JP2002359127A - 磁心、磁心を用いた線輪部品、及び電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スイッチング電源などに用いられる磁心やト
ランス、チョークコイル等の線輪部品の小型化・低損失
化が図れるとともに、更に電源回路の簡素化、小型化、
高効率化、省資源化、高信頼性に対して飛躍的に寄与す
ることが出来るため、工業的に益するところ極めて大な
るものである磁心、磁心を用いた線輪部品、及び電源回
路を提供する。 【解決手段】 閉磁路の磁心であって、前記閉磁路にお
いて磁路を形成する軟磁気特性を有する磁性体の少なく
とも１ヶ所以上の空隙に永久磁石１３を配置してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器に多用さ
れる磁心、磁心を用いた線輪部品、及び電源回路に関す
るものであり、特にスイッチング電源などに使用される
磁心、チョークコイル、及びトランスなどの線輪部品、
及び線輪部品を用いた電源回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図６（ａ）に示すスイッチング電
源が使用されている。図６（ａ）は従来技術によるアク
ティブフィルタを具備したスイッチング電源構成図、図
６（ｂ）は従来技術によるアクティブフィルタに用いる
トランスの断面図、図６（ｃ）は従来技術によるアクテ
ィブフィルタに用いるトランスの動作Ｂ−Ｈ特性模式図
を示し、図６（ｄ）は（ｃ）における主な動作波形を示
す波形図である。

【０００３】従来のスイッチング電源では、商用電源Ｖ
_ＡＣＩＮへの電流、電圧の歪みに起因する力率低下に伴
う、送電線の電力損失増大などの問題を排除するいわゆ
る高調波規制に対応するため、商用電源Ｖ_ＡＣＩＮを従
来のチョークインプット整流するいわゆるパッシブフィ
ルタ構成とせずに、図６（ａ）に示すように、あえて整
流後にリアクタＬ６１をスイッチ素子（主にトランジス
タ）Ｑ６１を介して地絡して、オフ後は、オン期間中に
リアクタＬ６１に蓄積した磁気エネルギーを出カコンデ
ンサＣ６１に放出する形態を得た後に主たる機能である
ＤＣ−ＤＣコンバータ１０１に出力するいわゆるアクテ
ィブフィルタ構成を取っている。

【０００４】尚、制御回路Ｃｏｎｔ．６は、リアクタＬ
６１に流れる電流波形のピーク値が商用電源Ｖ_ＡＣＩＮ
からダイオードＤ６１を介した全波整流波形電圧ＶＣＥ
に相似の値となる様にオンとオフの時化率を調整するこ
とによって、入力の力率をほぼ１とする電源特性を得て
いる。

【０００５】図６（ｂ）に示したアクティブフィルタ回
路に用いるＥ型の磁心６１Ａ、６１Ｂと、磁心，６１
Ａ、６１Ｂを用いたリアクタＬ６１は、磁心に巻線６２
を施し、かつ磁心６１Ａ、６１Ｂが接する内脚部に空隙
６３を設けている。スイッチ素子Ｑ６１の導通に従って
入力側のダイオードＤ６５から流れ込むコイル電流ｉＬ
によって磁心６１Ａ、６１Ｂに磁界が形成される。

【０００６】アクティブフィルタに用いるトランスは、
図６（ｃ）に示すような動作Ｂ−Ｈ特性を示し、その動
作波形は、図６（ｄ）に示されている。

【０００７】また、従来から電源の小型化と高効率化を
図るためにスイッチング電源化が進められてきたが、一
般にトランスを用いた絶縁型で１００Ｗを超える出力を
得るためには、従来技術では図７（ａ）に示すようなシ
ングルエンドフォワード型のＤＣ−ＤＣコンバータが多
用されており、図７（ｂ）は、線輪部品の動作Ｂ−Ｈ特
性を示している。

【０００８】図７（ａ）において、Ｔ７１はトランス、
Ｌ７１は平滑用のチョークコイル、Ｑ７１はスイッチン
グ素子（主にトランジスタ）、Ｃｏｎｔ．７は制御回
路、Ｄ７１，Ｄ７２，Ｄ７３はダイオード、Ｃ７１，Ｃ
７２，Ｃ７３はコンデンサ、ＲＬ，Ｒ７１は抵抗であ
る。

【０００９】また、更に大きな出力を得るために、従来
技術では図８（ａ）に示すようなフルブリッジ型のＤＣ
−ＤＣコンバータが多用されており、図８（ｂ）は線輪
部品の動作Ｂ−Ｈ特性を示している。上記シングルエン
ドフォワード型は図７（ｂ）に示すように半波励磁に対
して、図８（ｂ）のように、Ｂ−Ｈ特性の第１象限のみ
ならず第３象限まで対称に拡大活用することによってト
ランスＴ８１の利用率を高めて高出力対応を可能として
いる。

【００１０】図８（ａ）において、Ｔ８１はトランス、
Ｌ８１は平滑用のチヨークコイル、Ｑ８１，Ｑ８２，Ｑ
８３，Ｑ８４はスイッチング素子（主にトランジス
タ）、ｃｏｎｔ．８は制御回路、Ｄ８１，Ｄ８２ダイオ
ード、Ｃ８１，Ｃ８２はコンデンサ、ＲＬは抵抗であ
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来技術においては、下記のような重大な欠点がある。つ
まり、図６（ａ）に示した従来技術によるアクティブフ
ィルタ回路においては、リアクタＬ６１のサイズが、後
段に接続されるＤＣ−ＤＣコンバータの出力トランスと
ほぼ同等のサイズとなり、しかも、その巻線６２による
銅損が電源全体の効率を低下させる重大な欠点があっ
た。

