JPS5833815A - Magnetic core - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To obtain a magnetic core which shows a large inductance in a low current region but rapidly reduces it at a certain current value by providing a magnetic material divided manner in the area near the gap provided at a part of such magnetic core. CONSTITUTION:A gap Ga is formed between the center core edges 3a, 4a of both cores 3, 4 by combining a pair of E type cores 3, 4 having the rectangular cross-sectional view and simultaneously the magnetic material plate 5 is arranged in divided manner for each outer surfaces at the each outer surface of core edges 3a and 4a in such a way as surrounding the gap Ga. In case a choke coil is formed using this magnetic core, a combined magnetic permeability at the coupling region of the gap Ga and magnetic material 5 is determined depending on the permeability of the magnetic material 5 in the low current region where the magnetic material 5 is not saturated magnetically and it becomes large. Meanwhile, in the large current region where the magnetic material 5 is saturated magnetically, said combined permeability comes closer to that of air forming the gap Ga.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主として、直流電流を重畳させて使用するコ
イル類を構成するの区：好適な磁心Ｃ二関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention mainly relates to a preferred magnetic core C2 for configuring coils that are used with superimposed direct current.

例えば、チョークコイル、スイッチング電源の出力フィ
ルタまたはフライバックコンバータのパワートランス等
のように、直流電流を重畳させて使用するコイル類（：
おいては、直流重畳特性ｌ向上させるため、ｗ、１図に
例示するように、コアセンタ部等の磁気回路の一部にギ
ャップＧａを設けたフェライト磁心を使用するのが普通
である。このようなギャップＧａを設けると、第２図に
示すように、ある一定幅のアンペアターンＩＮ（ムＴ）
の変化に対して、コイルのインダクタンスＬが一定とな
るフラットな直流重畳特性が得られるからである。なお
、直流重畳特性はギャップＧ１が大きくなるにつれて曲
線Ａ、→Ａ２→Ａｓのように移行する。For example, coils that are used with superimposed DC current, such as choke coils, output filters for switching power supplies, or power transformers for flyback converters (:
In order to improve the DC superimposition characteristic l, it is common to use a ferrite magnetic core in which a gap Ga is provided in a part of the magnetic circuit such as the core center portion, as shown in FIG. When such a gap Ga is provided, as shown in FIG.
This is because a flat DC superimposition characteristic in which the coil inductance L remains constant with respect to changes in is obtained. Note that as the gap G1 becomes larger, the DC superimposition characteristic shifts as shown by the curve A, →A2 →As.

ところが、この磁心をスイッチング電源のチョークコイ
ルに使用した場合、スイッチング電源における負荷電施
工。と出力電圧ｖ０との関係が第５図（：示すようにな
り、負荷電施工。が小さいとき、すなわちチョーク電流
不連続の領域で出力電圧Ｖ　が異常上昇し、出力安定度
が悪くなるとい０ う欠点があった。However, when this magnetic core is used in the choke coil of a switching power supply, it becomes difficult to install the load in the switching power supply. The relationship between V and the output voltage v0 is as shown in Figure 5 (:).When the load current is small, that is, in the region of choke current discontinuity, the output voltage V increases abnormally and the output stability deteriorates. There were some drawbacks.

また、１起磁心を周波数置ｌＩｌ型フライバックコンバ
ータのパワートランスＣ：使用した場合には、当該磁心
の直流重畳特性が第２図Ｃ二足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Ｃ：高くなり、間欠発
振を生じたり、スイッチング素子たるトランジスタの負
担が激増し、損失が増大して、放熱対策が厳しくなる等
の問題を生じていた。In addition, when one magnetomotive core is used as a power transformer C of an II type flyback converter, the DC superimposition characteristic of the magnetic core becomes a flat characteristic as shown in Fig. Because the inductance remains constant, the frequency becomes extremely high at light loads, causing intermittent oscillation, and problems such as the load on the transistor, which is a switching element, increases dramatically, increasing loss, and requiring strict heat dissipation measures. was.

