JP2006114695A - Magnetic body - Google Patents
Magnetic body Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006114695A JP2006114695A JP2004300498A JP2004300498A JP2006114695A JP 2006114695 A JP2006114695 A JP 2006114695A JP 2004300498 A JP2004300498 A JP 2004300498A JP 2004300498 A JP2004300498 A JP 2004300498A JP 2006114695 A JP2006114695 A JP 2006114695A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- powder
- core loss
- core
- magnetic
- magnetic body
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 60
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 48
- 229910017082 Fe-Si Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910017133 Fe—Si Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 claims description 24
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 claims description 11
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 abstract description 61
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 abstract 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 3
- XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L zinc stearate Chemical compound [Zn+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O XOOUIPVCVHRTMJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229910002796 Si–Al Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000009689 gas atomisation Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 235000019353 potassium silicate Nutrition 0.000 description 1
- NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N sodium silicate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-][Si]([O-])=O NTHWMYGWWRZVTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本発明はＦｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉末を用いて製造された磁性体に関し、更に詳しくは、その磁性体を所望の使用周波数で作動させたときのコロアスを制御できるように設計されている磁性体、とりわけ圧粉磁心として有用な磁性体に関する。 The present invention relates to a magnetic material manufactured using Fe-Si based soft magnetic powder, and more particularly, to a magnetic material designed to control corrosion when the magnetic material is operated at a desired operating frequency. The present invention relates to a magnetic body useful as a body, particularly as a dust core.
デスクトップパソコン、ノートパソコン、パソコンサーバ、ゲーム機、エアコン、冷蔵庫、太陽光発電装置、自動車の直噴エンジン制御や高輝度放電型のベッドライトなどの制御用電源には、スイッチング電源やＤＣ−ＤＣコンバータが不可欠になっている。そして、これら電源の平滑用コイルや昇圧チョッパ用チョークコイルには、磁性体の１種である例えば圧粉磁心が組み込まれている。 Switching power supplies and DC-DC converters are used as power sources for control of desktop PCs, notebook PCs, PC servers, game machines, air conditioners, refrigerators, solar power generators, automobile direct injection engine controls, and high-intensity discharge type bed lights. Is indispensable. For example, a dust core, which is a kind of magnetic material, is incorporated in the smoothing coil of the power source and the choke coil for the boost chopper.
この圧粉磁心は、一般に、次のようにして製造されている。
まず、所定組成の軟磁性合金に機械粉砕やアトマイズ法を適用して所定の粒度分布を有する軟磁性粉末を製造する。ついで、この軟磁性粉末に、例えば水ガラス、リン酸、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂のような絶縁材料であると同時に結着能を有する材料の所定量を混合して、絶縁皮膜で被覆された軟磁性粉末を製造する。
そして、この軟磁性粉末を、例えばステアリン酸亜鉛のような潤滑剤と一緒に金型に充填したのち例えばプレス成形して所定形状をした圧粉磁心の成形体を製造する。
This dust core is generally manufactured as follows.
First, a soft magnetic powder having a predetermined particle size distribution is manufactured by applying mechanical pulverization or atomization to a soft magnetic alloy having a predetermined composition. Next, the soft magnetic powder is mixed with a predetermined amount of an insulating material such as water glass, phosphoric acid, silicone resin, phenol resin, epoxy resin, and imide resin, and at the same time has a binding ability, thereby insulating the material. A soft magnetic powder coated with a film is produced.
Then, the soft magnetic powder is filled into a mold together with a lubricant such as zinc stearate, and then, for example, press-molded to produce a compact core of a dust core having a predetermined shape.
そして最後に、この成形体の磁気焼鈍を行って成形時の蓄積歪みを除去して目的とする圧粉磁心にする。
このような圧粉磁心を前記したような用途に用いる場合に重要な問題は、使用時におけるコロアスが可及的に小さいことである。コロアスが大きい場合には、電力エネルギのロスが大きくなり、低効率化が不可避となるからである。
Finally, the compact is magnetically annealed to remove accumulated strain during molding to obtain the desired dust core.
An important problem when using such a powder magnetic core for the above-mentioned uses is that the corona at the time of use is as small as possible. This is because when the radius is large, the loss of electric power energy becomes large, and the reduction in efficiency is inevitable.
例えば、最近、電力変換用のスイッチング電源に用いられる大電力用のリアクトル磁心として圧粉磁心の使用が検討されているが、その場合、圧粉磁心に対する使用周波数は、数百〜３０ｋＨｚ程度になる。そして、その使用周波数において、省エネルギ化のために当該スイッチング電源を高効率化することが必要であり、そのためには、組み込まれている圧粉磁心のその使用周波数におけるコロアスを低減させることが必要になる。 For example, recently, the use of a dust core as a high-power reactor core used in a switching power supply for power conversion has been studied. In this case, the operating frequency for the dust core is several hundred to 30 kHz. . And it is necessary to increase the efficiency of the switching power supply in order to save energy at the frequency used, and to that end, it is necessary to reduce the corona at the frequency used in the dust core incorporated. become.
