復(fù)合材料、電抗器用磁芯、電抗器、轉(zhuǎn)換器和功率轉(zhuǎn)換器裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電抗器1，包括線圈2和磁芯3，所述磁芯3設(shè)置在所述線圈2的內(nèi)部和外部以形成閉合磁路。所述磁芯3的至少一部分是由含有磁性物質(zhì)粉末和樹脂的復(fù)合材料制成的，在所述樹脂中分散有所述粉末。所述磁性物質(zhì)粉末包含分別由相對(duì)磁導(dǎo)率不同的多種材料而制成的粉末，代表性的為純鐵粉末和鐵合金粉末。由于提供了由含有以不同材料制成的磁性物質(zhì)粉末的復(fù)合材料制成的磁芯3，電抗器1能同時(shí)實(shí)現(xiàn)高飽和磁通密度和低損耗的特性。
【專利說明】復(fù)合材料、電抗器用磁芯、電抗器、轉(zhuǎn)換器和功率轉(zhuǎn)換器裝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及適合用作構(gòu)成電抗器等磁性部件的材料的復(fù)合材料，由該復(fù)合材料制成的電抗器用磁芯，包括該芯部的電抗器、包括該電抗器的轉(zhuǎn)換器、以及包括該轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器裝置。具體而言，本發(fā)明涉及一種具有高飽和磁通密度的低損耗復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]一種包括線圈和其中設(shè)置有該線圈的磁芯的磁性部件(例如，電抗器或發(fā)動(dòng)機(jī))被用于多個(gè)領(lǐng)域中。例如，專利文獻(xiàn)I公開了這樣一種電抗器，其用作安裝于混合動(dòng)力汽車等車輛上的轉(zhuǎn)換器的電路部件。并且，專利文獻(xiàn)I還披露了，將由純鐵粉等磁性物質(zhì)粉末和含有該粉末的樹脂(結(jié)合劑樹脂)形成的復(fù)合材料作為構(gòu)成所述電抗器中所包括的磁芯的材料。所述復(fù)合材料可以通過下述的方法制造，將由原材料磁性物質(zhì)粉末和未固化的液體樹脂混合所得到的混合物填充于具有所需形狀的模具組件等中，然后固化該樹脂。
[0003]引用列表
[0004]專利文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)1:日本未審查專利申請(qǐng)公開N0.2008-147403
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題
[0007]當(dāng)磁芯表現(xiàn)出高飽和磁通密度的同時(shí)，也需要該磁芯具有低損耗的特性，這里的損耗為鐵芯損耗(磁滯損耗+渦流損耗)等。
[0008]在將復(fù)合材料用作構(gòu)成磁芯的材料的情況下，例如，使用純鐵粉末作為原材料磁性物質(zhì)粉末時(shí)，由于純鐵具有高飽和磁通密度，因此能夠提供具有高飽和磁通密度的復(fù)合材料。然而，由于純鐵的電阻小，因此使用這樣的純鐵可能會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的渦流損耗較大。使用由極細(xì)顆粒制成的粉末作為這種純鐵粉末時(shí)，由于其粒徑小，因此能夠減少渦流損耗，并因此能夠獲得低損耗的復(fù)合材料。然而，若純鐵粉末的粒徑過小則難以處理。這樣，造成了加工性降低，并且最終使得復(fù)合材料的制造性降低。
[0009]另一方面，專利文獻(xiàn)I公開了這樣一種復(fù)合材料，在該復(fù)合材料中，磁性物質(zhì)粉末為鐵合金粉末。由于鐵合金的電阻比純鐵大，所以使用鐵合金粉末能夠減少渦流損耗，并能夠獲得低損耗的復(fù)合材料。然而，由于鐵合金的飽和磁通密度小，因此使用鐵合金可能會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的飽和磁通密度低。在增加磁性物質(zhì)粉末的同時(shí)減少復(fù)合材料中的樹脂成分，由此提高復(fù)合材料中磁性成分的比例(含量)，能夠增加飽和磁通密度。然而，原材料磁性物質(zhì)粉末的含量過大會(huì)增加混合物的粘度，因此流動(dòng)性變差。因此，很難將混合物倒入模具組件中，導(dǎo)致制造性變差。具體而言，當(dāng)為復(fù)雜形狀時(shí)，混合物可能不會(huì)充分填入模具組件中，從而可造成形狀精度降低。因此，考慮到抑制損耗和制造性，增加磁性物質(zhì)粉末的含量是有局限性的。[0010]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高飽和磁通密度的低損耗的復(fù)合材料。
[0011]此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種具有高飽和磁通密度的低損耗的電抗器用磁芯，并提供一種包括該磁芯的電抗器。
[0012]問題的解決方案
[0013]通過采用以多種材料制成的粉末而非由一種材料制成的粉末作為復(fù)合材料中的磁性物質(zhì)粉末，從而使本發(fā)明達(dá)到了上述目的。
[0014]本發(fā)明的復(fù)合材料包含磁性物質(zhì)粉末和樹脂，該樹脂含有分散于其中的該粉末。所述磁性物質(zhì)粉末包含分別由相對(duì)磁導(dǎo)率不同的多種材料形成的粉末。
[0015]本發(fā)明的復(fù)合材料包含相對(duì)磁導(dǎo)率不同的磁性物質(zhì)粉末，具體而言，包含相對(duì)磁導(dǎo)率高的磁性物質(zhì)粉末和相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)較低的磁性物質(zhì)粉末。由于本發(fā)明的復(fù)合材料包含由不同材料形成的磁性物質(zhì)粉末，因此該復(fù)合材料能夠具有這兩種粉末的特性。即，該復(fù)合材料可同時(shí)含有具有高飽和磁通密度的磁性物質(zhì)和低損耗的磁性物質(zhì)。因此，與含有由單一材料制成的磁性物質(zhì)粉末的情況相比，本發(fā)明的復(fù)合材料能夠很好地兼具高飽和磁通密度和低損耗特性。此外，由于本發(fā)明的復(fù)合材料含有分別由多種不同材料制成的磁性物質(zhì)粉末，因此不需要使用不易于操作的很細(xì)的磁性物質(zhì)粉末，或者使用過多的磁性物質(zhì)粉末。從而表現(xiàn)出了優(yōu)異的制造性。另外，本發(fā)明的復(fù)合材料能夠同時(shí)含有高飽和磁通密度的磁性物質(zhì)和低相對(duì)磁導(dǎo)率的磁性物質(zhì)。因此,幾乎不會(huì)發(fā)生磁通量的飽和。
[0016]需要注意的是，當(dāng)磁性物質(zhì)的組成不同時(shí)，通常會(huì)發(fā)生相對(duì)磁導(dǎo)率的改變。因此，在本發(fā)明中，將相對(duì)磁導(dǎo)率用作表示任意磁性物質(zhì)組成間區(qū)別的指標(biāo)。
[0017]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式,所述磁性物質(zhì)粉末可含有純鐵粉末。
[0018]由于純鐵具有高飽和磁通密度，因此該模式能提供更高的飽和磁通密度。此外，由于含有由不同材料形成的磁性物質(zhì)粉末，因此實(shí)現(xiàn)了低損耗的特性。
[0019]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，所述復(fù)合材料可含有鐵合金粉末。
[0020]鐵合金的電阻比純鐵的電阻大。因此，通過使用含有不同組成的鐵合金粉末的模式，則能實(shí)現(xiàn)飽和磁通密度的增加。而且，還實(shí)現(xiàn)了更低損耗的特性。具體而言，在同時(shí)含有具有高飽和磁通密度的純鐵粉末和具有高電阻的鐵合金粉末的模式中，飽和磁通密度更高，并且實(shí)現(xiàn)了低損耗的特性。
[0021]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，所述磁性物質(zhì)粉末中所含有的純鐵粉末所占的比例最大。
[0022]通過使用該模式，由于飽和磁通密度更高，并且含有由不同材料制成的磁性物質(zhì)粉末，因此實(shí)現(xiàn)了低損耗的特性。
[0023]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，所述磁性物質(zhì)粉末可含有被覆粉末，該被覆粉末包括磁性物質(zhì)顆粒和包覆各磁性物質(zhì)顆粒的外周的絕緣覆層。
[0024]通過使用該模式，尤其當(dāng)所述磁性物質(zhì)粉末由金屬形成時(shí)，通過含有具有絕緣覆層的被覆粉末，能夠減小渦流損耗并實(shí)現(xiàn)低損耗特性。此外，被覆粉末的含量比例越大，損耗越低。
[0025]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，在所述磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布中可存在多個(gè)峰。這些峰中至少有兩個(gè)峰分別代表由相對(duì)磁導(dǎo)率互不相同的材料形成的粉末的峰。需要注意的是，峰的定義如下:在對(duì)粒徑分布中特定粒徑rx的頻率fx進(jìn)行觀察時(shí)，觀察比粒徑rx小預(yù)定值k (k為設(shè)計(jì)值)的粒徑rs的頻率fs，以及比粒徑rx大預(yù)定值k (k為設(shè)計(jì)值)的粒徑A的頻率f10然后，將這樣的頻率fx視為峰，其中該頻率fx滿足頻率fx比頻率fs和大1.1倍以上的條件。
[0026]在粒徑分布中存在多個(gè)峰是指，在粒徑分布的柱狀圖中，在粒徑小的位置和粒徑大的位置均存在峰(高頻值)。換句話說，存在至少兩個(gè)峰，即第一峰和第二峰。然后，當(dāng)把第一峰出現(xiàn)處的粒徑定義為A，并把第二峰出現(xiàn)處的粒徑定義為r2時(shí)，粒徑Γι小于粒徑r2。在該模式中，粒徑Sr1的粉末和粒徑為r2的粉末是由不同材料制成的，并且同時(shí)以高頻率包含該細(xì)磁性物質(zhì)粉末和粗磁性物質(zhì)粉末。
