WO2014091589A1 - 磁気デバイス、磁気バイアス印加用部材及び磁気バイアス印加用部材の製造方法 - Google Patents

磁気デバイス、磁気バイアス印加用部材及び磁気バイアス印加用部材の製造方法 Download PDF

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WO2014091589A1
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magnetic
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magnetic material
material powder
bias applying
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七郎 船越
元 大學
由郎 佐藤
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新電元工業株式会社
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus 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
    • H01F41/02Apparatus 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
    • H01F41/0206Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0246Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F2003/106Magnetic circuits using combinations of different magnetic materials

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic device, a member for applying a magnetic bias, and a method for manufacturing a member for applying a magnetic bias.
  • a magnetic device 800 having a gap (gap) for preventing magnetic saturation in a part of a magnetic path is known.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a conventional magnetic device 800.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view of the magnetic device 800
  • FIG. 7B is a perspective view of the magnetic core 810.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a conventional magnetic device 800.
  • FIG. 8A is a diagram showing a state of magnetic flux generated by a DC superposed current flowing through the conductor in the magnetic core 810
  • FIG. 8B is a graph schematically showing a magnetic curve of the magnetic device 800. is there.
  • the symbol D1 indicates the direction of the magnetic field generated by the DC superimposed current flowing through the conductor 820.
  • a conventional magnetic device 800 includes a magnetic core 810 having a magnetic core body 812 having a magnetic saturation prevention gap 816 in a part of a magnetic path.
  • the conventional magnetic device 800 further includes a conductor 820 attached to the magnetic core.
  • the magnetic core body 812 is a magnetic core composed of two E cores and having a magnetic core 818 formed at the center, and a gap 816 is formed in the magnetic core 818.
  • the conventional magnetic core body 812 is formed by compressing and molding a powder mainly composed of iron oxide and then firing it, or by compressing and molding a soft magnetic material powder and a binder. The formed one can be used.
  • the conducting wire 820 is a coil wound around the magnetic core 810.
  • the gap width L is generally set in the range of several tens ⁇ m to several hundreds ⁇ m. It is.
  • DC superposition means that a DC current is superimposed on an AC current flowing through a conductor of a magnetic device.
  • the “DC superimposed current” refers to a current obtained by superimposing a DC current on an AC current flowing through the conductor of the magnetic device.
  • the “DC superposition characteristic” means a characteristic that the magnetic core is hard to be magnetically saturated even when the DC superposition current becomes large. Therefore, “the DC superimposition characteristic is good” means that the magnetic core is hardly magnetically saturated even when the DC superimposition current is increased.
  • the effective permeability of the magnetic core 810 is higher than the effective permeability of the magnetic core having no gap. Magnetic susceptibility is lowered. This is because the slope of the BH curve (solid line) in the case of the conventional magnetic core 810 having a gap is larger than the slope of the BH curve (dotted line) in the case of a magnetic core having no gap in FIG. It can be understood from the fact that is smaller.
  • the magnetic core is less likely to be magnetically saturated even when the direct current superposition current increases, and the magnetic device has better direct current superposition characteristics than a magnetic device having no air gap.
  • the magnetic core body 812 has the magnetic saturation prevention gap 816 in a part of the magnetic path, so that the gap 816 is adjusted by adjusting the gap width L of the gap 816. It is possible to adjust the effective permeability. Therefore, it is possible to obtain a magnetic device having desired magnetic characteristics without changing the number of turns of the conducting wire 820 (coil) or the material of the magnetic core 810.
  • FIG. 9 is a view for explaining another conventional magnetic device 900.
  • FIG. 9A is a cross-sectional view of the magnetic device 900
  • FIG. 9B is a perspective view of the magnetic core 910.
  • FIG. 10 is a view for explaining another conventional magnetic device 900.
  • FIG. 10A is a diagram showing a state of magnetic flux generated when a DC superposition current flows through a conducting wire in the magnetic core 910
  • FIG. 10B is a graph schematically showing a magnetic curve of the magnetic device 900.
  • FIG. is there.
  • a dotted line parallel to the B axis indicates the B axis in the conventional magnetic core 810.
  • another conventional magnetic device 900 includes a magnetic core body 912 having a magnetic saturation preventing gap 916 in a part of a magnetic path and a magnetic bias applying member 914 disposed in the gap 916.
  • Another conventional magnetic device 900 further includes a conductor 920 attached to the magnetic core 910.
  • the magnetic bias applying member 914 is made of a hard magnetic material.
  • the direction D2 of the magnetic field by the magnetic bias applying member 914 is the same as the direction D1 of the magnetic field generated by the DC superimposed current flowing through the conducting wire 920.
  • Is arranged in a reverse direction that is, a magnetic bias is applied in the direction opposite to the magnetic field generated by the direct current superimposed current flowing through the conducting wire 920).
  • the magnetic flux density range ⁇ B (the range of usable magnetic flux density) that does not reach the saturation magnetic flux density on the left side of the B axis of the magnetic core is larger than that of the conventional magnetic core 810.
  • the relative permeability of the magnetic bias applying member 914 is between the gaps 816 of the conventional magnetic device 800. Therefore, the gap width L is generally set in the range of several tens of ⁇ m to several hundreds of ⁇ m as in the case of the conventional magnetic device 800. .
  • the magnetic bias applying member 914 having a thickness corresponding to the gap width L with a small thickness variation.
  • a relatively thin magnetic bias application member having a mean particle size of about 150 ⁇ m is used as a raw material and a relatively thin magnetic bias application member having a thickness of about 300 ⁇ m or less is to be manufactured by a press molding method, Since it is difficult to manufacture, a magnetic bias applying member having a large thickness variation is manufactured.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a magnetic device having good DC superposition characteristics and small variations in magnetic characteristics. It is another object of the present invention to provide a bias applying member used for such a magnetic device. Furthermore, it aims at providing the manufacturing method of the member for magnetic bias application which manufactures such a member for magnetic bias application.
  • a magnetic device includes a magnetic core body having a magnetic saturation prevention gap in at least one location of a magnetic path, and a magnetic bias application made of a material different from the magnetic core body and disposed in the gap.
  • the magnetic bias applying member is formed by molding a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder, a soft magnetic material powder and a binder into a flat plate shape.
  • a ratio of the soft magnetic material powder to a total of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder is in a range of 10 wt% to 80 wt%. It is preferable.
  • the gap width of the gap in the magnetic core body is as follows when the larger average particle diameter of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder is D: It is preferable to satisfy the formula (1) shown.
  • the magnetic bias applying member is made of a bonded magnet.
  • the magnetic bias applying member is made of a permanent magnet.
  • the magnetic bias applying member is configured such that a relative magnetic permeability of the magnetic bias applying member is higher than 1.
  • the soft magnetic material powder is preferably subjected to an insulation treatment.
  • the magnetic bias applying member is formed by press molding, injection molding, or a green sheet method using the composite magnetic material.
  • the magnetic device of the present invention preferably further includes a conductive wire attached to the magnetic core.
  • the magnetic core body is formed of ferrite or a magnetic material containing a soft magnetic material powder and a binder.
  • a magnetic bias applying member of the present invention is a magnetic bias applying member used in the magnetic device according to any one of [1] to [10], and includes a hard magnetic material powder, a soft magnetic material powder, and a binder. It is preferable that the composite magnetic material containing is formed by molding into a flat plate shape.
  • a method for producing a magnetic bias applying member of the present invention is a method for producing a magnetic bias applying member for use in a magnetic device according to any one of [1] to [10], comprising a hard magnetic material powder, A composite magnetic material preparation step of preparing a composite magnetic material by kneading soft magnetic material powder and a binder at a predetermined ratio; a forming step of forming a compact by forming the composite magnetic material into a flat plate shape; and It includes a curing step for curing the binder contained in the molded body and a magnetizing step for magnetizing the molded body to form a magnetic bias applying member in this order.
  • the magnetic core since the magnetic core has a member for applying a magnetic bias, the magnetic field generated by the direct current superimposed current flowing through the conducting wire in the magnetic core is magnetically generated as in the other conventional magnetic device 900. It becomes possible to cancel by the magnetic field of the bias applying member. For this reason, a magnetic core having a magnetic flux density range ⁇ B (a usable magnetic flux density range) that does not reach the saturation magnetic flux density is larger than that of the conventional magnetic core. As a result, the magnetic core is less likely to be magnetically saturated even when the DC superimposed current becomes large, and the magnetic device has good DC superimposed characteristics.
  • ⁇ B a usable magnetic flux density range
  • the magnetic bias applying member is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder. Since the magnetic susceptibility can be made higher than 1, a magnetic bias applying member having a thickness corresponding to the gap width can be manufactured with a small thickness variation. As a result, it is possible to reduce the variation in the magnetic characteristics of the magnetic device manufactured using the magnetic bias applying member having a small thickness variation.
  • the magnetic bias applying member is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder, the hard magnetic material and the soft magnetic material are used. It is possible to manufacture a member for applying a magnetic bias having desired magnetic characteristics by adjusting the ratio. As a result, the magnetic device of the present invention is a magnetic device having desired magnetic characteristics.
  • the magnetic bias applying member is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder. Since the magnetic susceptibility can be increased, the magnetic field strength in the air gap (magnetic bias applying member disposed in the air gap) can be reduced. As a result, a high-performance magnetic device with little core loss can be obtained. In addition, since it is possible to increase the relative permeability of the magnetic bias applying member, the effective permeability of the entire magnetic core is increased, so that the number of turns of the conductive wire attached to the magnetic core can be reduced. Therefore, it is possible to obtain a high-performance magnetic device with little core loss.
  • the magnetic core is formed of the composite magnetic material containing the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder.
  • the magnetic field generated by the DC superimposed current flowing through the conducting wire can be canceled out by the magnetic field of the magnetic bias applying member.
