JP7550527B2 - Reactor - Google Patents

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Description

本開示は、リアクトルに関する。 This disclosure relates to a reactor.

ハイブリッド車、電気自動車等のモータ駆動の車両、太陽光発電装置等に搭載されている電源装置では、昇降圧を行う部品としてリアクトルが用いられている。リアクトルでは電圧変換時にコアロスが発生し、各種装置の効率を低下させてしまうことが知られている。このように、リアクトルは高効率に電圧変換を行う上で重要な部品であるため、近年、例えば、特許文献1~3に示されるように盛んに技術開発されている。最近ではリアクトルの小型化要求から大電流もしくは高周波帯で使用され、コアロスによる磁心の発熱量が大きくなり、リアクトルが高温になりやすい。リアクトルが高温になると、磁気特性の低下や熱劣化による信頼性の低下を招くおそれがある。そこで、放熱性を向上する技術が求められている。 In power supply devices mounted on motor-driven vehicles such as hybrid cars and electric cars, solar power generation devices, etc., reactors are used as components for stepping up and down voltage. It is known that core loss occurs in reactors during voltage conversion, which reduces the efficiency of various devices. As such, reactors are important components for performing voltage conversion with high efficiency, and in recent years, there has been active technological development of reactors, as shown in, for example, Patent Documents 1 to 3. Recently, reactors are used at high currents or high frequencies due to the demand for smaller reactors, and the amount of heat generated by the magnetic core due to core loss increases, making the reactor prone to high temperatures. If the reactor becomes too hot, there is a risk that the magnetic properties will deteriorate and reliability will decrease due to thermal degradation. Therefore, technology to improve heat dissipation is required.

特開2016-32042号公報JP 2016-32042 A 特開2008-98292号公報JP 2008-98292 A 特開2015-53369号公報JP 2015-53369 A

しかし、従来のいずれの技術を適用しても、封止材やボビンなどの樹脂部材を使用するため放熱性の改善は、必ずしも十分とは言えず、放熱性を向上させる新たな技術が切望されていた。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、放熱性を向上させることを目的とする。本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
However, no matter which conventional technology was applied, the improvement in heat dissipation was not necessarily sufficient because resin components such as sealing materials and bobbins were used, and new technology to improve heat dissipation was eagerly desired.
The present disclosure has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has an object to improve heat dissipation. The present disclosure can be realized in the following forms.

〔1〕圧粉磁心からなるコア本体部と、前記コア本体部の表面の少なくとも一部に形成された表層部と、を備えたコアと、
前記コアの外周に巻かれたコイルと、
前記コア本体部の熱を放熱する放熱部と、を備えたリアクトルであって、
前記表層部は、セラミックスを主成分とし、
前記表層部は、前記放熱部と接触している、リアクトル。
[1] A core including a core body portion made of a powder magnetic core and a surface layer portion formed on at least a part of the surface of the core body portion;
A coil wound around the outer periphery of the core;
A reactor including a heat dissipation portion that dissipates heat of the core body portion,
The surface layer portion is mainly composed of ceramics,
The surface portion is in contact with the heat dissipation portion.

〔2〕前記セラミックスはセラミックス粒子を含有し、前記セラミックス粒子は、前記コア本体部の表面の算術平均粗さRaよりも小さい粒子径の粒子を含む、〔1〕に記載のリアクトル。 [2] The reactor described in [1], in which the ceramic contains ceramic particles, and the ceramic particles include particles having a particle diameter smaller than the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the core body.

〔3〕前記表層部の厚みが0.1mm以上3mm以下である、〔1〕又は〔2〕に記載のリアクトル。 [3] The reactor described in [1] or [2], in which the thickness of the surface layer is 0.1 mm or more and 3 mm or less.

〔4〕前記コア本体部は、複数の分割体が相互に無機系の接着剤で接合されて一体とされてなる、〔1〕から〔3〕のいずれか1項に記載のリアクトル。 [4] The reactor according to any one of [1] to [3], wherein the core body is formed by joining a plurality of divided bodies together with an inorganic adhesive to form an integrated body.

〔5〕前記コイルと前記コア本体部との間に前記表層部が形成されている、〔1〕から〔4〕のいずれか1項に記載のリアクトル。 [5] A reactor according to any one of [1] to [4], in which the surface layer is formed between the coil and the core body.

