(57)【要約】【課題】小さな励磁電力で出力を効率よく取り出す電力増幅トランス回路に関する。【解決手段】少なくとも１つの電源コイル回路と複数のコイル回路で構成される負荷回路をもち、その磁路が３脚以上のコアーをもつトランスにおいて、電源コイルで発生する励磁磁束により負荷回路の各コイルに誘起される起電力の負荷端における合計起電力が有限値となるように、各コイルの巻数比を定めると共に、その負荷回路に流れる電流の作用によって各コイルに発生する負荷磁束の合成値が零となるように、巻数比とコアーの各磁束通路間の磁気抵抗比を定めて、電源回路に対して生じる負荷回路からの磁気的反作用を無くすように、トランスの磁気回路と各コイル間の巻数比を定めることによって、最小の励磁電力で出力を効率よく取り出す。【選択図】　図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの電源コイル回路と複数のコイル回路で構成される負荷回路をもち、その磁路が３脚以上のコアーをもつトランスにおいて、
電源コイルで発生する励磁磁束により負荷回路の各コイルに誘起される起電力の負荷端における合計起電力が有限値となるように、各コイルの巻数比を定めると共に、
その負荷回路に流れる電流の作用によって各コイルに発生する負荷磁束の合成値が零となるように、巻数比とコアーの各磁束通路間の磁気抵抗比を定めて、
電源回路に対して生じる負荷回路からの磁気的反作用を無くすように、トランスの磁気回路と各コイル間の巻数比を定めることによって、最小の励磁電力で出力を効率よく取り出す
ことを特徴とする電力増幅トランス回路。
【請求項２】
磁路内の負荷磁束の合成値を零とする方程式を、巻数比パラメーター（λ）＞１、かつ、磁路比パラメーター（θ）＞０の条件下で解いた値を用いる
請求項１に記載の電力増幅トランス回路。
【請求項３】
電源コイル回路の電源を短絡しサーチコイルとすることで、巻数比パラメーター（λ）の補正を行った
請求項２に記載の電力増幅トランス回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出力を効率よく取り出す電力増幅トランス回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
巻数比ＰＮ：ＳＮの理想的な単相トランスを例として、従来のトランスの原理的な動作の説明を行い、最後に本発明によるトランスシステムとの比較を行う。
図１にて（無負荷）、１次側の電源コイルには励磁電流ｉ０が流れ、トランスの磁路にはこのトランス固有の励磁磁束φ０が発生する。２次側の負荷回路のスイツチはオフになっているから、２次コイルには起電力ＥＳが発生しているだけの状態にある。励磁々束φ０は、
2004022613.tif 000003
（ＲＭ：コアーの磁気抵抗）であり
2004022613.tif 000004
であって、２次に誘起される起電力ＥＳは、
2004022613.tif 000005
となる。
【０００３】
次に図２にて、スイッチをオンとして、負荷回路を形成させる。すると、２次回路に生じている起電力ＥＳにより負荷電流ｉＰが流れる。このｉＰにより磁路には２次コイルから負荷磁束φＳが発生する。すると、これに対応して１次コイルｉＰには、このトランスの固有励磁々束φＰを保持すべく、φｓを打ち消す磁束φＰを発生させる、負荷対応電流が流れる。このようにして、負荷に対応して、１次の電源コイルに電流ｉＰが流れ、そしてこの作用（電源からの負荷への電力電送機能）がトランスの基本的な性質であるとされていた。以上を数式で示せば
2004022613.tif 000006
より
2004022613.tif 000007
である。
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【０００４】
後で本発明の実施例で述べるが、トランス磁路中の固有励磁々束φ０は２次コイルに電圧を誘起する事だけがその役割である。従来のトランスに於いては負荷の増減により、１次電流ｉＰが増減し、結果として電力の電送に見えるが、それはトランスにとって本質的（必要十分条件）ではなく、従来のトランスの構成に起因する副次的な現象である。即ち、２次コイルからの反作用に対応する電源電力の電送は、トランスの構成によるものであり、本発明の如く、負荷回路からの磁気的反作用を見掛け上、零となすトランスシステムを構成すれば、理論としてのトランスの本質作用は、２次コイルに起電カポテンシャルを誘起する事にあるといえる。
