JPS5890703A - 磁心 - 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】 本発明は、直流電流を重畳させて使用するコイル類を一
構成するのに好適な磁心に関する。

たとえば、チ璽−クコイル、スイッチンク’１源の出力
フィルタまたはフライバックコンバータのパワートラン
ス等のように１直流電流を重畳させて使用するコイル類
においては、直流重畳特性を向上させるため、第１図に
例示するように、コアセンタ部尋の閉磁路の一部にエア
ギャップＧ、を設けたフェライト磁心を使用するのが普
通である。このようなエアギャップＧａを設けると、第
２図に示すように、ある一定幅のアンペアターン！Ｎの
変化に対してコイルのインダクタンスＬが一定となるフ
ラットな直流重畳特性が得られるからである。なお、直
流重畳特性はエアギャップＧ、が大きくなるＫつれて曲
線Ａ１→Ａ。

→＾のように移行する。

ところが、この磁心を使用し九チ曹−クコイルを用いた
スイッチングレギ為レータは負荷電流が小さいとき出力
電圧が高くなり、出力安定度が悪くなるという欠点があ
った。第５図は従来から知られている一般的な一方式フ
ォワードコンバータの回路図であって、変換トランスＴ
の１次巻線Ｎ１はスイッチ回路Ｓを介して直流電圧’Ｅ
ＩＮが供給され、２次巻線穐はその一端がダイオードＤ
鬼と前記磁心を使用したチ曹−クコイルＬを介してコン
デンサＣの一端に接類され、前記２次巻線穐の他端がダ
イオード−を介して、前記ダイオードＤ１とチー−クコ
イルＬとの接続点く接続されるとともに、前記コンデン
サＣの他端に接続され、該コンデンサＣの両端に別の直
流電圧Ｖ、を出力するように構成されている。このよう
な回路において、負荷電流！０と出力電圧Ｖ・との関係
は第４図に示す如くであり、負荷電流■・が小さいとき
、すなわち、チ曹−クコイルＬに流れる電流が不連続の
領域で出力電圧ｖｏ、が高くなる。チ璽−り電流不連続
の領域は、Ｌ：チ璽−クコイルＬのインダクタンスで示
され、従って出力安定度を改善するにはインダクタンス
Ｌを大きくとってチ璽−り電流の不連続の領域を狭くす
るか、出力端にダミーロードを付加すれば嵐いが、前者
においては、チー−クコイルの巻回数の増加による銅損
の増加や効率の低下および部品の大型化を招き、後者に
おいては、消費電力の増加や発熱量の増加を招く欠点が
あり、その改善が強く望まれていた。

また、エアギャップＧ、付の磁心を周波数変調型フライ
バックコンバータのパワートランス用として使用した場
合は、幽該磁心の直流重畳特性が第２図に示すようなフ
ラットな特性となり、負荷変動にも換らずインダクタン
スが一定となるため、軽負荷時に周波数が非常に高くな
り、間欠発振を生じたり、スイッチング素子たるトラン
ジスタの負担が激増し、損失の増大を招き、放熱対策が
厳しくなる郷の欠点があった。

本発明は上述する従来の欠点を除去し、チー−クコイル
、スイッチング電源の出力フィルタまたはパワートラン
ス等に使用した場合に、軽負荷時の出力電圧または周波
数の異常上昇を抑制し、出力安定度を向上させ、損失を
減少させることの可能な磁心を提供することを目的とす
る。

これまでに上記目的を達成するために特殊な構成を有す
る複合磁心が考案され先に提案された。（実願昭５６−
７４９１５）本発明嬬、該複合磁心を構成させる磁性材
料について鋭意研究努力を重ねぇ結果得られたもので、
実質的に非晶質よりなる磁性薄帯のうち、特定の組成を
有する磁性薄帯を便用することによに好適な特性の複合
磁心が得られるとの知見から、本発明に至ったものであ
る。

すなわち本発明は、一部にギャップを有する磁心におい
て、前記ギャップ近傍に下記式で示される組成を有する
実質的に非晶質より々る磁性薄帯を溢えたことを特徴と
する。

式（ＦｅｊＭｋＬｚ）ｘＢｙ 上式中Ｍは町あるいはＣ０の一種以上を表わし、ＬはＦ
ｅ＋　ＮｉおよびＣ０以外の他の遷移金属元素の一種以
上を表わす、ｔた、Ｘ　−１−ｙ　＝ｘ　１００　ａ　
ｔチであシ、このうちｙは１５〜３ｓａｔ％である。更
に、ｊ＋に＋ｊ、１０Ｑ嘩であり、このうちｊは５０〜
９９，８チ、ｋは（Ｌｌ　〜４９．９％、　ｔは（Ｌ１
〜２０％テアル。

