JP2007508711A - 制御可能誘導装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この巻線は、円筒の壁の中に環状磁界および接続要素の中に円形磁界を生成する。制御巻線は、円筒の軸のまわりに巻回される。それは、したがって円筒の長手方向に磁界を生成する。磁性体において通常通り磁心の透磁率は、制御巻線に印加される制御電流の作用によって変化する。円筒および接続要素が同じ材料でできているので、透磁率の変化率は、両方の要素タイプにおいて同じものである。従って、制御磁界の大きさは、磁心の飽和および制御磁界の変質を防ぐために制限されなければならない。その結果、このインダクタの制御レンジは、したがって制限され、および、米国特許第4,210,859号における装置は装置の電力処理能力を制限する比較的小さな体積を備えている。
しかし、このようなアプローチは、劇的に装置の制御レンジを制限する。例えば、米国特許第4,393,157号は異方性のシートストリップ材料でできている可変インダクタを記述する。このインダクタには、お互い垂直に連結される2つのリング要素が設けられて、限られた交差エリアを有するように構成されている。それぞれのリング要素が巻線を有する。磁界制御が遂行されることができる装置の部分は、リングが交差するエリアに限られる。限られた制御可能エリアは、主磁界および制御磁界に対する閉磁路の比較的小さな部分である。磁心の部分が最初に飽和し(異なる磁界が異なるエリアに働くので、飽和は磁心の全ての部分に対して同時には達しない)、および、この飽和は、主磁束からの浮遊磁界によって発生する損失という結果になる。部分的な飽和は、非常に限られた制御幅を有する装置という結果になる。
制御可能インダクタは、また、磁気パイプ要素縁部および端部カプラの間に位置する薄い絶縁シートを含むこともできる。
本発明のさらに別の実施態様において、磁心が磁気制御可能インダクタに提供される。磁心は第1および第2の同軸および同心のパイプ要素を含み、それぞれのパイプ要素は異方性の磁性材料から製作される。
更なる種類において、空隙が、それぞれのパイプ要素の軸方向に延伸し、および、第1要素の第1の磁気抵抗は、第2要素の第2の磁気抵抗に等しい。一実施態様において絶縁材はMAGNETITE−SおよびUNISIL−Hからなる群から選択される。更に制御可能インダクタは、要素の軸に対して環状方向のカプラにおいて存在する第3の透磁率および要素の軸に対して半径方向のカプラにおいて存在する第4の透磁率を含むことができる。この実施態様の種類において、第4の透磁率は、第3の透磁率より実質的に大きい。
さらに、粒子配向性方向は、組立てられた磁心のパイプ要素の横方向に対応し端部カプラがパイプ要素の後で飽和するのを確実にする。この実施態様の種類において、磁気端部カプラは、磁性材料の単線から製作される。この実施態様の別の種類において、磁気端部カプラは、磁性材料の撚り線から製作される。
回転方向および軸方向(RD,AD)が、これらの図において示される。図2に示すように、巻かれた磁心の回転方向は円筒の周囲に従い、軸方向は円筒の軸と一致する。
励磁電流および阻止電圧が磁界密度Bmの関数として表現される場合、皮相電力Psは、以下のように表現されることができる:
ここで、Vjは磁心の主磁束経路の体積、μ0は自由空間の透磁率でありおよび、μrは磁心の比透磁率である。等式45)は、電力処理能力が磁心の体積および磁心の比透磁率の両方に関連していることを示している。非常に高透磁率において、励磁電流はその最も低いレベルにあり、少量の電力だけが伝導される。
したがって、与えられた磁心体積の電力処理は、この磁心体積の最低比透磁率によって制限される。
Fiorillo他は、横方向の磁化によって漸進的に変化する体積が回転方向の磁化に占められるという事実の理論的および実験的証拠を提供する。したがって、この論文は、別の方向の磁界によって一方向へ透磁率を制御することが可能であることを実証している。
J90=TD方向の磁化
Js=RD方向の磁化
v90=微小サンプル体積
磁化過程終了後得られる最大磁化はJ90=1.42テスラであり、更なる増加が磁区のモーメント回転によって得られる。
したがって、主磁界は、すでにTD磁化された体積において直角の制御磁界に影響を及ぼさない。
