CN107077939B - 复合材料、磁部件和电抗器 - Google Patents

Abstract

本发明提供低铁损、高饱和磁化并且高强度的复合材料和具备复合材料的磁部件以及电抗器。一种复合材料，其为含有软磁性粉末和以分散的状态内包所述软磁性粉末的树脂的复合材料，其中，所述软磁性粉末包含平均粒径D₁为50μm以上且500μm以下的粗粒粉末和平均粒径D₂为0.1μm以上且小于30μm的微粒粉末，所述软磁性粉末相对于所述复合材料整体的含量为60体积％以上且80体积％以下。

Description

复合材料、磁部件和电抗器

技术领域

本发明涉及适合于电抗器等磁部件的构成构件的复合材料、具备复合材料的磁部件和作为磁部件之一的电抗器。特别是涉及低铁损、高饱和磁化并且高强度的复合材料。

背景技术

作为汽车、电气设备、工业机械等各种产品的部件，使用了磁部件。磁部件具备将绕线卷绕而成的线圈和配置线圈的磁性铁芯。作为磁部件的具体例，可以列举例如电抗器、扼流圈、变压器、电动机等。

作为上述磁性铁芯的至少一部分，例如，在专利文献1、2所示的电抗器中，使用了将磁性体粉末与树脂的混合物填充于成形用模具并将树脂固化(硬化)而制造的复合材料。专利文献1的复合材料的磁性体粉末具有由同一材质构成的多个粒子，获取粒度分布时具有多个峰值。另一方面，专利文献2的复合材料的磁性体粉末具有相对导磁率不同的多种材质的粉末，获取粒度分布时具有多个峰值。如此，复合材料具备材质为同一种类或不同种类且具有多个峰值的磁性体粉末，由此构建损耗低且饱和磁化高的电抗器。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2012-212855号公报

专利文献2：日本特开2012-212856号公报

发明内容

发明所要解决的问题

近年来对能源问题的关心正在提高，复合材料所要求的特性也变得严格，期望开发出铁损更少、强度更高的复合材料。如上所述，专利文献1、2的复合材料能够确保一定程度的低铁损和高饱和磁化。但是，对于低铁损及高饱和磁化等磁特性的提高和强度的提高的兼顾，存在进一步改善的余地。

因此，鉴于上述情况，提供低铁损、高饱和磁化并且高强度的复合材料。

另外，提供具备上述复合材料的磁部件、电抗器。

用于解决问题的方法

本发明的一个方式的复合材料是具有软磁性粉末和以分散的状态内包软磁性粉末的树脂的复合材料。软磁性粉末包含平均粒径D₁为50μm以上且500μm以下的粗粒粉末和平均粒径D₂为0.1μm以上且小于30μm的微粒粉末。并且，软磁性粉末相对于复合材料整体的含量为60体积％以上且80体积％以下。

发明效果

上述复合材料的铁损低、饱和磁化高，并且强度高。

附图说明

图1是试样No.1-2的显微镜照片。

图2是试样No.1-3的显微镜照片。

图3是试样No.1-4的显微镜照片。

图4是试样No.1-5的显微镜照片。

图5表示实施方式的电抗器，上图为概略立体图、下图为分解立体图。

图6是表示实施方式的电抗器所具备的铁芯的分解立体图。

图7是实施方式的扼流圈的俯视图。

图8是示意性地表示混合动力汽车的电源系统的概略构成图。

图9是表示具备转换器的电力转换装置的一例的概略电路。

具体实施方式

《本发明的实施方式的说明》

本发明人对磁特性的提高和强度的提高的兼顾进行了深入研究。其结果，得出如下见解：通过包含平均粒径比现有的微粒粉末更小的微粒粉末，可以得到低铁损、饱和磁化高、高强度的复合材料。本发明基于上述见解。首先，列出本发明的实施方式的内容来进行说明。

(1)本发明的一个方式的复合材料是具有软磁性粉末和以分散的状态内包软磁性粉末的树脂的复合材料。软磁性粉末包含平均粒径D₁为50μm以上且500μm以下的粗粒粉末和平均粒径D₂为0.1μm以上且小于30μm的微粒粉末。并且，软磁性粉末相对于复合材料整体的含量为60体积％以上且80体积％以下。

根据上述构成，包含上述平均粒径的粗粒粉末和微粒粉末的软磁性粉末的含量(填充率)为上述范围的复合材料的铁损低、饱和磁化高、强度高。

通过使粗粒粉末的平均粒径D₁为50μm以上，与微粒粉末的粒径差充分大，由此使微粒粉末夹杂于粗粒粉末之间，因此，可以提高填充率，而且能够降低磁滞损耗。通过使上述平均粒径D₁为500μm以下，粗粒不会过大，因此，能够降低粗粒粉末本身的涡流损耗，进而能够降低复合材料的涡流损耗。而且，可以提高填充率，从而提高复合材料的饱和磁化。

