(57)【要約】      （修正有）【課題】圧粉磁心の絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を、渦電流損を直接測定するのではなく簡易な方法で容易に評価することができる圧粉磁心の簡易評価方法を提供する。【解決手段】棒状の圧粉磁心試験片３をコイル４の中に挿入し、圧粉磁心試験片３に、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲で、且つ１００倍以上の差の２種類の異なる周波数の交流電流をそれぞれ流すことで、各周波数における圧粉磁心試験片３のインダクタンスを測定し、その２種類の周波数間でのインダクタンスの低下率から、圧粉磁心の絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁皮膜で被覆された軟磁性粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心における前記絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価する圧粉磁心の簡易評価方法において、
棒状の圧粉磁心試験片をコイルの中に挿入し、
前記圧粉磁心試験片に、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲で、且つ１００倍以上の差の２種類の異なる周波数の交流電流をそれぞれ流すことで、各周波数における前記圧粉磁心試験片のインダクタンスを測定し、その２種類の周波数間でのインダクタンスの低下率から、前記絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価することを特徴とする圧粉磁心の簡易評価方法。
【請求項２】
前記圧粉磁心試験片の電気抵抗と鉄損を予め測定しておき、前記電気抵抗と、前記鉄損から求めた渦電流損、および前記インダクタンスの低下率との関係から検量線を求め、前記インダクタンスの低下率の閾値を決定することで、前記絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価する請求項１記載の圧粉磁心の簡易評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁皮膜で被覆された軟磁性粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心の絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価する圧粉磁心の簡易評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流で使用されるモーターにおけるステータやロータなどの電磁気部品の磁心、特にハイブリッド自動車などのインバータやコンバータの昇圧回路に使用されるリアクトルなどには、近年、軟磁性粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心が用いられることが多くなってきている。
【０００３】
この圧粉磁心の原料粉末には絶縁皮膜で被覆された軟磁性粉末が用いられている。絶縁皮膜は圧粉磁心の渦電流損を抑制するために原料粉末の表面に形成されており、この絶縁皮膜による絶縁性が不十分であると鉄損の一つである渦電流損が増大してしまう。また、絶縁皮膜による耐熱性が不十分であっても歪取り焼鈍後に渦電流損が増大してしまう。
【０００４】
図２に示すように、圧粉磁心において発生する渦電流損には、軟磁性粉末１すなわち粒子内で発生する粒子内渦電流損６と、複数の粒子にまたがって発生する粒子間渦電流損７がある。粒子内渦電流損６は不可避な損失であるが、粒子間渦電流損７の方は、軟磁性粉末１を絶縁皮膜２で被覆することで抑制することができる損失である。このように、絶縁皮膜２は、渦電流損のうちでも粒子間渦電流損７を抑制するために原料粉末である軟磁性粉末１の表面を被覆するようにして形成される。
【０００５】
しかしながら、絶縁皮膜２による絶縁性或いは断熱性が不十分であると、粒子間渦電流が発生してしまい、この渦電流が発生すると渦電流損が急激に増大するため、軟磁性粉末１を被覆する絶縁皮膜２を確実に形成することが圧粉磁心を作製するにあたり特に重要な条件となる。
【０００６】
このようなことから、圧粉磁心を製造するにあたっては、軟磁性皮膜１を被覆する絶縁皮膜２が粒子間渦電流損７を抑制できる程度に絶縁性および耐熱性を有していることを調べることが不可欠であるといえるが、現在は渦電流損を直接測定することで、圧粉磁心の絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価することが一般的である。
【０００７】
渦電流損を測定するためには、図４に示すように、リング状の圧粉磁心試験片３を作製し、その圧粉磁心試験片３に巻き線８を施すことで測定用サンプルとして渦電流損を測定している。しかしながら、測定用サンプルの作製には、リング状の圧粉磁心試験片３と巻き線８が短絡しないように、圧粉磁心試験片３の表面上に絶縁性の材料である綿テープやビニルテープなどを巻き回した上で、巻き線８を施す必要がある。また、巻き線８には、励磁用巻き線８ａと検出用巻き線８ｂの２種の巻き線８があり、この励磁用巻き線８ａと検出用巻き線８ｂが短絡しないように、巻き線８も絶縁材料で被覆する必要があって、渦電流損を測定するための測定用サンプルの準備が非常に煩雑であるというのが現状である。
