JP5846864B2 - バイアス励磁トランス及び電気回路 - Google Patents

Description

本発明は、一次巻線に直流電流を流すトランスの磁気回路に永久磁石を直列に挿入し、これによりバイアス励磁を磁気回路に付勢し、トランスの磁気回路の磁束密度を負極性（又は正極性）に偏倚させ、トランスの一次巻線から発生する磁束により、トランスの磁気回路の磁束密度を正極性（又は負極性）に偏倚させることで磁束密度変動振幅を大きくする。 かつ、永久磁石をトランスの一次巻線から発生する磁束により消磁（磁力の弱化）させないトランス及びこれを利用した直流電源部の回路技術に関する。

一般に、コイルに直流電流を流すトランス等の磁気回路は、初期状態でＢ−Ｈ曲線（磁気ヒステリシス曲線）座標の原点を基点とし、コイルに電流を流したときの飽和磁束密度を最大値として、コイルの電流を断としたときの残留磁束密度まで磁束密度が減少し、逆極性の磁束を磁気回路に印加しない限り、残留磁束密度と飽和磁束密度との間の振幅で動作する。

これでは磁気回路の利用効率が悪い。
そこで、従来から、トランスの磁気回路に永久磁石を挿入し、バイアス励磁を付勢し磁束密度の振幅を大きく取る技術は開示されている。

特許文献１には、図１において、磁気回路とマグネットの構成が開示されている。また、明細書の段落０００７において、「・・・Ｂ−Ｈ特性の逆バイアスを得るようにし、・・・」の記載がある。

特許文献１には、マグネットから発生する磁気回路内の磁束の方向、コイルの巻き方、コイルから発生する磁気回路内の磁束の方向など詳細な開示は無いが、コイルに電流を流したときのコイルから発生する磁束の方向は、マグネットから発生する磁束に抗すると考えるのが妥当である。
すなわち、マグネットにより磁束の逆バイアスを印加して、コイルによる順方向の磁束を発生させることで、「・・・１次コイルの通電初期の立ち上がりを速くした・・・」（段落０００７）の記載がある。

これでは、１次コイルの磁束が常にマグネットの磁束と逆方向であり、マグネットの磁力を弱化し、最終的にマグネットの磁力を消磁し、製品の動作寿命が短い。

特開２００８−１６６５８０号公報

以上の現状に鑑み本発明は、本発明に使用する磁気回路内の永久磁石の磁力を劣化させないトランスを実現した。
すなわち、Ｂ−Ｈ曲線の第３象限から第１象限を十分に利用できる効率の良いトランスを実現した。

さらに、本発明では、本発明のトランスの特性を利用した直流電源部の回路の応用を実現した。

上記の目的を実現するべく本発明は以下の構成とする。
（１）請求項１に係るバイアス励磁トランスは、
対向する一対のヨークと、両ヨークの中間部同士を連結するギャップを設けた中間脚と、該両ヨークの対向する第１端部同士及び第２端部同士の間にそれぞれ延在する一対の外側脚の一方を構成する永久磁石が付装されコイル１が巻装されたコア１と、該一対の外側脚の他方を構成するコイル２が巻装されたコア２を備え、
前記コイル１と前記コイル２は疎結合され、
前記永久磁石の発生する磁束Ｐは、前記コア１、前記コア２及び前記両ヨークを閉磁気回路として通過し、
前記コイル２に、該磁束Ｐと抗する磁束２を発生させるべく電流を流し、該コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
前記磁束Ｐ、前記磁束１及び前記磁束２は、前記中間脚を同方向に通過し、
前記コア２内において前記磁束２の磁束密度は、該磁束Ｐ及び該磁束１の量の加算値における磁束密度より大きく、該磁束Ｐ及び該磁束１に抗すべく該コア２を通過し、
前記磁束２は前記コア１を通過できず、該磁束２のコア１の通過に起因する前記永久磁石の弱磁化、を防止することを特徴とする。
（２）請求項２に係るバイアス励磁トランスは、請求項１において、
前記閉磁気回路に前記磁束Ｐのみが通過しているとき、Ｂ−Ｈ曲線において、前記コア２の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第３象限にあり、前記コイル２に前記コイル１より大きな電流が流れるとき、該コア２の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第１象限にあり、又は、
前記閉磁気回路に前記磁束Ｐのみが通過しているとき、Ｂ−Ｈ曲線において、前記コア２の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第１象限にあり、前記コイル２に前記コイル１より大きな電流が流れるとき、該コア２の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第３象限にあることを特徴とする。
（３）請求項３に係るバイアス励磁トランスは、
対向する一対のヨークと、両ヨークの中間部同士を連結するコイル２が巻装された中間脚と、該両ヨークの対向する第１端部同士及び第２端部同士の間にそれぞれ延在する一対の外側脚の一方を構成する永久磁石が付装されコイル１が巻装されたコア１と、該一対の外側脚の他方を構成するギャップを設けたコア２を備え、
前記コイル１と前記コイル２は疎結合され、
前記永久磁石の発生する磁束Ｐは、前記コア１、該コア１から前記中間脚までの両ヨーク及び前記中間脚を閉磁気回路として通過し、
前記コイル２に、該磁束Ｐと抗する磁束２を発生させるべく電圧を印加し、該コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束φ１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
前記磁束Ｐ及び前記磁束１は、前記両ヨーク、前記中間脚及び前記コア２を通過し、
前記磁束２は、前記コア２を前記磁束Ｐ及び前記磁束１と同方向に通過し、
前記中間脚内において前記磁束２の磁束密度は、該磁束Ｐ及び該磁束１の量の加算値における磁束密度より大きく、該磁束Ｐ及び該磁束１に抗すべく該中間脚を通過し、
前記磁束２は前記コア１を通過できず、該磁束２のコア１の通過に起因する前記永久磁石の弱磁化、を防止することを特徴とする
（４）請求項４に係るバイアス励磁トランスは、請求項３において、
前記閉磁気回路に磁束Ｐのみが通過しているとき、Ｂ−Ｈ曲線において、前記中間脚の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第３象限にあり、前記コイル２に電圧を印加したとき、該中間脚の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第１象限にあり、又は、
前記閉磁気回路に磁束Ｐのみが通過しているとき、Ｂ−Ｈ曲線において、前記中間脚の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第１象限にあり、前記コイル２に電圧を印加したとき、該中間脚の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第３象限にあることを特徴とする。
（５）請求項５に係るバイアス励磁トランスは、請求項１又は２において、
前記コア２にさらにコイル３を巻装したことを特徴とする。
（６）請求項６に係るバイアス励磁トランスは、請求項３又は４において、
前記中間脚にさらにコイル３を巻装したことを特徴とする。
（７）請求項７に係る電気回路は、
請求項１〜４のいずれかに記載のバイアス励磁トランスを用いた電気回路において、前記コイル１の両端に整流素子１及び整流素子２を逆方向並列接続し、該コイル１の他端と前記コイル２の他端を導通させ、該コイル１の一端と該コイル２の一端に電位差を印加したとき、
前記コイル１の一端に印加した電位１が前記整流素子１に対し順方向であるとき、該電位１による電流は前記整流素子１と前記コイル２に流れ、又は、
前記コイル１の一端に印加した電位２が前記整流素子２に対し順方向であるとき、該電位２による電流は前記整流素子２と前記コイル２に流れ、
前記コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
前記コイル２のリアクタンスにより突入電流を防止することを特徴とする。
（８）請求項８に係る電気回路は、
請求項１〜４のいずれかに記載のバイアス励磁トランスを用いた電気回路において、前記コイル１の両端に整流素子を並列接続し、前記コイル２の一端と該コイル２の他端に電位差を印加したとき、前記コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧が前記整流素子に対し順方向であるとき、該誘起電圧による電流は該コイル１に流れ、
前記コイル１への該誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
前記コイル２の両端に印加した電位差を消滅させたとき、該コイル２の自己誘導により、該コイル２の一端に印加した電位と同極性の電位を該コイル２の他端に発生することを特徴とする。
（９）請求項９に係る電気回路は、
請求項５又は６に記載のバイアス励磁トランスを用いた電気回路において、前記コイル１の両端に整流素子を並列接続し、前記コイル２の一端と該コイル２の他端に電位差を印加したとき、前記コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧が前記整流素子に対し順方向であるとき、該誘起電圧による電流は該コイル１に流れ、
前記コイル１への該誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
前記コイル２の両端に印加した電位差を消滅させたとき、該コイル２と該コイル３の相互誘導により該コイル３の両端に電位差３を発生することを特徴とする。
（１０）請求項１０に係る電気回路は、
請求項５又は６に記載のバイアス励磁トランスを用いた電気回路において、前記コイル１の両端に整流素子を並列接続し、前記コイル２の一端と該コイル２の他端に電位差を印加したとき、前記コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧が前記整流素子に対し順方向であるとき、該誘起電圧による電流は該コイル１に流れ、
前記コイル１への該誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
前記コイル３の両端に電位差４を発生することを特徴とする。