通过使微粒粉末的平均粒径D₂满足上述范围，与粗粒粉末相比充分小，因此，微粒粉末本身的涡流损耗小。此外，至高磁场(例如，25000A/m)为止，相对导磁率的变化小。而且，容易将软磁性粉末相对于复合材料整体的含量提高至60体积％以上。另外，通过使微粒粉末的平均粒径D₂为0.1μm以上，容易抑制微粒粉末彼此的凝聚，而且容易抑制因与树脂的接触阻力引起的原料的混合物的流动性的降低。通过使上述平均粒径D₂小于30μm，能够抑制粗粒粉末彼此的接触，因此，容易降低涡流损耗。另外，容易提高填充率，因此，容易提高饱和磁化。

通过使软磁性粉末的上述含量为60体积％以上，磁性成分的比例充分高，可以提高饱和磁化。通过使软磁性粉末的上述含量为80体积％以下，在制造复合材料时，使原料的软磁性粉末与熔融状态的树脂混炼而成的混合物或者将软磁性粉末与液体状态的树脂混合而成的混合物的流动性优良。因此，将混合物进行成形时，容易填充于期望的成型用模具中，复合材料的制造性优良。

上述复合材料的强度高的理由还不确定，但认为是下述理由。

(a)通过使上述平均粒径D₂满足上述范围，与上述平均粒径D₁相比充分小，由此使微粒粉末均匀地分散在粗粒粉末之间。因此，能够降低伴随树脂的固化时的收缩而在树脂中产生的残余应变。

(b)通过使微粒粉末均匀地分散在粗粒粉末之间，能够抑制因树脂的固化时的收缩引起的粗粒粉末彼此的接触。即，使得树脂夹杂于粗粒粉末之间。

(2)作为上述复合材料的一个方式，可以列举：微粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量为5体积％以上且小于40体积％。

根据上述构成，如果使微粒粉末的上述含量为5体积％以上，则可以提高填充率，因此，可以提高饱和磁化。如果使微粒粉末的上述含量小于40体积％，则微粒粉末的上述含量不会过多，因此，可提高混合物的流动性，复合材料的制造性优良。

(3)作为上述复合材料的一个方式，可以列举：粗粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量超过60体积％且为95体积％以下。

如果使粗粒粉末的上述含量超过60体积％，则微粒粉末的上述含量不会过多，混合物的流动性优良，因此，复合材料的制造性优良。如果使粗粒粉末的上述含量为95体积％以下，则可以使微粒粉末夹杂于粗粒粉末彼此之间，能够抑制粗粒粉末彼此的接触，从而能够降低涡流损耗。而且，可以提高填充率，因此，可以提高饱和磁化。

(4)作为上述复合材料的一个方式，可以列举：粗粒粉末和微粒粉末中的任意一者为Fe基合金、另一者为Fe。

根据上述构成，Fe基合金与Fe相比，电阻高，容易降低涡流损耗，Fe与Fe基合金相比，饱和磁化高，由此使铁损与饱和磁化的平衡良好。

(5)作为上述复合材料的一个方式，可以列举：在粗粒粉末和微粒粉末中的任意一者为Fe基合金、另一者为Fe的情况下，微粒粉末为Fe。

根据上述构成，微粒粉末为Fe，粗粒粉末为Fe基合金。根据该构成，与微粒粉末为Fe基合金、粗粒粉末为Fe的情况相比，铁损低。

(6)作为上述复合材料的一个方式，可以列举：获取软磁性粉末的粒度分布时，具有多个峰值，这些峰值中至少两个峰值为粗粒粉末和微粒粉末的峰值。

根据上述构成，在软磁性粉末中粗粒粉末和微粒粉末的比例多，如上所述，可以实现涡流损耗的降低、饱和磁化的提高和强度的提高。

(7)作为上述复合材料的一个方式，可以列举：微粒粉末的平均粒径D₂相对于粗粒粉末的平均粒径D₁之比D₂/D₁为1/3以下。

根据上述构成，如果使上述比D₂/D₁为1/3以下，则可以使微粒粉末均匀地分散在粗粒粉末之间，有效地实现涡流损耗的降低、饱和磁化的提高和强度的提高。

(8)作为上述复合材料的一个方式，可以列举：树脂为热塑性树脂。

根据上述构成，通过使树脂为热塑性树脂，即使混合物包含平均粒径比现有的微粒粉末更小的微粒粉末，混合物的流动性也优良。因此，将混合物进行成形时，容易填充于期望的成型用模具中，复合材料的制造性优良。另外，在复合材料的制造时，可以在加压的同时进行成形，树脂的熔融粘度的调节也容易，因此容易填充。

(9)本发明的一个方式的磁部件具备将绕线卷绕而成的线圈和配置线圈的磁性铁芯。磁性铁芯的至少一部分为上述(1)～(8)中任一项所述的复合材料。

上述磁部件的损耗低、饱和磁化高，强度优良。

(10)本发明的一个方式的电抗器具备将绕线卷绕而成的线圈和配置线圈的磁性铁芯。磁性铁芯的至少一部分为上述(1)～(8)中任一项所述的复合材料。

上述电抗器具备损耗低、饱和磁化高、强度优良的复合材料，因此，磁特性优良，而且磁性铁芯的强度高，可靠性高。

《本发明的实施方式的详细》

以下，适当参考附图对本发明的实施方式的复合材料、磁部件(作为一例，电抗器和扼流圈)、转换器和电力转换装置的具体例进行说明。需要说明的是，本发明并不限定于这些例示，而是由权利要求书表示，意图包括与权利要求书均等的含义和范围内的全部变更。

