JP6817802B2 - リアクトルの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)前記磁性粉末に対して3〜5wt%の樹脂を混合する混合工程。
(2)前記混合工程で得た混合物を所定の容器に入れて成型する成型工程。
(3)前記成型工程で得た成型体に前記コイルを構成する導線を巻回する巻回工程。
(4)前記導線が巻回された前記成型体中の前記樹脂を硬化させる硬化工程。
(5)前記硬化工程時に前記導線に通電し、前記成型体に磁界を印加する磁界印加工程。
(6)前記成型工程では、前記混合物を押圧して所定の形状に成型する加圧工程を含む。
[1−1.構成]
本実施形態のリアクトルは、コアと、コイルとを備える。コアは、磁性粉末と樹脂とを含み構成されたメタルコンポジットコアである。磁性粉末と樹脂とを混合した粘土状の混合物を、所定の容器に充填し、加圧することでコアを所定の形状とすることができる。コアの形状は、例えば、トロイダル状コア、I型コア、U型コア、θ型コア、E型コア、EER型コアなど、種々の形状とすることができる。
本実施形態に係るリアクトルの製造方法について、図面を参照しつつ説明する。本リアクトルの製造方法は、図1に示すように、(1)混合工程、(2)成型工程、(3)加圧工程、(4)硬化工程、及び(5)磁界印加工程を備える。
混合工程は、磁性粉末と樹脂とを混合する工程である。磁性粉末が、平均粒子径の異なる2種類の磁性粉末から構成される場合には、混合工程は、第1の磁性粉末と、第1の磁性粉末より平均粒子径の小さい第2の磁性粉末とを混合し、磁性粉末を構成する磁性粉混合工程と、磁性粉末に対して3〜5wt%の樹脂を添加し、磁性粉末と樹脂とを混合する樹脂混合工程とを有する。
成型工程は、複合磁性粉末を所定形状の容器に入れて所定の形状に成型する工程である。成型工程では、複合磁性粉末とともにコイルを入れて成型しても良い。
加圧工程は、成型工程時に、複合磁性材料を押圧部材で押圧する工程である。容器に入れられた粘土状の複合磁性材料を、押圧部材で押圧することにより、容器の形状に複合磁性材料を押し広げるとともに、複合磁性材料に含まれていた空隙を減少させ、見かけ密度、初透磁率及び初期のインダクタンス値を向上させる。初期のインダクタンス値とは、本発明により得られたリアクトルのコイルに電流を流していない時、すなわち硬化工程中の印加磁界が0(kA/m)の時のインダクタンス値である。
硬化工程は、成型工程で得た成型体中の樹脂を硬化させる工程である。成型体中の樹脂の乾燥により硬化させる場合、乾燥雰囲気は、大気雰囲気とすることができる。乾燥時間は、樹脂の種類、含有量、乾燥温度等に応じて適宜変更可能であり、例えば、1時間〜4時間とすることができるが、これに限定されない。乾燥温度は、樹脂の種類、含有量、乾燥時間等に応じて適宜変更可能であり、例えば、85℃〜150℃とすることができるが、これに限定されない。なお、乾燥温度は、乾燥雰囲気の温度である。
磁界印加工程は、硬化工程時に複合磁性材料からなる成型体が備えるコイルを通電し、当該成型体に磁界を印加する工程である。成型体にコイルが埋設されている場合は、当該コイルを通電する。成型体を得た後、当該成型体に導線を巻回してコイルを構成する場合は、当該コイルを通電する。
(1)本実施形態のリアクトルの製造方法は、磁性粉末及び樹脂を含むコアと、前記コアに装着されたコイルとを備えたリアクトルの製造方法であって、磁性粉末に対して3〜5wt%の樹脂を混合する混合工程と、混合工程で得た混合物とコイルとを所定の容器に入れて成型する成型工程と、成型工程で得た成型体中の樹脂を硬化させる硬化工程と、硬化工程時に成型体のコイルを通電し、成型体に磁界を印加する磁界印加工程と、を備えるようにした。
本発明の実施例を、表1〜表3及び図3〜図9を参照して、以下に説明する。
(1)測定項目
測定項目は、密度、透磁率、鉄損、及びインダクタンス値(L値)である。作製された各コアのサンプルに対して、φ2.6mmの銅線で40ターンの巻線を施してリアクトルを作製した。各コアのサンプルの形状は、外径35mm、内径20mm、高さ11mmのトロイダル形状とした。また、作製したリアクトルの透磁率、鉄損及びインダクタンス値を下記の条件で算出した。
コアの密度は、見かけ密度である。すなわち、各コアのサンプルの外径、内径、及び高さを測り、これらの値からサンプルの体積(cm3)を、π×(外径2−内径2)×高さに基づき算出した。そして、サンプルの質量を測定し、測定した質量を算出した体積で除してコアの密度を算出した。
透磁率及び鉄損の測定条件は、周波数20kHz、最大磁束密度Bm=30mTとした。透磁率は、鉄損Pcv測定時に最大磁束密度Bmを設定したときの振幅透磁率とした。鉄損については、磁気計測機器であるBHアナライザ(岩通計測株式会社:SY−8232)を用いて算出した。この算出は、鉄損の周波数曲線を次の(1)〜(3)式で最小2乗法により、ヒステリシス損係数、渦電流損失係数を算出することで行った。
Phv =Kh×f…(2)
Pev =Ke×f2…(3)
Pcv:鉄損
Kh :ヒステリシス損係数
Ke :渦電流損係数
f :周波数
Phv:ヒステリシス損失
Pev:渦電流損失
インダクタンス値は、作製されたコアのサンプルに1次巻線(20ターン)を施し、20kHz、1.0Vの条件下でインピーダンスアナライザー(アジレントテクノロジー社:4294A)を使用することで、測定した。
会社名:Malvern
装置名:morphologi G3S
比表面積は、BET法により測定した。