【０００８】
このように、現在実施されている従来からの渦電流損の測定方法では、測定用サンプルの準備に、巻き線を施したり絶縁材料で被覆したりするといった非常に煩雑な作業を伴うため、必要最低限でしか測定が行われていないことが多いのが現状であり、軟磁性皮膜を被覆する絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価するための簡易的な評価方法の開発が待ち望まれている。
【０００９】
また、特許文献１には、インダクタンス素子においては、周波数変化に対するインダクタンスの変化（周波数特性）を安定させることが必要であることが記載されており、また、特許文献２には、絶縁皮膜により被覆された軟磁性粉末に関する技術が記載されており、その効果として、軟磁性粉末粒子間のギャップを十分保つことで良好な直流重畳特性が得られる。更に直流重畳特性はインダクタンスの低下率で評価されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−３５９３７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３８１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決せんとしてなされたもので、圧粉磁心の絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を、渦電流損を直接測定するのではなく簡易な方法で容易に評価することができる圧粉磁心の簡易評価方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の圧粉磁心の簡易評価方法は、絶縁皮膜で被覆された軟磁性粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心における前記絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価する圧粉磁心の簡易評価方法において、棒状の圧粉磁心試験片をコイルの中に挿入し、前記圧粉磁心試験片に、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲で、且つ１００倍以上の差の２種類の異なる周波数の交流電流（以下、単に電流という。）をそれぞれ流すことで、各周波数における前記圧粉磁心試験片のインダクタンスを測定し、その２種類の周波数間でのインダクタンスの低下率から、前記絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価することを特徴とする圧粉磁心の簡易評価方法である。
【００１３】
また、本発明の圧粉磁心の簡易評価方法は、前記圧粉磁心試験片の電気抵抗と鉄損を予め測定しておき、前記電気抵抗と、前記鉄損から求めた渦電流損、および前記インダクタンスの低下率との関係から検量線を求め、前記インダクタンスの低下率の閾値を決定することで、前記絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の圧粉磁心の簡易評価方法によると、圧粉磁心の絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を、準備に非常に煩雑な作業を伴う測定用サンプルを用いて渦電流損を直接測定するのではなく、単純な棒状の圧粉磁心試験片を螺旋状に巻かれたコイルの中に挿入してインダクタンスを測定するという簡易な方法により容易に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の圧粉磁心の簡易評価方法を適用してインダクタンスを測定している状態を示す斜視図である。
【図２】軟磁性粉末の粒子内で発生する粒子内渦電流損と、複数の粒子にまたがって発生する粒子間渦電流損を示す説明図である。
【図３】圧粉磁心におけるインダクタンスと周波数の関係を示すグラフ図である。
【図４】リング状の圧粉磁心試験片を用いて渦電流損を測定している状態を示す斜視図である。
【図５】実施例で測定した圧粉磁心試験片の電気抵抗と渦電流損の関係を示すグラフ図である。
【図６】実施例で測定した圧粉磁心試験片の電気抵抗とインダクタンスの低下率の関係を示すグラフ図である。
【図７】実施例で測定した圧粉磁心試験片のインダクタンスの低下率と渦電流損の関係を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
工業的に圧粉磁心を生産するには、絶縁処理工程の検査や、絶縁皮膜が十分な絶縁性や耐熱性を備えていることを評価する製品検査が必要である。圧粉磁心の絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価するにあたって、従来からの渦電流損を直接測定する方法では、測定用サンプルの準備作業に、巻き線を施したり絶縁材料で被覆したりするという非常に煩雑な準備作業を伴っていたため、本発明者らは、圧粉磁心の絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性の評価を、単純な構成の試験片を用いて簡易な方法により評価できる方法を見出すことを目的として、鋭意、研究、実験等の検討を実施した。
