JP2013239542A

JP2013239542A - リアクトル

Info

Publication number: JP2013239542A
Application number: JP2012111071A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Akagi; 啓祐赤木; Takashi Yamaya; 孝志山家
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2012-05-15
Publication date: 2013-11-28

Abstract

【課題】複合磁性体内部の熱膨張による応力を抑えたリアクトルを提供する。
【解決手段】導体を巻き回したコイル２と、軟磁性粉と結合材と中空粒子１１を含有する複合磁性体１を備え、コイル２は複合磁性体１に埋設され、中空粒子１１のＤ５０は１０μｍよりも小さいリアクトルとする。Ｄ５０とは体積基準の累積度数５０％相当粒径である。好ましくは、前記中空粒子のＤ５０は０．１μｍ以上、５．０μｍ以下であり、前記中空粒子における内径と外径の比の平均値が０．３０以上、０．９９以下である。
【選択図】図２

Description

本発明は、インダクタンスを有するリアクトルに関する。

導電体を螺旋状に巻回したコイルと、前記コイルを覆う絶縁皮膜と、絶縁皮膜を覆うように、磁性粉末と有機結合剤とを混合した複合磁性体を配したコイル部品であって、コイルの熱膨張を吸収するために、絶縁皮膜内部に気泡を内包する樹脂の球状粒子を含有されたコイル部品が特許文献１に開示されている。

また、磁性体粉末と、非磁性体粉末と、樹脂との混成物を硬化させて得られる磁芯に、不活性ガスが内部へ充填された平均粒径５０μｍの略球状シリカ中空粉を含有させることで、コイルや磁芯からの騒音を改善する技術が特許文献２に開示されている。

特開２０１０−２５７９９９号公報特開２００６−０２４８４４号公報

複合磁性体へコイルを埋設したリアクトルでは、通電によりコイルが発熱し、コイル及びコイル周辺の複合磁性体が熱膨張する。また、同時に交流電流通電によりコイル周辺には交流磁界が誘起され、複合磁性体内部にも磁気損失が生じ、発熱する。しかしながら上記特許文献に開示された構成においては、熱膨張による複合磁性体内部応力の上昇と、内部応力による損傷発生の可能性について充分考慮されていないという課題がある。

従って本発明の目的は、複合磁性体内部の熱膨張による応力を抑えたリアクトルを提供することにある。

上記課題を本発明は、導体を巻き回したコイルと、軟磁性粉と結合材と中空粒子を含有する複合磁性体を備え、コイルは複合磁性体に埋設され、中空粒子のＤ５０は１０μｍよりも小さいリアクトルにより解決する。ここで、Ｄ５０とは体積基準の累積度数５０％相当粒径のことである。

また、中空粒子のＤ５０が０．１μｍ以上、５．０μｍ以下であり、中空粒子における内径と外径の比の平均値が０．３０以上、０．９９以下であってもよい。ここで、中空粒子の内径とは、中空粒子中にある空洞部の直径のことである。また、中空粒子の外径とは、中空粒子の粒径のことである。

また、中空粒子のＤ５０が０．３μｍ以上、２．０μｍ以下であり、中空粒子における内径と外径の比の平均値が０．７以上、０．９以下であってもよい。

また、複合磁性体における中空粒子の体積含有率が０．１％以上、５．０％以下であってもよい。

また、複合磁性体における中空粒子の体積含有率が０．５％以上、２．５％以下であってもよい。

また、コイル表面近傍の複合磁性体内における中空粒子の体積含有率が、コイル表面近傍より一定距離以上離れた領域の複合磁性体内における中空粒子の体積含有率よりも低くてもよい。

本発明により、複合磁性体内部の熱膨張による応力を抑えたリアクトルを提供することができる。

本発明におけるリアクトルの一例を示す斜視図である。本発明におけるリアクトルの一例であって、図１におけるＡＡ面の断面図である。本発明におけるリアクトルの一例であって、図２におけるＢ−Ｃ部分の断面拡大図である。本発明におけるリアクトルの他の一例であって、図１におけるＡＡ面の断面図である。

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。

（実施形態１）
本発明は、例えば、導体を巻き回したコイルと、軟磁性粉と結合材と中空粒子を含有する複合磁性体を備え、コイルは複合磁性体に埋設され、中空粒子のＤ５０が１０μｍよりも小さいリアクトルの実施形態を取り得る。

