JPS5890704A

JPS5890704A - チョークコイル

Info

Publication number: JPS5890704A
Application number: JP56188753A
Authority: JP
Inventors: Masaru Takayama; 勝高山; Yoshiaki Akachi; 義昭赤地
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1981-11-25
Filing date: 1981-11-25
Publication date: 1983-05-30
Also published as: JPH0324761B2

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、スイッチング電源の出力フ
ィルタオたはフライバツクコンノ（−！のパワートラン
ス勢のように、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、コアセンタ部等の閉磁路の一部にエア
ギャップＧａ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ＩＮＯ
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Ｇ１が大きくなるにつれて曲
ｓ　Ａ　１→Ａ、→Ａ、のように移行するー。

ところが、との磁心を使用したテ璽−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ｉあ
った。第５図は従来から知られている一般的な一石式フ
ォワードプンバータの回路図であって、変換トランスＴ
の１次巻線Ｎｍはスイッチ回路Ｓを介して直流電圧ＥＩ
Ｎが供給され、２次巻−Ｎ、はその一端がダイオードＤ
、と前記磁心を使用したチｌ−クプイルＬを介してコン
デンサＣの一端に接続され、前記２次巻ｍＮｍの他端が
ダイオードＤＩを介して、前記ダイオードＤＩとチ璽−
クコイルＬとの接続点に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ｔＣ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Ｉｓと出力電圧■・
との関係は第４図に示す如くであり、負荷電流Ｉ・が小
さいとき、すなわち、チ冒−クコイルＬに流れる電流が
不連続の領域で出力電圧ｖ拳が高くなる。チ嘗−り電流
不連続の領域は、Ｔ：スイッチＳを０Ｎ１０ＦＦする周
期Ｌ：チ曹−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
くとってテ冒−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良いが、前者において
は、チ冒−クコイルの巻回数の増加による銅損の増加や
効率の低下訃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Ｇａ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
合線、嶺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、負荷蜜動にも拘らずインダクタン
スが一定となる丸め、軽負荷時に周波数が非常に高くな
シ、間欠発振を生じたシ、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−７５１あった。

本発明は上述する従来の欠点を除去し、チ璽−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
ス勢に使用した場合に、軽負荷時の出力電圧ｔ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。

本発明者の一人杜上記目的を達成するために特殊な構成
を有する複合磁心を考案し先に提案した。（実願昭５４
−７４？１５）本発明は、皺禎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た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使用することによシ好適な特性の複
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ゐ磁心におい
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シなる磁性薄帯を添えたことを特徴
とする。

弐ＦｅｘＢｙ上式中ｘ＋７＝１００ａｔ＊であり、このうちｙは１５
〜！１５１１ｔ−である。ｙは１Ｓ−よ１・りｊ小ある
いは５５９Ｇより大では非晶質化が離しく、歩留りのよ
い生産に適さない。また、Ｂの一部をＳｔで置換するこ
とによシ、非晶質化が容易となシ、耐蝕性が増し、かつ
、経時変化も改善されて、よシ喪好な特性が得られる。

置換する量は組成をＦ＠ｘ（ＳｉｐＢｑ）ｙと書いた時
、（１０１≦ｐ≦７ｏｎが適当である。ｐ〈α０１饅で
はその効果を得ることが難しく、ｐ〉７０−では逆に非
晶質化が難しくなる。

更に、ＢおよびＳｌの一部を他のメタロイド元素、例え
ばＰ、Ｃ等で置換するととＫより、経時変化がより一層
改善され、良好な特性が得られる。置換する量は、組成
をＦａｘ（８１ｐＢｑＸｒ）ｙ（但し、ｘ＝ｐ、ｃある
いは他のメタロイド元素の少なくとも一種以上）と書い
た時、α０１−≦ｒ≦１０−より好壕しくはα０１１≦
τ≦５噂が追歯である。ｒ〈α０１−ではその効果を得
ることが難しく、ｒ）５−あるいはｒ）１０Ｉｓ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。＃Ｉ５図（Ａ）は本発明に係る磁心の正
面断面図、第５図（Ｂ）は第５図（Ａ）のＢ、−Ｂｌ線
上における断面図である。この実施例では、２つのＥＷ
ココア、４を組合せて両者のセンタ部５＊−４ａ間にエ
アギャップＧａを形成すると共に、このエアギャップＧ
ａのまわりに薄い磁性体５を添えた構造となっている。

磁性体５として前記組成を有し実質的に非晶質よ抄なる
磁性薄帯を使用する。また、磁性体５をエアギャップＧ
ａのまわりに取付ける方法として杜、予め筒状に形成し
た磁性体５の内径部内にセンタ部ｇａ、ａｍを両側から
壷金する方法、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Ｇａを構成するセンタ部ｓａ、４ｍの
まわシに追歯な層数だけ巻装する方法勢が考えられる。

更に、第５図（Ａ）　、　（Ｂ）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ｇ、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３ｍ、４１間を流れる磁束によって磁性体５に発
生する起電力に対し、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ｇ、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ｇ、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ｇ、は空ＩＮＫ
限らず、絶縁樹脂郷の絶縁物によりても構成することが
できる。

