JPH06342728A - 鉄心の製造方法 - Google Patents

鉄心の製造方法

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JPH06342728A
JPH06342728A JP35779192A JP35779192A JPH06342728A JP H06342728 A JPH06342728 A JP H06342728A JP 35779192 A JP35779192 A JP 35779192A JP 35779192 A JP35779192 A JP 35779192A JP H06342728 A JPH06342728 A JP H06342728A
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宏道 堀江
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幹郎 森田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、優れた透磁率の周波数特性及び高
い磁束密度を有する鉄心の製造方法を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明の鉄心の製造方法は、平均粒径10〜
100μmで、平均粒径をDμm、固有電気抵抗率をρ
μΩ−cmとしたとき、D、ρを数値のみで示してρ/
2 ≧4×10-3の関係を満足する鉄粉、鉄合金磁性粉
のいずれか又は両方と、合量が、体積比にして1.5〜
40%である、電気絶縁性結着樹脂及び平均粒径20μ
m以下の電気絶縁性無機化合物の粉末を混合した後成形
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄心の製造方法に関
し、更に詳しくは、透磁率の周波数特性が優れ、且つ、
高い磁束密度を有する鉄心の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、交流を直流に交換する装置、直流
を交流に変換する装置、或る数端数の交流を異なる周波
数の交流に変換する装置及び所謂チョッパ等の直流を直
流に変換する装置等のような電力変換装置、或いは無接
点遮断器等の電気機器には、その電気回路構成要素とし
て、サイリスタ又はトランジスタに代表される半導体ス
イッチング素子並びにこれに接続されたターンオンスト
レス緩和用リアクトル、転流リアクトル、エネルギー蓄
積用リアクトル或いはマッチング用変圧器等が使用され
ている。
【0003】このような電力変換装置の例として、第1
図に直流を交流に変換する装置の電気回路図を示す。第
1図の電力変換装置は、半導体スイッチング素子1、タ
ーンオンストレス緩和用リアクトル2及びマッチング用
変圧器3により構成されているものである。
【0004】これらのリアクトルや変圧器には、半導体
のスイッチングに伴い、100KHzから場合によって
は500KHzを超える程度にまで達する高い周波数成
分を含有する電流が流れることがある。
【0005】このようなリアクトルや変圧器を構成して
いる鉄心には、従来、次のようなものが使用されてい
る。即ち、(a) 層間絶縁を施した薄い電磁鋼板又はパ
ーマロイ板等を積層して作製した積層鉄心、(b) カー
ボニル鉄微粉、パーマロイ微粉等を、例えば、フェノー
ル樹脂等の樹脂を使用して結着せしめた、所謂ダストコ
ア、或いは、(c) 酸化物系磁性材料を焼結して作製し
た、所謂フェライトコア等が挙げられる。
【0006】これらの中で、積層鉄心は、商用周波数帯
域においては優れた電気特性を示すものの、高い周波数
帯域においては、鉄心の鉄損が著しく、殊に、渦電流損
失が周波数の2乗に比例して増加し、又、鉄心を成形す
る板材の表面から内部へ入るにつれ、鉄心材料の表皮効
果によって磁化力が変化しにくくなるという性質を有し
ている。従って、積層鉄心は、高い周波数帯域において
は、本来鉄心材料自身が有している飽和磁束密度よりも
はるかに低い磁束密度でしか使用することができず、渦
電流損失も極めて大きいという問題点を有している。更