その結果、主磁束Bfは、パイプ要素または円筒形磁心101,102の体積に入る。さらに、主磁束の密度は、主磁心101,102の透磁率を下向きにおよそ10までの調整を可能にする。
図16は、磁気線の端部がどのように磁界Hfの入口および出口領域を提供するかについて示す。次いで各線は磁界Hfに対する経路を提供する。
101:第一パイプ要素
102:第二パイプ要素
103:第1巻線
104:第2巻線
105、106:磁気端部カプラ
105‘:積層
105a、105b:カプラセグメント
107:間隙
110:半径方向内端
112:半径方向外端
114:シート端部
116:円環体状部材
AD:軸方向
RD:回転方向
TD:横方向
GO:粒子配向
HS:制御磁界
BS:制御磁束
Hf:主磁界
Bf:主磁束
A−A:断面
[110],[001]:磁区方向
Claims (29)
- 異方性材料を含む第1および第2の同軸および同心の磁気パイプ要素を備える制御可能インダクタであって、前記要素は、磁気端部カプラによって両端でお互いに結合され、
第1の巻線が前記両方の磁気パイプ要素の回りに巻回され、および
第2の巻線が前記磁気パイプ要素の少なくとも一つの回りに巻回され、
前記第1の巻線の巻線軸が、前記磁気パイプ要素のうちの少なくとも1つの軸に対して垂直であり、
前記第2の巻線の巻線軸が、前記軸と一致し、
励磁された場合、前記第1の巻線は、第1の透磁率の方向と一致する第1の方向の磁界を発生させ、
励磁された場合、前記第2の巻線は、第2の透磁率の方向と一致する第2の方向の磁界を発生させ、
そして、前記第1の透磁率は、前記第2の透磁率より実質的に高い
ことを特徴とする制御可能インダクタ。
- 前記異方性材料は、粒子配向性珪素綱および磁区制御高透磁率粒子配向性珪素綱からなる群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の制御可能インダクタ。
- 前記磁気端部カプラは、異方性材料でできており、かつ、前記第1の巻線によって生成される前記磁界に対して低透磁率経路を提供し、および前記第2の巻線によって生成される前記磁界に対して高透磁率経路を提供することを特徴とする請求項1に記載の制御可能インダクタ。
- 磁気パイプ要素縁部と前記端部カプラとの間に位置する薄い絶縁シートを更に備える
ことを特徴とする請求項1に記載の制御可能インダクタ。
- 前記磁気端部カプラの体積は、前記磁気パイプ要素の体積の10−20%であることを特徴とする請求項1に記載の制御可能インダクタ。
- 前記磁気端部カプラの体積は、前記磁気パイプ要素の体積の25−50%であることを特徴とする請求項1に記載の制御可能インダクタ。
- 前記第1の巻線によって導入される前記磁界方向は、前記要素のうちの少なくとも1つの軸に対して環状方向であることを特徴とする請求項1に記載の制御可能インダクタ。
- 前記第2の巻線によって導入される前記磁界方向は、前記要素のうちの少なくとも1つの軸に対して、半径方向であることを特徴とする請求項1に記載の制御可能インダクタ。
- それぞれが異方性の磁性材料を備えかつ軸を定める第1および第2の同軸および同心のパイプ要素を備える磁気制御可能インダクタ用の磁心であって、前記パイプ要素は、磁気端部カプラによって両端でお互いに結合され、
そして、前記磁心は、前記要素の軸に対して直角の第2方向の第2透磁率より著しく高い前記要素の前記軸と平行な第1の方向に第1の透磁率を示す
ことを特徴とする制御可能インダクタの磁心。
- 前記第1および第2のパイプ要素は、シート端部および絶縁材の被覆を備える巻かれたシート材料でできていることを特徴とする請求項9に記載の制御可能インダクタ。
- 前記第1のパイプ要素は、第1層と、第2層と、前記要素の前記軸に平行な第3の方向の間隙と、を備え、
前記第1のパイプ要素の前記第1層および前記第2層が、前記第1および第2層間に位置する継ぎ目におけるマイクロメートルの薄さの絶縁層によって互いに連結される
ことを特徴とする請求項9に記載の制御可能インダクタ。
- 各パイプ要素の軸方向に延在する空隙を更に備え、
前記第1要素の第1磁気抵抗は、前記第2要素の第2磁気抵抗に等しい
ことを特徴とする請求項9に記載の制御可能インダクタ。