（Ａ）同一磁気回路にコイル１及びコイル２を巻装し、コイル１と同方向の磁束を発生し、コイル２と逆方向の磁束を発生する永久磁石をコイル１が巻装されているコア１に付装し、この永久磁石の磁束により、コイル２に電位差を印加したときのコイル２が巻装されている磁気回路に発生する磁束密度とは逆の磁束密度とし、コイル２に電位差を印加したとき、コイル２が巻装されている磁気回路に発生する磁束密度をコイル２の発生する磁束密度とし、コイル２が巻装されている磁気回路の磁束密度の変化幅を大きくとることができる。すなわち、磁気回路の効率を高める。
（Ｂ）コイル２の発生する磁束が、永久磁石を永久磁石の磁束と逆方向に通過し、永久磁石の磁力を劣化させることのないように、コイル２に電位差が印加されたとき、コイル２からコイル１への相互誘導によりコイル１がコイル２の磁束に抗するよう永久磁石が付装されているコア１に磁束を発生する。

（Ａ）は、本発明によるバイアス励磁トランスの実施の形態１の構成及び磁束を示す図である。（Ｂ）は、バイアス励磁トランスの説明用ＸＹＺ座標である。 （Ａ）は、本発明によるバイアス励磁トランスの実施の形態１の構成及び磁束を示す図である。（Ｂ）は、バイアス励磁トランスの説明用ＸＹＺ座標である。 は、本発明によるバイアス励磁トランスを使用した電気回路の実施の形態１を示す回路図である。 （Ａ）は、本発明によるバイアス励磁トランスの実施の形態２の構成及び磁束を示す図である。（Ｂ）は、バイアス励磁トランスの説明用ＸＹＺ座標である。 は、本発明によるバイアス励磁トランスを使用した電気回路の実施の形態２を示す回路図である。 （Ａ）は、本発明によるバイアス励磁トランスの実施の形態３の構成及び磁束を示す図である。（Ｂ）は、バイアス励磁トランスの説明用ＸＹＺ座標である。 は、本発明によるバイアス励磁トランスを使用した電気回路の実施の形態３を示す回路図である。 は、本発明によるバイアス励磁トランスの実施の形態１〜３の磁気回路の磁場及び磁束密度の説明用Ｂ−Ｈ曲線である。

（１）バイアス励磁トランスの実施の形態１
（１−１）バイアス励磁トランスの構成
図１（Ａ）は、本発明によるバイアス励磁トランスの実施の形態１の構成及び磁束を示す図である。

以下、図１の（Ａ）と（Ｂ）を参照して、バイアス励磁トランスの実施の形態１である構成を説明する。

本発明のバイアス励磁トランスは、以下の構成である。
まず、トランスの構成を明確にするために、図１（Ｂ）のＸＹＺ座標を使用して説明する。
図１（Ｂ）を正視して、左右水平方向にＸ軸（右方向が正）があり、上下垂直方向にＹ軸（上方向が正）があり、紙面の裏面から表面に向け、Ｚ軸が正方向に延びている。

図１（Ａ）において、符号ＴＦ１で示されるトランスＴＦ１に存在する符号ＭＣ１で示される磁気回路には、（Ｂ）に示されるＸ軸方向に延在しＹ軸正負方向に対向する一対のヨークがＹ軸の正側と負側に存在し、両ヨークの中間部同士を連結するギャップ（符号ＡＧ１で示される。）を設けたＹ軸方向に延在する中間脚と、両ヨークの対向する第１端部同士及び第２端部同士の間に、Ｙ軸方向にそれぞれ延在しＸ軸正負方向に対向する一対の両外側脚の一方を構成するコア１（Ｘ軸負側）と他方を構成するコア２（Ｘ軸正側）から成っている。コア１はＸ軸負側においてＸ軸正側に存在するコア２と対向している。
中間脚は、コア１とコア２の間（一般的には中央であるが、これに限定しない。）に存在する
両ヨーク、中間脚、コア１及びコア２はＺ軸方向に厚みを有している。いわゆるＥＩ型のトランスの磁気回路である。
両ヨーク、中間脚、コア１及びコア２には、上記の説明により図１（Ａ）において符号を割愛している。

コア１には、符号ＰＭで示される永久磁石が付装（挾持、挾装又は挾着されている。）され、さらに符号Ｌ１で示されるコイルＬ１が巻装され、コア２には符号Ｌ２で示されるコイル２が巻装されている。
コイルＬ１（コイル１とも称す。）はコア１を周回して巻装され、コイルＬ２はコア２を周回して巻装されている。
図示されていないが、コア１の左右に図示するコイルＬ１は同一巻線であり連続し、コイルＬ１のＸ軸負側とＸ軸正側（コア１を挟んで）のコイルＬ１による磁束の打ち消しはない。コイルＬ２（コイル２とも称す。）も同様である。他の実施の形態でも同様である。

永久磁石は、符号Ｐ１で示されるＮ極と符号Ｐ２で示されるＳ極を有し、永久磁石の発する磁束は、符号φＰで示される破線矢印で、矢印の方向にコア１、コア２及び両ヨークを閉磁気回路として通過している。永久磁石の極性はこれに限定されない。後述するコイル１、コイル２への印加電位極性が逆であれば、永久磁石の極性は逆である。
図１（Ａ）において、ギャップＡＧ１（a air gap1）が存在する中間脚には磁束φＰは、ほとんど通過できない。磁束φＰは、ギャップＡＧ１の無いコア２をほとんど通過する。
これは、コイル１及びコイル２に電流が流れていない状態である。
図１（Ａ）の符号φＰは、永久磁石から発生する磁束のみである。

トランスＴＦ１の磁気回路ＭＣ１は、コイルＬ１とコイルＬ２を疎結合とする構造である。相互インダクタンスが一般のトランスよりも小さい。
たとえば、磁気回路ＭＣ１がＥＩ型の磁気回路であれば、磁気回路の左脚、右脚又は中間脚の一部にエアギャップ又は磁束を通しにくい材料を付装（挾持、挾装又は挾着されている。）することで実現可能である。

（１）バイアス励磁トランスの実施の形態１
（１−２）バイアス励磁トランスの動作
以下、バイアス励磁トランスの動作を説明をする。

図１の（Ａ）は、永久磁石ＰＭの磁束φＰ（磁束Ｐとも称す。）が磁気回路ＭＣ１を単に通過しているのみであった。このとき、磁束φＰは、中間脚にギャップＡＧ１が存在するため、ほとんど中間脚を通過しない。すなわち、コア１、上部（Ｘ軸正方向）のヨーク、コア２、下部（Ｘ軸負方向）のヨークを通過する。

次に、コイルＬ１に永久磁石と同方向の磁束を発生させ、コイルＬ２にはコイルＬ１と逆方向の磁束が発生するようにコイルＬ１とコイルＬ２を直列接続し、両コイルに電流を流す。

コイルＬ１及びコイルＬ２に電流を流した図２（Ａ）について説明する。
図２（Ａ）は、上記の様にコイルＬ１とコイルＬ２に電流を流した場合における磁気回路ＭＣ１に発生する磁束を示している。

