(57)【要約】【課題】  磁性体コアから空気中への騒音の伝播、及び磁性体と接触するケース等への振動の伝播を抑制した線輪部品を提供すること。【解決手段】  軟磁性粉と結合材を主に含有するコンポジット磁性体と、前記コンポジット磁性体に埋設された巻線を備え、前記巻線外周部、及び、前記巻線の巻き軸方向における端部の少なくとも一部と、前記コンポジット磁性体の表面の少なくとも一部を繋ぐ領域の前記コンポジット磁性体の軟磁性粉の磁歪が正である線輪部品とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性粉と結合材を主に含有するコンポジット磁性体と、通電により磁界を発生するコイルに絶縁材を被覆した巻線を少なくとも備え、前記巻線を前記コンポジット磁性体に埋設してなる線輪部品であって、前記巻線の少なくとも一部に外接する領域の前記コンポジット磁性体は正の磁歪を有することを特徴とする線輪部品。
【請求項２】
さらに前記コンポジット磁性体の少なくとも一部に接する外装部材を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の線輪部品。
【請求項３】
前記軟磁性粉末の磁歪定数は１×１０−６以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の線輪部品。
【請求項４】
前記コンポジット磁性体の弾性率が１ＧＰａ以上、５０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項５】
前記巻線に通電する交流電流の周波数が１ｋＨｚ以上、１００ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項６】
前記巻線に通電する電流のうち、１００ｋＨｚより高い周波数成分を除くピーク値が２０Ａ以上、５００Ａ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項７】
前記軟磁性粉はＦｅ−Ｓｉ合金により形成され、Ｓｉ含有量が６質量％以下であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項８】
前記軟磁性粉はＦｅ−Ｓｉ合金により形成され、Ｓｉ含有量が２質量％以上、５質量％以下であることを特徴とする請求項７に記載の線輪部品。
【請求項９】
さらに前記コンポジット磁性体が剛性ケースに収容され、かつ、前記剛性ケースと接着されていることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項１０】
前記コンポジット磁性体への結合材の含有量が２０体積％以上、３５体積％以下であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項１１】
さらに、前記コンポジット磁性体に弾性体粉が１体積％以上、１０体積％以下含有されていることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項１２】
軟磁性粉と結合材を主に含有するコンポジット磁性体と、通電により磁界を発生するコイルに絶縁材を被覆した巻線を少なくとも備え、前記巻線を前記コンポジット磁性体に埋設してなる線輪部品であって、前記巻線の少なくとも一部に外接する領域の前記コンポジット磁性体の軟磁性粉末の磁歪の体積平均値が正であることを特徴とする線輪部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性を持つコンポジット磁性体に、導線を巻回した巻線を埋設してなる線輪部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄心形リアクトルの振動及び騒音を抑制するため、磁歪を伸び方向に設定したけい素鋼板よりなるブロックコアとスペーサを交互に積み重ねた鉄心脚を用いることで、磁歪と磁気吸引力によるスペーサの収縮量を相殺させる技術が特