[复合材料]

实施方式的复合材料含有软磁性粉末和以分散的状态内包软磁性粉末的树脂。复合材料是将使软磁性粉末与熔融状态的树脂混炼而成的混合物或者将软磁性粉末与液体状态的树脂混合而成的混合物固化(硬化)而得到的材料，代表性地，构成后述的磁部件(电抗器、扼流圈等)所具备的磁性铁芯的至少一部分。复合材料的主要特征在于，使包含特定尺寸的粗粒和微粒两种粉末的软磁性粉末相对于复合材料整体设定为特定的含量这一点。如此，能够兼顾低铁损、高饱和磁化等磁特性的提高和强度的提高，具体如后所述。以下，对复合材料的详细进行说明。

[软磁性粉末]

软磁性粉末包含平均粒径不同的粗粒粉末和微粒粉末。软磁性粉末(粗粒粉末和微粒粉末的合计)相对于复合材料整体的含量可以列举60体积％以上且80体积％以下。通过使软磁性粉末的上述含量为60体积％以上，磁性成分的比例充分高，可以提高饱和磁化。通过使软磁性粉末的上述含量为80体积％以下，软磁性粉末不会过多，使树脂夹杂于软磁性粉末彼此之间，能够降低涡流损耗。另外，软磁性粉末不会过多，因此，原料的软磁性粉末与树脂的混合物的流动性优良。因此，将混合物进行成形时，容易填充于规定的成型用模具中，复合材料的制造性优良。软磁性粉末的上述含量更优选为65体积％以上且75体积％以下。

(粗粒粉末)

粗粒粉末的平均粒径D₁可以列举50μm以上且500μm以下。通过使平均粒径D₁为50μm以上，与微粒粉末的粒径差充分大，由此使微粒粉末夹杂于粗粒粉末之间，因此，可以提高填充率，而且能够降低涡流损耗。通过使平均粒径D₁为500μm以下，粗粒不会过大，因此，能够降低粗粒粉末本身的涡流损耗，进而能够降低复合材料的涡流损耗。而且，可以提高填充率，从而提高复合材料的饱和磁化。平均粒径D₁优选为50μm以上且300μm以下、进一步优选为50μm以上且100μm以下。

粗粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量优选超过60体积％且为95体积％以下。如果使粗粒粉末的上述含量超过60体积％，则微粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量不会过多，因此，可以提高混合物的流动性，复合材料的制造性优良。另一方面，如果使粗粒粉末的上述含量为95体积％以下，则粗粒粉末的上述含量不会过多，能够使微粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量增多，因此，使得微粒粉末夹杂于粗粒粉末彼此之间。因此，能够抑制粗粒粉末彼此的接触，从而能够降低涡流损耗，而且可以提高填充率，从而提高饱和磁化。另外认为，通过使微粒粉末夹杂于粗粒粉末彼此之间，由此，在制造复合材料时，能够降低伴随树脂的固化时的收缩而在树脂中产生的残余应变。而且，能够抑制因树脂的固化时的收缩引起的粗粒粉末彼此的接触。详细理由还不确定，但认为通过上述设定，可以提高复合材料的强度。粗粒粉末的上述含量优选为65体积％以上且90体积％以下、更优选为70体积％以上且85体积％以下。

(微粒粉末)

微粒粉末的平均粒径D₂可以列举0.1μm以上且小于30μm。通过使上述平均粒径D₂满足上述范围，与粗粒粉末相比平均粒径充分小，因此涡流损耗小。此外，至高磁场(例如，25000A/m)为止，相对导磁率的变化小。而且，容易将软磁性粉末相对于复合材料整体的含量提高至60体积％以上。另外，通过使上述平均粒径D₂为0.1μm以上，容易抑制微粒粉末彼此的凝聚，而且容易抑制因与树脂的接触阻力引起的原料的混合物的流动性的降低。另一方面，通过使上述平均粒径D₂小于30μm，能够抑制粗粒粉末彼此的接触，因此，容易降低涡流损耗。另外，容易提高填充率，因此，容易提高饱和磁化。平均粒径D₂优选为0.5μm以上且20μm以下、进一步优选为1.0μm以上且10μm以下。

微粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量优选为5体积％以上且小于40体积％。如果使微粒粉末的上述含量为5体积％以上，则使得微粒粉末夹杂于粗粒粉末彼此之间，因此，能够抑制粗粒粉末彼此的接触，从而能够降低涡流损耗，而且可以提高填充率，从而提高饱和磁化。如果使微粒粉末的上述含量小于40体积％，则微粒粉末的上述含量不会过多，混合物的流动性优良，因此，复合材料的制造性优良。微粒粉末的上述含量优选为10体积％以上且35体积％、更优选为15体积％以上且30体积％以下。

(软磁性粉末(粗粒和微粒)的粒度分布)

软磁性粉末在获取粒度分布时具有多个峰值(高频率值)。粒度分布存在有多个峰值是指在粒度分布的频率分布图中在粒径小的位置和粒径大的位置存在峰值。多个峰值的至少两个可以列举为粗粒粉末的峰值和微粒粉末的峰值、即上述平均粒径D₁和D₂。通过具有粗粒粉末的峰值和微粒粉末的峰值，如上所述可实现涡流损耗的降低、饱和磁化的提高和强度的提高。

