JP2016149891A

JP2016149891A - 磁電気装置

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Publication number: JP2016149891A
Application number: JP2015026367A
Authority: JP
Inventors: 夫子徐; Fu-Tzu Hsu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-13
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-08-18

Abstract

【課題】電気エネルギーの蓄積が可能である磁電気装置を提供する。
【解決手段】スイッチＳ１とＳ２とが同時に閉じられると、スイッチＳ１、Ｓ２を介してＤＣ電源Ｖ_ｄｃとコイルＬとが連結され、コイルＬのＤＣ電源Ｖ_ｄｃの出力電流で励起された磁場によって鉄心ユニット２１が磁化され、磁石になる。スイッチＳ１とＳ２とが開けられると、ダイオードＤ_１、Ｄ_２を介してコイルＬがダンピングキャパシタＣ_ｄと連結される。この時、逆起電力によってコイルＬで電流が生成され、鉄心ユニット２１はすぐに消磁され、渦電流が生成され、コイルＬと連結される。コイルＬは逆起電力によって生成された電流と渦電流とを含む電流が出力され、ダンピングキャパシタＣ_ｄに蓄積される。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気装置に関し、特には磁電気装置に関する。

図１には、従来の変圧器の一例である、Ｅの字形に構成された鉄心とＩの字形に構成された鉄心とを備えている変圧器１が示されている。鉄心には一次コイル１１と二次コイル１２とが緊密に巻回されて連結されている（ｔｉｇｈｔｃｏｕｐｌｉｎｇ）（例えば特許文献１参照）。

台湾特許第Ｉ２７０９００号公報

従来の鉄心は通常単一の材料で作られ、磁気飽和現象を避けるために鉄心の間にエアギャップが形成されている。これによって、負磁気減衰効果が発生し、電気エネルギーの出力も限られるので、ゲイン値が常に１以下である。また、入力端は、出力端ＯＵＴにおける逆起電力（ｃｏｕｎｔｅｒ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖｅｆｏｒｃｅ）によって衝撃を受けてしまうため、渦電流（ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔ）が著しく減ることになる。こうして、変圧器１が高い変換効率をもっているものであっても、電気エネルギーの伝達又は転送にしか利用できない問題点がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、電気エネルギーの蓄積が可能である正磁気減衰効果を有する磁電気装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る磁電気装置は、容量性と誘導性とを兼ねて有するように少なくとも１種の鉄心材料によって作られ、ループ形状に形成された第１のセグメントと前記第１のセグメントと連結された第２のセグメントとにより構成された鉄心ユニットと、前記鉄心ユニットに緩く結合されるように巻き回された少なくとも一つのコイルとを有する少なくとも一つのリラクタンス成分と、前記少なくとも一つのコイルと連結され、前記コイルとにより共振回路に構成された少なくとも一つのダンピングキャパシタと、前記少なくとも一つのコイル及び直流電源と電気的に連結され、前記コイルを励磁するよう前記少なくとも一つのコイルと前記直流電源との間を導通状態にするように制御し、前記鉄心ユニットが磁気飽和を起こすと、前記少なくとも一つのコイルと前記直流電源との間を非導通状態にし、変動磁場が発生すると共に前記共振回路に流れる渦電流が発生し、前記ダンピングキャパシタに電気エネルギーを蓄積するように構成されたスイッチング回路と、を備えていることを特徴とする。

本発明に係る磁電気装置は、スイッチング回路によって少なくとも一つのコイルと直流電源とをまず導通させ、次に遮断させるように繰り返すと、電流をダンピングキャパシタに蓄積し続けることができる。また、電気エネルギーが蓄積されているダンピングキャパシタにかかる電圧がＤＣ電源よりも高くなると、ダンピングキャパシタから蓄積された電気エネルギーがＤＣ電源に出力される。このように、ＤＣ電源に蓄積される電気エネルギーの量を上げることができる。