ところで、圧粉磁心のコアロスは、当該圧粉磁心がある組成の軟磁性粉末で構成されている場合には、その重量平均粒径によって大きな影響を受けることが知られている（非特許文献１を参照）。
この非特許文献１では、製造条件を一定にした状態で、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系のアトマイズ粉を用いて製造した各種の圧粉磁心の場合、粉末の重量平均粒径を７〜１１μｍにすると、得られた圧粉磁心の、励磁磁束密度０．１Ｔ、周波数１００ｋＨｚにおけるコアロスは２２０〜２７０Ｗ／ｍ3にまで低減することが報告されている。
By the way, it is known that the core loss of the dust core is greatly influenced by the weight average particle size when the dust core is composed of soft magnetic powder having a composition with the dust core (Non-patent Document 1). See).
In this Non-Patent
したがって、ある組成を有する軟磁性粉末を用いてある使用周波数におけるコアロスが低減した圧粉磁心を製造する場合には、適正な粒径の軟磁性粉末を用いていればよく、特定の粒径でその使用周波数におけるコアロスを最小にすることが可能である。
一方、圧粉磁心は、その用途に応じて、作動時に採用する使用周波数が変化する。そして、ある使用周波数でコアロスを最小にする粒径の軟磁性粉末で構成した圧粉磁心であっても、それを別の使用周波数で作動させた場合には、当該圧粉磁心のコアロスが増大することもあり得ることは経験的事実として知られている。
Therefore, when producing a powder magnetic core having a reduced core loss at a certain frequency using a soft magnetic powder having a certain composition, a soft magnetic powder having an appropriate particle size may be used. It is possible to minimize the core loss at the used frequency.
On the other hand, in the dust core, the operating frequency employed at the time of operation varies depending on the application. And even if it is a dust core composed of soft magnetic powder with a particle size that minimizes core loss at a certain operating frequency, if it is operated at another operating frequency, the core loss of the dust core increases. What you can do is known as empirical fact.
このように、ある組成を有する軟磁性粉末で構成した圧粉磁心のコアロスは、使用粉末の粒径と使用周波数の影響を受けて変化する。
しかしながら、コアロス、粉末の粒径、および使用周波数との相関関係についての検討は、現在のところ報告されていない。
However, studies on the correlation with core loss, powder particle size, and operating frequency have not been reported at present.
上記したように、使用粉末の粒径を最適化することにより、ある使用周波数（ｆとする）における圧粉磁心のコアロスを最小にすることが可能である。それを最小コアロス（Ｐmin）とする。そして、最小コアロスが得られる軟磁性粉末の重量平均粒径をＤ（μｍ）とし、ＤがＤ＋ΔＤに変化すると、通常、その圧粉磁心のコアロスは増大する。
しかしながら、そのときのコアロス（Ｐmin＋ΔＰ）が当該圧粉磁心の実使用に支障を与えなければ、その圧粉磁心は、粒径範囲ΔＤを有する粉末粒径で実使用が可能である。この場合、粉末の粒径をΔＤの範囲内で変化させても、圧粉磁心のコアロス（Ｐ）が最小コアロス（Ｐmin）に対してΔＰまで増大することは、実際問題として許容されることになる。
As described above, by optimizing the particle size of the powder used, it is possible to minimize the core loss of the dust core at a certain frequency used (f). Let it be the minimum core loss (Pmin). When the weight average particle diameter of the soft magnetic powder that can provide the minimum core loss is D (μm) and D changes to D + ΔD, the core loss of the dust core usually increases.
However, if the core loss (Pmin + ΔP) at that time does not hinder the actual use of the dust core, the dust core can be actually used with a powder particle size having a particle size range ΔD. In this case, even if the particle size of the powder is changed within the range of ΔD, the core loss (P) of the dust core increases to ΔP with respect to the minimum core loss (Pmin). Become.
本発明は、上記した観点に立ち、コアロスの許容量（ΔＰ）を最小コアロス（Ｐmin）の１０％量と設定し、使用周波数に対応した所定粒径の軟磁性粉末を用いることにより、製造した圧粉磁心のコアロスが、Ｐmin〜１．１×Ｐminの範囲内におさまるように設計された磁性体（圧粉磁心）の提供を目的とする。
なお、コアロスの許容量（ΔＰ）を最小コアロス（Ｐmin）の１０％量と設定した理由は、この間のユーザー側からの圧粉磁心に対する要求特性を整理した結果に基づいている。
The present invention is manufactured by using the soft magnetic powder having a predetermined particle size corresponding to the operating frequency while setting the allowable amount of core loss (ΔP) as 10% of the minimum core loss (Pmin) from the above viewpoint. An object of the present invention is to provide a magnetic material (dust core) designed so that the core loss of the dust core falls within the range of Pmin to 1.1 × Pmin.
The reason why the allowable amount of core loss (ΔP) is set to 10% of the minimum core loss (Pmin) is based on the result of arranging the required characteristics for the dust core from the user side during this period.
