JP4895171B2 - 複合磁心およびリアクトル - Google Patents
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Description
本発明の課題は、前述の従来の大電流用リアクトル磁心の問題点を解決し、インダクタンスの電流特性の良好で、さらにはギャップのフリンジング磁束によるリアクトル損失の増大を抑制することが可能な磁心およびリアクトルを提供することである。
また、本発明では、圧粉磁心部があるため、ギャップが磁路長に占める割合が低く、かつギャップを高透磁率磁心部間および圧粉磁心部間にそれぞれ設けているので、磁束のエネルギーが高透磁率磁心部のギャップで一度緩和されることにより、圧粉磁心部に隣接するギャップでのフリンジング漏れ磁束が小さくなる。これにより、コイルに侵入する漏れ磁束が小さくなり、リアクトル損失が極力小さい値に抑えられる。
高透磁率磁心部間にギャップを設けないと、リアクトル損失は大きくなってしまう。これは、磁束が高透磁率磁心部から圧粉磁心部に進入した際、磁束のエネルギーが高透磁率磁心部と圧粉磁心部の磁気抵抗の差に対応しきれず、圧粉磁心部に隣接する空隙でフリンジング漏れ磁束が大きくなるためと推察される。この漏れ磁束がコイルに侵入し、損失が増大する。
また、ストレート部における前記高透磁率磁心部と前記圧粉磁心部の間には、ギャップが形成されていることが好ましい。フリンジング磁束によるリアクトル損失をより小さくすることができる。
また、微結晶質軟磁性帯板として、一般式:Fe100−x−y−z−α−β−γCuxSiyBzM′αM″βXγ(原子%)(但し、M′はNb,W,Ta,Zr,Hf,Ti及びMoからなる群から選ばれた少なくとも1種の元素、M″はV,Cr,Mn,Al,白金属元素,Sc,Y,Au,Zn,Sn,Reからなる群から選ばれた少なくとも1種の元素、XはC,P,Ge,Ga,Sb,In,Be,Asからなる群から選ばれた少なくとも1種の元素であり、x,y,z,α,β,及びγはそれぞれ0.1≦x≦3,0<y≦30,0<z≦25,5≦y+z≦30,0.1≦α≦30,0≦β≦10及び0≦γ≦10を満たす。)により表わされる組成を有し、組織の少なくとも50%が微細な結晶粒からなり、各結晶粒の最大寸法で測定した粒径の平均が1000Å以下であるFe基合金を用いることができる。例えば、日立金属製のナノ結晶質軟磁性材ファインメット(登録商標)が用いえる。
(実施例)
本発明の実施例の一形態を図1に示す。本発明のリアクトルの磁心は、長円形状であり、長径が130mm、短径が60mm、高さ32mmで平均磁路長が280mmの寸法に形成した。高透磁率磁心部1、2、31〜34は鉄系非晶質磁性帯板(米国Metglas社製2605SA1材:厚さ25μm)の占積率82%の巻磁心を切断して作製した積層体である。半円環状の高透磁率磁心部のコーナー部1,2は、径方向の厚みを20.5mmに形成した。また、ブロック状の高透磁率磁心部31〜34は、径方向の厚みが20.5mmで、磁路方向の長さが14mmになるよう形成した。高透磁率磁心部のコーナー部1,2と高透磁率磁心部31〜34の間にはギャップ21,28,29,36を形成し、このギャップの幅は1mmとした。また、圧粉磁心部41〜45,51〜55は平均粒径が42μmのFe−6.5%Si系合金粉にカオリン4vol%、水ガラス3vol%を添加したものを用い、常温にて成形圧力1200MPaで圧縮成形し、その後成形体に窒素雰囲気中で温度1073Kの熱処理を施した。圧粉磁心部は全て同じ形状とし、径方向の厚みが20.5mm、磁路方向の長さが11mm、厚みが32mmの直方体形状とした。また、各圧粉磁心部間にはギャップ22〜27、32〜37を形成し、このギャップの幅はすべて1mmとした。高透磁率磁心部と圧粉磁心部の磁路長比は、6:4である。
この複合磁心のブロック状の高透磁率磁心部31〜34、圧粉磁心部41〜45、51〜55、およびギャップ21〜28、31〜38からなるストレート部に、コイル(図示せず)を設けた。コイルは幅6mm、厚さ1.6mmの平角銅線を76回巻き、かつ全てのギャップを覆うようにして備え付けた。これにより、本発明のリアクトルを得ることができた。
このリアクトルは、図2に示すように、直流電流160Aの時にインダクタンスが220μH以上あることが確認された。また、直流電流330Aの時にインダクタンスが50μH以上あることが確認された。このリアクトルを図6に示す駆動周波数10kHzのブースト型DC−DCコンバータのL1として搭載し、入力電圧200Vでコンバータを動作させた。そして、直流電流0A、周波数10kHzにおいて実効値11.5Aのリップル電流を流し、コンバータ出力として電圧500Vを得た時の特性を表1に示す。
リアクトル損失は35Wであり、非常に損失の少ないリアクトルを得ることができた。
図3に示すような、長円形状の複合磁心を製造した。長径、短径、高さ、平均磁路長とも実施例1と同じ寸法である。コーナー部は実施例1と同じ、鉄系非晶質磁性帯板(米国Metglas社製2605SA1材:厚さ25μm)の占積率82%の巻磁心を切断して作製した積層体である。
また、ストレート部は、圧粉磁心部41〜45、51〜55の間に、上記鉄系非晶質磁性帯板の積層体からなる同形状のブロック81〜84が配置されるよう設置した。圧粉磁心部および高透磁率磁心部からなるブロックの寸法、およびそれらの間に形成するギャップの幅は実施例1と同様である。
