JPH05842B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 付勢電流を発生する入力電圧源と、可飽和コ
ア部分を含む可磁化コアと、該コア上に配置され
た巻線とを含み、 上記付勢電流は極性交番出力電圧を発生させる
ために上記可磁化コア中に上記巻線と鎖交する磁
束を発生させ、 さらに、上記可飽和コア部分中に第１の磁化力
を発生させる循環電流を発生させるために上記巻
線に結合されたキヤパシタンスと、上記可飽和コ
ア部分中に第２の磁化力を発生させるようにこの
コアをバイアスする永久磁石とを含み、 上記第１の磁化力と第２の磁化力との和によつ
て上記可飽和コア部分を実質的に磁気的に飽和さ
せる合成磁化力を発生させて上記極性交番出力電
圧を安定化するテレビジヨン表示装置用安定化電
源。

＜産業上の利用分野＞ この発明は、調整され、且つ温度に対して安定
化された出力電圧を供給する電源に関するもので
ある。

＜発明の背景＞ テレビジヨン受像機あるいは映像表示装置用の
安定化された高電圧第２アノード電圧（アルタ電
圧とも称される）および安定化されたB⁺走査電
圧を発生するための電源として、飽和コア変成器
あるいは可飽和リアクタが使用される。このよう
な電源は、約16KHzの水平偏向周波数のような比
較的高い入力周波数で動作させられるときは比較
器コンパクトで軽量になり、しかも複雑で高価な
電子的安定化制御回路を必要とせずに出力電圧を
安定化することができる。

＜従来の技術＞ 16KHzの高い動作周波数で良好な効率を得るた
めに、鉄共振可飽和リアクタ用の可磁化コア（磁
化が可能なコア）はフエライトのような材料で作
られる。フエライト材料は一般に電流に対して高
抵抗を示し、そのため渦電流による損失は比較的
小さく、従つて、フエライト製コアのヒステリシ
ス損失は比較的小さくなる。このようなフエライ
ト製コアを使用しても、コア中の渦電流損および
ヒステリシス損失や、鉄共振可飽和リアクタの容
量結合された巻線中を循環する電流によつて生じ
るI²Ｒ損失により、コアの温度は周囲温度よりも
かなり高くなる。

殆んどの可磁化材料の飽和磁束密度Bsatは温
度上昇と共に減少する。鉄共振電源の出力電圧
は、一部は飽和コア材料の飽和磁束密度Bsatの
値に依存するので、飽和コアの動作温度の上昇お
よびそれによるBsatの減少により、電源の出力
電圧が低下するという好ましくない結果が生ず
る。

電源のスイツチが入れられた後、周囲温度の変
化や飽和コアの加熱により飽和コア電源の出力電
圧が変化するのを充分に押えるために、飽和コア
用の可磁化材料として、飽和磁束密度の温度係数
が負で、しかも比較的小さい値−α_fをもつた材料
を選択するのがよい。温度計数α_fは、単位摂氏温
度当りの飽和磁束密度の変化割合、スナワチα_f＝
ΔBsat／Bsat／ΔTと定義される。ここでΔBsat
は温度の変化範囲ΔTにわたる飽和磁束密度の変
化を示す。

小さな温度係数をもつた適当な可磁化材料とし
ては、リチウムおよび例えば０℃乃至120℃の飽
和コアの動作温度範囲全域にわたつて単位摂氏温
度当り５×10^-4〜１×10^-3の温度係数を有するリ
チウム−マンガン・フエライトあるいはリチウム
−亜鉛フエライトのような置換リチウム・フエラ
イトがある。鉄共振電源で使用するのに適したリ
チウム・フエライトおよび置換リチウム・フエラ
イトについては、「改良されたリチウム・フエラ
イトおよび製造方法（IMPROVED LITHIUM
FERRITE AND METHOD OF
MANUFACTURE）」という名称1981年４月２
日付で出願されあアイ・ゴードン（I.Gordon）
氏の米国特許出願第250128号（特開昭57−56910
号に対応）中に説明されている。

＜発明が解決しようとする課題＞ テレビジヨン受像機においては、飽和コア電源
の安定化された出力電圧は安定化された高電圧第
２アノード電圧を発生させるために使用される。
このような用途では、たとえ高電圧第２アノード
電圧の変化がそれほど大きくなくても好ましくな
いので、安定化された電源出力電圧の温度安定性
は特に重要である。

この発明の特徴は、高度に安定された出力電圧
を必要とするときに、温度変化に対して安定化さ
れた安定化出力電圧を発生することができる飽和
コア電源の設計にある。このような電圧はリチウ
ム・フエライトのような温度係数が小さい飽和コ
ア可磁化材料を使用したときに得られる電圧より
もさらに安定化されている。

＜課題を解決するための手段＞ 可飽和磁気素子は可磁化コアとその上に巻かれ
た巻線とを有している。可飽和素子に対する付勢
電流は入力電圧減から供給されて可磁化コア中に
巻線に鎖交する磁束を発生させ、それによつて極
性が交番する出力電圧（以下、極性交番出力電圧
と称す）を発生させる。キヤパシタンスは巻線と
結合したコア部分に磁化力を発生させる循環電流
を発生させる。永久磁石は、上記コア部分に第２
の磁化力が発生するようにコアをバイアスする。
これらの２つの磁化力によつて、関連するコア部
分の可磁化材料を実質的に磁気的に飽和させる磁
束を発生させ、それによつで極性交番出力電圧を
安定化する。関連するコア部分の可磁化材料中の
飽和磁束密度は温度変化に伴つて変化するから、
上記極性交番出力電圧は上記関連するコア部分の
可磁化材料中の温度変化に伴なつて変化する。こ
の温度変化に伴なう極性交番出力電圧の変化は、
上記永久磁石のバイアス強度を温度変化に応じて
変化させることによつて実質的に相殺される。

この発明の他の実施例においては、永久磁石に
よつて、関連するコア部分の可磁化材料中に発生
される磁化力の方向は、慨ね循環電流によつて発
生される磁化力の方向を横切る方向、すなわち直
交する方向である。

