JP2003068550A - 軟磁性ポットコア、その製造方法、およびこれを用いるリアクトル - Google Patents
軟磁性ポットコア、その製造方法、およびこれを用いるリアクトルInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高周波におけるインダクタンスに優れ、大電
流においては直流重畳特性に優れ、かつ巻線の自動化に
より大量生産が可能な大電流リアクトル用軟磁性ポット
コア、その製造方法、およびこれを用いたリアクトルを
提供する。 【解決手段】 Fe−Si(Si:1〜7重量%)、F
e−Ni(Ni:45〜55重量%)、Fe−Ni(N
i:15〜20重量%)−Mo(Mo:2〜5重量%)
から選ばれた1種以上の軟磁性粉末を120メッシュ以
下に分級し、その表面にカオリン−ベントナイト−水ガ
ラスからなるセラミックなどでコーティングし、これを
圧縮成型、次いで有機シーリング剤にて空隙を充填す
る。
流においては直流重畳特性に優れ、かつ巻線の自動化に
より大量生産が可能な大電流リアクトル用軟磁性ポット
コア、その製造方法、およびこれを用いたリアクトルを
提供する。 【解決手段】 Fe−Si(Si:1〜7重量%)、F
e−Ni(Ni:45〜55重量%)、Fe−Ni(N
i:15〜20重量%)−Mo(Mo:2〜5重量%)
から選ばれた1種以上の軟磁性粉末を120メッシュ以
下に分級し、その表面にカオリン−ベントナイト−水ガ
ラスからなるセラミックなどでコーティングし、これを
圧縮成型、次いで有機シーリング剤にて空隙を充填す
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術】本発明は大電流を要する洗濯機、
冷蔵庫、空調機などの家庭電気製品や数値制御(NC制
御)により各種産業設備の電気回路に適用されるリアク
トル用ポットコア、その製造方法、およびこのポットコ
アを利用したリアクトルに関する。
冷蔵庫、空調機などの家庭電気製品や数値制御(NC制
御)により各種産業設備の電気回路に適用されるリアク
トル用ポットコア、その製造方法、およびこのポットコ
アを利用したリアクトルに関する。
【0002】
【従来の技術】各種家庭用電気製品の普及が加速度的に
進み、これに付随して電気エネルギーの消費量も増加の
一途を辿っている。このような傾向に対し欧米諸国で
は、家庭用電気製品に対して電気エネルギー効率を法律
で規制するという現状にあるほどである。家庭用電気製
品の電気エネルギー効率を高める一つの方策に、構成さ
れている電気回路に電源力率効果を改善するためのリア
クトルを適用することがある。また、NC方式制御によ
り各種産業設備の構成電気回路による高性能化、高効率
化のために、インバータ方式が採用され、それに伴い必
要なリアクトルの需要が増加し続けている。
進み、これに付随して電気エネルギーの消費量も増加の
一途を辿っている。このような傾向に対し欧米諸国で
は、家庭用電気製品に対して電気エネルギー効率を法律
で規制するという現状にあるほどである。家庭用電気製
品の電気エネルギー効率を高める一つの方策に、構成さ
れている電気回路に電源力率効果を改善するためのリア
クトルを適用することがある。また、NC方式制御によ
り各種産業設備の構成電気回路による高性能化、高効率
化のために、インバータ方式が採用され、それに伴い必
要なリアクトルの需要が増加し続けている。
【0003】リアクトルには各種磁性コアが装着されて
おり、電源力率効果改善、設備の高性能化および高効率
化のためには、リアクトルを構成する核心素材である磁
性コアの素材開発が重要である。リアクトル用磁性コア
を適用している製品を高性能化、高効率化していくに
は、インダクタンスと飽和磁束密度が高く、直流重畳特
性に優れ、コアロスができる限り低い、という3つの特
性を備えることが重要である。
おり、電源力率効果改善、設備の高性能化および高効率
化のためには、リアクトルを構成する核心素材である磁
性コアの素材開発が重要である。リアクトル用磁性コア
を適用している製品を高性能化、高効率化していくに
は、インダクタンスと飽和磁束密度が高く、直流重畳特
性に優れ、コアロスができる限り低い、という3つの特
性を備えることが重要である。
【0004】また、リアクトル用コアを実回路に装着す
るには、大量生産が可能で、かつ製造費も安くすること
が必要となる。しかし、前述の要求特性を全て満たすコ
アはなく、それぞれの適用に応じて、要求特性と製造費
を考慮してコアが選ばれているのが実情である。
るには、大量生産が可能で、かつ製造費も安くすること
が必要となる。しかし、前述の要求特性を全て満たすコ
アはなく、それぞれの適用に応じて、要求特性と製造費
を考慮してコアが選ばれているのが実情である。
【0005】リアクトル用コアには、代表的にトロイダ
ルコア(toroidal core)、EIコア、ポ
ットコアの3種類がある。