しかし、従来の技術には、それを実現するトランス回路はなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、小さな励磁電力で出力を効率よく取り出す電力増幅トランス回路を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、少なくとも１つの電源コイル回路と複数のコイル回路で構成される負荷回路をもち、その磁路が３脚以上のコアーをもつトランスにおいて、電源コイルで発生する励磁磁束により負荷回路の各コイルに誘起される起電力の負荷端における合計起電力が有限値となるように、各コイルの巻数比を定める。同時に、その負荷回路に流れる電流の作用によって各コイルに発生する負荷磁束の合成値が零となるように、巻数比とコアーの各磁束通路間の磁気抵抗比を定めて、電源回路に対して生じる負荷回路からの磁気的反作用を無くすように、トランスの磁気回路と各コイル間の巻数比を定める。これによって、最小の励磁電力で出力を効率よく取り出す電力増幅トランス回路を提供する。
【０００７】
上記の電力増幅トランス回路において、磁路内の負荷磁束の合成値を零とする方程式を、巻数比パラメーター（λ）＞１、かつ、磁路比パラメーター（θ）＞０の条件下で解いた値を用いてもよい。
また、本構成において電源コイル回路の電源を短絡しサーチコイルとすることで、巻数比パラメーター（λ）の補正を行ってもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の回路に於いて、メインコイル、サブコイルより発生した磁束の合成値△φＭが電源コイルに流入してくる。
λを巻数比パラメーターとし、ｍ＝λｓとすると、先ずλに対する制限としてＥＺ＝（ｍ−ｓ）Ｅ＞０より、
λ＝１…（１）
とならねばならない。又、もう１つのパラメーターθに関しては、
θ＝０…（２）
である。
さて、△φＭ＝φＭ−２φＳＣ…（３）
であるから、付録で導かれたφＭとφＳＣの式と
ｍ＝λｓ…（４）より
2004022613.tif 000009
と表わされる。
【０００９】
この△φＭなる負荷回路からの反作用として付加される磁束を処理する為に電源コイルには対付加電流ｉＰが流れ、対負荷磁束φＰをφＰ＝△φＭと△φＭを相殺する方向に発生させる。即ち、図４を参考にすれば、ｉＰは次式を満たす値となる。
2004022613.tif 000010
この時、負荷処理に必要な１次側の入力Ｐ１は
Ｐ１−ＥｉＰ　　　　…（７）
であり、２次側（負荷回路側）の出力Ｐ２は
Ｐ２−ＥＺ・ｉ＝（ｍ−ｓ）Ｅ・ｉ　　…（８）
となる。
【００１０】
よって、このトランスに於ける効率Ｐ２／Ｐ１は
Ｐ２／Ｐ１＝（ｍ−ｓ）／ｊｐ　　…（９）
となる。（９）に（６）を用いれば、Ｐ２／Ｐ１は次式となる。
Ｐ２／Ｐ１＝（λ―１）（３θ２＋１２θ＋８）／｛３（λ―１）θ２＋２（６λ―７）θ＋８（λ―１）｝　　…（１０）
即ち、本発明のトランスシステムの効率Ｐ２／Ｐ１はメインコイルとサブコイルの巻数比λとトランスの形状を定める磁気抵抗にかかわる磁路比パラメーターθにより定められる事がわかる。
【００１１】
以上の考察から、負荷Ｚに印加される起電力ＥＺ＝ｓ（λ―１）Ｅをλ＞０で有限値とし負荷電流ｉ＝ＥＺ／Ｚが流れる様にし、更にΔφＭをΔφＭ＝０に出来れば、電源コイル回路には負荷からの磁気的反作用はなくなり、ｉＰ＝０となり、トランスシステムの効率Ｐ２／Ｐ１を最大とする事が出来る。
【００１２】
そこで、Ｐ２／Ｐ１を最大とする条件をΔφＭ＝０として、λ＞１、θ＞０の条件下で考察する。
（５）式に於いて、
ｆ（λ，θ）＝３（λ―１）θ２＋２（６λ−７）＋８（λ−１）…（１１）
とおけば△φＭ＝０はｆ（λ，θ）＝０と同値となる。
ｆ（λ，θ）＝３（λ―１）θ２＋２（６λ−７）＋８（λ−１）…（１２）
（θ＞０，λ＞１）は少なくとも、θに関しては２つの正根θα，θβをもたねばならない（何故なら、ｆ（λ，０）＝８（λ−１）＞０であるから）。（１２）のθに関する判別式Ｄθは
Ｄθ＝（６λ―７）２−２４（λ―１）２＝１２λ２−３６λ＋２５…（１３）
