DE60214435T2 - Pulver-magnetkern und diesen verwendender hochfrequenzreaktor - Google Patents

Pulver-magnetkern und diesen verwendender hochfrequenzreaktor Download PDF

Info

Publication number
DE60214435T2
DE60214435T2 DE60214435T DE60214435T DE60214435T2 DE 60214435 T2 DE60214435 T2 DE 60214435T2 DE 60214435 T DE60214435 T DE 60214435T DE 60214435 T DE60214435 T DE 60214435T DE 60214435 T2 DE60214435 T2 DE 60214435T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
powder
core
magnetic
heat treatment
mgo
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE60214435T
Other languages
English (en)
Other versions
DE60214435D1 (de
Inventor
Teruhiko Taihaku-ku Sendai-shi FUJIWARA
Masayoshi Taihaku-ku Sendai-shi ISHII
Yoshitaka Taihaku-ku Sendai-shi SAITO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokin Corp
Original Assignee
NEC Tokin Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Tokin Corp filed Critical NEC Tokin Corp
Priority claimed from PCT/JP2002/000292 external-priority patent/WO2003060930A1/ja
Publication of DE60214435D1 publication Critical patent/DE60214435D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60214435T2 publication Critical patent/DE60214435T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206—Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0246—Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14708—Fe-Ni based alloys
    • H01F1/14733—Fe-Ni based alloys in the form of particles
    • H01F1/14741—Fe-Ni based alloys in the form of particles pressed, sintered or bonded together
    • H01F1/1475—Fe-Ni based alloys in the form of particles pressed, sintered or bonded together the particles being insulated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147—Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14766—Fe-Si based alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/20—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H01F1/22—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H01F1/24—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/20—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H01F1/22—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H01F1/24—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated
    • H01F1/26—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated by macromolecular organic substances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/33—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials mixtures of metallic and non-metallic particles; metallic particles having oxide skin
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/04—Fixed inductances of the signal type  with magnetic core
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/08—Cores, Yokes, or armatures made from powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H01F3/14—Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Pulverkern zur Verwendung in einer Drosselspule und insbesondere auf einen Pulverkern, der ausgezeichnete DC-Überlagerungseigenschaften und Frequenzeigenschaften aufweist.
  • Technischer Hintergrund
  • Für eine bei einer hohen Frequenz verwendete Drosselspule wird ein Ferritkern oder ein Pulverkern verwendet. Bei diesen Kernen hat der Ferritkern den Nachteil, das die Sättigungsflussdichte gering ist. Andererseits hat der Pulverkern, der durch Formen von Metallpulver hergestellt wurde, verglichen mit einem weichmagnetischen Ferrit eine hohe Sättigungsflussdichte und ist daher dahingehend vorteilhaft, das die DC-Überlagerungseigenschaft hervorragend ist.
  • Da der Pulverkern jedoch durch Mischen des Metallpulvers und eines organischen Binders oder dergleichen und durch Verdichtungsformung der Mischung unter einem hohen Druck hergestellt wird, kann eine Isolierung zwischen den Pulverpartikeln nicht erhalten bleiben, so dass die Frequenzeigenschaften der Permeabilität verschlechtert werden. In dem Fall, in dem der Binder in großer Menge dazugemischt wird, um die Isolierung zwischen den Pulverpartikel sicherzustellen, ist ein Raumfaktor des Metallpulvers verringert, so dass die Permeabilität sinkt.
  • In den letzten Jahren werden Energiesparen und globale Erwärmung aufgrund von Kohlendioxid zu ernsthaften Problemen. Im Hinblick darauf wird bei elektrischen Haushaltsgeräten und industriellen Vorrichtungen eine Energiesparstrategie schnell entwickelt. Für diesen Zweck ist es erforderlich, den Wir kungsgrad einer elektrischen Schaltung zu steigern. Als eine Lösung ist stark erwünscht, die Permeabilität des Pulverkerns, die Frequenzeigenschaften und die Kernverlusteigenschaften zu verbessern.