  • a magnetic core having a magnetic flux density range ⁇ B (a usable magnetic flux density range) that does not reach the saturation magnetic flux density is larger than that of the conventional magnetic core.
  • the magnetic bias applying member of the present invention since the magnetic bias applying member is formed of the composite magnetic material containing the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder, the relative permeability of the magnetic bias applying member is set to 1. Thus, the magnetic bias applying member having a thickness corresponding to the gap width can be manufactured with a small thickness variation. As a result, it is possible to reduce the variation in the magnetic characteristics of the magnetic device manufactured using the magnetic bias applying member having a small thickness variation.
  • the magnetic bias applying member of the present invention since it is formed from a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder, the ratio of the hard magnetic material and the soft magnetic material is It is possible to adjust to obtain a magnetic bias applying member having desired magnetic characteristics. As a result, a magnetic device having desired magnetic characteristics can be manufactured.
  • the magnetic bias applying member of the present invention since the magnetic bias applying member is formed of a composite magnetic material containing hard magnetic material powder and soft magnetic material powder, the relative permeability of the magnetic bias applying member is increased. Thus, the magnetic field strength in the gap (magnetic bias applying member disposed in the gap) can be reduced. As a result, it is possible to manufacture a high-performance magnetic device with little core loss. In addition, since the relative permeability of the magnetic bias application member can be increased, the effective magnetic permeability of the entire magnetic core is increased, and the number of turns of the conductive wire can be reduced. It becomes possible to manufacture a magnetic device.
  • a magnetic bias applying member is manufactured using a composite magnetic material prepared by kneading hard magnetic material powder, soft magnetic material powder and a binder.
  • a magnetic bias applying member having the above-described effects can be manufactured.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the magnetic device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the magnetic device 1 according to the first embodiment.
  • 3 is a flowchart shown for explaining a method for manufacturing a magnetic bias applying member according to the first embodiment. It is a figure shown in order to demonstrate the magnetic device 2 which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate the magnetic device 3 which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a graph showing the DC superposition characteristics of Samples 1 to 3. It is a figure shown in order to demonstrate the conventional magnetic device 800. It is a figure shown in order to demonstrate the conventional magnetic device 800. It is a figure shown in order to demonstrate another conventional magnetic device 900. It is a figure shown in order to demonstrate another conventional magnetic device 900.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the magnetic device 1 according to the first embodiment.
  • 1A is a perspective view of the magnetic device 1
  • FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1A
  • FIG. 1C is a perspective view of the magnetic core 10.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the magnetic device 1 according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a diagram showing a state of magnetic flux in the magnetic core when a current is passed through the conducting wire 20, and FIG.
  • FIG. 2B is a graph schematically showing a magnetic curve of the magnetic device 1.
  • the symbol D ⁇ b> 1 indicates the direction of the magnetic field generated by the DC superimposed current flowing through the conductor 20, and the symbol D ⁇ b> 2 indicates the direction of the magnetic field by the magnetic bias applying member 14.
  • the magnetic device 1 includes a magnetic core 10 and a conductive wire 20 attached to the magnetic core 10 as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b).
  • a magnetic field is generated in the magnetic core 10 so as to surround the conducting wire 20 and make one round as shown in FIG. 2A (see the solid line D1 in FIG. 2).
  • Two closed magnetic paths are formed in the magnetic core 10 so as to include a magnetic core 18 described later.
  • the magnetic core 10 includes a magnetic core body 12 having a magnetic saturation preventing gap 16 at one location of a magnetic path, and a material different from the magnetic core body 12. And a magnetic bias applying member 14 disposed in the gap 16.
  • the magnetic core body 12 is composed of two E cores combined so that the magnetic core 18 is formed at the center, and has a magnetic saturation prevention gap in a part (one place) of the magnetic path.
  • a magnetic saturation preventing gap 16 is formed in the magnetic core 18.
  • the magnetic core body 12 is formed by compressing and molding a powder containing iron oxide as a main component and then firing the powder. By compressing and molding a soft magnetic material powder and a binder, the magnetic core body 12 is compressed. You may use what was formed.
  • the soft magnetic material powder an appropriate one such as FeSiCr powder, FeSi powder, carbonyl iron powder, sendust powder, permalloy powder or amorphous material powder can be used.
  • the dimensions of the magnetic core body 12 can be adjusted as appropriate.
  • the gap width L of the magnetic saturation preventing gap 16 is as follows when the larger average particle diameter of hard magnetic material powder and soft magnetic material powder, which are materials of the magnetic bias applying member 14 described later, is D. Equation (1) shown below is satisfied. For example, when the average particle diameter D is 150 ⁇ m, the gap width L is approximately 395 ⁇ m or more.
  • the gap width L of the air gap 16 is, for example, 500 ⁇ m.
  • the gap width L of the air gap 16 can be set according to the magnetic characteristics (inductance value, etc.) of the magnetic device to be manufactured.
  • the magnetic bias applying member 14 is formed by forming a hard magnetic material powder, a soft magnetic material powder, and a composite magnetic material containing a binder into a flat plate shape, and specifically compresses the composite magnetic material. It is formed by molding (for example, press molding).
  • the magnetic bias applying member 14 is a bonded magnet made of a permanent magnet.
  • the thickness of the magnetic bias applying member 14 has a thickness corresponding to the gap width L of the gap 16 in the magnetic core body 12 and is 500 ⁇ m in the first embodiment.
  • the magnetic bias applying member 14 is formed so that the relative permeability of the magnetic bias applying member is higher than 1. A method for manufacturing the magnetic bias applying member 14 will be described later.
  • the magnetic bias applying member 14 is configured so that the direction D2 of the magnetic field generated by the magnetic bias applying member 14 is opposite to the direction D1 of the magnetic field generated when a DC superimposed current flows through the conducting wire 20 (that is, the conducting wire 20).
  • the magnetic bias is applied in the direction opposite to the magnetic field generated by the direct current superimposed current flowing through.
  • the composite magnetic material contains a hard magnetic material powder, a soft magnetic material powder, and a binder.
  • the composite magnetic material may contain alumina (Al 2 O 3 ) powder, aluminum nitride (AlN) powder, or the like as an additive for heat dissipation.
  • the composite magnetic material has the respective contents of the hard magnetic material powder, the soft magnetic material powder and the binder in the composite magnetic material so that the relative permeability of the magnetic bias applying member 14 satisfies the following formula (2). It has been adjusted.
  • the magnetic bias applying member 14 formed of such a composite magnetic material can be prevented from being demagnetized by a reverse pulse current.
  • ⁇ ′ represents the relative permeability of the magnetic bias applying member 14
  • Bs represents the saturation magnetic flux density of the magnetic core body 12
  • J represents the magnetization of the magnetic core body 12
  • ⁇ 0 indicates the vacuum magnetic permeability
  • Hc indicates the coercive force of the magnetic bias applying member 14.
  • the ratio of the hard magnetic material powder to the total of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder is in the range of 20 wt% to 90 wt%, preferably in the range of 50 wt% to 90 wt%. For example, 80 wt%.
  • the average particle size of the hard magnetic material powder is in the range of several tens of ⁇ m to several hundreds of ⁇ m, for example, about 150 ⁇ m.
  • As the hard magnetic material powder samarium cobalt (SmCo) powder is used, but any magnetic material powder having a large coercive force may be used.
  • Hard magnetic material powder such as powder or ferrite powder can be used.
  • the ratio of the hard magnetic material powder to the total of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder is less than 20 wt%, the ratio of the hard magnetic material powder is too small, so that the magnetic bias A sufficient magnetic force cannot be obtained as the applying member.
  • the ratio of the hard magnetic material powder to the total of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder exceeds 90 wt%, the ratio of the hard magnetic material powder increases, so that other conventional magnetic bias application is possible.
  • the member when it is attempted to manufacture a relatively thin magnetic bias applying member, it is difficult to manufacture a magnetic bias applying member having a small thickness variation.
  • the ratio of the soft magnetic material powder to the total of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder is in the range of 10 wt% to 80 wt%, preferably in the range of 10 wt% to 50 wt%. For example, 20 wt%.
  • the soft magnetic material powder a soft magnetic material powder whose surface is covered with a silica film (insulated) is used.
  • the average particle diameter of the soft magnetic material powder is in the range of several tens of ⁇ m to several hundreds of ⁇ m, for example, about 150 ⁇ m.
  • FeSiCr powder is used, but any magnetic material powder having a property of large magnetic permeability may be used. Can be used.
  • the ratio of the soft magnetic material powder to the total of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder is less than 10 wt%, the ratio of the hard magnetic material powder is increased.
  • the ratio of the soft magnetic material powder to the total of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder exceeds 80 wt%, the ratio of the hard magnetic material powder is too small, which is sufficient as a member for applying a magnetic bias. I cannot get a magnetic force.
  • the binder in the composite magnetic material is made of a polymer and has a function of joining the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder.
  • the binder content in the composite magnetic material also varies depending on the method of manufacturing the magnetic bias applying member. For example, when the magnetic bias applying member 14 is manufactured by press molding a composite magnetic material, it is preferably in the range of 1 wt% to 5 wt%, for example, 3 wt%.
  • an epoxy resin is used, but any other appropriate one can be used as long as it is a thermosetting resin or a thermoplastic resin such as a polyimide resin, a polyamideimide resin, a silicone resin, or a phenol resin.
  • the magnetic bias applying member 14 is formed by press molding the composite magnetic material
  • the binder content in the composite magnetic material is less than 1 wt%, the ratio of the binder is too small and hard magnetic It is difficult to join between the material powder and the soft magnetic material powder.
