(57)【要約】磁気材料のボディ（１）、ボディ（１）の第１の軸の周りに巻かれた一次巻線（４）、ボディ（１）の第１の軸と直交する第２の軸の周りに巻かれた二次巻線（２）、およびボディ（１）の第１の軸と一致する第３の軸の周りに巻かれた制御巻線（３）を含む制御可能な変圧器デバイス。
2005522858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気材料のボディ（１）、ボディ（１）の第１の軸の周りに巻かれた一次巻線（４）、ボディ（１）の第１の軸と直交する第２の軸の周りに巻かれた二次巻線（２）、およびボディ（１）の第１の軸と一致する第３の軸の周りに巻かれた制御巻線（３）を含む制御可能な変圧器デバイス。
【請求項２】
ボディ（１）が、内部巻線区画および外部巻線区画を有する中空コアを含むことを特徴とする請求項１に記載の制御可能な変圧器。
【請求項３】
一次巻線が外部巻線区画に配列され、二次巻線および制御巻線が内部巻線区画に配列されることを特徴とする、請求項２に記載の制御可能な変圧器。
【請求項４】
一次巻線（４）が内部巻線区画に配列され、二次巻線および制御巻線が外部巻線区画に配列されることを特徴とする、請求項２に記載の制御可能な変圧器。
【請求項５】
磁界コネクタを備えていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の制御可能な変圧器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の制御可能な変圧器を使用して、一次ＡＣ電流／電圧を二次ＡＣ電流／電圧へ制御可能に変換する方法であって、
一次ＡＣ電流／電圧を一次巻線へ供給し、
一次ＡＣ電流／電圧に対して同相であるか１８０°の位相ずれであるＡＣ電圧を制御巻線へ供給し、
可変電流を制御巻線へ供給し、可変制御電流によって変圧器の転換比を制御する
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
制御巻線がパルスＡＣ電流を供給される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
請求項１から５のいずれか一項に記載の制御可能な変圧器によって一次ＡＣ電流／電圧を二次ＡＣ電流／電圧へ制御可能に変換する方法であって、
一次ＡＣ電流／電圧を一次巻線へ供給し、
一次電圧と同相であるか逆相であるＡＣ電圧を制御巻線へ供給し、
制御電圧の振幅にゆるやかな変化を強制して磁気材料のドメイン方向または一次巻線と二次巻線との間の磁化角に変化を起こさせ、それによって電圧伝達を変化させるようにし、
制御回路にインダクタンスを導入して二次巻線と制御巻線との間の直接変換接続の効果を抑制し、
二次巻線からの電磁力を制御巻線からの電磁力へ加え、一次巻線と二次巻線との間の磁化角に影響を与えることによって追加の制御を達成し、
一次巻線と二次巻線との間で起こり、負荷条件に従って変化する位相角の回転を補償し、
レンツの法則に従って二次側の負荷の変化に対する一次巻線の応答を達成することによって、制御された変換効果を達成する
ことを含む方法。
【請求項９】
請求項１から５のいずれか一項に記載の変圧器デバイスによって周波数制御の整流を行う方法であって（図４８）、
第１の変圧器の一次巻線（Ｔ３）を電源へ接続し、
前記第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）の中央点（ｃ４）を負荷（モータ、Ｒ１、Ｌ１）へ接続し、
前記第１の二次巻線の端（ｃ５、ｃ３）を第１のダイオード整流器トポロジ（それぞれＤ１、Ｄ２）へ接続し、
第１の変圧器の第１の制御巻線（Ｔ１）へＡＣ電圧を供給し、
第２の変圧器の一次巻線（Ｔ４）を電源へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）の中央点（ｃ４’）を、第１の変圧器の中央点（ｃ４）と並列に、前記負荷（モータ）へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）の端（ｃ５’、ｃ３’）を第２のダイオード整流器トポロジ（それぞれＤ３、Ｄ４）へ接続し、
第２の変圧器の第２の制御巻線（Ｔ５）へＡＣ電圧を供給し、
こうして、モータ制御のための周波数変換器を提供し、ここで整流が、
（１）第１の変圧器の第１の制御巻線（Ｔ１）が活性化され、その活性化の間に、第１の変圧器の一次巻線と二次巻線（Ｔ３、Ｔ２）との間に変圧器効果が起こり、
第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）からの電圧がダイオードＤ１およびＤ２によって整流されて、結果の電圧（Ｖｄｃ）が負荷（Ｕ１）へ印加され、
第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）における高インピーダンスが負荷（Ｕ１）と並列である場合には第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化されず、第２の変圧器の一次巻線（Ｔ４）がオフ状態になり、
第１の制御巻線（Ｔ１）が活性化されている期間の間、第１の変圧器の一次巻線（Ｔ３）の電圧が整流されて、正電圧として負荷（Ｕ１）に現れ、
（２）第１の変圧器の制御巻線（Ｔ１）が非活性化され、その非活性化の間に、第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）が高インピーダンスの状態になり、
第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化され、その活性化の間に、変圧器の一次巻線と二次巻線（それぞれＴ４およびＴ６）との間に変圧器効果が起こり、
第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）からの電圧が第２のダイオード構成（Ｄ３、Ｄ４）によって整流されて、結果の電圧Ｖｄｃが負荷Ｕ１に印加され、
第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化されている期間の間、この変圧器の一次巻線（Ｔ４）の電圧が整流されて、負電圧として負荷（Ｕ１）に現れ、
（３）制御巻線（Ｔ１およびＴ５）の活性化を制御して負および正の整流期間の長さを制御することによって、０から５０Ｈｚまでの可変周波数制御を達成する
ことを含むステップで実行される方法。
【請求項１０】
本発明に従った第１および第２の変圧器デバイスによって整流を行う方法であって（図４９〜図５０）、
第１の変圧器の一次巻線（Ｔ３）を電源へ接続し、
前記第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）を負荷（モータ）へ接続し、
第１の変圧器の制御巻線（Ｔ１）へＡＣ電圧を供給し、
第２の変圧器の一次巻線（Ｔ４）を電源へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）を逆並列に前記負荷（モータ）へ接続し、
第２の変圧器の第２の制御巻線（Ｔ５）へＡＣ電圧を供給し、ここで
Ｔ１およびＴ５が非活性化されているため二次側への変圧器接続が存在しないとき、２つの一次巻線（Ｔ３、Ｔ４）に共通のＡＣ電圧であるＶｐがコアＳ１（Ｔ３）およびＳ２（Ｔ４）をリセットし、
Ｖｐの正位相の第１の部分の間、第１の変圧器の制御巻線（Ｔ１）が活性化され、第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２、電圧Ｖｓ１）への変換接続が達成され、
負位相のゼロ通過の後、第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化され（電圧Ｖｋ２）、電圧Ｖｓ２（第２の変圧器の二次巻線Ｔ６の電圧）が回路へ接続され、
整流が、
Ｔ３で端子ｃ１がＬ１へ接続され、端子ｃ２がＬ２へ接続され、Ｔ４への一次接続が反対であって、端子ｃ’１がＬ２へ接続され、端子ｃ’２がＬ１へ接続されるように、一次巻線の接続が行われ、Ｌ１およびＬ２がＡＣ電源の端子を表し、
２つの二次巻線が負荷へ並列に接続されるように、二次巻線（Ｔ２およびＴ６）が負荷へ接続され、
パルス制御電圧Ｖｋ１がＶｐと同相および逆相でＴ３へ印加され（図５０のｔ０）、このアクションによってＶｓ１が誘導されて負荷およびＴ６の双方に現れ、Ｔ６が高インピーダンスモードになり、電流が負荷へ印加され、
一次電圧Ｖｐの次のゼロ交差（ｔ１）でＶｋ１が除去され、Ｔ２が高インピーダンスへ戻り、
次のゼロ交差（２）でＶｋ２が印加され、再び電圧Ｖｓ２が負荷およびＴ２に現れる
