JPS61292301A - 巻磁心 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、Ｃｏ基７モル７アス合會の薄帯を巻回してな
る制御用磁心や高周波トランス等に好適な巻磁心の改良
に関するものであり、低角形比で低鉄損の特性を有し、
特に鉄損の経時安定性を改良した巻磁心に係るものであ
る。

〔従来の技術〕

スイッチング電源等における制御方式の一つとして可飽
和り７クトルを用いて制御を行なう磁気制御方式がある
。

従来、この方式においては、飽和磁束密度Ｂｓが大であ
るとともに角形比（残留磁束密度Ｂｒと飽和磁束密度Ｂ
ｓとの比）Ｂｒ／Ｂｓの大きい５０％Ｎｉパーマロイ、
８０％ＮｉパーマロイあるいはＣｏ基アモルファス合金
の薄帯による巻磁心を用いた可飽和リアクトルによるレ
ーミ一方式が主流であった（　Ｐ　ｒｏｃｅｅｄ：ｎｇ
ｏｆ　Ｐｏｗｅｒｅｏｎ　９　　ｙ　Ｃ１−１）　ａし
かし、一般に角形比の高い巻磁心は、高周波での損失が
大きく高周波化にも限界がある（昭和６０年度電子通信
学会総合全国大会講演論文集；分冊７　、各２ｌ−６）
。

これに対して、最近角形比Ｂｒ／Ｂｓの低い７エライト
等の磁心を用いて制御を行なう方式の提案がなされてお
り、低角形比の磁心も制御用磁心として使用可能なこと
が明らかにされている（電子通信学会技術研究報告　Ｐ
Ｅ８４−３９）。

〔１発明が解決しようとする問題点〕 しかし、７エライト磁心は飽和磁束密度が低く温度特性
が悪い欠点や、透磁率が低いため制御電流を大さくしな
ければならず、制御回路の損失が増加するなどの欠点も
有しでいて、高周波で用いる場合必ずしも十分なもので
はない。

アモルファス合金、特にＣｏ基アモルファス合金は優れ
た高周波特性を示すため、近年各種磁性部品への適用が
試みられでいる。しかし、経時変化があるため、これを
改善することが最も重要なことである。

上記アモルファス合金を用いた巻磁心を製造する際の熱
処理方法としては、キュリ一温度以上で所定時間保持後
急冷する方法が知られている。

しかしながら、この方法により得られた巻磁心は、初期
の鉄損は小さいものの角形比Ｂｒ／Ｂｓが中程度であり
鉄損の経時変化が大きいため、上記の角形比の低いフェ
ライトを使用する制御方式に用いた場合には問題を有す
るものでへる・ また、角形比の低いＣｏ基７モル７Ｔス合會巻磁心を得
るためには、磁路方向と直角に磁場をかけ熱処理を行な
えばよいが、通常の熱処理では十分に鉄損が小さくなら
ず、経時変化が大きいため好ましくない。

本発明は、上記従来技術の欠点を改良し、角形比Ｂｒ／
Ｂｓが低（、鉄損も小さくかっ鉄損の経時安定性に優れ
た制御用磁心に適した巻磁心を提供することを目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、岨或式％式％ ５ｉｂＢｃ（ただし、式中ＭはＣ「、Ｍｏ、Ｗ。

Ｖ、Ｎｂ％Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ％Ｃｕ％Ａｇ％ＡＵ
％希土類元素のうちの１種または２種以上であり、ａｓ
　ｂｓ　（１％　ＸＳ７％　Ｚは０≦ａ≦６．８≦ｂ≦
１８．７≦Ｃ≦１８．１８≦ｂ＋ｃ≦３０．０≦Ｘ≦０
．１．０≦ｙ≦０．２．０≦２≦０．１３の条件を満足
するものである。〕で表わされる７モル７．７一ス合金
の薄帯を巻回して形成し、飽和磁束密度Ｂｓを５−８Ｋ
Ｇ、角形比Ｂｒ／Ｂｓを３０％未満とし、かつ応力緩和
度を７５％以上とすることにより、鉄損を小さくしかつ
鉄損の経時変化率を改善したことを特徴とするものであ
る。

本発明において、応力緩和度とは、７モル７アス合金の
薄帯を巻回して形成された巻磁心の最も外側の薄帯の曲
率半径をｒｏとし、該最外層の薄帯をはがして自由状態
においた場合の曲率半径をｒとしたとき、両者の比ｒｅ
／ｒで表わされるものをいう。

また、鉄損の経時変化率とは、周波数１００ｋＨｚ、磁
束密度の波高値２ＫＧの場合の鉄損の初期値をＷｏとし
、１００℃、１０００時間経過後の鉄損をＷ、。。。と
したとき、式（Ｗ＋。。。

