电抗器用压粉磁芯的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及适于电力供给的控制、调整所使用的电抗器的芯的电抗器用压粉磁 芯，特别是涉及适合作为太阳能发电系统、风力发电系统、自然冷媒热栗热水供给机等中在 未被灌封而露出的状态下使用的电抗器的芯的电抗器用压粉磁芯。
【背景技术】
[0002] 电抗器为在芯上卷绕线圈而组装的无源元件，作为芯，利用由均质的磁性原材料 形成的芯（铁芯）、或者通过粘接等将被分割开的多种磁性原材料一体化的芯。在车载用电 抗器等中，为了排除来自周围的影响（特别是振动），将已组装的电抗器收容在容器内并用 绝缘树脂等密封（所谓的灌封）而使用（例如参照专利文献1)。另一方面，与车载用途不 同，在用于太阳能发电系统、风力发电系统、自然冷媒热栗热水供给机等的电抗器那样的定 置用途中，因为不会受到振动，因此常常以在容器中未灌封而暴露的状态使用电抗器（例 如参照专利文献2)。
[0003] 作为电抗器的芯的原材料，以前使用在Fe中包含3~6. 5%Si的硅钢板等材料， 但硅钢板硬、缺乏造型性。因此，从廉价且造型性优异方面出发，正在拓宽将表面具有绝缘 被膜的软磁性粉末压粉成型而成的压粉磁芯的适用（例如参照专利文献3)。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本特开2005-72198号公报
[0007] 专利文献2:日本特开2000-312484号公报
[0008] 专利文献3:日本特开平9-102409号公报
【发明内容】
[0009] 发明要解决的问题
[0010] 被灌封的电抗器利用容器和绝缘性树脂等与空气隔绝，不易受到外界的影响，而 未被灌封的电抗器暴露于空气中，即使组装后用清漆等被覆，也较容易受到周围的影响。特 别是在将软磁性粉末压粉成型而成的压粉磁芯用作芯的情况下，由于原材料的组织结构而 有可能使周围影响到达内部，从而担心发热、经时效率降低、耐热寿命缩小等。因此，在产生 对装入电抗器的设备追加地施以冷却装置等发热体对策的必要时，在设备的生产成本方面 变得不利。
[0011] 本发明的目的在于提供一种即使在未灌封下使用，电磁性质也不易经时变化的适 于用作电抗器的芯的压粉磁芯。
[0012] 另外，本发明的目的在于提供一种即使在暴露于空气的状态下使用也能抑制铁损 和磁滞损耗的增加，显示经时稳定的特性的电抗器用压粉磁芯。
[0013] 解决问题的方法
[0014] 为了解决上述问题，本发明人等反复深入研究，结果发现：在将压粉磁芯用作芯的 情况下所产生的发热、经时效率降低起因于铁损的增加、特别是磁滞损耗的增加，从而完成 了能够抑制磁滞损耗的经时增加的本发明。
[0015] 根据本发明的一个形态，其要点为：电抗器用压粉磁芯为适用于在未被灌封而露 出芯的状态下使用的电抗器的电抗器用压粉磁芯，实质上包含压粉体，所述压粉体由在铁 基软磁性粉末的表面形成有绝缘被膜的绝缘被覆铁基软磁性粉末构成，且在180°C、500小 时的经时变化以有效导磁率的降低率计为小于或等于1%。
[0016]另外，根据本发明的另一个形态，其要点为：电抗器用压粉磁芯为适用于在未被灌 封而露出芯的状态下使用的电抗器的电抗器用压粉磁芯，实质上包含压粉体，所述压粉体 由在铁基软磁性粉末的表面形成有绝缘被膜的绝缘被覆铁基软磁性粉末构成，且相邻2个 绝缘被覆铁基软磁性粉末粒子间的空隙量小于或等于2体积％。
[0017] 发明效果
[0018] 根据本发明，能够得到即使在暴露于空气的状态下使用，伴随经过时间增加的铁 损增加也得以抑制的压粉磁芯，因此适合作为即使在未灌封下使用，发热、经时效率降低也 得以抑制的电抗器用压粉磁芯，能够提供一种适于在露出的状态下使用的电抗器的芯的压 粉磁芯。
【附图说明】
[0019] 图1是表示将压粉磁芯适用于未进行灌封的电抗器的芯的情况下，随经过时间的 铁损W的变化的图表。
[0020] 图2是表示图1的压粉磁芯的铁损W的细目（涡流损耗t和磁滞损耗Wh)的图 表。
[0021 ] 图3是表示实施例中的压粉磁芯A~C随经过时间的有效导磁率ya的变化的图 表。
[0022] 图4是表示压粉磁芯A~C随经过时间的磁滞损耗^的变化的图表。
[0023] 图5是表示压粉磁芯A~C随经过时间的涡流损耗I的变化的图表。
[0024] 图6是表示压粉磁芯A~C随经过时间的铁损W的变化的图表。
