TW540071B - Magnetic core having magnetically biasing bond magnet and inductance part using the same - Google Patents

Magnetic core having magnetically biasing bond magnet and inductance part using the same Download PDF

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Teruhiko Fujiwara
Masayoshi Ishii
Haruki Hoshi
Keita Isogai
Toru Ito
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Description

^4007!
五、發明說明(1 )
4發明係有關一種諸如扼流線圈或變壓器之類具有電感裝置 Θ磁鐵心,特別是有關一種具有用來當作磁偏移磁鐵之永久磁 磁鐵心(以下將會經常簡稱爲「磁心」)。
對例如切換式電源供應器中所使用的扼流線圈或變壓器而言 常係將交流(AC)電流連同疊加其上的直流(DC)電流施加其 1 °因此,這類扼流線圈或變壓器中使用的磁心必需具有良好 _磁率的磁性特徵,以致該磁心不會因DC電流的疊加作用而 Μ磁性飽和現象(該特徵係稱爲「DC疊加特徵」或簡稱爲「疊 加特徵」)。
如同高頻能帶內應用領域中的磁鐵心,吾人已使用的是肇因 於其材料的物理性質而具有單獨特性的鐵電核心及粉塵核心, ^鐵電核心具有極高的內稟導磁率(i ntrinsic magnetic Penneability)以及似及極低的飽和磁通量密度,而該粉塵核心 則具有極低的內稟導磁率以及極高的飽和磁通量密度。據此, 經常使用該粉塵核心當作具有環形形狀的核心。另一方面,該 鐵氧體(ferrite)磁鐵心具有E形磁心部位,其中該E形磁心部 位含形成有磁性縫隙的主支柱以便防止由DC電流的疊加作用 造成的磁性飽和現象。 最近,由於各電子零件都必需具有很小尺寸如同電子裝置具 有更精巧的尺寸一般,具有磁性縫隙的磁鐵心也具有很小的尺 寸。因此,存在著對具有已增加導磁率以對抗DC電流之疊加 540071 五、發明説明(2 ) 作用之磁鐵心的強烈需求。 一般而S,必要的是對選擇具有極高飽和磁化強度之磁鐵心 的需求,也就是說,選擇一種不致因爲有極高磁場施加其上而 呈現出丨生I包和的碰鐵心。該飽和磁化強度無可避免地係由宜 材料定出且無法使之如同必要的那麼高。 虽作知決方法,吾人已依習知方式提出一種將永久磁鐵配置 於磁鐵心之磁性路徑內所形成的磁性縫隙中,也就是說使磁鐵 心產生磁偏移而因此抵消由DC電流的疊加作用造成的DC磁通 量。 藉由使用永久磁鐵的磁偏移作用是一種用來改良該DC疊加 特徵的良好解決方法,但是因爲使用已燒結的金屬磁鐵會造成 顯著地增加了磁鐵心的磁心耗損故幾乎無法作任何實際應用, 而使用鐵氧體磁鐵則會引致不穩定的疊加特徵。 爲了解泱該問題,例如日本專利申請案第jp_A 50- 133453 號文件中揭示的是使用結合磁鐵當作磁偏移磁鐵,其中該結合 磁鐵係包括具有高矯頑磁力之稀土族磁性粉末以及黏結劑而相 互混合並壓實形成某一形狀,因此改良了該磁心的DC疊加特 徵以及溫度升高現象。 最近,需要愈來愈強的電源以便改良功率轉換效率使之達到 這麼高的位準,亦即很難藉由所量測的磁心溫度定出用於各扼 流線圈及變壓器之磁鐵心的良或不良。因此,無可避免地係藉 著使用磁心耗損量測裝置由所量測的磁心耗損資料定出的。