JPS63191406A - 磁気増幅器 - 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】 ［発明の＠ｉす］ （産業上の利用分野） この発明は、特に小入力電流を検出および増幅する磁気
増幅器に関し、高周波化されても可飽和磁心の損失およ
び温度上昇を抑制できるようにしたものである。

（従来の技術） 微小入力用として使用されている従来の磁気増幅器とし
ては、例えば第８図に示すようなブツシュ・プル形のバ
イアス整流蓋形磁気増幅器がある（特許第９６８８０３
号、引用文献、茂木晃、昭和３３．１０．１、［磁気増
幅器Ｊｐｐ１５８〜１５９、日刊工業新聞社発行）。

第８図中、１は可飽和磁心、２は直流電流が流入される
入力巻線、３はこの直流電流で制御される交流電流が流
れる負荷巻線、４は交流電源、５は負荷抵抗、６ａ１６
ｂは出力端子、７．８．９．１０はそれぞれ整流器、１
１はコンデンサ、１２は抵抗であり、交流電源４は比較
的周波数の低いものが用いられている。また、１３は交
流バイアス巻線、１４は交流バイアス電源、１５は交流
バイアス回路抵抗であり、これらの交流バイアス巻線１
３〜交流バイアス回路抵抗１５により、可飽和磁心１の
ヒステリシスによる増幅率等に対する影響を補償するだ
めの交流バイアス回路が機成されＣいる。

そして、入力巻線２に直流電流が流れると、整流器７〜
１０の整流作用にＪ：リコンデンサ１１の両端に生じる
電圧ｖｂと交流電源４の電圧Ｅ１ｎとの相電圧Ｆｌｎ＋
Ｖｂおよび差電圧Ｅｉｎ−Ｖｂが、負荷巻線３に印加さ
れる時間が交流型１４の正、角の各半サイクルで異なる
ため可飽和磁心１の飽和時間幅に差が生じる。そこで、
負荷抵抗５に生じる電圧が平均されることにより出力端
子６ａ、６ｂから人力巻線２に流れる電流に比例した出
力電圧が１ｑられる。

このよう４１動作時において、入力巻線２に流入される
直流電流が微小入力のときには、可飽和磁心１のヒステ
リシスの影響により増幅率が極度に減少するか、または
不感領域の発生傾向が生じる。

しかし、交流バイアス電源１４から交流電源４に同期し
て正・負の励磁電流が可飽和磁心１に供給されることに
より、等価的にヒステリシスの影響が除去される。

第９図は、交流電源４から供給される電源周波数ｆをパ
ラメータとしたときの可飽和磁心１のφ−Ｈ角形特性の
一例を示している。同図においてφは磁束密度、）」は
磁化の強さ、■は励磁電流、ＨＣＩ〜ＨＣ３は周波数ｆ
１〜ｆ３における保磁力であり、周波数は、ｆｌ、ｆ２
、ｆ３の順に高くなっている。このように可飽和磁心の
保磁力は、一般に周波数の増加に伴なって増大する。ま
た保磁ノｊと励磁電流との間には、比例関係がある。

（発明が解決しようとする問題点） 従来は、交流型に！４の周波数が比較的低く、必要どす
る励磁電流も少なかったため、第８図に示すような交流
バイアス回路描成、および第９図に示ずにうなφ−１−
１特性を有する可飽和磁心を用いても、動作上特に問題
は生じなかった。しかし、装置の小形化、高周波化を図
るため、交流型ｍ４の周波数が高周波化されると、保磁
力が増大する。

このため可飽和磁心のヒステリシスを等価的に取り除く
のに必要な励磁電流、すなわち交流バイアス電流が増加
するとともに可飽和磁心の損失が急増し、温度上昇を招
くという問題点があった。

そして、交流バイアス電流を増加させるためには、交流
バイアス回路抵抗１５の値を小さくするか、または、交
流バイアス電源１４の電圧を高めるかのいずれかが必要
であり、この処置のため交流バイアス回路抵抗１５の値
が小さ過ぎるようになると、可飽和磁心の飽和時に交流
バイアス回路が低インピーダンスとなるため、可飽和磁
心の励磁電流と等しい交流バイアス電流を正・負にわた
って供給できなくなり、入力巻線２に流れる直流電流に
比例した出力が１ｑられなくなる。したがって、交流バ
イアス電流を増す１ｃめには交流バイアス電８１４の電
圧を高める必要があり、高圧電源が必要になるとともに
抵抗１５による損失が増大するという不具合がもたらさ
れる。

この発明（ま上記事情に基づいてなされたもので、交流
電源の周波数が高周波化されても、可飽和磁心の損失お
よび温度１賃を抑制するとともに交流バイアス電源の高
電圧化および交流バイアス抵抗にお【プる損失を抑制す
ることのできる磁気増幅器を提供することを目的とり゛
る。

