JP2007115969A - METHOD OF DESIGNING FERRITE CORE AND MnZn FERRITE CORE FOR NOISE FILTER - Google Patents

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龍矢 千葉
Tadakuni Sato
忠邦 佐藤
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of designing a ferrite core and an MnZn ferrite core for a noise filter to attain the noise filter having a high frequency and a high impedance. <P>SOLUTION: In the method of designing a ferrite core for a noise filter formed of an MnZn ferrite and the MnZn ferrite core, a relation between the cross-sectional area Ae of the ferrite core and the resistivity ρ of the material of the core satisfies a defined requirement of Ae/ρ<10 mm<SP>2</SP>×(Ω cm)<SP>-1</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ノイズフィルタ用フェライトコアおよびMnZnフェライトコアの設計方法に関するものである。   The present invention relates to a method for designing a ferrite core for noise filter and a MnZn ferrite core.

近年、電子機器の小型化および高性能化による技術革新が著しく進んでいる。それに伴い、使用されるMnZn系フェライトの高性能化が要求され、例えば、高透磁率化及び低損失化が求められている。特に、ノイズフィルタ用のフェライトコアには、高い初透磁率とインピーダンスが要求される。   In recent years, technological innovations due to downsizing and higher performance of electronic devices have been remarkably advanced. Accordingly, there is a demand for higher performance of the MnZn-based ferrite used, for example, higher magnetic permeability and lower loss. In particular, a ferrite core for a noise filter is required to have a high initial permeability and impedance.

特に、ノイズフィルタに関しては、近年、規格(CISPR Pub.22 B.)に示されるように、低周波数領域からの広帯域のノイズ除去が求められる。低周波数領域のノイズを除去するためには、低周波数領域のインピーダンスを高くする必要がある。以下の2条件を満足する特性がノイズフィルタを構成する材料に求められる。第1条件は、材料の透磁率を高くすることで、第2条件は、高い透磁率の周波数特性をより高周波領域まで維持することである。   In particular, with regard to noise filters, in recent years, as shown in the standard (CISPR Pub. 22 B.), wideband noise removal from a low frequency region is required. In order to remove noise in the low frequency region, it is necessary to increase the impedance in the low frequency region. Characteristics satisfying the following two conditions are required for the material constituting the noise filter. The first condition is to increase the magnetic permeability of the material, and the second condition is to maintain a high magnetic permeability frequency characteristic up to a higher frequency region.

第1条件の高透磁率の改善方法は、MnZnフェライトの結晶磁気異方性定数K1及び磁歪定数λを制御することである。具体的には、Fe23を51〜53mol%、MnOを22〜28mol%、残部ZnO付近の組成に主成分組成を制御する。この組成領域では、MnZnフェライトの結晶磁気異方性定数K1が小さくなり、高透磁率化が図れる。現在市販されている高透磁率MnZnフェライトは、ほぼこの範囲で製造される。また、高透磁率化には、結晶組織を大きく均一化するためにBi23、MnO3、V25等の結晶粒径を肥大化させる添加物を添加する方法がある。 The first condition for improving the high magnetic permeability is to control the magnetocrystalline anisotropy constant K 1 and the magnetostriction constant λ of MnZn ferrite. Specifically, the main component composition is controlled to a composition in the vicinity of 51 to 53 mol% Fe 2 O 3 , 22 to 28 mol% MnO, and the balance ZnO. In this composition region, the magnetocrystalline anisotropy constant K 1 of MnZn ferrite becomes small, and high permeability can be achieved. The high magnetic permeability MnZn ferrite currently on the market is manufactured in this range. In order to increase the magnetic permeability, there is a method of adding an additive such as Bi 2 O 3 , MnO 3 , V 2 O 5 or the like that enlarges the crystal grain size in order to make the crystal structure largely uniform.