−Ｗｏ）／Ｗｏで表わされるものをいう。

〔作　用〕

本発明におけるアモルファス合金は、非晶質形成元素で
あるＳｉ　とＢの総和が１８原子％（塙下車に％と記す
）未満ではアモルファス化が困難となり、３０％を超え
ると磁束密度の低下をきたし実用に供し難くなるので１
８〜３０％とする。

また、Ｓｉの含有は鉄損を減少させる効果があるが他方
キュリ一温度を低下させる傾向にあるので、８〜１８％
の範囲とするが、好ましくは１３〜１６％の範囲にする
と良好な結果が得られる。

Ｂは７％未満では７モル７アス化が困難であり、１８％
を超えると磁気特性を低下せしめるので７〜１８％の範
囲とするが、特に７〜９゜５％の範囲にするのが経時変
化が小さく好まし塾１゜ また、本発明におけるアモルファス合金は、非晶質形成
元素として公知の他の半金属、例えばＣ，Ｐ、Ｇｅ％Ａ
／などを５％以下添加しでも差し支えない。

本発明におけるアモルファス合金のＣ０１Ｆｅ・Ｎｉ　
およＶ　Ｍ　ｎの総和は、６８〜８２％の範囲郊好まし
く、８２％を超えるとアモルファス化が困難となり、６
８％未満では磁束密度の低下があり好ま°しくない。

本発明においてＣｏは、ＦｅおよびＮｉ　との相互作用
により磁場中熱処理および冷却により誘導磁気異方性を
発生させ、Ｂ−８曲線の角形比を低くする効果を有する
。

Ｍｎは鉄損の経時変化率を改善する効果を有し、その含
有量を増加することにより経時変化率を小さくすること
ができる。しかし、Ｍｎはアモルファス合金薄帯を脆化
させるので、その含有量２は０．１３％以下とする。

また、本発明におけるアモルファス合金は、添加合金と
して前記組成式中Ｍで示す各元素を総量で６％以下含有
してもよい、これらの元素のうち、特にＣｒ％Ｍｏ、Ｎ
ｂは経時安定性を良くするとともに、磁気特性を改良す
る上でより効果が大きく有用である。しかし、前記各元
素の総和が６％を超えると飽和磁束密度が低下し、また
脆くなって製造困難となる。

１飽和磁束密度Ｂ３が５ＫＧ未満の前記組成りアモルフ
ァス合金薄帯を用いた巻磁心は、キュリ一温度が低く温
度特性も悪く実用的でない。

一方、飽和磁束密度Ｂｓの増加とともに鉄損が増大し、
特に８ＫＧを題えると急激に増加するので、飽和磁束密
度Ｂｓの上限は８ＫＧとする。

また、本発明において使用するアモルファス合金薄帯の
磁歪定数λｓが　１λｓ１　　≦　１×１０　′の範囲
であると、巻磁心の鉄損が小さくなるとともに、ばらつ
きも減少するので特に好ましい。

本発明において、角形比Ｂｒ／Ｂｓを３０％未満とした
のは、角形比Ｂｒ／Ｂｓが３０％以上になると鉄損が大
きくなるだけでなく、鉄損の経時変化率が大きくなるか
らである。しかしで、経時変化率を特に小さくするため
には、角形比Ｂｒ／Ｂｓを５％以下とするのが良い。

さらに、本発明において応力緩和度を７５％以上とした
のは、７５％未満では、経時変化率が大きく、鉄損も大
きいからである。

〔実施例〕

■ 以下、本発明を実施例に基づいて詳述する。

（実施例１） 第１図は本発明による低角形比のＧｏ基アモル７７ス合
金薄帯を用いた巻磁心を、制御用磁心に用いたＤＣ−Ｄ
Ｃコンバーターの回路の例を示した図、第２図は制御用
磁心のＢ−Ｈカーブ上の作動を示した概略図である。

第１図において、スイッチ素子２がオンし可飽和リアク
トル６の負荷巻線２０に電流が流れると、制御巻線２１
にも可飽和り７クトル６の巻数比に応じた電流が流れる
。このため、制御回路２３によりスイッチ素子２がオン
したときには電流を遮断し、スイッチ素子２がオフした
期間にのみ可飽和リアクトル６の制御巻線２１にリセッ
ト電流を流すようにしている。

スイッチ素子２がオフの期間にリセット電流λｒが可飽
和リセット６の負荷巻線２０に変圧器作用によって、黒
丸側を正極性とするように流入する電流を流すため、可
飽和リアクトル６ＪＪ第２図に示す動作Ｂ−Ｈ曲線の磁
ｖ＃Ｈのプフ１ス側Ｈ１に磁化される。この時、スイッ
チ素子２がオンすると、変圧器４の２次巻線５には、黒
丸側を正極性とする電圧ｖ２が誘起し、この電圧が可飽
和リアクトル６に印加されるため、可飽和リアクトル６
の磁束密度は、第２図のＢ＋から破線の矢印で示すよう
に上昇し、最大磁束密度Ｂｓに達する。

