JPH04211103A - 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】

［発明の目的］ ［０００１］

【産業上の利用分野】本発明は磁気増幅器に関する。更
に詳しくは、高周波にける低保磁力、角形特性にすぐれ
る非晶質合金を用いた磁気増幅器に関する。 ［０００２］

【従来の技術】電子計算機の周辺機器や一般通信器用の
安定化電源としては、近年、磁気増幅器を組込んだスイ
ッチング電源が広く用いられている。 ［０００３］　この磁気増幅器を構成する主要部は可飽
和リアクタであり、その鉄心には角形磁化特性にすぐれ
た磁心材料が必要とされている。従来は、このような磁
心材料としてはＦｅ−Ｎｉ結晶質合金から成るセンデル
タ（商品名）が使用されてきた。 ［０００４］Ｌかしながら、センデルタは角形磁化特性
にはすぐれているものの、２０　ｋＨｚ以上の高周波に
おいては、保磁力が大きくなってうず電流損が増大して
発熱し、使用不能となる。そのため、磁気増幅器を組込
んだスイッチング電源のスイッチング周波数は２０ｋＨ
７以下に限られていた。 ［０００５］一方、近年においては、スイッチング電源
の小形化・計景化に対する要望と相俟って、スイッチン
グ周波数のより高周波化が求められているが、現在まで
高周波における保磁力が小さく、かつ角形性にすぐれた
磁心材料で満足のいくものは見出されていない。 ［０００６］

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上の点を考
慮してなされたもので、高周波領域で良好な駆動が可能
な磁気増幅器を提供することを目的とする。　［発明の
構成］ ［０００７］

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者らは、
上記のような問題点を解消するために鋭意研究を重ねた
結果、ＢとＳｉを所定の原子％置台み、かつ結晶化温度
（Ｔｘ）がキューり温度（Ｔｃ）よりも大きいという関
係を有するＣｏ系非晶質合金は、１００　ｋＨｚ以上の
高周波において、低保磁力でありしかも角形性にも優れ
るとの事実を見出し本発明を完成するに到った。 ［０００８１本発明は、次式： ％式％ （式中、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｎｂ
、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅの群から選ばれる
少くとも１種の元素であり、ＸＩ、　Ｘ２．　Ｘ３、Ｘ
４はそれぞれ、０くＸ１≦０．１０．　　Ｏ≦Ｘ２≦０
．１０．７０≦Ｘ３≦７９，５≦Ｘ４≦９の関係を満た
す数である。）で示される高周波における角形比が大き
く、保磁力の小さい非晶質合金を磁心に用い、５０　ｋ
Ｈｚ以上の周波数で駆動することを特徴とする磁気増幅
器である。 ［０００９］本発明に係る非晶質合金の組成において、
Ｆｅは得られる合金の高磁束密度化に寄与し、その組成
比Ｘ１は０くＸ１≦０．１０の範囲に設定される。Ｘｌ
が０．１０を越えると、全体の磁歪が大きくなり、かつ
保磁力（Ｈｃ　）も増大するので好ましくない。 （００１０１Ｍ　（Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎ１ｊｒ、
Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ。 Ｒｅの群から選ばれる少くとも１種）は、合金の熱的安
定性に関与し、その組成比Ｘ２はＯ≦Ｘ２≦０．１０の
範囲に設定される。Ｘ２が０．１０を越えると、非晶質
化が困難となる。 これら元素Ｍのうち、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｃｒはその効
果が大きく有用である。なお少量の添加でその効果を発
揮するが、Ｘ２≧０．叶であることが実用的である。 ［００１１１上記３成分（Ｃｏ、　Ｆｅ、　Ｍ）は、全
体でその組成比Ｘ３が７０≦Ｘ３≦７９の範囲に設定さ
れる。Ｘ３が７０未満の場合には、非晶質化が困難とな
り、逆に７９を越えると結晶化温度（Ｔｘ）がキューり
温度（Ｔｃ）より低くなるため全体として低保磁力が得
られなくなる。 ［００１２］つぎに、本発明の非晶質合金において、Ｂ
及びＳｉの半金属元素は非晶質化のためには不可欠であ
るが、Ｂの組成比Ｘ４が５未満の場合には非晶質合金が
得られない。しかし、Ｘ４が９を超えると、磁気特性に
おける角形比が小さくなる。したがって、Ｂの組成比Ｘ
４は５≦Ｘ４≦９の範囲に設定される。 ［００１３］一般に、非晶質合金は、所定組成比の合金
素材を溶融状態から１０５℃／秒以上の冷却速度で急冷
すること（液体急冷法）によって得られることが知られ
ている。本発明の非晶質合金も、上記した常法によって
容易に製造できる。 ［００１４１本発明の非晶質合金は、例えば常用の単ロ
ール法によって製造された板状の薄体として使用される
。この場合、厚み１０μｍ未満の薄体を製造することは
液体急冷法では実質的に困難であり、また厚みが２５μ
ｍを超えると高周波における保磁力が増大するので、通
常、薄体の厚みを１０〜２５μｍ両端を含む）の範囲に
設定するのが好ましい。 ［００１５］本発明に係る非晶質合金の磁気特性、特に
角形比は周波数が高くなるにつれ良好になるため、本発
明に係る磁気増幅器の駆動周波数は５０　ｋＨｚ以上、
更には１００ｋＨｚ以上とすることが好ましい。 ［００１６］なお磁気増幅器の回路構成は特に問わず、
スイッチングレギュレータに用いられる可飽和リアクト
ルを用いたものなど各種の構成があげられる。 ［００１７］