このリアクトルは、直流電流160Aの時にインダクタンスが232μHであり、直流電流330Aの時にインダクタンスが64μHであることが確認された。ただし、実施例1と同様にしてリアクトル損失を測定したところ、高透磁率磁心部と圧粉磁心部が交互に配置されたリアクトルでは、46Wと大きな損失となることが解った。
図4に示すような、長円形状の複合磁心を製造した。長径、短径、高さ、平均磁路長とも実施例1と同じ寸法である。コーナー部は実施例1と同じ、鉄系非晶質磁性帯板(米国Metglas社製2605SA1材:厚さ25μm)の占積率82%の巻磁心を切断して作製した積層体である。
また、ストレート部は、実施例1とは異なり、全て同形状の圧粉磁心部41〜47,51〜57からなる構造とした。圧粉磁心部の寸法、およびそれらの間に形成するギャップの幅は実施例1と同様である。
このリアクトルは、直流電流160Aの時にインダクタンスが222μHであり、直流電流330Aの時にインダクタンスが68μHであることが確認された。ただし、実施例1と同様にしてリアクトル損失を測定したところ、52Wと大きな値を示すことが解った。
図5に示すような、長円形状の複合磁心を製造した。長径、短径、高さ、平均磁路長とも実施例1と同じ寸法である。コーナー部は圧粉磁心部とし、平均粒径が42μmのFe−6.5%Si系合金粉にカオリン4vol%、水ガラス3vol%を添加したものを用い、常温にて成形圧力1200MPaで圧縮成形し、その後成形体に窒素雰囲気中で温度1073Kの熱処理を施した。形状および寸法は、実施例1の高透磁率自身部のコーナー部と同じになるよう製造した。
また、ストレート部は、鉄系非晶質磁性帯板(米国Metglas社製2605SA1材:厚さ25μm)を積層した占積率82%の積層体のブロックのみで構成した。各ブロックの寸王、およびそれらの間に形成するギャップの幅は実施例1と同様である。
このリアクトルは、直流電流160Aの時のインダクタンスは222μHと、本発明と同等であるが、直流電流330Aの時のインダクタンスが48μHであり、本発明のものより劣っていることが確認された。
図6に示すような、全て高透磁率磁心部で構成した磁心を製造した。長径、短径、高さ、平均磁路長とも実施例1と同じ寸法である。コーナー部は実施例1と同じ、鉄系非晶質磁性帯板(米国Metglas社製2605SA1材:厚さ25μm)の占積率82%の巻磁心を切断して作製した積層体である。
また、ストレート部で配置されるブロックもコーナー部と同様にして、長円形状の巻磁心を切断して作製した積層体である。各ブロックの幅は実施例1と同様である。そして、それらの間に形成するギャップの幅はすべて1.5mmとした。
このリアクトルは、直流電流160Aの時にインダクタンスが222μHであり、直流電流330Aの時にインダクタンスが68μHであることが確認された。ただし、実施例1と同様にしてリアクトル損失を測定したところ、52Wと大きな値を示すことが解った。
3、4、41〜47、51〜57:圧粉磁心部、
21〜28,31〜38:ギャップ、
L1 リアクトル、
Q1 トランジスタ、
D1 ダイオード、
C1,C2 キャパシタ
Claims (7)
- 環状の複合磁心であって、
前記複合磁心は複数の磁心部が直線状に並んで配置された第1および第2の直線状磁路、並びに、前記第1および第2の直線状磁路の一端同士側に配置される第1のコーナー部、および他端同士側に配置される第2のコーナー部を備え、
前記第1および第2のコーナー部は最大比透磁率500以上の磁性体を用いて形成され、前記第1および第2の直線状磁路とギャップを介して配置され、
前記第1および第2の直線状磁路は、最大比透磁率500以上の磁性体を用いた高透磁率の磁心部が両端にそれぞれ配置され、前記両端の磁心部の間には最大比透磁率が200以下の圧粉体からなる磁心部が複数配置され、
前記第1および第2の直線状磁路に配置される各磁心部はそれぞれギャップを介して配置されることを特徴とする複合磁心。 - 前記第1および第2のコーナー部は、非晶質軟磁性帯板または微結晶質軟磁性帯板の積層体であることを特徴とする請求項1に記載の複合磁心。
- 前記第1および第2のコーナー部は、半円状であることを特徴とする請求項2に記載の複合磁心。
- 前記圧粉体は、鉄−珪素系合金粉末、鉄−珪素−アルミニウム系合金粉末、非晶質軟磁性粉末、または微結晶質軟磁粉末を用いたものであることを特徴とする請求項1乃至請求項3に記載の複合磁心。
- 直流電流160A、周波数10kHzで測定した時のインダクタンスが220μH以上で、かつ、直流電流330A、周波数10kHzで測定した時のインダクタンスが50μH以上であることを特徴とする請求項1乃至請求項4に記載の複合磁心。
- 周波数10kHzにおいて実効値11.5Aのリップル電流を流した時のリアクトル損失が45W以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項5に記載の複合磁心。
- 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の複合磁心を用い、かつ、前記コーナー部と直線状磁路の間のギャップ、及び、直線状磁路の各磁心部間のギャップの全てを覆うようにコイルが配置されていることを特徴とするリアクトル。
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