JP2018137120A - Production method of magnetic shield conductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は磁気シールド線等の磁気シールド導体の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a magnetic shield conductor such as a magnetic shield wire.
現在、パソコンなどの電子機器やモータなどの電気機器の高効率化が求められている。電子機器や電気機器に用いられている変圧器やコイルの損失は、銅損と鉄損に分類される。銅損は、巻線の抵抗によって生ずる損失である。巻線の抵抗は、直流抵抗と、表皮効果に起因する抵抗、近接効果に起因する抵抗の3要素に分類される。表皮効果は周波数が高くなると電流が導体の表面に偏る現象である。表皮効果に起因する交流抵抗を低減するために多数の細い線を撚ったリッツ線が用いられている。しかし、リッツ線では、素線数が少ない場合に近接した導体から発生する交流磁界が導体に作用した場合に、導体内に電界の偏りが生まれ、抵抗が増加する近接効果が表れる。 Currently, there is a demand for higher efficiency of electronic devices such as personal computers and electric devices such as motors. Losses of transformers and coils used in electronic equipment and electrical equipment are classified into copper loss and iron loss. Copper loss is a loss caused by the resistance of the winding. Winding resistance is classified into three elements: DC resistance, resistance caused by the skin effect, and resistance caused by the proximity effect. The skin effect is a phenomenon in which current is biased to the surface of a conductor as the frequency increases. In order to reduce the AC resistance due to the skin effect, a litz wire formed by twisting many thin wires is used. However, in the case of a litz wire, when an alternating magnetic field generated from a nearby conductor acts on the conductor when the number of strands is small, an electric field deviation occurs in the conductor and a proximity effect that increases resistance appears.
近接効果に起因する交流抵抗を低減させるために磁性めっき線が用いられている(特許文献1)。磁性めっき線は銅線の外周にめっきにより磁性層(鉄薄膜)を形成したものである。また、磁性めっき線とは別に、磁性粉とバインダとの混合物(磁性コンポジット材)を導線の外表面に被覆した磁性被覆線が提案されている(特許文献2〜4)。磁性コンポジット材により導線を被覆することにより、隣接する導線を流れる電流によって生じる磁界が導体内に侵入することを抑え、導体内で渦電流が発生することを抑制して交流抵抗を低減させる。 Magnetic plating wires are used to reduce AC resistance due to the proximity effect (Patent Document 1). The magnetic plating wire is a copper wire formed with a magnetic layer (iron thin film) by plating. In addition to magnetic plating wires, magnetic coated wires are proposed in which a mixture of magnetic powder and binder (magnetic composite material) is coated on the outer surface of a conducting wire (Patent Documents 2 to 4). By covering the conducting wire with the magnetic composite material, the magnetic field generated by the current flowing through the adjacent conducting wire is prevented from entering the conductor, the eddy current is prevented from being generated in the conductor, and the AC resistance is reduced.
近接効果に起因する交流抵抗を低減する方法として、磁性めっきを利用する方法は、処理が煩雑であるという問題と、磁性層が導体であるため高周波領域で表皮効果が問題になる。また、導線の外表面に磁性粉とバインダとの複合材を塗布する方法は、磁性層中における磁性粉の分布がまばらになり、導線内を通過する磁束を抑制する作用が必ずしも十分ではないといった問題がある。
本発明は、導線の交流抵抗を効果的に低減させることができ、製造が容易な磁気シールド導体の製造方法を提供することを目的とする。
As a method of reducing the AC resistance due to the proximity effect, the method using magnetic plating has a problem that the process is complicated and the skin effect becomes a problem in a high frequency region because the magnetic layer is a conductor. In addition, the method of applying a composite material of magnetic powder and binder to the outer surface of the conducting wire makes the distribution of the magnetic powder in the magnetic layer sparse, and the effect of suppressing the magnetic flux passing through the conducting wire is not necessarily sufficient. There's a problem.
An object of this invention is to provide the manufacturing method of the magnetic shield conductor which can reduce the alternating current resistance of conducting wire effectively and is easy to manufacture.
本発明に係る磁気シールド導体の製造方法は、導体の外表面の全面に、バインダと磁性粉とを混合した磁性コンポジット材をスプレー法により塗布する塗布工程と、前記導体の表面に付着した前記磁性コンポジット材を固化して磁性被覆層を形成する工程とを備えることを特徴とする。
前記磁性コンポジット材を塗布して磁気シールド導体を形成する導体には、例として、導線を用いることができる。この導線には外表面が絶縁層により被覆された導線を使用することもできるし、絶縁層によって被覆されていない導線を使用することもできる。また、導線の断面径及び断面形状は限定されるものではなく、断面形状が円形、長方形等の導線を使用することができる。導線には、銅線の他に適宜導体材料からなる導線を使用することができる。なお、絶縁材によって被覆されていない導線(銅線)を使用する場合は、スプレー法による塗布の後、絶縁紙、絶縁材料を用いて絶縁をとる必要がある。
The method for producing a magnetic shield conductor according to the present invention includes a coating step in which a magnetic composite material in which a binder and magnetic powder are mixed is applied to the entire outer surface of the conductor by a spray method, and the magnetic material adhered to the surface of the conductor. And a step of solidifying the composite material to form a magnetic coating layer.
