JPH0766046A

JPH0766046A - 電磁装置

Info

Publication number: JPH0766046A
Application number: JP5211288A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ogasawara; 宏小笠原; Hidenori Kakehashi; 英典掛橋
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1993-08-26
Filing date: 1993-08-26
Publication date: 1995-03-10

Abstract

(57)【要約】【目的】磁心の透磁率を低く制御できるようにすると
共に、損失の少ない電磁装置を提供する。【構成】非晶質磁性合金製の磁性材料帯２ａを巻回し
芯部に巻線用空間２ｂを設けた磁心２の両端部に永久磁
石４を配設し、磁心２の巻回中心軸と平行方向にバイア
ス磁界ＨB を印加させ、その磁心２と永久磁石４にコイ
ル３を巻回するようにした。このため、磁心２の磁化Ｉ
ｓが全て磁心２の巻回中心軸に平行方向に向き、コイル
３に電流Ｉを流した際の磁心２の磁区内の磁化過程は、
磁壁移動を伴わず、磁化回転よるもののみとなり鉄損の
低減が図れる。また、磁心２の巻回中心軸と平行方向に
大きなバイアス磁界ＨB が印加されているため、磁心２
の磁化Ｉｓは容易には回転できず、磁性材料帯２ａの長
手方向の透磁率を下げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性材料帯を巻回して
構成した磁心と、その磁心に巻線されたコイルを有して
なる電磁装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、トランスやチョーク等の電磁装
置の磁心として使用されている非晶質磁性合金は、飽和
磁束密度が高くかつ低損失であるため、磁心の小型化を
図る上で優れた磁性材料として注目されている。また、
この非晶質磁性合金は高透磁率材料としても知られてお
り、このため、主に可飽和リアクトルやノイズフィルタ
用コモンモードチョーク等の磁心のように、高透磁率の
特性が要求される電磁装置に多用されてきた。

【０００３】近年、スイッチング電源等の電気機器の小
型化、薄型化に伴い、その構成部品として使用されるト
ランスやチョーク等の電磁装置にも小型化、薄型化が要
求されるようになってはきたが、エネルギー蓄積型トラ
ンスや平滑用チョーク等の電磁装置においては、小型及
び薄型であると同時に、磁心の透磁率がある程度低いこ
とが要求され、したがって磁心として非晶質磁性合金を
使用する場合には、磁心の透磁率をある程度低くする必
要があった。

【０００４】図９乃至図１２は、従来の電磁装置である
平滑用チョーク１を示すものである。図９における平滑
用チョーク１は、主に磁心２と、その磁心２に巻回され
たコイル３とにより構成されており、磁心２は薄板状の
磁性材料帯２ａを筒状に巻回し、その芯部である巻回中
心軸のまわりに巻線用空間２ｂを設けてなるもので、透
磁率を低くするために、磁心２にはギャップ２ｃが設け
られており、また、コイル３は、その磁心２に巻線用空
間２ｂを通るように巻線されている。また、磁心２を構
成するその薄板状の磁性材料帯２ａは、図１０に示すよ
うに薄板状の磁性材料帯２ａの長手方向に向く磁化Ｉｓ
を持つ磁区２ｄを有し、隣合う磁区２ｄの磁化Ｉｓの向
きは互いに反対で、それらの磁区２ｄの境界には磁壁２
ｅが生じている。薄板状の磁性材料帯２ａの磁区構造
が、このようになるのは、形状異方性により、薄帯にお
いては、その長手方向に磁化容易軸が向くためである。

【０００５】このように構成された平滑用チョーク１の
コイル３に、図９に示すように一方向に電流Ｉを流す
と、磁心２を構成する薄板状の磁性材料帯２ａの長手方
向に磁界Ｈが印加されることになる。このとき、たとえ
ば図１１に示すような磁区２ｄ構造を持つ磁心２は、図
１２に示すように、印加磁界Ｈと同方向の磁化Ｉｓを持
つ磁区２ｄを増大させ、印加磁界Ｈと反対方向の磁化Ｉ
ｓを持つ磁区２ｄを減少させるように磁壁２ｅが移動す
る磁化過程をとり、印加磁界Ｈを十分大きくすれば、最
終的には、印加磁界Ｈと同方向の磁化Ｉｓを持つ磁区２
ｄのみとなり、この状態が磁心２の磁気飽和状態と呼ば
れる。