【００１７】
その結果、棒状の圧粉磁心試験片を、螺旋状や渦巻状に巻かれたコイルの中に挿入して、圧粉磁心試験片に一定の条件を満足する２種類の異なる周波数の電流をそれぞれ流すことで、それぞれの周波数における前記圧粉磁心試験片のインダクタンスを測定して、その２種類の周波数間でのインダクタンスの低下率を求め、そのインダクタンスの低下率から、圧粉磁心の絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を簡易な方法で容易に評価することができることを見出し、本発明を完成した。
【００１８】
尚、インダクタンスＬは周波数を上げていくとある周波数に達したところから低下することが知られており、例えば、図３に示すように、絶縁性や耐熱性が悪い圧粉磁心Ａは、絶縁性や耐熱性が高い圧粉磁心Ｂに比べ、低い周波数からインダクタンスＬが低下してしまう。一定の条件を満足する低周波数ｆ１と高周波数ｆ２の電流を圧粉磁心試験片３に流すことでそれぞれのインダクタンスＬを測定し、その低下率を評価することで、対象の圧粉磁心が十分な絶縁性および耐熱性を有しているかどうかを評価することができる。
【００１９】
以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて更に詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の圧粉磁心の簡易評価方法を適用し、圧粉磁心試験片３を用いてコイル４につないだＬＣＲメータ５でインダクタンスを測定している状態を示している。棒状に圧縮成形した圧粉磁心試験片３を、螺旋状或いは渦巻状に巻かれたコイル４の中心に挿入し、その状態で後述する所定の２種類の異なる周波数の電流を、それぞれ圧粉磁心試験片３に順に流し、コイル４につないだＬＣＲメータ５でそれぞれのインダクタンスＬを測定する。測定した２種類の異なる周波数ｆ１、ｆ２でのインダクタンスＬｆ１，Ｌｆ２をもとに、（Ｌｆ１−Ｌｆ２）／Ｌｆ１×１００という式からインダクタンスＬの低下率を求める（図３を参照）。詳しくは実施例で説明するが、インダクタンスＬの低下率から渦電流損を想定することができる。圧粉磁心試験片３に流す２種類の周波数の電流の詳細については後述する。因みに、インダクタンスＬの低下率が小さい場合は電気抵抗が大きく、インダクタンスＬの低下率が大きい場合は電気抵抗が小さいということができる。
【００２１】
尚、圧粉磁心試験片３の形状は棒状であれば、角柱状、円柱状、短冊状等どのような形状であっても構わない。また、圧粉磁心試験片３は通常の圧粉磁心と同様に、図２に示すような絶縁皮膜２で被覆された軟磁性粉末１を圧縮成形することで作製する。
【００２２】
軟磁性粉末１は、強磁性体の金属粉末であり、具体例としては、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）、アモルファス粉末等を挙げることができる。このような軟磁性粉末１は、例えば、アトマイズ法によって、微粒子とした後に還元し、その後、粉砕すること等によって製造することができる。
【００２３】
また、この軟磁性粉末１の表面を被覆する絶縁皮膜２としては、リン酸系化成被膜等のリン酸を主成分とする皮膜やクロム系化成皮膜などの無機物、或いは低融点ガラス皮膜や、樹脂を用いて形成した皮膜を採用することが好ましい。樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、スチレン／アクリル樹脂、エステル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレンなどのオレフィン樹脂、カーボネート樹脂、ケトン樹脂、フッ化メタクリレートやフッ化ビニリデンなどのフッ素樹脂、ＰＥＥＫなどのエンジニアリングプラスチックまたはその変性品などを皮膜として用いることができる。
【００２４】
先に説明したように本発明の圧粉磁心の簡易評価方法では、圧粉磁心試験片３に２種類の所定の周波数の電流を流すが、その周波数は、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲で、且つ１００倍以上の差の２種類の異なる周波数とする。リアクトルなどに用いられる圧粉磁心試験片３に流す電流の周波数は、圧粉磁心の使用周波数帯域および装置の構成上、１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲が妥当な範囲である。しかしながら、圧粉磁心試験片３に流す２種類の電流の周波数の差が小さすぎると、インダクタンスの低下率から渦電流損を想定し、絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価することが難しくなってしまったり不可能になったりするので、圧粉磁心試験片３に流す２種類の電流の周波数の差は１００倍以上の差とする。尚、上限は特に記載していないが、圧粉磁心試験片３に流す電流の周波数は１０Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲であるので、１０万倍である。
