JPH0593025U - 電力変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力変換器の近傍に配置される電子回路素子
に対する不利な作用を十分に回避する。 【構成】 永久磁石１６ａ，１６ｂを、コイルに囲まれ
ていないコア部分に設ける。永久磁石１６ａ，１６ｂの
高さを約０．３３ｍｍとする。コイル２１により囲まれ
ているコア８の中央脚２０には永久磁石を設けず、この
中央脚２０に約１．３ｍｍの幅を有するエアギャップ２
５を設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、実質的に閉成された複数脚コアを有し、巻線に囲まれた個所の外側 のコア路に１つまたは複数の永久磁石が挿入されている、阻止形−または通電形 変換器方式による電力変換器、例えばテレビジョン受像機用電源装置部および／ またはライントランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】

電力変換器では、制御回路により周期的にオン・オフ制御されるスイッチング トランジスタを介して、作動用直流電圧を巻線に印加することが公知である。複 数の巻線を、所望の２次電圧を取り出すために設けることもできる。このような 電力変換器では、（１次−）巻線を流れる電流は通常は直流電流成分を有する。 このことは、磁束密度Ｂが磁界の強さＨに依存する関係を表わす特性カーブにお いて、磁束密度Ｂの正および負の終値間の、ヒステリシスループないしカーブの 実質的に線形の部分が、インダクタンスを増加するために設けられるコアが飽和 に達する手前まで、最適に利用できないことを意味する。

【０００３】 磁界の強さＨの絶対値が一層大きくなる方向へ飽和を移行させるため、実質的 にそれ自体が閉じるように走行するコアにエアギャップを形成することが公知で ある。しかしそれにより電力変換器作動時にエアギャップの周辺に不利な漂遊磁 界が形成され、この漂遊磁界は電力変換器の近辺に配置された部品に望ましくな い影響を与えることがある。

【０００４】 更に、コア路に永久磁石を挿入し、この永久磁石によりコア内に平等磁石を形 成する、即ちバイアス電圧のような目的でコアを予備磁化することが公知である 。例えばスイッチング電源用トランスの場合に一次電流がゼロと正の値の間だけ を変化する場合は、トランスコアには永久磁石により次のようにバイアスが加え られる。即ち休止状態でトランスコアが、飽和の近傍ですなわちヒステリシスル ープの水平に経過する部分の近傍で、負の磁気誘導を有するように、トランスコ アには永久磁石によりバイアスされる。したがってその場合には、磁気誘導の最 大限界値までの線形部分は、正方向に増加する電流により全部利用することがで きる。しかし永久磁石がコア路に設けられている箇所は、電力変換器の作動時に エアギャップのように作用し、したがって前記のエアギャップの欠点はこの場合 にもあてはまる。

【０００５】 例えばテレビジョン装置用のスイッチング電源トランスおよび／またはライン トランスが受像管にあまり近く配置されている場合には、永久磁石のためスタテ ィックな障害ならびに、トランスで伝送すべき電力の値が変動するためのダイナ ミック障害（“画像における音声”）が像形成時に現われることがある。例えば 色純度障害および画像歪みの現われることがある。

【０００６】 それゆえスイッチング電源トランスおよび／またはライントランスでは、一方 で飽和限界の上昇および簡単な実施性のために有利であるが、しかし他方では漂 遊磁界による不利なエアギャップをトランスコアの、トランスの巻線巻枠により 周囲およびエアギャップの高さ全体にわたって囲まれている箇所に設けることが 既に提案されている。トランスコアの磁気バイアスを形成するために設けられる 永久磁石は、この提案では前記のエアギャップ中に挿入される。しかしこの最初 は効果的に思われた提案も実際にはすぐに限界が現われた。即ち例えば障害の発 生より、例えばスイッチングトランジスタのコレクタ−エミッタ区間のブレーク ダウンのため１次巻線を流れる電流が許容できないほど、例えば５Ａから２０〜 ３０Ａの値に増加すると、永久磁石の保磁力に相応に永久磁石の減磁または磁極 反転の形成されることがある。その場合には、永久磁石により設定される、磁化 特性カーブ上の作用点は正しくない位置におかれ、その場合にはトランスはもは や使用できない。