従来の変圧器の一例を示す図である。本発明に係る磁電気装置の第１の実施形態のリラクタンス成分を概略的に示す図である。本発明に係る磁電気装置の第１の実施形態を概略的に示す回路図である。第１の実施形態に係る磁電気装置を概略的に示す回路図である。第１の実施形態に係る磁電気装置を概略的に示す回路図である。第１の実施形態のリラクタンス成分の変形例を概略的に示す図である。本発明に係る磁電気装置の第２の実施形態のリラクタンス成分における鉄心ユニットを概略的に示す分解斜視図である。第２の実施形態に係るリラクタンス成分を示す上面斜視図である。本発明に係る磁電気装置の第２の実施形態を概略的に示す図である。本発明に係る磁電気装置の第２の実施形態の回路図である。本発明に係る磁電気装置の第２の実施形態の回路図である。本発明に係る磁電気装置の第２の実施形態の回路図である。本発明に係る磁電気装置の第２の実施形態の回路図である。本発明に係る磁電気装置の第３の実施形態のリラクタンス成分における鉄心ユニットを概略的に示す分解斜視図である。本発明に係る磁電気装置の第３の実施形態のリラクタンス成分における鉄心ユニットを概略的に示す組立斜視図である。本発明に係る磁電気装置の第３の実施形態の回路図である。本発明に係る磁電気装置の第３の実施形態の回路動作図である。本発明に係る磁電気装置の第３の実施形態の回路動作図である。

以下、本発明におけるいくつかの実施形態について図面を参照して説明する。なお、同一構成及び機能を有する構成要素については、同一番号を付してその説明を省略する。

（第１の実施形態）
本発明に係る磁電気装置は、正磁気減衰効果を有するリラクタンス成分を通じて電流を切り替えて制御することによって出力が入力よりも高くなるようにすることで電気エネルギーの蓄積を可能にするものである。本発明におけるリラクタンス成分は、鉄心ユニット及び少なくとも一つのコイルを備えている。鉄心ユニットは、容量性と誘導性とを兼ねて有するように少なくとも１種の鉄心材料によって作られ、ループ形状に形成された第１のセグメントと、第１のセグメントと連結された第２のセグメントとにより構成されている。前記少なくとも一つのコイルは鉄心ユニットに緩く結合されるように巻き回されている。

図２は、第１の実施形態に係る磁電気装置におけるリラクタンス成分２の構成を示している。鉄心ユニット２１の第１のセグメントは、容量性と誘導性（例えば固体インダクター）とを兼ねて有するｐｎ型半導体からなった鉄心２２である。第２のセグメントは、鉄心２２に取り囲まれるように鉄心２２内部に設けられている永久磁石２３であり、鉄心２２における対向部分にそれぞれ隣接する相反する二つの端部を有する。コイルＬは、鉄心２２と永久磁石２３との間にエアギャップが形成されないように鉄心２２に緩く巻き回されて連結されている。また、永久磁石２３は負インピーダンス（負インダクタンス）効果を有するため、コイルＬへの電流による励起で発生した磁場によって鉄心ユニット２１が磁化されると、鉄心ユニット２１が急激に磁気飽和になり、続いてコイルＬへの電流の供給が停止されると、鉄心ユニット２１から正磁気減衰効果として磁気エネルギーが放出され（例えば磁気分路（ｍａｇｎｅｔｉｃｓｈｕｎｔ））、渦電流が発生してコイルＬに流れる。これにより、コイルＬによって電気エネルギーが出力される。

図３に示されているように、第１の実施形態に係る磁電気装置は、直流（ＤＣ）電源Ｖ_ｄｃ（例えば充電式バッテリー）から電気エネルギーが入力されるように構成され、リラクタンス成分２（図２参照）と、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃ及びコイルＬと並列に接続され、コイルＬとにより共振回路に構成されたダンピングキャパシタＣ_ｄと、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃ及びダンピングキャパシタＣ_ｄと並列に接続されたスイッチング回路５とを備えている。

スイッチング回路５は、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃの正極及びコイルＬの一端部の間に連結された第１のスイッチＳ１と、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃの負極及びコイルＬの他端部の間に連結された第２のスイッチＳ２と、コイルＬの一端部と連結されたカソードとＤＣ電源Ｖ_ｄｃの負極に連結されたアノードとを有する第１のダイオードＤ_１と、コイルＬの他端部と連結されたアノードとＤＣ電源Ｖ_ｄｃの正極と連結されたカソードとを有する第２のダイオードＤ_２と、第１のスイッチＳ１と並列に連結され、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃの正極と連結されたカソードを有する第１のフリーホイールダイオードＤ_ｆ１と、第２のスイッチＳ２と並列に連結され、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃの負極と連結されたアノードを有する第２のフリーホイールダイオードＤ_ｆ２とを有する。