これらの欠点を除去するための従来技術として、特公昭
５６−２４５６５号公報（：開示されたインダクタンス
の調整方法が知られている。この従来技術は、磁気回路
の一部（−磁気的空隙を設け。As a conventional technique for eliminating these drawbacks, there is known an inductance adjustment method disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-24565. Provided.

この空隙内にこの磁気回路Ｃ：磁気バイアスを与える永
久磁石を配置した磁心と磁気バイアスのない磁心（：共
通のコイルを巻いたインダクタ≦二おいて、上記２種類
の磁心間の空隙を変えることＣ二よってインダクタンス
の値を調整するものであって、低電流領域できわめて高
いインダクタンス値を持つと共に、ある一定の電流値で
その値が激減し、大電流までその小さなインダクタンス
を保持するインダクタが実現できる上述べられている。Within this air gap, this magnetic circuit C: A magnetic core with a permanent magnet that provides magnetic bias and a magnetic core without magnetic bias (: an inductor wound with a common coil ≦ 2, and the air gap between the above two types of magnetic cores is changed. C2 is used to adjust the inductance value, and the inductor has an extremely high inductance value in the low current range, and that value decreases sharply at a certain current value, and maintains this small inductance up to large currents. Can be mentioned above.

しかしながら、この従来技術においては、磁気バイアス
を加えるための永久磁石が必須であって、それが減磁現
象を伴うため、信頼性に欠ける欠点があった。However, this prior art requires a permanent magnet to apply a magnetic bias, which is accompanied by a demagnetization phenomenon, resulting in a drawback of lack of reliability.

本発明は上述する従来からの技術的課題を解決し、低電
流領域できわめて大きなインダクタンスを持ち、ある一
定の電流値でその値が激減し、大電流領域までその小さ
なインダクタンス値を保持し、しかも経年変化等（：よ
る特性変動を招くことのない高信頼度のインダクタを実
現し得る磁心を提供することを目的とする。The present invention solves the above-mentioned conventional technical problems, and has an extremely large inductance in the low current range, whose value decreases sharply at a certain current value, and maintains this small inductance value up to the high current range. The purpose of this invention is to provide a magnetic core that can realize a highly reliable inductor that does not cause characteristic changes due to aging, etc.

上記目的を達成するため、本発明は、一部Ｃ：ギャップ
を有する磁心において、前記ギャップの付近に磁性体を
分割して配置したことｔ特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that, in a magnetic core having a partial gap, a magnetic body is divided and arranged near the gap.

以下実施例たる添付図面を参照し、本発明の内容を具体
的Ｃ：説明する。第４図（Ａｌは本発明（二係る磁心の
正面部分断面図、第４図（囮は第４図法）のＢ、−Ｂ、
線上（：おける断面図である。この実施例では、断面矩
形状の２つのＥ型コア５％　４を組合せて、両者５．４
のセンタコア端部５ａ−４ａ間にギャップＧｆＬを形成
すると共に、コア端部５ａ％　４ａの各外面に、前記ギ
ャップＧａを包囲する如く、板状の磁性体５を各外面毎
に分割して配置した構造となっている。前記磁性体５は
非晶質合金・フェライト・フェライト粉末と合成樹脂と
を混合して成形した複合樹脂フェライト、パーマロイま
たはケイ素銅板等が適当である。これらの磁性材料で成
る磁性体５を、コア端部５ａ、４ａの外向の一部または
全部（：、各外面毎に分割した状態で、接着材で貼着し
、または結束具で固着する。EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the contents of the present invention will be specifically explained with reference to the accompanying drawings which are examples. Fig. 4 (Al is a front partial cross-sectional view of the magnetic core according to the present invention (2), B, -B of Fig. 4 (the decoy is the Fig. 4 method),
This is a cross-sectional view taken on the line (:). In this example, two E-type cores with a rectangular cross section 5% 4 are combined, and both 5.4
A gap GfL is formed between the center core ends 5a and 4a, and a plate-shaped magnetic body 5 is divided and arranged on each outer surface of the core end 5a to surround the gap Ga. It has a similar structure. The magnetic material 5 is suitably made of an amorphous alloy, ferrite, a composite resin ferrite formed by mixing ferrite powder and synthetic resin, permalloy, a silicon copper plate, or the like. The magnetic body 5 made of these magnetic materials is attached to a part or all of the outward part of the core end portions 5a, 4a (divided for each outer surface) with an adhesive or with a binding tool.

