复合材料、电抗器、转换器和功率转换器件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及适合用作构成诸如电抗器等磁性部件的材料的复合材料、包括由该复 合材料形成的磁巧的电抗器、包括该电抗器的转换器W及包括该转换器的功率转换器件。 具体而言，本发明设及能够降低损耗且部件数量少的电抗器和适用于该电抗器的复合材 料。
【背景技术】
[0002] 一种包括线圈和设置有该线圈的磁巧在内的磁性部件（例如，电抗器或电动机） 被用于多个领域中。例如，专利文献1公开了一种电抗器，其用作安装在诸如混合动力电动 汽车等车辆上的转换器等的电路部件。专利文献1公开了一种由诸如纯铁粉末等磁性粉末 和含有该粉末的树脂（粘结剂）构成的复合材料，该复合材料作为构成设置在所述电抗器 中的磁巧的材料。能够通过用将作为原料的磁性粉末和未固化的液态树脂进行混合而获得 的混合物填充具有所需形状等的成型模具，然后固化该树脂来制造该复合材料。
[0003] 引用列表
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 ;日本专利No. 4, 692, 768
【发明内容】
[0006] 技术问题
[0007] 理想的是，当磁巧具有所需特性时，损耗应尽量小。此外，从诸如电抗器等磁性部 件的制造性的观点考虑，理想的是，部件数量应尽量少。因此，理想的是，磁巧应包括的部件 数量少。
[000引根据专利文献1，使用复合材料构成磁巧而不设置间隙。因此，可W省略间隙材料， 并且能够减少部件的数量。在专利文献1中，为避免设置间隙，复合材料被设置为具有11 W下的相对磁导率。由于相对磁导率降低，因此存在磁通泄露的可能性，从而导致因磁通量 的泄漏而造成损耗。
[0009] 因此，本发明的目的在于提供一种能够降低损耗且部件数量少的电抗器。此外，本 发明的另一目的在于提供一种适合用于构筑电抗器的复合材料。
[0010] 本发明的另一目的在于提供一种包括所述电抗器的转换器和一种包括所述转换 器的功率转换器件。
[0011] 解决问题的技术方案
[0012] 通过将复合材料的相对磁导率设置在特定范围内，本发明能够良好地实现上述目 标。
[0013] 根据本发明的复合材料含有磁性粉末和包括呈分散状态的所述磁性粉末的高分 子材料，并且所述磁性粉末相对于整个复合材料的含量大于50体积％且为75体积％ W下， 所述复合材料的饱和磁通密度为0. 6T W上，并且所述复合材料的相对磁导率大于20且为 35 W下。将在稍后说明的试验例中对测定饱和磁通密度和相对磁导率的方法进行描述。
[0014] 由于根据本发明的复合材料具有35 W下的相对磁导率（相对较低），因此难W发 生磁通饱和的情况。为此，通过在诸如电抗器等磁性部件的磁巧中使用根据本发明的复合 材料，能够减少间隙材料和气隙，并且更优选地，省略间隙材料等。因此，能够有助于减少诸 如电抗器等磁性部件的部件数量。此外，根据本发明的复合材料具有大于20的相对磁导 率。因此，在复合材料用于诸如电抗器等磁性部件的磁巧的情况下，线圈所产生的磁通量难 W发生泄漏。因此，通过在诸如电抗器等磁性部件的磁巧中使用根据本发明的复合材料，能 够降低损耗，并且有助于降低诸如电抗器等磁性部件中的损耗。此外，根据本发明的复合材 料具有大于50体积％的磁性粉末的含量。为此，磁性成分的比例足够高。因此，根据本发 明的复合材料可W具有得到提高的且为0.6T W上的饱和磁通密度。由于磁性粉末的含量 为75体积％ ^下，因此在制造时，含有作为复合材料的原料的磁性粉末和高分子材料的混 合物能够容易地流动，从而能够W高精度形成具有各种形状的复合材料。因此，根据本发明 的复合材料还具有优异的制造性。此外，根据本发明的复合材料还具有优异的形状精度和 尺寸精度。