  • the content of the binder in the composite magnetic material exceeds 5 wt%, the content of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder is decreased, so that the relative permeability of the magnetic bias applying member 14 is reduced,
  • the magnetic flux density range ⁇ B that does not reach the saturation magnetic flux density may be smaller than other conventional magnetic cores.
  • the conducting wire 20 is a coil attached to the magnetic core 10 by winding a copper wire around the magnetic core 18.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the method for manufacturing the magnetic bias applying member according to the first embodiment.
  • a magnetic core body 12 comprising two E cores combined so that a magnetic core 18 is formed at the center and having a gap for preventing magnetic saturation at one location of the magnetic path is prepared.
  • the air gap 16 may be formed after the magnetic core body having no air gap is formed, or an E core in consideration of the air gap 16 is formed in advance, and the E core is combined to form the air gap 16. May also be formed.
  • Method for manufacturing a magnetic bias applying members of the magnetic biasing member may, as shown in FIG. 3, a "composite magnetic material manufacturing process", the “molding process”, “curing step”, “magnetizing step” And in this order.
  • Composite magnetic material preparation step First, a hard magnetic material powder, a soft magnetic material powder, and a binder are uniformly kneaded at a predetermined ratio and then granulated to prepare a composite magnetic material. Next, the composite magnetic material is dried to volatilize the solvent component in the binder. Next, the composite magnetic material is sieved, and only the composite magnetic material having a particle size suitable for molding (within a range of several tens to several hundreds of ⁇ m) is recovered.
  • a compact is produced by molding the composite magnetic material into a flat plate shape. Specifically, a composite magnetic material is deposited in a molding space and press-molded to produce a molded body.
  • the pressing pressure in the press molding is, for example, in the range of 3 ton / cm 2 to 10 ton / cm 2 .
  • the temperature at the time of press molding shall be room temperature.
  • the molded body is heated to cure the binder.
  • the temperature and time which heat a molded object are based also on the kind of binder, it shall be 1 hour at 150 degreeC, for example.
  • the molded body in which the binder is cured is magnetized to obtain a magnetic bias applying member.
  • the molded body obtained by curing the binder is magnetized using a pulse magnetizing apparatus. In this way, the magnetic bias applying member 14 can be manufactured.
  • the magnetic core 10 is manufactured by disposing the magnetic bias applying member 14 in the gap 16 in the magnetic core body 12.
  • the magnetic device 1 according to the first embodiment can be manufactured by attaching the conducting wire 20 to the magnetic core 10 thus manufactured.
  • the magnetic core 10 since the magnetic core 10 has the magnetic bias applying member 14, a DC superimposed current flows through the conductive wire 20 in the magnetic core 10 as in the other conventional magnetic device 900. Can be canceled out by the magnetic field of the magnetic bias applying member 14. For this reason, a magnetic core having a magnetic flux density range ⁇ B (a usable magnetic flux density range) that does not reach the saturation magnetic flux density is larger than that of the conventional magnetic core. As a result, even when the direct current superposition current increases, the magnetic core 10 is less likely to be magnetically saturated, and the magnetic device has good direct current superposition characteristics.
  • ⁇ B a usable magnetic flux density range
  • the magnetic bias applying member 14 is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder. Since the relative permeability of the member 14 can be made higher than 1, the magnetic bias applying member 14 having a thickness corresponding to the gap width L can be manufactured with a small thickness variation. As a result, it is possible to reduce the variation in the magnetic characteristics of the magnetic device manufactured using the magnetic bias applying member having a small thickness variation.
  • the magnetic bias applying member 14 is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder. It is possible to manufacture a magnetic bias applying member having desired magnetic characteristics by adjusting the ratio between the magnetic material and the soft magnetic material. As a result, the magnetic device 1 according to the first embodiment is a magnetic device having desired magnetic characteristics.
  • the magnetic bias applying member 14 is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder. Since the relative permeability of the member 14 can be increased, the magnetic field strength in the gap 16 (the magnetic bias applying member 14 disposed in the gap 16) can be reduced. As a result, a high-performance magnetic device with little core loss can be obtained. In addition, since the effective magnetic permeability of the whole magnetic core becomes high, the number of windings of the conductive wire can be reduced, and this also results in a high-performance magnetic device with little core loss.
  • the ratio of the soft magnetic material powder to the total of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder is in the range of 10 wt% to 80 wt%.
  • the magnetic device having the above-described effect is obtained.
  • the gap width L of the air gap 16 in the magnetic core body 12 is the case where the larger average particle diameter of the hard magnetic material powder and the soft magnetic material powder is D. Since the following formula (1) is satisfied, a magnetic bias applying member having a thickness corresponding to the gap width L can be manufactured with a small thickness variation. As a result, it is possible to reduce the variation in the magnetic characteristics of the magnetic device manufactured using the magnetic bias applying member having a small thickness variation.
  • the gap width L is greater than or equal to the value on the right side of the formula (1). That is, when a structure is formed by arranging particles in three or more rows in a close-packed hexagonal structure, the thickness variation of the structure can be made relatively small. Even when the magnetic bias applying members are arranged in rows or more (the magnetic bias applying members are equal to or larger than the value on the right side of the equation (1) at this time), the thickness variation of the magnetic bias applying members is relatively small. it can. Therefore, in order for the magnetic bias applying member to be equal to or greater than the value on the right side of Equation (1), the gap width L may be set to be equal to or greater than the value on the right side of Equation (1).
  • the magnetic bias applying member 14 is made of a bonded magnet, the magnetic bias applying member 14 has flexibility, and the magnetic bias applying member 14 is formed in the gap 16. It is possible to prevent the end portion of the magnetic core body 12 and the end portion of the magnetic bias applying member 14 from being chipped.
  • the magnetic bias applying member 14 is made of a permanent magnet, the magnetic field of the magnetic bias applying member 14 can be maintained for a relatively long period of time. . For this reason, it becomes a magnetic device with a long lifetime.
  • the magnetic bias applying member 14 is formed so that the relative magnetic permeability of the magnetic bias applying member 14 is higher than 1, so that the above-described effect is obtained. It becomes a magnetic device having.
  • the magnetic device 1 since the soft magnetic material powder is subjected to the insulation treatment, eddy current is hardly generated in the magnetic bias applying member 14. As a result, eddy current loss can be reduced, and consequently core loss can be reduced.
  • the magnetic bias applying member 14 is formed by press-molding the composite magnetic material, the type of material included in the composite magnetic material The magnetic bias applying member 14 can be easily formed without resorting to this.
  • the magnetic device since the conductor 20 further mounted on the magnetic core 10 is further provided, the magnetic device operates by the current flowing through the conductor 20.
  • the magnetic bias applying member 14 is formed of a composite magnetic material containing hard magnetic material powder and soft magnetic material powder, the magnetic bias in another conventional magnetic device 900 is formed. Similar to the application member 914, the magnetic field generated by the DC superimposed current flowing through the conductor 20 in the magnetic core 10 can be canceled by the magnetic field of the magnetic bias application member 14. For this reason, a magnetic core having a magnetic flux density range ⁇ B (a usable magnetic flux density range) that does not reach the saturation magnetic flux density is larger than that of the conventional magnetic core. As a result, even when the DC superimposed current is increased, the magnetic core 10 is less likely to be magnetically saturated, and a magnetic device having good DC superimposed characteristics can be manufactured.
  • ⁇ B a usable magnetic flux density range
  • the magnetic bias applying member 14 is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder.
  • the magnetic permeability can be made higher than 1, and the magnetic bias applying member 14 having a thickness corresponding to the gap width L can be manufactured with a small thickness variation. As a result, it is possible to reduce the variation in the magnetic characteristics of the magnetic device manufactured using the magnetic bias applying member having a small thickness variation.
  • the magnetic bias applying member 14 since the magnetic bias applying member 14 is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder, the hard magnetic material and the soft magnetic material By adjusting the ratio, it is possible to obtain a magnetic bias applying member having desired magnetic characteristics. As a result, a magnetic device having desired magnetic characteristics can be manufactured.
  • the magnetic bias applying member 14 is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder. It becomes possible to increase the magnetic susceptibility, and to reduce the magnetic field strength in the gap 16 (the magnetic bias applying member 14 disposed in the gap 16). As a result, it is possible to manufacture a high-performance magnetic device with little core loss. In addition, since the effective magnetic permeability of the whole magnetic core 10 becomes high, the number of turns of the conducting wire 20 can be reduced, and this also makes it possible to manufacture a high-performance magnetic device with little core loss.
  • the magnetic bias applying member 14 is manufactured using a composite magnetic material prepared by kneading hard magnetic material powder, soft magnetic material powder, and a binder. Therefore, the magnetic bias applying member 14 having the above-described effect can be manufactured. As a result, the magnetic device 1 having the above-described effect can be manufactured.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the magnetic device 2 according to the second embodiment.
  • 4A is a perspective view of the magnetic device 2
  • FIG. 4B is a perspective view of the magnetic core 10a.
  • the magnetic device 2 according to the second embodiment is a magnetic device 1 according to the first embodiment in that the magnetic core has a member for applying a magnetic bias formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder.
  • the configuration of the magnetic core body is different from that of the magnetic device 1 according to the first embodiment. That is, in the magnetic device 2 according to the second embodiment, the magnetic core body 12a is configured by a ring core as shown in FIG.
  • the magnetic device 2 when a DC superimposed current flows through the conducting wire 20a, a magnetic field is generated so as to go around the magnetic core 10a. That is, one closed magnetic path is formed in the magnetic core 10a.
  • the conducting wire 20a is made of a copper wire and is attached to the magnetic core 10a by being spirally wound around the magnetic core 10a as shown in FIG. 4A. ing.
  • the configuration of the magnetic core body is different from that in the magnetic device 1 according to the first embodiment.
  • the bias applying member 14a is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder, a magnetic device having good DC superposition characteristics and small variations in magnetic characteristics Become.
