CN1826669A - 软磁性材料、压粉磁芯、变压器磁芯、电机磁芯和制备压粉磁芯的方法 - Google Patents
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Abstract
一种软磁性材料,其包含多个复合磁性颗粒(30)和将所述多个复合磁性颗粒(30)连接在一起的有机物质(40),每个复合磁性颗粒(30)都有金属磁性颗粒(10)和包围所述金属磁性颗粒(10)表面的绝缘膜(20)。有机物质(40)具有不大于100℃的负载翘曲温度。具有这种结构的软磁性材料可以得到需要的磁性性能。
Description
技术领域
本发明一般地涉及软磁性材料、压粉磁芯、变压器磁芯、电机磁芯和制备压粉磁芯的方法。更具体地说,本发明涉及一种具有复合磁性颗粒的软磁性材料,所述复合磁性颗粒由金属磁性颗粒和包覆金属磁性颗粒的绝缘膜制成,本发明还涉及压粉磁芯、变压器磁芯、电机磁芯和制备压粉磁芯的方法。
背景技术
近年来,已经尝试提供具有较高密度和较小尺寸的电气电子元件,例如电机磁芯和变压器磁芯,以满足对低电能的更精密控制的需求。这导致开发用来制备电气和电子元件的软磁性材料,特别是在中频率至高频率范围中具有优异磁性性能的那些。
关于这样的软磁性材料,例如日本专利公开第2002-246219号公报公开了一种压粉磁芯及其制备方法,甚至当在高温环境下使用时它也能维持磁性性能(专利文献1)。根据专利文献1公开的制备压粉磁芯的方法,用磷酸盐膜包覆的粉化的铁粉首先与预定量的聚苯硫醚(PPS树脂)混合,然后进行压缩模塑。在预定的温度下加热得到的模制品,然后冷却制备压粉磁芯。
专利文献1:日本特开第2002-246219号公报
发明内容
本发明要解决的问题
由上述制备方法制备的压粉磁芯的有效磁导率在50Hz的频率处基本上随PPS树脂含量的增加而线性地降低。另外,在5,000Hz的频率处,当压粉磁芯没有PPS树脂时,压粉磁芯的有效磁导率低,当PPS树脂约为0.3质量%时,有效磁导率达到其最大值。如果压粉磁芯含有大于该量的PPS树脂,有效的磁导率降低,和在50Hz的频率的情况一样。
因此,当PPS树脂的含量增加时,铁基与总量的比值降低,使压粉磁芯的有效磁导率降低。另外,如果PPS树脂的含量太低,当施加高频率时,用磷酸盐膜包覆的粉化的铁粉中的颗粒间涡流损失增加,使压粉磁芯的有效磁导率降低。为了解决这个问题,需要使包覆粉化铁粉的磷酸盐膜充分地充当绝缘层,不管PPS树脂含量多少,都可靠地抑制颗粒间涡流发生。
因此,本发明的一个目的是解决上述问题和提供一种具有需要的磁性性能的软磁性材料、压粉磁芯、变压器磁芯、电机磁芯和制备压粉磁芯的方法。解决问题的方法
本发明的软磁性材料包含多个复合磁性颗粒和将多个复合磁性颗粒连接在一起的有机物质,每个复合磁性颗粒都有金属磁性颗粒和包围金属磁性颗粒表面的绝缘膜。所述有机物质具有不大于100℃的负载翘曲温度(在1.82MPa的负载下)。
负载翘曲温度(热变形温度)是用JIS K 7207-1983中规定的测试负载翘曲温度的方法测定的温度。在该测试方法中,测试片两端支撑在加热浴槽中,在中心处用加载杆将预定弯曲力施加给测试片的同时,以2℃/分钟的速率升高传递介质的温度。当测试片的弯曲达到预定值时的传递介质的温度确定为形成测试片的材料的负载翘曲温度。
用这种方式形成的软磁性材料,当多个复合磁性颗粒和有机物质的混合物进行压缩模塑时,压缩产生的热将混合物的温度升高至接近100℃的温度。在这种情况中,由于有机物质具有不大于100℃的负载翘曲温度(在1.82MPa的负载下),所以有机物质充当多种复合磁性材料之间的衬垫材料。在压缩模塑时,有机物质的这种功能可以防止复合磁性颗粒相互摩擦,将局部力施加给包围金属磁性颗粒表面的绝缘膜。因此,甚至在压缩模塑之后,也可以利用绝缘膜维持金属磁性颗粒之间的绝缘,抑制颗粒间发生涡流。因此,根据本发明,可以实现一种软磁性材料,甚至当施加高频交变磁场时,也可以抑制磁导率降低。