【００１２】また、ある程度出力の大きいＤＣ−ＤＣコ
ンバータを従来の技術にて構成する際、構成が簡素で経
済的にも望ましいシングルエンドフライバック方式で
は、励磁電流が鋸歯状となり、電流波形の実効値が増大
してトランスの大型化が避けられないため、図７（ａ）
のようなシングルエンドフォヮードコンバータの構成を
採る必要があった。その結果、回路構成を複雑化して経
済性をも阻害してしまうという欠点を招いている。

【００１３】また、更に高い出力を得る場合には、図８
（ａ）のようなフルブリッジコンバータ構成を採ること
によって、上記フォワード方式が図７（ｂ）のような半
波励磁に対して、図８（ｂ）のように、Ｂ−Ｈ特性の第
１象限のみならず第３象限まで対象に拡大活用すること
によって、トランスＴ８１の利用率を高めて高出力対応
を可能としているが、この場合には、スイッチ素子（主
にトランジスタ）も４個必要とするのみならず、スイッ
チング動作もスイッチ素子Ｑ８１とスイッチ素子Ｑ８２
或いはスイッチ素子Ｑ８３とスイッチ素子Ｑ８４が同時
に２つオンオフするため、経済的な面のみならず、損失
の面でも工業的に大きな不利益をもたらすという重大な
欠点があった。

【００１４】そこで、本発明の技術的課題は、従来技術
の問題点を解決し、スイッチング電源などに使用される
磁心やチョークコイル、及びトランスの小型化、低損失
化、更には回路の簡素化、小型化、高効率化、省資源
化、かつ経済的に優れた磁心とそれを用いた線輪部品、
及び電源回路を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、閉磁路
の磁心であって、前記閉磁路において磁路を形成する軟
磁気特性を有する磁性体の少なくとも１ヶ所以上の空隙
に永久磁石を配置してなることを特徴とする磁心が得ら
れる。

【００１６】また、本発明によれば、閉磁路の磁心を用
いた線輪部品であって、前記閉磁路において磁路を形成
する軟磁気特性を有する磁性体の少なくとも１ヶ所以上
の空隙に永久磁石を配置し、少なくとも１つ以上でかつ
１ターン以上の巻線が施されていることを特徴とする線
輪部品が得られる。

【００１７】さらに、本発明によれば、前記線輪部品を
用いた電源回路であって、前記線輪部品は、励磁巻線に
入力電圧が印加されて流れる励磁電流によって生じる磁
界の極性が、前記永久磁石によって生じる磁界の極性と
互いに逆極性，を有することを特徴とした電源回路が得
られる。

【００１８】また、本発明による、永久磁石はポリアミ
ドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリフ
ェニレンサルファイド樹脂、シリコン樹脂、ポリエステ
ル樹脂、芳香族系ポリアミド樹脂、液晶ポリマーから選
択された少なくとも一種類の樹脂に、固有保磁力が７９
０ｋＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）以上、ＴＣが５００℃以上、
粉末粒径が２．５〜２５μｍでかつ最大粒径が５０μｍ
の希土類磁石粉末が分散されてなり、前記磁石粉末をＺ
ｎ，Ａｌ，Ｂｉ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｐｂ，Ｓｂ，及び
Ｓｎの内の少なくとも１種の金属あるいはその合金で被
覆され、比抵抗が０．１Ωｃｍ以上に高め、樹脂含有量
が体積比で３０％以上である永久磁石を装着したインダ
クタ部品が得られる。

【００１９】尚、前記希土類磁石粉末の組成はＳｍ（Ｃ
ｏ_ｂａｌ．Ｆｅ_{０．１５−０．２５}Ｃｕ
_{０．０５−０．０６}Ｚｒ_{０．０２−０．０３}）
_{７．０−８．５}であることが好ましい。

【００２０】また、前記希土類磁石粉末は軟化点が２２
０℃以上５５０℃以下の無機ガラスで被覆されていても
良いし、前記したＺｎ等の金属被覆層が少なくとも３０
０℃以上の融点を有する非金属の無機化合物で被覆され
ていても良い。

【００２１】加えて、その被覆層の量は金属または合
金、あるいは無機ガラス、あるいは金属と非金属の添加
量は体積比で０．１〜１０％含有されていることが好ま
しい。

【００２２】また、前記磁石粉末はその作製時に希土類
磁石粉末が磁場で厚み方向に配向されることにより異方
性化されていてもよい。

【００２３】また、永久磁石は、その着磁磁場が２．５
Ｔ以上であること、中心線平均粗さＲａが１０μｍ以下
であることが好ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明についてさらに詳し
く説明する。本発明では、閉磁路の磁心であって、磁路
を形成する軟磁気特性の磁性体の、少なくとも１ヶ所以
上の空隙に永久磁石を配置した磁心に対して、磁路に鎖
交するように少なくとも１つ以上の巻線を施した線輪部
品を構成し、かつ、線輪部品に施された巻線に、入力電
圧が印加されて流れる励磁電流によって生じる磁界の極
性と永久磁石によって生じる磁界の極性が互いに逆特性
となるようにする。