であるからＤθ≧０より、又　λ＞１　より、
2004022613.tif 000011
…（１４）
2004022613.tif 000012
…（１５）
と表してλのとれる範囲は、
１＜λ≦λα…（１６）
λ≧λβ…（１７）
となる。
又、２つの正根θα，θβをもつならば、６λ−７＜０　即ち、
λ＜７／６…（１８）
でなければならない。
以上より、ｆ（λ、θ）＝０は（１６）式の条件でのみ（１＜λ≦λα）２正根θα，θβをもてる。
2004022613.tif 000013
…（１９）
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…（２０）
である。
【００１３】
又、このθに対して対応するλは
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…（２１）
である。
λα≧λより、
2004022613.tif 000016
は常に成り立つ。よつて、λを定めれば（１＜λ≦λαの範囲で）、得られる２つのθα，θβはｆ（λ，θ）＝０を満たすので採用出来る。
以上より、１＜λ≦λαを満たすλを選定し、それに対応するθα，θβのうちの１つを採用し、トランス回路を図８の如く構成すれば、負荷回路から電源コイル回路への反作用がなし（即ち、ΔφＭ＝０）で、かつ負荷回路に電圧ＥＺ＝ｓ（λ−１）Ｅ［Ｖ］）を誘起し、負荷Ｚに電流ｉを流せる極めて高効率
なトランスシステムを構築する事が出来る。
理論上はＰ２／Ｐ１→∞となるが、実際には種々の損失があるので上限が生じる。例えば、λ＝１３／１２（ｍ＝１３、ｓ＝１２）の時、
2004022613.tif 000017
となる。又、Ｅ２＝Ｅ［Ｖ］である。これで磁路を形成する鉄芯コアーの設計を行う。
【００１４】
又、実際に本発明のトランスシステムを制作する場合、材質的な問題で計算値通り、λ，θを選択しても、△φＭ≠０となる事が多い。その為、量産化の為には図１１に示す如き調整作業を行い、ｍ＊なりＳ＊を微調整しその数値を得る必要がある。
【００１５】
なお、図４において、Ｎターンの電源コイルにより磁路に発生する磁束については次の通りである。
磁束の式
2004022613.tif 000018
無負荷、有負荷を問わず、電源コイルに入る磁束の正味は常にφ０であるから、電源電圧Ｅはφ０との間で
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の関係にある。
【００１６】
図５において、電流ｉにより、ｍＮターンのメインコイルから発生する磁束については次の通りである。
磁束の式
2004022613.tif 000020
ｉ：負荷電流
【００１７】
図６において、電流ｉにより、ｓＮターンのサブコイルから発生する磁束については次の通りである。
磁束の式
2004022613.tif 000021
【００１８】
図７において、電流ｉｐと電流ｉにより、各コイルで発生する磁束の関係については次の通りである。すなわち、ΔφＭ＝φＭ＋２φＳＣとおくと、ΔφＭ＝φＭ／２＋φＳｂ＋φＳは、ΔφＳ＝φＭ／２−φＳＣ＝ΔφＭ／２となる。
φＭ＝０の場合には電源コイルには対負荷電流ｉｐ、は流れる必要はなくなる。トランスでは常にφｐ＝△φＭとする電源電流ｉｐが流れる。
【００１９】
図８において、電源コイルに流れる対負荷電流ｉＰによる磁束φＰと各コイルに流れる負荷電流ｉにより発生した磁束△φＭ、△φＭ（＝△φＭ／２）との関係は、φｐ＝△φＭの場合には、電源コイルには対負荷電流ｉｐは流れる必要なくなることがわかる。
【００２０】
図９は、負荷の有無にかかわらず、三脚トランスの磁路に流れる磁束を表した図である。
磁束の式
2004022613.tif 000022
無負荷電流の式
2004022613.tif 000023
となるので、メインコイルに誘起される起電力ＥＭはｍＮターンの中にφ０の磁束が入るから
2004022613.tif 000024
となり、サブコイルに誘起される起電力ＥｓはｓＮターンの中にφ０／２の磁束が入るから
2004022613.tif 000025
となる。
よって、負荷回路の生じる起電力ＥｚはＥｚ＝ＥＭ−２ＥｓよりＥｚ＝（ｍ−ｓ）となる。
【００２１】
図１０は、本発明の実施例を示す図である。
△φＭ＝φｐ＝０、ｉＰ＝０の時、
