JPH09129435A - 結合磁気コア - Google Patents

結合磁気コア

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JPH09129435A
JPH09129435A JP8299261A JP29926196A JPH09129435A JP H09129435 A JPH09129435 A JP H09129435A JP 8299261 A JP8299261 A JP 8299261A JP 29926196 A JP29926196 A JP 29926196A JP H09129435 A JPH09129435 A JP H09129435A
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core
magnetic
polycrystalline
gap
loss
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JP8299261A
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Francois Beauclair
ボークレア フランソア
Jean Pierre Delvinquier
デルヴァンキュイエ ジャン−ピエール
Richard Lebourgeois
ルブルジョア リシャール
Michel Pate
パート ミシェル
Claude Rohart
ロアール クロード
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
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    • H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高誘導で近損失の磁気コアを提供する。 【解決手段】 磁気コアは多結晶の磁気セラミックで作
られた本体と、合成磁気材料で作られた少なくとも一つ
の局所的にあるギャップを備えている。応用分野は誘導
器又は変圧器のコアである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は特に誘導器又は変圧
器用の結合磁気コアに関する。
【０００２】このように作られた該誘導器は約０．１Ｍ
Ｈｚに近いか、それを越える周波数で動作するフィルタ
用誘導器として、又は電力変換器として使用することが
できる。
【０００３】電子システムの開発においては、電源供給
部を小型化することが求められている。線形構造調整器
からスイッチ式供給変換器への変更は電源供給部の小型
化及び動作特性の改善に向けての決定的な段階であっ
た。切り替え周波数は更に小型化する目的で絶えず増加
している。今日、変換器により１ＭＨｚ及びそれ以上の
値が得られている。構造に対しては高い誘導の下で低い
全損失（導体及び磁気回路の損失）を示す低いインダク
タンス値（数マイクロヘンリ）を有した誘導器が必要で
あり、低い透磁率（約２００未満）を有した材料が使用
されている。
【０００４】
【従来の技術】現在市場で使用可能な低透磁率の磁気材
料は（約１０ｍＴを越える）高い誘導の下で非常に高い
損失を有している。これは磁気素子が現在変換器の中で
一番大きな素子であることを示している。現在存在する
磁気材料として、低い透磁率と低い損失は相反する特性
である。数マイクロヘンリのインダクタンスを有した誘
導器は巻き数が数回であり、即ち低い透磁率のコアを有
している。
【０００５】巻き数が少なく端子に高い電位差を有する
誘導器はコア内に高い磁気誘導を誘発している。コア内
の損失は少なくとも誘導の２乗に比例するので、巻き数
が減少すれば該損失が非常に急激に増加する。損失を減
少させるため、巻き数の回数を多くする必要がある。こ
れにより低い透磁率のコアを示すことができる。
【０００６】磁気コアのない空気ベース誘導器がある。
該誘導器の透磁率は１でありコア内の損失はゼロであ
る。占積率は透磁率が磁気コアのない場合１に等しいの
で大きい。コイルにより消費される銅損は大きい。発生
する電磁気的な妨害は近くの素子に対し有害であり除去
は難しい。
【０００７】例えば、局所的にエアギャップを有したス
ピネル型フェライトのような多結晶セラミックでできた
コアを有した誘導器がある。誘導及び周波数により、損
失が０．０１Ｗ／ｃｍ3 又は０．１Ｗ／ｃｍ3 の範囲で
あるにも拘らず、フェライトは１０００に近い透磁率を
有している。この値は変換器の使用に対し非常に高い。
透磁率が１０であるニッケルフェライトのような透磁率