コア１には、永久磁石ＰＭから発生する磁束φＰの量とコイルＬ１から発生する磁束φ１（磁束１とも称す。）の量の加算値が破線で示した矢印のように通過する。
この磁束φＰ＋磁束φ１は、上部（Ｙ軸正方向）ヨークと中間脚の接続領域で上部ヨーク内のＸ軸正側からコア２へ向かう（Ｙ軸負方向）磁束Ｘと中間脚のＹ軸負方向へ向かう磁束Ｙに分かれる。磁束Ｘ及び磁束Ｙは磁束量である。

これを式で表すと、磁束Ｘ＝（φＰ＋φ１）α、磁束Ｙ＝（φＰ＋φ１）β、となる。ただし、α＋β＝１である。αはギャップの無い磁気回路を磁束が通過する場合の係数であり、βはギャップのある磁気回路を磁束が通過する場合の係数である。これは、他の実施の形態でも同じ。α＞βである。
αは、Ｙ軸正方向に存在しＸ軸方向に延在するヨークと中間脚の接続領域において磁束φＰ＋磁束φ１がヨークのＸ軸正方向に分岐してコア２通過する磁束量の割合の係数である。
βは、Ｙ軸正方向に存在しＸ軸方向に延在するヨークと中間脚の接続領域において磁束φＰ＋磁束φ１が中間脚方向に分岐して中間脚をＹ軸負方向に通過する磁束量の割合の係数である。α＝磁束Ｘ／（φＰ＋φ１）、β＝磁束Ｙ／（φＰ＋φ１）である。

コイルＬ２に電流を流したとき発生する磁束をφ２（磁束２とも称す。）とすると、
コア２を通過する磁束Ｘ２は、Ｘ２＝（φＰ＋φ１）α−φ２、中間脚を通過する磁束Ｙ２は、Ｙ２＝（φＰ＋φ１）β＋φ２、となる。

コア２の磁気回路において、永久磁石ＰＭから発生する磁束φＰ、コイルＬ１から発生する磁束φ１を正とし、コイルＬ２から発生する磁束φ２を負としているが、図８のＢ−Ｈ曲線において、磁束φＰ及び磁束φ１による磁場Ｈ、磁束密度Ｂを第３象限に位置すると定義し、磁束φ２による磁場Ｈ、磁束密度Ｂを第１象限に位置すると定義する。

第１象限と第３象限は相対的なものであるから、図８のＢ−Ｈ曲線の象限に位置する磁場Ｈ、磁束密度Ｂの極性は、磁気回路内の実際の磁場Ｈ及び磁束密度Ｂの極性に依存しない。第１象限、第３象限は、入替えて考えても良い。

なお、磁束Ｘ２と磁束Ｙ２は加算すると、磁束Ｘ２＋磁束Ｙ２＝φＰ＋φ１となる。
すなわち、コア２を通過する磁束Ｘ２と中間脚を通過する磁束Ｙ２は磁束φ２を相殺し、コア１には、磁束φＰと磁束φ１のみが流れ、磁束φ２が流れ込まない。
よって、永久磁石は磁束φ２により弱磁化、消磁又は逆励磁されない。

コイルＬ１及びコイルＬ２に電流を流さず、永久磁石ＰＭのみによる磁束φＰによるコア２内の磁束密度を磁束密度ＢφＰ、コイルＬ１及びコイルＬ２に電流を流し、コア２内の磁束φ２による磁束密度をＢφ２、コア２内の磁束Ｘによる磁束密度を磁束密度Ｂｘとする。ただし、磁束Ｘ＝α・（φＰ＋φ１）。

Ｂφ２＞Ｂｘであれば、コイルＬ１及びコイルＬ２に電流を流さない状態から、コイルＬ１及びコイルＬ２に電流を流すと、コア２内の磁場Ｈ、磁束密度ＢのＢ−Ｈ曲線における座標は、第３象限から第１象限に遷移する。

図２（Ａ）において、コア２をＹ軸正方向に流れる磁束はφ２であり、コア２をＹ軸負方向に流れる磁束は、α・（φＰ＋φ１）であるため、φ２＞（φＰ＋φ１）αであれば、コア２内の磁束密度は、第３象限から第１象限に遷移することになる。

（２）電気回路の実施の形態１
（２−１）回路構成
図３は、本発明であるバイアス励磁トランスの実施の形態１を使用した電気回路の実施の形態１を示す。図３を参照し本発明の電気回路の実施の形態１の回路構成の説明をする。

図３において、符号ＴＦ１、符号ＭＣ１、符号Ｌ１、符号Ｌ２は、図１及び図２（Ａ）と同一のものであり、それぞれ、トランスＴＦ１、磁気回路ＭＣ１、コイルＬ１、コイルＬ２である。

図３において、永久磁石ＰＭ、ギャップＡＧ１は図示を省略している。
バイアス励磁トランスの実施の形態１と同様に、コイルＬ１（コイル１とも称す。）とコイルＬ２（コイル２とも称す。）は磁気回路ＭＣ１により疎結合されている。

コイル１の一端（黒丸印あり）には、符号Ｄ１で示される整流素子１（ダイオードＤ１）のアノード及び符号Ｄ２で示される整流素子２（ダイオードＤ２）のカソードが接続され、コイル１の他端（黒丸印なし）には、整流素子１のカソード及び整流素子２のアノードが接続されている。
コイル２一端（黒丸印あり）には、符号Ｄ７で示される整流素子７（ダイオードＤ７）のアノードが接続され、コイル２の他端（黒丸印なし）には整流素子７のカソードが接続されている。

コイル１の一端は端子Ｔ１に接続され、コイル２の一端は端子Ｔ３に接続され、コイル１とコイル２の他端は接続されている。

端子Ｔ１には、直流電位の一方の極性（正電位）の電位が印加され、端子Ｔ３は直流電位の一方の極性の電位を出力するものである。
端子Ｔ２と端子Ｔ４は接続され、直流電位の他方の極性（負電位）の電位を伝達するものである。
端子Ｔ１に、直流の負極性電位を印加し、端子Ｔ３は直流の負極性電位を出力し、端子Ｔ２に、直流の正極性電位を印加し端子Ｔ４に直流の正極性電位を出力しても良い。この場合、整流素子７の極性を逆とする。

（２）電気回路の実施の形態１
（２−２）回路動作
図３を参照し、本発明であるバイアス励磁トランスの実施の形態１を使用した電気回路の実施の形態１の動作を説明する。

端子Ｔ３と端子Ｔ４に外部の負荷を接続し、端子Ｔ１と端子Ｔ２に電位を印加しない場合、コイル１及びコイル２に電流が流れず、バイアス励磁トランスの実施の形態１で説明したとおり、コイル１が巻装されているコア１の永久磁石ＰＭにより、コイル２が巻装されているコア２の磁気回路の磁束密度Ｂは、Ｂ−Ｈ曲線の第３象限の下部に位置している。
Ｂ−Ｈ曲線の第３象限の下部とは、図８に示すＢ−Ｈ曲線のＢ軸のＢＮ１付近を意味する。すなわち、コア２は、充分な負極性磁束密度を有している。

端子Ｔ１に直流電位の一方の極性（正極性）の電位を印加し、端子Ｔ２に直流電位の他方の極性（負極性（ただし、この電位を基準電位とすると“０”電位である。））の電位を印加した直後は、以下の電流路が形成される。

端子Ｔ１→整流素子１→コイル２→端子Ｔ３→外部の負荷→端子Ｔ４→端子Ｔ２。

コイル１は、整流素子１によりバイパスされ（コイル１の両端には略０．６Ｖしか印加されない。）、コイル１には、ほとんど電流が流れないが、コイル２には、端子Ｔ３、端子Ｔ４間に接続した外部の負荷電流がすべて流れる。

図２（Ａ）のバイアス励磁トランスの実施の形態１で説明したコイル２に発生する磁束φ２が発生し、コア２の磁気回路の磁束密度は、図８のＢ−Ｈ曲線の第３象限の下部であるＢＮ１付近から、Ｂ−Ｈ曲線の第１象限の上部であるＢ軸のＢＰ１付近に遷移する。

