CN102667977B - 电抗器和电抗器的制造方法 - Google Patents

电抗器和电抗器的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高磁场且L值（电感）不大幅下降的优良直流重叠特性的电抗器和电抗器的制造方法。在第1混合工序中，使用混合机将以铁为主的软磁性粉末和相对于软磁性粉末为0.4wt%～1.5wt%的无机绝缘粉末混合。在1000℃以上且软磁性粉末开始烧结的温度以下的非氧化性气氛中对经第1混合工序的混合物进行热处理。在造粒工序中，添加0.1wt%～0.5wt%的硅烷偶合剂形成密合强化层作为第1层。向形成了使用硅烷偶合剂的密合强化层的软磁性合金粉末中添加0.5wt%～2.0wt%的硅树脂形成粘结层作为第2层。之后，混合润滑性树脂，通过加压成型，形成成型体。使用通过在退火工序中在非氧化气氛中对所述成型体年退火处理而制作出的压粉磁芯来形成电抗器。

Description

电抗器和电抗器的制造方法
技术领域
本发明涉及使用由压粉磁芯构成的电抗器磁芯并在电抗器磁芯的外周实施了绕线的电抗器和电抗器的制造方法。
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扼流圈作为电子设备，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。
由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小外加磁场下得到大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。能量损失包括将压粉磁芯用于交流磁场的情况下产生的被称作铁损(Pc)的能量损失。如[式1]所示，该铁损(Pc)可表示为磁滞损失(Ph)和涡流损失(Pe)之和。如[式2]所示，该磁滞损失与动作频率成正比，并且涡流损失(Pe)与动作频率的平方成正比。因此，在低频率区域磁滞损失(Ph)起主要作用，在高频率区域涡流损失(Pe)起主要作用。要求压粉磁芯具有减少该铁损(Pc)的发生的磁特性。
[式1]Pc＝Ph+Pe…(1)
[式2]Ph＝Kh×fPe＝Ke×f2…(2)
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(Ph)，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。此外，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。如[式3]所示，涡流损失与芯的比电阻成反比。
[式3]Ke＝k1Bm2t2/ρ…(3)
k1：系数、Bm：磁通密度、t：粒径(板材的情况下为厚度)、ρ：比电阻
这样的压粉磁芯用于电子设备用开关电源等中，用作去除与直流输出重叠的交流分量（噪声）的电抗器的芯。在用作电抗器的磁芯的压粉磁芯方面，为了获得噪声去除的效果，要求高的饱和磁通密度。并且，由于电源装置的主电流流入电抗器，因而当压粉磁芯的损失大时，产生大量的热。为了防止该发热，要求成为电抗器的磁芯的压粉磁芯是低铁损。
因此，如图13所示，增大使磁芯饱和的电流值，即使大电流流过也能抑制磁通密度的饱和，为了确保作为电抗器磁芯的功能，公知有这样的方法：与成为电抗器的磁芯的压粉磁芯的磁路正交形成多个间隙，在该间隙处配置例如树脂性的绝缘材料（非磁性）（例如，参照参考文献1～3）。
然而，在专利文献1～3的发明中，间隙附近的漏磁通引起卷线、芯的发热，在将其用在电抗器中的情况下，电路效率下降。并且，漏磁通成为对周边设备的噪声源，并且使周边的导体引起涡流损失。另外，在结构上，存在芯的组装工序复杂且成本高的问题、以及在各间隙部、间隙和磁性体碰撞、背离而产生噪声等的问题。
因此，在电抗器磁芯内设置间隙的情况下，为了解决或减轻由该间隙引起的诸问题，还公知有电抗器磁芯使用作为低磁导率材料的纳米晶体材料来消除间隙的电抗器（例如，参照专利文献4、5）。
专利文献1：日本特开2004-095935号公报
专利文献2：日本特开2007-012866号公报
专利文献3：日本特开2009-224584号公报
专利文献4：日本特开2006-344867号公报
