專利名稱：帶磁性偏置復(fù)合磁體的磁心以及使用該磁心的電感元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電感設(shè)備的磁心，例如扼流圈，變壓器或者類似設(shè)備的磁心，尤其涉及一種磁心(以下簡(jiǎn)稱為“心”)，它具有一個(gè)作為磁性偏置磁體的永久磁體。
背景技術(shù)：
對(duì)于例如在開(kāi)關(guān)電源或者類似設(shè)備中使用的扼流圈和變壓器，通常交流電流與直流電流是同時(shí)供給的。因此，用在那些扼流圈和變壓器中的磁心要求具有較好的導(dǎo)磁性，以便磁心不會(huì)由于直流電流的疊加(其特性指的是“直流電流疊加特性”或者簡(jiǎn)稱為“疊加特性”)而引起磁性飽和。
在當(dāng)磁心位于高頻帶區(qū)的應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用鐵心和粉末磁心，它們由于其材料的物理性能的差別而具有各自的特性，鐵心具有較高的固有導(dǎo)磁性和較低的磁通密度，而粉末磁心具有較低的固有導(dǎo)磁性和較高的磁通密度。因此，粉末磁心經(jīng)常用作螺旋形線圈。另一方面，鐵磁心具有由磁性間隙形成的中央支腿的E型心元件，從而能夠防止由直流電流的疊加而引起的磁飽和。
最近，由于電子元件的體積要隨著電子設(shè)備更為小型化的要求而減小，因此就要求帶磁間隙的磁心更小。所以，對(duì)于磁心就迫切要求其導(dǎo)磁性增強(qiáng)以抵抗直流電流的疊加。
通常，為滿足這個(gè)要求，有必要選擇一種具有較高的飽和磁化的磁心，也就是說(shuō)，選擇一種不會(huì)由于受較高的磁場(chǎng)的影響而引起磁飽和的磁心。磁飽和不可避免地要受材料所限制，并且不可能盡如人意地滿足要求。
為解決上述問(wèn)題，通常建議在磁心的磁路上形成的磁間隙內(nèi)放置一種永久磁體，也就是說(shuō)，使磁心進(jìn)行磁性偏置，從而抵消由直流電流的疊加引起的直流電流的磁通量。
通過(guò)放置永久磁體而引起的磁偏置對(duì)于提高直流電流的疊加特性是一種很好的解決方法，但是，由于使用的是燒結(jié)金屬磁體，導(dǎo)致了磁心的鐵損極大地增加，因此幾乎沒(méi)有帶來(lái)任何實(shí)用價(jià)值，而使用鐵心則導(dǎo)致疊加特性不穩(wěn)定。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，例如，JP-A 50-133453中公開(kāi)了一種復(fù)合磁體，作為磁性偏置磁體，所述復(fù)合磁體包括具有較高的矯磁力和粘結(jié)劑的稀土磁粉末，將它們彼此混合在一起并且相互擠壓成形，從而，提高了直流電流的疊加特性和磁心的溫度。
近來(lái)，對(duì)電源變壓器的功率轉(zhuǎn)換效率也有了越來(lái)越高的要求，以至很難通過(guò)所測(cè)量的磁心溫度來(lái)確定用于扼流圈和變壓器的磁心的好與壞。因此，不可避免地要通過(guò)使用鐵損測(cè)量設(shè)備來(lái)確定鐵損的數(shù)據(jù)。按照本發(fā)明的發(fā)明人的研究，可以證實(shí)鐵損具有比JP-A 50-133453中公開(kāi)的阻力系數(shù)較小的值。
而且，最近對(duì)于表面固定型的線圈元件也提出了要求。那些線圈元件應(yīng)當(dāng)經(jīng)受過(guò)軟熔焊接工藝，以便安裝于線路板上。并且要求線圈元件的磁心在經(jīng)受軟熔焊接工藝之后，其磁性不會(huì)降低。而且，要求磁體具有抗氧化性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種磁心，它具有極好的磁性和鐵損特性，并且?guī)в写判云么朋w，它放置于在磁心的磁路中形成的至少一個(gè)磁間隙的附近，用于使磁心沿磁間隙的相對(duì)端磁性地進(jìn)行偏置。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種磁心，其在經(jīng)受軟熔焊接工藝的條件下具有極好的磁性和鐵損特性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有極好的直流電流疊加特性和鐵損特性的磁心的電感元件或者部件。