ことによって達成される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気材料のボディ、ボディの第１の軸の周りに巻かれた一次巻線（または第１の主巻線）、ボディの第１の軸と直交する第２の軸の周りに巻かれた二次巻線（または第３の主巻線）、およびボディの第１の軸と一致する第３の軸の周りに巻かれた制御巻線（または第２の主巻線）を含む可変変圧器／周波数変換器デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、更に、磁気材料のボディ、ボディの第１の軸の周りに巻かれた一次巻線（または第１の主巻線）、ボディの第１の軸と直交する第２の軸の周りに巻かれた二次巻線（または第３の主巻線）、およびボディの第１の軸と一致する第３の軸の周りに巻かれた制御巻線（または第２の主巻線）を含むデバイスを使用して、一次ＡＣ電流／電圧を二次ＡＣ電流／電圧へ制御可能に変換する方法に関する。本発明に従った方法は、次のステップを含むことを特徴とする。
−  一次ＡＣ電流／電圧を一次巻線へ供給すること。
−  一次電流／電圧と同相であるか１８０°の位相ずれであるＡＣ電圧を制御巻線に供給すること。
−  可変電流を制御巻線に供給し、可変制御電流によって変圧器の転換比を制御すること。
【０００３】
変圧器デバイスは、好ましくは、内部巻線のための内部巻線区画および外部巻線のための外部巻線区画を有する中空磁化可能コアとして設計される。好ましい実施形態において、それは３つの巻線、即ち、外部巻線区画の一次巻線、それに関連した内部巻線区画の制御巻線、および内部巻線区画の二次巻線を含む。外部巻線区画の巻線および内部巻線区画の巻線は、区画の中で相互に直角（垂直）に整列し、それによって直交する磁界を作り出す。もちろん、内部巻線区画は一次巻線を格納してよく、外部巻線区画は二次巻線および制御巻線を格納してよい。周波数変換器は、制限的にではなく、特にＭＶＡレンジで使用されるように意図されている。本発明はＰＣＴ／ＮＯ０１／００２１７に記載されるデバイスの更なる発展である。このＰＣＴ／ＮＯ０１／００２１７は、ここでその全体を本発明に含められる。
【０００４】
この説明において、「一次巻線」および「二次巻線」の表現は、エネルギーが入力される巻線（一次）、および変圧器で普通であるように、負荷への接続を意味する巻線（二次）を設計するために使用される。本発明に従ったデバイスにおいて、一次巻線および二次巻線は、直交軸の周りに巻かれる。「制御巻線」の表現は、変圧器の変圧比を制御する巻線を指す。
【０００５】
直交巻線を含む変圧器は、１９７８年４月１８日のＭｅｒｅｔｓｋｙらの米国特許第４，２１０，８５９号に既に開示されている。しかし、公知の解決法は、幾つかの欠点を明示している。本発明の主な様相を、前記文献に記述された従来技術に基づいて以下で説明する。
【０００６】
米国特許第４，２１０，８５９号において、１８×１１ｍｍの寸法およびｍＡレンジの電流レベルを有するフェライト・ポット・コアで行われたテストに基づいて開発されたデバイスが説明されている。しかし、フェライトは、特に、かなりのコストがかかるため、高パワー・レベルでの使用に適していない。これは、フェライト・コアのサイズが純粋に製造エンジニアリングの見地から制限されるためであり、また変換されるべき電圧の周波数を増加することによって、より高いパワー・レベルを伝達できるが、転じてそれが、複雑で高価なパワーエレクトロニクスを必要とするからである。本発明は、反対に、コア・プレートの使用を目的としている。コア・プレートは透磁率に関して特殊な特性を有し、これらの特性は本発明で使用される。図６ｈは、標準的な市販のコア・プレートの磁化曲線の線形部分を示す。本発明の実施形態において、磁化曲線がプレート内の全ての方向で同じである積層材料が使用される。これは、無指向性プレートの使用を含むが、適用の限定とは考えられない。なぜなら、幾つかの適用では、指向性プレートを使用するのが有利だからである。
【０００７】
米国特許第４，２１０，８５９号は、４つの巻線、即ち、一次主巻線、主巻線と直角に配列された二次主巻線、および各々の主巻線に１つずつの２つの制御巻線を有する可変変圧器解決法の接続図を示す。動作モードは、双方の制御巻線の可変ＤＣ電流が一次巻線から二次巻線へのＡＣ電圧の転移を生じるというものである。この種の変圧器は、特に、応用分野がｍＡレンジの外である場合、現実的な選択肢と考えることはできない。なぜなら、制御巻線のＤＣ電流は、磁気材料のドメインを不都合な方向へ回転させて一次電圧の１／２サイクルと接続し、二次電圧に高調波を生じるからである。本願発明者によって徹底的に研究されたこの現象は、米国特許第４，２１０，８５９号では考慮されていない。
【０００８】
本願において、図６ｃ〜図６ｄは、前記したドメインの回転を示す。これらの図面において、Ｖｐは一次巻線の電圧を表し、Ｖｓは二次巻線の電圧を表す。同時に、Ｖｐは一次巻線の巻線軸を示し、Ｖｓは二次巻線の巻線軸を示す。したがって、一次巻線によって生成またはリンクされた磁束はＶｐの方向を有し、二次巻線によって生成またはリンクされた磁束はＶｓの方向を有するであろう。図６ｃにおいて、ドメインは一次電圧Ｖｐに従って整列し、それらの磁化Ｂは図示されるように粗く変化する。この一次巻線によって生成された磁界Ｈは、正からゼロへ、またゼロから負値へ変化するであろう。
【０００９】
一次電圧に関連した磁化の位相ずれは、例示を簡単にするためここに含まれない（磁化電流は電圧よりも９０°遅れる）。一次巻線からの磁化は、区画の一次巻線の方向によって与えられた所定方向で、材料の正弦ドメイン変化を生じる。
【００１０】
【数１】
2005522858.tif 000003
【００１１】
ここで、Ｂｋｖｐは方向Ｖｐにおける磁化であり、ｋは一次電圧Ｖｐに比例した定数因子であり、ｔは時間である。ここで、制御巻線または二次巻線の中で外部から制御電流を印加しないで二次巻線を活性化することは不可能である。この制御電流は一次巻線からの磁化を回転させ、磁界が二次巻線をも通過するようにする。磁化Ｂが二次巻線と垂直な方向を有する限り、磁束は二次巻線によってリンクされないであろう。矢印の長さは磁化レベルＢまたは磁界の強さを示し、矢印の方向はドメインの整列方向を示す。
【００１２】
図６ｄにおいて、制御磁界Ｂｋｄｃは、制御巻線を活性化し、それをＤＣで励磁することによって導入される。制御磁界は一次磁界Ｂｋｖｐへ加えられ、図示されるように磁化Ｂｋｒを確立する。一定の磁界が正弦磁界へ加えられるので、その合計は方向を正弦的に変化させ、磁界の強さを正弦的に変化させる。単純化された図６ｄは、２つのシヌソイド関数の積となるドメイン整列方向の変化が得られることを示す。結果の磁界方向および磁界強度の双方は正弦的に変化する。
【００１３】
二次巻線の誘導電圧Ｖｓは、２つの効果によって与えられる。ドメインの方向変化が誘導を与える事実、およびドメインのサイズ変化が追加の誘導を与える事実である。
【００１４】
方向の依存性は、
【００１５】
【数２】
2005522858.tif 000004
によって与えられる。
ここで、Ｂｋｒは、一次側からの磁化Ｂｋｖｐおよび制御電流からの磁化Ｂｋｄｃの合計である。
【００１６】
ドメインのサイズ変化という事実は、追加の誘導を与えるであろう。磁界の強さは（１）によって与えられ、回転は（２）によって与えられる。したがって、結合された効果は、これら２つのドメイン変化の積であろう。
【００１７】
【数３】
2005522858.tif 000005
単純化されて、
【００１８】
【数４】
2005522858.tif 000006
定数項を無視すると、
【００１９】
【数５】
2005522858.tif 000007
【００２０】
これは、二次電圧における周波数の倍増を示す。
【００２１】
ＤＣ制御電流によって生じた一次電流から線形ドメイン変化に強制されたドメイン回転のこの効果は、電流の大きさ、したがって誘導された電圧によって変化するであろう。
【００２２】
可変パワー変圧器の現実的解決を実現するためには、一次側の制御巻線が一次巻線へ変換的に接続されて一次側からの電圧の下にあり、広範なフィルタリングなしに調整することが非常に困難になるという問題を生じる。
【００２３】
米国特許第４，２１０，８５９号は、更に、直角軸を有する巻線が２つずつ直列に接続された変圧器接続（図１８）を開示する。この文献は、そのような接続によってコアの利用を増進できることを述べている。しかし、これは正しくない。なぜなら、巻線の磁界はベクトル的に合計され、記述された効果は達成されないからである。
【００２４】
米国特許第４，２１０，８５９号は、更に、双方の制御巻線が通電され、直列に接続される場合に起こる入力電圧と出力電圧との可変遅延を説明している（図２０）。ここには位相ひずみが含まれる。なぜなら、一次巻線および二次巻線を通る磁界はドメイン方向を介して移動するからである。このように接続された制御巻線の場合、デバイスは位相反転器として使用されるパワー変圧器のためには働かないであろう。なぜなら、一次巻線からの接続は、原理的に前述した接続（図１８）が達成する同じ範囲まで制御電流に影響を与えるからである。
【００２５】