专利文献5：日本特开2006-344868号公报
然而，对于在专利文献4、5中使用的利用纳米晶体材料的压粉磁芯，由于粉末自身坚固，成型困难，压粉磁芯的密度降低（理论密度的85％以下）。因此，虽然使用纳米晶体材料制作的压粉磁芯的磁导率形成得低，但是磁导直流重叠特性变差。并且，由于材料自身的最大磁通密度小，即使用作电抗器，也存在高磁场且L值（电感）大幅下降的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而作成的，本发明的目的是提供一种这样的无需间隙的电抗器和电抗器的制造方法，即，用绝缘性微粉均匀地分散在软磁性粉末的周围，将通过高压成型制作出的压粉磁芯用作电抗器磁芯，从而保持高密度，通过利用磁导率低的压粉磁芯，可改善电抗器磁芯的直流重叠特性，所以能够实现电抗器的小型化。
为了达到上述目的，本发明的电抗器在压粉磁芯上卷绕有导线，所述压粉磁芯是这样制作的：
将软磁性粉末和相对于软磁性粉末为0.4wt%～1.5wt%的无机绝缘粉末混合，向实施了热处理的软磁性粉末和无机绝缘粉末中混合粘结性绝缘树脂来造粒，向该混合物混合润滑性树脂，对该混合物进行加压成型处理，制作成型体，对该成型体进行退火处理，所述电抗器的特征在于，不与成为电抗器的磁芯的压粉磁芯的磁路正交设置间隙。
另外，使用的压粉磁芯是以下所述的电抗器和电抗器的制造方法也是本发明的一个方式。
（1）所述压粉磁芯是这样制作的：将软磁性粉末和无机绝缘粉末混合后，在1000℃以上且软磁性粉末开始烧结的温度以下的非氧化性气氛中对该混合物进行热处理而制作出。
（2）为了在软磁性粉末的表面均匀分散，保持绝缘性，使用无机绝缘粉末的平均粒径为7nm～500nm、硅成分为0.0wt%～6.5wt%的软磁性粉末。
（3）使用硅成分为0～6.5wt%的所述软磁性合金粉末。
根据本发明的电抗器，通过使用直流重叠特性优良的压粉磁芯，可取得以下效果。
（1）使用没有间隙的电抗器的磁芯，可防止由间隙附近的漏磁通引起的绕线和磁芯的发热，可防止电路效率下降。
（2）可防止由间隙附近的漏磁通引起的对周边设备的噪声，可减少周边的导体的涡流损失。
（3）由于在磁芯内不形成间隙，因而磁芯的组装简单，低廉。
（4）在驱动时在各间隙部中，由于间隙和磁性体碰撞、背离而产生噪声。另外，本发明可改善压粉磁芯的直流重叠特性，因而能够实现电抗器的小型化。
附图说明
图1是说明实施例的压粉磁芯的制造方法的流程图。
图2是在第1特性比较中说明(110)、(200)、(211)的各面的半峰宽之和的图。
图3是在第2特性比较中说明直流重叠特性相对于微粉的添加量的关系的图。
图4是在第2特性比较中说明压粉磁芯的直流BH特性的图。
图5是在第2特性比较中由直流BH特性说明微分磁导率和磁通密度的关系的图。
图6是在第3特性比较中说明直流重叠特性相对于微粉的添加量的关系的图。
图7是在第4特性比较中说明压粉磁芯的直流BH特性的图。
图8是在第4特性比较中由直流BH特性说明微分磁导率和磁通密度的关系的图。
图9是在第4特性比较中说明直流重叠电流与电感的关系的图。
图10是在第4特性比较中说明直流重叠电流与电感的关系的图。
图11是在第4特性比较中说明直流重叠电流与电感的关系的图。
图12是在第4特性比较中说明直流重叠电流与电感的关系的图。
图13是说明在现有的芯内具有间隙的电抗器的截面图。
具体实施方式
[1.压粉磁芯的制造工序]
作为本发明的电抗器的压粉磁芯的制造方法具有图1所示的下述各工序。
(1)在软磁性粉末中混合无机绝缘粉末的第1混合工序(步骤1)。
(2)对经第1混合工序的混合物实施热处理的热处理工序(步骤2)。
(3)在经热处理工序的软磁性粉末和无机绝缘粉末中混合粘结性绝缘树脂的造粒工序(步骤3)。
(4)向使用粘结性绝缘树脂造粒的软磁性粉末中混合润滑性树脂的第2混合工序(步骤4)。
(5)对经第2混合工序的混合物进行加压成型处理来制作成型体的成型工序(步骤5)。
(6)对经成型工序的成型体进行退火处理的退火工序(步骤6)。
下面对各工序进行具体说明。
(1)第1混合工序
在第1混合工序中，将以铁为主的软磁性粉末和无机绝缘粉末混合。
[关于软磁性粉末]