根 據本發明發明人的硏究,吾人確定的是在具有如曰本專利申請 案第;ίΡ-Α 50- 1 33453號文件中所揭示之電阻値的磁心上具有 -4- 540071 五、發明説明(3 ) 已降解數値的磁心耗損。 此外,最近存在有對具有表面裝設型式之線圈組件的需求。 令那些線圈組件接受回流焊接(reflow soldering)處ί里以便將:之 表面裝設於電路板上。必要的是線圈零件上磁鐵心的磁性性質 不致在回流焊接處理的條件下出現降解。此外,必要的是使該 磁鐵具有抗氧化性質。 發明之扼要說明 本發明的主題是提供一種具有絕佳磁性性質及磁心耗損特徵 的磁鐵心,其中含有配置於該磁心之磁性路徑內所形成之至少 某一磁性縫隙附近區域內的磁偏移磁鐵,以便透過該磁性縫隙 的相對端點使該磁心產生磁偏移。 本發明的目的是提供一種在回流焊接處理的條件下具有絕佳 磁性性質及磁心耗損特徵的磁鐵心。 本發明的另一目的是提供一種含有具有絕佳DC疊加特徵及 磁心耗損特徵之磁鐵心的電感元件或零件。 根據本發明,提供了一種磁鐵心係在其磁性路徑內至少含有 一個磁性縫隙。該磁鐵心係包括配置於該磁性縫隙內的磁偏移 磁鐵以便由該磁性縫隙的相對端點爲該磁心提供磁偏移。該磁 偏移磁鐵係包括含有稀土族磁性粉末以及黏結劑的結合磁鐵。 該稀土族磁性粉末具有5k0e或更大的內稟矯頑磁力、300°C或 更高的居里溫度Tc、0· 1歐姆·公分或更高的比電阻、1〇〇〇到 4〇〇〇高斯的剩餘磁化強度Βι·以及0.9k0e或更大的之B-H曲線 的矯頑磁力bHc。 較佳的是,該內稟矯頑磁力是等於或大於l〇k〇e,其居里溫 540071 五、發明説明(4 ) 度Tc是等於或大於500°C,且其比電阻是等於或大於1歐姆· 公分。 根據本發明的另一槪念,獲致一種包括根據本發明之磁鐵心 以及在該磁鐵心上纏繞一或更多圏的至少一個線圈的電感零 件。 圖式簡單說明
第1圖係用以顯示一種根據本發明實施例之磁鐵心的透視 圖。 第2圖係用以顯示一種包括第1圖之磁鐵心以及該磁心上所 纏繞線圈之電感零件的正面圖。 第3圖係用以顯示實施例1中具有不同環氧樹脂內含物之各 樣品永久磁鐵上處理溫度及所量測通量之間關係的曲線圖。 第4A圖係用以顯示一種具有非常高剩餘磁化強度之永久磁 鐵中B-H曲線的曲線圖。
第4B圖係用以顯示一種具有非常低剩餘磁化強度之永久磁 鐵中B-H曲線的曲線圖。 第5圖係用以顯示利用實施例1中每一個樣品磁鐵於磁鐵心 上量測出之DC疊加特徵(導磁率)//的曲線圖。 第6圖係用以顯示在對實施例2中具有不同環氧樹脂內含物 之各樣品磁鐵對磁鐵心施行回焊處理之前和之後所量測出之DC 疊加特徵(導磁率)//的曲線圖。 第7圖係用以顯示在對實施例3中具有不同樹脂之各樣品磁 鐵對磁鐵心施行回焊處理之前和之後所量測出之DC疊加特徵 (導磁率)//的曲線圖。 540071 五、發明説明(5 ) 較佳實施例的詳細說明 現在,吾人將參照各附圖說明本發明的各實施例。 爹照弟1圖’ 一*種根據本發明貫施例之fe鐵心係包括兩個互 爲毗連的E形鐵氧體磁心2。在兩個E形鐵氧體磁心2上各中 間柱的面對面端點之間存在有縫隙,於該縫隙中塞入並配置永 久磁鐵1以便提供一種磁偏移場。 爹照弟2圖’顯不的是藉由將導線線圈3加到如第1圖所不 之磁鐵心上而構成的電感零件。 本發明的共同發明人硏究了以永久磁鐵提供如第1和2圖所 示之磁偏移場的可能性。該共同發明人最終得到的知識是能夠 使用一種具有0. 1歐姆·公分或更大(較佳的是1歐姆·公分 或更大)之比電阻及5k0e或更大的內稟矯頑磁力iHc,提供一 種具有絕佳DC疊加特徵及非降解磁心耗損特徵的磁鐵心。這 意脂磁鐵上用以獲致絕佳之DC疊加特徵的必要性質是內稟矯 頑磁力而不是其能量產物。