【００２５】これによって、半波励磁のコイル、或いは
トランスであっても、軟磁気特性を有する磁性体は励磁
方向がＢ−Ｈ特性曲線の第１象限方向であっても、予
め、永久磁石によって第３象限方向にバイアスされてい
るため、実質的に残留磁束密度Ｂｒも第３象限にシフト
するので、活用できる磁束密度幅△Ｂも大幅に拡大でき
るため、磁心に施す巻線を大幅に低減できることが可能
となり、線輪部品の小型化と低損失化に寄与できる。

【００２６】しかも、本発明による磁心、磁心を用いた
線輪部品においては、上述したバイアス効果によって半
波励磁回路に対してもＢ−Ｈループの第１象限のみなら
ず第３象限までも幅広く活用できるため、構成が最も筒
素なシングルエンドフライバック方式を採っても、電流
波形を前述した従来技術における鋸歯状とすることなく
台形状に設計することが可能となるので、巻線電流の実
効値は、前述した構成の煩雑なフォワードコンバータや
フルブリッジコンバータと全く同等レベルまで低減でき
るため、スイッチング電源の高出力化を、回路構成を煩
雑化することなしに大幅に簡素化できる。

【００２７】加えて、本発明の電源回路、つまりスイッ
チ素子のターンオン電流の遅延用として新たに設けた極
めて小型の磁心に少なくとも１つ以上の巻線を施し、前
記入力電圧に対し、励磁巻線とスイッチ素子との間に直
列に磁心の巻線の両端末をそれぞれ接続するとともに、
スイッチ素子には、少なくともターンオフ時の並列共振
用コンデンサを含む回路が並列に接続されたことを特徴
とする電源回路とすることで、スイッチ素子のターンオ
ン、ターンオフ期間における電流、電圧のクロスに伴う
スイッチング損失を大幅に低減する電源回路を筒素な構
成のままで実現する。

【００２８】また、本発明においては、永久磁石には高
Ｔｃ（キュリー温度）・高ｉＨｃ（保磁力）であるＳｍ
Ｃｏ系磁石粉末を用いることにより、リフロー半田工程
における加熱状態に置かれても、熱減磁を起こさないと
ともに、過大電流による直流磁界が印加されても、保磁
力が消失し減磁することなく初期特性を維持することが
できる。

【００２９】加えて、永久磁石に用いる磁石粉末の表面
をＺｎなど金属でコーティングを施すことにより、経時
的な酸化が進行することによる永久減磁を引き起こすこ
とがない。

【００３０】さらに、磁石粉末を樹脂と体積比３０％以
上で混練することにより、高比抵抗化が可能となり、永
久磁石の渦電流損失を大幅に低減することができる。

【００３１】以下、本発明の実施の形態について図面に
基づき詳細に説明する。

【００３２】（第１の実施の形態）図１（ａ）は、本発
明による磁心と線輪部品とを、図１（ｂ）に示した断面
構造のように構成して、アクティブフィルタ回路を具備
したスイッチング電源を構成した第１の実施の形態であ
る。

【００３３】図１（ｂ）は磁心とそれを用いた線輪部品
の断面構成図であり、図１（ｃ）は磁心とそれを用いた
線輪部品の動作Ｂ−Ｈ特性図、図１（ｄ）は図１（ｃ）
における主な動作波形を示す波形図、図１（ｅ）は磁心
とそれを用いた線輪部品の直流重畳インダクタンス特性
を説明した説明図である。

【００３４】図１（ｂ）において、Ｍｎ−Ｚｎフェライ
トなどの軟磁気特性を有する１対のＥＥ型の磁心１１
Ａ，１１Ｂの巻芯部に磁束が鎖交するように巻線１２を
施し、かつ対向する１対の磁心１１Ａ，１１Ｂの対向面
のうち、内脚の接合部に空隙を設けている。

【００３５】図１（ａ）に示したアクティブフィルタ回
路において、Ｌ１１は線輪部品、Ｑ１１はスイッチング
素子（主にトランジスタ）、Ｃｏｎｔ．１は制御回路、
Ｄ１１，Ｄ１２はダイオード、Ｃ１１はコンデンサ、Ｒ
Ｌ，Ｒ１１は抵抗である。

【００３６】アクティブフィルタ回路に供する磁心１１
Ａ，１１Ｂとそれを用いた線輪部品Ｌ１１は、スイッチ
素子（主にトランジスタ）Ｑ１１の導通に従って入力側
１から流れ込むコイル電流ｉＬによって磁心１１Ａ，１
１Ｂに形成する磁界の方向と逆極性となるように磁心１
１Ａ，１１Ｂの接合部の空隙に永久磁石１３を配置した
磁心１１Ａ，１１Ｂに、少なくとも１つ以上で１ターン
以上の巻線１２が施されている。