软磁性粉末使用通过气体雾化法、水气雾化法和水雾化法制作的平均粒径为5～30μm且硅成分为0.0～6.5wt%的软磁性粉末。与5～30μm的范围相比，平均粒径大时，涡流损失(Pe)增大，另一方面，与5～30μm的范围相比，平均粒径小时，密度降低引起的磁滞损失(Ph)增加。另外，软磁性粉末的硅成分相对于所述软磁性粉末为6.5wt%以下即可，含量大于该值时，成型性差，并产生压粉磁芯的密度降低、磁特性降低的问题。
通过水雾化法制造软磁性合金粉末的情况下，软磁性粉末的形状是不定形的，粉末的表面存在凹凸。因此，难以在软磁性粉末的表面形成均匀的无机绝缘粉末。另外，成型时应力集中在粉末表面的凸出部分，容易发生绝缘破坏。因此，混合软磁性粉末和无机绝缘粉末时，使用对粉末有机械化学效应的V型混合机、W型混合机、罐磨机等装置。另外，还可以使用对颗粒施与压缩力、剪切力等机械能量的类型的混合机，在混合的同时进行表面改性。
而且，对在软磁性粉末中混合无机绝缘粉末后的混合粉进行该无机绝缘粉末向表面的均匀分散和用于使粉末表面的凹凸均匀的平坦化处理。直流重叠特性取决于粉末的长径比，通过该处理，可以将长径比控制在1.0～1.5。该方法中，对表面进行机械塑性变形。作为其中一例，包括机械合金化法、球磨机、磨碎机等。
[关于无机绝缘粉末]
此处混合的无机绝缘粉末的平均粒径为7～500nm。平均粒径不足7nm时，难以造粒，而平均粒径超过500nm时，不能均匀分散在软磁性粉末的表面，不能保持绝缘性。另外，添加量优选为0.4～1.5wt%。添加量不足0.4wt%时，性能得不到充分发挥，而添加量超过1.5wt%时，密度明显降低，所以导致磁特性降低。作为这样的无机绝缘物质，优选使用熔点大于1500℃的MgO(熔点2800度)、Al2O3(熔点2046度)、TiO2(熔点1640度)、CaO粉末(熔点2572度)之中的至少一种以上的物质。
并且，在不进行后述的热处理工序的情况下，只要是滑石和碳酸钙等绝缘性粉末，就能使用而与熔点温度无关。
(2)热处理工序
在热处理工序中，以减少磁滞损失为目的和以提高成型后的退火温度为目的，将经上述第1混合工序的混合物在1000℃以上且软磁性粉末开始烧结的温度以下的非氧化性气氛中进行热处理。非氧化性气氛可以是氢气氛等还原气氛、惰性气氛、真空气氛。也就是说，优选不是氧化气氛。
此时，对于在第1混合工序中均匀分散在软磁性合金粉末的表面的无机绝缘粉末来说，绝缘层防止了在上述目的和热处理时的软磁性粉末之间的熔合。另外，通过在1000℃以上的温度进行热处理，除去了软磁性粉末内存在的变形、除去了晶粒界面等缺陷、软磁性粉末颗粒中的晶粒成长(增大)，由此使得磁壁移动变得容易，能够减小顽磁力、降低磁滞损失。并且，在软磁性粉末发生烧结的温度进行热处理时，软磁性粉末发生烧结凝固，存在不能用作压粉磁芯的材料的问题。因此，有必要在软磁性粉末开始烧结的温度以下的温度进行热处理。
根据使用的无机绝缘粉末的种类，也可以省略该热处理工序。在该情况下，在第1混合工序的混合中，进行软磁性粉末向表面的均匀分散和用于使粉末表面的凹凸均匀的平坦化处理，所以无机绝缘粉末的硬度低，这可缓解成型时的变形，因此可降低磁滞损失。
(3)造粒工序
在造粒工序中，以使所述无机绝缘粉末均匀分散为目的和以提高密合性为目的，构成双重结构的绝缘覆膜。作为第1层，在软磁性合金粉末的表面形成使用硅烷偶合剂的密合强化层。添加该硅烷偶合剂是为了提高无机绝缘粉末和软磁性粉末的密合力，最佳的添加量为0.1～0.5wt%。与此相比，添加量少时，密合量效果不充分，添加量多时，导致成型密度降低，使退火后的磁特性变差。作为第2层，在形成了使用硅烷偶合剂的密合层的软磁性合金粉末的表面形成使用硅树脂的粘结层。添加该硅树脂是为了提高粘结性能、并防止在成型时由于模具和粉末的接触导致的芯壁面的纵纹的产生，最佳的添加量为0.5～2.0wt%。与此相比，添加量少时，绝缘性能下降，成型时在芯壁面产生纵纹。添加量多时，导致成型密度降低，使退火后的磁特性变差。
(4)第2混合工序
在第2混合工序中，以防止成型时上冲的冲压减小、模具和粉末的接触引起的芯壁面的纵纹产生为目的，向经上述造粒工序的混合物中混合润滑性树脂。作为此处混合的润滑性树脂，可以使用硬脂酸、硬脂酸盐、硬脂酸皂、乙撑双硬脂酰胺等蜡。通过添加这些润滑性树脂，能够使造粒粉彼此之间的滑动性变得良好，所以可提高混合时的密度，可提高成型密度。另外，还能防止粉末烙在模具上。混合的润滑性树脂的量为上述软磁性粉末的0.2～0.8wt%。与此相比，混合的量少的话，不能得到足够的效果，成型时芯壁面产生纵纹、冲压大，最坏的情况下，上冲不能退出。混合量多时，导致成型密度降低，使退火后的磁特性变差。