按照本發(fā)明，將提供一種在其磁路上具有至少一個(gè)磁間隙的磁心。該磁心包括放置于磁間隙中的磁性偏置磁體，用于從磁間隙的相對(duì)端向磁心提供磁偏置。該磁偏置磁體包括含稀土磁粉末和粘結(jié)樹(shù)脂的復(fù)合磁體。稀土磁粉末具有等于或者大于5kOe的固有矯磁力，等于或者大于300℃的居里溫度Tc，等于或者大于0.1Ω.cm的電阻率，1000至4000G的剩余磁化強(qiáng)度Br和等于或者大于0.9kOe的B-H曲線的矯磁力bHc。
最好是固有矯磁力等于或者大于10kOe，居里溫度Tc等于或者大于500℃，電阻率等于或者大于1Ω.cm。
按照本發(fā)明的另一方面，包括一種電感元件，它包括按照本發(fā)明的磁心，以及至少一個(gè)或者多個(gè)纏繞在所說(shuō)的磁心上的繞組。


圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的磁心的透視圖；圖2是包括圖1中的磁心和纏繞在磁心上的繞組的電感元件的前視圖；圖3是例1中的永久磁體樣品的處理溫度和磁通量之間的關(guān)系曲線，這些磁體樣品具有不同的環(huán)氧樹(shù)脂組分；圖4A是具有相對(duì)高的剩余磁化強(qiáng)度的永久磁體的B-H曲線圖；圖4B是具有相對(duì)低的剩余磁化強(qiáng)度的永久磁體的B-H曲線圖；圖5是使用例1中的每一個(gè)樣品磁體的磁心所測(cè)得的直流電流疊加特性(磁導(dǎo)率)μ的曲線圖；圖6是使用例2中的在經(jīng)受回流處理之前和之后的每一個(gè)樣品磁體的磁心所測(cè)得的直流電流疊加特性(磁導(dǎo)率)μ的曲線圖，樣品磁體具有不同的環(huán)氧樹(shù)脂組分；以及圖7是使用例3中的在經(jīng)受回流處理之前和之后的每一個(gè)樣品磁體的磁心所測(cè)得的直流電流疊加特性(磁導(dǎo)率)μ的曲線圖，樣品磁體具有不同的樹(shù)脂組分。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
根據(jù)圖1，按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的磁心包括兩個(gè)彼此對(duì)接在一起的E型鐵心2。在兩個(gè)E型鐵心2的中間支腿的相對(duì)端之間留有間隙，在該間隙中插入和放置永久磁體1，用于提供偏置磁場(chǎng)。
根據(jù)圖2，所示的是將繞組3繞至圖1中的磁心上所形成的電感元件。
本發(fā)明的共同發(fā)明人研究了一種用于對(duì)圖1和圖2中的在1處提供偏置磁場(chǎng)的永久磁體的可能性。共同發(fā)明人最終獲知，就是使用電阻率等于或者大于0.1Ω.cm(最好是等于或者大于1Ω.cm)，固有矯磁力iHc等于或者大于5kOe的永久磁體，能夠提供一種具有極好的直流電流疊加特性和不會(huì)退化的鐵損特性的磁心。這意味著對(duì)于獲得極好的直流電流疊加特性所必要的磁體的性質(zhì)就是固有矯磁力，而不是能量乘積。這樣，本發(fā)明就基于使用具有較高電阻率和固有矯磁力的永久磁體的發(fā)現(xiàn)上而產(chǎn)生的，能夠提供一種足夠高的直流電流疊加特性。
具有如上面所描述的較高電阻率和固有矯磁力的永久磁體能夠通過(guò)稀土復(fù)合磁體來(lái)實(shí)現(xiàn)，它由具有等于或者大于5kOe的固有矯磁力的稀土磁粉末形成，與粘結(jié)劑混合在一起，然后進(jìn)行擠壓。然而，所使用的磁粉末并不限于稀土磁粉末，可以是任何種類的具有較高矯磁力例如等于或者大于5kOe的固有矯磁力的磁粉末。稀土磁粉末包括SmCo系列，NdFeB系列，SmFeN系列，等等。而且，將熱磁還原作用考慮進(jìn)去，所使用的磁粉末要求具有等于或者大于300℃的居里點(diǎn)Tc和等于或者大于5kOe的固有矯磁力。