ｙは１５チよシ小あるいは５５チよシ大では非晶質化が
難しく、歩留りのよい生産に適さない、ｊは５０−より
小では飽和磁化が小さく、磁気特性上問題がある。

ｋは４ｔ９チよυ大では飽和磁化が小さく、磁気特性の
みでなく、経済性の面からも問題がある。

ＬとしてはＭｔｌ、、Ｃ，、Ｍ、、　Ｗが特に好ましく
、Ｍｎは磁気特性および磁性体としての経時変化を改善
し、Ｃｒは劣悪な条件下で使用され走時の安定性を改善
し、また、ＭＯ，Ｗは磁性体としての安定性を改善し、
熱処理を容易にし、特性を改善しやすくする。

Ｌとして、これらの元素を使用する場合、ｔは１１〜２
０９Ｉが好ましい。α１−より小ではその効果を得るこ
とが難しく、を九２０−より大としてもその効果は実用
上増大せず、逆に、磁気特性、非晶質化の容易さ等の点
で問題が出てくる。

また、Ｂの−１一部をＳｌで置換することＫよシ非晶質
化が容易となり耐蝕性が増し、かつ、経時変化も改善さ
れて、より喪好な特性が得られる。

置換する量は組成を（Ｆｅｊ　ＭＩｌｃＬＪりｘ　（Ｓ
ｌｐＢｑ　）ｙと書いた時α０１ｓ≦ｐ≦７０９１が逼
轟である。Ｐ〈α０１チではその効果を得ることが―Ｌ
　＜　、ｐ　＞　７０−では逆に非晶質化が難しく逓る
。更に％ＢおよびＳｌの一部を他のメタロイドを元素例
えばＰ、Ｃで置換することによ抄、経時変化がよね一層
改善され、良好な特性が得られる。置換する量は、組成
を、（ＦｅｊＭｋ）ｘ（Ｓ１ｐＢｑＸｒ）ｙ　（但し、
Ｘ＝Ｐ、Ｃあるいは他のメタロイドを元素の少なくとも
一種以上）と書い走時、α０１≦ｒ≦１０９！、より好
ましくは、（ＬＯ１＄≦ｒ≦５９１が適当であるｅ　ｒ
（αｏ１１では、その効果を得ることが離しく、ｒ＞”
ｊあるいはｒ〉１０９Ｇでは逆に磁気特性の面で問題が
でる。

以下実施例たる添付図面を参照し、本発明の内容を具体
的に説明する。第５図囚は本発明に係る磁心の正面断面
図、第５図（３）は第５図囚のＢ、−Ｂ、線上における
断面図である。この実施例では、２つのＥ型コア３，４
を組合せて両者のセンタ部５．−４．関にエアギャップ
Ｇ、を形成すると共に、このエアギャップＧ、のまわり
に薄い磁性体５を添えた構造と表っている。磁性体５と
して、前記組成を有し、実質的に非晶質よシなる磁性薄
帯を使用する。を九、磁性体５をエアギャップＧ、のま
わりに取付ける方法としては、予め筒状に形成した磁性
体５の内径部内にセンタ部ｓａ、４ｍを両側から渡合す
る方法、または第６図に示すように１前述の磁性材料を
用いてシートもしくは薄板状に形成した磁性体５を、エ
アギャップＧ、を構成するセンタ部Ｓｍ、４＆の壕わり
に適当な層数だけ巻装する方法等が考えられる。

更に、第５図囚、＠および第６図の実施例では、磁性体
５は無端状に形成しであるが、第７図に示すように、ギ
ャップｇ１を有する有端状に形成する方法も有効である
。磁性体５を無端状に形成した場合は、センタ部１５１
．４１間を流れる磁束によって磁性体５に発生する起電
力に対ム磁性体５が短絡回路を構成するので、磁性体５
における損失及び発熱が大きくなるが、磁性体５に前述
のようなギャップｇ１を設けて有端状とじ九場合は、磁
性体、５に発生する起電力に対して前記ギャップｇ１に
よる開放回路が構成され、損失及び発熱が減少するから
である。なお、前記ギャップｇ１は空隙に限らず、絶縁
樹脂等の絶縁物によっても構成することができる。