优选地,有机物质相对于软磁性材料的比例大于0质量%和不大于1.0质量%。对于这种方式形成的软磁性材料,有机物质充当衬垫材料,同时,金属磁性颗粒相对于软磁性材料的比例不可能变得太低。这可以抑制颗粒间发生涡流和得到不低于预定值的磁通密度。
更优选地,有机物质相对于软磁性材料的比例大于0质量%和不大于0.5质量%。进一步优选地,有机物质相对于软磁性材料的比例大于0质量%和不大于0.3质量%。用以这种方式形成的软磁性材料,通过增加金属磁性颗粒在软磁性材料中的比例,可以得到具有更高值的磁通密度。
本发明的压粉磁芯是使用上述软磁性材料的压粉磁芯。优选地,在使用含有大于0质量%和不大于1.0质量%的有机物质的软磁性材料的压粉磁芯中,当施加100奥斯特的磁场时,磁通密度不低于1.3特斯拉(T)。优选地,在使用含有大于0质量%和不大于0.5质量%的有机物质的软磁性材料的压粉磁芯中,当施加100奥斯特的磁场时,磁通密度不低于1.4特斯拉(T)。
本发明的变压器磁芯使用所述压粉磁芯,当施加100奥斯特的磁场时,所述压粉磁芯具有不低于1.4特斯拉(T)的磁通密度。有机物质相对于软磁性材料的比例不低于0.3质量%和不大于0.5质量%。
本发明的压粉磁芯优选使用含有不低于0.3质量%和不大于0.5质量%的有机物质的软磁性材料。该压粉磁芯形成为具有高度H和壁厚T的空心圆筒。高度H不低于25mm,高度H与壁厚T的比H/T不低于3。
用以这种方式形成的压粉磁芯,使有机物质的比例不低于0.3质量%和不大于0.5质量%,可以进一步抑制颗粒间发生涡流,进一步改进磁通密度。同时,使有机物质的比例不低于0.3质量%,在软磁性材料的压缩模塑时,有机物质充分地充当润滑剂。因此,甚至当压粉磁芯具有大高度和小壁厚的空心圆筒形状,即,压粉磁芯具有压缩模塑时可能发生卡住或剥落的形状时,不向模具涂布润滑剂,也可以得到良好状态的压粉磁芯。
空心圆筒具有不低于30mm的外径D。用以这种方式制成的压粉磁芯,由于其具有大外径,在压缩模塑时难以将润滑剂均匀地涂布到模具的大范围内壁上。但是,在以预定比例加到软磁性材料中的有机物质的辅助下,当外径不低于30mm时,不向模具涂布润滑剂,也可以得到不剥落或卡住的良好状态的压粉磁芯。
根据本发明的一个方面的电机磁芯使用上述压粉磁芯。用以这种方式制成的电机磁芯,可以得到需要的磁性能和良好的外观。
根据本发明的一个方面的制备压粉磁芯的方法是制备上述压粉磁芯的方法。制备压粉磁芯的方法包括如下步骤:制备具有内壁的模具,在内壁包围的位置限定出压缩空间,不向内壁涂布润滑剂,将软磁性材料放到压缩空间中,将软磁性材料压缩模塑。使用以这种方式安排的制备压粉磁芯的方法,以预定比例加到软磁性材料中的有机物质在压缩模塑时充当润滑剂。因此,甚至不向模具的内壁涂布润滑剂时,也可以进行压缩模塑,不产生剥落或卡住。
优选地,制备压粉磁芯的方法还包括如下步骤:在压缩模塑步骤之后,在高于有机物质的玻璃转变温度和不高于有机物质的热分解温度的温度下,进行热处理的步骤。玻璃转变温度是无定形高分子材料随温度增加从玻璃态固体转变为橡胶样状态的温度。尽管一些有机物质不具有特定的玻璃转变温度,但是可以根据该物质的熔点代替玻璃转变温度来设定该物质的热处理温度。使用以这种方式安排的制备压粉磁芯的方法,有机物质可以确实地将复合磁性颗粒连接在一起,改进造型的强度。
根据本发明的另一方面的制备压粉磁芯的方法包括如下步骤:混合多个复合磁性颗粒与有机物质,形成混合物,所述复合磁性颗粒每个都具有金属磁性颗粒和包围金属磁性颗粒表面的绝缘膜,所述有机物质具有不高于100℃的负载翘曲温度(在1.82MPa的负载下),将该混合物压缩模塑,形成造型。
使用以这种方式安排的制备压粉磁芯的方法,在制成模制品的步骤中,压缩产生的热将混合物的温度升高至接近100℃的温度。在这种情况中,由于有机物质具有不大于100℃的负载翘曲温度(在1.82MPa的负载下),所以有机物质充当多种复合磁性材料之间的衬垫材料。有机物质的这种功能可以防止复合磁性颗粒相互摩擦,将局部力施加给包围金属磁性颗粒表面的绝缘膜。从而,甚至在压缩模塑之后,也可以利用绝缘膜维持金属磁性颗粒之间的绝缘,抑制颗粒间发生涡流。因此,根据本发明,可以实现一种压粉磁芯,甚至当施加高频交变磁场时,也可以抑制磁导率降低。
