JP3533237B2 - 可飽和コアおよびそれを用いた磁気増幅器 - Google Patents
可飽和コアおよびそれを用いた磁気増幅器Info
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- JP3533237B2 JP3533237B2 JP01740394A JP1740394A JP3533237B2 JP 3533237 B2 JP3533237 B2 JP 3533237B2 JP 01740394 A JP01740394 A JP 01740394A JP 1740394 A JP1740394 A JP 1740394A JP 3533237 B2 JP3533237 B2 JP 3533237B2
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- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
- H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
- H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
- H01F41/0213—Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気増幅器等に使用さ
れる可飽和コア、およびそれを用いた磁気増幅器に関す
る。
れる可飽和コア、およびそれを用いた磁気増幅器に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電子機器の安定化電源として、近年、ス
イッチング電源が多用されている。特に、出力制御用と
して磁気増幅器を組み込んだスイッチング電源は、多出
力化の容易さと低ノイズのために、広く用いられてい
る。磁気増幅器を構成する主要部は可飽和コアであり、
このような可飽和コアの構成材料は、角形磁化特性に優
れることが必要とされるため、主にパーマロイやアモル
ファス磁性合金等が使用されている。また、コアの形状
としては、トロイダル形状が一般的である。
イッチング電源が多用されている。特に、出力制御用と
して磁気増幅器を組み込んだスイッチング電源は、多出
力化の容易さと低ノイズのために、広く用いられてい
る。磁気増幅器を構成する主要部は可飽和コアであり、
このような可飽和コアの構成材料は、角形磁化特性に優
れることが必要とされるため、主にパーマロイやアモル
ファス磁性合金等が使用されている。また、コアの形状
としては、トロイダル形状が一般的である。
【０００３】ところで、従来の可飽和コアにおけるコア
形状は、巻線性を考えて、窓面積を大きくすることが一
般的であり、コア材質等を考慮して、コア形状を設計す
ることは行われていない。すなわち、従来、コア形状に
対する検討は十分になされておらず、コア材料の特性に
見合った設計とはなっていない。これにより、例えばデ
ッドアングルと呼ばれる制御不能角を再現性よく小さく
することができず、様々な問題を招いている。特に、最
近、安定化電源にはより一層の小形軽量化が求められて
おり、このような要求に対してスイッチング周波数を高
周波化することが進められている。スイッチング周波数
の高周波化によって、デッドアングルの低減はより重要
になってきている。
形状は、巻線性を考えて、窓面積を大きくすることが一
般的であり、コア材質等を考慮して、コア形状を設計す
ることは行われていない。すなわち、従来、コア形状に
対する検討は十分になされておらず、コア材料の特性に
見合った設計とはなっていない。これにより、例えばデ
ッドアングルと呼ばれる制御不能角を再現性よく小さく
することができず、様々な問題を招いている。特に、最
近、安定化電源にはより一層の小形軽量化が求められて
おり、このような要求に対してスイッチング周波数を高
周波化することが進められている。スイッチング周波数
の高周波化によって、デッドアングルの低減はより重要
になってきている。
【０００４】すなわち、デッドアングルが大きい可飽和
コアを用いた場合、電圧降下が増大するため、磁気増幅
器の高周波応用において制御範囲が狭くなり、実用的な
制御特性を得ることができなくなる。このような問題
は、トランスからの出力電圧を高くすることにより解消
することができるものの、電圧を高くすると、コアに対
する動作磁束量が大きくなり、発熱量が増大するという
問題を招いてしまう。発熱量の増大は、高周波応用上重
要な問題となっており、損失の増大すなわち電源効率の