概して、米国特許第４，２１０，８５９号によって示されるような従来技術の問題は、ＤＣ制御電流でドメインを操作することが、２つの直交巻線の接続に関連して磁化にどのような影響を与えるかについて完全な説明を与えないことである。本願発明者は、この分野を徹底的に研究して、磁化可能材料が２つの直交磁界によって励磁されるとき磁化可能材料で起こる現象を関数化することができた。更に、この研究の結果は、満足に働くデバイスを提供するために使用される。
【００２６】
従来技術の前述した欠点を克服するため、本発明は次の特徴を有する。
【００２７】
本発明によれば、磁化は、一次制御巻線に直角の二次制御巻線のパルスＤＣまたはパルスＡＣ制御電流によって制御される。図６ｅで示されるように、制御巻線のＡＣ制御電流で増加された一次巻線からの電圧を使用して磁化を段階的に制御することによって、ドメインの方向は、たとえば一定の３０°に維持され、磁化の磁界強度のみが変化し、強度および方向の同時変化が回避されるであろう。
【００２８】
磁気回路については、本発明によれば、これは二次巻線に対する一次巻線の磁化電流およびアンペア・ターンのバランスに関して制御電流を正確に処方することによって達成されるであろう。図６ｇで示されるような通常の変圧器において、一次巻線によって確立された磁化電流は、ファラデーの法則によって逆誘導電圧Ｅｐを生成するために必要な磁束によって与えられるであろう。
【００２９】
【数６】
2005522858.tif 000008
Ｅｐ：一次巻線で誘導された電圧
Ｖｐ：強制された電圧
Ｒｐ：一次巻線の抵抗
Ｉｐ：一次電流
【００３０】
【数７】
2005522858.tif 000009
【００３１】
漏れ磁界を無視すると、一次巻線および二次巻線の共通磁束は、
【００３２】
【数８】
2005522858.tif 000010
によって与えられる。
Ｎｐ：一次巻線の巻き数
Ｉｍ：磁化電流
Ｒコア：コアの磁気抵抗
【００３３】
開放二次回路の場合、一次巻線には磁化電流のみが存在する。レンツの法則によれば、二次巻線に誘導されたｅｍｆ＝起電圧は、それを作り出した磁束変化を妨害するような方向にある。二次巻線が負荷へ接続されるとき（図６ｇのスイッチＳが閉じられる）、二次巻線自身の起電力Ｆｓ＝ｍｍｆまたは磁束Φｓが即時に（過渡シーケンスで）確立され、これは一次巻線からのＦｐであるｍｍｆとは反対方向にある。これは図６ｇで示される。直ちに、コアの磁束は、
【００３４】
【数９】
2005522858.tif 000011
へ減少する。ここで、ｉｓは二次電流であり、Ｎｓは二次巻線の巻き数である。磁束の減少は一次巻線の誘導電圧の減少を生じ、式（６）によって一次電流の増加を生じる。一次電流の負荷電流成分であるこの増加した一次電流は、そのｍｍｆを磁化成分Ｎｐ＊ｉｍへベクトル的に加え、一次磁束の増加を生じる。
【００３５】
【数１０】
2005522858.tif 000012
【００３６】
一次電流は、Ｎｐ・Ｉｐ、負荷＝Ｎｓ・Ｉｓとなるまで増加し、次にΦｍおよびＥｐは、スイッチが閉じられる前と同じレベルになる。静止動作では、一次巻線の電流は次のようになる。
【００３７】
【数１１】
2005522858.tif 000013
【００３８】
スイッチが開くとき、同じシーケンスが反対方向に反復されるであろう。興味深いことに、スイッチが閉じられた瞬間に二次ｍｍｆが実際に得られ、この二次ｍｍｆは、二次巻線が一次巻線と直交するために一次巻線からの元の磁化と直角の磁化を確立することに気付かされる。一次巻線は、二次巻線のｍｍｆと反対方向で元の磁化と直交する対応磁化ｍｍｆで応答する。したがって、レンツの法則は磁束のバランスを維持し、二次側の全ての負荷変化は一次側の対応する変化と合致してバランスを達成し、その結果、静止状態では変圧器効果の原因である磁化磁束のみがコアの中を流れることが分かる。この説明は、同じ巻線区画に一次および二次巻線を有する通常の変圧器に適用される。
【００３９】
本発明によれば、所望されない周波数を二次電圧に生成しない変換接続が一次巻線と二次巻線との間に確立されるように、振幅において一次巻線からの磁化電流に合致する磁化電流が制御巻線の中に確立される。この磁化なしに、二次巻線への変換接続を活性化することは不可能である。区画の巻線延長のため、或る程度の接続が存在するであろう。この接続は、誘導成分、および材料の非線形性に起因する第２の誘導成分を提供するが、この接続は所望の変換効果を提供することはできないであろう。
【００４０】
ここで、制御巻線の電流によって二次側への接続を提供する磁化がコアの中に確立された。したがって、２つの磁化電流が得られるであろう。これらの磁化電流は直交しており、二次巻線に対して或る角度の方向でドメイン方向が線形に変化し、二次巻線の誘導電圧がこの角度の大きさに依存するように合計される。
【００４１】
磁化電流の合計は変圧器効果の原因であるから、二次回路の磁化電流の制御部分が二次回路の負荷変化によって影響されないように維持したい。即ち、制御巻線の電流が負荷変化の間に一定であるように維持したい。制御巻線に適切なインダクタンスを導入することによって、たとえば、ＰＣＴ／ＮＯ０１／００２１７からの従来技術によって、制御巻線の電流は、二次回路の負荷変化によって生じたドメイン変化の間、一定であるとして認識されるであろう。これは、インダクタンスが電流の変化を「平滑化」するからである。ここで、変圧器効果が存在するので、制御巻線も一次電圧Ｖｐからの誘導のもとにあることに注意しなければならない。制御巻線も二次巻線へ変換的に直接接続され、制御巻線の制御電圧は二次巻線へ変換されるであろう。ここで同時に、二次巻線の電流はドメインのひずみおよび一次巻線と二次巻線との間の位相比に影響を与えるであろう。この状態を修復するため、システムの全ての電流を監視し、二次巻線によって確立されたドメイン変化を補償するように制御巻線を励磁しなければならない。制御回路から二次回路へパワーが通過し、これらの回路が相互に影響を与えないようにするため、前述したようにインダクタンスが制御回路へ導入される。このインダクタンスは、制御巻線にほぼ一定の電流を生じ、制御巻線と二次巻線との間に十分な電圧降下を与える。二次巻線で一次側から変換された電圧、および二次巻線で制御巻線から変換された電圧は、同相または逆相である。なぜなら、基本的に、方向が一定のドメイン変化を達成するために一次電圧と同相の制御電圧を使用したからである。更に、コアは、電圧の全てのゼロ通過でリセットされることに注意することが重要である。したがって、制御電流を除去することによって、巻線の間の磁化角は、二次電流が減少する事実に起因して減少し、幾つかの期間の後、最小の接続へ戻る。
【００４２】
次のように結論することができる。
（１）本発明に従った方法の制御電圧は、ひずみの無い変換接続を達成するため一次電圧と同相または逆相である。
（２）制御電圧の振幅のゆるやかな変化によって、ドメイン変化の方向または一次巻線と二次巻線との間の磁化角を変えることができ、それによって電圧の伝達を制御することができる。
（３）制御回路にインダクタンスを導入することによって、二次巻線と一次巻線との間の直接変換接続の効果を抑制することができる。
（４）二次巻線はその起電力（ｍｍｆ）によって制御巻線として作用するであろう。この起電力は、制御巻線からの起電力（ｍｍｆ）へ加えられ、一次巻線と二次巻線との間の磁化角に影響を与える。
（５）基本的には、この効果を二次巻線から絶縁することは不可能であり、負荷条件に従って一次と二次との間で可変の位相角回転を生じるであろう。しかし、位相角回転を補償するためＰＣＴ／ＮＯ０１／００２１７で説明されるような位相補償装置を使用することによって、それを補償することができる。
（６）一次巻線は二次側からの負荷変化に即時に応答するので、レンツの法則によって所望の調整変圧器効果を達成できるであろう。
【００４３】
好ましい実施形態において、本発明に従った変圧器は、巻線区画に置かれた１つだけの制御巻線および二次巻線を含む。原理的には、一次巻線区画の制御巻線は必要でない。なぜなら、一次巻線は、ドメインをその方向に回転し、更に二次巻線の電流から確立されたドメインを同じ方向に回転するからである。直交巻線の間で変換接続を達成するため、前述したようにドメインを回転して、一次巻線と二次巻線との間の変換接続に好都合な方向の磁化を効率的に生成しなければならない。可能な最良の達成は、ドメインの４５°回転である。（異なった見地からは、一次巻線からの幾らかの磁界が二次巻線を通るように、一次巻線に対して二次巻線を「ねじる」。）
【００４４】
一次電圧のひずみ無しに変圧器効果を達成するため、本発明によれば、ＡＣ電圧が制御巻線で使用される。制御巻線は、前述したように二次巻線と同じ巻線区画に置かれる。電流が制御巻線を流れ始めるとき、この電流は、二次電流からの磁界および制御電流からの磁界によって直角方向に援助されるドメインによって、一次側との接続を補強する。
【００４５】
