(57)【要約】      （修正有）【課題】主として磁束とコイルを鎖交する技術を提供し、副次的には電流源の利用で上述の技術を提供する。【解決手段】磁性心材１００において、第１のコイル１０からの磁束の経路と、第２のコイル２０と第３のコイル３０からの磁束２４、３４の経路に分かれる構成とし、第２のコイル２０と第３のコイル３０とで無誘導巻線構造が実現する構成とすることで、第１のコイル１０からの電場が無誘導巻線構造に与えられると、第２のコイル２０と第３のコイルは無誘導巻線でありながら電源となる構成とした。【選択図】図１
2011009703.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束とコイルを鎖交する電磁誘導用鎖交具であって、
第１のコイルと、
前記第１のコイルに流れる第１の交番電流と、
前記第１の交番電流に応じて誘導される第１の磁束と、
前記第１の磁束と鎖交する第２のコイルと、
前記第１の磁束と鎖交する第３のコイルと、
前記第２のコイルに流れる第２の交番電流と、
前記第３のコイルに流れる第３の交番電流と、
前記第２の交番電流に応じて誘導される第２の磁束と、
前記第３の交番電流に応じて誘導される第３の磁束と、
前記第１の磁束と前記第２の磁束及前記第３の磁束が前記第２のコイルと前記第３のコイルとの結合係数より前記第２のコイル又は前記第３のコイルと前記第１のコイルとの方の結合係数を低められてかつ前記第２の磁束と前記第３の磁束がほぼ同じ大きさで互いに反対方向に電磁的な結合を為して誘導される経路を有する磁性芯材とを具備する電磁誘導用鎖交具。
【請求項２】
前記第１の磁束に換わって前記第２の磁束と前記第３のコイルが鎖交する、請求項１記載の電磁誘導用鎖交具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電力に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１に時間的に強さが変化する磁場は時間的に強さが変化する電場を誘起する。第２に時間的に強さが変化する電場は時間的に強さが変化する磁場を誘起する。第３に電荷は磁場を空間に生み出す。電荷の無い空間では電気力線の増減はない。第４に磁場を作り出す源は電流（動く電荷）である。第５に時間的に強さが変化しようがしまいが磁力線は例外なく常に閉じている。以上の５点が４つの数式から成るマックスウェルの方程式として１８７３年から知られている。ストークスの定理を用いて面積分に変換した後に、磁場が時間的に変化する場合のマックスウェルの方程式を用いるとファラデーの法則とレンツの法則が導かれる。只、単純に第１点と第２点が繰返せる場合は電波や電磁波になる。商用周波数の場合にそれが起きるとすれば電場も磁場も電気回路の導線内や変圧器の鉄芯内を通過する事無く空中に拡がる。従って全く異なる繰返しが起きる。
磁場は動いている電荷である電流によって作り出される。この現象がエルステッドにより発見された１８２０年。同年、ビオとサバールは電流により作り出される磁場の大きさを測定しビオサバールの法則とした。逆に与えられた磁場から電流を求めるのがアンペールの法則。
ファラデーが電磁誘導を発見した時に用いた電気回路、この実験装置の中に、ファラデーの法則とアンペールの法則が存在し、一次コイルに電流を流すとリング状になっている軟鉄の内部を磁界が通過する。この部分がアンペールの法則に対応する。磁界はリング状の軟鉄を介して２次コイルの中心を通過し、この時、２次コイルに電流が発生する。この部分がファラデーの法則に対応する。
電池とはどんな種類のものでも、そのプラス端子とマイナス端子の間に常に一定の電位差を生じさせておく装置である。銅線と豆電球とから成る電池の外部回路を流れる電流は閉じた回路を循環する為には電池内部の電池のマイナス側（低電位）からプラス側（高電位）に向かって電位の坂道を昇らなければならない。