上述のように、ギャップＧａのまわりに前記組成を有し
、実質的に非晶質よシなる磁性薄帯を添えた構造である
と、尚咳磁心を使用してチ璽−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
得られるが、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た場合よシ大き
い。

（ｌＩ＃Ａ）第８図鉱磁心の構造を異にする各チ１−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Ｉ
　（Ａ）をとシ、縦軸にインダクタンスＬ（ｍＨ）をと
っである。曲線人は従来の磁心な用いたチ冒−クコイル
の特性、曲線ＢＨギャップＧ１のまわりに複合樹脂フェ
ライトヨリ成る磁性体５を巻装した磁心を用いた場合の
特性、曲線ＣはギャップＧａのまわりに（Ｆ・ＱＪ　Ｃ
ｏ（１３Ｎｉｃｕ　）　ｇｏ　（ＳｉａｌＢ（Ｌ９　）
　２０の組成を有する非晶質合金より成る磁性体５を巻
装した磁心を用いた場合の特性で、いずれも比較例であ
る。曲線ＩＩ本発明になるものでＦｅｅｏ　（８１１１
Ｌｓ　Ｂａｓ　）　２０の組成を有し、高速急冷法で製
造した非晶質より成る磁性体５を巻装した磁心を用い九
場合の特性をそれぞれ示している。なお、この曲線りの
非晶質薄帯は曲１ｓＣの非晶質薄帯と厚み・形状・重量
を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チ璽−クコイ
ルを作成した。直流電流ＣＬＯ５Ａの時のインダクタン
スの値を第−表に示す。

（実験Ｃ）実Ｍ　Ｂ　−ｔ’　使用Ｌ　７’ｔ　（４）、　（５）
　、　（７）　、　（８）　、　（９）　、　（ＩＩ　
、　（１（Ｄ　組成の非晶質を使用して、１２０℃１０
００時間の寿命テストをおこなりた。透磁率の劣化は、
　（５）　ｔ　（９）が５−以上、（４）　、　Ｃ１１
が〜５−１他社いずれも５−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
た場合、非常に良好な特性を有する磁心が得られ、コイ
ル電流Ｉ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奄有効に軽
負荷特にインダクタンスＬを急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、チ嘗−クコイル、ス
イッチング電源の出力フィルタまたはパリ−トランス等
を構成した場合には、第を図に示すよ？に、従来は軽負
荷時に（ロ）のように異常上昇する傾向にあった出力電
圧ｖｏが、インダクタンスＬの増大によりその上昇が（
／）のように抑制されるので、出力安定度が非常に良好
になる。また、軽負荷時における出力電圧の上昇幅が小
さいので、ダミー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り、小容量のダン−ロードで良く
、放熱対策が容易になる勢の利点も得られる。フォワー
ドコンバータ以外の例えばプシ具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、蟲該磁心を周波数便ａｌｌ！！７ライパツクコン
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嶽少し、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特定の組成を有す
る実質的に非晶質よりなる磁性薄帯を添えた仁とを特會
とするから、チ冒−クコイル、スイッチング電源の出力
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、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、鮪５図
（Ａ）は本発明に係る磁心の正面断面図、第５図（Ｂ）
は第５図（Ａ）のＢ＞　　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たコイル
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。Ｇａ・・・ギャップ５・・・磁性体帛１図第２図Ｎ　− 馬３図０− 第６図市７図

Claims

【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
晶質よシなる磁性薄帯を添えたことを特徴とする磁心式ｐｅｘＢｙただし上式中、　）Ｃ＋７＝１００ａｔチであり、仁の
うちｙは１５〜Ｓ　５　ａｔ％である。
（２）　　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
に非晶質よシなる磁性薄帯を添えたととを特徴とする磁
心式　　Ｆ＠ｗ（ＳｉｐＢｑ）７ただし上式中、ｘ−）−ｙ＝１００ａｔチであシ、仁の
うちｙは１５〜３５１を−である。更に、ｐ＋ｑ＝１０
０チであシ、仁のうち、ｐは（Ｌ（Ｎ　〜７Ｊ）＊であ
る。
（３）一部にギャップを有する磁心Ｉ／Ｃ１ｉ？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
質的に非晶質よシなる磁性薄帯を添えたことを％徴とす
る磁心式Ｆａｘ（ＳｌｐＢｑＸｒ）ｙただし上式中、Ｘは８１　、　Ｂ以外の他のガラス化元
素の一種以上を表わし、また、ｘ＋ｙ＝１００ａｔｌ＆
であり、ヒのうちｙｅｌｓ　〜５ｓａｔ＊である。更に
、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１００１Ｇであり、このうち、またｐは
（ＬＯ１〜７０Ｓ、　ｒ　Ｆｉ（ＬＯｌ　〜１’　０％
である。
（４）実質的に非晶質よりなる磁性薄帯祉、ギャップ周
方向に少々〈と４１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５項に記載の磁心。
（５）実質的に非晶質よりなる磁性薄帯社、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。