JPH04337611A - 磁気特性の優れた鉄系合金トロイダルコア - Google Patents
磁気特性の優れた鉄系合金トロイダルコアInfo
- Publication number
- JPH04337611A JPH04337611A JP3109269A JP10926991A JPH04337611A JP H04337611 A JPH04337611 A JP H04337611A JP 3109269 A JP3109269 A JP 3109269A JP 10926991 A JP10926991 A JP 10926991A JP H04337611 A JPH04337611 A JP H04337611A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- toroidal core
- core
- iron group
- iron
- diameter ratio
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源等に
利用されているコモンモードチョークなどのノイズフィ
ルターに使用するインピーダンス特性の優れた鉄系合金
トロイダルコアの形状に関する。
利用されているコモンモードチョークなどのノイズフィ
ルターに使用するインピーダンス特性の優れた鉄系合金
トロイダルコアの形状に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在スイッチング電源関係のＥＭＣ部品
として各種コモンモードチョークが幅広く使用されてい
る。従来このコモンモードチョーク用材料としては価格
面、或いは高周波域までの安定したインピーダンス特性
の為、フェライトが用いられてきた。しかし、昨今のＥ
ＭＣ規制の低周波化に伴い、低周波域におけるインピー
ダンス特性の向上が問われるようになってきた。
として各種コモンモードチョークが幅広く使用されてい
る。従来このコモンモードチョーク用材料としては価格
面、或いは高周波域までの安定したインピーダンス特性
の為、フェライトが用いられてきた。しかし、昨今のＥ
ＭＣ規制の低周波化に伴い、低周波域におけるインピー
ダンス特性の向上が問われるようになってきた。
【０００３】従来のフェライトトロイダルコアは、図１
のｒ１ ／ｒ２ で定義される内外径比が０．５〜０．
６の範囲で使用されている。これはコアに巻く銅巻線が
、一様にコア内周に沿って分布する場合、つまり約一重
に巻線を巻く場合における最適内外径比、つまりノイズ
を取る為に必要なインピーダンスが最大となる様に設計
されている。このようなコア内外径比は、フェライト材
のような、酸化物焼成体で飽和磁束密度が低いものには
適切であったが、近年新たに開発されつつある飽和磁束
密度の高い鉄系合金磁性材料については検討がされてな
かった。
のｒ１ ／ｒ２ で定義される内外径比が０．５〜０．
６の範囲で使用されている。これはコアに巻く銅巻線が
、一様にコア内周に沿って分布する場合、つまり約一重
に巻線を巻く場合における最適内外径比、つまりノイズ
を取る為に必要なインピーダンスが最大となる様に設計
されている。このようなコア内外径比は、フェライト材
のような、酸化物焼成体で飽和磁束密度が低いものには
適切であったが、近年新たに開発されつつある飽和磁束
密度の高い鉄系合金磁性材料については検討がされてな
かった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の解決すべき課
題は、鉄系合金磁性材料の特性を生かしていかにインパ
ルス減衰特性を満足しつつ、ノイズ減衰特性を、特に低
周波域において向上させる、トロイダルコアを提供する
かという事である。
題は、鉄系合金磁性材料の特性を生かしていかにインパ
ルス減衰特性を満足しつつ、ノイズ減衰特性を、特に低
周波域において向上させる、トロイダルコアを提供する
かという事である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために内外径比が０．７８±０．１である鉄系合
金トロイダルコアを提供するものである。すなわち本発
明者らは、前述の問題を解決すべく種々の形状比のトロ
イダルコアを鉄系合金で試作して評価検討を行ったとこ
ろ、インピーダンス特性を最適にする為には、従来のフ
ェライトコアの内外比０．５〜０．６とは全く異なる比
が最適であるという知見を得た。以下に本発明を具体的
に説明する。