【０００６】また、図示はしないが、従来の別の電磁装
置である平滑用チョークにおいては、薄板状の磁性材料
帯を、その幅方向に磁界を印加しながら熱処理を行い、
誘導磁気異方性を薄板状の磁性材料帯の幅方向に発生さ
せて薄帯の圧延方向の透磁率を下げ、その磁性材料帯を
巻回して磁心を構成し、その磁心にコイルを巻回して平
滑用チョークを構成していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように磁心２にギャップ２ｃを設けた従来の電磁装置
１にあっては、コイル３に通電した際に，磁心２では磁
壁２ｅ移動による磁化過程をとるため特に高周波におけ
る損失が大きく、また、磁心２にギャップ２ｃを設ける
前後での損失の増加が著しく、特に磁心２に磁気歪の大
きい非晶質磁性合金を用いる場合においては、磁心２を
カットしてギャップ２ｃを設ける前に行なう接着剤の含
浸の応力によっても損失が増加し、さらには、磁路にギ
ャップ２ｃがある場合、ギャップ２ｃ部での洩れ磁束が
かなり大きくなり、それによっても損失が著しく増大す
るという問題点があった。

【０００８】たとえば、あるFe系の板厚が20μｍ程度の
薄帯状の磁性材料帯２ａである非晶質磁性合金を巻回し
て構成した磁心２の、透磁率がμ＝6000、周波数が100K
Hz、磁束密度が0.2Tでの鉄損の値は、800mW/ccとなる
が、この磁心２をカットしてギャップ２ｃを設け、透磁
率をμ＝150 程度とした場合、同条件での鉄損の値は、
約4000mW/cc となり、ギャップ２ｃを設ける前の約５倍
になる。

【０００９】また、従来の別の電磁装置である、磁心
を、誘導磁気異方性を薄板状の磁性材料帯の幅方向に発
生させて薄帯の圧延方向の透磁率を下げたもので構成し
たものにおいては、損失は約600mW/ccと小さくなるが、
透磁率をμ＝2000〜1000程度にしか下げることができな
いという問題点があった。

【００１０】本発明は、上記の問題点を改善するために
成されたもので、その目的とするところは、磁心の透磁
率を低く制御できるようにすると共に、損失の少ない電
磁装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するため、磁性材料帯２ａを巻回して成り芯部に巻
線用空間２ｂが設けられてなる磁心２と、該磁心２に前
記巻線用空間２ｂを通って巻回されるコイル３とを有し
てなる電磁装置１において、前記磁心２に該磁心２の巻
回中心軸と平行方向に磁化力を有する磁界印加手段４を
設けたことを特徴とするものである。

【００１２】また、前記磁界印加手段４が永久磁石によ
り構成されたことを特徴とするものであり、また、前記
磁界印加手段４が電磁コイルにより構成されたことを特
徴とするものであり、さらには、前記磁性材料帯２ａが
非晶質磁性合金により形成されたことを特徴とするもの
である。

【００１３】

【作用】以上のように構成したことにより、磁心２に
は、磁界印加手段４により磁心２の巻回中心軸に平行方
向である薄板状の磁性材料帯２ａの幅方向にバイアス磁
界ＨB がかけられているため、磁心２の各磁区２ｄ内で
はバイアス磁界ＨB 方向に磁化Ｉｓを持つ磁区２ｄをつ
くろうとして、磁化Ｉｓは、磁壁２ｅを移動させること
なく自ら回転し、バイアス磁界ＨB がある程度大きい
と、磁化Ｉｓの略全てが磁心２の巻回中心軸に平行方向
に向き、その方向に略飽和状態となる。このように構成
された電磁装置１のコイル３に電流Ｉを流すと、その電
流Ｉの大きさにより磁心２の磁区２ｄ内では磁化回転の
みによる磁化過程を示すようになる。