ルコア(toroidal core)、EIコア、ポ
ットコアの3種類がある。
【0006】トロイダルコア(図1)は、磁路が閉回路
を構成しており、漏れ磁束が殆ど無いという特性を有し
ている。しかし大電流では、直流重畳特性が劣るためコ
ア形状の際、巻線を自動化できず手作業による巻線が不
可欠となるため、均一な巻線効果が得られず、生産性が
悪いという欠点がある。
を構成しており、漏れ磁束が殆ど無いという特性を有し
ている。しかし大電流では、直流重畳特性が劣るためコ
ア形状の際、巻線を自動化できず手作業による巻線が不
可欠となるため、均一な巻線効果が得られず、生産性が
悪いという欠点がある。
【0007】リアクトル用トロイダルコアは単純な形状
で、成形し易いため成形性に劣る材料においても適用可
能である。この材料としては、Fe−Si(9%)−A
l(6%)センダスト粉末、Fe−Ni(50%)ハイ
フラックス粉末、Ni−Fe(18%)−Mo(2%)
モリブデンパーマロイ粉末、Fe−Si(6%)の磁性
粉末などの軟磁性粉末、Fe系非晶質ストリップがあ
る。
で、成形し易いため成形性に劣る材料においても適用可
能である。この材料としては、Fe−Si(9%)−A
l(6%)センダスト粉末、Fe−Ni(50%)ハイ
フラックス粉末、Ni−Fe(18%)−Mo(2%)
モリブデンパーマロイ粉末、Fe−Si(6%)の磁性
粉末などの軟磁性粉末、Fe系非晶質ストリップがあ
る。
【0008】軟磁性粉末を用いてリアクトル用トロイダ
ルコアを製造するには例えば、Ni40〜60重量%を
含み残部はFeであるパーマロイ合金粉末と、2〜8重
量%のSiを含み残部はFeであるケイ素鋼粉末とを混
合し、この混合粉末に混合セラミックで絶縁コーティン
グを施した後、潤滑剤を添加してトロイダルコアを成形
して熱処理する方法が韓国公開特許公報2001−00
917号に開示されている。
ルコアを製造するには例えば、Ni40〜60重量%を
含み残部はFeであるパーマロイ合金粉末と、2〜8重
量%のSiを含み残部はFeであるケイ素鋼粉末とを混
合し、この混合粉末に混合セラミックで絶縁コーティン
グを施した後、潤滑剤を添加してトロイダルコアを成形
して熱処理する方法が韓国公開特許公報2001−00
917号に開示されている。
【0009】Elコア(図2)は、ケイ素鋼板(方向性
電気鋼板)を積層して製造する。このコアは、製造に係
わる費用が低いため汎用されている。しかし、大電流に
おける直流重畳特性と高周波でのインダクタンスが低
く、コアの重量が大きくなるという欠点がある。リアク
トル用Elコアに係る技術の一例が韓国公開特許公報1
996−25842号に開示されている。
電気鋼板)を積層して製造する。このコアは、製造に係
わる費用が低いため汎用されている。しかし、大電流に
おける直流重畳特性と高周波でのインダクタンスが低
く、コアの重量が大きくなるという欠点がある。リアク
トル用Elコアに係る技術の一例が韓国公開特許公報1
996−25842号に開示されている。
【0010】ポットコア(pot core)(図3)
は、複雑な形状に成形することが要求されるため、成形
性のよいFe純鉄粉末が用いられてきた。しかしFe純
鉄粉末ポットコアの場合、透磁率が低く、大電流におけ
る直流重畳特性と高周波でのインダクタンスがを得るこ
とは困難である。
は、複雑な形状に成形することが要求されるため、成形
性のよいFe純鉄粉末が用いられてきた。しかしFe純
鉄粉末ポットコアの場合、透磁率が低く、大電流におけ
る直流重畳特性と高周波でのインダクタンスがを得るこ
とは困難である。
【0011】磁性粉末以外では、MnあるいはNi系フ
ェライト粉末を用いて製造することがあるが、飽和磁束
密度が低く、高周波において直流重畳特性が急減するた
め大電流リアクトル用には不適当である。ポットコアに
係る技術の一例が米国特許公報 5、912、609号
に開示されている。
ェライト粉末を用いて製造することがあるが、飽和磁束
密度が低く、高周波において直流重畳特性が急減するた
め大電流リアクトル用には不適当である。ポットコアに
係る技術の一例が米国特許公報 5、912、609号
に開示されている。
【0012】10A以上の大電流リアクトル用コアの形
状としては、ポットコアが理想的と考えられている。し
かし、Fe系非晶質ストリップを用いる場合、粉末でな
くストリップであるためトロイダルコア以外のポットコ
アを製造するのは困難であり、また、非晶質粉末の場合
においても材料の特性として、100μm以内の大変薄
い板状微細粉末であるため成形性が悪く、ポットコアの
製造は困難となる。
状としては、ポットコアが理想的と考えられている。し
かし、Fe系非晶質ストリップを用いる場合、粉末でな
くストリップであるためトロイダルコア以外のポットコ
アを製造するのは困難であり、また、非晶質粉末の場合
においても材料の特性として、100μm以内の大変薄
い板状微細粉末であるため成形性が悪く、ポットコアの
