CN104335300A - 压粉磁芯、压粉磁芯的制造方法以及压粉磁芯的涡电流损耗的推定方法 - Google Patents

Abstract

通过将下述的数式所示的软磁性金属粉末的单一粒径当量直径d_S设定在210μm以下，从而使在频率为3000Hz的情况下的涡电流损耗小于150W/kg。其中，d_S为软磁性金属粉末的单一粒径当量直径[m]，d_MN为软磁性金属粉末的个数平均粒径[m]，σ为软磁性金属粉末的粒径的标准偏差[m]，

Description

压粉磁芯、压粉磁芯的制造方法以及压粉磁芯的涡电流损耗的推定方法

技术领域

本发明涉及压粉磁芯、压粉磁芯的制造方法以及压粉磁芯的涡电流损耗的推定方法。

背景技术

如公知的，在装入电气产品、机械产品等而使用的电源电路中装入有变压器、升压器、整流器等。变压器等具有以磁芯与线圈作为主要部分而构成的各种线圈部件(扼流圈、功率电感、电抗器等)。而且，为了应对基于近几年的节能意识的提高而针对电气产品、机械产品的低消耗电力化的要求，也要求提高在电源电路内大量使用的磁芯的磁特性。另外，近几年，由于针对地球温暖化问题的意识的提高，而趋向可抑制化石燃料消耗量的混合动力汽车(HEV)、不存在直接的化石燃料消耗的电动汽车(EV)的需要提高。由于这些HEV、EV的行驶性能等取决于马达的性能，因此关于装入各种马达的磁芯(定子铁芯、转子铁芯)，也要求提高其磁特性。

以往，作为磁芯，广泛使用一种经由粘合剂层而使由绝缘被膜覆盖表面而成的钢板(电磁钢板)层叠的所谓的层叠磁芯。但是，这样的层叠磁芯的形状自由度低，从而难以应对小型化、复杂形状化的要求。对此，开发一种通过对表面被绝缘被膜覆盖的软磁性金属粉末(顽磁力小而导磁率大的金属粉末，一般为以铁作为主成分的金属粉末)进行压缩成形而得到的、所谓的压粉磁芯，而将其安装在各种产品中。

然而，作为用于提高磁芯的磁特性的一种有效的方法，可以列举减小磁芯的能量损失(铁损)的方法。铁损大体分为涡电流损耗与磁滞损耗，涡电流损耗对压粉磁芯的能量损耗产生较大的影响。已知由以下的数式1所示的理论公式能够得出涡电流损耗We[W/m³]。

【数式1】

$\mathrm{We}=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ρ}\×D}\×{\mathrm{Bm}}^2\×f^2\×d^2$

ρ：软磁性金属粉末的电阻率[Ω·m]

D：密度[g/cm³]

Bm：励磁磁通密度[T]

f：频率[Hz]

d：钢板厚度或者粉末粒径[m]

α：基于形状的系数

这样，由于涡电流损耗与钢板厚度或者粉末粒径d的平方成比例，因此层叠磁芯的情况下，越减薄钢板厚度，便越能够减小涡电流损耗，而压粉磁芯的情况下，越减小软磁性金属粉末的粒径，便越能够减小涡电流损耗。但是，如果钢板厚度过薄，则层叠磁芯的加工变得困难从而生产率降低。另外，如果软磁性金属粉末的粒径过小，则会因压缩成形造成粒子变得难以塑性变形，因此会导致生产率的降低。

鉴于这样的问题，层叠磁芯中的钢板的厚度、压粉磁芯中的粉末的粒径被设定在能够充分减小涡电流损耗并且不发生加工性、成形性的问题的范围。例如专利文献1所示的压粉磁芯的粒径被设定在20～100μm的范围。

【在先技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本专利第4436172号公报

发明内容

【发明要解决的课题】

层叠磁芯的情况，由于钢板的厚度d大致固定，因此通过上述数式1的理论公式能够推定涡电流损耗We。因此，使涡电流损耗成为规定值以下地设定钢板的厚度即可。另一方面，压粉磁芯的情况下，由于软磁性金属粉末并非单一粒径而具有大致正规分布状的粒度分布，因此难以确定上述数式1的理论公式中的d的值，从而难以推定涡电流损耗。因此，目前通过对软磁性金属粉末进行经验性的分级而将粒径设定在大致的范围内。但是，在这种情况下，存在粒径必要以上地变小的趋势，从而可能导致压粉磁芯的成形性降低，生产率降低。

鉴于如上述的问题，本发明的目的在于，为了充分减小压粉磁芯的涡电流损耗，而将软磁性金属粉末的粒径设定在适当的范围。

【用于解决课题的手段】

为了实现上述目的而完成的本发明的压粉磁芯由表面被绝缘被膜覆盖了的软磁性金属粉末构成，通过将下述的数式2所示的软磁性金属粉末的单一粒径当量直径d_S设定在210μm以下，从而使频率为3000Hz时的推定涡电流损耗小于150W/kg。

【数式2】

$d_S=\sqrt{{d_{\mathrm{MN}}}^2+5{\mathrm{\σ}}^2+\frac{2{\mathrm{\σ}}^2{d_{\mathrm{MN}}}^2}{{d_{\mathrm{MN}}}^2+3{\mathrm{\σ}}^2}}$

d_S：软磁性金属粉末的单一粒径当量直径[m]

d_MN：软磁性金属粉末的个数平均粒径[m]

σ：软磁性金属粉末的粒径的标准偏差[m]