コアのサンプルは、下記のように、(a)印加磁界の有無、(b)印加磁界の大きさ、(c)加圧工程の有無の観点から作製した。これらの作製方法と、その結果について下記に順に示す。
まず、混合工程として、平均粒径123μmのFe−6.5%Si合金粉末(円形度0.943)と、平均粒径5.1μmのFe−6.5%Si合金粉末(円形度0.908)を重量比率70:30でV型混合機にて30分混合して磁性粉末を構成した。そして、アルミカップに当該磁性粉末を入れ、当該磁性粉末に対して、表1に示す条件でエポキシ樹脂を添加し、2分間ヘラを用いて手動で混合した。これにより、磁性粉末と樹脂との混合物である複合磁性材料を得た。
変化率=μ0(H)/μ0(0)−1…(4)
μ0(H):磁界印加ありの場合の初透磁率
μ0(0):磁界印加なしの場合の初透磁率
樹脂量をそれぞれ3wt%、4wt%、5wt%とし、印加磁界を表2の通りとして、樹脂量及び印加磁界以外を上記(a)と同様の工程としてリアクトルのサンプルを作製した。そして、各サンプルに対して、上記「(1)測定項目」で示したように、インダクタンス値を測定した。また、測定したインダクタンス値L0から式(5)に基づき、L0値変化率を算出した。その結果を表2に示す。
L0(H):硬化工程中の各印加磁界Hで作製したリアクトルの初期インダクタンス値
L0(0):硬化工程中の印加磁界を0として作製したリアクトルの初期インダクタンス値
複合磁性材料を押圧する場合と、しない場合とで、樹脂量3〜5wt%において、下記の通りサンプルを作製し、得られる初期インダクタンス値(L0)の違いについて調べた。
<加圧工程あり>
樹脂量を磁性粉末に対して3wt%とし、上記(a)と同様の工程でリアクトルのサンプルを作製した。但し、硬化工程時の印加磁界は、表4に示す通りとした。
<加圧工程なし>
樹脂量を磁性粉末に対して3wt%とし、上記(a)と同様の工程でリアクトルのサンプルを作製した。但し、複合磁性材料のプレスはしていない。すなわち、混合工程で得た複合磁性材料を、トロイダル形状の空間を有する樹脂製の容器に充填し、プレスしないでトロイダル形状の成型体を作製した。この間、容器の温度は25℃に保った。
加圧工程ありの場合となしの場合でサンプルを作製する工程は、樹脂量を4wt%とする以外は、上記の(c-1)樹脂量3wt%の場合と同じである。また、上記(c-1)と同様に初期のインダクタンス値(L0)を算出した。算出したインダクタンス値(L0)からその変化率を式(5)に基づいて算出した。その結果を表5及び図8、9に示す。
加圧工程ありの場合となしの場合でサンプルを作製する工程は、樹脂量を5wt%とする以外は、上記の(c-1)樹脂量3wt%の場合と同じである。また、上記(c-1)と同様に初期のインダクタンス値(L0)を算出した。算出したインダクタンス値(L0)からその変化率を式(5)に基づいて算出した。その結果を表6及び図10、11に示す。
本実施例において使用した樹脂の粘度について、説明する。本実施例に使用した樹脂の粘度は、次のように複合磁性材料状に載せた分銅の沈み込みの深さを測定することにより、樹脂の粘度とした。
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
Claims (8)
- 磁性粉末及び樹脂を含むコアと、前記コアに装着されたコイルとを備えたリアクトルの製造方法であって、
前記磁性粉末に対して3〜5wt%の樹脂を混合する混合工程と、
前記混合工程で得た混合物を所定の容器に入れて成型する成型工程と、
前記成型工程で得た成型体に前記コイルを構成する導線を巻回する巻回工程と、
前記導線が巻回された前記成型体中の前記樹脂を硬化させる硬化工程と、
前記硬化工程時に前記導線に通電し、前記成型体に磁界を印加する磁界印加工程と、
を備え、
前記成型工程では、前記混合物を押圧して所定の形状に成型する加圧工程を含むこと、
を特徴とするリアクトルの製造方法。 - 前記磁界印加工程は、前記磁界が2kA/m以上であること、
を特徴とする請求項1に記載のリアクトルの製造方法。 - 前記加圧工程は、前記混合物を押圧する部材又は前記容器を常温よりも高い温度に保って行うこと、
を特徴とする請求項1又は2に記載のリアクトルの製造方法。 - 前記加圧工程は、常温よりも高い温度に温めた前記混合物を前記容器に入れて行うこと、
を特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のリアクトルの製造方法。 - 前記磁性粉末は、平均粒子径の異なる2種類の磁性粉末を混合してなること、
を特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のリアクトルの製造方法。 - 前記磁性粉末は、第1の磁性粉末と、前記第1の磁性粉末より平均粒子径の小さい第2の磁性粉末とが混合されてなり、
前記磁性粉末における前記第1の磁性粉末の添加量が60〜80wt%、前記第2の磁性粉末が20〜40wt%であること、
を特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のリアクトルの製造方法。 - 前記第1の磁性粉末は、平均粒子径が100μm〜200μmであり、
前記第2の磁性粉末は、平均粒子径が3μm〜10μmであること、
を特徴とする請求項6に記載のリアクトルの製造方法。 - 前記樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、又はアクリル樹脂であること、
を特徴とする請求項1〜7の何れかに記載のリアクトルの製造方法。
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