JP2003534591A - 磁気制御電流ないし電圧調整器および変圧器 - Google Patents
磁気制御電流ないし電圧調整器および変圧器Info
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Abstract
Description
に、制御された接続と断続をするための磁気誘導型の電流又は電圧調整器および
磁気的影響を受けるコンバータ(変換器)に関する。
の分野のいくつかのエリアにおいて電圧コネクタ、電流調整器または電圧変換器
に特に適している。本発明を特に特徴付けることは、制御巻線と主巻線間の変圧
器特性ないし誘導性結合がほぼ0であり、かつ、主巻線のインダクタンスが制御
巻線内の電流によって調整することができ、またさらに変圧器形態にある主巻線
と二次巻線間の磁気結合が制御巻線内の電流によって調整できることである。
て使用することができ、ここでの利点としては、全電圧範囲にわたるダイオード
整流器のフル活用である。非同期電動機に関して、本発明の使用は高電圧電動機
の穏やかな始動に関して観察することができる。本発明はまた電力線の電圧調整
に関する配電の分野においての使用に適しており、さらにネットワーク中の無効
電力を連続的に制御して補償することもできる。
秩序に選択された出力周波数に変換するための周波数コンバータの一部を形成で
き、好ましくは非同期電動機の作動を意図しており、ここで周波数コンバータの
入力側が3相供給源を有し、その位相電導体によって入力をコンバータの3相出
力の各々に意図された少なくとも一つの変圧器に供給し、前記3相出力の一つを
形成するためにこの種の変圧器の出力がそれぞれ選択された制御可能電圧結線を
介して、あるいは付加的な変圧器結合電圧結線を介して接続されている。
AC電圧周波数が連続して調整可能である。
の使用が変速を伴う高容量ポンプを必要とすることになる。海中システム内のポ
ンプ作業は、一般的に海中状況から海面位置まで実行され(押し上げ)、また海
中状況から貯蔵装置に海水を注入することで実行される。
接電子周波数調整コンバータおよびb)パルス幅変調を伴うAC−DC−ACコ
ンバータおよびサイリスタおよびIGBTのような半導体の拡大使用を伴うもの
である。後者は工業界の適用に幅広く使用されて、また、ボード機関車等に使用
される。
、この種のシステムのパッキングと操作である。この状況において、操作はサー
ビス、維持等に向けられる。複雑な電子システムは概して温度と圧力に関する制
御された環境内で操作されなければならない。この種のシステムで海を基準にし
たものは1atmの圧力を維持する窒素の充填された容器内にカプセル化されな
ければならない。電子要素内の熱損失に起因する発熱を考慮すると、熱の相当量
が発生されることになり、従って、強制空気冷却を必要とする結果となる。これ
は通常、ファンの使用によって解決される。このファンはシステムの稼働寿命を
大々的に低下させ、極めて不適切な解決方法を示す要素を導入している。
このことがシステムを複雑にするとともに価格を吊り上げることになる。
重く、システムの総重量のかなり極端な比率を占めることになる。付加的に、シ
ステムの保守は、全体の周波数コンバータにの発生をしばしば必要とする。なぜ
ならより簡単な保守でさえも遠隔操作車両(ROV)で実行することが困難だか
らである。
操作の信頼性、安定性および最低保守条件に焦点を当てた周波数コンバータをも
たらす可能性を提供することである。操作条件は3000メートルの深さで約2
5年となる。
C)電力をいかなる中間DC結線なしに他の選択された周波数の交流電力に変換
する。変換は調整された時間間隔中に所与の入力および出力端子間に結線を形成
することによって実行される。出力周波数F0を伴う出力電圧波形が、入力周波
数F1を伴うAC入力源の電圧波形の選択された部分をシーケンスで連結するこ
とによって端子間に発生させる。このような周波数コンバータは、3相ネットワ
ークから3相電動機へ電力を供給する標準対称シンクロコンバータ回路の形態で
存在する。標準シンクロコンバータ・モジュールは、各電動機位相内でデュアル
・コンバータからなる。従って、通常の方法が三つの同一の、本質的に独立した
デュアル・コンバータを使用して、3相出力を提供する。
があり、各々出力位相を有する4分割12パルス中央コンバータからなる。全て
の三つのコンバータは入力変圧器に共通の二次巻線を共用している。中性電導体
は平衡3相負荷Y結線電動機のために省略できる。
・ブリッジ回路であって、各々出力位相を有する三つの同一の4分割12パルス
・ブリッジ・コンバータを有している。6個の各6パルス・コンバータのそれぞ
れの入力端子が入力変圧器の分離二次巻線から供給される。一つを超えるコンバ
ータに同じ二次巻線を使用することは許容されないことに注意しなければならな
い。これは各12パルス・コンバータ自体が二つの完全に絶縁された変圧器二次
巻線を必要とする事実のためである。
的は、相当な深さに配置しなければならない周波数コンバータの主要な半導体要
素を回避すること、またこの目的のために、まったく伝統的でない概念に基づい
た新規な磁気コンバータ技術である本発明に基づいてこの使用が提案された。
は、磁化可能物質からなり、かつ、閉磁気回路を提供する本体と、第1主巻線を
形成する少なくとも一つの巻線のための閉回路の少なくとも一部に沿って本体の
回りに巻回された少なくとも一つの第1電導体と、第2主巻線ないし制御巻線を
形成する少なくとも一つの巻線のための閉回路の少なくとも一部に沿って本体の
回りに巻回された少なくとも一つの第2電導体とからなり、主巻線の一または複
数の巻線の巻線軸が、制御巻線の一または複数の巻線の巻線軸と直角をなすこと
を特徴とする。この目的は本体に直交磁界を提供し、これによって制御巻線の磁
界によって主巻線の磁界に関する磁化可能物質の特性を調整することである。こ
の第1実施例の好ましい変形例において、主巻線の巻線軸が本体の長手方向と並
行か、またはこれと一致しており、一方制御巻線の巻線が磁化可能本体に沿って
実質的に延長し、従って、制御巻線の軸が本体の長手方向と直角をなしている。
第1実施例の第2の可能な変形例は、制御巻線の巻線軸が本体の長手方向と並行
か、またはこれと一致しており、一方主巻線の巻線が磁化可能本体に沿って実質
的に延長し、従って、主巻線の軸が本体の長手方向と直角をなしている。
少なくとも一部に沿って、本体の回りに巻回された一つの第3電導体を備え、第
3主巻線の一巻線または複数巻線の巻線軸が第1主巻線の一巻線または複数巻線
の巻線軸と一致するかまたはこれと並行であり、従って、第1と第3主巻線の少
なくとも一つが励起されたときに、これら両者間に変圧器作用を提供する変圧器
として使用するように適用することができる。変圧器として使用するための本発
明の第1実施例を適用するための第2の可能性は、第3主巻線を形成する少なく
とも一巻線の閉回路の少なくとも一部に沿って本体の回りに巻回された一つの第
3電導体を備え、第3主巻線の一巻線または複数巻線の巻線軸が第1制御巻線の
一巻線または複数巻線の巻線軸と一致するかまたはこれと並行であり、従って、
第3主巻線と制御巻線の少なくとも一つが励起されたときに、これら両者間に変
圧器作用を提供する。
併置され、磁気回路を提供する磁化可能物質からなる第1本体および第2本体と
、第1主巻線を形成する少なくとも一巻線の閉回路の少なくとも一部に沿って巻
回された少なくとも一つの第1電導体と、第2主巻線ないし制御巻線を形成する
少なくとも一巻線の第1および(または)第2本体の少なくとも一部に沿って巻
回された少なくとも一つの第2電導体とからなることを特徴とする。この目的は
、本体内に直交磁界を提供し、これによって制御巻線の磁界によって主巻線の磁
界に関する磁化可能物質の特性を調整することである。主巻線と制御巻線はもち
ろん交換することができ、従って、磁気誘導型の電流又は電圧調整器が提供され
、第1主巻線を形成する少なくとも一巻線の第1および(または)第2本体の少
なくとも一部の回りに巻回された少なくとも一つの第1電導体と、第2主巻線な
いし制御巻線を形成する少なくとも一巻線の閉回路の少なくとも一部に沿って巻
回された少なくとも一つの第2電導体とからなり、主巻線の一または複数の巻線
の巻線軸が、本体の直交磁界を提供する目的で制御巻線の一または複数の巻線の
巻線軸と直角をなし、これによって制御巻線の磁界によって主巻線の磁界に関す
る磁化可能物質の特性を調整することを特徴とする。
第1および第2磁界結合器からなる。
巻線を形成する一巻線として巻回された一つの第3電導体からなり、第3主巻線
の一巻線または複数巻線の巻線軸が第1主巻線の一巻線または複数巻線の巻線軸
と一致するかまたはこれと並行であり、従って、第3主巻線と第1主巻線の少な
くとも一つが励起されたときに、これら第3主巻線と第1主巻線または制御巻線
間に変圧器作用を提供する。
状であって、従って、第1および第2本体を通って延長可能である。この変形例
において、磁界結合器が電導体のアパーチャからなる。本発明のより好ましい実
施例において、各磁界結合器が各々空隙からなり第1または第2電導体の挿入を
容易にしている。さらにより好ましい実施例において、この装置は管状体の端面
と磁界結合器間に配置された絶縁フィルムを備えている。これは接触面を互いに