[0027]此處，本發(fā)明的復(fù)合材料是通過將原材料磁性物質(zhì)粉末和樹脂混合，然后固化該樹脂而制造的。由于在制造前后用作原材料的磁性物質(zhì)粉末的形狀和粒徑基本上不變，因此本發(fā)明的復(fù)合材料的粒徑分布也基本上與用作原材料的磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布一致。該模式的復(fù)合材料可通過使用由細(xì)粉末和粗粉末構(gòu)成的混合粉末作為原材料來制備，其中所述粗粉末是由不同于細(xì)粉末的材料形成的。此外，使用這樣的混合粉末使得更容易提高磁性物質(zhì)粉末的填充密度。因此，在該模式中，由于含有由不同材料制成的磁性物質(zhì)粉末，因此可取得高飽和磁通密度和低損耗的特性。另外，由于細(xì)磁性物質(zhì)粉末的含量相對(duì)較大，因此可取得低損耗的特性。另外，由于磁性物質(zhì)粉末具有特定的粒徑分布并能夠提高填充密度，因此磁性成分的比例高。因此，飽和磁通密度高。
[0028]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，在所述磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布中可能會(huì)存在多個(gè)峰，并且這些峰中顯示出最小粒徑的峰的粉末可為純鐵粉末。
[0029]在該模式中，由于以高頻率含有純鐵粉末，因此飽和磁通密度高。此外，由于具有高飽和磁通密度的磁性物質(zhì)粉末(純鐵粉末)很細(xì)，因此能夠降低上述的渦流損耗。因此，可實(shí)現(xiàn)低損耗的特性。
[0030]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，在所述磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布中可存在多個(gè)峰，并且這些峰中顯示出最小粒徑的峰的`粉末可為鐵合金粉末。
[0031]在該模式中，由于以高頻率含有高電阻的鐵合金粉末，因此可實(shí)現(xiàn)低損耗的特性。此外，由于鐵合金粉末很細(xì)，因此可實(shí)現(xiàn)渦流損耗的進(jìn)一步降低。因此，損耗變得更低。
[0032]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式,所述復(fù)合材料還可以含有由至少一種材料形成的非磁性物質(zhì)粉末。具體而言，在由磁性物質(zhì)粉末和非磁性物質(zhì)粉末形成的混合粉末的粒徑分布中，非磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的最大粒徑可小于磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的最小粒徑。
[0033]本發(fā)明復(fù)合材料中含有的磁性物質(zhì)粉末的“磁性物質(zhì)”是指廣義上的鐵磁材料。代表性的為軟磁材料。另一方面，非磁性物質(zhì)粉末中的“非磁性物質(zhì)”是除了鐵磁材料之外的其他物質(zhì)。所述非磁性物質(zhì)粉末可為(例如):由金屬等無機(jī)材料制成的粉末，例如陶瓷或鋁；由樹脂等有機(jī)材料制成的粉末，例如，硅樹脂。即使當(dāng)由上述列舉的材料制成的非磁性物質(zhì)粉末為細(xì)粉末形式時(shí)，也能夠容易地進(jìn)行處理。除了含有磁性物質(zhì)粉末以外，使原材料還含有這樣的非磁性物質(zhì)的細(xì)粉末，則在復(fù)合材料的制造過程中，能夠有效地減少磁性物質(zhì)粉末在樹脂中的沉淀。這種對(duì)沉淀的抑制能夠使得磁性物質(zhì)粉末均勻地分散在混合物中。通過對(duì)這種狀態(tài)的樹脂進(jìn)行固化，能夠得到磁性物質(zhì)粉末均勻分散于其中的復(fù)合材料。即，這種模式能夠提供均勻的磁特性，因此是非?？煽康?。此外，利用該模式，因?yàn)榉谴判晕镔|(zhì)粉末比磁性物質(zhì)粉末細(xì)，所以非磁性物質(zhì)顆粒能夠插入到形成于磁性物質(zhì)顆粒之間的間隙中，因此能夠抑制由于含有非磁性物質(zhì)粉末而帶來的磁性成分的比例降低。
[0034]在含有非磁性物質(zhì)粉末的模式中，非磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的最大粒徑rnmax為磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的最小粒徑rmmin的1/3以下(即，滿足關(guān)系rnmax ^ (1/3) Xrmmin)。此外,對(duì)于含有非磁性物質(zhì)粉末的模式,非磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的粒徑rn可以為20 μ m以下。
[0035]在該模式中，由于非磁性物質(zhì)粉末足夠小，因此非磁性物質(zhì)的細(xì)顆粒能夠充分地插入到形成于磁性物質(zhì)顆粒之間的間隙中。此外，由于非磁性物質(zhì)的細(xì)顆粒能夠容易地均勻分散在各磁性物質(zhì)顆粒的外周，因此能有效地抑制磁性物質(zhì)顆粒的沉淀。另外，由于非磁性物質(zhì)粉末足夠小，因而該非磁性物質(zhì)顆粒的存在使得間隙得以填充。因此，通過使用該模式，能夠抑制由含有非磁性物質(zhì)粉末帶來的磁性成分比例的下降。
[0036]作為含有非磁性物質(zhì)粉末的模式，非磁性物質(zhì)粉末相對(duì)于復(fù)合材料整體的總含量可以為0.2質(zhì)量％以上。
[0037]使用該模式，由于存在足夠的非磁性物質(zhì)粉末，優(yōu)選上述非磁性物質(zhì)細(xì)粉末，因而能夠有效地抑制磁性物質(zhì)粉末的沉淀。
[0038]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，所述磁性物質(zhì)粉末相對(duì)于復(fù)合材料整體的總含量可以為30體積％以上70體積％以下。更優(yōu)選的是，磁性物質(zhì)粉末的總含量為40體積％以上65體積％以下。
[0039]使用該模式，由于磁性物質(zhì)粉末為30體積％以上，磁性成分的比例足夠高，因此飽和磁通密度高。此外，使用該模式，由于所含的磁性物質(zhì)粉末為70體積％以下，因此磁性物質(zhì)粉末和樹脂的混合物在制造過程中可以自由流動(dòng)，并且表現(xiàn)出優(yōu)異的制造性。具體而言，當(dāng)磁性物質(zhì)粉末為飽和磁通密度為約2T的材料時(shí)(如鐵或Fe-Si合金)，通過含有30體積％以上的該磁性物質(zhì)粉末， 復(fù)合材料的飽和磁通密度易于達(dá)到0.6T以上；而且，通過含有40體積％以上的該磁性物質(zhì)粉末，復(fù)合材料的飽和磁通密度易于達(dá)到0.8T以上。尤其是，通過使用由細(xì)顆粒粉末和粗顆粒粉末組成的混合粉末作為原材料，可以容易地達(dá)到高填充密度，其中，磁性物質(zhì)粉末的含量為約65體積％。
[0040]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，所述復(fù)合材料的飽和磁通密度可以為0.6T以上。
[0041]如上所述，本模式可實(shí)現(xiàn)低損耗特性，并且飽和磁通密度也非常高。因此，本模式的復(fù)合材料適宜用作需要具有這種特性的磁性部件的磁芯，例如，安裝在混合動(dòng)力汽車等車輛上的轉(zhuǎn)換器中所使用的電抗器用磁芯。
[0042]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，所述復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率可為5至20。
[0043]在該模式中，由于相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)較低，因此不容易發(fā)生磁通量的飽和。通過使用該模式的復(fù)合材料，例如，能夠形成具有無間隙結(jié)構(gòu)的磁芯。此外，由于該模式所提供的磁特性適合于安裝在混合動(dòng)力汽車等車輛上的轉(zhuǎn)換器中所使用的電抗器用磁芯，因此也適于用作這種電抗器用磁芯。測(cè)量飽和磁通密度和相對(duì)磁導(dǎo)率的方法將在后面進(jìn)行說明。
[0044]作為本發(fā)明的復(fù)合材料的一種模式，構(gòu)成磁性物質(zhì)粉末的各顆粒的圓度可為1.0以上2.0以下。
[0045]通過使用如本模式中的一定圓度的顆粒，可以在顆粒間充分地形成間隙，而其他顆粒能夠插入到該間隙中。因此，能夠易于增加填充密度，并且粉末也表現(xiàn)出優(yōu)異的流動(dòng)性。因此，該模式提供了高飽和磁通密度和優(yōu)異的制造性。優(yōu)選的是，其圓度為1.0以上1.5以下，特別為1.0以上1.3以下。測(cè)量圓度的方法將在后面進(jìn)行說明。
[0046]如上所述，本發(fā)明的復(fù)合材料能夠用作電抗器用磁芯。因此，本發(fā)明的電抗器用磁芯可由本發(fā)明的復(fù)合材料制成。
[0047]由于本發(fā)明的電抗器用磁芯是由具有如上所述的低損耗特性和高飽和磁通密度的復(fù)合材料制成的，因此其損耗低并且飽和磁通密度高。
[0048]本發(fā)明的電抗器可包括線圈和其中設(shè)置有該線圈的磁芯。磁芯的至少一部分可由本發(fā)明的復(fù)合材料制成。
[0049]關(guān)于本發(fā)明的電抗器，因?yàn)榇判镜闹辽僖徊糠质怯删哂腥缟纤龅牡蛽p耗特性和高飽和磁通密度的復(fù)合材料制成的，因此該電抗器也能實(shí)現(xiàn)低損耗特性并具有高飽和磁通
山/又ο
[0050]或者，本發(fā)明的電抗器包括線圈和其中設(shè)置有線圈的磁芯。在該磁芯中，某部分中的至少一部分由粉末磁芯制成，而其他部分由本發(fā)明的復(fù)合材料制成。例如，在該磁芯中，設(shè)置于由卷繞線制成的筒狀線圈內(nèi)部的部分中的至少一部分由粉末磁芯制成，并且設(shè)置于線圈外部的部分中的至少一部分由本發(fā)明的復(fù)合材料制成(以下將這種模式稱作內(nèi)部粉末磁芯模式)?；蛘?，例如，在該磁芯中，設(shè)置于由卷繞線制成的筒狀線圈內(nèi)部的部分中的至少一部分由本發(fā)明的復(fù)合材料制成，并且設(shè)置于線圈外部的部分中的至少一部分由粉末磁芯制成(以下將這種模式稱作外部粉末磁芯模式)。