For example, a conductor can be used as the conductor that forms the magnetic shield conductor by applying the magnetic composite material. As this conductor, a conductor whose outer surface is covered with an insulating layer can be used, or a conductor that is not covered with an insulating layer can be used. Moreover, the cross-sectional diameter and cross-sectional shape of a conducting wire are not limited, and conducting wires having a circular or rectangular cross-sectional shape can be used. As the conducting wire, a conducting wire made of a conductive material can be used in addition to the copper wire. In addition, when using the conducting wire (copper wire) which is not coat | covered with the insulating material, it is necessary to take insulation using an insulating paper and an insulating material after application | coating by a spray method.
また、導体にはいわゆる断面形状が円形や長方形の線材として提供されるものの他に、平板状の導体を使用することができる。平板状の導体は、コイル状に巻回することにより大電流を通電することができるコイルとして利用することができる。このような平板状の導体であっても本発明方法によれば容易に磁気シールド導体として提供することができる。
また、本発明方法によれば、導線あるいは平板状の導体をたとえばコイル状に巻回したコイル(成形体)を処理対象として磁気シールド導体を製造することもできる。
導体からなる成形体としてはコイル状に形成したものの他に、プリント基板に平面コイル状に形成された配線パターンや、プレーナトランスの一次側と二次側の配線の形態にあらかじめ形成した配線を対象とすることができる。コイル状等の所定形状に成形した成形体を処理対象とする場合であっても、本発明方法によれば導体の外表面が磁性被覆層により被覆された磁気シールド導体(磁気シールド成形体)を容易に得ることができる。
In addition to a conductor whose cross-sectional shape is provided as a circular or rectangular wire, a flat conductor can be used. The flat conductor can be used as a coil that can be energized with a large current by being wound in a coil shape. Even such a flat conductor can be easily provided as a magnetic shield conductor according to the method of the present invention.
In addition, according to the method of the present invention, a magnetic shield conductor can be manufactured using a coil (molded body) obtained by winding a conducting wire or a flat conductor in a coil shape, for example.
In addition to those formed in the shape of a coil, the molded body made of conductors is intended for wiring patterns formed in a planar coil shape on a printed circuit board, and wiring formed in advance in the form of the primary and secondary wirings of the planar transformer. It can be. Even when a molded body formed into a predetermined shape such as a coil shape is to be processed, according to the method of the present invention, a magnetic shield conductor (magnetic shield molded body) whose outer surface is covered with a magnetic coating layer is used. Can be easily obtained.
また、前記塗布工程において、導体に通電しながら磁性コンポジット材をスプレー法により塗布することにより、導体の周囲に生じる磁界の作用により、磁性粉が導体の外面にならって被覆されるという利点がある。とくに磁性粉としてフレーク状(扁平状)のものを使用する場合は、導体に通電して磁界を磁性粉に作用させることで、磁性粉の向きが導線の外面と磁性粉の平面とが平行にならうようになり、磁性粉によって導体の外面が隙間なく埋められて磁性被覆層により近接効果を抑制する作用がより効果的に作用する。 Further, in the coating step, the magnetic composite material is coated by the spray method while energizing the conductor, whereby the magnetic powder is coated along the outer surface of the conductor by the action of the magnetic field generated around the conductor. . In particular, when using flaky (flat) powder as the magnetic powder, the outer surface of the conductor and the plane of the magnetic powder are parallel to each other by applying current to the conductor and applying a magnetic field to the magnetic powder. As a result, the outer surface of the conductor is filled with the magnetic powder without any gaps, and the magnetic covering layer suppresses the proximity effect more effectively.
本発明に係る磁気シールド導体の製造方法によれば、スプレー法を利用して導線の外周面に磁性コンポジット材を被覆することにより、磁性層によって被覆された磁気シールド線を容易に製造することができ、近接効果による交流抵抗を効果的に低減することができ、磁性シールド導体を容易に得ることができ、磁性シールド導体を備える電子機器、電気機器を容易に製造することができる。 According to the method for manufacturing a magnetic shield conductor according to the present invention, it is possible to easily manufacture a magnetic shield wire covered with a magnetic layer by coating a magnetic composite material on the outer peripheral surface of a conducting wire using a spray method. AC resistance due to the proximity effect can be effectively reduced, a magnetic shield conductor can be easily obtained, and an electronic device and an electric device including the magnetic shield conductor can be easily manufactured.
(磁気シールド線)
図1は、本発明に係る磁気シールド導体の例として、導体に銅線を使用した磁気シールド線の断面形状を示す。図1(a)は比較例として示した銅線(Copper wire:COW)であり、図1(b)、(c)、(d)が磁気シールド線(Magnetocoated Wire:MCW)である。
COWは銅からなる芯線5の外表面が絶縁層(ポリイミド)6によって被覆された、一般に提供されている銅線である。図1(a)に示す導線10の芯線径は1.45mm、絶縁層6の厚さは18.5μmである。
図1(b)、(c)、(d)に示す磁気シールド線20は、本発明方法により、導線10の外表面を磁性被覆層12によって被覆した例を示す。芯線5の表面が絶縁層6によって被覆され、絶縁層6の表面が磁性被覆層12によって被覆されている。
(Magnetic shielded wire)
FIG. 1 shows a cross-sectional shape of a magnetic shield wire using a copper wire as a conductor as an example of the magnetic shield conductor according to the present invention. FIG. 1A shows a copper wire (Copper wire: COW) shown as a comparative example, and FIGS. 1B, 1C and 1D show magnetic shield wires (MCW).