【００３７】本発明による磁心１１Ａ，１１Ｂと線輪部
品Ｌ１１を用いれば、図１（ｃ）に示すように、磁心１
１Ａ，１１Ｂは予め巻線に流れる電流によって形成され
る磁界方向とは逆方向の第３象限側に永久磁石１３によ
って予めバイアスがΔＨ分だけかかる状態が形成される
ため、巻線に印加される電圧、電流によって生じる磁束
密度の動作許容幅△Ｂ値を図に示す如く拡大することが
出来るとともに、図１（ｅ）に示す巻線を流れる励磁電
流に対する直流重畳インダクタンス特性のように破線で
示した従来技術の線輪部品の特性に比較しで同じＡＬ値
の磁心１１Ａ，１１Ｂ同士であれば、図１（ｅ）に示し
た矢印（１）のように、単純にインダクタンスを同じく
して、電流重畳値を飛躍的に伸ばすことが出来る。逆
に、図１（ｅ）に示した矢印（２）のように空隙を狭め
てＡＬ値を高めた場合でも、飛曜的にインダクタンスを
高めて従来技術による線輪部品の重畳電流許容値を確保
することも出来る。

【００３８】つまり、本発明の第１の実施の形態に示し
た磁心並びに線輪部品をアクティブフィルタの線輪部品
Ｌ１１に適用することによって、アクティブフィルタの
昇圧に寄与する出力電力Ｐ_０［Ｗ］は、動作周波数を
ｆ、巻線電流のピーク値を図２（ｄ）に示すｉｐ，ｉｒ
とすれば、下記数１式によって定義されるため、上述し
た励磁巻線に許容する電流重畳値拡大に対する二乗の効
果によって、同一磁心１１Ａ，１１Ｂのサイズと周波数
を最大４倍まで出力電力を高めることができる。

【００３９】

【数１】

【００４０】また、磁心１１Ａ，１１Ｂの実効体積をＶ
ｅ、比例定数をｋ、磁束密度幅を△Ｂ_ｍａｘとして上記
式１を変形すれば、Ｐ_０＝（ｋ／２）×（△Ｂ_ｍａｘ）
２×Ｖｅ×ｆとなるため、明らかに磁心の小型化をはか
り、かっ高い△Ｂの設計値を許容することから、巻線の
巻回数を下げた銅損低減効果によって、小型、高効率の
アクティブフィルタを具備するスイッチング電源を提供
することが可能となることは明白である。

【００４１】（第２の実施の形態）図２（ａ）は、本発
明による磁心とそれを用いた線輪部品（トランス）及び
電源回路をシングルエンドフライバック型のＤＣ−ＤＣ
コンバータに適用した第２の実施の形態であり、図２
（ｂ）は、その主な回路動作波形を示し、図２（ｃ）は
磁心とこの磁心を用いた線輪部品のＢ−Ｈ特性図であ
る。

【００４２】図２（ａ）において、Ｔ２１はトランス、
Ｑ２１はスイッチング素子（主にトランジスタ）、Ｃｏ
ｎｔ．２は制御回路、Ｄ２１はダイオード、Ｃ２１，Ｃ
２２はコンデンサ、ＲＬは抵抗である。

【００４３】トランスＴ２１は、第１の実施の形態で示
した図１（ｂ）の磁心と同様の構成であり、巻線部は入
力巻線１，２と出力巻線３，４とからなっている。従っ
て、励磁巻線のインダクタンスは十分に高い値が確保出
来るため、スイッチ素子Ｑ１が導通すると、図２（ｂ）
に示したように励磁巻線に台形状の電流が流れるととも
に磁気エネルギーを充電し、スイッチ素子Ｑ１が遮断す
ると同時に出力巻線３，４とダイオードＤ２１とを介し
て、やはり台形状の出力電流が流れて電力を伝達する動
作を制御回路Ｃｏｎｔ．２の指令に従って繰り返す。

【００４４】従って、この図２（ａ）に示したシングル
エンドフライバックＤＣ−ＤＣコンバータの場合でも出
力電力Ｐ_０［Ｗ］は、第１の実施の形態と同様に、Ｐ_０
＝（１／２）×Ｌ×（（ｉｒ）^２−（ｉｒ）^２）×ｆ、
Ｐ_０＝（ｋ／２）×（△Ｂ_{ｍ ａｘ}）２×Ｖｅ×ｆで示さ
れ、大出力のＤＣ―ＤＣコンバータに対しても、あえて
回路構成の複雑な従来技術のシングルエンドフォワード
方式やフルブリッジ構成を採らなくとも、トランスＴ２
１の利用率を高め、かつ巻線の実効電流値も十分低減出
来るシングルエンドフライバック型コンバータを、経済
性と小型化を阻害することなく簡素な構成で小型高効率
に提供できる。

【００４５】（第３の実施の形態）図３は、本発明の第
３の実施の形態による磁心とそれを用いた線輪部品（ト
ランス）及び電源回路を自励式のＲＣＣコンバータに適
用した例を示す図である。

【００４６】図３において、Ｔ３１はトランス、Ｑ３１
はスイッチング素子（主にトランジスタ）、Ｄ３１，Ｄ
３２，Ｄ３３はダイオード、Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３は
コンデンサ、Ｒ３１，Ｒ３２，ＲＬは抵抗である。

【００４７】トランスＴ３１は、第１の実施の形態で示
した図１（ｂ）の磁心と同様の構成であり、巻線部は入
力巻線１，２と出力巻線３，４、補助巻線５，６とから
なっている。