すなわち、コア２の磁気回路が許容するの磁束密度の最大限、図８のＢ−Ｈ曲線において磁束密度の変化幅を最大限にとれる。

本発明のバイアス励磁トランスの実施の形態１と本発明の電気回路の実施の形態１を使用しない場合、トランスＴＦ１の磁気回路ＭＣ１は、初期状態において、図８のＢ−Ｈ曲線において、Ｈ軸、Ｂ軸の原点であるＮＥから、Ｂ軸のＢＰ１に遷移できるのみである。
また、磁気回路ＭＣ１に残留磁気（Ｂ軸のＲＰ）がある場合、図８のＢ−Ｈ曲線において、Ｂ軸のＲＰからＢＰ１へ遷移するのみである。
それと共に、コイル２への電流を断としても、Ｂ軸のＢＰ１の磁束密度は、Ｂ軸のＲＰの残留磁束密度として残る。

本発明を実施することで磁気回路ＭＣ１の効率が高くなり、トランスＴＦ１の効率が高くなり、最終目的である電気回路の効率が高くなる。

端子Ｔ３と端子Ｔ４間に負荷を接続し、端子Ｔ１と端子Ｔ２間に電位が印加されたとき、コイル２に電圧が印加され、コイル２が発するコア２の磁束φ２は、コア１の永久磁石の磁束φＰに抗してコア１を通過しようとするが、コイル２からの相互誘導により、コイル１の他端に正極電位が発生し、コイル１の他端とコイル１の一端の電位差が整流素子２を導通（整流素子２によりコイル１を準短絡）させてコイル１の一端からコイル１の他端に向かう電流（電源としての原理）が流れ、磁束φ２のコア１への進入を阻止する。
すなわち、コイル２の他端に正極電位が印加され、コイル１に電流が流れるとき、コイル１の磁束φ１とコイル２の磁束φ２相互の磁束が抗し、磁束φ２のコア１への進入を阻止する。

このとき、コイル１には、端子Ｔ１からの外部の電源による電流が整流素子１によりバイパスされるのでほとんど電流が流れず、外部のから電流によるコイル１の磁束φ１は、ほとんど発生しなが、上記により、磁束φ２は永久磁石の磁力を劣化させない。
また、整流素子２は、コイル１の電流が遮断されたときの自己誘導電圧を吸収する。
整流素子７も、コイル２の電流が遮断されたときの自己誘導電圧を吸収する。

その後、コイル１及びコイル２のリアクタンスは消滅し、定常電流としてコイル１にも端子Ｔ１からの電源による電流が流れる。このとき、整流素子１には電流が流れない。
このときのコイル１に流れる電流方向（負荷としての原理）は、前述したコイル１の他端に正極電位が発生し、整流素子２を介してコイル１に流れる電流方向と同一である。
したがって、磁束φ１（磁束１とも称す。）は、磁束φ２（磁束２とも称す。）に抗す。
よって、磁束１は、コア１の永久磁石の磁束φＰ（磁束Ｐとも称す。）と同方向である。

したがって、コイル１の巻数とコイル２の巻数が同一であれば、コイル１及びコイル２に流れる電流は同一であるから、磁束１と磁束２は相殺し、コイル１及びコイル２に電流が流れていない初期状態と同一であり、負荷に電流を供給している定常電流時、コア２の磁束密度は、図８のＢ−Ｈ曲線において、第３象限の下部であるＢ軸のＢＮ１付近に復帰している。

コイル１及びコイル２に流れる電流は同一であるから、コイル１の巻数＞コイル２の巻数であれば、磁束φ１＞磁束φ２となり、永久磁石の磁力は増強される。

本発明の電気回路の用途は、突入電流防止回路に最適である。

端子Ｔ１と端子Ｔ３に電位差が発生したとき、コイル２の大きなリアクタンスにより突入電流を防止する。
コイル２に大きなリアクタンスが発生する理由は、上記で説明したとおり、コア２の磁束密度が、Ｂ−Ｈ曲線の第３象限から第１象限に大きく遷移できるからである。
突入電流を防止し、外部の負荷に電力を供給する定常電流となったときでも、永久磁石が磁束φ２により、弱磁化、消磁又は逆励磁されることはない。突入電流が流れる前の状態を維持している。

端子Ｔ１に負極電位を印加し、端子Ｔ２に正極電位を印加した場合、整流素子１と整流素子２の機能は交換されるのみで、電流路は、端子Ｔ２→端子Ｔ４→外部の負荷→端子Ｔ３→コイル２→整流素子２→端子Ｔ１となる。
なおこの場合、磁束方向が逆になるので、コイル１及びコイル２の一端と他端を交換するか、永久磁石ＰＭの磁極Ｐ１とＰ２を交換する。コイル２に並列接続されている整流素子７も逆方向接続する。

（３）バイアス励磁トランスの実施の形態２
（３−１）バイアス励磁トランスの構成
図４（Ａ）は、本発明によるバイアス励磁トランスの実施の形態２の構成及び磁束を示す図である。

以下、図４の（Ａ）と（Ｂ）を参照して、バイアス励磁トランスの実施の形態２である構成を説明する。

本発明のバイアス励磁トランスは、以下の構成である。
まず、トランスの構成を明確にするために、図４（Ｂ）のＸＹＺ座標を使用して説明する。
図４（Ｂ）を正視して、左右水平方向にＸ軸（右方向が正）があり、上下垂直方向にＹ軸（上方向が正）があり、紙面の裏面から表面に向け、Ｚ軸が正方向に延びている。

図４（Ａ）において、符号ＴＦ２で示されるトランスＴＦ２に存在する符号ＭＣ２で示される磁気回路には、（Ｂ）に示されるＸ軸方向に延在しＹ軸方向において対向する一対のヨークがＹ軸の正側と負側に存在し、両ヨークの中間部同士を連結しＹ軸方向に延在する中間脚と、両ヨークの対向する第１端部同士及び第２端部同士の間に、Ｙ軸方向にそれぞれ延在しＸ軸方向において対向する一対の両外側脚の一方を構成するコア１（Ｘ軸負側）と他方を構成するギャップ（符号ＡＧ２）を有するコア２（Ｘ軸正側）から成っている。コア１はＸ軸負側においてＸ軸正側に存在するコア２と対向している。
中間脚は、コア１とコア２の間（一般的には中央であるが、これに限定しない。）に存在する
両ヨーク、中間脚、コア１及びコア２はＺ軸方向に厚みを有している。いわゆるＥＩ型のトランスの磁気回路である。
両ヨーク、中間脚、コア１及びコア２には、上記の説明により図４（Ａ）において符号を割愛している。

コア１には、符号ＰＭで示される永久磁石が付装（挾持、挾装又は挾着されている。）され、さらに符号Ｌ１で示されるコイルＬ１が巻装され、中間脚には符号Ｌ２で示されるコイル２が巻装されている。
コイルＬ１（コイル１とも称す。）はコア１を周回して巻装され、コイルＬ２は中間脚を周回して巻装されている。
図示されていないが、コア１の左右に図示するコイルＬ１は同一巻線であり連続している。コイルＬ２（コイル２とも称す。）も同様である。

コイル１及びコイル２に電流が流れていない状態、すなわち、図１（Ａ）の様な磁束は図示していないが、コイル１及びコイル２に電流が流れていない状態では、磁束は以下のとおりである。

永久磁石は、符号Ｐ１で示されるＮ極と符号Ｐ２で示されるＳ極を有し、永久磁石ＰＭの発する磁束は、符号φＰで示される破線矢印で、矢印の方向にコア１（矢印はＹ軸正方向）、中間脚（矢印はＹ軸負方向）及び両ヨークの中間脚を境にＸ軸負側（上部、矢印はＸ軸正方向。下部、矢印はＸ軸負方向。）を閉磁気回路として通過している。
ギャップＡＧ２（a air gap2）が存在するコア２には、磁束φＰはほとんど通過できない。磁束φＰは、ギャップＡＧの無い中間脚をほとんど通過する。

（３）バイアス励磁トランスの実施の形態２
（３−２）バイアス励磁トランスの動作
以下、バイアス励磁トランスの動作を説明をする。

図４（Ａ）において、図５に示す様にコイルＬ１の一端（黒丸印あり）に符号Ｄ３で示される整流素子３（ダイオードＤ３）のアノードを接続し、コイルＬ２の他端（黒丸印なし）に符号Ｄ３で示される整流素子３（ダイオードＤ３）のカソードを接続する。