製造は困難となる。
【0013】Fe−Si、Fe−Ni、Fe−Ni−M
oの軟磁性粉末は直流重畳性に優れるが成形性に劣るた
め、単純な形状を有するトロイダルコアに適用されてい
るが、複雑な形状のポットコアには適用されていない。
すなわち、これら軟磁性粉末を通常の方法でポットコア
に成形すると、強度が充分でなく製品化することが難し
い。
oの軟磁性粉末は直流重畳性に優れるが成形性に劣るた
め、単純な形状を有するトロイダルコアに適用されてい
るが、複雑な形状のポットコアには適用されていない。
すなわち、これら軟磁性粉末を通常の方法でポットコア
に成形すると、強度が充分でなく製品化することが難し
い。
【0014】実験的に大容量成形機を用いて高圧成形す
ると、ある程度の強度は得られているが、商業的に大量
生産するには不向きであり価格競争力も低い。
ると、ある程度の強度は得られているが、商業的に大量
生産するには不向きであり価格競争力も低い。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高周
波におけるインダクタンスに優れ、大電流において直流
重畳特性に優れ、強度が充分高く、かつ巻線の自動化に
より大量生産が可能な大電流リアクトル用軟磁性ポット
コア、その製造方法、およびこれを用いたリアクトルを
提供することにある。
波におけるインダクタンスに優れ、大電流において直流
重畳特性に優れ、強度が充分高く、かつ巻線の自動化に
より大量生産が可能な大電流リアクトル用軟磁性ポット
コア、その製造方法、およびこれを用いたリアクトルを
提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成すべく
請求項1の発明は軟磁性ポットコアであり、Fe−Si
(Si:1〜7重量%)、Fe−Ni(Ni:45〜5
5重量%)、Fe−Ni(Ni:15〜20重量%)−
Mo(Mo:2〜5重量%)から選ばれた1種以上の軟
磁性粉末の表面に絶縁コーティングし、これを圧縮成型
し、次いで空隙に有機シーリング剤を充填したことを特
徴としている。
請求項1の発明は軟磁性ポットコアであり、Fe−Si
(Si:1〜7重量%)、Fe−Ni(Ni:45〜5
5重量%)、Fe−Ni(Ni:15〜20重量%)−
Mo(Mo:2〜5重量%)から選ばれた1種以上の軟
磁性粉末の表面に絶縁コーティングし、これを圧縮成型
し、次いで空隙に有機シーリング剤を充填したことを特
徴としている。
【0017】請求項2の発明は請求項1記載の軟磁性ポ
ットコアであり、前記ポットコアの空隙率は2容量%以
下であることを特徴としている。
ットコアであり、前記ポットコアの空隙率は2容量%以
下であることを特徴としている。
【0018】請求項3の発明は請求項1記載の軟磁性ポ
ットコアであり、前記有機シーリング剤はエポキシ10
0重量%に対して硬化剤30〜70重量%が混合される
ことを特徴としている。
ットコアであり、前記有機シーリング剤はエポキシ10
0重量%に対して硬化剤30〜70重量%が混合される
ことを特徴としている。
【0019】請求項4の発明は請求項1記載の軟磁性ポ
ットコアであり、前記ポットコアは大電流(10A以
上)用として外径が30〜100mmインダクタンス値
が0.5〜10.0mHであることを特徴としている。
ットコアであり、前記ポットコアは大電流(10A以
上)用として外径が30〜100mmインダクタンス値
が0.5〜10.0mHであることを特徴としている。
【0020】請求項5の発明は軟磁性ポットコアの製造
方法であり、Fe−Si(Si:1〜7重量%)、Fe
−Ni(Ni:45〜55重量%)、Fe−Ni(N
i:15〜20重量%)−Mo(Mo:2〜5重量%)
から選ばれた1種以上の軟磁性粉末を120メッシュ以
下に分級する段階と、前記軟磁性粉末100重量%に対
して混合セラミック0.5〜3.5重量%を混合して前
記軟磁性粉末をコーティングする段階と、前記コーティ
ングした軟磁性粉末をポットコアに成形する段階と、こ
のポットコア成形体を不活性あるいは還元性雰囲気下、
600〜800℃にて0.5〜3時間熱処理する段階
と、前記熱処理したポットコアを、減圧下において液状
有機シーリング剤に含浸してから硬化させる段階を経て
製造することを特徴としている。
方法であり、Fe−Si(Si:1〜7重量%)、Fe
−Ni(Ni:45〜55重量%)、Fe−Ni(N
i:15〜20重量%)−Mo(Mo:2〜5重量%)
から選ばれた1種以上の軟磁性粉末を120メッシュ以
下に分級する段階と、前記軟磁性粉末100重量%に対
して混合セラミック0.5〜3.5重量%を混合して前
記軟磁性粉末をコーティングする段階と、前記コーティ
ングした軟磁性粉末をポットコアに成形する段階と、こ
のポットコア成形体を不活性あるいは還元性雰囲気下、
600〜800℃にて0.5〜3時間熱処理する段階
と、前記熱処理したポットコアを、減圧下において液状