另外,在将模制品压缩模塑的步骤中,使用已知技术温模具成型法(warmmold forming)预热粉末或模具或它们两者,可以得到良好的压粉磁芯。
优选地,制备压粉磁芯的方法还包括如下步骤:在高于有机物质的玻璃转变温度和不高于有机物质的热分解温度的温度下,对模制品进行热处理。使用以这种方式安排的制备压粉磁芯的方法,可以抑制有机物质热分解,有机物质可以变形以适合多个复合磁性颗粒之间的空间,进入该空间。从而,有机物质可以确实地将复合磁性颗粒连接在一起,改进模制品的强度。
使用上述制备压粉磁芯的方法制备根据本发明另一方面的电机磁芯。本发明的效果
如上述,根据本发明,可以提供具有需要的磁性性能的软磁性材料、压粉磁芯、变压器磁芯、电机磁芯和制备压粉磁芯的方法。
附图说明
图1是表示使用本发明第一个实施方案的软磁性材料的压粉磁芯的放大示意图。
图2是表示本发明第二个方案的线性电机的横截面图。
图3是表示第一个实施例中磁导率的降低比μA/μB与每个频率之间的关系的图。
图4是表示第一个实施例的有机物质在比磁导率μB低5%的磁导率处的频率与负载翘曲温度之间的关系的图。
图5是表示第二个实施例中制备的压粉磁芯的透视图。
图6是表示用于制备图5的压粉磁芯的模具的横截面图。
参考符号的说明
1内芯,2外芯,10金属磁性颗粒,20绝缘膜,30复合磁性颗粒,40有机物质,60压粉磁芯,70模具,71内壁,72压缩空间,74芯铁(core bar),75下冲杆,76上冲杆。
具体实施方式
参照附图描述本发明的实施方案。
第一个实施方案
参照图1,软磁性材料包含多个复合磁性颗粒30,每个颗粒具有金属磁性颗粒10和包围金属磁性颗粒10表面的绝缘膜20。
在多个复合磁性颗粒30之间布置有有机物质40,该有机物质40具有不大于100℃的负载翘曲温度(在1.82MPa的负载下)。一般地,负载翘曲温度比玻璃转变温度高。多个复合磁性颗粒30通过有机物质40或复合磁性颗粒30的凹凸部分之间的啮合连接在一起。
金属磁性颗粒10可以由下列材料制成,例如铁(Fe)、铁(Fe)-硅(Si)类合金、铁(Fe)-氮(N)类合金、铁(Fe)-镍(Ni)类合金、铁(Fe)-碳(C)类合金、铁(Fe)-硼(B)类合金、铁(Fe)-钴(Co)类合金、铁(Fe)-磷(P)类合金、铁(Fe)-镍(Ni)-钴(Co)类合金、铁(Fe)-铝(Al)-硅(Si)类合金。金属磁性颗粒10可以由单种金属或合金制成。
金属磁性颗粒10优选具有不低于5μm和不大于300μm的平均粒径。当金属磁性颗粒10具有不低于5μm的平均粒径时,金属不易被氧化,这样可以改进软磁性材料的磁性性能。当金属磁性颗粒10具有不大于300μm的平均粒径时,在后面描述的模制品步骤中,不可能减少混合粉末的压缩性。从而,可以增加通过成型步骤得到的模制品密度。
要注意,在筛分测定的粒径直方图中,以粒径的上升顺序加和颗粒的质量,得到质量和,当质量和达到总质量的50%时得到的粒径,即50%粒径D,这里描述的平均粒径就是指该50%粒径D。
用磷酸处理金属磁性颗粒10可制成绝缘膜20。另外,绝缘膜20优选含有氧化物。作为含有氧化物的绝缘膜20,可以使用氧化物绝缘体,例如含有磷和铁的磷酸铁、磷酸锰、磷酸锌、磷酸钙、二氧化硅、氧化钛、氧化铝或氧化锆。
绝缘膜20充当金属磁性颗粒10之间的绝缘层。用绝缘膜20包覆金属磁性颗粒10,可以增加压粉磁芯的电阻率ρ。这可以抑制涡流在金属磁性颗粒之间流动,降低压粉磁芯因涡流的芯损失。
绝缘膜20优选具有不低于0.005μm和不大于20μm的厚度。使绝缘膜20的厚度不低于0.005μm,可以有效地抑制因涡流的能耗。另外,使绝缘膜20的厚度不大于20μm,绝缘膜20相对于软磁性材料的比例不可能太高。可以防止压粉磁芯的磁通密度显著地降低。