に、積層鉄心は、高い周波数に対する実効透磁率が、商
用周波数に対する実効透磁率と比較して著しく低いとい
う問題点を有している。これらの問題点を有している積
層鉄心を、高い周波数成分を有する電流が流れる、半導
体スイッチング素子に接続されたリアクトル又は変圧器
等に使用する場合には、実効透磁率及び磁束密度を補償
するために、鉄心自身を大型なものにしなければなら
ず、それに伴い、実効透磁率が低いことと相俟って、銅
損が大きくなるという問題点をも有している。
【0007】一方、ダストコアと呼ばれる圧粉磁性体が
鉄心材料として使用されており、例えば、特許第112
235号等に詳細に説明されている。しかしながら、こ
のようなダストコアは、一般に、その磁束密度及び透磁
率がかなり低い値を有するものである。これらの中でも
比較的高い磁束密度を有するカーボニル鉄粉を使用した
ダストコアにおいても、その、10000A/mの磁化
力における磁束密度は0.1Tをやや上回る程度であ
り、透磁率は1.25×10-5H/m程度のものであ
る。従って、ダストコアを鉄心材料として使用したリア
クトル又は変圧器等においては、磁束密度や透磁率の低
さを補償するために、鉄心の巨大化が避けられず、それ
に伴い、リアクトル又は変圧器等の銅損が大きくなると
いう問題点を有している。
【0008】又、小型の電気機器に使用されているフェ
ライトコアは、高い固有抵抗値及び比較的優れた高周波
特性を有している。しかしながら、フェライトコアは、
10000A/mの磁化力にのける磁束密度が0.4T
程度と低く、鉄心の使用温度範囲である−40〜120
℃において、透磁率並びに同一磁化力における磁束密度
の値がそれぞれ数十%も変化するという問題点を有して
いる。このため、フェライトコアを、半導体スイッチン
グ素子に接続されたリアクトル又は変圧器等の鉄心材料
として使用する場合には、磁束密度が低いために、鉄心
を大型にする必要がある。しかし、フェライトコアは、
焼結体であるために、大型鉄心の製造が困難であり、鉄
心としては適さないものである。又、フェライトコア
は、その低磁束密度に起因する銅損が大きいこと、透磁
率及び磁束密度が温度で大きな影響を受けるために、リ
アクトルや変圧器に使用した場合にその特性変化が大き
いこと、更には、電磁鋼板等と比較した場合に磁歪が大
きいので鉄心から発せされる騒音が大きくなること等の
問題点を有している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
は磁束密度や実効電気抵抗値と実効透磁率の周波数特性
の共に優れたものが得られないという問題があった。
【0010】本発明は、上記した問題点を解消し、半導
体素子に接続されたリアクトル或いは変圧器等に使用さ
れる鉄心の製造方法として、優れた透磁率の周波数特性
及び高い磁束密度を有する鉄心の製造方法を提供するこ
とにある。
【0011】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明の鉄心の
製造方法は、磁性粉と結着樹脂と無機化合物の粉末とを
混合した後成形するものである。すなわち、本発明の鉄
心の製造方法は、平均粒径10〜100μmで、平均粒
径をDμm、固有電気抵抗率をρμΩ−cmとしたと
き、D、ρを数値のみで示してρ/D2 ≧4×10-3
関係を満足する鉄粉、鉄合金磁性粉のいずれか又は両方
と、合量が、体積比にして1.5〜40%である電気絶
縁性結着樹脂及び電気絶縁性無機化合物の粉末とを混合
した後成形することを特徴とする。
【0012】本発明で用いる鉄粉又は鉄合金磁性粉は、
その固有電気抵抗率が10μΩ−cmから高々数十μΩ
−cm程度であるため、表皮効果が生ずる高い周波数を
含む交流電流においても充分な鉄心材料特性を得るため
には、これら粉末を微細な粒子として粒子表面から粒子
内部まで充分磁化に寄与せしめなければならないことか
らして、その平均粒径が100μm以下であることが必
要である。しかしながら、その平均粒径が10μm未満
と極めて小さくなると、後述する鉄心の成形段階で、通
常適用される10000MPa以下の成形圧では、得ら
れた鉄心の密度が大きくならず、その結果、磁束密度の
