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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pulvermagnetkern und betrifft insbesondere einen Pulvermagnetkern, der geeignet ist zur Verwendung als Kern einer Drosselspule, die zum Steuern und Einstellen eines Netzteils verwendet wird. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung eine Drosselspule, in der der Pulvermagnetkern verwendet wird.
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Technischer Hintergrund
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In den letzten Jahren wurden schadstoffarme Fahrzeuge entwickelt, wie etwa Brennstoffzellenautos, Elektroautos, Hybridautos und dergleichen. Andererseits gab es im Gegensatz zur Markteinführung von Fahrzeugen mit einer solchen Ausstattung einen großen Anstieg der Solarstromerzeugungskapazität, der Windstromerzeugungskapazität, der Wassererwärmungskapazität mit Naturkältemittel-Wärmepumpen und dergleichen. Insbesondere gab es einen Anstieg der Hybridautos in Japan und im Ausland. In einem solchen Hybridauto oder dergleichen wird die Spannung einer Batterie auf die Spannung für elektrische Bauteile herabgewandelt bzw. herabransformiert, und Gleichstrom wird in einem Fall, in dem ein Motor oder dergleichen umrichtergesteuert ist, über ein Schaltnetzteil oder dergleichen in hochfrequenten Wechselstrom umgewandelt.
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In einem Schaltkreis des obigen Schaltnetzteils ist eine Drosselspule angeordnet, bestehend aus einem Kern (Magnetkern) und einer um den Kern gewickelten Spule. Als eine Eigenschaft der Drosselspule sind neben kleiner Bauform, niedrigen Verlusten und Rauscharmut zuverlässige Induktivitätseigenschaften mit einem breiten Gleichstrombereich erforderlich, das heißt hervorragenden Gleichstromüberlagerungseigenschaften. Daher ist als Kern für die Drosselspule ein Kern wünschenswert, bei dem die Eisenverluste niedrig sind und die magnetische Permeabilität von niedrigen Magnetfeldern bis zu hohen Magnetfeldern zuverlässig ist, das heißt, ein Kern mit hervorragender konstanter magnetischer Permeabilität.
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Im Allgemeinen ist ein Kern für eine Drosselspule aus einem Werkstoff, wie etwa Siliziumstahlblechen, amorphen Bändern, Ferritoxid oder dergleichen, aufgebaut, und der aus diesen Werkstoffen aufgebaute Kern wird durch Stapeln flacher Blechmaterialien, Pulverpressformen, Pulverpresssintern oder dergleichen hergestellt. Weiter wird, um die Gleichstromüberlagerungseigenschaften zu verbessern, die magnetische Scheinpermeabilität bzw. scheinbare magnetische Permeabilität durch ein Ausbilden eines geeigneten Spalts im Magnetpfad des Kerns gesteuert.
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Im Zuge der Erhöhung der Leistungsabgabe eines Motors, eines Umrichters oder dergleichen wurde es erforderlich, den Kern einer Drosselspule oder dergleichen unter großen Strömen und stärkeren Magnetfeldern zu verwenden. In einem solchen Kern für eine Drosselspule ist es wünschenswert, dass sich die Induktivität auch in höheren Magnetfeldern nicht verringert. Jedoch wurde in dem aus den obigen Werkstoffen bzw. Materialien, wie etwa Siliziumstahlblechen, amorphen Bändern, Ferritoxid oder dergleichen, aufgebauten Kern die magnetische Flussdichte bei höheren Magnetfeldern gesättigt, da sie magnetisch hochpermeable Werkstoffe sind, und als Ergebnis kann die Induktivität verringert sein. Damit ein solcher Kern, bei dem die Induktivität durch überlagerten Strom stark variiert, in einer Drosselspule verwendet werden kann, ist eine Gestaltung erforderlich, bei der die Dicke der Spalte des Kerns vergrößert wird, die Anzahl von Spalte erhöht wird oder dergleichen. Jedoch kann eine solche Gestaltung zu einer Streuung bzw. Kriech- oder Streuverlusten des Magnetflusses, einer Erhöhung der Verluste, einer Erhöhung des Rauschens und einer Erhöhung der Baugröße der Drosselspule führen. Dies ist unerwünscht bei einer Verwendung zum Einbau in einem Fahrzeug oder dergleichen, bei dem gute Kraftstoffwirtschaftlichkeit erforderlich und der Einbauplatz begrenzt ist. Außerdem ist sie, da sich die Montagevorgänge erhöhen, vom Gesichtspunkt der Produktionskosten nachteilig.
