JP2023180953A - voltage conversion circuit - Google Patents

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JP2023180953A JP2022094652A JP2022094652A JP2023180953A JP 2023180953 A JP2023180953 A JP 2023180953A JP 2022094652 A JP2022094652 A JP 2022094652A JP 2022094652 A JP2022094652 A JP 2022094652A JP 2023180953 A JP2023180953 A JP 2023180953A
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Koichi Murakawa
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Abstract

To provide a circuit that achieves efficient voltage conversion through coupling of a permanent magnet and an electromagnet.SOLUTION: A voltage conversion circuit solves the problem by: coupling one or two permanent magnets 2 at a center position of symmetry of a ferromagnetic substance 1 that is symmetry and exhibits a closed shape, or positions on both sides at an equal distance from the center position; winding and attaching, on both sides of the permanent magnet 2, primary coils 31 wound in directions opposite to each other and connected with each other by a same number of winding wires; winding and attaching, on further both sides of the primary coils 31 on both sides, secondary coils 32 by the same number of winding wires; and applying, to both ends of the primary coils 31 wound and attached to both sides, a direct current by a rectangular pulse generating a magnetic field in a same direction as a magnetic filed formed by the permanent magnet 2 or a basic sine wave having a specified amplitude and angular frequency, or applying a weighted sinusoidal voltage in which doubled sinusoidal voltages having a selectable amplitude and n times angular frequency (n≥2) are sequentially weighted to the basic sine wave.SELECTED DRAWING: Figure 1(a)

Description

本発明は、永久磁石と電磁石とのとの結合に基づく電圧変換回路を対象としている。 The present invention is directed to a voltage conversion circuit based on a combination of a permanent magnet and an electromagnet.

鉄等の強磁性体に一次コイル及び二次コイルを巻着し、かつ一次コイル側に正弦波による交流電圧を印加しているトランスにおいては、通常、強磁性体と永久磁石との結合構成は採用されていない。 In a transformer in which a primary coil and a secondary coil are wound around a ferromagnetic material such as iron, and a sinusoidal AC voltage is applied to the primary coil side, the coupling configuration between the ferromagnetic material and the permanent magnet is usually Not adopted.

換言するならば、通常のトランスにおいては、特に永久磁石は介在していない。 In other words, in a normal transformer, no permanent magnet is involved.

但し、永久磁石と電磁石との結合構成に関する公知技術は、これまで色々な技術分野において提唱されている。 However, publicly known techniques regarding the coupling configuration of permanent magnets and electromagnets have been proposed in various technical fields.

例えば、特許文献1においては、2つの電磁石の磁心端部で磁力の強い永久磁石のNS極両面をはさみ、その下に磁力の強い永久磁石を反発しあうように1個あるいは複数個配置し、少ない電力で強い駆動力を発生する磁力増幅駆動装置が提唱されている(図1及び要約書の解決手段の項)。 For example, in Patent Document 1, both sides of the north and south poles of a permanent magnet with strong magnetic force are sandwiched between the magnetic core ends of two electromagnets, and one or more permanent magnets with strong magnetic force are arranged below so as to repel each other, A magnetic force amplification drive device that generates a strong driving force with a small amount of electric power has been proposed (see FIG. 1 and the solution section of the abstract).

しかしながら特許文献1は、メカニカルな駆動装置を提唱しているに過ぎず、永久磁石と電磁石との結合による電圧変換の構成を提唱している訳ではない。 However, Patent Document 1 only proposes a mechanical drive device, and does not propose a voltage conversion configuration using a combination of a permanent magnet and an electromagnet.

特許文献2は、永久磁石を備えている磁石ブロック3とコイルブロック4とを相互に変位可能とする振動発電装置EHと整流回路71とを備えているエネルギー変換装置1の構成を提唱している(要約書の解決手段及び図1)。 Patent Document 2 proposes a configuration of an energy conversion device 1 including a vibration power generation device EH and a rectifier circuit 71 that allow a magnet block 3 including a permanent magnet and a coil block 4 to be mutually displaced. (Summary Solution and Figure 1).

前記構成は、永久磁石と電磁石との結合による電圧変換回路を形成している。 The above configuration forms a voltage conversion circuit by combining a permanent magnet and an electromagnet.

しかしながら、特許文献2によるエネルギー変換装置の構成は、極めて複雑である一方、磁石ブロック3とコイルブロック4との相対的な変位を必要不可欠としており、操作が相当煩雑である。 However, the configuration of the energy conversion device according to Patent Document 2 is extremely complicated, and requires relative displacement between the magnet block 3 and the coil block 4, making the operation considerably complicated.

このように、従来技術においては、永久磁石と電磁石とのシンプルな結合によって、効率的な電圧の変換を実現するような構成は提唱されていない。 As described above, in the prior art, no structure has been proposed that achieves efficient voltage conversion through a simple combination of a permanent magnet and an electromagnet.

特開2013-223416号公報JP2013-223416A 特開2014-36462号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-36462

本発明は、永久磁石と電磁石とのシンプルな結合構成によって、効率的な電圧変換を実現するような構成を提供することを課題としている。 An object of the present invention is to provide a configuration that realizes efficient voltage conversion using a simple coupling configuration of a permanent magnet and an electromagnet.