低下や、適用範囲の制限等を招いている。
コアを用いた場合、電圧降下が増大するため、磁気増幅
器の高周波応用において制御範囲が狭くなり、実用的な
制御特性を得ることができなくなる。このような問題
は、トランスからの出力電圧を高くすることにより解消
することができるものの、電圧を高くすると、コアに対
する動作磁束量が大きくなり、発熱量が増大するという
問題を招いてしまう。発熱量の増大は、高周波応用上重
要な問題となっており、損失の増大すなわち電源効率の
低下や、適用範囲の制限等を招いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の可飽和コアにおいては、コア材質等を考慮した形状設
計が行われておらず、これによりデッドアングルの増大
等が生じている。そして、デッドアングルが大きな可飽
和コアは、磁気増幅器等の高周波応用において制御範囲
を狭くしたり、またこれを解消するために、トランスの
出力電圧を高くすると発熱量が増大して、電源効率の低
下や適用範囲の制限等の問題を招いている。 本発明
は、このような課題に対処してなされたものであり、高
周波応用時における電圧降下、発熱の増大、さらには効
率の低下等を再現性よく防止することを可能にした可飽
和コア、およびそれを用いた磁気増幅器を提供すること
を目的としている。
の可飽和コアにおいては、コア材質等を考慮した形状設
計が行われておらず、これによりデッドアングルの増大
等が生じている。そして、デッドアングルが大きな可飽
和コアは、磁気増幅器等の高周波応用において制御範囲
を狭くしたり、またこれを解消するために、トランスの
出力電圧を高くすると発熱量が増大して、電源効率の低
下や適用範囲の制限等の問題を招いている。 本発明
は、このような課題に対処してなされたものであり、高
周波応用時における電圧降下、発熱の増大、さらには効
率の低下等を再現性よく防止することを可能にした可飽
和コア、およびそれを用いた磁気増幅器を提供すること
を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段と作用】本発明の可飽和コ
アに関する第１の発明は、コア材料の飽和比透磁率をμ
rs、飽和磁束密度をＢs [Ｔ] とし、かつコア形状にお
ける巻線に対する窓面積をＡw [m2 ］、平均磁路長をｌ
[m] としたとき、 μrs／Ｂs ≦40×103 Ａw ／ｌ ……(1) の関係を満足するような、前記コア材料およびコア形状
を有することを特徴としている。
アに関する第１の発明は、コア材料の飽和比透磁率をμ
rs、飽和磁束密度をＢs [Ｔ] とし、かつコア形状にお
ける巻線に対する窓面積をＡw [m2 ］、平均磁路長をｌ
[m] としたとき、 μrs／Ｂs ≦40×103 Ａw ／ｌ ……(1) の関係を満足するような、前記コア材料およびコア形状
を有することを特徴としている。
【０００７】また、本発明の可飽和コアに関する第２の
発明は、アモルファス磁性合金薄帯を用いた可飽和コア
であって、前記アモルファス磁性合金薄帯の磁路方向に
誘導磁気異方性を付与し、前記磁路方向が磁化容易軸と
されていると共に、前記コアに 30%の巻線を施し、電流
密度 5A/mm2 で電流を流した際の磁路方向の磁気異方性
エネルギーが 100J/ m3 以下であることを特徴としてい
る。
発明は、アモルファス磁性合金薄帯を用いた可飽和コア
であって、前記アモルファス磁性合金薄帯の磁路方向に
誘導磁気異方性を付与し、前記磁路方向が磁化容易軸と
されていると共に、前記コアに 30%の巻線を施し、電流
密度 5A/mm2 で電流を流した際の磁路方向の磁気異方性
エネルギーが 100J/ m3 以下であることを特徴としてい
る。
【０００８】さらに、本発明の磁気増幅器は、上記第１
の発明または第２の発明による可飽和コアのいずれかを
有することを特徴としている。
の発明または第２の発明による可飽和コアのいずれかを
有することを特徴としている。
【０００９】上述した第１の発明による可飽和コアの構
成材料としては、種々の軟磁性コア材料を適用すること
が可能であるが、特に高周波域における損失が小さく、
かつ高飽和磁束密度が得られる、アモルファス磁性合金
や微細な結晶粒を有するFe基軟磁性合金（以下、Fe基微
細結晶合金と記す）を用いることが好ましい。アモルフ
ァス磁性合金としては、例えば 一般式：（ M1-a M′a ）100-b Xb （式中、 MはFe、Coから選ばれる少なくとも 1種の元素
を、 M′はTi、V 、Cr、Mn、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、