好ましい実施形態において、本発明に従った変圧器の制御電圧は、歪みの無い変換を達成するため、一次側の電圧と同相であるか１８０°の位相ずれである。制御巻線の電流は、一次および二次電流／電圧並びに制御電流を監視するシステムによって調整可能であり、したがって巻線の間の接続および電気角はドメインの整合によって制御される。前述したように、一次、二次、および制御巻線の電流および電圧の値は、ドメインの状態（回転および磁化）の明瞭な表示を与え、これらのパラメータおよび参照値は、変圧器の動作を制御するために使用でき、変圧器を異なった動作条件へ適合化する。
【００４６】
本発明に従った変圧器は、更に、制御された整流器または周波数変換器として有利に使用されてよい。そのような制御された整流器効果を、この変圧器から達成するためには、２つの方法が使用されてよい。これらの方法は、図面を参照して詳細に説明される。
【００４７】
第１の方法は、
第１の変圧器の一次巻線を電源へ接続し、
前記第１の変圧器の二次巻線の中央点を負荷へ接続し、
前記第１の二次巻線の端を第１のダイオード整流器トポロジへ接続し、
第１の変圧器の第１の制御巻線へＡＣ電圧を供給し、
第２の変圧器の一次巻線を電源へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線の中央点を、第１の変圧器の中央点と並列に、前記負荷へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線の端を第２のダイオード整流器トポロジへ接続し、
第２の変圧器の第２の制御巻線へＡＣ電圧を供給し、
こうして、モータ制御のための周波数変換器を提供することを含む。整流は、次のステップを含むこの方法に従って提供される。
（１）第１の変圧器の第１の制御巻線が活性化され、この活性化の間に、第１の変圧器の一次巻線と二次巻線との間に変圧器効果が起こり、
第１の変圧器の二次巻線からの電圧がダイオードＤ１およびＤ２によって整流され、結果の電圧が負荷へ印加され、
もし第２の変圧器の二次巻線の高インピーダンスが負荷と並列であれば、第２の変圧器の制御巻線が活性化されないので、第２の変圧器の一次巻線がオフ状態になり、
第１の制御巻線が活性化される期間の間、第１の変圧器の電圧が整流されて、正電圧として負荷に現れ、
（２）第１の変圧器の制御巻線が非活性化され、この非活性化の間に、第１の変圧器の二次巻線が高インピーダンスの状態になり、
第２の変圧器の制御巻線が活性化され、この活性化の間に、変圧器の一次巻線と二次巻線との間に変圧器効果が起こり、
第２の変圧器の二次巻線からの電圧が第２のダイオード構成によって整流されて、結果の電圧Ｖｄｃが負荷Ｕ１に印加され、
第２の変圧器の制御巻線が活性化される期間の間に、この変圧器の一次巻線の電圧が整流されて、負電圧として負荷に現れ、
（３）制御巻線の活性化を制御して負および正の整流期間の長さを制御することによって、０から５０Ｈｚの可変周波数制御が達成される。
【００４８】
ドメインがサイズと方向を変えるとき、ボディの磁化はそれに従って変わり、ドメインが巻線と直角でない角度にある巻線に電圧を誘導する。
【００４９】
一次側と二次側との間の変換接続は、変換が磁化曲線の線形領域で起こる限り、またプレートの透磁率の方向依存性がほぼ対称であり、制御電流が一次電圧と同相であって、その強さが一次電圧シーケンスの間にドメイン方向を変えない強さである限り、通常の変圧器と同じである。
【００５０】
ここで全体を参照して組み込まれるＰＣＴ／ＮＯ０１／００２１７からの従来技術に関しては、本発明は新しいデバイスに関する。なぜなら、一次および二次巻線は並列の巻線軸ではなく直角の巻線軸を有し、ドメイン状態の制御が含まれるからである。
【００５１】
図面を参照して、本発明を詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
先ず、図１ａおよび図１ｂを関連させて、本発明の原理を説明する。
【００５３】
全体の説明を通して、磁界および磁束に関連づけられた矢印は、磁気材料の、それらの方向を示す。矢印は明瞭にするため外側に書かれる。
【００５４】
図１ａは、閉じた磁気回路を形成する磁化可能材料のボディ１を含むデバイスを示す。この磁化可能ボディまたはコア１は、管状であるか、他の適切な形状であってよい。ボディ１の周りには、第１の主巻線２が巻かれる。ここで、主巻線２が励磁されたときに生成される磁界Ｈ１の方向（磁束密度Ｂ１の方向に対応する）は、磁気回路に順応する。主巻線２は、通常の変圧器の巻線と類似する。１つの実施形態において、デバイスは第２の主巻線３を含む。主巻線３は主巻線２と同じように磁化可能ボディ１の周りに巻かれ、それによってボディ１に沿って延びる（即ち、Ｈ１、Ｂ１と並列に）磁界を提供する。最後に、デバイスは第３の主巻線４を含む。主巻線４は、本発明の好ましい実施形態では、磁気ボディ１に沿って内部で延びる。第３の主巻線４が励磁されたとき作り出される磁界Ｈ２（したがって磁束密度Ｂ２）は、第１および第２の主巻線の磁界方向（Ｈ１、Ｂ１の方向）と直角である。本発明の好ましい実施形態によれば、第３の主巻線４は一次巻線であり、第１の主巻線２は二次巻線であり、第２の主巻線３は制御巻線である。しかし、本発明で好ましいと考えられるトポロジでは、主巻線の巻きは制御磁界からの磁界方向に従い、制御巻線の巻きは作用磁界の磁界方向に従う。
【００５５】
図１ｂ〜図１ｇは、様々な巻線および磁気ボディの軸および方向の定義を示す。巻線に関する限り、各々の巻きによって定義された表面の垂直線を軸と呼ぶ。二次巻線２は軸Ａ２を有し、制御巻線３は軸Ａ３を有し、主巻線４は軸Ａ４を有する。
【００５６】
磁化可能ボディ１に関して、長手方向は形状によって変わる。もしボディが長ければ、長手方向Ａ１はボディの長手軸と一致する。もし磁気ボディが図１ａで示されるように正方形であれば、正方形の各々の辺について長手方向Ａ１を定義することができる。ボディが管状であれば、長手方向Ａ１は管の軸であり、環状ボディについては、長手方向Ａ１はリングの円周に従う。
【００５７】
本発明は、第１の磁界Ｈ２と直角の第２の磁界Ｈ１を変えることによって、第１の磁界Ｈ２に関して磁化可能ボディ１のコアのドメインを整列させる原理に基づく。したがって、磁界Ｈ２は、たとえば作用磁界として定義され、磁界Ｈ１（以下制御磁界Ｈ１と呼ぶ）によってボディ１のドメイン方向（したがって作用磁界Ｈ２の振る舞い）を制御することができる。これについて、今から詳細に説明する。
【００５８】
コアの磁化は、材料のドメインに影響を与える磁界の源によって方向を決定される。通常、巻線区画、即ち、巻線を含むコア部分は、一次巻線および二次巻線に共通であり、その結果、ドメインの方向および磁化も共通である。本発明の好ましい実施形態において、巻線区画は直交しており、その結果、２つの巻線からの磁界は直交し、したがって制御巻線と二次巻線との間に電流が流れない限り、巻線の間に磁気結合は存在しない。
【００５９】
前述したように、図１ａおよび図２ａにおいて、巻線４は一次巻線であり、巻線２は二次巻線であり、巻線３は制御巻線である。図４は、二次巻線２および制御巻線３の磁束区域であって内部巻線区画ｉｗｓの区域と呼ばれてよいＡ１、および一次巻線４の磁束区域または外部巻線区画ｅｗｓの区域であるＡ２を示す。必要とされる変換および接続の種類に依存して、等しいか等しくない大きさを、これらの区域に与えることができる。
【００６０】
図４は、本発明に従った変圧器を示す。図４では、巻線は並列および直角軸を有するように置かれ、磁化方向も示される。
【００６１】
２つの直交巻線の間で変換接続を達成するため、ドメイン、したがって磁化は、影響されるドメインおよび巻線の間の角度が９０度異なるように整列しなければならない。２つの直交巻線の間で達成できる最良の接続は、制御巻線によってボディ１の磁化を４５度へ整列することである。これは、一次および二次巻線で等しい巻き数および同じ磁界区域を使用して、最大で約７０％の電圧を変換できることを意味する。なぜなら、ｓｉｎ４５度は、０．７０７であり、源の巻線に対して４５度回転した巻線がカバーする磁束区域部分だからである。
【００６２】
起こっていることの本質は、図５および図６で示される。
【００６３】
図５は、磁化可能ボディ１の全体の材料の磁化曲線、および二次巻線２からのＨ１磁界から影響されるドメイン変化を示す。
【００６４】
図６は、磁化可能ボディ１の全体の材料の磁化曲線、および巻線４の方向におけるＨ２磁界から影響されるドメイン変化を示す。
【００６５】
図７ａおよび図７ｂは、磁束密度Ｂ１（ここで、磁界Ｈ１は二次巻線によって確立される）およびＢ２（一次電流に対応する）を示す。長円はＢ磁界の飽和限度を示す。即ち、Ｂ磁界が限度に達したとき、これは磁化可能ボディ１の材料が飽和へ達するようにする。長円の軸の設計は、磁化可能ボディ１のコア材料における２つの磁界Ｂ１（Ｈ１）およびＢ２（Ｈ２）の磁界の長さおよび透磁率によって与えられる。
【００６６】