因此,本發明係以能夠使用具有高 比電阻及高內稟矯頑磁力之永久磁鐵提供足夠高之Dc疊加特 徵的發現爲基礎而提出的。 如上所述之具有高比電阻及高內禀矯頑磁力之永久磁鐵,係 藉由將其內稟矯頑磁力爲5kOe或更大之稀土族磁性粉末以及 黏結劑混合在一起並壓實形成之稀土結合磁鐵施行的。不過, 所用的磁性粉末並不受限於稀土族磁性粉末,而是任何一種具 有像5kOe或更大那麼高之內稟矯頑磁力的磁性粉末。該稀土 族磁性粉末係包含SmCo(釤鈷)系列、NdFeB(硼化_鐡)系列、 SmFeN(氮化釤鐵)系列及其他粉末。此外,將熱學磁性還原作 540071 五、發明説明(6 ) 用列入考量,所用到的磁性粉末必需具有3〇〇°C或更高的居里 溫度Tc以及5k0e或更大的內禀矯頑磁力。 考量回流焊接處理中的溫度,所用到的磁性粉末必需具有丄 歐姆·公分或更大之比電阻及10k0e或更大的內稟矯頑磁力 iHc ’以及500°C或更高的居里溫度Tc。當作磁性粉末的實施 例’吾人係在各種稀土磁鐵中推薦使用Sm2C〇17。 由於該永久磁鐵之內稟矯頑磁力會在該永久磁鐵之內稟橋頑 磁力小於5kOe時,因爲該磁鐵心之磁性路徑內所產生的磁場 而消失,故需要5kOe或更大的內稟矯頑磁力。雖則較佳的是 將較大的比電阻用於永久磁鐵,然而1歐姆·公分或更大之比 電阻將會是破壞磁心耗損特徵的主要因素。 必要的是該磁性粉末具有最大爲50微米或更小的平均粒子 尺寸’因爲使用平均粒子尺寸大於50微米的磁性粉末會造成 該磁心耗損特徵的降解現象。而必要的是該磁性粉末具有最小 爲2.5微米或更大的平均粒子尺寸,因爲使用平均粒子尺寸小 於2.5微米的粉末會肇因於由功率熱能處理及導流焊接處理造 成的粒子氧化作用而產生顯著的磁化強度減小現象。 本發明的共同發明人已透過各種硏究發現能夠在剩餘磁化強 度(頑磁通量密度)Br爲4000高斯或更小時緩和熱學的去磁化 效應。其理由可以闡明如下。因爲B_H曲線的矯頑磁力bHc 係落在紮口點(knick point)以下的緣故,當剩餘磁化強度Br超 過4000高斯時,具有低導磁率的結合磁鐵會落在不可逆的 (irreversible)去磁化區域內。另一方面,當剩餘磁化強度Br小 於4000高斯時,由於結合磁鐵會因爲B-H曲線的矯頑磁力 540071 五、發明説明(7 ) bHc係落在紮口點以上的緣故而落在可逆的(reversible)去磁化 區域內,故緩和了其熱學去磁化效應。據此,該熱學去磁化效 應是很小的(即使在回流處理之後亦然),而容許吾人在剩餘磁 化強度Br超過4000高斯時以極高的可靠度得到良好的DC疊 加特徵。 吾人能夠有效地出任何具有軟磁性材料製成一種用於扼流線 圈或變壓器的磁鐵心。一般而言,該材料係包含由ΜιιΖη(錳鋅) 系列、NiZu(鎳鋅)系列、塵土磁心(dust core)、矽鋼板、非晶 體及其他元素構成的鐵氧體。此外,該磁鐵心並不受限於某一 特殊形狀,而是能夠於具有諸如環形磁心、E-E形磁心、E-I 形磁心或其他形狀磁心之類不同形狀的磁鐵心中使用根據本發 明的永久磁鐵。每一個這類磁鐵心都含有形成於其磁性路徑內 的至少一個磁性縫隙,該縫隙內配置有該永久磁鐵。雖則該縫 隙並不受限於其長度,然而該DC疊加特徵會在該縫隙長度過 小時產生降解現象。另一方面,當該縫隙長度過大時會減低其 導磁率。據此,自動定出其長度。 現在,吾人將根據本發明的各實施例說明如下。 (實施例1) 爲了得到具有5k〇e或更大之內稟矯頑磁力以及300°C或更 高之居里溫度Tc的磁鐵粉末,係粗略地擊碎Sm2Fe17合金接 著於有機溶劑內以球形輾磨機施行精細硏磨,因此得到平均粒 子尺寸爲5微米約合金粉末。然後,對所得到的粉末施行氮化 及磁化以獲致Sm2Fe17N3的磁性粉末。