低下という不都合を生ずる。結局、本発明にあっては、
鉄粉又は鉄合金磁性粉の平均粒径10〜100μmの範
囲に設定される。
【0013】また、これらの粉末の平均粒径(Dμm)
とその固有電気抵抗率(ρμΩ−cm)との関係につい
ていえば、Dとρを数値のみで示して、ρ/D2 ≧4×
10-3の関係を満足することが必要である。
【0014】本発明に用いる鉄粉又は鉄合金磁性粉は上
記した諸元を充足するものであれば何であってもよい
が、例えば、純鉄の粉、Fe−3Siで代表されるFe
−Si合金粉、Fe−Al合金粉、Fe−Si−Al合
金粉、Fe−Ni合金粉、Fe−Co合金粉をあげるこ
とができ、これら各々又はこれらの適宜な組合せによる
粉末があげられる。
【0015】本発明に使用される電気絶縁性の結着樹脂
は、上記した鉄粉又は鉄合金磁性粉の表面を被覆して粉
末相互間の電気絶縁状態にし鉄心全体の交流磁化に対す
る充分な実効電気抵抗値を付与せしめると同時に、これ
ら粉末を結着するバインダーとしても機能する。このよ
うな結着樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリアミド樹
脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂などの各種の樹
脂のそれぞれ又はこれらを適宜に組合せて成る樹脂をあ
げることができる。
【0016】また、本発明に使用される電気絶縁性無機
化合物の粉末は、鉄心の成形時に鉄粉又は鉄合金磁性粉
相互間における摩擦抵抗を減少させて鉄心の成形密度を
高めると同時に、導電体である鉄粉又は鉄合金磁性粉相
互間に介在して鉄心全体の交流磁化に対する実効電気抵
抗値を高めるという機能も果す。このような無機化合物
としては、炭酸カルシウム、シリカ、マグネシア、アル
ミナ、各種のガラスなど又はこれらを適宜に組合せたも
のをあげることができる。ただし、これら無機化合物
は、前記した鉄粉又は鉄合金磁性粉、結着樹脂と相互に
反応しないものでなければならないことはいうまでもな
い。
【0017】なお、無機化合物の粉末の平均粒径は、そ
の分散性、鉄心材料特性との関係からして、鉄粉又は鉄
合金磁性粉の平均粒径の1/5以下(20μm以下)に
限定される。
【0018】本発明により得られる鉄心にあっては、結
着樹脂と無機化合物の粉末との合量が、全体の体積と比
較して、1.5〜40%の範囲に設定される。この体積
比が1.5%未満の場合には、鉄心の成形密度は高まら
ずしかも実効電気抵抗値が低下し、また、40%を超え
ると実効電気抵抗値の増加傾向は飽和状態に達し更には
成形密度が低下して飽和磁束密度も低くなり磁化力10
000A/mでの磁束密度はフェライト程度になってし
まう。
【0019】結着樹脂と無機化合物粉末との相互におけ
る体積比についていえば、前者と後者の比が98〜20
vol%:2〜80vol%、好ましくは95〜30v
ol%:5〜70vol%である。
【0020】上述したような鉄粉、鉄合金磁性粉又はこ
れら両者の混合粉と結着樹脂と無機化合物粉末との3者
を所定量、例えばミキサーで充分に混練し、得られた混
練物を金型に充填してこれを圧縮成形する。このとき、
適用する成形圧は、通常、10000MPa以下でよ
い。得られた成形体は、そのまま鉄心として使用に供さ
れるが、必要に応じては、30〜300℃程度の温度で
熱処理して結着樹脂を硬化してもよい。
【0021】
【実施例】
実施例 1〜6 平均粒径の異なる各種の磁性粉、無機化合物の粉末及び
結着樹脂を第1表に示した割合(体積%)で配合し、こ
れを充分に混練した。得られた混練物を鉄心成形用金型
に充填し、各種の圧力で加圧成形して所定形状の成形体
とした。この成形体を加熱処理して結着樹脂を硬化し鉄
心とした。
【0022】これら鉄心につき、密度、磁化力1000
0A/mにおける磁束密度を測定し、更に、交流磁化に
対する鉄心の渦電流損から実効電気抵抗値を算出した。
【0023】以上の結果を一括して表1に示した。
【0024】
【表1】 また、実施例1〜4の鉄心につき−40〜120℃の温
度における透磁率及び磁束密度の変化をそれぞれ測定し
たところ、いずれもその変化率は10%未満であった。
