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JP6325790B2 - Powder magnetic core and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、交流電源から供給する電力の力率を改善する力率改善装置に適したリアクトル用の圧粉磁心とその製造方法に関する。   The present invention relates to a dust core for a reactor suitable for a power factor improving apparatus for improving the power factor of electric power supplied from an AC power source, and a method for manufacturing the same.

近年ますます高まりつつある省エネ・環境問題を背景に、プラグイン・ハイブリッド自動車および電気自動車など電気の力を動力とした車両が一部において実用化されて来ており、今後益々それが注目されるようになることが予想される。   In recent years, energy-saving and environmental problems are increasing, and some of the vehicles powered by electricity such as plug-in hybrid vehicles and electric vehicles have been put into practical use. It is expected that

プラグイン・ハイブリッド自動車や電気自動車は、家庭に配された商用電源のコンセントから車載バッテリに充電するための充電装置を備える。そして、AC100VまたはAC200Vの家庭用コンセントを用いて車載バッテリを充電するには、交流電圧(AC)をバッテリ用の直流電圧に変換するためのAC/DCコンバータが必要となる。   Plug-in hybrid vehicles and electric vehicles include a charging device for charging an in-vehicle battery from a commercial power outlet provided at home. And in order to charge a vehicle-mounted battery using AC100V or AC200V household outlet, the AC / DC converter for converting an alternating voltage (AC) into the direct current voltage for a battery is needed.

このようなAC/DCコンバータにおいて、充電効率や高調波対策を改善すべく、昇圧チョッパを用いた力率改善回路が開示されており、昇圧リアクトルが使用されている。昇圧チョッパ型の力率改善回路は、回路全体を小型化にすべく30kHz〜100kHzでの高周波スイッチングで動作されているが、高周波電流が昇圧リアクトルに重畳されるため、リアクトルの損失である鉄損が大きくなり、低効率を招くとともに、リアクトルの発熱が課題となっている。   In such an AC / DC converter, in order to improve charging efficiency and harmonic countermeasures, a power factor improvement circuit using a step-up chopper is disclosed, and a step-up reactor is used. The step-up chopper type power factor correction circuit is operated by high-frequency switching at 30 kHz to 100 kHz in order to reduce the size of the entire circuit. However, since the high-frequency current is superimposed on the step-up reactor, the iron loss that is a loss of the reactor As a result, the efficiency of the reactor is reduced, and the heat generation of the reactor is a problem.

リアクトルの鉄損の問題を解決すべく、リアクトルの磁心には高周波における鉄損特性が低い軟磁性材が一般的であり、かつ、高周波特性に良好な圧粉磁心(ダストコア)のような粉末を成形プレスで圧粉した構造を有する磁心が使用されている。   In order to solve the problem of reactor iron loss, soft magnetic materials with low iron loss characteristics at high frequencies are generally used for reactor cores, and powders such as dust cores with good high frequency characteristics are used. A magnetic core having a structure compacted by a molding press is used.

良好な鉄損特性を有する素材として、フェライトのような酸化物軟磁性材、Fe−Si−Al合金や非晶質金属のような合金系軟磁性材が利用されている。このような磁性材は、高周波領域でも低い鉄損特性を有するが、飽和磁束密度が低い傾向を有する。また、圧粉磁心として利用される場合、磁性粒子の硬度は純鉄材と比較して高いため、圧粉時の成形密度が真密度に対して低くなり、成形体の飽和磁束密度は更に低下する傾向となる。   As materials having good iron loss characteristics, oxide soft magnetic materials such as ferrite, and alloy-based soft magnetic materials such as Fe-Si-Al alloys and amorphous metals are used. Such a magnetic material has low iron loss characteristics even in a high frequency region, but has a tendency to have a low saturation magnetic flux density. In addition, when used as a dust core, the hardness of magnetic particles is higher than that of pure iron, so the molding density during dusting is lower than the true density, and the saturation magnetic flux density of the compact further decreases. It becomes a trend.

磁心の飽和磁束密度が低下すると、リアクトルに電流が重畳された際の磁心の透磁率は下がってしまうため、リアクトルのインダクタンス値は電流が大きくなるに従い低下する。そのため、インダクタンス値を確保するため、磁心のサイズは大きくなり、リアクトルの体格は大型化となる。また、磁心のサイズが大きくなることで巻線の総長は長くなることから、直流抵抗は大きくなり、銅損が高くなる。その結果、鉄損を抑えたにも関わらず銅損が上がってしまい、合金系軟磁性材を使用するメリットは小さくなる。また、合金系軟磁性材は、磁性粒子の価格が純鉄系軟磁性材と比較して高価であるため、コストアップの要因となる。   When the saturation magnetic flux density of the magnetic core is lowered, the magnetic permeability of the magnetic core when current is superimposed on the reactor is lowered, so that the inductance value of the reactor is lowered as the current is increased. Therefore, in order to secure an inductance value, the size of the magnetic core is increased, and the size of the reactor is increased. Further, since the total length of the winding is increased by increasing the size of the magnetic core, the DC resistance is increased and the copper loss is increased. As a result, the copper loss increases despite the iron loss being suppressed, and the merit of using the alloy-based soft magnetic material is reduced. In addition, the alloy-based soft magnetic material is expensive because the price of the magnetic particles is higher than that of the pure iron-based soft magnetic material.

