JPH07506180A - 交流電流によって励磁される複数の負荷を多重化するための電子装置 - 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】 交流電流によって励磁される複数の負荷を多重化するための電子装置 本発明は交流電流によって複数の負荷を連続的に励磁することに関する。

上記の評題は、特に、近距離にある物体の位置及び向きを決定する電磁システム 、例えば、その頭部の動きによっていくつかの計器類の操作を可能にし、且つパ イロットに動く自由を十分に与えるよう、操縦室についての３軸基準系（ｕｎ　 ｔｒｉｅｄｒｅ　ｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）に関し、パイロットが被っている ヘルメットの位置及び向きを決定するためのシステムにおいて提起される。

近距離にある物体の位置及び向きを電磁経路によって測定する方法は、レファレ ンス点で、絶対３軸基準系の３つの軸に従って約１０ＫＨｚの低周波数の電磁場 を連続的に放射し、位置及び向きを知る必要のある物体に関する相対的３軸基準 系の３つの軸に従って、絶対３軸基準系の３つの軸に従って放射された連続的電 磁場からの受信成分を測定し、これらの測定及び予備的作図によって、相対的３ 軸基準系の、最終的には絶対３軸基準系に対する物体の位置及び向きを導出する ことから成る。この方法は、絶対３軸基準系の３つの軸の正確な方向に連続する 電磁場を発生できる時、つまり、これらの３つの電磁場の連続放射が良く分離さ れるときに、良く機能する。

これらの３つの電磁場の連続放射は、目標点に置かれ、絶対３軸基準系の面と平 行な面を有する立方体の形にしたトリプルアンテナによって実施される。これら のトリプルアンテナは、それぞれが立方体の２つの平行な面に従って配置され、 同じ励磁電流に対して、立方体の外側でも同じ強さの電磁場を生じさせるような 寸法の３つの直交するダブル巻線から成る。受信は、位置及び向きを知る必要の ある物体によって支持されているものと同じ種類であって、相対的３軸基準系の 面と平行な面を有する立方体の形のトリプルアンテナによって実施される。

放射のトリプルアンテナは、送り側に対して、いくつかの特徴を有するトリプル 誘導負荷を構成する。

前記３つのダブル巻線は、励磁電流が流れると、約１００ボルトに達する高い電 圧を端子に生じ、トランジスタがこの電圧に直接耐えなければならない場合には トランジスタのマルチプレクサのコストを上げることになる。

さらに、立方体に沿ってコイルを形成するという制約のために前記３つのダブル 巻線は同一のものではなく、異なるインピーダンスを有するために同じ強さの励 磁電流を維持することは容易でない。

さらに、前記３つの巻線は相互インダクタンスによって結合しているためにリー クを生じゃすい。

本発明の目的は、近距離にある物体の位置及び向きを決定する電磁系の放射のト リプルアンテナの特性に適する多重送信を単純かつ低コストで実施すべ（上記難 点を克服することである。

本発明は、 一交流電気エネルギー源の端子に結合された少な（とも１つの励磁１次巻線と、 励磁１次巻線に少な（とも部分的に結合しており、それぞれが各負荷の端子に結 合しており、負荷の数と同数の２次巻線とを含む負荷に電磁束により交流電気エ ネルギー源を結合する手段、 −負荷数と同数であり、それぞれが２次巻線の１つの全体と結合している補助巻 線を含んでおり、前記電磁束により結合する手段を抑止する手段、及び −交流電気エネルギー源に接続すべき負荷に応じて変化する１つの電磁結合以外 の他の全ての電磁結合を抑止する前記抑止する手段を制御する手段を含む、交流 電気エネルギー源の端子に負荷を多重送信する電子装置を目的とする。

