復(fù)合材料、電抗器、轉(zhuǎn)換器和功率轉(zhuǎn)換器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及適合用作構(gòu)成諸如電抗器等磁性部件的材料的復(fù)合材料、包括由該復(fù) 合材料形成的磁巧的電抗器、包括該電抗器的轉(zhuǎn)換器W及包括該轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換器件。 具體而言，本發(fā)明設(shè)及能夠降低損耗且部件數(shù)量少的電抗器和適用于該電抗器的復(fù)合材 料。
【背景技術(shù)】
[0002] 一種包括線圈和設(shè)置有該線圈的磁巧在內(nèi)的磁性部件（例如，電抗器或電動(dòng)機(jī)） 被用于多個(gè)領(lǐng)域中。例如，專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了一種電抗器，其用作安裝在諸如混合動(dòng)力電動(dòng) 汽車等車輛上的轉(zhuǎn)換器等的電路部件。專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了一種由諸如純鐵粉末等磁性粉末 和含有該粉末的樹(shù)脂（粘結(jié)劑）構(gòu)成的復(fù)合材料，該復(fù)合材料作為構(gòu)成設(shè)置在所述電抗器 中的磁巧的材料。能夠通過(guò)用將作為原料的磁性粉末和未固化的液態(tài)樹(shù)脂進(jìn)行混合而獲得 的混合物填充具有所需形狀等的成型模具，然后固化該樹(shù)脂來(lái)制造該復(fù)合材料。
[0003] 引用列表
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1 ;日本專利No. 4, 692, 768

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問(wèn)題
[0007] 理想的是，當(dāng)磁巧具有所需特性時(shí)，損耗應(yīng)盡量小。此外，從諸如電抗器等磁性部 件的制造性的觀點(diǎn)考慮，理想的是，部件數(shù)量應(yīng)盡量少。因此，理想的是，磁巧應(yīng)包括的部件 數(shù)量少。
[000引根據(jù)專利文獻(xiàn)1，使用復(fù)合材料構(gòu)成磁巧而不設(shè)置間隙。因此，可W省略間隙材料， 并且能夠減少部件的數(shù)量。在專利文獻(xiàn)1中，為避免設(shè)置間隙，復(fù)合材料被設(shè)置為具有11 W下的相對(duì)磁導(dǎo)率。由于相對(duì)磁導(dǎo)率降低，因此存在磁通泄露的可能性，從而導(dǎo)致因磁通量 的泄漏而造成損耗。
[0009] 因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低損耗且部件數(shù)量少的電抗器。此外，本 發(fā)明的另一目的在于提供一種適合用于構(gòu)筑電抗器的復(fù)合材料。
[0010] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種包括所述電抗器的轉(zhuǎn)換器和一種包括所述轉(zhuǎn)換 器的功率轉(zhuǎn)換器件。
[0011] 解決問(wèn)題的技術(shù)方案
[0012] 通過(guò)將復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率設(shè)置在特定范圍內(nèi)，本發(fā)明能夠良好地實(shí)現(xiàn)上述目 標(biāo)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料含有磁性粉末和包括呈分散狀態(tài)的所述磁性粉末的高分 子材料，并且所述磁性粉末相對(duì)于整個(gè)復(fù)合材料的含量大于50體積％且為75體積％ W下， 所述復(fù)合材料的飽和磁通密度為0. 6T W上，并且所述復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率大于20且為 35 W下。將在稍后說(shuō)明的試驗(yàn)例中對(duì)測(cè)定飽和磁通密度和相對(duì)磁導(dǎo)率的方法進(jìn)行描述。
[0014] 由于根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料具有35 W下的相對(duì)磁導(dǎo)率（相對(duì)較低），因此難W發(fā) 生磁通飽和的情況。為此，通過(guò)在諸如電抗器等磁性部件的磁巧中使用根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合 材料，能夠減少間隙材料和氣隙，并且更優(yōu)選地，省略間隙材料等。因此，能夠有助于減少諸 如電抗器等磁性部件的部件數(shù)量。此外，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料具有大于20的相對(duì)磁導(dǎo) 率。因此，在復(fù)合材料用于諸如電抗器等磁性部件的磁巧的情況下，線圈所產(chǎn)生的磁通量難 W發(fā)生泄漏。