絶縁することが目的であって、フィルム層の短絡による接触面に発生する誘起う
ず電流を阻止している。フェライトまたは圧縮粉でコアを作ると、絶縁フィルム
は必要としなくなる。さらに、この第2実施例の各管状体が二つまたはそれ以上
のコア部材からなり、さらに、絶縁層がコア部材間に設けられることが特に有利
である。本発明のこの第2実施例の管状体は、さらに円形、方形、矩形、三角形
または六角形の断面を有することを特徴とすることもできる。
物質からなり、互いに同心関係にあり、従って、共通軸を有しており、閉磁気回
路を提供する第1外方管状体および第2内方管状体と、第1主巻線を形成する少
なくとも一巻線の管状体の回りに巻回された少なくとも一つの第1電導体と、両
管状体間に空隙を提供し、第2主巻線ないし制御巻線を形成する少なくとも一部
の管状体共通軸の回りに巻回された少なくとも一つの第2電導体とからなり、主
巻線の一または複数の巻線の巻線軸が、制御巻線の一または複数の巻線の巻線軸
と直角をなしていることを特徴とする。再度この目的は管状体間に直交磁界を提
供し、これによって制御巻線の磁界によって主巻線の磁界に関する磁化可能物質
の特性を調整する。主巻線および制御巻線が本発明のこの第3実施例においても
、交換可能であり、従って磁気誘導型の電流又は電圧調整器を提供し、少なくと
も一つの第1電導体が管状体間に空間を提供するとともに第1主巻線を形成する
少なくとも一巻線の管状体の共通軸の回りに巻回され、少なくとも一つの第2電
導体が第2主巻線ないし制御巻線を形成する少なくとも一巻線の両管状体の回り
に巻回され、主巻線の一または複数の巻線の巻線軸が、制御巻線の一または複数
の巻線の巻線軸と直角をなしている。
形成する第1および第2磁界結合器からなる。
の第3電導体を備えることによって変圧器として使用するために適用することも
できる。この場合においても、第3主巻線の一巻線または複数巻線の巻線軸が第
1主巻線の一巻線または複数巻線の巻線軸と一致するかまたはこれと並行であり
、従って、第1と第3主巻線の少なくとも一つが励起されたときに、これら両者
間に変圧器作用を提供し、あるいは第3主巻線の一巻線または複数巻線の巻線軸
が制御巻線の一巻線または複数巻線の巻線軸と一致するかまたはこれと並行であ
り、従って、第3主巻線と制御巻線の少なくとも一つが励起されたときに、これ
ら両者間に変圧器作用を提供する。
実施例と同じ方法において、各々磁化可能物質からなり、磁気閉回路ないし内方
コアからなる第1外方管状体および第2内方管状体となることを特徴とする。こ
の装置はまた第1外方管状体の外方に取り付けられた外方コアを提供するととも
に、両管状体が互いに同心関係にあり、従って、共通軸を有する付加管状体と、
第1主巻線を形成する少なくとも一巻線の両管状体の回りに巻回された少なくと
も一つの第1電導体と、第1と第2管状体間の空間に取り付けられるとともに第
2主巻線ないし制御巻線を形成する少なくとも一巻線の管状体の共通軸の回りに
巻回された少なくとも一つの第2電導体とからなり、主巻線の一または複数の巻
線の巻線軸が、制御巻線の一または複数の巻線の巻線軸と直角をなしている。再
度この目的は管状体の直交磁界を提供し、これによって制御巻線の磁界による主
巻線の磁界に関する磁化可能物質の特性を調整することである。本発明の第2実
施例と同じ方法において、主巻線と制御巻線が交換可能であり、従って、少なく
とも一つの電導体が設けられた装置が第1と第2管状体間に空間に提供され、第
2主巻線ないし制御巻線を形成する少なくとも一つの巻線のための管状体共通軸
の回りに巻回された少なくとも一つの第2電導体が、第2主巻線ないし制御巻線
を形成する少なくとも一つの巻線のための管状体の回りに巻回されている。
提供する第1および第2磁界結合器からなる。
一つの第3電導体を備えることによって変圧器として使用するために適用するこ
とができる。この場合においても、二つの変形例がある。すなわち、一つは第3
主巻線の一巻線または複数巻線の巻線軸が第1主巻線の一巻線または複数巻線の
巻線軸と一致するかまたはこれと並行であり、従って、第1と第3主巻線の少な
くとも一つが励起されたときに、これら両者間に変圧器作用を提供する。また一
つは第3主巻線の一巻線または複数巻線の巻線軸が制御巻線の一巻線または複数
巻線の巻線軸と一致するかまたはこれと並行であり、従って、第3主巻線と制御
巻線の少なくとも一つが励起されたときに、これら両者間に変圧器作用を提供す
る。
法において、内方コアを形成する二つの管状体が外方コアを形成する管状体の外
部に取り付けられており、従って、一つの管状体で内方コアをまた二つの管状体
で外方コアを提供することもできる。
部材からなり、また第1および(または)第3主巻線が各環状部材の回りの各々
の巻線を形成することを特徴とする。第2の可能性は制御巻線および(または)
第3主巻線がそれぞれの巻線を各環状部材の回りに形成することができる。
する。これらは次のものがある。すなわち、a)入力周波数を無作為に選択され
た出力周波数に変換する周波数変換器中の要素、好ましくはサイクロコンバータ
結線中の非同期電動機の作動を意図したもの、b)入力周波数を無作為に選択さ
れた出力周波数に変換する周波数変換器中のコネクタとして、また、6から12
パルスの変圧器から発生された位相の一部を各電動機の位相に合計するための非
同期電動機の作動を意図したもの、c)DC電圧/電流を無作為に選択された出
力周波数のAC電圧/電流に変換するDC/AC変換器として、d)c)におけ
るものであるが、この種の三つの可変インダクタンス電圧変換器が、前記非同期
機械に接続された無作為に選択された出力周波数を伴う3相電圧を発生させるた
めに相互接続されているもの、e)処理工業内でAC電圧をDC電圧に変換する
ためであって、装置が磁気抵抗制御可変変圧器として使用され、その出力電圧が
分離二次巻線を伴う外部コアまたは内部コアと並列または直列に磁気結合された
コア中の磁気抵抗変化に比例し、また三つまたはそれ以上のこの種の磁気抵抗制
御変圧器がダイオード出力段のための6または12パルス整流器結線のために既
知の3相整流器結線に接続されているもの、f)処理工業内で使用するためにA
C電圧をDC電圧に変換するための整流器中で使用し、電圧コネクタを形成する
装置が既知の変圧器結線の一次巻線と直列の可変インダクタンスとして使用され
、また三つまたはそれ以上の変圧器がダイオード出力段のための6または12パ
ルス整流器結線のための3相整流器結線に接続されているもの、g)装置が磁気
的抵抗制御可変変圧器を形成しており、その出力電圧が、分離二次巻線を伴う外
部または内部コアと並列または直列に、好ましくはインダクタンスが可変インダ
クタンスで形成されているフィルターにより磁気的に接続されたコア内の磁気抵
抗変化に比例するために切換電源の磁界中に使用され、磁気電圧コンバータのサ
イズを縮小するAC/DCまたはDC/ACコンバータのためのもの、h)高電
圧配電網内の調整可能電圧補償器中の要素として、装置が線状可変インダクタン
スを生成するもの、i)調整可能無効電力補償器(VAR要素)中の要素として
、装置が既知のフィルター回路に関連して線状可変インダクタンスを生成し、こ
こで少なくとも一つのコンデンサが素子として含まれており、磁気抵抗制御変圧
器の形態にある装置が補償器結線内の素子として使用され、その結線の静電容量
またはインダクタンスが自動的に結合され無効電力を補償することが要求される
範囲まで調整されるもの、j)AC電圧のDC電圧への磁気抵抗制御直接変換の
ためのシステムにあるのも、k)DC電圧のAC電圧への磁気抵抗制御直接変換
のためのシステムにあるものである。
クタの機能は発電機と負荷間の電圧を小さい制御電流によって0〜100%まで
制御できることである。第2の機能は純粋な電圧スイッチとして、または電流調
整器として作用することである。さらなる機能は電圧曲線を形成し、変換できる
ことである。
を高めるために使用できるようになる。12パルスまたは24パルスの整流シス
テムに関連して、システムの電圧を簡単な方法で平衡させ、一方で0〜100%
のダイオード整流動作を制御可能にする。
タの形態で実行され、また接続のために使用できるようになり、これによって電
気エネルギを発電機と負荷の間で伝送できる。磁気コネクタの機能は電気回路の
開閉が可能となることである。
デューサとは異なる方法で作用する。現在のコネクタは、主巻線を伴う主コアを
制御巻線によって飽和状態に入れたり出したりすることによって稼働電圧を制御
する。コネクタは制御巻線と主巻線間に目立った変圧器機能ないし誘導結合がな
く(トランスデューサとは逆に)、すなわち、顕著な共通磁束が制御巻線と主巻
線間に発生しない。
用例中のMOSFETまたはIGBTのような半導体と置換することができるが
、主巻線の製造における無負荷電流によって形成される漂遊電流に耐えることが
できる適用例に制限されることになることは別である。導入部で述べたように、
所与の周波数を伴う交流電力を異なる選択された出力周波数を有する交流電力に
変換する新しいコンバータは特に周波数コンバータを実現するのに適している。
中間DC結線はこの場合必要としない。
することが可能である。例えばサイクロコンバータ原理に基づくものであるが、
12パルス・ブリッジ・コンバータに基づく周波数コンバータ、またはDC電圧