【００４８】出カトランスＴ３１が励磁巻線１−２に流
れる電流によって形成される磁界と逆方向にバイアス磁
界が印加するように永久磁石を配置しているため、出力
巻線３，４からの出力は従来技術による磁心及び線輪部
品と比較して大幅に負荷側に伝達され、小型、大容量、
低損失に構成できる。

【００４９】（第４の実施の形態）図４（ａ）は、本発
明の第４の実施の形態による磁心とそれを用いた線輪部
品（リアクタ）、及び、電源回路を、第１の実施の形態
に記述したアクティブフィルタ回路に対して適用して、
スイッチ素子の損失を大幅に低減した例を示す図で、図
４（ｂ）にはその主な波形を示している。

【００５０】図４（ａ）において、Ｌ４１はリアクタ、
Ｑ４１はスイッチング素子（主にトランジスタ）、Ｃｏ
ｎｔ．３は制御回路、Ｄ４１，Ｄ４２，Ｄ４３はダイオ
ード、Ｃｒ，Ｃｌはコンデンサ、ＲＬ，Ｒ４１，Ｒ４２
は抵抗、Ｌ６は可飽和コイルである。

【００５１】電源として高出力化するためにスイッチ素
子に流れる電流を鋸歯状から台形状とすれば、リアクタ
の巻線電流の実効値は低減して損失も低減するものの、
スイッチ素子自体のクロスカレント損失はターンオンを
軸に増大するため、まず、スイッチ素子Ｑ４１のターン
オン期間に対しては、遅延用として新たに設けた極めて
小型の磁心にわずかの巻線ｘ−ｙを施し、トランスの励
磁巻線とスイッチ素子Ｑ４１との間に直列に可飽和コイ
ルＬｄとして接続する。そして、スイッチ素子Ｑ４１の
ターンオフ期間用としては、スイッチ素子Ｑ４１と並列
に共振するようにコンデンサＣｒを設けている。

【００５２】つまり、スイッチ素子Ｑ４１のターンオン
期間は、上記可飽和コイルＬｄが未だ非飽和状態でスイ
ッチ素子Ｑ４１には、その励磁電流分が流れ、飽和に達
した時点でリアクタＬ４１への励磁電流を導通させるた
め、問題のクロスカレント損失は極めて小さくできる。

【００５３】また、スイッチ素子Ｑ４１のターンオフ期
間についても、リアクタＬ４１と可飽和コイルＬｄとの
和のインダクタンスと、コンデンサＣｒとがダイオード
Ｄ４３を介して並列共振を開始するため、スイッチ素子
Ｑ４１の電圧は固有振動周波数１／（（Ｌ４１十Ｌｄ）
×Ｃｒ）１／２に拘東されて上昇するため、同様にクロ
スカレント損失は極めて小さく出来る。

【００５４】ダイオードＤ４３については、上記並列共
振動作に介在させるとともに、スイッチ素子Ｑ４１がタ
ーンオンする際にコンデンサＣｒにチャージアップされ
た電荷を瞬時に放電してクロスカレント損失を増やさぬ
ように抵抗Ｒ４３と並列に構成している。

【００５５】尚、このような商用電源Ｖ_ＡＣＩＮ入力に
供するアクティブフィルタの場合には、ダイオードＤ４
２にファストリカバリダイオードを用いざるを得ない
が、従来技術の構成の場合には、スイッチ素子Ｑ４１を
ターンオンすると同時にダイオードＤ４２のリカバリ期
間と重なるため、大きな貫通電流が出力からスイッチ素
子Ｑ４１に逆流して効率を低下させるとともに、大きな
ＥＭＩ障害をもたらしているが、上述した本発明の構成
によれば可飽和リアクタＬｄが上記貫通電流をも阻止出
来るため、更なる高効率と低ノイズのアクティブフィル
タの提供が可能となる点も工業的に益するところ極めて
大といえる。

【００５６】（第５の実施の形態）図５（ａ）は、本発
明の第５の実施の形態による磁心とそれを用いた線輪部
品（トランス）、及び電源回路を、第１の実施の形態に
記述したシングルエンドフライバックコンバータ回路に
対して適用して、スイッチ素子の損失を大幅に低減した
例を示す図で、図５（ｂ）にはその主な波形を示してい
る。

【００５７】図５（ａ）において、Ｔ５１はトランス、
Ｑ５１はスイッチング素子（主にトランジスタ）、Ｃｏ
ｎｔ．５は制御回路、Ｄ５１，Ｄ５２はダイオード、Ｃ
ｒ，Ｃ５１，Ｃ５２はコンデンサ、ＲＬ，Ｒ５１，Ｒ５
２は抵抗、Ｌｄは可飽和コイルである。

【００５８】上述した第４の実施の形態の場合と同様
に、第５の実施の形態において、高出力化するためトラ
ンスの巻線電流を台形状としても、遅延用の可飽和コイ
ルＬｄと、並列共振用のコンデンサＣｒを設けているた
めスイッチ素子Ｑ５１自体のクロスカレント損失を同様
に大幅低減出来る。

【００５９】続いて、上述した本発明による磁心、磁心
を用いた線輪部品、及び電源回路に用いるバイアス用永
久磁石に関する実施の形態を以下に記す。

【００６０】（第６の実施の形態）従来技術の問題に記
述した熱減磁に対しては，以下の方策を施している。即
ち、リフロー半田工程における熱に耐えるために、磁石
粉末には高ＴＣであるＳｍＣｏ系磁石粉末を用いること
で、熱減磁を生じさせない方策を施している。