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて説明する。 ［００１８］実施例１ 表１に示した各種組成の非晶質合金の薄体を常用の単ロ
ール法で作製した。各薄体の幅は約５ｍｍで、厚みはい
ずれも１８〜２２μｍの範囲にあった。これら薄体から
長さ１ｍの帯を切り取り、直径２０ｍｍのボビンに巻き
つけてトロイダルコアを作製した。つぎに、これをそれ
ぞれ、結晶化温度（Ｔｘ）以下、キューり温度（Ｔｃ）
以上の適宜な温度で熱処理した後、全体を水中（２５℃
）に投入して急冷した。 （００１９］得られたコアに１次及び２次巻線を施し、
外部磁場１０ｅ下で交流磁化測定装置を用いて交流ヒス
テリシス曲線を測定し、ここから保磁力Ｈｃ及び角形比
Ｂｒ／Ｂ１（Ｂｒ：残留磁束密度、Ｂｌ　：　１０ｅの
磁場における磁束密度）を求めた。２０ｋＨｚ、　５０
ｋＨｚ、　１００ｋＨｚの高周波における各薄体のＨｅ
、　Ｂｒ／ＢｌＯ値を表１に示した。比較のため、従来
用いられているセンデルタの値も併記した。 ［００２０１

【表１］ この表から明らかな様に、本発明の非晶質合金は１００
ｋＨｚの高周波でＨｃ≦０．３３．　Ｂｒ／Ｂｌ≧９０
と優れていることがわかる。 ［００２１１これに反し、センデルタは、Ｂｒ／Ｂｌは
大きいけれどもＨｃも大きく、とりわけ５０ｋＨｚ以上
の高周波では１０ｅの外部磁場の下では測定不能となり
、高周波における磁心材料としては不適であった。 ［００２２］実施例２ 式：　　（ＣＯｏ９２Ｆｅｏ、ｏｅＮｂｏ、ｏ２）　７
７ＢＸ　Ｓ　１２３−で示され、Ｂ景を種々に変えた（
すなわち、Ｂ組成比Ｘを種々に変化させた）非晶質合金
の薄体を実施例１と同様の方法で作製し、これらについ
てＨｅ、　Ｂｒ／Ｂｌを測定した。その結果を図１に示
した。図では（○）はＨｅ、　　（・）はＢｒ／Ｂｌを
表す。 （００２３１図１から明らかな様にＸが５．６．７．８
．９のものは、いずれもその角形比Ｂｒ／Ｂｌが８５％
以上であり、Ｘが１０．１１（比較例２，３）のものは
８５％より小さかった。このことがらＢの組成比Ｘは５
≦Ｘ≦９の範囲で良好な特性を有していることが分かる
。 ［００２４］なおＸが５未満のものは非晶質とならなか
った。 ［００２５］実施例３ 表２に示した組成でＭの異なる非晶質合金の薄体を単ロ
ール法で作製した。薄体の厚みはいずれも１８〜２２μ
ｍの範囲内にあった。 ［００２６］　これら薄体から実施例１と同様にしてト
ロイダルコアを作製し、コアに１次及び２次巻線を施し
た後、外部磁場１０ｅ下で交流磁化測定装置を用いて５
０　ｋＨｚ及び１００ｋＨ７における交流ヒステリシス
曲線を測定し、保磁力Ｈｅ、角形比Ｂｒ／Ｂｌを求めた
。 ［００２７］ついで、これらを１２０℃の恒温槽に１０
００時間エージング処理した後、５０ＫＨｚで再Ｕ’Ｈ
ｃ及’Ｏ＝”Ｂｒ／Ｂｌを測定した。その結果を表２に
示した。比較のため、Ｍを含まないものの測定値も併記
した。 ［００２８］ 【表２】 この表から明らかなように、本発明の非晶質合金は高周
波において低保磁力、高角形性であるのみならず、熱的
安定性にすぐれることが判明した。とくに、ＭがＮｂ。 Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｒの場合はその効果が著しい。 ［００２９］また１００ｋＨｚでの値も同様に表３に示
した。 ［００３０１