在軟熔焊接工藝中考慮溫度因素的情況下，所使用的磁粉末必須具有等于或者大于1Ω.cm的電阻率，等于或者大于10kOe的固有矯磁力和等于或者大于500℃的居里點(diǎn)Tc。作為磁粉末的一個(gè)例子，在各種稀土磁體中推薦使用Sm2Co17磁體。
等于或者大于5kOe的固有矯磁力是必要的，這是因?yàn)楫?dāng)永久磁體的固有矯磁力小于5kOe時(shí)，永久磁體的固有矯磁力將會(huì)由于在磁心的磁路中產(chǎn)生的磁場(chǎng)而退化。雖然永久磁體的電阻率越大越好，但是等于或者大于1Ω.cm的電阻率將不是引起鐵損特性退化的主要因素。
磁粉末的平均顆粒尺寸最好等于或者小于50μm，這是因?yàn)榇笥?0μm的平均顆粒尺寸的磁粉末將導(dǎo)致鐵損特性降低。而平均顆粒尺寸的最小值要求等于或者大于2.5μm，這是因?yàn)樾∮?.5μm的平均顆粒尺寸的磁粉末在由于熱處理和軟熔焊接工藝而引起的顆粒氧化的磁化還原中很重要。
通過(guò)各種探索，本發(fā)明的共同發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)復(fù)合磁體的剩余磁化強(qiáng)度(剩余磁通密度)Br等于或者小于4000G時(shí)，熱消磁的效果能夠有效地進(jìn)行緩解。原因隨后解釋。當(dāng)剩余磁化強(qiáng)度Br超過(guò)4000G時(shí)，具有較低導(dǎo)磁性的復(fù)合磁體將位于不可倒逆的消磁區(qū)，這是因?yàn)锽-H曲線的矯磁力bHc位于拐點(diǎn)之下。另一方面，當(dāng)剩余磁化強(qiáng)度Br小于4000G時(shí)，熱消磁的效果將被緩解，復(fù)合磁體位于可以倒逆的消磁區(qū)，這是因?yàn)槌C磁力bHc位于B-H曲線的拐點(diǎn)之上。因此，當(dāng)復(fù)合磁體的剩余磁化強(qiáng)度Br等于或者小于4000G時(shí)，熱消磁的效果很小(即使在軟熔處理之后)，因此能夠獲得可靠性很高的良好的直流電流疊加特性。
用于扼流圈或者變壓器的磁心可以由各種具有軟磁性的材料制成。通常說(shuō)來(lái)，這些材料包括MnZn系列或者NiZn系列中的鐵心，粉末磁心，硅鋼板，等等難以盡數(shù)的材料。而且，磁心并不局限于特定的形狀，按照本發(fā)明的永久磁體可以用于具有不同形狀例如螺旋形磁心，E-E磁心，E-I磁心或者其它磁心的磁心中。每一種磁心具有至少一個(gè)在其磁路中形成的磁間隙，在該間隙中放置永久磁體。雖然該間隙在其大小上并沒(méi)有限制，但是，當(dāng)間隙過(guò)小時(shí)，直流電流疊加特性就會(huì)降低。另一方面，當(dāng)間隙過(guò)大時(shí)，導(dǎo)磁性又會(huì)降低。因此，間隙大小自動(dòng)確定。
現(xiàn)在，下面將描述按照本發(fā)明的例子(例1)為了獲得具有等于或者大于5kOe的固有矯磁力和等于或者大于300℃的居里溫度Tc的磁粉末，在有機(jī)溶劑里用球磨機(jī)通過(guò)細(xì)磨將Sm2Fe17的合金進(jìn)行碾壓，從而獲得平均顆粒尺寸為5μm的合金粉末。然后，將所獲得的粉末進(jìn)行硝化和磁化以獲得Sm2Fe17N3的磁粉末。下一步是將所獲得的磁粉末與環(huán)氧樹(shù)脂相混和作為一種粘結(jié)劑，其中為了制造出六種含不同粘結(jié)劑成分的復(fù)合磁體，所摻的樹(shù)脂的比例為1wt％，3wt％，5wt％，10wt％，15wt％和20wt％，每一種混合物在模具中進(jìn)行模壓，不施加任何磁場(chǎng)。這樣獲得的復(fù)合磁體的磁性列于表1中。
表1