[0015] 具体而言，在磁性粉末的材料（例如，纯铁、Fe-Si合金等）具有约2T的饱和磁通 密度的情况下，磁性粉末的含量为大于50体积％，使得复合材料的饱和磁通密度能够容易 地被设置为1. 0T W上。在该种情况下，如果磁性粉末的含量为55体积％ ^上，则复合材料 的饱和磁通密度被设置为1. 口 W上。更优选的是，复合材料中的磁性粉末的含量应为55 体积％ W上且70体积％ W下。
[0016] 根据本发明的复合材料存在该样的方面；磁性粉末的密度比为0. 38 W上且0. 65 W下。密度比设置为表观密度/真密度。基于JIS 22504(2000)"金属粉末-表观密度的 测定方法"获得表观密度。真密度表示仅物质自身所占体积被设置为密度计算用体积的密 度。在构成磁性粉末的各颗粒的内部没有空腔的情况下，真密度等于构成磁性粉末的材料 (例如，诸如纯铁等金属）的比重。
[0017] 例如，通过在原料中利用具有0.38 W上且0.65 W下的密度比的磁性粉末，能够 制造根据上述方面的复合材料。通过使用特定的原料，能够在成型时不施加高压的情况下 制造满足特定相对磁导率和特定饱和磁通密度的根据本发明的复合材料。因此，根据上述 方面，制造性优异。此外，通过使用具有在满足密度比的范围内的高表观密度的粉末，能够 提高填充密度。此外，通过使用具有满足0.65 W下的密度比的表观密度的粉末，能够极力 抑制通过磁性粉末的颗粒的接触而形成的电连接，从而将复合材料的相对磁导率抑制在低 值。结果，能够在设置相对较高的饱和磁通密度的同时实现相对较低的相对磁导率。
[0018] 根据本发明的复合材料存在该样的方面；所述磁性粉末包括由相同材料构成的多 种颗粒。
[0019] 磁性粉末由单一材料的颗粒构成。因此，只要一种磁性粉末用作复合材料的原料 即可。
[0020] 根据本发明的复合材料存在该样的方面；所述磁性粉末由单一材料构成，所述磁 性粉末为铁粉，并且铁粉的表观密度为3. 0g/cm3W上且5. Og/cm 3 W下。
[0021] 纯铁具有比化-Si合金等高的饱和磁通密度。为此，在该方面中，饱和磁通密度易 于提高。此外，纯铁具有7. 874g/cm3的真密度。为此，在纯铁的表观密度满足该范围的情 况下，铁粉具有0.38 W上且0.65 W下的密度比。因此，根据上述方面，饱和磁通密度较高， 而且复合材料容易具有上述大于20且35 W下的相对磁导率，并且制造性也优异。
[0022] 根据本发明的复合材料存在该样的方面；所述磁性粉末包含由彼此具有不同的相 对磁导率的多种材料构成的粉末。如果磁性物质的组成不同，则相对磁导率通常发生改变。 因此，在该方面中，将相对磁导率用作磁性物质的组成之间的区别的指标。
[0023] 在该方面中，含有由彼此具有不同的相对磁导率的多种材料形成的磁性粉末，也 就是，含有具有高相对磁导率的磁性粉末和具有相对较低的相对磁导率的磁性粉末。因此， 能够同时具有各种粉末的特性。更具体而言，具有高相对磁导率的磁性物质通常具有高饱 和磁通密度，而且具有低相对磁导率的磁性物质通常具有高电阻率。因此，能够降低祸流损 耗。因此，在该方面中，与含有由单一材料形成的磁性粉末的情况相比，高饱和磁通密度和 低损耗彼此能够更容易地兼容。此外，在包含具有低相对磁导率的磁性体的方面中，难W发 生磁通饱和的情况。为此，能够更容易地减少间隙部件。另外，在制造具有高饱和磁通密度 和低损耗的复合材料的情况下，能够降低祸流损耗，而无需使用难W处置的极细磁性粉末， 并且能够提高饱和磁通密度。然而，无需随着原料的混合物的粘度的下降而提高磁性粉末 的含量。因此，上述方面也具有优异的制造性。