W 等から選ばれる少なくとも 1種の元素を、 XはB 、S
i、C 、P 等から選ばれる少なくとも 1種の元素を示
し、 aおよび bはそれぞれ 0≦ a≦ 0.5、10≦ b≦35を
満足する数を示す）で表される組成を有するもの等が例
示される。
成材料としては、種々の軟磁性コア材料を適用すること
が可能であるが、特に高周波域における損失が小さく、
かつ高飽和磁束密度が得られる、アモルファス磁性合金
や微細な結晶粒を有するFe基軟磁性合金（以下、Fe基微
細結晶合金と記す）を用いることが好ましい。アモルフ
ァス磁性合金としては、例えば 一般式：（ M1-a M′a ）100-b Xb （式中、 MはFe、Coから選ばれる少なくとも 1種の元素
を、 M′はTi、V 、Cr、Mn、Ni、Cu、Zr、Nb、Mo、Ta、
W 等から選ばれる少なくとも 1種の元素を、 XはB 、S
i、C 、P 等から選ばれる少なくとも 1種の元素を示
し、 aおよび bはそれぞれ 0≦ a≦ 0.5、10≦ b≦35を
満足する数を示す）で表される組成を有するもの等が例
示される。
【００１０】また、Fe基微細結晶合金としては、
一般式：Fe100-c-d-e-f-g-h Ac Dd Ee Sif Bg Zh
（式中、 AはCuおよびAuから選ばれる少なくとも 1種の
元素を、 Dは4A族元素、5A族元素、6A族元素および希土
類元素から選ばれる少なくとも 1種の元素を、 EはMn、
Al、Ga、Ge、In、Snおよび白金族元素から選ばれる少な
くとも 1種の元素を、 Zは C、 Nおよび Pから選ばれる
少なくとも 1種の元素を表し、 c、 d、 e、 f、 gおよ
び hは、 0≦ c≦ 8、 0.1≦ d≦15、 0≦ e≦10、 0≦
f≦25、 1≦ g≦12、 0≦ h≦10、 1≦ f+g+h≦30の各
式を満足する数である。ただし、上記式中の全ての数字
は at%を示す）で組成が実質的に表され、平均粒径が例
えば50nm以下の微細結晶粒を有する合金が挙げられる。
元素を、 Dは4A族元素、5A族元素、6A族元素および希土
類元素から選ばれる少なくとも 1種の元素を、 EはMn、
Al、Ga、Ge、In、Snおよび白金族元素から選ばれる少な
くとも 1種の元素を、 Zは C、 Nおよび Pから選ばれる
少なくとも 1種の元素を表し、 c、 d、 e、 f、 gおよ
び hは、 0≦ c≦ 8、 0.1≦ d≦15、 0≦ e≦10、 0≦
f≦25、 1≦ g≦12、 0≦ h≦10、 1≦ f+g+h≦30の各
式を満足する数である。ただし、上記式中の全ての数字
は at%を示す）で組成が実質的に表され、平均粒径が例
えば50nm以下の微細結晶粒を有する合金が挙げられる。
【００１１】上記したような軟磁性材料においては、組
成調整や熱処理条件等によって、種々の飽和比透磁率μ
rsおよび飽和磁束密度Ｂs を得ることができる。そし
て、第１の発明においては、使用する軟磁性材料（コア
材料）の材料特性（μrs、Ｂs）に応じて、 (1)式の関
係を満足するように、コア形状すなわち巻線に対する窓
面積Ａw および平均磁路長ｌを決定する。
成調整や熱処理条件等によって、種々の飽和比透磁率μ
rsおよび飽和磁束密度Ｂs を得ることができる。そし
て、第１の発明においては、使用する軟磁性材料（コア
材料）の材料特性（μrs、Ｂs）に応じて、 (1)式の関
係を満足するように、コア形状すなわち巻線に対する窓
面積Ａw および平均磁路長ｌを決定する。
【００１２】ここで、上記 (1)式の関係を
Ｋ＝（μrs／Ｂs ）／（Ａw ／ｌ）≦40×103 ……
(2) と置き換えて考えると、材料特性（μrs、Ｂs ）が決定
されている場合に、Ｋの値が40×103 より大きくなるよ
うなコア形状とすると、材料特性に対してコア形状を小
さく設定したことになり、デッドアングルが増大して、
電圧降下が大きくなってしまう。すなわち、Ｋの値が40
×103 以下となるように、コア材料およびコア形状を設
定することによって、電圧降下が小さい可飽和コアを得
ることが可能となり、磁気増幅器さらにはそれを用いた
電源の高周波域における損失を減少させることができ
る。上記Ｋのより好ましい値は15×103 以下である。
(2) と置き換えて考えると、材料特性（μrs、Ｂs ）が決定
されている場合に、Ｋの値が40×103 より大きくなるよ
うなコア形状とすると、材料特性に対してコア形状を小
さく設定したことになり、デッドアングルが増大して、
電圧降下が大きくなってしまう。すなわち、Ｋの値が40