(5)成型工序
在成型工序中，将上述那样通过粘结剂粘结的软磁性粉末投入到模具，通过浮动冲模法进行1轴成型，由此形成成型体。此时，经加压干燥的粘结性绝缘树脂发挥成型时的粘合剂的作用。成型时的压力可以与现有技术相同，在本发明中优选为1500MPa左右。
(6)退火工序
在退火工序中，在N2气体中或N2＋H2气体的非氧化性气氛中，在大于600℃的温度对上述的成型体进行退火处理，由此制作压粉磁芯。过度提高退火温度时，由于绝缘性能变差导致磁特性变差，所以特别是导致涡流损失大幅增加，从而导致铁损的增加，而本发明抑制了上述现象。
并且，此时，在退火处理中达到一定温度时，粘结性绝缘树脂发生热分解。由于压粉磁芯的热处理是在氮气气氛中进行，所以粘结性绝缘树脂附着在软磁性粉末的表面。因此，即使在高温进行热处理，绝缘性也不变差，由氧化等引起的磁滞损失也不会增加。并且，还起到改善机械强度的作用。
[2.测定项目]
作为测定项目，通过下述方法对磁导率、最大磁通密度和直流重叠性进行测定。对于磁导率，对制成的压粉磁芯实施1次缠线(20圈)，使用阻抗分析器(安捷伦科技有限公司(AgilentTechnologies)：4294A)，由20kHz、0.5V时的电感算出磁导率。
对于芯损，对压粉磁芯实施1次缠线(20圈)和2次缠线(3圈)，使用作为磁气测量设备的BH分析器(岩通计测株式会社：SY-8232)，在频率10kHz、最大磁通密度Bm＝0.1T的条件下测定铁损(芯损)。该计算中，通过下述[式4]，根据使用铁损频率的最小2乘法计算出磁滞损失系数、涡流损失系数。
[式4]
Pc＝Kh×f＋Ke×f2
Ph＝Kh×f
Pe＝Ke×f2
Pc：铁损
Kh：磁滞损失系数
Ke：涡流损失系数
f：频率
Ph：磁滞损失
Pe：涡流损失
并且，通过针对制作出的电抗器使用LCR计来测定直流重叠性。
实施例
下面参照表1～5对本发明的实施例1～24进行说明。
[3-1.第1特性比较(热处理工序的热处理的温度比较)]
在第1特性比较中，对热处理工序的热处理所致的软磁性粉末的表面改性进行比较。在表1中，作为实施例1～3和比较例1，对在热处理工序中施加给粉末的温度进行比较。表1是说明施加给软磁性粉末的温度和软磁性粉末在X射线衍射法(以下记作XRD)中的评价结果的表。
在实施例1～3和比较例1中，向由气体雾化法制作的平均粒径为22μm且硅成分为3.0wt%的Fe-Si合金粉末中添加0.4wt%的平均粒径为13nm(比表面积为100m2/g)的Al2O3作为无机绝缘粉末。之后，将实施例1～3的试样在含25%的氢(剩下的75%为氮)的950℃～1150℃的还原气氛中保持2小时进行热处理。
表1中，对于实施例1～3和比较例1，利用XRD对(110)、(200)、(211)的各面的峰进行半峰宽评价，图2是表示实施例1～3和比较例1的(110)、(200)、(211)的各面的半峰宽之和的图。
[表1]
由表1和图2可知，在热处理工序中未实施热处理的比较例1中，XRD中的(110)、(200)、(211)面的峰的半峰宽大。粉末的变形越大，半峰宽就越大，而变形越小，半峰宽就越小，所以在比较例1中，粉末存在大的变形。另一方面，在第1热处理工序中实施了热处理的实施例1～3中，与比较例1相比较，XRD中的(110)、(200)、(211)面的峰的半峰宽小。即，这是因为，通过在热处理工序中实施热处理，除去了粉末的变形。另外，虽然表中没有示出，但是在1000℃以上进行热处理工序的情况下也能起到相同效果。
即可知，通过在1000℃以上对软磁性粉末进行热处理，可对软磁性粉末的表面进行改性。由此，可以除去磁粉末的表面的凹凸，可防止磁通量集中在磁性粉末之间的间隙小的地方、接点附近的磁通密度增大、磁滞损失增大。而且，通过使磁性粉末之间的间隙均匀，使得设置在磁性粉末间的间隙为分散型间隙，可改善直流重叠特性。另一方面，如果在软磁性粉末发生烧结的温度进行热处理，则软磁性粉末发生烧结凝固，存在不能用作压粉磁芯的材料的问题。因此，有必要在软磁性粉末开始烧结的温度以下的温度进行热处理。