粗粒粉末与微粒粉末的平均粒径之差可以增大。有时使得微粒粉末均匀地分散在粗粒粉末之间，有效地实现涡流损耗的降低、饱和磁化的提高和强度的提高。例如，微粒粉末的平均粒径D₂相对于粗粒粉末的平均粒径D₁之比D₂/D₁可以设定为1/3以下。上述比D₂/D₁可以设定为1/10以下，可以进一步设定为1/20以下。上述比D₂/D₁可以列举约1/150以上。如果使上述比D₂/D₁为1/150以上，则微粒粉末相对于粗粒粉末不会过小，在粗粒粉末彼此之间作为保持粗粒粉末彼此的间隔的间隔物发挥功能。上述比D₂/D₁优选为1/40以上。

(软磁性粉末(粗粒和微粒)的材质)

软磁性粉末(粗粒和微粒)的材质可以列举铁族金属、以Fe作为主要成分的Fe基合金、铁氧体、非晶态金属等软磁性材料。其中，从涡流损耗、饱和磁化的观点考虑，优选铁族金属、Fe基合金。铁族金属可以列举Fe、Co、Ni。特别是，Fe可以为纯铁(包含不可避免的杂质)。Fe的饱和磁化高，因此，越提高Fe的含量则越提高复合材料的饱和磁化。Fe基合金可以列举具有如下组成：含有合计为1.0质量％以上且20.0质量％以下的选自Si、Ni、Al、Co和Cr中的一种以上元素作为添加元素、余量由Fe和不可避免的杂质构成。Fe基合金可以列举例如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-Si-Al系合金(铝硅铁粉)等。特别是Fe-Si系合金、Fe-Si-Al系合金这样的含有Si的Fe基合金的电阻率高、容易降低涡流损耗，而且磁滞损耗也小、可实现复合材料的低铁损化。例如，在Fe-Si系合金的情况下，Si的含量可以列举1.0质量％以上且8.0质量％以下，优选为3.0质量％以上且7.0质量％以下。

<粗粒和微粒的材质的关系>

粗粒粉末和微粒粉末的材质可以是皆为Fe、皆为Fe基合金这样的同一种类，但优选设定为例如使一者为Fe、使另一者为Fe基合金这样的不同种类。如果如此使两粉末的材质为不同种类，则兼具Fe的特性(饱和磁化高)和Fe基合金的特性(电阻高、容易降低涡流损耗)两者的特性，饱和磁化的提高效果和铁损的平衡良好。在使两粉末的材质为不同种类的情况下，可以使粗粒粉末和微粒粉末中的任一者为Fe(Fe基合金)，优选使微粒粉末为Fe。即，优选使粗粒粉末为Fe基合金。如此，与微粒粉末为Fe基合金、粗粒粉末为Fe的情况相比，铁损低。

[树脂]

树脂在保持软磁性粉末的同时夹杂于软磁性粉末彼此之间从而抑制软磁性粉末彼此的接触。树脂相对于复合材料整体的含量可以列举20体积％以上且40体积％以下。通过使树脂的上述含量为20体积％以上，能够牢固地保持软磁性粉末，而且容易夹杂于软磁性粉末彼此之间。通过使树脂的上述含量为40体积％以下，树脂的上述含量不会过多，能够使软磁性粉末的上述含量增多。树脂的上述含量优选为25体积％以上且35体积％以下。

树脂可以使用例如环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、氨基甲酸酯树脂等热固性树脂、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚酰胺树脂(例如，尼龙6、尼龙66、尼龙9T、尼龙10T)、液晶聚合物(LCP)、聚酰亚胺树脂、氟树脂等热塑性树脂。此外，也可以使用常温固化性树脂、低温固化性树脂、在不饱和聚酯中混合有碳酸钙、玻璃纤维的BMC(预制整体模塑料，Bulk moldingcompound)、混炼型硅橡胶、混炼型聚氨酯橡胶等。特别是，作为树脂，热塑性树脂是适合的。

[其他]

在复合材料中，除了软磁性粉末和树脂以外，还可以含有氧化铝、二氧化硅等陶瓷这样的非磁性粉末(填料)。填料有助于散热性的提高、软磁性粉末的偏在的抑制(均匀的分散)。另外，填料为微粒，夹杂于软磁性粒子之间时，能够抑制因含有填料而引起的软磁性粉末的比例的降低。将复合材料设为100质量％时，填料的含量优选为0.2质量％以上且20质量％以下、更优选为0.3质量％以上且15质量％以下、特别优选为0.5质量％以上且10质量％以下。

[各种参数的测定]

上述复合材料的各种参数的测定通过使用扫描型电子显微镜(SEM)对复合材料的断面进行观察来进行。复合材料的断面通过利用适当的切割工具切割后实施研磨加工而得到。利用SEM对该断面进行观察而获取观察图像。在此，将SEM的倍率设定为200倍以上且500倍以下、将观察的断面数(观察图像的获取数)设定为10个以上(每一个画面为一个视野)、将总断面积设定为0.1cm²以上。将获取的各观察图像进行图像处理(例如，二值化处理)而提取出粒子的轮廓。