COW is a generally provided copper wire in which the outer surface of a core wire 5 made of copper is covered with an insulating layer (polyimide) 6. The core wire diameter of the conducting wire 10 shown in FIG. 1 (a) is 1.45 mm, and the thickness of the insulating layer 6 is 18.5 μm.
The magnetic shield wire 20 shown in FIGS. 1B, 1C, and 1D shows an example in which the outer surface of the conducting wire 10 is covered with the magnetic coating layer 12 by the method of the present invention. The surface of the core wire 5 is covered with an insulating layer 6, and the surface of the insulating layer 6 is covered with a magnetic coating layer 12.
図1(b)の磁気シールド線20は、平均粒径D50 = 11μmのFe-Si-Al粉を磁性粉として用いたもので、磁性被覆層12の厚さは15μmである。
図1(c)の磁気シールド線20は平均粒径D50 = 53μmのFe-Si-Al粉を磁性粉としたもので、磁性被覆層12の厚さは23μmである。
図1(d)の磁気シールド線20は、平均粒径D50 = 2.6μmのアモルファスFe-Si-Cr粉を磁性粉として用いたもので、磁性被覆層12の厚さは24μmである。
The magnetic shield wire 20 in FIG. 1B uses Fe—Si—Al powder having an average particle diameter D 50 = 11 μm as magnetic powder, and the thickness of the magnetic coating layer 12 is 15 μm.
The magnetic shield wire 20 in FIG. 1C is made of Fe—Si—Al powder having an average particle diameter D 50 = 53 μm as magnetic powder, and the thickness of the magnetic coating layer 12 is 23 μm.
The magnetic shield wire 20 shown in FIG. 1D uses amorphous Fe—Si—Cr powder having an average particle diameter D 50 = 2.6 μm as magnetic powder, and the thickness of the magnetic coating layer 12 is 24 μm.
磁性被覆層12は磁性粉とバインダとを混合して調製した磁性コンポジット材を導線10の外表面にスプレー法により塗布して形成したもので、バインダ(有機材料)の母材中に磁性粉が混入して形成されている。バインダは絶縁材であり、バインダ中に導体の磁性粉が混入することにより、磁性被覆層12全体は抵抗体となっている。 The magnetic coating layer 12 is formed by applying a magnetic composite material prepared by mixing magnetic powder and a binder to the outer surface of the conducting wire 10 by a spray method, and the magnetic powder is contained in the base material of the binder (organic material). It is formed by mixing. The binder is an insulating material, and when the magnetic powder of the conductor is mixed in the binder, the entire magnetic coating layer 12 is a resistor.
(磁気シールド線の製造方法)
図2に磁気シールド線20の製造方法を示す。
磁気シールド線20は、磁性粉とバインダとからなる磁性コンポジット材が封入されているスプレー缶30を使用し、図2に示すように、スプレー缶30から導線10に向けて磁性コンポジット材32を吹き付け(塗布工程)、導線10の外面に付着した磁性コンポジット材32を固化することにより磁性被覆層12によって被覆された磁気シールド線を得ることができる。
(Method of manufacturing magnetic shield wire)
FIG. 2 shows a method for manufacturing the magnetic shield wire 20.
The magnetic shield wire 20 uses a spray can 30 in which a magnetic composite material composed of magnetic powder and a binder is enclosed, and sprays a magnetic composite material 32 from the spray can 30 toward the lead wire 10 as shown in FIG. (Coating process) By solidifying the magnetic composite material 32 adhering to the outer surface of the conducting wire 10, the magnetic shield wire covered with the magnetic coating layer 12 can be obtained.
導線10の外表面上に一様な厚さに磁性被覆層12を形成するため、実施例では導線10からスプレーを200mm程度離間させ、導線10の軸方向に40 mm/sの速度でスプレー缶30を移動させて磁性コンポジット材をスプレー法により塗布した。スプレー操作は、導線10の上面側からスプレーした後、導線10の下面側に同様にスプレー法により塗布して、導線10の外面全体に磁性被覆層12を形成した。塗布後、室温で3時間経過させ磁性被覆層を固化させた。 In order to form the magnetic coating layer 12 with a uniform thickness on the outer surface of the conducting wire 10, in the embodiment, the spray is separated from the conducting wire 10 by about 200 mm, and the spray can is formed at a speed of 40 mm / s in the axial direction of the conducting wire 10. 30 was moved, and the magnetic composite material was applied by a spray method. In the spray operation, after spraying from the upper surface side of the conducting wire 10, it was similarly applied to the lower surface side of the conducting wire 10 by the spray method to form the magnetic coating layer 12 on the entire outer surface of the conducting wire 10. After coating, the magnetic coating layer was solidified by passing for 3 hours at room temperature.
表1に上記磁気シールド線20の製作に使用した磁性粉を示す。図1(b)、(c)の磁気シールド線に使用した磁性粉は80wt%Fe-12wt%Si-8wt%Al、図1(d)の磁気シールド線に使用した磁性粉は88.3wt%Fe-6.7wt%Si-2.5wt%Cr-2.5wt%B(アモルファス)である。
なお、図1(b)、(c)に示す磁気シールド線に使用した磁性粉はフレーク状(扁平状)のもの、図1(d)の磁気シールド線に使用した磁性粉は球形のものである。
また、磁性コンポジット材に使用したバインダはシリコーンワニスである。磁性粉とバインダの混合比は50g : 100 gである。
The magnetic powder used for the magnetic shield wire shown in FIGS. 1 (b) and 1 (c) is flaky (flat), and the magnetic powder used for the magnetic shield wire of FIG. 1 (d) is spherical. is there.