- 前記絶縁材は、MAGNETITE−SおよびUNISIL−Hからなる群から選択されることを特徴とする請求項10に記載の制御可能インダクタ。
- 第3の透磁率が、前記要素の前記軸に対して前記環状方向に前記カプラ内に存在し、
第4の透磁率が、前記要素の前記軸に対して半径方向に前記カプラ内に存在し、
前記第4の透磁率は、前記第3の透磁率より実質的に大きい
ことを特徴とする請求項9に記載の制御可能インダクタ。
- 第1および第2の同軸および同心のパイプ要素をお互いに結合して制御可能インダクタに磁心を提供するための磁気カプラ装置であって、
異方性材料を含む磁気端部カプラと、第1の巻線によって生成される磁界の方向と一致する低透磁率経路と、第2の巻線によって生成される磁界の方向と一致する高透磁率経路と、を備え、
前記巻線が励磁された場合、前記磁界が生成される
ことを特徴とする磁気カプラ装置。
- 前記第1および第2のパイプ要素は、異方性の磁性材料から作られ、
前記第1の巻線によって生成される前記磁界の方向の透磁率は、前記第2の巻線によって生成される前記磁界の方向の透磁率より著しく高く、
前記磁気端部カプラが、組立てられた磁心内の前記パイプ要素の粒子配向性方向に対応する横方向を有する、粒子配向性シート金属を含み、
そして、前記粒子配向性方向は、前記組立てられた磁心内の前記パイプ要素の前記横方向に対応して前記端部カプラが、前記パイプ要素の後で飽和することを確実にする
ことを特徴とする請求項15に記載の制御可能インダクタ。
- 前記磁気端部カプラは、磁性材料の単線および撚り線のうち少なくとも一つを更に備えることを特徴とする請求項15に記載の制御可能インダクタ。
- 前記磁気端部カプラは、環状磁心を形成する磁気シート材料を巻くことによって作成され、
前記磁心は、前記パイプ要素に適合するように大きさを決定されおよび整形され、
前記磁心は、前記材料粒子配向性方向に対して垂直な平面に沿って半分ずつに分割され、
そして、磁気カプラ幅はセグメントがパイプ要素端部で前記第2のパイプ要素に前記第1のパイプ要素を結合させるように調整される
ことを特徴とする請求項15に記載の制御可能インダクタ。
- 前記磁気端部カプラは、撚り線および単線磁性材料のうち少なくとも1つを含み、
巻回されて円環体を形成し、
そして、前記円環体は、前記全ての線に対して垂直な平面に沿って、半分ずつに分割される
ことを特徴とする請求項15に記載の制御可能インダクタ。
- 各々が高透磁率方向を有する異方性材料を含む磁気回路第1要素および磁気回路第2要素を備える閉磁路と、前記閉磁路の第1の部分の回りに巻回される第1の巻線と、前記第1の巻線に対して直角方向の第2の巻線と、を備える制御可能磁気構造において、
第1の磁界が、前記第1回路要素の前記高透磁率方向の前記第1巻線によって発生され、
そして、第2の磁界が、前記第1の磁界方向に対して直角方向の前記第2の巻線によって発生される
ことを特徴とする制御可能磁気構造。
- 前記磁気回路第1要素はパイプ部材であり、前記磁気回路第2要素は端部カプラであることを特徴とする請求項20に記載の制御可能磁気構造。
- 前記磁気回路第1要素は、軸の回りに同軸的に位置する2つのパイプ部材を含み、前記高透磁率方向は、前記軸に対して環状方向であることを特徴とする請求項21に記載の制御可能磁気構造。
- 前記第2の高透磁率方向は、前記軸に対して半径方向であることを特徴とする請求項22に記載の制御可能磁気構造。
- 前記制御可能磁気構造は、インダクタであることを特徴とする請求項20に記載の制御可能磁気構造。
- 粒子配向性材料を更に備えることを特徴とする請求項20に記載の制御可能磁気構造。
- 前記粒子配向性材料は、磁区制御高透磁率粒子配向性珪素綱であることを特徴とする請求項25に記載の制御可能磁気構造。
- 前記磁気回路第1要素と前記磁気回路第2要素間の前記閉磁路に位置する絶縁部を更に備えることを特徴とする請求項20に記載の制御可能磁気構造。
- 磁気回路第2要素体積は、磁気回路第1要素体積の10−20%であることを特徴とする請求項20に記載の制御可能磁気構造。
- 前記第2の磁界方向は、前記磁気回路第2要素の前記第2の高透磁率方向に対応することを特徴とする請求項20に記載の制御可能磁気構造。
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