JPS6130964A - エネルギ−変換変成器 - 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】 （イ）発明の産業上の利用部門 この発明の目的は通信機器および制御機器等にエネルギ
ーを供給するエネルギー変換変成器に関する。

（ロ）従来の技術 従来の変成器は一次および二次回路を、磁気エネルギー
によって結合する方式にあっては一次巻線の上に二次巻
線をかさねて巻上げ、両者間に静電じゃへいを施す場合
には、中間に銅箔アルミ箔などを巻いていた。また磁気
エネルギー以外の結合方式については考慮がなされてい
なかった。

第１０図および第１１図は従来の技術による磁気エネル
ギ一方式による変成器の例である。■は磁性体心であっ
て例えば、けい素鋼板等の磁性体を積層して一体となし
、一次および二次コイル間のエネルギー結合を磁界によ
って達成するものである。電力は一次コイル２および２
°へ導入されるこのとき一般の構成では一次コイルは鉄
心ｌの各脚部にわけて２および２°のごと〈巻かれ、リ
ード線４で結線される。一次コイルに導入された電力は
磁気エネルギーとして磁性体心ｌを通り、二次コイル５
および５′により取り出され、５および５“はリード線
６により、他の機器に接続され、電力は外に取り出され
る。ここで一次コイル２．２°および二次コイル５．５
゛は磁性体心１の脚部に、それぞれかさねて巻き付けら
れ、リード線４および６によって結線されている。モし
て−・次および二次コイル間の絶縁およびし◆へいを強
化するには、おもにコイル間の絶縁およびし壺へい材の
みによっていた。この様な構成ではサージに対して１両
者間の絶縁およびしゃへいを強化することができず、し
たがって、一次より侵入するサージは容易に二次回路に
あられれることになる。二次側にあられれたサージは、
これに接続された電子装置等を容易に破壊する。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 従来のエネルギー変換変成器では、一次および二次回路
を分離する考慮がなされておらず、磁気的な結合による
変成器においては、一次回路すなわち一次コイルおよび
二次回路すなわち二次コイル間を隔離できず、絶縁およ
び　しやへいが充分でなく、一次コイルに侵入したサー
ジが容易に二次コイルに移行していた。

（ニ）発明の目的および構成 この発明は上記の点にかんがみてなされたもので、一次
端子よりの電気エネルギーを受けて電気エネルギー以外
のエネルギーに変換する一次回路と、そのエネルギーを
二次回路に導くエネルギー結合手段と、一次回路と隔離
されて、そのエネルギーを電気エネルギーに変換して、
二次端子に出力する二次回路により構成した。磁気的結
合による変成器にあっては独立に設けられた一次および
二次コイルを磁性体心で結合させ、両者の絶縁およびし
ゃへいを充分ならしめ、また他のエネルギー形式を用い
る変成器にあっては、光エネルギーを用い、発光器およ
び光発電ダイオードを設け。

両者間に密閉ボックス、反射鏡、光ファイバーのうち、
すくなくとも、その一種を用い、一次回路と二次回路の
隔離と絶縁を容易に強化できる構成とした。

（ホ）実施例 第１図および第２図は磁気結合を用いたエネルギー変換
変成器の実施例であって、磁性体心のひとつの脚１ａに
例えば一次コイル２が巻かれ、他のひとつの脚１ｂに、
例えば二次コイル５が巻かれている。磁性体心ｌは、前
記のけい素鋼板の積層体、カットコアまたは、絶縁性を
有することを特徴とするフェライトコア等の焼結体で実
現される。絶縁性鉄心はサージの移行を防止する。一次
コイル２はリード線４によって一次端子８および８′に
接続されている。二次コイルは、リード線６によって、
二次端子９．９′に接続されている一次コイルおよび二
次コイルは独立に設けられ、その距離は磁性体心ｌのコ
イルの軸に直角方向の磁性体心部分の長さによって自由
に変えることができる。このため、一次および二次コイ
ル間の距離を大きく取ることができる。よって、一次お
よび二次コイル間の結合静電容量（静電容量は両コイル
の幾何学的位置によって決定される）を小さくすること
が出来て、サージの移行を抑制することができる。これ
は両コイル間の立ち上りの早いサージの移行は静電容量
による分圧、すなわち各部に誘導される電荷に依存する
からである。

この特長をさらに助長するために絶縁およびし牛へい板
７を両コイルの中間に配置してもよい。

このような構成においては、−成端子より入力された電
源の電気エネルギーは二次コイルを通じて磁束のエネル
ギーに変換させられ、磁束のエネルギーは、磁性体心１
を通り、二次コイルにより電気エネルギーに復元され、
リード線６を通じて二次端子９，９′より出力される。