  • the magnetic device 2 according to the second embodiment has the same configuration as that of the magnetic device 1 according to the first embodiment except for the configuration of the magnetic core body. Of which, it has a corresponding effect.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the magnetic device 3 according to the third embodiment.
  • FIG. 5A is a perspective view of the magnetic device 3
  • FIG. 5B is a perspective view of the magnetic core 10b.
  • the magnetic device 3 according to the third embodiment is a magnetic device 2 according to the second embodiment in that the magnetic core has a member for applying a magnetic bias formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder.
  • the configuration of the magnetic core body and the configuration of the conducting wire are different from those of the magnetic device 2 according to the second embodiment. That is, in the magnetic device 3 according to the third embodiment, as shown in FIG. 5, the magnetic core 10b is composed of two U cores combined in a ring shape, and the conducting wire 20b has an elongated flat plate shape. Made of copper wire.
  • the two gaps 16b are provided at positions corresponding to the joint portions of the two U cores. For this reason, the magnetic bias applying member 14b disposed in the gap 16b is disposed at a position between the two U cores.
  • the conducting wire 20b is mounted so as to penetrate the center of the magnetic core 10b straight.
  • the magnetic device 3 according to the third embodiment is different from the magnetic device 2 according to the second embodiment in the configuration of the magnetic core body and the configuration of the conductive wires, but the magnetic device 2 according to the second embodiment.
  • the magnetic bias applying member 14b is formed of a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a soft magnetic material powder, the direct current superimposition characteristics are good and the magnetic characteristics vary. It becomes a small magnetic device.
  • the magnetic device 3 according to the third embodiment has the same configuration as that of the magnetic device 2 according to the second embodiment except for the configuration of the magnetic core main body and the configuration of the conductive wires, and thus the magnetic device 2 according to the second embodiment. Has the corresponding effect among the effects of
  • Test example is a test example showing that the magnetic device of the present invention is a “magnetic device having good DC superimposition characteristics”.
  • Sample 2 (Comparative Example 1) The same magnetic device as the magnetic device according to Sample 1 except that the gap width L of the gap was set to 0.3 mm and the magnetic bias applying member was not provided in the gap was prepared as Sample 2.
  • Sample 3 (Comparative Example 2) A magnetic bias applying member formed by compression molding a composite magnetic material containing a hard magnetic material powder and a binder is used as a magnetic bias applying member at a point where the gap width L of the air gap is 0.3 mm. A magnetic device that is the same as the magnetic device according to Sample 1 except for the arrangement is manufactured as Sample 3.
  • FIG. 6 is a graph showing the DC superposition characteristics of Samples 1 to 3.
  • the inductance value starts to decrease from around 7A, and when the superimposed current value is 12A, the inductance value decreases to about 8 ⁇ H. It was confirmed that the magnetic bias applying member was magnetically saturated around 7-8A.
  • the samples 1 and 3 it was found that the inductance value was maintained at 40 ⁇ H and the magnetic bias was applied until the superimposed current value was around 14A. From this, it was found that Sample 1 and Sample 3 are magnetic devices with better DC superposition characteristics than Sample 2.
  • the magnetic bias applying member when the magnetic bias applying member was manufactured, the magnetic bias applying member having a thickness of 0.3 mm could not be manufactured only by the compression molding method. For this reason, the magnetic bias application member is once made thick (for example, about 1 mm), and the magnetic bias application member thus prepared is ground and thinned to a predetermined thickness so that the magnetic bias application according to the sample 3 is applied.
  • the member for manufacture was manufactured. However, it is not easy to grind and thin the magnetic bias applying member according to the sample 3 to a thickness of 0.3 mm, and a defective product is generated due to a crack or the like, or the thickness of the magnetic bias applying member according to the sample 3 is reduced. Since there was a large error, there was very little that could be put to practical use.
  • the magnetic core body is composed of two E cores
  • the case where the magnetic core body is composed of a ring core in the second embodiment the case where the magnetic core body is composed of a ring core in the third embodiment.
  • the present invention has been described by way of examples of two U cores combined in such a manner, the present invention is not limited to this.
  • an EI core combining an E-type core and an I-type core
  • a rod-like core shaped like a bar extending in one direction, or another core is used as the magnetic core. Is applicable.
  • the present invention has been described by taking as an example the case where the magnetic bias applying member is formed by pressing a composite magnetic material.
  • the present invention is not limited to this. It is not something.
  • the present invention can be applied if the magnetic bias applying member is a construction method that can be formed into a flat plate shape even when a composite magnetic material is injection molded, when a green sheet method is used, or when other methods are used. It is. In this case, the binder content may be appropriately adjusted.