図７の軸がＭＭＫ分布またはＨ磁界分布を表すとすれば、２つの電流Ｉ１およびＩ２からの起磁力の状況を見ることができる。変圧器の動作範囲は飽和限度の中にあり、２つの直交巻線の接続で磁界を得るため変圧器を設計するとき、これを考慮に入れることが特に重要である。
【００６７】
図８は、本発明の第２の実施形態の略図である。
【００６８】
図９は、本発明に従った変圧器の好ましい実施形態で提供される磁気効果コネクタの同じ実施形態を示す。ここで、図９ａはアセンブルされたコネクタを示し、図９ｂはコネクタの端面図である。
【００６９】
図１０は図９ｂの線ＩＩに沿った断面を示す。
【００７０】
図示されるように、たとえば図１０において、磁化可能ボディ１は、特に、磁化可能材料から作られた２つの並列管６および７から構成される。電気的に絶縁された導体８（図９ａ、図１０）は、第１の管６および第２の管７の通路をＮ回連続的に通されて、一次主巻線２を形成する。ここで、Ｎ＝１，．．．，ｒであり、導体８は、図１０で明瞭に示されるように、２つの管６および７を通って反対方向に延びる。導体８は、第１の管および第２の管７を２回通るように示されるが、導体８がそれぞれの管を一回だけ、または数回通ることができる（巻き数Ｎは０からｒまで変化できる事実によって示されるように）ことは自明であろう。それによって、導体が励磁されるとき、並列管６および７の中に磁界Ｈ１が作り出される。導体９から構成された制御および二次結合巻線４および４’は、第１の管および第２の管（それぞれ６および７）の周りに巻かれ、巻線４が励磁されたとき前記管に作り出された磁界Ｈ２（Ｂ２）の方向が、図８の磁界Ｂ２（Ｈ２）のために矢印によって示されるように、反対方向となるようにされる。磁界コネクタ１０および１１は、磁界がループとなるように管を接続するため、それぞれの管６および７の端に取り付けられる。導体８は、負荷電流Ｉ１（図９ａ）を運搬できるであろう。管６および７の長さおよび直径は、接続されなければならないパワーおよび電圧に基づいて決定されるであろう。主巻線２の巻き数Ｎ１は、電圧の逆阻止能力および作用磁束Φ２の大きさの断面積によって決定されるであろう。制御巻線４の巻き数Ｎ２は、特殊変圧器に要求される転換比によって決定される。
【００７１】
他の可能性は、巻線４を一次巻線として配列し、巻線２を制御および二次巻線として配列することである。
【００７２】
図１１は、一次主巻線および二次主巻線が交換された実施形態を示す。実際には、図１１の解決法と、図９ａおよび図１０に示された解決法との相違は、管６および７を通される単一の被絶縁導体８の代わりに、２つの別個の反対向き導体、いわゆる二次導体８および制御導体８’が使用される事実だけである。それは、本発明に従った磁気効果デバイスの中で電圧変換器機能を達成するためである。この設計は基本的に図８、図９、および図１０に示された設計に類似する。磁化可能ボディ１は、２つの並列管６および７を含む。電気的に絶縁された二次導体８は、第１の管６および第２の管７の通路をＮ１回連続的に通される。ここで、Ｎ１＝１，．．．，ｒであり、導体８は２つの管６および７を反対方向へ通る。電気的に絶縁された制御導体８’は、第１の管６および第２の管７の通路をＮ１’回連続的に通される。ここで、Ｎ１’＝１，．．．，ｒであり、導体８’は２つの管６および７の中で導体８とは反対方向に通される。少なくとも１つの一次巻線４および４’が、それぞれ第１の管６および第２の管７の周りに巻かれ、その結果、前記管に作り出された磁界方向は反対向きである。図８、図９、および図１０に従った実施形態と同じように、磁界がループとなるように管６および７を接続するため、磁界コネクタ１０および１１が、それぞれの管６および７の端に取り付けられ、それによって磁化可能なボディ１を形成する。図を簡単にするため、導体８および導体８’は管６および７を１回だけ通るように示されるが、導体８および導体８’の双方は、それぞれ管６および管７をＮ１回およびＮ１’回通ることができることは明らかであろう。管６および７の長さおよび直径は、変換されるべきパワーおよび電圧に基づいて決定されるであろう。変換比（Ｎ１：Ｎ１’）が１０：１である変圧器については、実際に導体８としての１０個の導体および１つだけの導体４が使用される。
【００７３】
磁界コネクタ１０および／または１１の実施形態は、図１２に示される。磁界コネクタ１０および１１は、磁気導通材料から構成されるように示される。ここで、巻線２における導体８のために、好ましくは２つの円形開口１２（たとえば図１０を参照）は、コネクタ１０および１１の磁気材料から機械加工される。更に、導体８の磁界通路を中断するギャップ１３が設けられる。端面１４は、導体９および９’から構成される巻線４からの磁界Ｈ２の接続面である（図１０）。
【００７４】
図１３は薄い絶縁膜１５を示す。絶縁膜１５は、本発明の好ましい実施形態において、管６および７の端面と磁界コネクタ１０および１１との間に置かれる。
【００７５】
図１４および図１５は、磁界コネクタ１０および１１の他の代替実施形態を示す。
【００７６】
図１６〜図２９は、コア１６の様々な実施形態を示す。コア１６は、図９、図１０、および図１１で示される実施形態では、管６および７の主要部分を形成する。管６および７は、好ましくは、磁界コネクタ１０および１１と一緒になって磁化可能ボディ１を形成する。
【００７７】
図１６は円筒形コア部分１６を示す。コア部分１６は、図示されるように長さ方向で分割され、絶縁材料の１つまたは複数の層１７が、２つのハーフ・コア１６’および１６’’の間に置かれる。
【００７８】
図１７は長方形コア部分１６を示し、図１８は、このコア部分１６が実施形態を示す。コア部分１６は２つに分割され、側面に分割断面を有する。図１８に示された実施形態では、絶縁材料１７の１つまたは複数の層がハーフ・コア１６および１６’の間に置かれる。更なる変形が図２２に示される。そこでは、分割断面が各々のコーナーに置かれる。
【００７９】
図２０、図２１、および図２２は長方形を示す。図２３、図２４、および図２５は同様に三角形を示す。図２６および図２７は長円としての変形を示し、最後に図２８および図２９は六角形を示す。図２８では、六角形は６つの等しい面１８から構成され、図２７では、六角形は２つの部分１６’および１６’’から構成される。参照番号１７は薄い絶縁膜を示す。
【００８０】
図３０および図３１は磁界コネクタ１０および１１を示す。これらのコネクタは長方形および正方形のメイン・コア１６（それぞれ、図１０〜図１１および図２０〜図２２で示される）の間の制御磁界コネクタとして使用することができる。この磁界コネクタは、３つの部分１０’、１０’’、および１９を含む。
【００８１】
図３１はコア部分またはメイン・コア１６の実施形態を示す。ここでは、端面１４または制御磁束の接続面が、コア部分１６の軸と直角である。
【００８２】
図３２はコア部分１６の第２の実施形態を示す。ここでは、制御磁束の接続面１４がコア部分１６の軸に対して角度αである。
【００８３】
図３３〜図３９は磁界コネクタ１０および１１の様々な設計を示す。これらの設計は、磁界コネクタ１０および１１の接続面１４’がコア部分１６に対して端面１４と同じ角度である事実を基礎とする。
【００８４】
図３３は、コア部分１６の形状（円形、三角形など）に基づいて、異なった孔の形状１２が主巻線２のために示される磁界コネクタ１０および１１を示す。
【００８５】
図３４において、磁気コネクタ１０および１１は平坦である。それは直角端面１４を有するコア部分１６と一緒に使用されるように適合化されている。
【００８６】
図３５において、磁界コネクタ１０および１１への角度α’が示される。磁界コネクタ１０および１１はコア部分１６（図３２）への角度αへ適合化され、その結果、端面１４および接続面１４’は一致する。
【００８７】
図３６ａにおいて、本発明の実施形態は、磁界コネクタ１０および１１並びにコア部分１６のアセンブリを有するように示される。図３６ｂは側面から見た同じ実施形態を示す。
【００８８】
本発明を例示するため、磁界コネクタおよびコア部分の組み合わせを少しだけ説明したが、他の組み合わせが十分に可能であり、したがって本発明の範囲に入ることは当業者にとって明らかであろう。
【００８９】
一次巻線と二次および制御巻線の位置を交換することも可能である。しかし、制御巻線は、好ましくは、二次巻線と同じ巻線区画に従う。
【００９０】