(软磁性粉末的含量的测定)

软磁性粉末相对于复合材料整体的含量(体积％)可视为与复合材料的断面中的软磁性粉末的面积比例等价。在此，复合材料的断面中的软磁性粉末的面积比例是指：在各观察图像中算出软磁性粒子的面积比例，设定为该面积比例的平均值。即，将该平均值视为软磁性粉末相对于复合材料整体的含量(体积％)。

(平均粒径D₁·D₂的测定)

粗粒粉末的平均粒径D₁和微粒粉末的平均粒径D₂分别如下求出。在各观察图像中，求出提取了轮廓的全部粒子的粒度分布。在各观察图像中，求出粒度分布最粗粒侧的峰值，将该峰值的平均值设定为粗粒粉末的平均粒径D₁。同样地，在各观察图像中，求出粒度分布的最微粒侧的峰值，将该峰值的平均值设定为微粒粉末的平均粒径D₂。

(粗粒·微粒的含量的测定)

粗粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量(体积％)和微粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量(体积％)分别视为与复合材料的断面中的粗粒粉末的面积比例和复合材料的断面中的微粒粉末的面积比例等价。关于复合材料的断面中的粗粒粉末的面积比例，在将各观察图像的总断面积设为S、将各观察图像中的粗粒粉末的总断面积设为S_L时，通过{(S_L/S)×100}求出各观察图像中的粗粒粉末的面积比例，设定为该面积比例的平均值。同样地，复合材料的断面中的微粒粉末的面积比例设定为在将各观察图像中的微粒粉末的总断面积设定为S_S时通过{(S_S/S)×100}求出的各观察图像的面积比例的平均值。在各观察图像中，粗粒粉末与微粒粉末的区別可以通过对比度的差异、粒子形状的差异来进行。例如，纯铁与Fe基合金相比，看上去较暗(Fe基合金与纯铁相比，看上去较亮)。特别是，从对比度的差异和粒子形状的差异这两者判断时，容易进行粗粒粉末与微粒粉末的区别。

(软磁性粉末的成分分析)

软磁性粉末的材质的成分分析可以利用X射线衍射、能量分散X射线分光法、EDX等来进行。

[制造方法]

代表性地，复合材料的制造通过注射成形、浇注成形来进行。注射成形中，将混合物供给至注射成形装置中，将其塑化，注射(填充)至模具中后，进行冷却固化(硬化)。浇注成形中，根据需要施加压力将混合物填充至成形模具中，进行加热而固化(硬化)。原料中使用的软磁性粉末(粗粒和微粒)的粒径、含量在复合材料的制造前后实质上没有变化，因此，复合材料(粗粒和微粒)的粒度分布、含量与原料中使用的软磁性粉末的粒度分布、含量实质上等同。但是，在原料和所得到的复合材料中，并不是通过同样的方法进行测定，因此，有时测定结果会产生一定程度的偏差。因此，以上述方式对软磁性粉末相对于复合材料的含量、软磁性粉末(粗粒和微粒)的平均粒径、粗粒和微粒相对于软磁性粉末的含量进行测定而得到的值分别包含在软磁性粉末相对于原料中使用的混合物的含量、粗粒和微粒的平均粒径、粗粒和微粒相对于软磁性粉末的含量的±5％以内时，视为实质上等同。

[作用效果]

根据上述复合材料，发挥下述效果。通过包含特定的平均粒径的粗粒粉末和微粒粉末，使微粒粉末夹杂于粗粒粉末彼此之间，能够抑制粗粒粉末彼此的接触，因此，能够降低涡流损耗。另外，通过使微粒粉末夹杂于粗粒粉末彼此之间，可以提高软磁性粉末相对于复合材料整体的含量，因此，可以提高饱和磁化。此外，通过使夹杂于粗粒粉末彼此之间的微粒粉末的平均粒径变得非常小，使得微粒粉末均匀地分散在粗粒粉末之间。因此，能够降低伴随树脂的固化时的收缩而在树脂中产生的残余应变。而且，能够抑制因树脂的固化时的收缩引起的粗粒粉末彼此的接触。即，使得树脂夹杂于粗粒粉末之间。

[试验例]

制作含有软磁性粉末和树脂的复合材料，对该复合材料的磁特性和强度进行评价。

[试样No.1-1～1-3]

试样No.1-1～1-3的复合材料的制作通过注射成形进行。

软磁性粉末中使用粗粒粉末与微粒粉末的混合粉末。粗粒粉末中使用D50粒径为80μm、具有含有6.5质量％的Si且余量由Fe和不可避免的杂质构成的组成的Fe-Si合金的粉末。另一方面，微粒粉末中使用D50粒径为3μm、含有99.5质量％以上的Fe的纯铁的粉末。D50是指在利用激光衍射式粒度分布测定装置测定的情况下从体积基准的粒度分布的小径侧起累积达到50％的粒径值。另一方面，树脂中使用聚酰胺树脂(尼龙9T)。将该软磁性粉末与树脂混合，将树脂在熔融状态下与软磁性粉末混炼而制作混合物。粗粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量(体积％)、微粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量(体积％)和混合物中的软磁性粉末的含量(体积％)分别为表1所示的含量。