【００１４】一般に、磁心２の磁壁２ｅ移動による磁化
過程は、特に高周波での渦電流損失を増大させるが、本
発明における磁心２においては、磁壁２ｅ移動による磁
化過程が存在せず、回転磁化による磁化過程のみとなる
ため鉄損の低減が図れ、したがって、電磁装置１の損失
の低減が可能となると共に、磁心２の巻回中心軸と平行
方向に大きなバイアス磁界ＨB が印加されているため、
磁心２の磁化Ｉｓは容易には回転できず、磁性材料帯２
ａの長手方向の透磁率を下げることができる。また、バ
イアス磁界ＨB の大きさを変化させることで、鉄損を増
加させることなく透磁率を可変とすることができる。

【００１５】

【実施例】図１乃至図４は本発明に係る電磁装置である
平滑用チョークの第１の実施例を示すものである。図１
において、電磁装置である平滑用チョーク１は、主とし
て磁心２、コイル３及び磁界印加手段４により構成され
ている。

【００１６】磁心２は、薄板状の磁性材料帯２ａにより
構成され、たとえばFe系非晶質磁性合金製で、板厚が２
０μｍ幅が１０mmの薄板状の磁性材料帯２ａを円筒状に
巻回し、その芯部である巻回中心軸のまわりに巻線用空
間２ｂを設けてなるものであり、その外径は３０mm、内
径は２０mmとされている。つまり、磁心２の芯部には磁
性材料帯２ａの幅方向に貫通する筒状の巻線用空間２ｂ
が設けられ、磁心２は略ドーナツ状の形状とされてい
る。また、磁心２には、内部歪みを除去する熱処理が施
されている。

【００１７】磁界印加手段４は、エネルギー積及び保持
力の大きいＳｍ−Ｃｏ系希土類磁石より成り、外径が３
０mm、内径が２０mm、厚さ約１０mmのリング状の形状と
されたもの２個により構成されている。このように構成
された磁界印加手段４は、それぞれ円筒状の磁心２を挟
持するように磁心２の両端に当接して配設され、磁心２
を構成する薄板状の磁性材料帯２ａの幅方向である磁心
２の巻回中心軸に平行方向にバイアス磁界ＨB を印加
し、薄板状の磁性材料帯２ａの幅方向の中央部における
磁界の強さが約３００エルステッドとなるようにされて
いる。また、コイル３は、磁界印加手段４が結合された
磁心２に、その巻線用空間２ｂを通るように巻回されて
いる。

【００１８】このように構成された電磁装置１の磁心２
においては、磁界印加手段４により磁心２を構成する薄
板状の磁性材料帯２ａの幅方向にバイアス磁界ＨB が印
加されているため、磁心２の各磁区２ｄ内ではバイアス
磁界ＨB 方向に磁化Ｉｓを持つ磁区２ｄをつくろうとし
て磁心２の磁化は、図２に示すように磁壁２ｅを移動さ
せることなく自ら回転する。このとき、バイアス磁界Ｈ
B が十分大きいと、図３に示すように磁化が全てバイア
ス磁界ＨB 方向に向き、その方向に飽和状態となる。な
お、非晶質磁性合金の薄帯を用いた磁心２を、その薄帯
の幅方向に飽和させるために必要なバイアス磁界ＨB の
強さは、約３００エルステッドである。このように構成
された電磁装置１のコイル３に電流Ｉを流すと、その電
流Ｉにより磁心２の磁区２ｄ内では、図４に示すように
磁化回転による磁化過程を示すようになる。