電磁束による結合手段は１つまたは複数の励磁１次巻線を含み得る。励磁１次巻 線が１つであるとき、前記励磁１次巻線は複数の並列な脚をもつ磁気回路を有す る変圧器の中で種々の２次巻線と部分的に結合しており、前記複数の並列な脚の うち第１の脚のまわりには励磁１次巻線が巻かれ、他の脚のそれぞれのまわりに は２次巻線及び抑止手段の補助巻線がそれぞれ巻かれている。前記電磁束による 結合手段が複数の励磁１次巻線を有するとき、その励磁１次巻線は負荷数と同数 であり、交流電気エネルギー源の端子に直列に接続されており、同様に抑止手段 の補助巻線も含む個々の変圧器の中で２次巻線の全体と結合している。

補助巻線を短絡させる、または直流を流して飽和を生じさせることによって分離 した変圧器を有する複数の励磁１次巻線によって、電磁束による結合の抑止が得 られる。

有利には、電子装置は更に負荷と負荷が接続される２次巻線との間にそれぞれ直 列に挿入された負荷数と同数の絶縁スイッチ手段及び、磁束を介した交流電気エ ネルギー源との結合が抑止されていない負荷と直列に配列されている絶縁スイッ チ手段を閉状態とし、他の全ての絶縁スイッチを開状態にする制御手段を含む。

以下の実施例の詳細な記載より本発明の別の特徴及び利点が理解されるであろう 。この記載は添付の図面に基づくものである。

一図１は、複数の変圧器を含む電磁束による結合手段を備えた本発明による多重 化の電子装置を含む、位置決定の電磁システムの送信トリプルアンテナのダブル 巻線の励磁回路の該略電気回路図を示す。

一図２は、単純なスイッチと比較して、開状態にあるときの電源に対する負荷の 絶縁を改善して電源に負荷を接続または分離し得るＴ形スイッチの概略図を示す 。

−図３及び図４は、電磁束による結合手段に使用される変圧器の複数の並列の脚 をもつ磁気回路の上面図及び側面図を示す 一図５は、図１及び３で示された磁気回路の変圧器の使用によって必要となる図 １の回路図の変形例を示す。

図１において、近距離にある物体の位置及び向きの決定の電磁システムの送信ト リプルアンテナの３つのダブル巻線の２つの部分１．１′、２．２′及び３．３ ′が示されている。これらダブル巻線は前述したように直交面内に配置されてい る。またダブル巻線は必ずしも同じインピーダンスを有するわけではないが約１ ０　Ｋ　Ｈｚの周波数で同じ強さの交流電流によって連続的に励磁され、励磁さ れないときは、可能な限り弱い残留電流がそれらを流れるようになっている。

励磁交流電流は本発明によるマルチプレクサによって、３つのダブル巻線に共通 の電流従属ループを備えた増幅器４を介して連続的に供給される。

３つのダブル巻線のそれぞれの２つの部分１．１′、２．２′及び３．３′は直 列に接続され、それらの連結点は接地されている。例えば１オームの低い値の電 流を測定する２つの抵抗器５．５′は、アースの両側にある、各ダブル巻線の２ つの部分の間に直列に挿入されている。それらは、ダブル巻線を実際に流れてい る励磁交流電流の強さに比例する交番電圧を前記電流従属ループの入力に供給す る。測定電圧と基準電圧との間の誤差を相殺し、励磁交流電流がダブル巻線のな かで一定の強さを保持するように、電流従属ループの測定増幅器６はこの測定電 圧を増幅し、それを増幅器４に与えると、増幅器４はそれを入力基準交番電圧Ｖ ｅと比較し交番出力電圧の振幅を適応させる。

増幅器４の出力で３つのダブル巻線１．１′、２．２′及び３．３′を連結する マルチプレクサはダブル巻線と同数の３つの変圧器７．８及び９を含み、前記変 圧器のそれぞれはタップを有する１次巻線７１．８１及び９１、タップを有する ２次巻線７２並びに短絡用の巻線７３を備える。

変圧器７．８及び９の３つの１次巻線７１．８１及び９１は、増幅器４の出力と アースとの間に、同調コンデンサー１０を介して直列に接続されている。

第１の変圧器７の２次巻線７２はトリプルアンテナの第１のダブル巻線１．１′ の端子に接続されており、第２の変圧器８の２次巻線はトリプルアンテナの第２ のダブル巻線の２．２′の端子に接続され、第３の変圧器９の２次巻線はトリプ ルアンテナの第３のダブル巻線３．３′の端子に接続されている。