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Abstract

 磁路の少なくとも一箇所に磁気飽和防止用の空隙16を有する磁気コア本体10及び磁気コア本体10とは異なる材料からなり空隙16に配設されている磁気バイアス印加用部材14を有する磁気コア10を備え、磁気バイアス印加用部材14は、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを含有する複合磁性材料を平板状に成形することにより形成されたものであることを特徴とする磁気デバイス1。 本発明の磁気デバイスによれば、直流重畳特性が良好で、かつ、磁気特性のばらつきが小さい磁気デバイスとなる。

Description

磁気デバイス、磁気バイアス印加用部材及び磁気バイアス印加用部材の製造方法
 本発明は、磁気デバイス、磁気バイアス印加用部材及び磁気バイアス印加用部材の製造方法に関する。
 従来、磁路の一部に磁気飽和防止用の空隙(ギャップ)を有する磁気デバイス800が知られている。
 図7は、従来の磁気デバイス800を説明するために示す図である。図7(a)は磁気デバイス800の断面図であり、図7(b)は磁気コア810の斜視図である。
 図8は、従来の磁気デバイス800を説明するために示す図である。図8(a)は磁気コア810内において導線に直流重畳電流が流れることによって発生する磁束の様子を示す図であり、図8(b)は磁気デバイス800の磁気曲線を模式的に示すグラフである。なお、図8(a)中、符号D1は導線820に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界の向きを示す。
 従来の磁気デバイス800は、図7に示すように、磁路の一部に磁気飽和防止用の空隙816を有する磁気コア本体812を有する磁気コア810を備える。従来の磁気デバイス800は、磁気コアに装着された導線820をさらに備える。従来の磁気デバイス800において、磁気コア本体812は、2つのEコアから構成され中心部に磁芯818が形成されている磁気コアであり、磁芯818に空隙816が形成されている。従来の磁気コア本体812としては、酸化鉄を主成分とした粉末を圧縮して成形した後に焼成したセラミック状のフェライトから形成されたものや、軟磁性材料粉末とバインダーとを圧縮成形することにより形成されたものを用いることができる。また、従来の磁気デバイス800において、導線820は、磁気コア810に巻回されているコイルである。
 従来の磁気デバイス800においては、所望の磁気特性(例えば、直流重畳特性や実効透磁率等)を得るために、ギャップ幅Lを数十μm~数百μm程度の範囲に設定するのが一般的である。
 なお、本明細書中、「直流重畳」とは、磁気デバイスの導線に流れる交流電流に直流電流を重畳することをいう。また、「直流重畳電流」とは、磁気デバイスの導線に流れる交流電流に直流電流が重畳された電流をいう。また、「直流重畳特性」とは、直流重畳電流が大きくなったときでも磁気コアが磁気飽和し難い特性をいう。従って、「直流重畳特性が良好である」とは、直流重畳電流が大きくなったときでも磁気コアが磁気飽和し難いことをいう。
 従来の磁気デバイス800によれば、磁気コア本体812が、磁路の一部に磁気飽和防止用の空隙816を有することから、空隙がない磁気コアの実効透磁率よりも磁気コア810の実効透磁率が低くなる。このことは、図8(b)において空隙がない磁気コアの場合のB-Hカーブ(点線)の傾きよりも、空隙がある従来の磁気コア810の場合のB-Hカーブ(実線)の傾きの方が小さいことからも理解することができる。このため、空隙がない磁気デバイスの磁気コアと比較して、直流重畳電流が大きくなったときでも磁気コアが磁気飽和し難くなり、空隙がない磁気デバイスよりも直流重畳特性が良好な磁気デバイスとなる。
 また、従来の磁気デバイス800によれば、磁気コア本体812が、磁路の一部に磁気飽和防止用の空隙816を有することから、空隙816のギャップ幅Lを調整することによって磁気コア810の実効透磁率を調整することが可能となる。このため、導線820(コイル)の巻数や磁性コア810の材質を変更することなく所望の磁気特性を有する磁気デバイスとすることが可能となる。
 ところで、近年の磁気デバイスの技術の分野においては、電子機器の小型化の要請に伴って、小型化された磁気デバイスが求められている。しかしながら、磁気デバイスをそのまま小型化した場合には、磁気コア本体における空隙のギャップ幅Lも小さくなることから、磁気コアの実効透磁率が高くなり、小さな直流重畳電流によって磁気コアが磁気飽和しやすくなってしまう。このため、磁気デバイスをそのまま小型化した場合であっても、直流重畳特性が良好な磁気デバイスに対する要求が高まっている。
 上記した要求に対しては、一般的に、飽和磁化の高い磁気コアを用いることで直流重畳特性が良好な磁気デバイスを製造することが試みられてきた。しかしながら、磁気コアの飽和磁化は磁気コアの材料の種類や組成で決定されるが、種々の問題によりむやみに高くできるものではない。
 そこで、上記した要求を満たすために、従来、いわゆるマグネットバイアス方式を利用した磁気デバイス900が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
 図9は、従来の他の磁気デバイス900を説明するために示す図である。図9(a)は磁気デバイス900の断面図であり、図9(b)は磁気コア910の斜視図である。
 図10は、従来の他の磁気デバイス900を説明するために示す図である。図10(a)は磁気コア910内において導線に直流重畳電流が流れることによって発生する磁束の様子を示す図であり、図10(b)は磁気デバイス900の磁気曲線を模式的に示すグラフである。なお、図10(b)中、B軸と平行な点線は、従来の磁気コア810におけるB軸を示す。
 従来の他の磁気デバイス900は、図9に示すように、磁路の一部に磁気飽和防止用の空隙916を有する磁気コア本体912及び空隙916に配設されている磁気バイアス印加用部材914を有する磁気コア910を備える。従来の他の磁気デバイス900において、磁気バイアス印加用部材914は、磁気コア本体912とは異なる材料からなる。従来の他の磁気デバイス900は、磁気コア910に装着された導線920をさらに備える。磁気バイアス印加用部材914は、硬磁性材料より形成されている。
 従来の他の磁気デバイス900においては、図10(a)に示すように、磁気バイアス印加用部材914による磁界の向きD2が、導線920に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界の向きD1とは逆向きになるように(すなわち、導線920に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界とは逆方向に磁気バイアスを印加するように)、磁気バイアス印加用部材914が配置されている。
 従来の他の磁気デバイス900によれば、磁気コア910が磁気バイアス印加用部材914を有するため、磁気コア910において導線920に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界を、磁気バイアス印加用部材914の磁界によって打ち消すことが可能となる。このため、図10(b)に示すように、磁気コア910内において導線に直流重畳電流が流れていない場合(すなわち、磁化H=0の場合)に相当するB軸が、従来の磁気コア810のB軸よりも左側になり、飽和磁束密度に達しない磁束密度の範囲△B(活用可能な磁束密度の範囲)が従来の磁気コア810より大きい磁気コアとなる。その結果、直流重畳電流が大きくなったときでも、従来の磁気コア810よりも磁気飽和し難くなり、直流重畳特性が良好な磁気デバイスとなる。
特開昭50-133453号公報
 ところで、従来の他の磁気デバイス900においては、従来の磁気デバイス800と同様の所望の磁気特性を得るためには、磁気バイアス印加用部材914の比透磁率が従来の磁気デバイス800のギャップ816間に存在する物質(空気)とほぼ同じ1であることから、従来の磁気デバイス800の場合と同様に、ギャップ幅Lを数十μm~数百μmの範囲内に設定するのが一般的である。
 しかしながら、従来の他の磁気デバイス900においては、上記したギャップ幅Lに対応した厚さの磁気バイアス印加用部材914を厚さばらつきの小さい状態で製造することが困難となる場合がある。例えば、平均粒径150μm程度の比較的大きな磁性粉末を原料として押圧成形法で300μm程度以下の比較的薄い磁気バイアス印加用部材を製造しようとした場合、厚さばらつきの小さい磁気バイアス印加用部材を製造することが困難であることから、厚さばらつきの大きい磁気バイアス印加用部材が製造されることとなる。
 その結果、そのように厚さばらつきの大きい磁気バイアス印加用部材を用いて製造される磁気デバイスの磁気特性のばらつきを小さくすることが困難となる。言い換えると、従来の他の磁気デバイス900においては、磁気特性のばらつきが小さい磁気デバイスとすることが困難であるという問題がある。
 そこで、本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、直流重畳特性が良好で、かつ、磁気特性のばらつきが小さい磁気デバイスを提供することを目的とする。また、このような磁気デバイスに用いるバイアス印加用部材を提供することを目的とする。さらに、このような磁気バイアス印加用部材を製造する磁気バイアス印加用部材の製造方法を提供することを目的とする。
[1]本発明の磁気デバイスは、磁路の少なくとも一箇所に磁気飽和防止用の空隙を有する磁気コア本体及び前記磁気コア本体とは異なる材料からなり前記空隙に配設されている磁気バイアス印加用部材を有する磁気コアを備え、前記磁気バイアス印加用部材は、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを含有する複合磁性材料を平板状に成形することにより形成されたものであることを特徴とする。
[2]本発明の磁気デバイスは、前記複合磁性材料は、前記硬磁性材料粉末及び前記軟磁性材料粉末を合計したものに対する前記軟磁性材料粉末の割合が10wt%~80wt%の範囲内にあることが好ましい。
[3]本発明の磁気デバイスは、前記磁気コア本体における前記空隙のギャップ幅は、前記硬磁性材料粉末及び前記軟磁性材料粉末のうち、大きいほうの平均粒径をDとした場合に以下に示す式(1)を満たすことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
[4]本発明の磁気デバイスは、前記磁気バイアス印加用部材は、ボンド磁石からなることが好ましい。
[5]本発明の磁気デバイスは、前記磁気バイアス印加用部材は、永久磁石からなることが好ましい。
[6]本発明の磁気デバイスは、前記磁気バイアス印加用部材は、前記磁気バイアス印加用部材の比透磁率が1よりも高くなるように構成されていることが好ましい。
[7]本発明の磁気デバイスは、前記軟磁性材料粉末は、絶縁処理が施されていることが好ましい。
[8]本発明の磁気デバイスは、前記磁気バイアス印加用部材は、前記複合磁性材料を押圧成形、射出成形又はグリーンシート法により形成されたものであることが好ましい。
[9]本発明の磁気デバイスは、前記磁気コアに装着された導線をさらに備えることが好ましい。
[10]本発明の磁気デバイスは、前記磁気コア本体は、フェライトにより形成されたものであるか、又は軟磁性材料粉末及びバインダーを含有する磁性材料により形成されたものであることが好ましい。
[11]本発明の磁気バイアス印加用部材は、[1]~[10]のいずれかに記載の磁気デバイスに用いる磁気バイアス印加用部材であって、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを含有する複合磁性材料を平板状に成形することにより形成されていることが好ましい。
[12]本発明の磁気バイアス印加用部材の製造方法は、[1]~[10]のいずれかに記載の磁気デバイスに用いる磁気バイアス印加用部材の製造方法であって、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを所定の割合で混錬して複合磁性材料を作製する複合磁性材料作製工程と、前記複合磁性材料を平板状に成形することにより成形体を作製する成形工程と、前記成形体に含まれるバインダーを硬化する硬化工程と、前記成形体を着磁して磁気バイアス印加用部材とする着磁工程とをこの順序で含むことを特徴とする。
 本発明の磁気デバイスによれば、磁気コアが磁気バイアス印加用部材を有するため、従来の他の磁気デバイス900と同様に、磁気コアにおいて導線に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界を、磁気バイアス印加用部材の磁界によって打ち消すことが可能となる。このため、飽和磁束密度に達しない磁束密度の範囲△B(活用可能な磁束密度の範囲)が従来の磁気コアよりも大きい磁気コアとなる。その結果、直流重畳電流が大きくなったときでも磁気コアが磁気飽和し難くなり、直流重畳特性が良好な磁気デバイスとなる。