【００１９】このように、本実施例における磁心２にお
いては、磁化回転による磁化過程のみが存在し、磁壁２
ｅ移動による磁化過程が存在しないため、鉄損の低減が
図れ、したがって、電磁装置１の損失の低減が可能とな
ると共に、磁心２の軸方向に大きなバイアス磁界ＨB が
印加されているため、磁心２の磁化Ｉｓは容易には回転
できず、このため、磁性材料帯２ａ長手方向である圧延
方向の透磁率を下げることができる。また、磁心２に磁
界印加手段４を設けるだけで実施できるため、組み立て
性も良い。

【００２０】本実施例においては、磁心２の鉄損と透磁
率を測定したところ、その鉄損は、約600mW/ccとなり、
透磁率はμ＝２０〜３０という値となり、透磁率を十分
に低く制御できると共に、鉄損は、低損失で知られる非
晶質磁性合金製の磁心２にバイアス磁界ＨB を印加しな
い場合にくらべて約３／４に、非晶質磁性合金製の磁心
２にギャップ２ｃを設けた場合にくらべて約１／７にま
で低減されるという極めて顕著な効果が見られた。

【００２１】また、磁界印加手段４として、外径が３０
mmで内径が２０mm、厚みがそれぞれ３mm、５mm及び８mm
のものも用意したが、厚みが１０mmのものと比べて磁心
２上での磁界の強さが約３００エルステッドあるいはそ
れよりも少し弱くなるが、鉄損及び透磁率とも略同様の
結果が得られた。また、磁心２上でのバイアス磁界ＨB
の大きさをさらに弱くすることで、前記と同条件での磁
心２の鉄損を約800mW/ccと略一定とし、非晶質磁性合金
製の磁心２にバイアス磁界ＨB を印加しない場合にくら
べて鉄損を増加させることなく、透磁率を約２０から６
０００の間で自由に設定することもできる。

【００２２】図５は、本発明の第２の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なる点は、磁心２を構成する薄板
状の磁性材料帯２ａの幅を５mmとし、磁界印加手段４を
磁心２の一端側にのみ当接させて配設し、磁心２の他端
側の磁界が約３００エルステッドとなるようにした点で
あり、他は第１の実施例と同様に構成されている。この
ように構成しても、前記第１の実施例と同様の効果を奏
する。

【００２３】実際、本願発明者等が、本実施例における
磁心２の鉄損と透磁率を測定したところ、周波数が100K
Hz、磁束密度が0.2Tでの鉄損は、約600mW/ccとなり、透
磁率はμ＝３０であった。また、磁界印加手段４の厚み
を３mm、又は５mmとしても、磁心２上での磁界の強さが
約３００エルステッドあるいはそれよりも少し弱くなる
が略同様の効果を奏し、さらには、磁心２上でのバイア
ス磁界ＨB の強さをさらに弱くすることで、透磁率はμ
＝３０以上となるが、前記と同条件での鉄損は約800mW/
ccと略一定とでき、非晶質磁性合金製の磁心２にバイア
ス磁界ＨB を印加しない場合にくらべて鉄損を増加させ
ることなく、透磁率を約３０から６０００の間に制御す
ることができる。

【００２４】図６は、本発明の第３の実施例を示すもの
で、第２の実施例と異なる点は、幅５mmの薄板状磁性材
料帯２ａで構成された磁心２を２つ用意し、その２つの
磁心２で磁界印加手段４を挟持させ、それぞれの磁心２
の磁界印加手段４と当接しない側の端部に印加される磁
界を約３００エルステッドとした点であり、他は第２の
実施例と同様に構成されている。このように構成して
も、前記第２の実施例と同様の効果を奏する。

【００２５】本実施例において、磁心２の鉄損と透磁率
を測定したところ、周波数が100KHz、磁束密度が0.2Tで
の鉄損は、約600mW/ccとなり、透磁率はμ＝３０であっ
た。また、磁界印加手段４の厚みを３mm、又は５mmとし
ても、磁心２上での磁界の強さが約３００エルステッド
あるいはそれよりも少し弱くなるが略同様の効果を奏す
る。また、バイアス磁界ＨB の強さをさらに弱くするこ
とで、透磁率はμ＝３０以上となるが、前記と同条件で
の鉄損は約800mW/ccと略一定とでき、非晶質磁性合金製
の磁心２にバイアス磁界ＨB を印加しない場合にくらべ
て鉄損を増加させることなく、透磁率を約３０から６０
００の間に制御することができる。

