JP2013038133A - 磁気回路部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】リアクトル1は、一対の筒状のコイル素子2a,2bを有するコイル2と、コイル2が配置される磁心3とを具える。磁心3は、各コイル素子2a,2b内に配置される一対の内側コア部31と、コイル素子2a,2bが配置されない一対の露出コア部32とによって閉磁路を形成する環状体であり、軟磁性粉末を圧縮成形した圧粉成形体から構成される複数のコア片を主要構成部材とする。露出コア部32を構成する露出コア片32mの平均粒径dSが内側コア部31を構成する内コア片31mの平均粒径dMよりも大きい。リアクトル1は、露出コア片32mの製造にあたり、原料粉末に粗大粉末を利用できることから、成形スピードを向上でき、成形圧力を小さくすることができることから、スプリングバックの低減による成形用金型の摩耗を低減でき、生産性に優れる。
【選択図】図1
Description
図1に示すリアクトル1は、内部に冷媒の循環路を有する金属製(代表的にはアルミニウム製)の冷却ベース(図示せず)といった設置対象に設置されて利用される磁気回路部品である。このリアクトル1は、一対の筒状のコイル素子2a,2bを有するコイル2と、各コイル素子2a,2b内にそれぞれ配置される一対の内側コア部31とコイル素子2a,2bが配置されない一対の露出コア部32とによって閉磁路を形成する磁心3とを具える。磁心3は、主として、圧粉成形体から構成された複数のコア片(内コア片31m,露出コア片32m)から構成されている。リアクトル1の基本的な形状・構成部材は、一対のコイル素子と、圧粉成形体からなる複数のコア片とを具える従来のリアクトルと同様である。リアクトル1の特徴とするところは、露出コア片32mの平均粒径dSが内コア片31mの平均粒径dMよりも大きい点にある。以下、まず、各構成部材の基本形状などを説明し、次に、コア片の製造方法について詳しく説明する。
コイル2は、接合部の無い1本の連続する巻線2wを螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子2a,2bと、巻線2wの一部をU字状に屈曲してなり、両コイル素子2a,2bを連結する連結部2rとを具える。各コイル素子2a,2bは、互いに同一の巻数の中空の筒状体であり、各軸方向が平行するように並列(横並び)に形成されている。
《全体構成》
磁心3の説明は、図2を適宜参照して行う。磁心3は、各コイル素子2a,2b(図1)にそれぞれに覆われた一対の直方体状の内側コア部31が、互いの軸が平行するように並列に配置され、コイル素子2a,2bに覆われずコイル素子2a,2bから露出された一対の柱状の露出コア部32がこれら内側コア部31を挟むように配置された環状体である。
各内側コア部31はそれぞれ、複数の直方体状の内コア片31mと、複数の板状のギャップ材31gとの組物であり、内コア片31mとギャップ材31gとが交互に積層されている。この組物は、接着剤や粘着テープなどで接合すると、積層体として扱い易い。内コア片31mの個数、ギャップ材31gの厚さ・配置箇所・個数は、リアクトル1のインダクタンスに応じて適宜選択することができる。
各露出コア部32はそれぞれ、一つの露出コア片32mで構成されている。各露出コア片32mは、ここでは、対向する一対の面が角部を丸めた角丸め台形状面である角柱状体である。各露出コア片32mにおいて一対の角丸め台形状面32u,32dを繋ぐ一面であって、一対の内側コア部31を挟む内端面32eは、ここでは、平面で構成されている。各露出コア片32mにおいて一対の角丸め台形状面32u,32dを繋ぐ他面(以下、外周面と呼ぶ)は、ここでは、曲面と平面とで構成されている。
その他、コイル2と磁心3との間の絶縁性を高めるために、絶縁性樹脂から構成されるインシュレータを具えることができる。或いは、インシュレータに代えて、各コイル素子の内周及び外周を絶縁性樹脂によって被覆したコイル成形体とすることができる。コイル2と磁心3との組合体を保護したり、放熱性を高めたりなどするために、組合体の外周を絶縁性樹脂で覆った一体化物としたり、組合体を金属材料などからなるケースに収納したり、ケースに収納した組合体を封止樹脂によって覆ったりすることができる。
上記構成を具えるリアクトル1は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、コイル2、内コア片31m、露出コア片32m、ギャップ材31g、その他インシュレータなどを用意する。内コア片31mとギャップ材31gとを交互に積層して内側コア部31を二つ形成する。次に、コイル素子2a,2b内にそれぞれ内側コア部31が挿入された組物を形成して、各内側コア部31の端面と露出コア片32m(露出コア部32)の内端面32e(図2)とを接合することで、コイル2と磁心3との組合体を具えるリアクトル1が得られる。更に、この組合体を上述のようにケースに収納したり、樹脂で覆ったりしてもよい。