さらに、図４（Ａ）において、図５に示す様にコイルＬ２の一端（黒丸印あり）に直流正電位を印加し、符号Ｑ１で示される半導体素子（ＦＥＴＱ１）を導通状態とする。

図４（Ａ）に示される各磁束は、ＦＥＴＱ１を導通させたときの磁束である。
図４（Ａ）の磁束φ１（磁束１とも称す。）、磁束φ２（磁束２とも称す。）の磁束方向と、図２（Ａ））の磁束φ１、磁束φ２の磁束方向は便宜上同一方向としている。
図５のコイル１に流れる電流方向と図３のコイル１に流れる電流方向は逆であり、図５のコイル２に流れる電流方向と図３のコイル２に流れる電流方向は逆であり、よって、コイル１、コイル２から発生する磁束自体は逆となるが、コイル１はコア１、コイル２はコア２又は中間脚への巻装方法により、発生する磁束の方向は、Ｙ軸正方向でもＹ軸負方向でも如何様にできる。

コア１及び両ヨークのＸ軸負方向側（中間脚を境として）には、永久磁石ＰＭの磁束φＰ及びコイル１の磁束φ１が通過し、中間脚には、磁束（φＰ＋φ１）αと磁束φ２が（磁束（φＰ＋φ１）αとは逆方向）通過し、コア２には磁束（φＰ＋φ１）βと磁束φ２が（磁束（φＰ＋φ１）βとは同方向）通過する。

α及びβは、バイアス励磁トランスの実施の形態１で説明したとおりであり、係数βは、ギャップＡＧ２（バイアス励磁トランスの実施の形態１では、ギャップＡＧ１）を通過する磁束に乗ずる係数である。
バイアス励磁トランスの実施の形態２では、コイル２が中間脚に巻装され、バイアス励磁トランスの実施の形態１では、コイル２がコア２に巻装され、いずれのコイル２の磁束φ２も、コイル２を巻装している中間脚、コア２をＹ軸正方向に発生している。
磁束の計算は、バイアス励磁トランスの実施の形態１と同様である。コイル２の巻装部がコア２か中間脚かの相違である。

図４（Ａ）のコイル１には、図５に示すように、整流素子３が並列接続されているため、コイル２の一端に正極電位を印加すると、コイル２からの相互誘導によりコイル１の一端に正極電位が発生し、整流素子３は導通し、コイル１は準短絡され電流が流れ磁束φ１を発生し（磁束φ１を発生すべくコイル１に電流が流れるという表現がより正確）、コイル２が発生する磁束φ２のコア１への通過を阻止する。

したがって、永久磁石ＰＭの発する磁束φＰに抗する磁束φ２は、永久磁石ＰＭを通過できない。

コイル２の一端に電位を印加しないときの中間脚の磁束φＰ（Ｙ軸負方向に通過）による磁束密度ＢφＰを、図８に示すＢ−Ｈ曲線の第３象限と定義し、磁束密度をＢφＰの位置をＢ軸のＢＮ１とする。

コイル２の一端に正電位を印加したときのコイル２の磁束φ２が、
φ２＞α（φＰ＋φ１）で（いずれも磁束量）あれば、中間脚の磁束はφ２が支配的となり、中間脚の磁束密度は第１象限に遷移し、図８のＢ−Ｈ曲線のＢ軸のＢＰ１付近に達する。

したがって、本発明のバイアス励磁トランスは、Ｂ−Ｈ曲線の第３象限から第１象限までの広範囲のＢ軸を移動できる。したがって、磁気回路ＭＣ２の効率が良く、トランスＴＦ２の効率も良くなる。

コイルＬ２への電圧の印加を停止（フライバック動作）すると、中間脚の磁束密度は再び、Ｂ−Ｈ曲線の第３象限のＢ軸の値ＢＮ１の初期状態に復帰する。
すなわち、従来技術のバイアス励磁を施した磁気回路のように永久磁石の磁力の低下、消磁や逆励磁がない。

コイルＬ２への印加を停止（フライバック動作）すると、コイルＬ２の他端に効率良く自己誘導電圧が誘起される。

（４）電気回路の実施の形態２
（４−１）回路構成
図５は、本発明であるバイアス励磁トランスの実施の形態２を使用した電気回路の実施の形態２を示す。図５を参照し本発明の電気回路の実施の形態２の回路構成の説明をする。

図５において、符号ＴＦ２、符号ＭＣ２、符号Ｌ１、符号Ｌ２は、図４（Ａ）と同一のものであり、それぞれ、トランスＴＦ２、磁気回路ＭＣ２、コイルＬ１、コイルＬ２である。

図５において、永久磁石ＰＭ、ギャップＡＧ２は図示を省略している。
バイアス励磁トランスの実施の形態２と同様に、コイルＬ１（コイル１とも称す。）とコイルＬ２（コイル２とも称す。）は磁気回路ＭＣ２により疎結合されている。

図５において、コイルＬ１の一端（黒丸印あり）に符号Ｄ３で示される整流素子３（ダイオードＤ３）のアノードが接続され、コイルＬ２の他端（黒丸印なし）に符号Ｄ３で示される整流素子３（ダイオードＤ３）のカソードが接続されている。

端子Ｔ１には、コイル２の一端（黒丸印あり）が接続され、コイル２の他端（黒丸印なし）には、符号Ｑ１で示される半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴＱ１）の一端（ドレインＤ）及び整流素子４（ダイオードＤ４）のアノードが接続され、整流素子４のカソードには、符号Ｃで示される容量素子（コンデンサＣ）の一端及び端子Ｔ３が接続されている。

端子Ｔ２には、半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴＱ１）の他端（ソースＳ）、容量素子の他端及び端子Ｔ４が接続されている。

半導体素子の制御端（ゲートＧ）は端子Ｔｇに接続されている。

端子Ｔ１、端子Ｔ２間は、直流電位を入力する端子であり、端子Ｔ３、端子Ｔ４間は、直流電位を出力する端子である。

（４）電気回路の実施の形態２
（４−２）回路動作
図５を参照し、本発明であるバイアス励磁トランスの実施の形態２を使用した電気回路の実施の形態２の動作を説明する。
以下の説明に出現する磁束φＰ、φ１、φ２は、バイアス励磁トランスの実施の形態２で説明したものであり、本説明において割愛する。

本発明は、高効率な直流電圧変換回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）に最適であり、端子Ｔ１、端子Ｔ２間に直流電位を印加し、端子Ｔ３、端子Ｔ４間から電圧変換された電位を得る。

端子Ｔ２の電位を基準電位として、端子Ｔ１に正極電位を印加する。この状態で、端子Ｔｇ（ＦＥＴＱ１のゲートＧ）にＦＥＴＱ１が導通する電位（Ｎチャネルエンハンス型ＦＥＴにおいては、正極電位でも低電位でないＦＥＴＱ１が導通する正極電位）を印加すると、以下の電流路が構成され、電流が流れる。

端子Ｔ１→コイル２の一端→コイル２の他端→ＦＥＴＱ１のドレインＤ→ＦＥＴＱ１のソースＳ→端子Ｔ２。

コイル２に正極電位が印加されたとき、コイル２からの相互誘導によりコイル１の一端に正極電位が発生し、コイル２が発生する磁束φ２がコア１を通過することに抗する磁束φ１をコイル１から発生すべくコイル１にダオードＤ３を介して電流が流れる。

コイル２に正極電位が印加された直後、ＦＥＴＱ１が非導通となる電位を端子Ｔｇに印加し、コイル２への電位の印加を遮断する。
すなわち、端子Ｔｇに正極性パルス（ＰＷＭ）を印加する。

このとき、コイル２の自己誘導により、コイル２の他端に正極電位が発生し、ダイオードＤ４を介して、端子Ｔ４に基準電位に対して端子Ｔ３に正極電位を発生し、外部の負荷に電力を供給する。すなわち、フライバックＤＣ／ＤＣコンバータを構成する。