上記した目的を達成するために、本発明においては、Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性粉末を用いた磁性体において、
前記磁性体を所望する使用周波数で作動させたときに、前記磁性体のコアロスが、最小コアロスとその１．１倍値のコアロスとの範囲内に位置するように、前記軟磁性粉末の重量平均粒径が制御されていることを特徴とする磁性体、具体的には、
前記軟磁性粉末の重量平均粒径をＤ（μｍ）とし、前記磁性体を作動させるときの使用周波数をｆ（ｋＨｚ）としたとき、Ｄとｆの間では、次式：
−０．５×ｌｏｇ10ｆ＋１．７≦ｌｏｇ10Ｄ≦−０．５×ｌｏｇ10ｆ＋２．５・・・(1)
（ただし、５００Ｈｚ≦ｆ≦３０ｋＨｚ）
の関係が成立している磁性体が提供される。
In order to achieve the above object, in the present invention, in a magnetic body using Fe-Si based soft magnetic powder,
The weight average of the soft magnetic powder is such that when the magnetic body is operated at a desired use frequency, the core loss of the magnetic body is located within a range between a minimum core loss and a core loss of 1.1 times the core loss. Magnetic material characterized by controlled particle size, specifically,
When the weight average particle diameter of the soft magnetic powder is D (μm) and the operating frequency when the magnetic body is operated is f (kHz), the following formula between D and f:
−0.5 × log 10 f + 1.7 ≦ log 10 D ≦ −0.5 × log 10 f + 2.5 (1)
(However, 500Hz ≦ f ≦ 30kHz)
A magnetic body in which the above relationship is established is provided.
本発明の磁性体は、その製造に用いる粒末の重量平均粒径が使用周波数（ｆ）との間で後述するようにして導出された（１）式を満たすような値に設計されている。そのため、この磁性体を周波数（ｆ）で作動させると、そのときのコアロスは、最小コアロス（Ｐmin）と１．１×Ｐminの間におさまる。
したがって、使用周波数（ｆ）が指定されれば、（１）式に基づいて計算される粒径の粉末を用いることにより、低コアロスの磁性体を製造することができる。
The magnetic material of the present invention is designed so that the weight average particle size of the powder used for the production satisfies the formula (1) derived as described later with respect to the operating frequency (f). . Therefore, when this magnetic body is operated at the frequency (f), the core loss at that time is between the minimum core loss (Pmin) and 1.1 × Pmin.
Therefore, if the use frequency (f) is specified, a magnetic material having a low core loss can be produced by using a powder having a particle diameter calculated based on the equation (1).
本発明でいう磁性体とは、例えば圧粉磁心、射出成形体、押出成形体、粉末圧延体、ゴムや樹脂などに混合してシート状または板状にした成形体のように、軟磁性粉末を主体として製造された成形体のことをいう。以後、その代表例である圧粉磁心で本発明を説明する。
本発明の圧粉磁心は、粉末粒径と使用周波数との間で（１）式で示した関係が成立しているＦｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉末を用いているので、使用周波数で作動させたときに、そのコアロス（Ｐ：ｋＷ／ｍ3とする）が、Ｐmin〜１．１×Ｐminの範囲内におさまる低コアロス特性を備えている。
The magnetic material referred to in the present invention is, for example, a soft magnetic powder such as a powder magnetic core, an injection-molded product, an extrusion-molded product, a powder-rolled product, and a molded product mixed into rubber or resin to form a sheet or plate. It refers to a molded body produced mainly from Hereinafter, the present invention will be described with a dust core as a representative example.
The dust core of the present invention uses Fe-Si based soft magnetic powder in which the relationship represented by the formula (1) is established between the powder particle size and the use frequency, and is operated at the use frequency. The core loss (P: kW / m 3 ) has a low core loss characteristic that falls within the range of Pmin to 1.1 × Pmin.
なお、この場合の使用周波数は５００Ｈｚ〜３０ＫＨｚの範囲内の周波数が選定される。この範囲から外れる低周波や高周波を使用すると、圧粉磁心のＰ値を上記範囲内におさめることが困難になるからである。
本発明の圧粉磁心は、低コアロスという特性だけではなく、高い磁束密度を示す。具体的には、１００００Ａ／ｍの直流磁界を印加したときの磁束密度が０．８Ｔ以上の値を示す。そのため、形状の小型化が可能な圧粉磁心になっている。
In this case, a frequency in the range of 500 Hz to 30 KHz is selected as the use frequency. This is because it becomes difficult to keep the P value of the dust core within the above range if a low frequency or a high frequency outside the range is used.
The dust core of the present invention exhibits a high magnetic flux density as well as a characteristic of low core loss. Specifically, the magnetic flux density when the 10000 A / m DC magnetic field is applied shows a value of 0.8 T or more. Therefore, it is a dust core that can be reduced in size.