を可変周波数のAC電圧に直接変換することによって可能である。
原理が、主巻線の回りに巻回された主巻線中の磁化電流がファラデイの法則に基
づいて磁束抵抗によって制限されるという事実に基づいている。逆起電圧を発生
するために確立されなければならない磁束は、磁気コア内の磁束抵抗に依存して
いる。磁化電流の大きさは印加電圧を平衡させるために確立させなければならな
い磁束の量によって決定される。
た巻線よりも1.000〜900.000倍台である。低い磁束抵抗の場合にお
いて(鉄コア)、小さい電流がファラデーの法則に基づいた印加電圧に対するバ
ッキング電圧を発生するのに必要な磁束を確立するのに必要とされる。高い磁束
抵抗の場合(空気コア)、大きい電流が同じ誘起阻止電圧を発生するのに必要と
する磁束を確立するために必要とされる。
ことができる。磁束抵抗を調整するために、本発明によれば主コアの飽和が主巻
線によって発生される磁束に関して直交する制御磁束が使用される。既述したよ
うに、上述の原理は本発明の基本となり、磁気誘導型の電流又は電圧調整器(コ
ネクタ)および磁気誘導型のコンバータ装置に関係する。
器によって生成できることが理解される。技術的な観点から、コンバータは電気
メッキのような磁気材料を適切に設計されたシリンダ状コアに巻回するか、また
は高周波用としては圧縮粉あるいはフェライトを使用して生成することができる
。もちろん、適用例の指示に基づいてフェライト・コアまたは圧縮粉コアを生成
する利点もある。
質的に示す。矢印は明瞭にするために図の外部に描いてある。
の磁化可能本体ないしコア1は環状または他の適切な形状である。本体1の回り
に第1主巻線2が巻回され、主巻線2が励起されたときに発生される磁界H1の
方向(磁束密度B1の方向に対応)は、磁気回路に追従している。主巻線2は通
常の変圧器中の巻線に対応している。実施例において、装置は第2主巻線3を含
んでおり、これは主巻線2が磁化可能本体1の回りに巻回され、またこれによっ
て本体1に実質的に沿って(すなわち、H1、B1と平行)延長する磁界を提供
する。装置は最終的に磁気本体1に沿って内方向に延長する本発明の好ましい実
施例における第3主巻線4を含んでいる。第3主巻線4が励起されたときに形成
される磁界H2(および従って、磁束密度B2)は第1および第2主巻線内の磁
界の方向(H1、B1の方向)と直角である。本発明はまた本体1の脚の回りに
巻回された第4主巻線5を含んでいる。この第4主巻線5が励起されたときに、
これが第1(H1)の磁界、第2および第3主巻線(H2)とも直角をなす方向
に磁界を生成する(図3)。これは第4主巻線によって生成された磁界のための
閉磁気回路の使用を必然的に必要とする。この回路は図には示していない。なぜ
なら図は巻線の相対的位置を表すことのみを意図しているからである。
中の巻線(ターン)は制御磁界からの磁界方向に追従し、また制御巻線中の巻線
は主磁界に対する磁界方向に追従する。
て、各巻線(ターン)によって制限された面に垂線を軸と呼ぶことにする。主巻
線2は軸A2を有することになり、主巻線3は軸A3を、また制御巻線4は軸A
4を有している。
れば、長手方向A1は本体の長軸に対応することになる。磁化本体が図1aに示
すように方形であれば、長手方向A1は方形の各脚で規定することができる。本
体が管状であれば、長手方向A1は管軸となり、環状本体では長手方向A1はリ
ングの周辺に追従することになる。
して磁化可能本体1の特徴を変更する可能性に基づいている。従って、例えば、
磁界H1は作動磁界として規定でき、また磁界H2(以後制御磁界H2と呼ぶ)
によって本体1の特徴(および、従って、作動磁界H1の特性)によって制御さ
れる。これについては次に詳細に説明する。
く磁気抵抗によって制限される。逆起電力を発生するために確立されなければな
らない磁束は電導体を収容している磁気材料の磁気抵抗に依存している。
量によって決まる。概して、次の定常式が正弦波に適用される: 1)磁束: E=印加電圧 ω=角周波数 N=巻数 ここに、磁気材料を通る磁束Φは電圧Eによって決定される。必要な磁束を確立
するために必要な電流は次式によって決定される: 2)電流: 3)磁気抵抗(磁束抵抗) 1J=磁路長 μr=比透磁率 μ0=真空中の透磁率 Aj=磁路の断面積
する磁束を確立するのに必要となり、また印加電圧はコネクタをオーバーレイす
る。他方、高い磁気抵抗(空気)の場合において、大きい電流が、必要とする磁
束を確立するために必要となる。従って、この場合において、電流は負荷にかか
る電圧とコネクタ内に誘起される電圧によって制限される。空気中の磁気抵抗と
磁気材料中の磁気抵抗間の差は1.000〜900.000台となろう。
れる。磁界強度は材料の回りまたはその中に配備された巻線内の電流によって発
生される。
度以上に増大すると、強磁性材料の磁気ドメインが飽和状態にあるという事実の
ために飽和現象の理由で磁束密度は増加しなくなる。従って、磁化材料中の飽和
を制御するために磁気材料中の作用磁界H1と垂直に制御磁界H2を提供し、他
方で二つの磁界間の磁気結合を阻止し、これによって変圧器結合ないし誘導接合
を阻止することが望ましい。変圧器結合とは、二つの巻線が磁界を「共有」して
おり、この結果一つの巻線からの磁界中の変化が他の巻線中の磁界中の変化をも
たらすことを意味する。
互いに付加されることになる。磁束が直交していれば、磁束は互いに付加される
ことはない。例えば、磁気材料を管状に提供することにより、主巻線または作用
電流の流れている巻線が内部に配備され、管の長手方向に巻回され、制御巻線な
いし制御電流の流れている巻線を管の回りに巻回することにより、所望の効果が
達成される。管の寸法に依存して、制御磁束のための小さい面積と作用磁束のた
めの大きい面積がこれによって達成される。
きる。他方において、制御磁束が管の長手方向に流れ、二つの管が並列に配備さ
れ、かつ、磁気材料が二つの管間で制御磁束を連結することにより、または第1
管が第2管の回りに配置されることにより、閉磁気回路内で結合されることにな
り、この結果制御巻線が二つの管間に配置され、また管の端面が磁気的に相互連
結され、従って、制御磁束のための閉径路が得られる。これらの解決策は後ほど
より詳しく説明する。
カップリングと記述する。
2中の電流I1によって発生され、またB1は主巻線2内の電導体に対する接線
方向を有する。主巻線2はN1巻数を有し、かつ、磁化可能本体1の回りに巻回
されている。B2はN2巻数の制御巻線4内の電流I2によって発生され、制御
巻線4は本体1の回りに巻回されている。B2は制御巻線4内の電導体に対して
接線方向である。
れることになる。磁化可能本体1内において、B1は横切るように、またB2は
縦方向に向けられる。この点に関しては特に図1〜4に示す。
なわち、磁化可能本体1内の磁気材料が異方性であるが、もちろん、これは本発
明の概念に関して制限することを考慮したものではない。
従って、飽和に関する本体1の条件は磁化電流と電圧を決定することになり、こ
れは巻線2に接続された負荷とコネクタ間に分割される。B1とB2の磁束源は
互いに直交して配備されているので、どちらの磁界も他方の磁界に分解できない
。これはB1がB2の関数とはならず、またB2がB1の関数にならないことを
意味している。しかし、B1とB2のベクトル和であるBは両者の各々の範囲に
よって影響される。
面A2は磁気本体1の横断面となる。図4c参照。これは磁化可能本体1の厚み
によって限定された小さい面となり、環状本体の場合、本体1の内径および外径
間の面セクターによって与えられる。一方、B1磁界のための断面A1(図4a
,b参照)は磁気コアの長さと印加電圧の定格によって与えられる。この面は制
御磁束密度B2の面よりも5〜10倍大きくなるが、これは本発明を限定するこ
とを考慮するのもではない。
B1が材料の飽和させるレベルを制御することを可能にする。
た小さい値に定格付けることができ、すなわち、(ミリ秒台の)高速反応を提供
することが可能である。
のために次に示す。
形態で使用される。
)において、磁界は低周波数を有する。
。ここでは原理に焦点を絞り、計算は集中巻きの場合で行っておき、正確な計算
はしない。
る。積分方程式の解は、 となる。これも起磁力MMKとして知られている。
Bで表わされる。主巻線2に対しては: 制御巻線4に対しては:
磁率は:
ては1000から100.000であり、また新しいメットグラス(Metgl
as)材料については最大で900.000である。
れる:
ると:
するベクトル回転によって表現される物理的事実に基づいている。Hをベクトル
回転するとは、Hの磁界方向を横切るH磁界の差動ないし磁界変化に関して何か
を言うことである。この場合において、差動磁界ループと垂直をなす面が電流と
同じ方向を有することに基づいて磁界を計算する。これは互いに垂直をなしてい
る巻線を形成している電流流通電導体からの磁界も直交していることを意味して
いる。互いに垂直である磁界は材料中のドメインの方向性に関して重要であるこ
とは事実である。
を果たす自己インダクタンスを導入する。
の電圧であり、また、巻線がN巻数を有するとき、ファラデーの法則で表わすこ
とができ、また磁束が全ての巻数を通過する。図5参照。 λ(Wb)は磁束の巻数を表わし、また巻線内の各巻数を通る磁束の和である