  • Bei einem bestehenden Verfahren zum Verbessern der Permeabilität des Pulverkerns wird der Schwerpunkt auf eine Verbesserung eines Packungsanteils des magnetischen Pulvers gelegt. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, beispielsweise einen Formdruck zu erhöhen. Wenn der Packungsanteil auf diese Weise verbessert wird, wird jedoch die Isolierung zwischen den Pulverpartikeln verschlechtert, was zu einem Ansteigen der Wirbelstromverluste und einer Verschlechterung der Frequenzeigenschaften führt.
  • EP 0 383 035 offenbart einen magnetischen Pulverkern aus einer Fe-Si-Legierung, der ein Legierungspulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 10 bis 100 μm enthält, das durch Wasserzerstäubung hergestellt wird, wobei die Gewichtszusammensetzung des Legierungspulvers 2-12 % Silizium und 0,05-0,95 % Sauerstoff beträgt und der Rest im wesentlichen Eisen ist. Es ist auch das Verfahren zum Herstellen des magnetischen Pulverkerns offenbart. Das Pulver wird vor dem Bonden mit einem organo-metallischen Kopplungsmittel behandelt, das auf Ti oder Si basiert.
  • EP 1 077 454 einen zusammengesetzten magnetischen Körper, der durch Druckformung einer Mischung eines Pulvers einer magnetischen Legierung, die Eisen (Fe) und Nickel (Ni) als Hauptkomponenten enthält, eines Isoliermaterials und eines Bindemittels eines Acrylharzes gebildet wird. Verschiedene Oxidpartikel einschließlich MgO und SiO2 werden als Beispiele für das Isoliermaterial angegeben. Es sind auch Silanbeschichtungen des Pulvers erwähnt, die sich bei einer Wärmebehandlung in SiO2 umwandeln.
  • US 6,284,060 offenbart einen Magnetkern eines komprimierten Kompaktmaterials, der eine Mischung aus magnetischem Pulver und einem Zwischenraummaterial (z.B. SiO2, MgO oder andere Oxidpartikel) enthält, wobei der Abstand zwischen benachbarten Magnetpulverpartikeln durch das Zwischenraummaterial gesteuert wird.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das oben erwähnte Problem zu lösen und eine Pulverkern bereitzustellen, der hervorragende DC-Überlagerungseigenschaften und Frequenzeigenschaften aufweist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird erfüllt durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Eine Weiterentwicklung der Erfindung ist in den abhängigem Anspruch 2 angegeben.
  • Um das oben erwähnte Problem zu lösen, wurde eine Untersuchung über ein Verfahren des Einlagerns eines Isolators zwischen Magnetpartikel in einem Pulverkern durchgeführt. Als Ergebnis wurde diese Erfindung durchgeführt. Als Ergebnis des Fortschritts des Untersuchens, wie das oben beschriebene Verfahren auszuführen ist, fanden die gegenwärtigen Erfinder heraus, dass der Isolator zwischen die magnetischen Pulverpartikel eingelagert werden kann, indem ein Rohmaterial des Pulverkerns mit einem Pulver oder einer Lösung, die eine SiO2-produzierende Komponente enthält, und MgCO3 oder MgO-Pulver gemischt wird und durch Drücken und Wärmebehandlung der resultierenden Mischung.
  • Diese Erfindung liefert einen Pulverkern, der verglichen mit einem existierenden Pulverkern hervorragende DC-Überlagerungseigenschaften und Frequenzeigenschaften hat, der ein ähnliches Magnetpulver verwendet. Es ist klar, dass durch Wärmebehandlung der Mischung aus der SiO2-produzierenden Komponente und dem MgCO3- oder MgO-Pulver eine Glasschicht mit SiO2 und MgO als Hauptkomponenten zwischen den Magnetpartikeln gebildet wird, so dass die Isolierung zwischen den Partikeln sichergestellt werden kann, ohne dass ein Packungsanteil verringert wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm, das Frequenzeigenschaften von Pulverkernen gemäß einem ersten Beispiel und eines Pulverkerns gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 2 ist ein Diagramm, das DC-Überlagerungseigenschaften von Pulverkernen gemäß dem ersten Beispiel und eines Pulverkerns gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 3 ist ein Diagramm, das eine Wärmebehandlungstemperaturabhängigkeit der Frequenzeigenschaften des Pulverkerns zeigt.
