JPS5853813A - 磁心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主として、直流電流を重畳させて便用するコ
イル類を構成するのに好適な磁心（：関する。

例えば、テコ−クコイル、スイッチング電源の出力フィ
ルタまたはフライバックコンバータのパワートランス等
のように、直流電流を重畳させて使用するコイル類（：
おいては、直流重畳特性を向上させるため、第１図に例
示するように、コアセンタ部等の磁気回路の一部にギャ
ップＧａを設けたフェライト磁心１．２’＆使用するの
が普通である。このようなギャップＧａを設けると、第
２図Ｃ：示すように、ある一定幅のアンペアターンＩＮ
の変化に対してコイ、御のインダクタンスＬが１定とな
るフラットな直流重畳特性が得られるからである。なお
、直流重畳特性はギャップＧａが大きくなるにつれて曲
線へ→ム２→ム、・・・のようＣ二移行する。

ところが、この磁心なスイッチング電源のチョークコイ
ルＣ；使用した場合、スイッチング電源における負荷亀
流工０と出力電圧ｖＯとの関係が第５図に示すようにな
り、負荷亀流工０が小さいとき、すなわちチョーク電流
不連続の領域で出力重圧ｖ０が異常に高くなり、出力安
定度が悪くなるという欠点があった。

また、前記磁心を周波数変調型フライバックコンバータ
のパワートランス用として使用した場合には、当該磁心
の直流重畳特性が第２図に示すようなフラットな特性と
な・ハ負荷変動にも拘らずインダクタンスが一定となる
ため、軽負荷時に周波数が非常に高くなり、間欠発振ｔ
４じたり、スイッチング素子たるトランジスタの負担が
激増し、損失が増大して放熱対策が厳しくなる等の問題
を生じていた。

これらの欠点を除去するための従来技術として、特公昭
５６−２４５６５号公報に開示されたインダクタンスの
調整方法が知られている。この従来技術は、磁気回路の
一部ｇ”−１ｉｆｆ気的空隙を設け、この空隙内にこの
磁気回路Ｃ１１ｆｉ気バイアスを与える永久磁石を配置
した磁心と磁気バイアスのない磁心（−共通のコイルを
巻いたインダクタにおいて、上記２棟類の磁心間の空隙
を変えることによりてインダクタンスの値を調整するも
のであって、低電流領域できわめて高いインダクタンス
値な持つと共に、ある一定の電流値でその値が激減し、
大電流領域までその小さいインダクタンスを保持するイ
ンダクタが実現できる旨述べられている。

しかしながら、この従来技術は、磁気バイアスを与える
ための永久磁石が必須であって、それが減磁現象を伴う
ため、慣頼性に欠けること、永久磁石Ｉ：渦流損が発生
し発熱すること、この発熱を防止するため永久磁石を細
片盛二分？′４１する等、特別の技術的処理を施す必要
があること、永久磁石を非常に薄く加工しなければなら
ないため、加工が困難でコスト高Ｃ二なること、磁気バ
イアスＣ：より極性が生じるためコイルの接続Ｃ二特別
の注意を払う必要があること等々の欠点がある。

本発明は上述する従来からの技術的課題を解決し、低電
流領域できわめて大きなインダクタンスｆＬ′Ｉｋ：持
ち、ある一定の電流値でその値が激減し、大きな亀流餉
域までその小さなインダクタンス値を保持する非直線性
Ｙ示し、しかもこの非直線性を制御することが可能で、
経時変化（二よる特性変動、発熱等を招くことがなく、
加工組立の容易なインダクタを得ることの可能な磁心な
提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、一部にギャップを
有する磁心（＝おいて、前記ギャップの付近に磁気特性
の異なる少なくとも２１種の磁性体を配置したことを特
徴とする。