上述のようＣ：、ギャップＧａの付近に磁性体５を設け
ると、この磁心を使用してチョークコイル等を構成した
場合、磁性体５が磁気飽和しない低電流領域では、ギャ
ップＧａと磁性体５との結合部分（：おける合成透磁率
が、磁性体５の透磁率に依存して定まり、その値が非常
（＝ｉｌｉｉ６くなる。このため、第５図に示すように
、チョーク電流不連続の低電流領域（イ）Ｃ二おけるイ
ンダクタンス値が非常（−高くなる。一方、負荷が増大
ひ、チョーク電流がある一定値以上になると、磁性体５
が磁気飽和するため、前記の合成透磁率がギャップＧ、
を構成する空気の透磁率に近づく。このため、チョーク
電流がある一定値Ｃ二なるとインダクタンス値が急激に
減少し、チョーク電流連続の領域（０１ではギャップＧ
１のみの場合と同様のフラットな特性となる。As described above, if the magnetic body 5 is provided near the gap Ga, and this magnetic core is used to configure a choke coil or the like, in a low current region where the magnetic body 5 is not magnetically saturated, the gap Ga and the magnetic body 5 are The combined magnetic permeability at the coupling part (:) is determined depending on the magnetic permeability of the magnetic body 5, and its value becomes extremely (=ilii6). Therefore, as shown in Fig. The inductance value in the low current region (a) C2 becomes very (-high).On the other hand, when the load increases and the choke current exceeds a certain value, the magnetic material 5
is magnetically saturated, the above composite magnetic permeability becomes the gap G,
approaches the magnetic permeability of the air that constitutes it. Therefore, when the choke current reaches a certain value C2, the inductance value decreases rapidly, and the inductance value decreases rapidly, and the choke current continues (at 01, the gap G
The same flat characteristics as in the case of only 1 are obtained.

このように、本発明によれば、軽負荷時にインダクタン
ス値を急増させることができるから、当該磁心な使用し
てチョークコイル、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を構成した場合には、第６図に示
すように、従来、軽負荷時に（ハ）のように異常上昇す
る傾向にあった出力電圧ｖ０が、インダクタンス値の増
大により、その上昇がに）のように抑制され、出力安定
度が非常Ｃ二艮好Ｃ二なる。As described above, according to the present invention, the inductance value can be rapidly increased during light loads, so when the magnetic core is used to configure a choke coil, an output filter of a switching power supply, a power transformer, etc., the sixth As shown in the figure, the output voltage v0, which conventionally had a tendency to rise abnormally as shown in (c) at light loads, is suppressed as shown in (2) due to the increase in inductance value, and the output stability is improved. Very C2 good C2.

また、当該磁心な周波数Ｋｍ型フライバックコンパータ
のパワートランスＣ；使用した場合には、軽負荷時にお
けるインダクタンス値が非常に高くなるので、周波数の
異常上昇、間欠発振等が抑制され、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。また漏洩磁束
が減少するので、漏洩インダクタンスが小さくなる。In addition, when using the power transformer C of the frequency Km type flyback converter with a magnetic core, the inductance value becomes extremely high at light loads, so abnormal frequency increases, intermittent oscillations, etc. are suppressed, and the switching transistor This reduces the burden on customers and reduces losses. Furthermore, since the leakage magnetic flux is reduced, the leakage inductance is also reduced.