＜作用＞ この発明の電源をテレビジヨン受像機あるいは
表示器中で使用すると、飽和コア電源は安定化さ
れた極性交番出力電圧に応答する高電圧発生器を
有し、該高電圧発生器は映像管の第２アノード端
子に温度に対して安定化されたアルタ電圧すなわ
ち高電圧第２アノード電圧を発生させる。

図において、 第１図はこの発明を実施した温度変化に対して
安定化された安定化出力電圧を発生する飽和コア
電源を示す図、 第２図はこの発明を実施したテレビジョン受像
機あるいは表示器の飽和コア電源を示す図、 第３図はこの発明を実施した電源の永久磁石で
バイアスされた可飽和リアクタの実施例の側面
図、 第４図は第３図の構成の端部の側面図、 第５図は第４図の切断線５−５に沿う第４図の
構成の横断面を示す図、 第６図はこの発明を実施した電源の永久磁石に
よりバイアスされた可飽和リアクタの他の実施例
を、その一部を切取つて示した側面図、 第７図は第６図を切断線７−７に沿つて切断し
て示した横断図面、 第８図は第６図の構成の組合わされたコアと永
久磁石を分解して示した斜視図、 第９図、第１０図、第１１図は第１図、第２
図、第１２図および第１３図の回路の動作を説明
するのに有効なベクトル図と特性曲線図、 第１２図は第１図の電源の別の実施例の一部を
示す図、 第１３図は第２図の電源の別の実施例の一部を
示す図である。

この発明を実施した第１図に示された飽和コア
電源１７において、高周波電力発振器２６はその
電力発振器の出力端子１８と１９との間に周波数
oの交番矩形波電圧２３を発生する。矩形波電
圧２３の周波数は例えば16KHzと25KHzの範囲内
で選択される。交番矩形波電圧２３は入力チヨー
ク・インダクタＬを経て可飽和リアクタ回路FR
１に供給される。

可飽和リアクタ回路FR１は可飽和磁気素子す
なわち可飽和リアクタSR１と、可飽和リアクタ
SR１の巻線２０の両端間に結合された共振キヤ
パシタＣとからなつている。可飽和リアクタSR
１は可磁化コア２１、該コア２１上に巻回された
巻線２０、およびコア２１に隣接して配置された
永久磁石２２とからなつている。

インダクタＬはキヤパシタＣと共同してコア２
１中に巻線２０と鎖交する磁束が発生するように
リアクタ巻線２０中に付勢電流を発生させ、巻線
の端子２４と２５の両端間に極性交番出力電圧
Voutを発生させる。第１図では一般に負荷Ｒと
して示されれている負荷回路は端子２４と２５の
両端間に結合されており、電源１７の出力電圧
Voutによつて付勢される。

出力電力Voutを安定化させるために、キヤパ
シタＣは極性交番出力電圧の各半サイクルの期間
中、循環する電流を発生させて、リアクタ巻線２
０に結合された可磁化コア２１の部分が磁気的に
飽和するのを助ける巻線２０に結合されたコア部
分が飽和し、また飽和から脱出することに応じて
巻線２０のインダクタンスはそれぞれ低インピー
ダンス値と高インピーダンス値との間で切換わ
る。この切換動作の制御の下で、出力電圧の振
幅、出力電圧の半サイクルの面積、あるいは振幅
と半サイクルの面積の双方は矩形波電圧２３の振
幅の変化に対して、および負荷抵抗Ｒによる負荷
作用の変化に対して安定化される。

可飽和リアクタが磁気的に未飽和状態にある
と、巻線２０のインダクタンスは比較的大きく、
リアクタ巻線２０中の電流は比較的小さく、コア
２１に磁束を発生させるために小さな付勢電流す
なわち磁化電流が流れるになぎない。巻線２０の
両端間に印加される出力電圧Voutは、コア２１
中の磁束の方向と反対に発生し、それによつて続
して反対方向の磁束を発生させる。

巻線２０に印加された電圧Voutは最終的には
リアクタ・コア２１中の磁束を、そのコアの可磁
化材料の対応する磁束密度位置がその材料のＢ−
Ｈ特性の部分（Ｂ−Ｈ特性曲線の非飽和領域と飽
和特性を示す領域との折点部分）より上の点に上
昇させ、コアを飽和動作領域に追い込む。説明の
都合上、磁気的に飽和した動作領域は、折点部分
より下の領域における透磁率の増加率に比して著
しく小さい透磁率の増加率を呈する折点部分より
上のＢ−Ｈ特性上の領域であると考える。前述の
アイ・ゴードン氏の米国特許出願中のリチウム・
フエライトのような可磁化材料からなるコアで
は、折点部分を相当に超える点、例えば50乃至
100エルステツドの磁化力Ｈの点における透磁率
の増加率は、Ｂ−Ｈ特性の折点部分より下の点に
おける例えば500乃至3000あるいはそれ以上の透
磁率の増加率に比して低く、２乃至10という低い
値である。Ｂ−Ｈ特性の磁気的飽和領域にあるコ
ア２１の動作により、飽和の開始後、巻線２１は
比較的低い飽和インダクタンスを呈する。キヤパ
シタＣと巻線２０との間の循環電流はこの飽和の
開始後に流れる。

出力電圧Voutの振幅と、巻線２０が飽和イン
ダクタンス値と非飽和インダクタンス値との間の
正確な切替時点はコア２１の可磁化材料の飽和磁
束密度Bsatの関数である。一般には、出力電圧
の振幅はBsatの値が大きくなればなる程大きく
なる。

Bsatの値は飽和コア材料の温度の関数である
ので、飽和コア電源の安定化された出力電圧は周
囲温度の変化と共に、および電源のウオーム・ア
ツプの期間中変化する傾向がある。この発明によ
れば、この傾向を解消するために、第１図の永久
磁石２２が可飽和リアクタSR１の飽和コア２１
に接近して配置されており、コアを磁気的にバイ
アスする。

永久磁石２２の強度は磁石の温度の関数とな
り、例えば磁石の上昇と共に磁石の強さは低下す
る。永久磁石をコア２１に接近して配置すると、
磁石の温度はコアの温度の変化に追従して変化す
る。飽和コア２１の温度変化によつて生ずる飽和
磁束密度Bsatの変化のと共に、極性交番出力電
圧Voutは変化する傾向があるが、この傾向は、
コア２１をバイアスする永久磁石２２のバイアス
強度が上記温度変化と共に変化することによつて
実質的に相殺される。それによつてコアの動作温
度の変化による出力電圧Voutの変化は比較的小
さくなる。