二次端子９，９′には、負荷である電子装置または通＠
装置等が接続される。よって−成端子側に入力された電
源エネルギーは、一次コイル、磁性体心、二次コイルを
通過して、二次端子に出力され、二次端子に接続された
電子装置または通＠装置等に電源エネルギーが供給され
る。しかしサージのエネルギーは、きわめて高い周波数
成分のみよりなるため、磁性体の中の磁束の変化が、そ
のような高い周波数に追随することができず、この成分
の磁性体を通じてのエネルギー伝送はなく、一次および
二次コイル間の静電結合および絶縁抵抗を通じて、一次
コイルから、二次コイルへのエネルギー移行が行われる
のみである。しかし一次コイルおよび二次コイル間は本
発明の方法によれば、隔離されて静電容量が少なく、ま
た中央にシールド板を設置することができるので、さら
に両者の結合をすくなくすることができる。よってサー
ジのエネルギーはほとんど二次側にあられれない、した
がってサージ防護の目的を達し得る。

また別の実施例を第３図にかかげる。一般に二次コイル
と二次コイルのエネルギー授受に関して、磁性体心１に
流れる磁束が小いほど磁性体心１の構成が容易である。

そこで磁性体心の磁束を二倍の−に減少させる。−成端
子８，８°に接続された二次コイル２ａ、２ｂ、２Ｃに
より、−成端子８．８′に供給される交流電圧波形のう
ち、正電圧部分を、ダイオード１０ａの作用により、一
次コイル２ａに供給し、おなじく負電圧部分を、ダイオ
ードｆｏｂの作用により、２ｂに供給し、両コイルの磁
束発生方向を相互に逆にとることにより磁性体心ｌに発
生する磁束の周波数を電源にあたえられる周波数の二倍
とする０巻線に同一電圧を誘起せしめるには、周波数を
倍としたときは必要磁束量は二倍の−ですむことはあき
らかであるので、同一の磁束密度を取るならば、磁性体
心１の必要断面積を二倍の−に縮小できることにより、
目的を達し、一次コイル２ａ、２ｂ、２ｃおよび二次コ
イル５の距離を取ることを容易ならしめた。

第４図はさらにまたべつの実施例であって二次コイルの
入力リード４の中間に周波数増加装置１２を設けたもの
である。この周波数増加装置１２は、トランジスター等
の半導体からなっていても、また磁気増巾器の様な固体
増巾器により形成されてもよい、その結果、ｎ倍周波数
増加装置を付加した場合、必要な磁束数を１　／　ｎと
することができるので、磁性体心をさらに小型に製作で
きるので、一次および二次コイルの距離を大きく取るこ
とができる。さらに周波数を高くとれば、磁性体心を省
略することも可能である。

さらに磁性体心を分割絶縁した実施例を第５図に示す、
磁性体心ｌの分割された各脚１ａ、ｌｂに、おのおの、
一次コイル２および二次コイル５を組付ける０分割され
た１ａおよび１ｂの対向面には絶縁物３を挿入する。こ
の構造によって二次コイルと二次コイルの絶縁が強化さ
れ、同時に結合静電容量が減少させられる。すでに述べ
たように、一次回路すなはち二次コイルと、二次回路す
なわち二次コイルとの絶縁を良好にすると共に、結合静
電容量の減少化により、サージのエネルギーの移行を防
止できる。また第５図では、磁性体心ｌの分割面は、一
次、二次コイルの中間に設置されているが、一次、二次
コイルの内側に分割面を設置してもよい。

第６図、第７図および第８図は光エネルギーを用いた変
成器の実施例であって、まず第６図は密閉ボックス２８
に取付けられた一次端子８，８゜より電力を受けて光を
放射する発光器２１．および光発電ダイオード２２（太
陽電池など）と、発光器２１の発射した光を光発電ダイ
オード２２に到達させる反射鏡２３および光発電ダイオ
ード２２の出力電力を外部に取りだす端子９，９°より
構成される０発光器２１はリード線２６により、−成端
子８，８゛に接続され、−成端子８．８゛に接続された
電源より電力を受けて発光する。

発光器２１は適当な密閉ボックス２８の内側の端部に置
かれ、光の発射能率を上げるための反射鏡２３と共に絶
縁取付具をもって取付けられる０発光器２１は白熱電球
、蛍光灯、発光ダイオードまたはレーザーなどにより実
現される。密閉ボックス２８の内部の他の端には、光発
電ダイオード２２が取付具をもって取付けられている。