[0051]在內(nèi)部粉末磁芯模式中,粉末磁芯中，粉末磁芯設(shè)置在位于線圈內(nèi)部的部分(以下將該部分稱作內(nèi)側(cè)芯部)，并且本發(fā)明的復(fù)合材料設(shè)置在位于線圈外部的部分(以下將該部分稱作外側(cè)芯部)。因此，能夠易于提高內(nèi)側(cè)芯部的飽和磁通密度以高于外側(cè)芯部的飽和磁通密度。與整個(gè)磁芯均由磁導(dǎo)率相對(duì)較低的材料制成的情況相比，因?yàn)閮?nèi)側(cè)芯部的飽和磁通密度較高，因此飽和磁通密度均勻，內(nèi)側(cè)芯部的截面也能減小。即，能夠減小內(nèi)側(cè)芯部尺寸，并且由于內(nèi)側(cè)芯部的尺寸小，也能減小線圈的尺寸。因此，內(nèi)部粉末磁芯模式能夠提供小尺寸的電抗器。此外，通過減小線圈的尺寸，也能夠?qū)崿F(xiàn)電抗器重量的減少。另一方面，與上述的內(nèi)側(cè)粉末磁芯模式相反，在外側(cè)粉末磁芯模式中，內(nèi)側(cè)芯部是由本發(fā)明的復(fù)合材料提供的，并且外側(cè)芯部是由粉末磁芯提供的。因此，能夠容易地增加外側(cè)芯部的飽和磁通密度以高于內(nèi)側(cè)芯部的飽和磁通密度，并且能夠減少從外側(cè)芯部到外部的漏磁通。此外，在各個(gè)這些模式中，一部分磁芯是由本發(fā)明的含有樹脂成分的復(fù)合材料制成的。因此，能夠減小整個(gè)磁芯的相對(duì)磁導(dǎo)率，并因此能夠?qū)崿F(xiàn)(例如)無間隙結(jié)構(gòu)。對(duì)于無間隙結(jié)構(gòu)的磁芯，不會(huì)有從間隙部分漏出的漏磁通對(duì)線圈產(chǎn)生影響。因此，能夠?qū)⒕€圈設(shè)置在緊靠?jī)?nèi)側(cè)芯部的位置，因而能夠得到小尺寸的電抗器。此外，通過減小線圈的尺寸，也能夠縮短線材的長(zhǎng)度。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)電抗器重量的減小。
[0052]本發(fā)明的電抗器能夠用作轉(zhuǎn)換器的組成部件。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器包括開關(guān)元件、控制該開關(guān)元件運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電路、以及使該開關(guān)運(yùn)行平穩(wěn)的電抗器。通過運(yùn)行所述開關(guān)元件來轉(zhuǎn)換輸入電壓。所述電抗器可以為本發(fā)明的電抗器。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器能夠適當(dāng)?shù)赜米鞴β兽D(zhuǎn)換器裝置的組成部件。本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器裝置包括轉(zhuǎn)換輸入電壓的轉(zhuǎn)換器、以及與該轉(zhuǎn)換器相連以進(jìn)行直流電和交流電之間相互轉(zhuǎn)換的逆變器。通過所述逆變器的轉(zhuǎn)換得到的功率來驅(qū)動(dòng)負(fù)載。所述轉(zhuǎn)換器可以為本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器。
[0053]由于本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器和本發(fā)明的功率轉(zhuǎn)換器裝置包括具有高飽和磁通密度和低損耗特性的本發(fā)明電抗器，因此其可實(shí)現(xiàn)低損耗特性。
[0054]本發(fā)明的有益效果
[0055]本發(fā)明的復(fù)合材料、本發(fā)明的電抗器用磁芯、以及本發(fā)明的電抗器都具有低損耗特性和高飽和磁通密度。
[0056]附圖簡(jiǎn)要說明
[0057]圖1 (A)為根據(jù)第一實(shí)施方案的電抗器的示意性透視圖，圖1⑶為沿直線B-B截取得到的電抗器的截面圖。
[0058]圖2為示出了由線圈和內(nèi)側(cè)芯部部分組成的裝配產(chǎn)品的透視圖，其中，該裝配產(chǎn)品包括在根據(jù)第一實(shí)施方案的電抗器中。
[0059]圖3(A)為根據(jù)第五實(shí)施方案的電抗器的示意性透視圖，圖3(B)為該電抗器中所包括的磁芯的示意性透視圖。
[0060]圖4為示意性地示出混合動(dòng)力汽車的供電系統(tǒng)的構(gòu)造圖。
[0061]圖5為示出了包括本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的本發(fā)明示例性功率轉(zhuǎn)換器裝置的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0062]下面將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
[0063](第一實(shí)施方案)
[0064]參照附圖對(duì)第一實(shí)施方案的電抗器I進(jìn)行說明。附圖中相同的參考符號(hào)表示相同命名的元件。電抗器I包括由卷繞線2w制成的單線圈2、以及設(shè)置在線圈2的內(nèi)部和外部以形成閉合磁路的磁芯3。電抗器I的特征在于構(gòu)成磁芯3的材料。以下將對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0065][線圈2]
[0066]線圈2是由單根連續(xù)的線材2w經(jīng)螺旋纏繞而制成的筒狀元件。線材2w適宜為被覆線材，該被覆線材包括由銅或鋁、或者銅或鋁的合金等導(dǎo)電材料制成的導(dǎo)體，并且該導(dǎo)體的外周上設(shè)置有由絕緣材料制成的絕緣覆層。所述導(dǎo)體可以為各種形狀，如具有矩形截面形狀的矩形線、具有圓形截面形狀的圓線、具有多邊形截面形狀的異形線等。構(gòu)成這種絕緣覆層的代表性的絕緣材料為聚酰胺-酰亞胺等漆包材料。絕緣覆層的厚度越大，絕緣性能越好。其具體厚度可以為20 μ m以上100 μ m以下。可以適當(dāng)?shù)剡x擇線材2w的截面積和其卷繞數(shù)目(匝數(shù))，以達(dá)到所需的特性。線圈2的端面形狀可以為這些形狀:如圖2所示的環(huán)形或橢圓形(即，其外形僅由曲線形成)、或可以為跑道形或圓角矩形等平面形狀(即，其外形由曲線和直線形成)。當(dāng)圓柱形線圈的端面為環(huán)形時(shí)，線材易于纏繞，并易于成形。
[0067]此處，線圈2為由扁立纏繞的被覆矩形線材制成的扁立線圈，該矩形線材包括導(dǎo)體和絕緣覆層，其中所述導(dǎo)體為具有矩形截面形狀的矩形銅線，所述絕緣覆層為瓷漆。線圈2的端面形狀為環(huán)形。
[0068]形成線圈2的線材2w的相對(duì)端部由適當(dāng)?shù)脑牙霾⑸斓酱判?的外部(外側(cè)芯部32)。將絕緣覆層剝開以使各相對(duì)端部的導(dǎo)體部分暴露出來，通過焊接(如，TIG焊)或壓力下固定使由銅或鋁等導(dǎo)電材料制成的端子部件(未示出)與該暴露的導(dǎo)體部分連接。為線圈2供電的電源等外部裝置(未示出)通過該端子部件進(jìn)行連接。
[0069]使用本實(shí)施例所不的電抗器I,將由線圈2和磁芯3構(gòu)成的組合體置于具有底座的筒狀殼體4中。這樣放置線圈2，使得其軸向與殼體4的底面垂直(以下將這種模式稱作直立模式)。該直立模式能夠減少相對(duì)于安裝對(duì)象(例如，安裝有電抗器I的冷卻臺(tái))的電抗器I的安裝面積。
[0070][磁芯3]
[0071]當(dāng)線圈2被激發(fā)時(shí)，磁芯3形成閉合磁路。如圖1 (B)所示，磁芯3包括:柱狀內(nèi)側(cè)芯部31，其至少部分設(shè)置在線圈2的內(nèi)部并被線圈2覆蓋；以及外側(cè)芯部32，其設(shè)置在線圈2的外部并形成為幾乎覆蓋部分內(nèi)側(cè)芯部31和線圈2的筒狀外周面。在該實(shí)施例中，內(nèi)側(cè)芯部31和外側(cè)芯部32由互不相同的材料制成。內(nèi)側(cè)芯部31由粉末磁芯制成，而外側(cè)芯部32由磁性物質(zhì)粉末和復(fù)合材料(成形硬化制品)制成，其中該復(fù)合材料含有分散于其中的所述粉末。此處，電抗器I的最突出的特性在于所述復(fù)合材料中所含的磁性物質(zhì)粉末由相對(duì)磁導(dǎo)率不同的多種粉末制成。
[0072]〈〈內(nèi)側(cè)芯部y>
[0073]此處，內(nèi)側(cè)芯部31為與線圈2的內(nèi)周形狀一致的柱狀元件。可以適當(dāng)?shù)剡x擇內(nèi)側(cè)芯部31的截面形狀或外形。其可以與線圈的內(nèi)周形狀一致，例如，可以為長(zhǎng)方體等棱柱狀或橢圓狀?；蛘?，其也可以與線圈的內(nèi)周形狀不一致。另外，此處內(nèi)側(cè)芯部31為其中沒有鋁板等間隔部件或氣隙插入的固體元件。然而，也可以采用這樣的模式:其中，插入了由這樣的材料制成的間隔部件或氣隙，該材料的磁導(dǎo)率低于粉末磁芯或復(fù)合材料的磁導(dǎo)率，代表性的材料為非磁性材料。
[0074]粉末磁芯典型地通過這樣的方式獲得:對(duì)含有磁性物質(zhì)顆粒和絕緣覆層的磁性粉末進(jìn)行成形，其中所述絕緣覆層由硅樹脂等制成并覆蓋所述顆粒的表面，或者對(duì)通過向磁性粉末中適當(dāng)加入結(jié)合劑而得到的混合粉末進(jìn)行成形；然后在絕緣覆層的耐熱溫度下或低于該溫度下對(duì)該成形粉末進(jìn)行焙燒。在制備粉末磁芯時(shí)，通過調(diào)節(jié)磁性物質(zhì)顆粒的材料、磁性粉末和結(jié)合劑的混合比、包括絕緣覆層的各種覆層的量，或通過調(diào)節(jié)成形壓力，就能很容易地改變粉末磁芯的磁特性。例如，通過使用具有高飽和磁通密度的粉末，通過減少結(jié)合劑的混合量而增加磁性成分的比例、或增加成形壓力，就能獲得具有高飽和磁通密度的粉末磁芯。