。磁界が確立された後で、断続された図5b中の発電機Gを考察すると、磁束源
の変化は回路内の電流であり、また既存の回路技術からきている。図5a参照。
ている。自己誘導は巻線(コイル)内の電流によって確立された磁束巻数と巻線
(コイル)内の電流間の比に等しい。
ある。しかし、磁化可能本体の材料中の透磁率の変化を制御磁界によって(すな
わち、制御巻線4によって確立された磁界H2によって)横方向のドメイン磁化
を変更することによって自己インダクタンスを変化させる。
が変化することになる。異なる磁界の影響中にドメインに何が起こるかここでは
詳細には説明しない。ここで、ほぼ3%のシリコン含有量を伴う一般的な商業用
電気メッキを考慮し、この説明においてメットグラス材料に関する現象の説明を
求めることはしないが、これはもちろん本発明を限定することを考慮したもので
はない。なぜなら、アモルファス構造を伴う磁気材料は、本発明のある適用例で
重要な役割を果たすからである。
貯蔵されるが、貯蔵エネルギはエネルギの変換中に直接的な部分を形成せず、結
果的にエネルギ変換は電気機械システム内に発生するという観点では生じない、
すなわち、電気エネルギが機械エネルギに変換されるが、エネルギは変圧器を通
る磁束を介して変換されない高い透磁率を有する閉路コアを使用する。空隙のあ
るインダクタンス・コイルないしチョークにおいて、空隙中の磁気抵抗はコア中
の磁気抵抗に比較して優勢であって、ほぼ全てのエネルギが空隙中に貯蔵される
。
生する。この場合において、エネルギの貯蔵は全コアからなる分布空隙内で発生
する。損失のない、従って、いかなる損失も外部要素によって表わされる実際の
エネルギ貯蔵システムを考慮する。
。
また式31を式26に代入して、 を得る。
ムに対して、式35に式37を代入して、 を得る。
ないしコア1内の比透磁率は制御巻線4中の制御電流I2の関数となる。
ixdLは無視することができ、従って、磁界エネルギは、 によって与えられる。
することになり、これによって電流Iもこれが磁束巻数λによる磁界値に関連し
ているので変化する。iおよびλが可変なので、互いの関数となり、一方非直線
関数あり、本発明の説明の域を越える数学が必要となるので、ここでは解を求め
ることはしない。
界に貯蔵されたエネルギの影響がいかにして増減するかという結論を引き出すこ
とができる。磁界エネルギが減少したときに、過剰部分が発電機に帰還されるこ
とになる。あるいは第1主巻線2、またその同じ巻線軸として同じ巻線窓に余分
巻線(例えば、図1の巻線3)を設ければ、第1巻線2から第2主巻線3にエネ
ルギの変圧器作用のある変換が提供される。
界Wflt内の変化となる。変化はここでは非常に小さいことが予想され、λの
変化中iはほぼ一定となる。従って、可変インダクタンスを見たときに、次のこ
とが言える。
影響下のドメイン変化を示す。
るH2磁界の影響下のドメイン変化を示す。
、B2(制御電流に対応する)を示す。楕円形はB磁界の飽和限界を示す。すな
わち、B磁界がリミットに達したときに、これが磁化可能本体1の材料をして飽
和に至らしめることになる。楕円形の軸の形態は磁化可能本体1のコア材料中の
二つの磁界B1(H1)とB2(H2)の磁路の長さと透磁率によって与えられ
る。
ら二つの電流IとI2による起磁力が確認できる。
的な磁化により、主巻線2からの付加的な磁界B1(H1)がベクトル的に制御
磁界B2(H2)に付加され、ドメインがさらに磁化され、結果として主巻線2
のインダクタンスは制御磁界B2(H2)の影響下でドメインの状態によって与
えられたベースから出発することになる。
界B2の関数として直線的に変化する。
合されたコネクタを、また図12bは端部から見たコネクタを示す。
管6と7からなる。電気的に絶縁された電導体8(図12a,13)が、N巻数
の第1管6と第2管7を通る径路内に連続的に通過されている。ここにN=1,
...rで第1主巻線2を形成し、図13に明瞭に示したように電導体8が二つ
の管6と7を通る対向方向に延長している。電導体8が第1管6と第2管7を2
回通って延長されているのを示しているだけであるが、電導体8をそれぞれの管
に1回のみ、または数回(巻き数Nは0からrまで変えることができる)通過さ
せて延長することも可能であるということは自明であり、従って、電導体が励起
されたときに平行な管6と7内に磁界H1を生成することができる。電導体9か
らなる制御巻線4と磁化巻線4’との組み合わせが第1管と第2管(それぞれ6
および7)の回りに巻回されるが、その磁界H2(B2)の方向は、巻線4が励
起されたときに前記両管が内に発生される磁界H2(B2)の方向が、図11の
磁界B2(H2)に対する矢印によって指示されたような対向方向となるような
方法でなされる。磁界結合器10、11は、それぞれの管6、7の両端に、これ
ら両管が磁界方向に相互連結されループをなすように取り付けられている。電導
体8は負荷電流I1(図12a)を流せるようになっている。管6、7の長さと
直径は電力と、これに接続しなければならない電圧に基づいて決定される。主巻
線2の巻数N1は電圧の逆阻止能力と作用磁束φ2の範囲にある断面積とによっ
て決定される。制御巻線4の巻数N2は、両管6、7と磁界結合器10、11か
らなる磁化可能本体1の飽和に必要とされる磁界によって決定される。
4の解決策は図12と13に示したものとは異なり、両管6と7を通過される単
一の絶縁された電導体8の代わりに、二つの分離した対向して向けられた電導体
、いわゆる第1電導体8と第2電導体8’が使用され、これによって本発明に基
づく磁気誘導型の装置のための電圧コンバータが達成されることは事実である。
これについては次に詳細に説明する。この設計は図11、12および13に示し
たものと基本的には類似している。磁化可能本体1は二つの平行管6および7か
らなる。電気的に絶縁された第1電導体8が、巻数N1の第1管6と第2管7を
通る径路内に連続的に通過している。ここでN1=1,...rであり、一次電
導体8が二つの管6および7を通って対向方向に延長している。電気的に絶縁さ
れた第2電導体8’が、巻数N1’の第1管6と第2管7を通る径路内に連続的
に通過している。ここでN1’=1,...rであり、第2電導体8’が二つの
管6および7を通って第1電導体8に対して対向方向に延長している。少なくと
も一つの合成制御巻線4および磁化巻線4’が第1管6と第2管7のそれぞれの
回りに巻回され、この結果前記管上に生成された磁界方向が対向する方向を向く
。図11、12および13に基づく実施例に関する限り、磁界結合器10、11
は両管6と7をループ状にし、これによって磁化可能本体1が形成される磁界方
向に相互連結するためにそれぞれの管(6、7)の端部に設けられている。単純
化する目的で第1電導体8と第2電導体8’を両管6と7を通るただ一つの径路
のみを示しているが、第1電導体8と第2電導体8’両方が、それぞれN1とN
1’の巻数で管6および7を通過されていることが直ちに理解できる。管6と7
の長さと直径は変換されるべき電力と電圧を基準にして決定される。変換(変圧
)比(N1:N1’)が10:1に等しい変圧器において、実際には第1電導体
8として10個の電導体が、そして、ただ1個の電導体が第2電導体8’に使用
されている。
料からなる磁界結合器10、11を示すが、ここで主巻線2の電導体8のための
二つの好ましい円形アパーチャ12(例えば、図13参照)が、コネクタ10、
11内の磁気材料に機械整形される。さらに、コンダクタ8の磁界径路を断続す
る空隙13が設けられている。端面14がコンダクタ9と9’からなる制御巻線
4からの磁束H2のための結合面になっている(図13)。
に配備される薄い絶縁フィルム15を示す。
施例を示し、管6と7の主部を形成しているそのコアが磁界結合器10と11が
一緒になって磁化可能本体1を形成している。
材料からなる一つまたはそれ以上の層17が二つのコア半体16’と16”間に
配置されている。
面で二つの部分部材に分割された実施例を示す。図21に示した実施例において
、一つまたはそれ以上の絶縁材料層17がコア半体16、16’間に配備されて
いる。部分部材が各コーナーに配備されている、さらなる変形例を図22に示す
。
角形状の同じものを示す。図29と30は楕円形状のものを、最後に図31と3
2は六角形状のものを示す。図31において、六角形状は6個の等しい面18か
らなり、また図32において、六角形は二つの部材16’と16”からなる。参
照番号17は薄い絶縁フィルムを示す。
〜25に示す)間の制御磁界結合器として使用することができる磁界結合器10
、11を示す。この磁界結合器は三つの部材10’、10”および19からなる
。
は接続面がコア部材16の軸と直角をなしている。
6の軸と角度αをなしている。
11の接続面14’は、端面14がコア部材16に対する角度と同じであるとい
う事実に基づいている。
16の形状(円形、三角形等)に基づいて主巻線2のために指示されている。
伴うコア部材16と併用されるように適用されている。
がコア部材(図35)に対して適用され、従って、端面14と接続面14’が一
致する。
集合体を示す。図39bは側部から見た同じ実施例を示す。
されているが、当該技術に習熟した人にとって明白であるように、他の組み合わ
せもまったく可能であり、従って、本発明の概念内に入る。
