复合材料、电抗器、转换器和功率转换器件的制作方法_3

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比)W上的化且剩余部分为不可 避免的杂质的纯铁。纯铁具有高饱和磁通密度。为此,含有纯铁粉末的复合材料倾向于具 有随纯铁粉末的含量比例上升而增大的饱和磁通密度。通过使用复合材料,能够容易地获 得具有高饱和磁通密度的磁巧。例如,能够采用磁性粉末含有最大量的纯铁粉末的复合材 料或所有磁性粉末均由纯铁粉末构成的复合材料。
[0069] 在此,磁性粉末可W含有包括磁性颗粒和覆盖磁性颗粒的外周的绝缘涂层在内的 涂层粉末。在含有涂层粉末的复合材料中,绝缘涂层置于磁性颗粒之间,并且使磁性颗粒能 够彼此绝缘。为此,含有涂层粉末的复合材料能够容易地降低祸流损耗。通过使用复合材 料,能够容易获得具有低损耗的磁巧。当磁性粉末中的涂层粉末的含量比例增大时,能够降 低祸流损耗,使得能够容易地获得具有低损耗的磁巧。构成绝缘涂层的绝缘材料的实例包 括磯酸盐、有机娃树脂、金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属磯酸盐化合物、金属棚 酸盐化合物、金属娃酸盐化合物等。包括在氧化物、诸如金属盐化合物等化合物中的金属元 素的实例包括化、41、化、1/[]1、2]1、]\%、¥、化、¥、83、51'、稀±元素(不包括巧等。所列出的 材料是非磁性材料,并且包括由非磁性材料构成的绝缘涂层,从而能够抑制相对磁导率的 增大。优选的是,纯铁粉末应当为涂层粉末,因为可W如上文所述的那样降低祸流损耗。如 果铁合金粉末(将在后文中描述)被设置为涂层粉末,则能够更容易地降低祸流损耗,而且 还能够容易地减小相对磁导率。
[0070] 铁合金的实例包括含有作为添加元素的总量为1. 0质量% W上且20. 0质量% W 下的选自Si、Ni、Al、Co、化中的至少一种元素的合金。更具体而言,铁合金的实例包括诸 如化-Si基合金、Fe-Ni基合金、Fe-Al基合金、Fe-Co基合金、Fe-Cr基合金、Fe-Si-Al基合 金等。铁合金通常具有比纯铁高的电阻。具体而言,Fe-Si基合金或化-Si-Al基合金(森 达斯特合金(Semlust))等含Si的铁合金具有高电阻率。为此,含有铁合金粉末的复合材 料能够降低祸流损耗,而且还具有小的磁滞损耗。通过使用复合材料,能够容易地获得具有 低损耗的磁巧。例如,能够获得所有磁性粉末均由铁合金粉末(优选地为含有Si的铁合金 粉末)构成的复合材料。在复合材料包含具有不同组成的铁合金粉末的一些情况下,除了 能够降低祸流损耗之外,还能够提高饱和磁通密度。
[0071] 复合材料中的磁性粉末可W由如上所述的单种材料(仅为纯铁粉末等)构成。可 选地,复合材料中的磁性粉末可W包含由具有不同相对磁导率的多种材料构成的粉末。例 如,采用包括纯铁粉末和铁合金粉末的构造W及包括具有多种不同组成的铁合金粉末的构 造。在前者的构造中,通过包含纯铁粉末能够提高饱和磁通密度,并且通过包含铁合金粉末 能够降低祸流损耗。因此,通过使用复合材料,能够容易地获得具有高饱和磁通密度和低损 耗的磁巧。在该构造中,随着纯铁粉末的含量的增大,能够提高饱和磁通密度。为此,在需 要提高饱和磁通密度的情况下,磁性粉末优选地包含最大量的纯铁粉末,并且更优选地含 有过半数的纯铁粉末。在后者的构造中,所有磁性粉末为铁合金粉末。因此,能够降低祸流 损耗。通过使用复合材料,能够容易地获得具有低损耗的磁巧。通过调整铁合金的组成,还 能够提高饱和磁通密度。
[0072] 构成磁性粉末的颗粒可W具有可选的形状,例如球形形状和非球形形状(例如, 板形形状、针形形状、椿形形状等其它不同的形状)。用在如上所述的原料中的磁性粉末W 及复合材料中的磁性粉末具有彼此大致相同的形状或尺寸。因此通过在原料中使用具有所 需颗粒形状的磁性粉末,能够获得包含具有所需颗粒形状(例如,将在后文中描述的圆形 度满足特定范围)的磁性粉末的复合材料。