如上所述，将电抗器使用的压粉磁芯的热处理工序的热处理温度设定为1000℃以上且软磁性粉末开始烧结的温度以下。由此，可提供一种利用压粉磁芯的电抗器和电抗器的制造方法，该压粉磁芯可有效减少磁滞损失，软磁性粉末不会在热处理时烧结凝固。
[3-2.第2特性比较(无机绝缘物质的添加量的比较)]
在第2特性比较中，对向硅成分为3.0wt%的Fe-Si合金粉末中添加的无机绝缘物质的添加量进行比较。表2是示出作为比较例2～6和实施例4～14向软磁性粉末添加的无机绝缘物质的种类和成分的表。对于各无机绝缘物质的平均粒径，Al2O3为13nm(比表面积100m2/g)和60nm(比表面积25m2/g)，MgO为230nm(比表面积160m2/g)。
在本特性比较中使用的试样是通过向由气体雾化法制作的平均粒径为22μm且硅成分为3.0wt%的Fe-Si合金粉末中按如下添加无机绝缘粉末来制作的。
在项目A的比较例2中，不添加无机绝缘粉末。
在项目B的比较例3、4中，添加0.20～0.25wt%的13nm(比表面积100m2/g)的Al2O3作为无机绝缘粉末。
另外，在实施例4～10中，添加0.40～1.50wt%的13nm(比表面积100m2/g)的Al2O3作为无机绝缘粉末。
在项目C的比较例5和实施例11～13中，添加0.25～1.00wt%的60nm(比表面积25m2/g)的Al2O3作为无机绝缘粉末。
在项目D的比较例6和实施例14中，添加0.20～0.70wt%的230nm(比表面积160m2/g)的MgO作为无机绝缘粉末。
之后，将这些试样在1100℃的含25%的氢(剩下的75%为氮)的还原气氛中保持2小时进行热处理。然后，依次混合0.25wt%的硅烷偶合剂、1.2wt%的硅树脂，加热干燥后(180℃，2小时)，添加0.4wt%的硬脂酸锌作为润滑剂进行混合。
将这些试样在室温于1500MPa的压力加压成型，制作外径16mm、内径8mm、高5mm的呈环状的压粉磁芯。然后，在氮气气氛中(N2＋H2)，在625℃对这些压粉磁芯进行30分钟退火处理。
表2是针对实施例4～14以及比较例2～6说明软磁性粉末、无机绝缘粉末的种类和添加量、第1热处理温度、磁导率以及每单位体积的铁损(芯损)的关系的表。图3是针对实施例4～14和比较例2～6说明直流重叠特性相对于微粉的添加量的关系的图。另外，图4是说明实施例4、7和比较例2的直流BH特性的图，图5是根据图4的直流BH特性说明微分磁导率和磁通密度的关系的图。
[表2]
[关于直流BH特性]
表2的直流BH特性的%是指磁通密度在0T的磁导率μ(0T)和在1T的磁导率μ(1T)的比值(μ(1T)/μ(0T))，该值越大意味着直流重叠特性越优良。即，由表2可知，对于项目B中的比较例3、4和实施例4～10、项目C中的比较例5和实施例11～13、项目D中的比较例6和实施例14，通过在Si为3.0wt%的以气体雾化法制作的软磁性粉末中添加0.4wt%以上的微粉，使得所有项目中的直流BH特性都良好。
另一方面，由表2的各项目中的密度和磁导率对未添加微粉的项目A和添加了微粉的项目B～D进行比较可知，通过添加微粉，密度降低，所以磁导率降低，对直流BH特性造成不良影响。特别是，添加多于1.5wt%的微粉时，密度大幅降低，直流BH特性降低。
[关于磁滞损失]
在表2的磁滞损失(Ph)方面，与没有添加无机绝缘粉末的比较例1相比，添加Al2O3作为无机绝缘体的实施例4～14和比较例3～6的情况下，10kHz时的磁滞损失(Ph)降低。由此可知，整体的磁特性提高。
通常，密度越高，磁滞损失就越小，但在本实施例中，虽然密度降低，但磁滞损失(Ph)也降低。其原因如下：当在软磁性粉末的表面不均匀地分散了微粉时，磁通量集中在磁粉末之间的间隙小的地方，接点附近的磁通密度大，成为使磁滞损失增加的一个原因。在本实施例中，通过均匀地分散微粉，使磁性粉末之间的间隙均匀，降低了磁通量集中在磁性粉末之间的间隙所造成的磁滞损失。由此，即使密度降低，也能降低磁滞损失(Ph)。另外，设置在磁性粉末之间的间隙是分散型间隙，也能够改善直流重叠特性。