×103 以下となるように、コア材料およびコア形状を設
定することによって、電圧降下が小さい可飽和コアを得
ることが可能となり、磁気増幅器さらにはそれを用いた
電源の高周波域における損失を減少させることができ
る。上記Ｋのより好ましい値は15×103 以下である。
【００１３】上述したようなアモルファス磁性合金やFe
基微細結晶合金を用いた可飽和コアは、例えばこれら合
金の薄帯を所望の形状に巻回することによって、あるい
は薄帯を所望の形状に打ち抜いた後、所望のコア形状に
積層することによって得ることができる。
基微細結晶合金を用いた可飽和コアは、例えばこれら合
金の薄帯を所望の形状に巻回することによって、あるい
は薄帯を所望の形状に打ち抜いた後、所望のコア形状に
積層することによって得ることができる。
【００１４】第２の発明の可飽和コアにおいては、まず
アモルファス磁性合金薄帯の磁路方向に誘導磁気異方性
を付与し、磁路方向を磁化容易軸としている。このよう
に、磁路方向を磁化容易軸とすることによって、飽和時
の残留インダクタンスが減少すると共に、デットアング
ルが減少し、可飽和コアの実稼働時、特に全負荷時の損
失を減少させることができる。
アモルファス磁性合金薄帯の磁路方向に誘導磁気異方性
を付与し、磁路方向を磁化容易軸としている。このよう
に、磁路方向を磁化容易軸とすることによって、飽和時
の残留インダクタンスが減少すると共に、デットアング
ルが減少し、可飽和コアの実稼働時、特に全負荷時の損
失を減少させることができる。
【００１５】また、コアに 30%の巻線を施し、電流密度
5A/mm2 で電流を流した際の磁路方向の磁気異方性エネ
ルギーを100J/m3 以下とする。単に磁路方向に誘導磁気
異方性を付与しただけでは、すなわち磁路方向の磁気異
方性エネルギーが100J/m3 を超える場合には、電圧降下
に伴う損失を十分に低減することができない。なお、こ
こで言う 30%の巻線とは、コアの窓面積の30% を占める
ように巻線を施した状態を指すものとする。また、磁気
異方性エネルギーは、図８に示すように、Ｂ−Ｈカーブ
におけるＨm （コアに 30%の巻線を施したときに 5A/mm
2 の電流が流れた際の磁界）とＨm の際の磁束密度Ｂm
と残留磁束密度Ｂr とにより形成される三角形の面積
（図中、斜線で示す）で表されるものである。
5A/mm2 で電流を流した際の磁路方向の磁気異方性エネ
ルギーを100J/m3 以下とする。単に磁路方向に誘導磁気
異方性を付与しただけでは、すなわち磁路方向の磁気異
方性エネルギーが100J/m3 を超える場合には、電圧降下
に伴う損失を十分に低減することができない。なお、こ
こで言う 30%の巻線とは、コアの窓面積の30% を占める
ように巻線を施した状態を指すものとする。また、磁気
異方性エネルギーは、図８に示すように、Ｂ−Ｈカーブ
におけるＨm （コアに 30%の巻線を施したときに 5A/mm
2 の電流が流れた際の磁界）とＨm の際の磁束密度Ｂm
と残留磁束密度Ｂr とにより形成される三角形の面積
（図中、斜線で示す）で表されるものである。
【００１６】第２の発明の可飽和コアに使用するアモル
ファス磁性合金薄帯としては、前述したような種々の組
成のアモルファス合金を使用することが可能であるが、
特にCo基のアモルファス合金を用いることが高周波特性
の点から好ましい。また、アモルファス磁性合金薄帯の
板厚は、無負荷時の損失を下げる上で薄くすることが好
ましく、具体的には15μm 以下とすることが好ましい。
アモルファス磁性合金薄帯の平均板厚を15μm 以下とす
ることによって、渦電流損を十分に小さくすることがで
きるため、特に高周波域での損失低減を図ることができ
る。アモルファス磁性合金薄帯のより好ましい平均板厚
は13μm 以下であり、さらに好ましくは11μm 以下であ
る。
ファス磁性合金薄帯としては、前述したような種々の組
成のアモルファス合金を使用することが可能であるが、
特にCo基のアモルファス合金を用いることが高周波特性
の点から好ましい。また、アモルファス磁性合金薄帯の
板厚は、無負荷時の損失を下げる上で薄くすることが好
ましく、具体的には15μm 以下とすることが好ましい。
アモルファス磁性合金薄帯の平均板厚を15μm 以下とす
ることによって、渦電流損を十分に小さくすることがで
きるため、特に高周波域での損失低減を図ることができ
る。アモルファス磁性合金薄帯のより好ましい平均板厚
は13μm 以下であり、さらに好ましくは11μm 以下であ
る。
【００１７】上述したような第２の発明による可飽和コ
アは、アモルファス磁性合金薄帯を所望の形状に巻回
