JPH05326289A - 磁心及び変圧器並びに磁心方法 - Google Patents
磁心及び変圧器並びに磁心方法Info
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- JPH05326289A JPH05326289A JP4124576A JP12457692A JPH05326289A JP H05326289 A JPH05326289 A JP H05326289A JP 4124576 A JP4124576 A JP 4124576A JP 12457692 A JP12457692 A JP 12457692A JP H05326289 A JPH05326289 A JP H05326289A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高電気抵抗の酸化物で表面が覆われた、鉄を
主成分とする高飽和磁束密度を有する軟磁性体合金粒子
が高密度焼結成形され、前記焼結成形体を複数個接合し
て形成した磁心とすることにより、簡便な作製工程で、
加工性に優れた変圧器を提供する。 【構成】高電気抵抗の酸化膜で表面が覆われた、Ｆｅ系
軟磁性合金粒子が高密度成形されてなるバルク体１を用
い、そのバルク体を接合面２で接合することによって、
簡便な作製工程で、様々な形状に加工でき、優れた軟磁
気特性を持つ磁心及びこれを用いた変圧器とする。
主成分とする高飽和磁束密度を有する軟磁性体合金粒子
が高密度焼結成形され、前記焼結成形体を複数個接合し
て形成した磁心とすることにより、簡便な作製工程で、
加工性に優れた変圧器を提供する。 【構成】高電気抵抗の酸化膜で表面が覆われた、Ｆｅ系
軟磁性合金粒子が高密度成形されてなるバルク体１を用
い、そのバルク体を接合面２で接合することによって、
簡便な作製工程で、様々な形状に加工でき、優れた軟磁
気特性を持つ磁心及びこれを用いた変圧器とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、配電用変圧器や単巻
変圧器、電源用トランス、リアクトル等の用途に用いら
れる磁心およびそれを用いた変圧器に関する。
変圧器、電源用トランス、リアクトル等の用途に用いら
れる磁心およびそれを用いた変圧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、配電用変圧器等の低周波用ま
たは商用波数用トランスは、珪素鋼板またはアモルファ
ス合金薄膜などを積み重ねたり巻いて作製されていた。
例えば、長方形の鋼板を組み合わせた短冊形や、図８に
示す脚と継鉄との接合端を４５度とする額縁形などがあ
り、内鉄形単相積鉄心等の形状を形成するには、樹脂含
浸、乾燥硬化、カット、接着、積層成形など多くの工程
を必要としていた。また、巻線作業を容易にするための
理由から、カットコアの構成にして、例えば半割形のコ
アに巻線を巻いてコイルを形成した後、前記半割のコア
同士を接続して組み立てる工程を入れることが多いが、
この工程では、磁性層と絶縁層を接合面で一致させる精
密さが要求される。
たは商用波数用トランスは、珪素鋼板またはアモルファ
ス合金薄膜などを積み重ねたり巻いて作製されていた。
例えば、長方形の鋼板を組み合わせた短冊形や、図８に
示す脚と継鉄との接合端を４５度とする額縁形などがあ
り、内鉄形単相積鉄心等の形状を形成するには、樹脂含
浸、乾燥硬化、カット、接着、積層成形など多くの工程
を必要としていた。また、巻線作業を容易にするための
理由から、カットコアの構成にして、例えば半割形のコ
アに巻線を巻いてコイルを形成した後、前記半割のコア
同士を接続して組み立てる工程を入れることが多いが、
この工程では、磁性層と絶縁層を接合面で一致させる精
密さが要求される。
【０００３】また、従来の珪素鋼板を用いた磁心の作製
工程では、鋼板の圧延工程が含まれるため、原料である
珪素鋼の場合では、Ｓｉの含有量が限られていた。その
結果、もっとも良い軟磁気特性を示すＦｅ−６．５ｗｔ
％Ｓｉ等の合金を従来の作製工程による磁心に用いるこ
とは困難であった。
工程では、鋼板の圧延工程が含まれるため、原料である
珪素鋼の場合では、Ｓｉの含有量が限られていた。その
結果、もっとも良い軟磁気特性を示すＦｅ−６．５ｗｔ
％Ｓｉ等の合金を従来の作製工程による磁心に用いるこ
とは困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の低周波用変
圧器では、磁心が薄板状のタイプしか製造できないの
で、作製に必要な工程数が多く、もっと簡便な方法で作