上記〔1〕の構成によれば、セラミックスを主成分とした表層部の存在により、樹脂を主成分とした表層部と比較して、リアクトルは高い放熱性を有する。具体的には、コアに対してコイルを巻く際、表層部には所定値以上の電気抵抗が求められる。一般的に樹脂よりもセラミックスの方が電気抵抗は高い。そのため、表層部が所定値以上の電気抵抗を得る際に、セラミックスを主成分とした表層部の方が、樹脂を主成分とした表層部よりも、表層部の厚みを薄くすることができる。よって、樹脂を主成分とした表層部と比較して、セラミックスを主成分とした表層部としたリアクトルの方が熱抵抗が小さくなるため放熱性が高い。
また、一般的に樹脂よりもセラミックスの材料自体の熱伝導率が高いため、樹脂を主成分とした表層部と比較して、セラミックスを表層部としたリアクトルの方が放熱性が高い。
上記〔2〕の構成によれば、セラミックス粒子がコア本体部の表面の算術平均粗さRaよりも小さい粒子径の粒子を含むことで、セラミックス粒子がコア本体部の表面の微細な凹凸にも入り込むことができ、コア本体部と表層部との密着性が向上するとともに、コア本体部と表層部との熱の伝導がスムーズになり、放熱性が向上する。
上記〔3〕の構成によれば、表層部の熱伝導率を高くして放熱性が向上するとともに、表層部の十分な電気抵抗を確保できる。
上記〔4〕の構成によれば、コア本体部が複数の分割体からなる場合に、相互に無機系の接着剤で接合されているから、接合部において十分な熱伝導性を確保できる。
上記〔5〕の構成によれば、コイルとコア本体部との間を絶縁抵抗の高いセラミックスの表層部で絶縁できるため、コイルはコア本体部に直接巻線することができる。そのため熱伝導率の低い樹脂を使用する必要がない。
According to the above configuration [1], the presence of the surface layer portion mainly made of ceramics gives the reactor a higher heat dissipation property than a surface layer portion mainly made of resin. Specifically, when winding a coil around a core, the surface layer portion is required to have a predetermined electrical resistance or more. Generally, ceramics have a higher electrical resistance than resin. Therefore, when the surface layer portion obtains an electrical resistance of a predetermined value or more, the thickness of the surface layer portion mainly made of ceramics can be made thinner than that of the surface layer portion mainly made of resin. Therefore, compared to the surface layer portion mainly made of resin, the reactor having the surface layer portion mainly made of ceramics has a smaller thermal resistance and therefore a higher heat dissipation property.
Furthermore, since the thermal conductivity of the ceramic material itself is generally higher than that of resin, a reactor with a ceramic surface layer has higher heat dissipation properties than a reactor with a surface layer mainly made of resin.
According to the above configuration [2], the ceramic particles contain particles having a particle diameter smaller than the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the core body portion, so that the ceramic particles can penetrate into the fine irregularities on the surface of the core body portion, improving the adhesion between the core body portion and the surface layer portion and smoothing the conduction of heat between the core body portion and the surface layer portion, thereby improving heat dissipation.
According to the above configuration [3], the thermal conductivity of the surface layer is increased to improve heat dissipation, and sufficient electrical resistance of the surface layer can be secured.
According to the above configuration [4], when the core body is made up of a plurality of divided bodies, the divided bodies are bonded to each other with an inorganic adhesive, so that sufficient thermal conductivity can be ensured at the joints.
According to the above-mentioned configuration [5], since the coil and the core body can be insulated by the surface layer of ceramics with high insulation resistance, the coil can be wound directly on the core body, and therefore there is no need to use a resin with low thermal conductivity.

コア本体部の一例を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing an example of a core body portion. リアクトルの一例の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of an example of a reactor. 図2のX-X線断面図である。3 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 2. コア本体部表面の断面の模式図である。3 is a schematic diagram of a cross section of a surface of a core body portion. FIG. リアクトルの他例の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of another example of a reactor.

以下、本発明を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「~」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「10~20」という記載では、下限値である「10」、上限値である「20」のいずれも含むものとする。すなわち、「10~20」は、「10以上20以下」と同じ意味である。 The present invention will be described in detail below. In this specification, when a numerical range is described using "to", it is intended to include the lower limit and the upper limit unless otherwise specified. For example, the description "10 to 20" is intended to include both the lower limit "10" and the upper limit "20". In other words, "10 to 20" has the same meaning as "10 or more and 20 or less".

1.全体の構成
リアクトル1は、圧粉磁心からなるコア本体部3と、コア本体部3の表面3Aの少なくとも一部に形成された表層部5と、を備えたコア7と、コア7の外周に巻かれたコイル9と、コア本体部3の熱を放熱する放熱部11と、を備える。表層部5は、セラミックスを主成分とする。表層部5は、放熱部11と接触している。
1. Overall Configuration The reactor 1 includes a core 7 including a core body 3 made of a powder magnetic core and a surface layer 5 formed on at least a part of a surface 3A of the core body 3, a coil 9 wound around the outer periphery of the core 7, and a heat dissipation portion 11 that dissipates heat from the core body 3. The surface layer 5 is mainly composed of ceramics. The surface layer 5 is in contact with the heat dissipation portion 11.

