JP2009135271A - リアクトルおよびノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】ノーマルモード用リアクトルの機能とコモンモード用リアクトルの機能を併せ持つリアクトルを提供する。
【解決手段】ギャップ（２４，２５）を形成したコア（２）と、コア（２）に磁路を形成するように配置された単相あるいは多相の導線（３，４，５）とを備えるリアクトルであって、コア（２）のギャップ（２４，２５）は、少なくとも1つのコモンモード電流で生成される磁路に対しては、コア（２）が閉磁路コアとしての機能を持つように、全相において少なくとも1つのノーマルモード電流で生成される磁路に対しては、コア（２）が開磁路コアとしての機能を持つように形成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ノイズ除去等のために電力線に挿入されるリアクトルおよびこのリアクトルを用いたノイズフィルタに関するものである。

図８にインバータ装置の一例を示す。このインバータ装置１００は、Ｒ，Ｓ，Ｔ入力端子に入力される三相交流電圧を整流・平滑し、それによって得られる直流電圧をスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６でスイッチングしてＵ_０，Ｖ_０，Ｗ_０出力端子に変換された交流電圧を出力する。
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、ＰＷＭ（パルス幅変調）方式によるスイッチングによってインバータ装置１００の出力電圧を制御する。インバータ装置１００の出力電圧は、例えば、誘導負荷であるモータ１１０に供給される。

ところで、上記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６は、ＰＷＭのキャリア周波数である数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚの周波数でオン・オフされる。このため、上記インバータ装置１００の出力電圧は、立ち上がりと立下りが急峻なパルス状の電圧となる。このような電圧は、次のような不都合をもたらす。

すなわち、モータ１１０の各巻線とフレームグランド問の静電容量やケーブル間の静電容量を介して漏洩電流が流れるという現象を生じる。
また、モータ１１０のインピーダンスは、給電ケーブル１２０のインピーダンスに比べて極めて大きいので、モータ１１０の受電端Ｕ_１，Ｖ_２，Ｗ_２で電圧が反射する。このため、インバータ装置１００の出力電圧の約２倍の電圧（いわゆるサージ電圧）がモータ１１０に印加されて、その巻線の絶縁劣化やベアリングの損傷を起こすことがある。

上記問題の解決策として以下のような手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
（ａ）インバータ装置１００とモータ１１０の間にコモンモード用のリアクトル（図示せず）を挿入する。
（ｂ）インバータ装置１００とモータ１０３の間において、各相にノーマルモード用のリアクトル（図示せず）を挿入する。
（ｃ）（ａ）と（ｂ）を併用。

手法（ａ）によれば、モータ１０３の中性点電圧の変化が滑らかになる。このため、中性点電圧の変動に伴ってモータ１０３の巻線とフレームグランド問の静電容量を介して流れる漏洩電流が低減される。
手法（ｂ）によれば、インバータ装置１００の出力電圧の変化が滑らかになるので、サージ電圧が抑制される。
特開平２００１−２０４１３６号公報

なお、コモンモード電流とノーマルモード電流は次のように定義される。
「コモンモード電流」
全相の電流の和およびそれに比例した電流である。
高周波のコモンモード電流を抑制するリアクトルは、コモンモードリアクトルと呼ばれている。
「ノーマルモード電流」
各相の電流からコモンモード電流を除いた電流である。
高周波のノーマルモード電流を抑制するリアクトルは、ノーマルモードリアクトルと呼ばれている。

一般的にインバータ装置１００から出力される各相の電流は対称であり、また、ノーマルモード電流はコモンモード電流に比べて圧倒的に大きい。したがって、ノーマルモードリアクトルは、コモンモードリアクトルに比べ磁気飽和が起こりやすい。そこで、従来においては、ノーマルモード電流に適合するノーマルモード用リアクトルとコモンモード電流に適合するコモンモード用リアクトルを個別に作成するようにしている。

前記手法（ｃ）によれば、より高いノイズ抑制効果が得られる。しかし、この場合、上記ノーマルモード用リアクトルとコモンモード用リアクトルが併用されることになるので、配置スペース、部品点数ならびに費用が増加するという問題を生じる。
そこで、本発明の目的は、ノーマルモード用リアクトルの機能とコモンモード用リアクトルの機能を併せ持つリアクトルを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、上記リアクトルを用いたノイズフィルタを提供することにある。