史（：、特公昭５６−２４５６５号公報に開示されたも
のと異なって、永久磁石を持たず、減磁現象等の不安定
要素を発生する余地がないので、長期間に亘って安定に
動作する高信頼度のインダクタを実現することができる
。Unlike the one disclosed in Japanese Patent Publication No. 56-24565, it does not have a permanent magnet and there is no room for unstable factors such as demagnetization, so it can operate stably over a long period of time. A highly reliable inductor can be realized.

本発明のもう一つの重要な特徴は％前記磁性体５を分割
して配置したことである。Another important feature of the present invention is that the magnetic body 5 is divided and arranged.

前記磁性体５は、前述した如く、非晶質合金、フェライ
ト等で構成されるものであり、曲げ性が良くない、この
ため、磁性体５を分割せずにコア端部５　ａ　ｈ　４　
ａ　（−巻き付けた場合、磁性体５がコア端部５ａ、４
ａの外面に密着せず、特性のバラツキや寸法誤差を招く
、特Ｃ二、コア端部５ａ、４ａを実施例Ｃ：示したよう
（：断面角形とした場合Ｃ：は、磁性体５が磁心の稜角
間で第７図の（ホ）で示すように外側Ｃ二膨み、密着さ
せることが非常に困難である。これに対し、磁性体５を
分割して配置する構造であると、コア端部５ａ、４＆の
外形形状の如何に拘らず、磁性体５を密着して設けるこ
とができるから、特性のバラツキや寸法誤差のない磁心
な得ることができる。As mentioned above, the magnetic body 5 is made of amorphous alloy, ferrite, etc., and has poor bendability. Therefore, the core end portion 5 a h 4 is formed without dividing the magnetic body 5.
a (- When wound, the magnetic body 5 is attached to the core ends 5a, 4
In C:, when the core ends 5a and 4a are made into a rectangular cross section as shown in Example C:, the magnetic body 5 As shown in FIG. 7 (E) between the ridge angles of the magnetic core, the outer C2 bulges, making it very difficult to make them come into close contact.On the other hand, if the magnetic body 5 is arranged in sections, Regardless of the outer shape of the core end portions 5a, 4&, since the magnetic body 5 can be provided in close contact with each other, it is possible to obtain a magnetic core without variations in characteristics or dimensional errors.

また、第７図に示したように、磁性体５をコア端部５ａ
、４ａの外面に連続して巻回した場合には、磁性体５が
ショートリングとなり、コア端部５＆、４已を通る磁束
により磁性体５に誘起される起電力によって、磁性体５
（：電流が流れ、損失、発熱を発生する。これに対し、
本発明のように、磁性体５ｔ／分割して設けると、磁性
体５の各分割片間にギャップｇ、が形成されるので、前
記起電力ｉ二対して磁性体５が開放回路となる。すなわ
ち、磁性体５はショートリングを構成しないから、その
損失、発熱を防止することができる。Further, as shown in FIG. 7, the magnetic body 5 is attached to the core end 5a.
, 4a, the magnetic body 5 becomes a short ring, and the electromotive force induced in the magnetic body 5 by the magnetic flux passing through the core ends 5&, 4a causes the magnetic body 5 to
(: Current flows, generating loss and heat. In contrast,
When the magnetic body 5 is divided and provided as in the present invention, a gap g is formed between each divided piece of the magnetic body 5, so that the magnetic body 5 becomes an open circuit with respect to the electromotive force i2. That is, since the magnetic body 5 does not constitute a short ring, its loss and heat generation can be prevented.

前記磁性体５はコア端部５ａ、４ａの同一外面ゝ−上で
更≦二細分割してもよく、また積層して設けてもよい、
また、ショートリングの形成をより確実（：阻止するた
め、磁性体５の各分割片間または積層界面Ｃ；絶縁物を
介在させてもよい、更に、磁性体５はコア端部５ａ、４
ａの外面の一部にのみ設けてもよい。The magnetic body 5 may be further divided into ≦2 pieces on the same outer surface of the core ends 5a, 4a, or may be laminated.
Furthermore, in order to more reliably (prevent) the formation of short rings, an insulator may be interposed between each divided piece of the magnetic body 5 or the laminated interface C;
It may be provided only on a part of the outer surface of a.

