JP2015515143A5 - - Google Patents

Description

リングコアの場合には、次のように、その半径ｒが大きくなるにつれて、磁界強度Ｈは逆に低下する。即ち、
（数１）
Ｈ＝N・I/(2πr)
である。ここに、Ｎは、コア開口に通された導体の巻数であり、Ｉは、この導体に流れる電流の電流強度である。このような装置を、図１に示す。巻数Ｎ＝１を有する導体１が、リングコア２の開口に通されている。コア２は、開口を規定する内径Ｄ_iと、外径Ｄ_aと、高さｈとを有する。上述の磁界強度の低下は、均一な磁気コア材料が、Ｂ（Ｈ）曲線（磁束密度Ｂ、磁界強度Ｈ）としても知られている材料に典型的な磁界強度依存性の磁束曲線上で、外側に向かうほど少ない強さでしか変調されないことをもたらす。従って、大まかに単純化して言うならば、コアの内側領域は既に飽和に近いか飽和した状態にあり、このため適度に低減された作用で以て働き得るのに対して、外側領域は、微弱にしか変調されない。斯様な効果は、内径に対する外径の比が大きくなるほど、ますます顕著なものとなる。
良好な近似では、例えば高さｈ→∞としたときには、

となる。
一定の透磁率の場合には、
（数３）
Ｌ＝Φ/I＝{(μ₀μh)/2π}・ln(D_a/D_i）
となる。
半径に対して線形に透磁率が増大する場合には、
（数４）
Ｌ＝Φ/I＝(μ₀μ_ih/2π)・(D_a/D_i-1)
ここに、μ(r)＝(μ_i/D_i)・r
となる。
なお、Φは磁束、μ₀は磁界定数、μは透磁率、μ_iは内径Ｄ_iにおける透磁率、μ（ｒ）は半径に対して線形の透磁率増大に対する透磁率である。

図２は、それに関して、内径Ｄ_i＝３０ｍｍ及び外径Ｄ_a＝６０ｍｍを有するコアにおいて、その半径ｒについて、一方では半径ｒに沿った磁界強度として磁界経過（曲線３）を示し、他方では透磁率μの実現可能な適合化（曲線４）を示したものである。曲線３が示しているように、半径方向において非常に異なる磁界強度Ｈが作用する。それに応じて、磁性材料が様々に強く変調されることとなる。半径方向において異なって作用する磁界強度Ｈを、透磁率μの相応に対抗する経過によって、補償することができる。局所的に適切なＢ（Ｈ）曲線に基づいて、今やコアの全範囲が似た状態に調整され、例えばリアクトルのＬ（Ｉ _DC ）（即ち、通流する直流電流Ｉ_DCに依存したインダクタンスＬ）の変調曲線のような、即ち小さい変調では高められたインダクタンス値を有しかつ要求動作範囲を超える変調では最小限の、更には、今まで通常は全く利用されていなかったようなインダクタンス値を有する、全体として最適化された電流依存性のインダクタンス変調曲線が生じることとなる。

図７及び図８は、図５及び図６に対応した実施例に関連して使用される巻回リボンコアについて、μ_eff（Ｈ_DC）経過及びＬ（Ｉ_DC）経過、即ち有効透磁率μ_eff及びＬ（Ｉ _DC ）変調曲線（導通する直流電流Ｉ_DCに依存したインダクタンスＬ）を示す。図７は、ここでもＨ≦Ｈ_SATについてはμ＝１０００、その他については１である例を示しており、Ｈ_SATは飽和磁界強度である。図８は、μ（ｒ）＝ａ・ｒの事例に関するものであり、ここにａは一定の比例係数である。このために、図７においては、有効磁界強度Ｈ_effに沿って有効透磁率μ_effが描かれ、図８に示されたダイアグラムでは、有効磁界強度Ｈ_effに沿って磁束密度Ｂが描かれている。図７及び図８から直ちに分かるとおり、一定の透磁率を有するコアについては、明らかに幅の広い飽和移行部が生じる。これに対して、半径方向に直線状に増加する透磁率によれば、一方では著しく高い磁界（リアクトル電流）に対して同じままのインダクタンスを提供することが可能となり、また、例えば電流センサの場合に有利であるように、一定の透磁率を有する範囲を明確に拡張することが可能となる。

図２２は、μ＝２０００〜６０の透磁率範囲のための引張応力によって誘起された異方性を有するナノ結晶材料から成る種々のリング状リボンコアについて、その磁界強度Ｈに対する磁化Ｊを示す。

