JPS5890708A - チョークコイル - 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、直流電流を重畳させて使用するコイル類を構
成するのに好適な磁心に関する。

次とえは、チ冒−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パックコ／パータのパワートランス
等のように、＠流電流を重畳させて使用するコイル類に
おいては、直流重畳特性を向上させる九め、第１図に例
示するように、コアセンタ部等の閉磁路の一部にエアギ
ャップＧａを設けたフェライト磁心を便用するのが普通
である。このようなエアギャップＧａ　′を設けると、
第２図に示すように、るる一定幅のアノベアターｙＩＮ
の変化に対してコイルのインダクタンスＬが一定となる
フラットな［ｔＩｔ重畳特性が得られるからである。な
お、直流重畳特性はエアギャップＧａが大さくなるにつ
れて曲線へ１→Ａ３→＾のように移行する。

ところが、この磁心を使用したチ曹−クコイルを用いた
スイッチ／グレキ＆Ｖ−夕は負荷電流が小さいとき出力
電圧が高くなり、出力安定度が悪くなるという欠点があ
り九〇第３図は従来から知られている一般的な一石式フ
オワートコ／バータの回路図でろって、変換トランスＴ
の１次巻＠Ｎｔはスイッチ回路Ｓを介して＃ｉ流電圧Ｅ
ＩＮが供給され、２次巻ＩＩ島はその一端がダイオード
ＤＩと両組磁心を便用したチ曽−クコイルＬｆ：介して
コンデ／すＣの一端に接続され、前記２次巷線島の他端
が夕°イオードＤ、を介して。

＠６己ダイオードｉ）１とチー−クコイルＬとの接続点
に接続されるとともに、前記コンデ／すＣの他端に接続
され、該コンデ／すＣの両端に別の直流電圧■・を出力
するようＫ１１ｌ成されている。

このような回路において、負荷電流工・と出力電圧■・
との関係は第４図に示す如くでめり、負葡電流工・が小
さいとさ、すなわち、テ冒−クコイルＬに流れる電流が
不連続の領域で出力電圧■。

が測くなる。チせ−り電流不連続の領域は、Ｌ：チー−
クコイルＬのインダクタンスで水爆れ、従って出力安定
度を改善するにはインダクタンスＬを大きくとってチ欝
−り電流の不連続の領域を狭くするか、出力端にダミー
ロードを付加すれば＾いが、１者においては、チ璽−ク
コイルの巻回数の増加による銅損の増加や効率の低下お
よび部品の大盤化を招さ、後者においては、消費電力の
増加や完熱量の増加を招く欠点がめり、その改善が強く
望まれていた。

ま危、エアギャップＧａ付の磁心を周波数変調型フライ
バックコ／パータのパワートランス用として使用した場
合は、当該磁心の直ａｘｆ％性が第２図に示すようなフ
ラットな特性となり、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＾くな
り、間欠発振を生じたり、スイッチフグ素子たるトラン
ジスタの負担が激増し、損失の増大を招き、放熱対策が
厳しくなる等の欠点があった。

本発明は上述する従来の欠点を除去し、チー−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
ス等に使用し次場合に、軽負荷時の出力電圧ま几は周波
数の異常上昇を抑制し、出力安定ＦｉｊＬを向上させ、
損失を減少させることの可能な磁心を提供することを目
的とする。

これまでに上記目的を達成するために特殊な構成を有す
る複合磁心が考案され先に提案された。（実願昭５６−
７４９１５１本発明は、該複合磁心を構成させる磁性材
料について鋭意研究努力を重ねた結果得られ友もので、
実質的に非晶質よりなる磁性薄帯のうち、特定の組成を
有する＠注薄帝を使用することにより好適な特性の複合
磁心が得られるとの知見から、本発明に至り几ものでお
る。

すなわち本発明は、一部にキャップを有する研石におい
て、前記ギャップ近傍に下記式で示される組成を有する
実質的に非晶質よりなる磁性薄帯を添え次ことを特徴と
する。

式　　（ＦｅｊｃｏｋＭｔ）夕Ｂｙ 上式中、ＭはＦｅ、Ｎｉお工びＣＯ以外の他の遷移金属
元素の一種以上を嵌わし、また、ｘ十ｙ＝１００　ａｔ
％″Ｃあり、このうちｙは１０〜５５ａｔ％である。良
に、ｊ−１−に−４−１−１００チ、でめり、このうち
ｊハ５〜２０９Ｇ、ｌ　ｉｆ　（Ｌｌ　〜１０％テロ　
ル。