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、
(1)両サイドが対称であって閉形状を呈している強磁性体の当該対称状態を形成している2か所の中心位置に、1個の永久磁石を架設するか若しくは極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設するか、又は当該2か所の中心位置から等距離にある両側の各位置に、1個の永久磁石を架設することによって結合するか若しくは極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設することによって結合すると共に、当該1個若しくは2個の永久磁石の両サイドに、巻線方向が相互に反対であり、かつ同一の巻線数であって相互に接続されている一次コイルを巻着し、当該両側の一次コイルの更なる両サイドに同一の巻線数による二次コイルを巻着し、かつ両サイドに巻着された一次コイルの両端に対し、矩形パルスによる直流電圧を、永久磁石によって形成される磁界と同一方向の磁界を発生する方向にて印加している電圧変換回路、
(2)両サイドが対称であって閉形状を呈している強磁性体の当該対称状態を形成している2か所の中心位置に、1個の永久磁石を架設するか若しくは極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設するか、又は当該2か所の中心位置から等距離にある両側の各位置に、1個の永久磁石を架設することによって結合するか若しくは極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設することによって結合すると共に、当該1個若しくは2個の永久磁石の両サイドに、巻線方向が相互に反対であり、かつ同一の巻線数であって相互に接続されている一次コイルを巻着し、当該両側の一次コイルの更なる両サイドに同一の巻線数による二次コイルを巻着し、かつ両サイドに巻着された一次コイルの両端に対し、振幅及び角周波数が特定している基本正弦波を印加するか、又は当該基本正弦波に対し、振幅が選択自在であって、かつ角周波数がn倍である(但し、n≧2)倍増正弦波電圧を順次加重している加重正弦波電圧を印加している電圧変換回路、
からなる。
In order to solve the above problems, the basic configuration of the present invention is as follows:
(1) One permanent magnet is installed at the center position of two places forming the symmetrical state of a ferromagnetic material that is symmetrical on both sides and has a closed shape, or the polarity is in the same direction. Either two permanent magnets are placed facing each other and protrude in the same direction, or one permanent magnet is placed at each position on both sides equidistant from the center position of the two locations. or by protruding two permanent magnets with polarity in the same direction facing each other in the same direction, and a winding on both sides of the one or two permanent magnets. A primary coil with the same number of turns and opposite wire directions and connected to each other is wound, and a secondary coil with the same number of turns is wound on both sides of the primary coil on both sides. A DC voltage with rectangular pulses is applied to both ends of the primary coil, which is wrapped around a coil and wound on both sides, in a direction that generates a magnetic field in the same direction as the magnetic field formed by the permanent magnet. voltage conversion circuit,
(2) One permanent magnet is installed at the center position of two places forming the symmetrical state of a ferromagnetic material that is symmetrical on both sides and has a closed shape, or the polarity is in the same direction. Either two permanent magnets are placed facing each other and protrude in the same direction, or one permanent magnet is placed at each position on both sides equidistant from the center position of the two locations. or by protruding two permanent magnets with polarity in the same direction facing each other in the same direction, and a winding on both sides of the one or two permanent magnets. A primary coil with the same number of turns and opposite wire directions and connected to each other is wound, and a secondary coil with the same number of turns is wound on both sides of the primary coil on both sides. A fundamental sine wave with a specified amplitude and angular frequency is applied to both ends of the primary coil wrapped around the coil, or the amplitude can be freely selected for the fundamental sine wave. A voltage conversion circuit that applies a weighted sine wave voltage that sequentially weights a doubled sine wave voltage whose angular frequency is n times (however, n≧2),
Consisting of

基本構成(1)及び(2)の場合には、一次コイルにおいて形成される磁界に加えて、永久磁石による磁界が重畳されている。 In the case of basic configurations (1) and (2), a magnetic field generated by a permanent magnet is superimposed on the magnetic field formed in the primary coil.

その結果、基本構成(1)及び(2)においては、一次コイルの平均電圧を、永久磁石を採用しない場合に比し、増加させると共に、二次コイルにおいて発生する電圧及び実現する電力もまた、永久磁石を採用しない場合に比し、増加させることができる。
尚、上記増加については、実施形態の項において具体的計算に即して明らかにする通りである。
As a result, in basic configurations (1) and (2), the average voltage of the primary coil is increased compared to the case where no permanent magnet is used, and the voltage generated in the secondary coil and the power realized are also increased. This can be increased compared to the case where permanent magnets are not used.
Note that the above increase will be clarified in accordance with specific calculations in the embodiment section.

