压粉磁芯及其制造方法技术

本发明专利技术的压粉磁芯是在金属粉间具有包含粒子状金属氧化物的绝缘层的压粉磁芯，并且绝缘层含有Ca、P、O、Si和C作为元素。根据本发明专利技术，可以提供一种兼顾了高磁场下的永久导磁率特性的确保以及铁损的降低的压粉磁芯及其制造方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
近年来，正在进行燃料电池车、电动车、混合动カ车等所谓低公害车的开发。特别是混合动カ车，在国内外正进行普及。对于这种混合动カ车来说，近年来为了提高电动机的输出功率而希望驱动电动机的电压的高电压化，从而具有对所搭载电池的电压进行升压的升压电路的混合动カ车正在实用化。在升压电路中可以设置由铁芯(磁芯)以及卷绕在该铁芯周围的线圈所构成的电抗器。一般来说，作为电抗器用铁芯的材质，有硅钢板、无定形薄带、氧化物铁氧体等，并且铁芯是通过板材的叠层、压粉成型、压粉烧结等而制造的。此外，为了改善直流重叠特性， 也可进行在铁芯的磁路中设置适当的空隙(间隙)来调整表面导磁率。此外，作为铁芯的材质，有将铁等软磁性金属粉末压缩成型而制作的压粉磁芯。与使用电磁钢板等的叠层磁芯相比，压粉磁芯在制作时的材料成品率良好，并且可以降低材料成本。此外，形状自由度高，并且通过进行磁芯形状的最佳设计，能够实现特性提高。进一歩，通过将有机树脂、无机粉末等绝缘物与金属粉末混合或在金属粉末的表面上形成绝缘层而使金属粉末间的绝缘性上升，可以大幅降低涡流损耗(铁损)，特别是在高频区域中可以得到优异的磁特性。由于这些原因，近年来，压粉磁芯作为在要求小型化、高效化的旋转电机、变压器、电抗器、扼流圈等中使用的软磁性铁芯而受到关注。作为压粉磁芯的制造方法，有在表面上形成了无机绝缘覆膜的软磁性粉末中添加热固化型树脂粉末，将所得的混合粉末压缩成型，并对压粉体实施树脂固化处理的方法(专利文献I等)。此外，近年来要求压粉磁芯的进ー步低铁损化，为了降低磁滞损耗，进行了对压粉磁芯实施热处理来缓和压粉成型所致应变，从而降低磁滞损耗(专利文献2等)。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开平9 一 320830号公报专利文献2 日本特开2000 — 235925号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，近年来，随着电动机的大输出功率化等，逐渐要求电抗器等的铁芯在10000A/m的高磁场下以I. OT以上的磁通密度进行使用。通常的铁芯在高磁场下磁通密度饱和，并且作为磁化曲线的切线斜率的微分导磁率会下降，而对于在高磁场下使用的电抗器用铁芯，要求在高磁场侧微分导磁率也不会下降，即永久导磁率优异。压粉磁芯由于分散有绝缘物质、气孔等磁隙，因此虽然在高磁场下以外的永久导磁率性优异，但在高磁场下的永久导磁率性可以说尚不充分。压粉磁芯的永久导磁率性和铁损具有消长的关系。例如，对于添加了树脂作为绝缘物的压粉磁芯而言，最大导磁率低，在高磁场下的永久导磁率性优异。然而，在对添加了树脂作为绝缘物的压粉磁芯实施热处理吋，如果过度升高热处理温度，则树脂会劣化 分解而导致绝缘性变差等。因此，热处理温度低于树脂的耐热温度(300°C左右)，应变的除去不完全，并且无法充分降低磁滞损耗，铁损会变高。另ー方面，如果不添加树脂而仅使用表面上形成了磷酸盐系绝缘层的铁基软磁性粉末来制作压粉磁芯，则能够在高温下对压粉磁芯进行热处理，并且可期待低铁损化。这吋，热处理温度越高，则高磁场下的导磁率相对于最大导磁率越会大幅下降，永久导磁率性变差。为了使永久导磁率性差的铁芯适用于电抗器，需要使铁芯中所设置的间隙变厚、増加间隙数等设计，而这种铁芯的设计会导致损耗增加、噪音増大、电抗器的大型化，特别是在燃料费性能要求、搭载空间有限的车载用等用途中不优选。因此，本专利技术目的在于提供一种兼顾了高磁场下的永久导磁率特性的确保以及铁 损的降低的。