JPS5890706A - 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構
成するのに好適な磁心に関する。

たとえば、チー−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図な例
示するように、コアセンタ部勢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ＩＮ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Ｇａが大きくなるにつれて曲線
Ａ、→Ａｍ→Ａ、のように移行する。

ところが、との磁心を使用したチー−クコイルを用いた
スイッチングレイ。レークは負荷電流が小さいとき出力
電圧が高くなシ、出力安定度が悪くなるという欠点があ
った。第３図は従来から知られている一般的な一石式フ
ォワードコンバーメの回路図であって、肇換トランスＴ
の１次巻線Ｎ、はスイッチ回路Ｓを介して直流電圧ＥＩ
Ｎが供給され、２次巻線焉はその一端がダイオードＤＩ
と前記磁心を使用したチー−クコイルＬを介してコンデ
ンサＣの一端に接続され、前記２次巻ＩＩ　Ｎｍの他端
がダイオードＤ、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、該コンデンサＣの両端に
別の直流電圧ｖｏ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Ｉ０と出力電圧Ｖ・
との関係社第４図に示す如くであり、負荷電流１．が小
きいとき、すなわち、チ−−コイルＬＫ流れる電流が不
連続の領域で出力電圧Ｖ０が高くなる。チ璽−り電流不
連続の領域は、Ｔ：スイッチ８１ｋＯＮ１０ＦＦする周
期■、≦・クシ＝３　　丁：スイッチＳのＯＮ期間Ｌ Ｌ：チー−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祉インダクメンス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曳いが、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シ、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
合は、当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
如、間欠発振を生じたプ、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
厳しくなる等の欠点があった。

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１１ｖｉ！
Ｊ５６−７４９１５）本ａ明ｕ、骸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た結果得られた
もので、実質的に非晶質よ！７たる磁性薄帯のうち、特
定の組成を有する磁性薄帯を使用することにより好適な
特性の接合磁心が得られるとの知見から、本発明に至り
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
実質的に非晶質よシなる磁性薄帯を添えたことを特徴と
する。

式　　（ＦｅｊＮｉｋＣｏｌＭｍ）ｘＢｙただし上式中
、ＭはＦｅ　、　ＮｉおよびＣｏ以外の他の遷移金属元
素の一種以上を表わし、また、ｘ＋ｙ＝１００ａｔ％で
あシ、このうちｙは１０〜３５ａｔ％である。更に、ｊ
＋に＋ｌ＋ｍ＝１００％であり、このうちｊは５〜２０
％、ｋはＱｌ〜５０１．ｍはα１〜１０チである。

ｙは１０９１よシ小あるいは３５９１よシ大では非晶質
化が難しく、−歩留シのよい生産に適さない。

１社磁歪を小さくするために３〜２０％の範囲に選定す
る。

ｋは５０チよシ大では飽和磁化が小さく磁気特性上問題
がある。

ＭとしてはＭｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、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、Ｃ
ｒは劣悪な条件下で使用された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。

Ｍとして、これらの元素を使用する場合、ｍはα１〜１
０−が好ましい。α１１ｓより小ではその効果を得るこ
とが難しく、また、１０嗟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、非晶質化の容易さ勢の
点で問題が出てくる。また、Ｂの一部をＳｔで置換する
ことにより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、よシ良好な特性が得られる。置
換する量は、組成を（ＦｅｊＮｉｋＣｏｌ　Ｍｍ）＊（
８１ｐＢｑ）ｙと書いた時、ｐ　＋　ｑ　＝　１００　
優でα０１≦ｐ≦８０％が適当である。ｐ〈α０１チで
はその効果を得ることが難しく、ｐ）８０％では逆に非
晶質化が困難となる。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等で置換することにより
経時変化がよシ一層改養され、曳好な特性が得られる。

置換する量は組成を（ＦｅｊＮｉｋＣｏｌ　）ｘ（８１
ｐＢｑＸｒ　）ｙ　（但し、ｘ＝ｐ　、　ｃあるいは他
のメタロイド元素の少々くとも一種以上）と書いた時、
ｐ＋ｑ＋ｒ＝１００チで、αｏ１チ≦°ｒ≦１０％１よ
シ好ましくは、αｏ１≦ｒ≦５％が適当である。ｒ（（
ＬＯ１％ではその効果を得ることが難しく、ｒ　）　５
優あるいはｒ〉１０−では逆に磁気特性の面で問題が生
じる。また、磁歪は＃１λ５ｌｙ（：１ｏｘ１ｏ’が好
ましい結果を与える。

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（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
における断面図である。この！ｌ！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５ｍ−４＆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＆のまわシに薄い磁性体５を添えた構造となっている
。磁性体５として磁歪が小さく、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。また、磁性体
５をエアギャップＧａのまわシ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３
ｍ、４ｍを両側から嵌合する方法、または第６図に示す
ように、前述の磁性材料を用いてシートもしく祉薄板状
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３ｍ、４ｍのまわシに適当な層数だけ巻装する方
法岬が考えられる。

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５ｍ、４ａ間を流れる磁束によりて磁性体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、を設けて有端状とした場
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、は空腹に限らず
、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Ｇａのまわシに前記組成を有し
、実質的に非晶質よりなる磁歪の小さな磁性薄帯を添え
た構造であると、当蚊磁心を使用してチ−−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
合より大きい。