【表３］ この表から明らかな様に１００ｋＨｚでも同様の傾向を
示すことが分かる。 ［００３１］実施例４ 組成比：　　（ＣＯｏ、５ｓＦｅｏ、ｏｓＮｂｏ、ｏ２
Ｎｉｏ、ｏ４）７５ＢＩ５Ｓｉ１ｏの本発明非晶質合金
を用い、単ロール法でロール回転数を変えることによっ
て、厚み１２μｍ、１８μｍ、２２μｍ、２５μｍ、２
７μｍの薄体を作製した。これらについて、実施例１と
同様の方法で各種の高周波における保磁力Ｈｃを測定し
た結果を図２に示した。 ［００３２］図２から明らかなように、厚み１２μｍ、
１８１℃ｍ、　２２１℃ｍ、　２５μｍのものは、５０
ｋＨｚにおいてもＨｃは０．４０ｅ以下であった。一方
、厚み２７μｍのものは、５０　ｋＨｚ以上ではそのＨ
ｅが０．４０ｅを超えて、磁気増幅器用の磁心材料とし
ては実用的でなくなることが判明した。 ［００３３］実施例５ 組成が（ＣＯｏ９ｏＦｅｏ、ｏｅＣｒｏ、ｏ４）　７７
Ｂ８　Ｓ　ｉｌｓで厚み１６μｍの非晶質合金の薄体を
作製し、実施例１と同様にしてトロイダルコアを作製し
た。これを４３０℃（Ｔｃ　３８０℃、　Ｔｘ　５００
℃）で熱処理した後、水中に投入して急冷した。 【００３４】得られたコアを、図３に示した回路の磁気
増幅器に適用し、１００ｋＨ２動作のスイッチング電源
としての性能を調べた。測定項目は、効率（出力／入力
×１００（％））、コア温度上昇（℃）及び励磁電流（
ｍＡ）であった。図３の回路において、１は入力フィル
タ、２はスイッチ、３はトランス、４は磁気増幅器、５
は整流器、６は出力フィルタ、７は制御部である。以上
の結果を表４に示した。なお、比較のため、センデルタ
を用いた場合の結果も併記した。 ［００３５］

【表４】 この表から明らかなように、本発明に係る非晶質合金を
用いた磁気増幅器では、センデルタを用いた場合に比べ
て効率が約１０％向上し、かつ励磁電流も１／９で、コ
アの温度上昇も小さいく優れたものであることが分かる
。 ［００３６］

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
係る非晶質合金を用いた磁気増幅器は１００ｋＨｚの高
周波領域でも、高効率、低励磁電流というように良好に
動作し、その工業的価値は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】　図１は組成（ＣＯｏ、　９２　Ｆ　ｅｏ、　
ｏ６Ｎ　ｂｏ、　０２）　７７Ｂｘ　Ｓ　１２３−なる
本発明に係る非晶質合金におけるＢ組成比（Ｘ）とＢｒ
／Ｂｌ　、　Ｈｅとの関係曲線図。

【図２】　図２は組成（ＣＯｏ、　ｓｓ　Ｆ　ｅｏ、　
０６　Ｎ　ｂｏ、　０２　Ｎ　ｉｏ、０４）　７５Ｂ＋
ｓｓ　ｉ＋ｏなる本発明に係る非晶質合金で厚みの異な
る薄体の試験周波数（ｆ）とＨｃとの関係曲線図。

【図３】　図３は組成（ＣＯｏ、　９０　Ｆ　ｅｏ、　
０６　Ｃｒ　Ｏ，０４）　７７Ｂ８Ｓ１１５の本発明に
係る非晶質合金を可飽和リアクタに適用した磁気増幅器
を含んでなるスイッチング電源回路図。

【符号の説明】

１・・・入力フィルタ ２・・・スイッチ ３・・・トランス ４・・・磁気増幅器 ５・・・整流器 ６・・・出力フィルタ フ・・・制御部

【図１】

【図２】 フロントページの続き

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　次式： ％式％ （式中、ＭはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、　ｚｒ、Ｎ
   ｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅの群から選ばれ
   る少くとも１種の元素であり、ＸＩ、　Ｘ２．　Ｘ３、
   Ｘ４はそれぞれ、０くＸ１≦０．１０．　　Ｏ≦Ｘ２≦
   ０．１０．７０≦Ｘ３≦７９，５≦Ｘ４≦９の関係を満
   たす数である。）で示される高周波における角形比が大
   きく、保磁力の小さい非晶質合金を磁心に用い、５０　
   ｋＨｚ以上の周波数で駆動することを特徴とする磁気増
   幅器。
2. 【請求項２】　厚みが２５μｍ以下の薄体である請求項
   １記載の磁気増幅器。
3. 【請求項３】　前記非晶質合金は１００ｋＨ２における
   角形比Ｂｒ／Ｂｌ　（Ｂｒは残留磁束密度、　Ｂｌは１
   ０ｅ磁場中の磁束密度）が９０％以上、保磁力が０．３
   ３０ｅ以下であることを特徴とする請求項１記載の磁気
   増幅器。
4. 【請求項４】　前記非晶質合金はＸ２〉０であることを
   特徴とする請求項１記載の磁気増幅器。
5. 【請求項５】　前記非晶質合金は、１２０℃、　１００
   ０時間のエージング処理を施した後の、５０　ｋＨｚに
   おける角形比Ｂｒ／Ｂｌ　　（Ｂｒは残留磁束密度、　
   Ｂｌは１０ｅ磁場中の磁束密度）が９０％以上、保磁力
   が０．２６０ｅ以下であることを特徴とする請求項１記
   載の磁気増幅器。