【０００７】 また、チョークコア装置を有するチョークも既に提案されている（ドイツ連邦 共和国特許出願公開第３２０２６９９号公報）。このチョークでは永久磁石が巻 線の外側の室に設けられている。永久磁石の破損が阻止されようとしているのか あるいはそれが可能なのかは、この場合にははっきりとは説明されてない。また これらの公知のチョークでは、形成される漂遊放射に対して特別な防止手段は講 じられていない。

【０００８】

【考案の解決しようとする課題】

本考案の基礎となる課題は、冒頭に記載の形式の電力変換器において、この電 力変換器の近傍に配置される電子回路素子に対する不利な作用を十分に回避する ことである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

この課題は、コイルに取り囲まれていないコア部分に設けられた永久磁石が約 ０．３３ｍｍの高さを有するようにし、近接領域の外側において前記永久磁石に よりコアに形成されたギャップから発する漂遊磁界およびエアギャップから発す る漂遊磁界が全体的に、この種の永久磁石を有しないかつ寸法および電力に関し て同等な電力変換器から発する漂遊磁界のオーダを実質的に上回らないようにし 、コイルにより取り囲まれているコアの中央脚には永久磁石を設けず、当該中央 脚に約１．３ｍｍの幅を有するエアギャップを設けるようにしたことにより解決 される。

【００１０】

【考案の利点】

つまり本考案による解決では、相互に対立する２つの要請の間で実施可能な妥 協がはかられている。即ち一方でコアの適切な予備磁化を形成するため永久磁石 を、極性反転または減磁から保護するため巻線から離してコア路に挿入されるよ うな個所に設けるという要請と、他方ではそれによりコア内に形成されるギャッ プから出る漂遊放射を著しく小さくなるように抑制するという要請との間で、実 施可能な妥協が有利に見出されている。

【００１１】 そのうえさらにコアがエアギャップを有するため、このエアギャップは本考案 により、巻線を有するコアの脚に設けられている。それにより、相互に対立する 要請、即ち一方でコアの飽和限界を上昇させるため大きいエアギャップを設ける という要請と、他方では漂遊磁界を阻止するためできる限り小さいエアギャップ を設けるという要請との間で、もう一つの妥協が見出されている。エアギャップ は巻線を有する脚に設けられているので、それにより形成される漂遊磁界の大部 分は、この巻線またはこの巻線の外側の室の、コアの一部が設けられている領域 の中を走行するようになり、それゆえいずれにしろ、漂遊磁界により損なわれる 恐れのある他の部品には加わらなくなる。

【００１２】 本考案によりエアギャップならびに永久磁石が、コアの前記の箇所に設けられ ているため、更に別の利点が得られる。つまりエアギャップだけまたは永久磁石 だけを有する構成では、必ずしも全部のコアの脚が同時にその飽和限界に達する のではない。例えばエアギャップを有する脚がなお、相応のヒステリシスカーブ の実質的に線形に経過する制御領域におかれている一方で、コアの他の脚は−永 久磁石が設けられていない限り−既にその磁気飽和の領域に達する。しかし永久 磁石を設けることによって、コアのこれらの部分でも飽和限界は遅れて到達され る、例えばコアの、エアギャップを有する脚における飽和限界の到達と殆ど同時 に到達される。

【００１３】 つまり請求項１に記載の、永久磁石およびギャップの寸法ならびに位置は、部 分的には相反する以下の異なる要求の間で見出された妥協によって得られたもの である。

【００１４】 ａ）コアの所望の予備磁化を行なうために、永久磁石は十分に強くなければなら ない。

【００１５】 ｂ）永久磁石は、変換器の巻線を流れる過度に大きな電流による危険にさらされ てはならない。

【００１６】 ｃ）永久磁石は、他の部材に障害を及ぼす過度に大きな漂遊磁界を発生してはな らない。

【００１７】 永久磁石が、請求項１に記載の寸法よりも実質的に低ければ、確かに漂遊磁界 も相応に小さくなる。しかし永久磁石はもはや、予備磁化に対して十分な作用を 及ぼさない。

【００１８】 永久磁石が、請求項１に記載の寸法よりも実質的に高ければ、確かに良好な予 備磁化が行われる。しかし磁石により形成される比較的大きなエアギャップによ り、許容できないほど大きな漂遊磁界が形成される。