有機シーリング剤に含浸してから硬化させる段階を経て
製造することを特徴としている。
【0021】請求項6の発明は請求項5記載の軟磁性ポ
ットコアの製造方法であり、前記成形体は、成形密度が
5.5g/cm3以上になるように成形圧を加えること
を特徴としている。
ットコアの製造方法であり、前記成形体は、成形密度が
5.5g/cm3以上になるように成形圧を加えること
を特徴としている。
【0022】請求項7の発明は請求項5記載の軟磁性ポ
ットコアの製造方法であり、前記有機シーリング剤はエ
ポキシ100重量%に対して硬化剤30〜70重量%混
合したものであることを特徴としている。
ットコアの製造方法であり、前記有機シーリング剤はエ
ポキシ100重量%に対して硬化剤30〜70重量%混
合したものであることを特徴としている。
【0023】請求項8の発明は請求項5記載の軟磁性ポ
ットコアの製造方法であり、前記減圧含浸は、10−1
トル以下の圧力で行うことを特徴としている。
ットコアの製造方法であり、前記減圧含浸は、10−1
トル以下の圧力で行うことを特徴としている。
【0024】請求項9の発明はリアクトルであり、請求
項1〜4に記載したポットコアを有することを特徴とし
ている。
項1〜4に記載したポットコアを有することを特徴とし
ている。
【0025】
【発明の実施の形態】本発明は、従来ポットコアには不
適用とされていたFe−Si、Fe−Ni、Fe−Ni
−Moの軟磁性粉末を、ポットコアへ適用したことにそ
の特徴がある。
適用とされていたFe−Si、Fe−Ni、Fe−Ni
−Moの軟磁性粉末を、ポットコアへ適用したことにそ
の特徴がある。
【0026】[ポットコア]本発明のポットコアは、F
e−Si、Fe−Ni、Fe−Ni−Moから選ばれた
1種以上の軟磁性粉末から構成される。Fe−Si軟磁
性粉末はSiを1〜7重量%と残部がFeとから構成さ
れ、Fe−Ni軟磁性粉末はNiが45〜55重量%と
残部がFeとから構成され、Fe−Ni−Moの軟磁性
粉末はNiが15〜20重量%、Moが2〜5重量%、
および残部がFeから構成される。前記構成比は、最適
の磁気特性を有するための構成範囲として選ばれたもの
である。
e−Si、Fe−Ni、Fe−Ni−Moから選ばれた
1種以上の軟磁性粉末から構成される。Fe−Si軟磁
性粉末はSiを1〜7重量%と残部がFeとから構成さ
れ、Fe−Ni軟磁性粉末はNiが45〜55重量%と
残部がFeとから構成され、Fe−Ni−Moの軟磁性
粉末はNiが15〜20重量%、Moが2〜5重量%、
および残部がFeから構成される。前記構成比は、最適
の磁気特性を有するための構成範囲として選ばれたもの
である。
【0027】Fe−Si軟磁性粉末においてSi含有率
が1%未満であると、飽和磁束密度が非常に低く、7%
を超えると、得られる粉末の脆性が高くなり成形性が急
落するばかりでなく飽和磁束密度の増加が期待できなく
なる。軟磁性粉末にはその他不可避な不純物が含有され
得るが、Fe中の炭素の含量率は0.1%未満のものを
用いることが好ましい。
が1%未満であると、飽和磁束密度が非常に低く、7%
を超えると、得られる粉末の脆性が高くなり成形性が急
落するばかりでなく飽和磁束密度の増加が期待できなく
なる。軟磁性粉末にはその他不可避な不純物が含有され
得るが、Fe中の炭素の含量率は0.1%未満のものを
用いることが好ましい。
【0028】本発明は、軟磁性粉末表面に絶縁コーティ
ング層を形成させる。絶縁コーティング層は一般的に用
いられているセラミックであり、代表的なものとしてカ
オリン−ベントナイト−水ガラスから構成される混合セ
ラミックである。
ング層を形成させる。絶縁コーティング層は一般的に用
いられているセラミックであり、代表的なものとしてカ
オリン−ベントナイト−水ガラスから構成される混合セ
ラミックである。
【0029】本発明は、更にポットコアの強度を上げる
ために、空隙に有機シーリング剤を充填して空隙率を下
げる。有機シーリング剤としては、エポキシ、フェノー
ル、メラニン、アクリル樹脂などの液状品に、樹脂10
0重量%に対して硬化剤を30〜70重量%混合したも
のが好ましく選ばれる。有機シーリング剤を充填して空
隙率を2容量%以下に抑えることによりポットコアの強
度が満足するほどに確保できる。
ために、空隙に有機シーリング剤を充填して空隙率を下
げる。有機シーリング剤としては、エポキシ、フェノー
ル、メラニン、アクリル樹脂などの液状品に、樹脂10
0重量%に対して硬化剤を30〜70重量%混合したも
のが好ましく選ばれる。有機シーリング剤を充填して空
隙率を2容量%以下に抑えることによりポットコアの強
度が満足するほどに確保できる。
【0030】このように構成された本発明のポットコア
は、外径が30〜100mm、インダクタンス値が0.
5〜10.0mHで、10A以上の大電流に適用可能な
特性を有するものとすることができる。
は、外径が30〜100mm、インダクタンス値が0.