製できる構造を持った変圧器が求められていた。また、
磁性体の占積率ができるだけ大きいことや、より磁気特
性の優れた磁心も求められていた。
圧器では、磁心が薄板状のタイプしか製造できないの
で、作製に必要な工程数が多く、もっと簡便な方法で作
製できる構造を持った変圧器が求められていた。また、
磁性体の占積率ができるだけ大きいことや、より磁気特
性の優れた磁心も求められていた。
【０００５】一方、500[KHz]以上の高周波域での磁心の
使用条件では、表皮効果のため表面層において高磁束密
度になるのに対し、内部の層では励磁のされかたが小さ
いという現象があり、これに対応した構造の磁心が作製
できていなかった。
使用条件では、表皮効果のため表面層において高磁束密
度になるのに対し、内部の層では励磁のされかたが小さ
いという現象があり、これに対応した構造の磁心が作製
できていなかった。
【０００６】本発明は、前記従来技術の問題を解決する
ため、簡便な作製方法によって製造できる構造を持った
変圧器、優れた軟磁気特性を持つ磁心から構成された変
圧器、磁性体の占積率が大きい変圧器を新しい方式で提
供することを目的とする。
ため、簡便な作製方法によって製造できる構造を持った
変圧器、優れた軟磁気特性を持つ磁心から構成された変
圧器、磁性体の占積率が大きい変圧器を新しい方式で提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の磁心は、高電気抵抗の酸化物で表面が覆わ
れた、鉄を主成分とする高飽和磁束密度を有する軟磁性
体合金粒子が、高密度焼結成形され、前記焼結成形体を
複数個接合して形成したという構成を備えたものであ
る。
め、本発明の磁心は、高電気抵抗の酸化物で表面が覆わ
れた、鉄を主成分とする高飽和磁束密度を有する軟磁性
体合金粒子が、高密度焼結成形され、前記焼結成形体を
複数個接合して形成したという構成を備えたものであ
る。
【０００８】また本発明の変圧器は、高電気抵抗の酸化
物で表面が覆われた、鉄を主成分とする高飽和磁束密度
を有する軟磁性体粒子が、高密度焼結成形されてなる焼
結体を用い、その焼結体を接合することによって形成さ
れる磁心の少なくとも一部の周囲にコイルを形成したと
いう構成を備えたものである。
物で表面が覆われた、鉄を主成分とする高飽和磁束密度
を有する軟磁性体粒子が、高密度焼結成形されてなる焼
結体を用い、その焼結体を接合することによって形成さ
れる磁心の少なくとも一部の周囲にコイルを形成したと
いう構成を備えたものである。
【０００９】前記磁心または変圧器においては、１００
ＫＨｚ以下の低周波数で使用されることが好ましい。ま
た前記磁心または変圧器においては、高電気抵抗の物質
の軟磁性粒子に対する体積率が０．２％以下であること
が好ましい。
ＫＨｚ以下の低周波数で使用されることが好ましい。ま
た前記磁心または変圧器においては、高電気抵抗の物質
の軟磁性粒子に対する体積率が０．２％以下であること
が好ましい。
【００１０】また前記磁心または変圧器においては、焼
結体の形状が、ブロック体から形成されることが好まし
い。また前記磁心または変圧器においては、磁心の磁路
断面積が一定であることが好ましい。
結体の形状が、ブロック体から形成されることが好まし
い。また前記磁心または変圧器においては、磁心の磁路
断面積が一定であることが好ましい。
【００１１】一方、５００［ＫＨｚ］以上の高周波領域
で使用される前記磁心または変圧器においては、表層部
に、鉄を主成分とする高飽和磁束密度を有する焼結体
を、中心部に、高透磁率を有する焼結体が配置するよう
に接合することによって形成されるされることが好まし
い。
で使用される前記磁心または変圧器においては、表層部
に、鉄を主成分とする高飽和磁束密度を有する焼結体
を、中心部に、高透磁率を有する焼結体が配置するよう
に接合することによって形成されるされることが好まし
い。
【００１２】また本発明の磁心製造方法は、鉄を主成分
とする高飽和磁束密度を有する軟磁性体合金粒子を酸化
処理し、粒子の表面に高電気抵抗の酸化物を形成し、次
いで高温高圧下で高密度成形し、しかる後前記焼結成形
体を複数個接合することを特徴とする。
とする高飽和磁束密度を有する軟磁性体合金粒子を酸化
処理し、粒子の表面に高電気抵抗の酸化物を形成し、次
いで高温高圧下で高密度成形し、しかる後前記焼結成形
体を複数個接合することを特徴とする。
【００１３】前記構成においては、高電気抵抗の物質
は、高密度成形過程においても磁性体粒子を完全に覆
い、互いの粒子を隔離していることが好ましい。
は、高密度成形過程においても磁性体粒子を完全に覆