(1)コア本体部3
コア本体部3は、磁心である。コア本体部3は、図1に示すように、略平行に配置された一対の脚部15,17と、脚部15,17の端部同士を接続する一対の継部19,21で構成されている。脚部15,17及び継部19,21によって環状の磁路が形成されている。コア本体部3を構成する圧粉磁心は、磁粉を圧密化したものであれば特に限定されない。圧粉磁心は、高周波帯におけるコアロスを低減でき、飽和磁束密度、形状自由度、量産性等に優れる。圧粉磁心に用いる磁粉は、特に限定されない。磁粉は、例えば、純鉄粉、Fe-Si合金粉、Fe-Ni合金粉、Fe-Si-Al合金粉、Fe-Ni-Mo合金粉、アモルファス合金粉、ナノ結晶合金粉等を用いることができる。磁粉の表面を絶縁材料により被覆してもよい。被覆材料は、特に限定されないが、例えば、リン酸、樹脂、ガラス、及びアルミナ材料からなる群より選択される少なくとも一種が好適に使用できる。
コア本体部3は、複数の分割体(例えば、脚部15,17、及び継部19,21)から構成されている場合には、相互に無機系の接着剤で接合されて一体とされていることが好ましい。このように接合することで、コア本体部3の強度が向上する。また、無機系の接着剤で接合されることで、複数の分割体間の隙間がなくなり、相互に熱が伝達しやすくなるため、放熱性が向上する。
無機系の接着剤は、特に限定されない。無機系の接着剤として、例えば、二酸化ケイ素(SiO)を主成分とする無機系接着剤、Alを主成分とする無機系接着剤、ZrOを主成分とする無機系接着剤が挙げられる。ここで、主成分とは、含有率(質量%)が50質量%以上の物質をいう。
(1) Core body portion 3
The core body 3 is a magnetic core. As shown in FIG. 1, the core body 3 is composed of a pair of legs 15, 17 arranged substantially parallel to each other, and a pair of joints 19, 21 connecting the ends of the legs 15, 17. The legs 15, 17 and the joints 19, 21 form a ring-shaped magnetic path. The powder magnetic core constituting the core body 3 is not particularly limited as long as it is made by compacting magnetic powder. The powder magnetic core can reduce core loss in the high frequency band, and is excellent in saturation magnetic flux density, freedom of shape, mass productivity, etc. The magnetic powder used in the powder magnetic core is not particularly limited. For example, pure iron powder, Fe-Si alloy powder, Fe-Ni alloy powder, Fe-Si-Al alloy powder, Fe-Ni-Mo alloy powder, amorphous alloy powder, nanocrystalline alloy powder, etc. can be used as the magnetic powder. The surface of the magnetic powder may be covered with an insulating material. The coating material is not particularly limited, but for example, at least one material selected from the group consisting of phosphoric acid, resin, glass, and alumina materials can be suitably used.
When the core body 3 is composed of a plurality of divided bodies (e.g., the legs 15, 17 and the joints 19, 21), it is preferable that the divided bodies are bonded together with an inorganic adhesive to form an integrated body. Bonding in this manner improves the strength of the core body 3. Bonding with an inorganic adhesive also eliminates gaps between the divided bodies, facilitating heat transfer between the divided bodies, thereby improving heat dissipation.
The inorganic adhesive is not particularly limited. Examples of the inorganic adhesive include an inorganic adhesive mainly composed of silicon dioxide (SiO 2 ), an inorganic adhesive mainly composed of Al 2 O 3 , and an inorganic adhesive mainly composed of ZrO 2 . Here, the main component refers to a substance whose content (mass %) is 50 mass % or more.