第１２図は第１図の可飽和リアクタ回路の別の
構成SR４を示し、ここでは永久磁石でバイアス
された可飽和リアクタは変成器SR４から成つて
いる。変成器SR４は、共振キヤパシタＣに導電
的に結合され、永久磁石２２によつてバイアスさ
れた飽和コア２１上に巻回された１次巻線２０ａ
を含んでいる。安定化された極性交番出力電圧は
１次巻線２０ａに磁気的に結合された２次巻線２
０ｂの両端間に発生する。負荷抵抗器Ｒは変成器
の２次巻線２０ｂに接続されており、その両端に
発生する出力電圧によつて付勢される。

第３図乃至第５図は、第１図の可飽和リアクタ
SR１として使用することの出来る可飽和リアク
タの構成の平面図および横断面図を示す。第３図
乃至第５図に示すように、コア２１は全体として
矩形コアからなり、その１つの脚を形成するＩ形
コア部分２１ｂと、これに隣接して配置されたＣ
形コア部分２１ａによつて構成されている。各コ
ア部分２１ａおよび２１ｂの断面形状は矩形であ
つてもよい。

永久磁石２２は、Ｉ形コア部分すなわちコア部
分２１ｂの上面に接触する底面２７と上面２８と
を有する矩形断面ロツドすなわち棒からなつてい
る。可飽和リアクタ巻線すなわちコイル２０は中
空プラスチツク・ボビン２９に巻回され、そのボ
ビンの内側にコア２１の永久磁石２２およびＩ形
コア部分２１ｂが配置されている。永久磁石２２
は、永久棒磁石の面２７および２８を通して、図
示の例では面２７がＮ極、反対面２８がＳ居に磁
化されている。

このような構成によると、互いに実質的に直交
する２つの磁化力は、コイル２０内にあるＩ形コ
ア部分の大部分にわたつて上記Ｉ形コア部分２１
ｂの可磁化材料に供給される。第１の磁化力は可
飽和リアクタ・コイル２０中の磁化電流によつて
発生される磁化力で、一般にコイルの長手軸と平
行な方向にある。第２の磁化力は永久磁石２２に
よつて発生され、一般にコイルの長手軸を横切
る、すなわち長手軸と直交する方向にある。上記
２つの磁化力の合成磁界はコア２１中に磁束を発
生させ、コイルを横切つて発生される極性交番出
力電圧の各半サイクルの期間中、コイル２０内に
配置されたコアを実質的に磁気的に飽和させる。

第５図の断面図に概略的に示すように、コイル
２０の内部に位置するＩ形コア部分２１ｂの可磁
化材料内の点Ａにおいて、磁束密度ベクトルＢ→_v
は２つの直交する成分に分解される。第１の成分
は成分Ｂ→_cで、これはコイル２０と鎖交し、従つ
てコイル２０の縦軸と平行になる。そして、その
大きさはコイル２０中の付勢電流によつて生成さ
れる磁化力に依存する大きさとなる。第２の成分
はベクトルＢ→_cと直交する成分ベクトルＢ→_bであつ
て、永久磁石２２によつて発生される。説明上の
都合上、バイアス磁束密度ベクトルＢ→_bは図の平
面内に位置するものとして示されているが、磁束
密度ベクトルＢ→_bもまたＩ−コア部分２１ｂ内の
点Ａの正確な位置に依存して図の面に直交する成
分を含むこともある。

合成磁束密度ベクトルＢ→_vの振幅、およびその
ベクトルＢ→_vが、コイル２０の両端間に発生する
極性交番出力電圧Voutの１サイクルの期間中の
ある特定の時点でバイアス磁束密度ベクトルＢ→_b
と共に作る各θは、コイル２０と鎖交する磁束密
度Ｂ→_cの時間と共に変化する振幅の関数となる。

永久磁石２２は2000乃至4000エルステツド程度
の保持度を有するバリウム・フエライトあるいは
ストロンチウム・フエライトのような硬化磁化材
料によつて作られる。Ｉ形コア区分２１ｂは、約
１エルステツドの保持度を有する前述のリチウ
ム・フエライトのような軟フエライトで構成され
る。バリウムあるいはストロクチウム・フエライ
トは大きな保持度を有するので、永久磁石２２
は、それがコア２１に関連して形成される磁気回
路の一部となるとき、比較的小さな減磁作用を受
ける。また永久磁石２２の比較的小さな減磁作用
は可飽和リアクタ・コイル２０中の電流によつて
発生される減磁力の発生によつても生じる。コイ
ル２０によつて発生されるピーク磁化力は一般に
は数100エルステツド以下である。このような値
は数1000エルステツドの保磁度に示すバリウムあ
るいはストロンチウム・フエライト磁石を充分に
消磁するには不充分である。従つて、コイル２０
内のＩ形コア部分２１ｂの可磁化材料中の永久磁
石２２によつて発生されるバイアス磁界は、少な
くとも軟フエライトの飽和の開始に先立つて比較
的一定に維持される。

第９図は、出力電圧のサイクル中の複数の選択
された時点におけるコイル２０内のＩ形コア部分
２１ｂの可磁化材料内の所定の点における前述の
各時点の磁束密度ベクトル相互間の関係を示す。
可飽和リアクタ・コイル２０中を流れる磁化電流
によつて発生される磁化力の色々な値において発
生される磁束密度ベクトルＢ→_cはＹ軸に沿つて示
されている。永久磁石２２によつて発生される磁
束密度ベクトルＢ→_bpはコイル・ベクトルＢ→_cに対
して直角にＸ軸に沿つて示されている。