他方、特許文献1や特許文献2に示す純鉄系軟磁性材は、飽和磁束密度が高く、また、磁性粒子の硬度は低い傾向にあるため成形時の圧粉密度は高いことで知られる。   On the other hand, the pure iron-based soft magnetic materials shown in Patent Document 1 and Patent Document 2 are known to have a high density of magnetic flux and a high density of compacted powder because the hardness of magnetic particles tends to be low.

特開2006−233295号公報JP 2006-233295 A 特開2010−043361号公報JP 2010-043361 A 特開2006−206948号公報JP 2006-206948 A

前記のような従来技術に示された純鉄系磁心のインダクタンス値は大電流でも下がりにくい傾向にあるが、高周波における鉄損特性は高い値を示すことから、力率改善回路などの高周波回路用途では使用できない状況にあった。特に、この種の用途では、入力電圧が、商用電圧100〜240Vが印加されることから、リアクトル鉄心の鉄損上昇も著しいものとなり、従来の圧粉磁心では使用が不可能であった。   Although the inductance value of the pure iron core shown in the prior art as described above tends not to decrease even with a large current, the iron loss characteristic at a high frequency shows a high value, so that it is used for a high frequency circuit such as a power factor correction circuit. It was in a situation where it could not be used. In particular, in this type of application, since the commercial voltage of 100 to 240 V is applied as the input voltage, the core loss of the reactor iron core is remarkably increased, and the conventional dust core cannot be used.

特許文献3のように、品質係数に着目した提案もなされているが、単に、「平均粒径が小さい程初透磁率μiの周波数特性が高周波まで伸び、品質係数値も増大することが判った。」と記載されるのみである。そのため、従来技術では、軟磁性粉末を加圧成形して得られ圧粉磁心の製造時においては、同一の平均粒子径であっても異なる品質係数値が発生すること、及び平均粒径のように大径の粒子を含む軟磁性粉末では、平均粒径値が等しくても品質計数値にバラツキが生じると言う問題を解決することはできなかった。   Although a proposal focusing on the quality factor has been made as in Patent Document 3, it has been simply stated that “the smaller the average particle size, the higher the frequency characteristic of the initial permeability μi extends to a high frequency and the higher the quality factor value. Only ". Therefore, in the prior art, different quality factor values are generated even when the average particle diameter is the same, and the average particle diameter is the same when the powder magnetic core is obtained by pressing the soft magnetic powder. In the case of soft magnetic powder containing large-sized particles, the problem that the quality count value varies even if the average particle size is equal cannot be solved.

本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本発明は、力率改善回路において、車載用充電器など比較的大きな電流が流れるリアクトルに適した、低コストで良好なインダクタンス直流重畳特性を有する圧粉磁心とその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been proposed to solve the above-described problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a powder magnetic core having a good inductance DC superposition characteristic suitable for a reactor through which a relatively large current flows, such as an in-vehicle charger, and a method for manufacturing the same in a power factor correction circuit. And

本発明の圧粉磁心とその製造方法は、次のような構成を有することを特徴とする。
(1)目開きが70μm以下、好ましくは50μm以下で処理された純鉄粉末と絶縁樹脂を混合して、純鉄粉末の周囲に絶縁被膜を形成する。
(2)絶縁被膜が形成された純鉄粉末を、潤滑剤を添加した状態で所定の形状に加圧成形する。
(3)前記成形体を、非酸化雰囲気中で加熱し、焼鈍処理を行う。
(4)前記加圧成形処理を行うに当たり、成形体を構成する純鉄粉末表面に形成した絶縁被膜が、完成された圧粉磁心を使用したリアクトルに対して100kHzの電流を与えた際に、その品質係数が10以上、好ましくは20以上となる状態に維持されている。
The dust core and the manufacturing method thereof according to the present invention are characterized by having the following configuration.
(1) Pure iron powder treated with an opening of 70 μm or less, preferably 50 μm or less, and an insulating resin are mixed to form an insulating coating around the pure iron powder.
(2) The pure iron powder on which the insulating coating is formed is pressure-molded into a predetermined shape with a lubricant added.
(3) The molded body is heated in a non-oxidizing atmosphere and annealed.
(4) In performing the pressure molding process, when the insulating coating formed on the surface of the pure iron powder constituting the molded body gave a current of 100 kHz to the reactor using the completed powder magnetic core, The quality factor is maintained at 10 or more, preferably 20 or more.