 また、本発明の磁気デバイスによれば、磁気バイアス印加用部材が硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、磁気バイアス印加用部材の比透磁率を1より高くすることが可能となるため、ギャップ幅に対応した厚さの磁気バイアス印加用部材を厚さばらつきの小さい状態で製造することが可能となる。その結果、厚さばらつきの小さい磁気バイアス印加用部材を用いて製造される磁気デバイスの磁気特性のばらつきを小さくすることが可能となる。
 また、本発明の磁気デバイスによれば、磁気バイアス印加用部材が、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、硬磁性材料と軟磁性材料との割合を調整して所望の磁気特性を有する磁気バイアス印加用部材を製造することが可能となる。その結果、本発明の磁気デバイスは、所望の磁気特性を有する磁気デバイスとなる。
 また、本発明の磁気デバイスによれば、磁気バイアス印加用部材が、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであるため、磁気バイアス印加用部材の比透磁率を高くすることが可能であることから空隙(空隙に配設されている磁気バイアス印加用部材)における磁界強度を低くすることが可能となる。その結果、コアロスの少ない高性能の磁気デバイスとすることが可能となる。また、磁気バイアス印加用部材の比透磁率を高くすることが可能であることから、磁気コア全体の実効透磁率が高くなるため、磁気コアに装着された導線の巻数が少なくてすみ、このことからもコアロスの少ない高性能の磁気デバイスとすることが可能となる。
 本発明の磁気バイアス印加用部材によれば、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、従来の他の磁気デバイス900と同様に、磁気コアにおいて導線に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界を、磁気バイアス印加用部材の磁界によって打ち消すことが可能となる。このため、飽和磁束密度に達しない磁束密度の範囲△B(活用可能な磁束密度の範囲)が従来の磁気コアよりも大きい磁気コアとなる。その結果、直流重畳電流が大きくなった場合であっても磁気コアが磁気飽和し難くなり、直流重畳特性が良好な磁気デバイスを製造することが可能となる。
 また、本発明の磁気バイアス印加用部材によれば、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、磁気バイアス印加用部材の比透磁率を1より高くすることが可能となり、ギャップ幅に対応した厚さの磁気バイアス印加用部材を厚さばらつきの小さい状態で製造することが可能となる。その結果、厚さばらつきの小さい磁気バイアス印加用部材を用いて製造される磁気デバイスの磁気特性のばらつきを小さくすることが可能となる。
 また、本発明の磁気バイアス印加用部材によれば、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、硬磁性材料と軟磁性材料との割合を調整して所望の磁気特性を有する磁気バイアス印加用部材とすることが可能となる。その結果、所望の磁気特性を有する磁気デバイスを製造することが可能となる。
 また、本発明の磁気バイアス印加用部材によれば、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであるため、磁気バイアス印加用部材の比透磁率を高くすることが可能となり、空隙(空隙に配設されている磁気バイアス印加用部材)における磁界強度を低くすることが可能となる。その結果、コアロスの少ない高性能の磁気デバイスを製造することが可能となる。また、磁気バイアス印加用部材の比透磁率を高くすることが可能であることから、磁気コア全体の実効透磁率が高くなり、導線の巻数が少なくてすみ、このことからもコアロスの少ない高性能の磁気デバイスを製造することが可能となる。
 本発明の磁気バイアス印加用部材の製造方法によれば、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを混錬して作製された複合磁性材料を用いて磁気バイアス印加用部材を製造することから、上記した効果を有する磁気バイアス印加用部材を製造することが可能となる。その結果、上記した効果を有する磁気デバイスを製造することが可能となる。
実施形態1に係る磁気デバイス1を説明するために示す図である。 実施形態1に係る磁気デバイス1を説明するために示す図である。 実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材の製造方法を説明するために示すフローチャートである。 実施形態2に係る磁気デバイス2を説明するために示す図である。 実施形態3に係る磁気デバイス3を説明するために示す図である。 試料1~3の直流重畳特性を示すグラフである。 従来の磁気デバイス800を説明するために示す図である。 従来の磁気デバイス800を説明するために示す図である。 従来の他の磁気デバイス900を説明するために示す図である。 従来の他の磁気デバイス900を説明するために示す図である。
 以下、本発明の磁気デバイス、磁気バイアス印加用部材及び磁気バイアス印加用部材の製造方法について、図に示す実施形態に基づいて説明する。
[実施形態1]
1.実施形態1に係る磁気デバイス1の構成
 まず、実施形態1に係る磁気デバイス1の構成を、実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材14の構成とともに説明する。
 図1は、実施形態1に係る磁気デバイス1を説明するために示す図である。図1(a)は磁気デバイス1の斜視図であり、図1(b)は図1(a)のA-A断面図であり、図1(c)は磁気コア10の斜視図である。
 図2は、実施形態1に係る磁気デバイス1を説明するために示す図である。図2(a)は導線20に電流を流したときの磁気コア内の磁束の様子を示す図であり、図2(b)は磁気デバイス1の磁気曲線を模式的に示すグラフである。なお、図2(a)中、符号D1は導線20に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界の向きを示し、符号D2は、磁気バイアス印加用部材14による磁界の向きを示す。
 実施形態1に係る磁気デバイス1は、図1(a)及び図1(b)に示すように、磁気コア10と、磁気コア10に装着された導線20とを備える。導線20に直流重畳電流が流れると、磁気コア10には、図2(a)に示すように、導線20を囲んで1周するように磁界が発生する(図2における実線D1参照。)。磁気コア10には、後述する磁芯18を含むように2つの閉じた磁路が形成される。
 磁気コア10は、図1(b)及び図1(c)に示すように、磁路の一箇所に磁気飽和防止用の空隙16を有する磁気コア本体12と、磁気コア本体12とは異なる材料からなり空隙16に配設された磁気バイアス印加用部材14とを有する。
 磁気コア本体12は、中心部に磁芯18が形成されるように組み合わされた2つのEコアから構成され、磁路の一部(一箇所)に磁気飽和防止用の空隙を有する。実施形態1においては、磁芯18に磁気飽和防止用の空隙16が形成されている。磁気コア本体12は、酸化鉄を主成分とした粉末を圧縮して成形した後に、焼成したセラミック状のフェライトから形成されたものを用いるが、軟磁性材料粉末とバインダーとを圧縮成形することにより形成されたものを用いてもよい。軟磁性材料粉末としては、FeSiCr粉末、FeSi粉末、カルボニル鉄粉末、センダスト粉末、パーマロイ粉末又はアモルファス材粉末等、適宜のものを用いることができる。磁気コア本体12の寸法は適宜調整することが可能である。
 磁気飽和防止用の空隙16のギャップ幅Lは、後述する磁気バイアス印加用部材14の材料である硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末のうち,大きいほうの平均粒径をDとした場合,以下に示す式(1)を満たす。例えば、平均粒径Dが150μmのとき、ギャップ幅Lはおよそ395μm以上である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 具体的には、空隙16のギャップ幅Lは、例えば、500μmである。空隙16のギャップ幅Lは、製造予定の磁気デバイスの磁気特性(インダクタンス値等)に合わせて設定することができる。
 磁気バイアス印加用部材14は、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを含有する複合磁性材料を平板状に成形することにより形成されたものであり、具体的には、複合磁性材料を圧縮成形(例えば、押圧成形)することにより形成されたものである。磁気バイアス印加用部材14は、永久磁石からなるボンド磁石である。また、磁気バイアス印加用部材14の厚さは、磁気コア本体12における空隙16のギャップ幅Lに対応した厚さを有しており、実施形態1においては500μmである。磁気バイアス印加用部材14は、磁気バイアス印加用部材の比透磁率が1よりも高くなるように形成されている。磁気バイアス印加用部材14の製造方法については後述する。
 磁気バイアス印加用部材14は、磁気バイアス印加用部材14による磁界の向きD2を、導線20に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界の向きD1とは逆向きになるように(すなわち、導線20に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界とは逆方向に磁気バイアスを印加するように)配置されている。
 複合磁性材料は、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを含有する。なお、複合磁性材料には、放熱のための添加剤としてアルミナ(Al)粉末や窒化アルミニウム(AlN)粉末等を含んでもよい。
 また、複合磁性材料は、磁気バイアス印加用部材14の比透磁率が下記(2)の式を満たすように、複合磁性材料における硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーのそれぞれの含有量が調整されている。このような複合磁性材料から形成された磁気バイアス印加用部材14は、逆向きのパルス電流によって減磁されてしまうことを防ぐことが可能となる。
 μ’>(Bs-J)/(μ-Hc)   …(2)
 なお、式(2)において、μ’は、磁気バイアス印加用部材14の比透磁率を示し、Bsは磁気コア本体12の飽和磁束密度を示し、Jは磁気コア本体12の磁化を示し、μは真空の透磁率を示し、Hcは磁気バイアス印加用部材14の保磁力を示す。
 また、複合磁性材料においては、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を合計したものに対する硬磁性材料粉末の割合が20wt%~90wt%の範囲内にあり、好ましくは、50wt%~90wt%の範囲内にあり、例えば80wt%である。硬磁性材料粉末の平均粒径は、数十μm~数百μmの範囲内にあり、例えば、150μm程度である。硬磁性材料粉末として、サマリウムコバルト(SmCo)粉末を用いるが、保磁力の大きい性質を有する磁性材料粉末であればよく、他にも、例えば、サマリウム鉄窒素(SmFeN)粉末、ネオジム鉄ボロン(NdFeB)粉末又はフェライト粉末等の硬磁性材料粉末を用いることができる。
 なお、複合磁性材料においては、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を合計したものに対する硬磁性材料粉末の割合が20wt%未満の場合には、硬磁性材料粉末の割合が小さすぎるため、磁気バイアス印加用部材として十分な磁力を得ることが出来ない。また、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を合計したものに対する硬磁性材料粉末の割合が90wt%を超える場合には、硬磁性材料粉末の割合が大きくなるため、他の従来の磁気バイアス印加用部材の場合と同様、比較的薄い磁気バイアス印加用部材を製造しようとした場合、厚さばらつきの小さい磁気バイアス印加用部材を製造することが困難となる。
 また、複合磁性材料においては、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を合計したものに対する軟磁性材料粉末の割合が10wt%~80wt%の範囲内にあり、好ましくは、10wt%~50wt%の範囲内にあり、例えば、20wt%である。軟磁性材料粉末としては、表面がシリカ膜で覆われた(絶縁処理が施された)軟磁性材料粉末を用いる。軟磁性材料粉末の平均粒径は、数十μm~数百μmの範囲内にあり、例えば、150μm程度である。軟磁性材料粉末として、FeSiCr粉末を用いるが、透磁率が大きい性質を有する磁性材料粉末であればよく、例えば、FeSi粉末、フェライト粉末、カルボニル鉄粉末、センダスト粉末、パーマロイ粉末又はアモルファス材粉末等を用いることができる。
 なお、複合磁性材料においては、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を合計したものに対する軟磁性材料粉末の割合が10wt%未満の場合には、硬磁性材料粉末の割合が大きくなるため、他の従来の磁気バイアス印加用部材の場合と同様、比較的薄い磁気バイアス印加用部材を製造しようとした場合、厚さばらつきの小さい磁気バイアス印加用部材を製造することが困難となる。また、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を合計したものに対する軟磁性材料粉末の割合が80wt%を超える場合には、硬磁性材料粉末の割合が小さすぎるため、磁気バイアス印加用部材として十分な磁力を得ることが出来ない。