ここで、（１）式を導出した実験過程を説明する。
（１）実験用圧粉磁心の製造
公知の特開平１１−１５２５０４号公報に示されているアトマイズ法により、Ｆｅ−１％Ｓｉ粉末、Ｆｅ−３％Ｓｉ粉末、およびＦｅ−４％Ｓｉ粉末を製造した。各粉末については、粉末製造時の各種ファクタを調整して、重量平均粒径（Ｄ：μｍ）が異なる複数種の粉末を製造した。なお、アスペクト比は、１．１〜２程度にした。
Here, an experimental process in which the equation (1) is derived will be described.
(1) Manufacture of experimental powder magnetic core Fe-1% Si powder, Fe-3% Si powder, and Fe-4% Si powder were prepared by the atomization method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-152504. Manufactured. For each powder, various types of powders with different weight average particle diameters (D: μm) were prepared by adjusting various factors during powder production. The aspect ratio was about 1.1 to 2.
各粉末１００質量部に対し、０．５質量部のシリコーン樹脂を混合して粉末表面を被覆する絶縁皮膜を形成したのち、適量のステアリン酸亜鉛とともに金型に充填して、圧力１３００ＭＰａで成形し、外径３９ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚み１０ｍｍのリングを成形した。
最後にＡｒ雰囲気中において温度７５０℃で磁気焼鈍を行って各種の圧粉磁心を製造した。
（２）コアロスの測定
交流ＢＨアナライザを用い、励磁磁束密度を０．２Ｔと一定にし、周波数を変化させて各圧粉磁心のコアロスを測定した。その結果を図１〜図５に示した。
After 100 parts by mass of each powder is mixed with 0.5 parts by mass of a silicone resin to form an insulating film covering the powder surface, the mold is filled with an appropriate amount of zinc stearate and molded at a pressure of 1300 MPa. A ring having an outer diameter of 39 mm, an inner diameter of 30 mm, and a thickness of 10 mm was formed.
Finally, magnetic annealing was performed at a temperature of 750 ° C. in an Ar atmosphere to produce various dust cores.
(2) Measurement of core loss Using an AC BH analyzer, the excitation magnetic flux density was kept constant at 0.2 T, and the frequency was changed to measure the core loss of each dust core. The results are shown in FIGS.
図１〜図５から次のことが明らかである。
まず、使用周波数が同一であれば、用いた粉末の組成が異なっていても、圧粉磁心のコアロスは用いた粉末のＤ値に対して同じような挙動を示している。また、使用周波数が高くなるにつれて、圧粉磁心の最小コアロス（Ｐmin）を可能にする粉末粒径は細くなっている。
The following is clear from FIGS.
First, if the frequency used is the same, the core loss of the dust core shows the same behavior with respect to the D value of the powder used, even if the composition of the powder used is different. In addition, as the operating frequency increases, the particle size of the powder that enables the minimum core loss (Pmin) of the dust core becomes smaller.
例えば、ｆ＝６００Ｈｚの場合、最小コアロスはＤ値が２２０μｍ以上のときに実現しており、ｆ＝１ｋＨｚの場合は、Ｄ値が１２０〜１５０μｍ程度のときであり、ｆ＝３ｋＨｚの場合は、Ｄ値が１００〜１２０μｍ程度のときであり、ｆ＝１０ｋＨｚの場合は、５０μｍ近辺のときである。そして、ｆ＝３０ｋＨｚになると、最小コアロスを得るためには粒径は小さければ小さいほどよいということになる。 For example, when f = 600 Hz, the minimum core loss is realized when the D value is 220 μm or more, when f = 1 kHz, the D value is about 120 to 150 μm, and when f = 3 kHz, This is when the D value is about 100 to 120 μm, and when f = 10 kHz, it is around 50 μm. When f = 30 kHz, the smaller the particle size, the better to obtain the minimum core loss.
このようにして、各使用周波数において、圧粉磁心のコアロスが最小になるときの粉末の粒径が判明した。
（３）最大粒径と最小粒径の判定
設計目的は、各使用周波数において、コアロスをＰmin〜１．１×Ｐminの間におさめることである。
典型的な関係図である図３から明らかなように、この場合のＰminを実現する粒径は１００〜１２０μｍ程度であるが、粒径が１００μｍより小さくなったり、逆に１２０μｍより大きくなったりすると、コアロス（Ｐ）は増大している。
In this way, the particle size of the powder when the core loss of the dust core was minimized at each frequency used was found.
(3) Determination of maximum particle size and minimum particle size The design purpose is to keep the core loss between Pmin and 1.1 × Pmin at each frequency used.
As is apparent from FIG. 3 which is a typical relationship diagram, the particle size for realizing Pmin in this case is about 100 to 120 μm, but if the particle size is smaller than 100 μm or conversely larger than 120 μm. Core loss (P) is increasing.