ｙは１０９６より小あるいは５５チより大では非晶質化
が難しく、歩留りのよい生産に適さない・ １社磁歪を小さくするために６〜２０チの範囲に選定す
る。

ｌは１０％より大では磁気％柱上、問題がおる。

Ｍとしては、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗが特に好ましく、Ｍ
ｎは磁性体としての経時変化を改善し、Ｃｒは劣悪な条
件下で使用された時の経時変化を改善し、ま几、Ｍｏ、
Ｗは磁性体としての安定！！１１：を改善し、熱処理を
容易にし、時性會改書しやすくする。

Ｍとして、これらの元素を使用する場合、ｍはα１〜１
０％が好ましい。α１−より小ではその効果を得ること
が難しく、また、１０チより大としてもその効果は実用
土増大せず、逆に、磁気特性、非晶質化の容易さ尋の点
で問題が出てくる。

また、Ｂの一部をＳｔＴ：置換することにより、非晶質
化が容易となり、耐蝕性が増し、かつ、経時変化も改善
されて、より良好な特性が得られる。置換する量は組成
を（Ｆｅ　ｊｃｏｋＭｔ）檎（ＳｉｐＢｑ）ｙと書いた
時、ｐ−１−ｑ＝１００優でα０１饅≦ｐ≦８０チが適
当である。ｐくα０１僑では七の効果を得ることが難し
く、ｐ＞８（ｎでは逆に非晶質化が困難となる。史にＢ
およびＳＮの一部を他のメタロイド元素例えばＰ、　Ｃ
等で置換することにより、経時変化がより一層改善され
、良好な特性が得られる。置換する蓋は組成を（Ｆｅｊ
ＣｏｋＭ４）＃（８ｉｐＢｑＸｒ　）ｙ（但し、Ｘ＝Ｐ
、　Ｃあるいは他のメタ０イド元素の少なくとも一種以
上）と誉イア’ｃ時、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１００ｔｌｂで００
１％≦ｒ≦１０チより好ましくは、α０１≦ｒ≦５優が
適当でめる。ｒくα０１％では七の効果を得ることが難
しく、ｒ＞５％おるいはｒ〉１０チでは、逆に磁気特性
の面で問題を生じる。また、磁歪はｌλ５ｌ（ＩＱＸｌ
Ｇ−’　　が好ましい結果を与える。

ま几、ＭＴｏるいはＸは単一の元素とする必發は無く、
二種以上の元素とすることにより複合の効果を得るよう
にでさる。

以下実施例几る絡付図面を参照し、本発明の内容をＪＬ
坏的に説明する。第５図（Ａ）は本発明に係る磁心の正
面断面図、第５図（Ｂ）は第５図（Ａ）のＢｔ−Ｂ＋線
上における断面図である。この実施例では、２つのＥ型
コア６．４を組合せて両者のセンタ部５ｍ−４ａ間にエ
アギャップＧａを形成すると共に、このエアギャップＧ
ａのまわΩに薄いｍ汁体５を添えた傳造となりている。

磁性体５として磁歪が小さく前記組取ｔ−有し実質的に
非晶ｌＪ！Ｌよりなる磁性薄帯を使用する。また、ｍ柱
体５をエアギャップＧａのまわりに取付ける方法として
は予め筒状に形成し次磁性体５の内径部内にセンタ部５
ａ、４ａｔ−両側力為ら嵌合する方法、ま皮は第６図に
示すように、前述のｍ性材料を用いてシートもしくは薄
板状に形成し穴磁性体５を、ニアギャップ龜をＩｌｌ成
するセ／り部５ａ、４ａのまわりに適当な層数だけ巻装
する方法等が考えられる。

更に、第５図（Ａ）　、　（Ｂ）および第６図の実施例
では、磁性体５は無端状に形成してめる〃工、第７図に
示すように、ギヤツブ組を有する有端状に形成する方法
も有効である。Ｓ洗体５を無端状に形成し九場合は、セ
ンタ部３ｄ、４８間を流れる磁束によってＩｍ磁性体に
発生する起電力に対し、磁性体５が短絡回＃ｌＩを構成
するので、磁性体５における損失及び発熱か太さくなる
〃工、−社体５に前述のようなギ、ヤツプｇｔを設けて
有端状とした場合は、磁性体５゛に発生する起電力に対
して！！ｔＩ記ギヤ・ンプｇ１による開放回路−６ｓ構
成され、損失及び発熱が減少するからでめる。なお、１
１０紀ギャップｇ１は空隙に限らず、絶縁樹脂等の絶縁
物によっても構成することかできる。