  • 4 ist ein Diagramm, das eine Wärmebehandlungstemperaturabhängigkeit der DC-Überlagerungseigenschaften des Pulverkerns zeigt.
  • 5 ist ein Diagramm, das die Frequenzeigenschaften des Pulverkerns gemäß dem ersten Beispiel und des Pulverkerns gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
  • 6 ist ein Diagramm, das eine AC-Permeabilität in einem Pulverkern gemäß einem fünften Beispiel zeigt.
  • 7 ist ein Diagramm, das einen Kernverlust in einem Pulverkern gemäß einem sechsten Beispiel zeigt.
  • Beste Art des Ausführens der Erfindung
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben.
  • Bei dieser Erfindung wird eine Legierung, die 1 Gew.-% bis 10 Gew.-% Si, 0,1 bis 1,0 Gew.-% O und als Rest Fe enthält, als magnetisches Pulver verwendet. Soweit die Zusammensetzung gleichmäßig verteilt wird, wird einem Herstellungsverfahren für das Pulver, das ein pulverisiertes Pulver aus einem durch ein Lösungsverfahren gewonnenen Gussblock, zerstäubtes Pulver usw. sein kann, keine Einschränkung auferlegt.
  • In dem Fall, in dem der Gehalt an Sauerstoff in dem Pulver 0,1 Gew.-% oder weniger ist, wird eine Wärmebehandlung in einer geeigneten Sauerstoffatmosphäre bei einer geeigneten Temperatur durchgeführt, um eine Pulverpartikeloberfläche zu oxidieren. Das Pulver wird durch Verwendung eines Filters für 150 μm klassifiziert.
  • Andererseits kann zum Formen eines Pulverkerns ein Bindemittel verwendet werden. Als typisches Bindemittel für den Pulverkern wird ein wärmehärtendes Makromolekül wie z.B. ein Epoxidharz verwendet. Da in dieser Erfindung eine SiO2-produzierende Komponente verwendet wird, kann ein Kleber verwendet werden, der als Hauptkomponente ein Silikonharz enthält, dessen Hauptkette durch die Siloxanbindung gebildet ist.
  • Ein Silankopplungsmittel enthält Si und O als Bestandelemente. Daher kann auch durch Beimischen des Silankopplungsmittels durch Wärmebehandlung SiO2 hergestellt werden. Wenn das magnetische Pulver in diesem Fall im Voraus einer Oberflächenbehandlung durch das Silankopplungsmittel unterzogen wird, kann der Packungsanteil des magnetischen Pulvers verbessert werden.
  • In dieser Erfindung wird MgCO3-Pulver oder MgO-Pulver beigemischt, um einen Isolator zu bilden. Da MgO in Luft CO2 oder Feuchtigkeit absorbiert, um in MgCO3-Hydrat umgewandelt zu werden, muss die Handhabung sorgfältig erfolgen. Andererseits gibt MgCO3 bei einer Temperatur, die höher ist als etwa 700°C, CO2 ab, um in MgO umgewandelt zu werden, und erzielt somit eine Wirkung ähnlich wie in dem Fall, in dem MgO verwendet wird. Somit können diese Materialien abhängig von der Umgebung des Herstellungsverfahrens und der Bedingung der Wärmebehandlung geeignet gewählt werden.
  • Es wird unter Verwendung eines Stempels mit einer Torusform eine Verdichtungsformung unter einem geeigneten Druck durchgeführt, vorzugsweise unter einem Druck von 5 bis 20 ton/cm2. Dann wird ein resultierender kompakter Körper zum Entfernen einer Verzerrung einer Wärmebehandlung bei einer geeigneten Temperatur unterzogen, vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 500 bis 1000°C. Als nächstes wird ein Magnetdraht mit einem von einem Nennstrom abhängigen Durchmesser verwendet, und die Anzahl von Windungen wird festgelegt, um einen gewünschten Induktivitätswert zu erhalten.
  • Es wird der Grund beschrieben, warum der Aufbau so definiert ist wie oben beschrieben. Wenn der Gehalt an Si kleiner als 1 Gew.-% ist, hat die Legierung eine magnetische Anisotropie und eine geringe Resistivität, was sich in einem Ansteigen der Kernverluste ausdrückt. Wenn der Gehalt größer als 10 % ist, hat die Legierung eine geringe Sättigungsmagnetisierung und eine große Härte, was die Dichte des kompakten Körpers verringert. Das bewirkt eine Verschlechterung des DC-Überlagerungseigenschaften. Der Gehalt an O ist 0,1 bis 1,0 Gew.-%. Wenn der Gehalt kleiner als 0,1 %, ist die anfängliche Permeabilität übermäßig groß, so dass die DC-Überlagerungseigenschaften nicht verbessert werden. Wenn der Gehalt größer als 1,0 Gew.-% ist, sinkt das Verhältnis der magnetischen Substanz in dem Pulver ab, so dass die Sättigungsmagnetisierung beträchtlich verschlechtert wird. Das äußerst sich in einer Verschlechterung der DC-Überlagerungseigenschaften. Die Partikelgröße des Pulvers ist im wesentlichen gleich 150 μm oder weniger. Die DC-Überlagerungseigenschaften neigen dazu, anzusteigen, wenn die Partikelgröße kleiner ist.
