JP2017188564A - 電源トランス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力電磁石１０の端面と永久磁石３０の磁極面との間から生じる磁力線を適切に利用できる電源トランス装置を提供する。
【解決手段】電源から電力が入力されるコイルを備える入力電磁石１０と、電磁誘導によって生じた電力を出力するコイルを備える出力電磁石２０と、入力電磁石１０の鉄芯１５の一方端面１１と他方端面１２との間に配置される永久磁石３０と、一方端面１１と永久磁石３０の一方磁極面３１とが接触された一方の磁石密着部５１と、他方端面１２と永久磁石３１の他方磁極面３２とが接触された他方の磁石密着部５２と、一方の磁石密着部５１近傍に磁性体同士による接触がないように隙間をあけて位置される出力電磁石２０の一方端部２１と、他方の磁石密着部５２の近傍に磁性体同士による接触がないように隙間をあけて位置される出力電磁石２０の他方端部２２とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、電源から電力が入力されるコイルを備える入力電磁石と、電磁誘導によって生じた電力を出力するコイルを備える出力電磁石とを備える電源トランス装置に関する。

従来、電磁石から成る磁気回路を少なくとも１つ有し、該電磁石の両磁極片を、該両磁極片の端面がその間に内側の空隙を形成するように構成し、さらに外側空隙の中を運動する接極子を少なくとも１つ有し、該接極子を前記内側の空隙に隣り合うように設け、さらに該接極子は前記の磁気回路と磁気的に共働するようにされている、迅速な切り換え過程を形成するための電磁切り換え装置において、磁極片の端面の間の内側空隙の領域に永久磁石を設け、該永久磁石のＮ極およびＳ極がそれぞれ端面に隣り合うようにしたことを特徴とする迅速な切り換え過程を形成するための電磁切り換え装置（特許文献１参照）が、開示されている。

特表平０１−５０２７０５号公報（請求の範囲）

電源トランス装置に関して解決しようとする問題点は、入力電磁石の端面と永久磁石の磁極面との間から生じる磁力線を適切に利用したトランスが提案されていないことである。
そこで本発明の目的は、入力電磁石の端面と永久磁石の磁極面との間から生じる磁力線を適切に利用できる電源トランス装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために次の構成を備える。
本発明に係る電源トランス装置の一形態によれば、電源から電力が入力されるコイルを備える入力電磁石と、電磁誘導によって生じた電力を出力するコイルを備える出力電磁石と、前記入力電磁石の鉄芯の一方端面と他方端面との間に配置される永久磁石と、前記一方端面と前記永久磁石の一方磁極面とが接触された一方の磁石密着部と、前記他方端面と前記永久磁石の他方磁極面とが接触された他方の磁石密着部と、前記一方の磁石密着部の近傍に磁性体同士による接触がないように隙間をあけて位置される前記出力電磁石の一方端部と、前記他方の磁石密着部の近傍に磁性体同士による接触がないように隙間をあけて位置される前記出力電磁石の他方端部とを備える。

また、本発明に係る電源トランス装置の一形態によれば、一対の前記入力電磁石の間に、一対の前記永久磁石が配されることで閉ループ状に設けられ、これに対応して一対の前記出力電磁石が配置されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る電源トランス装置の一形態によれば、前記入力電磁石の鉄芯の一方端面部と他方端面部とが、櫛歯状に設けられ、それぞれに対応する前記出力電磁石の鉄芯の前記一方端部と前記他方端部とに設けられた格子状部に交錯するように配されていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る電源トランス装置の一形態によれば、前記出力電磁石の鉄芯の一方端部と他方端部とが、それぞれに対応する前記一方の磁石密着部と前記他方の磁石密着部との周囲を囲うように設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明に係る電源トランス装置の一形態によれば、前記隙間が０．３〜０．７ｍｍであることを特徴とすることができる。

本発明に係る電源トランス装置によれば、入力電磁石の端面と永久磁石の磁極面との間から生じる磁力線を適切に利用できるという特別有利な効果を奏する。

本発明に係る電源トランス装置の形態例を模式的に示す断面図である。 図１の形態例の平面図である。 図１の形態例のＡ−Ａ線断面における一部を示した要部断面図である。 本発明に係る電源トランス装置の他の形態例を模式的に示す断面図である。 図４の形態例のＢ−Ｂ線断面における一部を示した要部断面図である。 本発明に係る電源トランス装置の他の形態例を模式的に示す断面図である。 出力電力の形態例を示す説明図であって、直流電流を出力する（ａ）はブロック図、（ｂ）は波形図である。 出力電力の形態例を示す説明図であって、交流電流を出力する（ａ）はブロック図、（ｂ）は波形図である。 出力電力の他の形態例を示す説明図であって、交流電流を出力する（ａ）はブロック図、（ｂ）は波形図である。 本発明に係る電源トランス装置の他の形態例を模式的に示す説明図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。

