JP2002231541A - 磁気バイアス用磁石を有する磁気コアおよびそれを用いたインダクタンス部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インダクタンス部品の磁気コアとして、磁気
バイアス用永久磁石を具備した磁気コアのコアロスを低
下させるとともに、直流重畳特性を改善する。 【解決手段】 インダクタンス部品の磁気コアの磁気バ
イアスを与えるための永久磁石を、５ＫＯｅ以上の固有
保磁力及び３００℃以上のキュリー点を持つ希土類磁石
の複数枚の薄層とし、該薄層を前記ギャップの磁路方向
と直角方向に積層する。この積層構造は、間に絶縁体層
を介しても良い。他の構成として、磁石体を前記ギャッ
プの磁路方向と直角方向に複数層に切断分割して形成し
ても良い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電源
等に用いられるチョークコイルやトランス等のインダク
タンス部品の磁気コア（以下、単に「コア」とも呼ぶ）
に関するものであり、特に、磁気バイアス用の永久磁石
を備えた磁気コアに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えばスイッチング電源など
に用いられるチョークコイル及びトランスにおいては、
通常、交流は直流に重畳して印加される。したがって、
これらチョークコイルやトランスに用いる磁気コアは、
この直流重畳に対して磁気飽和しない透磁率特性（この
特性を「直流重畳特性」と呼ぶ）の良好なことが求めら
れている。

【０００３】高周波用の磁気コアとしてはフェライト磁
気コアや圧粉磁気コアが使用されているが、フェライト
磁気コアは初透磁率が高く飽和磁束密度が小さく、圧粉
磁気コアは初透磁率が低く飽和磁束密度が高い、という
材料物性に由来した特徴がある。従って、圧粉磁気コア
はトロイダル形状で用いられることが多い。他方、フェ
ライト磁気コアの場合には、例えばＥ型コアの中脚に磁
気空隙（磁気ギャップ）を形成して直流重畳により磁気
飽和することを避けることが行われている。

【０００４】しかし、近年の電子機器の小型化要請に伴
う電子部品の小型化の要求により、磁気コアの磁気ギャ
ップも小さくせざるを得ず、直流重畳に対してより高い
透磁率の磁気コアが強く求められている。

【０００５】この要求に対しては、一般に、飽和磁化の
高い磁気コアを選択する事、つまり高磁界で磁気飽和し
ない磁気コアの選択が必須とされている。しかし、飽和
磁化は材料の組成で必然的に決まるものであり、無限に
高く出来るものではない。

【０００６】その解決手段として、磁気コアの磁路に設
けた磁気ギャップに永久磁石を配置し、直流重畳による
直流磁界を打ち消す事、すなわち、磁気コアに磁気バイ
アスを与えることが古くから提案されている。

【０００７】この永久磁石を用いた磁気バイアス方法
は、直流重畳特性を向上させるには優れた方法である
が、一方で金属焼結磁石を用いると磁気コアのコアロス
の増大が著しく、またフェライト磁石を用いると重畳特
性が安定しないなどとても実用に耐え得るものではなか
った。

【０００８】これらを解決する手段として、例えば特開
昭５０−１３３４５３は、磁気バイアス用永久磁石とし
て保磁力の高い希土類磁石粉末とバインダーとを混合し
圧縮成形したボンド磁石を用いること、これにより直流
重畳特性およびコアの温度上昇が改善されたことを開示
している。

【０００９】しかし近年、電源に対する電力変換効率向
上の要求はますます厳しくなっており、チョークコイル
用及びトランス用の磁気コアについても単にコア温度を
測定するだけでは優劣が判断不能なレベルとなってい
る。そのため、コアロス測定装置による測定結果の判断
が不可欠であり、実際本発明者等が検討を行った結果、
特開昭５０―１３３４５３に示された抵抗率の値ではコ
アロス特性が劣化する事が明らかになった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、磁路
の少なくとも１箇所以上にギャップを有する磁気コア
に、該ギャップ両端から磁気バイアスを供給するため
に、該ギャップ近傍に永久磁石を配してなる磁気バイア
ス用磁石を有する磁気コアにおいて、上記を考慮して、
優れた直流重畳特性とコアロス特性を有する磁気コアを
容易かつ安価に提供する事である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、磁路の
少なくとも１箇所以上にギャップを有する磁気コアに、
該ギャップ両端から磁気バイアスを供給するために、該
ギャップ近傍に永久磁石を配してなる磁気バイアス用磁
石を有する磁気コアにおいて、前記永久磁石は、５ＫＯ
ｅ以上の固有保磁力及び３００℃以上のキュリー点を持
つ希土類磁石の複数枚の薄層であり、該薄層は前記ギャ
ップの磁路方向と直角方向に積層されていることを特徴
とする磁気バイアス用磁石を有する磁気コアが得られ
る。