第８図は本発明に係る磁心を用いたチョークコイルのア
ンペアターン−インダクタンス特性を、従来の磁心な用
いたチョークコイルのそれと比較して示す実測Ｃ；よる
特性図である。図において、横軸にアンペアターンエ　
　（ＡＴ）をとり、縦（Ｉｃ 軸にインダクタンスＬ（ｍＨ）をとっである。曲線Ｃ８
は磁性体を持たない磁心、すなわち第１図に示した従来
の磁心な用いたチョークコイルの特性を示し、曲線Ｏ１
、Ｃ２は本発明に係る磁心を用いたチョークコイルの特
性を示している。曲線０、はコア端部５ａ、４ａの相対
向二面Ｃ：のみ非晶質合金で成る磁性体５１に分割して
配置したものの特性を示し、曲＠Ｏ，はコア地部５ａｋ
　４ａの全面に非晶質合金で成る磁性体５を分割して配
置したものの特性を示している。FIG. 8 is a characteristic diagram based on actual measurement C; showing the ampere turns-inductance characteristics of a choke coil using a magnetic core according to the present invention in comparison with that of a conventional choke coil using a magnetic core. In the diagram, the horizontal axis shows the ampere turn
(AT), and the inductance L (mH) is plotted on the vertical (Ic) axis.Curve C8
shows the characteristics of a choke coil using a magnetic core without magnetic material, that is, the conventional magnetic core shown in Fig. 1, and the curve O1
, C2 indicate the characteristics of the choke coil using the magnetic core according to the present invention. Curve 0 shows the characteristics of the core end portions 5a, 4a divided into two opposed surfaces C: of the magnetic material 51 made of an amorphous alloy, and the curve @O shows the characteristics of the core end portion 5ak.
This figure shows the characteristics of a magnetic body 5 made of an amorphous alloy that is divided and arranged over the entire surface of 4a.

第８図から明らかなように、従来の磁心を用いなチョー
クコイルは、コイル電流の一定幅の変化に対してインダ
クタンスＬが約０．９ｍＨ程度のフラットな特性（曲線
Ｏ８）となるが、本発明（：係る磁心な用いたチョーク
コイルは、ｄ［ｃｌ、ｃ＋２で示す如く、コイル電流が
減少し、アンペアターンが約６０〜４［）（ＡＴ）以下
になると、インダクタンスＬが急激に増加する。また、
曲線Ｃ１、Ｃ２の比較から明らかなように、コア端部５
ａ、４ａに設ける磁性体５の数によって、インダクタン
ス値を増減調整することができる。As is clear from Fig. 8, the conventional choke coil using a magnetic core has a flat characteristic (curve O8) in which the inductance L is about 0.9 mH for a constant change in coil current. Invention (: In the choke coil using such a magnetic core, as shown by d[cl, c+2), when the coil current decreases and the ampere turns becomes less than about 60 to 4 [) (AT), the inductance L increases rapidly. . Also,
As is clear from the comparison of curves C1 and C2, the core end 5
The inductance value can be increased or decreased by adjusting the number of magnetic bodies 5 provided in a and 4a.