 複合磁性材料におけるバインダーは、ポリマーからなり、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を接合する機能を有する。複合磁性材料におけるバインダーの含有量は、磁気バイアス印加用部材の製造方法によっても異なる。例えば、複合磁性材料を押圧成形することによって磁気バイアス印加用部材14を製造する場合には、1wt%~5wt%の範囲内にあることが好ましく、例えば、3wt%である。バインダーとして、エポキシ樹脂を用いるが、他にも、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シリコーン樹脂又はフェノール樹脂等、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であれば適宜のものを用いることができる。
 なお、複合磁性材料を押圧成形することによって磁気バイアス印加用部材14を形成する場合において、複合磁性材料におけるバインダーの含有量が1wt%未満である場合には、バインダーの割合が小さすぎて硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末の間を接合することが難しい。また、複合磁性材料におけるバインダーの含有量が5wt%を超える場合には、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末の含有量が少なくなるため、磁気バイアス印加用部材14の比透磁率が低くなり、飽和磁束密度に達しない磁束密度の範囲△Bが他の従来の磁気コアよりも小さくなるおそれがある。
 導線20は、磁芯18を中心に銅線を巻回することで磁気コア10に装着されたコイルである。
2.実施形態1に係る磁気デバイスの製造方法
 次に、実施形態1に係る磁気デバイスの製造方法を、「磁気コア本体の準備」、「磁気バイアス印加用部材の製造」及び「磁気バイアス印加用部材の装着」に分けて説明する。
 図3は、実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材の製造方法を説明するために示すフローチャートである。
2-1.磁気コア本体の準備
 まず、中心部に磁芯18が形成されるように組み合わされた2つのEコアから構成され、磁路の一箇所に磁気飽和防止用の空隙を有する磁気コア本体12を準備する。なお、磁気コア本体12においては、空隙のない磁気コア本体を形成した後に空隙16を形成しても良いし、あらかじめ空隙16を考慮したEコアを成形し、当該Eコアを組み合わせることで空隙16も形成されるようにしてもよい。
2-2.磁気バイアス印加用部材の製造
 磁気バイアス印加用部材の製造方法は、図3に示すように、「複合磁性材料作製工程」と、「成形工程」と、「硬化工程」と、「着磁工程」とをこの順序で含む。
(1)複合磁性材料作製工程
 まず、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを所定の割合で均一に混錬した後に造粒し複合磁性材料を作製する。次に、複合磁性材料をバインダー中の溶媒成分を揮発させるために乾燥させる。次に、複合磁性材料をふるいにかけ、成形に適した粒度(数十μm~数百μmの範囲内)の複合磁性材料のみを回収する。
(2)成形工程
 次に、複合磁性材料を平板状に成形することにより成形体を作製する。具体的には、複合磁性材料を成形空間に堆積させて押圧成形することにより成形体を作製する。押圧成形における押圧圧力は、例えば3ton/cm~10ton/cmの範囲内とする。押圧成形の際の温度は、常温とする。
(3)硬化工程
 次に、成形体を加熱してバインダーを硬化させる。成形体を加熱する温度及び時間は、バインダーの種類にもよるが、例えば、150℃で1時間とする。
(4)着磁工程
 次に、バインダーを硬化させた成形体を着磁して磁気バイアス印加用部材とする。具体的には、バインダーを硬化させた成形体に対してパルス着磁装置を用いて着磁をする。
 このようにして磁気バイアス印加用部材14を製造することができる。
2-3.磁気バイアス印加用部材の装着
 次に、磁気バイアス印加用部材14を磁気コア本体12における空隙16に配設することで磁気コア10を作製する。このように作製された磁気コア10に導線20を装着することで実施形態1に係る磁気デバイス1を製造することができる。
3.実施形態1の効果(実施形態1に係る磁気デバイス1、実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材14及び実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材の製造方法の効果)
 次に、実施形態1に係る磁気デバイス1、実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材14及び実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材の製造方法の効果を説明する。
 実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気コア10が磁気バイアス印加用部材14を有するため、従来の他の磁気デバイス900と同様に、磁気コア10において導線20に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界を、磁気バイアス印加用部材14の磁界によって打ち消すことが可能となる。このため、飽和磁束密度に達しない磁束密度の範囲△B(活用可能な磁束密度の範囲)が従来の磁気コアよりも大きい磁気コアとなる。その結果、直流重畳電流が大きくなった場合であっても磁気コア10が磁気飽和し難くなり、直流重畳特性が良好な磁気デバイスとなる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気バイアス印加用部材14が硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、磁気バイアス印加用部材14の比透磁率を1より高くすることが可能となるため、ギャップ幅Lに対応した厚さの磁気バイアス印加用部材14を厚さばらつきの小さい状態で製造することが可能となる。その結果、厚さばらつきの小さい磁気バイアス印加用部材を用いて製造される磁気デバイスの磁気特性のばらつきを小さくすることが可能となる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気バイアス印加用部材14が、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、硬磁性材料と軟磁性材料との割合を調整して所望の磁気特性を有する磁気バイアス印加用部材を製造することが可能となる。その結果、実施形態1に係る磁気デバイス1は、所望の磁気特性を有する磁気デバイスとなる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気バイアス印加用部材14が、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであるため、磁気バイアス印加用部材14の比透磁率を高くすることが可能であることから空隙16(空隙16に配設されている磁気バイアス印加用部材14)における磁界強度を低くすることが可能となる。その結果、コアロスの少ない高性能の磁気デバイスとすることが可能となる。なお、磁気コア全体の実効透磁率が高くなることから、導線の巻数が少なくてすみ、このことからもコアロスの少ない高性能の磁気デバイスとなる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1には以下のような効果も得られる。
 実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、複合磁性材料は、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を合計したものに対する軟磁性材料粉末の割合が10wt%~80wt%の範囲内にあることから、上記した効果を有する磁気デバイスとなる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気コア本体12における空隙16のギャップ幅Lは、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末のうち,大きいほうの平均粒径をDとした場合,以下に示す式(1)を満たすことから、ギャップ幅Lに対応した厚さの磁気バイアス印加用部材を厚さばらつきの小さい状態で製造することが可能となる。その結果、厚さばらつきの小さい磁気バイアス印加用部材を用いて製造される磁気デバイスの磁気特性のばらつきを小さくすることが可能となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 なお、ギャップ幅Lを式(1)の右辺の値以上としたのは以下の理由による。すなわち、粒子を最密六方構造で3列以上配列させて構造物を構成した場合には当該構造物の厚さばらつきを比較的小さくできることから、平均粒径Dの粒子を最密六方構造で3列以上配列させて磁気バイアス印加用部材を構成した場合(このとき磁気バイアス印加用部材は式(1)の右辺の値以上になる)にも磁気バイアス印加用部材の厚さばらつきを比較的小さくできる。従って、磁気バイアス印加用部材が式(1)の右辺の値以上となるためには、ギャップ幅Lを式(1)の右辺の値以上とすればよいからである。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気バイアス印加用部材14がボンド磁石からなることから、磁気バイアス印加用部材14は柔軟性を有し、空隙16に磁気バイアス印加用部材14を配設する際に磁気コア本体12の端部や磁気バイアス印加用部材14の端部が欠けてしまうことを防ぐことが可能となる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気バイアス印加用部材14が永久磁石からなることから、磁気バイアス印加用部材14の磁界を比較的長期間にわたって保持し続けることが可能となる。このため、寿命の長い磁気デバイスとなる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気バイアス印加用部材14が、磁気バイアス印加用部材14の比透磁率が1よりも高くなるように形成されているため、上記した効果を有する磁気デバイスとなる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、軟磁性材料粉末が、絶縁処理が施されているため、磁気バイアス印加用部材14に渦電流が発生しにくくなる。そのため、渦電流損を減少させることが可能となり、ひいてはコアロスを軽減することが可能となる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気バイアス印加用部材14が、複合磁性材料を押圧成形することにより形成されたものであることから、複合磁性材料に含まれる材料の種類によらないで容易に磁気バイアス印加用部材14を形成することが可能となる。
 また、実施形態1に係る磁気デバイス1によれば、磁気コア10に装着された導線20をさらに備えることから、導線20を流れる電流によって動作する磁気デバイスとなる。
 実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材14によれば、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、従来の他の磁気デバイス900における磁気バイアス印加用部材914と同様に、磁気コア10において導線20に直流重畳電流が流れることによって発生する磁界を、磁気バイアス印加用部材14の磁界によって打ち消すことが可能となる。このため、飽和磁束密度に達しない磁束密度の範囲△B(活用可能な磁束密度の範囲)が従来の磁気コアよりも大きい磁気コアとなる。その結果、直流重畳電流が大きくなった場合であっても磁気コア10が磁気飽和し難くなり、直流重畳特性が良好な磁気デバイスを製造することが可能となる。
 また、実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材14によれば、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、磁気バイアス印加用部材14の比透磁率を1より高くすることが可能となり、ギャップ幅Lに対応した厚さの磁気バイアス印加用部材14を厚さばらつきの小さい状態で製造することが可能となる。その結果、厚さばらつきの小さい磁気バイアス印加用部材を用いて製造される磁気デバイスの磁気特性のばらつきを小さくすることが可能となる。
 また、実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材14によれば、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、硬磁性材料と軟磁性材料との割合を調整して所望の磁気特性を有する磁気バイアス印加用部材とすることが可能となる。その結果、所望の磁気特性を有する磁気デバイスを製造することが可能となる。