極性交番出力電圧Voutの非飽和期間中、コイ
ル２０が比較的大きな非飽和インダクタンスを示
すとき、コイルの導体ターンと直角のコイル内の
コア材料中の磁束密度のベクトル成分、すなわち
コイル２０と鎖交する磁束密度ベクトルＢ→_cは、
最終的にはコイル２０中の磁化電流によつて発生
される増加する磁化力Ｈと共に増加しはじめる。
コイル２０によつて発生される磁化力は、磁化力
H₁から磁化力H₄に増加するので、コイル２０の
導体ターンと直角の磁束密度は磁束密度の大きさ
B_c1から磁束密度の大きさB_c4へ増加する。

前述のように、バリウムあるいはストロンチウ
ム・フエライトのような硬フエライトで作られた
永久磁石２２の比較的小さい減磁作用は、コイル
２０が比較的低い強度の磁化力磁界を発生すると
きに生ずる。従つて、コイル２０に直角な方向の
磁束密度が増加する期間中、コイル内のコア材料
中であつて、永久磁石２２によつて発生されるバ
イアス磁界に平行な方向の磁束密度は、ここでの
説明の目的上は比較的変化せず、例示された大き
さB_bpに留まつている。

永久磁石２２によつて発生される磁化力とコイ
ル２０を流れる磁化電流によつて発生される磁化
力との合成によつてＩ形コア部分２１ｂの可磁化
材料中に生ずる磁束密度ベクトルＢ→_vは、コイル
の磁化力の振幅が大きくなるとその振幅も大きく
なり、また発生された磁束密度ベクトルＢ→_vとバ
イアス磁束密度ベクトルＢ→_bとの間の角度θが増
大する方向に回転するベクトルである。

コイルの磁化力が、飽和磁束密度Bsatの振幅
に近い振幅を持つ合成ベクトルＢ→_v5を発生するの
に足る振幅に増大すると、可飽和リアクタ・コイ
ル２０のインダクタンスは比較的低いインダクタ
ンスに切換わり、出力電圧のサイクルの中での循
環電流期間を開始させる。飽和開始時におけるコ
イル２０の導体ターンに直角なＩ形コア部部２１
ｂ中の磁束密度の振幅はB_c5＝Bmaxである。

Bmaxの大きさは飽和磁束密度Bsatよりも小さ
い。従つて、永久磁石によりバイアスされた可飽
和リアクタを使用すると出力電圧Voutの振幅は
小さくなる傾向がある。このような傾向は、コイ
ル２０のターン数を増すか、コイル２０内の飽和
コアの断面積を大きくするか、あるいは他の適当
な方法によつて、補償される。永久磁石でバイア
スされた可飽和リアクタを使用すると、安定化さ
れた出力電圧Voutの振幅は、一般に飽和の開始
直前のコイル２０の導体ターンに直角な最大磁束
密度に比例、すなわちBmaxに比例するので、永
久磁束材料と飽和コア材料とを、温度が変化して
も一定のBmaxの値が得られるようにそれらの温
度特性に関して整合あるいは適正に選択すること
によつて、調整された出力電圧の温度安定性が達
成される。

第１０図において、飽和コアおよび永久磁石の
所定の動作温度T₁における永久磁石のバイアス
強度をB_b1、飽和コア材料の飽和磁束密度の値を
Bsat1と仮定する。極性交番出力電圧Voutの各サ
イクル期間中に飽和が開始するとき、コア２０の
内部の飽和コア材料中の合成磁束密度ベクトルＢ→
sv1のベクトル矢印の先端は点P₁に位置してい
る。飽和の開始前に得られるコイル２０の導体タ
ーンに直角な最大磁束密度はBmaxである。

調整された出力電圧の温度安定化を得るために
は、飽和コアおよび永久磁石が、一例として温度
T₁よりも高い異つた温度T₂で動作するとき、磁
束密度成分Bmaxは比較的変化しないようにされ
ている必要がある。より高い温度T₂において、
飽和コア材料の飽和磁束密度の値は、温度T₁に
おける値BsatよりもΔBsat1だけ小さな値Bsat2
になる。ここでΔBsat＝α_fΔT・Bsat1、ΔT＝T₂
−T₁である。

より高い温度T₂において、コイル２０の導体
ターンに長角な同じ大きさの磁束密度Bmaxを得
るためには、温度T₂における飽和時の合成磁束
密度ベクトルはベクトルＢ→_sv2に等しくなければ
ならず、そのベクトルの矢印の先端は第１０図に
点P₂にある。合成ベクトルＢ→_sv2の先端が点P₂に
くるようにするためには、永久磁石２２のバイア
ス強度は新しいより小さな値B_b2に減少しなけれ
ばならない。従つて、飽和磁束密度の温度係数α_f
有する所定の飽和コア材料に対して、永久磁石の
負の温度係数−α_nによつてバイアス強度がΔB_b
＝B_b1−B_b2だけ適正に減少するように永久磁石
の材料を選定する必要がある。ここで、α_nは単
位摂氏温度当りの永久磁石バイアス強度の変化分
を示し、α_n＝ΔB_b／B_b／ΔTである。

もし永久磁石の温度係数α_nが飽和コア材料の
温度係数α_fと整合していなければ、飽和開始時に
得られる最大の直角方向磁束密度はコア２つの動
作温度T₁，T₂において異なる可能性があり、調
整された出力電圧の温度安定性は比較的低くな
る。例えば、永久磁石材料の温度係数α_nは、２
つの温度T₁とT₂に於ける出力電圧を正確に温度
補償するのに必要な値よりも小さいと仮定する。
このとき、温度T₂において磁石のバイアス強度
は値B_b1とB_b2の中間の値B_baになる。より高い温
度T₂に於ける飽和開始時に於ける合成磁石密度
ベクトルは、ベクトル矢印の先端が第１０図の点
P_aにあるベクトルＢ→_svaにある。コイル２０の導
体ターンに直角なベクトルＢ→_svaの成分は、より
低い温度T₁において得られる振幅Bmaxよりも
小さな振幅Bmaxaを持つ。このように、磁石の
バイアス強度がα_n，α_f、およびBsat1に関して適
正に選定されていなければ、出力電圧の温度安定
化は得られない。