隨后，將所制造出的每一種復(fù)合磁體加工成尺寸為7.0×10.0×1.5mm的樣品，在4T的脈沖磁場(chǎng)中沿厚度方向進(jìn)行磁化。用TOEL公司制造的TDF-5型的數(shù)字磁通量計(jì)，在25℃的溫度下對(duì)每一個(gè)樣品的磁通量進(jìn)行測(cè)量。在對(duì)每一個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)量之后，將其放入常溫容器中，加熱到50℃，保持在該溫度1個(gè)小時(shí)。將復(fù)合磁體在作為情性氣體的Ar(氬氣)中進(jìn)行加熱，以便消除由粘結(jié)磁粉末的氧化引起的永久性消磁。隨后，將加熱的復(fù)合磁體冷卻到室溫，再保持兩個(gè)小時(shí)。然后，用上面描述的同樣的方法測(cè)量每一個(gè)樣品的磁通量。在每一種不同的條件下測(cè)量每一個(gè)樣品的磁通量，即常溫容器的溫度從75℃開(kāi)始以25℃的間隔變化到200℃。結(jié)果示于圖3中。
圖3所示的是當(dāng)粘結(jié)劑的含量等于或者小于5wt％時(shí)，無(wú)論常溫容器的溫度在50℃至200℃之間如何變化，熱消磁比率均很小，所以復(fù)合磁體很可靠。
因?yàn)楫?dāng)粘結(jié)劑含量小于5％時(shí)，B-H曲線的矯磁力bHc位于如圖4A中所示的拐點(diǎn)之下，所以熱消磁比率很小，而當(dāng)粘結(jié)劑含量等于或者大于5wt％時(shí)，B-H曲線的矯磁力bHc位于如圖4B中所示的拐點(diǎn)之上，所以磁體位于可逆的消磁區(qū)。這是因?yàn)檎辰Y(jié)劑含量增加，導(dǎo)致具有較低導(dǎo)磁性的復(fù)合磁體的剩余磁化強(qiáng)度Br較低。因此，熱消磁的效果在具有較低的剩余磁化強(qiáng)度Br的復(fù)合磁體中進(jìn)行緩解。這些結(jié)果表明復(fù)合磁體的剩余磁化強(qiáng)度Br等于或者小于4000G。
下一步，為了獲得作為如圖2中所示的電感元件的樣品，在EE型磁心(鐵心)2的中央支腿之間的間距為1.5mm，該EE型磁心是用傳統(tǒng)的MnZn系列鐵心材料制成，具有7.5cm長(zhǎng)的磁路和0.74cm2的有效面積。插入EE型磁心2的間隙中的復(fù)合磁體1是用四種復(fù)合磁體的每一種制成的，具有較小的熱消磁比率，粘結(jié)劑含量等于或者大于5wt％。換句話說(shuō)，將分別包含5wt％，10wt％，15wt％和20wt％的粘結(jié)劑的復(fù)合磁體用機(jī)械加工成1.5mm厚度的與EE型磁心2的中央支腿的橫截面形狀相同的樣品，通過(guò)用脈沖導(dǎo)磁體施加4T的磁場(chǎng)，使復(fù)合磁體沿厚度方向進(jìn)行磁化。這樣，將制成的每一塊復(fù)合磁體插入EE型磁心2的間隙中，提供一個(gè)或者多個(gè)繞組3來(lái)形成電感元件。用LCR表對(duì)所形成的電感元件的直流電流疊加特性進(jìn)行重復(fù)測(cè)量5次，由磁心常數(shù)和繞組3的數(shù)量來(lái)計(jì)算導(dǎo)磁率μ。計(jì)算結(jié)果示于圖5中。在圖5中，水平軸表示疊加磁場(chǎng)Hm。另外，圖5還顯示了作為對(duì)比樣品的沒(méi)有插入EE磁心的間隙中的樣品磁體的測(cè)量結(jié)果。
圖5表明隨著復(fù)合磁體中的粘結(jié)劑含量的增加，間隙中插入磁體的特性接近于沒(méi)有插入磁體的對(duì)比樣品的特性。這是因?yàn)檎辰Y(jié)劑含量的增加導(dǎo)致剩余磁化強(qiáng)度Br降低。當(dāng)粘結(jié)劑含量為20wt％時(shí)，與沒(méi)有插入磁體的復(fù)合磁體相比較來(lái)說(shuō)，在特性方面沒(méi)有很大的改善。從該結(jié)果和表1中的結(jié)果很容易看出，剩余磁化強(qiáng)度Br至少為1000G。
從上面的結(jié)果和考慮熱消磁特性和直流電流疊加特性可以看出，對(duì)于作為磁性偏置磁體的復(fù)合磁體來(lái)說(shuō)，其剩余磁化強(qiáng)度Br的理想數(shù)值為1000G至4000G。