第2条件の高い透磁率の周波数特性をより高周波領域まで維持する改善方法は、ノイズフィルタを構成する材料の比抵抗を高くすることである。具体的には、SiO2、CaOなどの粒界層を形成可能な元素を添加することである。十分な粒界層を形成することで、MnZnフェライトコアを還流する渦電流を抑制できるので、高周波数領域で支配的となる渦電流損失を低減できる。結果として、高周波数領域の損失を低減できるので、高い透磁率の周波数特性をより高周波領域まで維持できる。 An improvement method for maintaining the frequency characteristic of the high permeability of the second condition up to a higher frequency region is to increase the specific resistance of the material constituting the noise filter. Specifically, an element capable of forming a grain boundary layer such as SiO 2 or CaO is added. By forming a sufficient grain boundary layer, the eddy current flowing back through the MnZn ferrite core can be suppressed, so that the eddy current loss that is dominant in the high frequency region can be reduced. As a result, the loss in the high frequency region can be reduced, so that the frequency characteristic of high permeability can be maintained up to the higher frequency region.

また、比抵抗値やスピネル相の格子定数Fe2+含有量等の各物性の分布を所定の範囲に制御することで、断面積100mm2以上のコアで顕著な効果があることが、特許文献1に開示されている。 Further, it is known that there is a remarkable effect in a core having a cross-sectional area of 100 mm 2 or more by controlling the distribution of physical properties such as the specific resistance value and the lattice constant Fe 2+ content of the spinel phase within a predetermined range. 1 is disclosed.

特開2002−134331号公報JP 2002-134331 A

上述した2条件を同時に満足するノイズフィルタを構成する材料を実現することは、著しく困難である。上述した第1条件を満足させるために、結晶粒を肥大化させると、十分な比抵抗が得られないので、渦電流が増大し、高周波数領域での透磁率が低下するという問題点があった。また、粒界層を形成可能な添加物を添加すると、十分な大きさの結晶粒が得られないので、高透磁率を実現できないという問題点があった。   It is extremely difficult to realize a material constituting a noise filter that satisfies the above two conditions at the same time. If the crystal grains are enlarged in order to satisfy the first condition described above, a sufficient specific resistance cannot be obtained, resulting in an increase in eddy current and a decrease in magnetic permeability in a high frequency region. It was. Further, when an additive capable of forming a grain boundary layer is added, there is a problem that a high magnetic permeability cannot be realized because a sufficiently large crystal grain cannot be obtained.

また、上述した特許文献1は、比抵抗値やスピネル相の格子定数やFe2+含有量等の各物性の分布を所定の範囲に制御して、コアロスを改善する方法なので、比抵抗値の分布状態、材料組成分布、Fe2+含有量にコアロス特性が大きく依存するという問題点があった。 Further, since the above-mentioned Patent Document 1 is a method for improving the core loss by controlling the distribution of physical properties such as the specific resistance value, the lattice constant of the spinel phase, and the Fe 2+ content within a predetermined range, the specific resistance value There is a problem in that the core loss characteristics greatly depend on the distribution state, material composition distribution, and Fe 2+ content.

本発明は、上述した問題点を解決すべくなされたもので、その技術課題は、高周波で高インピーダンスのノイズフィルタを実現するノイズフィルタ用フェライトコアおよびMnZnフェライトコアの設計方法を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and a technical problem thereof is to provide a noise filter ferrite core and a method for designing a MnZn ferrite core that realize a high-frequency, high-impedance noise filter. .

上記目的を達成するための第1の発明は、MnZnフェライトコアで構成されたノイズフィルタ用フェライトコアにおいて、コアの断面積Aeと前記フェライトコアを構成する材料の比抵抗をρとの関係が、Ae/ρ<10mm2×(Ω・cm)-1で定義された条件を満たしたノイズフィルタ用フェライトコアである。 The first invention for achieving the above object is a ferrite core for a noise filter composed of a MnZn ferrite core, wherein the relationship between the cross-sectional area Ae of the core and the specific resistance of the material constituting the ferrite core is ρ, This is a ferrite core for noise filter that satisfies the condition defined by Ae / ρ <10 mm 2 × (Ω · cm) −1 .

上記目的を達成するための第2の発明は、MnZnフェライトコアの設計方法において、コアの断面積Aeと前記フェライトコアを構成する材料の比抵抗をρとの関係が、Ae/ρ<10mm2×(Ω・cm)-1で定義された条件を満たしたMnZnフェライトコアの設計方法である。 According to a second invention for achieving the above object, in the method for designing an MnZn ferrite core, the relationship between the cross-sectional area Ae of the core and the specific resistance of the material constituting the ferrite core is represented by Ae / ρ <10 mm 2. This is a method for designing a MnZn ferrite core that satisfies the condition defined by × (Ω · cm) −1 .