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、同様に振動及び騒音を抑制するため、磁性体粉末と樹脂との混成物から成る磁芯部と、磁芯部に埋設された巻線部を備えたインダクタンス部品において、巻線部の内周部に磁気歪み特性が正である磁性粉末と樹脂との混成物を磁芯の構成物に用いていることで、磁芯を構成する磁性体粉末に磁化が生じることにより発生する磁性体粉末間に働く吸引力による磁芯の弾性変形と、同じく磁芯を構成する磁性体粉末に磁化が生じることにより生じる磁気歪みによる磁芯の弾性変形と、巻線電流が２００Ａ以上の大電流となり巻線に働く電磁力が増大した結果生じる巻線を固定保持する冶具そのものの弾性変形とを互いに干渉せしめる技術と、磁芯部に球状の中空球を含ませた技術が特許文献２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−０９６３１０号公報
【特許文献２】特開２００６−２６１３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術により、ブロックコアとスペーサにより構成された鉄心脚全体の振動は抑制されるが、ブロックコアやスペーサ単体の振動は空気中を伝播し、騒音が漏れてしまうという課題がある。
【０００６】
また、巻線への通電電流の周波数が上がり、ブロックコア単体で磁歪による振動が共振することになれば、騒音はさらに増加するという課題もある。
【０００７】
一方、特許文献２の技術では、巻線外周部の磁芯部に用いられる磁性体粉末の磁歪を負にしているため、巻線外周部の磁芯部は磁歪と電磁力が互いに振動を強めあい、かえって騒音や振動の発生を助長してしまうという課題がある。
【０００８】
さらに、特許文献１、特許文献２の技術はブロックコアとスペーサ、または巻き線内周部と巻き線外周部など、複数のブロック状の磁芯部の磁歪と電磁力による変形の相互作用を利用したものである。
【０００９】
しかし、ブロック状の磁芯部における内部の磁束の向きは一様ではない。特に巻線に近接する部分では磁束密度が大きく、さらに巻線の内周部と外周部の間で周回するよう磁束が大きく曲がっているため、ブロック状の磁芯部を組み合わせても互いの変形を打ち消しきれず、振動や騒音を充分に抑制できない課題がある。
【００１０】
すなわち、特許文献１、特許文献２に記載の技術でも磁束の向きに対し、振動を抑制できる方向が限定されており、それらの干渉によってもなお振動は充分に抑制されないという課題でもある。
【００１１】
また、特許文献２の実施例ではさらに磁芯部に球状の中空球が含まれており、うなり、すなわち騒音を抑制するという結果に、磁歪と、球状の中空球のどちらが効果的であるのか明らかにされていない。
【００１２】
磁歪に関しては樹脂中に粉末の磁性体が分散してなる複合磁性体に於いては、磁芯全体に占める磁歪の発生源の比率が低くなることや、個々の粉末粒子の磁歪による変形が粉末粒子の周囲を占める鉄系の金属よりは一般に一桁以上低弾性である樹脂により分散、緩和されるため、磁歪による変形が充分に複合磁性体の変形として現れないなど、バルクの鉄芯の場合よりもその影響は小さなものとなり、逆に、電磁吸引力による変形やコイルのローレンツ力による変形は磁歪による変形に匹敵するほどのレベルとなり、実際に振動や騒音として問題となるという課題がある。
【００１３】
従って本発明の目的は、磁性体コアから空気中への騒音の伝播、及び磁性体と接触するケース等への振動の伝播を抑制した線輪部品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
軟磁性粉と結合材を主に含有するコンポジット磁性体と、通電により磁界を発生するコイルに絶縁材を被覆した巻線を少なくとも備え、前記巻線を前記コンポジット磁性体に埋設してなる線輪部品であって、前記巻線の少なくとも一部に外接する領域の前記コンポジット磁性体は正の磁歪を有する線輪部品により上記課題を解決する。
【００１５】