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Als ein Kern, der sich in dem Werkstofforganisationaufbau bzw. in der Materialflussstruktur unterscheidet, ist ein Pulvermagnetkern bekannt, hergestellt durch ein Pressformen eines weichmagnetischen Metallpulvers, wie etwa Eisen. Verglichen mit einem laminierten Magnetkern aus Siliziumstahlblechen oder dergleichen weist der Pulvermagnetkern eine gute Materialausbeute während der Herstellung auf, und daher können die Materialkosten verringert sein. Weiter ergibt sich eine größere Freiheit bei der Formgebung, und die Eigenschaften können durch ein geeignetes Gestalten der Form des Magnetkerns verbessert werden. Weiter können durch ein Verbessern der elektrischen Isolationseigenschaften zwischen Metallpulvern durch ein Einmischen von elektrisch isolierendem Material, wie etwa organischem Kunstharz, anorganischem Pulver oder dergleichen, in das Metallpulver oder durch ein Beschichten des Metallpulvers mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung Wirbelstromverluste in dem Magnetkern weitgehend verringert werden, und hervorragende magnetische Eigenschaften können erzielt werden, insbesondere in hohen Frequenzbereichen. Aufgrund dieser Eigenschaften zog sich die Aufmerksamkeit auf den Pulvermagnetkern als einen Kern für eine Drosselspule.
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Herkömmlich wird als Rohmaterial für einen Kern für eine Drosselspule ein Material verwendet, wie etwa Siliziumstahlbleche, bei denen 3 bis 6,5 % Si in Fe enthalten ist. Jedoch ist das Siliziumstahlblech hart und weist schlechte Eigenschaften für die Formgebung auf. Daher wurde vom Gesichtspunkt niedriger Kosten und hervorragender Formgebungseigenschaften die Verwendung von Pulvermagnetkernen, bei denen ein weichmagnetisches Pulver mit einer isolierenden Beschichtung auf seiner Oberfläche pressgeformt wird, zunehmend gebräuchlich (siehe beispielsweise Patentschrift 1).
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Als ein Verfahren zum Herstellen des Pulvermagnetkerns ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine anorganische Isolierbeschichtung auf einer Oberfläche des weichmagnetischen Pulvers ausgebildet wird, ein Duroplastpulver in das weichmagnetische Pulver gemischt wird, das Pulvergemisch gepresst und geformt wird und eine Kunstharz-Aushärtbehandlung an dem erhaltenen Pulverpressling durchgeführt wird (siehe beispielsweise Patentschrift 2). Weiter ist, da in den letzten Jahren noch niedrigere Eisenverluste in Pulvermagnetkernen gefordert wurden, ein Verfahren bekannt, bei dem das Pressformen durchgeführt wird, um einen Pulverpressling (Pulvermagnetkern) zu erhalten, eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, um ein Verwinden aufgrund des Pulverpressformens zu lösen, und ein Hystereseverlust verringert ist (siehe beispielsweise Patentschrift 3).
