JPH11186072A - 変圧比連続可変型変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各種変圧器において、タップを使用した断続
的な切替ではなく、連続的に変圧比を変化させ、精密な
電圧設定を可能にし、機能素子として電子制御システム
にも組み込める変圧器を提供することを目的とする。 【解決手段】 導電性磁性体より成る環状一次コイル１
と該一次コイルの周囲にトロイダル状に巻装された導電
体二次コイル２より主に構成され、磁界発生手段４を付
加し、この磁界発生手段の磁界を調節することにより、
変圧比を連続的に変化させられる変圧器が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一次側と二次側の
間の変圧比を連続的に変化させ、精密な電圧設定を可能
にする変圧器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、変圧器は、磁束の通る成層鉄心
（コア）に２組の巻き線Ｐ、Ｓを施した物である。Ｐ側
（一次側）にＶ１〔Ｖ〕の交流電圧を加えると、一次側
コイルに流れる電流は時間的に変化し、変圧器の鉄心に
磁界の変化が生じ、この変動により、二次側コイルの磁
束の変化が発生、電磁誘導によってＳ側（二次側）にＶ
２〔Ｖ〕の電圧が得られる。このＶ１及びＶ２は、それ
ぞれの巻線Ｎ１、Ｎ２に比例し、次の関係がある。 Ｖ
１／Ｖ２＝Ｎ１／Ｎ２＝α αを変圧比または巻き数
比といい、これを適当な値にすれば、任意の電圧に変圧
できる。また、一次側、二次側の電流Ｉ１、Ｉ２の間に
は次の関係がある。 Ｉ１／Ｉ２＝Ｎ２／Ｎ１＝１／α
１／αを変流比といい、これを適当な値にすれば任
意の電流に変流出来る。変圧器には一次側コイルと二次
側コイルあるいは複数のコイルを巻き付けた構造で、必
要に応じた電圧と電流値を取り出せるような構造にした
変圧器が製品化されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た構成から成る変圧器の場合、変圧比を変える場合に
は、連続して変化する事は出来ず、二次側に設けたタッ
プを切り替えることによる断続した値での切り替えとな
っていた。単巻き変圧器と言う一次側の一部を二次側と
共用した特殊な変圧器で連続可変出来る物はあるが、機
械的接点を使用しているため、機能的電子デバイスとし
て応用する用途が閉ざされていた。

【０００４】本発明は、上記した従来の変圧器に鑑み発
明した物であり、その目的とするところは、タップを使
用した断続的な切替ではなく、連続的に変圧比を変化さ
せ、精密な電圧設定を可能にし、機能素子として電子制
御システムにも組み込める変圧器を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した目的
を達成するためのものであり、先ず、その作動原理を図
１より説明する。まず、従来の変圧器の原理であるが、
これは、図４より説明すると、図において、一次コイル
１３と二次コイル１４が共通の鉄心１２に巻かれてい
る。ここで、一次コイル１３に交流電流を通電すると、
電磁誘導の作用により二次コイル１４に誘起電圧が誘導
される。これに対して、本発明による変圧器では、構造
が図１に示した構造となる。すなわち、図において、導
電性磁性体の線材を環状コイルとし、これを一次コイル
１とし、これに通常の導電体を２のように巻き、二次コ
イル２とする。全体として３に示す様な外観となる。従
来の変圧器では、磁気回路専用の鉄心が組み込まれてい
るが、図１で示す構造は導電性磁性体である一次コイル
１が二次コイル２の鉄心の役割をも果たすようになって
いる変圧器である。

【０００６】この導電性磁性体の一次コイルに交流電流
を通電すると、二次コイル２に誘導起電力が誘起され
る。一次コイルと二次コイルは幾何学的に磁路が直交し
ているため、常識的には相互の磁束鎖交はありえない
が、導電性の磁性体を使用したときにだけ誘導を発生さ
せることができる。この現象は、導電性磁性体に電流が
流れるときにだけ生ずる磁化の磁気異方性によるもので
あると考えられる。発明者は、実験によってこの所見を
明らかにし、本発明の実証に至った。