按照其它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)矯磁力為等于或者大于0.9kOe時(shí)，在經(jīng)過(guò)熱處理之后，直流電流疊加特性很好。
為了證實(shí)復(fù)合磁體不會(huì)受由磁粉末的氧化而引起的永久性消磁的影響，磁體在經(jīng)過(guò)熱處理之后，又經(jīng)受了脈沖磁化。隨后，可以測(cè)量復(fù)合磁體的特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)合磁體表現(xiàn)出幾乎與那些經(jīng)受熱處理之前的磁體相同的特性，不會(huì)受由于磁粉末的氧化而引起的永久性消磁的影響。從其它的實(shí)驗(yàn)還可以證實(shí)，當(dāng)平均顆粒尺寸等于或者大于2.5μm時(shí)，沒(méi)有由磁粉末的氧化而引起永久性消磁，而當(dāng)平均顆粒尺寸等于或者小于50μm時(shí)，沒(méi)有觀察到鐵損特性的退化。
可以通過(guò)將復(fù)合磁體插入在EE型磁心的中央支腿之間形成的間隙中來(lái)獲得具有極好的直流電流疊加特性的磁心和電感元件，并且只有少量的熱消磁，其中復(fù)合磁體包括顆粒尺寸為2.5μm至50μm的稀土磁粉末和等于或者大于5kOe的固有矯磁力以及等于或者大于300℃的居里溫度Tc，1000G至4000G的剩余磁化強(qiáng)度Br，等于或者大于0.9kOe的矯磁力和等于或者大于1Ω.cm的電阻率。
(例2)為了獲得具有等于或者大于10kOe的固有矯磁力和等于或者大于500℃的居里溫度Tc的磁粉末，在有機(jī)溶劑里用球磨機(jī)通過(guò)細(xì)磨將含有大約28MGOe的Sm2Co17系列的燒結(jié)磁體進(jìn)行研磨碾壓，從而獲得平均顆粒尺寸為10μm的磁粉末。然后，將所獲得的磁粉末與環(huán)氧樹(shù)脂相混和作為一種粘結(jié)劑，其中為了制造出六種含不同粘結(jié)劑成分的復(fù)合磁體，所摻樹(shù)脂的比例為1wt％，3wt％，5wt％，10wt％，15wt％和20wt％，將每一種混合物在種模具中進(jìn)行模壓，不施加任何磁場(chǎng)。這樣獲得的復(fù)合磁體的磁性列于表2中。
表2

隨后，將所制造出的每一種復(fù)合磁體加工成尺寸為7.0×10.0×1.5mm的樣品，在4T的脈沖磁場(chǎng)中沿其厚度方向進(jìn)行磁化。象例1一樣，用TOEL公司制造的TDF-5型數(shù)字磁通量計(jì)，在室溫(25℃)的溫度下對(duì)每一個(gè)樣品的磁通量進(jìn)行測(cè)量。在對(duì)每一個(gè)樣品進(jìn)行測(cè)量之后，將其放入常溫容器中，，加熱到270℃，該溫度等于軟熔焊接工藝中的溫度，并保持在該溫度1個(gè)小時(shí)。將復(fù)合磁體在作為惰性氣體的Ar(氬氣)中進(jìn)行加熱，以便消除由粘結(jié)磁粉末的氧化而引起的永久性消磁。隨后，將加熱的復(fù)合磁體冷卻到室溫，再保持兩個(gè)小時(shí)。然后，用上面描述的同樣的方法測(cè)量每一個(gè)樣品的磁通量。另外，由回流處理之前和之后所測(cè)量的磁通量來(lái)計(jì)算磁通量(或者熱消磁比率)的降低率。結(jié)果示于表3中。
表3

表3表明，當(dāng)粘結(jié)劑的含量等于或者小于5wt％時(shí)，即使經(jīng)過(guò)軟熔處理之后，熱消磁比率仍然很小，從而致使復(fù)合磁體很可靠。其原因正如上面參照?qǐng)D4A和圖4B在例1中所描述的。因此，熱消磁的效果在具有較低剩余磁化強(qiáng)度的復(fù)合磁體中有效地進(jìn)行緩解。這些結(jié)果還表明復(fù)合磁體的剩余磁化強(qiáng)度Br最好等于或者小于4000G。
