JP5862764B2

JP5862764B2 - 周波数変換装置

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Publication number: JP5862764B2
Application number: JP2014507806A
Authority: JP
Inventors: 正裕三田
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Current assignee: Proterial Ltd
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Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2016-02-16
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Description

本発明は、多相交流の周波数を変換する周波数変換装置に関する。本発明は、特に多相交流によって交番磁界を発生させ、発生した交番磁界の空間周波数を磁性体列によって変調し、変調された交番磁界によって前記多相交流と異なる周波数の交流を誘起させることによって、交流の周波数を変換する周波数変換装置に関する。

電力伝送において交流の周波数変換を行う場合、周波数変換装置は、ダイオード、インダクタ、コンデンサなどを用いた平滑回路で交流を一旦直流に変換する。そして周波数変換装置は、変換された直流を、半導体スイッチング素子を用いてスイッチングを行い、改めて所望の交流周波数の交流に変換する事を行っている。周波数変換装置は、例えば、東日本の５０Ｈｚ交流と、西日本の６０Ｈｚ交流との間の周波数変換、又は航空機内部での発電周波数４００Ｈｚ交流と、アウトレットの５０〜６０Ｈｚ交流との周波数変換などを行う。半導体スイッチング素子としては、サイリスタ、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＳＩＴなどが用いられている。また、交流を直接高周波スイッチングによって周波数変換を行うサイクロコンバータという手法もあるが、該手法においても半導体スイッチング素子を用いる事には変わりがない。

特開２００８−４８５５０号公報

しかしながら、半導体スイッチング素子を用いた従来の周波数変換装置においては、以下の問題点が指摘されている。
多数の半導体素子及び電子制御回路を用いているため、信頼性が低いという問題がある。
また、スイッチングにより電磁ノイズが発生するという問題がある。電磁ノイズは、周囲の電子機器の誤動作を引き起こす可能性がある。特に航空機内部においては航行機器への影響が心配される。電磁ノイズを伝搬、放射しないようにノイズ対策部品を用いると無用の重量増、部品点数の増加を引き起こす。
更に、交流から直流に変換し、そしてまた直流から交流へと２回の交流−直流変換、及び直流−交流変換を行うため、損失が発生する。またサイクロコンバータによる高周波のスイッチングにより損失が発生する。従って、従来の周波数変換装置は、周波数変換の効率が悪いという問題がある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、信頼性が高く電磁ノイズの少ない高効率の周波数変換装置を提供することを目的とする。

本発明に係る周波数変換装置は、多相交流電圧が印加される複数の巻線が特定の方向に沿って略等ピッチで配されている第１巻線と、該第１巻線に磁気結合しており、前記第１巻線と異なるピッチで前記特定の方向に沿って複数の巻線が配されている第２巻線と、磁気結合した前記第１及び第２巻線間の磁路上に配置してあり、前記特定の方向に沿って略等ピッチで複数の磁性体が配されている磁性体列とを備え、前記特定の方向における前記複数の磁性体の数と、前記第１及び第２巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数とが異なり、前記第２巻線に前記多相交流電圧の周波数と異なる周波数の交流電圧を誘起させるようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、多相交流が印加された第１巻線は交番磁界を生成する。該交番磁界の空間周波数は磁性体列によって変調される。変調された交番磁界によって、第２巻線に交流が誘起される。前記特定の方向における前記複数の磁性体の数と、前記第１及び第２巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数とが異なるため、第２巻線に誘起される交流の周波数と、第１巻線に印加される多相交流の周波数とは異なる。つまり、交流の周波数が変換される。
本発明では半導体スイッチング素子及び電子制御回路を用いずに、交流の周波数変換を行うことができるため、信頼性が高い。また、スイッチングノイズが発生しない。更に、交流−直流変換、及び直流−交流変換を行って周波数変換を行う方式に比べて、周波数変換効率が高い。