【００１２】前記希土類磁石の薄層は希土類焼結磁石の
層とすることができる。

【００１３】また、前記希土類磁石の薄層は、希土類磁
石粉末を樹脂で固めた希土類ボンド磁石の薄層とするこ
とができる。

【００１４】さらに、前記積層された希土類磁石の隣り
合う薄層の間に絶縁層を介在させても良い。

【００１５】なお、上記の磁気バイアス用磁石を有する
磁気コアにおいて、前記希土類磁石の薄層は厚みが５０
０μｍ以下であることが好ましい。

【００１６】又、本発明によれば、上記の磁気バイアス
用磁石を有する磁気コアに、１ターン以上の巻線を少な
くとも１つ施して、直流重畳特性が良好でコアロスの小
さなインダクタンス部品を得ることができる。

【００１７】なお、インダクタンス部品とは、コイル、
チョークコイル、トランス、その他一般に磁気コアと巻
き線とを必須とした部品を含むものとする。

【００１８】

【作用】本発明は、前記課題を達成するべく挿入する永
久磁石について検討した結果、固有保磁力が５ＫＯｅ以
上、キュリー点Ｔｃが３００℃以上の希土類焼結磁石、
あるいはその希土類磁石粉末からなるボンド磁石を樹脂
等の絶縁物とで磁路方向に対し水平に積層させた磁石を
コアのギャップに挿入した場合、優れた直流重畳特性が
得られ、しかも周波数特性やコアロス特性の劣化が生じ
ない磁気コアを形成できる事を発見した事からなされた
ものである。

【００１９】この理由は、バイアス用磁石が薄層を積層
化して構成することに伴い渦電流半径が小さくなること
により、周波数特性やコアロス特性が向上するものと考
えられる。この積層化に伴い、磁石の薄層の間に絶縁シ
ートを介在させても良いが、介在する絶縁物は空気でも
良いので、ブロック状の磁石を切断・分割して薄層化
し、磁石薄層間に小さな隙間を形成することで同様に優
れた特性が得られる。

【００２０】また、優れた直流重畳特性を得るのに必要
なバイアス用磁石の特性は、エネルギー積よりもむしろ
固有保磁力であり、従って比抵抗の高い永久磁石を使用
しても固有保磁力が高ければ充分に高い直流重畳特性が
得られる事を見出したことによる。

【００２１】固有保磁力が高い磁石は一般的には希土類
焼結磁石、または希土類磁石粉末をバインダーとともに
混合して成形した希土類ボンド磁石で得られるが、保磁
力の高い磁石粉末であればどのような組成のものでも良
い。希土類磁石粉末の種類はＳｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系の何でも良いが、粉末の残留
磁化の大きさによってバイアス磁界の大きさが決まり、
保磁力の値によって磁気特性の安定性が決まるので、コ
アの種類によって磁石粉末の種類を選択する必要が有
る。

【００２２】チョークコイル用及びトランス用磁気コア
としては軟磁気特性を有する材料であればなんでも有効
であるが、一般的にはＭｎＺｎ系又はＮｉＺｎ系フェラ
イト、圧粉磁心、珪素鋼板、アモルファス等が用いられ
る。また、コアの形状についても特に制限があるわけで
はなく、トロイダルコア、ＥＥコア、ＥＩコア等あらゆ
る形状の磁心に本発明の適用が可能である。

【００２３】磁気コアに形成するギャップ長に特に制限
はないが、ギャップ長が狭すぎると直流重畳特性が劣化
し、またギャップ長が広すぎると透磁率が低下しすぎる
ので、おのずから挿入するギャップ長は決まってくる。