本発明において、焼鈍温度を600〜650℃とすることが好ましい。絶縁樹脂として、シリコーン系の樹脂を使用することができる。前記加圧成形処理に当たり、成形体を構成する純鉄粉末表面に形成した絶縁被膜の潰れが、成形体表面から100μm以内の範囲に収まっていることも本発明の一態様である。成形体の金型表面における成形体との摺動面の面粗度管理を行うことにより、品質係数を10以上にしたり、絶縁被膜の潰れを成形体表面から100μm以内とすることができる。   In the present invention, the annealing temperature is preferably 600 to 650 ° C. A silicone-based resin can be used as the insulating resin. In one embodiment of the present invention, in the pressure molding process, the collapse of the insulating coating formed on the surface of the pure iron powder constituting the compact is within a range of 100 μm or less from the surface of the compact. By controlling the surface roughness of the sliding surface with the molded body on the mold surface of the molded body, the quality factor can be increased to 10 or more, and the collapse of the insulating coating can be made within 100 μm from the surface of the molded body.

本発明によれば、純鉄粉末によってリアクトル損失の少ない安価な圧粉磁心を製造することが可能になると共に、品質係数を圧粉磁心の特性判定に使用することにより、表面からは判定することのできない圧粉磁心内部の絶縁被膜の潰れ度合いを容易に判別することが可能になる。   According to the present invention, it is possible to manufacture an inexpensive dust core with low reactor loss by using pure iron powder, and to determine from the surface by using the quality factor for determining the characteristics of the dust core. Therefore, it is possible to easily determine the degree of collapse of the insulating coating inside the dust core.

本発明の実施形態の圧粉磁心を使用したリアクトルにおける純鉄粉末の篩目開きとリアクトル損失の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the sieve opening of a pure iron powder and the reactor loss in the reactor which uses the powder magnetic core of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の圧粉磁心を使用したリアクトルにおける品質係数とリアクトル損失の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between the quality factor and reactor loss in the reactor which uses the powder magnetic core of embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.

(1)純鉄粉末
本実施形態では、純鉄系磁性材のデメリットである鉄損の高周波特性を改善するため目開きが70μm以下、好ましくは50μm以下で篩処理されている。
(1) Pure iron powder In this embodiment, in order to improve the high-frequency characteristic of the iron loss, which is a disadvantage of the pure iron-based magnetic material, the sieve opening is 70 μm or less, preferably 50 μm or less.

鉄損はヒステリシス損と渦電流損に大別できるが、高周波用途では渦電流損の影響が大きくなるため、リアクトルの鉄心には渦電流損の割合が小さい材質ほど良好とされる。渦電流損は下記の理論式で表される。   Iron loss can be broadly divided into hysteresis loss and eddy current loss, but in high frequency applications, the effect of eddy current loss increases. Therefore, a material with a smaller ratio of eddy current loss is better for the core of the reactor. Eddy current loss is expressed by the following theoretical formula.

Pce∝(D・f・B)^2/ρ
Pce:渦電流損
D:磁性粒子の粒径
f:回路の駆動周波数
B:動作磁束密度
ρ:電気抵抗率
Pce∝ (D · f · B) ^ 2 / ρ
Pce: Eddy current loss D: Particle size of magnetic particle f: Circuit driving frequency B: Operating magnetic flux density ρ: Electric resistivity

上述のとおり、磁性粒子の電気抵抗率が大きいほど、また、磁性粒子の粒径が小さいほど、渦電流損は小さくなる。ここで、渦電流損は磁性粒子の粒径の二乗に比例するため、粒径の寄与度は大きいものと考えられる。従って、磁性粒子の粒径を制御することで、純鉄系軟磁性材料でありながら、高周波に適したリアクトルを提供することが可能となる。本実施形態では、純鉄粉末の粒度を平均粒径ではなく篩の目開きによって判別するので、70μm以上の鉄損増大を引き起こす大径の粒子が純鉄粉末内に存在することがない。   As described above, the eddy current loss decreases as the electrical resistivity of the magnetic particles increases and as the particle size of the magnetic particles decreases. Here, since the eddy current loss is proportional to the square of the particle diameter of the magnetic particles, the contribution of the particle diameter is considered to be large. Therefore, by controlling the particle size of the magnetic particles, it is possible to provide a reactor suitable for high frequency while being a pure iron-based soft magnetic material. In the present embodiment, since the particle size of the pure iron powder is determined not by the average particle size but by the opening of the sieve, large-diameter particles that cause an increase in iron loss of 70 μm or more do not exist in the pure iron powder.