本発明に係る周波数変換装置は、前記第１及び第２巻線並びに前記磁性体列は以下の式を満たすことを特徴とする。
Ｐ＝Ｌ±Ｈ
但し、
Ｐ：前記特定の方向における、前記複数の磁性体の数
Ｌ：前記特定の方向における、前記第１巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数
Ｈ：前記特定の方向における、前記第２巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数

本発明にあっては、変調された交番磁界は複数の周波数成分を含むが、Ｐ＝Ｌ±Ｈの関係を満たした場合、主要な周波数成分の交番磁界が第２巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数に一致するため、交流の周波数変換効率をより向上させることができる。

本発明に係る周波数変換装置は、多相交流電圧が印加される複数の巻線が特定の方向に沿って略等ピッチで配されている第１巻線と、該第１巻線に磁気結合しており、前記第１巻線と異なるピッチで前記特定の方向に沿って複数の磁極対が配されている磁石列と、磁気結合した前記第１巻線及び前記磁石列間の磁路上に配置してあり、前記特定の方向に沿って略等ピッチで複数の磁性体が配されている磁性体列と、複数の巻線が前記複数の磁性体間に配され、又は各磁性体に巻回されている第２巻線とを備え、前記特定の方向における前記複数の磁性体の数と、前記第１巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数及び前記磁石対の数とが異なり、前記第２巻線に前記多相交流電圧の周波数と異なる周波数の交流電圧を誘起させるようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、多相交流が印加された第１巻線は交番磁界を生成する。該交番磁界の空間周波数は磁性体列によって変調される。また磁石列の磁界も磁性体列によって変調される。変調された各磁界によって、第２巻線に交流が誘起される。前記特定の方向における前記複数の磁性体の数と、前記第１及び第２巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数とが異なるため、第２巻線に誘起される交流の周波数と、第１巻線に印加される多相交流の周波数とは異なる。つまり、交流の周波数が変換される。
本発明では半導体スイッチング素子及び電子制御回路を用いずに、交流の周波数変換を行うことができるため、信頼性が高い。また、スイッチングノイズが発生しない。更に、交流−直流変換、及び直流−交流変換を行って周波数変換を行う方式に比べて、周波数変換効率が高い。

本発明に係る周波数変換装置は、前記第１巻線、前記磁石列及び前記磁性体列は以下の式を満たすことを特徴とする。
Ｐ＝Ｌ±Ｈ
但し、
Ｐ：前記特定の方向における、前記複数の磁性体の数
Ｌ：前記特定の方向における、前記第１巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数
Ｈ：前記特定の方向における、前記磁石列の磁極対の数

本発明に係る周波数変換装置は、前記磁性体列を保持した円筒形状の保持部材を備え、前記特定の方向は前記保持部材の円周方向であり、前記第１巻線及び第２巻線は該円周方向に沿った周期的な磁界を生成する姿勢で配されていることを特徴とする。
本発明に係る周波数変換装置は前記第１巻線及び第２巻線は、巻回軸が前記保持部材の中心を向いた姿勢で配されていることを特徴とする。

本発明にあっては、周波数変換装置を円筒状に構成することができる。

本発明に係る周波数変換装置は、前記磁性体列を保持した円盤状の保持部材を備え、前記特定の方向は前記保持部材の円周方向であり、前記第１巻線及び第２巻線は該円周方向に沿った周期的な磁界を生成する姿勢で配されていることを特徴とする。
本発明に係る周波数変換装置は前記第１巻線及び第２巻線は、巻回軸が前記保持部材に対して略垂直な姿勢で配されていることを特徴とする。