（実験Ａ）　第８図は磁心の構造を異にする各チー−ク
コイルの電流−インダクタンス特性図であシ、横軸にコ
イル電流Ｉ　（Ａ）をとシ、縦軸にインダクタンスＬ　
（ｍ）Ｉ）をとっである。曲線Ａは従来の磁心を用いた
チー−クコイルの特性、曲ＩＩＢはギャップＧ１のまわ
シに複合樹脂フェライトよ構成る磁性体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Ｇ１のまわり
に、（Ｆｅｌ）ＪＣｏａＡＮｉｕ）ｓｏ（Ｓｉｕ、Ｂ１
１Ｌｔ）ｔｏ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。

曲線りは本発明になるもので、（Ｆ’ｅＱＪ）５　Ｎｌ
　１１１　ｃｏＱｊＭＯａｏｓ　）　ｙｙ　（Ｓｌ　（
Ｌ４　ＢＨ３）　２ｓの組成を有し、磁歪λＳ〜０の非
晶質よ構成る磁性体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ＭＤ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１ｉｃの
非晶質薄帯と厚み・形状・重量を＃ｊソ同一にしてギャ
ップ部に巻回しである。

（実験Ｂ）　非晶質磁性薄帯０紐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
ー−クコイルを作成′した。直流電流α０３Ａの時のイ
ンダクタンスの値を第−表に示す。

これらのサンプルの内、（１）、（２）、（３）は比較
例であシ、また、（ＩＬ（２）は磁歪ｌλｍｌ’）１ｏ
ｘｔｏ４テあった。

（実験Ｃ）　実験Ｂで使用した（４）　、　（５）　、
　（７）　、　（８）　、Ｇ１゜０１．（２）、Ｇ３．
Ｇ４．（ト）、（ロ）、的、（至）の組成の非晶質を使
用して１２０℃１０００時間の寿命テストをおこなった
。

透磁率の劣化は、（７）　、　（８）が５−以上、（４
）　、　（５）　、（ト）。

０１、（イ）、（至）が〜５チ他はいずれもｓ％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シ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■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−クプイル、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（ロ）のように異常上昇する傾向にあった出力電
圧Ｖ・が、インダクタンスＬの増大によシその上昇が←
）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、小容量のダミーロードで良く、
放熱対策が容畢になる等の利点も得られる。フォワード
コンバータ以外の例えばブシェプルコンパータに使用し
た場合も同様の効果が得られる。

更に、当該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特定の組成を有する実
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
るから、チ謬−クコイル、スイッチング電源の出力フィ
ルタオた１−１７ライパツクコンバータのパワートラン
ス勢のように、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図は一般的な一石式フォワードコンパータの
回路図、第４図は従来の磁心を用いて第３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
（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。 Ｇ１・・・ギャップ ５・・・磁性体 千１図 馬２図 壓３図 馬５図 市６図 弔７図 電流□　　　　　　　　　（Ａ） 電亦

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （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テる実質的に非晶
   質よシな９磁歪の小さい磁性薄帯を添えたことを特徴と
   する磁心。 式　　（ＦｅｊＮｉｋＣｏｌＭｍ）ｘＢｙただし、上式
   中、ＭはＦ・、ＮｌおよびＣｏ以外の他の遷移金属元素
   の一種以上を表わし、また、ｘ＋ｙ＝１００ａｔ−であ
   シ、このうちｙは１０〜ｇｓａｔｓである。更に、ｊ十
   に＋１＋ｍ＝１００％。 であ〕、このうちｊは５〜２Ｏ−１ｋはα１〜５０−１
   ｍは（Ｌ１〜１０’ｌＡである。
2. （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
   質よシなシ磁歪の小さい磁性薄帯を添えたことを特徴と
   する磁心。 式　　（Ｆ＠ｊＮｉｋＣｏ１Ｍｍ）ｘ（８１ｐＢＱ）ｙ
   ただし、上式中、ＭはＦ・、ＮｌおよびＣｏ以外の他の
   遷移金属元素の一種以上を表わし、！＋３’＝１００ａ
   ｔｌであり、このうちｙは１０〜ｓ　ｓ　ａｔ−である
   。更に、Ｊ＋に＋１＋ｍ＝１００慢、ｐ＋ｑ＝１００−
   であ郵、このうちｊは５〜２０チ、ｋは（１１〜５０１
   、ｍはＣＬ１〜１０１Ｇ、また、ｐは１０１〜８０優で
   ある。
3. （３）　　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
   非晶質よりなシ磁歪の小さい磁性薄帯を添えたことを特
   徴とする磁心。 式　　（ＦｅｊＮｉｋＣｏｌＭ、ｍ）ｘ（ＳｉｐＢｑＸ
   ｒ）ｙただし、上式中、ＭはＦ・、Ｎ１およびＣｏ以外
   の他の遷移金属元素の一種以上を表わし、Ｘ祉Ｓｉ％Ｂ
   以外の他のガラス化元素の一種以上を表わす。また、ｘ
   ＋ｙ−１００ａｔ−であシ、このうちｙａｌｏ　〜５ｓ
   ａｔ−である。更に、ｊ＋に＋ｌ＋ｍ＝１００Ｓ、ｐ＋
   ｑ＋ｒ−１ｏｏ−であシ、このうちｊ　Ｉｄ　５〜２　
   ｏ＊％ｋ　Ｆｉ（Ｌ１〜５　ａｍ、　ｍは１１〜１０−
   １また、ｐはα０１〜８Ｏ−１ｒはα０１１０−である
   。
4. （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５項に記載の磁心。
5. （５）実質的に非晶質よシなる磁性薄帯は、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。