  • Der Formungsdruck wird betrachtet. Wenn das Pulver unter einem Druck von 5 ton/cm2 gebildet wird, werden eine hohe Kompaktdichte von 6,0 g/cm3, eine ausgezeichnete DC-Überlagerungseigenschaft und eine ausgezeichnete Kernverlusteigenschaft gewonnen. Ein Formungsdruck, der 20 ton/cm2 überschreitet, verkürzt dagegen die Lebenszeit des Stempels zum Formen des kompakten Körpers beträchtlich ist daher unpraktisch.
  • Was die Wärmebehandlungstemperatur des kompakten Körpers angeht, entfernt eine Temperatur, die nicht geringer als 500°C ist, die Formungsverzerrung und verbessert die DC-Überlagerungseigenschaften. Andererseits verringert eine Temperatur, die 1000°C übersteigt, die Resistivität, so dass die Verschlechterung der Hochfrequenzeigenschaften hervortritt. Das liegt vermutlich daran, dass die elektrische Isolierung zwischen den Pulverpartikel durch Sintern zerstört wird. Es gibt einen definitiven Unterschied des Pulverkerns gemäß dieser Erfindung von dem gesinterten Kern, der ein gesintertes Dichtenverhältnis aufweist, das 95 % übersteigt. Die Dichte eines kompakten Körpers daraus übersteigt 7,0 g/cm3.
  • Im Folgenden wird die Beschreibung in Verbindung mit verschiedenen bestimmten Beispielen 1 bis 6 weiter im Detail fortgeführt.
  • (Beispiel 1)
  • Das Legierungspulver mit 5,0 Gew.-% Si und dem Rest Fe wurde durch Wasseratomisierung hergerichtet. Vorbestimmte Mengen eines Silikonharzes, eines silanbasierten Kopplungsmittels, eines MgCO3-Pulvers und eines MgO-Pulvers wurden abgewogen und darunter gemischt. Durch Verwendung eines Stempels wurde die Mischung bei Raumtemperatur unter einem Druck von 15 ton/cm2 geformt. Somit wurde ein torusförmiger Pulverkern mit einem Außendurchmesser von 20 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Dicke von 5 mm gewonnen. Tabelle 1 zeigt Gewichtszusammensetzungen der oben genannten Bestandteile in diesem Beispiel. Dabei wurden vier Arten von Pulverkernen als ein Beispiel und eine Art als ein Vergleichsbeispiel hergestellt.
  • Tabelle 1
    Figure 00080001
  • Als Nächstes wurde der Pulverkern unter den Bedingungen 800°C, 2 Stunden und einer Stickstoffatmosphäre wärmebehandelt, um eine Wärmebehandlung des Silikonharzes und ein Entfernen der Verzerrung beim Formen des Pulvers durchzuführen. Dann wurde der Pulverkern in ein Gehäuse aus einem Isolator gepackt und mit einer Wicklung versehen. Durch Verwendung des Präzisionsmessgeräts 4284A, hergestellt von Hewlett Packard Company (im folgenden durch HP dargestellt), wurden die DC-Überlagerungseigenschaften gemessen. Das Ergebnis ist in 1 gezeigt.
  • Durch Verwendung des von HP hergestellten Impedanzanalysators 4194A wurde die Frequenzeigenschaften bei μ 20kHz gemessen. Das Ergebnis ist in 2 dargestellt. Das Ergebnis der Messung der Resistivität jedes Pulverkerns ist in Tabelle 2 dargestellt. Dann wurde der kompakte Körper mit einer Primärwicklung von 15 Windungen und einer Sekundärwicklung von 15 Windungen versehen. Durch Verwendung des RC-BH-Analysators SY-8232, hergestellt durch Iwatsu Electric, wurde die Messung der Kernverlusteigenschaften bei 20 kHz und 0,1 T durchgeführt. Das Ergebnis ist ebenfalls in Tabelle 2 dargestellt.
  • Als Vergleichsbeispiel wurde 1,0 Gew.-% Siliziumharz alleine beigemischt, wie in Tabelle 1 gezeigt. Auf eine ähnliche Weise wie oben erwähnt wurde der Pulverkern hergestellt, und Messungen der Eigenschaften wurden durchgeführt. Die Ergebnisse sind in ähnlicher Weise in 1, 2 und Tabelle 2 dargestellt.
  • Tabelle 2
    Figure 00090001
  • Aus 1 und 2 ist klar, dass sowohl die DC-Überlagerungseigenschaften als auch die Frequenzeigenschaften bei den Pulverkernen dieses Beispiels verglichen mit dem Vergleichsbeispiel hervorragend sind. Aus Tabelle 2 ist klar, dass die Resistivität und der Kernverlust bei den Pulverkernen dieses Beispiels ebenfalls verbessert sind.
  • (Beispiel 2)
  • Als Nächstes wird ein zweites Beispiel beschrieben. Als Probe 1 wurde ein Rohmaterial in einem Mischungsverhältnis abgewogen, das bei Probe 3 in Tabelle 1 gezeigt ist. Ähnlich wie bei dem ersten Beispiel wurde die Mischung unter der Verwendung eines Stempels bei Raumtemperatur unter einem Druck von 15 ton/cm2 gebildet, um torusförmige Pulverkerne mit einem Außendurchmesser von 20 mm, einem Innendurchmesser von 10 mm und einer Dicke von 5 mm zu gewinnen. Als Nächstes wurden die Pulverkerne jeweils bei 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, 800°C, 900°C, 1000°C und 1100°C für 2 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre wärmebehandelt, um eine Wärmebehandlung des Silikonharzes und ein Entfernen einer Verzerrung beim Formen des Pulvers durchzuführen.