以上，向电抗器使用的压粉磁芯的硅成分3.0wt%的Fe-Si合金粉末的软磁性粉末中添加的无机绝缘物质的添加量可以为软磁性粉末的0.4～1.5wt%。与此相比，添加量少的话，不能得到足够的效果，添加量大于1.5wt%时，密度降低是影响直流BH特性的要素。由此能够提供一种利用这样的压粉磁芯的电抗器和电抗器的制造方法，该压粉磁芯可有效减少磁滞损失，软磁性粉末即使是硅成分为3.0wt%，热处理时也不会发生烧结凝固。
[3-3.第3特性比较(无机绝缘物质的添加量的比较)]
在第3特性比较中，对向作为软磁性粉末的硅成分6.5wt%的Fe-Si合金粉末中添加的无机绝缘物质的添加量进行比较。表3是作为比较例7～9和实施例15～18说明向软磁性粉末中添加的无机绝缘物质的种类和成分的表。对于无机绝缘物质的平均粒径，Al2O3是13nm(比表面积100m2/g)。
在本特性比较中使用的试样如下制作：向由气体雾化法制作的平均粒径为22μm且硅成分为3.0wt%的Fe-Si合金粉末中如下添加无机绝缘粉末，使用V型混合机混合30分钟，制作试样。
在项目E的比较例7中，不添加无机绝缘粉末。
在项目F的比较例8、9中，添加0.15～0.25wt%的13nm(比表面积100m2/g)的Al2O3作为无机绝缘粉末。
另外，在实施例15～18中，添加0.40～1.00wt%的13nm(比表面积100m2/g)的Al2O3作为无机绝缘粉末。
之后，将这些试样在1100℃的含25%的氢(剩下的75%为氮)的还原气氛中保持2小时进行热处理。然后，依次混合0.25wt%的硅烷偶合剂、1.2wt%的硅树脂，加热干燥后(180℃，2小时)，添加0.4wt%的硬脂酸锌作为润滑剂进行混合。
将这些试样在室温以1500MPa的压力加压成型，制作外径16mm、内径8mm、高5mm的呈环状的压粉磁芯。然后，在氮气气氛中(N290%＋H210%)，在625℃对这些压粉磁芯进行30分钟退火处理。
表3是针对实施例15～18和比较例7～9说明软磁性粉末、无机绝缘粉末的种类和添加量、第1热处理温度、磁导率以及每单位体积的铁损(芯损)的关系的表。图6是针对实施例15～18和比较例8、9说明直流重叠特性相对于微粉的添加量的关系的图。
[表3]
[关于直流BH特性]
表3的直流BH特性的%是指磁通密度在0T的磁导率μ(0T)和在1T的磁导率μ(1T)的比值(μ(1T)/μ(0T))，该值越大意味着直流重叠特性越优良。即，由表3和图6可知，对于项目F的比较例8、9和实施例15～18，通过在Si为6.5wt%的以气体雾化法制作的软磁性粉末中添加0.4wt%以上的微粉，使得所有项目中的直流BH特性都良好。
另一方面，由表3和图6的各项目中的密度和磁导率对未添加微粉的项目E和添加了微粉的项目F进行比较可知，通过添加微粉，密度降低，所以磁导率降低，对直流BH特性造成不良影响。特别是，添加多于1.5wt%的微粉时，密度大幅降低，直流BH特性降低。
[关于磁滞损失]
在表3的磁滞损失(Ph)方面，与没有添加无机绝缘粉末的比较例7相比，添加Al2O3作为无机绝缘体的实施例15～18和比较例8、9的情况下，10kHz时的磁滞损失(Ph)降低。由此可知，整体的磁特性提高。
通常，密度越高，磁滞损失就越小，但在实施例中，虽然密度降低，但磁滞损失(Ph)也降低。其原因如下：当在软磁性粉末的表面不均匀地分散了微粉时，磁通量集中在磁粉末之间的间隙小的地方，接点附近的磁通密度大，成为使磁滞损失增加的一个原因。在本实施例中，通过均匀分散微粉，使磁粉末之间的间隙均匀，降低了磁通量集中在磁粉末之间的间隙所造成的磁滞损失。由此，即使密度降低，也能降低磁滞损失(Ph)。另外，设置在磁粉末之间的间隙是分散型间隙，也能够改善直流重叠特性。
以上，向电抗器使用的压粉磁芯的硅成分6.5wt%的Fe-Si合金粉末的软磁性粉末中添加的无机绝缘物质的添加量可以为软磁性粉末的0.4～1.5wt%。与此相比，添加量少的话，不能得到足够的效果，添加量大于1.5wt%时，密度降低是影响直流BH特性的要素。由此，可提供一种利用这样的压粉磁芯的电抗器和电抗器的制造方法，该压粉磁芯可有效减少磁滞损失，软磁性粉末即使是硅成分为6.5wt%，热处理时也不会发生烧结凝固。
[3-4.第4特性比较(软磁性合金粉末的种类的比较)]
在第3特性比较中，对添加无机绝缘粉末的软磁性粉末的种类进行了比较。在本特性比较中使用的软磁性粉末是由水雾化法制作的粒度为75μm以下的纯铁、由水雾化法制作的粒度为75μm以下的纯铁经平坦化处理并使圆度为0.85的纯铁、和由水雾化法制作的粒度为63μm以下且硅成分为1wt%的Fe-Si合金粉末。