[0024] 根据本发明的复合材料存在该样的方面；当获得所述磁性粉末的粒径分布时，存 在多个峰。
[0025] 当获取具有粒径分布的粒径ry的频率fy时，上述峰在比粒径r /j、预定值k化为 设计值）的粒径r,的频率f ,和比粒径r y大预定值k化为设计值）的粒径r j勺频率f\处 获得，频率fy为频率f S的1. 1倍W上并且为频率1. 1倍W上。
[0026] 可W通过W下步骤制造根据本发明的复合材料：混合作为原料的磁性粉末和诸如 树脂或橡胶等高分子材料来制备混合物，用混合物填充预定的成型模具，然后固化高分子 材料。通过该制造方法，用于原料的磁性粉末的颗粒的形状或直径在制造之前和之后基本 上不发生改变。为此，复合材料中的磁性粉末的粒径分布与用于原料的磁性粉末的粒径分 布大致相同。
[0027] 粒径分布中存在多个峰表明：在粒径分布的柱状图中，峰（高频值）存在于具有 小粒径的点和具有大粒径的点。换言之，存在至少两个峰；即存在第一峰和第二峰，当具有 第一峰的粒径用ri表示W及具有第二峰的粒径用r 2表示时，粒径r 1小于粒径r 2 (ri< r 2)。 存在多个峰的方面包括高频处的细磁性粉末和粗磁性粉末。通过包括相对较大量的细磁性 粉末，该方面能够降低祸流损耗，从而实现小损耗。此外，通过使用用于原料且含有细粉末 和粗粉末的混合粉末，能够容易地提高磁性粉末的填充密度。结果，能够获得具有高比例的 磁性成分的复合材料。因此，在该方面中，饱和磁通密度较高。此外，通过利用混合粉末，能 够容易地提高填充密度。为此，无需仅使用难W处置的极细粉末。因此，能够利用具有易于 处置的尺寸的粉末。因此，在该方面中，将用于原料的磁性粉末能够容易地被处置，并且制 造性也优异。另外，在混合粉末用于原料的情况下，具有高分子材料的混合物具有提高的流 动性。为此，能够W较高的精度成型甚至具有复杂形状的复合材料。在该点上，上述方面具 有优异的制造性。在该方面中，如果磁性粉末由单一材料构成且单一材料为纯铁，则能够提 高饱和磁通密度，并且如果单一材料为铁合金，则能够降低祸流损耗。
[002引另外，不管磁性粉末的材料的数量如何，粒径分布中的峰的存在判定峰是否存在 于整个磁性粉末中。更具体而言，包括w下情况。
[0029] (A)诸如纯铁或铁合金等磁性粉末由单一材料构成，并且可W在粒径分布中看到 多个峰。
[0030] 炬）磁性粉末由不同类型的材料构成（例如，包括纯铁和铁合金），并且可W在某 种材料（例如，纯铁）的粒径分布中看到单一峰，且可W在另一种材料（例如，铁合金）的 粒径分布看到单一峰。然而，将形成共同的峰的粒径彼此错开。
[0031] 似包括由不同类型的材料（例如，纯铁和铁合金）构成的磁性粉末，并且可W在 某种材料（例如，纯铁）和另一种材料（例如，铁合金）的各粒径分布中看到多个峰。在该 种情况下，某种材料（例如，纯铁）的峰和另一种材料（例如，铁合金）的峰可能彼此重叠 或可能彼此错开。
[0032] 值）包括由不同类型的材料（例如，包括纯铁和铁合金）构成的磁性粉末，并且可 W在某种材料（例如，纯铁）的粒径分布中看到单一峰，且可W在另一种材料（例如，铁合 金）的粒径分布中看到多个峰。在该种情况下，某种材料（例如，纯铁）的单一峰和另一种 材料（例如，铁合金）的单一峰可能彼此重叠或可能彼此错开。
[0033] 根据本发明的复合材料存在该样的方面；构成磁性粉末的颗粒的圆形度为0. 1 W 上且2.0 W下。稍后将对测量圆形度的方法进行描述。
[0034] 例如，通过使用用于原料且由满足特定圆形度的颗粒构成的磁性粉末，能够制造 根据上述方面的复合材料。磁性粉末具有优异的流动性，而且能够充分形成另一颗粒能够 设置在满足特定圆形度的颗粒之间的间隙。因此，通过使用特定原料，能够容易地提高磁性 粉末的填充密度。由此获得的复合材料具有高