁心、１２ｂ，１２ｂ'，１２ｃ，１２ｃ'…第２脚磁心、１３，１３ｕ，１３ｖ，１３ｗ，１３１，１３２…主巻線、１４，１４１、１４２…制御巻線、１００…電力用可変リアクトル、１０１、１０２…鉄心、Ａ，Ａ１～Ａ４，Ｂ…接触面、Ｇ…間隙。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