有机物质40例如可由下列材料制成:具有50℃的负载翘曲温度的聚四氟乙烯(Teflon)、具有60℃的负载翘曲温度的尼龙6-12、具有65℃的负载翘曲温度的尼龙6、具有70℃的负载翘曲温度的尼龙6-6、具有78℃的负载翘曲温度的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和具有85℃的负载翘曲温度的聚苯醚(PPE)。要注意,上述这些负载翘曲温度是1.82MPa负荷下的代表值,可以想象因为测定误差可以出现稍微的偏差。
有机物质40相对于软磁性材料的比例优选大于0质量%和不大于1.0质量%。在这种情况中,当施加100奥斯特的磁场时,磁通密度B100不低于1.3特斯拉。使有机物质40的比例不大于1.0质量%,金属磁性颗粒10在软磁性材料中的比例可以维持在不低于恒定的水平。从而,可以得到具有更高的磁通密度的压粉磁芯。
更优选地,有机物质40相对于软磁性材料的比例大于0质量%和不大于0.5质量%。在这种情况中,当施加100奥斯特的磁场时,磁通密度B100不低于1.4特斯拉。
进一步优选地,有机物质40相对于软磁性材料的比例不低于0.3质量%和不大于0.5质量%。在这种情况中,除了提供上述效果,在后面描述的压缩模塑时,有机物质40可充分地充当润滑剂。
下面解释制备图1的压粉磁芯的方法。首先,在金属磁性颗粒10的表面上形成绝缘膜20,制备复合磁性颗粒30。
然后,混合复合磁性颗粒30和有机物质40得到混合粉末。对混合技术没有特别的限定,可以使用任何混合技术,例如机械合金化、振动球磨、卫星球磨、机械熔融、共沉淀、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、电镀、溅射、气相沉积或溶胶-凝胶法。
接着,将得到的混合粉末放到模具中,在700MPa和1500MPa之间的压力下压缩模塑。从而,压缩混合的粉末得到模制品。
在压缩模制品时,混合粉末的温度升高到约100℃。另一方面,在该温度条件下,如果具有不大于100℃的负载翘曲温度(在1.82MPa的负载下)的有机物质40接受到应力,它容易一定程度地变形。因此,有机物质40充当复合磁性材料30之间的衬垫材料,防止绝缘膜20被复合磁性颗粒30之间的接触破坏。
另外,当使有机物质40相对于软磁性材料的比例不低于0.3质量%时,不使用模具润滑剂,可以制备不产生剥落和不卡住模具的模制品。使有机物质40相对于软磁性材料的比例优选地不低于0.3质量%和不大于0.5质量%时,不使用模具润滑剂,可以得到具有磁性性能的压粉磁芯,当施加100奥斯特磁场时,该压粉磁芯的磁通密度B100为不低于1.4特斯拉。
接着,将压缩模塑得到的模制品在高于有机物质40的玻璃转变温度和不高于有机物质40的热分解温度的温度下进行热处理。这允许有机物质40进入复合磁性颗粒30之间,同时抑制有机物质40进行热分解。另外,可以除去压缩模塑时在模制品内产生的变形和错位。通过上述步骤,完成图1的压粉磁芯。
用该软磁性材料、压粉磁芯和制备以这种方式形成的压粉磁芯的方法,在具有预定的负载翘曲温度的有机物质40的帮助下,可以不损坏绝缘膜20地进行压缩模塑,因此绝缘膜20能充分地充当金属磁性颗粒10之间的绝缘层。甚至当将高频交变磁场施加给该压粉磁芯时,这也可以可靠地抑制颗粒间发生涡流损失,抑制磁导率降低。注意,具有这种性能的软磁性材料可以用于压粉磁芯、扼流圈、开关电源元件、磁头、各种电机元件、汽车电磁线圈、各种磁性传感器和电磁阀等。
第二个实施方案
参考图2,在线性电机7中,使用第一个实施方案中描述的软磁性材料制备电机的铁磁芯。
线性电机7包括内芯1、外芯2、配置在外芯2内的线圈3、和磁铁4,外芯2配有间隙6,间隙6垂直于轴方向(箭头9表示的方向),间隙6形成在内芯1和外芯2之间,磁铁4位于间隙6内,线性电机7具有与磁铁4结合为一体的可移动体5,可移动体5可以在轴方向上移动。可移动体5被轴承8支撑。