し発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明は上記問題〆１を解決するために、可飽和磁心
に、直流電流が流入される入力巻線、該直流電流で制御
される交流電流が流れる負荷巻線および前記交流電流で
生じる磁束と逆向ぎの所要密度量の磁束を生じさせるた
めの交流バイアス巻線が巻回された磁気増幅器においで
、前記可飽和磁心に外部から一定方向の磁界を印加し該
磁界の強さに応じて当該可飽和磁心の飽和磁束を減少さ
けるための磁界印加手段を配設したことを要旨とりる。

（作用） 磁界印加手段から印加された一定方向の外部磁界により
、可飽和磁心には、その外部磁界の強さに応した密度値
の磁束が生じる。可飽和磁心はこの外部磁界にＪ、る磁
束量だＣ−＋少ない磁束量で部分的に飽和磁束に達する
。したがって可飽和磁心（ま、この外部磁界による磁束
量だ【ｊ等価的に飽和磁束が減少されで、交流電源の周
波数が高周波化されても、その損失および温度１狩が抑
制される。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明づる。

第１図ないし第４図は、この発明の第１実施例を示す図
である。なお、第１図において前記第８図にお〔）る回
路素子等と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を
以って示し、重複した説明を省略づる。

まず、磁気増幅器の構成を説明り−ると、可飽和磁心２
０は、９１２図に示Ｊように１へロイダルコア（トロイ
ダル形磁心）が用いられ、′＋Ａ質とし−（は角形１ｈ
性のよいアモルファス、スーパーマロイ、またはバー７
０イ等が用いられている。

そして、トロイダルコアからなる可飽和磁心２０の外周
部に対向するように磁界印加手段としての磁石体２１が
配設されている。磁石体２１は、可飽和磁心２０に外部
から一定方向の磁界を印加し、その磁界の強さに応じて
当該可飽和磁心の正・負の飽和磁束を減少させるための
もので、ゴム磁石のような永久磁石または電磁石の何れ
のものも用いることがで゛きる。また、ｌＥｉ体２１は
、可飽和磁心２０からの磁束が、当該磁石体２１に流入
するのを防ぐため、可飽和磁心２０との間にギャップを
設（プるか、または可飽和磁心と比べて透磁率の低いも
のが用いられている。

次に作用を説明づ゛る。

トロイダルコアからなる可飽和磁心２０内には、第２図
に示すように、各巻線にＪ、って、それぞれ次のような
磁束が生じている。即ち、入力巻線２によって右回りの
磁束φｄＣ，負荷巻線３にＪ：って右、左回りの磁束φ
ａ　ＣＪ５　ｃＪ：び交流バイアス巻線１３によって右
、）ｉＴ回りの磁束φｂがそれぞれ生じている。入力巻
線２ににる磁束φｄｃの向きは常に同一方向であり、Ω
両巻線３による磁束φａＣの向きと交流バイアス巻線１
３による磁束ψｂの向きとは、電源４．１４により半周
期ごとに反転し、その向ぎは互いに逆ｙノ向である。

ぞしてさらに、このような可飽和磁心２０に対し、磁６
体２１から外部磁界が加えられている。

磁石体２１からの磁束は、可飽和磁心２０に入ると、こ
の可飽和磁心２０の透磁率が空気のぞれに比べて高いた
め可飽和磁心２０の内部を左、右両半分に略均等に分れ
で進み、その左、右両半分においで、向きは常に一定方
向である。

したがって、交流電源４の正Ｉう向の同一時刻にＪ６け
る可飽和磁心２０内の右半分および左半分の磁束φは、
ぞれぞれ次式で示される。

右半分では、 φ−φａＧ−を十ψｄｃ−φｌ′）１−φＧ−（１）左
半分では、 φ−φａ　Ｃ−１＋φｄ　ｃ−φｂ　−φＣ・（２）こ
こで、ｔは印加時間である。

上記、（１）、（２）両式にｄ３い−で、φａＧのみが
印加時間主により変化し、入力巻線２、交流バイアス巻
線１３による磁束φｄｃ１φｂは等価的に定電流源で駆
動されるため常に一定であり、磁石体２１による磁束φ
Ｃも常に一定である。（１）式におい−Ｃ時間ｔが増加
し、φがコアの飽和磁束φＳになると可飽和磁心２０の
右半分がまず飽和する。右半分が飽和すると可飽和磁心
２０の磁束φは、右半分の透磁率が急激に低下寸−るた
め、それ以上増加できず、左半分の磁束もφＳ以上には
増加できず一定となる。この時の可飽和磁心２０の磁束
φには磁石体２１の磁束φＣが重畳されているため交流
のφ−）」特性をみると等価的に飽和磁束がφＣだ【プ
減少したことになる。これと同様に負方向の周期におい
ては可飽和磁心２０の左半分がまず飽和し、交流のφ−
１１特性をみると等価的に飽和磁束が−φＣだけ減少し
たことになる。