The binder used for the magnetic composite material is silicone varnish. The mixing ratio of magnetic powder and binder is 50 g: 100 g.
図3(a)、(b)、(c)に、図1(b)、(c)、(d)に示す磁気シールド線の顕微鏡像を示す。それぞれのサンプルについて、導線を径方向に切断したときの断面と、長手方向に切断したときの断面を示す。この測定では、磁性被覆層を観察しやすくするため、磁性被覆層の外面にエポキシ層を設けて観察した。芯線5の表面に絶縁層6が設けられ、絶縁層6の表面に磁性被覆層12が形成されている。
図3から、磁性被覆層12の内部に磁性粉がまばらに存在していることがわかる。また、フレーク状(扁平状)の磁性粉は、導線10の表面に平面方向がならうようにして磁性被覆層12に混入している(図3(a)、(b))。
FIGS. 3A, 3B, and 3C show microscopic images of the magnetic shield lines shown in FIGS. 1B, 1C, and 1D. About each sample, the cross section when cut | disconnecting conducting wire to radial direction, and the cross section when cut | disconnected to a longitudinal direction are shown. In this measurement, an epoxy layer was provided on the outer surface of the magnetic coating layer for easy observation of the magnetic coating layer. An insulating layer 6 is provided on the surface of the core wire 5, and a magnetic coating layer 12 is formed on the surface of the insulating layer 6.
FIG. 3 shows that magnetic powder is sparsely present in the magnetic coating layer 12. Further, the flaky (flat) magnetic powder is mixed in the magnetic coating layer 12 such that the surface of the conducting wire 10 is aligned in the plane direction (FIGS. 3A and 3B).
なお、図3に示すような線材を対象として線材の外表面に磁性被覆層を形成する場合で、磁性粉としてフレーク状のものを使用する場合には、線材の長手方向に電流を流しながらスプレー法により塗布すると、さらに確実に、線材の外表面にならって磁性粉を付着させることができる。これは線材に電流を流すと線材のまわりに同芯状に磁界が生成されるから、線材に磁性コンポジット材を塗布したときに、磁性粉が磁界の向きに合わせて同芯状になろうとするからである。 In the case where a magnetic coating layer is formed on the outer surface of the wire as shown in FIG. 3 and a flaky magnetic powder is used, spraying is performed while passing an electric current in the longitudinal direction of the wire. When applied by the method, the magnetic powder can be more reliably adhered to the outer surface of the wire. This is because when a current is passed through the wire, a magnetic field is generated around the wire, so that when the magnetic composite material is applied to the wire, the magnetic powder tends to be concentric according to the direction of the magnetic field. Because.
(磁性コンポジット材の複素透磁率)
磁気シールド線の磁性被覆層の複素透磁率を測定するため、磁気シールド線の磁性被覆層と充填率が等しい磁性コンポジット材を用いてトロイダルコアを形成し、複素透磁率を測定した。
図4に磁性コンポジット材の複素透磁率-周波数特性を示す。測定にはインピーダンスアナライザ(Agilent、4294A)を用いた。トロイダルコアは、磁性粉とエポキシを混合して磁性コンポジット材を作製し、鋳型に磁性コンポジット材を流し込んで焼成して製作した。
磁性被覆層の磁性粉の充填率は、図3に示した断面写真に基づいて計算した。磁性粉の体積充填率は、図1(b)のサンプル:Fe-Si-Al (D50 = 11μm)では22vol%、図1(c)のサンプル:Fe-Si-Al (D50 = 53μm)では24vol%、図1(d)のサンプル:Fe-Si-Cr(Amorphous metal)では12vol%となった。
(Complex permeability of magnetic composite material)
In order to measure the complex permeability of the magnetic coating layer of the magnetic shield wire, a toroidal core was formed using a magnetic composite material having the same filling rate as the magnetic coating layer of the magnetic shield wire, and the complex permeability was measured.
FIG. 4 shows the complex permeability-frequency characteristics of the magnetic composite material. An impedance analyzer (Agilent, 4294A) was used for the measurement. The toroidal core was produced by mixing magnetic powder and epoxy to produce a magnetic composite material, pouring the magnetic composite material into a mold and firing.
The filling rate of the magnetic powder in the magnetic coating layer was calculated based on the cross-sectional photograph shown in FIG. The volume filling rate of magnetic powder is 22 vol% in the sample of Fig. 1 (b): Fe-Si-Al (D 50 = 11 µm), and the sample of Fig. 1 (c): Fe-Si-Al (D 50 = 53 µm) In the sample of FIG. 1 (d): Fe-Si-Cr (Amorphous metal), it was 12 vol%.
