JP2019186299A - Reactor - Google Patents

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正明 西山
Masaaki Nishiyama
正明 西山
直樹 岩田
Naoki Iwata
直樹 岩田
鈴木 雅文
Masafumi Suzuki
雅文 鈴木
真二郎 三枝
Shinjiro Saegusa
真二郎 三枝
将士 大坪
Masashi Otsubo
将士 大坪
ジョンハン ファン
Jonhan Fan
ジョンハン ファン
毅 服部
Takeshi Hattori
毅 服部
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Abstract

To provide a reactor with good core loss and excellent in DC superposition characteristics.SOLUTION: In a reactor 1 including a core 2 consisting of powder magnetic core, and coils 3A, 3B wound to cover a part of the core 2, each soft magnetic particle composing the powder magnetic core includes a base metal composed of an Fe-Si-Al alloy, and an aluminum nitride layer or an aluminum oxide layer covering the base metal, and the particle size of each soft magnetic particle composing the first parts 21, 21 covered by the coils 3A, 3B, out of the core 2, is smaller than the particle size of each soft magnetic particle composing the second parts 22, 22 exposed from the coils 3A, 3B.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、圧粉磁心で構成されたコアと、コアの一部を覆うように巻かれたコイルと、を備えたリアクトルに関する。   The present invention relates to a reactor including a core made of a dust core and a coil wound so as to cover a part of the core.

従来から、ハイブリッド自動車、電気自動車、太陽光発電装置等では、リアクトルが用いられ、このリアクトルは、圧粉磁心であるリング状のコアにコイルを巻いた構造が採用されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, a reactor is used in a hybrid vehicle, an electric vehicle, a solar power generation device, and the like, and this reactor has a structure in which a coil is wound around a ring-shaped core that is a dust core.

このようなリアクトルの例として、例えば、特許文献1には、圧粉磁心で構成されたコアと、コアの一部を覆うように巻かれたコイルと、を備えたリアクトルが開示されている。このリアクトルでは、圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Fe−Si−Al合金からなる母材と、母材を被覆する窒化アルミニウム層を備えている。このようなリアクトルは、鉄損を低減しつつ、高磁場が印加された環境下であっても、リアクトルのインダクタンスを安定して確保することができる。   As an example of such a reactor, for example, Patent Document 1 discloses a reactor including a core formed of a dust core and a coil wound so as to cover a part of the core. In this reactor, each soft magnetic particle constituting the dust core includes a base material made of an Fe—Si—Al alloy and an aluminum nitride layer covering the base material. Such a reactor can stably secure the inductance of the reactor even in an environment where a high magnetic field is applied while reducing iron loss.

特開2017−76689号公報JP 2017-76689 A

しかしながら、発明者らは、実験を行った結果、圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子の大きさによって、磁気抵抗等が異なることを見出した。よって、特許文献1に記載のリアクトルには、軟磁性粒子の大きさを考慮して、鉄損やインダクタンスを改善する余地があると考えられる。   However, as a result of experiments, the inventors have found that the magnetic resistance and the like differ depending on the size of each soft magnetic particle constituting the dust core. Therefore, it is considered that the reactor described in Patent Document 1 has room for improving iron loss and inductance in consideration of the size of the soft magnetic particles.

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、本発明では、直流重畳特性に優れ、かつコア損失が良好なリアクトルを提供する。   This invention is made | formed in view of the said point, and this invention provides the reactor which is excellent in direct current | flow superimposition characteristic and has favorable core loss.

上記課題を解決するために、本発明は、圧粉磁心で構成されたコアと、前記コアの一部を覆うように巻かれたコイルと、を備えたリアクトルであって、前記圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Fe−Si−Al合金からなる母材と、前記母材を被覆する窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層とを備えており、前記コアのうち、前記コイルに覆われた第1の部分を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径は、前記コイルから露出した第2の部分を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径よりも小さいことを特徴とする。   In order to solve the above problems, the present invention is a reactor comprising a core made of a dust core and a coil wound so as to cover a part of the core, and the dust core is Each of the soft magnetic particles included includes a base material made of an Fe-Si-Al alloy and an aluminum nitride layer or an aluminum oxide layer that covers the base material, and is covered with the coil of the core. The particle diameter of each soft magnetic particle constituting the first portion is smaller than the particle diameter of each soft magnetic particle constituting the second portion exposed from the coil.

本発明によれば、後述の実施例で説明するように、軟磁性粒子の粒子径が小さい場合は、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの含有量が増加することにより磁気抵抗が高まる。このような軟磁性粒子を第1の部分に用いることにより、より大きい粒子径を有する軟磁性粒子を含む粉末を用いる場合と比較して、磁束密度の飽和を防止することができる。結果としてリアクトルの直流重畳特性を改善することができる。   According to the present invention, as will be described in Examples below, when the particle size of the soft magnetic particles is small, the magnetic resistance is increased by increasing the content of aluminum nitride or aluminum oxide. By using such soft magnetic particles in the first portion, saturation of magnetic flux density can be prevented as compared with the case of using a powder containing soft magnetic particles having a larger particle diameter. As a result, the direct current superimposition characteristics of the reactor can be improved.

また、後述の実施例で説明するように、粒子径が小さい場合は、交流磁界印加時の渦電流損が低くなる。このような軟磁性粒子を第1の部分に用いることにより、より大きい粒子径を有する軟磁性粒子を含む粉末を用いる場合と比較してコア損失を改善することができる。   Further, as will be described in the examples described later, when the particle diameter is small, the eddy current loss during application of an alternating magnetic field is low. By using such soft magnetic particles in the first portion, the core loss can be improved as compared with the case of using a powder containing soft magnetic particles having a larger particle diameter.

(a)は、本実施形態に係るリアクトルの模式的平面図であり、(b)は、本実施形態に係るリアクトルの模式的断面図である。(A) is a schematic top view of the reactor which concerns on this embodiment, (b) is typical sectional drawing of the reactor which concerns on this embodiment. 圧粉磁心用粉末の粒度と、N量との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the particle size of powder for powder magnetic cores, and N amount. 圧粉磁心用粉末の粒度と、初期インダクタンスとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the particle size of the powder for powder magnetic cores, and initial inductance. 圧粉磁心用粉末の粒度と、鉄損との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the particle size of the powder for dust cores, and an iron loss. (a)は、実施例1および比較例1について、インダクタンスと直流重畳電流との関係を示すグラフであり、図5(b)は、図(a)中、黒枠で示す直流重畳電流150〜250Aの領域を拡大したグラフである。(a) is a graph which shows the relationship between an inductance and a direct current | flow superimposed current about Example 1 and the comparative example 1, FIG.5 (b) is direct current superimposed current 150-250A shown with a black frame in FIG. 5 (a). It is the graph which expanded the area | region of. 実施例1および比較例1に係るリアクトルモデルの損失を示すグラフである。6 is a graph showing losses of reactor models according to Example 1 and Comparative Example 1. (a)は比較例1に係るリアクトルの模式的平面図であり、(b)は、比較例1に係るリアクトルの模式的断面図である。(A) is a schematic top view of the reactor which concerns on the comparative example 1, (b) is typical sectional drawing of the reactor which concerns on the comparative example 1. FIG.