[0075]磁性物質(zhì)顆粒的材料可以為鐵系材料，如:Fe、Co、Ni等鐵族金屬(例如，由Fe和不可避免的雜質(zhì)制成的純鐵)、主要成分為Fe的鐵合金(例如，F(xiàn)e-Si系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Al系合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr系合金、Fe-S1-Al系合金等)、稀土金屬、和鐵素體等軟磁材料。具體而言，通過使用鐵系材料，更容易獲得飽和磁通密度高于鐵素體的粉末磁芯。構(gòu)成形成于磁性物質(zhì)顆粒上的絕緣覆層的材料可以為(例如)磷酸鹽化合物、硅化合物、鋯化合物、鋁化合物、硼化合物等。當(dāng)磁性物質(zhì)顆粒由如上所述的鐵族金屬或鐵合金等金屬制成時(shí)，優(yōu)選使用絕緣覆層，因?yàn)槟軌蚪档蜏u流損耗。當(dāng)磁性物質(zhì)顆粒由鐵素體等絕緣物質(zhì)制成時(shí)，可以省去絕緣覆層。結(jié)合劑可以為(例如)熱塑性樹脂、非熱塑性樹脂或高級(jí)脂肪酸?？梢酝ㄟ^上述的焙燒工序除去結(jié)合劑，或者變?yōu)槎趸璧冉^緣物質(zhì)。關(guān)于粉末磁芯，通過使絕緣覆層等絕緣物質(zhì)存在于磁性物質(zhì)顆粒之間，使得磁性物質(zhì)顆粒被彼此隔離。這樣，能夠降低渦流損耗。因此，即使在以高頻功率激發(fā)線圈的情況下，這樣的損耗也很小。此外，即使當(dāng)粉末磁芯為相對(duì)復(fù)雜的三維形狀時(shí)，也能夠容易地進(jìn)行成形，并因此表現(xiàn)出優(yōu)異的制造性。可以使用任何已知的粉末磁芯。此處，構(gòu)成內(nèi)側(cè)芯部31的粉末磁芯是由具有絕緣覆層等覆層的軟磁性粉末制成的。
[0076]在圖1所示的實(shí)施例中，內(nèi)側(cè)芯部31在線圈2軸向上的長(zhǎng)度(以下簡(jiǎn)稱為長(zhǎng)度)大于線圈2的長(zhǎng)度。此外，在該實(shí)施例中，內(nèi)側(cè)芯部31被置于殼體4中，使得內(nèi)側(cè)芯部31的一個(gè)端面(圖1 (B)中置于殼體4的開口側(cè)的面)與線圈2的一個(gè)端面基本上保持齊平，并且另一個(gè)端面(圖1 (B)中置于殼體4的底面?zhèn)鹊拿?及相鄰部分從線圈2的另一個(gè)端面伸出。因此，關(guān)于電抗器1，磁芯3中設(shè)置于筒狀線圈2的內(nèi)部的部分由粉末磁芯形成，該粉末磁芯構(gòu)成了內(nèi)側(cè)芯部31的一部分；并且設(shè)置于線圈2的外部的部分由粉末磁芯以及復(fù)合材料(后面將會(huì)說明)形成，其中該粉末磁芯構(gòu)成了內(nèi)側(cè)芯部31的其余部分，并且該復(fù)合材料構(gòu)成了外側(cè)芯部32。
[0077]可以適當(dāng)?shù)剡x擇內(nèi)側(cè)芯部的伸出長(zhǎng)度。此處，盡管只有內(nèi)側(cè)芯部31的另一個(gè)端面?zhèn)葟木€圈2的另一個(gè)端面伸出，但是內(nèi)側(cè)芯部31的兩個(gè)端面均分別從線圈2的端面伸出也是可能的。此處，伸出長(zhǎng)度可以彼此相同或不同。此外，內(nèi)側(cè)芯部的長(zhǎng)度和線圈的長(zhǎng)度可以彼此相同。即，內(nèi)側(cè)芯部的端面和線圈的端面可以彼此保持齊平。例如，在磁芯中，只有設(shè)置在線圈之中的部分是由粉末磁芯制成的，并且設(shè)置在線圈外部的整個(gè)部分可由復(fù)合材料制成。在上述的任何模式中，都含有復(fù)合材料(后面將會(huì)說明)，使得當(dāng)線圈2被激勵(lì)時(shí)會(huì)形成閉合磁路。
[0078]〈〈外側(cè)芯部》
[0079]此處，整個(gè)外側(cè)芯部32都是由復(fù)合材料構(gòu)成的，該復(fù)合材料由磁性物質(zhì)粉末和樹脂制成。與內(nèi)側(cè)芯部31類似，沒有間隔部件或氣隙插入到外側(cè)芯部32中。外側(cè)芯部32和置于殼體4中的內(nèi)側(cè)芯部31通過樹脂互相接合在一起，而無需插入任何粘合劑，從而構(gòu)成了 一體的磁芯3。
[0080]在該實(shí)施例中，形成外側(cè)芯部32以覆蓋線圈2的相對(duì)端面和外周面，并覆蓋內(nèi)側(cè)芯部31的一個(gè)端面以及位于另一端面上的外周面。如圖1 (B)所示，沿著線圈2的軸向截取的截面形狀為倒置的U形。外側(cè)芯部32的形狀沒有特別的限制，只要能夠形成閉合磁路即可。例如，也可以采用這樣的模式:其中，線圈2的外周沒有被構(gòu)成外側(cè)芯部32的復(fù)合材料部分覆蓋。在后面將會(huì)說明的橫向模式(第四實(shí)施方案)中，能夠容易地實(shí)施這樣的模式:其中，線圈2的外周部分暴露在復(fù)合材料的外部。
[0081]復(fù)合材料中的磁性物質(zhì)粉末包含由相對(duì)磁導(dǎo)率不同的多種材料形成的粉末。優(yōu)選地，粉末由上述的軟磁性粉末制成。具體而言，可以適當(dāng)?shù)厥褂脙煞N均含有Fe但是組成不同的粉末。這種含有Fe的組成可以為由Fe和不可避免的雜質(zhì)制成的純鐵、和由Fe、添加元素和不可避免的雜質(zhì)制成的鐵合金。
[0082]示例性的純鐵可以為Fe含量為99.5質(zhì)量％以上的純鐵。當(dāng)含有純鐵粉末時(shí)，可得到具有高飽和磁通密度的復(fù)合材料。純鐵粉末的含量比例越高，越容易獲得具有高飽和磁通密度的芯部(復(fù)合材料)。具體而言，當(dāng)純鐵粉末為包含由純鐵制成的鐵顆粒和包覆各鐵顆粒的外周的絕緣覆層的被覆粉末時(shí)，因?yàn)椴迦腓F顆粒之間的絕緣覆層使鐵顆粒彼此隔離，因此能夠減小渦流損耗。因此，通過采用含有被覆粉末的模式，能夠容易地獲得具有高飽和磁通密度的低損耗的芯部。構(gòu)成絕緣覆層的示例性絕緣材料可以為磷酸鹽、硅樹脂、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬磷酸鹽化合物、金屬硼酸鹽化合物或金屬硅化合物。氧化物和金屬鹽類化合物等化合物中所含有的金屬元素可以為Fe、Al、Ca、Mn、Zn、Mg、V、Cr、Y、Ba、Sr、稀土元素(不包括Y)等。通過采用顆粒由鐵合金制成的模式(后面將會(huì)說明)，各個(gè)顆粒也包括絕緣覆層，能夠容易地獲得具有低損耗特性的芯。
[0083]當(dāng)含有鐵合金時(shí)，渦流損耗減小并且獲得低損耗的復(fù)合材料。因此，使用除了含有純鐵粉末還含有鐵合金粉末的模式時(shí)，能夠容易地獲得具有高飽和磁通密度的低損耗的芯部。在該模式中，純鐵粉末的含量越高，飽和磁通密度的增加量越大。因此，當(dāng)需要改善飽和磁通密度時(shí)，優(yōu)選的是磁性物質(zhì)粉末主要由純鐵粉末制成。更優(yōu)選的是，純鐵粉末的含量為最大。
[0084]或者，可以應(yīng)用這樣的模式:其中不含有這種純鐵粉末，并且復(fù)合材料中的磁性物質(zhì)粉末由具有不同組成的鐵合金粉末制成。在這種模式中，由于磁性物質(zhì)粉末全部為鐵合金粉末，因此渦流損耗小并且獲得了低損耗的特性。而且，能夠通過調(diào)整組成來增加飽和磁通密度。
[0085]所述鐵合金可以為含有總含量為1.0質(zhì)量％至20.0質(zhì)量％的選自于S1、N1、Al、Co和Cr中的至少一種元素作為添加元素的合金。更具體地，所述鐵合金可以為Fe-Si系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Al系合金、Fe-Co系合金、Fe-Cr系合金、Fe-S1-Al系合金。具體而言，F(xiàn)e-Si系合金或Fe-S1-Al系合金(森達(dá)斯特鋁硅鐵合金)等含Si的鐵合金具有高電阻，能夠容易地抑制渦流損耗。此外，磁滯損耗低。因此，能夠容易地獲得具有低損耗性能的芯部。
[0086]構(gòu)成復(fù)合材料的磁性物質(zhì)粉末可含有與構(gòu)成上述內(nèi)側(cè)芯部31的粉末磁芯的磁性物質(zhì)粉末相同的粉末，或者可以完全由不同的粉末制得。此外，當(dāng)構(gòu)成復(fù)合材料的磁性物質(zhì)粉末預(yù)先經(jīng)過了適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚頃r(shí)，能夠預(yù)期得到防止發(fā)生凝集、抑制在樹脂中的沉淀等效果。例如，當(dāng)預(yù)先用硅烷偶聯(lián)劑等進(jìn)行表面處理時(shí)，就能夠提高磁性物質(zhì)粉末和樹脂之間的密著力，并且能夠抑制磁性物質(zhì)粉末在未固化的樹脂中的沉淀。優(yōu)選對(duì)于每種組成使用不同的處理劑來進(jìn)行表面處理，使得同種類型(相同組成)的磁性物質(zhì)顆粒不容易凝集。從而不同的磁性物質(zhì)顆粒能夠均勻地分散在整個(gè)復(fù)合材料中。可以使用各種表面活性劑作為表面處理劑。例如，對(duì)于純鐵粉末可以使用疏水試劑，對(duì)于鐵合金粉末可以使用親水試劑。表面處理可以依次進(jìn)行，或同時(shí)進(jìn)行。注意的是，盡管可以在混合磁性物質(zhì)粉末和樹脂的同時(shí)混入表面處理劑以阻止沉淀，但是在所述混合之前進(jìn)行表面處理往往會(huì)表現(xiàn)出更好的阻止沉淀的效果。
[0087]構(gòu)成磁性物質(zhì)粉末的顆粒各自可以為任意形狀，例如球形或非球形(例如，盤狀、針狀、棒狀和其他任意的變形形狀)。即，在制造復(fù)合材料時(shí)，可以使用由任意形狀的顆粒制成的粉末作為原材料，并且用作原材料的磁性物質(zhì)粉末的形狀是靈活的。需要注意的是，復(fù)合材料中的磁性物質(zhì)顆粒的形狀和大小基本上仍保持為構(gòu)成用作原材料的粉末的顆粒的形狀和大小。因此，當(dāng)將非球形的磁性物質(zhì)粉末用作原材料時(shí)，復(fù)合材料中的磁性物質(zhì)顆粒也為非球形。
[0088]具體而言，近似球形的顆粒能夠充分保證顆粒之間的間隙，在這些間隙中，小于這些顆粒的細(xì)顆粒能夠插入其中。因此，能夠容易地進(jìn)一步增加填充密度，同時(shí)損耗往往較小。因此，一種制備復(fù)合材料的方法可以包括使用這樣的構(gòu)成原材料粉末的顆粒，所述各顆粒滿足下列條件，即，其圓度為1.0以上2.0以下。
[0089]圓度定義為:最大直徑/圓當(dāng)量直徑。通過明確構(gòu)成磁性物質(zhì)粉末的各顆粒的輪廓，由此確定具有與由該輪廓包圍的面積S等同面積的圓的直徑，從而獲得圓當(dāng)量直徑。即，圓當(dāng)量直徑表示為:2X{輪廓內(nèi)的面積S/π}"2。另外，最大直徑為具有該輪廓的顆粒的最大長(zhǎng)度。例如，可以由這樣的方式獲得面積S:通過將原材料粉末和樹脂等結(jié)合在一起以制備樣品，然后使用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡(即，SEM)等觀察樣品的截面。應(yīng)當(dāng)按照如下方式計(jì)算輪廓內(nèi)的面積S:通過將所得截面的觀察圖像進(jìn)行圖像處理(例如，二值化處理)等提取顆粒的輪廓?？梢酝ㄟ^從選取顆粒的輪廓中選取顆粒的最大長(zhǎng)度來獲得最大直徑。在使用SEM的情況下，測(cè)量條件可如下:截面數(shù)目為50以上(每個(gè)截面有一個(gè)視野);放大倍數(shù)為50倍至1000倍；每個(gè)視野測(cè)量顆粒的數(shù)目為10個(gè)以上；并且顆粒的總數(shù)為1000以上。