准备规定形状的成型用模具，将上述混合物填充于成形用模具中，进行冷却固化，由此制作复合材料。在此，对于各试样，制作作为磁特性测定用的试验片的环状复合材料和作为强度测定用的试验片的板状复合材料这两种试验片。环状复合材料的尺寸设定为外径：34mm、内径：20mm、厚度：5mm。板状复合材料的尺寸设定为长度：77mm、宽度：13mm、厚度：3.2mm。

[试样No.1-4]

使用D50粒径为35μm的微粒粉末，除此以外，与试样No.1-1同样地，制作同一尺寸的环状复合材料和同一尺寸的板状复合材料这两种试验片。

[试样No.1-5]

作为软磁性粉末，不含上述微粒粉末而使用上述粗粒粉末，除此以外，与试样No.1-1同样地，制作同一尺寸的环状复合材料和同一尺寸的板状复合材料这两种试验片。

[各种的平均粒径·含量的测定]

对于所制作的各试样的复合材料，利用SEM对其断面进行观察，求出下述参数(1)～(3)。这些参数(1)～(3)的测定通过与上述“各种参数的测定”中说明的测定方法同样的方法进行。将参数(1)和(3)的结果示于表1中。

(1)软磁性粉末相对于复合材料整体的含量

(2)粗粒粉末的平均粒径和微粒粉末的平均粒径

(3)粗粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量和微粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量

[表1]

如表1所示可知，所得到的复合材料的上述参数(1)、(3)分别相对于原料中的软磁性粉末相对于混合物整体的含量、粗粒粉末和微粒粉末相对于软磁性粉末的含量处于±5％的范围内。另外，虽然在表1中省略，但可知所得到的复合材料的上述参数(2)相对于原料中的粗粒粉末和微粒粉末的平均粒径处于±5％的范围内。

[磁特性测定]

作为各试样的复合材料的磁特性，对饱和磁化、相对导磁率、铁损进行测定。饱和磁化是利用电磁铁对环状试验片施加10000(Oe)(＝795.8kA/m)的磁场，作为充分磁饱和时的饱和磁化。相对导磁率以下述方式进行测定。对环状试验片实施一次侧：300匝、二次侧：20匝的绕线，在H＝0(Oe)～250(Oe)的范围内测定B-H起始磁化曲线，将由该B-H起始磁化曲线得到的最大导磁率作为相对导磁率μ。需要说明的是，此处的磁化曲线为所谓的直流磁化曲线。铁损是使用环状试验片以下述方式进行测定。使用AC-BH曲线描绘器，测定激发磁通密度Bm：1kG(＝0.1T)、测定频率：20kHz下的铁损W1/20k(kW/m³)。将这些结果汇总示于表2中。

[强度]

作为各试样的复合材料的强度，对制作的板状试验片测定弯曲强度。在此，利用精密万能试验机(株式会社岛津制作所制造的オートグラフAGS-H)，对板状试验片通过三点弯曲试验求出。支点间距设定为50mm、试验速度设定为5mm/分钟。将其结果示于表2中。

[表2]

如表2所示，对于将包含特定尺寸的粗粒和微粒两种粉末的软磁性粉末相对于复合材料整体设定为特定含量的试样No.1-1～1-3而言，与包含粗粒和微粒两种粉末、但微粒粉末的D50大的试样No.1-4相比，铁损非常低，弯曲强度高。另外，试样No.1-1～1-3与不含微粒粉末、形成仅为粗粒粉末的软磁性粉末的试样No.1-5相比，饱和磁化高、铁损低，弯曲强度高。试样No.1-1～1-3的饱和磁化为1.23T以上，其中，试样No.1-2、1-3的饱和磁化为1.25T以上。试样No.1-1～1-3的铁损小于365kW/m³，其中，试样No.1-2的铁损为(小于)360kW/m³以下。试样No.1-1～1-3的弯曲应力为100MPa以上，其中，试样No.1-2、1-3的弯曲应力为110MPa以上，特别是试样No.1-3的弯曲应力为120MPa以上。由该结果可知，将包含特定尺寸的粗粒和微粒两种粉末的软磁性粉末相对于复合材料整体设定为特定含量的复合材料的铁损低、饱和磁化高、强度高。

将试样No.1-2～试样No.1-5的利用SEM拍摄的显微镜照片分别示于图1～4中。在各图中，灰色为软磁性粒子、黑色为树脂。对于试样No.1-2，如图1所示可知，微粒粉末大致均匀地分散在粗粒粉末彼此之间，使得粗粒粉末彼此为非接触状态。对于试样No.1-3，如图2所示可知，微粒粉末分散在粗粒粉末彼此之间而使得粗粒粉末彼此为非接触状态，但如图的右上侧所示，微粒粉末一部分发生了凝聚。尽管如此，但从如上所述饱和磁化、铁损和强度优良来看，可知与因一部分的凝聚引起的性能降低率相比，通过包含特定尺寸的粗粒和微粒两种粉末而带来的性能提高率非常大。对于试样No.1-4，如图3所示可知，虽然也有在粗粒粉末彼此之间以一定程度分散有微粒粉末的部分，但在粗粒粉末彼此之间仅存在树脂的部分遍布于一定程度的范围。对于试样No.1-5，如图4所示可知，在粗粒粉末彼此之间仅存在树脂的部分遍布于广范围。