以下に、図1を参照しながら、本発明に係るリアクトル1の一実施形態を説明する。図1(a)は、本実施形態に係るリアクトル1の模式的平面図であり、図1(b)は、本実施形態に係るリアクトル1の模式的断面図である。   Hereinafter, an embodiment of a reactor 1 according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic plan view of the reactor 1 according to this embodiment, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of the reactor 1 according to this embodiment.

なお、本明細書において、「メジアン径D30」、「メジアン径D50」、および「メジアン径D90」とは、JIS−Z8801に規定する試験用篩を用いた分析による粒度分布の質量累積分布曲線において、小径側から、それぞれ累積30%、50%及び90%に相当する粒子径を意味する。   In this specification, “median diameter D30”, “median diameter D50”, and “median diameter D90” are the mass cumulative distribution curve of the particle size distribution by analysis using a test sieve defined in JIS-Z8801. From the small diameter side, it means the particle diameter corresponding to 30%, 50% and 90% respectively.

本実施形態のリアクトル1は、ハイブリッド電気自動車(HEV)や電気自動車(EV)等の車両に搭載され、例えば、電圧を昇圧又は降圧するコンバータに用いることができる。このような本実施形態のリアクトル1は、図1に示すように、圧粉磁心で構成されたコア2と、コア2の一部を覆うように巻かれたコイル3A、3Bと、を備えている。   The reactor 1 of the present embodiment is mounted on a vehicle such as a hybrid electric vehicle (HEV) or an electric vehicle (EV), and can be used, for example, in a converter that steps up or down a voltage. As shown in FIG. 1, the reactor 1 according to the present embodiment includes a core 2 composed of a dust core and coils 3 </ b> A and 3 </ b> B wound so as to cover a part of the core 2. Yes.

本実施形態では、一例として、一対のコイル3A、3Bが対向するように、リング状のコア2に設けられている。コイル3A、3Bは電気的には直列に接続されており、一つのコイルとして機能する。   In the present embodiment, as an example, the ring-shaped core 2 is provided so that the pair of coils 3A and 3B face each other. The coils 3A and 3B are electrically connected in series and function as one coil.

コア2は、圧粉磁心からなり、圧粉磁心は、後述する軟磁性粒子を有する圧粉磁心用粉末を加圧成形し、成形した成形体を焼鈍することにより得られる。このようにして得られた圧粉磁心の粒子の粒子径は軟磁性粒子の粒子径とほぼ等しい。   The core 2 is made of a powder magnetic core, and the powder magnetic core is obtained by press-molding a powder for a powder magnetic core having soft magnetic particles, which will be described later, and annealing the molded body. The particle diameter of the dust core particles thus obtained is approximately equal to the particle diameter of the soft magnetic particles.

圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Fe−Si−Al合金からなる母材と、母材を被覆する窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層とを備えている。   Each soft magnetic particle constituting the dust core includes a base material made of an Fe—Si—Al alloy and an aluminum nitride layer or an aluminum oxide layer covering the base material.

母材は、Fe−Si−Al合金(鉄合金)からなり、Fe−Si−Al合金は、Siが0.5〜9質量%、Alが0.5〜5質量%、残部が鉄と不可避不純物からなることが好ましい。   The base material is made of an Fe-Si-Al alloy (iron alloy), and the Fe-Si-Al alloy is inevitable that Si is 0.5 to 9% by mass, Al is 0.5 to 5% by mass, and the balance is iron. It is preferable to consist of impurities.

AlまたはSiの含有量が、上述した範囲よりも少ない場合には、結晶磁気異方性の悪化により、圧粉磁心の鉄損が増加してしまう。一方、AlまたはSiの含有量が、上述した範囲よりも過多である場合には、圧粉磁心の磁気特性や成形性の低下、コストの増大等を招き好ましくない。   When the content of Al or Si is less than the above range, the iron loss of the dust core increases due to the deterioration of the magnetocrystalline anisotropy. On the other hand, if the content of Al or Si is more than the above range, it is not preferable because the magnetic properties and moldability of the powder magnetic core are lowered and the cost is increased.

母材であるFe−Si−Al合金(粒子)が集合した合金粉末には、水アトマイズ粉末、ガスアトマイズ粉末、ガス水アトマイズ粉末、または粉砕粉末等を挙げることができる。圧粉成形時における窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層の破壊の抑制を考慮した場合、母材の表面に凹凸の少ないものを選定することがより好ましい。   Examples of the alloy powder in which the base material Fe—Si—Al alloy (particles) is aggregated include water atomized powder, gas atomized powder, gas water atomized powder, and pulverized powder. In consideration of the suppression of the destruction of the aluminum nitride layer or the aluminum oxide layer at the time of compacting, it is more preferable to select a surface with less unevenness on the surface of the base material.

窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層は、母材の表面に、絶縁層として、形成されている。また、本実施形態では、軟磁性粒子の粒子径(粒度)が小さくなるにつれて、窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層由来の窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの含有量が増加する。これにより、圧粉磁心の磁気抵抗を大きくすることができる。   The aluminum nitride layer or the aluminum oxide layer is formed as an insulating layer on the surface of the base material. In the present embodiment, as the particle diameter (particle size) of the soft magnetic particles decreases, the content of aluminum nitride or aluminum oxide derived from the aluminum nitride layer or aluminum oxide layer increases. Thereby, the magnetic resistance of the dust core can be increased.

例えば、窒化アルミニウム層が形成されている場合、軟磁性粒子(軟磁性粉末)の窒素(N)量を調べれば、窒素の含有量がわかる。具体的には、後述する実施例の如く、軟磁性粒子の集合物である軟磁性粉末を、微粉粒度、中間粒度、および粗粉粒度を有する粉末に分級した場合、微粉粒度を有する粉末の窒素含有量は0.8〜1.5質量%が好ましく、1.0〜1.3質量%がより好ましい。中間粒度を有する粉末の窒素含有量は0.3〜0.7質量%が好ましく、0.4〜0.6質量%がより好ましい。粗粉粒度を有する粉末の窒素含有量は、0.1〜0.5質量%が好ましく、0.2〜0.4質量%がより好ましい。なお、微粉粒度、中間粒度、および粗粉粒度を含む全粒度を有する粉末の窒素含有量は0.1〜1.0質量%が好ましく、0.3〜0.7質量%がより好ましい。   For example, when an aluminum nitride layer is formed, the nitrogen content can be determined by examining the nitrogen (N) content of the soft magnetic particles (soft magnetic powder). Specifically, as in Examples described later, when soft magnetic powder, which is an aggregate of soft magnetic particles, is classified into powder having fine particle size, intermediate particle size, and coarse particle size, powder nitrogen having fine particle size is obtained. The content is preferably 0.8 to 1.5 mass%, more preferably 1.0 to 1.3 mass%. The nitrogen content of the powder having an intermediate particle size is preferably 0.3 to 0.7 mass%, more preferably 0.4 to 0.6 mass%. 0.1-0.5 mass% is preferable and, as for the nitrogen content of the powder which has a coarse powder particle size, 0.2-0.4 mass% is more preferable. In addition, 0.1-1.0 mass% is preferable and, as for the nitrogen content of the powder which has all the particle sizes including a fine particle size, an intermediate particle size, and a coarse particle size, 0.3-0.7 mass% is more preferable.