接下來,依1重量%、3 重量%、5重量%、10重量%、15重量%及20重量%樹脂的比 540071 五、發明説明(8 ) 例,將所得到的粉末與當作黏結劑的環氧樹脂混合以便製造出 六種具有不同黏結劑含量的結合磁鐵,並在未施加任何磁場下 於鑄模內鑄造每一種混合物。將如是得到之結合磁鐵的磁性性 質顯示於表1中。 表1 黏結劑含重 (重量%) 1.0 3.0 5.0 10 15 20 Br(kG) 2.13 2.10 1.75 1.42 1.12 0.95 Hc(kOe) 9.8 9.8 9.7 9.8 9.8 9.7 隨後,將所製造的結合磁鐵處理成尺寸爲7.0x10.0x1.5毫 米的樣品,並以4T(托斯拉)的脈波磁場沿主力度方向進行磁化 。在25°C的溫度下以由TOEI公司製造其型號爲TDF-5的數位 磁通計量測每一個樣品的磁通量。在對每一個樣品進行量測之 後,將之放置於定溫槽內,以50°C的溫度加熱並在該溫度下保 持1小時。在當作惰性氣體的氬氣(Ar)內對結合磁鐵加熱以排 除因爲該結合磁鐵的氧化作用造成的永久去磁效應。之後使經 加熱的結合磁鐵冷卻到室溫,且另外再留置2小時。然後,藉 由如上所述的相同方法量測每一個樣品的磁通量。此外,在以 25°C的間隔使定溫槽的溫度從75°C變到20(TC的每一個例子裡 量測每一個樣品的磁通量。其結果顯示於第3圖內。 第3圖顯示的是當黏結劑含量爲5重量%或更少時,無論落 在50°C與200°C之間的溫度爲何,其熱學去磁比例都是很小而 使該結合磁鐵變得可靠。 其熱學去磁比例是很小的,因爲當黏結劑含量少於5重量% 時矯頑磁力bHc係落在如第4A圖所示之B-H曲線的紮口點以 下,且當黏結劑含量爲5重量%或更多時由於該矯頑磁力bHc -10- 540071 五、發明説明(9 ) 係落在如第4B圖所示該B-H曲線的紮口點以上故該磁鐵會落 在可逆的磁化區域內。這是因爲已增加的黏結劑含量會於內具 有極低導磁率的結合磁鐵內造成低剩餘磁化作用Br。必然地’ 該熱學去磁效應於具有低剩餘磁化作用Br的結合磁鐵內更爲 可行。這類結果顯示出該結合磁鐵必定具有4000高斯(G)或更 小的剩餘磁化作用。 於下一步驟中,爲了將所得到的樣品當作如第2圖所示的電 感零件,係於使用習知錳鋅系列鐵氧體材料製成,且其磁性降 徑長度爲7.5厘米而有效截面積爲0.74平方厘米的EE磁心(鐵 氧體磁心)2的中間柱上製作出長度爲1.5毫米的縫隙。將要塞 入該EE磁心2之縫隙內的結合磁鐵1係利用四種會呈現出很 小的熱學去磁比例而含有5重量%或更多黏結劑的結合磁鐵製 造出。換句話說,將每一個含有5重量%、1 〇重量%、1 5重 量%及20重量%的結合磁鐵加工成厚度爲1.55毫米且具有與 該EE磁心2中間柱之截面形狀相同的形狀,且利用脈波磁化 器以4T(托斯拉)的磁場沿著厚度方向使該片結合磁鐵磁化。將 每一個如是製造成的結合磁鐵1塞入該EE磁心2的縫隙內, 並在線圈零件上提供一圈或更多圈的導線線圈3以完成一電感 零件。利用LCR計對所完成電感組件的DC疊加特徵重複進行 五次量測,並由磁心常數及導線線圈3的圈數計算出導磁率# 。將其結果顯示於第5圖中。於第5圖中,水平軸代表的是已 暨合的fe場Hm。另外’第5圖也顯不了對未於該EE磁心2 的縫隙內塞入任何磁鐵之比較用樣品的量測結果。 第5圖顯示的是其特徵會隨著該結合磁鐵內黏結劑含量的增 -11- 540071 五、發明説明(1()) 加而趨近未於該EE磁心2的縫隙內塞入任何磁鐵之比較用樣 品的特徵。這是因爲增加黏結劑的含量會造成剩餘磁化強度Br 的減少。當黏結劑含量爲20重量%時,較之未塞入任何磁鐵之 結合磁鐵其特徵並未作極大的改善。由這種結果及表1的結 果可以明顯地看出,基本上其剩餘磁化強度Br至少有1000 高斯。