(2)絶縁被膜
絶縁被膜としては、シリコーン樹脂が使用できる。シリコーン樹脂により、純鉄粉末の粒子表面に樹脂層が形成され、粒子間の電気的絶縁性を確保するとともに、成形時の保形性を高め、更には焼鈍後の成形体の強度をより強固なものとする。
(2) Insulating film Silicone resin can be used as the insulating film. Silicone resin forms a resin layer on the particle surface of pure iron powder, ensuring electrical insulation between particles, enhancing shape retention during molding, and further strengthening the strength of the molded body after annealing It shall be

シリコーン樹脂には、熱によって縮合・硬化する加熱硬化型と、室温で硬化する室温硬化型に大別される。本実施形態では、加熱により官能基が反応してシロキサン結合(−Si−O−Si−結合)による架橋が進行し、縮合・硬化が生じる加熱硬化型のシリコーン樹脂が好適である。シリコーン樹脂が軟化する変態温度はシリコーン樹脂の種類によって異なるため一概に特定することはできないが、ほぼ70〜300℃程度である。この温度に加熱することで純鉄粉末の粒子表面に付着したシリコーン樹脂は硬質なシリコーン樹脂被膜となる。   Silicone resins are roughly classified into heat-curing types that condense and cure by heat and room-temperature curing types that cure at room temperature. In the present embodiment, a thermosetting silicone resin in which a functional group reacts by heating and crosslinking by a siloxane bond (—Si—O—Si— bond) proceeds to cause condensation / curing is preferable. The transformation temperature at which the silicone resin softens varies depending on the type of silicone resin, and thus cannot be specified unconditionally, but is about 70 to 300 ° C. By heating to this temperature, the silicone resin adhering to the particle surface of the pure iron powder becomes a hard silicone resin film.

シリコーン樹脂被膜は、温度の上昇に伴い、シロキサン結合が進行するため、焼鈍等の高温加熱処理を行うことで部分的な架橋から全体的な架橋となり、被膜強度が向上する。また、このシリコーン樹脂被膜は耐熱性に優れるため、成形後の圧粉磁心に対して焼鈍等の高温加熱を行っても破壊等されず、前記の架橋が一層進行して、純鉄粉末の粒子同士の結合が強化される   Since the siloxane bond progresses as the temperature rises, the silicone resin coating undergoes high-temperature heat treatment such as annealing, so that partial crosslinking is changed to total crosslinking, and the coating strength is improved. In addition, since this silicone resin film is excellent in heat resistance, it is not destroyed even if high temperature heating such as annealing is performed on the compacted powder magnetic core, and the cross-linking proceeds further, and particles of pure iron powder The bond between them is strengthened

シリコーン樹脂の種類としては、レジン系をはじめ、シラン化合物系、ゴム系シリコーン、シリコーンパウダー、有機変性シリコーンオイル、またはそれら複合物など、用途によって形態が異なる。   The type of silicone resin varies depending on the application, such as resin-based, silane compound-based, rubber-based silicone, silicone powder, organically modified silicone oil, or composites thereof.

本発明では、レジン系のコーティング用シリコーン樹脂、すなわち、シリコーンのみで構成されているストレートシリコーンレジンが好ましい。これは、後述する脂肪酸との反応性がよいとの理由からである。また、ストレートシリコーンレジンは耐熱性、耐候性、耐湿性、電気絶縁性、被覆する際の簡便性の点で好ましい。   In the present invention, a resin-based silicone resin for coating, that is, a straight silicone resin composed only of silicone is preferable. This is because the reactivity with the fatty acid described later is good. Straight silicone resins are preferred from the viewpoints of heat resistance, weather resistance, moisture resistance, electrical insulation, and ease of coating.

シリコーン樹脂としては、Si上の官能基が、メチル基またはフェニル基となっているメチルフェニルシリコーン樹脂が一般的である。本発明ではいずれのシリコーン樹脂を用いてもよい。さらに本発明では、種類、分子量、官能基が異なる2種類以上のシリコーン樹脂を、適当な割合で混合したシリコーン樹脂を使用してもよい。   As the silicone resin, a methylphenyl silicone resin in which a functional group on Si is a methyl group or a phenyl group is generally used. In the present invention, any silicone resin may be used. Furthermore, in this invention, you may use the silicone resin which mixed the 2 or more types of silicone resin from which a kind, molecular weight, and a functional group differ in a suitable ratio.

シリコーン樹脂被膜の付着量は、純鉄粉末に対して、0.01〜1.0質量%となるように調整することが好ましい。0.01質量%より少ないと、絶縁性に劣り、電気抵抗が低くなる。一方、1.0質量%より多く加えると、加熱乾燥後の粉末がダマになりやすく、また圧縮成形後の成形体は粉末周囲に付着したシリコーン樹脂の厚みが大きいためスプリングバックの影響を受けて膨張し、高密度化が達成しにくく、また、クラックが発生しやすくなる。   The adhesion amount of the silicone resin coating is preferably adjusted to 0.01 to 1.0% by mass with respect to the pure iron powder. When the content is less than 0.01% by mass, the insulation is inferior and the electrical resistance is lowered. On the other hand, if it is added in an amount of more than 1.0% by mass, the powder after heat drying tends to be lumpy, and the molded product after compression molding is affected by the springback because the thickness of the silicone resin attached around the powder is large It expands and it is difficult to achieve high density, and cracks are likely to occur.