ここで、無負荷時には、出力端の電圧の異常上昇を防止
するため可飽和リアクトルは最大時ｗ５　ｔｄ　（ｍｉ
ｘ）の間、ｖ２を阻止する必要がある。

ｔｄの最大はＢ　＋　＝　Ｂ　ｒにて得られるから次式
で表わされる。

従って、磁心の寸法Ｓを同一とすると、（Ｂｓ−Ｂ「）
が大きい磁心はと巻数ｎを小さくでき鉄損を減少するこ
とができることがわかる。

また、本方式においては、可飽和リアクトル６のリセッ
ト電流により、変圧器４はスイッチ素子２のオンに先立
って第１図の黒丸側を負極性とする向きに磁化されるた
め、変圧器４をリセットして動作磁束密度を大きくでき
るという特徴も有する。

なお、本発明の巻磁心は、多出力ＤＣ−ＤＣコンバータ
ーあるいはブツシュ型ＤＣ−ＤＣフンバーターにも適用
可能である。

（実施例２） 第３図（ａ）、（ｂ）は本発明による（Ｃｏｏ、ｓ＋ｓ
Ｆｅ　Ｏ＋ＯＯ’Ｓ　Ｍｎ　ｏ、ｏ＊）ｔｉ　Ｓ　ｉｔ
ｓ　Ｂｓアモルファス合金巻磁心Ａと従来の７エライ）
Ｂの直流Ｂ−Ｈカーブを比較のために示した図である。

本発明による巻磁心はフェライトより飽和磁束密度が高
く、角形比が低いため、制御用磁心に用いた場合制御範
囲を７エライトより広く設定することができる。また、
Ｂ−Ｈカーブの傾斜角がフェライトに比べてはるかに大
さく、恒透磁率性に優れるため制御電流を小さくするこ
とができ、制御回路の損失の低減、発熱の低減力１可能
である。

（実施例°３） 第１表は本発明による巻磁心と、従来の７エライトおよ
びＣｏ基アモルファス合金巻磁心の直流の角形比Ｂｒ／
Ｂｓ（％）、応力緩和度（％）、鉄損の経時変化率（Ｗ
ｌつ。−−Ｗ　ｏ　）／　Ｗ　ｏを比較した表である。

この表から本発゛明による巻磁心は、従来のＣＯ基アモ
ルファス介會巻磁心より経時変化率が小さくかつ角形比
が低いため、動作磁束を大きくすることがでかるだけで
なく信頼性が高い。

また７エライトに比べると透磁率が高いため制御電流を
はるかに小さくすることができで有利であることがわか
るお。

（実施例４） 第４図は本発明による（Ｃｏ　Ｏｎ　ｗａｓ−ｚ　Ｆ　
ｅ　ｏ。

ｏｏｓ　　Ｍｎ　ｚ　　Ｎ　ｉ　　Ｏ，ｏｌ）７＠Ｉｓ
　　Ｍｏ　　ＯｎＳ　　Ｓ　ｉ＋＜　　Ｂｓ７モル７ア
ス合金巻磁心のＭｎ含有ｆｉｚと経時変化率（Ｗ＋。。

。−Ｗ、）／Ｗ、の関係を示した図である。

図から、Ｍｎ含有ｆｉｚが増加すると経時変化率が小さ
くなり、Ｍｎが経時変化率改善に有効であることがわか
る。

（実施例５） 第５図は（Ｃｏ　、ｘ−ｙ　−ｚ　Ｆｅ　ｘ　Ｎｉ　ｙ
　Ｍｎ　ｚ）＋ｏｏ４−ｂ−ｅ　　Ｍ　ａ　Ｓ　ｉ　ｂ
　Ｂ　ｃ　７モル７アス合金からなる３０％未満の角形
比の巻磁心の飽和磁束密度Ｂｓと１００　ｋＨｚ、２Ｋ
Ｇの鉄損Ｗ２　　。

／　Ｉ　Ｏｏｋの関係を示した図である。

この図から、飽和磁束密度Ｂｓが８ＫＧを超えると鉄損
が増加するため、飽和磁束密度Ｂｓは８ＫＧ以下が好ま
しいことがわかる。

（実施例６） 第２表は応力緩和度の異なる角形比Ｂ　ｒ／　ＢｌＳが
０．４％の（Ｃｏ　ｏ、ｓ＋ｓ　Ｆｅ　ＯｓＯ４Ｎｉ　
ｏ、ｏｌＭｎ　ａｗａｙ）ｔｓ、ｓ　Ｎｂ　Ｏｅ５　Ｓ
　；＋ｓ　Ｂｓアモルファス合金巻磁心の１００ｋＨｚ
、２　ＫＧの鉄損Ｗ２／＋ｏ−ｋを示した表である。