変圧器７．８及び９の３つの短絡用の補助巻線７３は制御回路４０によって制御 される３つのスイッチの第１のバンクによって閉じられる。これらスイッチのそ れぞれは、接地電位にあるソース電極によって連結された２つの電界効果トラン ジスタ７４．７５によって形成されている。上記の電界効果トランジスタ７４． ７５のドレーン−ソース接合（ｊｏｎｃｔｉｏｎｓ　ｄｒａｉｎ　５ｏｕｒｃｅ ）は、２つの交流電流半サイクルを遮断し得るように、短絡用の補助巻線の端子 と反対向きに直列に置かれている。それらのゲート電極（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ 　ｇｒｉｌｌｅ）は並列に接続され、制御回路４０から遮断又は飽和制御電圧Ｃ Ｉ、Ｃ２及びＣ３を受け取る。この制御電圧は、トランジスタが接地電位のソー ス電極を有することからアースに対して浮動しないゲート−ソースバイアス電圧 であり、前記ゲート−ソースバイアス電圧は、各変圧器の他の１次及び２次巻線 に対して短絡用の補助巻線を分離することによって可能となっている。

３つの制御されるスイッチの第２のバンクは、リークを低減するために３つの変 圧器７．８及び９の第２の回路を開くことを可能にする。上記の第２のバンクの 各制御されるスイッチは、測定抵抗器５．５′の両側で、トリプルアンテナのダ ブル巻線の２つの部分１．１’；２．２′　；３．３′の間に直列に挿入された ２つの電界効果トランジスタ１１．１２；２１．２２；３１．３２によって形成 されている。これらの電界効果トランジスタのソース電極は測定抵抗器５．５′ を介して接地されており、従ってアースと比較して低い電位を有する。トランジ スタのドレーン−ソース接合は変圧器の第２の回路のなかで直列且つ反対向きに 置かれ、それによって２つの交流電流半サイクルを遮断し得る。それらのゲート 電極は並列に接続されており、制御回路４０から遮断又は飽和制御電圧を受け取 る。電界効果トランジスタ１１，１２；２１，２２；３１，３２アースに近い電 位のソース電極を有するので、制御電圧は、便宜的には、第１バンクのスイッチ のトランジスタの制御電圧と同じ値を取る、アースに対して浮動しないゲート− ソースバイアス電圧である。更に正確には、第２バンクのスイッチが第１バンク のスイッチと逆の状態を取るように、第２バンクのスイッチの電界効果トランジ スタ１１，１２；２１．２２；３１，３２の電圧は、第１バンクのスイッチの電 界効果トランジスタの値の逆の値Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を取る。

電流従属ループが不可欠でない場合はそれを排除して測定抵抗器５．５′を伝導 性ブリッジ（ｐａｎ　ｔ　ｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｕｒｓ）で置き換えることが考 えられる。第２バンクの制御スイッチの電界効果トランジスタは従って全てがそ のソース電極によって接地されている。

通常の操作では、制御回路４０が３つの変圧器７．８および９の短絡補助巻線を 閉じる第１のバンクの３つのスイッチの１つずつを順番に（ａ　ｔｏｕｒ　ｄｅ 　ｒｏｌｅ）遮断し、第１のバンクの他の２つのスイッチを導通（ＣＯｎｄｕｃ 　ｔ　ｉ　ｏｎ）Ｌ／、第２のバンクのスイッチを逆の導通状態へ設定する。導 通した１次のバンクのスイッチによって短絡巻線が閉じられている２つの変圧器 は飽和する。それらは、それらの１次及び２次巻線に非常に低いインピーダンス を持たらす。その結果、トリプルアンテナのダブル巻線は、第２のバンクの対応 するスイッチによって開かれていないならば短絡する。更に１次巻線でわずかの 電圧低下が生じ、短絡補助巻線が、開放されたスイッチによって開かれている第 ３の変圧器の１次巻線の端子に、同調コンデンサＩＯを介して増幅器４の出力に 現れる励磁交番電圧の大部分を伝える。更に、上記第３の変圧器が導通している 第２のバンクのスイッチによってトリプルアンテナのダブル巻線の端子で閉じら れた第２回路を有するので、上記第３の変圧器は電流従属ループの機能によって 一定の強度を保持する励磁交流を該ダブル巻線に伝える。