(3)潤滑性樹脂
潤滑性樹脂として、ステアリン酸及びその金属塩ならびにエチレンビスステアラマイドなどのワックスが使用できる。具体的には、エチレンビスステアラマイド、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸アルミなどである。これらを混合することにより、粉末同士の滑りを良くすることができるので、混合時の密度を向上させ成形密度を高くすることができる。さらに、成形時の上パンチの抜き圧低減、金型と粉末の接触によるコア壁面の縦筋の発生を防止することが可能である。
(3) Lubricating resin As the lubricating resin, stearic acid and metal salts thereof and waxes such as ethylene bisstearamide can be used. Specific examples include ethylene bisstearamide, lithium stearate, and aluminum stearate. By mixing these, it is possible to improve the sliding between the powders, so that the density during mixing can be improved and the molding density can be increased. Furthermore, it is possible to reduce the punching pressure of the upper punch during molding and to prevent the vertical stripes on the core wall surface from being generated due to the contact between the mold and the powder.

潤滑性樹脂の添加量は、純鉄粉末に対して、0.1wt%〜1.0wt%程度が好ましく、一般的には、0.5wt%程度である。これよりも少なければ、十分な効果を得ることができず、これより多いと、密度低下による最大磁束密度の低下、ヒステリシス損失の増加により磁気特性が低下する問題が発生する。   The amount of the lubricating resin added is preferably about 0.1 wt% to 1.0 wt%, and generally about 0.5 wt% with respect to the pure iron powder. If it is less than this, a sufficient effect cannot be obtained, and if it is more than this, there arises a problem that the magnetic characteristics are deteriorated due to the decrease in the maximum magnetic flux density due to the density decrease and the increase in hysteresis loss.

(4)品質係数
本実施形態の圧粉磁心は、リアクトルの品質係数が100kHzの電流を与えた状態で10以上、好ましくは20以上であることを特徴とする。
(4) Quality factor The dust core of the present embodiment is characterized in that the quality factor of the reactor is 10 or more, preferably 20 or more in a state where a current of 100 kHz is applied.

磁性粒子を圧縮成形する際に磁性粒子にダメージを与えてしまうと、磁性粒子周囲に塗布した絶縁被膜層が破壊されてしまう虞がある。絶縁被膜層が破壊されてしまうと、磁性粒子同士が接触してしまうこととなり、折角、粒径の小さい純鉄系磁性粒子を使用しても、鉄損が上がってしまい、リアクトル損失は増大することとなる。絶縁被膜層の良否を評価するに当たり、品質係数を用いると判別しやすい。   If the magnetic particles are damaged when the magnetic particles are compression-molded, the insulating coating layer applied around the magnetic particles may be destroyed. When the insulating coating layer is destroyed, the magnetic particles come into contact with each other, and even if pure iron-based magnetic particles having a small angle and particle diameter are used, the iron loss increases and the reactor loss increases. It will be. In evaluating the quality of the insulating coating layer, it is easy to discriminate using a quality factor.

リアクトルにおける品質係数は下記の式で表される
Q=(2・π・f・L)/Rac
Q:品質係数,
L:リアクトルのインダクタンス,
f:回路の駆動周波数,
Rac:交流抵抗
The quality factor in the reactor is expressed by the following formula: Q = (2 · π · f · L) / Rac
Q: Quality factor,
L: Reactor inductance,
f: circuit drive frequency,
Rac: AC resistance

上述の式中、交流抵抗は直流抵抗と鉄損を含んだパラメーターとなる。この鉄損が高くなると品質係数は低下する傾向にあることから、リアクトルの損失を評価することが可能である。交流抵抗ではなく品質係数で評価する理由は、リアクトルの容量が大きくなると損失の絶対値は大きくなってしまうことから、素材自体の良否を相対的に判別することが困難となる。   In the above formula, AC resistance is a parameter including DC resistance and iron loss. Since the quality factor tends to decrease as the iron loss increases, it is possible to evaluate the reactor loss. The reason for the evaluation based on the quality factor instead of the AC resistance is that the absolute value of the loss increases as the reactor capacity increases, making it difficult to relatively determine the quality of the material itself.

品質係数はインダクタンスのパラメーターも含んでいるため、リアクトルの容量に関わらず鉄心の損失に対する良否判定を行うことができるため、有効な手段となる。品質係数の評価において100kHzを選択する理由は、高周波ほど鉄損は高くなる傾向にあるため、100kHz近傍においては直流抵抗損よりも鉄損の比率の方が非常におおきくなり、鉄心の素材を評価する上で直流抵抗損を無視できるからである。   Since the quality factor includes an inductance parameter, it is possible to make a pass / fail judgment on the loss of the iron core regardless of the capacity of the reactor, which is an effective means. The reason for selecting 100 kHz in the evaluation of the quality factor is that the iron loss tends to be higher at higher frequencies, so the iron loss ratio is much greater than the DC resistance loss in the vicinity of 100 kHz, and the core material is evaluated. This is because the DC resistance loss can be ignored.