本発明にあっては、周波数変換装置を円盤状に構成することができる。

本発明によれば、信頼性が高く電磁ノイズの少ない高効率の周波数変換を実現することができる。

本実施の形態に係る周波数変換装置の一構成例を示した軸断面図である。変形例１に係る周波数変換装置の一構成例を示した軸断面図である。変形例２に係る周波数変換装置の一構成例を示した軸断面図である。変形例３に係る周波数変換装置の一構成例を示した側断面図である。変形例３に係る周波数変換装置の一構成例を示した軸断面図である。変形例４に係る周波数変換装置の一構成例を示した側断面図である。変形例５に係る周波数変換装置の一構成例を示した側面図である。変形例６に係る周波数変換装置の一構成例を示した側面図である。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本実施の形態に係る周波数変換装置の一構成例を示した軸断面図である。本実施の形態に係る周波数変換装置は、三相交流電圧が印加され、交番磁界を生成する円筒形の交番磁界生成部１と、交番磁界生成部１の内側に間隙を有して同軸的に配され、交番磁界によって誘起された交流電圧を出力する円筒状の交流誘起部２とを備える。周波数変換装置は、交番磁界生成部１及び交流誘起部２の間に間隙を有して同軸的に配され、交番磁界の空間周波数を変調する円筒状の周波数変調部３を備える。

交番磁界生成部１は、磁性体材料で構成された円筒状の外側ヨーク１１を有する。外側ヨーク１１の内周面には、中心方向へ突出した複数のティース１１ａが円周方向に沿って略等間隔に設けられている。外側ヨーク１１は、例えば薄いケイ素鋼鈑を積層して構成されている。各ティース１１ａ間のスロットには三相交流電圧が印加される１次巻線１２が挿入されている。１次巻線１２は、例えば、Ｕ相交流が印加される巻線１２ａと、Ｖ相交流が印加される巻線１２ｂと、Ｗ相交流が印加される巻線１２ｃとを有する。各巻線１２ａ，１２ｂ，１２ｃは分布巻きされている。１次巻線１２の巻線配列周期Ｌ、即ち外側ヨーク１１の円周方向に沿って配された各巻線１２ａ，１２ｂ，１２ｃの繰り返しパターンの数は、例えば８である。

交流誘起部２は、磁性体材料で構成された内側ヨーク２１を有する。内側ヨーク２１は、中心部から放射状に突出した複数のティース２１ａを有する。内側ヨーク２１は、例えば薄いケイ素鋼鈑を積層して構成されている。各ティース２１ａ間のスロットには交番磁界によって交流電圧が誘起される２次巻線２２が挿入されている。２次巻線２２は、例えば、Ｕ相交流が誘起される巻線２２ａと、Ｖ相交流が誘起される巻線２２ｂと、Ｗ相交流が誘起される巻線２２ｃとを有する。各巻線２２ａ，２２ｂ，２２ｃは分布巻きされている。２次巻線２２の巻線配列周期Ｈ、即ち内側ヨーク２１の円周方向に沿って配された各巻線２２ａ，２２ｂ，２２ｃの繰り返しパターンの数は、例えば１であり、１次巻線１２の巻線配列周期Ｌと異なっている。

周波数変調部３は、円筒状をなし、交流誘起部２と、交番磁界生成部１との間に同軸的に配されている。周波数変調部３は、周方向に略等ピッチで配された複数の磁性体３１と、該磁性体３１を保持する保持部材３２とを有する。磁性体３１の数は、１次巻線１２の巻線配列周期Ｌと、２次巻線２２の巻線配列周期Ｈとの和である。磁性体３１は、円筒の一部を長手方向に沿って切断したような形状をなし、保持部材３２は各磁性体３１を保持して、全体が円筒状をなしている。周波数変調部３には、交番磁界生成部１により生成され、変調された高調波成分を含む交番磁界が径方向に沿って交差する。磁性体３１には、例えば、磁性金属、積層した複数の磁性板で構成された積層鋼板及び磁性粉の圧粉体等で形成された軟磁性体を用いるとよい。特に、磁性体３１の材質としては、渦電流損を抑えることができるため、積層鋼板が好ましい。

このように構成された周波数変換装置の動作を説明する。１次巻線１２の各巻線１２ａ，１２ｂ，１２ｃにそれぞれ、Ｕ相交流、Ｖ相交流、Ｗ相交流が印加されると、外側ヨーク１１の内側に、円周方向に回転する周期的な交番磁界が生成される。回転する交番磁界は、例えば論文誌（池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０−１３４頁参照）に記載の磁気ギアのように、Ｌ個の磁極対を円周方向に配置した磁気ギアの回転子を回転させた場合に発生する磁界と同様である。つまり、１次巻線１２に３相交流を印加することは、前記回転子を回転させるのと等価である。