の低いフェライトは変換器を使用する場合損失が大き過
ぎる。
【０００８】更に、合成磁気コアを有したギャップ分散
誘導器もある。これらのコアは誘電性のバインダ内に分
散された強磁性粉末合金により形成された材料で作られ
ている。放出される損失は局所的にギャップを有したコ
アの損失より小さい。基本的に二つのタイプの粉末があ
る：鉄粉末及び鉄カルボニルであり、これらの透磁率の
範囲はほぼ５から２５０であり、透磁率がほぼ１４から
５５０の範囲である鉄ニッケル合金に基づいた粉末であ
る。
【０００９】これらの材料の損失は、周波数、誘導及び
温度が同じ条件で塊状の粉末のフェライトの損失より１
５倍から２０倍大きい。
【００１０】例えば、市場で使用できる最良の合成磁気
材料は平均直径が１０ｍｍであり、周囲温度で、誘導が
１ＭＨｚで３０ｍＴの場合の円環体のサンプルに対し次
の特性を有している： ＊鉄−カルボニル：損失は１．５Ｗ／ｃｍ3 より大き
い、 ＊鉄−ニッケル：損失は２Ｗ／ｃｍ3 より大きい。
【００１１】本発明は高誘導で、多結晶磁気セラミック
の損失の範囲の損失を有する磁気コアを提案しており、
一般に７００から３０００の範囲を有する材料の透磁率
と比較して１００のファクタで減少された透磁率を有し
ている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は少なくとも一つ
の局所化されたギャップを有する多結晶磁気セラミック
により作られた本体を備えた磁気コアに関している。
【００１３】好ましくは、本体の該多結晶磁気セラミッ
クはＭをマンガン又はニッケルイオンとしｘ＋ｙ＋α＝
１の時、式
【化３】 に対応したスピネル型のフェライトである。
【００１４】合成磁気材料は、誘電性のバインダに埋め
込まれた鉄−カルボニル又は鉄−ニッケル粉末のような
強磁性合金に基づいている、即ち誘電性のバインダに埋
め込まれ磁界にほぼ平行なメインの面により方向が定め
られている多結晶磁気セラミックから作られたウェーハ
に基づいている。
【００１５】該ウェーハの多結晶磁気セラミックはＭ′
をマンガン又はニッケルイオンとしｘ′＋ｙ′＋α′＝
１の時、式
【化４】 に対応したスピネル型のフェライトであることが好まし
い。
【００１６】誘電性のバインダはエポキシ、フェノー
ル、ポリイミド又はアクリル成分の樹脂である。
【００１７】局所化されたギャップはボンディングによ
り本体に固定的に結合されているか、又はモールディン
グにより直接挿入されている。
【００１８】この種のコアは損失が同じレベルであり透
磁率が同じ値である材料の誘導の値より大きな誘導の値
で動作する。
【００１９】この種のコアは損失が同じレベルであり、
透磁率が同じレベルであるものより小さな値を有してい
る。
【００２０】本発明は更にこの種のコアを備えた誘導器
及び変圧器にも関している。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明による円環体のコア
の概要を示している。このコアは少なくとも一つの局部
的なギャップ２を有した多結晶磁気セラミックから作ら
れた本体１を有している。該ギャップ２は合成磁気材料
から作られている。
【００２２】多結晶磁気セラミックから作られた本体に
より形成された磁気回路に局所的なギャップ２を挿入す
ることにより損失をほとんど減少させることなく本体の
透磁率を下げることができる。多結晶磁気セラミックは
Ｍをマンガン又はニッケルイオンとしｘ＋ｙ＋α＝１の
時、式
【化５】 に対応したスピネル型のフェライトである。
【００２３】本体１はＴＤＫ製のＰＣ５０タイプ、ＬＣ
Ｃ製のＦ４タイプ又はフリップ製の３Ｆ４タイプのパワ
ーフェライトである。その透磁率は１ＭＨｚで約１００
０である。
【００２４】ギャップ２は誘電性のバインダ内に分散さ
れた鉄−カルボニル又は鉄−ニッケル粉末のような強磁
性パワー合金を成分とした合成材料である。鉄−カルボ
ニル粉末の場合、しぼは化学的に不動態化され酸化が防
がれる。
【００２５】バインダはエポキシ、フェノール、ポリイ
ミド又はアクリル成分の樹脂である。
【００２６】ギャップはサフィアー（Ｓａｐｈｙｒ）製
のＡ０８タイプ、マイクロメタル製（Ｍｉｃｒｏｍｅｔ
ａｌ）のＴ２６タイプ又はマグネティックス（Ｍａｇｎ
ｅｔｉｃｓ）製のシリーズ５５０００又は５８０００タ
イプの合成材料である。その透磁率は１ＭＨｚに対し１
０程度である。
【００２７】図１において、ギャップ２の幅ｅはコアの
周囲の長さの約四分の一に等しい。
【００２８】エアギャップを有した現存のコアの場合、
該ギャップの幅は本体の幅に比べて非常に小さくコアの