図4より周波数2.5 MHzにおいて、3種のサンプル、Fe-Si-Al (D50 = 11μm)、Fe-Si-Al (D50 = 53μm)、Fe-Si-Cr(Amorphous metal)について、μ´は、それぞれ10.2、3.1、1.6となり、μ´´はそれぞれ0.24、0.052、0.045となった。
図4に示す測定結果は、スプレー法により形成した磁性被覆層は、特性がかなり大きく異なるものになったことを示す。
As shown in FIG. 4, at a frequency of 2.5 MHz, three types of samples, Fe—Si—Al (D 50 = 11 μm), Fe—Si—Al (D 50 = 53 μm), and Fe—Si—Cr (Amorphous metal) are μ ′. Were 10.2, 3.1, and 1.6, respectively, and μ ″ was 0.24, 0.052, and 0.045, respectively.
The measurement results shown in FIG. 4 show that the magnetic coating layer formed by the spray method has significantly different characteristics.
(コイルの抵抗-周波数特性)
上述した方法によって製作した磁気シールド線を用いてコイルを製作し、コイルの抵抗-周波数特性について測定した。
図5に測定に使用したコイルの構造図を示す。コイルの内径60mm、巻き数N=9である。
図1(a)に示す導線(COW)、図1(b)に示す磁気シールド線MCW(Fe-Si-Al (D50 = 11μm))、図1(c)に示すMCW(Fe-Si-Al (D50 = 53μm))、図1(d)に示すMCW(Fe-Si-Cr(Amorphous metal))を用いたコイルの自己共振周波f0は、それぞれ、27.4 MHz、28.5 MHz、27.9 MHz、29.5 MHzとなった。
f0の1/10以下の周波数範囲では、共振による抵抗の増加は十分小さい。したがって、N= 9のコイルでは2.5 MHz以下の周波数範囲におけるコイルのインピーダンス特性を測定した。
(Coil resistance-frequency characteristics)
A coil was manufactured using the magnetic shield wire manufactured by the method described above, and the resistance-frequency characteristics of the coil were measured.
FIG. 5 shows a structural diagram of the coil used for the measurement. The inner diameter of the coil is 60 mm and the number of turns N = 9.
Conductor shown in FIG. 1 (a) (COW), FIG. 1 (b) to the magnetic shielding wire shown MCW (Fe-Si-Al ( D 50 = 11μm)), MCW (Fe-Si- shown in FIG. 1 (c) The self-resonant frequencies f 0 of the coils using MCW (Fe-Si-Cr (Amorphous metal)) shown in FIG. 1 (d) are 27.4 MHz, 28.5 MHz, and 27.9 MHz, respectively (Al (D 50 = 53 μm)). It became 29.5 MHz.
The 1/10 frequency range of f 0, is sufficiently small increase in resistance due to resonance. Therefore, for N = 9 coils, the impedance characteristics of the coils in the frequency range of 2.5 MHz or less were measured.
コイルのインピーダンス特性はインピーダンスアナライザ(Agilent、4294A)を用いて測定した。このときの測定電流は1.1mA以下であった。
図6にコイルの抵抗-周波数特性を示す。
周波数2.5 MHzにおける、COW、MCW(Fe-Si-Al (D50 = 11μm))、MCW(Fe-Si-Al (D50 = 53μm))、MCW(Fe-Si-Cr(Amorphous metal))を用いたコイルの抵抗値は、それぞれ668 mΩ、460 mΩ、447 mΩ、485 mΩとなった。
導線(COW)を使用したときの抵抗値と比較して、MCW(Fe-Si-Al (D50 = 11μm))、MCW(Fe-Si-Al (D50 = 53 μm))、MCW(Fe-Si-Cr(Amorphous metal))を使用したときの抵抗値は、それぞれ31%、33%、27%低減した。これは、磁性被覆層を設けたことにより、近接効果に起因する抵抗が抑制されたことを示す。
The impedance characteristics of the coil were measured using an impedance analyzer (Agilent, 4294A). The measurement current at this time was 1.1 mA or less.
FIG. 6 shows the resistance-frequency characteristics of the coil.
COW, MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 11 μm)), MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 53 μm)), MCW (Fe-Si-Cr (Amorphous metal)) at a frequency of 2.5 MHz The resistance values of the coils used were 668 mΩ, 460 mΩ, 447 mΩ, and 485 mΩ, respectively.
MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 11 μm)), MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 53 μm)), MCW (Fe When using -Si-Cr (Amorphous metal)), the resistance values were reduced by 31%, 33% and 27%, respectively. This indicates that the resistance due to the proximity effect is suppressed by providing the magnetic coating layer.
(コイル抵抗の電流依存性)
磁気シールド線は、磁性被覆層が磁気飽和してしまうと交流磁界が誘導されなくなり、交流抵抗を低減することができない。そのため、電気機器における定格電流密度である3 A/mm2付近の電流を流し、磁気飽和の検討を行った。
図7に周波数f= 20 kHzのときのコイルの抵抗-電流特性を示す。測定には周波数特性分析器(NF、FRA5097)を用いた。また、電流を流した際のコイルの最大表面温度を、サーモショット(FLUKE、Ti200)を用いて測定した。
(Current dependency of coil resistance)
In the magnetic shield wire, when the magnetic coating layer is magnetically saturated, an alternating magnetic field is not induced, and the alternating current resistance cannot be reduced. Therefore, magnetic saturation was studied by applying a current of around 3 A / mm 2, which is the rated current density in electrical equipment.
FIG. 7 shows the resistance-current characteristics of the coil when the frequency is f = 20 kHz. A frequency characteristic analyzer (NF, FRA5097) was used for the measurement. Further, the maximum surface temperature of the coil when current was passed was measured using a thermo-shot (FLUKE, Ti200).