決するために内外径比が０．７８±０．１である鉄系合
金トロイダルコアを提供するものである。すなわち本発
明者らは、前述の問題を解決すべく種々の形状比のトロ
イダルコアを鉄系合金で試作して評価検討を行ったとこ
ろ、インピーダンス特性を最適にする為には、従来のフ
ェライトコアの内外比０．５〜０．６とは全く異なる比
が最適であるという知見を得た。以下に本発明を具体的
に説明する。
【０００６】
【作用】鉄系合金トロイダルコアとは、Ｆｅ の含有量
が全体の５０％（原子％）以上のもの、例えば、Ｆｅ８
５〜９４ Ｓｉ６〜１５原子％結晶合金、Ｆｅ７３．５
Ｓｉ１３．５Ｂ９Ｃｕ１Ｎｂ３原子％結晶合金、Ｆｅ７
２Ｃｏ１０Ｍｏ２Ｂ１２Ｓｉ４ 非晶質合金、Ｆｅ８０
．５Ｓｉ６．５Ｂ１２Ｃ１非晶質合金、Ｆｅ７９Ｓｉ８
Ｂ１３非晶質合金、Ｆｅ７９Ｓｉ８Ｂ１３非晶質合金、
Ｆｅ７８Ｃｒ６Ｂ１２Ｃ４非晶質合金、Ｆｅ６８Ｎｉ１
０Ｃｒ６Ｂ８Ｃ４ 非晶質合金等を総称するものであり
、さらに好ましくは、Ｆｅ の含有量が７０％以上、飽
和磁束密度が１．０Ｔ以上の合金をさす。この為鉄系合
金の飽和磁束密度はＭｎ−Ｚｎフェライトの０．５Ｔ近
傍に比べて倍以上の値であり、ノイズインパルス特性か
ら考えるならばコア容積は従来のフェライト材よりも少
なくてすむ。例えば外径一定とした場合に内径を大きく
、つまり肉厚を薄くできるし、又内径を一定とした場合
には外径を小さくできる許容度を持っている。この許容
度を生かして低周波でのインピーダンス特性を上げる事
を考える。
が全体の５０％（原子％）以上のもの、例えば、Ｆｅ８
５〜９４ Ｓｉ６〜１５原子％結晶合金、Ｆｅ７３．５
Ｓｉ１３．５Ｂ９Ｃｕ１Ｎｂ３原子％結晶合金、Ｆｅ７
２Ｃｏ１０Ｍｏ２Ｂ１２Ｓｉ４ 非晶質合金、Ｆｅ８０
．５Ｓｉ６．５Ｂ１２Ｃ１非晶質合金、Ｆｅ７９Ｓｉ８
Ｂ１３非晶質合金、Ｆｅ７９Ｓｉ８Ｂ１３非晶質合金、
Ｆｅ７８Ｃｒ６Ｂ１２Ｃ４非晶質合金、Ｆｅ６８Ｎｉ１
０Ｃｒ６Ｂ８Ｃ４ 非晶質合金等を総称するものであり
、さらに好ましくは、Ｆｅ の含有量が７０％以上、飽
和磁束密度が１．０Ｔ以上の合金をさす。この為鉄系合
金の飽和磁束密度はＭｎ−Ｚｎフェライトの０．５Ｔ近
傍に比べて倍以上の値であり、ノイズインパルス特性か
ら考えるならばコア容積は従来のフェライト材よりも少
なくてすむ。例えば外径一定とした場合に内径を大きく
、つまり肉厚を薄くできるし、又内径を一定とした場合
には外径を小さくできる許容度を持っている。この許容
度を生かして低周波でのインピーダンス特性を上げる事
を考える。
【０００７】インピーダンス特性は誘導リアクタンスと
容量リアクタンスのバランスから決まっており、図２に
示すように特定の周波数ｆｃ のところでノイズ減衰特
性のピークを持つ。もし低周波域でのインピーダンスを
上げる為インダクタンスを上げようとした場合には２乗
で効果のある巻き線数を増やすのが最も効果的である。 しかし、巻き線を増やすという事は、巻線間の浮遊容量
の影響を大きくし、前述のピークｆｃ が低周波側にず
れ込んでくるという悪影響がある。ここで問題は、ｆｃ
が実用域付近にとどまるかどうかという事である。
容量リアクタンスのバランスから決まっており、図２に
示すように特定の周波数ｆｃ のところでノイズ減衰特
性のピークを持つ。もし低周波域でのインピーダンスを
上げる為インダクタンスを上げようとした場合には２乗
で効果のある巻き線数を増やすのが最も効果的である。 しかし、巻き線を増やすという事は、巻線間の浮遊容量
の影響を大きくし、前述のピークｆｃ が低周波側にず
れ込んでくるという悪影響がある。ここで問題は、ｆｃ
が実用域付近にとどまるかどうかという事である。
【０００８】本発明者らは、様々な巻線にて実験を行っ
た結果、巻線数がかなり増加、例えば５０巻程度となっ
た場合でも、ｆｃ が１００ＫＨｚを下回る事がない事
を知見した。つまり、例えば西独のＩＳＭ規格の１つで
あるＶＤＥ−０８７１で特に要求されるような低周波域
１００ＫＨｚ〜５００ＫＨｚの特性を向上させる場合に
は、コアの巻線を増やす事が最も有効である事が判明し
た。つまり、以下の計算式
た結果、巻線数がかなり増加、例えば５０巻程度となっ
た場合でも、ｆｃ が１００ＫＨｚを下回る事がない事
を知見した。つまり、例えば西独のＩＳＭ規格の１つで
あるＶＤＥ−０８７１で特に要求されるような低周波域
１００ＫＨｚ〜５００ＫＨｚの特性を向上させる場合に
は、コアの巻線を増やす事が最も有効である事が判明し
た。つまり、以下の計算式
【０００９】