と平面図である。この装置は(図40b参照)外部管20と内部管21(または
コア部材16、16’)からなる磁化可能本体1からなる。両管は同心をなすと
ともに磁化可能材料から作られ、外部管20の内壁と内部管21の外壁間に空隙
22を備えている。管20と管21間の磁界結合器10、11はそれぞれの端部
(図40a)に取り付けられている。スペーサ23(図40a)が空隙22内に
配備されていて、両管20、21を同心に維持している。電導体9からなる組み
合わされた制御/磁化巻線4が内方管21の回りに巻回されるとともに前記空隙
22内に配備されている。従って、制御巻線の巻線軸A2は両管20と21の軸
A1と一致している。電導体8からなる電流供給巻線ないし主巻線2が内方管2
1を通り、かつ、N1=1,...rであるN1回数の外方管20の外部に沿って通
過している。主巻線2または前記電流供給電導体8と共動する合成制御/磁化巻
線4により、容易に構成されるが効果的に磁気的に影響を受ける電圧コネクタが
得られる。装置のこの実施例は両管20、21が円形断面ではなく、方形、矩形
、三角形等の断面を有するような方法で変形することもできる。
両管の軸A1と一致し、一方制御巻線が管21の内方と管20の外方で両管の回
りに巻回される。
者の設計、すなわち、図40と41に関して説明したものに適している。
し、接触面14’が両管20、21(コア部材16)の軸に関してある角度があ
り、内方管21と外方管20は接触面14に対して同じ角度にあることは明らか
である。
2)の接触面14’がコア部材16(両管20、21)の主軸に対して垂直をな
している。図43は中空半円形断面を有する中空半環状磁界結合器10、11を
示し、一方図44は矩形断面を有する環状磁界結合器を示す。
ら見た装置を示し、一方図45bはその上方から見た図を示す。図40〜41の
電圧コネクタとの単なる差異は、第2主巻線3が主巻線2として同じコースに巻
回されていることである。これによって、容易に構成でき、効果的な磁気的に影
響を受ける電圧コンバータが得られる。
である。
タを示す。内方磁気抵抗制御コア24が、主巻線2の巻回された外方コア25内
に配備されている。内方磁気抵抗制御コア24は図40と41の説明下に上述し
たのと同じ構造を有しているが、ただ一つの差異はコア24の回りに主巻線2が
ないことである。内方磁気抵抗制御コア24を形成する内方部材21と外方部材
間の空隙22内に制御巻線4が配置されていることだけである。この結果、コア
24のみが制御巻線4内の電流からの制御磁界H2(B2)の影響下で磁気的に
磁気抵抗制御される。
いしコンバータの動作のモードを次に説明する。
図であり、Rmhは巻線2と3間の磁束を制御する可変磁気抵抗であり、また図
65bはLkが可変インダクタンスである結線とした等価回路を示す。
れはコア24と25内の磁束φ1+φ1’によって発生され、これはファラデー
の法則に基づいて巻線2内に発生される阻止電圧を提供するために確立されるの
に必要である。制御電流が磁気抵抗制御コア24内にないときは、磁束はそれぞ
れのコア24と25内の磁気抵抗に基づいてコア24と25間で分割される。
が制御電流I2の供給を受けなければならない。
線2に半周期電圧を得る。エネルギが磁気抵抗制御コア24と外方(第2)コア
25間の磁束変位によって変換されるので、磁気抵抗制御コア24はこれが飽和
中に制御されている周期中、制御電流I2によって本質的に影響を受け、一方作
用磁束が第2外方コア25を通過し、エネルギ転送中に一次巻線2と相互作用す
る。
2)をリセットすることによって飽和されたときに、一次側からの磁束が再度コ
ア24と25間で分割され、また二次巻線3に接続された負荷が低磁気抵抗とな
り、これによって高いインダクタンスと、一次(VI)と二次(V3)電圧間に
小さい結合を見るだけである。電圧が二次巻線3に発生されるが、磁化インピー
ダンスLmと比較したLkの大きさを考慮すると、一次巻線2からの電圧(V1
)のほとんどがLkをオーバーレイする。一次巻線2からの磁束は本質的に最も
小さい磁気抵抗を通り、磁路が最短になる(図65b)。
御可能コア24の回りに巻回される。これはコア24と25間の電圧を必要に応
じて制御可能にする。
ータの第4実施例のさらなる変形例を示し、磁化可能本体1は制御磁束B2(H
2)が別体の磁界結合器なしに主コア16に直接接続されるように設計される。
タは二つのコア部材16と16’、主巻線2および制御巻線4からなる。
く電圧コネクタを示す。
1は線V〜Vから見た断面を示す。図50において、円形アパーチャ12は制御
巻線4を配置するために示されている。
な磁界結合器を必要としない設計になっている。コア16は二つのコア部材16
、16’および制御巻線4のためのアパーチャ12を有している。この設計は、
磁気材料が燒結ないし圧縮モールド材料を使用することを意図している。この場
合において、閉磁路をトポロジー内に挿入することが可能となり、この結果箔巻
コアに必要としたこれまでの別体のコネクタが、実際のコアの部品を形成し、構
造の生産的パーツになる。別体の磁界結合器のない閉磁路を形成し、かつ、図5
2と53に示したコアは、たとえ本体1が本発明の第1実施例に適用されると図
示(特に、図1と2に示された)されていたとしても、本発明の全ての実施例に
使用することが可能になる。
管20と内方管21からなる内方制御コア24を有している。両管は同心をなす
とともに外方管20の内壁と内方管21の外壁間に空隙22を備えた磁化可能材
料から作られている。スペーサ23が外方管20の内壁と内方管21の外壁間の
空隙に挿入されている。磁界結合器10、11は管20と21の間にそれぞれの
端部に取り付けられている。合成制御磁化巻線4が内方管21の間回りに巻回さ
れるとともに前記空隙22内に配備されている。この装置はさらに制御コア24
の外側に配置された複数のリング・コア・コイル25’、25”、25’’’等
からなる巻線を備えた外方第2コア25からなる。各リング・コア・コイル25
’、25”、25’’’等はそれぞれの主巻線ないし第2巻線3によって回りに
巻回された磁化可能材料のリングからなり、図を明瞭にする目的でただ一つのみ
を示す。第1主巻線ないし一次巻線2が制御コア24内に内方管21を、また、
N1=1,...rであるN1回数の外方コア25の外側に沿って通過している
。
2はリング・コア25を通過し、制御コア24の外側に沿って通ることになる。
に影響を受ける電圧調整器の第2実施例の概略図であり、各々磁化可能材料で構
成され、閉磁気回路を形成するように設計され、前記コアは併置されている。少
なくとも一つの第1電導体8が前記閉回路の少なくとも一部に沿って第1および
第2コア断面プロフィール両者の回りに主巻線2上に巻回されている。少なくと
も一つの第2電導体9が閉回路に本質的に対応する形態に磁気抵抗制御コア24
内の巻線4として取り付けられている。付加的に、少なくとも一つの第3電導体
27が第2コアの断面形態の回りに閉回路の少なくとも一部に沿って巻回されて
いる。第1電導体の巻線2と第2電導体9の巻線の磁界方向は直交している。こ
の解決策により、第1電導体8と第3電導体27が、それぞれ一次巻線2と二次
巻線3を形成している。
案を示す。図57は電圧コネクタのための概略ブロック・シンボルの提案を示す
。
提案を示し、制御コア24の磁気抵抗が固定磁気抵抗25と可変磁気抵抗を伴う
第2コア24間で磁束がシフトしている(例えば、図55を参照)。
で二つのコア間で磁束をシフトできるという事実は、主コア内の磁化のコースと
独立して電圧をオンオフする磁気スイッチを作るために使用することができる。
これはGTOとして同じ機能を有するスイッチを、所望するスイッチ時間をいつ
でも選択できることを除けば作れることを意味する。
特に適切と思われる適用例を次に説明する。
めの交流回路内への本発明の使用状態を示す。
に接続された各相のこの種の電圧コネクタがダイオード・ブリッジからの出力電
圧の直線調整のために使用される。
ここで、直列および並列フィルターのみを示す(それぞれ図64aと64b)が
、可変インダクタンスは多数のフィルター・トポロジーに使用することができる
ことは暗に示されている。
なシンボルの提案は図59に示している。この適用例において、電圧コネクタは
二次巻線を付加した電圧コンバータとしての機能を有している。電圧調整器とし
ての適用例もここに図示し、変圧器結線と漏れリアクタンスが制御巻線4を介し
て制御可能である。このシステムの特別な特徴は、変圧器の式が適用できること
であり、一方でこれと同時に磁化電流がμrの変更によって制御できることであ
る。従って、この場合において、変圧器の特徴がある程度まで調整できる。一つ
の巻線2のDC励起があれば、変圧器による変換エネルギをμr、従って、励起
の変化の代わりに磁気抵抗制御コア内の磁束の変化によって得ることができる。
従って、DC発電機からこのシステムへの磁化電流の変化が二次側の巻線に転換
できるという事実によってDC電圧からAC電圧を発生することが原理的に可能
である。
抵抗が、分離巻線を伴う一つまたはそれ以上の分離コアによって取り巻かれてい
るかまたは収容されている。図55にも示すように、第1磁気抵抗制御コアと第
2コアが閉磁路として設計され、併置されている。等価電気回路を示す図65も
参照する。