2004022613.tif 000026
よって、ｆ（λ・θ）＝３（λ一１）θ２＋２（６λ一７）θ＋８（λ一１）＝０の時、ｉの値にかかわらずにｉｐ＝０となる。（但し、λは巻数比パラメーター：λ＝ｍ／ｓ）
【００２２】
図１１は、△φＭ＝０を確認する為に、ｍＮターンをｍ＊Ｎターンとし△φＭ＝０となるｍ＝ｍ＊を定める補正作業を行う回路である。
即ち、負荷回路に電源Ｅを直列に入れ、負荷電流ｉを流し、Ｅを除去し短絡した電源コイル回路をサーチコイルとし、このサーチコイルに△φＭで誘起されて流れる電流ｉｓの値を零がなるようにｍ値の調整を行なった（ｉｓ＝０←→△φＭ＝０）。
【００２３】
図１２は、三脚トランスコアーにおいて磁束を求めるための説明図である。
図３のトランスの磁路において、各部の磁気抵抗ｒを考える。
2004022613.tif 000027
とおくと、（１）−（６）、（２）、（３）−（４）の磁気抵抗ｒｈは、
2004022613.tif 000028
となり、（１）−（２）、（２）−（３）、（４）−（５）、（５）−（６）間の磁気抵抗ｒｅは、
2004022613.tif 000029
となる。
また、Ｎターンのコイルにｉアンペアの電流が流れるとその起磁力は、Ｎｉとなる。
以上をふまえることによって、以下の磁気回路で起磁力により発生し、各磁路を流れる磁束φの値が計算される。
【００２４】
図１３は、メインコイルによる磁束を示す説明図である。
起磁力をｍＮｉとすると、Ｒｍ１＝ｒｈ＝ｋθ、Ｒｍ２＝ｒｈ＋２ｒｅ＝ｋ（θ＋２）であり、回路方程式は、
2004022613.tif 000030
であるから
2004022613.tif 000031
となる。
ここで、電源コイルに磁束ΔφＭが入るとき、それに対抗して発生する磁束φＰを流すために電源が供給する電流ｉＰは次式を満たす。
2004022613.tif 000032
【００２５】
図１４は、サブコイルによる磁束を示す説明図である。
起磁力をｓＮｉとすると、
Ｒｓ１＝ｋθ、Ｒｓ２＝ｒｎ＋２ｒｅ＝ｋ（θ＋２）
Ｒｓ３＝ｒｎ＋４ｒｅ＝ｋ（θ＋４）であり、回路方程式は、
θＳｂ＝φＳ−φＳＣ、Ｒｓ２・φＳＣ＝ＲＳ３・φＳｂ、Ｒｓ１・φＳ＋Ｒｓ２・φＳＣ＝ｓＮｉ
であるから、
2004022613.tif 000033
となる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は以上の構成を備えることによって、次の効果を備える。
すなわち、負荷磁束が負荷回路の複数のコイル間で打ち消し合うために、この２次側負荷回路からの磁気的反作用は相殺され見掛上なくなっている。これはトランスの１次（電源）側から見ると、その２次側は磁気的には無負荷とみなせる。よって、１次側の電源は単に励磁電流によりトランス磁路に励磁磁束を供給し、負荷回路中の各コイルに電圧を誘起させていればよい。
１次電源に対して負荷回路からの磁気的反作用を与える事のないトランスを構成し、かつその負荷回路中に、電源からの励磁磁束により、負荷処理可能な誘起起電力を発生させる構成としたので、従来のトランスに比べて極めて高効率な電力増幅作用が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】無負荷時の従来のトランスを示す説明図
【図２】無負荷時の従来のトランスを示す説明図
【図３】磁路の説明図
【図４】電源コイルにより磁路に発生する磁束を示す説明図
【図５】メインコイルから発生する磁束を示す説明図
【図６】サブコイルから発生する磁束を示す説明図
【図７】各コイルで発生する磁束の関係を示す説明図
【図８】電源コイルに流れる対負荷電流による磁束と各コイルに流れる負荷電流により発生した磁束との関係を示す説明図
【図９】負荷の有無に関わらず三脚トランスの磁路に流れる磁束を表した説明図
【図１０】実施例の回路図
【図１１】補正作業を行う回路図
【図１２】三脚トランスコアーにおいて磁束を求めるための説明図
【図１３】メインコイルによる磁束を示す説明図
【図１４】サブコイルによる磁束を示す説明図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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