下面，象例1一樣，為了獲得作為如圖2中所示的電感元件的樣品，在EE型磁心(鐵心)2的中央支腿之間的間隙為1.5mm，該EE型磁心是用傳統(tǒng)的MnZn系列鐵心材料制成，具有7.5cm長(zhǎng)的磁路和0.74cm2的有效面積。插入EE型磁心2的間隙中的復(fù)合磁體1是用四種復(fù)合磁體的每一種制成的，其熱消磁比率小，粘結(jié)劑含量等于或者大于5wt％。換句話說(shuō)，分別包含5wt％，10wt％，15wt％和20wt％的粘結(jié)劑的每一種復(fù)合磁體用機(jī)械加工成1.5mm的厚度與EE型磁心2的中央支腿的橫截面形狀相同的樣品，通過(guò)用脈沖導(dǎo)磁體施加4T的磁場(chǎng)，使復(fù)合磁體沿厚度方向進(jìn)行磁化。這樣，將制成的每一塊復(fù)合磁體插入EE型磁心2的間隙中，提供一個(gè)或者多個(gè)繞組3來(lái)形成電感元件。用LCR表對(duì)所形成的電感元件的直流電流疊加特性進(jìn)行測(cè)量，由磁心常數(shù)和繞組3的數(shù)量來(lái)計(jì)算導(dǎo)磁率μ。計(jì)算結(jié)果示于圖6中。在圖6中，水平軸表示疊加磁場(chǎng)Hm。
在完成上述直流電流疊加特性的測(cè)量之后，將樣品加熱到270℃，在該溫度保持一個(gè)小時(shí)，將其冷卻到室溫再保持兩個(gè)小時(shí)。然后，再用LCR表測(cè)量直流電流疊加特性。結(jié)果也列于圖6中。在EE型磁心的間隙中沒(méi)有插入磁體的樣品磁體的測(cè)量結(jié)果也作為對(duì)比樣品示于圖6中。
圖6所示的特性曲線的形狀與圖4中相像，隨著復(fù)合磁體中的粘結(jié)劑的含量的增加，接近于在間隙中沒(méi)有插入磁體的對(duì)比樣品的特性曲線。當(dāng)粘結(jié)劑含量為20wt％時(shí)，與沒(méi)有插入磁體的復(fù)合磁體相比較來(lái)說(shuō)，在特性方面沒(méi)有很大的改善。正如上面所提到的，這是因?yàn)檎辰Y(jié)劑含量的增加導(dǎo)致剩余磁化強(qiáng)度Br的降低。從此結(jié)果和表2中的結(jié)果很容易看出剩余磁化強(qiáng)度Br至少為1000G。
從上面的結(jié)果和考慮熱消磁特性和直流電流疊加特性可以看出對(duì)于作為磁化偏置磁體的復(fù)合磁體來(lái)說(shuō)，其剩余磁化強(qiáng)度Br很理想的數(shù)值為1000G至4000G。
按照其它的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)矯磁力等于或者大于0.9kOe時(shí)，在經(jīng)過(guò)軟熔處理之后，直流電流疊加特性很好。
為了證實(shí)復(fù)合磁體不會(huì)受由磁粉末的氧化而引起的永久性消磁的影響，磁體在經(jīng)過(guò)軟熔處理之后，又經(jīng)受了脈沖磁化。隨后，可以測(cè)量復(fù)合磁體的特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，復(fù)合磁體表現(xiàn)出幾乎與經(jīng)過(guò)熱處理之前的磁體相同的特性，不會(huì)受由于磁粉末的氧化而引起的永久性消磁的影響。從其他的實(shí)驗(yàn)還可以證實(shí)，當(dāng)平均顆粒尺寸等于或者大于2.5μm時(shí)，不會(huì)由于磁粉末的氧化而引起永久性消磁，而當(dāng)平均顆粒尺寸等于或者小于50μm時(shí)，沒(méi)有觀察到鐵損特性的退化。
可以通過(guò)將復(fù)合磁體插入在EE型磁心的中央支腿之間形成的間隙中獲得具有極好的直流電流疊加特性的磁心和電感元件，其中復(fù)合磁體包括顆粒尺寸為2.5μm至50μm的稀土磁粉末，固有矯磁力等于或者大于10kOe，居里溫度Tc等于或者大于500℃，剩余磁化強(qiáng)度Br為1000G至4000G，矯磁力等于或者大于0.9kOe，電阻率等于或者大于1Ω.cm。