因此，通過(guò)在諸如電抗器等磁性部件的磁巧中使用根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料，能 夠降低損耗，并且有助于降低諸如電抗器等磁性部件中的損耗。此外，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材 料具有大于50體積％的磁性粉末的含量。為此，磁性成分的比例足夠高。因此，根據(jù)本發(fā) 明的復(fù)合材料可W具有得到提高的且為0.6T W上的飽和磁通密度。由于磁性粉末的含量 為75體積％ ^下，因此在制造時(shí)，含有作為復(fù)合材料的原料的磁性粉末和高分子材料的混 合物能夠容易地流動(dòng)，從而能夠W高精度形成具有各種形狀的復(fù)合材料。因此，根據(jù)本發(fā)明 的復(fù)合材料還具有優(yōu)異的制造性。此外，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料還具有優(yōu)異的形狀精度和 尺寸精度。
[0015] 具體而言，在磁性粉末的材料（例如，純鐵、Fe-Si合金等）具有約2T的飽和磁通 密度的情況下，磁性粉末的含量為大于50體積％，使得復(fù)合材料的飽和磁通密度能夠容易 地被設(shè)置為1. 0T W上。在該種情況下，如果磁性粉末的含量為55體積％ ^上，則復(fù)合材料 的飽和磁通密度被設(shè)置為1. 口 W上。更優(yōu)選的是，復(fù)合材料中的磁性粉末的含量應(yīng)為55 體積％ W上且70體積％ W下。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料存在該樣的方面；磁性粉末的密度比為0. 38 W上且0. 65 W下。密度比設(shè)置為表觀密度/真密度?；贘IS 22504(2000)"金屬粉末-表觀密度的 測(cè)定方法"獲得表觀密度。真密度表示僅物質(zhì)自身所占體積被設(shè)置為密度計(jì)算用體積的密 度。在構(gòu)成磁性粉末的各顆粒的內(nèi)部沒(méi)有空腔的情況下，真密度等于構(gòu)成磁性粉末的材料 (例如，諸如純鐵等金屬）的比重。
[0017] 例如，通過(guò)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，能夠 制造根據(jù)上述方面的復(fù)合材料。通過(guò)使用特定的原料，能夠在成型時(shí)不施加高壓的情況下 制造滿足特定相對(duì)磁導(dǎo)率和特定飽和磁通密度的根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料。因此，根據(jù)上述 方面，制造性優(yōu)異。此外，通過(guò)使用具有在滿足密度比的范圍內(nèi)的高表觀密度的粉末，能夠 提高填充密度。此外，通過(guò)使用具有滿足0.65 W下的密度比的表觀密度的粉末，能夠極力 抑制通過(guò)磁性粉末的顆粒的接觸而形成的電連接，從而將復(fù)合材料的相對(duì)磁導(dǎo)率抑制在低 值。結(jié)果，能夠在設(shè)置相對(duì)較高的飽和磁通密度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)相對(duì)較低的相對(duì)磁導(dǎo)率。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料存在該樣的方面；所述磁性粉末包括由相同材料構(gòu)成的多 種顆粒。
[0019] 磁性粉末由單一材料的顆粒構(gòu)成。因此，只要一種磁性粉末用作復(fù)合材料的原料 即可。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料存在該樣的方面；所述磁性粉末由單一材料構(gòu)成，所述磁 性粉末為鐵粉，并且鐵粉的表觀密度為3. 0g/cm3W上且5. Og/cm 3 W下。
[0021] 純鐵具有比化-Si合金等高的飽和磁通密度。為此，在該方面中，飽和磁通密度易 于提高。此外，純鐵具有7. 874g/cm3的真密度。為此，在純鐵的表觀密度滿足該范圍的情 況下，鐵粉具有0.38 W上且0.65 W下的密度比。因此，根據(jù)上述方面，飽和磁通密度較高， 而且復(fù)合材料容易具有上述大于20且35 W下的相對(duì)磁導(dǎo)率，并且制造性也優(yōu)異。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料存在該樣的方面；所述磁性粉末包含由彼此具有不同的相 對(duì)磁導(dǎo)率的多種材料構(gòu)成的粉末。如果磁性物質(zhì)的組成不同，則相對(duì)磁導(dǎo)率通常發(fā)生改變。 因此，在該方面中，將相對(duì)磁導(dǎo)率用作磁性物質(zhì)的組成之間的區(qū)別的指標(biāo)。