特許文献２には中空粒子を含有する複合磁性体が記載されている。複合磁性体の熱膨張を吸収して中空粒子が収縮しようとすると、中空粒子の平均粒径が５０μｍ以上と大き過ぎるため、中空粒子の形態が復元しない恐れがある。一方本実施形態では中空粒子のＤ５０が１０μｍよりも小さいため、中空粒子の形態復元性が高く、熱膨張が繰り返し起きても中空粒子による膨張吸収作用を保つことができる。

図１は、本発明におけるリアクトルの一例を示す斜視図である。

本実施形態におけるリアクトルは、複合磁性体１にコイル２が埋設された構成となっている。コイル２を構成する導体の両端は、図示されない端子により通電することができる。

複合磁性体１にコイル２を埋設させる方法としては、軟磁性粉と、熱硬化型エポキシ樹脂等の未硬化液状樹脂結合材と、後述の中空粒子を主に含有する複合磁性体１を注ぎ込み、さらに型の中へコイル２を入れて複合磁性体１を硬化する方法などが挙げられる。

さらに、複合磁性体１を硬化させる前に減圧下に置くことにより、複合磁性体１内部の結合材に含まれた気泡を除くことが望ましい。この場合、結合材は軟磁性粉及び中空粒子等の粒子間にほぼ隙間無く充填される。

図２は、本発明におけるリアクトルの一例であって、図１におけるＡＡ面の断面図である。

コイル２には絶縁被覆２１が設けられ、複合磁性体１との間を電気的に絶縁している。

また、複合磁性体１の内部には中空粒子１１が含まれている。

ここで、中空粒子１１のＤ５０を１０μｍより小さくすることにより、結合材が未硬化の状態で液状の複合磁性体を型に注ぎ込む際の流動性を高めることができる。

特許文献１には平均粒径が１０μｍより小さいと気泡が潰れにくいとの記載がある。

しかし本実施形態では、型に注ぎ込む際の流動性が複合磁性体に要求されるため、あえて中空粒子１１のＤ５０を１０μｍより小さくしている。

なお、中空粒子１１のＤ５０を０．１μｍ以上、５．０μｍ以下とすることにより、結合材が未硬化の状態で液状の複合磁性体を型に注ぎ込む際の流動性をより高めることができる。

図３は、本発明におけるリアクトルの一例であって、図２におけるＢ−Ｃ部分の断面拡大図である。

本実施形態における複合磁性体１は、結合材１０中に空洞部１１１と外皮部１１２を持つ中空粒子と、軟磁性粉１２と、非磁性粉１３を含有している。

ここで、軟磁性粉１２としては、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ等の軟磁性金属粉や、フェライト粉砕粉などが挙げられるが、放熱性が重要視される大電流用途では、軟磁性金属粉が好適に用いられる。

中空粒子における内径ｄ１と外径ｄ２の比の平均値を０．３０以上、０．９９以下とすることにより、中空粒子が熱膨張を吸収して収縮する際の柔軟性と強度を両立させることができる。

ここで、中空粒子の内径ｄ１とは、中空粒子中にある空洞部１１１の直径のことである。また、中空粒子の外径ｄ２とは、中空粒子の外径のことである。中空粒子に複数の空洞部がある場合は、複数空洞部における内径の合計、例えば図３ではｄ１’とｄ１’’の合計を中空粒子の内径とする。

また、中空粒子のＤ５０を２．０μｍ以下、より望ましくは１．５μｍ以下に制限することで複合磁性体の膨張収縮による中空粒子の形態復元性を高めることができる。さらに、中空粒子のＤ５０を０．３μｍ以上、より望ましくは０．５μｍ以上に制限することで中空粒子が熱膨張を吸収して収縮する際の柔軟性を高めることができる。

また、中空粒子における内径ｄ１と外径ｄ２の比の平均値を０．７以上とすることにより、中空粒子が熱膨張を吸収して収縮する際の柔軟性をより高めることができる。さらに、中空粒子における内径ｄ１と外径ｄ２の比の平均値を０．９以下とすることにより外皮部１１２の厚さを中空粒子が内包する気体の大気圧による膨張を抑制することができる、すなわち、中空粒子がある程度の硬さを持つため、型に注ぎ込まれた液状の複合磁性体を真空引きにより脱泡する際、中空粒子が必要以上に膨張して液状の複合磁性体が型から溢れ出すのを防ぐことができる。

また、複合磁性体における中空粒子の体積含有率を０．１％以上、５．０％以下とすることにより、中空粒子が熱膨張を充分吸収でき、しかも軟磁性粉の充填率を高めることで磁気特性を高めることができる。