【００２４】次に、ギャップに挿入される永久磁石に対
する要求特性は、固有保磁力については５ｋＯｅ以下で
は磁心に印可される直流磁界によって磁化が消失するの
で、それ以上の保磁力が必要である。また、積層化に用
いる磁石膜厚が実質的に５００μｍ以上になるとコアロ
ス特性が劣化するので、磁石膜厚は５００μｍ以下であ
る事が望ましい。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２６】実施例１ 以下に、ボンド磁石シートと樹脂シートを交互に積層し
たものと、ブロック状に構成した（非積層型）ボンド磁
石を、それぞれ、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトコアの磁路の
一部に挿入した場合のコアロス特性、周波数特性の比較
を行った例を示す。

【００２７】ボンド磁石の作製にはＳｍ−Ｆｅ−Ｎ磁石
粉末（粉末平均粒径約３μｍ）に総重量の４０ｖｏｌ％
に当たる量のバインダー（１２ナイロン）と熱混練を行
い、その後、無磁場中で熱プレスを行い、膜厚１００μ
ｍの磁石シートを作製した。

【００２８】図１を参照して、これらの磁石シート１と
膜厚１０μｍの樹脂フィルム２とを交互に積層し、再び
熱プレスを行い、厚さ約１１ｍｍの積層体３とした。こ
の積層体３を１．５ｍｍ幅で、積層方向に（すなわち積
層面に直角の方向に）切断し、その後、コアのギャップ
の大きさである１０．６ｍｍ×７．０ｍｍ×１．５ｍｍ
の形状のボンド磁石積層板４に加工した。

【００２９】他方、比較用の試料として、熱混練後に熱
プレスで１．５ｍｍ厚の板を作り、１０．６ｍｍ×７．
０ｍｍ×１．５ｍｍの形状のボンド磁石無垢板５に加工
した。

【００３０】これらのボンド磁石積層板４およびボンド
磁石無垢板５を、約１０Ｔのパルス磁場で板厚方向（コ
アの磁気ギャップに挿入した際の磁路方向）に着磁を行
った。

【００３１】これらボンド磁石積層体４とボンド磁石無
垢板５をＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアの磁気ギャップに
挿入し、コアロス特性、透磁率μの周波数特性の比較を
行った。

【００３２】コアロス特性は、岩崎通信機製のＳＹ−８
２３２交流ＢＨトレーサーを用いて１００ＫＨｚ、０．
１Ｔにおけるコアロスを室温で測定した。周波数特性は
ＹＯＫＯＧＡＷＡ・ＨｅｗｌｅｔｔＰａｃｋａｒｄ製４
１９４ａインピーダンスアナライザーを用いて、交流周
波数１ＫＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲でインピダンスＬの測
定を行い、その結果から、透磁率を求め、１ＫＨｚ時の
透磁率と１０ＭＨｚ時の透磁率の比で比較を行った。そ
の結果を表１に示す。

【００３３】

【表１】 表１から、磁気ギャップにボンド磁石積層板４を挿入し
たコアは、ボンド磁石無垢板５を挿入したものに比べ周
波数特性が向上することが分かった。これはバイアス用
磁石を積層板とする事によって渦電流半径が小さくなる
ためと推測できる。その結果、渦電流損失が減少し、コ
アロスが減少したものと思われる。このように積層した
磁石をギャップに挿入した磁気コアは周波数特性、コア
ロス特性の優れた特性を示す事が分かった。

【００３４】実施例２ 以下に、Ｓｍ−Ｃｏ焼結磁石シートと絶縁物とを積層し
た積層体磁石と非積層体Ｓｍ−Ｃｏ焼結磁石を、Ｍｎ−
Ｚｎ系フェライトコアの磁路のギャップ中に挿入した場
合のコアロス特性、周波数特性の比較を行った例を示
す。

【００３５】Ｓｍ−Ｃｏ焼結磁石シートは、１００μ
ｍ、２００μｍ、５００μｍ、および７５０μｍの磁石
シートをそれぞれ用い、図１を参照して、同じ厚みの磁
石シート１同士を、それらの表面にエポキシ系の樹脂２
を塗布し、樹脂層２を介して互いに張り合わせ、積層体
３を形成した。この積層体３を１．５ｍｍ幅で、積層方
向に（すなわち、張り合わせた面に対し直角の方向に）
切断し、挿入すべきコアの磁気ギャップの大きさである
１０．６ｍｍ×７．０ｍｍ×１．５ｍｍの形状の磁石積
層板４に加工した。また、比較用の試料として、Ｓｍ−
Ｃｏ焼結磁石を加工して、１０．６ｍｍ×７．０ｍｍ×
１．５ｍｍの形状の磁石無垢板５を作製した。