し、あるいは薄帯を所望の形状に打ち抜いた後に所望の
コア形状に積層し、この後磁路方向に磁場を印加しつつ
熱処理を施すことによって得られる。そして、この磁場
熱処理の条件、すなわち印加磁場や温度等を適宜制御す
ることによって、磁路方向の磁気異方性エネルギーが10
0J/m3 以下となるように調整する。
アは、アモルファス磁性合金薄帯を所望の形状に巻回
し、あるいは薄帯を所望の形状に打ち抜いた後に所望の
コア形状に積層し、この後磁路方向に磁場を印加しつつ
熱処理を施すことによって得られる。そして、この磁場
熱処理の条件、すなわち印加磁場や温度等を適宜制御す
ることによって、磁路方向の磁気異方性エネルギーが10
0J/m3 以下となるように調整する。
【００１８】本発明の可飽和コアは、トロイダルコア、
ＥＩコア、ＰＱコア等の種々の形状のコアに対して適用
することができる。ここで、本発明をトロイダルコアに
適用する場合には、トロイダルコアの空芯部の断面積が
窓面積Ａw となり、また平均磁路長ｌは外径と内径との
平均値から求めた値とする。また、ＥＩコアに適用する
場合には、ＥＩコアの一方の空心部の断面積が窓面積Ａ
w となり、また平均磁路長ｌはこの一方の空心部の周囲
の平均磁路長とする。ＰＱコアは、ＥＩコアに準ずるも
のとする。
ＥＩコア、ＰＱコア等の種々の形状のコアに対して適用
することができる。ここで、本発明をトロイダルコアに
適用する場合には、トロイダルコアの空芯部の断面積が
窓面積Ａw となり、また平均磁路長ｌは外径と内径との
平均値から求めた値とする。また、ＥＩコアに適用する
場合には、ＥＩコアの一方の空心部の断面積が窓面積Ａ
w となり、また平均磁路長ｌはこの一方の空心部の周囲
の平均磁路長とする。ＰＱコアは、ＥＩコアに準ずるも
のとする。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００２０】実施例１
まず、表１に飽和比透磁率μrsと飽和磁束密度Ｂs を示
す 5種類のCo基アモルファス合金薄帯を用意した。これ
らCo基アモルファス合金薄帯を用いて、表２に示す 3種
類の形状の可飽和コアをそれぞれ作製した。これら可飽
和コアのＫ値(=（μrs／Ｂs ）／（Ａw ／ｌ）) は、表
３に示す通りである。
す 5種類のCo基アモルファス合金薄帯を用意した。これ
らCo基アモルファス合金薄帯を用いて、表２に示す 3種
類の形状の可飽和コアをそれぞれ作製した。これら可飽
和コアのＫ値(=（μrs／Ｂs ）／（Ａw ／ｌ）) は、表
３に示す通りである。
【００２１】
【表１】
【表２】
【表３】
次に、上述した各可飽和コアにそれぞれ巻線を施した
後、 150kHz,12V-4Aのスイッチング電源に磁気増幅器と
してそれぞれ組み込み、実機試験を行った。そして、こ
の際の電圧降下を測定した。その結果を表４に示す。ま
た、可飽和コアのＫ値と電圧降下との関係を図１に示
す。
後、 150kHz,12V-4Aのスイッチング電源に磁気増幅器と
してそれぞれ組み込み、実機試験を行った。そして、こ
の際の電圧降下を測定した。その結果を表４に示す。ま
た、可飽和コアのＫ値と電圧降下との関係を図１に示
す。
【００２２】
【表４】
表４および図１から明らかなように、コア材料に応じた
コア形状を採用することによって、すなわちＫ値を小さ
くすることによって、電圧降下を抑制できることが分か
る。そして、例えば出力電圧の低下を 10%以下にするた
めには、Ｋ値を40×103 以下とする必要があり、また5%
以下とするためには15×103 以下とすることが好ましい
ことが分かる。
コア形状を採用することによって、すなわちＫ値を小さ
くすることによって、電圧降下を抑制できることが分か
る。そして、例えば出力電圧の低下を 10%以下にするた
めには、Ｋ値を40×103 以下とする必要があり、また5%
以下とするためには15×103 以下とすることが好ましい
ことが分かる。
【００２３】次に、表１に示した材料４と材料５のCo基
アモルファス合金薄帯を用いて、それぞれ形状Ａのコア
（12× 8× 4.5mm）を作製し、これらに巻線を施した後
に、図２に回路構成を示すスイッチング電源に、磁気増
幅器１としてそれぞれ組み込んで、 150kHz,12V-4Aのス
イッチング電源をそれぞれ作製した。なお、図２におい
て、２は 1次巻線数が50で 2次巻線数が16のトランス、
３はスイッチング素子、４は入力電源、５、６はＬＣ素
子を構成するチョークコイルとコンデンサ、７は制御回
路である。これらスイッチング電源を動作させて、出力
電圧、温度上昇および効率を測定した。これらの結果を