次に、内コア片31m、露出コア片32mに利用する原料粉末及び製造方法を説明する。両コア片31m,32mは、基本的には従来の圧粉成形体の製造方法を利用して製造することができる。代表的には、貫通孔が設けられた筒状のダイと、この貫通孔の一方の開口部に挿入した下パンチとで形成される成形空間に、磁性材料からなる原料粉末を充填した後、上記貫通孔の他方の開口部に挿入した上パンチと上記下パンチとで当該原料粉末を加圧・圧縮して所定の加圧を行ったら、ダイから圧縮成形物を抜き出す。得られた圧縮成形物はそのまま利用することもできるが、後述する熱処理を施すことが一般的である。更に、圧縮成形物や熱処理を施した熱処理物に後述する後処理を施すこともある。従って、圧粉成形体は、代表的には、圧縮成形物、熱処理物、後処理を施した後処理物のいずれかの形態をとる。
原料粉末は、特に、軟磁性材料からなる軟磁性粒子とこの粒子の表面に設けられた絶縁被膜とを具える被覆軟磁性粉末が好ましい。被覆軟磁性粉末を利用した場合、内コア片31mや露出コア片32mは、軟磁性粒子が上記絶縁被膜(或いは、後述する熱処理によって変成された絶縁物)に覆われた被覆粒子から構成される圧粉成形体となる。この圧粉成形体は、上記絶縁被膜(絶縁物)の介在によって、電気抵抗が高く、渦電流損を低減でき、低損失である。
成形圧力は、5ton/cm2(≒490MPa)以上15ton/cm2(≒1470MPa)以下が挙げられる。5ton/cm2以上とすることで、原料粉末を十分に圧縮でき、圧粉成形体の相対密度を高められ、15ton/cm2以下とすることで、絶縁被膜を具える場合、絶縁被膜の損傷を抑制できる。
ダイから抜き出した圧縮成形物に、圧縮に伴う歪みを除去することなどを目的として、熱処理を施すことができる。歪みの除去によって、ヒステリシス損といった損失を低減できる。熱処理条件は、加熱温度:300℃〜800℃ぐらい、保持時間:30分以上60分以下が挙げられる。加熱温度は、高いほど歪みを除去し易くヒステリシス損を低減できるが、絶縁被膜を具える場合、絶縁被膜が熱分解して渦電流損が増加する恐れがあるため、熱分解温度未満とすることが好ましい。代表的には、絶縁被膜がリン酸鉄やリン酸亜鉛などの非晶質リン酸塩からなる場合、上記加熱温度は500℃程度までが好ましく、金属酸化物やシリコーン樹脂などの耐熱性に優れる絶縁材料からなる場合、上記加熱温度は550℃以上、更に600℃以上、特に650℃以上に高められる。加熱温度及び保持時間は、絶縁被膜の構成材料に応じて適宜選択するとよい。この熱処理時の雰囲気は特に問わないが、窒素雰囲気といった非酸化性雰囲気、或いは酸素濃度が低い低酸素雰囲気とすると、軟磁性粒子の酸化を防止できる。
リアクトル1は、コイル2から露出される露出コア部32を構成する露出コア片32mの平均粒径dSが、コイル2(コイル素子2a,2b)に覆われる内側コア部31を構成する内コア片31mの平均粒径dMよりも大きい。この例では、各露出コア片32mの平均粒径dSがいずれも同じで、各内コア片31mの平均粒径dMがいずれも同じであることから、各露出コア片32mの平均粒径dSはいずれも、任意の内コア片31mの平均粒径dMよりも大きい。そのため、露出コア片32mの原料粉末に、成形し易い粗粒粉末を使用することができ、露出コア片32mの製造工程において、給粉時間や加圧時間を短縮して、成形スピードを速められる。また、粗粒粉末を使用する場合、成形圧力を小さくすることができる。このことからも、所定の成形圧力に加圧する時間を短縮できることから、露出コア片32mの成形スピードを速められる。その上、成形圧力が小さいことで圧縮成形物のスプリングバックが小さくなり、スプリングバックに起因する成形用金型の摩耗を低減できる。これらのことから、磁心3は、生産性に優れ、この磁心3を構成部材とするリアクトル1も、生産性に優れる。
上記実施形態1で説明した、露出コア片32mの平均粒径dSが内コア片31mの平均粒径dMよりも大きい構成に加えて、露出コア片32mの密度DSが内コア片31mの密度DMよりも小さい形態が挙げられる。より具体的には、各露出コア片32mはいずれもその密度DSが、いずれの内コア片31mの密度DMよりも小さい。なお、ここでは、各露出コア片32mの密度DSはいずれも同じである。また、全ての内コア片31mの密度DMもいずれも同じである。
実施形態1では、内側コア部31の外表面よりも露出コア部32の外表面が突出した形態について説明した。内側コア部の外表面と露出コア部の外表面とが面一である形態(図示せず)とすることができる。この形態でも、各露出コア部をそれぞれ一つの露出コア片から構成すると、各露出コア片にはそれぞれ一対の内側コア部を連結することから、各露出コア片はいずれも、一つの内コア片よりも体積が大きくなる。従って、この形態も、体積が大きな露出コア片の平均粒径dSが内コア片の平均粒径dMよりも大きいことで、露出コア片の原料粉末に粗粒粉末を利用して、成形スピードの向上、成形用金型の摩耗の低減を図ることができる。そのため、変形例2のリアクトルも、生産性に優れる。