本発明に係るリアクトルは、ギャップを形成したコアと、該コアに磁路を形成するように配置された単相あるいは多相の導線とを備えている。上記目的の目的を達成するため、前記コアのギャップは、少なくとも1つのコモンモード電流で生成される磁路に対しては、前記コアが閉磁路コアとしての機能を持つように、全相において少なくとも1つのノーマルモード電流で生成される磁路に対しては、前記コアが開磁路コアとしての機能を持つように形成されている。

前記導線のターン数は、１あるいはそれよりも多く設定することが可能である。
前記コアは、例えば、前記閉磁路を構成するループ状の第１の部材と、前記第１の部材との間に前記ギャップが形成される形態で該第１の部材の対向する部分間に介在させた第２の部材と、を備えた構造を持たせることができる。

本発明に係るリアクトルは、例えば、インバータ装置と該インバータ装置の出力によって駆動される負荷との間に介在させて使用される。
また、本発明に係るリアクトルは、コンデンサ等の素子と組み合わせることによってノイズフィルタを構成することができる。

本発明に係るリアクトルは、ノーマルモード用リアクトルの機能とコモンモード用リアクトルの機能を併せ持つので、配置スペース、部品点数ならびに費用の低減を図ることができる。また、本発明に係るリアクトルを使用して構成されるノイズフィルタも同様の利点が得られる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明に係るリアクトル（導体）は、巻き数に制限を設けないが、１ターンの場合と多ターンの場合とではその構造が異なることから、それぞれの場合について説明する。

「１ターンの場合」
図１に示すリアクトル１は、コア２と３相の導線３、４および５とにより構成されている。
コア２は、方形状のループ部２１と、該ループ部２１の一方の長辺２１ａから他方の長辺２１ｂに向って延びる２つの脚部２２および２３とを備え、該各脚部２２および２３の先端と上記長辺２１ｂとの間にそれぞれギャップ２４および２５を形成した構成を有する。
導線３はループ部２１の一方の短辺２１ｃと脚部２２との間に、導線４は脚部２２と脚部２３との間に、導線５はループ部２１の他方の短辺２１ｄと脚部２３との間にそれぞれ挿通されている。

図２はノーマルモードリアクトルとしての上記リアクトル１の作用を示し、また、図３はコモンモードリアクトルとしての上記リアクトル１の作用を示す。
これらの図において、各導線３〜５に付した記号（・）および（×）は、それぞれ該各導線３〜５に流れる電流の向きを表し、また、コア２中の矢印は、各導線３〜５を流れる電流によって形成される磁路を表している。

図２に示すように、ノーマルモードにおける磁路中には、コア２に設けられたギャップ２４，２５が介在することになる。一方、図３に示すように、コモンモードにおける磁路中には上記ギャップ２４，２５が介在しない。
すなわち、上記ギャップ２４，２５を備える本実施形態に係るリアクトル１は、ノーマルモードにおいてはギャップ付きリアクトルとして作用し、コモンモードにおいてはギャップなしリアクトルとして作用する。
この結果、本実施形態に係るリアクトル１においては、少なくとも１つのコモンモード電流で生成される磁路に対しては上記コア２が閉磁路コアとして作用し、全相において少なくとも１つのノーマルモード電流で生成される磁路に対しては上記コア２が開磁路コアとして作用することになる。

周知のように、ノーマルモード電流はコモンモード電流に比べて圧倒的に大きい。したがって、ノーマルモード電流に基づくコア２の発生磁界は、コモンモード電流に基づくそれに比して相当に大きくなる。
しかし、上記のように、本実施形態に係るリアクトル１は、発生磁界が大きいノーマルモードにおいて、ギャップ付きリアクトルとして作用するので、上記ギャップ２４、２５によってコア２の磁気飽和を抑制することができる。

このように、本実施形態に係るリアクトル１は、コモンモードリアクトルとしての機能とノーマルモードリアクトルとしての機能とを併せ持つので、図４に示すようにインバータ装置１０と負荷（モータ１１）間に挿入することによって、個別のコモンモードリアクトルとノーマルモードリアクトルを設けた場合と同様に、ノーマルモードのノイズとコモンモードのノイズの両方に対して減衰効果を得ることが可能である。
したがって、本実施形態に係るリアクトル１によれば、個別のコモンモードリアクトルとノーマルモードリアクトルを用いる場合に比して、配置スペース、部品点数ならびに費用の低減を図ることができる。