所が、考えている電場（電界）が電荷によって作り上げられた物では無く、時間的に変化する磁場によって誘発されたものならば、磁場によって誘起された電場は「電位勾配」によって表す事が出来ない。つまり、電位の坂道がない。磁場と言うものは空間的に渦巻状に変化するベクトルポテンシャルとして表され、時間的に変化する磁場によって誘起された電場はベクトルポテンシャルの時間的変化として表される。重要な事はこのような電場に付随する電気力線は輪ゴムのように閉じている事である（電池では閉じていない事との比較に意味がある）。電荷によって生じたのではないので、当然その出発点も終点も無い。二次コイルは閉じた回路を成している。二次コイル内の自由電子はこの誘起された電場によって動かされ、閉じた回路に沿ってぐるぐる回る。回路に電流を流す限り、誘起された電場は電場以外の何者でもない。導体に電圧が加わりそれによって電流が流れる時電圧によって電界、電流によって磁界が出来る。そして、それぞれの空間がエネルギーを持つ。従ってエネルギーの輸送の本体は電界と磁界（つまり導体を取り巻く空間）にあって、導体はエネルギーの流れのガイド（レール）に成っているに過ぎない。
交流電気回路の解析は直流回路に比べて複雑である。レンツは誘導電流がインダクタンスに作用する現象を１８４７年発見し、１８８７年ヤブロチコフは交流回路における静電容量の機能を見出し、マックスウェルはインダクタンス・静電容量・抵抗を持つ交流回路で全抵抗、今で言うインピーダンスの概念を示したが、これらは個々に独立したもので交流回路を全体的に把握するまでに至らなかった。イギリスのケネリーは１８９３年複素数を用いれば抵抗・インダクタンス・静電容量を組合わせた交流回路の計算は正弦波交流の場合、オームの法則やキルヒホッフの法則が適用できる事を示し、同年８月アメリカのスタインメッツは交流の実効値の概念を導入し交流現象を含めた形でキルヒホッフの法則を一般化した。
１８９１年フランクフルト博覧会で三相交流発電機を据付し、三相変圧器で８０００Ｖまで電圧を上げて送電し、送電された三相交流電圧を変圧器で下げ三相誘導電動機を回転させた。送電効率は７０％であった。高圧長距離送電を実現する為には変圧器は大きな要素であり、珪素鋼の変圧器が１９０３年に作られた。
磁性体は磁界の中に入れた時磁気モーメントを生ずるような物質である。その現象を磁気誘導という。磁気誘導により磁気を帯びる事を磁化するという。特に大きい磁気誘導を受ける物質が強磁性体である。強磁性体を磁界の中に入れた時に生ずる磁束密度は外部磁界による磁束密度に磁化による磁束密度を加えたものになる。強磁性体に、外部の電流による磁束密度を与えると外部からの磁束密度を無視できる位大きな磁束密度になり、そのほとんどが磁性体中にあり形の曲がった強磁性体では磁界の方向は強磁性体中にある方が安定である。その為曲げた形の強磁性体は磁界の方向を曲げて伝えるのに利用できる。強磁性体の磁区の大きさ・形・位置・方向は結晶に存在する全ての力によって決まる。これはエネルギーを最小にする配置に全ての力が同じ様に関与するからである。実際の磁区の大きさとその磁化の方向は磁壁中の磁気双極子の角度を広げる力と交換力による揃える力と外部磁界の作用を最小にする力の三者の釣合いで決まる。磁壁の移動は外部磁界の作用を最小にしようとする力によって生じる。磁化した物体は磁場中で磁場強度を強め合う位置から磁場を弱める位置へと動こうとする、全ての系はエネルギー最小の状態になろうとする原理の一例である。一個の荷電粒子が多くの荷電粒子にぎっしりと囲まれている場合、これらの全ての粒子を近接させて結び付けているのは電荷と磁場を最小にしようとする力である。これらの運動は単位体積あたりの電荷量と磁場を最小にしようとしている。
熱力学において第１種及第２種の永久機関更に入力が継続して得られる場合は出力がその入力を超える事が可能であるとの知見が同時に得られ、ニュートン力学に一部がエネルギー保存則として取り入れら、保存則は更に相対性理論に取り入れられている事が知られている。  
ダムの水から位置エネルギーを引き出すのに、水門を開閉するための僅かのエネルギーを要す。化学的エネルギーを引き出すのに、石油を燃やすための火花を飛ばすエネルギーを要す。ウランから核エネルギーを引き出すのに、核分裂を起こしてから引き出せるエネルギーに比べて僅かのエネルギーを要す。
ダムからの水や、石油を燃やす又は核分裂によって得られる熱で作られる蒸気を発電機の軸に取り付けられたタービンにぶつけると、発電機の軸が回る。その結果、発電機のコイルの両端子間に電位差が生じる。