図３７および図３８は、それぞれ磁気的に影響を受ける電圧コネクタ・デバイスの第３の実施形態を示す断面図および観察図である。このデバイスは、外部管２０および内部管２１（またはコア部分１６および１６’）を含む磁化可能ボディ１を含む（図３７ｂを参照）。外部管２０および内部管２１は、同心であって磁化材料から作られる。この磁化材料は、外部管２０の内壁と内部管２１の外壁との間にギャップ２２を有する。管２０と管２１との間の磁界コネクタ１０および１１は、それぞれの端に取り付けられる（図３７ａ）。区画２３（図３７ａ）はギャップ２２の中に置かれ、したがって管２０および２１を同心に維持する。導体９から構成される一次巻線４は内部管２１の周りに巻かれ、前記ギャップ２２の中に置かれる。したがって、一次巻線４の巻線軸Ａ２は管２０および２１の軸Ａ１と一致する。電流導体８から構成される通電または二次巻線２は、外部管２０の外側に沿って内部管２１をＮ１回通される。ここで、Ｎ１＝１，．．．，ｒである。一次巻線４が二次巻線２または前記通電導体８と協調することによって、容易に構成可能で効率的な磁気効果変圧器またはスイッチが得られる。電流導体８’から構成される通電または制御巻線３は、外部管２０の外側に沿って内部管２１をＮ１回通される。ここで、Ｎ１＝１，．．．，ｒである。デバイスのこの実施形態も、管２０および２１が円形断面ではなく正方形、長方形、三角形などの断面を有するように修正可能である。「巻線区画」は、より良好に定義される必要がある。それは、正確にはコアのキャビティではない。なぜなら、巻線はコアの壁の周りに巻かれるからである。
【００９１】
内部管２１の周りに一次主巻線を巻くことも可能である。その場合、主巻線の軸Ａ２は管の軸Ａ１と一致し、制御および二次巻線は２１の内側および２０の外側で管の周りに巻かれる。
【００９２】
図３９〜図４１は、磁界コネクタ１０および１１の異なった実施形態を示す。磁界コネクタ１０および１１は、最後に言及した本発明の実施形態、即ち、図３７および図３８に関連して説明した実施形態へ特に適合化されている。
【００９３】
図３９ａは磁界コネクタ１０および１１の断面図であり、図３９ｂはそれらコネクタを上方から見た図である。それらコネクタの接続面１４’は管２０および２１（コア部分１６）の軸に対して或る角度であり、当然、内部２１および外部２０の管も、接続面１４に対して同じ角度になる。
【００９４】
図４０および図４１は、磁界コネクタ１０および１１の他の変形を示す。ここで、制御磁界Ｈ２（Ｂ２）の接続面１４’はコア部分１６（管２０および２１）の主軸と直角である。
【００９５】
図４０は、中空半円形断面を有する中空セミトロイダル磁界コネクタ１０および１１を示し、図３９は、長方形断面を有するトロイダル磁界コネクタを示す。
【００９６】
図４２は、変圧器として使用されるように構成された本発明の第３の実施形態を示す。
【００９７】
図４３および図４４は、粉末ベースの磁気材料へ適合化され、したがって磁界コネクタを有しない本発明の実施形態を示す。
【００９８】
図４４および図４５は、図４２の線ＶＩ−ＶＩおよびＶ−Ｖに沿った断面を示す。図４６および図４７は、粉末ベースの磁気材料へ適合化され、したがって磁界コネクタを有しないコアを示す。
【００９９】
図４８は、本発明に従った方法の実施形態を示す。
この方法は、
第１の変圧器の一次巻線（Ｔ３）を電源へ接続し、
前記第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）の中央点（ｃ４）を負荷（モータ、Ｒ１、Ｌ１）へ接続し、
前記第１の二次巻線の端（ｃ５、ｃ３）を第１のダイオード整流器トポロジ（それぞれＤ１、Ｄ２）へ接続し、
第１の変圧器の第１の制御巻線（Ｔ１）へＡＣ電圧を印加し、
第２の変圧器の一次巻線（Ｔ４）を電源へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）の中央点（ｃ４’）を、第１の変圧器の中央点（ｃ４）と並列に、前記負荷（モータ）へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）の端（ｃ５’、ｃ３’）を第２のダイオード整流器トポロジ（それぞれＤ３、Ｄ４）へ接続し、
第２の変圧器の第２の制御巻線（Ｔ５）へＡＣ電圧を供給し、
こうして、モータ制御のための周波数変換器を提供することを含む。整流は、次のステップを含むこの方法に従って提供される。
（１）第１の変圧器の第１の制御巻線（Ｔ１）が活性化され、この活性化の間に、第１の変圧器の一次巻線と二次巻線（Ｔ３、Ｔ２）との間に変圧器効果が起こり、
第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）からの電圧がダイオードＤ１およびＤ２によって整流され、結果の電圧（Ｖｄｃ）が負荷（Ｕ１）に印加され、
第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）の高インピーダンスが負荷（Ｕ１）と並列であれば、第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化されないので、第２の変圧器の一次巻線（Ｔ４）がオフ状態になり、
第１の制御巻線（Ｔ１）が活性化される期間の間、第１の変圧器の一次巻線（Ｔ３）の電圧が整流されて、正電圧として負荷（Ｕ１）に現れ、
（２）第１の変圧器の制御巻線（Ｔ１）が非活性化され、この非活性化の間に、第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）が高インピーダンスの状態になり、
第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化され、この活性化の間に、変圧器の一次巻線と二次巻線（それぞれＴ４およびＴ６）との間で変圧器効果が起こり、
第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）からの電圧が第２のダイオード構成（Ｄ３、Ｄ４）によって整流されて、結果の電圧Ｖｄｃが負荷Ｕ１へ印加され、
第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化される期間の間、この変圧器の一次巻線（Ｔ４）の電圧が整流されて、負電圧として負荷（Ｕ１）に現れ、
（３）制御巻線（Ｔ１およびＴ５）の活性化を制御して、負および正の整流期間の長さを制御することによって、０から５０Ｈｚまでの可変周波数制御が達成される。
【０１００】
Ｔ１およびＴ５はＤＣ信号によって励磁される。
【０１０１】
図４９および図５０は、本発明に従った第１および第２の変圧器デバイスによって整流する他の方法を示す。この方法は、
第１の変圧器の一次巻線（Ｔ３）を電源へ接続し、
前記第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）を負荷（モータ）へ接続し、
第１の変圧器の制御巻線（Ｔ１）へＡＣ電圧を供給し、
第２の変圧器の一次巻線（Ｔ４）を電源へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）を逆並列で前記負荷（モータ）へ接続し、
第２の変圧器の第２の制御巻線（Ｔ５）へＡＣ電圧を供給し、ここで、
Ｔ１およびＴ５が非活性化されるので、二次側に変圧器接続が存在しないとき、２つの一次巻線（Ｔ３、Ｔ４）に共通のＡＣ電圧であるＶｐがコアＳ１（Ｔ３）およびＳ２（Ｔ４）をリセットし、
Ｖｐの正位相の第１の部分の間に、第１の変圧器の制御巻線（Ｔ１）が活性化され、第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２、電圧Ｖｓ１）への変換接続が達成され、
負位相のゼロ通過の後、第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化されて（電圧Ｖｋ２）、電圧Ｖｓ２（第２の変圧器の二次巻線Ｔ６の電圧）が回路へ接続されることを含み、整流は、
Ｔ３で端子ｃ１がＬ１へ接続され、端子ｃ２がＬ２へ接続されるように一次巻線の接続が行われ、Ｔ４への一次接続は反対であって、端子ｃ’１がＬ２へ接続され、端子ｃ’２がＬ１へ接続され、Ｌ１およびＬ２はＡＣ電源の端末を表し、
２つの二次巻線が並列に負荷へ接続されるように、負荷の二次巻線（Ｔ２およびＴ６）の接続が行われ、
パルス制御電圧Ｖｋ１がＴ３のＶｐと同相および逆相で印加され（図５０のｔ０）、このアクションによってＶｓ１が誘導されて、負荷およびＴ６の双方に現れ、Ｔ６が高インピーダンス・モードになって、電流が負荷へ印加され、
一次電圧Ｖｐの次のゼロ交差（ｔ１）で、Ｖｋ１が除去され、Ｔ２が高インピーダンスへ戻り、
次のゼロ交差（２）で、Ｖｋ２が印加され、再び電圧Ｖｓ２が負荷およびＴ２に現れる
ことによって達成される（図４９、図５０）。
【０１０２】
図５０は時間対電圧の図である。この図は、２つの制御巻線の電圧で負荷電圧を制御することによって、本発明の方法がどのように実現されるかを示す。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の基本原理および第１の実施形態を示す。
【図２】本発明の基本原理および第１の実施形態を示す。
【図３】本発明に従ったデバイスに含まれる異なった磁束の区域を示す。
【図４】本発明に従ったデバイスの第１の等価回路を示す。
【図５】本発明に従ったデバイスにおける磁気材料の磁化曲線およびドメインを示す。