温度変化に対して安定化された調整された出力
電圧を発生する永久磁石でバイアスされた可飽和
リアクタ鉄共振電源装置を設計する場合に、
Bsat，Bmax，B_b，α_nおよびα_fのようなパラメ
ータの値を選定するに当つていろいろな条件があ
る。例えば、出力電圧の温度安定化を改善するた
めには、永久磁石の温度係数α_nを飽和コア材料
の温度係数α_fよりも大きく選定する必要がある。
２つの材料間の温度係数の違いの割合は、より大
きな強度のバイアス磁石を使用すると小さくな
る。

第１０図において、温度T₁において上述のバ
イアス強度B_b1よりも大きな値B_b3のバイアス強
度をもつた永久磁石を使用した場合について考察
する。温度T₁における合成磁束密度ベクトルは
ベクトルＢ→_sv3で、そのベクトルの矢印先端は点
P₃に位置している。温度T₁で得られるコイル２
０の導体ターンに直角な最大磁束密度B′maxは、
ベクトルＢ→_sv3は第１０図のＹ軸上に投影したも
のである。飽和コア材料の飽和磁石密度が値
Bsat2に減少するより高い温度T₂において、同じ
最大磁束密度B′maxを得るためには、飽和開始
時における合成磁束密度ベクトルは、ベクトル矢
印の先端が点P₄にあるベクトルＢ→_sv4に等しくな
ければならない。

Ｂ→_sv4のＸ軸上への投影は、新しい温度におい
て調整された出力電圧を実質的に変化しないよう
に維持するために、より高い温度T₂において必
要とされる永久磁石の新しい且つ減少したバイア
ス強度を示す。Ｘ軸上へのＢ→_sv4の投影は、もし
温度変化に対して安定化が達成されるなら必要と
される温度T₂における減少したバイアス強度B_b4
を示す。

温度T₁における磁束強度がB_b3の永久磁石を使
用すると、永久磁石の温度係数は、ΔT＝T₂−T₁
の温度変化の範囲でバイアス強度がΔB′_b＝B_b3−
B_b4だけ変化するような値α_n′を持つように選択
されなければならない。第１０図を見れば判るよ
うに、より強い磁石を使用したときに必要とされ
るΔB_bは、より弱い永久磁石を使用したときに必
要とされたΔB_bよりかなり小さいことが判る。こ
の事実から、より強い永久磁石に対して要求され
る温度係数α_n′はより弱い永久磁石に対して要求
される温度係数α_nよりも小さい。従つて、使用
可能な永久磁石および飽和コア材料の数が限られ
ておれば、永久磁石のバイアス強度をある程度調
整して、温度変化に対して出力電圧を安定化する
ことができる。

しかしながら、磁石の強さに関する温度係数
α_nが比較的小さな永久磁石を使用するためには、
比較的大きな磁気バイアス強度を必要とする構成
を使用する必要がある。このような構成はコイル
２０の導体ターンに対して直角な方向の比較的小
さい最大磁束密度Bmaxを発生する。発生された
Bmaxが比較的小さな値において比較的高い出力
電圧Voutを維持するためには、導体ターンの数
および／またはコイル内の飽和コアの断面積を大
きくしなければならない。さらに、Bmax対Bsat
の比が比較的小さいと、後程説明するように入力
電圧および負荷の変化に伴なう出力電圧の安定化
が相対的に悪くなる。

前に述べたように、調整された出力電圧の温度
安定性を得るためには、永久磁石材料と飽和コア
材料の温度係数を注意深く整合させる必要があ
り、この場合、一般に永久材料の温度係数は飽和
コア材料のそれよりも、Bmaxの所望値と永久磁
石のバイアス強度B_bの所望値の関数に依存する
大きさだけ大きくなる。例えば、飽和コア材料と
して、飽和磁束密度は温度T₁における値Bsat1か
らより高い温度T₂では低い値Bsat2へ減少するよ
うな飽和磁束密度の比較的大きな係数α′_fを持つ
ものが選択されていると仮定する。温度T₁およ
びT₂の双方において値B′maxの飽和の開始時に
おいて比較的変化のない最大磁束密度が発生させ
るためには、飽和時の磁束密度の減少によるベク
トル振幅の減少を調整するために、上記飽和時の
合成磁束密度ベクトルがＸ軸と作る角度を変化さ
せる必要がある。合成磁束密度ベクトルはベクト
ルＢ→_sv3からベクトル矢印の先端が点P_2bにあるベ
クトルＢ→_sv2dに変化する。

より高い温度係数の飽和コア材料を使用したと
きに必要とするΔB″_b＝B_b3＝B′_b2の永久磁石によ
るバアイス強度は、より低い温度係数の飽和コア
材料を使用したときに必要とされる永久磁石のバ
イアス強度の変化ΔB′_bよりも大きく、より大き
な温度係数α″_nをもつ永久磁石材料は、より大き
な温度係数α′_fをもつた飽和材料と共に使用され
るときに必要とされることを示している。

Ｉ形コア区分２１ｂ用の飽和コア材料としてリ
チウム・フエライトあるいは代替リチウム・フエ
ライトを使用すると、硬フエライト材料と軟フエ
ライト材料との間の良好な温度係数の整合を得る
ために、永久磁石としてバリウムあるいはストロ
ンチウム・フエライトのようなセラミツク磁気材
料を選択して使用する必要がある。リチウム・マ
ンガン−亜鉛フエライトのようなリチウム・フエ
ライトあるいは置換リチウム・フエライトは単位
摂氏温度当り1/2乃至1/1000の間の飽和磁束密度
の温度係数α_fを持つている。バリウムおよびスロ
ンチウム・フエライトは単位摂氏温度当り約1.8/
１０００乃至2.0/1000の磁気強度の温度係数を有し、
その値の範囲は、磁気バイアスの強度が適正に選
択されておれば調整された出力電圧Voutに対し
て比較的良好な温度安定化が得られるものであ
る。

反対にマンガン−亜鉛フエライトが飽和コア材
料として使用されておれば、このマンガン−亜鉛
フエライトは3/1000乃至3.5/1000の温度係数を持
つているので、比較的大きな温度係数の永久磁石
材料を必要とする。もし永久磁石の温度係数が軟
フエライトの温度係数の約２乃至４倍に選定され
ていると、永久磁石の温度係数は単位摂氏温度当
り約12/1000乃至15/1000でなければならない。こ
のような比較的高い温度係数をもつた永久磁石材
料は入手できない。あるいは仮に入手できたとし
ても、妥当な価格の電源用として使用するには不
適である。