第３図には、可飽和磁心２０の前記１３周波数にお番プ
るφ−Ｈ特性を示す。磁石体２′１による磁束の強ざは
φＣ２がφで、に比べ−Ｃ大ぎい。飽和磁束密度は磁心
材質で決まる±φＳから±φＳ１、±φＳ２と磁束の強
さに従い、正・負対称に減少する。磁心損失は、φ−Ｈ
特性で囲まれた面積に比例するため、磁石体２１の何段
により磁心損失を低減することができる。なお、入力巻
線２に流れる電流に比例した出力が得られる特性は、飽
和磁束が正・負対称に低減されるので、損われることは
ない。

第４図には、交流電源４の電圧の大きさを変えたときの
動作周波数１００　Ｋ　ｌ−Ｉ　Ｚ　、および２５０Ｋ
　ｌ−１７の可飽和磁心２０の温度上昇結果を示したし
のである。可飽和磁心２０の材質はアモルファス、また
磁石体２１にはゴム磁石を用いたものである。交流電源
４の動作周波数１００ＫＨｚ、および２５０　Ｋ　Ｈｚ
において、従来例に比べて２０℃以上も温度上昇を下げ
ることができた。さらに飽和磁束を０．７テスラから０
．３５テスラの１／２に減少することができたため磁心
損失が１／２に低減された。またこれとともに、可飽和
磁心２０を駆動するのに必要な交流バイアス電力も低減
できｌ〔。さらに、バイアス電源１４の電圧も、磁心損
失が低減ひきることから、従来Ｊ、りも低くすることが
できるとともに交流バイアス抵抗１５の損失も減少でき
た。

第５図には、この発明の第２実施例を要部のみを以って
示す。この実施例は、可飽和磁心２０にはトロイダル形
磁心が用いられ、磁界印加手段としては、１対の磁石体
２１．２２が用いられでいる。そして、この１対の磁石
体２１．２２を可飽和磁心２０を間に挟んＣ・その上下
に対向し゛Ｃ配設したものである。

この１対の磁石体２１．２２からの外部磁界により、ト
ロイダル磁心からなる可飽和磁心２０の左右両半分に略
均等に磁束が生じる。可飽和磁心２０の中に磁石体２１
．２２による磁界をより強く引き入れるためには、両磁
石体２１．２２の磁束の向きは、反発する方向が望まし
いが、吸引する方向でも両磁石体２１．２２の磁界の強
さが異なれば、可飽和磁心２０の左右両半分に略均等に
磁束を生じさＵることができる。

第６図には、この発明の第３実施例を要部のみを以って
示す。この実施例は、磁界印加手段として上記と同様に
１対の磁石体２１．２２を用い、この１対の磁石体２１
．２２により可飽和磁心２０をその左右両側からサンド
インチ状に挟み込んだものである。

１対の磁石体２１．２２からの磁束は、可飽和磁心２０
に入ると、前記第２図の場合と同様、に可飽和磁心２０
の磁路方向に向くため、この１対の磁石体２１．２２か
らの外部磁界により、可飽和磁心２０の左右両半分に略
均等に磁束が生じる。

１対の磁石体２１．２２の磁束の向きは、反発する方向
か望ましいが、吸引する方向でも両磁石体２１．２２の
磁界の強さが異なれば、反発覆る方向の場合とほぼ同様
の作用、効果が得られる。

なお、この実施例にお（プる可飽和磁心２０の形状は第
６図に示したトロイダルコア以外のＦに１ア、ＰＱココ
アＵコア、ＦＲココアいかなるコア形状のものでもよい
。また、磁石体２１．２２は可飽和磁心２０の全体を挟
み込まなくても可飽和磁心２０の一部を挟み込むように
しただけでも同様の作用、効果が得られる。

第７図には、この発明の第４実施例を要部のみを以っ−
Ｃ承り。この実施例は、可飽和磁心としてｈ形状の環状
磁心＜Ｕ］？）２０１が用いられ、磁界印加手段として
は第１、第２、第３の３個の磁石体２３．２４．２５が
用いられている。

そして３３個の磁６体のうち、第２の磁石体２４が環状
磁心２０１の内側に配設され、第１、第３の両磁石体２
３．２５は環状磁心２０１の外側に配設され、「１つ３
個の魁６体２３．２４．２５は一直線上に配設されてい
る。