１次巻線１２により生成した交番磁界は、周波数変調部３の磁性体３１との磁気的相互作用により、周波数が変調される。変調された交番磁界には、主要成分として周波数（Ｐ＋Ｌ）成分、周波数（Ｐ−Ｌ）成分などが含まれる（池田哲也・中村健二・一ノ倉理、「永久磁石式磁気ギアの効率向上に関する一考察」、磁気学会論文誌、２００９年、３３巻、２号、１３０−１３４頁参照）。変調された交番磁界は２次巻線２２に作用し、該２次巻線２２に交流電圧が誘起される。２次巻線２２の巻線配列周期は、下記式（１）を満たすため、変調された交番磁界の周波数成分（Ｐ−Ｌ）と、２次巻線２２の巻線配列周期Ｈ＝Ｐ−Ｌとが一致し、効率的に交流が２次巻線２２に誘起される。周波数変換される交流の周波数の比はＨ対Ｌである。
Ｐ＝Ｌ＋Ｈ・・・（１）
但し、
Ｐ：円周方向における複数の磁性体３１の配列周期
Ｌ：円周方向における１次巻線１２の巻線配列周期
Ｈ：円周方向における２次巻線２２の巻線配列周期

実施の形態に係る周波数変換装置は、巻線（１次巻線１２及び２次巻線２２）とヨーク（周波数変調部３）で構成されており急峻な電圧電流の変化がない、かつ可動部分が無いことから高周波電磁ノイズが少なく高信頼性の周波数変換を実現することができる。

また、上記式（１）を満たすため、変調された交番磁界の主要成分が２次巻線２２に作用し、交流の周波数変換効率をより向上させることができる。

なお、本実施の形態では、磁性体３１の配列周期、巻線配列周期Ｌ，Ｈとして、上記式（１）を例示したが、これに限定されるものでは無く、下記式（２）を満たすように構成しても良い。
（２ｍ−１）Ｐ＝Ｌ±（２ｎ−１）Ｈ・・・（２）
但し、ｍ，ｎは自然数である。

（変形例１）
変形例１に係る周波数変換装置は、実施の形態における交流誘起部２の構成が異なるため、以下では主に上記相異点を説明する。
図２は、変形例１に係る周波数変換装置の一構成例を示した軸断面図である。変形例１に係る周波数変換装置は、実施の形態１と同様の交番磁界生成部１と、交番磁界生成部１の内側に間隙を有して同軸的に配された円筒状の磁石列１０２と、交番磁界生成部１及び磁石列１０２の間に間隙を有して同軸的に配され、交番磁界の空間周波数を変調する円筒状の周波数変調部１０３と、周波数変調部１０３に設けられており、交番磁界によって誘起された交流電圧を出力する２次巻線１３２とを備える。

磁石列１０２は、内側円柱部１２１を有する。内側円柱部１２１の外周面には、厚さ方向に着磁された外周面側Ｎ極の磁石１２２ａ及び外周面側Ｓ極の磁石１２２ｂを有する磁極対１２２が円周方向に沿って１個配置されている。

周波数変調部１０３は、実施の形態と同様、円筒状をなし、交番磁界生成部１と、磁石列１０２との間に同軸的に配されている。周波数変調部１０３は、周方向に略等ピッチで配された複数の磁性体１３１と、該磁性体１３１を保持する保持部材１３３とを有する。

２次巻線１３２は、周波数変調部１０３の磁性体１３１間に配され、又は各磁性体１３１に巻回されている。つまり、２次巻線１３２の巻線配列周期が磁性体１３１の配列周期と同じになるように構成されている。

このように構成された周波数変換装置の動作を説明する。
但し、円周方向における、複数の磁性体１３１の数Ｐ、円周方向における、１次巻線１２が有する複数の巻線１２ａの繰り返しパターンの数Ｌ、円周方向における、磁石列１０２の磁極対１２２の数Ｈは、下記式（３）を満たす。
Ｐ＝Ｌ±Ｈ…（３）
１次巻線１２に３相交流電圧が印加されると、実施の形態で説明したように、円周方向に回転する周期的な交番磁界が生成される。