【図６】本発明に従ったデバイスにおける磁気材料の磁化曲線およびドメインを示す。
【図７】主および制御巻線の磁束密度を示す。
【図８】本発明の第２の実施形態を示す。
【図９】本発明の同じ第２の実施形態を示す。
【図１０】第２の実施形態の断面を示す。
【図１１】第２の実施形態の断面を示す。
【図１２】本発明の前記第２の実施形態における磁界コネクタの様々な実施形態を示す。
【図１３】本発明の前記第２の実施形態における磁界コネクタの様々な実施形態を示す。
【図１４】本発明の前記第２の実施形態における磁界コネクタの様々な実施形態を示す。
【図１５】本発明の前記第２の実施形態における磁界コネクタの様々な実施形態を示す。
【図１６】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図１７】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図１８】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図１９】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２０】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２１】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２２】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２３】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２４】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２５】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２６】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２７】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２８】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図２９】本発明の第２の実施形態において、管状ボディの様々な実施形態を示す。
【図３０】本発明の第２の実施形態で使用される磁界コネクタの異なった様相を示す。
【図３１】本発明の第２の実施形態で使用される磁界コネクタの異なった様相を示す。
【図３２】本発明の第２の実施形態で使用される磁界コネクタの異なった様相を示す。
【図３３】本発明の第２の実施形態で使用される磁界コネクタの異なった様相を示す。
【図３４】本発明の第２の実施形態で使用される磁界コネクタの異なった様相を示す。
【図３５】本発明の第２の実施形態で使用される磁界コネクタの異なった様相を示す。
【図３６】本発明の第２の実施形態に従ったアセンブル済みデバイスを示す。
【図３７】本発明の第３の実施形態を示す。
【図３８】本発明の第３の実施形態を示す。
【図３９】本発明の第３の実施形態で使用される磁界コネクタの特別の実施形態を示す。
【図４０】本発明の第３の実施形態で使用される磁界コネクタの特別の実施形態を示す。
【図４１】本発明の第３の実施形態で使用される磁界コネクタの特別の実施形態を示す。
【図４２】変圧器として使用されるように構成された本発明の第３の実施形態を示す。
【図４３】粉末ベースの磁気材料へ適合化され、したがって磁界コネクタを有しない本発明の第４の実施形態を示す。
【図４４】粉末ベースの磁気材料へ適合化され、したがって磁界コネクタを有しない本発明の第４の実施形態を示し、図４２の線ＶＩ−ＶＩおよびＶ−Ｖに沿った断面を示す。
【図４５】図４２の線ＶＩ−ＶＩおよびＶ−Ｖに沿った断面を示す。
【図４６】粉末ベースの磁気材料へ適合化され、したがって磁界コネクタを有しないコアを示す。
【図４７】粉末ベースの磁気材料へ適合化され、したがって磁界コネクタを有しないコアを示す。
【図４８】制御された整流回路を示す。
【図４９】制御された代替整流回路を示す。
【図５０】制御された代替整流回路を示す。
【図１ａ】
2005522858.tif 000014
【図１ｂ】
2005522858.tif 000015
【図１ｃ】
2005522858.tif 000016
【図１ｄ】
2005522858.tif 000017
【図１ｅ】
2005522858.tif 000018
【図１ｆ】
2005522858.tif 000019
【図１ｇ】
2005522858.tif 000020
【図２ａ】
2005522858.tif 000021
【図２ｂ】
2005522858.tif 000022
【図２ｃ】
2005522858.tif 000023
【図３ａ】
2005522858.tif 000024
【図３ｂ】
2005522858.tif 000025
【図３ｃ】
2005522858.tif 000026
【図３ｄ】
2005522858.tif 000027
【図４】
2005522858.tif 000028
【図５ａ】
2005522858.tif 000029
【図５ｂ】
2005522858.tif 000030
【図５ｃ】
2005522858.tif 000031
【図５ｄ】
2005522858.tif 000032
【図６ａ】
2005522858.tif 000033
【図６ｂ】
2005522858.tif 000034
【図６ｃ】
2005522858.tif 000035
【図６ｄ】
2005522858.tif 000036
【図６ｅ】
2005522858.tif 000037
【図６ｆ】
2005522858.tif 000038
【図６ｇ】
2005522858.tif 000039
【図６ｈ】
2005522858.tif 000040
【図７ａ】
2005522858.tif 000041
【図７ｂ】
2005522858.tif 000042
【図８ａ】
2005522858.tif 000043
【図８ｂ】
2005522858.tif 000044
【図８ｅ】
2005522858.tif 000045
【図９ａ】
2005522858.tif 000046
【図９ｂ】
2005522858.tif 000047
【図１０】
2005522858.tif 000048
【図１１】
2005522858.tif 000049
【図１２ａ】
2005522858.tif 000050
【図１２ｂ】
2005522858.tif 000051
【図１２ｃ】
2005522858.tif 000052
【図１３】
2005522858.tif 000053
【図１４ａ】
2005522858.tif 000054
【図１４ｂ】
2005522858.tif 000055
【図１４ｃ】
2005522858.tif 000056
【図１５ａ】
2005522858.tif 000057
【図１５ｂ】
2005522858.tif 000058
【図１５ｃ】
2005522858.tif 000059
【図１６】
2005522858.tif 000060
【図１７】
2005522858.tif 000061
【図１８】
2005522858.tif 000062
【図１９】
2005522858.tif 000063
【図２０】
2005522858.tif 000064
【図２１】
2005522858.tif 000065
【図２２】
2005522858.tif 000066
【図２３】
2005522858.tif 000067
【図２４】
2005522858.tif 000068
【図２５】
2005522858.tif 000069
【図２６】
2005522858.tif 000070
【図２７】
2005522858.tif 000071
【図２８】
2005522858.tif 000072
【図２９】
2005522858.tif 000073
【図３０ａ】
2005522858.tif 000074
【図３０ｂ】
2005522858.tif 000075
【図３０ｃ】
2005522858.tif 000076
【図３０ｄ】
2005522858.tif 000077
【図３１】
2005522858.tif 000078
【図３２】
2005522858.tif 000079
【図３３】
2005522858.tif 000080
【図３４】
2005522858.tif 000081
【図３５】
2005522858.tif 000082
【図３６ａ】
2005522858.tif 000083
【図３６ｂ】
2005522858.tif 000084
【図３７ａ】
2005522858.tif 000085
【図３７ｂ】