表５に示す。なお、可飽和コアを組み込んでいないスイ
ッチング電源の出力電圧は、4A時に12.80Vであった。
アモルファス合金薄帯を用いて、それぞれ形状Ａのコア
（12× 8× 4.5mm）を作製し、これらに巻線を施した後
に、図２に回路構成を示すスイッチング電源に、磁気増
幅器１としてそれぞれ組み込んで、 150kHz,12V-4Aのス
イッチング電源をそれぞれ作製した。なお、図２におい
て、２は 1次巻線数が50で 2次巻線数が16のトランス、
３はスイッチング素子、４は入力電源、５、６はＬＣ素
子を構成するチョークコイルとコンデンサ、７は制御回
路である。これらスイッチング電源を動作させて、出力
電圧、温度上昇および効率を測定した。これらの結果を
表５に示す。なお、可飽和コアを組み込んでいないスイ
ッチング電源の出力電圧は、4A時に12.80Vであった。
【００２４】
【表５】
表５から明らかなように、Ｋ値が40×103 以下の可飽和
コアを組み込んだスイッチング電源においては、出力電
圧の低下が小さく、良好な制御性および効率が得られて
いるのに対し、Ｋ値が40×103 を超える可飽和コアを組
み込んだスイッチング電源では、出力電圧の低下が大き
く、制御不能となった。
コアを組み込んだスイッチング電源においては、出力電
圧の低下が小さく、良好な制御性および効率が得られて
いるのに対し、Ｋ値が40×103 を超える可飽和コアを組
み込んだスイッチング電源では、出力電圧の低下が大き
く、制御不能となった。
【００２５】また、材料４のCo基アモルファス合金薄帯
による可飽和コアの使用を可能とするために、トランス
２の 2次巻線を増加し、電圧を高くしてそれぞれスイッ
チング電源を動作させた。その際の評価結果を表６に示
す。なお、可飽和コアを組み込んでいないスイッチング
電源の出力電圧は4A時に 14.4Vであった。
による可飽和コアの使用を可能とするために、トランス
２の 2次巻線を増加し、電圧を高くしてそれぞれスイッ
チング電源を動作させた。その際の評価結果を表６に示
す。なお、可飽和コアを組み込んでいないスイッチング
電源の出力電圧は4A時に 14.4Vであった。
【００２６】
【表６】
表６から明らかなように、電圧を高めることにより制御
は可能となったものの、発熱が増大し、熱的な面で使用
範囲が限定されると共に、効率も低下した。
は可能となったものの、発熱が増大し、熱的な面で使用
範囲が限定されると共に、効率も低下した。
【００２７】このように、コア材料に応じて、可飽和コ
アの形状を最適化することによって、電圧降下を小さく
することができ、良好な制御特性を得た上で、電源効率
の向上を図ることが可能となる。
アの形状を最適化することによって、電圧降下を小さく
することができ、良好な制御特性を得た上で、電源効率
の向上を図ることが可能となる。
【００２８】実施例２
平均板厚が12μm 、15μm 、18μm の 3種類のCo68Fe4
Cr2 Si14 B12よりなるCo基アモルファス磁性合金薄帯を
用意し、これらをそれぞれ外径12mm×内径 8mm×高さ
4.5mmとなるように巻回して、それぞれ 3個づつ可飽和
コアを作製した。次に、上記各可飽和コアに巻線を施し
て、その巻線に電流を流し、磁路方向に磁場を印加しつ
つ熱処理（磁場熱処理）を行うことによって、磁路方向
に磁気誘導異方性を付与した。そして、この際の条件を
変更することによって、磁路方向の磁気異方性エネルギ
ーをそれぞれ 50J/m3 、100J/m3 、150J/m3 とした。
Cr2 Si14 B12よりなるCo基アモルファス磁性合金薄帯を
用意し、これらをそれぞれ外径12mm×内径 8mm×高さ
4.5mmとなるように巻回して、それぞれ 3個づつ可飽和
コアを作製した。次に、上記各可飽和コアに巻線を施し
て、その巻線に電流を流し、磁路方向に磁場を印加しつ
つ熱処理（磁場熱処理）を行うことによって、磁路方向
に磁気誘導異方性を付与した。そして、この際の条件を
変更することによって、磁路方向の磁気異方性エネルギ
ーをそれぞれ 50J/m3 、100J/m3 、150J/m3 とした。
【００２９】上記により得た計 9種類の可飽和コアにそ
れぞれ巻線を施した後、これらを200kHz,12V-8A のスイ
ッチング電源に磁気増幅器としてそれぞれ組み込み、こ
れらスイッチング電源を動作させて、その際の温度上昇
を測定した。それらの結果を、図３に磁気異方性エネル
ギーと温度上昇との関係として、図４にCo基アモルファ
ス合金薄帯の平均板厚と温度上昇との関係として示す。
れぞれ巻線を施した後、これらを200kHz,12V-8A のスイ
