[發明專利]新型復合鐵基粉末組合物、粉末部件及其制造方法

在審

• 申請號: 201280028066.0
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN103597556A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 葉舟;H·斯塔凡松
• 申請（專利權）人: 霍加納斯股份有限公司
• 主分類號: H01F1/24
• 分類號: H01F1/24;H01F41/02;B22F1/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 彭飛;林柏楠

技術領域

本發明涉及用于制備軟磁部件的軟磁復合粉末材料以及使用這種軟磁復合粉末獲得的軟磁部件。具體而言，本發明涉及用于制備在高頻率下工作的軟磁部件材料的此類粉末，該部件適合作為電力電子學中的電感器或反應器。

背景技術

軟磁材料用于各種用途，例如電感器中的芯材、電動機的定子和轉子、傳動器、傳感器和變壓器鐵心。傳統上，軟磁芯（例如電動機中的轉子和定子）由堆疊鋼層壓板制成。軟磁復合材料可基于通常為鐵基的軟磁粒子，在各粒子上帶有電絕緣涂層。通過使用傳統粉末冶金法任選地與潤滑劑和/或粘合劑一起壓實絕緣粒子，獲得軟磁部件。通過使用粉末冶金技術，與使用鋼層壓板相比，可以制造在設計中具有更高自由度的此類部件，因為該部件可攜帶三維磁通量并可通過壓實法獲得三維形狀。

本發明涉及鐵基軟磁復合粉末，其芯粒被仔細選擇的涂層涂覆以使材料性質適合通過粉末壓實、然后熱處理法制造電感器。

電感器或反應器是可以儲存經過所述部件的電流產生的磁場形式的能量的無源電氣部件。以亨（H）為單位測量電感器儲存能量的能力——電感（L）。電感器通常是盤繞成線圈的絕緣線。流經線圈的電流在線圈周圍產生磁場，場強與電流和線圈的匝數/長度單位成比例。改變的電流造成改變的磁場，這引發與造成其的電流變化相反的電壓。

與電流變化相反的電磁力（EMF）以伏特（V）為單位測量，并根據下式與電感相關聯：

v(t)=L?di(t)/dt

（L是電感，t是時間，v(t)是經過電感器的時變電壓，且i(t)是時變電流）。

也就是說，電感為1亨利的電感器在經過電感器的電流以1安培/秒變化時產生1伏特的EMF。

鐵磁電感器或鐵芯電感器使用由鐵磁或亞鐵磁材料（例如鐵或鐵氧體）制成的磁芯，從而由于該芯材的較高磁導率，通過提高磁場而將線圈的電感提高數千。

材料的磁導率μ指示其攜帶磁通量的能力或被磁化的能力。磁導率是指感應磁通量（標作B并以牛頓/安培*米或以伏特*秒/米²為單位測量）與磁化力或場強（標作H并以安培/米，A/m為單位測量）的比率。因此磁導率的單位是伏特*秒/安培*米。磁導率通常表示為相對于自由空間磁導率的相對磁導率μ_r=μ/μ₀，μ₀=4*Π*10^-7Vs/Am。

磁導率也可以表示為每單位長度的電感，亨利/米。磁導率不僅取決于攜帶磁通量的材料，還取決于外加電場及其頻率。在技術系統中，其通常被稱作最大相對磁導率，其是在電場變化的一個周期中測得的最大相對磁導率。

電感器磁芯可用在用于過濾不想要的信號（例如各種諧波）的電力電子系統中。為了有效工作，用于這種用途的電感器磁芯應具有低的最大相對磁導率，這意味著相對磁導率具有相對于外加電場更線性的特征，即穩定的增量磁導率μ_Δ（如根據ΔΒ=μ_Δ^*ΔΗ定義）和高飽和磁通密度。這能使電感器在更寬電流范圍內更有效工作，這也可以表述為該電感器具有良好的“DC偏壓”。DC偏壓可以以在指定外加電場下（例如在4000A/m）的最大增量磁導率的百分比表示。此外，低的最大相對磁導率和穩定的增量磁導率與高飽和磁通密度的結合能使電感器攜帶更高電流，當尺寸是限制因素時，這尤其有益，因此可以使用更小的電感器。

改進軟磁部件性能的一個重要的參數是降低其鐵芯損耗特性。當磁性材料暴露在交變場中時，由于磁滯損耗和渦流損耗而發生能量損耗。磁滯損耗與交變磁場的頻率成比例，而渦流損耗與該頻率的平方成比例。因此，在高頻率下，以渦流損耗為主，尤其要求降低渦流損耗并仍保持低磁滯損耗水平。這意味著希望提高磁芯的電阻率。

在尋找改進電阻率的方式的過程中，已經使用和提出不同的方法。一種方法基于在對這些粒子施以壓實之前在粉末粒子上提供電絕緣涂層或薄膜。因此有大量專利公開教導了不同類型的電絕緣涂層。涉及無機涂層的公開專利的實例是美國專利No.6,309,748、美國專利No.6,348,265和U.S.No.6,562,458。從例如美國專利No.5,595,609中獲知有機材料的涂層。從例如美國專利Nos.6,372,348和5,063,011和德國專利公開3,439,397中獲知包含無機和有機材料的涂層，根據這些公開，粒子被磷酸鐵層和熱塑性材料包裹。歐洲專利EP1246209B1描述了鐵磁金屬基粉末，其中該金屬基粉末的表面被由有機硅樹脂和具有層狀結構的粘土礦物如膨潤土或滑石的細粒構成的涂層涂覆。