【0025】また、実施例3の鉄心と従来のダストコア
から成る鉄心とにつき、各磁力化における磁束密度の変
化を表わす直流磁化曲線を求めそれを第2図に示した。
本発明の鉄心(曲線A)は従来のもの(曲線B)に比べ
て磁束密度の高い優れたものであることが確認された。 実施例7〜10 固有電気抵抗率(ρ)及び平均粒径(D)がそれぞれ異
なる鉄粉又は鉄合金磁性粉84vol%、平均粒径1μ
m以下のアルミナ粉末1vol%、エポキシ樹脂15v
ol%を混練し、混練物を600MPaの圧力で成形し
た後、得られた成形体に200℃、1時間の加熱処理を
施して鉄心とした。
【0026】これらの鉄心につき、1kHz〜500k
Hzの実効透磁率を測定し、1kHzの実効透磁率を基
準とした比を求めた。その結果を、ρ/D2 との関係と
して表2に示した。
【0027】
【表2】 実施例11 平均粒径63μmのFe−3Al粉末40vol%、平
均粒径53μm以下のFe−Ni粉末10vol%、平
均粒径44μm以下のFe粉、平均粒径8μmのガラス
粉末0.8vol%、ポリアミド樹脂14.2vol%
と混練し、混練物を800MPaの圧力で加圧成形した
後、成形体に100℃、1時間の加熱処理を施して鉄心
とした。この鉄心の実用抵抗率は350mΩ−cm以上
であった。
【0028】なお、以上の実施例において、エポキシ樹
脂に代えてポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂を用
い、また、マグネシウム等他の無機化合物を用いても同
様の結果が得られた。
【0029】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よると、従来のフェライトコアの鉄心、ダスコアの鉄心
に比べてはるかに高い磁束密度を有し、また高い実効電
気抵抗値を有し、更に、積層鉄心と比較しても、1〜5
00kHzの周波数帯域における実効透磁率の変化の小
さい鉄心の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 直流を交流に変換する装置の電気回路図の一
例を示す図。
【図2】 本発明の鉄心(実施例3)と従来のダストコ
アにおける直流磁化曲線を示す図。
【符号の説明】
1…半導体スイッチング素子 2…ターンオンストレス緩和用リアクトル 3…マッチング用変圧器 4…交流に対する負荷 5…直流電源 A…本発明の鉄心の直流磁化曲線 B…従来のダストコアの直線磁化曲線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平均粒径10〜100μmで、平均粒径
    をDμm、固有電気抵抗率をρμΩ−cmとしたとき、
    D、ρを数値のみで示してρ/D2 ≧4×10-3の関係
    を満足する鉄粉、鉄合金磁性粉のいずれか又は両方と、 合量が、体積比にして1.5〜40%である、電気絶縁
    性結着樹脂及び平均粒径20μm以下の電気絶縁性無機
    化合物の粉末を混合した後成形することを特徴とする鉄
    心の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002075720A (ja) * 2000-08-29 2002-03-15 Daido Steel Co Ltd 圧粉磁芯
JP2003535215A (ja) * 2000-05-31 2003-11-25 ヘガネス・コーポレーシヨン 金属に基づく圧密構成成分及び冷圧密化に適した金属に基づく粉末組成物の製造法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003535215A (ja) * 2000-05-31 2003-11-25 ヘガネス・コーポレーシヨン 金属に基づく圧密構成成分及び冷圧密化に適した金属に基づく粉末組成物の製造法
JP2002075720A (ja) * 2000-08-29 2002-03-15 Daido Steel Co Ltd 圧粉磁芯

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