5〜10.0mHで、10A以上の大電流に適用可能な
特性を有するものとすることができる。
【0031】[ポットコアの製造方法]本発明ポットコ
アは、Fe−Si(Si:1〜7重量%)、Fe−Ni
(Ni:45〜55重量%)、Fe−Ni(Ni:15
〜20重量%)−Mo(Mo:2〜5重量%)から選ば
れた1種以上の軟磁性粉末を用いる。
アは、Fe−Si(Si:1〜7重量%)、Fe−Ni
(Ni:45〜55重量%)、Fe−Ni(Ni:15
〜20重量%)−Mo(Mo:2〜5重量%)から選ば
れた1種以上の軟磁性粉末を用いる。
【0032】軟磁性粉末の製造には、一般に金属粉末を
大量生産するのに広く用いられている高圧の水噴射によ
るアトマイジング法が好ましい。さらに製造された磁性
粉末を120メッシュ以下に分級して、流動性がよい粉
末とする。
大量生産するのに広く用いられている高圧の水噴射によ
るアトマイジング法が好ましい。さらに製造された磁性
粉末を120メッシュ以下に分級して、流動性がよい粉
末とする。
【0033】[絶縁コーティング]次いで、軟磁性粉末
に絶縁コーティングを行う。絶縁コーティングは、微粉
の混合セラミック粉末、例えば10μm以下のカオリン
−ベントナイト−水ガラスなどから構成される混合セラ
ミックを軟磁性粉末と混合して、軟磁性粉末表面に混合
セラミックをコーティングすることにより達成される。
に絶縁コーティングを行う。絶縁コーティングは、微粉
の混合セラミック粉末、例えば10μm以下のカオリン
−ベントナイト−水ガラスなどから構成される混合セラ
ミックを軟磁性粉末と混合して、軟磁性粉末表面に混合
セラミックをコーティングすることにより達成される。
【0034】絶縁コーティングの量は、軟磁性粉末10
0重量%に対して前記混合セラミック量0.5〜3.5
重量%程度が一般的である。0.5重量%未満では軟磁
性粉末表面を均一にコーティングすることが難しく、熱
処理後のコアにおいて優れた直流重畳特性は期待できな
いことがあり、3.5重量%より多いと、絶縁コーティ
ングされた粉末の成形性が劣るばかりでなく、熱処理後
のコア内部に過多なエアーギャップが形成されされるた
め所望するインダクタンス値を得られないことがある。
また、混合量が3.5重量%超過の場合には、絶縁コー
ティングされた粉末の成形性が劣るばかりでなく、熱処
理後のコア内部に過多なエアーギャップが形成されされ
るため所望するインダクタンス値を得られない。
0重量%に対して前記混合セラミック量0.5〜3.5
重量%程度が一般的である。0.5重量%未満では軟磁
性粉末表面を均一にコーティングすることが難しく、熱
処理後のコアにおいて優れた直流重畳特性は期待できな
いことがあり、3.5重量%より多いと、絶縁コーティ
ングされた粉末の成形性が劣るばかりでなく、熱処理後
のコア内部に過多なエアーギャップが形成されされるた
め所望するインダクタンス値を得られないことがある。
また、混合量が3.5重量%超過の場合には、絶縁コー
ティングされた粉末の成形性が劣るばかりでなく、熱処
理後のコア内部に過多なエアーギャップが形成されされ
るため所望するインダクタンス値を得られない。
【0035】[成形]上記絶縁コーティングした軟磁性
粉末を所望形状の金型に装入し、圧力を加えて成形体と
する。成形圧は5〜10トン/cm2が好ましく、これ
は後続工程である熱処理工程への移動等時の破損を防ぐ
のに充分な値である。成形密度を5.5g/cm3以上
にすれば、後続工程である熱処理工程への移動等時の破
損を防ぐのに充分である。
粉末を所望形状の金型に装入し、圧力を加えて成形体と
する。成形圧は5〜10トン/cm2が好ましく、これ
は後続工程である熱処理工程への移動等時の破損を防ぐ
のに充分な値である。成形密度を5.5g/cm3以上
にすれば、後続工程である熱処理工程への移動等時の破
損を防ぐのに充分である。
【0036】ポットコア成形体は、自動巻線機により、
コイルを所望の巻線数のスプリング形状に巻線し、ポッ
トコア内部に位置する円柱に挿入することにより巻線過
程を完了することができる。
コイルを所望の巻線数のスプリング形状に巻線し、ポッ
トコア内部に位置する円柱に挿入することにより巻線過
程を完了することができる。
【0037】図3に示したポットコア外壁面の一部に、
垂直方向にポットコア底面まで溝を形成したのは、巻線
コイルの挿入を容易にするためであり、溝幅は漏れ磁束
を防止するため約10mm以内にするのが好ましい。ポ
ットコアは巻線コイルにより形成される磁束の通路であ
るコア断面積が内部円柱で形成されるため同一外径のト
ロイダルコアと比較すると、より大きなコア断面積を有
するよう製造できる長所がある。
垂直方向にポットコア底面まで溝を形成したのは、巻線
コイルの挿入を容易にするためであり、溝幅は漏れ磁束
を防止するため約10mm以内にするのが好ましい。ポ
ットコアは巻線コイルにより形成される磁束の通路であ
るコア断面積が内部円柱で形成されるため同一外径のト
ロイダルコアと比較すると、より大きなコア断面積を有
するよう製造できる長所がある。
【0038】一般にコアのインダクタンスは、下記の式
により計算される。コアの巻線数が多いほど、コアの断
面積が大きく、より大きなインダクタンス値が得られ
る。
により計算される。コアの巻線数が多いほど、コアの断
面積が大きく、より大きなインダクタンス値が得られ
る。
【数1】