内芯1和外芯2通常用片铁的多层体制成,用第一个方案中描述的软磁性材料替换内芯1和外芯2中的一个或两个。这可以显著地简化线性电机7的组装过程。
在该结构中,在线性电机7运转时,磁通量通过内芯1和外芯2的内部,这时,围绕磁力线产生涡流。当该磁芯在磁力线通过的方向上具有低的电阻时,涡流增加,增加量作为电机输入中的无效能量被消耗掉。这导致电机效率降低。因此,需要内芯1和外芯2容易使磁通量通过,具有高的电阻。用本发明的软磁性材料制成的内芯1和外芯2可以满足这些需要的性能,实现高效率和容易组装的线性电机7。
要注意,尽管对线性电机进行了解释,但是本发明的软磁性材料也可以应用于典型的旋转电机的磁芯。并且在这种情况中,能够实现仅具有小的涡流造成的能耗和容易制备的磁芯。
实施例
在下面描述的实施例中评价本发明的软磁性材料。
第一个实施例
根据第一个方案中描述的制备方法制备图1的压粉磁芯。这时,使用Hoeganaes Corporation生产的“Somaloy 500”作复合磁性颗粒30。在该颗粒中,在作为金属磁性颗粒的铁颗粒的表面上形成磷酸盐化合物膜作为绝缘膜。铁颗粒的平均粒径不大于150μm,磷酸盐化合物膜的平均厚度是20nm。
用作有机物质40的材料包括:由Daikin Industries,Ltd.生产的“Lubron L5”作Teflon、由DuPont生产的“Zytel 151L”作尼龙6-12、由Unitika Ltd.生产的“A1030BRL”作尼龙6、由Asahi Kasei Corporation生产的“1300S”作尼龙6-6、由Polyplastics Co.,Ltd.生产的“Duranex 2002”作PBT和由Asahi KaseiCorporation生产的“Xylon 100V”作PPE。
另外,为了证实本发明的效果,使用具有高于100℃的负载翘曲温度(在1.82MPa的负载下)的有机物质40制备压粉磁芯。这时,用作有机物质40的材料包括:由Polyplastics Co.,Ltd.生产的“Duracon M90S”作POM(聚乙醛树脂)、由Nippon Polypenco Ltd.生产的“Techtron PPS”作PPS(聚苯硫醚)、由General Electric Company生产的“Ultem”和由Ube Industries,Ltd.生产的“UIP-R”。化学地,“UIP-R”是使用联苯四羧酸二酸酐的全芳香聚酰亚胺。
有机物质40的比例从0.01质量%改为1质量%。压缩模塑时的压力设定为900MPa,在250℃至300℃的温度下进行热处理1小时。
接着,在室温下将交变磁场施加给得到的模制品的压粉磁芯,频率在50~100,000Hz的范围内变化,测定每个频率的磁导率μA。然后,当施加50Hz的交变磁场时得到的磁导率为μB,测定μA/μB,检验磁导率随频率增加降低多少。图3是表示第一个实施例中的磁导率的降低比μA/μB与每个频率之间的关系。图3表示当有机物质40的比例为0.1质量%时得到的结果。
另外,当测定得到的磁导率μA比施加50Hz的交变磁场时得到的磁导率μB低5%时,确定出该频率,并对于每种有机物质40及其比例表示在表1和图4中。在表1表示的结果中,图4特别地表示当有机物质40的比例为0.1质量%时得到的结果。
表1
有机物质 | 负载变形温度(℃) | μA比μB低5%时的频率(Hz) | ||||||
0.01(质量%) | 0.05(质量%) | 0.1(质量%) | 0.3(质量%) | 0.4(质量%) | 0.5(质量%) | |||
实施例产品 | Teflon | 50 | 10,141 | 11,660 | 14,758 | 34,611 | 44,613 | 55,038 |
尼龙6-12 | 60 | 3,020 | 5,750 | 10,823 | 15,754 | 18,012 | 20,785 | |
尼龙6 | 65 | 1,953 | 2,888 | 5,142 | 10,788 | 13,583 | 16,734 | |