2005522858.tif 000086
【図３８ａ】
2005522858.tif 000087
【図３８ｂ】
2005522858.tif 000088
【図３９ａ】
2005522858.tif 000089
【図３９ｂ】
2005522858.tif 000090
【図４０】
2005522858.tif 000091
【図４１】
2005522858.tif 000092
【図４２】
2005522858.tif 000093
【図４３】
2005522858.tif 000094
【図４４】
2005522858.tif 000095
【図４５ａ】
2005522858.tif 000096
【図４５ｂ】
2005522858.tif 000097
【図４６ａ】
2005522858.tif 000098
【図４６ｂ】
2005522858.tif 000099
【図４７ａ】
2005522858.tif 000100
【図４７ｂ】
2005522858.tif 000101
【図４８】
2005522858.tif 000102
【図４９】
2005522858.tif 000103
【図５０】
2005522858.tif 000104
【手続補正書】
【提出日】平成16年2月10日(2004.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気材料のボディ（１）、ボディ（１）の第１の軸の周りに巻かれた一次巻線（４）、ボディ（１）の第１の軸と直角の第２の軸の周りに巻かれた二次巻線（２）、およびボディ（１）の第１の軸と一致する第３の軸の周りに巻かれた制御巻線（３）を含み、ボディ（１）が、内部巻線区画および外部巻線区画を有する中空コアを含む制御可能な変圧器デバイスであって、
一次巻線が外部巻線区画に配列され、二次巻線および制御巻線が内部巻線区画に配列されることを特徴とする制御可能な変圧器デバイス。
【請求項２】
磁気材料のボディ（１）、ボディ（１）の第１の軸の周りに巻かれた一次巻線（４）、ボディ（１）の第１の軸と直角の第２の軸の周りに巻かれた二次巻線（２）、およびボディ（１）の第１の軸と一致する第３の軸の周りに巻かれた制御巻線（３）を含み、ボディ（１）が、内部巻線区画および外部巻線区画を有する中空コアを含む制御可能な変圧器デバイスであって、
一次巻線（４）が内部巻線区画に配列され、二次巻線および制御巻線が外部巻線区画に配列されることを特徴とする、制御可能な変圧器デバイス。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の制御可能な変圧器によって一次ＡＣ電流／電圧を二次ＡＣ電流／電圧へ制御可能に変換する方法であって、
一次ＡＣ電流／電圧を一次巻線へ供給し、
一次電圧と同相であるか逆相であるＡＣ電圧を制御巻線へ供給し、
制御電圧の振幅に遅い変化を強制して磁気材料のドメイン方向または一次巻線と二次巻線との間の磁化角に変化を起こさせ、それによって電圧伝達を変化させるようにし、
制御回路にインダクタンスを導入して二次巻線と制御巻線との間の直接変換接続の効果を抑制し、
二次巻線からの電磁力を制御巻線からの電磁力へ加え、一次巻線と二次巻線との間の磁化角に影響を与えることによって追加の制御を達成し、
一次巻線と二次巻線との間で起こり、負荷条件に従って変化する位相角の回転を補償し、
レンツの法則に従って二次側の負荷の変化に対する一次巻線の応答を達成することによって、制御された変換効果を達成する
ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の変圧器デバイスによって周波数制御の整流を行う方法であって、
第１の変圧器の一次巻線（Ｔ３）を電源へ接続し、
前記第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）の中央点（ｃ４）を負荷（モータ、Ｒ１、Ｌ１）へ接続し、
前記第１の二次巻線の端（ｃ５、ｃ３）を第１のダイオード整流器トポロジ（それぞれＤ１、Ｄ２）へ接続し、
第１の変圧器の第１の制御巻線（Ｔ１）へＡＣ電圧を供給し、
第２の変圧器の一次巻線（Ｔ４）を電源へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）の中央点（ｃ４’）を、第１の変圧器の中央点（ｃ４）と並列に、前記負荷（モータ）へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）の端（ｃ５’、ｃ３’）を第２のダイオード整流器トポロジ（それぞれＤ３、Ｄ４）へ接続し、
第２の変圧器の第２の制御巻線（Ｔ５）へＡＣ電圧を供給し、
こうして、モータ制御のための周波数変換器を提供し、ここで整流が、
（１）第１の変圧器の第１の制御巻線（Ｔ１）が活性化され、その活性化の間に、第１の変圧器の一次巻線と二次巻線（Ｔ３、Ｔ２）との間に変圧器効果が起こり、
第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）からの電圧がダイオードＤ１およびＤ２によって整流されて、結果の電圧（Ｖｄｃ）が負荷（Ｕ１）へ印加され、
第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）における高インピーダンスが負荷（Ｕ１）と並列である場合には、第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化されず、第２の変圧器の一次巻線（Ｔ４）がオフ状態になり、
第１の制御巻線（Ｔ１）が活性化されている期間の間、第１の変圧器の一次巻線（Ｔ３）の電圧が整流されて、正電圧として負荷（Ｕ１）に現れ、
（２）第１の変圧器の制御巻線（Ｔ１）が非活性化され、その非活性化の間に、第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）が高インピーダンスの状態になり、
第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化され、その活性化の間に、変圧器の一次巻線と二次巻線（それぞれＴ４およびＴ６）との間に変圧器効果が起こり、
第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）からの電圧が第２のダイオード構成（Ｄ３、Ｄ４）によって整流されて、結果の電圧Ｖｄｃが負荷Ｕ１に印加され、
第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化されている期間の間、この変圧器の一次巻線（Ｔ４）の電圧が整流されて、負電圧として負荷（Ｕ１）に現れ、
（３）制御巻線（Ｔ１およびＴ５）の活性化を制御して負および正の整流器期間の長さを制御することによって、０から５０Ｈｚまでの可変周波数制御を達成する
ことを含むステップで実行される方法。
【請求項５】
請求項１または２に記載の第１および第２の変圧器デバイスによって整流を行う方法であって、
第１の変圧器の一次巻線（Ｔ３）を電源へ接続し、
前記第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２）を負荷（モータ）へ接続し、
第１の変圧器の制御巻線（Ｔ１）へＡＣ電圧を供給し、
第２の変圧器の一次巻線（Ｔ４）を電源へ接続し、
前記第２の変圧器の二次巻線（Ｔ６）を逆並列に前記負荷（モータ）へ接続し、
第２の変圧器の第２の制御巻線（Ｔ５）へＡＣ電圧を供給し、ここで
Ｔ１およびＴ５が非活性化されているため二次側への変圧器接続が存在しないとき、２つの一次巻線（Ｔ３、Ｔ４）に共通のＡＣ電圧であるＶｐがコアＳ１（Ｔ３）およびＳ２（Ｔ４）をリセットし、
Ｖｐの正位相の第１の部分の間、第１の変圧器の制御巻線（Ｔ１）が活性化され、第１の変圧器の二次巻線（Ｔ２、電圧Ｖｓ１）への変換接続が達成され、
負位相のゼロ通過の後、第２の変圧器の制御巻線（Ｔ５）が活性化され（電圧Ｖｋ２）、電圧Ｖｓ２（第２の変圧器の二次巻線Ｔ６の電圧）が回路へ接続され、
整流が、
Ｔ３で端子ｃ１がＬ１へ接続され、端子ｃ２がＬ２へ接続され、Ｔ４への一次接続が反対であって、端子ｃ’１がＬ２へ接続され、端子ｃ’２がＬ１へ接続されるように、一次巻線の接続が行われ、Ｌ１およびＬ２がＡＣ電源の端子を表し、
２つの二次巻線が負荷へ並列に接続されるように、二次巻線（Ｔ２およびＴ６）が負荷へ接続され、
パルス制御電圧Ｖｋ１がＶｐと同相および逆相でＴ３へ印加され（図５０のｔ０）、このアクションによってＶｓ１が誘導されて負荷およびＴ６の双方に現れ、Ｔ６が高インピーダンスモードになり、電流が負荷へ印加され、
一次電圧Ｖｐの次のゼロ交差（ｔ１）でＶｋ１が除去され、Ｔ２が高インピーダンスへ戻り、
次のゼロ交差（２）でＶｋ２が印加され、再び電圧Ｖｓ２が負荷およびＴ２に現れる
ことによって達成される方法。
【国際調査報告】
2005522858.tif 000105
2005522858.tif 000106