由上述結果以及對熱能去磁特徵及DC疊加特徵的考量可以 明顯地看出,必要的是1〇〇〇到4000高斯的剩餘磁化強度Br 以便將該結合磁鐵當作磁偏移磁鐵。 根據其他實驗,當其矯頑磁力bHc爲0.9kOe或更多時在施 行熱處理之後其DC疊加特徵是良好的。
爲了確認該結合磁鐵不致受到粉末之氧化作用造成永久去磁 化的影響,在回流處理之後再次對該磁鐵施行脈波磁化作用。 隨後,量測該結合磁鐵的特徵。結果,該結合磁鐵會呈現出幾 乎與熱處理之前相同的特徵,確認不致產生任何肇因於粉末上 氧化作用的永久去磁化效應。吾人也能夠由其他實驗而確認的 是,當其平均粒子尺寸爲2.5微米或更大時,不會觀測到任何 因爲粉末之氧化作用產生的永久去磁化現象,而當其平均粒子 尺寸爲50微米或更小時,不會觀測到對磁心耗損特徵造成任 何破壞。 吾人能夠藉由將結合磁鐵塞入形成於該EE磁心2中間柱上 的縫隙內,以很小的熱學去磁作用得到具有絕佳DC疊加特徵 的磁心及電感組件,其中該結合磁鐵係包括稀土磁鐵粉末,其 粒子尺寸爲2.5到50微米而內稟矯頑磁力爲5kOe或更多,且 -12- 540071 五、發明説明(11 ) 居里溫度Tc爲30(TC或更高,以及剩餘磁化強度Br爲1000到 4000高斯、B-H曲線之矯頑磁力bHc爲0.9kOe或更大,且比 電阻爲1歐姆·公分或更大。 (實施例2)
爲了得到具有10kOe或更大之內稟矯頑磁力以及500°C或更 高之居里溫度Tc的磁鐵粉末,係粗略地擊碎具有大約28 MGOe之能量產物的Sm2Fe17系列的已燒結磁鐵,接著於有機 溶劑內以球形碾磨機施行精細硏磨,因此得到平均粒子尺寸爲 10微米的磁性粉末。然後,依1重量%、3重量%、5重量%、 10重量%、15重量%及20重量%樹脂的比例將所得到的粉末 與當作黏結劑的環氧樹脂混合以便製造出六種具有不同黏結劑 含量的結合磁鐵,並在未施加任何磁場下於鑄模內鑄造每一種 混合物。將如是得到之結合磁鐵的磁性性質顯示於表2中。 表2 黏結劑含量 (重量%) 1.0 3.0 5.0 10 15 20 Br(kG) 4.30 4.01 3.61 2.83 2.01 1.24 Hc(kOe) 15.6 15.4 15.4 15.5 15.5 15.5
隨後,將所製造的結合磁鐵處理成尺寸爲7.0x10.0x1.5毫 米的樣品,並以4T(托斯拉)的脈波磁場沿著厚度方何進行磁化 。在室溫(25°C)下以由TOEI公司製造其型號爲TDF-5的數位 磁通計像實施例1 一樣量測每一個樣品的磁通量。在對每一個 樣品進行量測之後,將之放置於定溫槽內,以等於回流焊接處 理溫度的27(TC進行加熱並在該溫度下保持1小時。在當作惰 性氣體的氬氣(Ar)內對結合磁鐵加熱以排除因爲該結合磁鐵的 氧化作用造成的永久去磁效應。之後使經加熱的結合磁鐵冷卻 -13- 五、發明説明(12) 到室溫,且另外再留置2小時。然後,藉由如上所述的相同方 法量測每一個樣品的磁通量。另外,從在回焊處理之前及之後 量測到的磁通量計算出該磁通量的減小速率(或是熱學去磁比 例)。其結果顯示於第3圖內。將其結果顯示於表3中。 表3 黏結劑含量 (重量%) 1.0 3.0 5.0 10 15 20 適量去磁— 速率(%) 4.30 4.01 3.61 2.83 2.01 1.24 表3顯示出其熱學去磁比例是很小的,因爲當黏結劑含量少 於5重量%時,即使在該逆流處理之後該結合磁鐵也會變成可 靠的。其理由如上所述是和參照第4A和4B圖之實施例1有 關的。據此,該熱學去磁效應於具有低剩餘磁化作用Br的結 合磁鐵內更爲可行。這類結果顯示出該結合磁鐵必定具有4000 高斯(G)或更小的剩餘磁化作用。 