本実施形態では、コア2のうち、各コイル3A、3Bに覆われた第1の部分21、21を構成する各軟磁性粒子の粒子径は、各コイル3A、3Bから露出した第2の部分22、22を構成する各軟磁性粒子の粒子径よりも小さい。これにより、後述するように、直流重畳特性およびコア損失を改善することができる。   In this embodiment, the particle diameter of each soft magnetic particle which comprises the 1st part 21 and 21 covered with each coil 3A, 3B among the core 2 is the 2nd part exposed from each coil 3A, 3B. 22 and 22 are smaller than the particle diameter of each soft magnetic particle. Thereby, as will be described later, the DC superposition characteristics and the core loss can be improved.

ここで、粒子径は、粒子の大きさを比較することができるものであればよく、例えば、粒度分布に係る体積または質量累積分布曲線における所定の累積値(%)に対応する粒子径、または平均粒子径等を挙げることができる。   Here, the particle diameter is not limited as long as the particle size can be compared. For example, the particle diameter corresponds to a predetermined cumulative value (%) in the volume or mass cumulative distribution curve related to the particle size distribution, or An average particle diameter etc. can be mentioned.

粒子径として、上述の累積値に対応した粒子径を用いる場合、第1の部分21、21を構成する各軟磁性粒子の粒子径は、微粉粒度(メジアン径D30:粒子径10〜100μm)が好ましい。一方、第2の部分22、22を構成する各軟磁性粒子の粒子径は、粗粉粒度(メジアン径D90:粒子径100〜250μm)が好ましい。   When the particle diameter corresponding to the above-described cumulative value is used as the particle diameter, the particle diameter of each soft magnetic particle constituting the first portion 21 or 21 is a fine particle size (median diameter D30: particle diameter 10 to 100 μm). preferable. On the other hand, the particle diameter of each soft magnetic particle constituting the second portions 22 and 22 is preferably a coarse particle size (median diameter D90: particle diameter 100 to 250 μm).

このような微粉粒度および粗粉粒度を有する軟磁性粒子には、軟磁性粒子に形成された酸化アルミニウム層または窒化アルミニウム層の表面を被覆するように、低融点ガラスからなる低融点ガラス皮膜がさらに形成されていてもよい。   The soft magnetic particles having such fine and coarse particle sizes are further provided with a low-melting glass film made of low-melting glass so as to cover the surface of the aluminum oxide layer or aluminum nitride layer formed on the soft magnetic particles. It may be formed.

低融点ガラスの例としては、例えば、珪酸塩系ガラス、硼酸塩系ガラス、ビスマス珪酸塩系ガラス、硼珪酸塩系ガラス、酸化バナジウム系ガラス、または、リン酸系ガラス等を挙げることができる。これらの低融点ガラスは、圧粉磁心を焼鈍する際の圧粉成形粉末の焼鈍温度よりも低い軟化点温度を有する。   Examples of the low melting point glass include silicate glass, borate glass, bismuth silicate glass, borosilicate glass, vanadium oxide glass, and phosphate glass. These low-melting-point glasses have a softening point temperature lower than the annealing temperature of the powder compacted powder when the powder magnetic core is annealed.

珪酸塩系ガラスには、例えば、SiO−ZnO、SiO−LiO、SiO−NaO、SiO−CaO、SiO−MgO、SiO−Al等を主成分とするものがある。ビスマス珪酸塩系ガラスには、例えば、SiO−Bi−ZnO、SiO−Bi−LiO、SiO−Bi−NaO、SiO−Bi−CaO等を主成分とするものがある。硼酸塩系ガラスには、例えば、B−ZnO、B−LiO、B−NaO、B−CaO、B−MgO、B−Al等を主成分とするものがある。硼珪酸塩系ガラスには、例えば、SiO−B−ZnO、SiO−B−LiO、SiO−B−NaO、SiO−B−CaO等を主成分とするものがある。酸化バナジウム系ガラスには、例えば、V−B、V−B−SiO、V−P、V−B−P等を主成分とするものがある。リン酸系ガラスには、例えば、P−LiO、P−NaO、P−CaO、P−MgO、P−Al等を主成分とするものがある。これら低融点ガラスは、上述した成分以外に、SiO、ZnO、NaO、B、LiO、SnO、BaO、CaO、Al等の1種以上を適宜含有し得る。 The silicate-based glass, for example, a main component SiO 2 -ZnO, SiO 2 -Li 2 O, SiO 2 -Na 2 O, SiO 2 -CaO, SiO 2 -MgO, a SiO 2 -Al 2 O 3, etc. There is something to do. Examples of the bismuth silicate glass include SiO 2 —Bi 2 O 3 —ZnO, SiO 2 —Bi 2 O 3 —Li 2 O, SiO 2 —Bi 2 O 3 —Na 2 O, and SiO 2 —Bi 2 O. Some have 3- CaO or the like as a main component. The borate-based glass, for example, B 2 O 3 -ZnO, B 2 O 3 -Li 2 O, B 2 O 3 -Na 2 O, B 2 O 3 -CaO, B 2 O 3 -MgO, B 2 Some have O 3 —Al 2 O 3 or the like as a main component. The borosilicate based glass, for example, SiO 2 -B 2 O 3 -ZnO , SiO 2 -B 2 O 3 -Li 2 O, SiO 2 -B 2 O 3 -Na 2 O, SiO 2 -B 2 O Some have 3- CaO or the like as a main component. The vanadium oxide-based glass, for example, V 2 O 5 -B 2 O 3, V 2 O 5 -B 2 O 3 -SiO 2, V 2 O 5 -P 2 O 5, V 2 O 5 -B 2 O Some have 3- P 2 O 5 or the like as a main component. The phosphoric acid-based glass, for example, P 2 O 5 -Li 2 O , P 2 O 5 -Na 2 O, P 2 O 5 -CaO, P 2 O 5 -MgO, P 2 O 5 -Al 2 O 3 Etc. as a main component. These low-melting-point glasses can appropriately contain one or more of SiO 2 , ZnO, Na 2 O, B 2 O 3 , Li 2 O, SnO, BaO, CaO, Al 2 O 3 and the like in addition to the components described above. .

低融点ガラスの含有量は、圧粉磁心用粉末の全体または圧粉磁心全体を100質量%としたときに、0.05〜5.0質量%であることが好ましい。低融点ガラスの含有量が0.05質量%以上である場合、十分な低融点ガラス皮膜を形成し易くなり、高比抵抗で高強度な圧粉磁心を得易くなる。低融点ガラスの含有量が5.0質量%以下である場合、圧粉磁心の磁気特性の低下を効果的に抑制することができる。   The content of the low-melting-point glass is preferably 0.05 to 5.0% by mass when the entire powder magnetic powder or the entire powder magnetic core is 100% by mass. When the content of the low melting point glass is 0.05% by mass or more, it becomes easy to form a sufficient low melting point glass film, and it becomes easy to obtain a dust core having a high specific resistance and high strength. When content of low melting glass is 5.0 mass% or less, the fall of the magnetic characteristic of a powder magnetic core can be suppressed effectively.

低融点ガラス皮膜は、軟磁性粒子よりも粒径の小さい微粒子として軟磁性粒子の表面に付着した層であってもよく、軟磁性粒子の表面に連続的に付着した層であってもよい。   The low melting point glass film may be a layer adhered to the surface of the soft magnetic particle as fine particles having a particle diameter smaller than that of the soft magnetic particle, or may be a layer continuously adhered to the surface of the soft magnetic particle.