１次巻線１２により生成した交番磁界は、周波数変調部１０３の磁性体１３１との磁気的相互作用により、周波数が変調される。また、磁石列１０２が作る磁界も磁性体１３１との磁気的相互作用により、周波数が変調される。その結果、周波数変調部１０３には、周波数Ｐ成分を有する交番磁界が生成される。
磁気ギアの動作に置き換えて考えると以下のようになる。磁気ギアは、Ｌ個の磁極対を円周方向に配置した第１回転子と、該第１回転子と同軸的に配され、Ｈ個の磁極対を円周方向に配置した第２回転子と、第１及び第２回転子との間に間隙を有して同軸的に配された円筒状の磁性体列とを備えるとする。ここでは、第２回転子を静止させ、第１回転子を回転させた場合、第１及び第２回転子の間に配された磁性体列が回転する。つまり、磁性体列を回転させる回転磁界が磁性体列に作用していることが分かる。
従って、磁気ギアの磁性体列に、磁性体列の配列周期に合わせて２次巻線を設け、磁性体列を固定すれば、２次巻線に交流電圧が誘起されることが分かる。

変形例１にあっても実施の形態と同様、信頼性が高く電磁ノイズの少ない高効率の周波数変換を実現することができる。

（変形例２）
変形例２に係る周波数変換装置は、１次巻線を集中巻きとした点が変形例１と異なる。
図３は、変形例２に係る周波数変換装置の一構成例を示した軸断面図である。変形例２に係る周波数変換装置は、変形例１と同様の交番磁界生成部２０１、周波数変調部２０３、磁石列２０２、２次巻線２３２とを備える。

交番磁界生成部２０１は、磁性体材料で構成された円筒状の外側ヨーク２１１を有し、外側ヨーク２１１の内周面には、中心方向へ突出した複数のティース２１１ａが円周方向に沿って略等間隔に設けられている。各ティース２１１ａには、１次巻線２１２が巻回されている。１次巻線２１２は、例えば、Ｕ相交流が印加される巻線２１２ａと、Ｖ相交流が印加される巻線２１２ｂと、Ｗ相交流が印加される巻線２１２ｃとを有する。各巻線２１２ａ，２１２ｂ，２１２ｃは集中巻きされている。

磁石列２０２は、変形例１と同様、内側円柱部２２１を有する。内側円柱部２２１の外周面には、外周面側Ｎ極の磁石２２２ａ及び外周面側Ｓ極の磁石２２２ｂを有する磁極対２２２が円周方向に沿って１個配置されている。

周波数変調部２０３は、変形例１と同様の複数の磁性体２３１及び保持部材２３３を有し、２次巻線２３２は、周波数変調部２０３の磁性体２３１間に配され、又は各磁性体２３１に巻回されている。

変形例２にあっては、分布巻きの構成に比べて周波数変換装置を小型化することができる。なお、ここでは変形例１に係る周波数変換装置の１次巻線を集中巻きの構成にした例を説明したが、言うまでも無く、実施の形態に係る周波数変換装置の１次巻線を集中巻きの構成にしても良い。

（変形例３）
変形例３に係る周波数変換装置は、実施の形態における交番磁界生成部３０１、交流誘起部３０２及び周波数変調部３０３の形状及び配置が異なる。

図４は、変形例３に係る周波数変換装置の一構成例を示した側断面図、図５は、変形例３に係る周波数変換装置の一構成例を示した軸断面図である。変形例３に係る周波数変換装置は、実施の形態１と同様の機能を有する交番磁界生成部３０１、交流誘起部３０２及び周波数変調部３０３を備える。