【0039】[熱処理]次いでポットコアを熱処理す
る。これにより、成形体内部にある残留応力が除かれ、
絶縁コーティング層の強度を高め、さらにコアの磁性特
性を向上させることができる。
る。これにより、成形体内部にある残留応力が除かれ、
絶縁コーティング層の強度を高め、さらにコアの磁性特
性を向上させることができる。
【0040】熱処理は、ポットコアを不活性あるいは還
元性条件下で、600〜800℃のの炉内で0.5〜3
時間施すのが好ましい。熱処理温度を800℃より高く
する、あるいは3時間以上行うと、絶縁コーティング層
の被膜が破壊され、軟磁性特性の低下を招くことがある
ので好ましくない。一方熱処理温度が600℃未満で
は、熱処理に長時間を費やすため経済性が劣ることがあ
る。熱処理時間が0.5時間未満では、所期の熱処理目
標を達成できないことがある。熱処理温度が600℃未
満では、目的を達するのに熱処理に長時間を要すること
になり、経済性が劣ることがある。
元性条件下で、600〜800℃のの炉内で0.5〜3
時間施すのが好ましい。熱処理温度を800℃より高く
する、あるいは3時間以上行うと、絶縁コーティング層
の被膜が破壊され、軟磁性特性の低下を招くことがある
ので好ましくない。一方熱処理温度が600℃未満で
は、熱処理に長時間を費やすため経済性が劣ることがあ
る。熱処理時間が0.5時間未満では、所期の熱処理目
標を達成できないことがある。熱処理温度が600℃未
満では、目的を達するのに熱処理に長時間を要すること
になり、経済性が劣ることがある。
【0041】[シーリング]熱処理したポットコアは、
その空隙に有機シーリング剤を充填して機械的強度を向
上させる。有機シーリング剤としてはエポキシ、フェノ
ール、メラニン、アクリル樹脂が挙げられる。充填方法
は液状の有機シーリング剤に含浸し10−1トル(to
rr)以下の減圧にして空隙中に浸透させた後、迅速に
硬化させる。
その空隙に有機シーリング剤を充填して機械的強度を向
上させる。有機シーリング剤としてはエポキシ、フェノ
ール、メラニン、アクリル樹脂が挙げられる。充填方法
は液状の有機シーリング剤に含浸し10−1トル(to
rr)以下の減圧にして空隙中に浸透させた後、迅速に
硬化させる。
【0042】有機シーリング剤により空隙を満たし、最
終的にポットコアの空隙率を2容量%以内にするのが好
ましい。
終的にポットコアの空隙率を2容量%以内にするのが好
ましい。
【0043】以下に本発明実施例によりさらに詳細に説
明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものでは
ない。
明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものでは
ない。
【0044】[実施例1]母原料である金属を坩堝に入
れ、高周波誘導で加熱して溶融し、通常の水噴射による
アトマイジング法により、FeにSiが6.2%が含ま
れたFe−Si磁性粉末を製造した。このとき粒子表面
の形状が滑らかになるように粉末製造時の噴射圧、熔融
金属の温度、出湯量等を調整した。また、原料Feは、
炭素含量が0.1%未満のものを使用した。
れ、高周波誘導で加熱して溶融し、通常の水噴射による
アトマイジング法により、FeにSiが6.2%が含ま
れたFe−Si磁性粉末を製造した。このとき粒子表面
の形状が滑らかになるように粉末製造時の噴射圧、熔融
金属の温度、出湯量等を調整した。また、原料Feは、
炭素含量が0.1%未満のものを使用した。
【0045】製造した粉末を120メッシュ以下に分級
した後、カオリン(40%)−ベントナイト(40%)
−水ガラス(20%)から構成される混合セラミック
を、磁性粉末100重量%に対して混合セラミック0.
8重量%加えコーティングした。コーティング後の磁性
粉末は滑らかな成形のため、亜鉛ステアリン酸固体潤滑
剤0.8重量%を均一に混合した後金型に入れ、粉末成
形プレスを用いて7トン/cm2の圧力により外径75
mm、外壁厚さ5mm、高さ35mm、内部円柱直径3
5mmである図3に示すポットコアを製造した。
した後、カオリン(40%)−ベントナイト(40%)
−水ガラス(20%)から構成される混合セラミック
を、磁性粉末100重量%に対して混合セラミック0.
8重量%加えコーティングした。コーティング後の磁性
粉末は滑らかな成形のため、亜鉛ステアリン酸固体潤滑
剤0.8重量%を均一に混合した後金型に入れ、粉末成
形プレスを用いて7トン/cm2の圧力により外径75
mm、外壁厚さ5mm、高さ35mm、内部円柱直径3
5mmである図3に示すポットコアを製造した。
【0046】成形後のポットコアを、窒素雰囲気下の連
続式ベルト炉を用いて730℃で50分間熱処理を行っ
た。熱処理後のポットコアを酸無水物硬化剤が60重量
%含む液状エポキシに浸漬し、圧力を10−1トルにし
て液状エポキシを空隙に浸透させ、次いで120℃のオ
ーブン内において1時間硬化処理した。エポキシ硬化後
のポットコアの密度は5.9g/cm3、空隙率は1.
3容量%であった。
続式ベルト炉を用いて730℃で50分間熱処理を行っ
た。熱処理後のポットコアを酸無水物硬化剤が60重量
%含む液状エポキシに浸漬し、圧力を10−1トルにし
て液状エポキシを空隙に浸透させ、次いで120℃のオ
ーブン内において1時間硬化処理した。エポキシ硬化後
のポットコアの密度は5.9g/cm3、空隙率は1.