実施形態1では、露出コア部32を構成する露出コア片32mにおける内側コア部31との接合面(内端面32e)が平面である形態を説明した。露出コア片を、その透視平面形状がU字状である立体とすることができる。この形態でも、各露出コア部をそれぞれ一つの露出コア片から構成すると、各露出コア片にはそれぞれ一対の内側コア部を連結することから、各露出コア片はいずれも、一つの内コア片よりも体積が大きくなる。従って、この形態も、体積が大きな露出コア片の平均粒径dSが内コア片の平均粒径dMよりも大きいことで、露出コア片の原料粉末に粗粒粉末を利用して、成形スピードの向上、成形用金型の摩耗の低減を図ることができる。そのため、変形例3のリアクトルも、生産性に優れる。なお、一方の露出コア片を実施形態1の形状とし、他方の露出コア片を上述のU字状体とすることもできる。
実施形態1では、一対のコイル素子2a,2bと、内側コア部31及び露出コア部32によって環状に形成される磁心3とを具える形態を説明した。その他の形態として、一つの筒状のコイルと、このコイルが配置される磁心とを具える形態が挙げられる。この形態の磁心として、上記一つの筒状のコイル内に配置される柱状の内側コア部と、コイルから露出された露出コア部とを具える形態が挙げられる。露出コア部は、コイルの外周面の少なくとも一部を覆うように配置される外周コア部と、コイルの端面の少なくとも一部を覆うように配置される端部コア部とを具えるものが挙げられる。このような磁心として、ER型コア、E型コア、I型コアを組み合せて構成されるE-I形態、E-E形態、ポット形態などと呼ばれる形態の磁心が利用できる。より具体的には、例えば、外周コア部を構成する一つのコア片(例えば、筒状のコア片)と端部コア部を構成する一対のコア片(例えば、板状のコア片)とを具える形態、外周コア部が複数のコア片を有する形態、内側コア部、外周コア部、及び端部コア部から選択される少なくとも二つのコア部を一体に構成するコア片を有する形態などが挙げられる。露出コア部を構成する露出コア片は、コイルの外周面や端面を覆うように配置されるため、その外形は、内コア片よりも大きくなり易い。従って、変形例4のリアクトルも、少なくとも一つの露出コア片の平均粒径dSが内コア片の平均粒径dMよりも大きいことで、露出コア片の原料粉末に粗粒粉末を利用して、成形スピードの向上、成形用金型の摩耗の低減を図ることができる。そのため、変形例4のリアクトルも、生産性に優れる。
圧粉成形体を種々の条件で作製し、得られた圧粉成形体を用いてリアクトルを作製し、このリアクトルの性能(鉄損及びインダクタンス)を比較した。また、圧粉成形体の成形スピード、成形用金型の摩耗量を調べた。
3 磁心 31 内側コア部 31m 内コア片 31g ギャップ材
32 露出コア部 32m 露出コア片 32u,32d 角丸め台形状面 32e 内端面
Claims (5)
- 筒状のコイルと、
前記コイル内に配置される内側コア部と、前記コイルから露出された露出コア部とによって閉磁路を形成する磁心とを具える磁気回路部品であって、
前記磁心は、軟磁性粉末を圧縮成形した圧粉成形体から構成される複数のコア片を具え、
前記露出コア部を構成するコア片を露出コア片、前記内側コア部を構成するコア片を内コア片とするとき、前記露出コア部を構成する少なくとも一つの露出コア片の平均粒径dSが、前記内側コア部を構成する少なくとも一つの内コア片の平均粒径dMよりも大きいことを特徴とする磁気回路部品。 - 前記内コア片の平均粒径dMに対する前記露出コア片の平均粒径dSの比をdS/dMとするとき、dS/dMが1超10以下であることを特徴とする請求項1に記載の磁気回路部品。
- 前記内コア片の平均粒径dMが20μm以上100μm以下であり、
前記露出コア片の平均粒径dSが100μm以上200μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁気回路部品。 - 前記コイルは、一対の筒状のコイル素子を有し、
前記磁心は、各コイル素子内に配置される一対の内側コア部と、前記コイル素子が配置されず、前記コイル素子から露出された一対の露出コア部とを具え、これら内側コア部と露出コア部とを組み合せて環状に形成され、
各内側コア部はそれぞれ、1以上の前記内コア片で構成され、各露出コア部はそれぞれ、1以上の前記露出コア片で構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の磁気回路部品。 - 前記磁気回路部品は、リアクトルであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の磁気回路部品。
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