交番磁界生成部３０１は、磁性体材料で構成された円柱状の第１ヨークを有する。第１ヨークは、中心部から放射状に突出した複数のティースを有し、各ティース間のスロットには交番磁界によって交流電圧が誘起される１次巻線３１２が挿入されている。１次巻線３１２は、例えば、Ｕ相交流が印加される巻線３１２ａと、Ｖ相交流が印加される巻線３１２ｂと、Ｗ相交流が印加される巻線３１２ｃとを有する。各巻線３１２ａ，３１２ｂ，３１２ｃは分布巻きされている。

交流誘起部３０２は、磁性体材料で構成された円柱状の第２ヨークを有し、交流誘起部３０２と、交番磁界生成部３０１とは、中心線に沿って対向するように並置されている。第２ヨークは、第１ヨークと同様の構成であり、中心部から放射状に突出した複数のティース３２１ａを有し、各ティース３２１ａ間のスロットには交番磁界によって交流電圧が誘起される２次巻線３２２が挿入されている。２次巻線３２２は、例えば、Ｕ相交流が誘起される巻線３２２ａと、Ｖ相交流が誘起される巻線３２２ｂと、Ｗ相交流が誘起される巻線３２２ｃとを有する。各巻線３２２ａ，３２２ｂ，３２２ｃは分布巻きされている。

周波数変調部３０３は、交番磁界生成部３０１及び交流誘起部３０２の外周を囲繞するような円筒状をなし、交番磁界生成部３０１及び交流誘起部３０２と同軸的に配されている。周波数変調部３０３は、非磁性体金属の筒体を備える。筒体の内周面には、図４及び図５に示すように、交番磁界生成部３０１及び交流誘起部３０２の外周を囲繞するように周方向に等配された複数の磁性体３３１が設けられている。

このように構成された周波数変換装置の動作は、実施の形態で説明したものと同様であり、１次巻線３１２により生成した交番磁界は、周波数変調部３０３の磁性体３３１との磁気的相互作用により、周波数が変調され、２次巻線３２２に交流電圧が誘起される。

変形例３にあっても実施の形態と同様、巻線（１次巻線３１２及び２次巻線３２２）とヨーク（周波数変調部３０３）で構成されており急峻な電圧電流の変化がない、かつ可動部分が無いことから高周波電磁ノイズが少なく高信頼性の周波数変換を実現することができる。

（変形例４）
変形例４に係る周波数変換装置は、変形例３における交流誘起部３０２の構成が異なる。
図６は、変形例４に係る周波数変換装置の一構成例を示した側断面図である。変形例４に係る周波数変換装置は、変形例３と同様の交番磁界生成部４０１と、中心線に沿って交番磁界生成部４０１に対向するように並置されている円柱状の磁石列４０２と、周波数変調部４０３とを備える。

交番磁界生成部４０１は、Ｕ相交流が印加される巻線４１２ａと、Ｖ相交流が印加される巻線４１２ｂと、Ｗ相交流が印加される巻線４１２ｃとで構成された１次巻線４１２を有する。

磁石列４０２は、図示しない内側円筒部を有する。内側円筒部の外周面には、厚さ方向に着磁された外周面側Ｎ極の磁石４２２ａ及び外周面側Ｓ極の磁石４２２ｂを有する磁極対４２２が円周方向に沿って略等間隔に複数配置されている。

周波数変調部４０３は、交番磁界生成部４０１及び磁石列４０２の外周を囲繞するような円筒状をなし、交番磁界生成部４０１及び磁石列４０２と同軸的に配されている。周波数変調部４０３は、非磁性体金属の筒状保持部材４３３を備える。筒状保持部材４３３の内周面には、交番磁界生成部４０１及び磁石列４０２の外周を囲繞するように周方向に等配された複数の磁性体４３１が設けられている。磁性体４３１の内径は、交番磁界生成部４０１と、磁石列４０２との間隙に対応する部分が、他の部分に比べて大きくなっている。つまり、磁性体４３１の該部分が径方向外側に凹んでいる。

２次巻線４３２は、交番磁界生成部４０１に対向する磁性体４３１の間に配され、又は各磁性体４３１に巻回されている。つまり、２次巻線４３２の巻線配列周期が磁性体４３１の配列周期と同じになるように構成されている。なお、ここでは、交番磁界生成部４０１に対向する磁性体４３１に２次巻線４３２を配する例を説明したが、磁石列４０２に対向する磁性体４３１に２次巻線４３２を配しても良い。