発電機の負荷が静電容量のみの時は、静電容量が充電する時は電力を消費し、放電する時は電力を発生して電源に返している。充電量と放電量とは等しいから静電容量の消費電力は発生電力に等しく平均すれば消費電力は０になる。自己インダクタンスのみの時は各瞬間の電力はコイル中の磁束によって生ずる電磁エネルギーとして蓄積されたり放出されたりする。同様に平均した交流電力は０である。結局交流回路で電力を消費するのは抵抗だけである。
一般に法則とは「いつでもどこでも一定の条件の基に成り立つ恒久的でしかも必然的な関係である」と定義され、理論とは「個々の事実とか認識などを説明できる統一的な知識」と定義される。この事から電気理論は電気に関するすべての現象及び法則を統一的に説明できる知識ではあるが、交流商用電力が実際に消費出来るのは二次電気回路のみで有り、直接的には一次負荷電流から誘導される磁束が電力消費を可能にしている。商用電力系統の全体を観れば、必須の目的は工場や家庭内の交流電気回路を働かせる事である。発電機を必須とし、変圧器や原子力が使われているのが現状である。
電磁誘導は発電機や変圧器以外でも新たに応用が為されるであろう。
【特許文献１】特願昭６３−１２８６４８号
【特許文献２】特許第３５５４８５０号
【特許文献３】特許願２００５−１１３８５５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特願昭６３−１２８６４８号は一次超伝導コイルに超伝導体の中空円筒体を一体化し、二次コイルの負荷電流からの磁束を超伝導中空円筒体に流れる遮蔽電流によって相殺し、二次コイルに誘導される逆起電力を現れなくしたものである。その結果、遮蔽電流が一次負荷電流の換わりとなって電力消費が実現できるものであるが、超伝導状態は多種の原因によりクウェンチし易く、超伝導状態を保ちにくい欠陥がある。特許第３５５４８５０号は上述の技術を常伝導で実現しようとするものである。特許願２００５−１１３８５５号ではその解決が磁石を利用して図られる。本発明は主として磁束とコイルを鎖交する技術を提供し、副次的には電流源の利用で上述の技術を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
具体的には、第１のコイルと、
前記第１のコイルに流れる第１の交番電流と、
前記第１の交番電流に応じて誘導される第１の磁束と、
前記第１の磁束と鎖交する第２のコイルと、
前記第１の磁束と鎖交する第３のコイルと、
前記第２のコイルに流れる第２の交番電流と、
前記第３のコイルに流れる第３の交番電流と、
前記第２の交番電流に応じて誘導される第２の磁束と、
前記第３の交番電流に応じて誘導される第３の磁束と、
前記第１の磁束と前記第２の磁束及前記第３の磁束が前記第２のコイルと前記第３のコイルとの結合係数より前記第２のコイル又は前記第３のコイルと前記第１のコイルとの方の結合係数を低められてかつ前記第２の磁束と前記第３の磁束がほぼ同じ大きさで互いに反対方向に電磁的な結合を為して誘導される経路を有する磁性芯材とを具備する様な手段によって達成する事ができる。
【発明の効果】
【０００５】
変圧器と違って、磁性芯材において第１のコイルからの磁束の経路と、第２のコイルと第３のコイルからの磁束の経路に分かれる構成とし、第２と第３のコイルで無誘導巻線構造が実現する構成としたので、第１のコイルからの電場が既無誘導巻線構造に与えられると、既第２、第３のコイルは無誘導巻線でありながら電源となる。この電源で構成される交流電気回路に負荷電流が流れても負荷電流からの逆起電力が生じないので既第１のコイルからの電場が継続して誘導される間は負荷電流も継続して流れる事が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