本発明によれば、MnZnフェライトコアで構成されたノイズフィルタ用フェライトコアおよびMnZnフェライトコアの設計方法において、コアの断面積Aeとフェライトコアを構成する材料の比抵抗をρとの関係が、Ae/ρ<10mm2×(Ω・cm)-1で定義された条件を満たすことにより、高周波数領域で支配的な渦電流損失を低減できる。その結果、高周波で高インピーダンスのノイズフィルタを実現するノイズフィルタ用フェライトコアおよびMnZnフェライトコアの設計方法の提供が可能になる。 According to the present invention, in the design method of the ferrite core for noise filter and the MnZn ferrite core composed of the MnZn ferrite core, the relationship between the cross-sectional area Ae of the core and the specific resistance of the material constituting the ferrite core is represented by Ae. By satisfying the condition defined by / ρ <10 mm 2 × (Ω · cm) −1 , the dominant eddy current loss can be reduced in the high frequency region. As a result, it is possible to provide a design method for a ferrite core for noise filter and a MnZn ferrite core that realizes a high-frequency, high-impedance noise filter.

本発明を実施するための最良の形態に係るノイズフィルタ用フェライトコアおよびMnZnフェライトコアの設計方法を以下に図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明のノイズフィルタ用フェライトコア(表1の発明品3)の透磁率の周波数特性を示す図である。   A method for designing a ferrite core for noise filter and a MnZn ferrite core according to the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the frequency characteristics of magnetic permeability of a ferrite core for noise filter of the present invention (invention product 3 in Table 1).

本発明を実施するための最良の形態に係るノイズフィルタ用フェライトコアおよびMnZnフェライトコアの設計方法では、Fe23を51.5mol%、ZnOを24.0mol%、残部MnOの主成分とSiO2を0〜0.05wt%、CaOを0〜0.05wt%、Bi23を0.01〜0.1wt%の副成分を秤量する。その後、アトライターを用いて2時間混合する。混合後にスプレードライヤーで造粒する。その後、混合粉末を850℃の大気中で2時間予焼する。その後、得られた予焼粉末をアトライターで粉砕する。粉砕後にスプレードライヤーにて造粒し、コア断面積Aeが、5〜50mm2となるトロイダル試料を作製し、1350℃の焼成温度で焼成する。 In the design method of the ferrite core for noise filter and the MnZn ferrite core according to the best mode for carrying out the present invention, 51.5 mol% of Fe 2 O 3 , 24.0 mol% of ZnO, the main component of the remaining MnO and SiO The subcomponents of 0 to 0.05 wt%, 2 to 0.05 wt% of CaO, and 0.01 to 0.1 wt% of Bi 2 O 3 are weighed. Then, it mixes for 2 hours using an attritor. After mixing, granulate with a spray dryer. Thereafter, the mixed powder is pre-fired in an atmosphere of 850 ° C. for 2 hours. Thereafter, the pre-baked powder obtained is pulverized with an attritor. After pulverization, the mixture is granulated with a spray dryer to produce a toroidal sample having a core cross-sectional area Ae of 5 to 50 mm 2 and fired at a firing temperature of 1350 ° C.

その後、トロイダル試料であるフェライトコアを構成する材料の比抵抗を変えた本発明例と比較例の比抵抗、1kHzの透磁率、Ae/ρ値および臨界周波数frを評価する。フェライトコアを構成する材料の比抵抗を変えた本発明例と比較例の比抵抗、1kHzの透磁率、Ae/ρ値および臨界周波数frの測定結果を表1に示す。なお、1kHzの透磁率μ'(μ'1kHz)に対し、5%低下した周波数を臨界周波数frと定義している。   Thereafter, the specific resistances of the present invention and the comparative example, the magnetic permeability of 1 kHz, the Ae / ρ value, and the critical frequency fr are evaluated by changing the specific resistance of the material constituting the ferrite core, which is a toroidal sample. Table 1 shows the measurement results of the specific resistance of the present invention and the comparative example, the magnetic permeability of 1 kHz, the Ae / ρ value, and the critical frequency fr in which the specific resistance of the material constituting the ferrite core is changed. Note that a frequency that is 5% lower than the permeability μ ′ (μ′1 kHz) of 1 kHz is defined as the critical frequency fr.