基本構成(1)及び(2)を構成する強磁性体、永久磁石、及び一次コイル並びに二次コイルの結合を示す回路図であって、強磁性体の対称状態を形成している2か所の中心位置に1個の永久磁石を架設する場合を示す回路図である。It is a circuit diagram showing the coupling of the ferromagnetic material, the permanent magnet, the primary coil, and the secondary coil constituting the basic configurations (1) and (2), where two locations form a symmetrical state of the ferromagnetic material. It is a circuit diagram showing the case where one permanent magnet is installed in the center position of. 基本構成(1)及び(2)を構成する強磁性体、永久磁石、及び一次コイル並びに二次コイルの結合を示す回路図であって、強磁性体の対称状態を形成している2か所の中心位置に極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設することによって結合する場合を示す回路図である。It is a circuit diagram showing the coupling of the ferromagnetic material, the permanent magnet, the primary coil, and the secondary coil constituting the basic configurations (1) and (2), where two locations form a symmetrical state of the ferromagnetic material. FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a case in which two permanent magnets having polarities in the same direction are protruded in the same direction at the center position of the permanent magnets so as to face each other. 基本構成(1)及び(2)を構成する強磁性体、永久磁石、及び一次コイル並びに二次コイルの結合を示す回路図であって、強磁性体の対称状態を形成している2か所の中心位置から等距離にある両側の各位置に1個の永久磁石を架設することによって結合する場合を示す回路図である。It is a circuit diagram showing the coupling of the ferromagnetic material, the permanent magnet, the primary coil, and the secondary coil constituting the basic configurations (1) and (2), where two locations form a symmetrical state of the ferromagnetic material. FIG. 3 is a circuit diagram showing a case in which one permanent magnet is installed at each position on both sides equidistant from the center position of the unit. 基本構成(1)及び(2)を構成する強磁性体、永久磁石、及び一次コイル並びに二次コイルの結合を示す回路図であって、強磁性体の対称状態を形成している2か所の中心位置から等距離にある両側の各位置に極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設することによって結合する場合を示す回路図である。It is a circuit diagram showing the coupling of the ferromagnetic material, the permanent magnet, the primary coil, and the secondary coil constituting the basic configurations (1) and (2), where two locations form a symmetrical state of the ferromagnetic material. FIG. 2 is a circuit diagram showing a case in which two permanent magnets having polarity in the same direction are provided facing each other and protruding in the same direction at respective positions on both sides equidistant from the center position of the magnet to couple the magnets. 永久磁石との結合によって発生する磁界と同等の磁界を発生する場合には、一次コイルにて電圧Vが発生しており、二次コイルにて電圧Vが発生していることを示す等価回路図である。 尚、点線は、永久磁石によって形成された磁界の方向を示す。When a magnetic field equivalent to the magnetic field generated by coupling with a permanent magnet is generated, a voltage V 1 is generated in the primary coil and a voltage V 2 is generated in the secondary coil. It is a circuit diagram. Note that the dotted line indicates the direction of the magnetic field formed by the permanent magnet. 基本構成(1)において、一次コイルに印加される矩形波電圧及び一次コイル並びに二次コイルを導通する電流の波形を示すグラフであって、(a)は、前記矩形波電圧を示し、(b)は、一次コイルを導通する電流の波形を示し、(c)は、二次コイルを導通する電流の波形を示す。2 is a graph showing the rectangular wave voltage applied to the primary coil and the waveform of the current flowing through the primary coil and the secondary coil in basic configuration (1), in which (a) shows the rectangular wave voltage, and (b) ) shows the waveform of the current flowing through the primary coil, and (c) shows the waveform of the current flowing through the secondary coil. 基本構成(2)において、一次コイルに振幅及び角周波数が特定している正弦波電圧を印加した場合に、一次コイルにて発生する入力電圧を示しており、(a)は、電圧の最低値が0より大きい直流の場合を示し、(b)は、電圧の最低値が0である直流電圧の場合を示し、(c)は、電圧の最低値が0よりも小さい交流電圧の場合を示す。In basic configuration (2), it shows the input voltage generated in the primary coil when a sine wave voltage with a specified amplitude and angular frequency is applied to the primary coil, and (a) shows the lowest voltage value. shows the case of DC voltage where is larger than 0, (b) shows the case of DC voltage where the minimum voltage value is 0, and (c) shows the case of AC voltage where the minimum voltage value is smaller than 0. . 基本構成(2)において、一次コイルに基本正弦波電圧だけでなく、倍増正弦波電圧を順次加重したことによる加重正弦波電圧を印加した場合に、一次コイルにて発生する入力電圧を示しており、(a)は、電圧の最低値が0より大きい直流の場合を示し、(b)は、電圧の最低値が0である直流電圧の場合を示し、(c)は、電圧の最低値が0よりも小さい交流電圧の場合を示す。In basic configuration (2), it shows the input voltage generated in the primary coil when not only the basic sine wave voltage but also a weighted sine wave voltage obtained by sequentially weighting the doubled sine wave voltage is applied to the primary coil. , (a) shows the case of DC voltage where the minimum voltage value is greater than 0, (b) shows the case of DC voltage where the minimum voltage value is 0, and (c) shows the case where the minimum voltage value is 0. The case of an AC voltage smaller than 0 is shown.

基本構成(1)及び(2)は、両サイドが対称であって閉形状を呈している強磁性体1において、図1(a)に示すように、当該対称状態を形成している2か所の中心位置に、1個の永久磁石2を架設するか若しくは図1(b)に示すように、当該対称状態を形成している2か所の中心位置に、極性が同一方向である2個の永久磁石2を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設するか、又は図1(c)に示すように、当該対称状態を形成している2か所の中心位置から等距離にある両側の各位置に、1個の永久磁石2を架設することによって結合するか若しくは図1(d)に示すように、当該対称状態を形成している2か所の中心位置から等距離にある両側の各位置に、極性が同一方向である2個の永久磁石2を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設することによって結合すると共に、当該1個若しくは2個の永久磁石2の両サイドに、巻線方向が相互に反対であり、かつ同一の巻線数であって相互に接続されている一次コイル31を巻着し、当該両側の一次コイル31の更なる両サイドに同一の巻線数による二次コイル32を巻着している。 Basic configurations (1) and (2) consist of a ferromagnetic material 1 that is symmetrical on both sides and has a closed shape, and two parts that form the symmetrical state as shown in FIG. 1(a). Either one permanent magnet 2 is installed at the central position of the area, or as shown in FIG. Permanent magnets 2 are provided facing each other and protruding in the same direction, or as shown in FIG. Either they are connected by installing one permanent magnet 2 at each position on both sides, or they are equidistant from the two center positions forming the symmetrical state, as shown in FIG. 1(d). At each position on both sides, two permanent magnets 2 having the same polarity are protruded in the same direction so as to face each other, and the two permanent magnets 2 are connected to each other. , the primary coils 31 whose winding directions are opposite to each other and have the same number of windings and are connected to each other are wound, and the same windings are wound on both sides of the primary coils 31 on both sides. A secondary coil 32 is wound around it depending on the number of wires.