なお、本発明に係る磁電気装置では、スイッチング回路５にスイッチＳ１、Ｓ２等を制御する制御信号を生成するスイッチコントローラ（図示せず）を更に含んでもよい。また、他例として、外部からスイッチＳ１、Ｓ２等を制御するようにしてもよい。

次に、以上のように構成された磁電気装置の動作を以下に説明する。

図４に示されているように、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２とが同時に閉じられて電気的に導通された状態になった場合、スイッチＳ１、Ｓ２を介してＤＣ電源Ｖ_ｄｃとコイルＬとが連結され、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃから電流が出力されコイルＬを励起させ、磁場が発生する。これによって鉄心ユニット２１が磁化され、急激に磁気飽和になり、すぐに磁石になる。

そして、図５に示されているように、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２とが開けられて電気的に導通されない状態になった場合、ダイオードＤ_１、Ｄ_２を介してコイルＬがダンピングキャパシタＣ_ｄと連結される。この時、逆起電力によってコイルＬで電流が生成され、鉄心ユニット２１は磁気分路（ｍａｇｎｅｔｉｃｓｈｕｎｔ）によりすぐに消磁され、渦電流が生成されてコイルＬと連結される。こうして、コイルＬから逆起電力によって生成された電流と渦電流とを含む電流が出力され、ダンピングキャパシタＣ_ｄに蓄積される。

このように、スイッチＳ１、Ｓ２を同時に導通させ、次に遮断させるように繰り返すと、電流をダンピングキャパシタＣ_ｄに蓄積し続けることができる。また、電気エネルギーが蓄積されているダンピングキャパシタＣ_ｄにかかる電圧がＤＣ電源Ｖ_ｄｃよりも高くなると、ダンピングキャパシタＣ_ｄから蓄積された電気エネルギーがＤＣ電源Ｖ_ｄｃに出力される。このように、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃに蓄積される電気エネルギーの量を上げることができる。

この実施形態では、スイッチング回路５は、振幅が約１２Ｖ、定周波数が約１０ＫＨｚである制御信号をもって制御するようにしているが、これに制限されない。また、鉄心ユニット２１の磁気飽和に達する時刻を制御し、鉄心ユニット２１が消磁されたときに生成される渦電流が最大になるように制御信号の導通周期（ｄｕｔｙｃｙｃｌｅ）を調節するようにしてもよい。

なお、コイルＬが励起されると鉄心ユニット２１がすぐに磁気飽和に達するように構成すればよい。例えば、図６に示されているように、図２に示された構成の変形例として、鉄心ユニット２１が、鉄心２２の外周面に隣接して設けられた一端を有する永久磁石２３を有してもよい。

（第２の実施形態）
図７と図８は、本発明に係る磁電気装置の第２の実施形態におけるリラクタンス成分３を構成する鉄心ユニット３１及びコイルＬを示している。鉄心ユニット３１は、ループ形状に形成された誘導性のＭｎ−Ｚｎ鉄心３２と、ループ形状に形成された容量性のＮｉ−Ｚｎ鉄心３３とを同心状に積み重ねて第１のセグメントとして構成されている。鉄心ユニット３１の第２のセグメントは、第１のセグメントによって取り囲まれて設けられた永久磁石３４として構成され、第１のセグメントの対向する部分に隣接して配置された相反する両端を有する。コイルＬは緩く第１のセグメントに巻き回されている。コイルＬが鉄心ユニット３１と緩く連結されているので、第１のセグメント及び永久磁石３４の間にエアギャップが形成されない。また、永久磁石３４は負インピーダンス（負インダクタンス）効果を有するので、コイルＬが電流によって励起され磁場が発生し、鉄心ユニット３１が磁化されると、鉄心ユニット３１が急激に磁気飽和になり、続いてコイルＬへの電流の供給が停止されると、磁気分路によって鉄心ユニット３１から磁気エネルギーが放出され、渦電流が発生してコイルＬに流れる。こうして、コイルＬによって出力される電気エネルギーが増える。