接下來如同實施例1,爲了得到用來當作如第2圖所示之電 感零件的樣品,係於使用習知錳鋅系列鐵氧體材料製成,且其 磁性路徑長度爲7.5厘米而有效截面積爲0.74平方厘米的EE 磁心(鐵氧體磁心)2的中間柱上製作出長度爲1.5毫米的縫隙。 將要塞入該EE磁心2之縫隙內的結合磁鐵1係利用四種會呈 現出很小的熱學去磁比例而含有5重量%或更多黏結劑的結合 磁鐵製造出。換句話說,將每一個含有5重量%、10重量%、 15重量%及20重量%的結合磁鐵加工成厚度爲1.55毫米且具 有與該EE磁心2中間柱之截面形狀相同的形狀,且利用脈波 磁化器以4 T(托斯拉)的磁場沿著厚度方向使該片結合磁鐵磁 -14- 540071 五、發明説明(13 ) 化。將每一個如是製造成的結合磁鐵1塞入該EE磁心2的縫 隙內,並在線圈零件上提供一圈或更多圈的導線線圏3以完成 一電感零件。利用LCR計對所完成電感組件的DC疊加特徵重 複進行五次量測,並由磁心常數及導線線圏3的圏數計算出導 磁率#。將其結果顯示於第6圖中。於第6圖中,水平軸代表 的是已疊合的磁場Hm。
在完成DC疊加特徵之量測後,將樣品加熱至270°C且維持 該溫度1小時,且另於室溫冷卻2小時。之後,利用LCR計 再度對DC疊加特徵進行量測。結果揭示於第6圖。有關樣品 之量測結果係揭示於第6圖中未在縫隙內塞入任何磁鐵之比較 例。
第6圖顯示出其特徵具有與第4圖相像的形狀且會隨著結合 磁鐵內黏結劑含量的增加趨近未於該縫隙內塞入任何磁鐵之比 較用樣品的特徵。當黏結劑含量爲20重量%時,較之未塞入任 何磁鐵之結合磁鐵其特徵並未作極大的改善。如上所述,這是 因爲增加黏結劑的含量會造成剩餘磁化強度Br的減少。由這 種結果及表2的結果可以明顯地看出,基本上其剩餘磁化強度 Br至少有1000高斯。 由上述結果以及對熱能去磁特徵及DC疊加特徵的考量可以 明顯地看出,必要的是1000到4000高斯的剩餘磁化強度Br 以便將該結合磁鐵當作磁偏移磁鐵。 根據其他實驗,當其矯頑磁力bHc爲0.9kOe或更多時,在 施行熱處理之後其DC疊加特徵是良好的。 爲了確認該結合磁鐵不致受到粉末之氧化作用造成之永久去 -15- 14 五、發明説明() 磁化的影響,在回焊處理之後再次對該磁鐵施行脈波磁化作 用。隨後,量測該結合磁鐵的特徵。結果,該結合磁鐵會呈現 出幾乎與熱處理之前相同的特徵,確認不致產生任何肇因於粉 末上氧化作用的永久去磁化效應。吾人也能夠由其他實驗而確 認的是,當其平均粒子尺寸爲2·5微米或更大時不會觀測到任 何因爲粉末之氧化作用產生的永久去磁化現象’而當其平均粒 子尺寸爲50微米或更小時不會觀測到對磁心耗損特徵造成任 何破壞。 吾人能夠藉由將結合磁鐵塞入形成於該EE磁心中間柱上的 縫隙內以很小的熱學去磁作用得到具有絕佳DC疊加特徵的磁 心及電感組件,其中該結合磁鐵係包括稀土磁鐵粉末’其粒子 尺寸爲2.5到50微米而內稟矯頑磁力爲WkOe或更多且居里 溫度Tc爲50(TC或更高,以及剩餘磁化強度以爲100〇到 4〇〇〇高斯、矯頑磁力bHc爲0.9kOe或更大且比電阻爲1歐 姆·公分。 (實施例3) 依如表4所示的成分揉捏每一種磁性粉末及樹脂’並藉由鑄 造及加工製造出厚度爲〇·5毫米的樣品(亦即薄板磁鐵)。 表4 樣品1 磁性粉末 一_— iHc (kOe) 混合 重量份 樹月旨 __-__ S-1 Sm(Co〇 742FC0 2〇Cu〇 〇ssZr〇.029)7j_7-—___ 15 100 芳香族聚ii胺樹脂 一_ — 100 S-2 Sni(C〇〇.742Fc〇.2〇Cu〇.〇5 5Zr〇^_〇2£i2^Z----- 15 100 可溶性聚亞醯胺樹脂 _____ — 100 S-3 Sm(C〇〇.742Fe〇.2〇Cu〇.〇5 5Zr〇^_gi9)i_7---- 15 100 環氧樹脂 . — 100 -16- 540071 五、發明説明() S-4 SmzFenN磁性粉末 10 100 芳香族聚醯胺樹脂 — 100 S-5 含鋇之鐵氧體磁性粉末 40 100 ~~ 芳香族聚醯胺樹脂 — 100 S-6 Sm(C〇〇.742Fen 7〇Cun 〇55Zr〇.〇29)7.7 15 100 聚丙烯樹脂 — 100