第２図は調整された高電圧第２アノード電圧、
すなわちアルタ電圧を含むテレビジヨン表示装置
用の調整された直流出力を発生するこの発明を実
施した温度安定化電源８０を示す。調整された出
力電圧の温度安定化は、その出力電圧がテレビジ
ヨン表示装置の高電圧第２アノード電圧である場
合、例えばテレビジヨン表示装置のスイツチを入
れたときあるいは冷い周囲温度の環境のもとでは
過大な高電圧第２アノード電圧が発生する可能性
があるので、特に重要である。高電圧第２アノー
ド電圧が高くなると、好ましくない大量のＸ線が
放射される可能性がある。

第２図に示されているテレビジヨン受像機用鉄
共振電源８０は、一般的には、1980年12月29日付
けで「テレビジヨン受像機共振負荷電源
（TELEVISION RECEIVER
FERRORESONANT LOAD POWER
SUPPLY）」という名称で出題されデイ・エイ
チ・ウイリス（D.H.Willis）氏の米国特許出願第
220847号（特開昭57−133770号に対応）中に示さ
れているものと同じような態様で動作する。調整
された出力電圧の温度安定化を与えるために、第
２図の構成FR2中に前述のこの発明の特徴である
永久磁石のバイアス構造が使用されている。

第２図において、高漏洩インダクタンス変成器
６２の１次巻線６２ａが未調整交番入力電圧Vin
の電源７１に結合されている。電源７１はインバ
ータ６１と１次巻線６２ａの中間タツプに結合さ
れたDC入力端子６３からなつている。未調整DC
電圧V_aは端子６３に供給される。インバータ６
１は例えばf_H＝15.75KHz水平偏向周波数の高周波
で動作する。

電圧Vinが１次巻線６２ａに供給されると、水
平周波数で極性が交番する出力電圧が２次出力巻
線６２ｂ乃至６２ｄおよび高電圧２次出力巻線６
２ｅの両端間に発生する。巻線６２ｂ乃至６２ｄ
の共通中間タツプ・リード線５３はアースに結合
されている。

巻線６２ｂの両端に発生する極性交番出力電圧
はダイオード６９および７０によつて全波整流さ
れ、キヤパシタ３４によつて濾波され、端子３１
に例示の＋25ボルトのDC電源電圧が発生し、垂
直偏向回路や音声回路のようなテレビジヨン受像
機の回路を付勢する。巻線６２ｄの両端間に発生
する極性交番出力電圧はダイオード６５および６
６によつて全波整流され、キヤパシタ３８によつ
て濾波され、端子３３に＋210ボルトと例示する
DC電源電圧が発生し、テレビジヨン受像機の映
像管駆動回路のような回路を付勢する。

巻線６２ｃの両端間に発生する極性交番出力電
圧はダイオード６７および６８によつて全波整流
され、キヤパシタ３５によつて濾波されて、端子
３２に水平偏向巻線４１用のB⁺走査電源電圧が
発生する。水平偏向巻線４１中に水平走査あるい
は偏向電流を発生させるために、水平偏向発生器
４０が入力チヨーク３９を介して端子３２に結合
されている。水平偏向発生器４０はB⁺走査電圧
によつて付勢され、水平発振駆動回路４３、水平
出力トランジスタ４４、ダンパ、ダイオード４
５、水平リトレース・キヤパシタ４６、および水
平出力トランジスタ４４の両端間に水平偏向巻線
４１と直列に結合されたＳ成形あるいはトレー
ス・キヤパシタ４２とからなつている。

高電圧出力巻線６２ｅの両端間に発生する極性
交番出力電力は高電圧回路６４に結合されてい
て、テレビジヨン受像機の映像管（図示されてい
ない）用の端子ＵにDC高電圧第２アノード電圧
すなわち加速電圧を発生する。高電圧回路６４は
コツクロフトーウオルトン（Cockroft−Walton）
形式の通常の電圧逓倍回路からなるものでもよい
し、あるいは高電圧巻線６２ｅの複数の巻線区分
と単一ユニツトとして一体的に成形された複数の
ダイオードを備えた半波整流構成からなるもので
もよい。これらはいずれも図示はされていない。
２次出力巻線６２乃至６２ｄおよび高電圧２次出
力巻線６２ｅは互いに磁気的に密結合されてい
る。入力電圧Vinの振幅の変化、端子３１乃至３
３に結合された負荷回路による負荷変化、および
高電圧端子Ｕのビーム電流による負荷変化に対し
て２次出力巻線電圧を安定化させるために、およ
びこれらの出力電圧の温度安定化を与えるため
に、この発明を実施した可飽和リアクタ回路FR₂
が変成器６２の密結合された２次出力巻線の１つ
の両端間に負荷回路として結合されている。第２
図では、負荷回路FR₂は出力巻線６２ｄの両端間
に結合されるものとして例示されている。

負荷回路FR₂は、可飽和リアクタSR₂の飽和、
可磁化コア１３７の少なくとも一部分の囲りに巻
回されたコイルすなわち巻線３７と、コアをバイ
アスする永久磁石２３７と、コイル３７の両端間
に結合された共振キヤパシタ３８とからなつてい
る。

飽和コイル３７の両端間の出力電圧Voutは負
荷回路FR₂の作用によつて調整される。変成器６
２の２次出力巻線６２ｄの両端間にコイル３７を
結合することによつて、負荷回路FR₂は巻線６２
ｄに結合された調整用負荷回路として動作し、巻
線６２ｄの両端間の電圧を調整された電圧Vout
として維持する。２次巻線６２ｄの両端間の電圧
を負荷回路FR₂によつて安定化することにより、
巻線６２ｄに密結合された他の２次巻線の両端間
の出力電圧もまた安定化される。従つて、巻線６
２ｂおよび６２ｃの両端間の出力電圧は、負荷回
路FR₂の電圧Voutに関連する安定化作用によつ
て安定化される。１次巻線６２ａと２次巻線６２
ｂ乃至６２ｅとの間が磁気的に粗結合されている
ため、これら２次巻線の両端間の電圧は、たとえ
１次巻線の両端間の電圧の振幅が変化しても振幅
あるいは半サイクルの面積は比較的変化しないよ
うに維持することができる。