【数１】
【００１０】ここでＬ：インダクタンスμ：透磁率
ｔ：トロイダルコアの厚み
ｒ２ ：トロイダルコアの外半径
ｒ１ ：トロイダルコアの内半径
Ｎ：巻線数
においてＮをｒ１ を関数として、つまり内径のある面
積内にηだけ充填できるとすると
積内にηだけ充填できるとすると
【００１１】
【数２】
【００１２】ここでｄ：巻線径
η：充填率
となる。この式（２）を式（１）に代入して
【００１３
】
】
【数３】
【００１４】ここで最大インダクタンスを得る事のでき
る∂Ｌ／∂ｒ１ ＝０の条件はｒ１ 〜０．７８ｒ２
によって満たされるＬと（ｒ１ ／ｒ２）の関係を図３
に示す。つまり、内外径を０．７８付近にするとインダ
クタンスが最大となる。この内外径比を０．７８付近に
保ったコアを従来の内外径比が０．６付近のコアに付し
て、内直径を同一として比較する（つまり、従来法の外
直径に対して本発明法は寸法が約２３％も、小さくなる
条件で）。
る∂Ｌ／∂ｒ１ ＝０の条件はｒ１ 〜０．７８ｒ２
によって満たされるＬと（ｒ１ ／ｒ２）の関係を図３
に示す。つまり、内外径を０．７８付近にするとインダ
クタンスが最大となる。この内外径比を０．７８付近に
保ったコアを従来の内外径比が０．６付近のコアに付し
て、内直径を同一として比較する（つまり、従来法の外
直径に対して本発明法は寸法が約２３％も、小さくなる
条件で）。
【００１５】例えばη＝０．２５の場合、つまり内直径
２０ｍｍの場合で従来法と本発明法が同程度として考え
ると、本発明法は従来法に対して内直径２５ｍｍで約５
３％、内直径が３０ｍｍに達すると約 １１３％のイン
ダクタンス増分が期待できる。このように本発明によっ
て、従来フェライト材料とは異なる特性を持った鉄系合
金磁性材料のノイズ減衰特性、パルス減衰特性の観点か
ら最適であるトロイダル形状を決定することが可能とな
った。
２０ｍｍの場合で従来法と本発明法が同程度として考え
ると、本発明法は従来法に対して内直径２５ｍｍで約５
３％、内直径が３０ｍｍに達すると約 １１３％のイン
ダクタンス増分が期待できる。このように本発明によっ
て、従来フェライト材料とは異なる特性を持った鉄系合
金磁性材料のノイズ減衰特性、パルス減衰特性の観点か
ら最適であるトロイダル形状を決定することが可能とな
った。
【００１６】
【実施例】以下本発明をコモンモードチョーク用材料に
適用した実施例について説明する。コア用材料としては
鉄基非晶質合金で、飽和磁束密度１．３５Ｔ、初透磁率
５０００ （ａｔ １ｋＨｚ）のＦｅ７３．５Ｓｉ１３
．５Ｂ９Ｐｄ１Ｎｂ３原子％、非晶質合金（熱処理温度
４１０度×１時間）を使用した。実施材は内外径比が
０．７５、外直径４０ｍｍ、内直径３０ｍｍ、厚さ１０
ｍｍのコアを用い、１．４ｍｍ直径の銅線巻数を５．１
とした。それに対して従来法の比較材は内外径比が０．
５、外直径を実施材と同じ４０ｍｍ、内直径が２０ｍｍ
、厚さ１０ｍｍのコアを用い、１．４ｍｍ直径の銅線巻
数を１２とした。周波数別のノイズ減衰特性の測定結果
を図４に示す。比較材に対して実施材は、広い周波数帯
域において優れたノイズ減衰特性を示す。
適用した実施例について説明する。コア用材料としては
鉄基非晶質合金で、飽和磁束密度１．３５Ｔ、初透磁率
５０００ （ａｔ １ｋＨｚ）のＦｅ７３．５Ｓｉ１３
．５Ｂ９Ｐｄ１Ｎｂ３原子％、非晶質合金（熱処理温度
４１０度×１時間）を使用した。実施材は内外径比が
０．７５、外直径４０ｍｍ、内直径３０ｍｍ、厚さ１０
ｍｍのコアを用い、１．４ｍｍ直径の銅線巻数を５．１
とした。それに対して従来法の比較材は内外径比が０．
５、外直径を実施材と同じ４０ｍｍ、内直径が２０ｍｍ
、厚さ１０ｍｍのコアを用い、１．４ｍｍ直径の銅線巻
数を１２とした。周波数別のノイズ減衰特性の測定結果
を図４に示す。比較材に対して実施材は、広い周波数帯
域において優れたノイズ減衰特性を示す。
【００１７】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば従来
のフェライトコアの特性のみを考慮した内外径比から、
鉄系磁性材料の特性を生かした内外径比によるコアの設
計が可能となり、インピーダンス特性の向上したコアを
製造することができた。この新しい形状のコアは特にＥ
ＭＣ用チョークコイルとして効果を有する。
のフェライトコアの特性のみを考慮した内外径比から、
鉄系磁性材料の特性を生かした内外径比によるコアの設
計が可能となり、インピーダンス特性の向上したコアを
製造することができた。この新しい形状のコアは特にＥ