【００６１】第１の実施の形態に用いた構成に、第１の
実施の形態で用いたＴｃが７７０℃の永久磁石を装着し
たものと、従来技術で用いられていたが４５０℃と低い
Ｂａフェライト磁石を装着したものを、リフロー炉の条
件である２７０℃の恒温槽で１時間保持し常温まで冷却
後の直流重畳インダクタンス特性を測定した結果を下記
表１に示す。

【００６２】

【表１】

【００６３】本発明における高Ｔｃ材を使用したインダ
クタ部品はリフロー前後で、直流重畳インダクタンス特
性の変化がないのに対して、Ｔｃが４５０℃と低いＢａ
フェライト磁石の場合、熱によって不可逆減磁が生じ、
直流重畳インダクタンス特性の劣化が生じた。

【００６４】従って、リフロー半田工程による加熱など
に絶えるためには、Ｔｃが５００℃以上の磁石粉末を用
いる必要がある。

【００６５】加えてＳｍＣｏ系磁石粉末の中でも、組成
がＳｍ（Ｃｏ_ｂａｌ．Ｆｅ_{０．１５ −０．２５}Ｃｕ
_{０．０５−０．０６}Ｚｒ_{０．０２−０．０３}）
_{７．０−８．５}である俗に第３世代Ｓｍ_２Ｃｏ_１７磁石
と呼ばれる組成の磁石粉末を用いることにより、熱によ
る減磁はさらに抑えられる。

【００６６】第１の実施の形態で用いた構成に、第１の
実施の形態で用いた組成が、Ｓｍ（Ｃｏ_{０．７４２}Ｆｅ
_０．２０Ｃｕ_{０．０５５}Ｚｒ_{０．０２９}）_７．７である
永久磁石を装着したものと、組成がＳｍ（Ｃｏ_０．７８
Ｆｅ_０．１１Ｃｕ_０．１０Ｚｒ_０．０１）_７．７である
永久磁石を装着したものとをリフロー炉の条件である２
７０℃の高温槽で１時間保持し、常温までの冷却後の直
流重畳インダクタンス特性を測定した結果を下記表２に
示す。

【００６７】

【表２】

【００６８】本発明における組成が第３世代であるＳｍ
（Ｃｏ_ｂａｌ．Ｆｅ_{０．１５−０． ２５}Ｃｕ
_{０．０５−０．０６}Ｚｒ_{０．０２−０．０３}）
_{７．０−８．５}を用いたインダクタ部品はリフロー前後
で、直流重畳インダクタンス特性の変化がないのに対し
て、俗に第２世代Ｓｍ_２Ｃｏ_１７と呼ばれるものの磁石
粉末を用いたものは、直流重畳インダクタンス特性の劣
化が起こった。

【００６９】従って、リフロー半田工程による加熱など
に耐えるためには、請求項３に示すような組成が第３世
代であるＳｍ（Ｃｏ_ｂａｌ．Ｆｅ_{０．１５−０．２５}Ｃ
ｕ_{０ ．０５−０．０６}Ｚｒ_{０．０２−０．０３}）
_{７．０−８．５}を用いる必要がある。

【００７０】（第７の実施の形態）従来技術の問題に記
載した過大電流による減磁に対しては以下の方策を施し
ている。即ち、過大電流に伴う直流磁界によって、永久
磁石の保磁力が消失しないように、高ｉＨｃであるＳｍ
Ｃｏ系磁石粉末を用いる方策を施している。

【００７１】実施の形態１で用いた構成に、実施の形態
１で用いた保磁力が２０ＫＯｅ（１．５８ＭＡ／ｍ）の
永久磁石を装着したものと、従来技術で用いられていた
保持力が２ＫＯｅ（１５８ｋＡ／ｍ）の磁石を装着した
ものに３００Ａ・５０μｓの過大電流を印加後、直流重
畳インダクタンス特性を測定した結果を下記表３に示
す。

【００７２】

【表３】

【００７３】本発明における高ｉＨｃ材を用いたインダ
クタ部品は、課題電流印加前後で、直流重畳インダクタ
ンス特性の変化がないのに対して保磁力が２ｋＯｅ（１
５８ｋＡ／ｍ）しかないＢａフェライト磁石の場合、磁
石に印加される逆向きの磁界による減磁が起こり、直流
重畳インダクタンス特性が低下した。

【００７４】従って、過大電流による直流磁界に耐える
ためには、固有保磁力が１０ＫＯｅ（７９０ｋＡ／ｍ）
以上の磁石粉末を用いる必要がある。

【００７５】（第８の実施の形態）従来技術の問題に記
述した経時的な酸化が進むことによる永久減磁に対して
は以下の実施を施している。即ち、磁石粉末が酸化を起
こさないように金属や合金によるコーティングをする方
策を施している。

【００７６】第１の実施の形態で用いた構成に、第１の
実施の形態１で用いたＺｎの被覆をした永久磁石を装着
したものと、Ｚｎの被覆をしていない永久磁石を装着し
たものを、塩水に浸した後、２００時間自然放置し、直
流重畳インダクタンス特性を測定した結果を下記表４に
示す。