Figure 2007115969
Figure 2007115969

表1より、Ae/ρ<10mm2×(Ω・cm)-1で定義された条件を満たす本発明例は、frが8〜150Hzと高い値を示すことがわかる。 From Table 1, it can be seen that the example of the present invention that satisfies the condition defined by Ae / ρ <10 mm 2 × (Ω · cm) −1 exhibits a high value of fr of 8 to 150 Hz.

なお、ノイズフィルタ用フェライトコアであるMnZnフェライトコアは、コアの断面積Aeと比抵抗ρが、Ae/ρ<10mm2×(Ω・cm)-1で定義された条件を満たすコア断面積AeでMnZnフェライトコアを設計することで、高周波数領域で支配的な渦電流損失を低減できるので、高透磁率の周波数特性をより高周波数領域まで維持できる。 The MnZn ferrite core, which is a ferrite core for noise filters, has a core cross-sectional area Ae satisfying the condition defined by Ae / ρ <10 mm 2 × (Ω · cm) −1 in the cross-sectional area Ae and the specific resistance ρ. By designing the MnZn ferrite core, the dominant eddy current loss can be reduced in the high frequency region, so that the frequency characteristics of high permeability can be maintained up to the higher frequency region.

また、一般的に渦電流損失は、周波数fの2乗、渦電流半径dの2乗、材料比抵抗ρの逆数に比例する。本発明のMnZnフェライトコアの材料組成では、固有抵抗が10-1〜101Ω・cmと低いので、渦電流は、MnZnフェライトコアの断面に流れる。すなわち、MnZnフェライトコア断面を小さくすることで、渦電流半径dを小さくできる。渦電流半径dを小さくできるので、渦電流損失を低減でき、高透磁率の周波数特性をより高周波数領域まで維持できる。その結果、高周波で高インピーダンスのノイズフィルタを実現するノイズフィルタ用フェライトコアおよびMnZnフェライトコアの設計方法の提供が可能になる。 In general, the eddy current loss is proportional to the square of the frequency f, the square of the eddy current radius d, and the inverse of the material specific resistance ρ. In the material composition of the MnZn ferrite core of the present invention, since the specific resistance is as low as 10 −1 to 10 1 Ω · cm, eddy current flows in the cross section of the MnZn ferrite core. That is, the eddy current radius d can be reduced by reducing the cross section of the MnZn ferrite core. Since the eddy current radius d can be reduced, eddy current loss can be reduced, and the frequency characteristics of high permeability can be maintained up to a higher frequency region. As a result, it is possible to provide a design method for a ferrite core for noise filter and a MnZn ferrite core that realizes a high-frequency, high-impedance noise filter.

本発明のノイズフィルタ用フェライトコアの透磁率の周波数特性を示す図。The figure which shows the frequency characteristic of the magnetic permeability of the ferrite core for noise filters of this invention.

Claims (2)

MnZnフェライトコアで構成されたノイズフィルタ用フェライトコアにおいて、コアの断面積Aeと前記フェライトコアを構成する材料の比抵抗をρとの関係が、Ae/ρ<10mm2×(Ω・cm)-1で定義された条件を満たしたことを特徴とするノイズフィルタ用フェライトコア。 In a ferrite core for a noise filter composed of an MnZn ferrite core, the relationship between the cross-sectional area Ae of the core and the specific resistance of the material constituting the ferrite core is ρ: Ae / ρ <10 mm 2 × (Ω · cm) − A ferrite core for a noise filter characterized by satisfying the conditions defined in 1 . MnZnフェライトコアの設計方法において、コアの断面積Aeと前記フェライトコアを構成する材料の比抵抗をρとの関係が、Ae/ρ<10mm2×(Ω・cm)-1で定義された条件を満たしたことを特徴とするMnZnフェライトコアの設計方法。 In the MnZn ferrite core design method, the relationship between the cross-sectional area Ae of the core and the specific resistance of the material constituting the ferrite core ρ is defined as Ae / ρ <10 mm 2 × (Ω · cm) −1 The design method of the MnZn ferrite core characterized by satisfying the above.
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