ＭＣ用チョークコイルとして効果を有する。
【図１】トロイダルコアの内半径ｒ１ 、外半径ｒ２
及び厚みｔを示す図である。
及び厚みｔを示す図である。
【図２】誘導リアクタンスと容量リアクタンスのバラン
スによってきまる典型的な周波数とノイズ減衰特性の関
係を示す図である。
スによってきまる典型的な周波数とノイズ減衰特性の関
係を示す図である。
【図３】内外径比とインダクタンスの関係を示す図であ
る。
る。
【図４】比較材と実施材の周波数とノイズ減衰特性の測
定例を示す図である。
定例を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 内外径比が０．７８±０．１である事
を特徴とする磁気特性の優れた鉄系合金トロイダルコア
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109269A JPH04337611A (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 磁気特性の優れた鉄系合金トロイダルコア |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3109269A JPH04337611A (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 磁気特性の優れた鉄系合金トロイダルコア |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04337611A true JPH04337611A (ja) | 1992-11-25 |
Family
ID=14505891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3109269A Withdrawn JPH04337611A (ja) | 1991-05-14 | 1991-05-14 | 磁気特性の優れた鉄系合金トロイダルコア |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04337611A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11345714A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-12-14 | Toshiba Corp | ノイズ低減素子およびそれを用いた半導体回路素子 |
| WO2005078750A1 (en) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Eco-Electrics Á Íslandi | Thermally optimized torus inductor, used in triple-root circuit configuration for plasma drivers and ballasts |
| JP2010147481A (ja) * | 1998-03-30 | 2010-07-01 | Toshiba Corp | ノイズ低減素子およびそれを用いた半導体回路素子 |
-
1991
- 1991-05-14 JP JP3109269A patent/JPH04337611A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11345714A (ja) * | 1998-03-30 | 1999-12-14 | Toshiba Corp | ノイズ低減素子およびそれを用いた半導体回路素子 |
| JP2010147481A (ja) * | 1998-03-30 | 2010-07-01 | Toshiba Corp | ノイズ低減素子およびそれを用いた半導体回路素子 |
| WO2005078750A1 (en) * | 2004-02-12 | 2005-08-25 | Eco-Electrics Á Íslandi | Thermally optimized torus inductor, used in triple-root circuit configuration for plasma drivers and ballasts |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980806 |