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Die Patentschriften sind folgende:
- Patentschrift 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung JP H09 - 102 409 A
- Patentschrift 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung JP H09 - 320 830 A
- Patentschrift 3: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung JP 2000 - 235 925 A
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In einem Pulvermagnetkern können zuverlässigere Überlagerungseigenschaften erzielt werden, verglichen mit Siliziumstahlblechen oder dergleichen; jedoch war es bisher nicht möglich, eine Drosselspule ohne einen Magnetspalt aufzubauen, und die Reaktanz wird durch ein Teilen eines für die Drosselspule verwendeten Kerns und ein Füllen von Spaltmaterial zwischen den geteilten Kern justiert bzw. eingestellt. Jedoch ist es in diesem Fall sehr kompliziert, die Drosselspule zusammenzubauen und dabei die Spaltmaterialien zwischen dem geteilten Kern anzuordnen und die Trennbereiche auszurichten. Wenn der für die Drosselspule verwendete Kern hervorragende Überlagerungseigenschaften ausweist, kann hier keine Notwendigkeit bestehen, den Kern zu teilen, und der Zusammenbau der Drosselspule kann erleichtert werden, was einer Verringerung des zwischen dem geteilten Kern angeordneten Spaltmaterials ermöglicht, und im Ergebnis kann der magnetische Streufluss gesteuert werden, können die Verluste verringert sein, kann das Rauschen verringert sein, und kann die Baugröße der Drosselspule verringert sein.
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In der
US 2014 / 0 218 147 A1 ist ein Modul beschrieben bestehend aus einer Leiterplatte und einem Induktor. Der Induktor weist einen Magnetkern auf, der ein weichmagnetisches Metallpulver mit einem Anteil von 60 Vol.-% oder mehr enthält, sowie eine Bindemittelkomponente mit einem Anteil zwischen 10 und 30 Vol.-% und einem Leerraum zwischen 10 und 25 Vol.-%.
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US 2013 / 0 056 674 A1 beschreibt einen Pulvermagnetkern, der eine Isolierschicht enthält, die ein partikelförmiges Metalloxid zwischen Metallpulvern enthält, wobei die Isolierschicht Ca, P, O, Si und C als Elemente enthält, wobei es möglich ist, dass bei dem Pulvermagnetkern die Sicherstellung einer konstanten Permeabilitätseigenschaft unter einem hohen Magnetfeld und die Verringerung des Kernverlustes miteinander vereinbar sind.
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Angesichts der obigen Gegebenheiten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Pulvermagnetkern zu schaffen, der zuverlässige Überlagerungseigenschaften aufweist, sodass eine Änderung des Induktivitätswerts klein ist, sogar wenn sich der Überlagerungsstrom ändert, und bei dem die Anzahl der in einer Drosselspule verwendeten Kerne reduziert sein kann.
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Um die obige Aufgabe zu lösen, wurde als Ergebnis der Forschung der Erfinder festgestellt, dass durch ein Ausbilden von schichtartigen Spalte im Pulvermagnetkern der Pulvermagnetkern hervorragende Überlagerungseigenschaften aufweisen kann, ohne den Kern zu teilen oder Spaltmaterial anzuordnen, und die vorliegende Erfindung wurde erstellt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Pulvermagnetkern weichmagnetische Pulverkörner bzw. Pulverpartikel und Spalte zwischen den weichmagnetischen Pulverkörnern bzw. -partikeln und weist ein Dichteverhältnis von 92,8 % bis 95 % auf, und der Pulvermagnetkern weist darin ausgebildete schichtartige bzw. geschichtete Spalte mit Abständen zwischen den Körnern bzw. Partikeln von 1 bis 3 µm und Breiten von 20 bis 200 µm auf, bei Betrachtung eines Schnitts des Pulvermagnetkerns.
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In dem obigen Aspekt ist es wünschenswert, dass die schichtartigen (layered) Spalte nicht weniger als 50 % aller Spalte im Querschnittsflächenverhältnis ausmachen. Weiter ist es wünschenswert, dass der Pulvermagnetkern aus isolatorbeschichtetem eisenbasiertem weichmagnetischem Pulver aufgebaut ist, bei dem eine isolierende Schicht, die Pulvermetalloxid und Kalziumphosphat enthält, auf der Oberfläche des eisenbasierten weichmagnetischen Pulvers ausgebildet ist und die isolierende Schicht mit Silikonharz beschichtet ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Pulvermagnetkern mit hervorragenden Überlagerungseigenschaften geschaffen werden, und ein Drosselspulenkern, bei dem die Zuverlässigkeit der Induktivität in hohen Frequenzbereichen verbessert ist, in Verbindung mit einem breiten Überlagerungsstrombereich kann geschaffen werden.