  • Jeder Pulverkern wurde in ein Gehäuse aus einem Isolator gepackt und mit einer Wicklung versehen. Unter Verwendung des von HP hergestellten Präzisionsmeters 4284A wurden die DC-Überlagerungseigenschaften gemessen. Das Ergebnis ist in 3 dargestellt. Unter Verwendung des von HP hergestellten Impedanzanalysators 4194A wurden die Frequenzeigenschaften von μ gemessen. Das Ergebnis ist in 4 dargestellt. Wie aus 3 und 4 ersichtlich waren die Pulverkerne, die bei einer Wärmebehandlungstemperatur von nicht weniger als 500°C behandelt wurden, hervorragend sowohl in den DC-Überlagerungseigenschaften als auch in den Frequenzeigenschaften. Das liegt vermutlich daran, dass bei einer Temperatur von nicht weniger als 500°C eine Glasschicht aus SiO2 und MgO gebildet wurde.
  • Für die bei den oben genannten Temperaturen wärmebehandelten Pulverkerne wurde die Resistivität gemessen. Als Vergleichsbeispiel wurden Pulverkerne in ähnlicher Weise wie beim ersten Beispiel hergestellt unter Verwendung desselben magnetischen Pulvers wie beim ersten Beispiel, wobei diesem nur 1,0 Gew.-% Silikonharz beigemischt wurde. In ähnlicher Weise wie bei die sem Beispiel wurden die Pulverkerne bei 400°C, 500°C, 600°C, 700°C, 800°C, 900°C, 1000°C und 1100°C jeweils für 2 Stunden in einer Stickstoffatmosphäre behandelt, um eine Wärmebehandlung des Silikonharzes und ein Entfernen der Verzerrung beim Formen des Pulvers durchzuführen. So wurden die Pulverkerne hergestellt. Für diese Pulverkerne wurde die Resistivität in ähnlicher Weise gemessen. Das Ergebnis ist in 5 dargestellt.
  • Aus 5 ist klar, dass bei den Pulverkernen des Vergleichsbeispiels, denen lediglich Silikonharz hinzugefügt wurde, die Resistivität sinkt, wenn die Wärmebehandlungstemperatur steigt, und dass die Isolierung bei einer hohen Temperatur von 900°C zerstört wird. Andererseits wird bei diesem Beispiel die Resistivität mit dem Anstieg der Wärmebehandlungstemperatur verbessert, und die Isolierung wird bis zu 1000°C aufrechterhalten. Aus dem Ergebnis ist klar, dass gemäß dieser Erfindung eine hinreichende Isolierung bei einer Hochtemperaturwärmebehandlung sichergestellt ist und dass die magnetischen Eigenschaften verbessert werden.
  • (Beispiel 3)
  • Als Nächstes wird ein drittes Beispiel beschrieben. Unter Verwendung des Legierungspulvers, das 5,0 Gew.-% Si, 0,5 Gew.-% O und als Rest Fe enthält und das in der Probe 1 des Beispiels 1 verwendet wird, wurde unter Verwendung eines Stempels ein torusförmiger Pulverkern mit einem Außendurchmesser von 50 mm, einem Innendurchmesser von 25 mm und einer Höhe von 20 mm hergestellt. Als Nächstes wurde der torusförmige Pulverkern einer Wärmebehandlung zum Entfernen der Verzerrung unterzogen. Ein Spalt von 5 mm wurde in einer Richtung senkrecht zu einem magnetischen Pfad eingeführt. Ein Magnetdraht mit einem Außendurchmesser von 1,8 mm wurde um den Pulverkern gewickelt, um eine Spule herzustellen.
  • Eine Messung der Induktivität der Spule wurde bei einer DC-Überlagerung von 40 A durchgeführt. Als Ergebnis war die Induktivität gleich 550 μH. Dann wurde die Spule mit einer typischen Schaltleistungsversorgung verbunden, die einen Ausgangsleistungspegel in der Größenordnung von 2000 W hat, wobei ein aktives Invertersteuerfilter daran angebracht war. Dann wurde der Schaltungswirkungsgrad gemessen. Dabei war ein Lastwiderstand mit einer Ausgangsseite verbunden. Der Schaltungswirkungsgrad wurde berechnet durch Teilen der Ausgangsleistung durch die Eingangsleistung. Das Ergebnis ist in Tabelle 3 dargestellt.
  • Als Vergleichsbeispiel wurde der torusförmige Kern mit genau den gleichen Abmessungen wie das Beispiel hergerichtet unter Verwendung eines Fe-basierenden amorphen dünnen Streifens mit einer Breite von 20 mm. Nachdem ein Spalt so gebildet wurde, das eine Induktivität exakt gleich derjenigen des Beispiels ist, wurde eine Wicklung von 60 Windungen bereitgestellt. Dann wurde die Induktivität gemessen. Als Ergebnis war die Induktivität gleich 530 μH. Als Nächstes wurde in exakt derselben Weise wie bei dem Beispiel die Schaltleistungsversorgung angeschlossen und der Schaltungswirkungsgrad gemessen. Das Ergebnis ist ebenfalls in Tabelle 3 dargestellt.