図９に示されているように、第２の実施形態に係る磁電気装置は、例えばＤＣ電源Ｖ_ｄｃ（例えば充電式バッテリー）から電気エネルギーが入力されるように構成され、リラクタンス成分３（図８参照）と、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃに並列に接続されたダンピングキャパシタＣ_ｄと、スイッチング回路６とを備えている。スイッチング回路６は、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃに並列に接続されている二つのブリッジアーム６１、６２を有する。ブリッジアーム６１、６２はそれぞれ、第１のスイッチＳ１／Ｓ３と、第２のスイッチＳ２／Ｓ４と、第１のフリーホイールダイオードＤ_ｆ１／Ｄ_ｆ３と、第２のフリーホイールダイオードＤ_ｆ２／Ｄ_ｆ４とを有する。第１のスイッチＳ１／Ｓ３は、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃの正極と連結された一端を有する。第２のスイッチＳ２／Ｓ４は、第１のスイッチＳ１／Ｓ３の他端及びＤＣ電源Ｖ_ｄｃの負極の間に連結されている。第１のフリーホイールダイオードＤ_ｆ１／Ｄ_ｆ３は、第１のスイッチＳ１／Ｓ３と並列に連結され、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃの正極と連結されたカソードを有する。第２のフリーホイールダイオードＤ_ｆ２／Ｄ_ｆ４は、第２のスイッチＳ２／Ｓ４と並列に連結され、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃの負極と連結されたアノードを有する。コイルＬは、二つのブリッジアーム６１、６２における第１のスイッチＳ１／Ｓ３と第２のスイッチＳ２／Ｓ４との共通ノードの間に連結されている。

図１０に示されているように、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ４とが同時に閉じられ、第１のスイッチＳ３と第２のスイッチＳ２が同時に開けられた場合、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃが第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ４を介してコイルＬに電気的に連結され、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃからの電流がコイルＬに出力され、コイルＬが励起されると、磁場が生成され、鉄心ユニット３１が磁化される。こうして、鉄心ユニット３１が急激に磁気飽和になり、すぐに磁石になる。

続いて、図１１に示されているように、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ４とが同時に開けられた場合、コイルＬはフリーホイールダイオードＤ_ｆ２、Ｄ_ｆ３を介してダンピングキャパシタＣ_ｄと連結される。この時、逆起電力によってコイルＬで電流が生成され、鉄心ユニット３１は磁気分路（ｍａｇｎｅｔｉｃｓｈｕｎｔ）によりすぐに消磁され、渦電流が生成されてコイルＬと連結される。こうして、コイルＬから逆起電力によって生成された電流と渦電流とを含む電流が出力され、ダンピングキャパシタＣ_ｄに蓄積される。

同様に、図１２に示されているように、第１のスイッチＳ３と第２のスイッチＳ２が同時に閉じられ、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ４とが同時に開けられた場合、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃが第１のスイッチＳ３と第２のスイッチＳ２を介してコイルＬに電気的に連結され、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃからの電流がコイルＬに出力され、コイルＬが励起されると、磁場が生成され、鉄心ユニット３１が磁化される。こうして、鉄心ユニット３１が急激に磁気飽和になり、すぐに磁石になる。

続いて、図１３に示されているように、第１のスイッチＳ３と第２のスイッチＳ２とが同時に開けられた場合、コイルＬはフリーホイールダイオードＤ_ｆ１、Ｄ_ｆ４を介してダンピングキャパシタＣ_ｄと連結される。この時、逆起電力によってコイルＬで電流が生成され、鉄心ユニット３１は磁気分路（ｍａｇｎｅｔｉｃｓｈｕｎｔ）によりすぐに消磁され、渦電流が生成されコイルＬと連結される。こうして、コイルＬから逆起電力によって生成された電流と渦電流とを含む電流が出力され、ダンピングキャパシタＣ_ｄに蓄積される。

このように、制御信号が受信されると、第１のスイッチＳ１、第２のスイッチＳ４と第１のスイッチＳ２、第２のスイッチＳ３とが入れ替わって電気的に導通することによって、鉄心ユニット３１にて磁化と消磁とが急速に繰り返される。こうして、鉄心ユニット３１は、渦電流を生成し続けると共に、ダンピングキャパシタＣ_ｄに蓄積し続ける。

また、こうしているうちに、ダンピングキャパシタＣ_ｄにかかる電圧がＤＣ電源Ｖ_ｄｃよりも高くなると、ダンピングキャパシタＣ_ｄから蓄積された電気エネルギーがＤＣ電源Ｖ_ｄｃに出力される。このように、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃに蓄積される電気エネルギーの量を上げることができる。