(2)表層部5
表層部5は、セラミックスを主成分とする。表層部5の主成分がセラミックスであると、表層部5の熱伝導性が良好となり、その結果、コア本体部3の熱が表層部5に伝わって放熱部11から放出されやすくなる。また、セラミックスは、高い電気抵抗も有することから、表層部5が形成された部分にコイル9を直に巻き付けることができる。ここで、主成分とは、含有率(質量%)が50質量%以上の物質をいう。表層部5におけるセラミックスの含有率は、70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましい。なお、表層部5におけるセラミックスの含有率は100質量%であってもよい。
セラミックスの種類は特に限定されない。セラミックスとしては、熱伝導性が高く、高い電気抵抗も有するという観点から、Al、AlN、SiO、及びSiCからなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。
表層部5は、表層部5の強度向上、及び放熱性向上のために、Al、及びAlNからなる群より選ばれる1種以上を含有していることが好ましく、Al、及びAlNの合計含有率は、50質量%以上99質量%以下が好ましく、70質量%以上95質量%以下がより好ましく、85質量%以上90質量%以下が更に好ましい。
表層部5は、低温で焼結可能で、かつ表層部15の強度を向上するために、SiOを含有していることが好ましい。表層部5がSiOを含有する場合には、SiOの含有率は、5質量%以上80質量%以下が好ましく、10質量%以上50質量%以下がより好ましく、15質量%以上45質量%以下が更に好ましい。
また、AlNを使用する場合は焼結助剤としてYを添加してもよい。
(2) Surface layer 5
The surface layer 5 is mainly composed of ceramics. When the main component of the surface layer 5 is ceramics, the thermal conductivity of the surface layer 5 is improved, and as a result, the heat of the core body 3 is easily transferred to the surface layer 5 and released from the heat dissipation section 11. Since ceramics also have high electrical resistance, the coil 9 can be directly wound around the portion where the surface layer 5 is formed. Here, the main component refers to a substance whose content (mass%) is 50 mass% or more. The content of ceramics in the surface layer 5 is preferably 70 mass% or more, more preferably 80 mass% or more, and even more preferably 90 mass% or more. The content of ceramics in the surface layer 5 may be 100 mass%.
The type of ceramic is not particularly limited, but the ceramic is preferably at least one selected from the group consisting of Al 2 O 3 , AlN, SiO 2 , and SiC, from the viewpoint of having high thermal conductivity and high electrical resistance.
In order to improve the strength and heat dissipation of the surface layer 5, it is preferable that the surface layer 5 contains one or more selected from the group consisting of Al 2 O 3 and AlN, and the total content of Al 2 O 3 and AlN is preferably 50 mass% or more and 99 mass% or less, more preferably 70 mass% or more and 95 mass% or less, and even more preferably 85 mass% or more and 90 mass% or less.
The surface layer portion 5 preferably contains SiO 2 so that it can be sintered at a low temperature and improves the strength of the surface layer portion 15. When the surface layer portion 5 contains SiO 2 , the SiO 2 content is preferably 5 mass% or more and 80 mass% or less, more preferably 10 mass% or more and 50 mass% or less, and even more preferably 15 mass% or more and 45 mass% or less.
When AlN is used, Y2O3 may be added as a sintering aid.

セラミックスはセラミックス粒子を含有し、セラミックス粒子は、コア本体部3の表面3Aの算術平均粗さRaよりも小さい粒子径の粒子を含むことが好ましい。この構成により、次の作用効果が得られる。図4に示すように、コア本体部3の表面3Aの微細な凹部に、符号Aで示される微細なセラミックス粒子が入り込み、コア本体部3と表層部5との密着性が向上する。よって、コア本体部3の熱が表層部5によく伝わり、放熱部11から放出されやすくなる。なお、図4の符号Bは、符号Aのセラミックス粒子と異なる他のセラミックス粒子(例えば、SiO粒子)を示している。
コア本体部3の表面の算術平均粗さRaは、非接触式のレーザ顕微鏡により測定し、算出できる。セラミックス粒子の粒径は、粒度分布計により測定できる。
The ceramic contains ceramic particles, and the ceramic particles preferably include particles having a particle diameter smaller than the arithmetic mean roughness Ra of the surface 3A of the core body 3. This configuration provides the following effects. As shown in FIG. 4, fine ceramic particles indicated by the symbol A enter the fine recesses on the surface 3A of the core body 3, improving the adhesion between the core body 3 and the surface layer 5. Therefore, the heat of the core body 3 is well transferred to the surface layer 5, and is easily released from the heat dissipation portion 11. The symbol B in FIG. 4 indicates other ceramic particles (e.g., SiO2 particles) different from the ceramic particles indicated by the symbol A.
The arithmetic mean roughness Ra of the surface of the core body 3 can be measured and calculated using a non-contact laser microscope. The particle size of the ceramic particles can be measured using a particle size distribution meter.

表層部5の厚みは、特に限定されない。表層部5の厚みは、0.1mm以上3mm以下が好ましく、0.15mm以上1mm以下がより好ましく、0.2mm以上0.5mm以下が更に好ましい。表層部5の厚みをこの範囲とすることで、高い熱伝導率を得ることができ、放熱性が向上する。また、この範囲内とすることで、十分な電気抵抗も確保できる。 The thickness of the surface layer 5 is not particularly limited. The thickness of the surface layer 5 is preferably 0.1 mm or more and 3 mm or less, more preferably 0.15 mm or more and 1 mm or less, and even more preferably 0.2 mm or more and 0.5 mm or less. By setting the thickness of the surface layer 5 within this range, high thermal conductivity can be obtained and heat dissipation can be improved. Furthermore, by setting the thickness within this range, sufficient electrical resistance can be ensured.

表層部5は、無機プライマー層を介して、コア本体部3の表面3Aに形成されていてもよい。無機プライマー層により、表層部5とコア本体部3の表面3Aとの密着性が向上する。よって、コア本体部3の熱が表層部5によく伝わり、放熱部11から放出されやすくなる。無機プライマー層は、特に限定されない。無機プライマー層としては、シラン系プライマーが硬化した層が好適に例示される。 The surface layer 5 may be formed on the surface 3A of the core body 3 via an inorganic primer layer. The inorganic primer layer improves adhesion between the surface layer 5 and the surface 3A of the core body 3. This allows heat from the core body 3 to be efficiently transferred to the surface layer 5 and easily released from the heat dissipation section 11. There are no particular limitations on the inorganic primer layer. A suitable example of the inorganic primer layer is a layer of a hardened silane-based primer.