【００７７】

【表４】

【００７８】本発明におけるコーティングを施したイン
ダクタ部品はＰＣＴ前後で、直流重畳インダクタンス特
性の変化がないのに対して、Ｚｎコートなしの磁石粉末
は、経時的な酸化が進むことで減磁を生じ、直流重畳イ
ンダクタンス特性の劣化が生じた。

【００７９】従って、酸化の進行による永久減磁を抑え
るためには、Ｚｎ，Ａｌ，Ｂｉ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｍｇ，Ｐ
ｂ，Ｓｂ及びＳｎ等の磁石粉末をコーティングする必要
がある。

【００８０】加えて、粉末平均粒径を２．５〜２５μｍ
で最大粒径が５０μｍとすることで、作製工程中の酸化
も抑えることが可能になる。

【００８１】第１の実施の形態で用いた構成に、第１の
実施の形態で用いた平均粒径が５μｍで最大粒径が４５
μｍ磁石粉末を用いた永久磁石を装着したものと、平均
粒径を２μｍにした永久磁石を装着したもので、直流重
畳インダクタンス特性を測定した結果を下記表５に示
す。

【００８２】

【表５】

【００８３】本発明における粒径を用いたインダクタ部
品は、磁気バイアスによる直流重畳インダクタンス特性
の向上が５０％であるのに対して、平均粒径を２μｍに
したものは１５％しか仲びていない。

【００８４】従って、作製工程中の酸化を抑えるには、
粉末平均粒径を２．５〜２５μｍで最大粒径が５０μｍ
とする必要がある。

【００８５】（第９の実施の形態）従来技術の問題に記
載した比抵抗が低いことによるコアロスの増加に対して
は以下の実施を施している。即ち、高比抵抗にするため
に、樹脂量を体積比で３０％以上にする方策を施してい
る。

【００８６】第１の実施の形態で用いた構成に、第１の
実施の形態で用いた樹脂量が４０Ｖｏｌ％とし、比抵抗
を０．５Ωｃｍにした永久磁石を装着したものと、樹脂
量を２０Ｖｏｌ％とし比抵抗を０．０５Ωｃｍにした永
久磁石を装着したもの、および樹脂量を３０Ｖｏｌ％と
し比抵抗を０．１Ωｃｍにした永久磁石を装着したもの
で、コアロスの測定を行った結果を下記表６に示す。

【００８７】

【表６】

【００８８】本発明における樹脂量を３０Ｖｏｌ％以上
としたインダクタ部品のコアロスに対して、樹脂量を体
積比で２０％として比抵抗を０．０５Ωｃｍと低いもの
は、渦電流が流れることにより損失が生じ、コアロスが
悪化している。また、樹脂量を体積比で３０％とし比抵
抗を０．１Ωｃｍとしたものは、第１の実施の形態に用
いた、樹脂量を体積比で４０％とし比抵抗を０．５Ωｃ
ｍとしたものと同じ程度のコアロスを示している。

【００８９】従って、比抵抗の低下に伴うコアロスの増
加を抑えるためには、樹脂量は体積で３０％以上とし、
比抵抗は０．１Ωｃｍ以上必要である。

【００９０】

【発明の効果】以上、述べた通り、本発明による磁心、
磁心を用いた線輪部品、及び電源回路を用いれば、スイ
ッチング電源などに用いられる磁心やトランス、チョー
クコイル等の線輪部品の小型化・低損失化が図れるとと
もに、更に電源回路の簡素化、小型化、高効率化、省資
源化、高信頼性に対して飛躍的に寄与することが出来る
ため、工業的に益するところ極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図で、（ａ）
はアクティブフィルタを具備したスイッチング電源の構
成図、（ｂ）は磁心とそれを用いた線輪部品の断面構成
図、（ｃ）は磁心とそれを用いた線輪部品の動作Ｂ−Ｈ
特性図、（ｄ）は（ｃ）における主な動作波形を示す波
形図、（ｅ）は磁心とそれを用いた線輪部品の直流重畳
インダクタンスを説明した図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図で、（ａ）
はシングルエンドフライバック型ＤＣ−ＤＣコンバータ
構成図、（ｂ）は（ａ）における主な動作波形を示す動
作波形図、（ｃ）は磁心とそれを用いた線輪部品の動作
Ｂ−Ｈ特性図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態を示す図で、自励式
のＲＣＣコンバータ構成図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態を示す図で、（ａ）
は磁心とそれを用いた線輪部品、及び電源回路構成図で
あり、（ｂ）は（ａ）における主な動作波形を示す波形
図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態を示す図で、（ａ）
は磁心とそれを用いた線輪部品、及び電源回路構成図で
あり、（ｂ）は（ａ）における主な動作波形を示す波形
図である。

【図６】（ａ）は従来技術によるアクティブフィルタを
具備したスイッチング電源構成図、（ｂ）は従来技術に
よるアクティブフィルタに用いるトランスの断面構成
図、（ｃ）は従来技術によるアクティブフィルタに用い
るトランスの動作Ｂ−Ｈ特性図、（ｄ）は（ｃ）におけ
る主な動作波形を示す波形図である。