各変圧器に対して１つのタップを有する１次巻線を使用することがインピーダン スの整合を可能にする。従って変圧器の１次巻線を駆動させるタップの適切な選 択によって、種々のインピーダンスから成るダブル巻線は、変圧器が飽和してい ない時、これらの変圧器の１次巻線に同一のインピーダンスを持たらすようにす ることができる。

トリプルアンテナの非励磁（ｎｏｎ　ｅｘｃｉｔｅｄ）ダブル巻線の端子を短絡 すると同時に、中間点でそれらを開くために制御スイッチの２つのバンクを使用 することによって、それらを流れる電流を極めてよく相殺することができる。実 際、交流エネルギー源５０と負荷５１との間に、同期的に操作され第３のスイッ チに２を介して補完される２つの直列スイッチに１及びに３を示す図２のＴ型ス イッチのように、２つのバンクのスイッチが各巻線にたいして配置されており、 前記スイッチに２は前記に１及びに３の中間点に接地され逆向きに（ｅｎ　ｏｐ ｐｏｓ　ｉ　ｔ　１ｏｎ）操作される。よく知られているように、上記の構成に よって、スイッチに使用される電界効果トランジスターが示す寄生容量の影響を 低減することができるが、それは、スイッチに１及びに３を開き且つスイッチに ２を閉じることによって負荷が電源から分離される時、負荷と直列のスイッチに ３の上流には、電源電圧の非常に小さい部分しか存在しないからである。変圧器 の短絡用補助巻線の端子に配置され、変圧器の飽和を命令する第１のバンクのス イッチはスイッチＫ　１及びに２の役割を果たし、一方、負荷と直列に挿入され た第２のバンクのスイッチはスイッチに３の役割を果たす。

増幅器４の出力とトリプルアンテナのダブル巻線１．１′、２．２′及び３．３ ′との間の変圧器の使用によって、１次及び２次コイルの関係に作用して第１の 電圧利得を得ることが可能になる。結合コンデンサ１０によって増幅器４の誘導 負荷を共振させる結果生ずる第２の電圧利得によって、上記第１の電圧利得は補 完され、この補完は、発振回路の４または５に達する過電圧の係数の関数である 。

図１に示されているように、各変圧器の２次巻線のタップはセレクタ７６を介し てトリプルアンテナのダブル巻線の端子の１つに接続されており、前記セレクタ ７６が変圧器の１次巻線の自己インダクタンスを変化させて増幅器４の負荷の同 調周波数を変化させることができる。実際、この場合の、近距離にある物体の位 置及び向きを決定する電磁システムでは、近隣において同じ周波数で動作する別 の位置決定のための電磁システムから独立する（ｓｅ　ｄｅｍａｒｑｕｅｒ）よ うに、作動周波数を変更することは有効である。

図１において使用された３つの変圧器７．８及び９は１つの１次巻線を有する１ つの変圧器で置き換えることは可能であり、これによって１次回路における抵抗 損を低減し得る。従って上記の１つの変圧器は、周囲にコイルが配列されている ４つの並列な脚を有する磁気回路を有する。上記磁気回路は、図３及び４に示さ れたように、三角形の断面を有する２つの平らなヨーク１０４及び１０５の間に 保持された、同じ長さの４本の支柱又は脚１００．１０１．１０２及び１０３に よって実現される。中央の脚１００は１つの１次巻線を受容し、周辺の各脚１０ １．１０２及び１０３は２次巻線及び短絡補助巻線を受容する。