絶縁被膜層の良否は、成形された圧粉磁心の表面を観察しただけでは、簡単に判定することはできない。すなわち、圧粉磁心の表面に露出している純鉄粉末を被覆している絶縁樹脂被膜が潰れていても、表面から100μm〜40μm程度の深さ(純鉄粉末の粒子で2〜3個分の深さ)までの潰れであれば、鉄損の損失は少ない。しかし、これ以上の深さの粒子まで絶縁被膜が潰れると、鉄損が大きくなり、リアクトルの損失が増大するが、成形された圧粉磁心を外部から観察しても、どの程度の深さまで絶縁皮膜層が不良になっているかを判定することはできない。   The quality of the insulating coating layer cannot be easily determined simply by observing the surface of the molded dust core. That is, even if the insulating resin coating covering the pure iron powder exposed on the surface of the dust core is crushed, the depth of about 100 μm to 40 μm from the surface (2 to 3 particles of pure iron powder) Loss of iron loss is small. However, if the insulation coating is crushed to a particle with a depth greater than this, the iron loss increases and the reactor loss increases. However, even if the molded powder magnetic core is observed from the outside, the insulation depth can be increased. It cannot be determined whether the film layer is defective.

そこで、本実施形態においては、完成された圧粉磁心によってリアクトルを製造し、そのリアクトルにおける損失係数Qを測定することにより、純鉄粉末の絶縁被膜が圧粉磁心のどの程度の深さまで潰れているかを判定する。   Therefore, in the present embodiment, a reactor is manufactured with the completed dust core, and the loss coefficient Q in the reactor is measured, so that the insulation coating of pure iron powder is crushed to what depth of the dust core. It is determined whether or not.

本実施形態における「絶縁被膜の潰れ」とは、純鉄粉末粒子の周囲に形成された絶縁被膜の欠損や、絶縁被膜の薄肉化などにより、隣接する純鉄粉末間に要求される絶縁性能を確保できなくなる状態を言う。圧粉磁心の絶縁皮膜層の潰れは、圧粉磁心の成形圧力や加熱処理、更には、金型内部から成形された圧粉磁心を取り出すときに発生するものであり、特に、成形体における金型表面との摺動面に発生する。   In this embodiment, “smashing of insulating coating” refers to insulation performance required between adjacent pure iron powders due to loss of insulating coating formed around pure iron powder particles, thinning of the insulating coating, etc. The state that cannot be secured. Crushing of the insulating coating layer of the dust core occurs when the dust core is subjected to molding pressure and heat treatment, and when the dust core formed from the inside of the mold is taken out. Occurs on the sliding surface with the mold surface.

成形体の金型からの取出に発生する絶縁被膜の潰れは、前記潤滑性樹脂の添加によっても押さえることはできるが、同一の金型を繰り返し使用した結果、金型の成形体との摺動面に微細な傷(凹凸)が発生し、その傷によって成形体の加圧時及び取出時に純鉄粉末表面の絶縁被覆が潰れることが1つの原因である。本実施形態では、加圧・取出回数がある程度の値に達した時点で得られた圧粉磁心を用いてリアクトルを作製し、その品質係数を測定することで、金型の寿命を判定することもできる。このように、本実施形態では、品質係数を10以上に維持する処理が、金型表面における成形体との摺動面の面粗度管理を行うことによって実現できる。   Although the collapse of the insulating coating that occurs when the molded body is removed from the mold can be suppressed by the addition of the lubricating resin, sliding with the molded body of the mold results from repeated use of the same mold. One reason is that fine scratches (irregularities) are generated on the surface, and the scratches cause the insulating coating on the surface of the pure iron powder to be crushed when the compact is pressed and taken out. In this embodiment, a reactor is manufactured using a dust core obtained when the number of pressurization / removal times reaches a certain value, and the life of the mold is determined by measuring its quality factor. You can also. Thus, in this embodiment, the process which maintains a quality factor to 10 or more is realizable by performing the surface roughness management of the sliding surface with the molded object in the metal mold | die surface.

(6)製造方法
本実施形態の圧粉磁心は、次のように製造する。
(6) Manufacturing method The powder magnetic core of this embodiment is manufactured as follows.

(6−1)絶縁皮膜の形成工程
純鉄粉末とシリコーン樹脂などの絶縁材料を、例えば、造粒混合機を使用して15分程度混合する。
(6-1) Insulating film forming step Pure iron powder and an insulating material such as silicone resin are mixed for about 15 minutes using, for example, a granulating mixer.

純鉄粉末と絶縁材料の混合物に対して、純鉄に対して0.1〜1.0wt%の潤滑性樹脂を添加して、更に混合する。前記絶縁材料の混合と、この潤滑性樹脂の混合を同時に行うことも可能である。   To the mixture of pure iron powder and insulating material, 0.1 to 1.0 wt% of a lubricious resin is added to pure iron and further mixed. It is also possible to mix the insulating material and the lubricating resin simultaneously.