光発電ダイオード２２は発光器２１および反射ｌＩＪ、
２３による光の照射能率が最大となるような位置と状態
に絶縁取付具をもって取付けられる。光発電ダイオード
２２はリード線２７により二次端子９，９゛に接続され
ている６発電ダイオード２２はシリコン太陽電池、アモ
ルファス半導体電池等、受光感度分布が発光器２１の発
光スペクトル分布に合わせたものを選択することによっ
て実現される。

上記の様に構成された密閉ボックス２８上の一次端子８
．８′を交流または直流の電源に接続すれば、発光器２
１は光エネルギーを発射し、反射鏡２３の助けにより、
そのエネルギーを無駄なく光発電ダイオード２２に伝達
させることができる。

光発電ダイオード２２は、伝達された光エネルギーを電
気エネルギーに変換し、その電気エネルギーはリード線
２７によって、密閉ボックス上の二次端子９，９°に導
かれる。二次端子９．９′に接続された電子装置または
通信装置等は、エネルギーの供給を受けて動作する。そ
の特徴について述べると、発電ダイオード２２は直流を
発生するのが普通であって、磁気エネルギー結合の変成
器の場合のような交流ではないので、直接通信機器また
は制御機器等を駆動できて、整流回路を省略できて、経
済的である。また一方の発光器２１については、白熱電
球を用いるならば、交流でも直流でも動作させることが
できる。密閉ボックス２８は金属箱でも絶縁性の高いポ
リスチロール等を素材とするプラスチック箱でもよい、
金属箱の場合、端子を絶縁処理するのは当然である。い
ずれの場合にも発光器２１および光発電ダイオード２２
は、充分離して、良好な絶縁を施して取付けることがで
きるから、両者間の結合静電容量が小さく、サージに対
するアドミッタンスは大きく、一次側のサージは二次側
に移行しない。

また、コイルなどの小型化不可能な部品を使用していな
いので、両者間の対向面積がすくなく、発光器２１と光
発電ダイオード２２間の結合静電容量をごく小さくでき
るから、発光器２１を有する一次回路に侵入したサージ
による発電ダイオード２２を含む二次回路への静電誘導
を、低下させることができる。また同様な理由により、
集積回路などのプロセス生産方式により生産することが
できるので、大量生産方式により価格を低下させること
が可能である。

第７図は、第６図の実施例に加えて、発光器２１と光発
電ダイオード２２の結合を、さらに密にするために、光
発電ダイオード２２の近くにも反射鏡２４を設置し、両
者間の光伝送能率を高めたものであり、第８図は第６図
の実施例に加えて、さらに光ファイバー２５を光エネル
ギー伝送路に介在させることにより発光器２１と光発電
ダイオード２２間の伝送能率を高め、さらに密閉ボック
ス２８の内部における発光器２１と発電ダイオード２２
の位置関係の自由度を増加せしめたものである。また発
光器２１と光発電ダイオード２２を各々別の密閉された
箱に入れ、両者を光ファイバーで結んでもよい。

また第９図は、第６図の実施例に加えて、発光器２１に
白熱電球を使用した場合、発光器２１の発熱を抑制する
とともに、光発電ダイオード２２のスペクトル感度分布
に、発光器２１のスペクトル分布を適合せしめる目的で
、発熱制限ダイオード２９を発光器２１と端子８を結ぶ
リード線２６の中間に挿入した実施例である。

また第６図の実施例に加えて、密閉ボックス２８の内部
に、ＳＦ８などの絶縁性ガスを充填して、発光器２１と
光発電ダイオード２２．すなわち一次および二次回路間
の絶縁を強化することもできる。この場合、リード線引
出し部３ｏは気密構造とする。

また第６図の実施例の中のエネルギー結合手段として、
中間にプリズム等の光路切換器を用い、夜間は発光器２
１によって、光発電ダイオード２２により電力を負荷に
供給し、昼間は太陽光を取り入れて、発光器故障時など
は室内照明を取り入れて、光発電ダイオード２２により
電力を負荷に供給することもできる。

（へ）発明の詳細 な説明した様に、この発明は磁気的結合にょる変成器に
あっては、独立にもうけられた一次および二次コイルを
磁性体心で結合させ、両者間の絶縁およびしやへいを充
分ならしめ、光エネルギーを用いた形式にあっては、発
光器および光発電ダイオード、両者間に密閉ボックス、
反射鏡、光ファイバーのうち、すくなくとも一種以上を
用いたエネルギー結合手段を設ける様、構成したので、
両者ともに一次コイルまたは一次回路と、二次コイルま
たは二次回路間の絶縁が飛躍的に強化され、両回路の結
合静電容量を小さくできるので。