[0090]通過上述測(cè)量方法所得圓度為I的顆粒相當(dāng)于完美的球形。原材料粉末的圓度越接近于1，則越易于降低損耗，易于抑制相對(duì)磁導(dǎo)率的過度增加，并獲得提高填充密度或達(dá)到優(yōu)異的流動(dòng)性等效果。因此，優(yōu)選的是，原材料粉末的圓度滿足圓度為1.0以上1.5以下，特別地為1.0以上1.3以下的條件。通過使用球形顆粒，即使當(dāng)顆粒彼此靠近的時(shí)候，基本上這些顆粒也僅僅是互相間發(fā)生點(diǎn)接觸，而不會(huì)發(fā)生相互間的面接觸。此處，在分散在復(fù)合材料的樹脂中的磁性物質(zhì)顆粒彼此間發(fā)生多點(diǎn)接觸的情況下，復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率可能會(huì)變得過大。此外，當(dāng)磁性物質(zhì)顆粒由金屬制成時(shí)，渦流可能會(huì)在顆粒之間流動(dòng)。為了抑制這種相對(duì)磁導(dǎo)率的增加或者由于顆粒間的過多接觸而導(dǎo)致的渦流的發(fā)生或增加，尤其是當(dāng)磁性物質(zhì)顆粒由金屬制成時(shí)，磁性物質(zhì)粉末應(yīng)當(dāng)為具有由非磁性材料制成的絕緣覆層的磁性物質(zhì)粉末，例如上述被覆粉末。另一方面，當(dāng)將滿足圓度條件的那些均接近于完美球形的顆粒用作原材料粉末時(shí)，即使磁性物質(zhì)顆粒不具有絕緣覆層，也能抑制顆粒間的過多接觸，并且能夠?qū)?fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率抑制至低值。因此，使用滿足圓度條件的原材料粉末是獲得如下復(fù)合材料的有效構(gòu)成，該復(fù)合材料具有0.6T以上的高飽和磁通密度，并且同時(shí)其相對(duì)磁導(dǎo)率為20以下的較低值。
[0091]例如，可通過如下方式獲得圓度落入上述范圍內(nèi)的粉末:通過將惰性氣體用作冷卻介質(zhì)的氣霧化法來制備粉末；或使通過水霧化等形成的變形粉末(即，圓度沒有落入上述范圍內(nèi)的粉末)進(jìn)行研磨等磨圓處理。當(dāng)進(jìn)行研磨時(shí)，通過適當(dāng)選擇磨粒的粒度，能夠?qū)υ牧戏勰┑膱A度進(jìn)行調(diào)整。此外，在原材料粉末還含有粗粉末的情況下，當(dāng)粉末接近于球形時(shí)，即，當(dāng)粉末的圓度接近于1.0時(shí)，復(fù)合材料的損耗可能會(huì)變得更小。需要注意的是，由于本發(fā)明的復(fù)合材料是在相對(duì)較低的壓力下成形的，因此構(gòu)成復(fù)合材料中磁性物質(zhì)粉末的各個(gè)顆粒的圓度基本上與構(gòu)成原材料粉末的各個(gè)顆粒的圓度相同。例如，本發(fā)明的復(fù)合材料的圓度的測(cè)量可以這樣進(jìn)行:獲得復(fù)合材料的截面，然后使用通過顯微觀察上述截面獲得的觀察圖像。
[0092]獲得復(fù)合材料中磁性物質(zhì)顆粒的粒徑分布，在粒徑分布中可存在多個(gè)峰。通過這種方式，具有特定的小粒徑的顆粒和具有特定的大粒徑的顆粒以一定程度的高頻率同時(shí)存在。在形成于粗顆粒之間的空隙中，能夠插入細(xì)顆粒。因此，通過使用該復(fù)合材料，能夠容易地增加磁性物質(zhì)粉末的填充密度，并且磁性成分的比例高。
[0093]雖然根據(jù)粒徑的不同，峰的數(shù)目可以為二個(gè)、三個(gè)或多個(gè)，但是存在兩個(gè)峰即能夠充分地增加填充密度。例如，在粒徑分布中，當(dāng)?shù)谝环宄霈F(xiàn)處的粒徑為F1并且第二峰出現(xiàn)處的粒徑為1"2時(shí)，可存在滿足關(guān)系式(l/2)Xr2的兩個(gè)峰。粒徑為1^的細(xì)顆粒(其粒徑為粗顆粒的粒徑r2的一半或一半以下)能夠充分地插入到粗顆粒之間的空隙中，并因此能夠增加填充密度。粒徑^和粒徑r2之間的粒徑差越大，就能夠更有效地使顆粒插入到間隙中，并且往往更容易地增加填充密度。因此，進(jìn)一步優(yōu)選的是，粒徑^滿足關(guān)系式:(1/3) Xr2。然而，當(dāng)粒徑F1過小時(shí)，原材料粉末也會(huì)變細(xì)而難以處理。因而可能會(huì)導(dǎo)致加工性變差。因此，優(yōu)選滿足關(guān)系式:^彡(1/10) Xr20
[0094]雖然具有多個(gè)峰的磁性物質(zhì)粉末可以由相同類型(相同組成)的材料制成，但是優(yōu)選地，該具有多個(gè)峰的磁性物質(zhì)粉末由不同材料制成。具體地，一個(gè)峰為純鐵粉末的峰，而另一個(gè)峰為鐵合金粉末的峰；或者這些峰為具有不同組成的鐵合金粉末的峰。
[0095]在同時(shí)含有純鐵粉末和鐵合金粉末的模式中，在示出最小粒徑的峰的粉末為純鐵粉末的情況下，即，在粒徑A為純鐵粉末的粒徑并且粒徑r2為鐵合金粉末的粒徑的情況下，因?yàn)楹懈哳l率的細(xì)純鐵粉末，因此盡管存在純鐵粉末，也能夠減小渦流損耗。因此，通過使用該模式，由于存在高頻率的純鐵粉末，因而實(shí)現(xiàn)了高飽和磁通密度，并且由于細(xì)純鐵粉末和鐵合金粉末混合存在，因而實(shí)現(xiàn)了低損耗的特性。此外，通過使用該模式，由于具有高飽和磁通密度的細(xì)純鐵顆粒易于連續(xù)存在于粗鐵合金顆粒的周圍，因此磁通量易于均勻地通過。
[0096]另一方面，在同時(shí)含有純鐵粉末和鐵合金粉末的模式中，在示出最小粒徑的峰的粉末為鐵合金粉末的情況下，即，在粒徑A為鐵合金粉末的粒徑并且粒徑r2為純鐵粉末的粒徑的情況下，由于以高頻率含有細(xì)鐵合金粉末，因此能夠進(jìn)一步減少渦流損耗。因此，通過使用該模式，由于含有純鐵粉末，因而實(shí)現(xiàn)了高飽和磁通密度，并且由于細(xì)純鐵粉末，因而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了低損耗的特性。
[0097]在只含有鐵合金粉末的模式中，取決于示出最小粒徑的峰的粉末的特性，可實(shí)現(xiàn)更高的飽和磁通密度或進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低損耗的特性。
.[0098]關(guān)于具體的粒徑，在第一峰為純鐵粉末的峰的情況下，優(yōu)選粒徑F1為50 μ m以上IOOym以下，并且尤其優(yōu)選的是粒徑Γι為50μπι至70μπι。由于以高頻率存在的最細(xì)顆粒的粒徑為50 μ m以上，因此測(cè)量值小于50 μ m的極細(xì)顆粒的數(shù)目很少。這樣，即使當(dāng)顆粒由純鐵制成時(shí)，也能夠容易地對(duì)原材料粉末進(jìn)行處理。另一方面，在第一峰為鐵合金粉末的峰的情況下，因?yàn)榧词垢黝w粒測(cè)量值小于50 μ m時(shí)也易于對(duì)鐵合金進(jìn)行處理，所以粒徑Γι可為50 μ m以下。例如，粒徑A可以為10 μ m以上30 μ m以下。采用該模式時(shí)，由于粒徑F1更小并且顆粒是由鐵合金制成的，可取得下述效果:(1)由于渦流損耗減少，因此能夠容易地得到具有低損耗的復(fù)合材料；以及(2)由于能夠更容易地增加填充密度，因此盡管顆粒由鐵合金制成，飽和磁通密度也能高達(dá)一定程度。另外，使用鐵合金時(shí)，當(dāng)粒徑相對(duì)較細(xì)時(shí)，例如，50 μ m以下時(shí)，能夠容易地形成球形顆粒。因此，即使使用細(xì)球形顆粒的粉末也能實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的制造性。在上述范圍內(nèi)的粒徑^越小，損耗減少得越多；粒徑T1越大，加工性越好。
[0099]在第二峰為純鐵粉末的峰的情況下，粒徑r2優(yōu)選為100 μ m以上200 μ m以下，粒徑r2尤其優(yōu)選為140 μ m至200 μ m (優(yōu)選Γι < (1/2) Xr2))。而且，在示出了第一峰和第二峰的粉末均為組成不同的鐵合金粉末的情況下，粒徑r2可為30 μ m以上200 μ m以下(其中r!<r2)，并且進(jìn)一步可為40 μ m以上150 μ m以下。由于相對(duì)于測(cè)量值為50 μ m至100 μ m、或50 μ m以下的極細(xì)顆粒(粒徑為η的顆粒)，以高頻率含有極大的顆粒(粒徑為r2的顆粒)，因此復(fù)合材料的填充密度增加并且磁性成分的比例升高。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高飽和磁通密度并且能夠進(jìn)一步減少渦流損耗。而且，由于粒徑r2滿足上述的范圍，粒徑&和粒徑r2之間的粒徑差很大。因此，如上所述，能夠容易地增加填充密度。并且，由于粒徑r2S 200ym以下，能夠容易地減少潤(rùn)流損耗。
[0100]構(gòu)成外側(cè)芯部32的復(fù)合材料中磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布可以(例如)這樣測(cè)量:通過除去樹脂成分來提取磁性物質(zhì)粉末，然后使用粒徑分析儀對(duì)所得到的磁性物質(zhì)粉末進(jìn)行分析。也可以測(cè)量磁性物質(zhì)粉末的各種組成的粒徑分布，然后對(duì)粒徑分布進(jìn)行組合。當(dāng)復(fù)合材料含有后面將會(huì)說明的非磁性物質(zhì)粉末時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過利用磁體將磁性物質(zhì)粉末和與^磁性物質(zhì)粉末選擇性地分離?；蛘?，可通過使用X-射線衍射、能量色散X射線光譜(即EDX)等進(jìn)行成分分析而將磁性物質(zhì)粉末和非磁性物質(zhì)粉末選擇性地分離。可以使用任何市場(chǎng)上可得到的粒徑分析儀。在這樣的方案下，由于不存在樹脂組分，因此能夠以高度精確測(cè)量磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布。