(6−2)成形工程
成形工程では、結着性樹脂を添加した混合物を金型内に充填して、加圧成形する。その場合、金型温度は常温が好ましいが、80℃までの範囲であっても構わない。すなわち、ここでの常温とは、5℃〜35℃までの範囲をいうが、5℃〜80℃の範囲であっても構わない。成形圧力は、例えば、800〜1700MPaである。
(6-2) Molding step In the molding step, the mixture to which the binder resin has been added is filled in a mold and pressure-molded. In that case, the mold temperature is preferably room temperature, but may be in the range up to 80 ° C. That is, the normal temperature here means a range from 5 ° C. to 35 ° C., but may be a range from 5 ° C. to 80 ° C. The molding pressure is, for example, 800 to 1700 MPa.

(6−3)熱処理工程
成形体に対する熱処理は、例えば、600℃〜650℃の温度で、100%窒素ガスなどの不活性ガスや水素ガスなどの非酸化雰囲気中で行う。
(6-3) Heat treatment step The heat treatment for the molded body is performed, for example, at a temperature of 600 ° C to 650 ° C in a non-oxidizing atmosphere such as an inert gas such as 100% nitrogen gas or a hydrogen gas.

熱処理工程は、成形体中の残留歪みや残留応力の除去を目的としてなされる。これにより、圧粉磁心の保磁力やヒステリシス損失の低減が図られる。なお、熱処理工程で除去される残留歪等は、成形工程前から金属粉内に蓄積された歪等であっても良い。   The heat treatment step is performed for the purpose of removing residual strain and residual stress in the molded body. As a result, the coercive force and hysteresis loss of the dust core can be reduced. The residual strain removed in the heat treatment step may be strain accumulated in the metal powder before the forming step.

下記の表1及び表2に示すように、磁心材料として、篩処理の目開き寸法が異なる純鉄粉末を使用した実施例1〜6と比較例1〜4、及び磁心材料としてセンダストを使用した比較例3に従って、実際に圧粉磁心を作製した。そして、各圧粉磁心に1次巻線(28ターン)及び2次巻線(28ターン)を施し、磁気計測機器であるBHアナライザ(岩通計測株式会社:SY−8232)を用いて、周波数100kHz、最大磁束密度Bm=30MTの条件下でその品質特性と鉄損を、定格電流16Armsの条件下で銅損を評価した。   As shown in Table 1 and Table 2 below, Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 using pure iron powder having different sieve opening sizes as magnetic core materials, and Sendust as magnetic core materials were used. According to Comparative Example 3, a dust core was actually produced. Each powder magnetic core is provided with a primary winding (28 turns) and a secondary winding (28 turns), and a frequency is measured using a BH analyzer (Iwatori Measurement Co., Ltd .: SY-8232) which is a magnetic measurement device. The quality characteristics and iron loss were evaluated under the condition of 100 kHz and the maximum magnetic flux density Bm = 30MT, and the copper loss was evaluated under the condition of the rated current of 16 Arms.


評価結果は、前記表1及び図1に示す通り、篩処理の目開きが50μm以下であって100kHzの品質係数が30以上の実施例1,2において、リアクトルの損失が少ないことが確認された。この場合、比較例2に示すように、品質係数が10以上であっても、純鉄粉末(純鉄ダスト)の篩処理目開きが75μmの場合には、特に鉄損が上昇し、損失全体も大きい。比較例3のセンダスト粉末を使用した圧粉磁心の場合は、目開きが75μmと粒子径が大きくても、品質係数が高く、鉄損も少ないが、純鉄粉末に比較して高価且つリアクトル体格が多くなる欠点がある。   As shown in Table 1 and FIG. 1, the evaluation results confirmed that the reactor loss was small in Examples 1 and 2 in which the sieve opening was 50 μm or less and the quality factor of 100 kHz was 30 or more. . In this case, as shown in Comparative Example 2, even when the quality factor is 10 or more, when the sieve opening of pure iron powder (pure iron dust) is 75 μm, the iron loss particularly increases, and the entire loss Is also big. In the case of a powder magnetic core using the Sendust powder of Comparative Example 3, the quality factor is high and the iron loss is small even if the opening is 75 μm and the particle diameter is large, but it is more expensive and has a reactor structure than pure iron powder. There is a disadvantage that increases.