第１図において、第１のコイル１０と第２のコイル２０及び第３のコイル３０と磁性芯材１００が鎖交する。前記第１のコイル１０に交番電流１２が流れると前記交番電流１２の作る磁界に応じて前記磁性芯材１００に第１の磁束１４が誘導される。前記第１の磁束１４は前記第１のコイル１０と第２のコイル２０及第３のコイル３０と鎖交する。前記第２のコイルと第３のコイルが接続されて交流電気回路が構成される。既電気回路に電流が生まれ、前記第２のコイル及第３のコイル部分に交番電流２２及３２が流れると前記交番電流２２及第３２の作る磁界に応じて前記磁性芯材１００に第２の磁束２４及第３の磁束３４が誘導される。前記第２の磁束２４と第３の磁束３４とはほぼ同じ大きさで反対方向に誘導されるので、これらの磁束からの逆起電力は作用としては現れない。既電気回路には電流が流れても逆起電力が無いので、前記磁束１４が前記第２のコイル及第３のコイル周りに作る電場に応じて既電気回路には電流が流れ続ける。
尚、形状、大きさ、作動及び構造上の細部については変更しても良く、前述の具体例は専ら解説の為のものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例】
【０００７】
第２図において、第１のコイル１０と第２のコイル２０及び第３のコイル３０と磁性芯材１００が鎖交する。前記第１のコイル１０に交番電流１２が流れると前記交番電流１２の作る磁界に応じて前記磁性芯材１００に第１の磁束１４が誘導される。前記第１の磁束１４は前記第１のコイル１０と第２のコイル２０と鎖交する。前記第２のコイルと第３のコイルが接続されて交流電気回路が構成される。既電気回路に電流が生まれ、前記第２のコイル及第３のコイル部分に交番電流２２及３２が流れると前記交番電流２２及第３２の作る磁界に応じて前記磁性芯材１００に第２の磁束２４及第３の磁束３４が誘導される。前記第２の磁束２４と第３の磁束３４とはほぼ同じ大きさで反対方向に誘導されるので、これらの磁束からの逆起電力は作用としては現れない。既電気回路には電流が流れても逆起電力が無いので、前記磁束１４が前記第２のコイル及第３のコイル周りに作る電場に応じて既電気回路には電流が流れ続ける。
内鉄形と外鉄形の違いで特徴的な現象は一次コイルに大電流が流れる場合に内鉄形は漏れ磁束が多くなり続けるが外鉄形は漏れ磁束がほぼ一定に保たれる事である。本発明には変圧器起電力は利用するがJEC−２０４に定義される変圧器としては組み込まれてはいない。磁性芯材の構造が漏れ磁束が大きくなる内鉄形と同様であれば、負荷電気回路の電源コイルであっても同様であり、負荷電気回路の電圧は下がり続ける事になる。上述の第２のコイルが中央脚に巻回されると、内鉄形よりは漏れ磁束はやや抑えられていく。更に中央脚に人が脚を背負って腹を向けで抱きついたとすると中央脚の左右の脚と上下の継鉄が人の背の脚にまでのびて、背中の後ろで立体的に一体化する様な磁性芯材にすると２脚しかないがどちらの脚も中央脚と同様となるので漏れ磁束が一定に保たれる。その様な漏れ磁束の対応技術のベースとなる技術を提供するものである。
尚、形状、大きさ、作動及び構造上の細部については変更しても良く、前述の具体例は専ら解説の為のものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】コイルと新たな磁性芯材を鎖交する事により、副次的に電流源が得られる技術の実施形態を示した説明図である。
【図２】漏れ磁束の対応技術のベースとなる技術の実施例を示した説明図である。
【符号の説明】
【０００９】
図１          １０  第１のコイル            １２  交番電流
１４  第１の磁束              ２０  第２のコイル
２２  交番電流                ２４  第２の磁束
３０  第３のコイル            ３２  交番電流
３４  第３の磁束            １００  磁性芯材
図２          １０  第１のコイル            １２  交番電流
１４  第１の磁束              ２０  第２のコイル
２２  交番電流                ２４  第２の磁束
３０  第３のコイル            ３２  交番電流
３４  第３の磁束            １００  磁性芯材
【図１】
2011009703.tif 000003
【図２】
2011009703.tif 000004