コイル１の他端にも正極電位が発生するが、ダイオードＤ３により阻止され、コイル１には電流が流れなく、コイル２の磁束φ２の消滅を迅速にする。

したがって、フライバック型直流電圧変換回路のフライバック時の動作としては、コイル１が存在しないものと同様であり、フライバック動作効率の低下はない。

バイアス励磁トランスの実施の形態２で説明したとおり、コイル１を巻装しているコア１には永久磁石ＰＭが付装されているので、本発明の電気回路の初期状態において、トランスＴＦ２の磁気回路ＭＣ２のコア２の磁束密度は、図８のＢ−Ｈ曲線の第３象限にある。

コイル２に電位を印加したとき、バイアス励磁トランスの実施の形態２で説明したとおり、コイル２を巻装しているコア２の磁束密度は、図８のＢ−Ｈ曲線の第１象限に遷移し、大きな磁束密度の変化幅を得ることができる。
したがって、非常に効率の良いフライバック型ＤＣ／ＤＣコンバータを実現できる。磁束１が磁束２を阻止するのでコア１に付装されている永久磁石ＰＭへの逆励磁も発生しないので、永久磁石ＰＭの劣化もない。常に、効率の良いＤＣ／ＤＣコンバータを維持できる。

ＦＥＴＱ１をＰチャネル型ＦＥＴに交換した場合、端子Ｔ２の電位を基準として端子Ｔ１及び端子Ｔｇに負極電位を印加する。したがって、整流素子３及び整流素子４の極性を逆とする。端子Ｔｇには負極性パルス（ＰＷＭ）を印加する。
これにより、端子Ｔ４を基準として端子Ｔ３に負極電位を出力する。

（５）バイアス励磁トランスの実施の形態３
（５−１）バイアス励磁トランスの構成
図６（Ａ）は、本発明によるバイアス励磁トランスの実施の形態３の構成及び磁束を示す図である。

以下、図６の（Ａ）と（Ｂ）を参照して、バイアス励磁トランスの実施の形態３である構成を説明する。

本発明のバイアス励磁トランスは、以下の構成である。
まず、トランスの構成を明確にするために、図６（Ｂ）のＸＹＺ座標を使用して説明する。
図６（Ｂ）を正視して、左右水平方向にＸ軸（右方向が正）があり、上下垂直方向にＹ軸（上方向が正）があり、紙面の裏面から表面に向け、Ｚ軸が正方向に延びている。

図６（Ａ）において、符号ＴＦ３で示されるトランスＴＦ３に存在する符号ＭＣ１で示される磁気回路ＭＣ１には、（Ｂ）に示されるＸ軸方向に延在しＹ軸正負方向に対向する一対のヨークがＹ軸の正側と負側に存在し、両ヨークの中間部同士を連結するギャップ（符号ＡＧ１で示される。）を設けたＹ軸方向に延在する中間脚と、両ヨークの対向する第１端部同士及び第２端部同士の間に、Ｙ軸方向にそれぞれ延在しＸ軸正負方向に対向する一対の両外側脚の一方を構成するコア１（Ｘ軸負側）と他方を構成するコア２（Ｘ軸正側）から成っている。コア１はＸ軸負側においてＸ軸正側に存在するコア２と対向している。
中間脚は、コア１とコア２の間（一般的には中央であるが、これに限定しない。）に存在する
両ヨーク、中間脚、コア１及びコア２はＺ軸方向に厚みを有している。いわゆるＥＩ型のトランスの磁気回路である。
両ヨーク、中間脚、コア１及びコア２には、上記の説明により図６（Ａ）において符号を割愛している。

コア１には、符号ＰＭで示される永久磁石が付装（挾持、挾装又は挾着されている。）され、さらに符号Ｌ１で示されるコイルＬ１が巻装され、コア２には、符号Ｌ２で示されるコイルＬ２、符号Ｌ３で示されるコイルＬ３が巻装されている。
コイルＬ１（コイル１とも称す。）はコア１を周回して巻装され、コイルＬ２及びコイルＬ３はコア２を周回して巻装されている。
コイル２とコイル３が巻装されているコア２にはギャップが存在しないので、コイル３はコイル２に密結合されている。
コイル３は図６（Ａ）のように巻装されても良いが、重ね巻きでも良い。
図示されていないが、コア１の左右に図示するコイルＬ１は同一巻線であり連続している。コイルＬ２（コイル２とも称す。）、コイルＬ３（コイル３とも称す。）も同様である。

永久磁石は、符号Ｐ１で示されるＮ極と符号Ｐ２で示されるＳ極を有し、永久磁石の発する磁束は、符号φＰで示される破線矢印で、矢印の方向にコア１、コア２及び両ヨークを閉磁気回路として通過している。
図６（Ａ）において、磁束は、コイル１及びコイル２に電流が流れていない状態では、バイアス励磁トランスの実施の形態１の図１（Ａ）の磁束と同様となる。
この場合、ギャップＡＧ１（a air gap1）が存在する中間脚には磁束φＰは、ほとんど通過できない。磁束φＰは、ギャップＡＧ１の無いコア２をほとんど通過する。符号φＰは、永久磁石から発生する磁束のみである。

トランスＴＦ３の磁気回路ＭＣ１は、コイルＬ１とコイルＬ２を疎結合とする構造である。相互インダクタンスが一般のトランスよりも小さい。
たとえば、磁気回路ＭＣ１がＥＩ型の磁気回路であれば、磁気回路の左脚、右脚又は中間脚の一部にエアギャップ又は磁束を通しにくい材料を付装（挾持、挾装又は挾着されている。）することで実現可能である。

バイアス励磁トランスの実施の形態３である図６（Ａ）は、バイアス励磁トランスの実施の形態１である図１（Ａ）のコア２に符号Ｌ３で示されるコイルＬ３（コイル３とも称す。）を追加して巻装したものである。

バイアス励磁トランスの実施の形態１、バイアス励磁トランスの実施の形態２及びバイアス励磁トランスの実施の形態３のコイル１及びコイル２は一次巻線であるが、バイアス励磁トランスの実施の形態３のコイル３は、トランスＴＦ３の二次巻線である。

（５）バイアス励磁トランスの実施の形態３
（５−２）バイアス励磁トランスの動作
以下、バイアス励磁トランスの動作を説明をする。

図６（Ａ）において、図７に示す様にコイルＬ１の一端（黒丸印あり）に符号Ｄ５で示される整流素子５（ダイオードＤ５）のアノードを接続し、コイルＬ２の他端（黒丸印なし）に符号Ｄ５で示される整流素子５（ダイオードＤ５）のカソードを接続する。

さらに、図６（Ａ）において、図７に示す様にコイルＬ２の一端（黒丸印あり）に直流正電位を印加し、符号Ｑ１で示される半導体素子（ＦＥＴＱ１）を導通状態とする。

図６（Ａ）に示される各磁束は、図７のＦＥＴＱ１を導通させたときの磁束である。
図６（Ａ）の磁束φ１（磁束１とも称す。）、磁束φ２（磁束２とも称す。）の磁束方向と、図２（Ａ）の磁束φ１、磁束φ２の磁束方向は便宜上同一方向としている。
図７のコイル１に流れる電流方向と図３のコイル１に流れる電流方向は逆であり、図７のコイル２に流れる電流方向と図３のコイル２に流れる電流方向は逆であり、よって、コイル１、コイル２から発生する磁束自体は逆となるが、コイル１はコア１、コイル２はコア２への巻装方法により、発生する磁束の方向は、Ｙ軸正方向でもＹ軸負方向でも如何様にできる。

コア１及び両ヨークのＸ軸負方向側（中間脚を境として）には、永久磁石ＰＭの磁束φＰ及びコイル１の磁束φ１が通過し、中間脚には、磁束（φＰ＋φ１）βと磁束φ２が（磁束（φＰ＋φ１）βとは同方向）通過し、コア２には磁束（φＰ＋φ１）αと磁束φ２が（磁束（φＰ＋φ１）αとは逆方向）通過する。

α及びβは、バイアス励磁トランスの実施の形態１で説明したとおりである。係数βは、ギャップＡＧ１を通過する磁束に乗ずる係数である。
バイアス励磁トランスの実施の形態２では、コイル２が中間脚に巻装され、バイアス励磁トランスの実施の形態１では、コイル２がコア２に巻装され、いずれのコイル２の磁束φ２も、コイル２を巻装している中間脚又はコア２をＹ軸正方向に発生している。