しかし、コアロス（Ｐ）の増大の許容量はＰmin値の１０％までであるから、設計目的との関係で用いる粉末の粒径は規制されなければならない。例えば、図３のＦｅ−３％Ｓｉ粉末を用いた圧粉磁心の場合、Ｐmin値は９０ｋＷ／ｍ3程度であるから、その１．１倍値は約１００ｋＷ／ｍ3となり、その間のコアロスを与えるＤ値の範囲は、約３０〜１８０μｍになっている。 However, since the allowable amount of increase in core loss (P) is up to 10% of the Pmin value, the particle size of the powder used in relation to the design purpose must be regulated. For example, in the case of the powder magnetic core using the Fe-3% Si powder of FIG. 3, the Pmin value is about 90 kW / m 3 , so the 1.1-fold value is about 100 kW / m 3 , and the core loss between them is The range of the D value to be given is about 30 to 180 μm.
すなわち、Ｆｅ−３％Ｓｉ粉末を用い、ｆ＝３ｋＨｚで設計目的を達成するためには、最大粒径が１８０μｍ、最小粒径が５０μｍである粉末を用いるべきであることがわかる。
ここで、Ｆｅ−３％Ｓｉ粉末につき、図１〜図５に基づき、各使用周波数において、上記したような方法で最大粒径と最小粒径を求め、許容される粒径と使用周波数の常用対数との関係を図６に示す。
That is, it can be seen that in order to use Fe-3% Si powder and achieve the design objective at f = 3 kHz, a powder having a maximum particle size of 180 μm and a minimum particle size of 50 μm should be used.
Here, for each Fe-3% Si powder, the maximum particle size and the minimum particle size are obtained by the above-described method at each use frequency based on FIGS. The relationship with the logarithm is shown in FIG.
図６において、線ａは各使用周波数において圧粉磁心が最小コアロス（Ｐmin）を示すときの粒径を示し、線ｂと線ｃは、それぞれ１．１×Ｐminを示すときの最大粒径と最小粒径を示している。
図６において、線ｂと線ｃに挟まれた領域内に含まれるＤ値の粉末を用いれば、その圧粉磁心の使用周波数におけるコアロス（Ｐ）は、Ｐmin〜１．１×Ｐminの範囲内におさまることになる。
In FIG. 6, line a indicates the particle diameter when the dust core exhibits the minimum core loss (Pmin) at each operating frequency, and lines b and c indicate the maximum particle diameter when 1.1 × Pmin, respectively. The minimum particle size is shown.
In FIG. 6, if the D value powder contained in the region sandwiched between the lines b and c is used, the core loss (P) at the operating frequency of the dust core is within the range of Pmin to 1.1 × Pmin. Will be trapped.
なお、図１のｆ＝６００Ｈｚの場合、粒径２２０μｍ以上でコアロスは略一定となっているので、許容される計算上の最大粒径は非常に大きな値となってしまうが、粉末の粒径が大きくなると、成形時に絶縁皮膜が壊れやすくなり、コアロスの増大を招くという問題が生じてくるので、ここでは、最大で５００μｍに規制している。
また、図５のｆ＝３０ｋＨｚの場合、最小粒径に計算上は下限はないのであるが、粉末の粒径が小さくなりすぎると、粉末の製造時に歩留りが大きく低下するので、ここでは最小粒径を１０μｍに規制している。
（４）（１）式の導出
図６において粉末のＤ値の常用対数をとり、それとｌｏｇ10ｆとの関係を回帰式として求め、それを図７に示す。
In addition, in the case of f = 600 Hz in FIG. 1, since the core loss is substantially constant at a particle size of 220 μm or more, the allowable maximum particle size for calculation is a very large value. When the thickness becomes large, the insulating film is easily broken at the time of molding, which causes a problem of increasing the core loss. Therefore, the maximum thickness is regulated to 500 μm here.
Further, in the case of f = 30 kHz in FIG. 5, there is no lower limit in calculation of the minimum particle size, but if the particle size of the powder becomes too small, the yield greatly decreases during the production of the powder. The diameter is regulated to 10 μm.
(4) Derivation of Equation (1) In FIG. 6, the common logarithm of the D value of the powder is taken, and the relationship between it and log 10 f is obtained as a regression equation, which is shown in FIG.
図７において、回帰式である直線Ａ、直線Ｂ、直線Ｃは、それぞれ図６の線ａ、線ｂ、線ｃに対応しており、これらはいずれも同じ勾配を有する直線になっている。
ここで、各直線は次式で示される。
直線Ａ：ｌｏｇ10Ｄ＝−０．５ｌｏｇ10ｆ＋２．０
直線Ｂ：ｌｏｇ10Ｄ＝−０．５ｌｏｇ10ｆ＋２．５
直線Ｃ：ｌｏｇ10Ｄ＝−０．５ｌｏｇ10ｆ＋１．７
したがって、用いる粉末のＤ値と使用周波数（ｆ）の常用対数値がいずれも、直線Ｂと直線Ｃに挟まれた領域に位置するような粒径の粉末を用いれば、その圧粉磁心は、その使用周波数におけるコアロス（Ｐ）がＰmin〜１．１×Ｐminの範囲内におさまることになる。
In FIG. 7, a straight line A, a straight line B, and a straight line C, which are regression equations, correspond to the lines a, b, and c in FIG. 6, respectively, and these are straight lines having the same gradient.
Here, each straight line is represented by the following equation.