上述のように、ギャップＧａのまわりに前記組成を有し
、実質的に非晶質よりなる磁性薄帯を添え７を構造であ
ると、当該磁心を使用してチロ−クコイル等を構成した
場合、軽負荷時にインダクタンスが急増するという効果
が得られるが、その効果は、磁性体５として実願昭５６
−７４９１５で開示し友磁性材料を便用した場合工９大
さい。

（実験人） 第８図は磁心の構造を異にする各チロ−クコイルの電流
−インダクタンス特性図でおり、横軸にコイル電ｆｉＩ
（Ａ）をとり、縦軸にインダクタンスＬ（ｍＨ）をとっ
である。曲線ＡＦｉ従米従来心を用い友チ曹−クコイル
の特性、曲１！ＢはギャップＧＪＩのまわりに複合樹脂
フェライトより成る磁性体５を巻装した磁心を用いた場
合の特性、曲１ＩＣはギヤ’ｙプＧａ　（Ｄまわりに（
Ｆ１ａ（＋、４　Ｃ００ＪＮ　ｉｏ、ｓ　）ｇｏ　（Ｓ
　ｔｅＩＢｏ、ｓ　）ｍｅの組成を有する非晶質合金よ
り成る磁性体５を巻装し７ｔａ心を用いた場合の磁性で
、いずれも比較例である。曲＠Ｉ）は本発明になるもの
で（Ｆｅ＠、（１＠　Ｃｏ１．會Ｍｎ＠、６４１Ｈ（Ｓ
ｉ＠、ＩＢｏ、ｅ）ｍの組成を有し磁歪λ＄〜０の、高
速急冷法で製造した非晶質↓り成る磁性体５を巻装し几
磁心を用いた場合の特性をそれぞれ示している。

なお、この曲＠Ｄの非晶質薄帯は曲線Ｃの非晶質薄帯と
厚み・形状・重１ｋｔ−同一にしてギャップ部に巻回し
てめる。

（実験Ｂ） 非晶質磁性薄帯の組成を変化させて、磁性体５とし、実
験Ａとは！同様の耐［ｆｉ電電流注性有するチロ−クコ
イルを作成した。［流電流（ＬＯ３Ａの時のインダクタ
ンスの籠を第−表に示す０ これらのサンプルの内＋１１．　＋２１．　＋３１は比
較ガであり、また、（１１，１２１は磁歪ｌλ＠　ｌ）
１０Ｘ１０でめりｆｃ。

（実験Ｃ） １ｉＪ［Ｂテｆｆｌ用Ｌ７’ｊ（５１，（６１，（８１
，＋９１．　ＱＱ、　Ｑｌ）、　（ｌａ、　（１７１゜
Ｑｌ、α値の組成の非晶質を使用して、１２０℃１００
０時間の寿命テストをおこなり几。透磁率の劣化は、（
５）、（６）が５チ以上（８１，（９）、α１．　ｔＪ
υが〜５チ他はいずれも３Ｌｓ以下であり几。

これらの実験から明らかなように、ａ性体として本発明
の組成を有する実質的に非晶質よりなる磁性薄帯を用い
た場合、非常に良好な％性を有する磁心が得られ、コイ
ル電流工が減・少し、負荷が軽くなるにつれて、インダ
クタンスＬが急激に増大する傾向が認められる。

このように、本発明の磁性薄帯を用いれば最も有効に軽
負荷特にインダクタンスＬを急増させることがでさるか
ら、本発明に係る磁心を利用して、チ曹−クコイル、ス
イッチング電源の出力フィルタま友はパワートランス等
ｔ−ｍａｔ。

た場合には、＠９図に示すように、従来は動員Ｗｒ時に
（ロ）のように異常上昇する傾向にめった出力電圧■ｏ
が、インダクタンスＬの増大によりその上昇かｅつのよ
うに抑制されるので、出力安定展が非常に良好になる。

また、軽負荷時における出力電圧の上昇幅が小さいので
、ダミーロードを付加し次場合でも、電力消費および発
熱が小さくなり、小容量のダミーロート°で良く、放バ
ータに使用し九場合も同様の効果が得られる。

更に、当該磁心′Ｉｋ８波数変調型フライノくツクコン
バータのパワートランスに使用し穴場合には、軽負荷時
にインダクタンスＬが＾くなるので、崗波数の上昇が抑
制され、スイッチングトランジスタの負担が減少し、損
失が低下するＯま几、漏洩磁束が減少するので、漏洩イ
ンダクタンスが小さくなる利点もめる。