上述のように、ギャップＧｌのまわ抄に前記組成を有し
、実質的に非晶質よりなる磁性薄帯を添え九構造である
と、当＃ａ心を使用してチ嘗−クコイル勢を構成した場
合、軽負荷時にインダクタンスが急増するという効果が
得られる力ζその効果は、磁性体５として実願昭５６−
７４９１５で開示した磁性材料を使用し九場合より大き
い。

（実験Ａ）　第８図は磁心の構造を異にする各テ璽−ク
コイルの電流−インダクタンス特性図であり、横軸にコ
イル電流■囚をとり、縦軸にインダクタンスＬ　（ｍＨ
）をとっである。曲線Ａは従来の磁心を用いたチ璽−ク
コイルの特性、曲１１ＢはギャップＧ、のまわ抄に複合
樹脂フェライトより成る磁性体ｓ１巻装した磁心を用い
た場合の特性、曲線ＣはギャップＧ、のまわりに、（Ｆ
ｅ４＠　ｃ０４＠　Ｎｔｌ＠）ｍｓ　（Ｓ　溢Ｂｅｅ　
）ｌ＠の組成を有する非晶質合金より成る磁性体５を巻
装した磁心を用い九場合の特性で、いずれも比較例であ
る。

曲線りは本発明になるもので、（Ｆｅ＠島−！’Ｊｔｅ
、＋　。

Ｍｔｌｅ、ｅｓ）ｍｓ　（Ｓｓ、、、　Ｂ＠、＠　）ｍ
ｓの組成を有し、実質的に非晶質より成る磁性体５を巻
装した磁心を用いた場合の特性をそれぞれ示している。

なお、この曲線りの非晶質薄帯は高速急冷法により製造
したものであり、曲線Ｃの非晶質薄帯と厚み・形状・重
量をはｙ同一にしてギャップ部に巻回しである。

（実験Ｂ）　非晶質磁性薄帯の組成を変化させて磁性体
５とし、実験Ａとはソ同様の耐直流電流特性を有するテ
冒−クコイルを作成した。直流電流［ＬＯＳｋの時のイ
ンダクタンスの値を第−表に示す。

苛 ９　８８　３　８　　呂　Ｓ　百　ε 彎　　嗜　　噂　　へ　　へ　　−−−〜　　〜ｔｄ／
１ｄＶＳｌｄＬｄｔＪ１１ｄｕｉｔｄｓ　　凹　＊５ｓ
ｓｓ　　＠　ｓｔｔ （ＩＩ験Ｃ）　実験Ｂで使用した（４）、　（５）、　
（８）、　（９λ（１０）　、　（１１）　、　（１２
）　Ｉ　（１３）の組成の非晶質を使用して１２０℃１
０００時間の寿命テストをおこなった。透磁率の劣化は
、（１０）が３チ以上、（４χ（５）、　（８）、　（
９）が〜Ｓｑｂ、他はいずれも３９６以下であった。

これらの実験から明らかなように、磁性体として本発明
の組成を有する実質的に非晶質よりなる磁性薄帯を用い
九場合、非常に良好な特性を有する磁心が得られ、コイ
ル電流■が減少し、負荷が軽くなるにつれて、インダク
タンスＬが急激に増大する傾向が認められる。

このように、本発明の磁性薄帯を用いれば最も有効に軽
負荷特にインダクタンスＬｅ［増させることができるか
ら、本発明に係る磁心を利用して、予習−クジイル、ス
イッチング電源の出力フィルタまたはパワートランス等
を構成した場合には、第９図に示すように、従来は軽負
荷時に←）のように異常上昇する傾向にあった出力電圧
■ｅが、インダクタンスＬの増大によりその上昇が（ハ
）のように抑制されるので、出力安定る出力電圧の上昇
幅が小さいので、ダ建−ロードを付加した場合でも、電
力消費および発熱が小さくなシ、小容量のダ建−ロード
で良く、放熱対策が容易になる等の利点も得られる。７
ｔワードコンバータ以外の例えばプシ為プルコンバータ
に使用した場合も同様の効果が得られる。

更に、当皺磁心を周波数変調型フライバックコンバータ
のパワートランスに使用した場合には、軽負荷時にイン
ダクタンスＬが高くなるので、周波数の上昇が抑制され
、スイッチングトランジスタの負担が減少し、損失が低
下する。