I= 2AにおけるMCW(Fe-Si-Al (D50 = 11μm))、MCW(Fe-Si-Al (D50 = 53 μm))、MCW(Fe-Si-Cr(Amorphous metal))の抵抗値は、COW(導線)と比べ、ぞれぞれ4%、10%、5%低減した。
また、I= 8 AにおけるMCW(Fe-Si-Al (D50 = 11μm))、MCW(Fe-Si-Al (D50 = 53 μm))、MCW(Fe-Si-Cr(Amorphous metal))の抵抗値はCOWと比べ、ぞれぞれ3%、10%、4.1%低減した。
I= 2 Aにおける抵抗の低減率と比べて、I= 8 Aにおける抵抗の低減率はわずかに減少したが、I= 8 Aにおいても磁気シールド線を使用することによって抵抗値が低減した。この実験結果から、磁気飽和は生じていないと考えられる。
MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 11 μm)), MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 53 μm)), MCW (Fe-Si-Cr (Amorphous metal)) resistance values at I = 2A Compared to COW (lead wire), they were reduced by 4%, 10% and 5%, respectively.
MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 11 μm)), MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 53 μm)), MCW (Fe-Si-Cr (Amorphous metal)) at I = 8 A The resistance value was 3%, 10%, and 4.1% lower than COW, respectively.
The resistance reduction rate at I = 8 A was slightly reduced compared to the resistance reduction rate at I = 2 A, but the resistance value was also reduced by using a magnetic shield wire at I = 8 A. From this experimental result, it is considered that magnetic saturation does not occur.
(コイルの発熱特性)
図8にf= 20 kHz、I= 8 A の電流を流した際のコイルの発熱特性を示す。
COW、MCW(Fe-Si-Al (D50 = 11μm))、MCW(Fe-Si-Al (D50 = 53 μm))、MCW(Fe-Si-Cr(Amorphous metal)は、それぞれ、19°C、16°C、14°C、17°Cで温度上昇が熱飽和した。COWと比較してMCWが温度上昇が低減されている理由は、交流抵抗の増加が抑制されていることに起因すると考えられる。
(Heat generation characteristics of coil)
FIG. 8 shows the heat generation characteristics of the coil when a current of f = 20 kHz and I = 8 A is passed.
COW, MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 11 μm)), MCW (Fe-Si-Al (D 50 = 53 μm)), MCW (Fe-Si-Cr (Amorphous metal)) are each 19 ° The temperature rise was thermally saturated at C, 16 ° C, 14 ° C, and 17 ° C.The reason why the MCW temperature rise was reduced compared to COW was due to the suppression of the increase in AC resistance. I think that.
(コイルの磁界解析)
図4に示した複素透磁率の測定値と、磁性被覆層の複素透磁率の妥当性を評価するために解析を行った。解析は有限要素法(FEM)を用いた磁界解析により行った。図9に解析モデルを示す。コイルの巻数は9回巻きとした。
表2にコイルの解析条件を示す。磁性被覆層の抵抗率を無限大とし、図4に示した複素透磁率の測定値を用いた。解析モデルは、図5の9回巻コイルと同形状のものを作成した。コイルの中心軸をz軸、径方向をr軸とした。
Analysis was performed to evaluate the validity of the measured values of the complex permeability shown in FIG. 4 and the complex permeability of the magnetic coating layer. The analysis was performed by magnetic field analysis using the finite element method (FEM). FIG. 9 shows an analysis model. The number of turns of the coil was 9 turns.
Table 2 shows the analysis conditions of the coil. The resistivity of the magnetic coating layer was set to infinity, and the measured value of the complex permeability shown in FIG. 4 was used. An analysis model having the same shape as the nine-turn coil in FIG. 5 was created. The central axis of the coil was the z axis and the radial direction was the r axis.
図10にコイルの抵抗-周波数特性解析の結果を示す。測定値と計算値の誤差は最大で10%であった。磁性被覆層が一様な透磁率、厚さで銅線を被覆していると仮定したことが誤差の要因であると考えられる。 FIG. 10 shows the result of the resistance-frequency characteristic analysis of the coil. The error between measured value and calculated value was 10% at maximum. It is considered that the reason for the error is that it is assumed that the magnetic coating layer covers the copper wire with a uniform magnetic permeability and thickness.
(磁気シールド導体の製造例)
図1(b)、(c)、(d)に示した磁気シールド線、図5に示した磁気シールド線を用いたコイルは、いずれも断面形状が円形の磁気シールド線の例である。本発明に係る磁気シールド導体の製造方法は、スプレー法を利用して導線等の導体の外表面に磁性被覆層を形成することを特徴とするものであり、対象とする導体の断面形状や断面寸法、導体に用いる導体材料が限定されるものではない。
(Example of magnetic shield conductor production)
The coils using the magnetic shield wires shown in FIGS. 1B, 1C, and 1D and the magnetic shield wires shown in FIG. 5 are examples of magnetic shield wires having a circular cross-sectional shape. The method of manufacturing a magnetic shield conductor according to the present invention is characterized in that a magnetic coating layer is formed on the outer surface of a conductor such as a conductor using a spray method, and the cross-sectional shape and cross-section of the target conductor The conductor material used for a dimension and a conductor is not limited.