Straight line A: log 10 D = −0.5 log 10 f + 2.0
Straight line B: log 10 D = −0.5 log 10 f + 2.5
Straight line C: log 10 D = −0.5 log 10 f + 1.7
Therefore, if a powder having a particle diameter such that the D value of the powder used and the common logarithm of the use frequency (f) are located in a region sandwiched between the straight line B and the straight line C is used, the powder magnetic core is The core loss (P) at the used frequency falls within the range of Pmin to 1.1 × Pmin.
すなわち、粉末のＤ値と使用周波数の間に、（１）式が成立していれば、設計目的を達成することができる。
本発明の圧粉磁心を製造するに際しては、まず、当該圧粉磁心を作動させるときの使用周波数ｆ（ｋＨｚ）を把握する。そして、（１）式に基づいて、許容される粉末の粒径範囲を計算する。
That is, if the expression (1) is established between the D value of the powder and the use frequency, the design purpose can be achieved.
In manufacturing the dust core of the present invention, first, the operating frequency f (kHz) when operating the dust core is ascertained. Then, based on the equation (1), the allowable particle size range of the powder is calculated.
用いる粉末はＦｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉末であり、それは、機械粉砕法やアトマイズ法で製造することができる。粒径制御が行いやすいという点でアトマイズ法で製造することが好ましい。
粉末組成において、Ｓｉの含有量を０．２〜８質量％に設定することが好ましい。Ｓｉの含有量が０．２質量％より少ない場合は、保磁力が大きくなり、コアロスが著しく増大するなどの磁気特性が劣化する。また８質量％より多くすると、例えば、１００００Ａ／ｍの直流磁界を印加しても、磁束密度０．８Ｔより大きくならないので、その圧粉磁心の形状を小型化することが困難になるからである。
The powder used is Fe-Si soft magnetic powder, which can be produced by a mechanical pulverization method or an atomization method. It is preferable to manufacture by the atomizing method in terms of easy particle size control.
In the powder composition, the Si content is preferably set to 0.2 to 8% by mass. When the Si content is less than 0.2% by mass, the coercive force is increased and the magnetic properties such as a significant increase in core loss are deteriorated. On the other hand, if the amount is more than 8% by mass, for example, even if a DC magnetic field of 10,000 A / m is applied, the magnetic flux density does not become higher than 0.8 T, and it is difficult to reduce the size of the dust core. .
また、この粉末組成においては、更に、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｂ、Ｃ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｖの１種または２種以上が含有されていてもよい。
ただし、その含有量は、Ｓｉとの合計量で０．２〜８質量％となる量であることが必要である。この条件を外れると、圧粉磁心には上記した不都合が生ずるからである。
In this powder composition, one or more of Al, Mn, Ni, Co, Ti, Sn, P, S, Cu, Cr, Zn, B, C, Nb, Zr, Mo, and V are further used. May be contained.
However, the content is required to be 0.2 to 8% by mass in total with Si. This is because if the condition is not met, the above-mentioned disadvantages occur in the dust core.
目標粒径を決定した粉末に対し、従来と同様にして、絶縁皮膜の形成、プレス成形、磁気焼鈍の処理を順次施すことにより、本発明の圧粉磁心を製造することができる。 The powder magnetic core of the present invention can be manufactured by subjecting the powder whose target particle size has been determined to the formation of an insulating film, press molding, and magnetic annealing in the same manner as before.
使用周波数が３ｋＨｚである圧粉磁心を製造目標にした。
まず、ガスアトマイズ法で、組成がＦｅ−３％Ｓｉから成り、各種粒径の粉末を製造した。
そして、各粉末１００質量部に対して、シリコーン樹脂０．５質量部を混合し、得られた混合物を適量のステアリン酸亜鉛とともに金型に充填し、圧力１３００ＭＰａでプレス成形して、外径３９ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚み１０ｍｍのリングを成形した。
The production target was a dust core having a use frequency of 3 kHz.
First, powders having a composition of Fe-3% Si and having various particle sizes were manufactured by a gas atomization method.
Then, with respect to 100 parts by mass of each powder, 0.5 part by mass of silicone resin is mixed, and the resulting mixture is filled into a mold together with an appropriate amount of zinc stearate, press-molded at a pressure of 1300 MPa, and an outer diameter of 39 mm. A ring having an inner diameter of 30 mm and a thickness of 10 mm was formed.
そして、Ａｒ雰囲気中において温度７５０℃で磁気焼鈍して圧粉磁心にした。
得られた各圧粉磁心の試料のそれぞれにつき、励磁磁束密度を０．２Ｔと一定にして周波数３ｋＨｚでコアロス（Ｐ）を測定した。その後、各圧粉磁心を切断し、その切断面を顕微鏡観察し、用いられている粉末の粒径を測定し、その重量平均粒径（Ｄ）を測定した。
And it magnetically annealed at a temperature of 750 ° C. in an Ar atmosphere to form a dust core.