バイアス励磁トランスの実施の形態３でも、コイル２が巻装されいるコア２には、磁束φ２がＹ軸正方向に発生している。
磁束量の計算は、バイアス励磁トランスの実施の形態１、２と同様である。

図６（Ａ）のコイル１には、図７に示すように、整流素子５が並列接続されている。コイル２の一端に正極電位を印加され、コイル２からの相互誘導によりコイル１の一端に正極電位が発生したとき、整流素子３は導通し、コイル１は準短絡され、コイル２の磁束φ２のコア１への通過を阻止する。

したがって、永久磁石ＰＭの発する磁束φＰに抗する磁束φ２は、永久磁石ＰＭを通過できない。

コイル２の一端に電位を印加しないときのコア２の磁束φＰ（Ｘ軸負方向に通過）による磁束密度ＢφＰを、図８に示すＢ−Ｈ曲線の第３象限と定義し、磁束密度をＢφＰの位置をＢ軸のＢＮ１とする。

コイル２に正電位を印加したとき、コイル２の磁束φ２が、
φ２＞α（φＰ＋φ１）で（いずれも磁束量）あれば、コア２の磁束はφ２が支配的となり、コア２の磁束密度は第１象限に遷移し、図８のＢ−Ｈ曲線のＢ軸のＢＰ１付近に達する。

したがって、本発明のバイアス励磁トランスは、Ｂ−Ｈ曲線の第３象限から第１象限までの広範囲のＢ軸を移動できる。したがって、磁気回路ＭＣ２の効率が良く、トランスＴＦ２の効率も良くなる。

コイルＬ２への電圧の印加を停止すると、コア２の磁束密度は再び、Ｂ−Ｈ曲線の第３象限のＢ軸の値ＢＮ１の初期状態に復帰する。

すなわち、従来技術のバイアス励磁を施した磁気回路のように永久磁石の磁力の低下、消磁や逆励磁がない。

バイアス励磁トランスの実施の形態３では、二次巻線であるコイル３を備え、コイル２の電流が流れた時（フォワード動作）及び遮断（フライバック動作）されたとき、コイル３にコイル２からの相互誘導（密結合）電圧が効率良く誘起される。

（６）電気回路の実施の形態３
（６−１）回路構成
図７は、本発明であるバイアス励磁トランスの実施の形態３を使用した電気回路の実施の形態３を示す。図７を参照し、本発明である電気回路の実施の形態３を説明する。

図７において、符号ＴＦ３、符号ＭＣ１、符号Ｌ１、符号Ｌ２は、符号Ｌ３は、図６（Ａ）と同一のものであり、それぞれ、トランスＴＦ３、磁気回路ＭＣ１、コイルＬ１、コイルＬ２、コイルＬ３である。

図７において、図６（Ａ）における永久磁石ＰＭ、ギャップＡＧ１は図示を省略している。
バイアス励磁トランスの実施の形態３と同様に、コイルＬ１（コイル１とも称す。）とコイルＬ２（コイル２とも称す。）は磁気回路ＭＣ１により疎結合され、コイルＬ２（コイル２とも称す。）とコイルＬ３（コイル３とも称す。）は、磁気回路ＭＣ２のコア２により密結合されていている。

図７において、コイルＬ１の一端（黒丸印あり）に符号Ｄ５で示される整流素子５（ダイオードＤ５）のアノードを接続し、コイルＬ１の他端（黒丸印なし）に符号Ｄ５で示される整流素子５（ダイオードＤ５）のカソードを接続している。

端子Ｔ１には、コイル２の一端（黒丸印あり）が接続され、コイル２の他端（黒丸印なし）には、符号Ｑ１で示される半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴＱ１）の一端（ドレインＤ）が接続されている。

端子Ｔ２には、半導体素子（Ｎチャネル型ＦＥＴＱ１）の他端（ソースＳ）が接続されている。コイル３の一端（黒丸印なし）には、符号Ｄ６で示される整流素子６（ダイオードＤ６）のアノードが接続され、整流素子６のカソードには、符号Ｃで示される容量素子（コンデンサＣ）の一端及び端子Ｔ３が接続されている。

コイル３の他端（黒丸印あり）には、容量素子の他端及び端子Ｔ４が接続されている。
半導体素子の制御端（ゲートＧ）は端子Ｔｇに接続されている。

端子Ｔ１、端子Ｔ２間は、直流電位を入力する端子であり、端子Ｔ３、端子Ｔ４間は、直流電位を出力する端子である。

（６）電気回路の実施の形態３
（６−２）回路動作
図７を参照し、本発明であるバイアス励磁トランスの実施の形態３を使用した電気回路の実施の形態３の動作を説明する。
以下の説明に出現する磁束φＰ、φ１、φ２は、バイアス励磁トランスの実施の形態３で説明したものであり、本説明において割愛する。

本発明は、高効率な電圧変換回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ）に最適であり、端子Ｔ１、端子Ｔ２間に直流電位を印加し、端子Ｔ３、端子Ｔ４間から電圧変換された電位を得る。

端子Ｔ２の電位を基準電位として、端子Ｔ１に正極電位を印加する。この状態で、端子Ｔｇ（ＦＥＴＱ１のゲートＧ）にＦＥＴＱ１が導通する電位（Ｎチャネルエンハンス型ＦＥＴにおいては、正極電位でも低電位でないＦＥＴＱ１が導通する正極電位）を印加すると、以下の電流路が構成され、電流が流れる。

端子Ｔ１→コイル２の一端→コイル２の他端→ＦＥＴＱ１のドレインＤ→ＦＥＴＱ１のソースＳ→端子Ｔ２。

コイル２の一端に正極電位が印加されたとき、コイル２からの相互誘導によりコイル１の一端に正極電位が発生し、コイル２が発生する磁束φ２がコア１を通過することに抗する磁束φ１をコイル１から発生すべくコイル１にダオードＤ５を介して電流が流れる。

コイル２の一端に正極電位が印加された直後、ＦＥＴＱ１が非導通となる電位を端子Ｔｇに印加し、コイル２への電圧の印加を遮断するとコイル２の自己誘導により、コイル２の他端に正極電位、コイル２の一端に負極電位を発生し、コイル２とコイル３の相互誘導により、コイル３の一端（黒丸印あり）に負極電位、コイル３の他端（黒丸印なし）に正極電位を発生する。コイル３の他端の正極電位は整流素子６を介して端子Ｔ３に出力し、コイル３の一端の負極電位は端子Ｔ４に出力され（コイル３の両端に電位差３の出力）、端子Ｔ３、端子Ｔ４に接続された外部の負荷に電力を供給する。

すなわち、端子Ｔｇに正極性パルス列（ＰＷＭ）を印加することにより、高い効率のフライバック型ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する。

コイル１の他端にも正極電位が発生するが、ダイオードＤ５により阻止され、コイル１には電流が流れなく、コイル２の磁束φ２の消滅を迅速にする。これはフライバック動作に資する。

したがって、フライバック型電圧変換回路のフライバック時の動作としては、コイル１が存在しないものと同様であり、フライバック動作効率の低下はない。

バイアス励磁トランスの実施の形態３で説明したとおり、コイル１を巻装しているコア１には永久磁石ＰＭが付装されているので、本発明の電気回路の初期状態において、トランスＴＦ３の磁気回路ＭＣ１のコア２の磁束密度は、図８のＢ−Ｈ曲線の第３象限にある。

コイル２の一端に正極電位が印加され、ＦＥＴＱ１のゲートに正極パルスが印加されたとき、バイアス励磁トランスの実施の形態３で説明したとおり、コイル２を巻装しているコア２の磁束密度は、図８のＢ−Ｈ曲線の第３象限から第１象限に遷移し、大きな磁束密度の変化幅を得ることができる。

したがって、非常に効率の良いフライバック型ＤＣ／ＤＣコンバータを実現できる。磁束１が磁束２を阻止するのでコア１に付装されている永久磁石ＰＭへの逆励磁も発生しないので、永久磁石ＰＭの劣化もない。常に、効率の良いＤＣ／ＤＣコンバータを維持できる。