【００２６】図７は、本発明の第４の実施例を示すもの
で、第３の実施例と異なる点は、外径が３０mm、内径が
２０mmで厚み５mmの磁界印加手段４を合計３個用意し、
前記実施例３のように１つの磁界印加手段４を２つの磁
心２で挟持し、さらに、その１つの磁界印加手段４を挟
持した２つの磁心２の磁界印加手段４の非当接側から、
磁界印加手段４をそれぞれ当接させて配設させたもので
あり、磁界印加手段４に挟まれたそれぞれの磁心２の中
央部に印加される磁界を約３００エルステッドとした点
であり、他は第３の実施例と同様に構成されている。こ
のように構成しても、前記第３の実施例と同様の効果を
奏する。

【００２７】本実施例においても、磁心２の鉄損と透磁
率を測定したところ、周波数が100KHz、磁束密度が0.2T
での鉄損は、約600mW/ccとなり、透磁率はμ＝２０であ
った。なお、本実施例において、磁界印加手段４の厚み
を３mmとしても、磁心２上での磁界の強さが約３００エ
ルステッドあるいはそれよりも少し弱くなるが略同様の
効果を奏する。また、バイアス磁界ＨB の強さをさらに
弱くすることで、透磁率はμ＝２０以上となるが、前記
と同条件での鉄損は約800mW/ccと略一定とでき、非晶質
磁性合金製の磁心２にバイアス磁界ＨB を印加しない場
合にくらべて鉄損を増加させることなく、透磁率を約２
０から６０００の間で制御することができる。

【００２８】図８は、本発明の第５の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なる点は、磁心２を構成する薄板
状磁性材料帯２ａの幅を５mmとし、磁界印加手段４を永
久磁石に代えて電磁コイルとした点であり、他は第１の
実施例と同様に構成されている。

【００２９】磁界印加手段４は、内径が３２mmで高さが
１０mmの円筒形の巻き枠４ａに、巻線４ｂを５００ター
ン巻いて構成したソレノイドコイルであり、そのソレノ
イドコイルの巻き枠４ａの内側に磁心２を入れ、ソレノ
イドコイルに所定の直流電流を流したもので、このと
き、磁心２には約３００エルステッドの磁界が印加され
るように設定されている。このように構成しても、前記
第１の実施例と同様の効果を奏する。

【００３０】本実施例においても、磁心２の鉄損と透磁
率を測定したところ、周波数が100KHz、磁束密度が0.2T
での鉄損は、約600mW/ccとなり、透磁率はμ＝３０であ
った。また、本実施例において、なお、電流値を下げる
等の手段によりバイアス磁界を３００エルステッド以下
とすると、透磁率はμ＝３０以上となるが、前記と同条
件での鉄損は約800mW/ccと略一定とでき、非晶質磁性合
金製の磁心２にバイアス磁界ＨB を印加しない場合にく
らべて鉄損を増加させることなく、透磁率を約３０から
６０００の間で制御することができる。

【００３１】なお、上記の第１乃至第４の実施例におい
ては、コイル３を磁界印加手段４と組み合わされた磁心
２に巻線して構成したものを例示して説明を行なった
が、本発明はこれに限らず、コイル３を巻線した磁心２
の外側に磁界印加手段４を設けたものでも良い。