永久磁石2を結合することによって、鉄等の強磁性体1によって閉形状を形成している芯においては図2の等価回路図に示すように、点線矢印に示すような磁界が発生し、その結果、一次コイル31には電圧Vが印加され、二次コイル32において電圧Vが印加された状態が実現している。 By combining the permanent magnets 2, a magnetic field as shown by the dotted arrow is generated in the core, which is formed into a closed shape by the ferromagnetic material 1 such as iron, as shown in the equivalent circuit diagram of FIG. As a result, a state is realized in which voltage V 1 is applied to the primary coil 31 and voltage V 2 is applied to the secondary coil 32.

このような場合、永久磁石2によって強磁性芯中に形成されている平均磁束をBとし、一次コイル31の両側における各巻線数をNとし、磁界Hに対応する磁束Bを発生させるために必要な電圧をVとし、かつ二次コイル32の両側における各巻線数をNとし、磁界Hに対応する磁束Bを発生させるために必要な電圧をVとし、しかも一次コイル31の抵抗値をRとし、二次コイル32の抵抗値をR(但し、通常二次コイル32自体の抵抗だけでなく、負荷の抵抗をも含む。)とし、透磁率をμとし、強磁性体1の断面が円形であって当該円形の直径をAとした場合には、マクスウェルの方程式に基づき、

Figure 2023180953000002
が成立する。 In such a case, let the average magnetic flux formed in the ferromagnetic core by the permanent magnet 2 be B, and let the number of each winding on both sides of the primary coil 31 be N1 , and in order to generate the magnetic flux B corresponding to the magnetic field H, The required voltage is V 1 , the number of turns on each side of the secondary coil 32 is N 2 , the voltage required to generate the magnetic flux B corresponding to the magnetic field H is V 2 , and the resistance of the primary coil 31 is The value is R1 , the resistance value of the secondary coil 32 is R2 (usually includes not only the resistance of the secondary coil 32 itself but also the resistance of the load), the magnetic permeability is μ, and the ferromagnetic material is If the cross section of 1 is circular and the diameter of the circle is A, then based on Maxwell's equations,
Figure 2023180953000002
holds true.

したがって、強磁性体1の断面が円形でない場合であっても、平均直径をAとした場合には、

Figure 2023180953000003
という近似式が成立する。 Therefore, even if the cross section of the ferromagnetic material 1 is not circular, if the average diameter is A, then
Figure 2023180953000003
The following approximate expression holds true.

基本構成(1)の技術的意義について、以下の通り説明する。 The technical significance of basic configuration (1) will be explained as follows.

一次コイル31における自己インダクタンスをLとし、一次コイル31の抵抗をRとし、図3(a)に示すように、永久磁石2との結合に基づく定常電圧Vに加えて、パルス幅をTとし、周期をT+Tとする矩形波電圧ΔVを印加した場合の一次コイル31の誘起電流Iについては、

Figure 2023180953000004
が成立する。 The self-inductance in the primary coil 31 is L, the resistance of the primary coil 31 is R1 , and as shown in FIG. 3(a), in addition to the steady voltage V1 based on the coupling with the permanent magnet 2, the pulse width is T 1 , and when a rectangular wave voltage ΔV 1 with a period of T 1 +T 2 is applied, the induced current I 1 in the primary coil 31 is as follows:
Figure 2023180953000004
holds true.

に対応する定常電流Iについては、

Figure 2023180953000005
である。 For the steady current I 1 corresponding to V 1 ,
Figure 2023180953000005
It is.

ΔVに対応する各周期毎の誘起電流ΔIについては、
0≦t≦Tの段階では、

Figure 2023180953000006
が成立し、
≦t≦T+Tの段階では、
Figure 2023180953000007
が成立する。 Regarding the induced current ΔI 1 for each period corresponding to ΔV 1 ,
0≦t≦T At stage 1 ,
Figure 2023180953000006
is established,
At the stage of T 1 ≦t≦T 1 +T 2 ,
Figure 2023180953000007
holds true.

かくして、図3(b)に示すように、

Figure 2023180953000008
(但し、0≦t≦t
Figure 2023180953000009
(但し、T≦T≦t+t
を得ることができる。 Thus, as shown in Figure 3(b),
Figure 2023180953000008
(However, 0≦t≦t 1 )
Figure 2023180953000009
(However, T 1 ≦T≦t 1 +t 2 )
can be obtained.

上側の誘起電流と左右両側の相互に対応する各一次コイル31と各左右両側の二次コイル32との相互インダクタンスをMとし、当該二次コイル32の各自己インダクタンスをL´とし、二次コイル32側の抵抗値をRとし、二次コイル32を導通する電流をIとした場合には、永久磁石2との結合に基づく直流電圧V及び前記Iに対応して、二次コイル32側を導通する誘起電流Iについては、以下のような一般式が成立する。

Figure 2023180953000010
Let M be the mutual inductance between the upper induced current and the corresponding primary coils 31 on both the left and right sides and the secondary coils 32 on both the left and right sides, L' be the self-inductance of the secondary coils 32, and let the secondary coils If the resistance value on the 32 side is R2 and the current flowing through the secondary coil 32 is I2 , then the secondary Regarding the induced current I 2 conducting on the coil 32 side, the following general formula holds true.
Figure 2023180953000010

一次コイル31と二次コイル32との間に強磁性体1が介在していることから、前記相互インダクタンスMは、強磁性体1が介在していない場合よりも大きな値を呈している。 Since the ferromagnetic material 1 is interposed between the primary coil 31 and the secondary coil 32, the mutual inductance M has a larger value than when the ferromagnetic material 1 is not interposed.