なお、この実施形態では、スイッチング回路６は、振幅が約１２Ｖ、定周波数が約１０ＫＨｚである制御信号をもって制御するようにしているが、これに制限されない。また、鉄心ユニット３１の磁気飽和に達する時刻を制御し、鉄心ユニット３１が消磁されたときに生成された渦電流が最大になるように制御信号の導通周期（ｄｕｔｙｃｙｃｌｅ）を調節するようにしてもよい。

（第３の実施形態）
図１４と図１５は、本発明に係る磁電気装置の第３の実施形態におけるリラクタンス成分４を構成する鉄心ユニット４１、第１のコイルＬ１及び第２のコイルＬ２を示している。鉄心ユニット４１は、第１のケイ素鋼板のセット４２と、第２のケイ素鋼板のセット４３と、第１のケイ素鋼板のセット４２及び第２のケイ素鋼板のセット４３の間に挟まれるように設けられた誘導性のアモルファス鉄心４４とを備えている。鉄心ユニット４１は、矩形のループ形状に形成された第１のセグメントと、第１のセグメントの向かい合って配置された部分の間に延伸されるように、第１のセグメントによって取り囲まれて設けられた第２のセグメントとからなり、全体で「日」の字形に形成されている。第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２はそれぞれ、第１のケイ素鋼板のセット４２と、第２のケイ素鋼板のセット４３とに対応して緩く巻き回され、鉄心ユニット４１の第１のセグメントにおける第２のセグメントから離れた両側にそれぞれ設けられた第１のセクションと第２のセクションとに連結されている。

第１のコイルＬ１と第２のコイルＬ２とが鉄心ユニット４１に緩く連結され、第１のケイ素鋼板のセット４２、第２のケイ素鋼板のセット４３及びアモルファス鉄心４４の間にエアギャップが形成されないので、第１のコイルＬ１が電流によって励起されると鉄心ユニット４１が磁化され、また、第１のコイルＬ１への電流の供給が停止されると、鉄心ユニット４１が素早く消磁される。こうして、正磁気減衰効果（磁気分路）が発生し、第２のコイルＬ２に流れる渦電流が生成される。結果として、第２のコイルＬ２によって出力された磁気エネルギーが増える。

図１６に示されているように、第３の実施形態に係る磁電気装置は、例えばＤＣ電源Ｖ_ｄｃ（例えば充電式バッテリー）から電気エネルギーが入力されるように構成され、リラクタンス成分４（図１４、図１５）と、第２のコイルＬ２に並列に接続され、第２のコイルＬ２とにより共振回路に構成されたダンピングキャパシタＣ_ｄと、スイッチング回路８と、ダンピングキャパシタＣ_ｄがＤＣ電源Ｖ_ｄｃの正極及び負極と連結された全波整流回路８０とを備えている。

スイッチング回路８は、第１のコイルＬ１の一端部及びＤＣ電源Ｖ_ｄｃの正極の間に連結された第１のスイッチＳ１と、第１のコイルＬ１の他端部及びＤＣ電源Ｖ_ｄｃの負極の間に連結された第２のスイッチＳ２と、第１のスイッチＳ１と並列に接続され、第１のコイルＬ１の一端部と連結されたアノードを有する第１のフリーホイールダイオードＤｆ１と、第２のスイッチＳ２と並列に接続され、第１のコイルＬ１の他端部と連結されたカソードを有する第２のフリーホイールダイオードＤｆ２とを有する。

図１７に示されているように、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２とが同時に閉じられた場合、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃは第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２とを介して第１のコイルＬ１と連結され、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃから電流が第１のコイルＬ１に出力され、第１のコイルＬ１が励起されると、磁場が生成され、鉄心ユニット４１が磁化される。こうして、鉄心ユニット４１はすぐに磁気飽和になり素早く磁石になる。

続いて、図１８に示されているように、第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２が同時に切り替えられて開けられた場合、磁気分路によって鉄心ユニット４１はすぐに消磁されると共に、渦電流が生成され第２のコイルＬ２と連結され、電流がダンピングキャパシタＣｄに蓄積される。

このように、制御信号が受信されると、第１のスイッチＳ１と第２のスイッチＳ２とが同時に電気的に導通したり遮断したりすることによって、鉄心ユニット４１にて磁化と消磁とが急速に繰り返される。こうして、鉄心ユニット４１は第２のコイルＬ２に連結されるように渦電流を生成し続けると共に、ダンピングキャパシタＣ_ｄに蓄積し続ける。