図２７は、一実施例に基づき、それぞれ１３ｍｍ×２５ｍｍの寸法（内径×外径）及び６．１ｍｍのコア高さを有するコアに関して、勾配コアと、一定の透磁率（μ＝１０００）を有するコアとの、比較測定を示している。このようなすれすれの外径／内径比を有するコア２の場合には、幾何学的に制約されて磁気飽和へと帰着する作用が頻繁に観察され得る（曲線４７）。ここには、特に理想化されたリボンストリップのヒステリシス曲線４５が示されている。曲線４７は、一定の透磁率を有するコアについての測定を示しており、また曲線４６は、勾配コアについての測定を示している。これらによれば、その曲線４６は、透磁率の空間的な適合化によって、リボンストリップのヒステリシス曲線（曲線４５）に近づく。曲線４７に付属した部分図２７ａでは、コアに必要な１７メートルのリボン材料に沿って透磁率が一定に保持されていることを確認することができる。これに対するに、部分図２７ｂは、コアにおいて結果としてヒステリシス曲線４６を生じる透磁率空間的適合化を達成するために、透磁率が１４ｍのリボン材料に沿って７００から約１４００まで特別な形で高められたことを示している。

図２７に関連して上述した実施例に対して、図２８は、実際の（従って測定された）透磁率経過（４６ｂ、×は測定点）と、コアに必要であるリボンに沿った予測計算された透磁率経過（目標経過４６ａ）とを示している。連続焼きなましプロセス中に、リボン材料における引張応力は、透磁率の予め計算された「目標」経過に基づいて、図２８に示された透磁率上昇が生じるように変化させられた。

Claims (15)

1. １つのコアにおける、少なくとも２つの異なった位置に、異なった透磁率が生じている
   ことを特徴とする軟磁性コア。
2. 請求項１記載の軟磁性コアにおいて、
   前記コアが、リング状に形成されている
   ことを特徴とする軟磁性コア。
3. 請求項２記載の軟磁性コアにおいて、
   当該軟磁性コアが、その半径方向に変化する透磁率経過を有している
   ことを特徴とする軟磁性コア。
4. 請求項３記載の軟磁性コアにおいて、
   当該軟磁性コアが、軟磁性リボンを巻回してなるものであり、かつ、前記軟磁性リボンは、そのリボン長さ方向に沿って変化する透磁率を有している
   ことを特徴とする軟磁性コア。
5. 請求項１又は２記載の軟磁性コアにおいて、
   当該軟磁性コアが、互いに接合された少なくとも２つの部分の軟磁性部材からなるものである
   ことを特徴とする軟磁性コア。
6. 請求項５記載の軟磁性コアにおいて、
   各前記磁性部材は、それぞれ均一に分布する透磁率を有しているが、それら軟磁性部材は互いに異なった透磁率となっている
   ことを特徴とする軟磁性コア。
7. 請求項５記載の軟磁性コアにおいて、
   前記磁性部材のうちの１つが、それ自体均一な透磁率分布を有しており、かつ、他の１つが、半径方向に変化する透磁率分布を有している
   ことを特徴とする軟磁性コア。
8. 請求項５、６又は７記載の軟磁性コアにおいて、
   前記軟磁性部材の少なくとも１つが、リボン状のものである
   ことを特徴とする軟磁性コア。
9. 請求項１から８の１つに記載の軟磁性コアにおいて、
   当該軟磁性コア又はその軟磁性部材が、一体の粉末コア若しくは一体の粉末コア部材からなるものである
   ことを特徴とする軟磁性コア。
10. 少なくとも２つの異なった位置に異なった透磁率が生じている１つの軟磁性コアの製造方法であって、
    前記１つの軟磁性コアを、一体で、かつその位置毎に対応して変化する透磁率を有するように形成する、又は、
    それぞれ均一であるが互いに異なった透磁率を有する、少なくとも２つの軟磁性部材から構成する、
    ことを特徴とする軟磁性コアの製造方法。
11. 請求項１０記載の製造方法において、
    軟磁性材料からなるリボンによってリングコアを製造するために、
    前記リボンが熱処理され、
    熱処理された前記リボンが、そのリボン状材料において引張応力を発生させるべく、そのリボン長手方向において張力に曝され、
    その張力下で熱処理される前記リボンの長さ部分ごとに、その透磁率が決定され、
    各前記長さ部分ごとについて決定された透磁率が、予め与えられた透磁率プロファイルに対応するように、前記張力が調整され、かつ
    前記リボンが巻回されて、前記リングコアが形成される
    ことを特徴とする軟磁性コアの製造方法。
12. 請求項１０記載の製造方法において、
    １つのリングコアを製造するために、軟磁性部材を成す、異なった透磁率を有する少なくとも２つの同軸の部分リングが、互いに隙間なく嵌め込み結合される
    ことを特徴とする軟磁性コアの製造方法。
13. 請求項１０記載の製造方法において、
    １つの粉末コアを製造するために、異なった磁性粒子密度又は透磁率を有する粉末が、型枠に入れられて、そこで圧縮又は硬化される
    ことを特徴とする軟磁性コアの製造方法。
14. 請求項１０記載の製造方法において、
    １つのリングコアを形成するために、長さ方向に変化する透磁率を有する１つの軟磁性リボンを、粉末コア部材からなる１つのリング上に巻回する
    ことを特徴とする軟磁性コアの製造方法。
15. 請求項１０から１４の１つに記載の製造方法において、
    最小透磁率と最大透磁率との間の比が、前記最小透磁率を１として、１：１．１以上である
    ことを特徴とする軟磁性コアの製造方法。

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