図1に示すコア2の構造は、U形状のコアを2つ組み合わせた構造を採用するが、コア2の形状は、コア2の磁路の一部をコイルが旋回する構造であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、EI型、EE型、EER型、PQ型、またはEB型等を挙げることができる。   The structure of the core 2 shown in FIG. 1 employs a structure in which two U-shaped cores are combined, but the shape of the core 2 is particularly suitable if the coil turns a part of the magnetic path of the core 2. It is not limited. Specific examples include EI type, EE type, EER type, PQ type, and EB type.

以上説明した構成を有するリアクトル1では、コイル3A、コイル3Bに電流を流すことで、エネルギーの蓄積/放出を交互に行い電圧を変換する。   In the reactor 1 having the above-described configuration, current is passed through the coils 3A and 3B to alternately store and release energy and convert the voltage.

本実施形態によれば、圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Fe−Si−Al合金からなる母材と、母材を被覆する窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層を備えている。コア2のうち、第1の部分21、21を構成する各軟磁性粒子の粒子径は、第2の部分22、22を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径よりも小さい。   According to this embodiment, each soft magnetic particle constituting the dust core includes a base material made of an Fe—Si—Al alloy and an aluminum nitride layer or an aluminum oxide layer that covers the base material. Of the core 2, the particle diameter of each soft magnetic particle constituting the first portion 21, 21 is smaller than the particle diameter of each soft magnetic particle constituting the second portion 22, 22.

後述の実施例で説明するように、このように軟磁性粒子の粒子径が小さい場合は、窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層の含有量が増加することにより磁気抵抗が高まる。このような軟磁性粒子を第1の部分21、21に用いることにより、より大きい粒子径を有する軟磁性粒子を含む粉末を用いる場合と比較して、磁束密度の飽和を防止することができる。結果としてリアクトル1の直流重畳特性を改善することができる。   As will be described in Examples below, when the particle diameter of the soft magnetic particles is small as described above, the magnetic resistance is increased by increasing the content of the aluminum nitride layer or the aluminum oxide layer. By using such soft magnetic particles for the first portions 21, 21, saturation of magnetic flux density can be prevented as compared with the case where powder containing soft magnetic particles having a larger particle diameter is used. As a result, the direct current superimposition characteristic of the reactor 1 can be improved.

また、後述の実施例で説明するように、粒子径が小さい場合は、交流磁界印加時の渦電流損が低くなる。このような軟磁性粒子を第1の部分21、21に用いることにより、より大きい粒子径を有する軟磁性粒子を含む粉末を用いる場合と比較してコア損失を改善することができる。   In addition, as will be described in Examples below, when the particle size is small, eddy current loss during application of an alternating magnetic field is low. By using such soft magnetic particles for the first portions 21 and 21, the core loss can be improved as compared with the case of using a powder containing soft magnetic particles having a larger particle diameter.

本実施形態のリアクトルの製造方法について以下に説明する。   The manufacturing method of the reactor of this embodiment is demonstrated below.

<圧粉磁心用粉末の調製>
まず、母材であるFe−Si−Al合金(粒子)が集合した合金粉末を準備する。ついで、母材の表面に窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層を形成する。窒化アルミニウム層を形成する場合は、窒化処理を行う。具体的には、合金粉末を窒化雰囲気で加熱する。より具体的には、窒素ガス雰囲気中で、加熱温度は、800℃〜1250℃が好ましく、900℃〜1150℃がより好ましい。一方、酸化アルミニウム層を形成する場合は、大気相当雰囲気での酸化処理を行う。具体的には、合金粉末を酸化雰囲気で加熱する。より具体的には、大気中、加熱温度は、800℃〜1100℃が好ましく、900℃〜1050℃がより好ましい。このようにして、窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層を有する軟磁性粒子が集合した軟磁性粉末を取得する。
<Preparation of powder for powder magnetic core>
First, an alloy powder in which an Fe—Si—Al alloy (particles) as a base material is assembled is prepared. Next, an aluminum nitride layer or an aluminum oxide layer is formed on the surface of the base material. When an aluminum nitride layer is formed, nitriding is performed. Specifically, the alloy powder is heated in a nitriding atmosphere. More specifically, in a nitrogen gas atmosphere, the heating temperature is preferably 800 ° C. to 1250 ° C., more preferably 900 ° C. to 1150 ° C. On the other hand, when an aluminum oxide layer is formed, an oxidation process is performed in an atmosphere equivalent to air. Specifically, the alloy powder is heated in an oxidizing atmosphere. More specifically, in the air, the heating temperature is preferably 800 ° C to 1100 ° C, more preferably 900 ° C to 1050 ° C. In this way, a soft magnetic powder in which soft magnetic particles having an aluminum nitride layer or an aluminum oxide layer are gathered is obtained.

本実施形態では、取得した軟磁性粉末を、篩等を用いて分級して、軟磁性粉末から、圧粉磁心用粉末として、微粒粉末と粗粒粉末とを取得する。一例として、微粒粉末はメジアン径D30に相当する微粉粒度を有する軟磁性粒子で構成され、粗粒粉末はメジアン径D90に相当する粗粉粒度を有する軟磁性粒子で構成されている。   In the present embodiment, the acquired soft magnetic powder is classified using a sieve or the like, and a fine powder and a coarse powder are acquired from the soft magnetic powder as a powder for a dust core. As an example, the fine powder is composed of soft magnetic particles having a fine particle size corresponding to the median diameter D30, and the coarse powder is composed of soft magnetic particles having a coarse particle size corresponding to the median diameter D90.

なお、必要に応じて、微粒粉末および粗粒粉末に低融点ガラスを添加して、軟磁性粒子に形成された酸化アルミニウム層または窒化アルミニウム層の表面を被覆するように低融点ガラスからなる低融点ガラス皮膜をさらに形成してもよい。   If necessary, a low melting point glass is added to the fine and coarse powders to form a low melting point glass made of a low melting point glass so as to cover the surface of the aluminum oxide layer or aluminum nitride layer formed on the soft magnetic particles. A glass film may be further formed.

例えば、低融点ガラス皮膜を形成する際には、低融点ガラスからなる微粒子の粉末と軟磁性粒子の集合体である軟磁性粉末とを分散媒中で混合してこれを乾燥してもよく、加熱により軟化した低融点ガラスを軟磁性粉末に付着させてもよい。また、低融点ガラスからなる微粒子の粉末と軟磁性粉末とを、PVAまたはPVB等の結合剤(バインダー)により結合してもよい。低融点ガラス皮膜が、軟磁性粉末よりも粒径の小さい微粒子として軟磁性粉末の表面に付着した層からなる場合、後工程の圧粉成形及び焼鈍を経て、連続的な皮膜となり得る。   For example, when forming a low-melting glass film, fine powder made of low-melting glass and soft magnetic powder that is an aggregate of soft magnetic particles may be mixed in a dispersion medium and dried. Low melting glass softened by heating may be attached to the soft magnetic powder. Moreover, you may couple | bond the fine particle powder and soft-magnetic powder which consist of low melting glass with binders (binders), such as PVA or PVB. When the low melting point glass film is composed of a layer adhered to the surface of the soft magnetic powder as fine particles having a particle diameter smaller than that of the soft magnetic powder, it can be a continuous film through subsequent compaction molding and annealing.