近くに置かれた素子に特に妨害となる放射による漏れが
回避される。本発明によるコアの場合、合成材料により
作られたギャップ２により磁束の通路が作られ、放射に
よる漏れが特別に取り除かれている。
【００２９】図１に示すようなコアの見掛け透磁率μａ
は次式により一次評価される： μａ＝（μ１．μ２）／（μ２＋ε．μ１） ここに、ε＝ｅ／Ｌｍ ｅ：ギャップの幅 Ｌｍ：コアの等価磁気長 μ１：フェライト本体の透磁率 μ１≒ＭｎＺｎフェライトの場合１０００ μ２：合成磁気材料で作られたギャップの透磁率 μ２≒鉄−カルボニル合成物の場合１０ それ故、透磁率μａは約３４に等しい。
【００３０】これは高度に集積を行った変換器の応用に
使用できる。
【００３１】図２はεの関数として本発明によるフェラ
イト／鉄−カルボニル円環体コアの見掛け透磁率の変化
を示している。
【００３２】この種のコアの透磁率はギャップの幅がコ
アの等価磁気長の２０％であるギャップを挿入すること
によりかなり減少する。
【００３３】図１のようなフェライト／鉄−カルボニル
円環体コアの全損失の測定結果を誘導及び温度の関数と
して図３に示している。広範囲な温度に亙り非常に低い
損失が観測される。これらの損失はほとんど全ての変換
器の応用に適合する。８０℃で３０ｍＴでの本発明に基
づくフェライト／鉄−カルボニル円環体の全損失は０．
２２Ｗ／ｃｍ3 に等しい。
【００３４】塊状の鉄／カルボニルで作られた合成材料
に対し同じ条件で測定した全損失は２．５Ｗ／ｃｍ3 に
等しい。増加は１０倍を越えている。損失の高い合成磁
気材料で作られた局所的なギャップ２を導入することは
スピネル型フェライト本体に比較してコアの損失を特に
悪化させない。
【００３５】ギャップ２は、更に本出願による第９５１
０９５２号の下で１９９５年９月１９日に申請されたフ
ランス特許出願に記載されている合成磁気材料で作るこ
ともできる。
【００３６】この合成磁気材料は誘電性のバインダ内に
埋め込まれた多結晶の磁気セラミックで作られたウェー
ハを有している。該ウェーハはメインの面が磁界にほぼ
平行であるように方向が定められ、コアは該磁界の影響
を受けるようにされている。多結晶磁気セラミックは
Ｍ′をマンガン又はニッケルイオンとする時ｘ′＋ｙ′
＋α′を有する式
【化６】 に対応したスピネル型のフェライトである。
【００３７】バインダは例えばエポキシ、フェノール、
ポリイミド又はアクリル成分の樹脂である。
【００３８】ウェーハは層の中に積まれており、バイン
ダ内に埋められている。一層当り１以上のウェーハがあ
る場合がある。ある層から他の層に対し、ウェーハは列
に配置され、又は互い違いに配置されている場合があ
る。
【００３９】ギャップ２は例えばボンディングにより本
体１に固定的に結合されている。該ギャップはその位置
に直接モールディングされている場合もある。
【００４０】本発明は更にこの種のコアから作られた誘
導器にも関する。図４はフェライト本体３０と、該本体
３０内に規則的なパターンで配置された四つの局所的に
あるギャップ３１を有した円環体コアから作られた誘導
器の例を示している。これらのギャップ３１は前述のよ
うに誘電性のバインダ３４内に埋められたウェーハ３３
を有して作られている。この誘導器は更に本体３０の上
にあることが好ましいコイル３２を有しており、本体３
０の透磁率より小さい透磁率を有した合成磁気材料で作
られたギャップ３１とコイル３２との干渉を最小にして
いる。コイル３２用に使用される導体は複数に撚り合わ
されたエナメル線か又はリッツゼンドラフト線であるこ
とが好ましく、約５０ｋＨｚより大きい周波数で銅損が
減少される。これらの誘導器はフィルタ用誘導器又は共
振変換誘導器として使用される。
【００４１】本発明に基づき誘導器を作ることは、誘導
器が動作する周波数の関数として、及び取るべき見掛け
の透磁率の関数としてコアの本体の材料を選択すること
から始まる。次に、この材料により生ずる透磁率を下
に、１個又は複数個のギャップの大きさ及び磁気材料で
の帯電が計算され所要の見掛けの透磁率が得られる。
【００４２】図５は本発明による変圧器を示している。
該変圧器は一つの中央の足５２と二つの端の脚５１を含
む長方形の足を有したＥ型のコア５０を有している。こ
のコア５０はフェライトで作られた本体５３を有し、各
足５１、５２に合成磁気材料で作られ局所的にあるギャ
ップ５４を有している。
【００４３】端の足５１の回りにある二つのコイル５
５、５６は変圧器の一次巻き線及び二次巻き線を形成す
る役目をしている。これらの巻き線はギャップ５４を取
り巻いていない。
【００４４】前述の例ではギャップは全て同じ形をして
いた。これらのギャップは種々の形状、種々のタイプの