安定化された出力電圧Vout、変成器６２の２
次巻線の両端間の発生する他の出力電圧、および
DCと高電圧第２アノード電圧の温度安定性を与
えるように、永久磁石２３７は飽和コア１３７を
バイアスする。第２図の負荷回路FR₂の可飽和リ
アクタSR₂の構成は上述の第３図乃至第５図の可
飽和リアクタSRの構成に類似しており、あるい
は第６図乃至第８図に示す可飽和リアクタSR₄に
類似している。

第６図乃至第８図の可飽和リアクタSR₄はトロ
イダル構造に構成されている。第７図は第６図の
７−７線に沿う可飽和リアクタSR₄のコアおよび
永久磁石部分の横断面を示し、この第７図からは
可飽和リアクタのコイル３７は省略されている。
第８図は第６図の構成のコアおよび永久磁石部分
の拡大斜視図を示す。

可飽和リアクタSR₄のコアは、リチウム・フエ
ライトのような軟フエライト材料からなる２個の
リング、すなわちワツシヤ１３７ａと１３７ｂと
からなつている。この２個のフエライト・リング
部材間には、例えばバリウム・フエライトあるい
はストロンチウム・フエライトのような硬フエラ
イト材料で作られた２個の同心構造の永久磁石リ
ング２３７ａとが間挿されている。各永久磁石リ
ング部材はその面を通して磁化されており、永久
磁石リングのうちの１個の面は他の永久磁石リン
グの隣接面の極性と反対の極性に磁化されてい
る。従つて、第７図および第８図に例示するよう
に、永久磁石リング２３７ａの面８１ａは例えば
Ｎ極に磁化され、そのリングの反対面８１ｂはＳ
極に磁化され、一方、他方の永久磁石リング２３
７ｂの面８２ａはＳ極に磁化されており、反対面
８２ｂはＮ極に磁化されている。２個の同心的に
磁化された部分を有する単一のリングを永久磁石
リング２３７ａと２３７ｂの代わりに使用しても
よい。

可飽和リアクタSR₄用にこのようなリング構造
を使用することにより、飽和コア・リング１３７
ａと１３７ｂ中に永久磁石リング２３７ａおよび
２３７ｂによつて生成される磁束密度磁界は、飽
和コア・リング１３７ａと１３７ｂの実質的に全
容量を通して、コイル３７中を流れる磁化電流に
よつて発生される磁束密度磁界と実質的に直交す
る。コイル３７がトロイダル巻線構造となつてい
るため、第７図には一部のみ示されている永久磁
石リング２３７ａと２３７ｂとによつて発生され
るバイアス磁界８３は、コイルを流れる電流によ
つて飽和コア・リング１３７ａと１３７ｂの実質
的に全容量を通して発生される磁束密度磁界と概
ね直角になる。さらにバイアス磁界は、空気中よ
りもむしろ主として軟フエライト・コア・リング
中に集中する。

第６図乃至第８図の可飽和リアクタとしてリン
グ形状のものを使用することによる利点は、永久
磁石リングにより発生される磁力線をその形状に
より軟フエライト・コア中に集中させる能力があ
ることであり、それによつて所定の永久磁石の極
の強さに対して軟フエライト・コア中に比較的大
きなバイアス磁束密度磁界を発生させることがで
きる。また、可飽和リアクタを作るのに使用され
るコア材料の全量を少なくすることも出来る。

第３図乃至第５図の永久磁石２２によつて発生
された磁力線を、飽和軟フエライトＩ形コア部分
２１ｂ集中させるために、永久磁石２２は第４図
に点線で示すような極の配列を発生するように磁
化される。面１６および２７によつて形成される
端部に隣接する永久磁石２２の表面はＮ極領域で
あり、面１５および２７によつて形成される端縁
に隣接する永久磁石２２の表面はＳ極領域であ
る。

第３乃至第５図の可飽和リアクタSRの形状を
使用することの利点は、巻線の製造および構成が
簡単であり、飽和コア部分の容積が少なくてす
み、それによつて損失が少なくなり、必要とする
巻回数が少なくてすむ点である。

第１３図は可飽和リアクタ負荷回路の別の実施
例を含む第２図のテレビジヨン受像機の電源８１
の一部分を示す。第２図および第１３図の素子は
同じ態様で同じ機能を果すものである。第１３図
の負荷回路FR₃において、高漏洩インダクタンス
変成器６２の巻線６２ｆは、永久磁石でバイアス
された可飽和リアクタSR₂のコイル３７の両端間
に共振キヤパシタ３８と直列に結合されている。
第２図と同様に、安定化された出力電圧Voutは
キヤパシタ３８の両端間に発生し、２次出力巻線
６２ｄの両端間に直接供給され、それによつて全
ての２次出力巻線６２ｂ乃至６２ｅの両端間に発
生した出力電圧を安定化する。

変成器の巻線６２ｆは１次巻線６２ａと磁気的
に密結合しているが、２次出力巻線６２ｄとは粗
に結合している。第１３図に示すように巻線６２
ｄに関連する巻線６２ｆの極性により、安定化さ
れた出力電圧Voutは、可飽和リアクタSR₂のコ
イル３７の両端間に発生する電圧Vsrと変成器の
巻線６２ｆの両端間に発生する電圧Vcdとの間の
差に等しくなる。このような構成はもし必要なら
ば1981年４月20日で「可飽和リアクタの循環電流
の減少したテレビジヨン受像機の鉄共振負荷電源
（TELEVISTON RECEIVER
FERRORESONANT LOAD POWER
SUPPLY WITH REDUCD SATURBLE
REACTOR CIRCULATING CURRENT）」と
いう名称のデイ・エイチ・ウイルス（D.H.
Willis）氏の米国特許出願第255396（特開昭58−
500545号に対応）中に説明されているのと同じ態
様で改善された出力電圧の安定化が得られる。電
圧Vsrと電圧Vcdは出力電圧Voutを発生するため
に算術的に合成されるときのそれらの間の減算的
な関係により、例えば変成器の１次巻線６２ａに
供給される未調整電圧の増加による可飽和リアク
タ電圧Vsrの増加は、変成器の巻線６２ｆの両端
間に発生する電圧Vcdの増加によつてオフセツト
され、出力電圧Voutを振幅、半サイクル面積、
あるいはその両方が実質的に変化しないように維
持する。