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Figurenliste
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- 1A ist ein Schnitt-Gefügebild, das ein Muster eines Pulvermagnetkerns nach der vorliegenden Erfindung zeigt, und 1B ist das eines herkömmlichen.
- 2 ist ein Diagramm, das eine Änderung des Induktivitätswerts durch überlagerten Strom für jedes Muster in dem Beispiel zeigt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In einem gewöhnlichen Kern, aufgebaut aus einem Material, wie etwa Siliziumstahlblechen, amorphen Bändern oder Ferritoxid, verringert sich die Induktivität stark, sogar unter einem kleinen überlagerten Strom. Weiter liegt der Induktivitätswert unter einem großen Strom so nahe bei demjenigen einer Luftspule, dass es sinnlos ist, den Kern zu verwenden. Wenn weiter der Änderungsbereich der Induktivität groß ist, ist eine vorgegebene Anhebung der Spannung unmöglich, und eine zuverlässige Spannungswandlung kann nicht erwartet werden. Der Pulvermagnetkern weist hervorragende Überlagerungseigenschaften auf, weil Magnetspalte, wie etwa Kunstharz mit niedriger magnetischer Permeabilität, oder Poren (Spalte zwischen weichmagnetischen Pulverkörnern bzw. -partikeln), verstreut sind; jedoch reichen diese Eigenschaften nicht für hohe Ströme und starke Magnetfelder aus.
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Wenn in der vorliegenden Erfindung der Pulvermagnetkern unter Verwendung eisenbasierten weichmagnetischen Pulvers mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf seiner Oberfläche hergestellt wird, indem schichtartige Spalte hergestellt werden, die sich entlang einer Richtung ungefähr vertikal zur Richtung des Magnetflusses des Pulverpresslings erstrecken, wird es möglich, die Überlagerungseigenschaften des Pulvermagnetkerns zu verbessern, weil die schichtartigen Spalte als Magnetspalte fungieren.
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Wenn die Dichte in Verbindung mit einer Verringerung des Belegungsverhältnisses (occupying ratio) des Magnetkörpers verringert ist, kann die Gesamtinduktivität verringert sein. Insbesondere steht die Induktivität bei einem großen Strom in Beziehung zur Dichte. In einem Fall, bei dem das Dichteverhältnis weniger als 90 % beträgt, kann es unmöglich werden, die Vorzüge der hohen Magnetflussdichte des eisenbasierten weichmagnetischen Pulvers zu nutzen. Die Dichte wird nach dem Archimedes-Verfahren gemessen. In der Praxis wird sie nach dem durch die JIS (japanische Industrienorm) Z 2501 festgelegten Verfahren gemessen. Beim Ausbilden mit einer solch hohen Dichte ist es wünschenswert, weichmagnetisches Pulver mit durchschnittlichen Korn- bzw. Partikeldurchmessern (medianen Durchmessern) von ungefähr 50 bis 150 µm als das isolatorbeschichtete eisenbasierte weichmagnetische Pulver zu verwenden.
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Andererseits kann in einem Fall, bei dem das Dichteverhältnis größer als 95 % ist, die Menge der Spalte im Pulvermagnetkern verringert sein, und ein nichtmagnetischer Teil, der beim Verwenden als Kern als ein Magnetspalt wirkt, kann extrem reduziert sein. In diesem Fall kann, obwohl der Induktivitätswert unter großem Strom erhöht ist, die magnetische Permeabilität mit zunehmender Dichte erhöht sein. Als Ergebnis kann die Anfangsinduktivität erheblich erhöht sein, und der Veränderungsbereich der Induktivität durch das Vorhandensein oder das Fehlen überlagerten Stroms kann vergrößert sein.