【００３６】上記のボンド磁石積層板４およびボンド磁
石無垢板５を、それ等の板厚方向（挿入するコアの磁路
方向）に着磁機にて着磁後、実施例１で用いたと同じＭ
ｎ−Ｚｎフェライトコアのギャップにそれぞれ挿入し、
岩崎通信機製のＳＹ−８２３２交流ＢＨトレーサーで１
００ＫＨｚ、０．１Ｔにおけるコアロス特性を室温で測
定した。さらに周波数特性はＹＯＫＯＧＡＷＡ・Ｈｅｗ
ｌｅｔｔＰａｃｋａｒｄ製４１９４Ａインピーダンスア
ナライザーを用いて、交流周波数１ＫＨｚ〜１５ＭＨｚ
の範囲でインピダンスＬの測定を行い、得られたそくて
いちから、透磁率μをもとめ、１ＫＨｚ時の透磁率と１
０ＭＨｚ時の透磁率の比で比較を行った。その結果を表
２に示す。

【００３７】

【表２】 表２から、磁石シート１の膜厚の増加とともにコアロス
値も増加していき、磁石シート膜厚が７５０μｍ以上の
試料では、コアロスが１０００ｋＷ／ｍ^３以上と非常に
大きな値を示すことがわかる。

【００３８】これは、磁石シート膜厚の大きな試料では
周波数特性が劣化していることから判断すると、磁石シ
ート膜厚の増加とともに磁石シート内部の渦電流半径も
大きくなるために渦電流損失が大きくなり、コアロス値
が増加したものと推測される。

【００３９】以上のことから、磁石シート膜厚が５００
μｍ以下の磁石を積層した磁石をコアのギャップ部に挿
入することにより優れた周波数特性が得られ、しかもコ
アロスの劣化も生ずることなく、優れた磁気コアが得ら
れる事が分かった。

【００４０】実施例３ 以下に、ボンド磁石を、その挿入すべき磁気コアの磁路
方向に直角の方向に複数層に分割した磁石をＭｎ−Ｚｎ
系フェライトコアの磁気ギャップに挿入した場合のコア
ロス特性、および透磁率μの周波数特性の比較を行った
例を示す。

【００４１】ボンド磁石の作製にはＳｍ−Ｃｏ磁石粉末
（粉末平均粒径約３μｍ）と、総重量の４０ｖｏｌ％に
当たる量のバインダー（ポリエステル）とを熱混練を行
い、その後、無磁場中で熱プレスを行い、厚さ約１．５
ｍｍの板状磁石とした。この板状磁石を、挿入すべき磁
気コアのギャップの大きさである１０．６ｍｍ×７．０
ｍｍ×０．５ｍｍの寸法形状に加工した。

【００４２】図２を参照して、この磁石板８をＭｎ−Ｚ
ｎ系フェライトのＥ型コア６のギャップの面に張り付
け、レーザ９を用いて、幅２００μｍでコアの磁路方向
に対し直角方向に複数の層１０に切断した。

【００４３】また、比較用として、磁石板８をレーザに
て切断を行わないものも用意した。

【００４４】これらの切断したおよび切断していないボ
ンド磁石板８を有するＥ型コア６の上に対の他のＥ型コ
ア６´を重ねてコアを完成した後、ボンド磁石板８を、
約１０Ｔのパルス磁場でＥ型コア６の磁路方向に着磁を
行った。その後、Ｅ型コア６に巻線７を施し、コアロス
特性、透磁率μの周波数特性の比較を行った。

【００４５】コアロス特性は、岩崎通信機製のＳＹ−８
２３２交流ＢＨトレーサーで１００ＫＨｚ、０．１Ｔに
おけるコアロスを室温で測定した。周波数特性はＹＯＫ
ＯＧＡＷＡ・ＨｅｗｌｅｔｔＰａｃｋａｒｄ製４１９４
Ａインピーダンスアナライザーを用いて、交流周波数１
ＫＨｚ〜１５ＭＨｚの範囲でインピダンスＬを測定し、
得られたインピダンスＬから透磁率μを求めた。１ＫＨ
ｚ時の透磁率μと１０ＭＨｚ時の透磁率μの比で比較を
行った。その結果を表３に示す。