以下、本発明に係る電源トランス装置の形態例を図面（図１〜５）に基づいて説明する。
図１〜３に示した形態例は、一対の入力電磁石１０、１０の間に、一対の永久磁石３０、３０が配されることで閉ループ状に設けられ、これに対応して一対の出力電磁石２０、２０がその閉ループの外側に配置されている。これに対して、図４〜５に示した形態例は、一対の入力電磁石１０、１０の間に、一対の永久磁石３０、３０が配されることで閉ループ状に設けられ、これに対応して一対の出力電磁石２０、２０がその閉ループの内側に配置されている。

本発明では、基本構成として、電源から電力が入力されるコイル１３を備える入力電磁石１０と、電磁誘導によって生じた電力を出力するコイル２３を備える出力電磁石２０と、入力電磁石１０の鉄芯１５の一方端面１１と他方端面１２との間に配置される永久磁石３０とを備えている。

また、本発明では、永久磁石３０が、入力電磁石１０の鉄芯１５の一方端面１１と他方端面１２との間に配置されることで、一方端面１１と永久磁石３０の一方磁極面３１とが接触された一方の磁石密着部５１と、入力電磁石１０の鉄芯１５の他方端面１２と永久磁石３０の他方磁極面３２とが接触された他方の磁石密着部５２とを備える構成となっている。

そして、出力電磁石２０の一方端部２１が、一方の磁石密着部５１の近傍に磁性体同士による接触がないように隙間をあけて位置されると共に、出力電磁石２０の他方端部２２が、他方の磁石密着部５２の近傍に磁性体同士による接触がないように隙間をあけて位置されている。

これによれば、入力電磁石１０の電流がＯＦＦの時、磁力は、鉄芯１５と永久磁石３０とが密着しているため、その磁気を外に出さない。
そして、入力電磁石１０の電流がＯＮの時（コイル１３に電流が流れた時）、永久磁石３０の各磁極面３１、３２と、鉄芯１５の各端面１１、１２とを、同磁極にすると、各磁極の接点（一方の磁石密着部５１、他方の磁石密着部５２）近くに合成された大きな磁力を出すことになる。この磁力は、出力電磁石２０の鉄芯２５を回り、出力のコイル２３によって大きな電流を取り出すことができ、変圧器として機能できる。

例えば、図１などに示すように、本形態例の永久磁石３０では、一方磁極面３１がＮ極になっており、他方磁極面３２がＳ極になっている。また、本形態例の入力電磁石１０では、その入力電磁石１０の電流がＯＮの時、一方端面１１がＮ極となり、他方端面１２がＳ極となるように構成されている。これによって電磁誘導がなされ、本形態例の出力電磁石２０では、入力電磁石１０の電流がＯＮの時、一方端部２１がＳ極となり、他方端部２２がＮ極となり、電流が流れる。そして、この入力電磁石１０の入力電流に係るスイッチのＯＮ・ＯＦＦが繰り返されることによって、出力電磁石２０の出力のコイル２３に出力電流が断続的に流れることになる。

図示した二つの形態例では、一対の入力電磁石１０、１０の間に、一対の永久磁石３０、３０が配されることで閉ループ状に設けられ、これに対応して一対の出力電磁石２０、２０が配置されている形態になっている。これによれば、効率的な形態の電源トランス装置を構成することができる。但し、本発明はこれに限定されることなく、一つの入力電磁石１０に対応して一つの出力電磁石２０を備える構成でもよいのは勿論である。

また、本形態例では、入力電磁石１０の鉄芯１５の一方端面部１１Ａと他方端面部１２Ａとが、櫛歯状に設けられ、それぞれに対応する出力電磁石２０の鉄芯の一方端部２１と他方端部２２とに設けられた格子状部２１ａ、２２ａに交錯するように配されている。
これによれば、より強力な磁力を発生させることができ、その電磁誘導によって、より大きな電流によるより大きく効率的な電力を得ることができる。

さらに、本形態例では、出力電磁石２０の鉄芯２５の一方端部２１と他方端部２２とが、それぞれに対応する一方の磁石密着部５１と他方の磁石密着部５２との周囲を囲うように設けられている。
これによれば、発生した磁力を逃がさないように、出力電磁石２０の鉄芯の一方端部２１と他方端部２２とで受けることができ、効率的に電力を発生できる。
なお、鉄芯１５、２５としては、効率を向上させるため、電磁鋼板を利用できることは勿論である。

また、入力電磁石１０の鉄芯１５の一方端面部１１Ａと他方端面部１２Ａ及び永久磁石３０に対し、出力電磁石２０の鉄芯の一方端部２１と他方端部２２とが接触しないように位置する隙間が、狭いほどよく、実際には０．３〜０．７ｍｍ程度であると、強い磁力を出力電磁石２０の鉄芯２５の一方端部２１と他方端部２２とで受けることができる。
なお、この隙間は、磁性体同士の間に設けられるスペースであればよく、非磁性体を挟むことで、その非磁性体を介在させて設けてもよいのは勿論である。