Sm2Fe17系列及鐵氧體粉末係藉由硏磨對應的已燒結磁鐵而 製備的,而Sm2Fe17N粉末係藉由還原擴散使Sm2Fe17粉末氮 化而製成的。每一種粉末都具有大約5微米的平均粒子尺寸。 在300°C (聚醯胺)或250°C (聚丙烯)的氬氣中對芳香族聚醯胺樹 脂(尼龍6T)或聚丙烯與磁性粉末之一施行熱揉捏之後,以熱擠 壓對混合物進行鑄造以製備每一種樣品。於可溶性聚亞醯胺樹 脂的例子裡,係加入當作溶劑的7 -丁內酯並以離心去泡機攪 拌其溶液五分鐘以製備出膠漿。藉由刮刀法由該膠漿製造出最 後厚度爲5〇〇微米的坏板,且在乾燥之後藉由熱擠壓製成樣品 。於環氧樹脂的例子裡,係於燒杯內攪拌並混合該樹脂之後, 在適當烘烤條件下於鑄模內藉由鑄造法製備樣品。、所有這類樣 品都具有0.1歐姆·公分或更大的比電阻。 將每一個薄板磁鐵切割成像實施例1或2如第1圖所示鐵氧 體磁心上中間柱之截面形狀的小片。該磁心脂的是一種以習知 錳鋅系列鐵氧體材料製成且其磁性電路長度爲5.9厘米而有效 截面積爲〇·74平方厘米的ΕΕ磁心。於該ΕΕ磁心的中間柱內 加工製作出.0.5毫米的縫隙。將依上述方式製造出的薄板磁鐵 塞入如第1圖所示之縫隙內以獲致如第2圖所示的電感零件。 在以脈波磁化器沿著該磁性電路的方向使該磁鐵磁化之後, 以頻率爲ΙΟΟΚΗζ的交流磁場量測該DC疊加特徵,並利用 -17- 540071 五、發明説明(16 ) LCR計(由HP公司製造其型號爲HP-4284A的產品)以35 Oe的 DC疊加磁場量測其有效導磁率。自然地,係將該疊加電流加 到該導線線圈3上使得該DC疊加磁場的方向是和該磁鐵的磁 化方向相反。 在將磁心保持以27(TC加熱的回流烤爐內30分鐘之後,再次 在如上所述的相同條件下量測該DC疊加特徵。 同時對未於該縫隙內塞入任何磁鐵的磁心進行量測當作比較 用實施例。該特徵並未顯示出在以70的有效導磁率// e施行回 焊處理之前和之後有任何變化。 將該有效導磁率的量測結果顯示於表5中。樣品S-2和S-4 以及該比較用樣品的DC疊加特徵皆依表現方式顯示於第7圖 中。另外由於該磁鐵已明顯變形,吾人無法對已塞入含有聚丙 烯樹脂之薄板磁鐵的磁心進行量測。 表5 樣品 逆流處理前//e (在 350e) 逆流處理後// e (在 350e) S-1 140 130 S-2 120 120 S-3 140 120 S-4 140 70 S-5 90 70 S-6 140 —
根據這些結果,含鋇之鐵氧體結合磁鐵(樣品S-5)具有像 4kOe那麼小的矯頑磁力。因此,吾人考量的是藉由施加其上 的相對磁場沿著相反方向使該結合磁鐵去磁或磁化。包括所塞 入Sm2Fe17N薄板磁鐵的磁心會在回焊處理之後顯示出該DC -18- 540071 五、發明説明(17 ) 疊加特徵上的極大降解現象。反之,包括所塞入Sm2Fe17薄板 磁鐵而實際上具有像l〇kOe那麼高之矯頑磁力的磁心則並未呈 現出任何降解現象而顯示出非常穩定的特徵。 吾人可以從這些結果推想出的是,肇因於該含鋇之鐵氧體結 合磁鐵的很小矯頑磁力,藉由加到該薄板磁鐵上的反向磁場反 轉該磁鐵的去磁或磁化作用,因此降解了該DC疊加特徵。