このように構成された周波数変換装置によれば、変形例１，３と同様にして、１次巻線４１２に印加された多相交流と異なる周波数の交流電圧が２次巻線４３２に誘起される。

変形例４にあっては、信頼性が高く電磁ノイズの少ない高効率の周波数変換を実現することができる。

（変形例５）
変形例５に係る周波数変換装置は、実施の形態における交番磁界生成部５０１、交流誘起部５０２及び周波数変調部５０３の形状及び配置が異なる。

図７は、変形例５に係る周波数変換装置の一構成例を示した側面図である。変形例５に係る周波数変換装置は、実施の形態１と同様の機能を有する交番磁界生成部５０１、交流誘起部５０２及び周波数変調部５０３を備える。

交番磁界生成部５０１は、磁性体材料で構成された円盤状の第１ヨーク５１１を有する。第１ヨーク５１１は、一側面から略垂直に突出した複数のティースを有する。複数のティースは、第１ヨーク５１１の円周方向に沿って略等間隔に設けられている。各ティース間のスロットには交番磁界によって交流電圧が誘起される１次巻線５１２が挿入されている。１次巻線５１２は、例えば、Ｕ相交流が印加される巻線５１２ａと、Ｖ相交流が印加される巻線５１２ｂと、Ｗ相交流が印加される巻線５１２ｃとを有する。各巻線５１２ａ，５１２ｂ，５１２ｃは分布巻きされている。

交流誘起部５０２は、磁性体材料で構成された円盤状の第２ヨーク５２１を有する。第２ヨーク５２１は、中心線が第１ヨーク５１１と略一致するように配されており、第１ヨーク５１１側の面から略垂直に突出した複数のティースを有する。複数のティースは、第２ヨーク５２１の円周方向に沿って略等間隔に設けられている。各ティース間のスロットには交番磁界によって交流電圧が誘起される２次巻線５２２が挿入されている。２次巻線５２２は、例えば、Ｕ相交流が誘起される巻線５２２ａと、Ｖ相交流が誘起される巻線５２２ｂと、Ｗ相交流が誘起される巻線５２２ｃとを有する。各巻線５２２ａ，５２２ｂ，５２２ｃは分布巻きされている。

周波数変調部５０３は、円盤状をなし、中心線が略一致するように配され、交番磁界生成部５０１及び交流誘起部５０２との間で間隙を有している。周波数変調部５０３は、複数の磁性体５３１を保持する円盤状の保持部材５３２を備え、保持部材５３２には、複数の磁性体５３１が円周方向に沿って略等間隔に配されている。磁性体５３１は例えば扇形である。

このように構成された周波数変換装置の動作は、実施の形態で説明したものと同様であり、１次巻線５１１により生成した交番磁界は、周波数変調部５０３の磁性体５３１との磁気的相互作用により、周波数が変調され、２次巻線５２２に交流電圧が誘起される。

変形例５にあっても実施の形態と同様、信頼性が高く電磁ノイズの少ない高効率の周波数変換を実現することができる。

（変形例６）
変形例６に係る周波数変換装置は、変形例５における交流誘起部２の構成が異なる。
図８は、変形例６に係る周波数変換装置の一構成例を示した側面図である。変形例６に係る周波数変換装置は、変形例５と同様の交番磁界生成部６０１と、中心線に沿って交番磁界生成部６０１に対向するように並置されている円盤状の磁石列６０２と、周波数変調部６０３とを備える。

磁石列６０２は、磁性体材料で構成された図示しない円板６２１を有する。円板６２１の第１ヨーク６１１側の面には、第１ヨーク６１１側Ｎ極の磁石６２２ａ及び第１ヨーク６１１側Ｓ極の磁石６２２ｂを有する磁極対６２２が円周方向に沿って略等間隔に複数配置されている。