 また、実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材14によれば、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであるため、磁気バイアス印加用部材14の比透磁率を高くすることが可能となり、空隙16(空隙16に配設されている磁気バイアス印加用部材14)における磁界強度を低くすることが可能となる。その結果、コアロスの少ない高性能の磁気デバイスを製造することが可能となる。なお、磁気コア10全体の実効透磁率が高くなることから、導線20の巻数が少なくてすみ、このことからもコアロスの少ない高性能の磁気デバイスを製造することが可能となる。
 実施形態1に係る磁気バイアス印加用部材の製造方法によれば、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを混錬して作製された複合磁性材料を用いて磁気バイアス印加用部材14を製造することから、上記した効果を有する磁気バイアス印加用部材14を製造することが可能となる。その結果、上記した効果を有する磁気デバイス1を製造することが可能となる。
[実施形態2]
 図4は、実施形態2に係る磁気デバイス2を説明するために示す図である。図4(a)は磁気デバイス2の斜視図であり、図4(b)は磁気コア10aの斜視図である。
 実施形態2に係る磁気デバイス2は、磁気コアが、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成された磁気バイアス印加用部材を有する点で実施形態1に係る磁気デバイス1と同様の構成を有するが、磁気コア本体の構成が実施形態1に係る磁気デバイス1の場合とは異なる。すなわち、実施形態2に係る磁気デバイス2において、磁気コア本体12aは、図4に示すように、リングコアから構成されている。
 実施形態2に係る磁気デバイス2においては、導線20aに直流重畳電流が流れると、磁気コア10aを1周するように磁界が発生する。すなわち、磁気コア10aには、1つの閉じた磁路が形成される。
 実施形態2に係る磁気デバイス2において、導線20aは、銅線からなり、図4(a)に示すように、磁気コア10aを中心にらせん状に巻回されることで磁気コア10aに装着されている。
 このように、実施形態2に係る磁気デバイス2は、磁気コア本体の構成が実施形態1に係る磁気デバイス1の場合とは異なるが、実施形態1に係る磁気デバイス1の場合と同様に、磁気バイアス印加用部材14aが、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、直流重畳特性が良好で、かつ、磁気特性のばらつきが小さい磁気デバイスとなる。
 なお、実施形態2に係る磁気デバイス2は、磁気コア本体の構成以外の点においては実施形態1に係る磁気デバイス1と同様の構成を有するため、実施形態1に係る磁気デバイス1が有する効果のうち該当する効果を有する。
[実施形態3]
 図5は、実施形態3に係る磁気デバイス3を説明するために示す図である。図5(a)は磁気デバイス3の斜視図であり、図5(b)は磁気コア10bの斜視図である。
 実施形態3に係る磁気デバイス3は、磁気コアが、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成された磁気バイアス印加用部材を有する点で実施形態2に係る磁気デバイス2と同様の構成を有するが、磁気コア本体の構成及び導線の構成が実施形態2に係る磁気デバイス2の場合とは異なる。すなわち、実施形態3に係る磁気デバイス3において、磁気コア10bは、図5に示すように、リング形状となるように組み合わされた2つのUコアから構成されており、導線20bは、細長い平板形状の銅線からなる。
 磁気コア本体12bにおいて、2つの空隙16bは2つのUコアの接合部分に相当する位置に設けられている。このため、空隙16bに配設されている磁気バイアス印加用部材14bは、それぞれ2つのUコアに挟まれるような位置に配設されている。
 導線20bは、図5(a)に示すように、磁気コア10bの中心をまっすぐに貫くように装着されている。
 このように、実施形態3に係る磁気デバイス3は、磁気コア本体の構成及び導線の構成が実施形態2に係る磁気デバイス2の場合とは異なるが、実施形態2に係る磁気デバイス2の場合と同様に、磁気バイアス印加用部材14bが、硬磁性材料粉末及び軟磁性材料粉末を含有する複合磁性材料より形成されたものであることから、直流重畳特性が良好で、かつ、磁気特性のばらつきが小さい磁気デバイスとなる。
 なお、実施形態3に係る磁気デバイス3は、磁気コア本体の構成及び導線の構成以外の点においては実施形態2に係る磁気デバイス2と同様の構成を有するため、実施形態2に係る磁気デバイス2が有する効果のうち該当する効果を有する。
[試験例]
 試験例は、本発明の磁気デバイスが、「直流重畳特性が良好な磁気デバイス」であることを示す試験例である。
1.試料の調製
(1)試料1(実施例)
 2箇所に空隙を有する点以外の構成が実施形態2に係る磁気デバイス2と同じ磁気デバイスを作製し、試料1とした。但し、試料1において、リングコアの外径を31mmとし、リングコアの内径を19mmとし、リングコアの高さを8mmとした。また、リングコアの平均実効磁路長を78.5mmとし、実効断面積を48mmとし、実効体積は3769.9mmとした。さらにまた、空隙のギャップ幅Lを0.5mmとした。
(2)試料2(比較例1)
 空隙のギャップ幅Lを0.3mmとした点及び空隙には磁気バイアス印加用部材を配設しない点以外の構成は試料1に係る磁気デバイスと同じ磁気デバイスを作製し、試料2とした。
(3)試料3(比較例2)
 空隙のギャップ幅Lを0.3mmとした点及び空隙には磁気バイアス印加用部材として、硬磁性材料粉末及びバインダーを含有する複合磁性材料を圧縮成形することにより形成された磁気バイアス印加用部材を配設する点以外の構成は試料1に係る磁気デバイスと同じ磁気デバイスを作製し、試料3とした。
2.評価方法
 各試料の導線に所定の直流重畳電流を流した状態で各試料のインダクタンスを測定した。その後、重畳電流を大きくしながら、各重畳電流値におけるインダクタンスを測定してグラフにプロットした。
3.評価結果
 図6は、試料1~3の直流重畳特性を示すグラフである。
 図6からも分かるように、試料2においては、重畳電流値が7Aあたりからインダクタンス値が低下を始め、重畳電流値が12Aのときにはインダクタンス値がおよそ8μHにまで低下しており、重畳電流値が7~8Aあたりで磁気バイアス印加用部材が磁気飽和したことが確認できた。これに対して、試料1及び試料3においては、重畳電流値が14Aあたりまで、インダクタンス値が40μHを維持しており磁気バイアスが印加されていることがわかった。試料1及び試料3は、このことから、試料2よりも直流重畳特性が良好な磁気デバイスであることがわかった。
 なお、試料3においては、磁気バイアス印加用部材を製造する際、圧縮成形法のみでは0.3mmの厚さの磁気バイアス印加用部材を製造することができなかった。このため、磁気バイアス印加用部材をいったん厚く(例えば1mm程度に)作製しておき、厚く作製された磁気バイアス印加用部材を所定の厚さまで研削して薄くすることで試料3に係る磁気バイアス印加用部材を製造した。しかし、試料3に係る磁気バイアス印加用部材を0.3mmの厚さまで研削して薄くすることは容易ではなく、割れなどにより不良品が発生したり試料3に係る磁気バイアス印加用部材の厚さの誤差が大きくなったりするため、実用できるものはごく僅かであった。
 以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
(1)上記各実施形態における各構成要素の数、位置関係、大きさは例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。
(2)上記実施形態1においては、磁気コア本体が2つのEコアから構成された場合を、実施形態2においては磁気コア本体がリングコアから構成された場合を、実施形態3においてはリング形状となるように組み合わされた2つのUコアから構成されている場合を例にとってそれぞれ本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、磁気コアとして、E型コアとI型コアを組み合わせたEIコアや、一方向に延在している棒のような形状をした棒状コアその他のコアを用いた場合であっても本発明を適用可能である。
(3)上記各実施形態においては、磁気バイアス印加用部材が、複合磁性材料を押圧成形することにより形成されたものである場合を例にとって本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、磁気バイアス印加用部材が、複合磁性材料を射出成形する場合やグリーンシート法を用いる場合及びその他の方法を用いる場合であっても平板状に形成可能な工法であれば本発明を適用可能である。なお、この場合、バインダーの含有量を適宜調整しても良い。
 1,2,3…磁気デバイス、10,10a,10b…磁気コア、12,12a、12b…磁気コア本体、14,14a,14b…磁気バイアス印加用部材、16,16a,16b…空隙、18…磁芯、20,20a,20b…導線

Claims (12)

  1.  磁路の少なくとも一箇所に磁気飽和防止用の空隙を有する磁気コア本体及び前記磁気コア本体とは異なる材料からなり前記空隙に配設されている磁気バイアス印加用部材を有する磁気コアを備え、
     前記磁気バイアス印加用部材は、硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを含有する複合磁性材料を平板状に成形することにより形成されたものであることを特徴とする磁気デバイス。
  2.  請求項1に記載の磁気デバイスにおいて、
     前記複合磁性材料においては、前記硬磁性材料粉末及び前記軟磁性材料粉末を合計したものに対する前記軟磁性材料粉末の割合が10wt%~80wt%の範囲内にあることを特徴とする磁気デバイス。
  3.  請求項1又は2に記載の磁気デバイスにおいて、
     前記磁気コア本体における前記空隙のギャップ幅Lは、前記硬磁性材料粉末及び前記軟磁性材料粉末のうち,大きいほうの平均粒径をDとした場合,以下に示す式(1)を満たすことを特徴とする磁気デバイス。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  4.  請求項1~3のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
     前記磁気バイアス印加用部材は、ボンド磁石からなることを特徴とする磁気デバイス。
  5.  請求項1~4のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
     前記磁気バイアス印加用部材は、永久磁石からなることを特徴とする磁気デバイス。
  6.  請求項1~5のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
     前記磁気バイアス印加用部材は、前記磁気バイアス印加用部材の比透磁率が1よりも高くなるように構成されていることを特徴とする磁気デバイス。
  7.  請求項1~6のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
     前記軟磁性材料粉末は、絶縁処理が施されていることを特徴とする磁気デバイス。
  8.  請求項1~7のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
     前記磁気バイアス印加用部材は、前記複合磁性材料を押圧成形、射出成形又はグリーンシート法により形成されたものであることを特徴とする磁気デバイス。
  9.  請求項1~8のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
     前記磁気コアに装着された導線をさらに備えることを特徴とする磁気デバイス。
  10.  請求項1~9のいずれかに記載の磁気デバイスにおいて、
     前記磁気コア本体は、フェライトによって形成されたものであるか、又は軟磁性材料粉末及びバインダーを含有する磁性材料を成形することにより形成されたものであることを特徴とする磁気デバイス。
  11.  請求項1~10のいずれかに記載の磁気デバイスに用いる磁気バイアス印加用部材であって、
     硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを含有する複合磁性材料を平板状に成形することにより形成されていることを特徴とする磁気バイアス印加用部材。
  12.  請求項1~10のいずれかに記載の磁気デバイスに用いる磁気バイアス印加用部材の製造方法であって、
     硬磁性材料粉末、軟磁性材料粉末及びバインダーを所定の割合で混錬して複合磁性材料を作製する複合磁性材料作製工程と、
     前記複合磁性材料を平板状に成形することにより成形体を作製する成形工程と、
     前記成形体に含まれるバインダーを硬化する硬化工程と、
     前記成形体を着磁して磁気バイアス印加用部材とする着磁工程とをこの順序で含むことを特徴とする磁気バイアス印加用部材の製造方法。
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