[0073] 如果构成磁性粉末的颗粒的形状接近于球形形状,则在球形颗粒之间的间隙中倾 向于形成能够使另一颗粒(优选地为比所述颗粒更细的颗粒)介入的间隙。结果,倾向于 提高磁性粉末的填充密度。通过提高填充密度,能够容易地获得如上文所述的那样的具有 高饱和磁通密度的复合材料。此外,当构成磁性粉末的颗粒具有球形形状时,存在复合材料 的损耗较小的趋势。随着分散在复合材料中的磁性颗粒彼此接触的部分的数量的增大,如 果颗粒由金属形成,则复合材料的相对磁导率过度增大或祸电流流入到磁性颗粒之间的部 分中。为此,存在损耗可能增大的担屯、。即使球形颗粒彼此邻接,但球形颗粒彼此基本上还 是简单地点接触,而彼此几乎不会面接触。因此,可W推测,能够降低损耗。因此,在复合材 料的制造中,提出将具有1. 0 W上且2. 0 W下的圆形度的构成磁性粉末的颗粒用于原料。
[0074] 圆形度设置为:最大直径/圆当量直径。圆当量直径规定了构成磁性粉末的颗粒 的轮廓,并且为具有与由该轮廓包围的面积S等同的面积的圆的直径。换言之,圆当量直径 用圆当量直径=2 X {轮廓中的面积S/JT } 1/2表示。最大直径被设置为具有该轮廓的颗粒 的最大长度。例如,通过制造用树脂等使用于原料的磁性粉末硬化的样品并且使用光学显 微镜、扫描型电子显微镜(SEM)等观察样品的截面来获得面积S。只要使由此获得的截面的 观察图像受到图像处理(例如,二值化处理)等即可,从而提取颗粒的轮廓来计算轮廓中的 面积S。关于最大直径,从所提取到的颗粒轮廓中提取颗粒的最大直径。在使用SEM的情况 下,测量条件包括截面的数量为50 W上(每个截面有一个视野)、放大倍数为50倍至1000 倍、每个视野要测量的颗粒数目为10个W上W及颗粒的总数为1000 W上。
[0075] 如上所述测得的圆形度为1的颗粒对应于理想球体。当原料中使用的磁性粉末的 圆形度接近1时,能够提高填充密度并且实现优异的流动性。当复合材料中的磁性粉末的 圆形度接近1时,能够降低损耗且抑制相对磁导率的过度增大。因此,优选的是,圆形度应 为1. 0 W上且1. 5 W下,并且特别地应为1. 0 W上且1. 3 W下。
[0076] 如上所述,特别是在颗粒由金属形成的情况下,为了通过颗粒的过度接触来增大 相对磁导率并且减少祸电流的产生和增大,理想的是,磁性粉末应为涂层粉末。在原料使用 具有接近理想球体(具有满足特定范围的圆形度)的颗粒形状的粉末的情况下,甚至不具 有绝缘涂层的磁性颗粒也能够抑制颗粒的过度接触,从而降低了复合材料的相对磁导率。 因此,采用用于原料且具有满足特定范围的圆形度的磁性粉末作为用于制造复合材料的有 效结构之一,该复合材料的饱和磁通密度具有0. 6T W上的极大值,进一步地具有1. 0T W上 的极大值,同时该复合材料的相对磁导率具有35 W下的相对较小值。
[0077] 为了制造具有满足特定范围的圆形度的粉末,例如通过使用用于冷却介质的惰性 气体的气体雾化方法制造粉末,或对具有通过水雾化法等形成的不同形状的粉末(具有特 定范围之外的圆形度的粉末)进行诸如研磨等圆化处理。在进行研磨的情况下,通过适当 地选择磨粒的粒径能够调整要在原料中使用的磁性粉末的圆形度。然而,获得具有预定圆 形度的粉末的方法并不限于该些方法,只要能够通过获得圆形度的方法来制造粉末即可。 此外,同样在要用于原料的磁性粉末包含粗粉的一些情况下,利用具有接近于球形的形状 的粉末(也就是说,圆形度接近1. 0的粉末)能够降低复合材料的损耗。W相对较低的压 力形成复合材料,使得构成复合材料中的磁性粉末的各个颗粒的圆形度与构成用于原料的 磁性粉末的各个颗粒的圆形度大致相等(圆形度满足1. 0 W上且2. 0 W下)。为了测量复 合材料中的磁性粉末的圆形度,例如,截取复合材料的截面,并且如上文描述的那样使用显 微镜观察截面所观察到的图像。