磁気回路の中央の脚１００中の１次巻線によって発生される磁束はヨーク１０４ 及び１０５及び１つの周辺の脚１０１．１０２又は１０３によって閉じられる。

この脚は、短絡補助巻線を持たないので該脚の２次巻線のみが多重送信機能を実 行する１次巻線に結合される。

図５は、図１の概略図に対して複数の並列な脚を持つ磁気回路を有する１つの変 圧器を使用する変形例の概略回路図を示す。

増幅器４の出力はここで同調コンデンサ１０を介して、変圧器の中心の脚１００ のまわりに巻かれた１つの１次巻線１１０に接続されている。変圧器の周辺の脚 １０１．１０２．１０３のそれぞれに巻かれ、補助巻線１２１．１２２．１２３ をそれぞれ有する２次巻線１１１．１１２及び１１３は、前述のように、増幅器 ４の負荷の同調周波数を変えるためのセレクタ７６を介してトリプルアンテナの ３つのダブル巻線の端子に結合されている。

１つの１次巻線を使用する代償は、負荷が異なるインピーダンスを示す場合の、 インピーダンスの整合のために種々の巻数の２次巻線を使用しなければならない ことである。

このために、１組のタップを用いる。その一方は同調周波数を変えるセレクタに 、他方は種々の負荷のインピーダンス整合のために、各２次巻線の２つの端子に 備えられる。

本発明の範囲を超えずにいくつかの構成を変形しいくつかの方法を同等の方法に よって置換することができる。特に、負荷１つにつき１つの、複数の異なる変圧 器を有する実施例において、磁束による結合を排除するために、補助巻線を短絡 させるのでな（、それに十分な強さの直流を流し磁路を飽和させることができる 。