また、いわゆる長尺な線材状に形成した導線の他に、薄い平板状に形成した導体、たとえば可撓性のある薄い銅板を用いて磁気シールド導体を形成することもできる。薄い銅板を導体材とする場合も、前述した磁性粉とバインダとからなる磁性コンポジット材を銅板の表面にスプレー法により塗布することにより、導体の表面が磁性被覆層により被覆された磁気シールド導体を得ることができる。
外表面が磁性被覆層によって被覆された平板状の磁気シールド導体をコイル状に巻回することにより、大電流を流すことができ、導体間の近接効果を抑制したコイル(磁気シールド導体)が得られる。
平板状の導体を処理対象として磁気シールド導体を製造する場合、スプレー法は広幅の対象物であっても簡単に磁性被覆層を形成することができるという利点がある。
Further, in addition to the conductive wire formed in a so-called long wire shape, a magnetic shield conductor can also be formed using a thin flat conductor, for example, a flexible thin copper plate. Even when a thin copper plate is used as the conductor material, the magnetic composite material composed of the above-mentioned magnetic powder and binder is applied to the surface of the copper plate by the spray method, so that the magnetic shield conductor whose surface is covered with the magnetic coating layer is formed. Can be obtained.
By winding a flat magnetic shield conductor whose outer surface is covered with a magnetic coating layer in a coil shape, a large current can flow and a coil (magnetic shield conductor) with reduced proximity effect between the conductors can be obtained. It is done.
When a magnetic shield conductor is manufactured using a flat conductor as a processing target, the spray method has an advantage that a magnetic coating layer can be easily formed even for a wide object.
(エッジワイズコイルへの適用例)
図11は、あらかじめコイル状に巻回した導体を対象として磁気シールド導体を作成する例を示す。図11に示すコイルはエッジワイズコイル25であり、このエッジワイズコイル25にスプレー缶30から磁性粉とバインダとからなる磁性コンポジット材32をスプレー法により塗布することで、磁性被覆層により外面が被覆された磁気シールド導体が得られる。
この磁気シールド導体は、あらかじめコイル状に成形した成形体を処理対象として得たものであり、本発明方法によれば、コイル状等の適宜形状にあらかじめ成形した成形体を処理対象として磁気シールド導体を作成することができる。スプレー法を利用して導体の外表面に磁性被覆層を形成する方法は、対象となる導体があらかじめ所定形状に成形された成形体であっても、容易に磁性被覆層を形成することができるという利点がある。
(Application example for edgewise coil)
FIG. 11 shows an example in which a magnetic shield conductor is created for a conductor wound in advance in a coil shape. The coil shown in FIG. 11 is an edgewise coil 25, and a magnetic composite material 32 made of magnetic powder and a binder is applied to the edgewise coil 25 from a spray can 30 by a spray method so that the outer surface is covered with a magnetic coating layer. A magnetic shield conductor is obtained.
This magnetic shield conductor is obtained by processing a molded body previously formed into a coil shape, and according to the method of the present invention, the magnetic shield conductor is processed using a molded body previously formed into an appropriate shape such as a coil shape. Can be created. The method of forming the magnetic coating layer on the outer surface of the conductor using the spray method can easily form the magnetic coating layer even if the target conductor is a molded body that has been previously molded into a predetermined shape. There is an advantage.
(プリント基板への適用例)
図12はプリント基板40に平面コイル状に形成されている配線パターン42(図12(a))の表面に本発明方法を利用して磁性被覆層を形成する例を示す。図12(b)に示すように、プリント基板40に形成されている導体である配線パターン42に向けて磁性粉とバインダとからなる磁性コンポジット材32をスプレー法により塗布することにより、配線パターン42の表面に簡単に磁性被覆層44を形成することができる。図12(c)は隣接する配線パターン42の中間に磁性被覆層44を設けた例、図12(d)は配線パターン42の全面を被覆するようにスプレー法により磁性被覆層44を設けた例である。
(Application example to printed circuit boards)
FIG. 12 shows an example in which a magnetic coating layer is formed on the surface of a wiring pattern 42 (FIG. 12A) formed on a printed circuit board 40 in a planar coil shape by using the method of the present invention. As shown in FIG. 12B, a magnetic composite material 32 made of magnetic powder and a binder is applied to a wiring pattern 42 that is a conductor formed on a printed circuit board 40 by a spray method, whereby the wiring pattern 42 is obtained. The magnetic coating layer 44 can be easily formed on the surface. 12C shows an example in which a magnetic coating layer 44 is provided in the middle of adjacent wiring patterns 42, and FIG. 12D shows an example in which the magnetic coating layer 44 is provided by spraying so as to cover the entire surface of the wiring pattern 42. It is.