The core loss (P) was measured at a frequency of 3 kHz with the excitation magnetic flux density kept constant at 0.2 T for each of the obtained dust core samples. Thereafter, each powder magnetic core was cut, the cut surface was observed with a microscope, the particle size of the powder used was measured, and the weight average particle size (D) was measured.
なお、ｆ＝３ｋＨｚであるので、（１）式から計算されるＤ値は２９〜１８３μｍになるが、各試料で用いられている粉末の粒径が上記を満たしているか否かを調べた。結果を表１に示す。 Since f = 3 kHz, the D value calculated from the equation (1) is 29 to 183 μm, and it was examined whether the particle size of the powder used in each sample satisfied the above. The results are shown in Table 1.
これら試料のうち、コアロスが最小であるものは試料６である。そしてその試料に用いた粉末のＤ値は９５μｍであり、（１）式の関係を満たしている。 Among these samples, sample 6 has the smallest core loss. The D value of the powder used for the sample is 95 μm, which satisfies the relationship of the expression (1).
また、用いた粉末のＤ値が（１）式の関係を満たしている試料は、試料３、試料４、試料５、試料６、試料７、試料８であり、他の試料はいずれも（１）式の関係を満たしていない。
そして、（１）式の関係を満たす試料は、いずれも、そのコアロスが、最小コアロスを示した試料６の値の１．１倍値より小さい値になっている。しかし、（１）式の関係を満たさない試料は、そのコアロスが最小のコアロスの１．１倍値より大きくなっている。
Further, the samples in which the D value of the used powder satisfies the relationship of the expression (1) are
And all the samples which satisfy | fill the relationship of (1) have the value whose core loss is smaller than 1.1 times the value of the sample 6 which showed the minimum core loss. However, the sample that does not satisfy the relationship of the expression (1) has a core loss that is larger than 1.1 times the minimum core loss.
このようなことから、（１）式の有効性は明白である。 From this, the effectiveness of the formula (1) is clear.
表２で示した組成の粉末で、重量平均粒径がいずれも１０〜５００μｍの範囲内にある粉末を用い、実施例１と同様の条件で圧粉磁心を製造した。
これらの圧粉磁心につき、１００００Ａ／ｍの直流磁界を印加して磁束密度を測定した。結果を表２に示す。
A powder magnetic core was manufactured under the same conditions as in Example 1 using a powder having the composition shown in Table 2 and having a weight average particle diameter in the range of 10 to 500 μm.
The magnetic flux density was measured by applying a DC magnetic field of 10,000 A / m to these dust cores. The results are shown in Table 2.
表２から明らかなように、Ｓｉ含有量が８質量％より多くなると、磁束密度は低下している。 As is clear from Table 2, when the Si content exceeds 8% by mass, the magnetic flux density decreases.
本発明の圧粉磁心は、５００Ｈｚ〜３０ｋＨｚの使用周波数に対して、Ｆｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉末の重量平均粒径が、最小コアロスとその１．１倍値の間に作動時のコアロスがおさまるように設計されている。また、成分調整することにより、１００００Ａ／ｍの直流磁界の印加時における磁束密度が０．８Ｔ以上にすることができる。
そのため、この圧粉磁心は、例えば電力変接用スイッチング電源のリアクトル磁心、しかも形状小型の磁心として使用することができる。
In the dust core of the present invention, the core loss during operation is between the minimum core loss and 1.1 times the weight average particle diameter of the Fe-Si based soft magnetic powder with respect to the operating frequency of 500 Hz to 30 kHz. Designed to hold down. Further, by adjusting the components, the magnetic flux density at the time of applying a 10000 A / m DC magnetic field can be made 0.8 T or more.
Therefore, this dust core can be used as, for example, a reactor core of a switching power supply for power transformation and a compact core.
Claims (6)
前記磁性体を所望する使用周波数で作動させたときに、前記磁性体のコアロスが、最小コアロスとその１．１倍値のコアロスとの範囲内に位置するように、前記軟磁性粉末の重量平均粒径が制御されていることを特徴とする磁性体。 In a magnetic body using Fe-Si soft magnetic powder,
The weight average of the soft magnetic powder is such that when the magnetic body is operated at a desired use frequency, the core loss of the magnetic body is located within a range between a minimum core loss and a core loss of 1.1 times the core loss. A magnetic material whose particle size is controlled.