此外，使粗粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量(体积％)为60体积％、使微粒粉末相对于软磁性粉末整体的含量(体积％)为40体积％、使混合物中的软磁性粉末的含量为70体积％，除此以外，与试样No.1-1同样地尝试了试验片的制作。但是，混合物的流动性不充分，无法进行注射成形，不能制作试验片。

[磁部件]

上述复合材料能够适合用于磁部件的磁性铁芯及其原材料。磁部件具备将绕线卷绕而成的线圈和配置该线圈的磁性铁芯。作为磁部件的具体例，可以列举例如电抗器、扼流圈、变压器、电动机等，作为其一例，参考图5、6对电抗器1进行说明，参考图7对扼流圈100进行说明。

[电抗器]

电抗器1具备具有一对卷绕部2a、2b的线圈2和与线圈2组合的磁性铁芯3。

(线圈)

一对卷绕部2a、2b是将无接合部的一根连续的绕线2w以螺旋状卷绕而构成，通过连结部2r连结。绕线2w可以使用在由铜、铝、其合金这样的导电性材料构成的扁平线、圆线的外周具备瓷漆(代表性地为聚酰胺酰亚胺)等绝缘包覆层的包覆扁平线。各卷绕部2a、2b由扁绕线圈构成。连结部2r是在线圈2的一端侧将绕线的一部分弯曲成U字状而构成。卷绕部2a、2b的两端部2e从转角形成部延伸，经由端子构件(图示略)将对线圈2进行电力供给的电源等外部装置(图示略)连接。

(磁性铁芯)

如图5下图所示，磁性铁芯3具备配置于卷绕部2a、2b的内侧的一对内侧铁芯部31、31和不配置卷绕部2a、2b而从卷绕部2a、2b突出(露出)的一对外侧铁芯部32、32。通过将它们组合成环状，对线圈2进行励磁时，形成闭合磁路。“配置于线圈的内侧的内侧铁芯部”是指至少一部分配置于线圈的内部的内侧铁芯部。

内侧铁芯部31、31各自为大致长方体。如图5下图那样，内侧铁芯部31、31可以制成使多个铁芯片31m和相对导磁率小于铁芯片31m的间隙材料31g交替层叠配置而成的层叠体，也可以如图6那样由不夹设间隙材料的一体物的铁芯片31m构成。外侧铁芯部32、32各自是具有大致圆顶形状的上表面和下表面的柱状体的铁芯片。将这些铁芯片的至少一个利用上述复合材料构成。在此，将内侧铁芯部31的铁芯片31m和外侧铁芯部32的铁芯片的所有铁芯片利用上述复合材料构成。

(磁特性)

在磁性铁芯3中，磁特性可以部分不同，也可以整体均匀。在利用上述复合材料构成磁性铁芯3整体的情况下，将复合材料的软磁性粉末的材质及含量、填料的有无等在上述的范围内调节时，能够容易地调节各铁芯部的磁特性。复合材料的磁特性可以列举例如：饱和磁通密度为0.6T以上、进一步为1.0T以上；相对导磁率为5以上且50以下、优选为10以上且35以下。磁性铁芯3整体的相对导磁率(包含间隙材料的情况下，也包括间隙材料在内的整体的相对导磁率)优选为5以上且50以下。

(绝缘构件)

电抗器1可以具备使线圈2与磁性铁芯3之间绝缘的绝缘构件(图示略)。绝缘构件可以列举例如利用绝缘胶带、绝缘纸、绝缘片的包覆、绝缘性树脂的包覆(注射成形等)、绝缘材料的涂装、与线圈2或磁性铁芯3组装的绕线管(另外制作)等。

[作用效果]

上述电抗器1中，将磁性铁芯3利用上述复合材料构成，因此，损耗低、饱和磁化高，强度优良，因此可靠性高。

[扼流圈]

图7所示的扼流圈100具备环状的磁性铁芯300(磁芯)和在该磁性铁芯300的外周卷绕绕线200w而形成的线圈200。绕线200w与上述电抗器1的绕线2w同样地，可以列举在导体的外周具备绝缘层的绕线。在此，导体中使用圆线。磁性铁芯300具备上述复合材料。可以将磁性铁芯300的整体利用上述复合材料构成，也可以组合压粉磁芯、电磁层叠钢板等其他材质的磁芯构件。也可以制成具有比这些复合材料、磁芯构件低的导磁率、特别是由非磁性材料构成的间隙材料、气隙的磁芯。扼流圈100中，将磁性铁芯300利用上述复合材料构成，因此，损耗低、饱和磁化高，强度优良，因此可靠性高。

[转换器·电力转换装置]

上述电抗器能够用于通电条件例如为最大电流(直流)：约100A～约1000A、平均电压：约100V～约1000V、使用频率：约5kHz～约100kHz的用途、代表性地为电动汽车、混合动力汽车等车辆等中载置的转换器的构成部件、具备该转换器的电力转换装置的构成部件。