応力緩和度が７５％未満の巻磁心の鉄損は応力緩和度が
７５％以上のものよりかなり大きく、鉄損を小さくする
には応力緩和度を７５％以上にする必要があることがわ
かる。

第２表 （ｙｌ施例７） 第３表は本発明による７モル７アス合金巻磁心を第１図
に示す回路のＤＣ−ＤＣコンバーターに実装した場合の
コアの温度上昇ΔＴとコンバーターの効率ηを、フェラ
イトの場合と比較した表である。

本発明による巻磁心の温度上昇はフェライトより小さく
、コンバーターの効率も改善されていることがわかる。

〔発明の効果〕

上述のとおり本発明の巻磁心は、従来の７エライト磁心
より飽和磁束密度が高く、恒透磁率性に優れ、低損失で
あり透磁率も高いため、制御用磁心に用いた場合温度上
昇を低く抑えることができるものである。

また、従来のＣｏ基アモルファス合金磁心より角形比が
小さく経時変化率が小さいため、制御範囲、信頼性の面
で有利である。

従って、本発明の巻磁心は制御用磁心として好適なもの
でみる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による低角形比の巻磁心を制御用磁心と
して用いたＤＣ−ＤＣコンバーターの回路例を示した図
、ｐｌＳ２図は第１図における本発明巻磁心のＢ−Ｈカ
ーブ上の動作を示した図、第３図（ａ）、（ｂ）は本発
明による（Ｃｏｏ、ｉ＋ｓＦ　ｅ　ｏ、ｏｏｓ　Ｍｎ　
ｏ、ｏ＊）ｙｉ　ＳＬｓ　Ｂｓアモルファス合金巻磁心
Ａと従来の７エライ）Ｂの直流Ｂ−、Ｈカーブを比較の
ために示した図、第４図は本発明による（Ｃｏ　ｏ、ｏ
ｏｓ　−ｚ　Ｆｅ　ｏ、ｏｏｓ　Ｍｎ　ｚＮｉ　ｏａｏ
＋）ｙｓ、ｓ　Ｍｏ　６＊５　Ｓｉｚ　Ｂｓアモル７７
ス合金巻磁心のＭｎ含有量２と経時変化率（Ｗｌ。。。 −Ｗ、）／Ｗ、の関係を示した図、第５図は（Ｃｏ　＋
−ｘ−ｙ−ｚ　Ｆｅ　ｘ　Ｎ　ｉ　ｙ　Ｍｎ　Ｚ）＋ａ
ｏ−ａ−ｂ−（！ＭａＳｉｂＢｅアモルファス合金から
なる３０％未満の角形比の巻磁心の飽和磁束密度Ｂｓと
１００　ｋＨｚ　、２ＫＧの鉄損Ｗ２／、。。ｋの関係
を示した図である。 代理人　弁理士　　本　　間　　　　　崇耀／コ に２記 β ｌｋ　Ｊｉｔ！　ｗｅ７ｔｍｘ　（ｗｗ／ｃｓｚ＞握崎
引（争（Ｎに〃−籾／ｗ−（刈 手続補正書（ＩＩ釦 昭和６１年６月１８日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）組成式 （Ｃｏ＿１＿−＿ｘ＿−＿ｙ＿−＿ｚＦｅ＿ｘＮｉ＿ｙ
   Ｍｎ＿ｚ）＿１＿０＿０＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃＭ＿
   ａＳｉ＿ｂＢ＿ｃ ただし、ＭはＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、
   Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、希 土類元素のうちの１種または２種以 上であり、０≦ａ≦６、８≦ｂ≦１８ ７≦ｃ≦１８、１８≦ｂ＋ｃ≦３０、 ０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．２、０≦ ｚ≦０．１３ で表わされるアモルファス合金の薄帯から形成され、飽
   和磁束密度が５〜３ＫＧ、角形比が３０％未満、応力緩
   和度が７５％以上であることを特徴とする巻磁心。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、上記
   ＭがＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂのうちの１種または２種以上であ
   り、１３≦ｂ≦１６、７≦ｃ≦９．５を満足することを
   特徴とする巻磁心。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載のものに
   おいて、上記アモルファス合金の磁歪定数λｓが｜λｓ
   ｜≦１×１０＾−＾６の範囲であることを特徴とする巻
   磁心。
4. （４）特許請求の範囲第１項、第２項または第３項のい
   ずれかに記載のものにおいて、上記薄帯が板厚５〜２５
   μｍの範囲内であることを特徴とする巻磁心。