フロントページの続き （７２）発明者　ペルベク、ジャソールネフランス国、９１５４０・ラルデイ、 ゲランドウ・リュ、６２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．交流電気エネルギー源（４）の端子に負荷（１、１′２、２′；３、３′） を多重送信する電子装置であって、交流電気エネルギー源（４）の端子に接続さ れた少なくとも１つの励磁１次巻線（７１、８１、９１）と、負荷（１、１′； ２、２′；３、３′）の数と同数であり、１次巻線（７１、８１、９１）に少な くとも部分的に結合され、負荷（１、１′；２、２′；３、３′）の端子にそれ ぞれが接続された２次巻線とを含む電磁束（７、８、９）による交流電気エネル ギー源（４）を負荷（１、１′；２、２′；３、３′）に結合する手段、 負荷（１、１′；２、２′；３、３′）の数と同数であり、１つの２次巻線にそ れぞれが完全に結合された、補助巻線（７３）を含む電磁束（７、８、９）によ り前記結合手段を抑止する手段及び 交流電気エネルギー源（４）に結合すべき負荷（１、１′；２、２′；３、３′ ）に応じて変化する１つの電磁結合以外のすべての電磁結合を抑止する前記抑止 手段を制御する手段（４０）を含むことを特徴とする装置。 ２．前記電磁束による結合手段が、電気エネルギー源（４）の端子に直列に接続 され個々の変圧器（７、８、９）の中で２次巻線（７２）及び補助巻線（７３） に全体が結合された、負荷（１、１′；２、２′；３、３′）の数と同数の励磁 １次巻線（７１、８１、９１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ３．前記電磁束による結合手段が、励磁１次巻線（１１０）が巻かれた第１の脚 （１００）並びに２次巻線（１１１、１１２、１１３）及び補助巻線（１２１、 １２２、１２３）が巻かれた他の脚（１０１、１０２、１０３）から成る複数の 並列な脚（１００、１０１、１０２、１０３）を有する磁気回路を備える唯一の 変圧器の中で異なる２次巻線（１１１、１１２、１１３）と部分的に結合された １つの励磁１次巻線（１１０）を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ４．それぞれが補助巻線の１つ（７４）を閉じ、制御手段（４０）に制御されて １つは開状態にその他全ては閉状態にされる短絡スイッチ手段（７４、７５）を 前記抑止手段が含み、前記第１の開状態の短絡スイッチ手段が交流電気エネルギ ー源に結合すべき負荷（１、１′；２、２′；３、３′）に応じて変化すること を特徴とする請求項１記載の装置。 ５．それぞれが補助巻線の１つに直流電流を注入し、結合によって対応する２次 巻線に磁束の飽和を生じさせ、制御手段によって制御されて交流電気エネルギー 源に結合すべき負荷（１、１′；２、２′；３、３′）に応じて選択された１つ の電源か遮断される直流電流によって制御されるような電源を前記抑止手段が含 むことを特徴とする請求項２に記載の装置。 ６．前記抑止手段が、負荷（１、１′；２、２′；３、３′）の数と同数であり それぞれが１つの負荷とそれが接続された２次巻線との間に直列に挿入された分 離スイッチ手段を更に含み、前記制御手段（４０）によって、電磁束による交流 電気エネルギー源との結合手段が抑止されていない負荷と直列に配置された分離 スイッチ手段は閉状態に、他の全てのスイッチ手段は開状態にされることを特徴 とする請求項１に記載の装置。 ７．交流電気エネルギー源と直列に配置されたコンデンサー（１０）を介して結 合された誘導負荷（１、１′；２、２′；３、３′）と相互接続され、２次巻線 （７２）が同調周波数を変化させるセレクタ（７６）に結合されたタップを含む ことを特徴とする請求項１に記載の装置。 ８．種々のインピーダンス負荷と相互接続され、変圧器（７、８、９）の１次巻 線（７１、８１、９１）が交流電気エネルギー源で前記負荷によって示されるイ ンピーダンスを均等化させるように使用される中間タップを含むことを特徴とす る請求項２に記載の装置。 ９．各短絡スイッチ手段が接地されたソース電極によって相互接続された２つの 電界効果トランジスタ（７４、７５）を含み、それらのドレーン−ソース接合は 補助巻線の端子と直列且つ反対向きに置かれ、それらのゲート電極は並列に接続 されて制御手段（４０）によってバイアスされることを特徴とする請求項４に記 載の装置。 １０．中間点が接地された負荷（１、１′；２、２′；３、３′）の間に相互接 続され、各分離スイッチ手段が中間点の両側で１つの負荷（１、１′；２、２′ ；３、３′）に直列に挿入された２つのスイッチを含むことを特徴とする請求項 ６に記載の装置。 １１．中間点が接地された負荷（１、１′；２、２′；３、３′）の間に相互接 続され、電流従属ループを備えている交流電気エネルギー源が前記接地された中 間点の両側に挿入された２つの測定抵抗器（５、５′）の端子に生じた電圧から 負荷（１、１′；２、２′；３、３′）の中を流れる電流を測定し、各分離スイ ッチ手段が測定抵抗器（５、５′）の両側で１つの負荷（１、１′；２、２′； ３、３′）に直列に挿入された２つのスイッチを含むことを特徴とする請求項６ に記載の装置。 １２．各分離スイッチ手段がその接地された中間点の両側の１つの負荷（１、１ ′；２、２′；３、３′）に挿入された２つの電界効果トランジスタ（１１、１ ２；２１、２２；３１、３２）を含み、それらのソース電極は中間点で相互接続 され、それらのドレイン−ソース接合は直列且つ反対向きに置かれて１つの負荷 の２つの部分を接続し、それらのゲート電極は並列に接続され制御手段（４０） によってバイアスされていることを特徴とする請求項１０に記載の装置。 １３．各分離スイッチ手段が測定抵抗器（５、５′）の両側の１つの負荷（１、 １′；２、２′；３、３′）に挿入された２つの電界効果トランジスタ（１１、 １２；２１、２２；３１、３２）を含み、それらのソース電極は測定抵抗器（５ 、５′）に相互接続され、それらのドレイン−ソース接合は直列且つ反対向きに 置かれて１つの負荷の２つの部分を測定抵抗器（５、５′）に相互接続し、それ らのゲート電極は並列に接続され制御手段（４０）によってバイアスされている ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。