以下実施例たる添付図面を参照し、本鎚明の内容を具体
的（＝説明する。第４図ＩＡ）は本発明Ｃ二係る磁心の
正面部分断面図、ｓＩ４図（ＢｌはＩＩ４図囚Ｏ８１−
Ｂ、線上における断面図である。この実施例では、２つ
のに型コア３．４を組合せて両者のセンタ部５ａ−４ａ
ＭｌニギャップＧａＹ形成すると共に、このギャップＧ
＆の付近（＝磁性体５を配置した構造となっている。磁
性体５は非晶質合金、パーマロイ、ケイ素鋼板またはフ
ェライト粉末と合成樹脂とを混合して成形した複合樹脂
フェライト等区二よって構成する。

上述のように、ギャップＧ＆の付近６二磁性体５を設け
ると、この磁心を使用してチョークコイルを構成した場
合、磁性体５が磁気飽和しない低電流領域では、ギャッ
プＧ、と磁性体５との結合部分における合成透磁率が磁
性体５の透磁率（＝依存して定まり、その値が非常直：
高くなる。このため、１！５図鑑二示すように、チョー
ク電流不連続の低電流領域（イ）でのインダクタンス値
が非常ｉ二高くなる。一方、負荷が増大し、チョーク電
流がある一定値以上喀二なると、磁性体５が磁気飽和す
るため、前記の合成透磁率がギャップＧ１を構成する媒
質の透磁率１：近づく、このため、チョーク電流がある
一定値になるとインダクタンス値が急激に減少し、チョ
ーク電流連続の領域（０１ではギャップＧ１のみの場合
と同様のフラットな特性となる。

このように、本発明によれば、軽負荷時にインダクタン
ス値な急増させることができるから、当該磁心な使用し
てチョークコイル、スイッチング電源の出力フィルタま
たはパワートランス等を構成した場合Ｃ二は％第６図直
；示すように、従来、軽負荷時に曲線し→のよう舊：異
常上昇する傾向Ｃ二ありた出力瑠圧Ｖｏが、インダクタ
ンス値の増大Ｃ：よりその上昇がに）のように抑制され
、出力安定度が非常に良好になる。

また、当該磁心を周波数変調型フライバックコンバータ
のパワートランスに使用した場合には。

軽負荷時−二インダクタンス値が高くなるので、周波数
の異常上昇、間欠発振等が防止され、スイッチングトラ
ンジスタの負担が減少し、発熱、損失が低下する。また
漏洩磁束が減少するのモ、漏洩インダクタンスが小さく
なる。

更Ｃ二、特公昭５６−２４５６５号公報に開示された従
来のものと異なって、永久磁石を持たず、減磁現象や発
熱を伴うことがなく、加工、組立も容易である。

本発明のもう一つの重要な特徴は、前記磁性体５１に：
、磁気特性の異なる少なくとも２種の磁性体５五％　５
Ｂによって構成したことである。すなわち・、磁性体５
は、前述した如く、非晶質合金、パーマロイ、ケイ素鋼
板または複合樹脂フェライト等によって構成されるもの
であるが、これらの磁性材料のうち、同種または異種の
ものから、磁気特性の異なる２種以上のものを選び出し
、これをギャップＧａの付近に配置する０例えば、磁性
体５ムとじて透磁率Ｐ　Ａｓ飽和磁束密度ＢＡの磁気特
性を有する非晶質合金を選んだ場合、磁性体５Ｂとして
透磁率ｐ８が７’Ｂ＞／’Ａで、飽和磁束密度ＢＢがＢ
Ｂ＜ＢＡの非晶質合金を選ぶのである。

磁性体５Ａ、５Ｂの配置構造として、この実施例では、
磁性体５Ａ、５Ｂを積層した構造をとっている。磁性体
５Ａ、５Ｂの積層順序、積層数は任意でよい。

上述のように、磁性体５を磁気特性の異なる２種以上の
磁性体５Ａ、ｊＢによって構成すると、低電流領域にお
けるインダクタンスの初期値と、大電流領域Ｃ：おける
インダクタンスの安定値との間蟇＝おけるインダクタン
ス変化の非直線性を、磁性体５Ａ、５Ｂの体積比率区二
応じて制御することができる。＃！７図は磁性体５Ａと
磁性体５Ｂの枚数′ｌｋ：変えて、両者の体積比ｗ？ヲ
変えた場合のチョーク喝流−インダクタンス特性図であ
り、横軸−一対数目盛によるチョーク亀流弘。ＩＡＩを
とり、縦軸に同じくインダクタンスＬ（ｍＨ）ｇとっで
ある。