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Gewöhnlich zu beobachtende Spalte zwischen weichmagnetischen Pulverkörnern bzw. -partikeln in einem Pulvermagnetkern, das heißt, Poren, sind örtlich wie ein Punkt angeordnet, betrachtet in einem Schnitt des Pulverpresslings. In diesem Fall wirken sie wie kleine Magnetspalte, und da ein Magnetfluss zwischen eng benachbarten Körnern bzw. Partikeln erzeugt wird, kann es schwierig sein, die Sättigung der Magnetflussdichte zu verringern. Anderseits können, sogar wenn er dieselbe Dichte aufweist, das heißt, dieselbe Menge an Spalte (Poren), in einem Fall, bei dem die schichtartigen Spalte ungefähr entlang einer vertikalen Richtung zur Richtung des Magnetflusses ausgebildet sind, Luftschichten zwischen den weichmagnetischen Pulverkörnern bzw. -partikeln bestehen, kann jeder schichtartige Spalt als Magnetspalt fungieren und kann die magnetische Sättigung verzögert sein.
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1A und 1B zeigen Unterschiede zwischen der Porenverteilung des Pulvermagnetkerns mit den schichtartigen Spalte nach der vorliegenden Erfindung und der eines herkömmlichen Pulvermagnetkerns. 1A ist ein Beispiel eines Pulvermagnetkerns mit schichtartigen Spalte nach der vorliegenden Erfindung, und 1B ist das eines herkömmlichen. Beide sind Fotografien eines spiegelpolierten Schnitts eines Pulvermagnetkörpers, aufgenommen durch ein Mikroskop. Wie in der 1B gezeigt, weist der herkömmliche Pulvermagnetkern weniger Poren auf, und nur relativ kleine Poren sind verstreut. Andererseits sind in dem in 1A gezeigten Pulvermagnetkern nach der vorliegenden Erfindung die schichtartigen Spalte (Poren), die seitlich bzw. seitwärtig lang sind und eine gewisse Dicke aufweisen, entlang einer Grenzfläche des weichmagnetischen Pulvers verteilt. In dem Pulvermagnetkern nach der vorliegenden Erfindung können, da ein solcher schichtartiger Spalt als Magnetspalt fungiert, hervorragende Überlagerungseigenschaften aufgewiesen werden, bei denen eine magnetische Sättigung verzögert ist und eine Veränderung des Induktivitätswerts über der Veränderung des überlagerten Stroms kontrolliert ist.
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Jedoch kann es in einem Fall, bei dem die Dicke des schichtartigen Spalts zwischen benachbarten Körnern bzw. Partikeln bei Betrachtung eines Querschnitts eines Pulvermagnetkörpers klein ist, schwierig sein, die magnetische Sättigung zu verzögern. Daher ist es wünschenswert, dass die Dicke des schichtartigen Spalts nicht kleiner ist als 1 µm. Andererseits kann in einem Fall, bei dem die Dicke des schichtartigen Spalts größer als 3 µm ist, der Spalt fast dieselbe Form wie Poren aufweisen, sogar wenn die Gesamtmenge der Spalte dieselbe ist, und er fungiert möglicherweise nicht mehr als Magnetspalt.
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In einem Fall, bei dem eine Breite des schichtartigen Spalts (Längsrichtung des Spalts) bei Betrachtung eines Querschnitts des Pulvermagnetkerns kleiner als 20 µm ist, sind die Körner bzw. Partikel, da die Breite kürzer ist als der Durchmesser eines Metallkorns bzw. Metallpartikels, zu nahe beieinander, und er fungiert möglicherweise nicht als Magnetspalt. Weiter wechselwirken in einem Fall, bei dem die Breite des schichtartigen Spalts größer als 200 µm ist, weichmagnetische Pulver schlecht miteinander, und die Festigkeit des Pulvermagnetkerns kann extrem verschlechtert sein. Eine Drosselspule ist kein Antriebsteil eines Motors oder dergleichen; jedoch muss sie eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um der Handhabung während der Montage des als Kern verwendeten Pulvermagnetkörpers zu widerstehen, oder wenn sie bei Einbau in einem Auto Vibrationen von einer Autokarosserie ausgesetzt ist. Weiter weist sie wünschenswert eine hohe Festigkeit auf, da Vibrationen durch Magnetostriktion erzeugt werden, wenn sie als Drosselspule betrieben ist. Daher ist es wünschenswert, dass die Breite des schichtartigen Spalts nicht größer als 200 µm ist, um dieselbe Festigkeit beizubehalten wie ein Pulvermagnetkern mit gewöhnlicher Porenform.
