JP2001115201A - 高周波リアクトル用合金粉末及びこれを用いた高周波リアクトル - Google Patents

高周波リアクトル用合金粉末及びこれを用いた高周波リアクトル

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JP2001115201A
JP2001115201A JP29550699A JP29550699A JP2001115201A JP 2001115201 A JP2001115201 A JP 2001115201A JP 29550699 A JP29550699 A JP 29550699A JP 29550699 A JP29550699 A JP 29550699A JP 2001115201 A JP2001115201 A JP 2001115201A
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reactor
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powder
frequency
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Teruhiko Fujiwara
照彦 藤原
Masayoshi Ishii
政義 石井
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Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数特性に優れ、しかも定格電流における
透磁率が高く、その上、製造が容易で、かつ、安価な高
周波リアクトル用合金粉末及びこの合金粉末を使用した
リアクトルを提供することである。 【解決手段】 鉄を主成分とし、3.0〜8.0wt%S
i、0〜3.0wt%Mn(但し、0を含まず)を含
み、粉末粒径が150μm以下とし、5wt%以下のバ
インダーを混合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、産業機器及び一般
家庭用電気製品に搭載されるSW電源において、そのS
W周波数が10kHz以上の電源に搭載される高周波リ
アクトル用合金粉末及びこれを用いた高周波リアクトル
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、省エネルギー、CO問題の高ま
りから、一般家電及び産業用機器において省エネルギー
対策が急速に進んでいる。一般的に、消費電力が大きく
省エネルギー効果が高いものとして、エアコン、冷蔵庫
等のモーターを使用しているもの、及び照明器具等が上
げられる。これら製品の省エネルギー化を進めるため
に、高効率モーターの採用、電気回路の高効率化等が進
められている。電気回路で効率が大きく問題となるの
は、50/60HzAC入力をDC化する電源部であ
り、その効率改善のため、SW電源の普及が、近年急速
に進んでいる。
【0003】しかしながら、SW電源を採用すると、電
流波形の歪により、高調波電流の発生が問題となってく
る。この対策として、様々な回路方式が提案されている
が、例えば、チョークインプット方式、一石コンバータ
ー方式、アクティブフィルター方式等が挙げられるが、
何れの方式においても、電流の導通角を広げるためにリ
アクトルが使用される。このリアクトルに求められる特
性は、インダクタンス値の他に、高変換効率、可聴域の
唸りがない、温度上昇が小さい、小型軽量、及び低コス
ト等、多岐にわたっている。
【0004】これら特性を達成する方法は、個別には種
々あるが、同時に解決できる最も有効な手段として、S
W周波数を上げることが考えられる。その場合、使用さ
れるリアクトル材が重要であり、高周波まで低損失、し
かも定格電流で高透磁率の材質が必要とされる。実際、
小容量の電源では、高周波用フェライト材の商品化が高
周波電源の設計に大きく貢献していることは、周知の事
実である。
【0005】一方、大容量の電源では、上記特性に加
え、直流重畳特性が重要であり、飽和磁化の低いフェラ
イト材は使用できない。従って、他のリアクトル材を使
用しなければならないが、一般珪素鋼鈑は、高周波での
コアロスが大きいため使用できず、また、高珪素鋼鈑で
も、20kHzを超えると、急激にコアロスの増大と透
磁率の著しい劣化が発生するため、使用周波数が20k
Hz以下に限定される。
【0006】次に、アモルファスは、高価なBを使用す
ること及び特殊な製造装置が必要なため、どうしても高
コストになること、さらに磁歪が大きいため、可聴域の
唸りの発生が避けられないことの理由で、最適な材料と
は言えず、また、圧粉磁心は周波数特性が良好である
が、高珪素鋼鈑に比較すると、直流重畳特性が悪いの
で、小型軽量化の点で限界がある。
【0007】従って、現状の大容量リアクトルは、SW
周波数を20kHz以下に限定した上で、高珪素鋼鈑を
積層した磁心にマグネットワイヤーを巻線したものが一
般的である。しかし、今後、省エネルギー、CO抑制
は必須の課題であり、大容量SW電源においても、その
高周波数化は不可避と考えられ、それに適合可能なリア
クトルが強く求められている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
問題点に鑑み、電源回路の効率を向上させるため、周波
数特性に優れ、しかも定格電流における透磁率が高く、
その上、製造が容易で、かつ、安価な高周波リアクトル
用合金粉末及びこの合金粉末を使用したリアクトルを提
供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、鉄を主成分と
し、3.0〜8.0wt%Si、0〜3.0wt%Mn
(但し、0を含まず)を含む合金粉末であって、粉末粒
径が150μm以下であり、5wt%以下のバインダー
が混合されていることを特徴とする高周波リアクトル用
合金粉末である。
【0010】また、本発明は、上記高周波リアクトル用
合金粉末において、前記鉄の一部が0〜2.0wt%V
(但し、0を含まず)で置換され高周波リアクトル用合
金粉末である。
【0011】また、本発明は、上記高周波リアクトル用
合金粉末を金型成形した磁心と導線より構成された高周
波リアクトルである。
【0012】また、本発明は、上記高周波リアクトルに
おいて、前記磁心は該合金粉末の粉末充填率が体積比で
70%以上であり、かつ飽和磁化が10000G以上
で、保磁力が2.0Oe以下である高周波リアクトルで
ある。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明では、出発原料は、溶解法
によって作製したインゴットを機械的に粉砕したもので
も良いし、アトマイズ法によって作製した粉末のどちら
を使用しても問題無い。これら合金粉末に、バインダー
として熱硬化性樹脂を混合し、次に例えばトロイダル形
状の金型を使用して圧縮成形する。次に、その成形体に
対し、適当な温度で歪とり熱処理を行う。次に、定格電
流に応じた線径のマグネットワイヤーを使用し、所望の
インダクタンス値になるようにターン数を決める。
【0014】ここで、合金の組成を特定した理由を述べ
ると、Si量を3.0〜8.0wt%としたのは、Si量
が3.0wt%未満では、コアロスが高く周波数特性が
悪いためであり、8.0wt%を超えると、飽和磁化が
低く直流重畳特性が劣化するためである.