前記誘起電流Iのうち、前記直流電圧Vに対応する定常電流Iは、

Figure 2023180953000011
である。 Of the induced current I 2 , the steady current I 2 corresponding to the DC voltage V 2 is:
Figure 2023180953000011
It is.

MdI1/dtに対応する誘起電流ΔIについては、
0≦t≦Tの段階では、

Figure 2023180953000012
が成立し、
≦t≦T+Tの段階では、
Figure 2023180953000013
が成立する。
尚、[数11]におけるt=0の値と、[数12]におけるt=Tの値が同一値であり、かつ符号が逆転しているが、当該逆転の原因は、[数9]におけるMdI/dtがt=Tの前後において符号が-から+に変化していることにある。 Regarding the induced current ΔI2 corresponding to MdI1/dt,
0≦t≦T At stage 1 ,
Figure 2023180953000012
is established,
At the stage of T 1 ≦t≦T 1 +T 2 ,
Figure 2023180953000013
holds true.
Note that the value of t=0 in [Equation 11] and the value of t=T 1 in [Equation 12] are the same value and have reversed signs, but the cause of the reversal is [Equation 9] The reason is that the sign of MdI 1 /dt changes from - to + before and after t=T 1 .

かくして、二次コイル32の誘起電流Iについては、図3(c)に示すように、

Figure 2023180953000014
(但し、0≦t≦T
Figure 2023180953000015
(但し、T≦t≦T+T
が成立する。
尚、図3においては、T>Tを示すが、TとTの大小関係は、T<T、更には後述する実施例のようにT=Tの場合の何れをも選択することができる。 Thus, the induced current I2 of the secondary coil 32 is as shown in FIG. 3(c).
Figure 2023180953000014
(However, 0≦t≦T 1 )
Figure 2023180953000015
(However, T 1 ≦t≦T 1 +T 2 )
holds true.
Although T 1 > T 2 is shown in FIG. 3, the magnitude relationship between T 1 and T 2 is different from T 1 <T 2 or even when T 1 = T 2 as in the example described later. can also be selected.

したがって、両側の各二次コイル32において形成されている二次コイル32側における発生電圧Vについては、

Figure 2023180953000016
(但し、0≦t≦t
Figure 2023180953000017
(但し、T≦t≦T+T
が成立する。 Therefore, regarding the voltage V generated on the secondary coil 32 side formed in each secondary coil 32 on both sides,
Figure 2023180953000016
(However, 0≦t≦t 1 )
Figure 2023180953000017
(However, T 1 ≦t≦T 1 +T 2 )
holds true.

仮に図1(a)、図1(b)、図1(c)、図1(d)において、永久磁石2を結合していないのであれば、前記Vにおいて、V=0である。 If the permanent magnet 2 is not coupled in FIGS. 1(a), 1(b), 1(c), and 1(d), then V 2 =0.

したがって、永久磁石2との結合によって、図2の等価回路図における電圧Vの分だけ増加していることが判明する。 Therefore, it is found that due to the coupling with the permanent magnet 2, the voltage increases by the voltage V2 in the equivalent circuit diagram of FIG.

二次コイル32側における電力の対比は、以下の通りである。 The comparison of power on the secondary coil 32 side is as follows.

前記Vの一般式によれば、電力V/Rについては、
0≦t≦Tの段階では、

Figure 2023180953000018
であり、
≦t≦T+Tの段階では、
Figure 2023180953000019
である。 According to the general formula for V, the power V 2 /R is:
0≦t≦T At stage 1 ,
Figure 2023180953000018
and
At the stage of T 1 ≦t≦T 1 +T 2 ,
Figure 2023180953000019
It is.

前記各単位時間当たりの消費電力に着目した場合、仮に図1(a)、図1(b)、図1(c)、図1(d)において永久磁石2が結合していないのであれば、前記各単位時間当たりの消費電力において、V=0であって、Vの分だけ、単位時間当たりの消費電力が増加していることが判明する。 When focusing on the power consumption per unit time, if the permanent magnet 2 is not coupled in FIGS. 1(a), 1(b), 1(c), and 1(d), In the power consumption per unit time, V 2 =0, and it is found that the power consumption per unit time increases by V 2 .

基本構成(2)の技術的意義について、以下の通り説明する。 The technical significance of basic configuration (2) will be explained as follows.

基本構成(1)の場合と同様に、図2に示す等価回路によって、永久磁石2の結合によって、一次コイル31に直流電圧Vが印加され、二次コイル32に直流電圧Vが印加された状態を設定することができる。 As in the case of basic configuration ( 1 ), the equivalent circuit shown in FIG . The state can be set.

一次コイル31ΔVである単一の基本正弦波が印加された場合の一次コイル31側における誘起電流Iについては、

Figure 2023180953000020
である。 Regarding the induced current I 1 on the primary coil 31 side when a single fundamental sine wave of ΔV 1 is applied to the primary coil 31,
Figure 2023180953000020
It is.

前記一般式において、過渡現象に基づく電流成分を度外視し、定常電流Iを設定した場合において、Vに対応する定常電流は、

Figure 2023180953000021
である。 In the above general formula, when the current component based on transient phenomena is ignored and the steady current I1 is set, the steady current corresponding to V1 is:
Figure 2023180953000021
It is.