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Es ist wünschenswert, dass der oben genannte schichtartige Spalt quer zur Richtung des Magnetflusses ausgebildet ist, weil eine Funktion als Magnetspalt nicht erzielt werden kann, wenn er entlang der Richtung des Magnetflusses ausgebildet ist, und es ist weiter wünschenswert, dass eine möglichst große Anzahl der schichtartigen Spalte ungefähr vertikal zur Richtung des Magnetflusses ausgebildet ist.
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Als das eisenbasierte, weichmagnetische Pulver werden Pulver aus Reineisen oder eisenbasiertem Metall verwendet, einschließlich Fe-Si-Legierung, Fe-Al-Legierung, Permalloy und Sendust, und Reineisenpulver ist vom Gesichtspunkt hoher Magnetflussdichte, Formbarkeit und dergleichen überlegen.
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Die elektronisch bzw. elektrisch isolierende Beschichtung, die auf der Oberfläche des weichmagnetischen Pulvers ausgebildet ist, kann eine solche sein, die die isolierende Eigenschaft bei einer Temperatur der Wärmebehandlung beibehält, und eine Phosphatsalz enthaltende elektronisch bzw. elektrisch isolierende Beschichtung ist vom Gesichtspunkt der Festigkeit des Pulverpresslings wünschenswert, da Körner bzw. Partikel durch Wärmebehandlung aneinander gebunden werden können. Das weichmagnetische Pulver, das mit einer anorganischen isolierenden Beschichtung beschichtet ist, kann geeignet aus handelsüblichen Produkten gewählt sein, und alternativ kann eine Beschichtung aus einer anorganischen Zusammensetzung auf der Oberfläche des weichmagnetischen Pulvers nach einem herkömmlich bekannten Verfahren ausgebildet werden, um es zu verwenden. Zum Beispiel wird gemäß der Offenbarung der obigen Patentschrift 2 eine wässrige Lösung, enthaltend Phosphorsäure, Borsäure und Magnesium, mit Eisenpulver gemischt und dann getrocknet, um isolatorbeschichtetes weichmagnetisches Pulver zu gewinnen, bei dem ungefähr 0,7 bis 11 g anorganischer isolierender Beschichtung auf 1 kg Eisenpulver ausgebildet ist.
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Weiter kann als der Pulvermagnetkern ein Pulvermagnetkern verwendet sein, in dem ein Kunstharzbestandteil enthalten ist und weichmagnetisches Pulver durch den Kunstharzbestandteil gebunden ist. Wenn in diesem Fall die Menge des Kunstharzbestandteils zu groß ist, verringert sich die Menge des weichmagnetischen Pulvers, und als Ergebnis ist das Belegungsverhältnis verringert, und ist die Magnetflussdichte verringert. Daher ist es wünschenswert, dass die Zugabe des Kunstharzbestandteils nicht mehr als 0,5 Massenprozent beträgt.
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In einem Fall, bei dem die Abnahmerate der Induktivität des Pulvermagnetkerns unter Bedingungen, in denen der überlagerte Strom von 0 A bis 20 A bei 20 kHz und 1 V variiert wird, mehr als 30 % beträgt, kann die Änderung der Rate vor und nach der Überlagerung groß sein, und es kann notwendig werden, die Induktivität durch ein Spaltmaterial oder dergleichen zu justieren. Daher ist es wünschenswert, dass die Änderungs- bzw. Variationsrate der Induktivität nicht mehr als 30 % beträgt.