以上述べたように、本発明は、一部にギャップを有する
磁心において、前記ギャップの近傍に特定の組成を有す
る実質的に非晶質エリなるｉ性薄帝を添えたことを特徴
とするから、チ曹−クコ・イル、スイッチング電源の出
力フィルｌＡま几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ｔｆｔの重畳されるコイル用と
して使用し几場合に、動員荷時の出力電圧、局波数の上
昇を抑制し、出力安定度を向上させ、損失を減少させる
ことの可能な磁心を提供することができる。

【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ＩＩ流重畳
特性図、第５図は一般的な一石式フオワートコ／バータ
の回路図、第４図は従来の磁心を用いて第３図のコンバ
ータを構成した場合の出力電流−出力電圧％柱内、第５
図（Ａ）は本発明に係る磁心の正面断面図、第５図（Ｂ
）は第５図（Ａ）のＢｓ−Ｂｔｉｉ上における断面図、
第６図νよび第７図は本発明に係る磁心の他の実施例に
おける断面図、第′８図は本発明に係る磁心を用い几コ
イルの電流−インダクタンス特性を、従来のものと比較
して示す図、第９図は本発明に係る磁心を用い几場合の
出力１１Ｌ流−出力電圧％性図である。 （ｊａ・・・ギャップ ５・・・ａ性体 早１図 吊２図 壓３図 ド □ズストＪ＼臥入に 毅

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　一部にギャップを有する磁心において、前記
   キャップ近傍に下記式で示される組成を有する実質的に
   非晶質よりなり磁歪の小さい磁性薄帯を添え友ことｔ％
   徴とする磁心。 式　　（ＦｅｊＣｏｋＭｔ）＆Ｂｙ ただし、上式中、ＭはＦｅ、Ｎｉお工びＣｏ以外の他の
   遷移金属元素の一種以上１１−衆わし、ま次、ｘ−１−
   ｙ＝１００　ａｔ−であり、このうちｙは１０〜４５ａ
   ｔ＊″ｔ’ｓる。艮に、ｊ　＋　ｋ　＋　１　＝　１０
   ０チ、でおり、このうちｊは５〜２０チ、ｔは（１１〜
   １０％、である。 （２）　一部にギャップを有する磁心において、帥記ギ
   ャップ近傍九下記式で示される組成を有する実質的に非
   晶質よりなｏ磁歪の小さい磁性薄帯を添え九ことを待機
   とする磁心。 式　　（ＦｅｊｃｏｋＭＬ）＆（８ｉｐＢｑ）Ｙたたし
   、上式中、ＭはＦｅ、ＮｉおよびＣｏ以外の他の雇４！
   Ｊ金楓元素の一種以上ｔ−貴わし、また、ｘ＋ｙ＝１０
   ０ａｔｆｉであり、このうちｙは１０〜５５ａｔ％で６
   る。更に、ｊ十に＋１＝１００％。 ｐ−４−ｑ　＝１００−であり、このうちｉは５〜２０
   ９Ｇ、ｔは１１〜１０％、また、ｐはα０１〜８０−１
   である。 （３）　　一部にギャップを有する磁心において、前記
   キャップ近傍に下記式で示される組成を有する実質的に
   非晶質よりなＯａ歪の小さい磁性薄帯を龜えたことを特
   徴とする磁心。 式　　（ＦｅｊｃｏｋＭｔ）筐（８ｉｐＢｑＸｒ）ｙた
   だし、上式中、ＭはＨｅ、ＮｉおよびＣｏ以外の他の遷
   移金属元素の一種以上を嵌わし、Ｘは８ｉ、Ｂ以外の他
   のカラス化元素の一種以上を衆わす。また、ｘ＋ｙ＝１
   ００ａｔ−であり、このうちｙは１０〜３５ｍｔ−でお
   る。更に、ｊ＋に＋１＝１００％、ｐ＋ｑ＋ｒ＝１ｏｕ
   ｓｔめ９、このうちｊはＳ　〜２　Ｏｌ、　ｔｕ　ＣＬ
   ｌ　〜１０％、＊几、　　ｐＦｉ１０１〜８０９１％ｒ
   はａｏｔ　〜１０１１ｔ’６４゜（４）　　実質的に非
   晶質よりなる磁性薄帯は、キャップ一方向に少なくとも
   １カ所の切断部を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項ないし、第３項に記載の磁心。 （５）　　実質的に非１質よりなる磁性薄帯は、その四
   面に電気的絶縁層を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ないし第４項に記載の磁心。