前記定常電流Iのうち、ΔVsinωtに対応する定常電流ΔIについては、

Figure 2023180953000022
が成立する。
(但し、
Figure 2023180953000023
である。) Of the steady current I 1 , the steady current ΔI 1 corresponding to ΔVsinωt is as follows:
Figure 2023180953000022
holds true.
(however,
Figure 2023180953000023
It is. )

二次コイル32において発生する誘起電流Iについては、二次コイル32の自己インダクタンスにつき、基本構成(1)の場合と同様にL´とした場合には、

Figure 2023180953000024
が成立する。
但し、過渡現象による寄与分を度外視し、定常電流Iを設定した場合には、Vに対応する定常電流は、
Figure 2023180953000025
である。 Regarding the induced current I2 generated in the secondary coil 32, if the self-inductance of the secondary coil 32 is set to L' as in the case of basic configuration (1), then
Figure 2023180953000024
holds true.
However, if the contribution due to transient phenomena is ignored and the steady current I2 is set, the steady current corresponding to V2 is
Figure 2023180953000025
It is.

これに対し、MdI/dtに対応する定常電流ΔIについては、

Figure 2023180953000026
が成立する。
(但し、
Figure 2023180953000027
である。) On the other hand, regarding the steady current ΔI 2 corresponding to MdI 1 /dt,
Figure 2023180953000026
holds true.
(however,
Figure 2023180953000027
It is. )

かくして、二次コイル32の発生電圧Vについては、

Figure 2023180953000028
が成立する。
(但し、
Figure 2023180953000029
Figure 2023180953000030
である。) Thus, regarding the voltage V generated by the secondary coil 32,
Figure 2023180953000028
holds true.
(however,
Figure 2023180953000029
Figure 2023180953000030
It is. )

したがって、二次コイル32側の発生電圧Vの実効値については、

Figure 2023180953000031
が成立する。 Therefore, regarding the effective value of the voltage V generated on the secondary coil 32 side,
Figure 2023180953000031
holds true.

仮に、図1(a)、図1(b)、図1(c)、図1(d)において、永久磁石2が結合しないのであれば、前記実効値|V|において、V=0である。 If the permanent magnet 2 is not coupled in FIGS. 1(a), 1(b), 1(c), and 1(d), then at the effective value |V|, V 2 =0. be.

したがって、永久磁石2との結合によって、図2の等価回路図における電圧Vの分だけ電圧の実効値|V|が増加することが判明する。 Therefore, it is found that the effective value |V| of the voltage increases by the voltage V 2 in the equivalent circuit diagram of FIG. 2 due to the coupling with the permanent magnet 2.

二次コイル32側の電力の実効値、即ち平均電力の値は、

Figure 2023180953000032
である。 The effective value of the power on the secondary coil 32 side, that is, the average power value is:
Figure 2023180953000032
It is.

前記電力の一般式からも明らかなように、基本構成(2)のうち、基本正弦波の場合において、永久磁石2との結合に基づく電力V /Rだけ電力の増加が実現することが判明する。 As is clear from the general formula for power, in the basic configuration (2), in the case of the fundamental sine wave, the power increases by the power V 2 2 /R 2 based on the coupling with the permanent magnet 2. becomes clear.

基本正弦波に対し、角周波数がn倍(但し、n≧2)である倍増正弦波を順次加重している加重正弦波の場合には、定常電流ΔIについては、

Figure 2023180953000033
が成立する(但し、
Figure 2023180953000034
である。)。 In the case of a weighted sine wave in which doubled sine waves whose angular frequency is n times (however, n≧2) are sequentially weighted with respect to the fundamental sine wave, for the steady current ΔI 1 ,
Figure 2023180953000033
holds true (however,
Figure 2023180953000034
It is. ).

更には、Mdi/dtに対応する定常電流ΔIについては、

Figure 2023180953000035
が成立する(但し、
Figure 2023180953000036
Figure 2023180953000037
である。)。 Furthermore, regarding the steady current ΔI 2 corresponding to Mdi/dt,
Figure 2023180953000035
holds true (however,
Figure 2023180953000036
Figure 2023180953000037
It is. ).

かくして、二次コイル32の発生電圧Vについては、

Figure 2023180953000038
である。 Thus, regarding the voltage V generated by the secondary coil 32,
Figure 2023180953000038
It is.

したがって、二次コイル32の発生電圧Vの実効値については、

Figure 2023180953000039
が成立する。 Therefore, regarding the effective value of the voltage V generated by the secondary coil 32,
Figure 2023180953000039
holds true.

更には、二次コイル32側の電力の実効値、即ち平均電力の値は、

Figure 2023180953000040
である。 Furthermore, the effective value of the power on the secondary coil 32 side, that is, the value of the average power, is
Figure 2023180953000040
It is.

したがって、基本構成(2)のうち、加重正弦波電圧においても永久磁石2との結合に基づくV2 2/Rだけ電力の増加が実現することが判明する。 Therefore, it is found that in the basic configuration (2), even in the case of the weighted sinusoidal voltage, an increase in power by V 2 2 /R 2 based on the coupling with the permanent magnet 2 is realized.

基本構成(1)及び(2)においては、図1(a)、図1(b)、図1(c)、図1(d)の各回路図に示すように、両サイドに巻着されている一次コイル31における相互の接続領域がアースに接続されていることを特徴とする実施形態を採用している。 In the basic configurations (1) and (2), as shown in the circuit diagrams of Fig. 1(a), Fig. 1(b), Fig. 1(c), and Fig. 1(d), the An embodiment is adopted in which mutual connection areas in the primary coils 31 are connected to ground.