【図７】（ａ）は従来技術によるシングルエンドフォワ
ード型ＤＣ−ＤＣコンバータ構成図、（ｂ）は動作Ｂ−
Ｈ特性図である。

【図８】（ａ）は従来技術によるフルブリッジ型ＤＣ−
ＤＣコンバータ構成図、（ｂ）線輪部品の動作Ｂ−Ｈ特
性図である。

【符号の説明】

１１Ａ，１１Ｂ，１２，６２ 巻線 １３ 永久磁石 Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ４１，Ｑ５１，Ｑ６１，Ｑ
７１，Ｑ８１，Ｑ８２，Ｑ８３，Ｑ８４ スイッチ素
子 Ｌ１１，Ｌ４１，Ｌ６１ リアクタ Ｌ７１，Ｌ８１ チョークコイル Ｌｄ 可飽和コイル Ｔ２１，Ｔ３１，Ｔ５１，Ｔ７１，Ｔ８１ トランス Ｃ１１，Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，Ｃ
ｒ，Ｃ４１，Ｃ５１，Ｃ５２，Ｃ６１，Ｃ７１，Ｃ７
２，Ｃ７３，Ｃ８１，Ｃ８２ コンデンサ Ｒ１１，ＲＬ，Ｒ３１，Ｒ３２，Ｒ４１，Ｒ４２，Ｒ５
１，Ｒ５２，Ｒ７１抵抗 Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ２１，Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，Ｄ
４１，Ｄ４２，Ｄ４３，Ｄ５１，Ｄ５２，Ｄ６２，Ｄ７
１，Ｄ７２，Ｄ７３，Ｄ８１，Ｄ８２ ダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E070 BB01 BB05 MM03 5H730 AA14 AA15 BB14 BB43 BB52 BB57 DD02 EE02 EE07 EE59 FD01 FG05 FG07 ZZ16 ZZ17

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉磁路の磁心であって、前記閉磁路にお
   いて磁路を形成する軟磁気特性を有する磁性体の少なく
   とも１ヶ所の空隙に永久磁石を配置してなることを特徴
   とする磁心。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の磁心において、前記永
   久磁石はポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポ
   キシ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、シリコン
   樹脂、ポリエステル樹脂、芳香族系ポリアミド樹脂、液
   晶ポリマーから選択された少なくとも一種類の樹脂に固
   有保磁力が７９０ｋＡ／ｍ以上、Ｔｃが５００℃以上、
   粉末平均粒径が２．５〜２５μｍで、かつ、Ｚｎ、Ａ
   ｌ、Ｂｉ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｂ及びＳｎの内
   の少なくとも１種の金属あるいはその合金で被覆した希
   土類磁石粉末が分散されてなり、該樹脂含有量が体積比
   で３０％以上であり、比抵抗が０．１Ωｃｍ以上である
   ことを特徴とする磁心。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の磁心において、前記希
   土類磁石粉末の組成は、Ｓｍ（Ｃｏ_ｂａｌ，Ｆｅ
   _{０．１５−０．２５}Ｃｕ_{０．０５−０．０６}Ｚｒ_{０
   ．０２−０．０３}）_{７．０−８．５}であることを特徴と
   する磁心。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載の磁心において、
   前記希土類磁石粉末を軟化点が２２０℃以上５５０℃以
   下の無機ガラスで被覆したことを特徴とする磁心。
5. 【請求項５】 請求項２又は３に記載の磁心において、
   前記希土類磁石粉末において、粉末に被覆された金属あ
   るいは合金に、更に、少なくとも３００℃以上の融点を
   有する非金属の無機化合物で被覆されていることを特徴
   とする磁心。
6. 【請求項６】 請求項２〜５の内のいずれか一つに記載
   の磁心において、前記希土類磁石粉末に被覆される金属
   あるいは合金、または無機ガラス、または金属あるいは
   合金と３００℃以上の融点を有する非金属の無機化合物
   で被覆される添加量は、体積比で０．１〜１０％である
   ことを特徴とする磁心。
7. 【請求項７】 請求項２〜６の内のいずれか一つに記載
   の磁心において、前記永久磁石の作製時に希土類磁石粉
   末が磁場で、当該磁心の厚み方向に配向されることによ
   り磁気的に異方性化されていることを特徴とする磁心。
8. 【請求項８】 請求項２〜７の内のいずれかに記載の磁
   心において、前記永久磁石の着磁磁場が２．５Ｔ以上で
   あることを特徴とする磁心。
9. 【請求項９】 請求項２〜８の内のいずれかに記載の磁
   心において、前記永久磁石において中心線平均粗さＲａ
   が１０μｍ以下であることを特徴とする磁心。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９の内のいずれか一つに記
    載の磁心に、少なくとも１つ以上でかつ１ターン以上の
    巻線が施されていることを特徴とする線輪部品。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載の線輪部品を用いた電
    源回路であって、前記線輪部品は、励磁巻線に入力電圧
    が印加されて流れる励磁電流によって生じる磁界の極性
    が、前記永久磁石によって生じる磁界の極性と互いに逆
    極性を有することを特徴とする電源回路。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載の電源回路において、
    他方の前記磁心に少なくとも１つ以上の巻線を施し、前
    記線輪部品とスイッチ素子との間に直列に前記他方の磁
    心の、巻線の両端末をそれぞれ接続するとともに、前記
    スイッチ素子には、少なくともコンデンサを合む回路が
    並列に接続されていることを特徴とする電源回路。