[0101]可以通過使用這樣的具有所需組成的磁性物質(zhì)粉末作為原材料來制造具有上述粒徑分布的復(fù)合材料，所述磁性物質(zhì)粉末以高頻率含有具有粒徑r1(l和r2(l的顆粒，并且粒徑r1Ci和r2(l滿足r1(l〈r2(l(優(yōu)選r1(l ( (1/2) Xr2(l)。當(dāng)使用任意市售可得的粉末時(shí),應(yīng)檢驗(yàn)其粒徑粉末以使用具有上述特定粒徑分布的粉末?？梢酝ㄟ^使用篩子等對(duì)粉末進(jìn)行分級(jí)，這樣就得到所需的粒徑。典型地，可以通過霧化(氣霧化、水霧化等)來制造原材料粉末。具體而言，使用由氣霧化制造的粉末往往可提供具有低損耗的復(fù)合材料?？蛇m當(dāng)?shù)貙?duì)粗粉末進(jìn)行粉碎，這樣就得到所需的粒徑。此外，作為原材料粉末，通過制備如上所述的分別具有所需組成的多種粉末，并使用滿足于上述圓度的粉末，就能夠容易地獲得損耗更小且飽和磁通密度更高的復(fù)合材料。
[0102]需要注意的是，當(dāng)使用由具有較小粒徑差的顆粒制成的磁性物質(zhì)粉末作為原材料時(shí)，在復(fù)合材料的磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布中可能只存在一個(gè)峰。此外，在制造本發(fā)明的復(fù)合材料時(shí)，也可以使用粒徑分布相同但是組成互不相同的磁性物質(zhì)粉末作為原材料。在這種情況下，在復(fù)合材料的磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布中，也只存在一個(gè)寬峰或一個(gè)尖峰。
[0103]當(dāng)磁性物質(zhì)粉末相對(duì)于復(fù)合材料整體的總含量為30體積％以上70體積％以下時(shí)，磁性成分的比例足夠高，并且能夠獲得具有高飽和磁通密度的復(fù)合材料。此外，當(dāng)磁性物質(zhì)粉末的總含量為70體積％以下時(shí)，則在復(fù)合材料制造過程中原材料磁性物質(zhì)粉末和未固化樹脂的混合物會(huì)表現(xiàn)出優(yōu)異的流動(dòng)性。因此，該混合物能夠很好地填充到模具組件中。這樣，就實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料的優(yōu)異的制造性。具體而言，磁性物質(zhì)粉末的含量為40體積％以上65體積％以下時(shí)，可操作性優(yōu)異。制備原材料以達(dá)到所需的含量。復(fù)合材料中磁性物質(zhì)粉末的含量能夠通過這樣的方式獲得:通過除去樹脂成分來獲得磁性成分的體積；或?qū)⒔孛娴娘@微照片進(jìn)行上述圖像處理，從而將截面中磁性成分的面積比例轉(zhuǎn)換為體積比例。
[0104]作為用作復(fù)合材料中的結(jié)合劑的樹脂，可以適當(dāng)?shù)厥褂铆h(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、硅樹月旨、聚氨酯樹脂等熱固性樹脂。當(dāng)使用熱固性樹脂時(shí)，對(duì)模具組件中填充的混合物進(jìn)行加熱來進(jìn)行樹脂的熱固化?；蛘撸鳛橛米鹘Y(jié)合劑的樹脂，可以使用室溫固化樹脂或低溫固化樹月旨。在這種情況下，將模具組件中填充的混合物置于室溫至相對(duì)低的溫度下來固化樹脂?；蛘?，作為用作結(jié)合劑的樹脂，可以使用聚苯硫醚(PPS)樹脂、聚酰亞胺樹脂、氟樹脂等熱塑性樹脂。
[0105]在復(fù)合材料中，由于存在相對(duì)大量的通常為非磁性材料的樹脂，由復(fù)合材料制成的外側(cè)芯部32的飽和磁通密度往往低于構(gòu)成內(nèi)側(cè)芯部31的粉末磁芯的飽和磁通密度，并且相對(duì)磁導(dǎo)率趨于降低。通過調(diào)整磁性物質(zhì)粉末的材料、上述絕緣覆層的厚度、樹脂的量等，能夠容易地改變復(fù)合材料的磁特性。
[0106]典型地，復(fù)合材料可以通過注射成形或鑄造成形來形成。在注射成形中，將磁性物質(zhì)粉末和具有流動(dòng)性的樹脂(即，液態(tài)樹脂，通常具有粘度)互相混合。將混合物(漿狀混合物)在預(yù)定的壓力下傾倒入預(yù)定形狀的模具組件中，并進(jìn)行成形。然后，樹脂固化。在鑄造成形中，獲得與注射成形中所得混合物類似的混合物。然后，在不施加壓力的條件下將混合物傾倒入模具組件中，然后成形并固化。在第一實(shí)施方案中，殼體4能夠用作該模具組件。在這個(gè)殼體中，能夠容易地對(duì)預(yù)定形狀的復(fù)合材料(此處為外側(cè)芯部32)進(jìn)行成形。也可以制備多個(gè)所需形狀的成形制品并加以組合，從而形成所需形狀的磁芯。
[0107]此處，外側(cè)芯部32由這樣的復(fù)合材料構(gòu)成，該被覆材料由被覆粉末、環(huán)氧樹脂和鐵合金粉末制成，其中該被覆粉末由表面被絕緣覆層包覆的純鐵粉末。此外，該復(fù)合材料中鐵粉末(被覆粉末)的含量大于鐵合金粉末的含量。
[0108]〈〈磁特性》
[0109]磁芯3的磁特性存在部分區(qū)別。在該實(shí)施例中，內(nèi)側(cè)芯部31的飽和磁通密度比外側(cè)芯部32的飽和磁通密度高，并且外側(cè)芯部32的相對(duì)磁導(dǎo)率比內(nèi)側(cè)芯部31的相對(duì)磁導(dǎo)率低。
[0110]此處，內(nèi)側(cè)芯部31的飽和磁通密度為1.6T以上，并且相對(duì)磁導(dǎo)率為100至500。此外，內(nèi)側(cè)芯部31的飽和磁通密度比外側(cè)芯部32的飽和磁通密度高1.2倍以上。此處，在要獲得一定的磁通量的情況下，由于內(nèi)側(cè)芯部31中至少被線圈2覆蓋的部分的飽和磁通密度的絕對(duì)值更大，并且由于該部分的飽和磁通密度相對(duì)于外側(cè)芯部32而言更大，因此能夠至少減少該部分的截面積。因此，能夠減小其中內(nèi)側(cè)芯部31的飽和磁通密度高的電抗器I的尺寸(即，能夠減小其體積)。內(nèi)側(cè)芯部31的至少被線圈2覆蓋的部分的飽和磁通密度優(yōu)選為1.8T以上，并且進(jìn)一步優(yōu)選為2T以上；優(yōu)選為外側(cè)芯部32的飽和磁通密度的1.5倍以上，并且進(jìn)一步優(yōu)選為1.8倍以上，在各種情況中均沒有上限。需要注意的是，當(dāng)作為內(nèi)側(cè)芯部31的材料的粉末磁芯被電磁鋼板的層疊制品(代表性的為娃鋼板)取代時(shí)，內(nèi)側(cè)芯部31的飽和磁通密度能夠容易地得到進(jìn)一步提高。
[0111]此處，優(yōu)選的是，外側(cè)芯部32的飽和磁通密度為0.6T以上。外側(cè)芯部32的飽和磁通密度優(yōu)選為盡可能的高。優(yōu)選為0.8T以上，更優(yōu)選為IT以上。然而，此處外側(cè)芯部32的飽和磁通密度限定為小于內(nèi)側(cè)芯部31的飽和磁通密度。
[0112]優(yōu)選的是,外側(cè)芯部32的相對(duì)磁導(dǎo)率大于I小于20。此處,外側(cè)芯部32的相對(duì)磁導(dǎo)率優(yōu)選為5至20，5至18，并進(jìn)一步優(yōu)選為5至15。外側(cè)芯部32的相對(duì)磁導(dǎo)率低于內(nèi)側(cè)芯部31的相對(duì)磁導(dǎo)率可以使得磁通更容易穿過內(nèi)側(cè)芯部31。
[0113]由具有上述磁特性的內(nèi)側(cè)芯部31和外側(cè)芯部32構(gòu)成的磁芯3整體的相對(duì)磁導(dǎo)率為10至100。由于整個(gè)磁芯3的相對(duì)磁導(dǎo)率相對(duì)較低，因此磁芯3整體在沒有任何鋁板等間隔部件或氣隙插入的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)一體化的無間隙結(jié)構(gòu)。顯然地，可以在部分磁芯3中適當(dāng)?shù)夭迦腴g隔部件。[0114][殼體]
[0115]這里所指的殼體4為盒狀的矩形部件，其由一個(gè)四邊形的底面和四個(gè)直立于底面的側(cè)壁構(gòu)成，并且與底面相對(duì)的面是敞開的。殼體4用作放置由線圈2和磁芯3組成的組合體的容器。殼體4可實(shí)現(xiàn)保護(hù)線圈2和磁芯3免于環(huán)境的影響以及機(jī)械保護(hù)。此外，當(dāng)電抗器I固定在冷卻臺(tái)等安裝對(duì)象上時(shí)，殼體4可作為散熱通道。因此，能夠適當(dāng)?shù)赜米鳂?gòu)成殼體4的材料為表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)熱性的材料，優(yōu)選為比鐵等磁性物質(zhì)粉末的導(dǎo)熱性更高的材料，例如鋁、鋁合金、鎂、鎂合金等金屬。由于鋁、鎂、鋁或鎂合金都是輕質(zhì)的，因此它們也適合用作構(gòu)成需要具有較輕質(zhì)量的汽車部件的材料。此外，由于鋁、鎂、鋁或鎂合金均為非磁性材料和導(dǎo)電材料，因此能夠有效地防止向殼體4外部的漏磁通。這里，殼體4由鋁合金制成。
[0116]在如圖1所示的實(shí)施例中，用于將電抗器I固定在安裝對(duì)象上的連接部41與殼體4形成為一體。各連接部41均具有螺栓孔，并且電抗器I能夠通過螺栓固定在安裝對(duì)象上。另外，當(dāng)殼體4設(shè)置有用于將線圈2和內(nèi)側(cè)芯部31固定在預(yù)定位置上的定位部時(shí)，能夠?qū)⒕€圈2或內(nèi)側(cè)芯部31置于殼體4中的合適位置。此處，殼體4設(shè)置有定位部(未示出)，這樣線圈2就能夠定位在如圖1 (B)所示的殼體4的中心部分。此外，當(dāng)設(shè)置有類似于殼體4的由鋁等導(dǎo)電材料制成的蓋子時(shí)，能夠避免漏磁通，并且能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)外側(cè)芯部32免于環(huán)境的影響以及機(jī)械保護(hù)。蓋子設(shè)有槽口或通孔，這樣能夠使構(gòu)成線圈2的線材2w的端部被拉出?；蛘?，可以通過填充樹脂而形成蓋子。
[0117][其他結(jié)構(gòu)]