前記表2及び図2に示す通り、篩処理の目開きが50μm以下であっても100kHzの品質係数が10に満たないの比較例4,5においては鉄損が大幅に上昇し、品質係数が10以上の実施例3〜6になると鉄損の減少効果が得られる。これらの実験結果から、品質係数は10以上であることが、圧粉磁心表面の絶縁被膜の潰れを防ぎ、鉄損の減少に効果があることが分かる。この傾向は、特に品質係数が20以上になると著しく、鉄損の抑制効果が大きい。   As shown in Table 2 and FIG. 2, the iron loss is greatly increased in Comparative Examples 4 and 5 in which the quality factor of 100 kHz is less than 10 even if the sieve opening is 50 μm or less, and the quality factor is When it becomes 10 or more Examples 3-6, the reduction effect of an iron loss will be acquired. From these experimental results, it can be seen that a quality factor of 10 or more prevents the insulation coating on the surface of the dust core from being crushed and is effective in reducing iron loss. This tendency is particularly remarkable when the quality factor is 20 or more, and the effect of suppressing iron loss is great.

以上のように、篩処理の目開きが、図1のグラフの屈曲点に当たる50μm以下になると、鉄損の減少がより効果的である。しかし、篩処理の目開きが75μmに達しない場合、具体的には、図1のグラフから分かるように、篩処理の目開きが70μmの場合であってもリアクトルの総損失が18.0W程度となり、実用上許容の範囲となるので、本発明においては、篩処理の目開きは70μm以下とする。   As described above, when the opening of the sieving process is 50 μm or less, which corresponds to the bending point of the graph of FIG. 1, the reduction in iron loss is more effective. However, if the sieve opening does not reach 75 μm, specifically, as can be seen from the graph of FIG. 1, the total loss of the reactor is about 18.0 W even if the sieve opening is 70 μm. Therefore, in the present invention, the opening of the sieving process is set to 70 μm or less.

Claims (4)

目開きが70μm以下で篩処理された純鉄粉末と絶縁樹脂を混合して、純鉄粉末の周囲に絶縁被膜が形成され、
前記絶縁被膜が形成された純鉄粉末が、潤滑剤を添加した状態で所定の形状に加圧成形処理され、
前記成形体が非酸化雰囲気中で加熱処理され、
前記加圧成形処理に当たり、成形体を構成する純鉄粉末表面に形成した絶縁被膜が、完成された圧粉磁心を使用したリアクトルに対して100kHzの電流を与えた際に、その品質係数が10以上となる状態に維持されていることを特徴とする圧粉磁心。
Pure iron powder sieved with an opening of 70 μm or less and an insulating resin are mixed to form an insulating coating around the pure iron powder,
The pure iron powder on which the insulating coating is formed is pressure-molded into a predetermined shape with a lubricant added,
The molded body is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere,
In the press molding process, when the insulating coating formed on the surface of the pure iron powder constituting the compact gives a current of 100 kHz to the reactor using the finished dust core, the quality factor is 10 A dust core characterized by being maintained in the above state.
目開きが70μm以下で篩処理された純鉄粉末と絶縁樹脂を混合して、純鉄粉末の周囲に絶縁被膜が形成され、
前記絶縁被膜が形成された純鉄粉末が、潤滑剤を添加した状態で所定の形状に加圧成形処理され、
前記成形体が非酸化雰囲気中で加熱処理され、
前記加圧成形処理に当たり、成形体を構成する純鉄粉末表面に形成した絶縁被膜の潰れが、成形体表面から100μm以内の範囲に収まっていることを特徴とする圧粉磁心。
Pure iron powder sieved with an opening of 70 μm or less and an insulating resin are mixed to form an insulating coating around the pure iron powder,
The pure iron powder on which the insulating coating is formed is pressure-molded into a predetermined shape with a lubricant added,
The molded body is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere,
A dust core in which the collapse of the insulating coating formed on the surface of pure iron powder constituting the compact is within a range of 100 μm or less from the surface of the compact during the pressure molding process.
目開きが70μm以下で処理された純鉄粉末と絶縁樹脂を混合して、純鉄粉末の周囲に絶縁被膜を形成し、
絶縁被膜が形成された純鉄粉末を、潤滑剤を添加した状態で所定の形状に加圧成形し、
前記成形体を、非酸化雰囲気中で加熱処理を行い、
前記加圧成形処理を行うに当たり、成形体を構成する純鉄粉末表面に形成した絶縁被膜が、完成された圧粉磁心を使用したリアクトルに対して100kHzの電流を与えた際に、その品質係数を10以上に維持したことを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
Pure iron powder treated with an opening of 70 μm or less and an insulating resin are mixed to form an insulating film around the pure iron powder,
Pure iron powder with an insulating coating formed is pressed into a predetermined shape with a lubricant added,
The molded body is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere,
In performing the pressure molding treatment, when the insulating coating formed on the surface of the pure iron powder constituting the compact gives a current of 100 kHz to the reactor using the finished powder magnetic core, the quality factor thereof Is maintained at 10 or more.
前記加熱処理が、600℃〜650℃で行われることを特徴とする請求項3に記載の圧粉磁心の製造方法。

The said heat processing are performed at 600 to 650 degreeC, The manufacturing method of the powder magnetic core of Claim 3 characterized by the above-mentioned.

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