在本特性比较中使用的试样如下制作。
在项目G的实施例19中，向由水雾化法制作的粒度为75μm以下的纯铁中添加平均粒径为13nm(比表面积100m2/g)的Al2O3作为无机绝缘物质，使用V型混合机混合30分钟。
在项目H的实施例20中，向由水雾化法制作的粒度为75μm以下的纯铁经平坦化处理并使圆度为0.85的纯铁中添加平均粒径为13nm(比表面积100m2/g)的Al2O3作为无机绝缘物质，使用V型混合机混合30分钟。
在项目I的实施例21中，向由水雾化法制作的粒度为63μm以下且硅成分为1wt%的Fe-Si合金粉末中添加平均粒径为13nm(比表面积100m2/g)的Al2O3作为无机绝缘物质，使用V型混合机混合30分钟。
之后，将这些试样在1100℃的含25%的氢(剩下的75%为氮)的还原气氛中保持2小时进行热处理。然后，依次混合0.25wt%的硅烷偶合剂、1.2wt%的硅树脂，加热干燥后(180℃，2小时)，添加0.4wt%的硬脂酸锌作为润滑剂进行混合。
将这些试样在室温以1500MPa的压力加压成型，制作外径16mm、内径8mm、高5mm的呈环状的压粉磁芯。然后，在氮气气氛中(N290%＋H210%)，在625℃对这些压粉磁芯进行30分钟退火处理。
表4是针对实施例19～21说明软磁性粉末、无机绝缘粉末的种类和添加量、第1热处理温度、磁导率和每单位体积的铁损(芯损)的关系的表。图7是说明实施例19～21的直流BH特性的图，图8是根据图7的直流BH特性说明微分磁导率和磁通密度的关系的图。
[表4]
[关于直流BH特性]
表4的直流BH特性的%是指磁通密度在0T的磁导率μ(0T)和在1T的磁导率μ(1T)的比值(μ(1T)/μ(0T))。该值越大意味着直流重叠特性越优良。即，由表4可知，对于Si成分为0的实施例19、20和Si成分为1.0wt%的实施例21，与Si为3.0～6.5wt%的由气体雾化法制作的软磁性粉末一样，通过添加无机绝缘粉末，直流BH特性变得良好。另外，与图8的实施例20、21相比较可知，进行平坦化处理后，直流重叠特性优良。
另外，由图7、8可知，与未对软磁性粉末进行平坦化处理的实施例19相比，进行了平坦化处理的实施例20在外加磁场中的比磁导率优良。这是因为，通过对软磁性粉末进行平坦化处理，能够除去表面的凹凸，并使粉末的形状接近于球。因此，即使低的压力也能制作密度高的压粉磁芯。压粉磁芯具有密度高时则直流重叠特性优良的特性，随着压粉磁芯的密度增加，直流重叠特性提高。
如上，通过利用硅成分为0～6.5wt%的Fe-Si合金粉末的软磁性粉末作为电抗器使用的压粉磁芯的软磁性合金粉末时，不仅能提供低损失的压粉磁芯，而且还能提供高密度且直流重叠特性优良的压粉磁芯。另外，通过结合平坦化处理，能够提供利用密度更高且直流重叠特性更优良的压粉磁芯的电抗器和电抗器的制造方法。
[3-1.第3特性比较(电抗器磁芯的无机绝缘物质的的添加量的比较)]
在第3特性比较中，对使向软磁性粉末中添加的无机绝缘物质的添加量变化的电抗器磁芯进行了比较。表5是作为比较例10～12和实施例22～24说明向软磁性粉末中添加的无机绝缘物质的添加量的表。对于无机绝缘物质的平均粒径，Al2O3是13nm(比表面积100m2/g)。
在本特性比较中使用的试样如下制作：向由气体雾化法制作的平均粒径为22μm且硅成分为3.0wt%的Fe-Si合金粉末中如下添加无机绝缘粉末，制作试样。
在项目J～M的比较例10～12和实施例22～24中，添加0.25～1.00wt%的13nm(比表面积100m2/g)的Al2O3作为无机绝缘粉末。
之后，将这些试样在1100℃的含25%的氢(剩下的75%为氮)的还原气氛中保持2小时进行热处理。然后，依次混合0.25wt%的硅烷偶合剂、1.2wt%的硅树脂，加热干燥后(180℃，2小时)，添加0.4wt%的硬脂酸锌作为润滑剂进行混合。
将项目J、K、M的试样在室温以1500MPa的压力加压成型，将项目L的试样在室温以1200MPa的压力加压成型。之后，制作外径60mm、内径30mm、高25mm的呈环状的压粉磁芯。然后，在氮气气氛中(N2＋H2)，在625℃对这些压粉磁芯进行30分钟退火处理。针对这些试样，对线径2.2mm的铜线实施缠线60圈来制造电抗器，使用LCR仪表测定直流重叠特性。