【0015】次に、Mn量を3.0wt%以下(0は含
まず)としたのは、Mn量が3.0wt%超えると、飽
和磁化の低下が著しいため直流重畳特性が劣化するため
である。また、粉末の粒径が150μm以下の時、磁心
の高周波特性が良好であり、バインダーが5.0%を超
えた時は磁心の粉末の充填率が低く、飽和磁化が低くな
るためである。また、V量を2wt%以下(0を含ま
ず)としたのは、VとMnとが複合添加したときに磁気
特性が改善されるが、2wt%を超えると飽和磁化の低
下が著しいために直流重畳特性が劣化するためである。
【0016】
【実施例】以下、本発明の具体的な構成を実施例を用い
て説明する。
【0017】(実施例1)水アトマイズ法で作製した
7.0wt%Si−1.0wt%Mn−balFe合金粉
末を150μm以下に分級し、次に、バインダーとし
て、Si系樹脂を重量比で3wt%混合した。次に成型
用金型を使用し、外径15mm、内径10mm、高さ5
mmの形状に金型成形した。次に、この成形体を不活性
雰囲気中で700℃×1時間保持後、室温まで徐冷し
た。
【0018】次に、この成形体の磁気特性を測定するた
めに、1次15ターン、2次5ターンの巻線をし、岩崎
通信機のSY−8232交流BHトレーサーで50kH
z、0.1mTにおける透磁率、保磁力、コアロス特性
を測定した。
【0019】比較例として、全く同じ形状の磁心を板厚
0.1mmの高珪素鋼鈑から金型で打抜き後、樹脂で積
層し作製した。次に、歪とり熱処理後を行った後、40
A直流重畳時の透磁率μ40が実施例とほぼ同じ値にな
るように磁心にギャップを入れ、本発明と全く同様に、
1次、二次の巻線を行い、交流の磁気特性を測定した。
これらの結果を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】表1に示すとおり、本発明の磁心は、比較
例に対し、高周波における磁気特性が良好であることが
分かる。
【0022】(実施例2)Si量が1.0、2.0、3.
0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、1
0.0wt%で、かつ、全ての組成についてMn量が2.
0wt%、残部Feよりなる合計10個の組成について
水アトマイズ法で合金粉末を作製し、実施例1と全く同
様の方法で150μm以下に分級後、バインダーを添加
し、トロイダル形状に金型で磁心を成形した。
【0023】次に、歪とりの熱処理を行い、40A直流
重畳時のインダクタンスを周波数50kHzにおいて測
定した。そのインダクタンス値より、交流の透磁率を計
算し、その結果を図1に示す。Si量が3.0〜8.0w
t%の時、高い透磁率を示すことが分かる。
【0024】次に、同じ磁心に1次巻線、2次巻線を
し、直流磁気特性を測定した。その結果を図2に示す。
図2より、Si量が3.0wt%未満になると、保磁力
が急激に増加し、また、Si量が8.0wt%を超える
と、飽和磁化B200が10000G以下の低い値しか
示さないことが分かる。これは、図1に示す40A直流
重畳時の透磁率が高い値を示すSi量と一致しているこ
とが分かる。
【0025】(実施例3)Si量が6.75wt%でM
n量が0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、3.0、
4.0、5.0wt%、残部Feの各合金粉末をインゴッ
ト作製後、機械的に粉砕する方法で150μm以下の粉
末を作製した。
【0026】次に、この合金に実施例1と全く同じ方法
でバインダー混合後、金型成形によりトロイダル磁心を
作製し、次に、歪とり熱処理後、実施例2と同様の方法
で40A直流重畳時の50kHzのインダクタンスを測
定した。また、実施例2と同様に、透磁率を計算し、そ
の結果を図3に示す。図3より、Mn量が0.1〜3.0
wt%の範囲で高い透磁率を示すことが分かる。
【0027】(実施例4)実施例3で作製した6.75
wt%Si−1.0wt%Mn−balFe合金粉末を
使用して、バインダー量を1.0、2.0、3.0、4.