(3)コイル9
コイル9は、コア7に巻装されており、連続した例えば平角線で構成されている。コイル9は、好適には、平角線を螺旋状に巻回したエッジワイズコイルとされている。コイル9の構成は、エッジワイズコイルに限定されるものではない。但し、大電流対応の観点、コイル9の小型化の観点等からはエッジワイズコイルが好ましい。また、コイル9は絶縁シート等のフレキシブルな絶縁材料を介してコア7に巻かれていてもよい。
(3) Coil 9
The coil 9 is wound around the core 7 and is made of a continuous wire, for example a rectangular wire. The coil 9 is preferably an edgewise coil made by winding a rectangular wire in a spiral shape. The configuration of the coil 9 is not limited to an edgewise coil. However, an edgewise coil is preferable from the viewpoint of handling a large current and from the viewpoint of miniaturization of the coil 9. The coil 9 may be wound around the core 7 via a flexible insulating material, such as an insulating sheet.

(4)放熱部11
放熱部11は、図2,3に示されるように、コア本体部3の表層部5と接触するように配置されている。放熱部11の材質は特に限定されないが、放熱性が良好であるとの観点から、金属からなることが好ましく、例えば、ステンレス、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデンからなることが好ましい。放熱部11の形状は、特に限定されず、コア本体部3の形状等に応じて適宜変更すればよい。放熱部11は、放熱性を高めるために、扁平な板状もしくはフィン形状であることが好ましい。
なお、図5に示されるように、コイル9の表面にコイル表層部23を設けて、コイル表層部23が放熱部11と接触する構成としてもよい。コイル表層部23は、上述の表層部5と同様の構成とすることができる。すなわち、上述の表層部5の成分、厚み等の説明は、コイル表層部23にそのまま適用できる。コイル表層部23を設けることで、コア本体部3の熱は、コイル表層部23を通しても放熱部11に伝わるから、さらに放熱性が向上する。
(4) Heat dissipation section 11
2 and 3, the heat dissipation portion 11 is disposed so as to be in contact with the surface layer portion 5 of the core body portion 3. The material of the heat dissipation portion 11 is not particularly limited, but from the viewpoint of good heat dissipation, it is preferable that the heat dissipation portion 11 is made of a metal, for example, stainless steel, copper, aluminum, tungsten, or molybdenum. The shape of the heat dissipation portion 11 is not particularly limited, and may be appropriately changed depending on the shape of the core body portion 3, etc. The heat dissipation portion 11 is preferably in the form of a flat plate or fin in order to enhance heat dissipation.
5, a coil surface layer 23 may be provided on the surface of the coil 9, so that the coil surface layer 23 comes into contact with the heat dissipation portion 11. The coil surface layer 23 may have the same configuration as the above-mentioned surface layer 5. That is, the above-mentioned explanations of the components, thickness, etc. of the surface layer 5 can be directly applied to the coil surface layer 23. By providing the coil surface layer 23, the heat of the core body 3 is transferred to the heat dissipation portion 11 also through the coil surface layer 23, further improving the heat dissipation performance.

2.表層部5の形成方法
表層部5の形成方法は、特に限定されない。表層部5は、例えば次のようにして形成される。
(2.1)表層部5を形成するためのセラミックススラリーの調製
セラミックススラリーの好適な調製方法の例を示す。セラミックス粉末を溶媒中に添加する。そこへ、分散剤、及びバインダー(例えばPVA(ポリビニルアルコール)、アクリル樹脂、及びブチラール樹脂からなる群より選ばれる少なくとも1種)を添加し、混合する。なお、使用する溶媒はバインダーの種類によって適宜選択することができ、例えば、水、エタノール、トルエン、及びMEK(メチルエチルケトン)からなる群より選ばれる少なくとも1種の溶媒を使用できる。得られた混合物をボールミル等の公知の混合方法を用いて分散混合することで、セラミックススラリーが得られる。
2. Method for forming the surface layer 5 There is no particular limitation on the method for forming the surface layer 5. The surface layer 5 is formed, for example, as follows.
(2.1) Preparation of ceramic slurry for forming surface layer 5 An example of a suitable method for preparing a ceramic slurry is shown below. Ceramic powder is added to a solvent. A dispersant and a binder (for example, at least one selected from the group consisting of PVA (polyvinyl alcohol), acrylic resin, and butyral resin) are added thereto and mixed. The solvent used can be appropriately selected depending on the type of binder, and for example, at least one solvent selected from the group consisting of water, ethanol, toluene, and MEK (methyl ethyl ketone) can be used. The obtained mixture is dispersed and mixed using a known mixing method such as a ball mill to obtain a ceramic slurry.