【００３２】また、上記の全ての実施例においては、磁
心２を構成する薄帯２ａを全て非晶質磁性合金として説
明を行なったが、本発明はこれに限らず、最近注目を集
めている磁性材料である超微細結晶合金、つまり、組織
の少なくとも５０％を微細な結晶粒とし、粒径の平均が
１０００Å以下の平均粒径を有するものとしたもの、た
とえば、原子％で表される組成式が、 ( Fe_1-aMa) _100-x-y-z-jCu_xSi_y B_z M_j' ( 但し、ＭはCo及び／又はNiであり、M'はNb,W,Ta,Mo,Z
r,Hf, 及びTiからなる群から選ばれた少なくとも１種の
元素であり、a,x,y,z 及びj はそれぞれ、0≦a ≦0.3,
0.1≦x ≦3, 0≦y ≦17, 4 ≦z ≦17, 10≦y+z ≦28,0.
1≦j ≦5を満たす。) であるものであっても良く、この
場合においても同様の効果を奏する。

【００３３】さらには、上記の全ての実施例において
は、磁心２は円筒状として説明を行なったが、本発明は
これに限らず、外形が多角柱状とされたもの等、どの様
な形状であっても良いことは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】本発明の電磁装置は、上述のように構成
したものであるから、磁心には磁界印加手段により磁心
の巻回中心軸に平行方向である磁性材料帯の幅方向にバ
イアス磁界がかけられているため、磁心の各磁区内では
バイアス磁界方向に磁化を持つ磁区をつくろうとして、
磁化は、磁壁を移動させることなく自ら回転し始める。
このとき、バイアス磁界がある程度大きいと、磁化の略
全てが磁心の巻回中心軸に平行方向に向き、その方向に
略飽和状態となる。このように構成された磁心に巻回さ
れたコイルに電流を流すと、その電流の大きさにより磁
心の磁区内では磁化回転による磁化過程を示すようにな
る。

【００３５】一般に、磁心の磁壁移動による磁化過程
は、特に高周波での渦電流損失を増大させるが、本発明
における磁心においては、磁壁移動による磁化過程が存
在しないため、鉄損の低減が図れ、したがって、電磁装
置の損失の低減が可能となると共に、磁心の軸方向に大
きなバイアス磁界が印加されているため、磁心の磁化は
容易には磁性材料帯の圧延方向に向くように回転でき
ず、磁性材料帯の長手方向の透磁率を下げることができ
る。また、バイアス磁界の大きさを変化させることで、
鉄損を増加させることなく透磁率を可変とすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す簡略斜視図であ
る。

【図２】同上の磁心の比較的弱いバイアス磁界印加時の
磁区構造を示す簡略斜視図である。

【図３】同上の磁心の比較的強いバイアス磁界印加時の
磁区構造を示す簡略斜視図である。

【図４】同上の磁心の通電時の磁化過程を示す簡略斜視
図である。

【図５】本発明の第２の実施例のコイル部を除いた簡略
斜視図である。

【図６】本発明の第３の実施例のコイル部を除いた簡略
斜視図である。

【図７】本発明の第４の実施例のコイル部を除いた簡略
斜視図である。

【図８】本発明の第５の実施例のコイル部を除いた簡略
斜視図である。

【図９】従来の電磁装置を示す簡略斜視図である。

【図１０】同上の磁心を構成する磁性材料帯の磁区構造
を示す一部平面図である。

【図１１】同上の磁心の磁区構造を示す簡略斜視図であ
る。

【図１２】同上の通電時の磁壁移動による磁化過程を示
す簡略斜視図である。

【符号の説明】

１電磁装置２磁心２ａ磁性材料帯２ｂ巻線用空間３コイル４磁界印加手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性材料帯を巻回して成り芯部に巻線用
空間が設けられてなる磁心と、該磁心に前記巻線用空間
を通って巻回されるコイルとを有してなる電磁装置にお
いて、前記磁心に該磁心の巻回中心軸と平行方向に磁化
力を有する磁界印加手段を設けたことを特徴とする電磁
装置。
【請求項２】前記磁界印加手段が永久磁石により構成
されたことを特徴とする請求項１記載の電磁装置。
【請求項３】前記磁界印加手段が電磁コイルにより構
成されたことを特徴とする請求項１記載の電磁装置。
【請求項４】前記磁性材料帯が非晶質磁性合金により
形成されたことを特徴とする請求項２、または請求項３
記載の電磁装置。