尼龙6-6 | 70 | 1,631 | 2,412 | 4,295 | 10,121 | 13,034 | 15,817 | |
PBT | 78 | 1,240 | 1,834 | 3,266 | 7,419 | 9,502 | 11,603 | |
PPE | 85 | 1,010 | 1,494 | 2,659 | 5,876 | 7,439 | 9,058 | |
对比产品 | POM | 110 | 552 | 883 | 1,369 | 2,766 | 3,433 | 4,159 |
PPS | 121 | 379 | 607 | 940 | 2,306 | 3,015 | 3,638 | |
Ultem(产品名) | 200 | 81 | 170 | 201 | 375 | 459 | 532 | |
UIP-R(产品名) | 360 | 59 | 120 | 147 | 330 | 419 | 498 |
参考图3,在本发明的实施例产品中,发现在频率超过约10000Hz之前,磁导率μA几乎不降低。参照表1和图4,发现,负载翘曲温度越低,磁导率μA比磁导率μB低5%的频率越大,特别是当在使用尼龙6-12作有机物质40的实施例产品中,频率超过10,000Hz和在使用Teflon作有机物质40的实施例产品中,频率超过15000Hz时,基本上不存在问题。
接着,将100奥斯特的磁场施加给模制品的压粉磁芯,测定这时的磁通密度B100。表2表示每种有机物质40及其比例的测定结果。
表2
有机物质 | 负载变形温度(℃) | 磁通密度B100(特斯拉) | |||||||
0.01(质量%) | 0.1(质量%) | 0.3(质量%) | 0.4(质量%) | 0.5(质量%) | 0.7(质量%) | 1.0(质量%) | |||
实施例产品 | Teflon | 50 | 1.55 | 1.54 | 1.51 | 1.50 | 1.49 | 1.46 | 1.43 |
尼龙6-12 | 60 | 1.54 | 1.53 | 1.51 | 1.49 | 1.47 | 1.44 | 1.40 | |
尼龙6 | 65 | 1.55 | 1.53 | 1.50 | 1.49 | 1.48 | 1.43 | 1.40 | |
尼龙6-6 | 70 | 1.53 | 1.52 | 1.49 | 1.47 | 1.44 | 1.42 | 1.36 | |
PBT | 78 | 1.52 | 1.51 | 1.46 | 1.45 | 1.43 | 1.38 | 1.33 | |
PPE | 85 | 1.52 | 1.51 | 1.47 | 1.45 | 1.42 | 1.39 | 1.32 | |
对比产品 | POM | 110 | 1.53 | 1.50 | 1.43 | 1.40 | 1.38 | 1.34 | 1.24 |
PPS | 121 | 1.53 | 1.52 | 1.44 | 1.40 | 1.38 | 1.32 | 1.23 |
参照表2,证实,在本发明的实施例产品中,当有机物质40的比例不大于1质量%时,可以得到不低于1.3特斯拉的磁通密度,当有机物质40的比例不大于0.5质量%时,还可以得到不低于1.4特斯拉的磁通密度。
从上面结果证实,根据本发明,可以制备出这样的压粉磁芯,其中,使有机物质40的比例最小化,可以得到高磁通密度,甚至当有机材料40低时,在高频率下也可以维持较高的磁导率。
第二个实施例
参照图5和6,在本实施例中,使用模具70,在980MPa的压力下,将第一个实施例使用的“Somaloy 500”与每种有机物质40的混合物压缩模塑。模具70包括冲模73、芯铁74和上冲杆76以及下冲杆75,冲模73具有内壁71,在内壁71围绕的位置限定出压缩空间72,芯铁74布置在压缩空间72中,上冲杆76和下冲杆75分别布置在压缩空间72的上部和下部。在压缩模塑时,不向模具70的内壁71涂布润滑剂。