磁性体５Ａは透磁率ｐ　Ａ”’　７００〜１０００、飽
和磁束密度ＢＡ＝１５Ｋ（Ｇ、、、）の非晶質合金によ
って構成し、磁性体５Ｂは透磁率Ｐ８＝１００００〜２
００００、飽和磁束密度ＢＢ＝５〜６Ｋ（Ｇｕｓ）の非
晶質合金によって構成した。磁性体５Ａと磁性体５Ｂは
ロー寸法とし、その総和が６枚となる範囲で両者５ム、
５Ｂの枚数をｏ、１゜５．５．６のように変えていった
０曲ｇ　Ｃｏ　＆　０１　ｂｏ、、０５，０６はその場
合の各特性曲線を示し、符号ｃｏ−０６に付された数字
０１１．５．５．６は磁性体５ムの枚数を示している。

第７図から明らかなように、磁性体５Ａの枚数が増加し
、磁性体５Ｂ（二対する磁性体５ムの体積比率が大きく
なる程、低電流領域と大電流領域との間（−おけるイン
ダクタンス変化の非直線性が緩やかになるように制御さ
れる。また、低電流領域でのインダクタンス初期値は、
前記体積比率の変化に対して６〜７（ｍＨ）の範囲内に
収ま曝ハ比較的に変化が少ないが、大電流領域でインダ
クタンス値がｍ；となる安定点は％前記体積比率が大き
くなる程、より大きい電流領域の方向へ移行するように
制御される。このように、本発明によれば、インダクタ
ンス変化の非直線性を制御することが可能となるので、
スイッチング電源等に要？−れる設計仕様を広範囲Ｃ二
わたつて満足させＺができる。

なお、磁気特性のほぼ等しい７種の磁性体・、４層した
場合は、低電流領域におけるインダクタンス初期値が、
その積層数に応じて増減し、一方。

大電流領域Ｉ：おける安定点は、ＭＩＩｉ数の増減に拘
らず、はぼ一定となる。つまり、インダクタンス初期値
及び安定点の制御が、本発明の場合と逆になる。

また、第４図（Ａｌ、（ＢＩ　Ｃ示す実施例では、磁性
体５をギャップｇ、１に有する有熾状に形成しである。

このような構造であると、コアセンタ部３ａ−４ａｔ’
通る磁束により磁性体５（二発生すべき起電力に対して
、前記ギャップｇ、Ｃよる開放回路が構成されるから、
磁性体５１：よるショートリングの形成を阻止し、その
損失及び発熱を防止することができる。前記ギャップｇ
、は複数個所Ｃ：設けてもよく、空隙Ｃ二限らず、絶縁
樹脂等の絶縁物によって構成してもよい。

第８図は本発明τ：係る磁心の別の実施例Ｃ：おける要
部の拡大図である。この実施例では、磁気特性の異なる
２種の磁性体５Ａ、５Ｂの積層体を、間に絶縁層６を挾
んで、ギャップＧａを構成するコアセンタ部！ｉａ、４
ａのまわりに、適当な回数だけ巻装した構造となってい
る。磁性体５Ａ及び磁性体５Ｂの各寸法は、所定の体積
比率となるように選定する。前記絶縁層６はショートリ
ングの形成を阻止するためのものであって、磁性体５　
Ａ、５Ｂの表面に絶縁樹脂等の絶縁物をコーティングす
るか、または絶縁フィルムもしくはシート等を介在させ
ることＣ：よって形成できる。

上記実施例では、磁性体５を装着する部分が断面円形で
ある磁心を例Ｃ：とって説明したが、断面角形であって
もよい、ｙｊｎ９図はその一例を示す実施例である。こ
の実施例では、断面角形であるコアセンタ部５ａ％４ａ
の各面に、磁性体５な分割して配置した構造となってい
る。各面の磁性体５は、磁気特性の異なる２種以上の磁
性体５ム、５ＢＹ１１１１１Ｌ、て１ｌｌｃしてある。