解决问题的方法本专利技术的压粉磁芯是在金属粉间具有包含粒子状金属氧化物的绝缘层的压粉磁芯，并且绝缘层含有Ca、P、O、Si和C作为元素。此外，绝缘层优选含有磷酸钙和氧化硅。这时，绝缘层含有粒子状金属氧化物、磷酸钙和氧化硅，并且绝缘层是以ー边与金属粉牢固结合一边包围金属粉的方式形成的。因此，可以得到在不损害永久导磁率特性的情况下抑制了铁损的压粉磁芯。另外，作为用于改善永久导磁率特性的方法，有在具有含磷酸盐的绝缘层的被覆金属粉中添加成为填充材料的金属氧化物粉末的方法。这时，由于存在填充材料，因此具有压粉磁芯密度会下降这样的缺点。与此相対，由于本专利技术的压粉磁芯可以仅由具有包含金属氧化物的复合绝缘层的被覆金属粉来形成压粉磁芯，因此可以提供強度高的压粉磁芯。从车载用部件的观点出发，压粉磁芯的高強度化的适用范围变宽。作为金属氧化物的粒径，优选为IOnm以上350nm以下。越使用粒径大的金属氧化物，则绝缘性越优异，而越使用粒径小的金属氧化物，则有形成成型体时的强度、成型体密度升高的倾向。此外，从提高金属粉表面的被覆率的观点、以及使金属氧化物层更加致密的观点考虑，还可以并用粒径不同的金属氧化物。通过在堆积于金属粉表面上的较大的金属氧化物间混合存在较小的金属氧化物微粒，能够形成高密度的绝缘物。此外，在金属粉表面的凸部·弯部，难以使用粒径为IOOnm以上的金属氧化物来形成均匀的覆膜。在难以使用金属氧化物来形成覆膜的凸部 弯部，通过使用以粒径计不到lOOnm、更优选为50nm以下的金属氧化物，可以提高覆膜的均匀性。压粉磁芯的比电阻优选为ΙΟΟΟΟμ Qcm以上。此外，比电阻优选为15000 20000 μ Ω cm,并特别优选为20000 μ Ω cm。比电阻不到10000 μ Ω cm的压粉磁芯存在有在5kHz以上的交流下的涡流损耗(粒间涡流损耗)显著增加的倾向。压粉磁芯优选在0. IT>5kHz下的铁损为70kW/m3以下、并且最大导磁率μ max为60 150。或优选在0. IT、IOkHz下的铁损为150kW/m3以下、并且最大导磁率μ max为60 150，或在0. lT、20kHz下的铁损为400kW/m3以下、并且最大导磁率μ max为60 150。压粉磁芯的制造方法包括如下エ序在金属氧化物的存在下，使含有钙离子和磷酸离子的水溶液与金属粉进行反应，从而在金属粉表面上形成绝缘层的エ序；使有机硅化合物与形成了绝缘层的被覆金属粉接触，从而在绝缘层的表面或内部配置有机硅化合物而制造被覆金属粉的エ序；和对被覆金属粉在980 1480MPa下进行加压以及在600°C以上进行加热的エ序。如果在600°C以上的高温下对被覆金属粉进行热处理，则能够使所得的压粉磁芯低铁损化。在制造压粉磁芯时，优选在H2或N2氛围下进行加热。通过像这样在还原性气体或非活性气体氛围下进行加热，所制造的压粉磁芯的绝缘性提高。其原因虽然尚未明确，但本专利技术人等推測起因于来自有机硅化合物的硅氧烷键(一 Si — O — Si —)受热被切断后变化为娃醇基。专利技术效果根据本专利技术，可以提供一种在维持了永久导磁率特性的状态下实现了铁损降低的。附图说明 图I是用于说明压粉磁芯的截面构造的示意图。图2是实施例I中所得的压粉磁芯的SEM照片以及该压粉磁芯中Fe的EDX的元素测绘(element mapping)的结果。图3是实施例I中所得的压粉磁芯通过EDX进行的元素测绘的結果。具体实施例方式以下，对本专利技术的优选实施方式进行详细说明。为了容易理解说明，对于各附图中相同的构成要素，附带尽可能相同的參照序号，并省略重复的说明。另外，各图的尺寸为了进行说明而有夸张的部分，并不一定与实际尺寸比一致。图I是用于说明压粉磁芯的截面构造的示意本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：稻垣孝，下山雄大，石原千生，丸山钢志，
申请(专利权)人：日立化成工业株式会社，日立粉末冶金株式会社，
类型：
国别省市：