図12(c)、(d)に示すように磁性被覆層44を設けることにより、隣接するあるいは他の配線パターン42から生じる磁界作用に起因する近接効果を抑制することができる。また、図12(c)、(d)に示すように、近接効果をより抑制するために、基板を挟んで配線パターン42を設けた面とは反対側の面に磁性被覆層46を設けることができる。基板の裏面に磁性被覆層46を形成することによる付帯効果として、インダクタンスの増加、抵抗の減少によりコイルのQ値を向上させることができる。
なお、図12は配線パターンを平面コイル状に形成した例であるが、コイル状以外の配線パターンを形成したプリント基板であっても、スプレー法により容易にそれらの配線パターンを磁性被覆層によって被覆することができ、他の配線パターンの磁界作用に起因する近接効果を抑制することができる。
By providing the magnetic coating layer 44 as shown in FIGS. 12C and 12D, it is possible to suppress the proximity effect due to the magnetic field action generated from the adjacent or other wiring pattern 42. Also, as shown in FIGS. 12C and 12D, in order to further suppress the proximity effect, a magnetic coating layer 46 is provided on the surface opposite to the surface on which the wiring pattern 42 is provided across the substrate. Can do. As an incidental effect by forming the magnetic coating layer 46 on the back surface of the substrate, the Q value of the coil can be improved by increasing the inductance and decreasing the resistance.
FIG. 12 shows an example in which the wiring patterns are formed in a planar coil shape. However, even a printed circuit board on which a wiring pattern other than the coil shape is formed, these wiring patterns can be easily covered with a magnetic coating layer by a spray method. It is possible to suppress the proximity effect caused by the magnetic field action of other wiring patterns.
(プレーナトランスへの適用例)
図13は、プレーナトランスの組み立て斜視図を示す。プレーナトランスは一次側の配線50と二次側の配線52の中間にボビン55を配置し、第1のコア56aと第2のコア56bとにより、一次側と二次側の配線50、52を両側から挟んで組み立てられる。一次側の配線50と二次側の配線52は層間に絶縁シート57を介して複数層に積層して組み込まれる。
図示例のプレーナトランスは、一次側の配線50と二次側の配線52が磁性被覆層54によって外面が被覆されていることを特徴とする。これらの一次側と二次側の配線50、52の表面を磁性被覆層54により被覆する方法は、前述した各例と同様に、磁性粉とバインダとからなる磁性コンポジット材をスプレー法によって形成する方法であり、スプレー法によることで、磁性被覆層54によって被覆された一次側の配線を簡単に作成することができる。
プレーナトランスに限らず、トランスの配線に用いられる導線(導体)を磁気シールド導体とすることにより、交流抵抗を抑えて高効率のトランスとして提供することができる。
(Example of application to planar transformer)
FIG. 13 is an assembled perspective view of the planar transformer. In the planar transformer, a bobbin 55 is arranged between the primary side wiring 50 and the secondary side wiring 52, and the primary side and secondary side wirings 50 and 52 are connected by the first core 56a and the second core 56b. Assemble from both sides. The primary-side wiring 50 and the secondary-side wiring 52 are stacked between a plurality of layers with an insulating sheet 57 interposed therebetween.
The planar transformer of the illustrated example is characterized in that the outer surface of the primary wiring 50 and the secondary wiring 52 are covered with a magnetic coating layer 54. In the method of covering the surfaces of the primary and secondary wirings 50 and 52 with the magnetic coating layer 54, a magnetic composite material composed of magnetic powder and a binder is formed by a spray method, as in the above examples. This is a method, and by using the spray method, the primary-side wiring covered with the magnetic coating layer 54 can be easily created.
Not only the planar transformer but also a conductor (conductor) used for the wiring of the transformer is a magnetic shield conductor, so that the AC resistance can be suppressed and provided as a highly efficient transformer.
なお、上述した各例では、磁性コンポジット材を封入したスプレー缶を使用して磁性被覆層を形成した。スプレー缶は、磁性被覆層を形成する操作として手軽に利用することができるという利点がある。ただし、磁性コンポジット材をスプレー法により塗布する方法はスプレー缶を使用する方法に限られるものではなく、スプレーガン等を用いた種々のスプレー装置を利用することができる。 In each of the above examples, the magnetic coating layer was formed using a spray can in which a magnetic composite material was enclosed. The spray can has an advantage that it can be easily used as an operation for forming the magnetic coating layer. However, the method of applying the magnetic composite material by the spray method is not limited to the method using a spray can, and various spray devices using a spray gun or the like can be used.
5 芯線
6 絶縁層
10 導線
12 磁性被覆層
20 磁気シールド線
25 エッジワイズコイル
30 スプレー缶
32 磁性コンポジット材
40 プリント基板
42 配線パターン
44、46 磁性被覆層
50 一次側の配線
52 二次側の配線
54 磁性被覆層
55 ボビン
56a 第1のコア
56b 第2のコア
57 絶縁シート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Core wire 6 Insulation layer 10 Conductive wire 12 Magnetic coating layer 20 Magnetic shield wire 25 Edgewise coil 30 Spray can 32 Magnetic composite material 40 Printed circuit board 42 Wiring pattern 44, 46 Magnetic coating layer 50 Primary side wiring 52 Secondary side wiring 54 Magnetic coating layer 55 Bobbin 56a First core 56b Second core 57 Insulating sheet
Claims (8)
前記導体の表面に付着した前記磁性コンポジット材を固化して磁性被覆層を形成する工程と、
を備えることを特徴とする磁気シールド導体の製造方法。 A coating process in which a magnetic composite material in which a binder and magnetic powder are mixed is applied to the entire outer surface of the conductor by a spray method;
Solidifying the magnetic composite material attached to the surface of the conductor to form a magnetic coating layer; and
A method for producing a magnetic shield conductor, comprising:
The method for manufacturing a magnetic shield conductor according to claim 1, wherein in the applying step, the magnetic composite material is applied by a spray method while energizing the conductor.
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