通过压缩模塑,如图5所示,制备具有简单的中空圆筒形状的压粉磁芯60,内径为50mm,外径为60mm,壁厚T为5mm,高度H为30mm。改变加入的有机物质40的量,观察每个加入量得到的压粉磁芯60的表面。表3表示对于每种有机物质40及其比例的结果,存在剥落或因卡住模具而留下痕迹的表面表示为“×”,没有这些外观的表面表示为“○”。
表3
有机物质 | 负载翘曲温度(℃) | 有机物质的比例 | |||||||
0.01(质量%) | 0.1(质量%) | 0.3(质量%) | 0.4(质量%) | 0.5(质量%) | 0.7(质量%) | 1.0(质量%) | |||
实施例产品 | Teflon | 50 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ |
尼龙6-12 | 60 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
尼龙6 | 65 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
尼龙6-6 | 70 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
PBT | 78 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
PPE | 85 | × | × | ○ | ○ | ○ | ○ | ○ | |
对比产品 | POM | 110 | × | × | × | × | × | × | × |
PPS | 121 | × | × | × | × | × | × | × |
从表3看到,使有机物质的比例不低于0.3质量%,能够制备出表面上没有剥落或卡住痕迹的压粉磁芯60。
由于手工将润滑剂涂布到模具上存在生产率的问题,所以一般利用机械方法,例如喷洒,将润滑剂涂布到模具的内壁上。为了有效地润滑模具,需要通过就一次地喷射润滑剂将润滑剂均匀地涂布到模具的全部内壁上。但是,对于具有一些形状的模具,芯铁(芯)位于模具内,在喷射润滑剂时,一些部分隐藏在芯铁后面,因此不能涂布上润滑剂。另外,当模制品具有带薄壁的长体时,润滑剂难以深入到狭窄的空间中,难以将润滑剂均匀地涂布在全部内壁上。另外,因模制品的圆筒形状,存在不能均匀地涂布润滑剂的问题,当模制品具有大的外径时,从喷射嘴到模具内壁的距离太长而不能使润滑剂涂布到模具的内壁上。
因此,使有机物质相对于软磁性材料的比例不低于0.3质量%,可以不使用模具润滑剂地制备具有复杂结构的模制品。使有机物质相对于软磁性材料的比例优选不低于0.3质量%和不大于0.5质量%,不使用模具润滑剂,也可以得到具有磁性性能的压粉磁芯,当施加100奥斯特磁场时,该压粉磁芯的磁通密度B100不低于1.4特斯拉。
应该理解,这里公开的方案和实施例从各个方面来看都仅仅是解释说明,决不是限定。本发明的范围由权利要求书限定,而不是上述说明书,将把所有的修改都包括在相当于权利要求书的精神和范围内。
工业应用性
本发明主要用于软磁性材料的粉末压缩模塑制成的电气和电子元件,例如电机磁芯、变压器磁芯等。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.(修改)一种软磁性材料,所述软磁性材料包含:
多个复合磁性颗粒(30),每个复合磁性颗粒(30)都有金属磁性颗粒(10)和包围所述金属磁性颗粒(10)表面的绝缘膜(20),和
将所述多个复合磁性颗粒(30)连接在一起的有机物质(40),
其中,所述有机物质(40)具有不大于70℃的负载翘曲温度,并且,当给使用所述软磁性材料制备的压粉磁芯施加100奥斯特磁场时,磁通密度不低于1.4特斯拉。
2.(修改)如权利要求1所述的软磁性材料,其中,所述有机物质(40)相对于软磁性材料的比例不低于0.3质量%并且不大于0.5质量%。