<圧粉磁心(コア2)の作製>
まず、取得した微粒粉末と粗粒粉末とを圧粉成形して、圧粉成形体を成形する。圧粉成形は、例えば一般的に知られた温間金型潤滑成形法(例えば特許第3309970号公報等参照)、あるいは内部潤滑剤を含む温間圧縮成形法(例えば特開2016−148100号公報参照)により実施してもよい。この際、本実施形態では、各第1の部分21および各第2の部分22には、それぞれ微粒粉末および粗粒粉末を使用する。
<Preparation of dust core (core 2)>
First, the obtained fine powder and coarse powder are compacted to form a compact. The compacting is performed by, for example, a generally known warm mold lubrication molding method (see, for example, Japanese Patent No. 3309970) or a warm compression molding method including an internal lubricant (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2016-148100). For example). At this time, in the present embodiment, fine powder and coarse powder are used for each first portion 21 and each second portion 22.

温間金型潤滑成形法の場合、成形温度は、温間金型潤滑成形法が行える範囲の温度であればよい。例えば、成形温度は70〜200℃が好ましく、100〜180℃がより好ましい。   In the case of the warm mold lubrication molding method, the molding temperature may be a temperature within a range where the warm mold lubrication molding method can be performed. For example, the molding temperature is preferably 70 to 200 ° C, more preferably 100 to 180 ° C.

温間金型潤滑成形法あるいは内部潤滑剤を含む温間圧縮成形法では、成形圧力を大きくしても、金型寿命の低下を抑制することができる。このような成形圧力は、400〜1800MPaが好ましく、600〜1600MPaがより好ましい。   In the warm mold lubrication molding method or the warm compression molding method including an internal lubricant, a decrease in mold life can be suppressed even if the molding pressure is increased. Such a molding pressure is preferably 400 to 1800 MPa, and more preferably 600 to 1600 MPa.

コア2のうち、各第1の部分21および各第2の部分22は、一体成形で成形してもよい。あるいは、各第1の部分21および各第2の部分22をそれぞれ別に成形した後、第2の部分22、22が第1の部分21、21を挟むように(図1を参照)、これらを接着剤等で組み合わせてもよい。   In the core 2, each first portion 21 and each second portion 22 may be formed by integral molding. Alternatively, after forming each first portion 21 and each second portion 22 separately, the second portions 22 and 22 sandwich the first portions 21 and 21 (see FIG. 1). You may combine with an adhesive agent etc.

ついで、成形した圧粉成形体を熱処理により焼鈍して、圧粉磁心を取得し、これをコア2とする。なお、このようにして得られた圧粉磁心(コア2)の粒子の粒子径は軟磁性粒子の粒子径とほぼ等しい。圧粉成形体の焼鈍は、例えば、600℃〜1000℃の焼鈍温度で行うことが好ましく、700℃〜900℃の焼鈍温度で行うことがより好ましい。これにより、圧粉磁心中の軟磁性粒子に導入された残留ひずみおよび残留応力を除去し、圧粉磁心の保磁力またはヒステリシス損失を低減することができる。   Next, the molded powder compact is annealed by heat treatment to obtain a powder magnetic core, which is used as the core 2. The particle diameter of the powder magnetic core (core 2) obtained in this way is approximately equal to the particle diameter of the soft magnetic particles. For example, the compacting body is preferably annealed at an annealing temperature of 600 ° C. to 1000 ° C., more preferably 700 ° C. to 900 ° C. Thereby, the residual strain and residual stress introduced into the soft magnetic particles in the dust core can be removed, and the coercive force or hysteresis loss of the dust core can be reduced.

<リアクトル1の作製>
取得したコア2に対して、微粒粉末を用いた2つの第1の部分21、21のうち、一方の第1の部分21に素線を巻いて、第1の部分21を覆うようにコイル3Aを形成する。同様に、他方の第1の部分21に素線を巻いて、第1の部分21を覆うようにコイル3Bを形成する。これにより、粗粒粉末を用いた第2の部分22、22はコイル3Aおよびコイル3Bに覆われていない状態となる。
<Preparation of reactor 1>
A coil 3A is formed so as to cover the first portion 21 by winding a wire around one of the two first portions 21 and 21 using the fine powder to the acquired core 2. Form. Similarly, a wire is wound around the other first portion 21 to form the coil 3 </ b> B so as to cover the first portion 21. Thereby, the 2nd parts 22 and 22 using coarse-grained powder will be in the state where it is not covered with coil 3A and coil 3B.

このようにして、製造されたリアクトル1は、上述したように、重畳電流特性およびコア損失を向上することができる。また、本実施形態の製造方法によれば、軟磁性粉末を分級して、軟磁性粉末から、軟磁性粒子の粒子径が異なる2種類の粉末を圧粉磁心用粉末として取得する。これにより、圧粉磁心用粉末として、分級した2種類の粉末のそれぞれを、コア2のうち各第1の部分21および各第2の部分22に使い分けすることができる。そのため、一度の窒化処理または酸化処理で、コア2に使用する圧粉磁心用粉末の窒素含有量または酸素含有量の調製が可能となる。この結果、歩留まりを低下させずにリアクトル1の直流重畳特性およびコア損失を向上することができる。   Thus, the manufactured reactor 1 can improve the superimposed current characteristics and the core loss as described above. Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, the soft magnetic powder is classified, and two kinds of powders having different soft magnetic particle diameters are obtained as powders for the dust core from the soft magnetic powder. As a result, each of the two types of classified powders can be selectively used as the first portion 21 and the second portion 22 of the core 2 as the powder for the dust core. Therefore, the nitrogen content or the oxygen content of the powder for the powder magnetic core used for the core 2 can be adjusted by a single nitriding treatment or oxidizing treatment. As a result, it is possible to improve the DC superposition characteristics and core loss of the reactor 1 without reducing the yield.

本発明を実施例に基づいて説明する。   The present invention will be described based on examples.

まず、以下に説明する参考例1〜3および比較参考例1に係る試験体を用いて、異なる粒子径(粒度)を有する軟磁性粒子(圧粉磁心用粉末)と、窒素含有量、初期インダクタンス、または鉄損と、の関係を確認する試験を行った。   First, using the test samples according to Reference Examples 1 to 3 and Comparative Reference Example 1 described below, soft magnetic particles (powder for powder magnetic core) having different particle diameters (particle sizes), nitrogen content, and initial inductance Or a test to confirm the relationship with iron loss.

(参考例1)
<圧粉磁心用粉末の調製>
母材であるFe−Si−Al合金(粒子)が集合した合金粉末として、FeにSiを2.0質量%、Alを3.0質量%含有した鉄−シリコン−アルミニウム合金(Fe−2.0Si−3.0Al)からなるガス水アトマイズ粉末(45μm以下の割合が30質量%(JIS−Z8801に規定する試験用篩い用いて測定))を準備した。
(Reference Example 1)
<Preparation of powder for powder magnetic core>
As an alloy powder in which Fe-Si-Al alloy (particles) as a base material is gathered, an iron-silicon-aluminum alloy (Fe-2. A gas water atomized powder composed of 0Si-3.0Al) (a ratio of 45 μm or less was 30% by mass (measured using a test sieve specified in JIS-Z8801)) was prepared.