(2.2)セラミックススラリーの塗布、及び焼成
コア本体部3となる成形体に、セラミックススラリーを塗布する。塗布の方法は、特に限定されない。塗布の方法として、ヘラによる塗布、ディップコート、ディスペンサ、スプレー塗布等が例示される。
塗布後、乾燥させて溶媒を揮発し、焼結を行うことでコア本体部3の表面に表層部5が形成される。
なお、コア本体部3は比較的低温の600℃~900℃で熱処理される。そのため、低温で焼結し、かつ表層部5の強度を確保するために、セラミックススラリーにシリカ粉末を添加することが好ましい。セラミックススラリーには、表層部5とコア本体部3との密着性を向上させるために、シランカップリング剤、アルミカップリング剤等のカップリング剤を添加、もしくは表層部5にあらかじめ塗布しておいてもよい。
焼結温度が高く、コアと同時に焼結できないセラミックスについては、焼結したセラミックス薄板(表層部5)を予め作製しておき、コア本体部3の表面に無機系接着剤等を用いて接合させてもよい。セラミックススラリーを公知の方法でシート状に成形し、焼結させることでセラミックス薄板を得ることができる。
(2.2) Application of ceramic slurry and firing The ceramic slurry is applied to the molded body that will become the core body 3. The method of application is not particularly limited. Examples of the application method include application with a spatula, dip coating, a dispenser, spray application, and the like.
After application, the coating is dried to volatilize the solvent, and sintering is performed to form the surface layer 5 on the surface of the core body 3 .
The core body 3 is heat-treated at a relatively low temperature of 600° C. to 900° C. Therefore, it is preferable to add silica powder to the ceramic slurry in order to sinter at a low temperature and ensure the strength of the surface layer 5. A coupling agent such as a silane coupling agent or an aluminum coupling agent may be added to the ceramic slurry in order to improve the adhesion between the surface layer 5 and the core body 3, or may be applied to the surface layer 5 in advance.
For ceramics that have a high sintering temperature and cannot be sintered at the same time as the core, a sintered ceramic thin plate (surface layer 5) may be prepared in advance and bonded to the surface of the core body 3 using an inorganic adhesive or the like. The ceramic thin plate can be obtained by forming the ceramic slurry into a sheet by a known method and sintering it.

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
1.評価用のリアクトル(評価サンプル)
磁粉として純鉄を用いた。
実施例及び比較例における表層部の有無、及び組成を表1に示す。
表層部の組成の詳細は以下の通りである。なお、表層部の組成は、SEM-EDSによる組成分析によって求めることができる。

<表層部の組成の詳細>
実施例1 Al:SiO=80:20(質量比)
実施例2 AlN:(Y+SiO)=90:10(質量比)
実施例3 AlN:(Y+SiO)=90:10(質量比)
実施例4 AlN:(Y+SiO)=90:10(質量比)
比較例1 表層部なし
比較例2 表層部なし
The present invention will now be described more specifically with reference to examples.
1. Reactor for evaluation (evaluation sample)
Pure iron was used as the magnetic powder.
Table 1 shows the presence or absence of a surface layer and the composition in the examples and comparative examples.
The details of the composition of the surface layer are as follows: The composition of the surface layer can be determined by composition analysis using SEM-EDS.

<Details of the composition of the surface layer>
Example 1 Al2O3 : SiO2 = 80:20 (mass ratio)
Example 2 AlN: ( Y2O3 + SiO2 ) = 90:10 (mass ratio)
Example 3 AlN: ( Y2O3 + SiO2 ) = 90:10 (mass ratio)
Example 4 AlN:( Y2O3 + SiO2 )=90 : 10 (mass ratio)
Comparative Example 1: No surface layer Comparative Example 2: No surface layer