い、互いの粒子を隔離していることが好ましい。
【００１４】
【作用】前記本発明の構成によれば、高電気抵抗を有し
ているバルク体の接合によって製造するため、簡便な工
程で変圧器を得ること、様々な形状の変圧器を得るこ
と、磁心を小型化すること、磁気特性を改善することが
可能となる。
ているバルク体の接合によって製造するため、簡便な工
程で変圧器を得ること、様々な形状の変圧器を得るこ
と、磁心を小型化すること、磁気特性を改善することが
可能となる。
【００１５】また、磁気特性の異なるバルク体を組み合
わせ（表面に高飽和磁束密度、内部に励磁が小さい条件
において磁気特性の良い高透磁率材を複合）によって、
高周波特性を向上させる事が可能となる。
わせ（表面に高飽和磁束密度、内部に励磁が小さい条件
において磁気特性の良い高透磁率材を複合）によって、
高周波特性を向上させる事が可能となる。
【００１６】また本発明の製造方法によれば、前記の優
れた磁心を効率良く合理的に製造することができる。
れた磁心を効率良く合理的に製造することができる。
【００１７】
【実施例】以下実施例を用いて本発明をさらに具体的に
説明する。発明者等は、例えば高飽和磁束密度の金属粉
としてＦｅ−Ａｌ合金を用い、大気中で酸化させること
によって、表面にアルミ及び鉄の酸化物を形成し、それ
らの粒子を高温高圧下で高密度に充填させると、低周波
で用いる磁心に必要な特性、高飽和磁束密度で高電気抵
抗の材料が得られることを見いだした。焼結体の形状
は、ブロック状、円筒型、Ｌ型、Ｅ型等、必要に応じて
各種形状を作製することができた。次に、例えば、直方
体のバルク体の表面処理をした後、接合を行い、図１に
示す内鉄型鉄心を作製して特性を評価したところ、それ
ぞれのバルク体の持つ磁気特性と変わらない特性を、こ
の鉄心が有していることを確認することができた。
説明する。発明者等は、例えば高飽和磁束密度の金属粉
としてＦｅ−Ａｌ合金を用い、大気中で酸化させること
によって、表面にアルミ及び鉄の酸化物を形成し、それ
らの粒子を高温高圧下で高密度に充填させると、低周波
で用いる磁心に必要な特性、高飽和磁束密度で高電気抵
抗の材料が得られることを見いだした。焼結体の形状
は、ブロック状、円筒型、Ｌ型、Ｅ型等、必要に応じて
各種形状を作製することができた。次に、例えば、直方
体のバルク体の表面処理をした後、接合を行い、図１に
示す内鉄型鉄心を作製して特性を評価したところ、それ
ぞれのバルク体の持つ磁気特性と変わらない特性を、こ
の鉄心が有していることを確認することができた。
【００１８】以下代表的に、磁性金属として、Ｆｅ−Ｓ
ｉ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ａｌ合金を用いた場合について、
またバルク体の形状を、直方体型、円筒型にして接合し
たときの場合についてそれぞれ説明する。
ｉ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ａｌ合金を用いた場合について、
またバルク体の形状を、直方体型、円筒型にして接合し
たときの場合についてそれぞれ説明する。
【００１９】実施例１ 平均粒子径が１０μｍからなる84ｗｔ％Ｆｅ−９．６ｗ
ｔ％Ｓｉ−５．４ｗｔ％Ａｌ合金粉末を、大気中で550
℃１時間、酸化処理を行い、厚さ12nmの酸化膜を粉体の
表面に形成した（酸化膜の体積率は0.4vol.%）。次に、
この粉体10g を10mm×10mm×14.5mmに成形した後、900
℃、1000［ｋｇ／ｃｍ2 ］の高温高圧下でのホットプレ
ス焼結を行い、直方体の高密度（相対密度９８％）の焼
結体を得た。焼結後の形状は8.8mm ×8.8mm ×12.8mmの
直方体であり、ほぼ同一の形状の焼結体を６個作製し、
それらを接合することによって図１に示す高周波用磁心
を作製し、磁気特性を評価した。なお、接合面は、機械
研磨及びエッチング処理をして、平滑で金属磁性層が絶
縁層で互いに分離された状態の鏡面に仕上げた後に、接
着を行った。
ｔ％Ｓｉ−５．４ｗｔ％Ａｌ合金粉末を、大気中で550
℃１時間、酸化処理を行い、厚さ12nmの酸化膜を粉体の
表面に形成した（酸化膜の体積率は0.4vol.%）。次に、
この粉体10g を10mm×10mm×14.5mmに成形した後、900
℃、1000［ｋｇ／ｃｍ2 ］の高温高圧下でのホットプレ
ス焼結を行い、直方体の高密度（相対密度９８％）の焼
結体を得た。焼結後の形状は8.8mm ×8.8mm ×12.8mmの
直方体であり、ほぼ同一の形状の焼結体を６個作製し、
それらを接合することによって図１に示す高周波用磁心