  • Tabelle 3
    Figure 00120001
  • Aus Tabelle 3 ist klar, dass der Reaktor in diesem Beispiel einen höheren Schaltungswirkungsgrad aufweist als das Vergleichsbeispiel. Das liegt vermutlich daran, weil der amorphe Kern das Einfügen eines großen Spalts erfordert, was ein Erzeugen von Schwebung bewirkt, und ein Lecken des magnetischen Flusses um den Spalt herum beeinträchtigt den Wirkungsgrad nachteilig.
  • (Beispiel 4)
  • Das Legierungspulver, das durch Wasserzerstäubung bereitet wurde und 3,0 Gew.-% Si, 0,5 Gew.-% O und als Rest Fe enthält, wurde in 150 μm oder weniger klassifiziert. Als Nächstes wurde 1,0 Gew.-% Si-basiertes Harz als Bindemittel und 1,0 Gew.-% MgO dazugemischt. Dann wurde unter Verwendung eines Formstempels eine Stempelformung ausgeführt unter einem Druck von 10 ton/cm2, um einen kompakten Körper mit einem Außendurchmesser von 15 mm, einen Innendurchmesser von 10 mm und einer Höhe von 5 mm herzustellen. Der kompakte Körper hatte eine Dichte 6,8 g/cm3. Danach wurde der kompakte Körper in einer inaktiven Atmosphäre für eine Stunde bei 800°C gehalten und dann allmählich auf Raumtemperatur abgekühlt. Als Nächstes wurde der kompakte Körper mit einer Primärwicklung von 15 Windungen und einer Sekundärwicklung von 15 Windungen versehen. Unter Verwendung des von Iwatsu Electric hergestellten AC-BH-Analysators SY-8232 wurden nun die magnetische Permeabilität und die Kernverlusteigenschaften bei 20 kHz und 0,1 T gemessen.
  • Als Vergleichsbeispiel wurde ein Magnetkern mit exakt derselben Form hergerichtet durch Stanzen einer 3%igen Siliziumstahlplatte mit einer Dicke von 0,1 mm unter Verwendung eines Stempels und Bilden eines geschichteten Aufbaus unter Verwendung von Harz. Dann wurde eine Wärmebehandlung zum Entfernen der Verzerrung durchgeführt. Anschließend wurde der magnetische Kern mit einem Spalt versehen, so dass die DC-Permeabilität μ im wesentlichen gleich derjenigen des Beispiels war. Auf ähnliche Weise wie bei dem Beispiel wurden Primär- und Sekundärwicklungen bereitgestellt und AC-Magneteigenschaften gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt.
  • Tabelle 4
    Figure 00140001
  • Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist klar, dass der in diesem Beispiel hergestellte Magnetkern verglichen mit dem Vergleichsbeispiel hervorragende magnetische Eigenschaften bei hohen Frequenzen aufweist.
  • (Beispiel 5)
  • Für reines Eisen und eine Mehrzahl von Zusammensetzungen, insgesamt 6 Lose mit 1,0, 3,0, 5,0, 7,0, 9,0 und 11,0 Gew.-% Si, 0,5 ± 0,1 Gew.-% O und dem Rest Fe wurde das Legierungspulver durch Wasserzerstäubung bereitet und ähnlich wie bei dem ersten Beispiel in 150 μm klassifiziert.
  • Als Nächstes wurden 1 Gew.-% Si-Harz (Silikonharz) und 1,0 Gew.-% MgO als Bindemittel dazu hinzugefügt. Unter Verwendung eines Stempels wurden magnetische Kerne mit einer Torusform mit einem Außendurchmesser von 60 mm, einem Innendurchmesser von 35 mm und einer Höhe von 20 mm unter einem Formungsdruck von 5 bis 15 ton/cm2 gebildet, so dass die relative Dichte nicht kleiner als etwa 85 % war. Danach wurde eine Wärmebehandlung zum Entfernen der Verzerrung in einer Stickstoffatmosphäre bei 850°C durchgeführt. Dann wurde unter Verwendung eines Magnetdrahtes eine Wicklung mit 90 Windungen bereitgestellt. Dann wurde die Induktivität bei DC-Überlagerung von 20 A (12000 A/m) bei der Frequenz von 20 kHz gemessen. Aus dem Induktivitätswert wurde die AC-Permeabilität berechnet. Das Ergebnis ist in 6 dargestellt. Aus 6 ist klar, dass μ20kHz gleich 20 oder mehr ist, wenn der Gehalt an Si 1,0 bis 10,0 Gew.-% beträgt.
  • Als Nächstes wurde der Kernverlust unter der Bedingung von 20 kHz und 0,1 T gemessen. Als Ergebnis war der Kernverlust nicht größer als 1000 kW/m3 für die Magnetkerne außer dem einen, der aus reinem Eisen bestand.