図示しないが、図７におけるコイル３の一端と他端を入替えれば、コイル２に正極電位を印加したときの相互誘導によりコイル３の一端（黒丸印あり）に発生する正極電位、コイル３の他端（黒丸印なし）に発生する負極電位（コイル３の両端に電位差４の出力）により負荷に電力を供給できる。
フォワード型ＤＣ／ＤＣコンバータを構成する。

フライバック、フォワードのいずれにおいてもトランスの磁気回路の効率が良く、トランスの効率が良いので、効率の良いＤＣ／ＤＣコンバータを実現できる。

ＦＥＴＱ１をＰチャネル型ＦＥＴに交換した場合、端子Ｔ２の電位を基準として端子Ｔ１及び端子Ｔｇに負極電位を印加する。したがって、整流素子５の極性を逆とする。端子Ｔｇには負極性パルス（ＰＷＭ）を印加する。
これにより、端子Ｔ４を基準として端子Ｔ３に正極電位を出力するフォワード型ＤＣ／ＤＣコンバータとなる。

上記において、コイル３の一端と他端を入替えるか、整流素子６の極性を逆にすることで、フライバック型ＤＣ／ＤＣコンバータとなる。

Ｑ１ 半導体素子
ＴＦ１〜ＴＦ３ トランス
Ｌ１〜Ｌ３ コイル
ＰＭ 永久磁石
Ｐ１、Ｐ２ 永久磁石の極
ＭＣ１、ＭＣ２ 磁気回路
ＡＧ１、ＡＧ２ ギャップ
Ｄ１〜Ｄ７ 整流素子
Ｔ１〜Ｔ４、Ｔｇ 端子
Ｘ、Ｙ、Ｚ ＸＹＺ座標の各軸
φＰ、φ１、φ２ 磁束
α、β 係数

Claims (10)

1. 対向する一対のヨークと、両ヨークの中間部同士を連結するギャップを設けた中間脚と、該両ヨークの対向する第１端部同士及び第２端部同士の間にそれぞれ延在する一対の外側脚の一方を構成する永久磁石が付装されコイル１が巻装されたコア１と、該一対の外側脚の他方を構成するコイル２が巻装されたコア２を備え、
   前記コイル１と前記コイル２は疎結合され、
   前記永久磁石の発生する磁束Ｐは、前記コア１、前記コア２及び前記両ヨークを閉磁気回路として通過し、
   前記コイル２に、該磁束Ｐと抗する磁束２を発生させるべく電流を流し、該コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
   前記磁束Ｐ、前記磁束１及び前記磁束２は、前記中間脚を同方向に通過し、
   前記コア２内において前記磁束２の磁束密度は、該磁束Ｐ及び該磁束１の量の加算値における磁束密度より大きく、該磁束Ｐ及び該磁束１に抗すべく該コア２を通過し、
   前記磁束２は前記コア１を通過できず、該磁束２のコア１の通過に起因する前記永久磁石の弱磁化、を防止することを特徴とするバイアス励磁トランス。
2. 前記閉磁気回路に前記磁束Ｐのみが通過しているとき、Ｂ−Ｈ曲線において、前記コア２の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第３象限にあり、前記コイル２に前記コイル１より大きな電流が流れるとき、該コア２の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第１象限にあり、又は、
   前記閉磁気回路に前記磁束Ｐのみが通過しているとき、Ｂ−Ｈ曲線において、前記コア２の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第１象限にあり、前記コイル２に前記コイル１より大きな電流が流れるとき、該コア２の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第３象限にあることを特徴とする請求項１に記載のバイアス励磁トランス。
3. 対向する一対のヨークと、両ヨークの中間部同士を連結するコイル２が巻装された中間脚と、該両ヨークの対向する第１端部同士及び第２端部同士の間にそれぞれ延在する一対の外側脚の一方を構成する永久磁石が付装されコイル１が巻装されたコア１と、該一対の外側脚の他方を構成するギャップを設けたコア２を備え、
   前記コイル１と前記コイル２は疎結合され、
   前記永久磁石の発生する磁束Ｐは、前記コア１、該コア１から前記中間脚までの両ヨーク及び前記中間脚を閉磁気回路として通過し、
   前記コイル２に、該磁束Ｐと抗する磁束２を発生させるべく電圧を印加し、該コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束φ１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
   前記磁束Ｐ及び前記磁束１は、前記両ヨーク、前記中間脚及び前記コア２を通過し、
   前記磁束２は、前記コア２を前記磁束Ｐ及び前記磁束１と同方向に通過し、
   前記中間脚内において前記磁束２の磁束密度は、該磁束Ｐ及び該磁束１の量の加算値における磁束密度より大きく、該磁束Ｐ及び該磁束１に抗すべく該中間脚を通過し、
   前記磁束２は前記コア１を通過できず、該磁束２のコア１の通過に起因する前記永久磁石の弱磁化、を防止することを特徴とするバイアス励磁トランス。
4. 前記閉磁気回路に磁束Ｐのみが通過しているとき、Ｂ−Ｈ曲線において、前記中間脚の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第３象限にあり、前記コイル２に電圧を印加したとき、該中間脚の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第１象限にあり、又は、
   前記閉磁気回路に磁束Ｐのみが通過しているとき、Ｂ−Ｈ曲線において、前記中間脚の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第１象限にあり、前記コイル２に電圧を印加したとき、該中間脚の磁気回路の磁場Ｈの値及び磁束密度Ｂの値は第３象限にあることを特徴とする請求項３に記載のバイアス励磁トランス。
5. 前記コア２にさらにコイル３を巻装したことを特徴とする請求項１又は２に記載のバイアス励磁トランス。
6. 前記中間脚にさらにコイル３を巻装したことを特徴とする請求項３又は４に記載のバイアス励磁トランス。
7. 請求項１〜４のいずれかに記載のバイアス励磁トランスを用いた電気回路において、前記コイル１の両端に整流素子１及び整流素子２を逆方向並列接続し、該コイル１の他端と前記コイル２の他端を導通させ、該コイル１の一端と該コイル２の一端に電位差を印加したとき、
   前記コイル１の一端に印加した電位１が前記整流素子１に対し順方向であるとき、該電位１による電流は前記整流素子１と前記コイル２に流れ、又は、
   前記コイル１の一端に印加した電位２が前記整流素子２に対し順方向であるとき、該電位２による電流は前記整流素子２と前記コイル２に流れ、
   前記コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
   前記コイル２のリアクタンスにより突入電流を防止することを特徴とする電気回路。
8. 請求項１〜４のいずれかに記載のバイアス励磁トランスを用いた電気回路において、前記コイル１の両端に整流素子を並列接続し、前記コイル２の一端と該コイル２の他端に電位差を印加したとき、前記コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧が前記整流素子に対し順方向であるとき、該誘起電圧による電流は該コイル１に流れ、
   前記コイル１への該誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
   前記コイル２の両端に印加した電位差を消滅させたとき、該コイル２の自己誘導により、該コイル２の一端に印加した電位と同極性の電位を該コイル２の他端に発生することを特徴とする電気回路。
9. 請求項５又は６に記載のバイアス励磁トランスを用いた電気回路において、前記コイル１の両端に整流素子を並列接続し、前記コイル２の一端と該コイル２の他端に電位差を印加したとき、前記コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧が前記整流素子に対し順方向であるとき、該誘起電圧による電流は該コイル１に流れ、
   前記コイル１への該誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
   前記コイル２の両端に印加した電位差を消滅させたとき、該コイル２と該コイル３の相互誘導により該コイル３の両端に電位差３を発生することを特徴とする電気回路。
10. 請求項５又は６に記載のバイアス励磁トランスを用いた電気回路において、前記コイル１の両端に整流素子を並列接続し、前記コイル２の一端と該コイル２の他端に電位差を印加したとき、前記コイル２からの相互誘導によるコイル１への誘起電圧が前記整流素子に対し順方向であるとき、該誘起電圧による電流は該コイル１に流れ、
    前記コイル１への該誘起電圧によりコイル１に電流が流れたとき発生すべく磁束１は、該磁束２に抗すべく磁束の方向であり、
    前記コイル３の両端に電位差４を発生することを特徴とする電気回路。

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