が両コアを収容する巻線を介して作用コア内の磁束に結合されることを強調した
い。このシステムにおいて、電気エネルギの転換は制御コアと作用コアとの間で
断続される磁束によって制御可能となる。両コア間の磁束がファラデーの誘導法
則によって相互結合されるので、一次側の式と二次側の式の関数関係は両磁束間
の結合によって制御されることになる。線型的な適用において、一次巻線と二次
巻線間の電圧および電流の転換を制御コア内の磁気抵抗を変えることによって制
御でき、従って、ここで磁気抵抗制御変圧器の項を持ちこむことが許される。ス
イッチの実施例に対しては、磁気抵抗制御スイッチの項を導入することができる
。
次に説明する。磁気抵抗制御される制御コア24とコア25両方にここで収容さ
れた巻線2が両コア内で磁束を確立する。電流I1が(巻線)2に通過したとき
に自己インダクタンスL1から(巻線)2が、どれだけの大きさの磁束であるか
、または何本の磁束ターンがコア内で生成されたかを示す。一次巻線2と二次巻
線3間の相互インダクタンスが2によって確立された磁束ターンがどれだけある
かを指示し、またI1が巻線2の回りと二次巻線3の回りにターンされている状
態を示す。
でここでは磁気抵抗が一定である主コア25と、磁気抵抗が可変である制御コア
24を伴うシステムを参照することにする。
する径路を追従する。
は一次巻線2と二次巻線3が各々変圧器脚の回りに巻回された変圧器の簡略化モ
デルを示し、一方実際には両巻線は同じ変圧器脚に巻回されるのが好ましく、こ
の場合、例えば主コア25内の外方リング・コアは全コア25に沿って分布され
た二次巻線3の回りに巻回される。同様にして、一次巻線2は主コア25と、主
コア内に同心に配備された制御コア24の回りに巻回される。
をインダクタンスに置換して示している。
気等価回路を公式化することができる。
Lk が一次側からの電圧を吸収する。
結果、一次巻線に印加される正弦波定常電圧のために結線ないし電圧分割が式4
3に示したようにそれぞれのコア内のインダクタンス間の比にほぼ等しくなる。
電圧分割が巻数N1/N3間の比に基づくことになる。制御コアがオフ状態にあ
るとき、Lkが大きく、また同じ範囲で二次側への電圧転換が阻止される。
飽和に至るこをなしに各々別々に全時間電圧積分を吸収するように評価される。
このモデルにおいて、制御コアおよび作用コアの鉄の面積が等しいが、これは本
発明を限定することを考慮するのもではない。
用磁束B1(H1)と独立してリセットすることができ、これによって磁気スイ
ッチを実現する本発明によって目的を達成できる。必要ならば、磁化電流内のひ
ずみを補正するためにのみ主コア25は、必要なMMFが第2半周期に戻るまで
の1パルスまたは周期の半分後でリセットできる。
制御コア24と作用コア25間に分布されているときに、一次巻線2と二次巻線
3間の磁束結合は僅かであり、非常に小さいエネルギ転換が一次巻線2と二次巻
線3に発生される。
(μr=10〜50)、また、空気コイルの磁気抵抗に近づいたときに、一次巻
線2と二次巻線3の間で非常に優れた磁束結合とエネルギの転換を得ることにな
る。
コンバータ結線および整流器結線に磁気抵抵制御スイッチを使用するDC−AC
またはAC−DCコンバータを備えた周波数コンバータとしたものである。
加することによって実現することが考えられ、各々分離磁気抵抗制御コアに接続
され、これが次に付加コアと磁気抵抗制御コアを介して共通巻線によって磁気抵
抗制御コアに磁気的に結合された一つまたはそれ以上の付加コアに結合されてい
る。次に正弦電圧の一部が磁気抵抗制御コアから付加コアに接続され、異なる周
波数の電圧が発生される。
とによって実現でき、この時点で作用コアは二次巻線の回りに巻回され、作用コ
アと制御コア間の磁束結合を正弦波的に変化させることによって正弦電圧を得る
ことができる。
としても作用する。
器結線も可能である。ダイオード・ブリッジまたはそれぞれのダイオードを12
パルス・コネクタ内のそれぞれのアウトレットに接続することにより、調節可能
な整流器が得られる。
00%または80〜110%の)電圧のための変圧器が必要とされる調節の範囲
によって決定されることを強調しなければならない。
波数変換器内のコネクタとして、また6または12パルスの変圧器から発生され
た相電圧の一部を各電動機位相に付加するための非同期電動機の作動を意図した
本発明に基づいた装置の使用を示す(67b)。
使用される装置を示す。
〜33は周波数コンバータとして使用され、発生された電圧の周期は基本周波数
の一部からなる。これは正の新しい半周期を新しい正弦電圧内に形成し、続いて
負の半周期または負の半周期の一部を形成するために正弦電圧の正半周期または
半周期の一部のみを「通過させ」、これによって新しい正弦電圧内に負の半周期
を形成することにより作動する。この方法において、正弦電圧は基本周波数の1
0%から100%の周波数で発生される。このコンバータは、出力の電圧が一次
巻線と二次巻線間の結線の磁気抵抗制御を介して調整されるので、ソフト始動と
して作動する。
されれば、同じコネクタ中の二次巻線(主巻線3)を流れる電流がコネクタ番号
29中の二次巻線(主巻線3)を整流し、また29から28へ等々順になされる
。
こでコネクタ中の主巻線2がDC電圧U1によって励起される。この電圧は制御
コア24と主コア25(図には示していない)両方に磁界H1(B1)を確立す
る。ターン数N1、N2、N3および鉄の面積は、どのコアも定常状態で飽和し
ないような方法で設計される。制御信号(すなわち、制御巻線4の励起)の制御
コア24への伝送の事象において、その磁束B2(H2)が主コア25へ転送さ
れ、またこのコア25内で磁束B1(H1)内の変化が二次巻線(主巻線3)内
に電圧を誘起するような方法で設計される。正弦状制御電流I2を有することに
より、正弦電圧が制御電圧U1として同じ周波数で二次側(主巻線3)上に発生
可能である。
制御原理が、図69の周波数コンバータの説明中に上述したようにここでも使用
される。図71bは装置の入力と出力電圧の時間の図を示す。
収のための可動部が実質上ない。コネクタの機能は発電機と負荷間の電圧を小さ
い制御電流によって0〜100%で制御できることである。第2機能は単に電圧
スイッチとなることである。さらなる機能は電圧曲線を形成し、転換できること
である。
るために使用することができるが、調整が必要である。12パルスまたは24パ
ルスの整流システムに関して、0〜100%の制御可能な整流を保持しながら簡
単な方法でシステム内の電圧を平衡させることができる。
る。費用は市場における利用性、選択された種々の解決策の生産性および価格の
うないくつかのパラメータとリンクしている。利益要素は、電気技術要素に基づ
いており、材料は材料のタイプおよび磁気特性を含めて必要である。重要である
と考えられる磁気特性にはヒステリシス損、飽和磁束レベル、透磁率、材料の二
つの主要方向における磁化容量および磁気ひずみが含まれる。本発明に包含され
るエネルギ源とユーザへの電気ユニット周波数、電圧と電力が、材料の選択をす
るために決定される。適切な材料には次のものが含まれる: a)鉄−シリコン・スチール:厚みが約0.1mm〜0.3mm、幅が10m
mから1100mm片として成され、コイルに巻き取られる。おそらく、価格と
既に開発された製造技術を考慮して大きいコアが最も好ましい。低周波数で使用
するためである。 b)鉄−ニッケル合金(パーマロイ)および(または)鉄−コバルト合金(パ
ーメンジュール)、片として生成されコイルに巻き取られる。これらは特殊な磁
気特性を備えた合金であり、そのサブグループは開発された非常に特殊な特性を
有している。 c)アモルファス合金、メタグラス:厚みが約20μm〜50μm、幅が4m
mから200mm片として成され、コイルに巻き取られる。非常に高い透磁率、
非常に低い損失がほぼ0の磁気ひずみで作られることができる。鉄を基準にした
もの、コバルトを基準にしたもの等、無数の種類が存在する。すばらしい特性で
あるが高価。 d)ソフト・フェライト:コンバータ工業のために開発された特定形態の燒結
体。小さい損失のため高周波数で使用される。低磁束密度。低損失。物理的信頼
できる寸法に制限がある。 e)圧縮粉体コア:特定適用例のために開発された特定形状の圧縮鉄粉合金。
低透磁率、現在最高約400〜600。低損失、しかし高い磁束密度。非常に複
雑な形状に生成できる。
のために得られる方法で作ることができるので、特殊な磁界結合器を必要とせず
に本発明に関して適切なトポロジーを実行することができる。
以上の磁界結合器によって補完されなければならない。
す図。
す図。
す図。
す図。
す図。
施例の断面図および平面図。
施例の断面図および平面図。
のない本発明の第4実施例を示す図。
のない本発明の第4実施例を示す図。
のないコアを示す図。
のないコアを示す図。
づく装置の第2変形例を示す図。
提案を示す図。
。
の提案を示す図。
の提案を示す図。
す図。
明に基づくコネクタのための簡略化電気等価図を示す図。
Claims (40)
- 【請求項1】 磁化可能物質からなり、かつ、閉磁気回路を提供する本体(
1)と、 第1主巻線(2)を形成する少なくとも一つの巻線のための閉回路の少なくと
も一部に沿って本体(1)の回りに巻回された少なくとも一つの第1電導体(8