  • Als Nächstes wurden die Spulen zum Untersuchen der Anbringungseigenschaften der Spulen mit einer Schaltleistungsversorgung verbunden, die in einer gewerblichen Klimaanlage verwendet wird und eine Ausgangsleistung von 2 kW hat, wobei ein aktives Filter daran angebracht war. Dann wurde der Schaltungswirkungsgrad gemessen. Dabei wurde eine allgemeine elektronische Lastvorrichtung mit einer Ausgangsseite verbunden. Der Schaltungswirkungsgrad wurde berechnet durch Teilen der Ausgangsleistung durch die Eingangsleistung. Das Ergebnis ist in Tabelle 5 dargestellt.
  • Tabelle 5
    Figure 00150001
  • Aus Tabelle 5 ist klar, dass beispielsweise ein hoher Wirkungsgrad von 93 % oder mehr bei 1000 W erreicht wird, wenn der Si-Gehalt innerhalb eines Bereichs von 1,0 bis 10,0 Gew.-% liegt, was mit dem Zusammensetzungsbereich zusammenfällt, der den Kernverlust von 1000 kW/m3 und die Permeabilität von 20 oder mehr bei 12000 A/m zeigt.
  • (Beispiel 6)
  • Das Pulver mit 4,5 Gew.-% Si und dem Rest Fe wurde bereitet durch Gaszerstäubung und in 150 μm klassifiziert. Anschließend wurden bei einer konstanten Temperatur und in einer geeignet gesteuerten Atmosphäre Proben von Legierungspulver hergestellt, die 0,05, 0,1, 0,25, 0,5, 0,75, 1,0 bzw. 1,25 Gew.-% O enthielten.
  • Als Nächstes wurde ein Bindemittel mit der Legierung gemischt auf eine Weise exakt ähnlich zu der in Verbindung mit dem vierten und dem fünften Beispiel erwähnten. Anschließend wurde auf eine Weise exakt ähnlich derjenigen in Beispiel 5 torusförmige Kerne mit ähnlichen Abmessungen unter dem Formungsdruck von 20 ton/cm2 hergestellt, so dass der kompakte Körper eine Dichte von 92 % hatte. Nach der Wärmebehandlung zum Entfernen der Verzerrung wurde jeder der magnetischen Kerne auf eine Weise, die genau ähnlich zu derjenigen in Beispiel 1 ist, mit einer Wicklung versehen. Unter der Bedingung von 20 kHz und 0,1 T wurde der Kernverlust gemessen. Das Ergebnis ist in 7 dargestellt. Aus 7 ist klar, dass der Kernverlust sich drastisch verschlechtert, wenn der Gehalt an O kleiner als 0,1 Gew.-% ist.
  • Als Nächstes wurde auf eine Weise, die genau ähnlich derjenigen im fünften Beispiel ist, eine Wicklung bereitgestellt. Die Induktivität bei 20 kHz bei DC-Überlagerung von 20 A (12000 A/m) wurde gemessen, und die AC-Permeabilität wurde berechnet. Als Ergebnis war μ20kHz des magnetischen Kerns mit 1,25 Gew.-% O gleich 19, während μ20kHz in anderen magnetischen Kernen gleich 20 oder mehr war.
  • Dann wurde auf genau dieselbe Weise wie im fünften Beispiel die Montageeigenschaft der Spule gemessen. Das Ergebnis ist in Tabelle 6 dargestellt.
  • Tabelle 6
    Figure 00170001
  • Aus Tabelle 6 ist klar, dass beispielsweise ein hoher Wirkungsgrad von 93 % oder mehr bei 1000 W erzielt wird, wenn der O-Gehalt in einen Bereich von 0,1 bis 1,0 Gew.-% fällt, was mit dem Zusammensetzungsbereich übereinstimmt, der den Kernverlust von 1000 kW/m3 und das μ20kHz von 20 oder mehr zeigt.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Wie oben beschrieben ist der Pulverkern gemäß dieser Erfindung nützlich als Magnetkern einer Drosselspule, die bei einer hohen Frequenz verwendet wird.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Pulverkerns, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Bereiten eines magnetischen Pulvers, dessen Partikel eine Partikelgröße von 150 μm oder weniger aufweisen, Unterwerfen der magnetischen Pulverpartikel einer Oberflächenbehandlung durch ein Silankopplungsmittel zum Herstellen behandelter Pulverpartikel, Mischen der behandelten Pulverpartikel mit zumindest MgCO3-Pulver oder MgO-Pulver zum Herstellen einer resultierenden Mischung, Verdichtungsformen der resultierenden Mischung in einen kompakten Körper und Wärmebehandlung des kompakten Körpers zum Gewinnen des Pulverkerns als eine Legierung, die 1 bis 10 Gew.-% Si, 0,1 bis 1,0 Gew.-% O und als Rest Fe enthält, wobei eine Glasschicht, die SiO2 und MgO als Hauptbestandteile enthält, zwischen die magnetischen Pulverpartikel eingefügt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Mischung unter einem Bildungsdruck von 5 bis 20 ton/cm2 gebildet wird und die Wärmebehandlung in einem Temperaturbereich zwischen 500 und 1000°C durchgeführt wird, so dass der kompakte Körper eine Dichte von 6,0 bis 7,0 g/cm3 hat.
DE60214435T 2002-01-17 2002-01-17 Pulver-magnetkern und diesen verwendender hochfrequenzreaktor Expired - Lifetime DE60214435T2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2002/000292 WO2003060930A1 (fr) 2002-01-17 2002-01-17 Noyau magnetique de poudre et reacteur haute frequence utilisant ce noyau