サージの移行を防止でき、二次端子に接続された通信機
器または制御機器等はサージによる破壊から防護される
。また光エネルギーを用いる形式にあっては、集積回路
等で構成することができ、コストダウンが可能である。

また密閉ボックスを使用した場合は、一般の太陽電池の
ように、はこり等で汚損される心配がなく安定した電力
を供給できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はエネルギー結合手段として、磁性体心を用いる
場合の実施例の正面図、ｔ！Ｊ２図はその側面図、第３
図は周波数増加用補助コイルをもうけた磁性体心を用い
た実施例の結線図、第４図は周波数増加装置を付加した
磁性体心を用いた実施例を示したブロック線図、第５図
は磁性体心を分割した実施例を示した正面図であり、第
６図は光エネルギーを用いた実施例であって、発光器に
反射鏡を有するものの実施例の断面図、第７図は光エネ
ルギーを用いた実施例であって、発光器と光発電ダイオ
ードに反射鏡を有するものの実施例の断面図、Ｎ４８図
は光エネルギーを用いた実施例であって、エネルギー結
合手段として光ファイバーを使用する実施例の断面図、
第９図は光エネルギーを用いた実施例であって、発光器
の回路に発熱防止ダイオードを挿入した実施例の断面図
を示す。 また第１０図および第１１図は従来の電源変成器の正面
図および側面図である。 ｌ□　磁性体心 ｌａ、ｌｂ、□　磁性体心の両脚 ２．２’　　−一次コイル ２ａ、２ｂ、２０−　周波数増加用巻線３□　絶縁物 ４□　リード線 ５・５°□　二次コイル ６□　　リード線 ７□　しゃへい板 ８．８’−−成端子 ９．９”□　二次端子 １０ａ、１０ｂ、１０ｃ−周波数増加用ダイオード １１□　平滑コンデンサー １２□　周波数増加装置 ２１□　発光器 ２２□　光発電ダオード ２３　　　　　　　　発光器側反射鏡 ２４□　光発電ダイオード側 反射鏡 ２５□　光ファイバー ２６．２７□　リード線 ２８　　　　　　　　　ｍ閉ボックス ２９□　発熱制限ダイオード ３０□　リード線引出し部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）一次端子により電気エネルギーを導入して他の形
   態のエネルギーを放射する一次回路と、放射された前記
   エネルギーを電気エネルギーに変換して二次端子に出力
   する二次回路と、前記エネルギーを一次回路より二次回
   路に導くエネルギー結合手段とを有することを特徴とす
   るエネルギー変換変成器
2. （２）一次回路として一次コイルを、二次回路として二
   次コイルを、エネルギー結合手段として磁性体心を設け
   た第一項記載のエネルギー変換変成器
3. （３）一次回路として一次コイルを、二次回路として二
   次コイルを、エネルギー結合手段として分割した磁性体
   心を設けた第一項記載のエネルギー変換変成器
4. （４）一次回路として一次コイルおよび周波数増加手段
   を、二次回路として二次コイルを、エネルギー結合手段
   として磁性体心を設けた第一項記載のエネルギー変換変
   成器
5. （５）一次回路として一次コイルを、二次回路として二
   次コイルを、エネルギー結合手段として磁性体心としゃ
   へいを設けた第一項記載のエネルギー変換源変成器
6. （６）一次回路として発光器を、二次回路として光発電
   ダイオードを、エネルギー結合手段として密閉ボックス
   、反射鏡、光ファイバーのうち、すくなくとも一種以上
   の手段を設けた第一項記載のエネルギー変換変成器
7. （７）一次回路として発光器を、二次回路として光発電
   ダイオードを、エネルギー結合手段として密閉ボックス
   、反射鏡、光ファイバーのうち、すくなくとも一種以上
   の手段および光路切換装置を設けた第一項記載のエネル
   ギー変換変成器
8. （８）一次回路として発光器および発熱防止用ダイオー
   ドを、二次回路として光発電ダイオードを、エネルギー
   結合手段として密閉ボックス、反射鏡、光ファイバーの
   うち、すくなくとも一種以上の手段を設けた第一項記載
   のエネルギー変換変成器
9. （９）一次回路として発光器を、二次回路として光発電
   ダイオードを、エネルギー結合手段として絶縁ガスを封
   入した密閉ボックスおよび反射鏡を設けた第一項記載の
   エネルギー変換変成器