)と、 第2主巻線ないし制御巻線(4)を形成する少なくとも一つの巻線のための閉
回路の少なくとも一部に沿って本体(1)の回りに巻回された少なくとも一つの
第2電導体(9)とからなり、 主巻線(2)の一または複数の巻線の巻線軸(A2)が、本体(1)の直交磁
界(それぞれH1,B1およびH2,B2)を提供する目的で制御巻線(4)の
一または複数の巻線の巻線軸(A4)と直角をなし、これによって制御巻線(4
)の磁界(H2,B2)によって主巻線(2)の磁界(H1,B1)に関する磁
化可能物質の特性を調整することを特徴とする磁気誘導型の電流又は電圧調整器
。 - 【請求項2】 主巻線(2)の巻線軸(A2)が本体(1)の長手方向(A
1)と並行か、またはこれと一致しており、一方、制御巻線(4)の巻線が磁化
可能本体(1)に沿って実質的に延長し、従って、制御巻線(4)の軸(A4)
が本体(1)の長手方向(A1)と直角をなしていることを特徴とする、請求項
1に記載の装置。 - 【請求項3】 制御巻線(4)の巻線軸(A4)が本体(1)の長手方向(
A1)と並行か、またはこれと一致しており、一方、主巻線(2)の巻線が磁化
可能本体(1)に沿って実質的に延長し、従って、主巻線(2)の軸(A2)が
本体(1)の長手方向(A1)と直角をなしていることを特徴とする、請求項1
に記載の装置。 - 【請求項4】 第3主巻線(3)を形成する少なくとも一巻線の閉回路の少
なくとも一部に沿って本体(1)の回りに巻回された一つの第3電導体(27)
からなり、第3主巻線(3)の一または複数巻線の巻線軸(A3)が第1主巻線
(2)の一または複数巻線の巻線軸(A2)と一致するかまたはこれと並行であ
り、従って、第1と第3主巻線(それぞれ2および3)の少なくとも一つが励起
されたときに、これら両者間に変圧器作用を提供することを特徴とする、請求項
1〜3のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項5】 第3主巻線(3)を形成する少なくとも一巻線の閉回路の少
なくとも一部に沿って本体(1)の回りに巻回された一つの第3電導体(27)
からなり、第3主巻線(3)の一または複数巻線の巻線軸(A3)が第1制御巻
線(4)の一または複数巻線の巻線軸(A4)と一致するかまたはこれと並行で
あり、従って、第3主巻線と制御巻線(それぞれ3および4)の少なくとも一つ
が励起されたときに、これら両者間に変圧器作用を提供することを特徴とする、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項6】 両本体(6、7)が併置され、磁気回路を提供する磁化可能
物質からなる第1本体(6)および第2本体(7)と、 第1主巻線(2)を形成する少なくとも一巻線の閉回路の少なくとも一部に沿
って巻回された少なくとも一つの第1電導体(8)と、 第2主巻線ないし制御巻線(4’,4”)を形成する少なくとも一巻線の第1
および(または)第2本体(それぞれ6および7)の少なくとも一部に沿って巻
回された少なくとも一つの第2電導体(9)とからなり、 主巻線(2)の一または複数の巻線の巻線軸(A2)が、本体(1)の直交磁
界(それぞれH1,B1およびH2,B2)を提供する目的で制御巻線(4)の
一または複数の巻線の巻線軸(A4)と直角をなし、これによって制御巻線(4
)の磁界(H2,B2)によって主巻線(2)の磁界(H1,B1)に関する磁
化可能物質の特性を調整することを特徴とする磁気誘導型の電流又は電圧調整器
。 - 【請求項7】 磁化可能物質からなる第1本体(6)および第2本体(7)
と、併置された該両本体(6、7)と共動して、閉磁気回路(閉磁路)を提供す
る第1磁界結合器(10)と第2磁界結合器(11)と、 第1主巻線(2)を形成する少なくとも一巻線の第1および(または)第2本
体(それぞれ6および7)の少なくとも一部の回りに巻回された少なくとも一つ
の第1電導体(8)と、 第2主巻線ないし制御巻線(4)を形成する少なくとも一巻線の閉回路の少な
くとも一部に沿って巻回された少なくとも一つの第2電導体(9)とからなり、 主巻線(2)の一または複数の巻線の巻線軸(A2)が、本体(1)の直交磁
界(それぞれH1,B1およびH2,B2)を提供する目的で制御巻線(4)の
一または複数の巻線の巻線軸(A4)と直角をなし、これによって制御巻線(4
)の磁界(H2,B2)によって主巻線(2)の磁界(H1,B1)に関する磁
化可能物質の特性を調整することを特徴とする磁気誘導型の電流又は電圧調整器
。 - 【請求項8】 磁気回路を形成する両本体と共動する磁界結合器(10、1
1)をさらに含んでいることを特徴とする、請求項6または7に記載の装置。 - 【請求項9】 第3主巻線(3)を形成する一巻線として巻回された一つの
第3電導体(27)からなり、第3主巻線(3)の一または複数巻線の巻線軸(
A3)が第1主巻線(2)の一または複数巻線の巻線軸(A2)と一致するかま
たはこれと並行であり、従って、第1と第3主巻線(それぞれ2および3)の少
なくとも一つが励起されたときに、これら両者間に変圧器作用を提供することを
特徴とする、請求項6、7または8に記載の装置。 - 【請求項10】 第3主巻線(3)を形成する一巻線として巻回された一つ
の第3電導体(27)からなり、第3主巻線(3)の一または複数巻線の巻線軸
(A3)が制御巻線(4)の一または複数巻線の巻線軸(A4)と一致するかま
たはこれと並行であり、従って、第3主巻線と制御巻線(それぞれ3および4)
の少なくとも一つが励起されたときに、これら両者間に変圧器作用を提供するこ
とを特徴とする、請求項6、7または8に記載の装置。 - 【請求項11】 第1および第2本体(それぞれ6および7)が管状であっ
て、従って、第1および第2本体(それぞれ請求項6および請求項7のそれぞれ
6および7)を通って延長しており、また磁界結合器(10、11)が電導体(
8、9)のアパーチャ(12)からなることを特徴とする、請求項6、7、8、
9または10に記載の装置。 - 【請求項12】 磁界結合器(10、11)が、各々空隙(13)からなり
第1または第2電導体(それぞれ8および9)の挿入を容易にするとともに電導
体(それぞれ8および9)からの磁界H1(B1)の磁路を遮ることを特徴とす
る、請求項11に記載の装置。 - 【請求項13】 管状体(6、7)の端面と磁気コネクタ(10、11)間
に配置された絶縁フィルム(15)を備えていることを特徴とする、請求項11
に記載の装置。 - 【請求項14】 各管状体(6、7)が二つまたはそれ以上のコア部材(1
6、16’、16”)からなることを特徴とする、請求項11に記載の装置。 - 【請求項15】 コア部材(16、16’、16”)間に配備された絶縁層
(17)からなることを特徴とする、請求項14に記載の装置。 - 【請求項16】 管状体(6、7)が円形、方形、矩形、三角形または六角
形の断面を有することを特徴とする、請求項6〜15のいずれか一項に記載の装
置。 - 【請求項17】 各々磁化可能物質からなり、互いに同心関係にあり、従っ
て、共通軸(A1)を有しており、磁気回路を提供する第1外方管状体(20)
および第2内方管状体(21)と、 第1主巻線(2)を形成する少なくとも一巻線の管状体(20、21)の回り
に巻回された少なくとも一つの第1電導体(8)と、 両管状体(20、21)間に空隙(22)を提供し、第2主巻線ないし制御巻
線(4)を形成する少なくとも一部の管状体共通軸(A1)の回りに巻回された
少なくとも一つの第2電導体(9)とからなり、 主巻線(2)の一または複数の巻線の巻線軸(A2)が、本体(1)の直交磁
界(それぞれH1,B1およびH2,B2)を提供する目的で制御巻線(4)の
一または複数の巻線の巻線軸(A4)と直角をなし、これによって制御巻線(4
)の磁界(H2,B2)によって主巻線(2)の磁界(H1,B1)に関する磁
化可能物質の特性を調整することを特徴とする磁気誘導型の電流又は電圧調整器
。 - 【請求項18】 互いに同心関係にあり、従って、共通軸(A1)を有して
おり、各々磁化可能物質からなり、第1磁界結合器(10)と第2磁界結合器(
11)と共動して磁気閉回路を提供する第1外方管状体(20)および第2内方
管状体(21)と、 両管状体(20、21)間に空隙(22)を提供するとともに第1主巻線(2
)を形成する少なくとも一巻線の管状体の共通軸(A1)の回りに巻回された少
なくとも一つの第1電導体(8)と、 第2主巻線ないし制御巻線(4)を形成する少なくとも一巻線の両管状体(2
0、21)の回りに巻回された少なくとも一つの第2電導体(9)とからなり、 主巻線(2)の一または複数の巻線の巻線軸(A2)が、本体(1)の直交磁
界(それぞれH1,B1およびH2,B2)を提供する目的で制御巻線(4)の
一または複数の巻線の巻線軸(A4)と直角をなし、これによって制御巻線(4
)の磁界(H2,B2)によって主巻線(2)の磁界(H1,B1)に関する磁
化可能物質の特性を調整することを特徴とする磁気誘導型の電流又は電圧調整器
。 - 【請求項19】 管状体(20、21)と共動して閉磁気回路を提供する第
1磁界結合器(10)と第2磁界結合器(11)からなることを特徴とする、請
求項17または18に記載の装置。 - 【請求項20】 第3主巻線(3)を形成する一巻線として巻回された一つ