「多ターンの場合」
図５は、前記した構造を有するコア２と多ターンの導線３'、４'および５'とにより構成された本発明の別の実施形態を示している。
本実施形態に係るリアクトル１'も、以下に述べるように、図１に示したリアクトル１と同等な作用をなす。

すなわち、図６はノーマルモードリアクトルとしてこのリアクトル１'の作用を示し、また、図７はコモンモードリアクトルとしてのこのリアクトル１'の作用を示す。図６に示すように、ノーマルモードにおける磁路中にはギャップ２４，２５が介在し、一方、図７に示すように、コモンモードにおける磁路中には上記ギャップ２４，２５が介在しないことになる。
それゆえ、本実施形態に係るリアクトル１'も、コモンモードリアクトルとしての機能とノーマルモードリアクトルとしての機能とを併せ持つことになる。
このような機能を有する本実施形態に係るリアクトル１'は、例えば、図４に示すようにインバータ装置１０とモータ１１間に挿入することによって、ノーマルモードのノイズとコモンモードのノイズの両方に対して減衰効果を得ることができる。

図８は、図１に示したリアクトル１もしくは図５に示したリアクトル１'を用いたノイズフィルタ８の構成例を示している。
このノイズフィルタ８は、リアクトル１もしくはリアクトル１'と、このリアクトル１もしくはリアクトル１'の各出力線路間に介在させたコンデンサＣ_１、Ｃ_２およびＣ_３とを組み合わせた構成を有し、交流信号原６の出力信号に含まれるノイズを除去すべく、該交流信号原６と負荷７との間に配設されている。
リアクトル１もしくはリアクトル１'を使用したこのノイズフィルタ８によれば、配置スペース、部品点数ならびに費用の低減を図ることができるという効果が得られる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形態様を含むものである。
例えば、本発明に係るリアクトルに用いるコアの形状は、上記実施形態に用いたコア２の形状に限定されない。すなわち、少なくとも１つのコモンモード電流で生成される磁路に対しては、閉磁路コアとしての機能を持つように、また、全相において少なくとも１つのノーマルモード電流で生成される磁路に対しては、開磁路コアとしての機能を持つようにギャップが形成されてさえいれば、その形状の変更は任意である。
また、上記各実施形態は、三相の交流信号に適用されているが、本発明は、もちろん、単相あるいは三相よりも多相の交流信号にも適用可能である。
さらに、図８に示すノイズフィルタ８は、リアクトル１もしくはリアクトル１'と、コンデンサＣ_１、Ｃ_２およびＣ_３とを組み合わせた構成を有するが、この構成とは異なるノイズフィルタを構成することも当然可能である。

本発明に係るリアクトルの実施形態を示す斜視図である。 図１のリアクトルのノーマルモードにおける作用を示す概念図である。 図１のリアクトルのコモンモードにおける作用を示す概念図である。 本発明に係るリアクトルの使用形態を例示した回路図である。 本発明に係るリアクトルの他の実施形態を示す斜視図である。 図５のリアクトルのノーマルモードにおける作用を示す概念図である。 図５のリアクトルのコモンモードにおける作用を示す概念図である。 本発明に係るノイズフィルタの構成例を示した回路図である。 インバータ装置の従来例を示す回路図である。

符号の説明

１，１' リアクトル
２ コア
２１ ループ部
２２，２３ 脚部
３〜５、３'〜５' 導線
８ ノイズフィルタ
１０ インバータ
１１ モータ

Claims (5)

1. ギャップを形成したコアと、該コアに磁路を形成するように配置された単相あるいは多相の導線とを備えるリアクトルであって、前記コアのギャップは、
   少なくとも１つのコモンモード電流で生成される磁路に対しては、前記コアが閉磁路コアとしての機能を持つように、全相において少なくとも１つのノーマルモード電流で生成される磁路に対しては、前記コアが開磁路コアとしての機能を持つように形成されていることを特徴とするリアクトル。
2. 前記導線のターン数が１以上であることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
3. 前記コアは、
   前記閉磁路を構成するループ状の第１の部材と、
   前記第１の部材との間に前記ギャップが形成される形態で該第１の部材の対向する部分間に介在させた第２の部材と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
4. インバータ装置と該インバータ装置の出力によって駆動される負荷との間に介在させたことを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
5. 請求項１に記載のリアクトルを用いたことを特徴とするノイズフィルタ。
   
   
   
   

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