JPS61119012A - 粗結合トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は粗結合のトランス、コイルを対向させて電磁的
信号の授受を行う粗結合トランスに関する。

（従来技術） 従来、コイル状に巻い之一対の線輪を、その中心軸上に
互に乎行に対向させ、その相互インダクタンスを利用し
て電磁エネルギーの授受を行う場合、上記の一対のコイ
ルの直径又は対角線長は両コイル共はぼ同一寸法を用い
ることが一般的であった。

このような粗結合トランスの具体的使用例としては９例
えば生体内に水晶振動子を含む共振回路をプローブとし
て埋め込み、この水晶振動子の温度特性を利用して温度
に対応し九共振周波数を精密に検出することによって体
内の温度を遠隔泪１１定することが実施されているが、
この際該プローブと体外測定装置との間のケーブルを省
略するために、プローブに設けたコイルと体外のコイル
との相互インダクタンス全中介として電磁エネルギーの
授受全行うようにした無線化が進められている。このよ
うな場合に使用するコイルは１体内に埋め込むものであ
るから小形軽素とするために、空芯コイルを用いた粗結
合トランス全形成することが一般に行なわれていた。

上述の例における粗結合トランスの両コイルの直径は従
来の常識的手法でははソ同−寸法にするのが一般的であ
るが９通常このような空芯コイルを所要距離を隔て対向
させ免トランスの相互インダクタンスは数値的には極め
て小さく、体内のプローブと体外測定装置の信号の授受
に相当の困ｉＩヲ来してい念。

このため従来は、上述の体外測定装置で受信したプロー
ブからの信号を大増幅して行うほかプローブの小形軽量
化金も犠牲にして、コイル寸法を大きくすることが行わ
れていた。

（発明の目的） この発明は、上述の様な問題点金解決するためになされ
たものであって、対向するコイルの寸法比率とコイルの
離間距離との関連を検討した結果、これらの関係を所定
のものにすることによって相互インダクタンスが最大と
なる点全見い出し、これを積極的に利用し九効率のよい
粗結合トランスを提供することを目的とする。

（実施例） 以下本発明を図示した実施例に基づき詳細に説明する。

その前に１本発明の理解を助け、かつその効果を明らか
にするために従来の粗結合トランスの特性について少し
く説明する。

＄４図は従来の粗結合トランス金示す構成図であって、
その中心軸の離間距離をｄ、半径をａとする２つの等寸
法コイル全対向して構成し前記コイルの離隔距離ｄ１ｒ
：パラメータとして変化したときの相互インダクタンス
Ｍの値１１□□□に示す。

同図は横軸にコイル間距離ｄを又縦軸には相互インダク
タンスＭを夫々コイル半径ａで正規化して表わしたもの
である。

回向から明らかな如く、このように双方のコイルの径が
等しいトランスではコイル間距離が大きい糧指数関数的
に相互インダクタンスは減少し、逆に両方のコイル？接
近する程結合が密になり相互インダクタンスは増大する
。従ってこのような従来のトランスではできる限り両者
全密着せしめる方がより大きな相互インダクタンスを得
る。

第１図は本発明に係かる粗結合トランスの一実ｍａｅ示
す構成図である。

同図に於いて、Ｌｌ及びＬ２は半径を夫々ａ。

、ａとする円形コイルであって、その中心間距離全ｄと
して平行に対向せしめｆｃ粗結合トランスである。

今、このときの相互インダクタンスＭ？、一方のコイル
Ｌ１の半径ａ。′ｌｔ固定し他方のコイルＬ２の半径ａ
を種々変化せしめたときの該相互インダクタンスＭの変
化音コイルの離間距離ｄＱパラメータとして測定した結
果第２図のグラフを得た。

同図は、Ｘ軸に互いのコイルの半径の比４／ａｏ　を又
、ｙ軸にこのときの相互インダクタンスＭをａ。＝ａの
ときの相互インダクタンスＭ。

で正規化した値即ち、Ｍ／Ｍｏｉ表示したもので前記コ
イル間距離ｄとコイルＬｌの半径ａ０の比ｄ　／　ａ　
ｏが２，４及び６の３つの場合について夫々の関係を表
示したものである。

同図から明らかな如（、Ｉ、ｌとＬ２の２つのコイルの
半径寸法比ａ　／　ａ　ｏが小さい間はこの比の増加に
従って相互インダクタンス比Ｍ／Ｍ　ｏは増加するが、
夫々固有のａ　／　ａ　ｏの点に於いて極大値をもつ如
く変化する。

このことは、コイル間の距ｍＫ対応して両コイルロ径寸
法比全適切に選択することによって最大の相互インダク
タンス金得ることができることを意味する。

即ち、第２図に示した例で説明すれば、コイル間距離ｄ
が２　ａ　ｏであれば９両コイルの寸法比ｅａ／ａ、＃
３とするときＭ　７Ｍ　ｏが約２．５なる最大値で示し
、又ｄが４　ａＯ＋　６　ａｏなるときはａ／ａ６　が
５．２及び８．４のときＭ／Ｍ　ｏは夫々的７及び１５
の最大値を呈する。

従って、粗結合トランスの使用状態における両コイルの
離隔距離に応じて両コイル寸法を適当に設定すれば従来
の同一寸法コイルを使用するよりはるかに大きい相互イ
ンダクタンスを得ることができる。