吾 人可以推想的是,雖則其矯頑磁力極高,然而該熱學去磁作用 係肇因於該SmFeN磁鐵上470°C的低Tc而造成的,且該特徵 係因爲肇因於具有熱學去磁作用之反向磁場的去磁協同效應而 降解的。據此,吾人能夠弄淸楚的是需要10kOe或更大的內稟 矯頑磁力以及5〇〇°C或更高的居里溫度Tc,以便於將要塞入該 磁心的薄板磁鐵內獲致絕佳的DC疊加特徵。 該薄板磁鐵係藉由除了知本實施例所述的組合,亦即利用由 聚次苯基亞硫酸鹽、聚砂氧、聚酯及液體聚合物樹脂中選出之 樹脂製成的薄板磁鐵以外,吾人也確定能夠得到,雖則並未在 本實施例中列舉出它們。 (實施例4) 在以高壓揉捏器對與實施例,所用的相同Sm2Fe17系列磁性 粉末(iHc=15k〇e)及可溶性聚亞醯胺樹脂(由Toyobo Biromax公 司製造的產品)進行揉捏之後,以行星(Planetary)攪拌機稀釋並 揉捏該混合物接著再以離心去泡機攪拌其溶液五分鐘以製備出 膠漿。藉由刮刀法由該膠漿製造出坏板’以便在乾燥之後製成 厚度大約500微米的薄片。在乾燥之後’藉由熱擠壓製備該磁 鐵樣品接著再加工成具有〇·5毫米的厚度。調整該聚亞醯胺-亞 -19- 540071 五、發明説明() 醯胺樹脂的含量使之如表6所示具有〇.〇6、0.1、0.2、0.5或 1.0歐姆·公分的比電阻。將每一個薄板磁鐵切割成與實施例 3相同鐵氧體磁心上中間柱之截面形狀的小片。 表6 樣品 磁性粉末 樹脂含 量(容積 %) 比電阻 (歐姆· 公分) 鐵心耗 損(千瓦/ 立方米) S-1 Sm(C〇〇.742Fe〇.2〇Cu〇.〇55Zr 0.029)7.7 25 0.06 1250 S-2 30 0.1 680 S-3 35 0.2 300 S-4 40 0.5 530 S-5 50 1.0 540 將依上述方式製造的薄板磁鐵塞入具有如實施例3所示具有 0.5毫米縫隙之EE磁心內,再以脈波磁化器使該磁鐵磁化。以 300kHz及0.1T在室溫下利用由Iwatsu電氣公司製造其型號爲 SY-8232的交流電流BH追蹤器量測這些樣品的磁心耗損特 徵。於這些量測中使用相同的鐵氧體磁心,且將各磁鐵取代成 具有不同比電阻的磁鐵以便在塞入之後再次量測其磁心耗損特 徵並以脈波磁化器使每一個磁鐵磁化。 其結果也顯示於表6中。當作比較用實施例’其縫隙內不含 任何磁鐵的相同EE磁心具有在相同量測條件下量測得520 kW/m2(仟瓦/平方米)的磁心耗損。根據表6,該磁心具有落在 使用其比電阻爲0.1歐姆·公分或更大之磁鐵內的絕佳磁心耗 損性質。這考量的是使用具有高比電阻的薄磁鐵能夠抑制渦電 流的產生。 -20- 540071 五、發明説明(19 ) 符號之說明 1 永久磁鐵 2 鐵氧體磁心 3 導線線圈

Claims (1)

  1. 540071 六、申請專利範圍 1. 一種磁鐵心,係在其磁性路徑內至少含有一個磁性縫隙, 該磁鐵心係包括配置於該磁性縫隙內的磁偏移磁鐵以便 由該磁性縫隙的相對端點爲該磁心提供磁偏移,其特徵 在於, 該磁偏移磁鐵係包括含有稀土族磁性粉末以及黏結劑 的結合磁鐵,該稀土族磁性粉末具有5kOe或更大的內 禀矯頑磁力、300°C或更高的居里溫度Tc、0.1歐姆·公 分的比電阻、1000到4000高斯的剩餘磁化強度Br以及 0.9kOe或更大的之B-H曲線的矯頑磁力bHc。 2. 如申請專利範圍第1項之磁鐵心,其中 該內稟矯頑磁力是等於或大於l〇kOe,其居里溫度Tc 是等於或大於500°C,且其比電阻是等於或大於1歐姆· 公分。 3. —種電感組件係包括如申請專利範圍第1和2項中任一 項之磁鐵心,其特徵在於含有由該磁心上的一圈或更多 圈構成的至少一個導線線圈。 99
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