【００１９】 さらに永久磁石が、コア路のうちコイルにより囲まれた個所以外の場所に挿入 されなければ、やはり永久磁石は巻線を流れる大きな電流により危険にさらされ る。

【００２０】 したがって請求項１に記載の寸法により、上記の３つの要求を著しく良好に満 たす格別に優れた妥協が提供される。つまり永久磁石およびエアギャップの位置 および寸法に関する多数の可能性のうちから、上記の要求を満たし得る特有の寸 法が、即ち“ギャップ”が選び出されたのである。

【００２１】 本考案の他の利点および構成要件は、以下で図面に基づいて好適な実施例につ いて説明される。

【００２２】

【実施例】

図１は、２２０Ｖの交流電圧が印加されている２つの回路端子１、小型ヒュー ズ２、ブリッジ形整流器３および充電コンデンサ４を示す。これらの素子は、殆 ど整流され平滑された作動電圧を充電コンデンサ４の端子ａ，ｃに供給するため に、公知のように共働する。スイッチングトランジスタ７が導通状態に制御され ている場合には、電流ｉが端子ａから電源トランス８の１次巻線６を介しておよ びスイッチングトランジスタ７のコレクタ−エミッタ区間を介して充電コンデン サ４の端子ｃに流れる。電源トランス８の２次巻線９，１０，１１は、詳細には 示されてない負荷用の適切な作動電圧を、例えばテレビジョン受像機等の水平偏 向回路用の給電電圧を供給する。電源トランス８は基本的にライン終段またはス イッチング電源にも設けることができる。

【００２３】 スイッチングトランジスタ７はそのベースに印加されるスイッチング電圧１５ により周期的に導通電−ないしは遮断状態に制御される。１次巻線６を流れる電 流ｉはそれぞれのこぎり波状に上昇し、次に、周期的に行われるスイッチングト ランジスタ７の遮断により実質的に再びゼロに低下する。

【００２４】 電源トランス８は、図１に略図的に破線により示された、フェライト材料から 製造されたトランスコア１７を有する。トランスコア１７は更に下記で詳細に説 明される永久磁石を有する。この永久磁石は、トランスコア１７のコア路に挿入 された永久磁石１６により、図１に略図的に示されている。

【００２５】 図２は、縮尺どうりではない部分断面図で、本考案による電源トランス８の部 分断面図を示す。トランスコア１７は、２つの外脚１８，１９および中央脚２０ を有するＥＥ字形であり、これらの脚のそれぞれが殆ど同じ大きさの部分からな る。両外脚１８，１９は例えば四角形の断面を、中央脚２０は例えば円形の断面 を有する。その際中央脚の断面の面積は、外脚の断面積の例えば２倍の大きさで ある。図１に示された巻線６，９，１０，１１を有するコイル巻枠２１は、中央 脚２０の周囲に配置されており、図２に断面で示されている。

【００２６】 トランスコア１７のＥ字形の両半部の、それぞれ対向するように配属させた部 分脚は直接には接触しない。両外脚１８，１９は、両方とも同じ極性で方向づけ られたそれぞれ１つの永久磁石１６ａ，１６ｂを介して、相互に結合されている 。例えば相互に分離できないように接着されている。永久磁石１６ａ，１６ｂは それぞれ例えば０．３３ｍｍの高さを有し、外脚はこの永久磁石の箇所で、同じ く例えば０．３３ｍｍのギャップ幅を有し、このギャップ幅は必要な場合にはそ れぞれ例えば０．０１ｍｍの層厚の１層または２層の接着剤層の分だけ長くされ る。

【００２７】 中央脚２０の両部分はエアギャップ２５により分離されており、このエアギャッ プはコイル巻枠２１の殆ど中心に延在している。両外脚１８，１９に挿入された 永久磁石１６ａ，１６ｂに基づいて、トランスコア１７は例えば外脚１８，１９ の領域において磁束φにより予備磁化されている。したがってエアギャップ２５ に隣接し、相互に向かい合う中央脚２０の両半片の端面で、磁気北極ないし−南 極即ちＮないしはＳが向かい合っている。