ッチング電源に磁気増幅器としてそれぞれ組み込み、こ
れらスイッチング電源を動作させて、その際の温度上昇
を測定した。それらの結果を、図３に磁気異方性エネル
ギーと温度上昇との関係として、図４にCo基アモルファ
ス合金薄帯の平均板厚と温度上昇との関係として示す。
【００３０】また、各板厚のCo基アモルファス合金薄帯
による可飽和コア毎に、負荷電流を変化させて、その際
の温度上昇をそれぞれ測定した。その結果を図５、図
６、図７にそれぞれ示す。
による可飽和コア毎に、負荷電流を変化させて、その際
の温度上昇をそれぞれ測定した。その結果を図５、図
６、図７にそれぞれ示す。
【００３１】図３および図４から、磁気異方性エネルギ
ーが小さいほど温度上昇が少なく、また板厚に関しては
薄いほど温度上昇が少ないことが分かる。すなわち、板
厚が薄いアモルファス磁性合金薄帯を用い、かつ磁路方
向に磁気誘導異方性を付与した上で、磁気異方性エネル
ギーを小さくすることによって、実働時特に全負荷時の
可飽和コアの温度上昇を抑制することが、すなわち損失
を低減することが可能となる。また、図５、図６、図７
からは、アモルファス磁性合金薄帯の板厚を薄くするこ
とにより、無負荷時の温度上昇を抑制することが、すな
わち損失を低減することができることが分かる。
ーが小さいほど温度上昇が少なく、また板厚に関しては
薄いほど温度上昇が少ないことが分かる。すなわち、板
厚が薄いアモルファス磁性合金薄帯を用い、かつ磁路方
向に磁気誘導異方性を付与した上で、磁気異方性エネル
ギーを小さくすることによって、実働時特に全負荷時の
可飽和コアの温度上昇を抑制することが、すなわち損失
を低減することが可能となる。また、図５、図６、図７
からは、アモルファス磁性合金薄帯の板厚を薄くするこ
とにより、無負荷時の温度上昇を抑制することが、すな
わち損失を低減することができることが分かる。
【００３２】これらから、板厚が15μm 以下のアモルフ
ァス磁性合金薄帯を用い、かつ磁路方向に磁気誘導異方
性を付与した上で、磁気異方性エネルギーを100J/m3 以
下とすることによって、無負荷時の温度上昇（△Ｔ）を
40℃以下、また全負荷時の温度上昇（△Ｔ）を50℃以下
とすることが可能となる。よって、可飽和コア（磁気増
幅器）による損失の低減が図れ、電源効率の向上を図る
ことが可能となる。
ァス磁性合金薄帯を用い、かつ磁路方向に磁気誘導異方
性を付与した上で、磁気異方性エネルギーを100J/m3 以
下とすることによって、無負荷時の温度上昇（△Ｔ）を
40℃以下、また全負荷時の温度上昇（△Ｔ）を50℃以下
とすることが可能となる。よって、可飽和コア（磁気増
幅器）による損失の低減が図れ、電源効率の向上を図る
ことが可能となる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の可飽和コ
アによれば、高周波応用時における電圧降下が防止でき
ると共に、発熱を抑制することを可能となるため、良好
な制御性を確保した上で、それを用いた磁気増幅器心や
電源の効率を向上させることができる。
アによれば、高周波応用時における電圧降下が防止でき
ると共に、発熱を抑制することを可能となるため、良好
な制御性を確保した上で、それを用いた磁気増幅器心や
電源の効率を向上させることができる。
【図１】 可飽和コアのＫ値と電圧降下との関係を示す
図である。
図である。
【図２】 本発明の一実施例で作製したスイッチング電
源の回路構成を示す図である。
源の回路構成を示す図である。
【図３】 本発明の他の実施例による可飽和コアの磁気
異方性エネルギーと温度上昇との関係を示す図である。
異方性エネルギーと温度上昇との関係を示す図である。
【図４】 本発明の他の実施例による可飽和コアに用い
たCo基アモルファス合金薄帯の板厚と温度上昇との関係
を示す図である。
たCo基アモルファス合金薄帯の板厚と温度上昇との関係
を示す図である。
【図５】 平均板厚12μm のCo基アモルファス合金薄帯
を用いた種々の磁気異方性エネルギーを有する可飽和コ
アの負荷電流と温度上昇との関係を示す図である。
を用いた種々の磁気異方性エネルギーを有する可飽和コ
アの負荷電流と温度上昇との関係を示す図である。
【図６】 平均板厚15μm のCo基アモルファス合金薄帯
を用いた種々の磁気異方性エネルギーを有する可飽和コ
アの負荷電流と温度上昇との関係を示す図である。
を用いた種々の磁気異方性エネルギーを有する可飽和コ
アの負荷電流と温度上昇との関係を示す図である。
【図７】 平均板厚18μm のCo基アモルファス合金薄帯
を用いた種々の磁気異方性エネルギーを有する可飽和コ