上記実施形態においては、一次コイル31における両側の電流Iを安定した状態とすることができ、ひいては、二次コイル32側の電流I及び電圧Vをも安定した状態とすることができる。 In the above embodiment, the current I 1 on both sides of the primary coil 31 can be kept in a stable state, and by extension, the current I 2 and the voltage V on the secondary coil 32 side can also be kept in a stable state.

図1(a)、図1(c)、及び図2においては、強磁性体1の閉形状として矩形を選択している。 In FIGS. 1(a), 1(c), and 2, a rectangular shape is selected as the closed shape of the ferromagnetic body 1.

しかしながら、閉形状は矩形に限定される訳ではなく、例えば図1(b)に示すような円形、又は図1(d)に示すような楕円形をも採用することができる。 However, the closed shape is not limited to a rectangle; for example, a circular shape as shown in FIG. 1(b) or an elliptical shape as shown in FIG. 1(d) can also be adopted.

以下、実施例に即して説明する。 Hereinafter, description will be made based on examples.

実施例1は、基本構成(1)において、矩形パルスのONの時間とOFFの時間とが等しいこと、即ち、図3において、T=Tであることを特徴としている。 The first embodiment is characterized in that the ON time and the OFF time of the rectangular pulse are equal in the basic configuration (1), that is, T 1 =T 2 in FIG. 3 .

=Tの場合には、基本構成(1)におけるT≦t≦T+Tの二次コイル32における一般解ΔIにつき、

Figure 2023180953000041
において、t=T+Tの場合に、ΔI=0、即ちt=0と同一の状態を実現することができる。 In the case of T 1 =T 2 , for the general solution ΔI 2 in the secondary coil 32 of T 1 ≦t≦T 1 +T 2 in basic configuration (1),
Figure 2023180953000041
In the case of t=T 1 +T 2 , the same state as ΔI 2 =0, that is, t=0, can be realized.

したがって、実施例1においては、一次コイル31側の矩形波に対応して、極めて正確に同一形状である二次コイル32側の電流Iを実現することができる。 Therefore, in the first embodiment, it is possible to realize the current I 2 on the secondary coil 32 side having the same shape very accurately in response to the rectangular wave on the primary coil 31 side.

実施例2は、基本構成(2)の基本正弦波電圧及び加重正弦波電圧の何れの場合においても、永久磁石2による強磁性体1内における磁界によって一次コイル31に発生する電圧と、一次コイル31に印加した電圧との総和による入力電圧の最低値が0より大きいことを特徴としている。 In the second embodiment, in both the basic sine wave voltage and the weighted sine wave voltage of basic configuration (2), the voltage generated in the primary coil 31 by the magnetic field in the ferromagnetic body 1 by the permanent magnet 2 and the primary coil It is characterized in that the lowest value of the input voltage, which is the total sum with the voltage applied to 31, is greater than 0.

具体的に説明するに、基本構成(2)において、一次コイル31に印加される正弦波の振幅ΔVを、一次コイル31において永久磁石2によって形成される磁界を形成するために必要な一次コイル31における印加電圧V1については、図4(a)及び図5(a)に示すように、V>ΔVの場合、、図4(b)及び図5(b)に示すように、V=ΔVの場合、図4(c)及び図5(c)に示すように、V<ΔVの場合が存在する。 To explain specifically, in basic configuration (2), the amplitude ΔV 1 of the sine wave applied to the primary coil 31 is determined by the amplitude ΔV 1 of the sine wave applied to the primary coil 31. Regarding the applied voltage V1 at 31, as shown in FIGS. 4(a) and 5(a), when V 1 >ΔV 1 , as shown in FIG. 4(b) and FIG. 5(b), V 1 = ΔV 1 , there is a case where V 1 <ΔV 1 , as shown in FIGS. 4(c) and 5(c).

>ΔVの場合には、一次コイル31には直流を形成する基本正弦波電圧及び加重正弦波電圧が印加されており、V=ΔVの場合には、下限値が0である基本正弦波電圧及び加重正弦波電圧が印加されており、V<ΔVの場合には、交流による基本正弦波電圧及び加重正弦波電圧が一次コイル31に印加されることに帰する。 When V 1 > ΔV 1 , a fundamental sine wave voltage and a weighted sine wave voltage forming a direct current are applied to the primary coil 31, and when V 1 = ΔV 1 , the lower limit is 0. A fundamental sinusoidal voltage and a weighted sinusoidal voltage are applied, and if V 1 <ΔV 1 , it results in that a fundamental sinusoidal voltage and a weighted sinusoidal voltage due to alternating current are applied to the primary coil 31 .

実施例2は、V>ΔVの場合に該当する。 Example 2 corresponds to the case where V 1 >ΔV 1 .

前記数1の一般式、前記数2の近似式からも明らかなように、図2の等価回路において、Vが大きいほどVが大きいという関係にある。 As is clear from the general equation (1) and the approximate equation (2), in the equivalent circuit of FIG. 2, the larger V 1 is, the larger V 2 is.

前記関係を考慮した場合、実施例2の場合には、より大きな値のVを実現することによって、永久磁石2との結合による電圧の増加、及び二次コイル32側の電力の増加を効率的に実現することができる。 Considering the above relationship, in the case of the second embodiment, by realizing a larger value of V2 , the increase in voltage due to the coupling with the permanent magnet 2 and the increase in the power on the secondary coil 32 side can be efficiently achieved. It can be realized in a practical manner.