さらに、複合磁性体における中空粒子の体積含有率を０．５％以上、２．５％以下とすることにより、複合磁性体の熱伝導率を高めることができる。

（実施形態２）
また、本発明は、コイル表面近傍の複合磁性体内における中空粒子の体積含有率が、コイル表面近傍より一定距離以上離れた領域の複合磁性体内における中空粒子の体積含有率よりも低いリアクトルの実施形態を取り得る。

複合磁性体内でも特にコイル近傍へ大きな磁界が印加されるため、リアクトルのインダクタンスを高める上ではコイル表面近傍の軟磁性粉の含有率を多くするのが望ましく、コイル近傍にある複合磁性体からの放熱性を高める上ではコイル近傍の複合磁性体に中空粒子をできるだけ含有させないのが望ましい。

この場合、コイル表面より一定距離以上離れた領域の複合磁性体に中空粒子を含有させることで複合磁性体の熱膨張を吸収することができる。

図４は、本発明におけるリアクトルの他の一例であって、図１におけるＡＡ面の断面図である。

まずコイル２の絶縁被覆２１より一定距離Ｌの範囲に複合磁性体１０１を形成し、一定距離Ｌを超える範囲には、先に形成した複合磁性体１０１よりも中空粒子１１の体積含有率が高い複合磁性体１０２を形成する。

このようなリアクトルを作成する方法としては、例えば複合磁性体を２段階に分けて形成する方法が挙げられる。

すなわち、最初にコイル２の絶縁被覆２１表面へ中空粒子を含有しない複合磁性体１０１を形成し、さらにその外側を覆うように複合磁性体１０２を形成することで図４のリアクトルを作成することができる。

なお、コイル２の絶縁被覆２１より一定距離Ｌの範囲にある複合磁性体１０１が中空粒子１１を含有していなくとも良い。

実施形態１の構成で、厚さ１ｍｍ、幅１０ｍｍの平角導線を３０ターン巻き回したものをコイル２として、コイル２表面に絶縁被覆２１を形成した。

未硬化の液状エポキシ樹脂からなる結合材１０に、アクリル酸等の不飽和カルボン酸とスチレン等のラジカル重合体モノマーの重合体からなる中空粒子１１、Ｆｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉１２、非磁性粉１３を配合した複合磁性体１に絶縁被覆２１を形成したコイル２を埋設し、結合材１０を熱硬化させてリアクトルを作製した。

なお、中空粒子１１の内径は０．９μｍ、外径は１．１μｍである。また、複合磁性体１における中空粒子１１の体積含有率は１％である。

本実施形態のリアクトルを５台作製し、コイルに２００Ａの直流電流を７０秒通電する試験を行い、コイル周辺の複合磁性体について断面観察を行ったところ、いずれのリアクトルも複合磁性体内部に熱膨張による微小なヒビ等の損傷は認められなかった。

試験を行うまでは、複合磁性体に中空粒子を含有させることで放熱性が低下し、コイル近傍にある複合磁性体へ熱が篭もることで複合磁性体の熱膨張が促進され、複合磁性体内部でより過剰な応力が発生されることも懸念された。

しかし本実施例における試験結果より、複合磁性体に含有された中空粒子が放熱性抑制よりも熱膨張を吸収する作用を主に有することが確認された。

１、１０１、１０２複合磁性体
２コイル
１０結合材
１１中空粒子
１２軟磁性粉
１３非磁性粉
２１絶縁被覆
１１１空洞部
１１２外皮部
ｄ１、ｄ１’、ｄ１’’ 内径
ｄ２外径
Ｌ距離

Claims

導体を巻き回したコイルと、
軟磁性粉と結合材と中空粒子を含有する複合磁性体を備え、
前記コイルは前記複合磁性体に埋設され、
前記中空粒子のＤ５０は１０μｍよりも小さいことを特徴とするリアクトル。
前記中空粒子のＤ５０は０．１μｍ以上、５．０μｍ以下であり、
前記中空粒子における内径と外径の比の平均値が０．３０以上、０．９９以下であることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
前記中空粒子のＤ５０は０．３μｍ以上、２．０μｍ以下であり、
前記中空粒子における内径と外径の比の平均値が０．７以上、０．９以下であることを特徴とする請求項１に記載のリアクトル。
前記複合磁性体における前記中空粒子の体積含有率は０．１％以上、５．０％以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のリアクトル。
前記複合磁性体における前記中空粒子の体積含有率は０．５％以上、２．５％以下であることを特徴とする請求項４に記載のリアクトル。
前記コイル表面近傍の前記複合磁性体内における前記中空粒子の体積含有率は、
前記コイル表面近傍より一定距離以上離れた領域の前記複合磁性体内における前記中空粒子の体積含有率よりも低いことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のリアクトル。