Figure 0007550527000001
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Figure 0007550527000002
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なお、実施例4では、コア本体部の上にシラン系プライマーを用いたプライマー層が下地として形成され、プライマー層の上に表層部が形成されている。他の実施例、比較例では、プライマー層は形成されていない。
各リアクトルは、磁路長0.1m、磁路体積8.6×10-6とした。
表層部における最小粒子径は、原料のAl粒子、AlN粒子の粒子径により表1記載のようにコントロールした。表層部の厚みは、セラミックススラリーの塗布量により表2に記載のようにコントロールした。
コア本体部の表面の算術平均粗さRaは、磁粉の粒子径によってコントロールした。
表2の接合方法は、コア本体部における脚部と脚部の接合方法を意味する。脚部及び脚部は、無機系の接着剤(実施例3,4)により接着され、又は結束バンド(実施例1,2、比較例1,2)により結束されて、コア本体部とされている。
コイルが巻かれたコアは、放熱部(ステンレス板)に接着剤で固定されている。
In Example 4, a primer layer using a silane-based primer is formed as a base on the core body, and the surface layer is formed on the primer layer. In the other examples and comparative examples, no primer layer is formed.
Each reactor had a magnetic path length of 0.1 m and a magnetic path volume of 8.6×10 −6 m 3 .
The minimum particle size in the surface layer was controlled by the particle sizes of the raw materials Al 2 O 3 particles and AlN particles as shown in Table 1. The thickness of the surface layer was controlled by the coating amount of the ceramic slurry as shown in Table 2.
The arithmetic mean roughness Ra of the surface of the core body was controlled by the particle size of the magnetic powder.
The joining method in Table 2 refers to the joining method of the legs in the core body. The legs are bonded with an inorganic adhesive (Examples 3 and 4) or tied with a tie band (Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2) to form the core body.
The core around which the coil is wound is fixed to the heat dissipation part (stainless steel plate) with adhesive.

2.測定方法
(1)セラミックス粒子の粒子径
表層部で使用したセラミックス粒子(Al粒子、AlN粒子、SiO粒子)の粒度は、各サンプルの表層部の断面をFE-SEM(例えば、JSM-6330F)によって観察した粒子面積から面積円相当径を算出し、粒子径とし、表層部におけるセラミックス粒子の最小粒子径を求めた。
2. Measurement method (1) Particle diameter of ceramic particles The particle size of the ceramic particles ( Al2O3 particles , AlN particles, SiO2 particles) used in the surface layer was determined by observing the cross section of the surface layer of each sample with an FE-SEM (e.g., JSM-6330F) and calculating the area-equivalent circle diameter from the particle area, and determining the minimum particle diameter of the ceramic particles in the surface layer.

(2)コア本体部の表面の算術平均粗さRa
コア本体部の表面の算術平均粗さRaは、非接触式のレーザ顕微鏡(キーエンス製VR-5000)で測定し、算出した。
(2) Arithmetic mean roughness Ra of the surface of the core body
The arithmetic mean roughness Ra of the surface of the core body was measured using a non-contact laser microscope (VR-5000 manufactured by Keyence Corporation) and calculated.

(3)熱伝導率
コア本体部及び表層部の熱伝導率は、それぞれの材料単体で3cm×3cm×1cmの直方体状のブロックを作り、熱伝導率測定装置(RIGAKU製TCi)にて測定した。
(3) Thermal Conductivity The thermal conductivity of the core body and the surface layer was measured by cutting a rectangular parallelepiped block of each material, measuring 3 cm x 3 cm x 1 cm, and using a thermal conductivity measuring device (TCi manufactured by RIGAKU Corporation).

(4)表層部の厚さ
表層部の厚さは、リアクトルの断面をSEMにより観察して測定した。
(4) Thickness of Surface Layer The thickness of the surface layer was measured by observing the cross section of the reactor with a SEM.

3.評価
(1)評価方法
リアクトルの評価は、リアクトルを所定の条件で稼働させた場合の温度上昇の程度によって評価した。温度上昇が少ない程、熱の放熱部からの放出効率が高く、放熱性がよいことになる。
リアクトルの温度測定は、コアにおける放熱部に対向していない側の面に熱電対を設置し、データロガーにより測定した。0.2T、100kHzにて稼働させた際の温度を測定した。この際、コイル表面のエナメルが黒色に変色した場合は測定不可とした。
3. Evaluation (1) Evaluation method The reactor was evaluated based on the degree of temperature rise when the reactor was operated under specified conditions. The smaller the temperature rise, the higher the efficiency of heat dissipation from the heat dissipation part and the better the heat dissipation performance.
The reactor temperature was measured by installing a thermocouple on the surface of the core that did not face the heat sink and using a data logger. The temperature was measured when the reactor was operated at 0.2 T and 100 kHz. If the enamel on the coil surface turned black, the measurement was not possible.

(2)評価結果
評価結果を表2に示す。
実施例1~4の結果から、セラミックスを主成分とした表層部を備えると、温度上昇が抑制されて、コイルが破損しないことが確認された。
実施例1~4の中でも、コア本体部の表面の算術平均粗さRaよりも小さい粒子径のセラミックス粒子を含む実施例2~4は、温度上昇がより抑制されていた。
実施例1~4の中でも、表層部の厚みが0.1mm以上3mm以下である実施例3,4は、温度上昇がより抑制されていた。
(2) Evaluation Results The evaluation results are shown in Table 2.
From the results of Examples 1 to 4, it was confirmed that when the surface layer is made of ceramics as the main component, the temperature rise is suppressed and the coil is not damaged.
Among Examples 1 to 4, Examples 2 to 4, which contained ceramic particles with a particle size smaller than the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the core body, showed greater suppression of the temperature rise.
Among Examples 1 to 4, in Examples 3 and 4 in which the thickness of the surface layer portion was 0.1 mm or more and 3 mm or less, the temperature rise was more suppressed.