この３個の磁石体２３．２４．２５の外部磁界にＪ、す
、環状磁心２０１の左、右両半分にほぼ均等に磁束が／
１じる。３個の磁石体２３．２４．２５の磁束の向きは
、反発する１ｊ向が望Ｊ、しいが、吸引Ｍる方向でも磁
６体２３．２／１．２５の磁界の強さが異なる場合は、
反発覆る方向の場合とほぼ同様の作用、効果が１↓ｌら
れる。

イレ１３、この実施例の可飽和磁心の形状は、円環状の
環状磁心、即ら、前述の各実施例にお（プるようなトロ
イダル形磁心であってもよい。

また、上述の各実施例では、可飽和磁心の月質どしＣは
、角形特性のよいスーパマロイ等を用いＩこが、角形特
性の悪いアモルファス、またｔよ）］ライ１〜等を用い
ても効果の点で僅かに劣る点を除【ノば、使用Ｊること
がぐぎる。

１発明の効果コ 以上説明したように、この発明によれば、可飽和磁心は
、磁界印加手段から印加される磁束分だ（Ｊ少ない１社
束間で部分的に飽和磁束に達づるので、可飽和磁心は、
この磁界印加手段による磁束分だ（−〕等価的に飽和磁
束が減少され、交流゛電源の周波数が高周波化されても
、イの損失Ｊ５よび温度」−讐が抑制される。またこれ
どともに交流バイアス抵抗の＋ｆｌ失低減および交流バ
イアス電源の電圧が高くなるのを防止することが（パき
るどいつ利点がある。

【図面の簡単な説明】

９〕１図ないし第４図はこの発明に係る磁気増幅器の第
１実施例を示すもので、第１図は全体格成−１つ　− を示寸構成図、第２図は可飽和磁心の部分を示Ｊ構成図
、第３図は可飽和磁心のφ−■特性を示す特性図、第４
図は可飽和磁心の温度上昇特性を示Ｊ特性図で比較のた
め従来例の特性も併せ示す図、第５図はこの発明の第２
実施例を示づ要部構成図、第６図はこの発明の第３実施
例を示す要部構成図、第７図はこの発明の第４実施例を
示す要部構成図、第８図は従来の磁気増幅器の構成図、
第９図は同上従来例にお（プる可飽和磁心のφ−１−１
特竹を示す特性図て・ある。 ２：人力巻線、 ３：負荷巻線、 ４：交流電源、 ６ａ、６ｂ＋出力端子、 １３：交流バイアス巻線、 １４：交流バイアス電源、 ２０．２０１　：　’ｉｉＪ飽和磁心、２１．２２．２
３．２４．２５：磁界印加手段どしく−の磁石体。 代理人　　弁理士　　三　好　保　男 第１図 第５図 第６図 特開ｏ８６３−１９１４０６　（７） 第８　図 φ Φ５ ｆ＋　　　ｆ２ｆ３ ｆｌ（ｆ２＜ｆ３ １　　　　目で、 プ則＃・−・

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）可飽和磁心に、直流電流が流入される入力巻線、
   該直流電流で制御される交流電流が流れる負荷巻線およ
   び前記交流電流で生じる磁束と逆向きの所要密度量の磁
   束を生じさせるための交流バイアス巻線が巻回された磁
   気増幅器において、前記可飽和磁心に外部から一定方向
   の磁界を印加し該磁界の強さに応じて当該可飽和磁心の
   飽和磁束を減少させるための磁界印加手段を配設したこ
   とを特徴とする磁気増幅器。
2. （２）前記可飽和磁心はトロイダル形磁心で、前記磁界
   印加手段は磁石体であり、該磁石体が前記トロイダル形
   磁心の外周部に対向して配設され、当該磁石体からの外
   部磁界により前記トロイダル形磁心の左右両半分に略均
   等に磁束が生じていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の磁気増幅器。
3. （３）前記可飽和磁心はトロイダル形磁心で、前記磁界
   印加手段は１対の磁石体であり、該１対の磁石体が前記
   トロイダル形磁心を間に挟んで対向して配設され、当該
   １対の磁石体の外部磁界により前記トロイダル形磁心の
   左右両半分に略均等に磁束が生じていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の磁気増幅器。
4. （４）前記可飽和磁心は円環状または方形環状の何れか
   の環状磁心で、前記磁界印加手段は第１、第２、第３の
   ３個の磁石体であり、該３個の磁石体のうち、第２の磁
   石体は前記環状磁心の内側に配設され、第１、第３の磁
   石体は前記環状磁心を間にして外側に配設され、且つ当
   該３個の磁石体は一直線上に配設されて該３個の磁石体
   の外部磁界により前記環状磁心の左右両半分に略均等に
   磁束が生じていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の磁気増幅器。