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Der Pulvermagnetkern wird wie folgt hergestellt: Weichmagnetisches Pulver, das ein Rohmaterialpulver ist, wird in einen Raum (Formhohlraum) gefüllt, der zwischen einem Formloch einer Pressform und einem Unterstempel gebildet ist; das Rohmaterialpulver wird durch einen Oberstempel und einen Unterstempel gepresst und geformt; ein Pulverpressling, der gepresst und geformt ist, wird aus dem Formloch der Pressform ausgeworfen; und wird bei Bedarf wärmebehandelt. Der oben genannte Pulvermagnetkern mit schichtartigen Spalte kann beispielsweise durch ein Ändern der Bewegungsgeschwindigkeit des Ober- und des Unterstempels während des Pressens und Formens und des Abstands des Spalts zwischen dem Ober- und dem Unterstempel und dem Formloch der Pressform hergestellt werden. Das heißt, in einem Fall, bei dem die Bewegungsgeschwindigkeiten des Ober- und des Unterstempels niedrig sind, kann zwischen den in den Formhohlraum gefüllten Rohmaterialpulverkörnern bzw. - partikeln vorhandene Luft durch den Spalt zwischen dem Ober- und dem Unterstempel und dem Formloch der Pressform entweichen. Andererseits kann in einem Fall, bei dem die Bewegungsgeschwindigkeiten des Ober- und des Unterstempels während des Pressens und Formens höher sind als ein bestimmter Wert, zwischen den in den Formhohlraum gefüllten Rohmaterialpulverkörnern bzw. -partikeln vorhandene Luft nicht entweichen, und ein Teil, wo diese Luft vorhanden war, kann als der schichtartige Spalt ausgebildet werden.
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Weiter kann als weiteres Beispiel in einem Fall, bei dem der Pulvermagnetkern durch eine Wärmebehandlung hergestellt wird, ein Material, wie etwa Paraffin, das durch eine spätere Wärmebehandlung verdampft oder zersetzt werden kann, dem Rohmaterialpulver in Form von Flocken zugesetzt werden. In diesem Fall sind die Flocken, die durch eine spätere Wärmebehandlung verdampft oder zersetzt werden können, nach dem Pressen und Formen im Pulverpressling verstreut bzw. dispensiert, und das Flockenmaterial kann während der Wärmebehandlung durch ein Verdampfen oder Zersetzen zum Verschwinden gebracht werden, sodass die Teile, wo das Flockenmaterial vorhanden war, als der schichtartige Spalt ausgebildet werden können.
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Beispiele
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Als das eisenbasierte weichmagnetische Pulver mit einer isolierenden Beschichtung wurde MH20D-Pulver, hergestellt von der Kobe Steel Ltd. (R), angesetzt Unter Verwendung einer Pressform mit 30 mm Länge und 60 mm Breite als Seitenkernform wurde ein Formtrennverfahren (mold lubricating method) verwendet, bei dem ein trocknendes, beschichtendes Trennmittel auf eine Wandoberfläche der Pressformen geschichtet und getrocknet wurde, und das eisenbasierte, weichmagnetische Pulver wurde verwendet. Die Dicke des Seitenkerns wurde auf 20 mm festgelegt, und das Ausbilden wurde durchgeführt durch Verändern des Formhubs bei einer Dichte von 7,3 Mg/m3. Außerdem wurde unter Verwendung einer Form mit einem Durchmesser von 20 mm als mittlerer Kerngestalt, das Formtrennverfahren verwendet, bei dem das trocknende, beschichtende Trennmittel auf eine Wandoberfläche der Pressformen geschichtet und getrocknet wurde. Die Dicke des Mittelkerns wurde auf 30 mm festgelegt, und das Ausbilden wurde durchgeführt durch ein Verändern des Formhubs bei einer Dichte von 7,3 Mg/m3, derselben wie beim Seitenkern. Der hergestellte geformte Pressling wurde durch Wärmebehandlung bei 500°C in einer Stickstoffatmosphäre in einem Band-Durchlaufofen bearbeitet.
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Nach der Wärmebehandlung wurden zwei Seitenkernstücke und vier Mittelkernstücke vorbereitet. Jeder Kern wurde an einer Stanzfläche planbearbeitet und ohne Verwendung eines Spaltmaterials oder dergleichen vereinigt. Danach wurde eine Erregungswicklung mit 35 Windungen erstellt, um einen Drosselspulenkern zu erhalten, und seine Überlagerungseigenschaften wurden bewertet durch eine Gleichstrom-Überlagerungs-Prüfvorrichtung LMB-2101B, hergestellt durch die Kokuyo Electric Co., Ltd. (R). Die Frequenz während der Bewertung betrug 20 kHz, und die Induktivität wurde von 0 A bis 20 A gemessen.