(例3)在表4所示的混合物中將每一種磁粉末和樹(shù)脂相混合，通過(guò)模壓和機(jī)械加工制造出0.5mm厚的樣品(例如薄板磁體)。
表4

通過(guò)將相應(yīng)的燒結(jié)材料進(jìn)行研磨以制備Sm2Co17系列和鐵粉末，通過(guò)還原擴(kuò)散作用將氮滲入到Sm2Fe17粉末中制造出Sm2Fe17N粉末。粉末的平均顆粒尺寸大約為5μm。在300℃(聚酰胺)或者250℃(聚丙烯)的氬氣中將芳香族聚酰胺樹(shù)脂(6T酰胺纖維)或者聚丙烯樹(shù)脂進(jìn)行加熱混合，用熱壓進(jìn)行模壓以制備樣品。當(dāng)將可溶解的聚酰胺樹(shù)脂，γ-丁丙酯作為溶劑時(shí)，用離心消泡劑攪拌溶液5分鐘以制備膠劑。通過(guò)采用醫(yī)生的刀片的方法由膠劑制備出最終厚度為500μm的薄板，從而在干燥后通過(guò)熱壓制備樣品。在環(huán)氧樹(shù)脂作溶劑的情況下，在將樹(shù)脂放入燒杯中進(jìn)行攪拌和混合之后在適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)條件下，通過(guò)在鋼模中進(jìn)行模壓制備樣品。所有這些樣品的電阻率等于或者大于0.1Ω.cm。
將每一塊薄板磁體切割成具有象例1和例2一樣的圖1中所示的鐵心的中央支腿的橫剖面形狀的薄片。該磁心為EE型磁心，是用傳統(tǒng)的MnZn系列鐵心材料制成，具有5.9cm長(zhǎng)的磁路和0.74cm2的有效面積。在EE型磁心的中央支腿中加工出0.5mm的間隙。將按照上面所描述的方式制造出來(lái)的薄板磁體插入如圖1中所示的間隙中，以獲得圖2中所示的電感元件。
在通過(guò)脈沖導(dǎo)磁體將磁體沿磁路方向進(jìn)行磁化之后，在交替的磁場(chǎng)頻率為100KHz的條件下，對(duì)直流電流疊加特性進(jìn)行測(cè)量，用LCR表(由惠普公司制造的HP-4284A)在35Oe的直流電流疊加磁場(chǎng)下測(cè)量有效磁導(dǎo)率。很自然，將疊加電流施加到繞組3中，使直流電流疊加磁場(chǎng)的方向與磁體的磁化方向相反。
在270℃時(shí)將磁心放入軟熔爐中保持30分鐘，再在上面所描述的同樣的條件下測(cè)量直流電流的疊加特性。
同樣對(duì)間隙中沒(méi)有插入磁體的磁心進(jìn)行測(cè)量作為對(duì)比樣品。在有效的磁導(dǎo)率為70μe時(shí)，其特性在軟熔處理之前和之后沒(méi)有變化。
測(cè)量的有效磁導(dǎo)率μe的結(jié)果示于表5中。樣品S-2和S-4和對(duì)比樣品的直流電流疊加特性有代表性地示于圖7中。另外，對(duì)已經(jīng)插入包含聚乙烯樹(shù)脂的薄板磁體進(jìn)行測(cè)量是不可能的，這是因?yàn)榇朋w已經(jīng)明顯變形。
表5

按照這些結(jié)果，鋇鐵復(fù)合磁體(樣品S-5)的矯磁力的大小為4kOe。因此，可以考慮通過(guò)將相反的磁場(chǎng)施加于其上，使復(fù)合磁體沿相反的方向進(jìn)行消磁或者磁化，從而引起直流電流疊加特性的退化。包括插入的Sm2Fe17N薄板磁體的磁心在經(jīng)過(guò)軟熔處理之后，在直流電流疊加特性方面還表現(xiàn)出極大的退化。相反，包括插入的Sm2Co17薄板磁體的磁心的矯磁力為等于或者大于10kOe，表明其特性沒(méi)有退化，表現(xiàn)出非常穩(wěn)定的特性。
從這些結(jié)果可以推測(cè)，由于鋇鐵薄板磁體的矯磁力較小，相反方向的磁場(chǎng)施加于，導(dǎo)致磁體消磁或者磁化，從而降低了直流電流的疊加特性。可以推測(cè)，由于470℃的SmFeN磁體的居里溫度Tc較低，從而引起了熱消磁，雖然矯磁力較高，但是其特性仍然由于與熱消磁反方向的磁場(chǎng)的作用導(dǎo)致的消磁的合成效果而降低。因此，很清楚，在將該薄板磁體插入磁心時(shí)，為了獲得極好的直流電流疊加特性，矯磁力等于或者大于10kOe和居里溫度Tc等于或者大于500℃是必要的。