次に、窒素ガス圧力110KPaの窒素ガス雰囲気下(窒素ガス100体積%)で、1100℃、5時間加熱し、準備した合金粉末の窒化処理を行った。これにより、母材の表面に窒化アルミニウム層を形成した軟磁性粒子の集合物である軟磁性粉末を取得した。   Next, the prepared alloy powder was nitrided by heating at 1100 ° C. for 5 hours in a nitrogen gas atmosphere (nitrogen gas 100% by volume) at a nitrogen gas pressure of 110 KPa. As a result, a soft magnetic powder, which is an aggregate of soft magnetic particles having an aluminum nitride layer formed on the surface of the base material, was obtained.

ついで、取得した軟磁性粉末を、JIS−Z8801に規定する試験用篩を用いて分級して、軟磁性粉末から、微粉粒度(メジアン径D30:粒子径10〜50μm)を有する軟磁性粒子が集合した微粒粉末を取得した。取得した粉末を参考例1の圧粉磁心用粉末とした。   Next, the obtained soft magnetic powder is classified using a test sieve specified in JIS-Z8801, and soft magnetic particles having a fine particle size (median diameter D30: particle diameter of 10 to 50 μm) are collected from the soft magnetic powder. A fine powder was obtained. The obtained powder was used as the powder for dust core of Reference Example 1.

<リング試験片(圧粉磁心)の作製>
取得した圧粉磁心用粉末を金型に投入し、金型温度130℃、成形圧力10t/cmの条件で、金型潤滑温間成形法により、外径39mm、内径30mm、厚さ5mmのトロイダルコア形状(リング形状)の圧粉成形体を作製した。成形された圧粉成形体を、窒素雰囲気下で、750℃の範囲で30分の焼鈍(焼結)を行った。このようにして、参考例1に係るリング試験片(圧粉磁心)を作製した。
<Preparation of ring specimen (dust core)>
The obtained powder for powder magnetic core is put into a mold, and the outer diameter is 39 mm, the inner diameter is 30 mm, and the thickness is 5 mm by the mold lubrication warm molding method under the conditions of a mold temperature of 130 ° C. and a molding pressure of 10 t / cm 2 . A compact formed body having a toroidal core shape (ring shape) was produced. The formed green compact was annealed (sintered) for 30 minutes at 750 ° C. in a nitrogen atmosphere. In this manner, a ring test piece (a dust core) according to Reference Example 1 was produced.

(参考例2)
参考例1と同様にして参考例2のリング試験片(圧粉磁心)を作製した。参考例1と相違する点は、軟磁性粉末から中間粒度(メジアン径D50:粒子径50〜150μm)を有する軟磁性粒子が集合した中粒粉末を分離して、これを圧粉磁心用粉末として使用したことである。
(Reference Example 2)
A ring test piece (dust core) of Reference Example 2 was produced in the same manner as Reference Example 1. The difference from Reference Example 1 is that a medium-sized powder in which soft magnetic particles having an intermediate particle size (median diameter D50: particle diameter 50 to 150 μm) are gathered is separated from the soft magnetic powder, and this powder is used as a powder for a dust core. It is used.

(参考例3)
参考例1と同様にして参考例3のリング試験片(圧粉磁心)を作製した。参考例1と相違する点は、軟磁性粉末から粗粉粒度(メジアン径D90:粒子径150〜250μm)を有する軟磁性粒子が集合した粗粒粉末を分離して、これを圧粉磁心用粉末として使用したことである。
(Reference Example 3)
A ring test piece (a dust core) of Reference Example 3 was produced in the same manner as Reference Example 1. The difference from the reference example 1 is that a coarse powder in which soft magnetic particles having a coarse powder particle size (median diameter D90: particle diameter 150 to 250 μm) are aggregated is separated from the soft magnetic powder, and this is used as a powder for a powder magnetic core. It is used as.

(比較参考例1)
参考例1と同様にして比較参考例1のリング試験片(圧粉磁心)を作製した。参考例1と相違する点は、軟磁性粉末を、篩を用いて分級せずに、そのまま、圧粉磁心用粉末として使用した。付言すると、軟磁性粉末は、参考例1に係る微粉粒度を有する軟磁性粒子、参考例2に係る中間粒度を有する軟磁性粒子、および参考例3に係る粗粉粒度を有する軟磁性粒子で構成された粉末である。この粉末を、全粒度を有する全粒粉末とした。
(Comparative Reference Example 1)
In the same manner as in Reference Example 1, a ring test piece (dust core) of Comparative Reference Example 1 was produced. The difference from Reference Example 1 was that the soft magnetic powder was used as it was as a powder for a dust core without being classified using a sieve. In addition, the soft magnetic powder is composed of soft magnetic particles having a fine particle size according to Reference Example 1, soft magnetic particles having an intermediate particle size according to Reference Example 2, and soft magnetic particles having a coarse particle size according to Reference Example 3. Powder. This powder was made into the whole grain powder which has all the particle sizes.

<圧粉磁心用粉末のN量>
参考例1〜3および比較参考例1に係るリング試験片の作製に用いた圧粉磁心用粉末の窒素(N)含有量を、不活性ガス搬送融解熱伝導度法:O−N分析計(HORIBA製)を用いて測定した。結果を図2に示す。図2は、圧粉磁心用粉末の粒度(粒子径)と、N量(質量%)との関係を示すグラフである。
<N amount of powder for dust core>
The nitrogen (N) content of the powder for powder magnetic cores used for the production of the ring test pieces according to Reference Examples 1 to 3 and Comparative Reference Example 1 was measured using an inert gas transport melting thermal conductivity method: ON analyzer ( Measured using HORIBA. The results are shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the particle size (particle diameter) of the powder for powder magnetic core and the N amount (mass%).

[結果1]
図2の参考例1〜3からわかるように、粗粉粒度から微粉粒度になるにつれて、言い換えると、粒子径が小さくなるにつれて、窒素の含有量が高くなった。これは、粒子径が小さいほど、粒子の比表面積が増加し、窒化アルミニウム層に由来する窒化アルミニウムの占める割合が増加したためと考えられる。この結果、微粉粒度を有する参考例1は、比較参考例1の如く、微粉粒度だけでなく微粉粒度より大きい粒度を含む全粒度の場合と比較しても、窒素の含有量が大きくなった。
[Result 1]
As can be seen from Reference Examples 1 to 3 in FIG. 2, the nitrogen content increased as the particle size decreased from the coarse particle size to the fine particle size. This is presumably because the specific surface area of the particles increased as the particle diameter decreased, and the proportion of aluminum nitride derived from the aluminum nitride layer increased. As a result, in Reference Example 1 having a fine particle size, the content of nitrogen increased as compared to the case of all particle sizes including not only the fine particle size but also a particle size larger than the fine particle size, as in Comparative Reference Example 1.

<初期インダクタンスの測定>
絶縁被覆銅線を巻線として用いて、参考例1〜3および比較参考例1に係るリング試験片のそれぞれに、1次(励磁)コイルと、および2次(検出)コイルとを形成した。巻き線を施したリング試験片のそれぞれについて、交流磁気測定装置(IWATSU製)を用いて、10mAおよび20kHzの条件でインダクタンスを測定した。この結果を図3に示す。
<Measurement of initial inductance>
A primary (excitation) coil and a secondary (detection) coil were formed on each of the ring test pieces according to Reference Examples 1 to 3 and Comparative Reference Example 1 using an insulation-coated copper wire as a winding. About each of the ring test piece which gave the winding, inductance was measured on condition of 10 mA and 20 kHz using the alternating current magnetism measuring device (product made from IWASU). The result is shown in FIG.