【０００７】一次コイルから二次コイルへの誘導の原理
は、次のようになっていると考えられる。通電中の一次
コイルに流れる電流の内部には、磁化の磁気異方性によ
り螺旋状の磁界が発生し、この螺旋状磁界の軸方向の成
分が二次コイル２に鎖交し、該二次コイル２に誘導起電
力が誘起される。磁界発生手段４は、一次コイルの磁気
異方性に影響を与え、該磁界発生手段４の磁界強度によ
り二次側出力電圧は連続的に変圧比が変化する。図１の
場合、磁界強度は磁界発生手段４のコイルからの距離と
している。尚、磁界の極性の方向５は磁界の両極性Ｎ、
Ｓがそれぞれコイルの内周に接する方向である。

【０００８】本発明では導電性磁性体を一次コイルに
し、これに電流を流すことによって、二次コイルから出
力電圧を取り出すとき、磁界発生手段からの磁界強度に
よって電圧・電流波形の値が連続的に変化することを利
用し変圧比を連続的に可変出来ることを特徴とする。ま
た磁界の強度によっては、負の変圧比が現れ、逆位相の
二次電圧を得ることも可能であり、正負の符号をまたい
で変圧比を連続的に変化させることができる。

【０００９】本発明は、上記した動作原理を応用したも
のであり、請求項１記載の変圧器は磁界発生手段を移動
可能なものとし、この磁界発生手段の位置を調節するこ
とにより二次側出力電圧・電流及び極性を調節出来る物
とした。また、磁界が電磁石の場合には、電磁石への通
電電流を調節することにより二次側出力電圧・電流を調
節できる物とした。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、導電性磁
性体を環状コイルにし、これを一次コイルとし、これに
導電体コイルをトロイダル状に巻装し二次コイルとして
該導電性磁性体の一次コイルに交流電流を流すと一次コ
イルの周囲に磁束が発生し、これにより、トロイダル状
に巻装されている導電体の二次コイルに起電力を誘導さ
せることができる。ここで誘導された電圧は磁界の影響
を受けやすく、磁界発生手段からの磁界強度によってそ
の電圧・電流の値を連続的に変化させることができる。
また磁界の強度によっては、負の変圧比が現れ、逆位相
の二次電圧を得ることも可能であり、正負の符号をまた
いで変圧比を連続的に変化させることができる。

【００１１】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図３を用いて説明する。

【００１２】（実施の形態１）図１において、３は変圧
器主構成、４は磁界発生手段、この磁界発生手段は永久
磁石、電磁石のどちらでも良い。この実施例は、本発明
の変圧比連続可変型変圧器Ｔ１の構成と動作を示したも
のである。この構成は、変圧器主構成３と磁界発生手段
４である。

【００１３】以上のように構成された変圧比連続可変型
変圧器Ｔ１について、次にその動作を説明する。 ま
ず、変圧器主構成３の導電性磁性体の一次コイルに交流
電流を通電する。すると、この環状コイルにトロイダル
状に巻装された二次コイルに、一次コイルより、発生し
た磁界によって、電圧が誘導される。この時、磁界発生
手段４の変圧器主構成３からの距離により、出力される
電圧・電流の値が決まる。この磁界発生手段４の位置移
動は、連続的に出来るので、二次側電圧の変圧比も、連
続的に変えられる。極性の切り替えも磁界発生手段４の
変圧器主構成３からの位置を調節することにより可能で
ある。この磁界発生手段をある位置に持ってくると極性
を切り替えることが出来る。切り替え後、切り替わった
極性にて電圧の調節は可能である。