3.(修改)一种使用权利要求2所述软磁性材料的压粉磁芯,其中,压粉磁芯形成为具有高度H和壁厚T的中空圆筒,所述高度H不低于25mm,并且所述高度H与所述壁厚T的比例H/T不低于3。
4.(修改)如权利要求3所述的压粉磁芯,其中,所述中空圆筒具有不低于30mm的外径。
5.(修改)一种使用权利要求3所述压粉磁芯的线性电机磁芯。
6.(修改)一种使用权利要求3所述压粉磁芯的变压器磁芯。
7.(修改)一种制备权利要求3所述的压粉磁芯的方法,所述方法包括如下步骤:
制备具有内壁(71)的模具(70),并在被所述内壁(71)包围的位置限定出压缩空间(72),和
将所述软磁性材料放到所述压缩空间(72)中,但不向所述内壁(71)施用润滑剂,并且将软磁性材料压缩模塑。
8.(修改)一种制备权利要求7所述的压粉磁芯的方法,所述方法还包括如下步骤:
在所述压缩模塑步骤之后,在高于所述有机物质(40)的玻璃转变温度但不高于所述有机物质(40)的热分解温度的温度下,进行热处理。
9.(删除)
10.(删除)
11.(删除)
12.(删除)
13.(删除)
14.(删除)
15.(删除)
Claims (15)
1.一种软磁性材料,所述软磁性材料包含:
多个复合磁性颗粒(30),每个复合磁性颗粒都有金属磁性颗粒(10)和包围所述金属磁性颗粒(10)表面的绝缘膜(20),和
将所述多个复合磁性颗粒(30)连接在一起的有机物质(40),
其中,所述有机物质(40)具有不大于100℃的负载翘曲温度。
2.如权利要求1所述的软磁性材料,其中,所述有机物质(40)相对于软磁性材料的比例大于0质量%并且不大于1.0质量%。
3.一种使用如权利要求2所述的软磁性材料的压粉磁芯,其中,当施加100奥斯特的磁场时,磁通密度不低于1.3特斯拉。
4.如权利要求1所述的软磁性材料,其中,所述有机物质(40)相对于软磁性材料的比例大于0质量%并且不大于0.5质量%。
5.一种使用权利要求4所述的软磁性材料的压粉磁芯,其中,当施加100奥斯特的磁场时,磁通密度不低于1.4特斯拉。
6.一种使用权利要求5所述的压粉磁芯的变压器磁芯,其中,所述有机物质(40)相对于软磁性材料的比例不小于0.3质量%并且不大于0.5质量%。
7.如权利要求5所述的压粉磁芯,其中,
所述压粉磁芯使用含有不低于0.3质量%并且不大于0.5质量%的所述有机物质(40)的软磁性材料,并且
压粉磁芯形成为具有高度H和壁厚T的中空圆筒,所述高度H不低于25mm,所述高度H与所述壁厚T的比例H/T不低于3。
8.一种使用权利要求7所述的压粉磁芯的电机磁芯。
9.如权利要求7所述的压粉磁芯,其中所述中空圆筒具有不低于30mm的外径。
10.一种使用权利要求9所述的压粉磁芯的电机磁芯。
11.一种制备权利要求7所述的压粉磁芯的方法,所述方法包括如下步骤:
制备具有内壁(71)的模具(70),并在被所述内壁(71)包围的位置限定出压缩空间(72),和
将软磁性材料放到所述压缩空间(72)中,但不向所述内壁(71)施用润滑剂,并且将软磁性材料压缩模塑。
12.如权利要求11所述的制备压粉磁芯的方法,所述方法还包括如下步骤:在压缩模塑步骤之后,在高于所述有机物质(40)的玻璃转变温度但不高于有机物质(40)的热分解温度的温度下,进行热处理。
13.一种制备压粉磁芯的方法,所述方法包括如下步骤:
混合多个复合磁性颗粒(30)与有机物质(40)以形成混合物,所述复合磁性颗粒(30)每个都具有金属磁性颗粒(10)和包围所述金属磁性颗粒(10)表面的绝缘膜(20),所述有机物质具有不高于100℃的负载翘曲温度,以及
将该混合物压缩模塑,形成模制品。
14.如权利要求13所述的制备压粉磁芯的方法,所述方法还包括如下步骤:在高于所述有机物质(40)的玻璃转变温度但不高于所述有机物质(40)的热分解温度的温度下,对所述模制品进行热处理。
15.一种使用权利要求13所述的制备压粉磁芯的方法制备的电机磁芯。
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