を作製し、磁気特性を評価した。なお、接合面は、機械
研磨及びエッチング処理をして、平滑で金属磁性層が絶
縁層で互いに分離された状態の鏡面に仕上げた後に、接
着を行った。
【００２０】バルク単体で評価した値と比較して、比透
磁率は、517 から421 への低下がみられたが、銅線を１
次、２次側にそれぞれ６回ずつ巻線をして変圧器を構成
した後、鉄損の値を評価したところ、測定周波数1[MH
z], 測定磁束密度50[mT]の測定条件で、1.1 ×103 ［Ｋ
Ｗ／ｍ3 ］の値をいずれも示し、電気抵抗も、同じ105
Ωｃｍオーダーの値を示した。
磁率は、517 から421 への低下がみられたが、銅線を１
次、２次側にそれぞれ６回ずつ巻線をして変圧器を構成
した後、鉄損の値を評価したところ、測定周波数1[MH
z], 測定磁束密度50[mT]の測定条件で、1.1 ×103 ［Ｋ
Ｗ／ｍ3 ］の値をいずれも示し、電気抵抗も、同じ105
Ωｃｍオーダーの値を示した。
【００２１】この結果、図１のような構成の磁心形状の
場合においても、優れた磁気特性を維持できることが確
認できた。なお、同様に、酸化膜に覆われた同一の粉体
を用いて、図２及び図３に示すように、Ｌ型、Ｅ型形状
に作製したバルク体の焼結体を作製した後、それらを接
合することによって磁心を形成して磁気特性を評価し
た。比透磁率は、それぞれ、459,442 であり、鉄損は、
いずれも1.1 ×103 ［ＫＷ／ｍ3 ］であり、同一形状の
磁心の磁気特性は、バルク体の形状にほとんど依存しな
いことが確認された。
場合においても、優れた磁気特性を維持できることが確
認できた。なお、同様に、酸化膜に覆われた同一の粉体
を用いて、図２及び図３に示すように、Ｌ型、Ｅ型形状
に作製したバルク体の焼結体を作製した後、それらを接
合することによって磁心を形成して磁気特性を評価し
た。比透磁率は、それぞれ、459,442 であり、鉄損は、
いずれも1.1 ×103 ［ＫＷ／ｍ3 ］であり、同一形状の
磁心の磁気特性は、バルク体の形状にほとんど依存しな
いことが確認された。
【００２２】比較例１ 本比較例では、商用周波数である50Hzの低周波で使用さ
れる変圧器の場合を示す。
れる変圧器の場合を示す。
【００２３】磁心を構成する電磁鋼板は、以下に示す方
法で作製した。Ｆｅ−３．０ｗｔ％Ｓｉの組成からなる
珪素鋼スラブを、熱間圧延、冷間圧延のより、0.30mm厚
の最終冷延板とした。再結晶焼鈍を施し、{110}<001>方
位の再結晶粒を成長させ、表面の絶縁性については、フ
ォルステライトの絶縁皮膜によって形成した。
法で作製した。Ｆｅ−３．０ｗｔ％Ｓｉの組成からなる
珪素鋼スラブを、熱間圧延、冷間圧延のより、0.30mm厚
の最終冷延板とした。再結晶焼鈍を施し、{110}<001>方
位の再結晶粒を成長させ、表面の絶縁性については、フ
ォルステライトの絶縁皮膜によって形成した。
【００２４】鋼板の積み重ね方法は、圧延方法に磁気特
性が優れていることを考慮して、図８に示す額縁形を用
い、図９に示す変圧器を構成した。この磁心を用いた変
圧器は、容量が10KVA,周波数が50[Hz]、一次電圧が6300
[V] 、２次電圧が210[V]の仕様として作製し、測定磁束
密度1.5[T]、１次巻線2640回、２次巻線88回で、鉄損、
銅損、比透磁率を評価した。
性が優れていることを考慮して、図８に示す額縁形を用
い、図９に示す変圧器を構成した。この磁心を用いた変
圧器は、容量が10KVA,周波数が50[Hz]、一次電圧が6300
[V] 、２次電圧が210[V]の仕様として作製し、測定磁束
密度1.5[T]、１次巻線2640回、２次巻線88回で、鉄損、
銅損、比透磁率を評価した。
【００２５】この変圧器の特性は、銅損が、216[W]、鉄
損が49[W](1.20[W/Kg]) 、比透磁率Bm/Hm が5142であっ
た。 実施例２ 本実施例では、商用周波数である50Hzの低周波で使用さ
れる変圧器の場合を示す。
損が49[W](1.20[W/Kg]) 、比透磁率Bm/Hm が5142であっ
た。 実施例２ 本実施例では、商用周波数である50Hzの低周波で使用さ
れる変圧器の場合を示す。
【００２６】平均粒子径が200 μｍからなる９６．５ｗ
ｔ％Ｆｅ−３．５ｗｔ％Ａｌ合金粉末を、大気中で600
℃1 時間、酸化処理を行い、厚さ148nm の酸化膜を粉体
の表面に形成した（酸化膜の体積率0.35vol.% ）。次
に、この粉体800gを73mm×80mm×135mm に成形した後、
900 ℃、1000［ｋｇ／ｃｍ2 ］の高温高圧下でのホット
