[发明专利]软磁性粉末组合物、芯、电抗器

说明书

技术领域

本发明涉及低噪声电抗器和高强度电抗器、适合于该低噪声电抗器和高强度电抗器的软磁性粉末组合物、芯及芯的制造方法。

背景技术

OA设备、太阳能发电系统、汽车、不间断电源等控制用电源中使用了扼流圈，作为其芯，使用的是铁氧体磁芯或压粉磁芯。在这些之中，铁氧体磁芯存在饱和磁通密度小的缺点。与此相对，将金属粉末成型制作的压粉磁芯具有比软磁性铁氧体高的饱和磁通密度，所以直流重叠特性优良。

鉴于提高能量交换效率和低放热等要求，压粉磁芯需要具有能够在较小的外加磁场下得到较大的磁通密度的磁特性和磁通密度变化中的能量损失小的磁特性。

将压粉磁芯用于交流磁场的情况下，产生被称作铁损(Pc)的能量损失。如式1所示，该铁损可表示为磁滞损失(Ph)和涡流损失(Pe)之和，主要成为问题的是磁滞损失和涡流损失。

磁滞损失与动作频率成正比，并且涡流损失与动作频率的平方成正比。因此，在低频率区域磁滞损失起主导作用，在高频率区域涡流损失起主导作用。要求压粉磁芯具有减少该铁损的发生的磁特性。

Pc＝Ph+Pe、Ph＝Kh×f、Pe＝Ke×f²…式1

Kh：磁滞损失系数、Ke：涡流损失系数、f：频率

为了减少压粉磁芯的磁滞损失，使磁壁的移动变得容易即可，为此，可以通过降低软磁性粉末颗粒的顽磁力来实现。通过降低该顽磁力，能够实现初磁导率的提高和磁滞损失的减少。

另一方面，如式2所示，涡流损失与芯的比电阻成反比。

Ke＝k1(Bm²·t²)/ρ…式2

k1：系数、Bm：磁通密度、t：粒径(板材的情况下为厚度)、ρ：比电阻

进行了高密度成型的压粉磁芯具有高磁通密度，可发挥优良的磁特性。

另外，为了使开关电源等的输出波形平滑而使用了扼流圈。伴随着各种电子设备的高性能化和多功能化，对于在其中使用的扼流圈的芯也要求在大电流的情况下特性变化小。具体来说，需要一种具有优良的直流重叠特性和低损失特性的芯。作为这种芯，以往使用了铁氧体磁芯、压粉磁芯。其中，由非晶质软磁性合金(无定形软磁性合金)的粉末制作的压粉磁芯具有直流重叠特性优良、损失少的特性。

为了使用这些非晶质软磁性粉末制成压粉磁芯，将非晶质软磁性粉末与低熔点玻璃和粘结性树脂等混合，在常温或高温下将其混合物压缩成型后，对所得到的成型体进行热处理。另外，低熔点玻璃具有成本高的问题，因而代替低熔点玻璃，如专利文献3所示提出了使用磷酸二氢铝作为绝缘覆膜以实现绝缘性能的改善；如专利文献4所示尝试了使用含有铝的磷酸盐或磷酸化合物以获得高绝缘性和磁通密度。但是，这些现有技术均着眼于提高绝缘性能，并不是以提高芯强度或低噪声化为目的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-176914号公报

专利文献2：日本特开2008-192897号公报

专利文献3：日本特开2003-272911号公报

专利文献4：日本特开2005-113258号公报

发明内容

发明要解决的课题

太阳能发电系统等多为将部件配置于室内的情况，存在噪声等问题，作为其中使用的电抗器的压粉磁芯的材料，磁致伸缩较小的Fe-6.5Si合金粉末、FeSiAl合金(铝硅铁粉)等是合适的。但是，即使使用这些材质，若压粉磁芯的绝缘层的强度不充分则也会发生噪声大的问题。即，即使减小粉末磁芯的磁致伸缩，通过驱动中的励磁磁场而使粉末振动，从而也会产生噪声。因此，为了减少粉末振动而需要提高绝缘层与粉末的密合强度、提高绝缘层的硬度。

作为这种低噪声化技术，专利文献1中介绍了将铝硅铁粉粉末磁芯的平均硬度提高到Hv350以上或者将压缩断裂载荷提高到6.0吨/cm²以上(600MPa以上)。该现有技术中，作为提高磁芯硬度的手段，使铝硅铁粉粉末中混合的水玻璃的添加量为1重量％～3重量％(wt％)。