このように、基本構成(1)、(2)に立脚している本発明においては、永久磁石と電磁石との結合によって、効率的な電圧の増幅、更には二次コイル側の電力の増加を実現することができ、その利用範囲は絶大である。 In this way, the present invention, which is based on basic configurations (1) and (2), efficiently amplifies the voltage and further increases the power on the secondary coil side by coupling the permanent magnet and the electromagnet. It can be realized, and its range of applications is enormous.

1 強磁性体
2 永久磁石
31 一次コイル
32 二次コイル
1 Ferromagnetic material 2 Permanent magnet 31 Primary coil 32 Secondary coil

Claims (6)

両サイドが対称であって閉形状を呈している強磁性体の当該対称状態を形成している2か所の中心位置に、1個の永久磁石を架設するか若しくは極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設するか、又は当該2か所の中心位置から等距離にある両側の各位置に、1個の永久磁石を架設することによって結合するか若しくは極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設することによって結合すると共に、当該1個若しくは2個の永久磁石の両サイドに、巻線方向が相互に反対であり、かつ同一の巻線数であって相互に接続されている一次コイルを巻着し、当該両側の一次コイルの更なる両サイドに同一の巻線数による二次コイルを巻着し、かつ両サイドに巻着された一次コイルの両端に対し、矩形パルスによる直流電圧を、永久磁石によって形成される磁界と同一方向の磁界を発生する方向にて印加している電圧変換回路。 One permanent magnet is installed at the center position of two places forming the symmetrical state of a ferromagnetic material that is symmetrical on both sides and has a closed shape, or the polarity is in the same direction. Two permanent magnets are placed facing each other and protrude in the same direction, or one permanent magnet is installed at each position on both sides equidistant from the center position of the two places. Alternatively, two permanent magnets with polarity in the same direction are connected by protruding in the same direction while facing each other, and the winding direction is on both sides of the one or two permanent magnets. Wound primary coils that are mutually opposite and have the same number of turns and are connected to each other, and wind secondary coils with the same number of turns on both sides of the primary coils on both sides. A voltage converter circuit that applies a DC voltage in the form of rectangular pulses to both ends of a primary coil that is attached and wound on both sides in a direction that generates a magnetic field in the same direction as the magnetic field formed by the permanent magnet. . 矩形パルスのONの時間とOFFの時間とが等しいことを特徴とする請求項1記載の電圧変換回路。 2. The voltage conversion circuit according to claim 1, wherein the ON time and OFF time of the rectangular pulse are equal. 両サイドが対称であって閉形状を呈している強磁性体の当該対称状態を形成している2か所の中心位置に、1個の永久磁石を架設するか若しくは極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設するか、又は当該2か所の中心位置から等距離にある両側の各位置に、1個の永久磁石を架設することによって結合するか若しくは極性が同一方向である2個の永久磁石を相互に向かい合う状態にて同一方向に突設することによって結合すると共に、当該1個若しくは2個の永久磁石の両サイドに、巻線方向が相互に反対であり、かつ同一の巻線数であって相互に接続されている一次コイルを巻着し、当該両側の一次コイルの更なる両サイドに同一の巻線数による二次コイルを巻着し、かつ両サイドに巻着された一次コイルの両端に対し、振幅及び角周波数が特定している基本正弦波を印加するか、又は当該基本正弦波に対し、振幅が選択自在であって、かつ角周波数がn倍である(但し、n≧2)倍増正弦波電圧を順次加重している加重正弦波電圧を印加している電圧変換回路。 One permanent magnet is installed at the center position of two places forming the symmetrical state of a ferromagnetic material that is symmetrical on both sides and has a closed shape, or the polarity is in the same direction. Two permanent magnets are placed facing each other and protrude in the same direction, or one permanent magnet is installed at each position on both sides equidistant from the center position of the two places. Alternatively, two permanent magnets with polarity in the same direction are connected by protruding in the same direction while facing each other, and the winding direction is on both sides of the one or two permanent magnets. Wound primary coils that are mutually opposite and have the same number of turns and are connected to each other, and wind secondary coils with the same number of turns on both sides of the primary coils on both sides. A fundamental sine wave with a specified amplitude and angular frequency is applied to both ends of the primary coil that is attached to the coil and wound on both sides, or the amplitude is freely selectable for the fundamental sine wave. , and applying a weighted sine wave voltage which is sequentially weighted with a doubled sine wave voltage whose angular frequency is n times (however, n≧2). 永久磁石による強磁性体内における磁界によって一次コイルに発生する電圧と、一次コイルに印加した電圧との総和による入力電圧の最低値が0より大きいことを特徴とする請求項3記載の電圧変換回路。 4. The voltage conversion circuit according to claim 3, wherein the minimum value of the input voltage, which is the sum of the voltage generated in the primary coil due to the magnetic field in the ferromagnetic body by the permanent magnet and the voltage applied to the primary coil, is greater than zero. 両サイドに巻着されている一次コイルにおける相互の接続領域がアースに接続されていることを特徴とする請求項1、3の何れか一項に記載の電圧変換回路。 4. The voltage conversion circuit according to claim 1, wherein mutual connection areas of the primary coils wound on both sides are connected to ground. 閉形状が、矩形、円形、楕円形の何れかであることを特徴とする請求項1、3の何れか一項に記載の電圧変換回路。 4. The voltage conversion circuit according to claim 1, wherein the closed shape is rectangular, circular, or elliptical.
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