−０．５×ｌｏｇ10ｆ＋１．７≦ｌｏｇ10Ｄ≦−０．５×ｌｏｇ10ｆ＋２．５
（ただし、５００Ｈｚ≦ｆ≦３０ｋＨｚ）
の関係が成立している請求項１の磁性体。 When the weight average particle diameter of the soft magnetic powder is D (μm) and the operating frequency when the magnetic body is operated is f (kHz), the following formula between D and f:
−0.5 × log 10 f + 1.7 ≦ log 10 D ≦ −0.5 × log 10 f + 2.5
(However, 500Hz ≦ f ≦ 30kHz)
The magnetic body according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004300498A JP2006114695A (en) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | Magnetic body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004300498A JP2006114695A (en) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | Magnetic body |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006114695A true JP2006114695A (en) | 2006-04-27 |
Family
ID=36382963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004300498A Pending JP2006114695A (en) | 2004-10-14 | 2004-10-14 | Magnetic body |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006114695A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008117839A (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-22 | Oya Giken:Kk | Magnetic core member and method for manufacturing the same |
| JP2008244023A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Seiko Epson Corp | Soft magnetic powder, producing method thereof, dust core and magnetic element |
| JP2011049568A (en) * | 2010-09-17 | 2011-03-10 | Seiko Epson Corp | Dust core, and magnetic element |
| CN104240890A (en) * | 2014-09-19 | 2014-12-24 | 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) | Fe-6.5% Si magnetic powder core |
| KR20170141605A (en) | 2016-06-15 | 2017-12-26 | 티디케이가부시기가이샤 | Soft magnetic metal powder, soft magnetic metal fired body, and coil type electronic device |
| CN109754980A (en) * | 2019-01-28 | 2019-05-14 | 同济大学 | A kind of composite magnetic powder core and preparation method thereof |
| JP2021017635A (en) * | 2019-07-23 | 2021-02-15 | 新東工業株式会社 | Soft magnetic alloy powder and electronic component including the same |
-
2004
- 2004-10-14 JP JP2004300498A patent/JP2006114695A/en active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008117839A (en) * | 2006-11-01 | 2008-05-22 | Oya Giken:Kk | Magnetic core member and method for manufacturing the same |
| JP2008244023A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Seiko Epson Corp | Soft magnetic powder, producing method thereof, dust core and magnetic element |
| JP2011049568A (en) * | 2010-09-17 | 2011-03-10 | Seiko Epson Corp | Dust core, and magnetic element |
| CN104240890A (en) * | 2014-09-19 | 2014-12-24 | 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) | Fe-6.5% Si magnetic powder core |
| CN104240890B (en) * | 2014-09-19 | 2017-08-04 | 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) | A kind of powder core |
| KR20170141605A (en) | 2016-06-15 | 2017-12-26 | 티디케이가부시기가이샤 | Soft magnetic metal powder, soft magnetic metal fired body, and coil type electronic device |
| US10607756B2 (en) | 2016-06-15 | 2020-03-31 | Tdk Corporation | Soft magnetic metal powder, soft magnetic metal fired body, and coil type electronic device |
| CN109754980A (en) * | 2019-01-28 | 2019-05-14 | 同济大学 | A kind of composite magnetic powder core and preparation method thereof |
| JP2021017635A (en) * | 2019-07-23 | 2021-02-15 | 新東工業株式会社 | Soft magnetic alloy powder and electronic component including the same |
| JP7314678B2 (en) | 2019-07-23 | 2023-07-26 | 新東工業株式会社 | SOFT MAGNETIC ALLOY POWDER AND ELECTRONIC COMPONENTS USING SAME |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6662436B2 (en) | Manufacturing method of dust core | |
| JP4630251B2 (en) | Powder cores and iron-based powders for dust cores | |
| JP6229499B2 (en) | Dust core, coil component, and method for manufacturing dust core | |
| JP5438669B2 (en) | Iron-based soft magnetic powder for dust core and dust core | |
| JP5470683B2 (en) | Metal powder for dust core and method for producing dust core | |
| JP2008063650A (en) | Dust core, and iron based powder for dust core | |
| JP2004288983A (en) | Dust core and method for manufacturing same | |
| JP5703749B2 (en) | Powder core | |
| JP6213809B2 (en) | Powder magnetic core, coil component using the same, and method for manufacturing powder magnetic core | |
| JP2006114695A (en) | Magnetic body | |
| US20140251085A1 (en) | Soft magnetic metal powder and powder core | |
| JP4750471B2 (en) | Low magnetostrictive body and dust core using the same | |
| JPH11260618A (en) | Composite magnetic material, its manufacture, and fe-al-si soft magnetic alloy powder used therefor | |
| JP2011243830A (en) | Powder magnetic core and method for manufacturing the same | |
| JP2015026749A (en) | Soft magnetic powder, powder-compact magnetic core, and soft magnetic alloy | |
| JP2003297624A (en) | Dust core and its manufacturing method | |
| JP7066586B2 (en) | Manufacturing method of composite magnetic material, metal composite core, reactor, and metal composite core | |
| JP2006183121A (en) | Iron based powder for powder magnetic core and powder magnetic core using the same | |
| JP2003197416A (en) | Method of manufacturing powder magnetic core, and powder magnetic core manufactured by the method | |
| JP4353512B2 (en) | Molding method of powder magnetic core | |
| JP2009235517A (en) | Metal powder for dust core and method for producing dust core | |
| JP2003092211A (en) | Powder magnetic core | |
| WO2020179377A1 (en) | Iron-based powder for powder magnetic core, and powder magnetic core | |
| WO2014054093A1 (en) | Dust core and process for producing same | |
| JP7304498B2 (en) | Iron-based soft magnetic powder, magnetic parts and dust cores using the same |