【００２８】 永久磁石１６ａ，１６ｂによるトランスコア１７の適切な予備磁化により、ヒ ステリシスループの、従来は利用されない枝の著しく多くの部分が、少なくとも 外脚１８，１９の領域において利用することができる。中央脚２０に設けられた エアギャップ２５のギャップ間隔が−本実施例がそうであるように−数ｍｍのオ ーダであれば、中央脚２０はヒステリシスループに関連づけて外脚１８，１９に 対して著しい“制御力”を有する。したがって永久磁石１６ａ，１６ｂによる実 質的に外脚１８，１９に対する、予備磁化およびその飽和限界を測定すれば、充 分である。

【００２９】 トランスコア１７の全体の実効ギャップは、中央脚２０の領域に存在するエア ギャップ２５により、および比透磁率μｒが例えば１であることによりこの点に 関しては外脚１８，１９の領域のエアギャップとして作用する永久磁石１６ａ， １６ｂにより、形成される。つまり全体の実効ギャップの最大成分は、中央脚２ ０の領域でトランスコア１７の磁気路に設けられたエアギャップ２５に配分され る。それゆえ、エアギャップ２５が存在することにより形成される漂遊磁界の大 部分は、巻枠２１が配置される領域中を走行し、したがって漂遊磁界により損な われる恐れのある他の部材用にはいずれにしろこの漂遊磁界の大部分が加わらな い。この漂遊磁界は電源トランス８により伝送される電力に依存して変化し、こ の電力は、接続される負荷例えばテレビジョン受像機のビーム電流形成−および ハイファイ−出力段に応じて、著しい変動を受けることがある。

【００３０】 永久磁石１６ａ，１６ｂを外脚１８，１９に配置することにより所望の予備磁 化が達成されるが、エアギャップ２５に代えて中央脚２０に唯一の永久磁石を設 けることにより、所望の予備磁化は原理上はもっとも簡単に達成されよう。しか しその場合には、回路に欠陥が生じると巻線の１つに過電流が流れるため、この 永久磁石の磁気特性は損なわれるおそれがある。それゆえこのような損傷を回避 するため、中央脚２０に永久磁石を設ける代りに両外脚１８，１９にそれぞれ１ つの磁石１６ａ１６ｂを設ける場合には、そのためこれらの両外脚に永久磁石に より形成される、エアギャップのように作用するトランスコア破断部は、そのギ ャップ幅ができる限り小さく選定されなければならない。何故ならばその近傍に 、電源トランス８の作動時に例えばスイッチング電圧１５のクロックで交番的に 変化する漂遊磁界が現われるからである。

【００３１】 永久磁石１６ａ，１６ｂの幅が例えば０．３３ｍｍ、エアギャップ２５のギャ ップ長さが例えば１．３３ｍｍの場合に、前記の漂遊磁界はなお、例えば５ｃｍ の間隔で配置された部品、例えばテレビジョン受像機のカラー画像管に障害作用 を及ぼさないことが、経験的試験に基づいて示された。永久磁石を有しないトラ ンスコアに比較して、前記の永久磁石１６ａ，１６ｂの配置により、トランスの その他の構成は同じでも、定格出力を例えば２００Ｗから３００Ｗに引き上げる ことができる。

【００３２】 試験済みの実施例では前記の構成部の値は下記のとおりであった。

【００３３】 充電コンデンサ４： １５０〜２２０μＦ １次巻線６： １〜２ｍＨ 作動電圧（ａ，ｃ）： ３２０Ｖ １次ピーク電流ｉ： 約５Ａ スイッチング周波数（１５）：約１６，０００Ｈｚ 定格電力：約３００Ｗ 永久磁石１６ａ，１６ｂ：高さ：約０．３３ｍｍ 断面：約７ｍｍ×１８ｍｍ 製品：Ｖａｌｖｏ ＦＸＤ ６５１ 外脚１８，１９： 断面：約７ｍｍ×１８ｍｍ 中央脚２０： 直径：約１８ｍｍ コア外形寸法： 約５３ｍｍ×３６ｍｍ×１８ｍｍ

【００３４】

【考案の効果】

冒頭に記載の形式の電力変換器においてその近辺に配置される電子回路素子に 対する不利な作用を回避することができる構成が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】電源トランスの基本回路図である。