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60214435D1 DE60214435D1 (de) 2006-10-12
DE60214435T2 true DE60214435T2 (de) 2007-10-31

Family

ID=38542650

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE60214435T Expired - Lifetime DE60214435T2 (de) 2002-01-17 2002-01-17 Pulver-magnetkern und diesen verwendender hochfrequenzreaktor

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE60214435T2 (de)

Also Published As

Publication number Publication date
DE60214435D1 (de) 2006-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69821278T2 (de) Magnetkern und Herstellungsverfahren
DE69717718T2 (de) Weichmagnetischer Pulververbund-Kern aus Teilchen mit isolierenden Schichten
DE112009000919T5 (de) Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Verbundmaterials und magnetisches Verbundmaterial
DE69613794T2 (de) Gemischter Magnetkern
DE3884491T2 (de) Magnetkern und Verfahren zur Herstellung.
CN100490029C (zh) 磁粉芯用非晶纳米晶复合粉末及其磁粉芯制备方法
DE112009000918T5 (de) Magnetisches Verbundmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung
DE69920117T2 (de) Ferromagnetisches Pulver für Pulverkerne,Pulverkern,und Herstellungsverfahren für Pulverkerne
DE69422862T2 (de) Nanokristalline Legierung mit Dämpfungskarakteristiken, Herstellungsverfahren desselben, Drosselspule, und Störfilter
DE69815645T2 (de) Magnetkomposit-Artikel und Herstellungsverfahren unter Gebrauch von Fe-AL-SI Puder
DE3439397C2 (de)
DE112011103602T5 (de) Weichmagnetisches Pulver, granuliertes Pulver, Pulverkern, elektromagnetisches Bauteil, und ein Verfahren zur Herstellung eines Pulverkerns
DE10348808A1 (de) Verfahren zur Herstellung von amorphen Metallpulvern auf Fe-Basis sowie Verfahren zur Herstellung eines weichmagnetischen Kerns unter Verwendung solcher Pulver
DE102015101211A1 (de) Drossel
DE112008002226T5 (de) Pulverkern, Verfahren zum Herstellen desselben, Elektromotor und Reaktor
DE112008002495T5 (de) Weichmagnetische amorphe Legierung
WO2005114682A1 (de) Stromwandlerkern sowie herstellverfahren für einen stromwandlerkern
EP0179557B1 (de) Magnetische Pulverpresslinge
DE953793C (de) Verfahren zur Herstellung von Eisen-Nitriden mit verbesserten elektromagnetischen Eigenschaften fuer Hochfrequenz
DE102015015309B4 (de) Pulvermagnetkern und diesen nutzende Drosselspule
DE68921971T2 (de) Komposit-Ferrit-Material.
DE19725869C2 (de) Niedertemperatursinterungs-Radiofrequenz- Weichferrit-Material und Verfahren zur Herstellung einer Induktivität unter Verwendung dieses Materials
DE69022751T2 (de) Magnetkerne aus Eisen-Silizium-Legierungspulver und Herstellungsverfahren.
DE69611072T2 (de) Magnetisches verbundmaterial mit reduzierter permeabilität und verringerten verlusten
DE112018004080T5 (de) Verfahren zur herstellung eines pulvermagnetkerns und verfahren zur herstellung einer elektromagnetischen komponente

Legal Events

Date Code Title Description
8381 Inventor (new situation)

Inventor name: FUJIWARA, TERUHIKO, TAIHAKU-KU, SENDAI-SHI, MI, JP

Inventor name: ISHII, MASAYOSHI, TAIHAKU-KU, SENDAI-SHI, MIYA, JP

Inventor name: SAITO, YOSHITAKA, TAIHAKU-KU, SENDAI-SHI, MIYA, JP

8364 No opposition during term of opposition