[007引在具有特定粒径分布(将在后文中描述)的磁性粉末用于原料的情况下,即使颗 粒具有非球形形状,也能够有效提高填充密度。结果,能够获得具有高比例磁性成分的复合 材料。换言之,在调整将要用于原料的磁性粉末的粒径分布的情况下,在复合材料的制造中 原料可W使用具有可选颗粒形状的粉末。因此,能够用于原料的磁性粉末的颗粒形状具有 高的自由度。
[0079] 可W适当地选择复合材料中的磁性颗粒的尺寸。例如,磁性颗粒的粒径为10 ym W上且200 ymW下。此外,复合材料中的磁性颗粒可W包含彼此具有不同尺寸的各种颗 粒。例如,当获得复合材料中的磁性颗粒的粒径分布时,能够获得存在多个峰的构造。简言 之,在一定程度上,在高频处存在具有小粒径的特定颗粒和具有大粒径的特定颗粒。根据该 构造,微粒可介于形成于粗粒之间的间隙中。为此,因为能够容易地提高磁性粉末的填充密 度并且倾向于提高磁性成分的比例,复合材料具有高饱和磁通密度。另外,由于磁性粉末的 粒径较小,因此能够降低祸流损耗。因此,含有微粒的复合材料具有低损耗。
[0080] 峰的数目可W为两个或=个W上。当具有仅包括一个峰的粒径分布(例如,具有 宽峰的粉末、具有睹峰的粉末等)的磁性粉末用于原料时,如果磁性粉末微细,则难W处置 原料并且操作性降低,而如果磁性粉末粗,则填充密度降低。另一方面,如果根据粒径存在 两个峰,则能够抑制操作性的降低,而且能够充分提高填充密度。换言之,当在粒径分布中 具有第一峰的粒径和具有第二峰的粒径分别用n、r2表示时,只要存在满足r 1< r 2的两个 峰即可。具体而言,在存在满足(l/2)Xr2的两个峰的构造的情况下,粒径ri为粗粒 的粒径r,的一半W下的微粒能够充分介入粗粒之间的间隙中,从而能提高填充密度。因此, 能够提高饱和磁通密度,而且微粒存在于高频处。结果,能够获得具有低损耗的复合材料。 当粒径ri、r2之差(r2-ri)增大时,间隙被微粒有效地填充,从而倾向于提高填充密度。因 此,优选的是,粒径ri应满足;(1/3) Xr 2。然而,如果粒径ri过小,则难W进行处置, 从而操作性倾向于降低。为此,优选的是,应满足;(1/10) Xr2。不管材料如何,当粒径 ri较小时,能够降低损耗(具体而言为祸流损耗或铁损),而当粒径r 1较大时,磁性粉末易 于处置。
[0081] 能够采用具有多个峰的磁性粉末由相同类型的材料(相同的组成)构成的构造, 即,磁性粉末由单种材料构成的构造,或采用磁性粉末由不同类型的多种材料构成的构 造。在前者的单种材料的情况下,例如,当磁性粉末为纯铁粉末时,粒径ri为50 ym W上 且100 ym W下,而粒径r2为100 y m W上且200 ym W下,并且优选地,粒径r 1为50 ym W 上且70 ym W下,而粒径r2为100 ym W上且粒径150 ym W下(其中,r 1< r 2,优选地, (1/2) Xr 2)。复合材料在高频处含有相对于具有满足该范围的粒径ri的微粒而言足 够大的具有满足该范围的粒径r2的颗粒。结果,粒径r 1与粒径r 2之差较大,使得能够容易 地提高填充密度。为此,磁性成分在复合材料中的比例变得更大,使得能够提高饱和磁通密 度。由于磁性粉末为纯铁粉末,因此复合材料具有更高的饱和磁通密度。此外,复合材料在 高频处含有相对于粒径r2足够细的颗粒(具有粒径r 1的颗粒),该足够细的颗粒为50 y m W上且100 ymW下。结果,能够降低祸流损耗。由于粒径r2为200 ymW下,因此能够容 易地降低祸流损耗,使得复合材料具有低损耗。此外,存在于高频处的最细颗粒的粒径为 50 ym W上。因此,具有小于50 ym的粒径的极细颗粒的数量少,使得能够容易地处置用于 原料的铁粉,并且操作性优异。
[0082] 在前者的单种材料的情况下,例如,当磁性粉末为铁合金粉末时,能
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