表5是针对实施例22～24和比较例10～12说明无机绝缘粉末的添加量、密度、磁性部分的密度以及磁导率的关系的表。
[表5]
从表2可知，随着无机绝缘粉末的添加量增多，密度、磁性部分的密度以及磁导率下降。并且，图9是针对实施例22和比较例10说明直流重叠电流与电感的关系的图。图9的比较例10与实施例22相比较可知，在12A以下时，比较例10的电感大，而当超过12A时，比较例10的电感下降。即可知，在电感下降率方面，比较例10的大，是电感影响大的电抗器。
图10是针对实施例22和比较例11、12说明各实施例和比较例中的直流重叠电流与电感的关系的图。从图10可知，将实施例22和比较例12进行了比较，在电抗器内设置间隙的比较例12，其在25A以上的电感下降率低。即可知，即使无机绝缘粉末的添加量少，通过在电抗器内设置间隙，也能获得优良的重叠特性。
图11是针对实施例23、24和比较例11说明各实施例和比较例中的直流重叠电流与电感的关系的图。从图11可知，将实施例23、24和比较例12进行了比较，在电抗器内不设置间隙的实施例23、24中，直流重叠特性与在电抗器内设置间隙的比较例12相同。
图12是针对实施例23、24和比较例12说明各实施例和比较例中的直流重叠电流与电感的关系的图。在比较例12中可知，通过降低成型时的压力，降低密度，使L值与实施例23、24一致，而在10A以上时，L值大幅降低。即可知，通过如实施例23、24那样添加绝缘粉末并以预定压力成型，可改善直流重叠特性。
如上，在将电抗器使用的压粉磁芯的软磁性粉末和0.4wt～1.5wt%的无机绝缘粉末混合、将第1热处理温度在1000℃以上且软磁性粉末开始烧结的温度以下的非氧化性气氛中进行热处理而制作出的压粉磁芯用作电抗器磁芯的电抗器方面，可提供高磁场且L值（电感）不大幅降低的优良直流重叠特性的电抗器和电抗器的制造方法。

Claims (6)

1.一种电抗器，所述电抗器在压粉磁芯上卷绕有导线，所述压粉磁芯是这样制作的：
将软磁性粉末和相对于软磁性粉末为0.4wt％～1.5wt％的无机绝缘粉末混合，使软磁性粉末的长径比为1.0～1.5，并且所述无机绝缘粉末的平均粒径为7nm～230nm，
将所得混合物与粘结性绝缘树脂混合并造粒，然后向所得混合物混合润滑性树脂，
对所得混合物进行加压成型处理，制作成型体，对该成型体进行退火处理，
所述电抗器的特征在于，
不与成为电抗器的磁芯的压粉磁芯的磁路正交设置间隙。
2.根据权利要求1所述的电抗器，其特征在于，所述电抗器在压粉磁芯上卷绕导线，所述压粉磁芯是这样制作的：将所述软磁性粉末和所述无机绝缘粉末混合后，在1000℃以上且软磁性粉末开始烧结的温度以下的非氧化性气氛中，对所得混合物进行热处理，从而制作所述压粉磁芯。
3.如权利要求1或2所述的电抗器，其特征在于，所述软磁性粉末的硅成分为0～6.5wt％。
4.一种电抗器的制造方法，所述制造方法包括如下工序：
第1混合工序，将软磁性粉末和相对于所述软磁性粉末为0.4wt％～1.5wt％的无机绝缘粉末混合，使软磁性粉末的长径比为1.0～1.5，并且所述无机绝缘粉末的平均粒径为7nm～230nm；
造粒工序，向经所述第1混合工序的软磁性粉末和无机绝缘粉末中混合粘结性绝缘树脂并造粒；
第2混合工序，对经所述粘结工序的混合物混合润滑性树脂；
成型工序，对经所述第2混合工序的混合物进行加压成型处理，制作成型体；
退火工序，对经所述成型工序的成型体进行退火处理，制作压粉磁芯；以及
安装工序，在经所述退火工序的压粉磁芯上卷绕导线，
所述电抗器的制造方法的特征在于，
不与成为电抗器的磁芯的压粉磁芯的磁路正交设置间隙。
5.根据权利要求4所述的电抗器的制造方法，其特征在于，所述制造方法还具有热处理工序：在将所述软磁性粉末和所述无机绝缘粉末混合的第1混合工序后，在1000℃以上且软磁性粉末开始烧结的温度以下的非氧化性气氛中，对所得混合物进行热处理。
6.如权利要求4或5所述的电抗器的制造方法，其特征在于，所述软磁性粉末的硅成分为0～6.5wt％。
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