次に、以上に説明した原理を応用した形態例について、図面（図６〜１０）に基づいて説明する。
図６に示す形態例では、入力電磁石１０の鉄芯１５の一方端面部１１Ａと他方端面部１２Ａ及び永久磁石３０に対し、出力電磁石２０の鉄芯２５の一方端部２１と他方端部２２とが近接するそれぞれの表面部分について、各部が相互に対応してより広い表面積で近接するように円錐や四角錐などの形態に設けられている。これによれば、電源トランス装置の効率を向上できる。なお、入力電磁石１０の鉄芯１５の一方端面部１１Ａと他方端面部１２Ａに対し、永久磁石３０の一方磁極面３１と他方磁極面３２のそれぞれが密着する面は、永久磁石の飽和磁束による面よりも大きな表面積としておくといよい。

次に、以上の原理によって発生させた電力の利用方法について説明する。
先ず、図７（ａ）のブロック図に示すように、本形態例の出力電磁石２０を電源とする出力電力源によれば、その出力電力源がＡとＢの二つあった場合、ＡとＢに係るスイッチングによって交互に電力を出力してそれを統合すれば、図７（ｂ）の波形図のように、１／２サイクルの正弦波が連続する波形の直流電流を得ることができる。

また、図８（ａ）のブロック図に示すように、本形態例の出力電磁石２０を電源とする出力電力源によれば、その出力電力源がＡとＢの二つあった場合であって、一つのコイルに電力を出力するように配線した場合、図示したように半導体ダイオードなどの電力の逆流防止器を配線することで、ＡとＢに係るスイッチングによって交互に電力を出力してそれを統合すれば、図８（ｂ）の波形図のように、正弦波が連続する波形の交流電流を得ることができる。

また、図９（ａ）のブロック図に示すように、本形態例の出力電磁石２０を電源とする出力電力源によれば、その出力電力源がＡとＢの二つあった場合であって、二つのコイルを介してトランスの効果を利用して一つのコイルに電力を出力するように配線した場合、図示したように半導体ダイオードなどの電力の逆流防止器を配線することで、ＡとＢに係るスイッチングによって交互に電力を出力してそれを統合すれば、図９（ｂ）の波形図のように、正弦波が連続する波形の交流電流を得ることができる。

さらに、図１０に示す形態例では、入力側の一次コイル１３を両側に配することで二つ設け、真中に出力側の二次コイル２３を一つ配すると共に、その二次コイル２３については二台分に相当するように構成されている。これによれば、二つの一次コイル１３に対応して、一つの二次コイル２３によって二台分を合わせた大きな出力容量とすることができる。

以上、本発明につき好適な形態例を挙げて種々説明してきたが、本発明はこの形態例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施し得るのは勿論ことである。

１０ 入力電磁石
１１Ａ 一方端面部
１１ 一方端面
１２Ａ 他方端面部
１２ 他方端面
１３ コイル
１５ 鉄芯
２０ 出力電磁石
２１ 一方端部
２１ａ 格子状部
２２ 他方端部
２２ａ 格子状部
２３ コイル
２５ 鉄芯
３０ 永久磁石
３１ 一方磁極面
３２ 他方磁極面
５１ 一方の磁石密着部
５２ 他方の磁石密着部

Claims (5)

1. 電源から電力が入力されるコイルを備える入力電磁石と、
   電磁誘導によって生じた電力を出力するコイルを備える出力電磁石と、
   前記入力電磁石の鉄芯の一方端面と他方端面との間に配置される永久磁石と、
   前記一方端面と前記永久磁石の一方磁極面とが接触された一方の磁石密着部と、
   前記他方端面と前記永久磁石の他方磁極面とが接触された他方の磁石密着部と、
   前記一方の磁石密着部の近傍に磁性体同士による接触がないように隙間をあけて位置される前記出力電磁石の一方端部と、
   前記他方の磁石密着部の近傍に磁性体同士による接触がないように隙間をあけて位置される前記出力電磁石の他方端部とを備えることを特徴とする電源トランス装置。
2. 一対の前記入力電磁石の間に、一対の前記永久磁石が配されることで閉ループ状に設けられ、これに対応して一対の前記出力電磁石が配置されていることを特徴とする請求項１記載の電源トランス装置。
3. 前記入力電磁石の鉄芯の一方端面部と他方端面部とが、櫛歯状に設けられ、それぞれに対応する前記出力電磁石の鉄芯の前記一方端部と前記他方端部とに設けられた格子状部に交錯するように配されていることを特徴とする請求項１又は２記載の電源トランス装置。
4. 前記出力電磁石の鉄芯の一方端部と他方端部とが、それぞれに対応する前記一方の磁石密着部と前記他方の磁石密着部との周囲を囲うように設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電源トランス装置。
5. 前記隙間が０．３〜０．７ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電源トランス装置。