[結果2]
図3は、圧粉磁心用粉末の粒度と、初期インダクタンスとの関係を示すグラフである。なお、初期インダクタンスとは、直流重畳電流が0Aである場合のインダクタンスをいい、図3では、参考比較例1の初期インダクタンスを1として、参考例1〜3に係るインダクタンスを示している。
[Result 2]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the particle size of the powder for powder magnetic core and the initial inductance. The initial inductance means an inductance when the DC superimposed current is 0 A. In FIG. 3, the initial inductance of the reference comparative example 1 is 1, and the inductances according to the reference examples 1 to 3 are shown.

図3の参考例1〜3からわかるように、初期インダクタンスは圧粉磁心用粉末の粒子径が小さくなるほど低い。これは、軟磁性粒子の粒子径が小さい方が、圧粉磁心に含まれる窒化アルミニウム(AlN)の量が多くなり(上述した結果1を参照)、圧粉磁心の磁気抵抗が大きくなったと考えられる。   As can be seen from Reference Examples 1 to 3 in FIG. 3, the initial inductance decreases as the particle diameter of the powder for the powder magnetic core decreases. This is because the smaller the soft magnetic particles, the larger the amount of aluminum nitride (AlN) contained in the dust core (see result 1 above) and the greater the magnetic resistance of the dust core. It is done.

このため、微粉粒度を有する参考例1は、比較参考例1の如く、微粉粒度だけでなくこれより大きい粒度も含む全粒度の場合と比較しても、初期インダクタンスが低下し、磁気抵抗が大きくなった。具体的には、参考例1の微粉粒度を有する場合は、比較参考例1の全粒度のインダクタンスに対して21%低減した。   For this reason, the reference example 1 having a fine particle size has a lower initial inductance and a higher magnetic resistance than the case of the total particle size including not only the fine particle size but also a larger particle size as in the comparative reference example 1. became. Specifically, when it had the fine particle size of Reference Example 1, it was reduced by 21% with respect to the inductance of all the particle sizes of Comparative Reference Example 1.

<鉄損の測定>
さらに、参考例1〜3および比較参考例1について、上記インダクタンス測定に使用した巻き線を巻いた試験片を用いて、鉄損を測定した。この測定は、交流磁気測定装置(IWATSU製)を用いて、0.1Tおよび20kHzの条件で交流鉄損を計測した。この結果を図4に示す。
<Measurement of iron loss>
Further, for Reference Examples 1 to 3 and Comparative Reference Example 1, the iron loss was measured using a test piece wound with a wire used for the inductance measurement. In this measurement, AC iron loss was measured under the conditions of 0.1 T and 20 kHz using an AC magnetometer (manufactured by IWASU). The result is shown in FIG.

[結果3]
図4は、圧粉磁心用粉末の粒度と、鉄損との関係を示すグラフであり、図4では、参考比較例1の鉄損を1として、参考例1〜3に係る鉄損を示している。図4からわかるように、参考例1および参考例2と比較して、参考例3の如く、粗粉粒度を有する圧粉磁心用粉末の場合、鉄損は高かった。これは、軟磁性粒子の粒子径が大きいほど、交流磁界印加時の渦電流損が高くなると考えらえる。このため、微粉粒度を有する参考例1は、比較参考例1の如く、微粉粒度だけでなくこれより大きい粒度も含む全粒度の場合と比較しても、鉄損が低減し、具体的には、全粒度の場合に対して、鉄損が20%低減した。
[Result 3]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the particle size of the powder for powder magnetic cores and the iron loss. FIG. 4 shows the iron loss according to Reference Examples 1 to 3, where the iron loss in Reference Comparative Example 1 is 1. ing. As can be seen from FIG. 4, the iron loss was higher in the case of the powder for the powder magnetic core having the coarse particle size as in Reference Example 3 as compared with Reference Example 1 and Reference Example 2. This can be considered that the larger the particle diameter of the soft magnetic particles, the higher the eddy current loss when an AC magnetic field is applied. For this reason, the reference example 1 having a fine particle size reduces the iron loss as compared with the case of the total particle size including not only the fine particle size but also a larger particle size as in the comparative reference example 1, specifically, The iron loss was reduced by 20% compared to the case of all the particle sizes.

<確認試験(解析)>
次に、上記説明した結果1〜3を踏まえ、実施例1および比較例1として、それぞれ図1および図7に示すリアクトルのモデルを想定して、直流重畳特性およびリアクトルの損失を、シミュレーションを行って確認した。
<Confirmation test (analysis)>
Next, based on the results 1 to 3 described above, assuming the reactor model shown in FIGS. 1 and 7 as Example 1 and Comparative Example 1, the DC superimposition characteristics and the loss of the reactor were simulated. Confirmed.

図7(a)は比較例1に係るリアクトルの模式的平面図であり、図7(b)は、比較例1に係るリアクトルの模式的断面図である。なお、図7では、上述した本実施形態と同じ部材および部分に関しては、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。   FIG. 7A is a schematic plan view of the reactor according to Comparative Example 1, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of the reactor according to Comparative Example 1. In FIG. 7, the same members and portions as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

(実施例1)
実施例1に係るリアクトルのモデルでは、2つのコイルに覆われた第1の部分と、これらのコイルから露出した第2の部分とが、それぞれ、参考例1に使用した微粉粒度を有する軟磁性粒子と、参考例3に使用した粗粉粒度を有する軟磁性粒子と、で構成されている。
Example 1
In the reactor model according to the first embodiment, the first part covered by the two coils and the second part exposed from these coils are each soft magnetic having the fine particle size used in Reference Example 1. Particles and soft magnetic particles having a coarse particle size used in Reference Example 3.

(比較例1)
比較例1のモデルが、実施例1と相違する点は、図7に示すように、第1の部分および第2の部分に関係なく、コア全体が、比較参考例1に係る全粒度を有する軟磁性粒子で構成されていることである。
(Comparative Example 1)
The difference between the model of Comparative Example 1 and Example 1 is that, as shown in FIG. 7, the entire core has the entire particle size according to Comparative Reference Example 1 regardless of the first part and the second part. It is composed of soft magnetic particles.

<直流重畳特性の評価>
株式会社J−SOL製の電磁界解析ソフトJ−MAGを用いて、実施例1および比較例1の直流重畳特性を解析した。結果を図5に示す。
<Evaluation of DC superposition characteristics>
The DC superposition characteristics of Example 1 and Comparative Example 1 were analyzed using electromagnetic field analysis software J-MAG manufactured by J-SOL Co., Ltd. The results are shown in FIG.

[結果4]
図5(a)は、実施例1および比較例1について、インダクタンスと直流重畳電流との関係を示すグラフであり、図5(b)は、図5(a)中、黒枠で示す直流重畳電流150〜250Aの領域を拡大したグラフである。
[Result 4]
FIG. 5A is a graph showing the relationship between the inductance and the DC superimposed current for Example 1 and Comparative Example 1, and FIG. 5B is the DC superimposed current indicated by a black frame in FIG. 5A. It is the graph which expanded the area | region of 150-250A.

図5(a)および(b)からわかるように、比較例1と比較して、実施例1の如く、コアのうち、第1の部分が微粉粒度を有する軟磁性粒子で構成されている場合は、高電流域でのインダクタンスが20%向上した。   As can be seen from FIGS. 5A and 5B, compared to Comparative Example 1, as in Example 1, the first portion of the core is composed of soft magnetic particles having a fine particle size. The inductance in the high current region was improved by 20%.