4.実施例の効果
本実施例のリアクトルは、放熱性が高い。すなわち、本実施例のリアクトルは、セラミックスを主成分とした表層部の存在により、樹脂を主成分とした表層部と比較して、高い放熱性を有する。
4. Effects of the embodiment The reactor of the embodiment has high heat dissipation properties. That is, the reactor of the embodiment has a surface layer mainly made of ceramic, and therefore has high heat dissipation properties compared to a surface layer mainly made of resin.

本開示は上記で詳述した実施形態に限定されず、請求項に示した範囲で様々な変形又は変更が可能である。
(1)上記実施形態では、特定形状のコア本体部3の例を示したが、コア本体部の形状は特に限定されない。図1では、脚部15,17の断面が円形としたが、他の形状、例えば、多角形、楕円形でもよい。また、図1では、継部19,21は、直方体形状としたが、他の形状でもよい。例えば、継部19,21に、凹凸部、切欠き等を備えた直方体形状でもよい。また、継部19,21は、多角柱状であってもよい。
(2)上記実施形態では、コイル9は平角線で構成されている例を示したが、線の断面形状は特に限定されない。コイル9に丸線を用いてもよい。
The present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the claims.
(1) In the above embodiment, an example of the core body 3 having a specific shape is shown, but the shape of the core body is not particularly limited. In Fig. 1, the cross section of the legs 15, 17 is circular, but it may be other shapes, for example, polygonal or elliptical. In Fig. 1, the joints 19, 21 are rectangular parallelepiped, but they may be other shapes. For example, the joints 19, 21 may be rectangular parallelepiped with uneven portions, notches, etc. In addition, the joints 19, 21 may be polygonal prisms.
(2) In the above embodiment, the coil 9 is made of rectangular wire. However, the cross-sectional shape of the wire is not particularly limited. A round wire may be used for the coil 9.

1 …リアクトル
3 …コア本体部
3A…表面
5 …表層部
7 …コア
9 …コイル
11…放熱部
15…脚部
17…脚部
19…継部
21…継部
23…コイル表層部
1 ... reactor 3 ... core body portion 3A ... surface 5 ... surface layer portion 7 ... core 9 ... coil 11 ... heat dissipation portion 15 ... leg portion 17 ... leg portion 19 ... joint portion 21 ... joint portion 23 ... coil surface layer portion

Claims (5)

圧粉磁心からなるコア本体部と、前記コア本体部の表面の少なくとも一部に形成された表層部と、を備えたコアと、
前記コアの外周に巻かれ、表面にコイル表層部が設けられたコイルと、
前記コア本体部の熱を放熱する放熱部と、を備えたリアクトルであって、
前記表層部及び前記コイル表層部は、セラミックスを主成分とし、
前記表層部及び前記コイル表層部は、前記放熱部と直接接触しており、
前記セラミックスは、Al、AlN、SiO、及びSiCからなる群より選ばれる2種以上であるとともに、1種には必ずSiOが選ばれる、リアクトル。
A core including a core body portion made of a powder magnetic core and a surface layer portion formed on at least a part of a surface of the core body portion;
a coil wound around the outer periphery of the core and having a coil surface layer on a surface thereof ;
A reactor including a heat dissipation portion that dissipates heat of the core body portion,
the surface layer portion and the coil surface layer portion are mainly composed of ceramics,
the surface layer portion and the coil surface layer portion are in direct contact with the heat dissipation portion,
The ceramics are two or more types selected from the group consisting of Al 2 O 3 , AlN, SiO 2 , and SiC, and one of the types must be SiO 2 .
前記セラミックスはセラミックス粒子を含有し、前記セラミックス粒子は、前記コア本体部の表面の算術平均粗さRaよりも小さい粒子径の粒子を含む、請求項1に記載のリアクトル。 The reactor according to claim 1, wherein the ceramic contains ceramic particles, and the ceramic particles include particles having a particle diameter smaller than the arithmetic mean roughness Ra of the surface of the core body. 前記表層部の厚みが0.1mm以上3mm以下である、請求項1又は請求項2に記載のリアクトル。 The reactor according to claim 1 or 2, wherein the thickness of the surface layer is 0.1 mm or more and 3 mm or less. 前記コア本体部は、複数の分割体が相互に無機系の接着剤で接合されて一体とされてなる、請求項1から3のいずれか1項に記載のリアクトル。 The reactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the core body is made up of multiple divided bodies that are bonded together with an inorganic adhesive to form an integrated body. 前記コイルと前記コア本体部との間に前記表層部が形成されている、請求項1から4のいずれか1項に記載のリアクトル。 The reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface layer is formed between the coil and the core body.
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