の第3電導体(27)からなり、第3主巻線(3)の一または複数巻線の巻線軸
(A3)が第1主巻線(2)の一または複数巻線の巻線軸(A2)と一致するか
またはこれと並行であり、従って、第1と第3主巻線(それぞれ2および3)の
少なくとも一つが励起されたときに、これら両者間に変圧器作用を提供すること
を特徴とする、請求項17、18または19に記載の装置。 - 【請求項21】 第3主巻線(3)を形成する一巻線として巻回された一つ
の第3電導体(27)からなり、第3主巻線(3)の一または複数巻線の巻線軸
(A3)が制御巻線(4)の一または複数巻線の巻線軸(A4)と一致するかま
たはこれと並行であり、従って、第3と制御巻線(それぞれ3および4)の少な
くとも一つが励起されたときに、これら両者間に変圧器作用を提供することを特
徴とする、請求項17、18または19に記載の装置。 - 【請求項22】 各々磁化可能物質からなり、磁気閉回路ないし内方コア(
24)を提供する第1外方管状体(20)および第2内方管状体(21)と、 第1外方管状体(20)の外方に取り付けられた外方コア(25)を提供する
とともに、両管状体と[コア](20、21、25)が互いに同心関係にあり、
従って、共通軸(A1)を有する付加管状体と、 第1主巻線(2)を形成する少なくとも一巻線の両管状体(20、21、25
)の回りに巻回された少なくとも一つの第1電導体(8)と、 第1(20)と第2管状体(21)間の空隙(22)に取り付けられるととも
に第2主巻線ないし制御巻線(4)を形成する少なくとも一巻線の管状体の共通
軸(A1)の回りに巻回された少なくとも一つの第2電導体(9)とからなり、 主巻線(2)の一または複数の巻線の巻線軸(A2)が、本体(1)の直交磁
界(それぞれH1,B1およびH2,B2)を提供する目的で制御巻線(4)の
一または複数の巻線の巻線軸(A4)と直角をなし、これによって制御巻線(4
)の磁界(H2,B2)によって主巻線(2)の磁界(H1,B1)に関する磁
化可能物質の特性を調整することを特徴とする磁気誘導型の電流又は電圧調整器
。 - 【請求項23】 各々磁化可能物質からなり、磁気閉回路ないし内方コア(
24)を提供する第1外方管状体(20)および第2内方管状体(21)と、 第1外方管状体(20)の外方に取り付けられた外方コア(25)を提供する
とともに、両管状体とコア(20、21、25)が互いに同心関係にあり、従っ
て、共通軸(A1)を有する付加管状体と、 第1の本体(20)と第2の本体(21)の間の空隙(22)に設置され、そ
の本体の共通軸(A1)の回りに第2の主巻線又は制御巻線(4)で形成される
少なくとも1回巻きされている少なくとも1個の第1電導体(8)と、 第2主巻線ないし制御巻線(4)を形成する少なくとも一巻線の管状体(20
、21)の回りに巻回された少なくとも一つの第2電導体(9)とからなり、 主巻線(2)の一または複数の巻線の巻線軸(A2)が、本体(1)の直交磁
界(それぞれH1,B1およびH2,B2)を提供する目的で制御巻線(4)の
一または複数の巻線の巻線軸(A4)と直角をなし、これによって制御巻線(4
)の磁界(H2,B2)によって主巻線(2)の磁界(H1,B1)に関する磁
化可能物質の特性を調整することを特徴とする磁気誘導型の電流又は電圧調整器
。 - 【請求項24】 管状体(20、21)と共動して磁気閉回路を提供する第
1磁界結合器(10)と第2磁界結合器(11)からなることを特徴とする、請
求項22または23に記載の装置。 - 【請求項25】 第3主巻線(3)を形成する一巻線として外方コア(25
)の回りに巻回された一つの第3電導体(27)からなり、第3主巻線(3)の
一巻線または複数巻線の巻線軸(A3)が第1主巻線(2)の一または複数巻線
の巻線軸(A2)と一致するかまたはこれと並行であり、従って、第1と第3主
巻線(それぞれ2および3)の少なくとも一つが励起されたときに、これら両者
間に変圧器作用を提供することを特徴とする、請求項22、23または24に記
載の装置。 - 【請求項26】 第3主巻線(3)を形成する少なくとも一つの一巻線とし
て外方コア(25)の回りに巻回された一つの第3電導体(27)からなり、第
3主巻線(3)の一または複数巻線の巻線軸(A3)が制御巻線(4)の一また
は複数巻線の巻線軸(A4)と一致するかまたはこれと並行であり、従って、第
3と制御巻線(それぞれ3および4)の少なくとも一つが励起されたときに、こ
れら両者間に変圧器作用を提供することを特徴とする、請求項22、23または
24に記載の装置。 - 【請求項27】 外方コア(25)が数個の環状部材(25’、25”等)
からなり、また第1および(または)第3主巻線(それぞれ2および3)が各環
状部材の回りの各々の巻線を形成することを特徴とする、請求項22〜26のい
ずれか一項に記載の装置。 - 【請求項28】 外方コア(25)が数個の環状部材(25’、25”等)
からなり、また制御巻線および(または)第3主巻線(それぞれ4および3)が
各環状部材の回りの各々の巻線を形成することを特徴とする、請求項22〜26
のいずれか一項に記載の装置。 - 【請求項29】 入力周波数を無作為に選択された出力周波数(図69)に
変換する周波数変換器中の要素、好ましくはサイクロコンバータ結線中の非同期
電動機の作動を意図した請求項1〜28のいずれか一項に記載の装置の使用。 - 【請求項30】 入力周波数を無作為に選択された出力周波数に変換する周
波数変換器中のコネクタとして、また非同期電動機の作動、6または12パルス
の変圧器から発生されたの位相の一部を各電動機の位相に加算する(図67b)
ために請求項1〜28のいずれか一項に記載の装置の使用。 - 【請求項31】 DC電圧/電流を無作為に選択された出力周波数のAC電
圧/電流に変換するDCからACへの変換器として、ここにDC供給第1主巻線
(2)ないし一次巻線(2)のインダクタンス(L1)中に貯蔵される磁気エネ
ルギがインダクタンスの影響を受ける直交制御磁界(B2、H2)によって変化
され、これによって、磁束変化/インダクタンス変化(図70)の周波数に等し
い周波数で電圧コネクタ中の第3主巻線(3)ないし二次巻線中にAC電圧を発
生するために請求項1〜28のいずれか一項に記載の装置の使用。 - 【請求項32】 この種の三つの可変インダクタンス電圧変換器が、前記非
同期機械に接続された無作為に選択された出力周波数を伴う3相電圧を発生させ
るために相互接続されている、請求項31に記載の装置の使用。 - 【請求項33】 処理工業内でAC電圧をDC電圧に変換するためであって
、装置が磁気抵抗制御可変変圧器として使用され、その出力電圧が分離二次巻線
を伴う外部コアまたは内部コアと並列または直列に磁気接続されたコア中の磁気
抵抗変化に比例し、また三つまたはそれ以上のこの種の磁気抵抗制御変圧器がダ
イオード出力段(それぞれ図62および71)のための6または12パルス整流
器結線のために既知の3相整流器結線に接続されている請求項1〜28のいずれ
か一項に記載の装置の使用。 - 【請求項34】 処理工業内で使用するためにAC電圧をDC電圧に変換す
るための整流器中で使用し、装置が既知変圧器結線の一次巻線と直列の可変イン
ダクタンスとして使用される電圧コネクタを形成し、また三つまたはそれ以上の
この種の変圧器がダイオード出力段(図62)のための6または12パルス整流
器結線のために3相整流器結線に接続されている、請求項1〜28のいずれか一
項に記載の装置の使用。 - 【請求項35】 装置が磁気的抵抗制御可変変圧器を形成しており、その出
力電圧が、分離二次巻線(図56、63)を伴う外部または内部コアと並列また
は直列に磁気的に接続されているので切換電源の磁界中に使用され、磁気電圧コ
ンバータのサイズを縮小するAC/DCまたはDC/ACコンバータのための、
請求項1〜28のいずれか一項に記載の装置の使用。 - 【請求項36】 インダクタンスが一部を形成しているフィルターが、可変
インダクタンス(図63)を備えていることを特徴とする、請求項36に記載の
使用。 - 【請求項37】 高電圧配電網内の調整可能電圧補償器中の要素として、装
置がリニア可変インダクタンス(図72)を生成する、請求項1〜28のいずれ
か一項に記載の装置の使用。 - 【請求項38】 調整可能無効電力補償器(VAR補償器)中の要素として
、装置が既知のフィルター回路に関連してリニア可変インダクタンスを生成し、
ここで少なくとも一つのコンデンサが素子として含まれており、磁気抵抗制御変
圧器の形態にある装置が補償器結線内の素子として使用され、その結線の静電容
量またはインダクタンスが自動的に結合され無効電力(図64および64b)を
補償することが要求される範囲まで調整されることを特徴とする、請求項1〜2
8のいずれか一項に記載の装置の使用。 - 【請求項39】 AC電圧からDC電圧への磁気抵抗制御直接変換のための
システム(図71および71a)に請求項1〜28のいずれか一項に記載の装置
の使用。 - 【請求項40】 DC電圧からAC電圧への磁気抵抗制御直接変換のための
システム(図70および70a)に請求項1〜28のいずれか一項に記載の装置
の使用。
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