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公開番号2024029693
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-06
出願番号2022132095
出願日2022-08-22
発明の名称電磁機器
出願人東北電力株式会社,国立大学法人東北大学
代理人弁理士法人東和国際特許事務所
主分類H01F 21/08 20060101AFI20240228BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明の目的は、無効電力を連続的に制御可能であり、無効電力の制御範囲を拡大すると共に、装置を小型化することができる電磁機器を提供すること。
【解決手段】本発明の1つの実施形態に係る電磁機器は、第1基部磁心21と一対の第1脚磁心22、23と主巻線25とを有する第1鉄心20と、第2基部磁心11と一対の第2脚磁心12、13と制御巻線15とを有する第2鉄心10と、制御巻線に制御電流を供給する制御装置と、を有し、第1及び第2脚磁心の配列方向が相互に直交した状態で、一対の第1及び第2脚磁心の先端が接触し、第1又は第2鉄心における制御巻線15が発生する磁束の磁路にバイアス磁石30が、制御巻線が発生する磁束とバイアス磁石の磁極面が交差するように設けられ、制御装置は、制御巻線15に供給する制御電流を正負に変化させることにより、インダクタンスを連続的に制御することを特徴とする。
【選択図】図1A
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一対の第１脚磁心を有し、主巻線が巻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一対の第２脚磁心を有し、制御巻線が巻回された積層鋼板からなる第２鉄心と、
前記制御巻線に制御電流を供給してインダクタンスを制御する制御装置と、
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、一対の前記第１脚磁心の先端と一対の前記第２脚磁心の先端とが接触し、
前記第１鉄心又は前記第２鉄心のいずれか一方における前記制御巻線が発生する磁束の磁路にバイアス磁石が、前記制御巻線が発生する磁束と前記バイアス磁石の磁極面が交差するように設けられ、
前記制御装置は、制御巻線に供給する制御電流を正負に変化させることにより、インダクタンスを連続的に制御することを特徴とする電磁機器。
続きを表示（約 570 文字）【請求項２】
前記制御電流が零の時に、無効電力が正の初期値を有す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】
前記制御電流を負の電流である下限値から正の電流である上限値まで増大させるのに伴い、無効電力が連続的に増加する特性を有することを特徴とする請求項２に記載の電磁機器。
【請求項４】
前記第１鉄心の積層鋼板の積層方向が、前記主巻線の発生する磁束方向と直交しており、
前記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とが、同じ方向に整列していることを特徴とする請求項１に記載の電磁機器。
【請求項５】
前記バイアス磁石が、
一対の前記第１脚磁心のそれぞれに、
一対の前記第２脚磁心のそれぞれに、又は、
前記第２基部磁心に、
前記主巻線の発生する磁束が前記バイアス磁石を通過することが無い位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電磁機器。
【請求項６】
無効電力の制御範囲の最大無効電力を最小無効電力で除した変化比率が３０倍以上であり、
無効電力の制御範囲が、バイアス磁石が無い場合よりも１０％以上広いことを特徴とする請求項５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。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電、風力発電等の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等、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】
例えば電力系統に対して電圧調整装置として可変インダクタを並列に接続して無効電力を調整することで、配電線の長さに応じたインピーダンス成分に無効電力を作用させて電圧を調整することができる。可変インダクタとしては、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持つ、例えば、特許文献１のような本出願人が先に提案したインダクタンスを可変できる電磁機器が挙げられる。
【０００４】
特許文献１の電磁機器は、主巻線と制御巻線をそれぞれ巻回した一対のＵ形状の鉄心の両脚端面を、互いに９０度捩って接触させた構造になっており、主巻線で形成される主磁束と制御巻線で形成される制御磁束が通る磁気回路が直交しており、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。制御磁束は一対の鉄心の接触部で共通の磁路を形成しているため、制御巻線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、他方の主巻線の磁束を制御できる。
【０００５】
すなわち、制御巻線へ印加する電圧を制御すると、制御巻線を流れる制御電流による制御磁束が変化するため、主巻線による主磁束の磁路の磁気抵抗が変化し、主巻線を流れる主電流の値が変わる。このため、特許文献１の電磁機器は、主巻線のインダ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】
特開２０２１－１６８３４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
再生可能エネルギーの発電出力の変動に伴う系統電圧の変動を調整する電圧調整装置に適用する電力用可変インダクタには、無効電力容量を大きくすることが求められる。特許文献１によれば、Ｕ形カットコアからなる鉄心の両脚端面を互いに９０度捩って接触させた構造によって小型化することができるので、無効電力容量を大きくし易くなる。しかしながら、特許文献１の電磁機器では、主巻線のインダクタンスを可変できる範囲を大きくするためには、鉄心を大きくする、あるいは、制御巻線を流れる制御電流を大きくする必要があるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は前述したような従来技術の問題を解決するものであって、すなわち、本発明の目的は、無効電力を連続的に制御可能であり、無効電力の可変範囲を拡大すると共に、装置を小型化することができるインダクタンス変化が可能な電磁機器を提供することである。
【０００９】
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成できる。すなわち、本発明の第１の態様の電磁機器は、第１基部磁心から同一方向に延びる一対の第１脚磁心を有し、主巻線が巻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一対の第２脚磁心を有し、制御巻線が巻回された積層鋼板からなる第２鉄心と、前記制御巻線に制御電流を供給してインダクタンスを制御する制御装置と、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、一対の前記第１脚磁心の先端と一対の前記第２脚磁心の先端とが接触し、前記第１鉄心又は前記第２鉄心のいずれか一方における前記制御巻線が発生する磁束の磁路にバイアス磁石が、前記制御巻線が発生する磁束と前記バイアス磁石の磁極面が交差するように設けられ、前記制御装置は、制御巻線に供給する制御電流を正負に変化させることにより、インダクタンスを連続的に制御することを特徴とする。
【００１０】
本発明の第２の態様の電磁機器は、第１の態様の電磁機器において、前記制御電流が零の時に、無効電力が正の初期値を有することを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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