プレス焼結を行い、直方体の高密度(98.5%) の焼結体を
得、500 ℃、1 時間、歪取り焼鈍を行った。なおこの焼
結体の電気抵抗は1.2 ×102 Ωcmであった。焼結体の形
状は65mm×70mm×120mm の直方体であり、ほぼ同一の形
状の焼結体を８個作製し、それらを接合することによっ
て図４に示す低周波用磁心を作製し、磁気特性を評価し
た。接合方法は、実施例１と同様、接合面を鏡面に仕上
げた後、接着を行った。
ｔ％Ｆｅ−３．５ｗｔ％Ａｌ合金粉末を、大気中で600
℃1 時間、酸化処理を行い、厚さ148nm の酸化膜を粉体
の表面に形成した（酸化膜の体積率0.35vol.% ）。次
に、この粉体800gを73mm×80mm×135mm に成形した後、
900 ℃、1000［ｋｇ／ｃｍ2 ］の高温高圧下でのホット
プレス焼結を行い、直方体の高密度(98.5%) の焼結体を
得、500 ℃、1 時間、歪取り焼鈍を行った。なおこの焼
結体の電気抵抗は1.2 ×102 Ωcmであった。焼結体の形
状は65mm×70mm×120mm の直方体であり、ほぼ同一の形
状の焼結体を８個作製し、それらを接合することによっ
て図４に示す低周波用磁心を作製し、磁気特性を評価し
た。接合方法は、実施例１と同様、接合面を鏡面に仕上
げた後、接着を行った。
【００２７】この磁心を用いた変圧器は、容量が10KVA,
周波数が50[Hz]、一次電圧が6300[V] 、２次電圧が210
[V]の仕様として作製し、測定磁束密度1.5[T]、１次巻
線2640回、２次巻線88回で、鉄損、銅損、比透磁率を評
価した。なお、バルク単体の磁心の鉄損、比透磁率も、
同一条件で評価し比較した。
周波数が50[Hz]、一次電圧が6300[V] 、２次電圧が210
[V]の仕様として作製し、測定磁束密度1.5[T]、１次巻
線2640回、２次巻線88回で、鉄損、銅損、比透磁率を評
価した。なお、バルク単体の磁心の鉄損、比透磁率も、
同一条件で評価し比較した。
【００２８】この変圧器の特性は、銅損が、231[W]、鉄
損が37[W](0.91[W/Kg]) 、比透磁率Bm/Hm が517 であっ
た。バルク単体の特性は、鉄損が0.87[W/Kg], 比透磁率
Bm/Hm が553 であることから、この構造の磁心では、一
般に磁路の接合面によって生じるギャップの影響が非常
に少なくできる特徴を見いだせる。一方、磁心をバルク
体の集合体にすることによって、作製工程を簡略化する
ことができて、ほぼ従来の変圧器と同じ特性（比較例）
を示すことがわかる。
損が37[W](0.91[W/Kg]) 、比透磁率Bm/Hm が517 であっ
た。バルク単体の特性は、鉄損が0.87[W/Kg], 比透磁率
Bm/Hm が553 であることから、この構造の磁心では、一
般に磁路の接合面によって生じるギャップの影響が非常
に少なくできる特徴を見いだせる。一方、磁心をバルク
体の集合体にすることによって、作製工程を簡略化する
ことができて、ほぼ従来の変圧器と同じ特性（比較例）
を示すことがわかる。
【００２９】実施例３ 本実施例では、実施例２と同様、１００KHz 以下の低周
波で使用される磁心の場合で銅損を小さくした場合を示
す。
波で使用される磁心の場合で銅損を小さくした場合を示
す。
【００３０】平均粒子径が200 μｍからなる９６．５ｗ
ｔ％Ｆｅ−３．５ｗｔ％Ａｌ合金粉末を、大気中で600
℃10分、酸化処理を行い、厚さ18nmの酸化膜を粉体の表
面に形成した（酸化膜の体積率0.105vol.%）。次に、こ
の粉体800gを70mm×70mm×120mm に成形した後、900
℃、500［ｋｇ／ｃｍ2 ］の高温高圧下でのホットプレ
ス焼結を行い、直方体の高密度の焼結体を得た。なお、
この焼結体の電気抵抗は32Ωｃｍであった。焼結後の形
状は62mm×62mm×106mm の直方体であり, ほぼ同一の形
状の焼結体を８個作製し、それらを接合することによっ
て図４に示す低周波用磁心を作製し、磁気特性を評価し
た。接合面は、実施例１と同様、鏡面に仕上げた後、接
着を行った。
ｔ％Ｆｅ−３．５ｗｔ％Ａｌ合金粉末を、大気中で600
℃10分、酸化処理を行い、厚さ18nmの酸化膜を粉体の表
面に形成した（酸化膜の体積率0.105vol.%）。次に、こ
の粉体800gを70mm×70mm×120mm に成形した後、900
℃、500［ｋｇ／ｃｍ2 ］の高温高圧下でのホットプレ
ス焼結を行い、直方体の高密度の焼結体を得た。なお、
この焼結体の電気抵抗は32Ωｃｍであった。焼結後の形
状は62mm×62mm×106mm の直方体であり, ほぼ同一の形
状の焼結体を８個作製し、それらを接合することによっ