[0025] 图7是表示压粉磁芯A和C中粒子间的空隙的状态的、截面的扫描型电子显微镜 照片。
【具体实施方式】
[0026] 在各种发电系统中使用的电抗器，不能保证在常温下使用，电抗器周围的温度由 于系统的设置环境、使用状况而上升。本申请发明人等为了研究在将由对铁粉末的表面实 施了绝缘性被覆的绝缘被覆铁粉末所形成的压粉磁芯用作电抗器的芯的情况下所产生的 发热、经时效率降低的原因，对未被灌封的电抗器的芯研究了被置于加热状态时磁特性的 变化，得到了图1所示的结果。图1是以使用HoganasAB公司制的铁粉Somaloyll0i(5P)制 作的压粉磁芯作为芯来构成电抗器，在未进行灌封的状态下在180°C的大气中静置规定时 间，之后在频率：10kHz、磁通密度：100mT下测定铁损W，研究随经过时间的铁损W的变化的 图表。根据图1，显示了初期为115kW/m3左右的铁损W随着加热时间的经过，增加至138kW/ m3左右即1.2倍。即判明：随着时间经过，压粉磁芯的铁损增加。如图1所示铁损增加时， 不仅作为元件的效率降低，而且产生发热，电抗器的寿命降低。
[0027] 在电磁钢板中，铁损W可以如下述式（1)那样以涡流损耗％与磁滞损耗Wh的和表 示，涡流损耗I和磁滞损耗Wh可以以下述式（2)和式（3)表示。在式（2)和式（3)中，f 为频率、Bn为励磁磁通密度、P为固有电阻值、t为材料的厚度、kp匕为系数。
[0028] ff=ffe+ffh (1)
[0029]ffe=(kA't2/P)f2 (2)
[0030] ffh=k2BnL6f(3)
[0031] 根据式（2)，涡流损耗l与材料厚度t的平方成比例地增大。为了降低该涡流损 耗I，必须将涡流封闭在小范围内。通过将其适用于压粉磁芯，从而在每个软磁性粉末粒 子的表面形成绝缘被膜而将涡流封闭在软磁性粉末的内部，并且通过将其高密度地压粉成 型，从而实现了磁通密度的增强与铁损的降低。在这样的压粉磁芯中，如果绝缘不充分，则 涡流损耗WJI大，因此本发明人等认为由经时变化导致绝缘被膜劣化是图1的铁损增大的 原因，并测定了压粉磁芯中铁损的细目。将该结果示于图2中。
[0032] 但是，根据图2判明：与上述预想不同，涡流损耗I不管经过多少时间都是稳定 的，铁损的经时增加的原因是磁滞损耗Wh的增加。因此，为了抑制铁损W的经时增加，必须 抑制磁滞损耗Wh的经时增加。
[0033] 另外，交流磁场中的导磁率y为作为磁场强度H与磁通密度B的关系的磁化曲线 (B-H曲线）的斜率，磁滞损耗^相当于磁化曲线的面积。由此，本发明人等可以说磁化曲 线近似于直线者，即磁化曲线的切线斜率（微分导磁率）的变化少者，磁滞损耗1少，导磁 率的经时变动少者，磁滞损耗Wh的经时增加少。也就是说，恒导磁率性的（微分导磁率稳 定的）压粉磁芯在抑制磁滞损耗的经时增加方面有利，即使在芯未被灌封而露出的状态下 使用电抗器，芯的铁损也不会经时增加，发挥稳定且良好的特性。
[0034] 具体地说，本申请发明的电抗器用压粉磁芯，特征在于包含导磁率的经时变化小 于或等于1%的压粉磁芯，可以适合地用作在容器中未被灌封而露出芯的状态下使用的电 抗器的芯。对于导磁率的经时变化小于或等于1 %的压粉磁芯，将如下得到的压粉磁芯供于 使用：通过将在铁基组成的软磁性粉末表面形成有绝缘性被膜的绝缘被覆软磁性粉末压缩 成型而制造，成型后实施热处理。这时，通过将相邻2个绝缘被覆铁基软磁性粉末粒子间的 空隙量设为小于或等于2体积％而实现。即，导磁率的经时变化起因于软磁性粉末的氧化， 但由于相邻2个绝缘被覆铁基软磁性粉末粒子间的空隙作为连通孔起作用，因此连电抗器 用压粉磁芯的内部都与外部大气连通而被暴露，使软磁性粉末的氧化变得容易进行。另一 方面，在相邻2个绝缘被覆铁基软磁性粉末粒子间密合且该2粒子间的空隙量小于或等于2 体积％的状态下，空隙不易连通，能够防止连电抗器用压粉磁芯的内部都暴露于大气中，抑 制软磁性粉末的氧化。另外，即使在该状态下，也可能在3个以上的绝缘被覆铁基软磁性粉 末粒子之间形成空隙（所谓的气孔），但这样的空隙（气孔）容易成为封闭气孔，因此能视 为实质上不存在电抗器用压粉磁芯与外部的连通。
[0035] 另外，3维结构中的空隙体积比可以作为2维结构中的空隙面积比近似地测定， 因此上述压粉磁芯的2粒子间的空隙量（体积比）可以作为压粉磁芯截面的空隙面积比 来确定。具体地说，可以通过图像的解析，求出空隙的面积比，当作空隙的体积比，所述图 像如下得到：对压粉磁