巻線の内周面以外の外周面や巻線の巻き軸方向における端部から、コンポジット磁性体を経由して外部接続部品や大気等と接する表面まで磁束により誘起された振動が伝播すると振動や騒音が発生する。
【００１６】
このようなコンポジット磁性体の軟磁性粉の磁歪を正にすることで、軟磁性粉の磁歪による変形と、隣り合う軟磁性粉間の結合材が電磁力により収縮する変形とが互いに打ち消しあうため、コンポジット磁性体内部のいかなる場所、いかなる向きに磁束があっても磁束の時間変化による振動を抑制することができる。
【００１７】
すなわち、コンポジット磁性体表面付近の軟磁性粉は全て結合材で覆われているため、軟磁性粉単体が振動していても、結合材内部で電磁力による振動とキャンセルして表面から騒音や振動が伝播するのを抑制する。
【００１８】
さらに、隣り合う軟磁性粉間の結合材が電磁力により収縮する変形を軟磁性粉の磁歪による変形が上回った場合は、ローレンツ力による巻線の巻き軸方向の収縮変形と相殺できるため、振動を効果的に抑制することができる。
【００１９】
なお、本発明の線輪部品はさらに前記コンポジット磁性体の少なくとも一部に接する外装部材を更に備えていてもよい。
【００２０】
接触する部材としては、例えばコンポジット磁性体を支持する部材や、巻線の外部接続端子に接続される導体などがある。また、結合材の硬化前が液状の接着剤で、巻線を内部に配置したアルミケースに未硬化の液状の結合材と軟磁性粉の混合物を注ぎ込み、硬化させることで作成した線輪部品である場合は、アルミケースがコンポジット磁性体と接触する部材となる。
【００２１】
また、前記軟磁性粉末の磁歪定数は１×１０−６以上であることが望ましく、前記コンポジット磁性体の弾性率が１ＧＰａ以上、５０ＧＰａ以下であることも望ましい。
【００２２】
軟磁性粉末の磁歪定数とコンポジット磁性体の弾性率を適正な範囲にすることで、軟磁性粉の磁歪による変形と、隣り合う軟磁性粉間の結合材が電磁力により収縮する変形とが互いに打ち消しあうため、コンポジット磁性体内部のいかなる場所、いかなる向きに磁束が生じても振動を抑制することができる。
【００２３】
なお、巻線に通電する交流電流の周波数は１ｋＨｚ以上、１００ｋＨｚ以下であるのが望ましい。また、巻線に通電する電流のうち、１００ｋＨｚより高い周波数成分を除くピーク値が２０Ａ以上、５００Ａ以下であるのが望ましい。
【００２４】
このような可聴域の周波数や、大電流が通電されることでコンポジット磁性体表面が振動すると、大気中に騒音として伝播してしまうが、本発明によってコンポジット磁性体表面の振動が抑制され、騒音を抑制する作用をもたらすことになる。
【００２５】
巻線が埋設されたコンポジット磁性体の全ての磁歪定数が１×１０−６以上の軟磁性粉と結合材によって構成されていれば、振動や騒音をより効果的に抑制することができる。
【００２６】
なお、軟磁性粉はＦｅ−Ｓｉ合金により形成され、Ｓｉ含有量が６質量％以下であることが望ましく、２質量％以上、５質量％以下であれば、なお望ましい。
【００２７】
巻線に大電流を通電する場合、軟磁性粉としては飽和磁化の高い材料が求められ、Ｆｅ−Ｓｉ合金が望ましい。また、振動や騒音を抑制するためには、Ｓｉ含有量を６質量％以下、さらには２質量％以上、５．５質量％以下とすることで磁歪定数を正の大きい値とするのが望ましい。
【００２８】
なお、Ｓｉの含有量を６質量％以下とすることで正の磁歪による鉄損の増加を招く場合もあるが、飽和磁化の増加に伴い直流重畳特性も伸びることから、巻線の巻数を減らすこともできるため、銅損が削減され、全体としての損失を同等か、または改善することが可能となる。さらに、全体としての損失が同等であっても、損失により熱が発生する部位が巻線からコンポジット磁性体に分散されるため、線輪部品の放熱性を向上させることも可能となる。
【００２９】
また、Ｓｉの含有量を６質量％以下とすることで軟磁性粉の熱伝導率も向上するため、線輪部品の放熱性を向上させることも可能となる。
【００３０】
さらにコンポジット磁性体が剛性ケースに収容され、かつ、前記剛性のケースと接着しているのが望ましい。