なお、この実施形態では、制御信号は定周波数を有しているので、制御信号の振幅を調節すると、第２のコイルＬ２はダンピングキャパシタＣ_ｄと協同して共振回路に構成し、ダンピングキャパシタＣ_ｄにて正弦波共振信号が生成される。全波整流回路８０は、ＤＣ電流Ｖ_ｄｃに電気エネルギーを蓄積するように正弦波共振信号を脈動ＤＣ信号に整流する。

以上により、本発明に係る磁電気装置は、スイッチング回路による制御によってＤＣ電源Ｖ_ｄｃ及び鉄心ユニットにおけるリラクタンス成分に巻き回されたコイルの間が電気的に導通され、コイルに発生した磁場によって鉄心ユニットが磁化され磁石になる。次いで、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃ及びコイルの間を遮断すると、鉄心ユニットが消磁され、鉄心ユニットに巻き回されたコイルに連結されるように渦電流が生成される。こうして、中断することなく連続的に電気エネルギーがダンピングキャパシタに蓄積される。また、ダンピングキャパシタＣｄにかかる電圧がＤＣ電源Ｖ_ｄｃよりも高くなると、ダンピングキャパシタＣｄから蓄積された電気エネルギーがＤＣ電源Ｖ_ｄｃに出力される。このように、正磁気減衰効果を有する鉄心ユニットの磁気エネルギーが電気エネルギーに変換され出力されることによって、出力される電気エネルギーが増えるので、ＤＣ電源Ｖ_ｄｃに蓄積される電気エネルギーの量を上げることができる。

２：リラクタンス成分
３：リラクタンス成分
４：リラクタンス成分
５：スイッチング回路
６：スイッチング回路
８：スイッチング回路
２１：鉄心ユニット
２２：鉄心
２３：永久磁石
３１：鉄心ユニット
３２：鉄心
３３：鉄心
３４：永久磁石
４１：鉄心ユニット
Ｃ_ｄ：ダンピングキャパシタ
Ｄ_１：ダイオード
Ｄ_２：ダイオード
Ｄ_ｆ１：フリーホイールダイオード
Ｄ_ｆ２：フリーホイールダイオード
Ｄ_ｆ３：フリーホイールダイオード
Ｄ_ｆ４：フリーホイールダイオード
Ｌ：コイル
Ｌ１：コイル
Ｌ２：コイル
Ｓ１：スイッチ
Ｓ２：スイッチ
Ｓ３：スイッチ
Ｓ４：スイッチ
Ｖ_ｄｃ：直流（ＤＣ）電源