負荷回路FR3の補償駆動巻線６２ｆを備えた第
１３図の構成は、負荷回路の可飽和リアクタが出
力電圧Voutの温度安定化を与えるための永久磁
石バイアスを含むときに有効である。可飽和リア
クタによる永久磁石のバイアスを含むときは、未
調整入力電圧および負荷変動に対する出力電圧
Voutの安定化は多少は低下するかも知れない。

例えば第１１図に示す磁束Φ対起磁石（ｍ，
ｍ，ｆ）Ｆ特性について考察してみる。このよう
な曲線は、飽和コア可磁化材料としてリチウム・
フエライトを使用した第３図乃至第５図に示すよ
うな可飽和リアクタ構成の動作に関連している。
磁束座標の軸Φは可飽和リアクタ・コイル２０と
鎖交する磁束、すなわちコイル２０の導体巻線に
直角すなわち垂直のコイル中を流れる磁束を示
す。

第１１図のΦ−Ｆ曲線９０および９１は、永久
磁石が取除かれたときおよびコイル２１のバイア
スが存在しないときの第３図乃至第５図の可飽和
リアクタSRの動作に関連する曲線である。実線
の曲線９０は一例として25℃のコアの動作温度に
おいて得られた曲線を示し、一方、点線の曲線９
１は一例として100℃の熱い動作温度で得られた
曲線を示す。第１１図から判るように、リチウ
ム・フエライトのような比較的温度安定化のある
Bsat材料を使用した時でも、出力電圧Voutの飽
和期間中にコア２１の飽和コア部分に到達する曲
線の折点部分を越える磁束レベルは、曲線９０に
関連する冷たいコア温度におけるよりも曲線９１
に関連する熱いコア温度においてより低い。

曲線９２は、永久磁石２２がＩ形コア区分２１
ｂ全体にわたつて挿入されたときの第３図乃至第
５図の可飽和リアクタに対する正規の磁束対起磁
力を示す。曲線９２は、一例として25℃のコアお
よび永久磁石の動作温度で得られた曲線を表す。
永久磁石のバイアス強さを適正に選定し、また飽
和コア材料と永久磁石材料の温度係数α_fとα_nを適
正に整合させることにより、コアおよび磁石の熱
い動作温度において得られた曲線は冷たい動作温
度で得られた曲線９２と実質的に同じ曲線によつ
て表わされ、調整された出力電圧の温度安定性が
２つの温度において達成されたことを示してい
る。

永久磁石のバアイスを使用したときに得られる
曲線９２を永久磁石によるバイアスを使用しない
ときに得られる曲線９０および９１と比較する
と、永久磁石によるバイアスを使用すると、所定
の最大起磁力における飽和コア中に存在する最大
磁束レベルを減少させることが出来るということ
が判る。このように最大磁束レベルが減少する
と、コイルの巻回数、飽和コアの断面積等の他の
要素が不変であると仮定したとき、安定化された
出力電圧の振幅は小さくなる。さらに永久磁石に
よるバイアスを使用すると、曲線の折点部分以下
の非飽和動作期間中の曲線９２の傾斜が浅くな
り、それによつて可飽和リアクタ・コイルの非飽
和インダクタンスが多少減少することが判る。

永久磁石によるバアイスを使用すると、より丸
みのある折点部分、および折点部分を越えた直後
の曲線９２の飽和領域において比較的急勾配が生
ずるという他の効果がある。入力電圧の振幅変化
および負荷変化に対する出力電圧の安定性は低下
する傾向があるかも知れない。このような構成の
可飽和リアクタに永久磁石によるバイアスを導入
することによつて生ずる出力電圧の安定性の低下
を補償するために、前述のように第１３図の回路
FR3のような回路を使用することができる。

飽和コアに隣接する永久磁石の構成は、飽和コ
イル内のコア部分に直交バイアス磁界を発生させ
るようなものである。実質的に直交するバイアス
磁界により、起磁力Ｆの正および負の値に関して
実質的に対象なΦ−Ｆ曲線９２が得られる。永久
磁石は飽和コア中に温度に応動するDCバイアス
磁界を発生し、これは可飽和リアクタ・コイルに
よつて作られるAC磁界とベクトル的に加算され、
時間軸を中心として対称な総合AC磁界が発生さ
れる。このような対称性は出力電圧の良好な安定
性を与えるために望ましいものである。

電源のウオーム・アツプ期間中に、永久磁石材
料および飽和軟フエライト材料中の温度が一様で
ないこと、および永久磁石が軟フエライトの温度
上昇に完全に追従できないため、出力電圧の温度
安定性に悪影響を及ぼす可能性がある。永久磁石
や飽和軟フエライトの寸法を適当に選択すること
によつて、上記のような悪影響を最小に押えるこ
とができる。

永久磁石によるバイアスはまたヒステリシス損
失を少なくし、所定の構造のヒート・シンクの飽
和コアの動作温度を低く押えることができる。

出力電圧の温度安定性に悪影響を及ぼす他の要
因は、飽和コア材料中のバイアス強度の不均一性
の程度である。特定位置におけるバイアス強度
を、そのコア位置における所定のBmax、および
a_fとa_nの所定の値に対して要求される理想に近づ
ける限り、温度安定性は高くなる。磁気バイアス
の大きさはまた磁石を通つて流れる磁力線に対す
るバリウムおよびストロンチウム・フエライトの
結晶方向に依存する。

第３図乃至第５図バイアスされた可飽和リアク
タ構造では、可飽和Ｉ形コア部分２１ｂの可磁化
材料をリチウム・フエライトあるいは置換リチウ
ム・フエライトから選択することができる。大部
分を占めるＣ形コア部分２１ａは飽和しないの
で、その可磁化材料をマンガン−亜鉛フエライト
として選択することができる。永久磁石２２は配
向性バリウムあるいはストロンチウム・フエライ
トから選択することができる。