一般的に、リアクトルの場合には、コイルに通電された電気エネルギーが、コア(圧粉磁心)の励磁領域に磁気エネルギーとして蓄えられる。ここで、比較例1の如く、微粉粒度だけでなくこれより大きい粒度も含む全粒度の場合は、微粉粒度の場合より、磁気抵抗が小さく(結果2および図3を参照)、磁気が透過しやすい。   In general, in the case of a reactor, electrical energy supplied to a coil is stored as magnetic energy in an excitation region of a core (a dust core). Here, as in Comparative Example 1, in the case of the total particle size including not only the fine particle size but also a larger particle size, the magnetic resistance is smaller than that of the fine particle size (see Result 2 and FIG. 3), and the magnetism is transmitted. Cheap.

このため、比較例1の如く、磁気抵抗が小さい(すなわち、透磁率の高い)軟磁性粒子で構成されたコアの場合、圧粉磁心への印加磁場を増加すると、早期にインダクタンスが低下してしまい、早期に磁束密度が飽和してしまうため、磁気エネルギーを圧粉磁心に蓄え難い。   For this reason, as in Comparative Example 1, in the case of a core composed of soft magnetic particles having a small magnetic resistance (that is, a high magnetic permeability), when the magnetic field applied to the dust core is increased, the inductance is lowered early. Therefore, since the magnetic flux density is saturated early, it is difficult to store magnetic energy in the dust core.

それに対して、実施例1の如く、励磁領域となる第1の部分に微粉粒度を有する軟磁性粒子を用いた場合、初期インダクタンスは小さいものの、軟磁性粒子の表面に窒化アルミニウム層由来のAlNがより多く存在するため、圧粉磁心の磁気抵抗が大きくなる(結果1、2、および図2、3を参照)。このような場合、圧粉磁心への印加磁場を増加すると、インダクタンスが向上し、磁束密度が飽和することが防止され、比較例1に比べて、コア(圧粉磁心)の励磁領域に磁気エネルギーを蓄え易くなる。したがって、磁気エネルギーを効率良く蓄えるためには、励磁領域となる第1の部分は微粉粒度の軟磁性粒子を用いる方が好ましいといえる。   On the other hand, when soft magnetic particles having a fine particle size are used in the first portion serving as the excitation region as in Example 1, although the initial inductance is small, AlN derived from the aluminum nitride layer is formed on the surface of the soft magnetic particles. Since there are more, the magnetic resistance of the dust core is increased (see results 1 and 2 and FIGS. 2 and 3). In such a case, when the magnetic field applied to the dust core is increased, the inductance is improved and the magnetic flux density is prevented from being saturated. Compared with Comparative Example 1, the magnetic energy is increased in the excitation region of the core (dust core). It becomes easy to store. Therefore, in order to efficiently store magnetic energy, it can be said that it is preferable to use soft magnetic particles having a fine particle size for the first portion serving as the excitation region.

<鉄損の測定>
さらに、実施例1および比較例1について、株式会社J−SOL製の電磁界解析ソフトJ−MAGを用いて、鉄損を解析した。この結果を図6に示す。
<Measurement of iron loss>
Furthermore, about Example 1 and the comparative example 1, the iron loss was analyzed using the electromagnetic field analysis software J-MAG by J-SOL Corporation. The result is shown in FIG.

[結果5]
図6は、実施例1および比較例1に係るリアクトルモデルの損失を示すグラフである。図中、棒グラフは、コイル損失およびコア損失を示す。比較例1と比較して、実施例1の如く、第1の部分に用いた軟磁性粒子が微粉粒度の場合は、コア損失が5%低減した。これは、比較例1の如く、第1の部分に用いた軟磁性粒子が微粉粒度だけでなくこれより大きい粒度も含む全粒度の場合は、微粉粒度の場合よりも鉄損が高いためであると考えられる(結果3および図4を参照)。
[Result 5]
FIG. 6 is a graph showing the loss of the reactor model according to Example 1 and Comparative Example 1. In the figure, bar graphs indicate coil loss and core loss. Compared to Comparative Example 1, when the soft magnetic particles used in the first part had a fine particle size as in Example 1, the core loss was reduced by 5%. This is because, as in Comparative Example 1, the soft magnetic particles used in the first part have a higher iron loss than the fine particle size when the total particle size includes not only the fine particle size but also the larger particle size. (See Result 3 and FIG. 4).

以上説明した結果を鑑みると、コアは微粉粒度を有する軟磁性粒子のみで構成されることが好ましいと考えられるが、コアのうち、非励磁領域となる第2の部分までこのような粒子で構成すると、第2の部分の磁気抵抗も大きくなる。結果として、高磁場を印加した際には、粗粉粒度を有する軟磁性粒子で構成した場合に比べて、コア内の磁束密度が低下してしまい、所望の磁気特性が得られないおそれがある。このようにして、第2の部分では、第1の部分の粒子に比べて大きい粒径の粒子で構成することにより、この部分での磁束密度の低下を抑えることができる。   In view of the above-described results, it is considered that the core is preferably composed only of soft magnetic particles having a fine particle size. However, the core is composed of such particles up to the second portion which is a non-excitation region. As a result, the magnetic resistance of the second portion also increases. As a result, when a high magnetic field is applied, the magnetic flux density in the core is reduced as compared with the case where soft magnetic particles having a coarse powder particle size are used, and the desired magnetic properties may not be obtained. . In this way, the second portion is made up of particles having a larger particle diameter than the particles in the first portion, so that a decrease in magnetic flux density in this portion can be suppressed.

なお、上述した試験では、窒化アルミニウム層を有する軟磁性粒子を用いて実施したが、発明者らは、軟磁性粒子が窒化アルミニウム層の代わりに、酸化アルミニウム層を有する場合でも窒化アルミニウム層と同様の効果を奏することを知得している。   In the test described above, soft magnetic particles having an aluminum nitride layer were used. However, the inventors have similar to the aluminum nitride layer even when the soft magnetic particles have an aluminum oxide layer instead of the aluminum nitride layer. It is known that there is an effect of.

以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。   Although one embodiment of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. Design changes can be made.

1:リアクトル、2:コア、3A:コイル、3B:コイル、21:第1の部分、22:第2の部分   1: Reactor, 2: Core, 3A: Coil, 3B: Coil, 21: First part, 22: Second part

Claims (1)

圧粉磁心で構成されたコアと、前記コアの一部を覆うように巻かれたコイルと、を備えたリアクトルであって、
前記圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Fe−Si−Al合金からなる母材と、前記母材を被覆する窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層と、を備えており、
前記コアのうち、前記コイルに覆われた第1の部分を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径は、前記コイルから露出した第2の部分を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径よりも小さいことを特徴とするリアクトル。
A reactor comprising a core composed of a dust core and a coil wound so as to cover a part of the core,
Each soft magnetic particle constituting the dust core includes a base material made of an Fe-Si-Al alloy, and an aluminum nitride layer or an aluminum oxide layer covering the base material,
Of the core, the particle diameter of each soft magnetic particle constituting the first part covered by the coil is larger than the particle diameter of each soft magnetic particle constituting the second part exposed from the coil. A reactor characterized by being small.
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