0、5.0、6.0、7.0wt%のバインダーを混合
し、実施例2〜4と全く同じ方法で磁心を作製し、40
Aの直流重畳時の透磁率を測定した。その結果を図4に
示す。
【0028】図4より、バインダーが5.0wt%以下
の時、高い透磁率が得られることが分かる。なお、バイ
ンダー5.0wt%の時の磁気特性は、飽和磁化が10
300G、磁心の合金粉末充填率は70.5%であっ
た。
【0029】(実施例5)合金組成が6.25wt%S
i−0.5Mn−FeにVを各々0.1、0.2、0.5、
1.0、2.0、3.0、4.0、5.0wt%添加した合
金をガスアトマイズ法により作製した。これら粉末に実
施例1〜4と全く同じ方法で150μm以下に分級後、
バインダーを混合し、磁心成形、熱処理し、40A直流
重畳時の透磁率を測定した。その結果を図5に示す。図
5より、Vを0.1〜2.0wt%添加することにより、
透磁率が向上することが分かる。
【0030】(実施例6)実施例5で作製した6.25
wt%Si−0.5wt%Mn−92.75wt%Fe−
0.5wt%V合金粉末を使用して、外径50mm、内
径25mm、高さ20mmのトロイダルコアを金型を使
用して作製した。
【0031】次に、このトロイダルコアを歪とり熱処理
し、次にφ1.8mmのマグネットワイヤーを60ター
ン巻線し、リアクトルを作製した。このリアクトルの4
0A直流重畳時のインダクタンスを測定したところ、5
50μHであった。
【0032】次に、出力2000W級のごく一般的なイ
ンバーター制御用のアクティブフィルターが搭載された
SW電源に、このリアクトルを接続し回路効率を測定し
た。ここで、出力側には負荷抵抗を接続した。また、回
路効率は出力電力を入力電力で割った値を使用した。
【0033】比較例として、幅20mmのFe系アモル
ファス薄帯を使用し本発明と全く同じ寸法のトロイダル
コアを作製した。次に、本発明と全く同じインダクタン
スになるようにギャップを挿入した後、やはり60ター
ン巻線し、インダクタンスを測定したところ、540μ
Hであった。次に、本発明と全く同じ方法でSW電源に
接続し、その回路効率を測定した。これらの結果を表2
に示す。
【0034】
【表2】
【0035】表2より、本発明によるリアクトルは、比
較例に比較し、回路効率が高いことが分かった。これ
は、アモルファスコアにギャップを入れる必要があり、
そのため、唸りが発生し、さらにギャップ付近の漏洩磁
束がコアを発熱させる等、効率に悪影響を及ぼしている
ためと思われる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、Si量が3.0w
t%〜8.0wt%でMn量が0〜3.0wt%(但し、
0を含まず)、粉末の粒径が150μm以下の粉末に、
バインダーを5.0%以下混合したとき高周波特性に優
れたリアクトル用粉末が得られ、これを圧縮成形するこ
とにより、充填率が70%以上で、飽和磁化が1000
0G以上及びHcが2.0Oe以下の高周波特性に優れ
たリアクトルが得られる。さらに、VはMnと複合添加
したときに磁気特性が改善され、0〜2.0wt%(但
し、0を含まず)の添加量で直流重畳特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例2におけるSi量とμ’との関係を示す
図。
【図2】実施例2におけるSi量と飽和化B200、保
磁力Hcとの関係を示す図。
【図3】実施例3におけるMn量とμ’との関係を示す
図。
【図4】実施例4におけるバインダー量とμ’との関係
を示す図。
【図5】実施例5におけるV量とμ’との関係を示す
図。
───────────────────────────────────────────────────── 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) H01F 1/14 H01F 1/26 1/26 37/00 A 37/00 M 1/14 Z

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄を主成分とし、3.0〜8.0wt%S
    i、0〜3.0wt%Mn(但し、0を含まず)を含む
    合金粉末であって、粉末粒径が150μm以下であり、
    5wt%以下のバインダーが混合されていることを特徴
    とする高周波リアクトル用合金粉末。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の高周波リアクトル用合金
    粉末において、前記鉄の一部が0〜2.0wt%V(但
    し、0を含まず)で置換されたことを特徴とする高周波
    リアクトル用合金粉末。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の高周波リアク
    トル用合金粉末を金型成形した磁心と導線より構成され
    たことを特徴とする高周波リアクトル。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の高周波リアクトルにおい
    て、前記磁心は、該合金粉末の粉末充填率が体積比で7
    0%以上であり、かつ飽和磁化が10000G以上で、
    保磁力が2.0Oe以下であることを特徴とする高周波
    リアクトル。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008255384A (ja) * 2007-04-02 2008-10-23 Seiko Epson Corp 軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子
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CN102886597A (zh) * 2012-10-19 2013-01-23 南通皋鑫电子股份有限公司 一种硅叠高频合金机

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