周波数変調部６０３は、円盤状をなし、中心線が略一致するように配され、交番磁界生成部６０１及び磁石列６０２との間で間隙を有している。周波数変調部６０３は、変形例５と同様の構成であり、複数の磁性体６３１を保持する円盤状の保持部材６３２を備え、保持部材６３２には、複数の磁性体６３１が円周方向に沿って略等間隔に配されている。磁性体６３１は例えば扇形である。

２次巻線６３２は、周波数変調部６０３の磁性体６３１間に配され、又は各磁性体６３１に巻回されている。つまり、２次巻線６３２の巻線配列周期が磁性体６３１の配列周期と同じになるように構成されている。

変形例６にあっても実施の形態と同様、信頼性が高く電磁ノイズの少ない高効率の周波数変換を実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１交番磁界生成部
２交流誘起部
３周波数変調部
１１外側ヨーク
１２１次巻線
２１内側ヨーク
２２２次巻線

Claims

多相交流電圧が印加される複数の巻線が特定の方向に沿って略等ピッチで配されている第１巻線と、
該第１巻線に磁気結合しており、前記第１巻線と異なるピッチで前記特定の方向に沿って複数の巻線が配されている第２巻線と、
磁気結合した前記第１及び第２巻線間の磁路上に配置してあり、前記特定の方向に沿って略等ピッチで複数の磁性体が配されている磁性体列と
を備え、
前記特定の方向における前記複数の磁性体の数と、前記第１及び第２巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数とが異なり、
前記第２巻線に前記多相交流電圧の周波数と異なる周波数の交流電圧を誘起させるようにしてある
ことを特徴とする周波数変換装置。
前記第１及び第２巻線並びに前記磁性体列は以下の式を満たすことを特徴とする請求項１に記載の周波数変換装置。
Ｐ＝Ｌ±Ｈ
但し、
Ｐ：前記特定の方向における、前記複数の磁性体の数
Ｌ：前記特定の方向における、前記第１巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数
Ｈ：前記特定の方向における、前記第２巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数
多相交流電圧が印加される複数の巻線が特定の方向に沿って略等ピッチで配されている第１巻線と、
該第１巻線に磁気結合しており、前記第１巻線と異なるピッチで前記特定の方向に沿って複数の磁極対が配されている磁石列と、
磁気結合した前記第１巻線及び前記磁石列間の磁路上に配置してあり、前記特定の方向に沿って略等ピッチで複数の磁性体が配されている磁性体列と、
複数の巻線が前記複数の磁性体間に配され、又は各磁性体に巻回されている第２巻線と
を備え、
前記特定の方向における前記複数の磁性体の数と、前記第１巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数及び前記磁石対の数とが異なり、
前記第２巻線に前記多相交流電圧の周波数と異なる周波数の交流電圧を誘起させるようにしてある
ことを特徴とする周波数変換装置。
前記第１巻線、前記磁石列及び前記磁性体列は以下の式を満たすことを特徴とする請求項３に記載の周波数変換装置。
Ｐ＝Ｌ±Ｈ
但し、
Ｐ：前記特定の方向における、前記複数の磁性体の数
Ｌ：前記特定の方向における、前記第１巻線が有する複数の巻線の繰り返しパターンの数
Ｈ：前記特定の方向における、前記磁石列の磁極対の数
前記磁性体列を保持した円筒形状の保持部材を備え、
前記特定の方向は前記保持部材の円周方向であり、前記第１巻線及び第２巻線は該円周方向に沿った周期的な磁界を生成する姿勢で配されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の周波数変換装置。
前記第１巻線及び第２巻線は、
巻回軸が前記保持部材の中心を向いた姿勢で配されている
ことを特徴とする請求項５に記載の周波数変換装置。
前記磁性体列を保持した円盤状の保持部材を備え、
前記特定の方向は前記保持部材の円周方向であり、前記第１巻線及び第２巻線は該円周方向に沿った周期的な磁界を生成する姿勢で配されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の周波数変換装置。
前記第１巻線及び第２巻線は、
巻回軸が前記保持部材に対して略垂直な姿勢で配されている
ことを特徴とする請求項７に記載の周波数変換装置。