如图8所示，混合动力汽车、电动汽车等车辆1200具备主电池1210、与主电池1210连接的电力转换装置1100和通过来自主电池1210的供给电力进行驱动而用于行进的电动机(负荷)1220。电动机1220代表性地为三相交流电动机，行进时，驱动车轮1250，再生时，作为发电机发挥功能。在混合动力汽车的情况下，车辆1200除了电动机1220，还具备发动机。在图8中，作为车辆1200的充电部位，示出了输入端，但可以制成具备插头的形态。

电力转换装置1100具有与主电池1210连接的转换器1110和与转换器1110连接而进行直流与交流的相互转换的逆变器1120。该例的转换器1110在车辆1200的行进时将约200V～约300V的主电池1210的直流电压(输入电压)升压至约400V～约700V，向逆变器1120供电。转换器1110在再生时将从电动机1220经由逆变器1120输出的直流电压(输入电压)降压至适合于主电池1210的直流电压，使主电池1210充电。逆变器1120在车辆1200的行进时将利用转换器1110升压后的直流转换为规定的交流后向电动机1220供电，再生时，将来自电动机1220的交流输出转换为直流后输出至转换器1110。

如图9所示，转换器1110具备多个开关元件1111、对开关元件1111的动作进行控制的驱动电路1112和电抗器L，通过开/关(ON/OFF)的反复(开关动作)进行输入电压的转换(在此为升降压)。在开关元件1111中利用场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等功率器件。电抗器L利用妨碍要流经电路的电流的变化的线圈的性质，想要利用开关动作使电流增减时，具有使该变化变得平滑的功能。作为电抗器L，具备上述电抗器。通过具备低损耗、饱和磁化高、强度高的电抗器，电力转换装置1100、转换器1110也能够期待磁特性的提高和可靠性的提高。

车辆1200中，除了转换器1110以外，还具备与主电池1210连接的供电装置用转换器1150、与成为辅机类1240的电力源的副电池1230和主电池1210连接并将主电池1210的高压转换为低压的辅机电源用转换器1160。代表性地，转换器1110进行DC-DC转换，但供电装置用转换器1150、辅机电源用转换器1160进行AC-DC转换。供电装置用转换器1150中，也有进行DC-DC转换。供电装置用转换器1150、辅机电源用转换器1160的电抗器中，具备与上述实施方式的电抗器等同样的构成，可以利用适当改变了尺寸、形状等的电抗器。另外，在进行输入电力的转换的转换器、即仅进行升压的转换器或仅进行降压的转换器中，可以利用上述电抗器等。

如实施方式的详细的开始部分中所述，本发明并不限定于这些例示。例如，在上述电抗器中，可以制成仅具备一个卷绕部的形态。

产业上的可利用性

本发明的复合材料能够适当用于各种磁部件(电抗器、扼流圈、变压器、电动机等)的磁性铁芯及其原材料。本发明的磁部件能够适当用于电抗器、扼流圈、变压器、电动机等。本发明的电抗器能够适当用于混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车等车辆中搭载的车载用转换器(代表性地为DC-DC转换器)、空调机的转换器等各种转换器、电力转换装置的构成部件。

符号说明

1 电抗器

2 线圈

2a、2b 卷绕部 2r连结部 2w绕线 2e端部

3 磁性铁芯

31 内侧铁芯部 31m铁芯片 31g间隙材料

32 外侧铁芯部

100 扼流圈

200 线圈 200w绕线

300 磁性铁芯

1100 电力转换装置 1110转换器

1111 开关元件 1112驱动电路

L 电抗器 1120逆变器

1150 供电装置用转换器 1160辅机电源用转换器

1200 车辆 1210主电池 1220电动机

1230 副电池 1240辅机类 1250车轮

Claims (7)

1.一种复合材料，其为含有软磁性粉末和以分散的状态内包所述软磁性粉末的树脂的复合材料，其中，

所述软磁性粉末包含平均粒径D₁为50μm以上且100μm以下的Fe基合金的粗粒粉末和平均粒径D₂为0.1μm以上且10μm以下的Fe的微粒粉末，

所述软磁性粉末相对于所述复合材料整体的含量为60体积％以上且80体积％以下，

所述微粒粉末的平均粒径D₂相对于所述粗粒粉末的平均粒径D₁之比D₂/D₁为1/40以上且1/20以下。

2.如权利要求1所述的复合材料，其中，满足以下中的至少一者：

所述微粒粉末相对于所述软磁性粉末整体的含量为5体积％以上且小于40体积％；和

所述粗粒粉末相对于所述软磁性粉末整体的含量超过60体积％且为95体积％以下。

3.如权利要求1或权利要求2所述的复合材料，其中，获取所述软磁性粉末的粒度分布时，具有多个峰值，所述峰值中至少两个峰值为所述粗粒粉末和所述微粒粉末的峰值。

4.如权利要求1或权利要求2所述的复合材料，其中，所述树脂为热塑性树脂。

5.如权利要求3所述的复合材料，其中，所述树脂为热塑性树脂。

6.一种磁部件，其为具备将绕线卷绕而成的线圈和配置所述线圈的磁性铁芯的磁部件，其中，

所述磁性铁芯的至少一部分为权利要求1～权利要求5中任一项所述的复合材料。

7.一种电抗器，其为具备将绕线卷绕而成的线圈和配置所述线圈的磁性铁芯的电抗器，其中，

所述磁性铁芯的至少一部分为权利要求1～权利要求5中任一项所述的复合材料。