て図４に示す低周波用磁心を作製し、磁気特性を評価し
た。接合面は、実施例１と同様、鏡面に仕上げた後、接
着を行った。
【００３１】この磁心を用いた変圧器は、実施例２と同
様に、容量が10KVA,周波数が50[Hz]、一次電圧が6300
[V] 、２次電圧が210[V]の仕様として作製し、測定磁束
密度1.5[T]、１次巻線2640回、２次巻線88回で、鉄損、
銅損、比透磁率を評価した。なお、バルク単体の磁心の
磁気特性も、同一条件で評価した。
様に、容量が10KVA,周波数が50[Hz]、一次電圧が6300
[V] 、２次電圧が210[V]の仕様として作製し、測定磁束
密度1.5[T]、１次巻線2640回、２次巻線88回で、鉄損、
銅損、比透磁率を評価した。なお、バルク単体の磁心の
磁気特性も、同一条件で評価した。
【００３２】この変圧器の特性は、銅損が、215[W]、鉄
損が35[W],(0.86[W/Kg])、比透磁率Bm/Hm が2217であっ
た。バルク単体の特性は、鉄損が0.87[W/Kg], 比透磁率
Bm/Hm が2341であることから、実施例２と同様に、磁路
の接合面によって生じるギャップの影響が非常に少ない
特徴が見いだせる。また、実施例２の場合と比較して、
高電気抵抗の非磁性の物質の体積分率を0.2vol.%以下に
減少させることによって、１次巻線に生じる銅損を無視
できるレベルにできたため、銅損全体を低減できたと考
えられる。
損が35[W],(0.86[W/Kg])、比透磁率Bm/Hm が2217であっ
た。バルク単体の特性は、鉄損が0.87[W/Kg], 比透磁率
Bm/Hm が2341であることから、実施例２と同様に、磁路
の接合面によって生じるギャップの影響が非常に少ない
特徴が見いだせる。また、実施例２の場合と比較して、
高電気抵抗の非磁性の物質の体積分率を0.2vol.%以下に
減少させることによって、１次巻線に生じる銅損を無視
できるレベルにできたため、銅損全体を低減できたと考
えられる。
【００３３】実施例４ 本実施例では、実施例３と同様、１００KHz 以下の低周
波で使用される銅損の小さい磁心の場合で、バルク体の
形状を変化させた場合を示す。
波で使用される銅損の小さい磁心の場合で、バルク体の
形状を変化させた場合を示す。
【００３４】実施例３と同様に、平均粒子径が200 μｍ
からなる９６．５ｗｔ％Ｆｅ−３．５ｗｔ％Ａｌ合金粉
末を、大気中で600 ℃10分、酸化処理を行い、厚さ18nm
の酸化膜を粉体の表面に形成した（酸化膜の体積率0.10
5vol.%）。次に、この粉体800gを台形型に成形した後、
900 ℃、1000［ｋｇ／ｃｍ2 ］の高温高圧下でのホット
プレス焼結を行い、台形型の高密度の焼結体を得た。ほ
ぼ同一の形状の焼結体を８個作製し、それらを接合する
ことによって図５に示す低周波用磁心を作製し、磁気特
性を評価した。接合面は、実施例１と同様、鏡面に仕上
げた後、接着を行った。
からなる９６．５ｗｔ％Ｆｅ−３．５ｗｔ％Ａｌ合金粉
末を、大気中で600 ℃10分、酸化処理を行い、厚さ18nm
の酸化膜を粉体の表面に形成した（酸化膜の体積率0.10
5vol.%）。次に、この粉体800gを台形型に成形した後、
900 ℃、1000［ｋｇ／ｃｍ2 ］の高温高圧下でのホット
プレス焼結を行い、台形型の高密度の焼結体を得た。ほ
ぼ同一の形状の焼結体を８個作製し、それらを接合する
ことによって図５に示す低周波用磁心を作製し、磁気特
性を評価した。接合面は、実施例１と同様、鏡面に仕上
げた後、接着を行った。
【００３５】この磁心を用いた変圧器は、実施例３と同
様に、容量が10KVA,周波数が50[Hz]、一次電圧が6300
[V] 、２次電圧が210[V]の仕様として作製し、測定磁束
密度1.5[T]、１次巻線2640回、２次巻線88回で、鉄損、
銅損、比透磁率を評価した。なお、バルク単体の磁心の
磁気特性も、同一条件で評価した。
様に、容量が10KVA,周波数が50[Hz]、一次電圧が6300
[V] 、２次電圧が210[V]の仕様として作製し、測定磁束
密度1.5[T]、１次巻線2640回、２次巻線88回で、鉄損、
銅損、比透磁率を評価した。なお、バルク単体の磁心の
磁気特性も、同一条件で評価した。
【００３６】この変圧器の特性は、銅損が、231[W]、鉄
損が32[W],(0.82[W/Kg])、比透磁率Bm/Hm が2377であっ
た。実施例３とほぼ同様の磁気特性が得られ、磁心の形
状が同じであれば、磁気特性は、ほとんどバルク体形状
の違いの影響を受けないことが確認できた。
損が32[W],(0.82[W/Kg])、比透磁率Bm/Hm が2377であっ