【００４６】

【表３】 表３から、ギャップに挿入したボンド磁石板８を分割し
た方のコアは、磁石板を分割しなかった方のコアに比べ
周波数特性が向上することが分かった。これは磁石を分
割した結果、渦電流半径が小さくなるためと推測でき
る。その結果、渦電流損失が減少し、コアロスが減少し
たものと思われる。このようにギャップに挿入した磁石
を分割した方の磁気コアは周波数特性、コアロス特性の
優れた特性を示す事が分かった。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明したように、磁路中の少なく
とも１箇所以上にギャップを有し、そのギャップに固有
保磁力が５ｋＯｅ以上、キュリー点Ｔｃが３００℃以上
で、かつその膜厚が５００μｍ以下の希土類焼結磁石シ
ート、あるいはその希土類磁石粉末からなるボンド磁石
のシートと、樹脂等の絶縁物とで磁路方向に対し直角方
向に積層した磁石を挿入する事を特徴とするチョークコ
イル用及びトランス用磁心は、渦電流が減少することに
より優れた周波数特性が得られ、しかもコアロスの劣化
も生ずることなく、優れた磁気コアが得られる。

【００４８】また、コアの磁路方向に直角の方向に複数
層に分割・切断された磁石を挿入しても、同様に、優れ
た周波数特性を持ち、コアロスの劣化もない優れた磁心
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１および２並びにその比較例に
おけるチョークコイルを製造する工程を説明する図であ
る。

【図２】本発明の実施例３およびその比較例におけるチ
ョークコイルを製造する工程を説明する図である。

【符号の説明】

１ ボンド磁石シート ２ 絶縁フィルム ３ ボンド磁石積層体 ４ ボンド磁石積層板 ５ ボンド磁石無垢板 ６、６´ Ｅ型コア ７ 巻線 ８ ボンド磁石板 ９ レーザ １０ 分割された層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 政義 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 (72)発明者 保志 晴輝 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 (72)発明者 安保 多美子 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 (72)発明者 伊藤 透 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内 Ｆターム(参考） 5E040 AA04 AB09 BB03 CA01 HB17 NN06 NN12 NN15 5E070 AA01 AB03 BA08 BB03 BB05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁路の少なくとも１箇所以上にギャップ
   を有する磁気コアに、該ギャップ両端から磁気バイアス
   を供給するために、該ギャップ近傍に永久磁石を配して
   なる磁気バイアス用磁石を有する磁気コアにおいて、前
   記永久磁石は、５ＫＯｅ以上の固有保磁力及び３００℃
   以上のキュリー点を持つ希土類磁石の複数枚の薄層であ
   り、該薄層は前記ギャップの磁路方向と直角方向に積層
   されていることを特徴とする磁気バイアス用磁石を有す
   る磁気コア。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁気バイアス用磁石を
   有する磁気コアにおいて、前記希土類磁石の薄層は希土
   類焼結磁石の層であることを特徴とする磁気バイアス用
   磁石を有する磁気コア。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の磁気バイアス用磁石を
   有する磁気コアにおいて、前記希土類磁石の薄層は希土
   類磁石粉末を樹脂で固めた希土類ボンド磁石の薄層であ
   ることを特徴とする磁気バイアス用磁石を有する磁気コ
   ア。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１に記載の磁気
   バイアス用磁石を有する磁気コアにおいて、前記積層さ
   れた希土類磁石の隣り合う薄層の間に絶縁層が介在され
   ていることを特徴とする磁気バイアス用磁石を有する磁
   気コア。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか１に記載の磁気
   バイアス用磁石を有する磁気コアにおいて、前記希土類
   磁石の薄層は厚みが５００μｍ以下であることを特徴と
   する磁気バイアス用磁石を有する磁気コア。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１に記載の磁気
   バイアス用磁石を有する磁気コアに、１ターン以上の巻
   線を少なくとも１つ施してあることを特徴とするインダ
   クタンス部品。