Claims

容量性と誘導性とを兼ねて有するように少なくとも１種の鉄心材料によって作られ、ループ形状に形成された第１のセグメントと前記第１のセグメントと連結された第２のセグメントとにより構成された鉄心ユニットと、前記鉄心ユニットに緩く結合されるように巻き回された少なくとも一つのコイルとを有する少なくとも一つのリラクタンス成分と、
前記少なくとも一つのコイルと連結され、前記コイルとにより共振回路に構成された少なくとも一つのダンピングキャパシタと、
前記少なくとも一つのコイル及び直流電源と電気的に連結され、前記コイルを励磁するよう前記少なくとも一つのコイルと前記直流電源との間を導通状態にするように制御し、前記鉄心ユニットが磁気飽和を起こすと、前記少なくとも一つのコイルと前記直流電源との間を非導通状態にし、変動磁場が発生すると共に前記共振回路に流れる渦電流が発生し、前記ダンピングキャパシタに電気エネルギーを蓄積するように構成されたスイッチング回路と
を備えていることを特徴とする磁電気装置。
前記第１のセグメントは、容量性と誘導性とを兼ねて有するｐｎ型半導体からなった鉄心であり、
前記第２のセグメントは、前記鉄心に取り囲まれるように設けられた永久磁石であり、前記鉄心における対向部分にそれぞれ隣接する相反する両端を有し、
前記少なくとも一つのコイルは、前記第１のセグメントに巻き回されて設けられた一つのコイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁電気装置。
前記スイッチング回路は、第１のスイッチと、第２のスイッチと、第１のダイオードと、第２のダイオードとを有し、
前記第１のスイッチは、前記コイルの一端部及び前記直流電源の正極の間に連結され、
前記第２のスイッチは、前記コイルの他端部及び前記直流電源の負極の間に連結され、
前記第１のダイオードは、前記コイルの一端部と連結されたカソードと、前記直流電源の負極と連結されたアノードとを有し、
前記第２のダイオードは、前記コイルの他端部と連結されたアノードと、前記直流電源の正極と連結されたカソードとを有し、
前記スイッチング回路は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを同時に電気的に導通させると共に遮断させるように作動可能であることを特徴とする請求項２に記載の磁電気装置。
前記鉄心は、固体インダクターであることを特徴とする請求項２に記載の磁電気装置。
前記鉄心ユニットは、ループ形状に形成された誘導性のＭｎ−Ｚｎ鉄心と、ループ形状に形成された容量性のＮｉ−Ｚｎ鉄心とを同心状に積み重ねて前記第１のセグメントとして構成され、
前記第２のセグメントは、前記第１のセグメントによって取り囲まれて設けられた永久磁石として構成され、前記第１のセグメントに隣接して配置された相反する両端を有し、
前記少なくとも一つのコイルは、前記第１のセグメントに巻き回された一つのコイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の磁電気装置。
前記スイッチング回路は、前記直流電源に並列に接続されている二つのブリッジアームを有し、
前記二つのブリッジアームはそれぞれ、第１のスイッチと、第２のスイッチと、第１のフリーホイールダイオードと、第２のフリーホイールダイオードとを有し、
前記第１のスイッチは、前記直流電源の正極と連結された一端を有し、
前記第２のスイッチは、前記第１のスイッチの他端及び前記直流電源の負極の間に連結され、
前記第１のフリーホイールダイオードは、前記第１のスイッチと並列に連結され、前記直流電源の正極と連結されたカソードを有し、
前記第２のフリーホイールダイオードは、前記第２のスイッチと並列に連結され、前記直流電源の負極と連結されたアノードを有し、
前記コイルは、前記二つのブリッジアームの前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとの共通ノードの間に連結され、
前記スイッチング回路は、前記二つのブリッジアームにおける一つのブリッジアームの前記第１のスイッチと他の一つのブリッジアームの前記第２のスイッチとを同時に電気的に導通させてから、前記一つのブリッジアームの前記第２のスイッチと前記他の一つのブリッジアームの前記第１のスイッチとを遮断させるように作動可能であることを特徴とする請求項５に記載の磁電気装置。
前記鉄心ユニットにおいて、前記第２のセグメントが前記第１のセグメントの向かい合って配置された部分の間に延伸されるように前記第１のセグメントによって取り囲まれて設けられ、
前記鉄心ユニットは、第１のケイ素鋼板のセットと、第２のケイ素鋼板のセットと、前記第１のケイ素鋼板のセット及び前記第２のケイ素鋼板のセットの間に挟まれるように設けられた誘導性のアモルファス鉄心とを備え、
前記少なくとも一つのコイルは、前記第１のケイ素鋼板のセットと、前記第２のケイ素鋼板のセットとに対応して緩く巻き回された第１のコイルと第２のコイルとを有し、
前記第１のコイルと前記第２のコイルとは、前記第１のセグメントにおける前記第２のセグメントから離れた両側にそれぞれ設けられた第１のセクションと第２のセクションとに連結されていることを特徴とする請求項１に記載の磁電気装置。
更に前記ダンピングキャパシタが前記直流電源の正極及び負極の間に連結された全波整流回路を有し、
前記ダンピングキャパシタと前記第２のコイルとにより前記共振回路に構成され、
前記スイッチング回路は、前記第１のコイルの一端部及び前記直流電源の正極の間に連結された第１のスイッチと、前記第１のコイルの他端部及び前記直流電源の負極の間に連結された第２のスイッチと、前記第１のスイッチと並列に接続され、前記第１のコイルの一端部と連結されたアノードを有する第１のフリーホイールダイオードと、前記第２のスイッチと並列に接続され、前記第１のコイルの他端部と連結されたカソードを有する第２のフリーホイールダイオードとを有し、
前記スイッチング回路は、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを電気的に導通させてから、同時に遮断させるように作動可能であることを特徴とする請求項７に記載の磁電気装置。