以上述べたようご二本発明は、一部にギャップを有する
磁心において、前記ギャップの付近Ｃ：磁性体を分割し
て配置したことを特徴とするから、低電流領域で大きな
インダクタンスを持ち、ある一定の電流値でその値が激
減し、大電流領域までその小さなインダクタンス値を保
持し、しかも経年変化等による特性変動や特性のバラツ
キ、史≦二はショートリングＣ：よる損失、発熱等ン伴
うことのない高信頼度のコイル類″Ｉｋ：実現し得る磁
心を提供し、チョークコイル、スイッをング’１１ｍの
出力フィルタまたはフライバックコンバータのパワート
ランス等に使用した場合舊：は、軽負荷時の出力電圧、
周波数の異常上昇を抑制し、出力安定度を向上させ、間
欠発振等の異常動作を防止し、特性を向上させ％損失を
減少させることができる。As described above, the present invention is characterized in that in a magnetic core having a gap in a part, the magnetic material is divided and arranged near the gap, so that it has a large inductance in a low current region. The value decreases sharply at a constant current value, and maintains this small inductance value up to a large current range, and the characteristics fluctuate and vary due to aging, etc. If history ≦ 2, short ring C: accompanied by loss, heat generation, etc. Provides a magnetic core that provides highly reliable coils that can be used in choke coils, switching output filters, power transformers of flyback converters, etc. during light loads. output voltage,
It is possible to suppress abnormal increases in frequency, improve output stability, prevent abnormal operations such as intermittent oscillation, improve characteristics, and reduce % loss.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は従来の磁心の正面図、第２図はその直流重畳特
性図、第５図は第１図の磁心を使用して構成したスイッ
チング電源の出力電流−出力電圧特性図、第４図（Ａｔ
は本発明に係る磁心の正面部分断面図、第４図（Ｂｌは
第４図（Ａ）のＢ、−Ｂ、線上における断面図、第５図
は本発明に係る磁心な用いたコイルのアンペアターン−
インダクタンス特性図、第６図は本発明に係る磁心な用
いた場合の出力電流−出力電圧特性図、ｗＬ１図は本発
明の詳細な説明するための磁性体の別の取付方法を示す
図、ｆＩｇ８図は本発明ζ二係る磁心を用いたチョック
コイルのアンペアターン−インダクタンス特性を。 従来の磁心な用いたチョークコイルのそれと比較して示
す笑劇による特性図である。 ５ａ、　４ａ　　・・−コア端部 ５　・・・　磁性体 Ｇユ　・・・　ギャップ 第１図 ＩＮ　−−１− ｏ　− アンペア７−ン　ＩＮ（ＡＴ）Figure 1 is a front view of a conventional magnetic core, Figure 2 is its DC superposition characteristic diagram, Figure 5 is an output current-output voltage characteristic diagram of a switching power supply configured using the magnetic core of Figure 1, and Figure 4. (At
is a front partial cross-sectional view of the magnetic core according to the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line B, -B in FIG. Turn-
Inductance characteristic diagram, Figure 6 is an output current-output voltage characteristic diagram when a magnetic core according to the present invention is used, wL1 diagram is a diagram showing another method of attaching a magnetic body to explain the present invention in detail, fIg8 The figure shows the ampere-turn-inductance characteristics of a chock coil using a magnetic core according to the present invention. It is a comic characteristic diagram showing a comparison with that of a choke coil using a conventional magnetic core. 5a, 4a... Core end 5... Magnetic material G unit... Gap Figure 1 IN -1- o - Ampere 7- IN (AT)

Claims (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、前記ギャ
ップの付近に磁性体を分割して配置したことを特徴とす
る磁心。 （２）　　前記ギャップを構成する磁心端部は角形であ
り、前記磁性体は１起磁６端部の外面の一部または全部
Ｃ−前記外面毎（−分割して設けたことを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載の磁心。 （５）前記磁性体は、非晶質合金、フェライト、複合樹
脂フェライト、パーマロイまたはケイ素鋼板の少なくと
も一種ζ：よって構成したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項にｉｉ：＠の磁心。[Scope of Claims] (1) A magnetic core having a gap in a part thereof, characterized in that a magnetic body is divided and arranged near the gap. (2) The magnetic core end portion constituting the gap is square, and the magnetic body is provided separately for each outer surface (-) of a part or all of the outer surface of the 1 magnetomotive 6 end portion. The magnetic core according to claim 1. (5) The magnetic material is at least one of amorphous alloy, ferrite, composite resin ferrite, permalloy, or silicon steel plate. ii: @ magnetic core in the first or second term of the range.