アの負荷電流と温度上昇との関係を示す図である。
を用いた種々の磁気異方性エネルギーを有する可飽和コ
アの負荷電流と温度上昇との関係を示す図である。
【図８】 磁気異方性エネルギーを説明するための図で
ある。
ある。
【符号の説明】
１……可飽和コアを用いた磁気増幅器
２……トランス
フロントページの続き
(72)発明者 斉藤 忠雄
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地
株式会社東芝 横浜事業所内
(72)発明者 森谷 泰明
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地
株式会社東芝 横浜事業所内
(56)参考文献 特開 平１−278002（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01F 3/00
H01F 1/16
H01F 27/24
Claims (4)
- 【請求項１】 コア材料の飽和比透磁率をμrs、飽和磁
束密度をＢs [Ｔ]とし、かつコア形状における巻線に
対する窓面積をＡw [m2 ] 、平均磁路長をｌ[m] とした
とき、 μrs／Ｂs ≦40×103 Ａw ／ｌ の関係を満足するような、前記コア材料およびコア形状
を有することを特徴とする可飽和コア。 - 【請求項２】 アモルファス磁性合金薄帯を用いた可飽
和コアであって、 前記アモルファス磁性合金薄帯の磁路方向に誘導磁気異
方性を付与し、前記磁路方向が磁化容易軸とされている
と共に、前記コアに 30%の巻線を施し、電流密度 5A/mm
2 で電流を流した際の磁路方向の磁気異方性エネルギー
が100J/m3 以下であることを特徴とする可飽和コア。 - 【請求項３】 請求項２記載の可飽和コアにおいて、 前記アモルファス磁性合金薄帯の平均板厚が15μm 以下
であることを特徴とする可飽和コア。 - 【請求項４】 請求項１または請求項２記載の可飽和コ
アを有することを特徴とする磁気増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01740394A JP3533237B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 可飽和コアおよびそれを用いた磁気増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01740394A JP3533237B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 可飽和コアおよびそれを用いた磁気増幅器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07226325A JPH07226325A (ja) | 1995-08-22 |
| JP3533237B2 true JP3533237B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=11943033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01740394A Expired - Lifetime JP3533237B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 可飽和コアおよびそれを用いた磁気増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3533237B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5742205A (en) * | 1995-07-27 | 1998-04-21 | Scientific-Atlanta, Inc. | Field effect transistor cable television line amplifier |
| JP5638817B2 (ja) * | 2010-03-04 | 2014-12-10 | 川崎重工業株式会社 | 磁気増幅器 |
-
1994
- 1994-02-14 JP JP01740394A patent/JP3533237B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07226325A (ja) | 1995-08-22 |
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