3容量%であった。
【0047】高さ35mmのポットコアを用い、直径
2.05mmのエナメル銅線で60回巻線してスプリン
グをポットコアの内部円柱に挿入し、図3に示したよう
に蓋を閉じて、前記により製造されたポットコアの軟磁
性特性を評価した。
2.05mmのエナメル銅線で60回巻線してスプリン
グをポットコアの内部円柱に挿入し、図3に示したよう
に蓋を閉じて、前記により製造されたポットコアの軟磁
性特性を評価した。
【0048】一方、本発明のポットコアと従来材料のポ
ットコアの磁性特性を比較するために、本発明と同一寸
法のFe純鉄ポットコアに直径2.05mmのエナメル
銅線を前記と同数の60回巻線した後、同一方法により
組み立て、磁性特性を測定した。磁性特性インダクタン
ス値は、無負荷(A=0)、1ボルトにおける周波数変
化値を比較した。直流重畳特性は1ボルトで、1KHz
における直流電流変化値を比較した。結果を図5と図6
に示した。
ットコアの磁性特性を比較するために、本発明と同一寸
法のFe純鉄ポットコアに直径2.05mmのエナメル
銅線を前記と同数の60回巻線した後、同一方法により
組み立て、磁性特性を測定した。磁性特性インダクタン
ス値は、無負荷(A=0)、1ボルトにおける周波数変
化値を比較した。直流重畳特性は1ボルトで、1KHz
における直流電流変化値を比較した。結果を図5と図6
に示した。
【0049】図5に示すように、本発明のFe−Siポ
ットコアは、従来のFe純鉄ポットコアと比較して優れ
たインダクタンス値を示した。また、本発明品は600
KHzまでインダクタンス値を保っており、Fe純鉄ポ
ットコアは300KHzまでであり、本発明品は周波数
における特性も大変優れていることが示された。図6は
直流重畳特性の測定結果を示したもので、本発明のFe
−Siポットコアが、従来のFe純鉄ポットコアと比較
して、その特性がより優れていることが示された。
ットコアは、従来のFe純鉄ポットコアと比較して優れ
たインダクタンス値を示した。また、本発明品は600
KHzまでインダクタンス値を保っており、Fe純鉄ポ
ットコアは300KHzまでであり、本発明品は周波数
における特性も大変優れていることが示された。図6は
直流重畳特性の測定結果を示したもので、本発明のFe
−Siポットコアが、従来のFe純鉄ポットコアと比較
して、その特性がより優れていることが示された。
【0050】[実施例2]実施例1と同一方法により図
4に示した形状のポットコア2個を一対として製造した
後、2.05mmのエナメル銅線を、スプリング形状で
ポットコアの内部円柱に挿入するため120回巻線した
後、ポットコアを組み立てた。
4に示した形状のポットコア2個を一対として製造した
後、2.05mmのエナメル銅線を、スプリング形状で
ポットコアの内部円柱に挿入するため120回巻線した
後、ポットコアを組み立てた。
【0051】実施例1と同一方法でインダクタンスを測
定した結果を、図5に示した。また直流重畳特性を表1
に示した。40アンペアの大電流においても1mH以上
の高いインダクタンス値を示している。
定した結果を、図5に示した。また直流重畳特性を表1
に示した。40アンペアの大電流においても1mH以上
の高いインダクタンス値を示している。
【表1】
【0052】[実施例3]実施例1と同一方法でFeに
Siを各々0.5重量%、2.5重量%、5.4重量
%、8.8重量%含むようなFe−Si磁性粉末を製造
した後、成形、熱処理、真空含浸、コイル巻線を行い実
施例1と同様の処理を行い、無負荷(A=0)、1ボル
ト、100KHz周波数におけるインダクタンス値の測
定を行った。その結果を下記表2に示した。
Siを各々0.5重量%、2.5重量%、5.4重量
%、8.8重量%含むようなFe−Si磁性粉末を製造
した後、成形、熱処理、真空含浸、コイル巻線を行い実
施例1と同様の処理を行い、無負荷(A=0)、1ボル
ト、100KHz周波数におけるインダクタンス値の測
定を行った。その結果を下記表2に示した。
【表2】
【0053】表2に示したように、Si含量が少ないF
e−Si(0.5%)ポットコアではインダクタンス値
が0.34mHと低く、Si含量が多いFe−Si
(8.8%)ポットコアでは0.82mHであった。一
方、Si含量が中間のFe−Si(5.4%)ポットコ
アのインダクタンス値は、Si含量が多い場合(8.8
%)よりも高い値を示した。
e−Si(0.5%)ポットコアではインダクタンス値
が0.34mHと低く、Si含量が多いFe−Si
(8.8%)ポットコアでは0.82mHであった。一
方、Si含量が中間のFe−Si(5.4%)ポットコ
アのインダクタンス値は、Si含量が多い場合(8.8
%)よりも高い値を示した。
【0054】前述における実施例では、Fe−Si軟磁
性粉末を用いてポットコアを製造したが、本発明はFe
−Si、Fe−Ni、Fe−Ni−Moの軟磁性粉末か
ら1種以上を混合してポットコアを製造することもでき
る。
性粉末を用いてポットコアを製造したが、本発明はFe
−Si、Fe−Ni、Fe−Ni−Moの軟磁性粉末か
ら1種以上を混合してポットコアを製造することもでき
る。
【0055】
【発明の効果】本発明によりFe−Si、Fe−Ni、
Fe−Ni−Moの軟磁性粉末を用いて製造するポット
コアは、従来のFe純鉄ポットコアと比較して、優れた
インダクタンス特性と大電流における直流重畳特性効果
を提供するため、リアクトルに用いる際、適用製品の高
性能化、高効率化および電源力率改善による大幅な省エ
ネルギー効果を奏する。さらに同一材質のトロイダルコ
アと比較しても、直流重畳特性が優れ、巻線の自動化も
容易であるため生産性を向上させ、製造コストの低減す
ることができる。
Fe−Ni−Moの軟磁性粉末を用いて製造するポット
コアは、従来のFe純鉄ポットコアと比較して、優れた
インダクタンス特性と大電流における直流重畳特性効果
を提供するため、リアクトルに用いる際、適用製品の高
性能化、高効率化および電源力率改善による大幅な省エ
ネルギー効果を奏する。さらに同一材質のトロイダルコ