[0023] 在該方面中，含有由彼此具有不同的相對(duì)磁導(dǎo)率的多種材料形成的磁性粉末，也 就是，含有具有高相對(duì)磁導(dǎo)率的磁性粉末和具有相對(duì)較低的相對(duì)磁導(dǎo)率的磁性粉末。因此， 能夠同時(shí)具有各種粉末的特性。更具體而言，具有高相對(duì)磁導(dǎo)率的磁性物質(zhì)通常具有高飽 和磁通密度，而且具有低相對(duì)磁導(dǎo)率的磁性物質(zhì)通常具有高電阻率。因此，能夠降低禍流損 耗。因此，在該方面中，與含有由單一材料形成的磁性粉末的情況相比，高飽和磁通密度和 低損耗彼此能夠更容易地兼容。此外，在包含具有低相對(duì)磁導(dǎo)率的磁性體的方面中，難W發(fā) 生磁通飽和的情況。為此，能夠更容易地減少間隙部件。另外，在制造具有高飽和磁通密度 和低損耗的復(fù)合材料的情況下，能夠降低禍流損耗，而無(wú)需使用難W處置的極細(xì)磁性粉末， 并且能夠提高飽和磁通密度。然而，無(wú)需隨著原料的混合物的粘度的下降而提高磁性粉末 的含量。因此，上述方面也具有優(yōu)異的制造性。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料存在該樣的方面；當(dāng)獲得所述磁性粉末的粒徑分布時(shí)，存 在多個(gè)峰。
[0025] 當(dāng)獲取具有粒徑分布的粒徑ry的頻率fy時(shí)，上述峰在比粒徑r /j、預(yù)定值k化為 設(shè)計(jì)值）的粒徑r,的頻率f ,和比粒徑r y大預(yù)定值k化為設(shè)計(jì)值）的粒徑r j勺頻率f\處 獲得，頻率fy為頻率f S的1. 1倍W上并且為頻率1. 1倍W上。
[0026] 可W通過(guò)W下步驟制造根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料：混合作為原料的磁性粉末和諸如 樹(shù)脂或橡膠等高分子材料來(lái)制備混合物，用混合物填充預(yù)定的成型模具，然后固化高分子 材料。通過(guò)該制造方法，用于原料的磁性粉末的顆粒的形狀或直徑在制造之前和之后基本 上不發(fā)生改變。為此，復(fù)合材料中的磁性粉末的粒徑分布與用于原料的磁性粉末的粒徑分 布大致相同。
[0027] 粒徑分布中存在多個(gè)峰表明：在粒徑分布的柱狀圖中，峰（高頻值）存在于具有 小粒徑的點(diǎn)和具有大粒徑的點(diǎn)。換言之，存在至少兩個(gè)峰；即存在第一峰和第二峰，當(dāng)具有 第一峰的粒徑用ri表示W(wǎng)及具有第二峰的粒徑用r 2表示時(shí)，粒徑r 1小于粒徑r 2 (ri< r 2)。 存在多個(gè)峰的方面包括高頻處的細(xì)磁性粉末和粗磁性粉末。通過(guò)包括相對(duì)較大量的細(xì)磁性 粉末，該方面能夠降低禍流損耗，從而實(shí)現(xiàn)小損耗。此外，通過(guò)使用用于原料且含有細(xì)粉末 和粗粉末的混合粉末，能夠容易地提高磁性粉末的填充密度。結(jié)果，能夠獲得具有高比例的 磁性成分的復(fù)合材料。因此，在該方面中，飽和磁通密度較高。此外，通過(guò)利用混合粉末，能 夠容易地提高填充密度。為此，無(wú)需僅使用難W處置的極細(xì)粉末。因此，能夠利用具有易于 處置的尺寸的粉末。因此，在該方面中，將用于原料的磁性粉末能夠容易地被處置，并且制 造性也優(yōu)異。另外，在混合粉末用于原料的情況下，具有高分子材料的混合物具有提高的流 動(dòng)性。為此，能夠W較高的精度成型甚至具有復(fù)雜形狀的復(fù)合材料。在該點(diǎn)上，上述方面具 有優(yōu)異的制造性。在該方面中，如果磁性粉末由單一材料構(gòu)成且單一材料為純鐵，則能夠提 高飽和磁通密度，并且如果單一材料為鐵合金，則能夠降低禍流損耗。
[002引另外，不管磁性粉末的材料的數(shù)量如何，粒徑分布中的峰的存在判定峰是否存在 于整個(gè)磁性粉末中。更具體而言，包括w下情況。
[0029] (A)諸如純鐵或鐵合金等磁性粉末由單一材料構(gòu)成，并且可W在粒徑分布中看到 多個(gè)峰。
[0030] 炬）磁性粉末由不同類型的材料構(gòu)成（例如，包括純鐵和鐵合金），并且可W在某 種材料（例如，純鐵）的粒徑分布中看到單一峰，且可W在另一種材料（例如，鐵合金）的 粒徑分布看到單一峰。然而，將形成共同的峰的粒徑彼此錯(cuò)開(kāi)。
[0031] 似包括由不同類型的材料（例如，純鐵和鐵合金）構(gòu)成的磁性粉末，并且可W在 某種材料（例如，純鐵）和另一種材料（例如，鐵合金）的各粒徑分布中看到多個(gè)峰。在該 種情況下，某種材料（例如，純鐵）的峰和另一種材料（例如，鐵合金）的峰可能彼此重疊 或可能彼此錯(cuò)開(kāi)。
[0032] 值）包括由不同類型的材料（例如，包括純鐵和鐵合金）構(gòu)成的磁性粉末，并且可 W在某種材料（例如，純鐵）的粒徑分布中看到單一峰，且可W在另一種材料（例如，鐵合 金）的粒徑分布中看到多個(gè)峰。在該種情況下，某種材料（例如，純鐵）的單一峰和另一種 材料（例如，鐵合金）的單一峰可能彼此重疊或可能彼此錯(cuò)開(kāi)。
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料存在該樣的方面；構(gòu)成磁性粉末的顆粒的圓形度為0. 1 W 上且2.0 W下。稍后將對(duì)測(cè)量圓形度的方法進(jìn)行描述。
[0034] 例如，通過(guò)使用用于原料且由滿足特定圓形度的顆粒構(gòu)成的磁性粉末，能夠制造 根據(jù)上述方面的復(fù)合材料。磁性粉末具有優(yōu)異的流動(dòng)性，而且能夠充分形成另一顆粒能夠 設(shè)置在滿足特定圓形度的顆粒之間的間隙。因此，通過(guò)使用特定原料，能夠容易地提高磁性 粉末的填充密度。由此獲得的復(fù)合材料具有高