た。実施例３とほぼ同様の磁気特性が得られ、磁心の形
状が同じであれば、磁気特性は、ほとんどバルク体形状
の違いの影響を受けないことが確認できた。
【００３７】実施例５ 本実施例では、接合端部分にＵ字形状のバルク体を適用
した場合について述べる。
した場合について述べる。
【００３８】円筒型、及びＵ字型に曲げた形状のバルク
体を実施例３と同様に、Ｆｅ−Ａｌ合金を用いて作製し
た。それらを図６に示すように接合して磁心を作製し
た。実施例３と比較するため、磁心の総重量及び銅線の
巻数が等しくなるように変圧器を作製して、特性を評価
した。測定条件は実施例３と同様である。
体を実施例３と同様に、Ｆｅ−Ａｌ合金を用いて作製し
た。それらを図６に示すように接合して磁心を作製し
た。実施例３と比較するため、磁心の総重量及び銅線の
巻数が等しくなるように変圧器を作製して、特性を評価
した。測定条件は実施例３と同様である。
【００３９】銅損は、219[W]であり、実施例３とほぼ同
一の値を示した。一方鉄損は28[W](0.68[W/Kg]) 、比透
磁率Bm/Hm が2231であり、鉄損の若干の減少がみられ
る。接合端部分は、実施例３にみられるように直方体の
バルク体を９０度に接合させて形成すると、磁路断面積
が増大し、磁束が不均一に流れ、集中的に鉄損が生じて
いると考えられるのに対し、実施例４にみられるよう
に、磁路断面積を一定にして、均一に磁束が流れる磁路
を形成すると、この現象を防げるものと考えられる。
一の値を示した。一方鉄損は28[W](0.68[W/Kg]) 、比透
磁率Bm/Hm が2231であり、鉄損の若干の減少がみられ
る。接合端部分は、実施例３にみられるように直方体の
バルク体を９０度に接合させて形成すると、磁路断面積
が増大し、磁束が不均一に流れ、集中的に鉄損が生じて
いると考えられるのに対し、実施例４にみられるよう
に、磁路断面積を一定にして、均一に磁束が流れる磁路
を形成すると、この現象を防げるものと考えられる。
【００４０】鋼板の積み重ねによる磁心の形成方法で
は、均一に磁束が流れる磁路を作製することは困難であ
ったが、高電気抵抗を有しているバルク体の接合による
磁心の構成によれば、任意の磁路を作製することができ
る。その一例が、実施例４で示したＵ字形状のバルク体
を使用した磁心に対応すると考えられる。
は、均一に磁束が流れる磁路を作製することは困難であ
ったが、高電気抵抗を有しているバルク体の接合による
磁心の構成によれば、任意の磁路を作製することができ
る。その一例が、実施例４で示したＵ字形状のバルク体
を使用した磁心に対応すると考えられる。
【００４１】実施例６ 本実施例では、磁気特性の違う高密度成形された２種類
のバルク体から構成された高周波で使用される磁心及び
変圧器の場合を示す。
のバルク体から構成された高周波で使用される磁心及び
変圧器の場合を示す。
【００４２】平均粒子径が10μｍからなる７９ｗｔ％Ｎ
ｉ−１６ｗｔ％Ｆｅ−５ｗｔ％Ｍｏ合金粉末(Supermall
oy) を、大気中で600 ℃10分、酸化処理を行い、厚さ9n
m の酸化膜を形成したのち、（酸化膜の体積率は0.2vo
l.%）成形を行い、900 ℃、1000［Ｋｇ／ｃｍ2 ] の雰
囲気下でホットプレス焼結を行い、正四角柱の形状を持
ったバルク体を４個形成した。これらを接合して、ま
ず、磁心の中心部（芯の部分）を形成した。
ｉ−１６ｗｔ％Ｆｅ−５ｗｔ％Ｍｏ合金粉末(Supermall
oy) を、大気中で600 ℃10分、酸化処理を行い、厚さ9n
m の酸化膜を形成したのち、（酸化膜の体積率は0.2vo
l.%）成形を行い、900 ℃、1000［Ｋｇ／ｃｍ2 ] の雰
囲気下でホットプレス焼結を行い、正四角柱の形状を持
ったバルク体を４個形成した。これらを接合して、ま
ず、磁心の中心部（芯の部分）を形成した。
【００４３】一方、同様に平均粒子径が10μｍからなる
93.5ｗｔ％Ｆｅ−6.5ｗｔ％Ｓｉ合金粉末を、大気中で6
00 ℃、1 時間、酸化処理を行い、厚さ17nmの酸化膜を
粉体の表面に形成した後（酸化膜の体積率は0.4vol.
%）、この粉体を成形して、800 ℃、800 ［ｋｇ／ｃｍ
2 ］の高温高圧下でのホットプレス焼結を行い、形状が
厚板形状の高密度（相対密度９８％）の焼結体を得た。
これらのバルク体は、前記に記した磁心の中心部を覆う
形で接合を行い、表面層を形成するようにした。
93.5ｗｔ％Ｆｅ−6.5ｗｔ％Ｓｉ合金粉末を、大気中で6
00 ℃、1 時間、酸化処理を行い、厚さ17nmの酸化膜を
粉体の表面に形成した後（酸化膜の体積率は0.4vol.