組み立て及び磁気材料による種々の帯電の値を有してい
ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による円環体のコア
【図２】εがギャップの幅とコアの等価磁気長の比であ
る時、εの関数として本発明による結合フェライト／鉄
−カルボニル円環体のコアの見掛けの透磁率の変化を示
す図
【図３】本発明による結合フェライト／鉄−カルボニル
円環体の誘導及び温度の関数に対する全損失の図
【図４】本発明による誘導器
【図５】本発明による変圧器
【符号の説明】
１ 本体 ２ ギャップ ３０ フェライト本体 ３１ ギャップ ３２ コイル ３３ ウェーハ ３４ バインダ ５０ Ｅ型のコア ５３ 本体 ５４ ギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン−ピエール デルヴァンキュイエ フランス国， 91940 レ ユリ， バテ ィマン ６， レジダンス レ ヴィーニ ュ ドゥ ビュール（番地なし) (72)発明者 リシャール ルブルジョア フランス国， 91140 ヴィルボン エス ／イヴェト， レジダンス プラント デ ローシュ ９番地 (72)発明者 ミシェル パート フランス国， 91620 ノザイ， リュ ドビュッシー， ８番地 (72)発明者 クロード ロアール フランス国， 91120 パレゾー， リュ ドゥ ラ ヴォーヴ， 15番地

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多結晶磁気セラミックから作られた本体
    と、更に合成磁気材料から作られた少なくとも一つの局
    所的なギャップを備えた磁気コアであって、該合成磁気
    材料が誘電性のバインダ内に埋め込まれ、更に磁界にほ
    ぼ平行なメインの面により方向が定められている多結晶
    磁気セラミックのウェーハにより作られていることを特
    徴とする磁気コア。
  2. 【請求項２】 本体の多結晶磁気セラミックが、Ｍをマ
    ンガン又はニッケルイオンとしｘ＋ｙ＋α＝１の時、式 【化１】 に対応したスピネル型のフェライトであることを特徴と
    する請求項１に記載のコア。
  3. 【請求項３】 ウェーハの多結晶磁気セラミックが、
    Ｍ′をマンガン又はニッケルイオンとしｘ′＋ｙ′＋
    α′＝１の時、式 【化２】 に対応したスピネル型のフェライトであることを特徴と
    する請求項１に記載のコア。
  4. 【請求項４】 誘電性のバインダがエポキシ、フェノー
    ル、ポリイミド又はアクリル成分の樹脂であることを特
    徴とする請求項１に記載のコア。
  5. 【請求項５】 局所的なギャップがボンディングにより
    本体に固定的に接合されていることを特徴とする請求項
    １に記載のコア。
  6. 【請求項６】 局所的なギャップがモールディングによ
    り固定的に接合されていることを特徴とする請求項１に
    記載のコア。
  7. 【請求項７】 請求項１から６のいずれか一つに基づく
    コアを備えた誘導器。
  8. 【請求項８】 コアの本体の上に位置している少なくと
    も一つのコイルを備えた請求項７に記載の誘導器。
  9. 【請求項９】 コイルが複数のより線導体により作られ
    ていることを特徴とする請求項７に記載の誘導器。
  10. 【請求項１０】 請求項１から６の一つに基づくコアを
    備えた変圧器。
  11. 【請求項１１】 コアの本体の上に位置している少なく
    とも一つのコイルを備えていることを特徴とする請求項
    １０に記載の変圧器。
  12. 【請求項１２】 コイルが複数のより線導体により作ら
    れていることを特徴とする請求項１０に記載の変圧器。
JP8299261A 1995-10-24 1996-10-24 結合磁気コア Withdrawn JPH09129435A (ja)

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FR9512493A FR2740259B1 (fr) 1995-10-24 1995-10-24 Noyau magnetique mixte
FR9512493 1995-10-24

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EP (1) EP0771011B1 (ja)
JP (1) JPH09129435A (ja)
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