例えば、コイ／Ｉ／間距離が６ａｏの場合、従来から使
用される同一寸法トランスの相互インダクタンスは同図
Ｘ軸上のａ／ａｏ＝１の点に対応するｙ軸であってＭ／
Ｍ　ｏ　＝　１であるが２本発明に基づいて両コイルの
寸法比をａ／ａ。＝８．４とすればその相互インダクタ
ンスはＭ　７Ｍ　ＯＬ＝、１５となるから従来のトラン
スに比して約１５倍の相互インダクタンスを得ることが
できる。

尚同図に示した３つの曲線の最大値を連ねると同図中点
線の如くある連続曲線を描き得るから任意のコイル間距
離に対する最大相互インダクタンスを有するコイル寸法
比率の大兄の値を容易に知ることができる。

更に４本発明によれば以下に説明するように両方のコイ
ルの中心軸が所定の範囲内に於いてずれてもその相互イ
ンダクタンスが一定であると云う副次的効果をも九らす
。

以下このことを図面を用いて詳述する。

第３図は本発明に基づいて口径寸法音大小異にして設定
した粗結合トランスであって、半径ａｏ　なるコイルの
中心軸をこれより大きい半径ａｋ有するコイルの中心軸
から次第にこの軸に直角方向にｌだけ遠ざけたときの夫
々の相互インダクタンスＭの変化を測定した結果第４図
の特性を得る。

即ち同図に於いて、横軸は両コイルの中心軸の離隔距離
１’ｔ、又縦軸にはこのときの相互インダクタンスＭｆ
ｊｒ：とったものである。

同図から明らかなようにｌｆｏ即ち９両コイルの中心軸
を一致せしめた状態からｌ　＝　ａ即ち、大口径コイル
Ｌ２の線輪縁へ移動する範囲に於いては相互インダクタ
ンスＭの変化量は少なくはソ一定であり＋　ｌ”’ａ即
ちコイルＬ２の線輪縁を越えると急激に減少する。

又、第５因にはコイルの離隔距離ｄが前記第４図に示し
たものより小さい場合の同様の特性を示したものであっ
て、前記第４図と異なる点はｊがａより若干小さい点、
即ちコイルＬ２の線輪の内縁近傍に於いて極大値をもつ
ように変化する。伺この場合の相互インダクタンスＭは
前記第４国に示したものより大きくなることはコイル間
の距離が小さいことに起因し当然のことである。

このような現象は前述の如く生体内温度測定装置に用い
る粗結合トランスの如く９両コイルが固定されず、しか
も一方のコイルが生体内に埋め込まれ或は胃腸を移動す
るなどしてその位置特にコイルの中心軸が明確に特定し
難い場合等には極めて有効であって、小口径コイルが大
口径コイルの内部に位置すれば等感度となるか′ら測定
が非常に容易となる。

更には、このトランスを介して伝達する信号に振幅変調
を施す場合は２周知の如く信号の授受レベルが復調出力
に影響するから上述の効果はより一層重要となる。

同９以上説明した諸現象は、これらトランス周囲の媒体
が空気である場合に限らずその他の物質であっても同様
に成立する。

参考までに第６図に媒体が空気、純水及び０．９チ食塩
水である場合の粗結合トランスの挿入損失特性を示す。

同図から明らかな如く媒体が空気である場合に比べその
比誘電率が大きい純水、更には０．９チ食塩水がより挿
入損失が小さくなるもののコイル離隔距離ｄに対する変
化ははソ同−傾向を示す。

従って本発明が利用する上述の諸現象はこれら他の媒体
中に於いても同様に成立つことが推察される。

更には、上述のコイルの中心にフェライト或は鉄等の強
磁性体金コアーとして挿入することによって磁束密度を
高めより大きな相互ダクタノスを得ること、逆に同じ相
互インダクタンスであればコイルの半径を小さくし得る
こと、或はコイルの巻数を種々適切に設定すること等従
来から行なわれているトランス設計手法を本発明の粗結
合トランスに適用することは何等さしつかえなく２本発
明が上述の実施例に限定される必然性なきこと説明を要
しないであろう。

（発明の効果） 本発明は以上説明した如く構成しかつ作用するものであ
るから、極めて簡単に効率のよい粗結合トランスを実現
するうえで著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係かる粗結合トランスの一実施例を示
す構造図、第２図は前記第１図に示した粗結合トランス
のコイルの直径寸法とこれらの離間距離と全変化せしめ
た場合の相互インダクタンスの変化を示す特性図、第３
図は本発明の他の効果を説明する図であって、コイルの
中心軸をずらした状態全示す図、第４図及び第５図は前
記第３図の結果書た相互インダクタンスの変化を示す特
性図、第６図はコイル間の媒体の差異によるトランス挿
入損失特性変化を示す図、第７図及び第８図は夫々従来
の等寸法トランスの構成図及びその特性を示す図である
。 Ｌｌ及びＬ２・・・・・・・・・空芯コイル。 ａｏ及びａ・・・・・・・・・コイルの半径、　　ｄ・
・・・・・・・・コイルの離隔距離、　　Ｍ及びＭｏ・
・・・・・・・・相互インダクタンス、　　ｌ・・・・
・・・・・２つのコイルの中心軸の離隔距離。 特許出願人　　東洋通信機株式会社 第　２　図 第　り　図 第Ｓ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コイルを相対向せしめる粗結合トランスにおいて、互い
   のコイルの口径寸法比を両コイルの離隔距離に関連して
   適切に選択することにより、両コイル間の相互インダク
   タンスを増大せしめエネルギー授受効率を向上したこと
   を特徴とする粗結合トランス。