ｉ！！性体導体曲げ性の良くない非晶質合金等で構成さ
れるものであり、これを角形磁心に巻装しようとすると
、磁性体５が磁心の稜角間で１１１０図の（ホ）で示す
ように外側に膨み１寸法誤差を生じ、特性のバラツキを
招いた１ハまたは無理に曲げたために破損する等の事故
を生じることがある。これ直二対し、磁性体５を角形磁
心の各曲毎に分割して設けると、磁性体５を曲げる必要
がないので、寸法誤差、特性のバラツキ、破損等を防止
することができる。しかも。

磁性体５が各曲毎に独立することとなるので、磁性体５
によるショートリングの形成を阻止できる利点もある。

また、各面の磁性体５を磁気特性の異なる２種以上の磁
性体５ム％５Ｂによって構成する代曝へ二、例えは一対
の対向二面Ｖ、は磁性体５ムのみで成る磁性体５’！に
設け、他の対向二面にはこれとは磁気特性の異なる磁性
体５Ｂのみで成る磁性体５を設ける等、各面間に磁気特
性の異なる２種以上の磁性体を配置する構成をとること
もできる。

以上述べたよう口、本褪明は、−縣一；キャップを有す
る磁心（：おいて％前記ギャップの付近に磁気特性の異
なる２種以上の磁性体を配置したことを特徴とするから
、低電流領域できわめて大きなインダクタンス値を持ち
、ある−“定の喝流値でその値が激減し、大きな電流領
域までその小さなインダクタンス値を保持する非直線性
を示し、しかもこの非直線性を制御することが可能で、
更Ｃ：、経時変化による特性変動または発熱を伴うこと
がなく、加工、組立の容易なインダクタを得ることの可
能な磁心を提供し、チョークコイル、スイッチング電源
の出力フィルタまたは）゛ライバックコンバータのパワ
ートランス等Ｃ二便用した場合に、軽負荷の出力電圧や
周波数の異常上昇を抑制し。

出力安定度を向上させ、間欠発振を防止し、損失を減少
させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の磁心の正面図、第２図はその直流重畳特
性図、第３図は１１１図の磁心を使用したスイッチング
電源の出力電流−出力電圧特性図、＠４図（４）は本発
明に係る磁心の正面部分断面図、第４図（Ｂｌは第４図
のＢ、−Ｂ、線上Ｃ二おける断面図、第５図は本発明に
係る磁心な用いたコイルのアンペアターン−インダクタ
ンス特性図、第６図は同じくその出力電流−出力電圧特
性図、第７図は本発明に係る磁心Ｃ：おいて磁気特性の
異なる２種の磁性体の体積比率を変えた場合の喝流−イ
ンダクタンス特性図、第８図は本発明Ｃ二係る磁心の別
の実施例における要部の拡大図、第９図は同じく別の実
施例における要部の拡大図、第１０図は角形磁心に磁性
体を巻回した場合の欠点を説明する図である。 Ｇａ・・・　ギャップ ５．４　　・・・　ｆＢＩｌｌ） ５．５Ａ、５Ｂ　　・・・　磁性体 特　許　出　鵬　人　　東京亀気化学工業株式会社第　
１　図 ＩＮ− Ｉ。 第５図 （イ） アンペアターン　ＩＮ（Ａ丁）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１：　　一部（：ギャップを有する磁心Ｃ＝おいて、
   前記ギャップの付近に磁気特性の異なる２種以上の磁性
   体を配置したことを特徴とする磁心。 （２）前記磁性体は１体積比率を異ならせたことを特徴
   とする特許請求の範囲１１１項に記載の磁心。 （３１１Ｑ記磁性体は、積層して設けたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項またはｆａ２項に記載の磁心。 （４１ＩＱ記磁性体は、非晶質合金、パーマロイ、ケイ
   素銅板または複合樹脂フェライトの少なくとも一種口よ
   って構成したことを特徴とする特許請求の範囲Ｗ４１項
   、第２項または第３項に記載の磁心。