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Weiter wurde bezüglich der Menge schichtartiger Spalte im Querschnitt des Pulverpresslings jede Oberfläche mit einem optischen Mikroskop bei 200-facher Vergrößerung fotografiert, die Dicke und Breite jedes Spalts (jeder Pore) wurde in dem erhaltenen Bild gemessen, und ein Flächenverhältnis wurde mit der Bildanalysesoftware WinRoof, hergestellt durch Mitani Sangyo Co., Ltd. (R), gemessen.
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Tabelle 1 zeigt den Mittelwert der Dicke der Spalte und den Mittelwert der Breite der Spalte, die gemessen wurden, den Induktivitätswert bei 0 A L
0A, den Induktivitätswert bei 20 A L
20A und die Abnahmerate zwischen diesen Induktivitäten. Außerdem zeigt
2 die Änderung des Induktivitätswerts in jedem Muster, wenn sich der überlagerte Strom von 0 A bis 20 A änderte. Tabelle 1
| Muster Nr. | Schichtartiger Spalt | Dichteverhältnis % | Induktivitätswert |
| Dicke µm | Breite µm | Verhältnis zu Spalte gesamt % | L0A | L20A | Abnahmerate % |
| 01 | 0,5 | 10 | 42 | 92,8 | 3520 | 1519 | 56,8 |
| 02 | 1 | 20 | 54 | 92,8 | 2850 | 2007 | 29,6 |
| 03 | 2 | 100 | 61 | 92,8 | 2453 | 1742 | 29,0 |
| 04 | 3 | 200 | 68 | 92,8 | 2042 | 1580 | 22,6 |
| 05 | 5 | 300 | 73 | 92,8 | 1770 | 1437 | 18,8 |
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Wie in Tabelle 1 und 2 gezeigt, wies das Muster Nr. 01, das eine durchschnittliche Dicke schichtartiger Spalte von weniger als 1 µm und eine durchschnittliche Breite von weniger als 20 µm aufwies, ein hohes L0A und ein niedriges L20A auf, und somit war die Abnahmerate des Induktivitätswerts groß. Andererseits wies das Muster Nr. 02, das eine durchschnittliche Dicke schichtartiger Spalte von 1 µm und eine durchschnittliche Breite von 20 µm aufwies, ein hohes L20A trotz eines verringerten L0A auf, und somit war die Abnahmerate des Induktivitätswerts klein. Weiter, wenn sich die durchschnittliche Dicke und die durchschnittliche Breite schichtartiger Spalte vergrößerte, verringerten sich L0A und L20A weiter, und es gab eine Tendenz, dass die Abnahmerate des Induktivitätswerts kleiner wurde. Jedoch wies das Muster Nr. 05, das eine durchschnittliche Dicke schichtartiger Spalte von mehr als 3 µm und eine durchschnittliche Breite von mehr als 200 µm aufwies, einen hohen L0A-Wert und einen L20A-Wert von weniger als 1500 auf, trotz einer kleinen Abnahmerate des Induktivitätswerts.
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Aus den obigen Ergebnissen wurde bestätigt, dass durch ein Verstreuen bzw. Dispensieren von schichtartigen Spalte mit durchschnittlichen Dicken von 1 bis 3 µm und durchschnittlichen Breiten von 20 bis 200 µm im Pulvermagnetkern der schichtartige Spalt als Magnetspalt wirkt, die Abnahmerate der Induktivität kleiner wird und sich zuverlässige Überlagerungseigenschaften zeigen.
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Die vorliegende Erfindung kann geeignet verwendet werden für elektrische Transformatoren, Drosselspulen, Schutzdrosseln und insbesondere Eisenkerne für Magnetkreise, in denen eine Größenverringerung erforderlich ist, wie etwa Drosselspulen zum Einbau in Autos, und kann Pulvermagnetkerne mit hervorragenden Gleichstrom-Überlagerungseigenschaften schaffen. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung wünschenswert zur Verwendung in einem Frequenzbereich von einigen kHz bis 100 kHz.