【図２】本考案により構成された電源トランスの構造を
示す断面図である。

【符号の説明】

２ ヒューズ、 ３ ブリッジ整流器、 ４ 充電コン
デンサ、 ６ １次巻線、 ８ トランス、 ９，１
０，１１ ２次側巻線、 １５ スイッチング電圧、
１６ 永久磁石、 １７ トランスコア、 １８，１９
外脚、 ２０中央脚、 ２１ コイル巻枠、 ２５
エアギャップ

フロントページの続き (72)考案者 ドラホスラフ ツダレク ドイツ連邦共和国 ハノーバー 91 アイ ンベックハウザー シュトラーセ ３ (72)考案者 ヴィルフリート フォン デル オーエ ドイツ連邦共和国 シュプリンゲ ５ ホ ルテンザー ヴェーク 35

Claims (12)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的に閉成された複数脚コアを有し、
   巻線に囲まれた個所の外側のコア路に１つまたは複数の
   永久磁石が挿入されている、阻止形−または通電形変換
   器方式による電力変換器において、 ａ）コイルに囲まれていないコア部分に設けられた永久
   磁石（１６ａ，１６ｂ）が約０．３３ｍｍの高さを有す
   るようにし、近接領域の外側において前記永久磁石（１
   ６ａ，１６ｂ）によりコアに形成されたギャップから発
   する漂遊磁界およびエアギャップから発する漂遊磁界が
   全体的に、この種の永久磁石を有しないかつ寸法および
   電力に関して同等な電力変換器から発する漂遊磁界のオ
   ーダを実質的に上回らないようにし、 ｂ）コイル（２１）により囲まれているコア（８）の中
   央脚（２０）には永久磁石を設けず、当該中央脚（２
   ０）に約１．３ｍｍの幅を有するエアギャップ（２５）
   を設けるようにした電力変換器。
2. 【請求項２】 コア（１７）が永久磁石（１６ａ，１６
   ｂ）の設けられた個所で、この永久磁石の高さに実質的
   に相応する僅かなギャップ間隔を有するようにした、請
   求項１記載の電力変換器。
3. 【請求項３】 前記コア（１７）の、巻線を有する脚に
   エアギャップ（２５）を設けるようにした、請求項１ま
   たは２記載の電力変換器。
4. 【請求項４】 永久磁石によりコアに形成されるギャッ
   プから出る漂遊磁界が、エアギャップから出る漂遊磁界
   よりも小さいかまたは殆ど大きくないように、永久磁石
   の寸法が選定されている、請求項１記載の電力変換器。
5. 【請求項５】 電力変換器のすべての巻線（６，９，１
   ０，１１）がコア（１７）の同一の中央脚（２０）に設
   けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載
   の電力変換器。
6. 【請求項６】 コア（１７）が実質的にＥＥ字形に構成
   されており、コイル（６，９，１０，１１）がコア（１
   ７）の中央脚（２０）に設けられている、請求項１から
   ５までのいずれか１項記載の電力変換器。
7. 【請求項７】 コア（１７）の、２つまたは３つ以上の
   外脚（１８，１９）がそれぞれ永久磁石（１６ａ，１６
   ｂ）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載
   の電力変換器。
8. 【請求項８】 コアが実質的にＵＵ字形に構成されてい
   る、請求項１から５までのいずれか１項記載の電力変換
   器。
9. 【請求項９】 永久磁石（１６ａ，１６ｂ）が、さらに
   必要な場合にはエアギャップ（２５）が、コア(１７)の
   １つまたは複数の鏡対称面に関して殆ど対称に配置され
   ている、請求項１から８までのいずれか１項記載の電力
   変換器。
10. 【請求項１０】 永久磁石（１６ａ，１６ｂ）のそれぞ
    れの外面とコア（１７）の当該の外脚（１８，１９）と
    が相互に実質的に心合わせされている、請求項１から９
    までのいずれか１項記載の電力変換器。
11. 【請求項１１】 ギャップの間隔が実質的になくなるま
    で永久磁石の全面がコアにより閉成されている、請求項
    １から１０までのいずれか１項記載の電力変換器。
12. 【請求項１２】 永久磁石が取外しできないようにコア
    に結合されている、例えばコアに接着されている、請求
    項１から１１までのいずれか１項記載の電力変換器。