【００３１】
このような構成とすることで、アルミ等の剛性ケースによりコンポジット磁性体が接着されているため、コンポジット磁性体表面の振動が抑制される。
【００３２】
また、コンポジット磁性体への結合材の含有量は２０体積％以上、３５体積％以下であることが望ましい。さらに、弾性体粉が１体積％以上、１０体積％以下含有されていればなお望ましい。
【００３３】
結合材の含有量が２０体積％以上とすることでコンポジット磁性体の強度を確保し、３５体積％以下とすることでインダクタンス特性や直流重畳特性等の磁気特性を確保する。
【００３４】
また、弾性体粉は軟磁性粉の間に入り込み、隣り合う軟磁性粉間のコロとして作用し、硬化前のコンポジット磁性体の流動性が改善し、コンポジット磁性体を成形する上での作業性が向上する。
【００３５】
なお、軟磁性粉と結合材を主に含有するコンポジット磁性体と、通電により磁界を発生するコイルに絶縁材を被覆した巻線を少なくとも備え、前記巻線を前記コンポジット磁性体に埋設してなる線輪部品であって、前記巻線の少なくとも一部に外接する領域の前記コンポジット磁性体の軟磁性粉末の磁歪の体積平均値が正である線輪部品であっても良い。
【発明の効果】
【００３６】
本発明により、コンポジット磁性体から空気中への騒音の伝播、及びコンポジット磁性体と接触するケース等への振動の伝播を抑制した線輪部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明における線輪部品の断面図。
【図２】本発明におけるコンポジット磁性体の模式図。
【図３】本発明におけるコンポジット磁性体の模式図。
【図４】本発明におけるコンポジット磁性体の模式図。
【図５】巻線の巻軸方向端部の線輪部品表面における振動値を示す図。
【図６】巻線の径方向端部の線輪部品表面における振動値を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明における線輪部品の断面図である。本発明の線輪部品は、例えば表面に絶縁材２を形成した巻線３を、ケース４の内壁から距離をおいて固定し、正の磁歪を持つ軟磁性粉と未硬化の結合材を混合したコンポジット磁性体１を絶縁材２及び巻線３を覆い隠すほどの高さまでケース４内に注ぎ込み、結合材を熱などにより硬化させることで作成することができる。
【００３９】
結合材としては、熱硬化性があり、未硬化の状態では液状の樹脂が望ましく、そのような樹脂としては、例えばエポキシ樹脂などがある。
【００４０】
軟磁性粉は、飽和磁束密度の高いＦｅ系の材料が望ましく、特に組成によって磁歪の調査が可能なＦｅ−Ｓｉ合金が望ましい。
【００４１】
図２は、本発明におけるコンポジット磁性体の模式図であり、軟磁性粉の磁歪による変形が、軟磁性粉間の磁力による変位よりも大きい場合を示している。コンポジット磁性体１０１の中には、軟磁性粉１１１と、結合材１２が含まれている。
【００４２】
コンポジット磁性体内部に磁束Ｂが発生すると、正の磁歪を持つ軟磁性粉１１１は、磁束Ｂによって磁歪による軟磁性粉変形Ｓが生じ、磁束Ｂに沿った方向に伸びた軟磁性粉１１２となる。軟磁性粉の変形によって、コンポジット磁性体１０１も磁束Ｂに沿った方向に伸びるようコンポジット磁性体変形Ｅが生じたコンポジット磁性体１０２となる。
【００４３】
図３は、本発明におけるコンポジット磁性体の模式図であり、軟磁性粉の磁歪による変形が、軟磁性粉間の磁力による変位よりも小さい場合を示している。
【００４４】
コンポジット磁性体内部に磁束Ｂが発生すると、磁束Ｂの方向に沿って隣接する軟磁性体粉同士が磁力で引かれ合い、結合材１２が弾性変形することで、軟磁性粉１１１は隣接する軟磁性体粉の距離が縮まる軟磁性粉変位Ａを受けた軟磁性粉１１２となる。従って、コンポジット磁性体１０１も磁束Ｂに沿った方向に縮むようコンポジット磁性体変形Ｅが生じたコンポジット磁性体１０２となる。
【００４５】