また、漏洩磁束が減少するので、漏洩インダクタンスが
小さくなる利点も・ある。

以上述べたように本発明は一部にギャップを有する磁心
において、前記ギャップの近傍に４Ｉ定の組成を有する
実質的に非晶質よりなる磁性薄帯を添えたことを特徴と
するから、予習−クコイル、スイッチング電源の出力フ
ィルタま九はフライバックコンバータのパワートランス
等のように、直流電流の重畳されるコイル用として使用
した場合に、軽負荷時の出力電圧、周波数の上昇を抑制
し、出力安定度を向上させ、損失を減少させることの可
能な磁心を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁心の正面図、第２図はその直流重畳特
性図、第５図は一般的な一方式フォワードコンバータの
回路図、第４図は従来の磁心を用いて第５図のコンバー
タを構成した場合の出力電流−出力電圧特性図、第５図
囚は本発明に係る磁心の正面折面図、第５図面は第５図
囚ＯＢ、−Ｂ、線上における断面図、第６図および第７
図は本発明に係る磁心の他の実施例における断面図、第
８図は本発明に係る磁心を用い九コイルの電流−インダ
クタンス特性を、従来のものと比較して示す図、第９図
は本発明に係る磁心を用いた場合の出力電流−出力電圧
特性図である。 ａｍ・・・ギャップ ５・・・磁性体 帛１図 ＩＮ　− 壓３図 ｏ　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）一部にギャップを有する磁心において、前記ギャ
   ップ近傍に下記式で示される組成を有する実質的に非晶
   質より表る磁性薄帯を添えたことを特徴とする磁心。 式（Ｆｅ３ＭｋＬｚ）ｚＢｙ ただし、上式中、ＭはＮ１ある込はＣ０の一種以上を表
   わし、ＬはＦａｓ　ＮｉおよびＣ０以外の他の遷移金属
   元素の一種以上を表わす。またＸ＋１ｗ−ｊＱＯａｔ−
   であり、このうちｙは１５〜１ｓａｔ嚢である。更Ｋ　
   ３＋ｈ＋ｚ、、ｔｏｏ＊であり、このうちｊは５０〜！
   ９．８チ、ｋはα１〜４９９チ、ｔはａ１〜２０−であ
   る。 （２）−郁にギャップを有する磁心において、前記ギャ
   ップ近傍に１下記式で示される組成を有する実質的に非
   晶質よシなる磁性薄帯を添え九ことを特徴とする磁心 式（ＦｅｊＭｋＬｚ）ｘ　（ＳｌｐＢｑ）ｙただし、上
   式中ＭはＮ１あるいはＣｏの一種以上を表わし、Ｌ　Ｆ
   ｉＦ＠ｅ　ＮｌおよびＣ０以外の他の遷移金属元素の一
   種以上を表わす、また、ｘ＋ｙ＝１００ａｔ％”ｅあり
   ｃｏうちＹは１５〜ＳＳ＊を慢テある。更に、　　１＋
   に＋４−１００％、　ｐ＋ｑ＝ｘ１００嗟であり、この
   うち、ｊは５０〜？ｔ８チ、ｋは（Ｌｌ〜４ｔ９−１Ｌ
   は１１〜２０慢、また、Ｐは１０１〜７０−である。 （５）一部にギャップを有する磁心において、前記ギャ
   ップ近傍に、下記式で示される組成を有する実質的に非
   晶質よりなる磁性薄帯を添えたことを特徴とする磁心　
   ・ 式（ＦｅｊＭｋ　Ｌｚ）ｘ（ＳｌｐＢｑＸｒ）ｙただし
   、上式中ＭはＮ１あるいはＣ０の一種以上を表わし、Ｌ
   は’Ｔｏ　ＮｉおよびＣ０以外の他の遷移金属元素の一
   種以上を表わし、ＸはＪＢ以外の他のガラス化元素の一
   種以上を表わす。また、ｘ　４−　ｙ±１ｏ０ａｔＩｓ
   であり、このうちｙは１５〜！１５ｉｔｌである。更に
   ｊ＋に＋Ａｓ＋ｍ１００覧ｐ　＋　ｑ　＋　ｒ　＝　１
   ００−であり、このうちｊは５０〜？？、８−１ｋはα
   １〜４１９％、ｔは（Ｌｌ　〜２０％、また、Ｐはａｏ
   １＝ｙｏＬｓ、、は（ＬＯ１〜１０％テある。 （４）実質的に非晶質よりなる磁性薄帯は、ギャップ周
   方向に少なくとも１カ所の切断部を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項ないし第３項に記載の磁心。 （５）実質的に非晶質よりなる磁性薄帯は、その表面に
   電気的絶縁層を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項ないし第４項に記載の磁心。