[0118]為了增強(qiáng)線圈2和磁芯3之間的絕緣性，線圈2的外周可以用絕緣樹脂覆蓋，或者線圈2的外周可以用絕緣紙、絕緣片、絕緣帶等絕緣部件覆蓋。所述絕緣樹脂可以為環(huán)氧樹脂、聚氨酯樹脂、聚苯硫醚(PPS)樹脂、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯(PBT)樹脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)樹脂、不飽和聚酯等。此外，為了增強(qiáng)內(nèi)側(cè)芯部31和線圈2之間的絕緣性，可以在內(nèi)側(cè)芯部31的外周設(shè)置絕緣線軸。該線軸可包括設(shè)置于內(nèi)側(cè)芯部31的外周的筒狀部，并且設(shè)置在筒狀部的相對(duì)端部的環(huán)形法蘭部。具體而言，當(dāng)線軸由多個(gè)分離片的組合構(gòu)成為一體時(shí)，就能夠容易地將其設(shè)置于內(nèi)側(cè)芯部31中。構(gòu)成線軸的材料包括PPS樹月旨、液晶聚合物(LCP)、聚四氟乙烯(PTFE)樹脂等。另外，可以用熱縮套管等絕緣套管覆蓋內(nèi)側(cè)芯部31的外周。此外，在使線圈2與殼體4接觸的情況下，為了增強(qiáng)線圈2和殼體4之間的絕緣性,可以插入上述的絕緣部件。當(dāng)與磁芯3接觸的線材2w的伸出部分也被絕緣樹脂、絕緣部件或其他上述熱縮套管覆蓋時(shí)，也能夠增強(qiáng)絕緣性。
[0119]或者，可以省去殼體。省去殼體能夠?qū)崿F(xiàn)電抗器的尺寸和重量的減少。當(dāng)磁芯3的外周面由構(gòu)成外側(cè)芯部32的復(fù)合材料制成時(shí)，因?yàn)楹袠渲煞郑源判?可能暴露。然而，當(dāng)磁芯3的外周被絕緣樹脂覆蓋時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)磁芯3免于環(huán)境的影響以及機(jī)械保護(hù)。當(dāng)將絕緣樹脂設(shè)計(jì)為含有由表現(xiàn)出高導(dǎo)熱性的陶瓷等制成的填料時(shí)，因?yàn)楸憩F(xiàn)出優(yōu)異的散熱特性而是優(yōu)選的。被樹脂覆蓋的部分可以與上述的連接部一體成形。
[0120][應(yīng)用]
[0121]如上所述構(gòu)造的電抗器I能夠適當(dāng)?shù)赜糜诩ぐl(fā)條件如下的用途，例如:最大電流(直流)為約100A至1000A ;平均電壓為約100V至1000V ;并且工作頻率為約5kHz至IOOkHz。典型地，電抗器I能夠適當(dāng)?shù)赜米麟妱?dòng)車、混合動(dòng)力汽車等車載功率轉(zhuǎn)換器裝置的組成部件。
[0122][電抗器的制造方法]
[0123]例如，可以按照如下方法制造電抗器I。首先，制備線圈2和由粉末磁芯制成的內(nèi)側(cè)芯部31。然后，如圖2所示，將內(nèi)側(cè)芯部31插入到線圈2中，以制備由線圈2和內(nèi)側(cè)芯部31組成的組裝體。之后，將組裝體置于殼體4中。
[0124]制備了用于構(gòu)成外側(cè)芯部32 (圖1)的多種磁性物質(zhì)粉末和未固化樹脂的混合物。充分?jǐn)嚢杌旌衔?，使得具有不同原料組成的磁性物質(zhì)粉末均勻分散，然后將混合物傾倒入殼體4中，殼體4也用作模具組件。此處，通過將混合物中磁性物質(zhì)粉末的總含量設(shè)定為70體積％以下，則該混合物具有優(yōu)異的流動(dòng)性。這樣，就能充分地將混合物填充在殼體4中，該殼體4因線圈2和內(nèi)側(cè)芯部31的存在而具有復(fù)雜的空間。填充工序之后，將混合物中的樹脂固化。由此可形成由復(fù)合材料制成的外側(cè)芯部32。此外，此處如圖1 (B)所示，通過這樣形成外側(cè)芯部32，使其與內(nèi)側(cè)芯部31的一個(gè)端面以及內(nèi)側(cè)芯部31的位于另一端面?zhèn)鹊耐庵苊娼佑|，從而可形成磁芯3，該磁芯3在線圈2受到激發(fā)時(shí)會(huì)形成閉合磁路。因此，外側(cè)芯部32形成的同時(shí)能夠得到電抗器I (圖1)。
[0125][效果]
[0126]構(gòu)成部分磁芯3 (此處指外側(cè)芯部32)的復(fù)合材料中的磁性物質(zhì)粉末由以相對(duì)磁導(dǎo)率不同的多種材料組成的混合粉末構(gòu)成。由于磁性物質(zhì)粉末含有不同材料的粉末，因此復(fù)合材料能同時(shí)獲得高飽和磁通密度和低損耗的特性。
[0127]由于電抗器I包括由復(fù)合材料制成的外側(cè)芯部32，并且該外側(cè)芯部32由具有特定組成的磁性物質(zhì)粉末和樹脂構(gòu)成，因此電抗器I具有高飽和磁通密度和低損耗的特性。具體而言，對(duì)于電抗器I，由于內(nèi)側(cè)芯部31是由粉末磁芯構(gòu)成的,所以內(nèi)側(cè)芯部31的飽和磁通密度也很高。因此，整個(gè)磁芯3的飽和磁通密度(通過對(duì)磁芯3的飽和磁通密度求平均而得到的值)高于完全由復(fù)合材料構(gòu)成的磁芯的飽和磁通密度。
[0128]此外，通過使用這樣的復(fù)合材料，能夠達(dá)到飽和磁通密度的進(jìn)一步提升，或者通過進(jìn)一步減少渦流損耗而達(dá)到低損耗的特性，其中該復(fù)合材料中所包含的磁性物質(zhì)粉末不僅材料不同，而且尺寸也互不相同。另外，通過使用含有細(xì)顆粒和粗顆粒的混合粉末的復(fù)合材料的模式，能夠得到下列效果。
[0129](I)在制造過程中能夠很容易地處理磁性物質(zhì)粉末，因此表現(xiàn)出優(yōu)異的制造性。
[0130](2)因?yàn)閺?fù)合材料中磁性組分的比例高達(dá)一定程度，因此無需過度增加磁性物質(zhì)粉末的量，磁性物質(zhì)粉末和樹脂的混合物即可在制造過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的流動(dòng)性。從這一方面來看，也表現(xiàn)出了優(yōu)異的制造性。
[0131](3)由于混合物表現(xiàn)出了優(yōu)異的流動(dòng)性，所以即使具有復(fù)雜的形狀時(shí)，也能夠高度精確地形成復(fù)合材料(此處為外側(cè)芯部32)。
[0132]此外，對(duì)于電抗器1，由于外側(cè)芯部32是由復(fù)合材料構(gòu)成的，因此能夠得到下列效果:(I)能夠容易地改變磁特性；(2)由于含有樹脂成分，因此通過用樹脂覆蓋線圈2和內(nèi)側(cè)芯部31，就能保護(hù)它們免于環(huán)境的影響并進(jìn)行機(jī)械保護(hù)；(3)樹脂成分能夠被用于接合外側(cè)芯部32與內(nèi)側(cè)芯部31 ;以及(4)形成外側(cè)芯部32時(shí)，能夠同時(shí)形成電抗器1，并表現(xiàn)出優(yōu)異的制造性。
[0133]另外，關(guān)于電抗器1，由于內(nèi)側(cè)芯部31的飽和磁通密度高于外側(cè)芯部32的飽和磁通密度，因此在所獲得的磁通量與由單一材料制成的芯體(芯體整體的飽和磁通密度是均勻的)的磁通量相等的情況下，能夠減小內(nèi)側(cè)芯部31 (尤其是被線圈2覆蓋的部分)的截面積(磁通穿過的部分的面積)。由于內(nèi)側(cè)芯部31的尺寸減小，使得線圈2的尺寸也能減小。此外，由于電抗器I具有無間隙的結(jié)構(gòu)，因此能將線圈2和內(nèi)側(cè)芯部31設(shè)置為彼此靠近。由于上述幾點(diǎn)，電抗器I的尺寸小。由于線圈2的尺寸減小，也能夠?qū)崿F(xiàn)電抗器I的重量減輕。此外，由于電抗器I具有無間隙結(jié)構(gòu)，因此能夠省去間隔部件的接合工序。從這一方面來看，表現(xiàn)出了優(yōu)異的加工性。
[0134][試驗(yàn)例I]
[0135]制備了含有磁性物質(zhì)粉末和樹脂的復(fù)合材料。對(duì)所得到的復(fù)合材料的磁特性進(jìn)行測(cè)試。
[0136]作為原材料磁性物質(zhì)粉末，準(zhǔn)備了純鐵粉末(Fe含量為99.5質(zhì)量％以上)、Fe-Si合金粉末(Si含量為6.5質(zhì)量％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì))。此外，作為用作粘結(jié)劑的樹月旨，每個(gè)樣品都使用了環(huán)氧樹脂。
[0137](樣品N0.1-1 至 N0.1-3、N0.1-100、N0.1-200:純鐵粉末 < 鐵合金粉末)
[0138]在制備樣品N0.1-1至N0.1-3, N0.1-100, N0.1-200的復(fù)合材料時(shí)，作為純鐵粉末(此處為具有由磷酸鹽制成的絕緣覆層的被覆粉末)和Fe-Si合金粉末(此處為無絕緣覆層的粉末)，制備了粒徑不同的粉末。使用市售可得的儀器(麥奇克(MiciOtrac)粒徑分布分析儀MT3300，由NIKKIS0 C0.，LTD.制造)對(duì)各粉末的粒徑分布進(jìn)行測(cè)定，這些儀器利用了激光衍射和散射。在所得到的粒徑分布的柱狀圖中，對(duì)于純鐵粉末，其眾數(shù)粒徑(mode)為54 μ m并且高頻率粒徑為48 μ m至57 μ m ;而對(duì)于Fe-Si合金粉末，其眾數(shù)粒徑為141 μ m并且高頻率粒徑為125 μ m至176 μ m。需要注意的是，由于絕緣覆層的厚度為約0.1 μ m以下并且極薄，因此其基本上不會(huì)影響被覆粉末的粒徑。因此，將被覆粉末的粒徑視為磁性物質(zhì)粉末的粒徑。制備了純鐵粉末、Fe-Si合金粉末和樹脂(在復(fù)合材料中的含量為50體積％)，使得每種粉末相對(duì)于整體復(fù)合材料的含量為如表I所示的量(體積百分比)，并且得到了將在后面描述的具有足夠大尺寸的復(fù)合材料來制造樣品。需要注意的是，使用上述方式利用各粉末截面的顯微鏡觀察圖像進(jìn)行圓度(最大直徑/圓當(dāng)量直徑)的測(cè)定(測(cè)量的顆粒的數(shù)目為1000以上)，結(jié)果為，純鐵粉末的圓度為1.9并且Fe-Si合金粉末的圓度為1.1。
[0139](樣品N0.1-1UN0.1-12、N0.1-110、N0.1-210:鐵合金粉末〈純鐵粉末)
[0140]在制備樣品N0.1-1UN0.1-12,N0.1-110,N0.1-210的復(fù)合材料時(shí)，作為純鐵粉末和Fe-Si合金粉末，制備了粒徑不同于樣品N0.1-1和其他樣品的粉末(此處，均為沒有絕緣覆層的粉末)。使用與樣品N0.1-1和其他的樣品相似的方法對(duì)每種粉末的粒徑分布和圓度進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于純鐵粉末，其眾數(shù)粒徑為65 μ m并且高頻率粒徑為62 μ m至74 μ m，圓度為1.5 ;而對(duì)于Fe-Si合金粉末，其眾數(shù)粒徑為30 μ m,并且高頻率粒徑為26 μ m至34 μ m，圓度為1.4。制備了純鐵粉末、Fe-Si合金粉末和樹脂(在復(fù)合材料中的含量為50體積％)，使得每種粉末相對(duì)于整體復(fù)合材料的含量為如表2所示的量(體積百分?jǐn)?shù))，并且得到了與樣品N0.1-1和其他樣品尺寸類似的復(fù)合材料。