アと比較しても、直流重畳特性が優れ、巻線の自動化も
容易であるため生産性を向上させ、製造コストの低減す
ることができる。
【図1】コアの一例図としてのトロイダルコアである。
【図2】コアの一例図としてのE1コアである。
【図3】本発明の一実施の形態のポットコアである。
【図4】本発明の一実施の形態のポットコアである。
【図5】本発明のポットコアと従来のポットコアのイン
ダクタンス特性を示したグラフである。
ダクタンス特性を示したグラフである。
【図6】本発明のポットコアと従来のポットコアの直流
重畳特性を示したグラフである。
重畳特性を示したグラフである。
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
C22C 38/00 303 C22C 38/00 303S
38/02 38/02
38/08 38/08
38/12 38/12
H01F 1/147 H01F 1/24
1/24 1/14 B
27/24 27/24 D
27/255 K
Fターム(参考) 4K018 AA25 BA14 BC28 BD01 CA02
FA47 GA04 KA44
5E041 AA02 AA07 AA19 BC01 CA01
HB05 HB11 NN01 NN04 NN15
NN18
5E062 AC06
Claims (9)
- 【請求項1】 Fe−Si(Si:1〜7重量%)、F
e−Ni(Ni:45〜55重量%)、Fe−Ni(N
i:15〜20重量%)−Mo(Mo:2〜5重量%)
から選ばれた1種以上の軟磁性粉末の表面に絶縁コーテ
ィングし、これを圧縮成型し、次いで空隙に有機シーリ
ング剤を充填したことを特徴とする軟磁性ポットコア。 - 【請求項2】 前記ポットコアは、空隙率が2容量%以
下であることを特徴とする請求項1記載の軟磁性ポット
コア。 - 【請求項3】 前記有機シーリング剤はエポキシ100
重量%に対して硬化剤30〜70重量%が混合されるこ
とを特徴とする請求項1記載の軟磁性ポットコア。 - 【請求項4】 前記ポットコアは大電流(10A以上)
用として外径が30〜100mm、インダクタンス値が
0.5〜10.0mHであることを特徴とする請求項1
記載の軟磁性ポットコア。 - 【請求項5】 Fe−Si(Si:1〜7重量%)、F
e−Ni(Ni:45〜55重量%)、Fe−Ni(N
i:15〜20重量%)−Mo(Mo:2〜5重量%)
から選ばれた1種以上の軟磁性粉末を120メッシュ以
下に分級する段階と、 前記軟磁性粉末100重量%に対して混合セラミック
0.5〜3.5重量%を混合して前記軟磁性粉末をコー
ティングする段階と、 前記コーティングした軟磁性粉末をポットコアに成形す
る段階と、 このポットコア成形体を不活性あるいは還元性雰囲気
下、600〜800℃にて0.5〜3時間熱処理する段
階と、 前記熱処理したポットコアを、減圧下において液状有機
シーリング剤に含浸してから硬化させる段階を経て製造
することを特徴とする軟磁性ポットコアの製造方法。 - 【請求項6】 前記成形体は、成形密度が5.5g/c
m3以上になるように成形圧を加えることを特徴とする
請求項5記載の軟磁性ポットコアの製造方法。 - 【請求項7】 前記有機シーリング剤はエポキシ100
重量%に対して硬化剤30〜70重量%混合したもので
あることを特徴とする請求項5記載の軟磁性ポットコア
の製造方法。 - 【請求項8】 前記減圧含浸は、10−1トル以下の圧
力で行うことを特徴とする請求項5記載の軟磁性ポット
コアの製造方法。 - 【請求項9】 請求項1〜4記載のポットコアを有する
ことを特徴とするリアクトル。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR10-2001-0047496A KR100441062B1 (ko) | 2001-08-07 | 2001-08-07 | Fe-Si 연자성 포트코아, 그 제조방법 및 이를 이용한 리액터 |
KR2001/P47496 | 2001-08-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003068550A true JP2003068550A (ja) | 2003-03-07 |
Family
ID=19712949
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001272633A Pending JP2003068550A (ja) | 2001-08-07 | 2001-09-07 | 軟磁性ポットコア、その製造方法、およびこれを用いるリアクトル |
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Country | Link |
---|---|
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KR (1) | KR100441062B1 (ja) |
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KR100499013B1 (ko) * | 2002-07-02 | 2005-07-01 | 휴먼일렉스(주) | Fe-Si계 합금 분말 코아 및 그 제조방법 |
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JPH11273926A (ja) * | 1998-03-19 | 1999-10-08 | Tokin Corp | 圧粉磁芯の製造方法、および、壺型圧粉磁芯 |
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2001
- 2001-08-07 KR KR10-2001-0047496A patent/KR100441062B1/ko not_active IP Right Cessation
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