除了在本例中描述的那些薄板磁體之外，也就是說(shuō)，采用由從聚乙烯亞硫酸，硅銅，聚酯纖維和液體聚合物樹(shù)脂中進(jìn)行選擇的樹(shù)脂制成的薄板磁體能夠保證可以獲得在本例中所說(shuō)的同樣的效果，雖然在本實(shí)施例中并沒(méi)有具體描述。
(例4)在用壓縮拌合機(jī)將例3中使用的Sm2Co17系列磁粉末與可溶解的聚酰亞胺樹(shù)脂相混合后，將該混合物在離心消泡劑中用行星混和機(jī)進(jìn)行攪拌5分鐘，使之稀釋和混合，以制備膠劑。通過(guò)采用刮片方法由膠劑經(jīng)過(guò)干燥之后制備最終厚度大約為500μm的薄板。干燥之后，經(jīng)過(guò)機(jī)械加工成0.5mm之后，通過(guò)熱壓制備薄的磁體樣品。調(diào)整聚酰亞胺-亞胺樹(shù)脂的含量，使之具有表6中所示的0.06，0.1，0.2，0.5或者1.0Ω.cm的電阻率。將每一塊薄板磁體切割成具有象例3所示的鐵心的中央支腿的橫剖面形狀的薄片。
表6

將按照上面的描述所制造的薄板磁體插入象例3中的具有0.5mm間隙的EE型磁心中，磁體通過(guò)脈沖導(dǎo)磁體進(jìn)行磁化。在室溫下采用LWATSU電氣公司制造的SY-8232交流BH掃描儀在300KHZ和0.1的條件下T對(duì)這些鐵損進(jìn)行測(cè)量。在這些測(cè)量中使用同樣的鐵心，將磁體放入那些具有不同電阻率的磁體中，以便測(cè)量鐵損的特性。結(jié)果示于表6中。作為對(duì)比樣品，在間隙中沒(méi)有放入磁體的EE磁心的鐵損為520Kw/m2，這是在同樣的測(cè)量條件下進(jìn)行的。按照表6，使用電阻率等于或者大于0.1Ω.cm的磁體的磁心，其鐵損性能極好。這樣就使我們認(rèn)為使用具有較高電阻率的薄板磁體可以抑制渦流。
權(quán)利要求
1.一種在其磁路上具有至少一個(gè)磁間隙的磁心，所說(shuō)的磁心包括放置于用于從磁間隙的相對(duì)端向磁心提供磁偏置的磁間隙中的磁偏置磁體，其中所說(shuō)的磁性偏值磁體包括復(fù)合磁體，該復(fù)合磁體包括稀土磁粉末和樹(shù)脂粘結(jié)劑，所說(shuō)的稀土磁粉末具有等于或者大于5kOe的固有矯磁力，等于或者大于300℃的居里溫度Tc，等于或者大于0.1Ω.cm的電阻率，1000G至4000G的剩余磁化強(qiáng)度Br以及等于或者大于0.9kOe的B-H曲線的矯磁力bHc。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁心，其中所說(shuō)的固有矯磁力等于或者大于10kOe，所說(shuō)的居里溫度Tc等于或者大于500℃，所說(shuō)的電阻率等于或者大于1Ω.cm。
3.一種包括權(quán)利要求1和2任何一項(xiàng)所述的磁心的電感元件，至少一個(gè)纏繞于所說(shuō)的磁心上的繞組。
全文摘要
提供一種具有極好的直流電流疊加特性和鐵損特性的磁心。磁心包括放置于磁間隙中的磁偏置磁體,用于從磁間隙的相對(duì)端向磁心提供磁偏力。所說(shuō)的磁性偏置磁體包括復(fù)合磁體,該復(fù)合磁體包括稀土磁粉末和樹(shù)脂粘結(jié)劑。稀土磁粉末具有等于或者大于5kOe的固有矯磁力,等于或者大于300℃的居里溫度Tc,等于或者大于0.1Ω.cm的電阻率,1000G至4000G的剩余磁化強(qiáng)度Br以及等于或者大于0.9kOe,的B－H曲線的矯磁力bHc。
文檔編號(hào)H01F3/10GK1359115SQ0114566
公開(kāi)日2002年7月17日 申請(qǐng)日期2001年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月29日
發(fā)明者藤原照彥, 石井政義, 保志晴輝, 磯谷桂太, 伊藤透, 安保多美子 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東金