【００１４】（実施の形態２）図２には、磁界発生手段
として電磁石を用い、該電磁石を変圧器主構成の中心に
固定した場合の実施例Ｔ２の構成と動作を示した。ここ
でＴ２は、電磁石を変圧器主構成の中心に固定した構成
となっている。６は交流電源、７は電磁石、８は電磁石
印加用の電源（直流あるいは交流電源）、９は出力端子
である。次に、以上のように構成された変圧比連続可変
型変圧器Ｔ２の動作を説明する。この場合、磁界発生手
段である電磁石７の磁界調節は、該電磁石７に接続され
ている電磁石印加用電源８の電流を調節する事により、
可能である。この磁界の調節により、変圧比連続可変型
変圧器Ｔ２の変圧比を連続的に調節できる。したがっ
て、電磁石印加用電源８の電流の調節により、出力端子
９の電圧を連続的に調節できる。

【００１５】このような変圧比連続可変型変圧器は、能
動的な電気的特性を持ちながらも、半導体を用いていな
いので、次のような特徴を有する。一般に導電性磁性体
のキュリー点温度は、極めて高いので、特性が温度に依
存する半導体とは異なり、極低温から高温まで非常に広
い温度範囲で使用することができる。この特徴は、半導
体デバイスが動作し得ないような厳しい温度環境で使用
する機器に応用することができる。

【００１６】（実施の形態３）図３には、磁界発生手段
として、一次コイルと、二次コイルの間に、第３のコイ
ルを巻き、このコイルを磁界発生手段としてのコイル１
１として、実施例T1、T2の時の、磁界発生手段の働きで
ある出力電圧制御用の磁界とした場合の実施例である。
この実施例をＴ３として、構成と動作を示した。Ｔ３の
構成は、Ｔ２の電磁石７が、磁界発生手段としてのコイ
ル１１に置き換わったものである。コイル１１は主構成
３の表面に巻装される。ただし、ここではコイル１１に
印加する電源１０は直流定電流源である。直流定電流源
１０からコイル１１に流れ込む定電流に応じて変圧器主
構成３の内部にバイアス磁界が発生する。このバイアス
磁界によって導電性磁性体の磁気異方性が変化し、バイ
アス磁界に応じた変圧比が決まる。

【００１７】この実施例の長所は、磁界発生手段として
のコイル１１が主構成３の表面に巻装されるため、実施
例Ｔ２のものよりも構造的にコンパクトになることであ
る。また、電源１０が直流であるということから本実施
例は運用中は変圧比を変更させなくても済むような用途
に適している。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、従来の
変圧器のように変圧比をタップの切り替えによる断続的
な切り替えではなく、また一部の特殊用途に限定せず
に、導電性磁性体と導電体と磁界発生手段との簡単な組
み合わせにより、二次側出力電圧が連続的に変圧可能と
なった。二次側出力電圧の逆相出力を得るのも磁界発生
手段の磁界調節により可能となった。以上、本発明の好
適な実施例について説明したが、本発明は前述した実施
例に限定されることなく、本発明の精神を逸脱しない範
囲内に置いて種々の設計変更をなしえることは勿論であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における変圧比連続可変型変圧器の動作
原理図及び実施の形態１である。

【図２】本発明の実施の形態２における変圧比連続可変
型変圧器の側面図である。

【図３】本発明の実施の形態３における変圧比連続可変
型変圧器の側面図である。

【図４】従来の変圧器構成の概要を示す動作原理図であ
る。

【符号の説明】

Ｔ１〜Ｔ３ 当該変圧比連続可変型変圧器 １ 一次コイル（導電性磁性体コイル） ２ 二次コイル（導電体コイル） ３ 当該変圧器主構成 ４ 磁界発生手段 ５ 外部磁界発生手段の磁化の向き ６ 交流電原 ７ 磁界発生手段としての電磁石 ８ 電磁石印加用電源 ９ 出力端子 １０ 直流定電流源 １１ 磁界発生手段としてのコイル １２ 積層鉄心 １３ Ｐ（一次）コイル １４ Ｓ（二次）コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】導電性磁性体より成る一次コイルおよび導
   電体より成る二次コイルによって構成される変圧器を主
   構成とし、磁界発生手段を付加したことを特徴とする変
   圧比連続可変型変圧器