【００２５】
また、本発明の圧粉磁心の簡易評価方法は、棒状の圧粉磁心試験片３をコイル４の中心に挿入するという簡単な方法で試験体をセットするだけで試験の事前準備ができ、図４に示す従来からのリング状の圧粉磁心試験材を用いた試験のように、圧粉磁心試験材に絶縁材料を巻き回した上で巻き線を施し、また、巻き線にも絶縁材料で被覆するという非常に煩雑な準備作業を必要としないため、本発明は作業効率に優れた評価方法といえる。
【００２６】
尚、圧粉磁心は搭載される製品や材料によって、使用する周波数帯やインダクタンスの絶対値やインダクタンスの低下率が異なる。従って、インダクタンンスの低下率と渦電流損の関係を予め評価した上で、検量線を作成し、インダクタンスの閾値を設定することが望ましい。
【００２７】
また、本発明の圧粉磁心の簡易評価方法は、閉回路で行う測定でないため、磁心以外の空間にまで磁束が漏れることが想定される。そのため、測定用のコイル４の周辺には磁性体が存在することは好ましくなく、少なくともコイル４の周辺５０ｃｍ以内には磁性体が存在しないことを要件とする。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適宜変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２９】
軟磁性粉末として純鉄粉（神戸製鋼所製：マグメル（登録商標）ＭＬ３５Ｎ）を用い、その表面に絶縁皮膜となるリン酸系化成皮膜を形成した。このリン酸系化成皮膜の形成には、リン酸系化成皮膜用処理液として、水：５０質量部、ＮａＨ２ＰＯ４：３０質量部、Ｈ３ＰＯ４：１０質量部、（ＮＨ２ＯＨ）２・Ｈ２ＳＯ４：１０質量部、Ｃｏ３（ＰＯ４）２：１０質量部を混合して原液とし、電気抵抗を変化させるために水で５０倍まで適宜希釈して濃度を変えた処理液を用いた。純鉄粉１００質量部に対して前記様々な濃度の処理液を５質量部混合して、大気中２００℃で乾燥させることにより、純鉄粉の表面にリン酸系化成皮膜を形成した。
【００３０】
その後、この絶縁皮膜を形成した軟磁性粉末を用いて圧粉成形することで、リング状の圧粉磁心試験片（φ４５×φ３３×５ｔ：単位ｍｍ）と、角柱状の圧粉磁心試験片（１２．７×３１．７５×５ｔ：単位ｍｍ）を作製した。
【００３１】
図４に示すようなリング状の圧粉磁心試験片３を用いて、その電気抵抗および鉄損（渦電流損）を測定すると共に、角柱状の圧粉磁心試験片３を用いてインダクタンスＬを測定した。インダクタンスＬの測定は、図１に示すように、筒にリッツ線を巻いた（巻き数１００）コイル４の中心に角柱状の圧粉磁心試験片３を挿入し、コイル４にＬＣＲメータ５をつなぎ、周波数１００Ｈｚと１００ｋＨｚの電流をそれぞれ流した時のインダクタンスＬをＬＣＲメータ５で測定した。
【００３２】
１００Ｈｚの電流を流した際のインダクタンスＬ１００Ｈｚと、１００ｋＨｚの電流を流した際のインダクタンスＬ１００ｋＨｚとから、下記式をもとにインダクタンスＬの低下率ＬＤ（単位％）を求めた。
ＬＤ＝（Ｌ１００Ｈｚ−Ｌ１００ｋＨｚ）／Ｌ１００Ｈｚ×１００
【００３３】
前記した各測定で求めた電気抵抗（単位μΩ・ｍ）と渦電流損（単位Ｗ／ｋｇ）の関係を図５に、電気抵抗（単位μΩ・ｍ）とインダクタンスＬの低下率（単位％）の関係を図６に、インダクタンスＬの低下率（単位％）と渦電流損（単位Ｗ／ｋｇ）の関係を図７に、それぞれ示す。
【００３４】
図５に示す電気抵抗と渦電流損の関係によると、電気抵抗がある程度小さくなると急激に渦電流損が増大することが分かる。また、図６に示す電気抵抗とインダクタンスＬの低下率の関係も、図５に示す電気抵抗と渦電流損の関係と同様の傾向を示しており、図５と図６に図示した内容は、インダクタンスＬの低下率と渦電流損には相関関係があることを示唆している。
【００３５】
図７はインダクタンスＬの低下率と渦電流損の関係を示すが、インダクタンスＬの低下率が大きくなると渦電流損が増大しており、インダクタンスＬの低下率と渦電流損には正の相関関係があることが分かる。また、インダクタンスＬの低下率が３％以下では渦電流損の値は殆ど変化していないことから、この渦電流損の値が軟磁性粉末内で発生する不可避な損失の粒子内渦電流損であるといえる。すなわち、ＭＬ３５Ｎの場合は、インダクタンスＬの低下率が３％以下であれば、渦電流損は全て粒子内渦電流損であると見なすことができ、３％を閾値とすることで、絶縁皮膜による絶縁性および耐熱性を評価することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１…軟磁性粉末
２…絶縁皮膜
３…圧粉磁心試験片
４…コイル
５…ＬＣＲメータ
６…粒子内渦電流損
７…粒子間渦電流損
８…巻き線
８ａ…励磁用巻き線
８ｂ…検出用巻き線
【図１】
2015207652.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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