図４は、本発明におけるコンポジット磁性体の模式図であり、軟磁性粉の磁歪による変形と、軟磁性粉間の磁力による変位とが同程度である場合を示している。
【００４６】
軟磁性粉１１１は、磁束Ｂによって磁歪による軟磁性粉変形Ｓと、磁力による軟磁性粉変位Ａが互いに打ち消しあうことで、コンポジット磁性体１０１の変形は抑えられる。
【００４７】
ここで、図２の場合のように、軟磁性粉の磁歪による軟磁性粉変形Ｓが磁力による軟磁性粉変位Ａよりも大きい場合でも、線輪部品全体として見ると、巻線３間のローレンツ力による巻線方向への巻線収縮変形Ｌとコンポジット磁性体が磁束Ｂに沿った方向に伸びるコンポジット磁性体変形Ｅが打ち消しあうため、コンポジット磁性体表面の変形、すなわち磁束Ｂの時間変化による振動は抑えられる。
【００４８】
すなわち、軟磁性粉が正の磁歪を持てば、磁力による軟磁性粉の変位や、巻線のローレンツ力による変位を打ち消すため、磁束の時間変化によるコンポジット磁性体表面の振動が抑えられる。
【００４９】
さらに、軟磁性粉はコンポジット磁性体内部に一様に分布しているため、磁束がどのような方法に向いていても、磁束の時間変化による振動の抑制効果がある。特に巻線３近傍の磁束Ｂの曲率の大きい部分でも磁力による軟磁性粉の変位が打ち消される。
【実施例】
【００５０】
本発明を実施した一例を、図１を参照しながら説明する。表面に絶縁材２を設けた巻線３は０．８×９ｍｍの平角線をエッジワイズ形状で３２ターン巻きまわし、外形８０ｍｍ、内径６０ｍｍ、高さ３２ｍｍとし、巻線３の２箇所の端末を巻き軸と平行で同じ方向に引き出すことで作製した。
【００５１】
次に、内径１００ｍｍ、深さ５０ｍｍのケース４内に、巻線３の２箇所の端末を支持しつつケース４の内壁から距離を置くよう固定した。
【００５２】
一方、２液混合熱硬化型エポキシ樹脂であるジャパンエポキシレジン社製エピコート（登録商標）８２７とエピキュア（登録商標）Ｗを混合した結合材へ、ガスアトマイズによって作製した粉末の軟磁性粉を、コンポジット磁性体に対する軟磁性粉の体積比が６０体積％となるよう混合し、未硬化のコンポジット磁性体を得た。
【００５３】
さらに、アルミ製のケース４内に未硬化のコンポジット磁性体を、絶縁材２を設けた巻線３を覆い隠す高さまで注ぎ込み、ケースごと１２０℃の恒温槽に４時間、次に１８５℃の恒温槽に４時間放置することで線輪部品を作製した。
【００５４】
なお、軟磁性粉として、磁歪定数が２３ｐｐｍとなるＦｅ−３質量％Ｓｉを用いた線輪部品を実施例１、磁歪定数が０ｐｐｍとなるＦｅ−６．５質量％Ｓｉを用いた線輪部品を比較例１としている。
【００５５】
使用状態における線輪部品表面の振動を測定するため、巻線における巻軸方向端部にある線輪部品表面に加速度センサ５１、巻線における径方向端部にある線輪部品表面に加速度センサ５２を接着固定し、巻線に周波数１０ｋＨｚ、交流振幅６０Ａｐ−ｐ、直流重畳電流４０Ａを通電して、加速度センサ５１、５２により線輪部品表面の振動を測定した。
【００５６】
図５は巻線の巻軸方向端部の線輪部品表面における振動値である。また、図６は巻線の径方向端部の線輪部品表面における振動値である。
【００５７】
図５により、巻軸方向端部の線輪部品表面における振動は、軟磁性粉の正の磁歪定数が大きい本発明のほうが小さく抑制されていることがわかる。また図６より、もともと振動の小さい径方向端部の線輪部品表面における振動値は、本発明のように軟磁性粉の磁歪定数が大きくても変わらないことがわかる。
【符号の説明】
【００５８】
１、１０１、１０２  コンポジット磁性体
１１１、１１２  軟磁性粉
１２  結合材
２  絶縁材
３  巻線
４  ケース
５１、５２  加速度センサ
Ｂ  磁束
Ｓ  軟磁性粉変形
Ａ  軟磁性粉変位
Ｅ  コンポジット磁性体変形
Ｌ  巻線収縮変形
【図１】
2012195393.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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