[0141]通過混合所制備的磁性物質(zhì)粉末和樹脂來制得混合物。將混合物填充于預(yù)定形狀的模具組件中。之后，樹脂固化得到了復(fù)合材料。此處，制備了外徑為Φ34πιπι、內(nèi)徑為Φ20πιπι、并且厚度為5mm的環(huán)形樣品作為用以測(cè)試磁特性的樣品。此外，制備了直徑為Φ 50mm并且厚度為5mm的盤形樣品作為用于測(cè)試散熱特性的樣品。
[0142]對(duì)于所得到的各復(fù)合材料，測(cè)量飽和磁通密度、相對(duì)磁導(dǎo)率和鐵芯損耗。飽和磁通密度應(yīng)當(dāng)為通過下述方法得到的飽和磁通密度:通過使用電磁體對(duì)環(huán)形復(fù)合材料施加IOOOO(Oe) (=795.8kA/m)的磁場(chǎng)，使得該復(fù)合材料完全磁飽和。相對(duì)磁導(dǎo)率按照下列方法進(jìn)行測(cè)定。對(duì)各環(huán)形復(fù)合材料，將線材在初級(jí)側(cè)纏繞300匝，并在二級(jí)側(cè)纏繞20匝。在H=O (Oe)至IOO(Oe)的范圍內(nèi)對(duì)B-H初始磁化曲線進(jìn)行測(cè)定。得到了 B-H初始磁化曲線的B/H最大值，該最大值即確定為相對(duì)磁導(dǎo)率μ。需要注意的是，此處的磁化曲線是指所謂的DC磁化曲線。鐵芯損耗是按照下述方法使用環(huán)形復(fù)合材料進(jìn)行測(cè)定的。使用BH曲線描繪儀，在勵(lì)磁磁通密度Bm為IkG (=0.1Τ)且測(cè)量頻率為IOkHz下測(cè)定磁滯損耗Wh (W/m3)和潤(rùn)流損耗We (W/m3),并且基于磁滯損耗Wh+潤(rùn)流損耗We來計(jì)算鐵芯損耗(W/m3)。另外,利用溫度梯度法來測(cè)定所得到的盤形復(fù)合材料的熱傳導(dǎo)率。測(cè)定結(jié)果如表I和2所示。
[0143]將樹脂成分從所得到的樣品N0.1-1至N0.1-3,N0.1-11和N0.1-12的復(fù)合材料中除去，以得到磁性物質(zhì)粉末。按照與上述類似的方式，利用激光衍射和散射對(duì)所得到的磁性物質(zhì)粉末的粒徑進(jìn)行分析。在柱狀圖中，樣品N0.1-1至N0.1-3在54 μ m和141 μ m的點(diǎn)上均具有峰，而樣品N0.1-11和N0.1-12在30 μ m和65 μ m的點(diǎn)上均具有峰。換言之，在各復(fù)合材料的磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布中均存在多個(gè)峰，基本上保持了作為原材料的粉末的粒徑分布。
[0144][表 I]
[0145]
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合材料，其含有磁性物質(zhì)粉末和含有所述粉末的樹脂，其中所述粉末分散在所述樹脂中，其中 所述磁性物質(zhì)粉末包含分別由相對(duì)磁導(dǎo)率不同的多種材料制成的粉末。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料,其中 所述磁性物質(zhì)粉末包含純鐵粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 所述磁性物質(zhì)粉末包含鐵合金粉末。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 所述磁性物質(zhì)粉末中包含的所述純鐵粉末所占的比例最大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 在所述磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布中存在多個(gè)峰，并且 所述峰中的至少兩個(gè)峰為分別由相對(duì)磁導(dǎo)率不同的材料制成的粉末的峰。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 在所述磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布中存在多個(gè)峰，并且 所述峰中顯示出具有最小粒徑的峰的粉末為所述純鐵粉末。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 在所述磁性物質(zhì)粉末的粒徑分布中存在多個(gè)峰，并且 所述峰中顯示出具有最小粒徑的峰的粉末為所述鐵合金粉末。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 所述復(fù)合材料含有由至少一種材料制成的非磁性物質(zhì)粉末，并且在由所述磁性物質(zhì)粉末和所述非磁性物質(zhì)粉末形成的混合粉末的粒徑分布中，所述非磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的最大粒徑小于所述磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的最小粒徑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的復(fù)合材料，其中 所述非磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的最大粒徑為所述磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的最小粒徑的1/3以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求8和9中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 所述非磁性物質(zhì)粉末的峰出現(xiàn)處的粒徑為20 μ m以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 所述磁性物質(zhì)粉末包含被覆粉末，該被覆粉末包括磁性物質(zhì)顆粒和包覆各個(gè)所述磁性物質(zhì)顆粒的外周的絕緣覆層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 所述磁性物質(zhì)粉末相對(duì)于所述復(fù)合材料整體的總含量為30體積％以上70體積％以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 所述復(fù)合材料的飽和磁通密度為0.6T以上。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 所述復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率為5至20。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 所述復(fù)合材料包含由至少一種材料制成的非磁性物質(zhì)粉末，并且 所述非磁性物質(zhì)粉末相對(duì)于所述復(fù)合材料整體的總含量為0.2質(zhì)量％以上。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其中 構(gòu)成所述磁性物質(zhì)粉末的各個(gè)顆粒的圓度為1.0以上2.0以下。
17.一種電抗器用磁芯，由根據(jù)權(quán)利要求1至16中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料制成。
18.一種電抗器，包括線圈和其中設(shè)置有該線圈的磁芯，其中 所述磁芯的至少一部分是由根據(jù)權(quán)利要求1至16中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料制成的。
19.一種電抗器，包括線圈和其中設(shè)置有該線圈的磁芯，其中 在所述磁芯中，設(shè)置于由卷繞線制成的筒狀線圈內(nèi)部的部分中的至少一部分由粉末磁芯制成，并且設(shè)置于所述線圈外部的部分中的至少一部分由根據(jù)權(quán)利要求1至16中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料制成。
20.一種電抗器，包括線圈和其中設(shè)置有該線圈的磁芯，其中 在所述磁芯中，設(shè)置于由卷繞線制成的筒狀線圈內(nèi)部的部分中的至少一部分由根據(jù)權(quán)利要求I至16中任意一項(xiàng)所述的復(fù)合材料制成，并且設(shè)置于所述線圈外部的部分中的至少一部分由粉末磁芯制成。
21.一種轉(zhuǎn)換器，包括開關(guān)元件、控制該開關(guān)元件運(yùn)行的驅(qū)動(dòng)電路、以及使該開關(guān)運(yùn)行平穩(wěn)的電抗器，通過所述開關(guān)元件的運(yùn)行來轉(zhuǎn)換輸入電壓，其中 所述電抗器為根據(jù)權(quán)利要求18至20中任意一項(xiàng)所述的電抗器。
22.—種功率轉(zhuǎn)換器裝 置，包括轉(zhuǎn)換輸入電壓的轉(zhuǎn)換器、以及與該轉(zhuǎn)換器相連以實(shí)現(xiàn)直流電和交流電之間相互轉(zhuǎn)換的逆變器，通過所述逆變器的轉(zhuǎn)換得到的功率來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，其中 所述轉(zhuǎn)換器為根據(jù)權(quán)利要求21所述的轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號(hào)】H01F37/00GK103430250SQ201280012862
【公開日】2013年12月4日 申請(qǐng)日期:2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月24日
【發(fā)明者】稻葉和宏, 前田徹 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社