%）、この粉体を成形して、800 ℃、800 ［ｋｇ／ｃｍ
2 ］の高温高圧下でのホットプレス焼結を行い、形状が
厚板形状の高密度（相対密度９８％）の焼結体を得た。
これらのバルク体は、前記に記した磁心の中心部を覆う
形で接合を行い、表面層を形成するようにした。
【００４４】この結果、飽和磁束密度が0.78[T] で、透
磁率が2121である磁性体を中心部に持ち、飽和磁束密度
が1.6[T]で、透磁率が459 である磁性体を表層部に持つ
磁心が、図７に示すように、形成された。比較のため、
それぞれの磁性体単独で形成された磁心も形成し、磁気
特性を測定した。
磁率が2121である磁性体を中心部に持ち、飽和磁束密度
が1.6[T]で、透磁率が459 である磁性体を表層部に持つ
磁心が、図７に示すように、形成された。比較のため、
それぞれの磁性体単独で形成された磁心も形成し、磁気
特性を測定した。
【００４５】３種類の磁心（Supermalloy 粉を用いた磁
心、珪素鋼を用いた磁心、これらの２種混合磁心）に、
銅線を１次、２次側にそれぞれ６回ずつ巻線をして変圧
器をそれぞれ構成した後、鉄損の値を評価したところ、
測定周波数500[KHz], 測定磁束密度100[mT] の測定条件
で、9.6 ×102 ,1.4×103 ,9.2×102 [KW/m 3 ] の値を
それぞれ示した。
心、珪素鋼を用いた磁心、これらの２種混合磁心）に、
銅線を１次、２次側にそれぞれ６回ずつ巻線をして変圧
器をそれぞれ構成した後、鉄損の値を評価したところ、
測定周波数500[KHz], 測定磁束密度100[mT] の測定条件
で、9.6 ×102 ,1.4×103 ,9.2×102 [KW/m 3 ] の値を
それぞれ示した。
【００４６】この結果、図７のような構成の磁心形状の
場合において、優れた磁気特性が得られることがわか
る。
場合において、優れた磁気特性が得られることがわか
る。
【００４７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
変圧器によれば、高電気抵抗の物質で表面が覆われた、
鉄を主成分とする高飽和磁束密度を有する軟磁性粒子が
高密度成形されてなるバルク体から構成されているた
め、簡便な作製工程で、且つ、様々な形状の作製、優れ
た磁気特性が可能な磁心及び変圧器を新しい方式で提供
することができる。
変圧器によれば、高電気抵抗の物質で表面が覆われた、
鉄を主成分とする高飽和磁束密度を有する軟磁性粒子が
高密度成形されてなるバルク体から構成されているた
め、簡便な作製工程で、且つ、様々な形状の作製、優れ
た磁気特性が可能な磁心及び変圧器を新しい方式で提供
することができる。
【図１】本発明の変圧器の実施例１の概略的構成図の１
つである。
つである。
【図２】本発明の変圧器の実施例１の概略的構成図の１
つである。
つである。
【図３】本発明の変圧器の実施例１の概略的構成図の１
つである。
つである。
【図４】本発明の変圧器の実施例２及び３の概略的構成
図である。
図である。
【図５】本発明の変圧器の実施例４の概略的構成図であ
る。
る。
【図６】本発明の変圧器の実施例５の概略的構成図であ
る。
る。
【図７】本発明の変圧器の実施例６の概略的構成図であ
る。
る。
【図８】本発明の変圧器に対する比較例の鋼板の組合せ
の図である。
の図である。
【図９】本発明の変圧器に対する比較例の変圧器の概略
的構成の図である。
的構成の図である。
１ 接合面 ２ バルク体 ３ 珪素鋼板を用いたバルク体（表面部） ４ スーパーアロイを用いたバルク体（中心部） ５ 鋼板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｆ 41/02 Ｄ 8019−5Ｅ (72)発明者 釘宮 公一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】 高電気抵抗の酸化物で表面が覆われた、
鉄を主成分とする高飽和磁束密度を有する軟磁性体合金
粒子が、高密度焼結成形され、前記焼結成形体を複数個
接合して形成した磁心。 - 【請求項２】 高電気抵抗の酸化物で表面が覆われた、
鉄を主成分とする高飽和磁束密度を有する軟磁性体粒子
が、高密度焼結成形されてなる焼結体を用い、その焼結
体を接合することによって形成される磁心の少なくとも
一部の周囲にコイルを形成した変圧器。 - 【請求項３】 １００ＫＨｚ以下の低周波数で使用され
る請求項１に記載の磁心または請求項２に記載の変圧
器。 - 【請求項４】 高電気抵抗の物質の軟磁性粒子に対する
体積率が０．２％以下である請求項１に記載の磁心また
は請求項２に記載の変圧器。 - 【請求項５】 焼結体の形状が、ブロック体から形成さ
れる請求項１に記載の磁心または請求項２に記載の変圧
器。 - 【請求項６】 磁心の磁路断面積が一定である請求項１
に記載の磁心または請求項２に記載の変圧器。 - 【請求項７】 表層部に、鉄を主成分とする高飽和磁束
密度を有する焼結体を、中心部に、高透磁率を有する焼
結体が配置するように接合することによって形成される
請求項１に記載の磁心または請求項２に記載の変圧器。 - 【請求項８】 鉄を主成分とする高飽和磁束密度を有す
る軟磁性体合金粒子を酸化処理し、粒子の表面に高電気
抵抗の酸化物を形成し、次いで高温高圧下で高密度成形
し、しかる後前記焼結成形体を複数個接合することを特
徴とする磁心の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4124576A JPH05326289A (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | 磁心及び変圧器並びに磁心方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4124576A JPH05326289A (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | 磁心及び変圧器並びに磁心方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05326289A true JPH05326289A (ja) | 1993-12-10 |
Family
ID=14888897
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4124576A Pending JPH05326289A (ja) | 1992-05-18 | 1992-05-18 | 磁心及び変圧器並びに磁心方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05326289A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059649A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Kijima:Kk | 小形巻線部品 |
-
1992
- 1992-05-18 JP JP4124576A patent/JPH05326289A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007059649A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Kijima:Kk | 小形巻線部品 |
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