另外，为了实现上述目的而完成的本发明的压粉磁芯的制造方法通过将上述的数式2所示的软磁性金属粉末的单一粒径当量直径d_S设定在210μm以下，从而使频率为3000Hz时的涡电流损耗小于150W/kg。

并且，为了实现上述目的而完成的本发明的压粉磁芯的涡电流损耗的推定方法根据上述的数式2所示的软磁性金属粉末的单一粒径当量直径d_S，来推定下述的数式3所示的涡电流损耗We。

【数式3】

$\mathrm{We}=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ρ}\×D}\×{\mathrm{Bm}}^2\×f^2\×{d_S}^2$

We：涡电流损耗[W/kg]

ρ：软磁性金属粉末的电阻率[Ω·m]

D：密度[g/cm³]

Bm：励磁磁通密度[T]

f：频率[Hz]

α：基于形状的系数

本发明人反复潜心研究的结果，如果将软磁性金属粉末的粒径作为由上述的数式2所示的单一粒径当量直径d_S进行评价，便发现根据该单一粒径当量直径d_S计算出的涡电流损耗的算出值We与涡电流损耗的实测值We’具有极高的关联关系(参照图6)。其结果为，由于能够根据单一粒径当量直径d_S推定涡电流损耗，因此能够设定单一粒径当量直径d_S以使涡电流损耗成为规定值以下。具体而言，明显看出通过将软磁性金属粉末的单一粒径当量直径d_S设定在210μm以下，能够使频率大约为3000Hz时的涡电流损耗小于150W/kg。

如果作为软磁性金属粉末而使用水雾化纯铁粉末，则能够获取径向压溃强度、耐缺损性特别优异的压粉磁芯。

如果在压缩成形软磁性金属粉末后实施退火处理而除去压粉体的加工变形，则能够获取磁特性特别优异的压粉磁芯。

【发明效果】

如上所示，根据本发明，由于通过以单一粒径当量直径d_S来评价软磁性金属粉末的粒径，从而能够推定压粉磁芯的涡电流损耗，因此能够设定软磁性金属粉末的粒径的范围，以使压粉磁芯的涡电流损耗变得足够小。

附图说明

图1(a)是示意表示粉末生成工序的图。

图1(b)是经由粉末生成工序而得到的磁芯用粉末的概略剖视图。

图2(a)是示意表示压缩成形工序的主要部分的图。

图2(b)是示意表示压缩成形工序的主要部分的图。

图2(c)是示意表示经由压缩成形工序而得到的压粉体的一部分的图。

图3是示意表示经由加热工序而得到的压粉磁芯的一部分的图。

图4是作为压粉磁芯的一个示例的定子铁芯的俯视图。

图5是表示在确认试验中使用的各环状试验体的制成条件的图。

图6是表示涡电流损耗的算出值与实测值的关联的图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

本实施方式的压粉磁芯的制造方法主要包含，用于生成图1(b)所示的磁芯用粉末1的粉末生成工序、用于获取图2(c)所示的磁芯用粉末1的压粉体4的压缩成形工序、对压粉体4实施加热处理的加热工序。以下，参照附图对各工序进行详细说明。

图1(a)中，示意地示出了用于生成图1(b)所示的磁芯用粉末1的粉末生成工序的一部分。在该粉末生成工序中，在将软磁性金属粉末2浸渍在由包含成为绝缘被膜3的化合物的溶液11充满的容器10中后，除去溶液11的液体成分。由此，获取由软磁性金属粉末2以及覆盖其表面的绝缘被膜3构成的磁芯用粉末1。就绝缘被膜3的膜厚而言，其变得越厚，则变得越难获取高密度的压粉体4，而且压粉磁芯5(参照图3)的导磁率降低。另一方面，就绝缘被膜3的膜厚而言，其越薄则越能够提高压粉磁芯5的磁特性(导磁率)。因此，优选将绝缘被膜3的膜厚设置为10nm以上1000nm以下，更优选设置为10nm以上200nm以下，进一步优选设置为10nm以上100nm以下。

对能够使用的软磁性金属粉末2没有特别的限定，从纯铁(Fe)粉末、硅合金(Fe-Si)粉末、铁硅铝磁合金(Fe-Al-Si)粉末、铁钴磁性合金(Fe-Co)粉末等公知的软磁性金属粉末中根据要求特性等而适当地选择使用。但是，在作为软磁性金属粉末2而使用硅合金粉末或铁硅铝磁合金粉末的情况下，难以获取饱和磁通密度足够大的压粉磁芯，从而不适合要求压粉磁芯的小型化、高输出化的用途的可能性较高。另外，在作为软磁性金属粉末2而使用铁钴磁性合金粉末的情况下，能够获取具有高饱和磁通密度的压粉磁芯，然而该粉末相对昂贵，而且弹性系数高而塑性变形性低，因此难以获取高密度的压粉磁芯。与此相对，在作为软磁性金属粉末2而使用纯铁粉末的情况下，能够容易并且较为低成本地获取较为高密度并且高饱和磁通密度的压粉磁芯。因此，此处作为软磁性金属粉末2而使用纯铁粉末。

作为纯铁粉末，能够使用通过还原法制造的还原纯铁粉末、通过喷散法制造的雾化纯铁粉末、或通过电解法制造的电解纯铁粉末中的任意一种。然而，在这些粉末中，优选使用容易成形相对高纯度且磁特性优异而且弹性系数低(塑性变形性优异)且高密度的压粉体(压粉磁芯)的雾化纯铁粉末。需要说明的是，雾化纯铁粉末大体分为通过水喷散法制造的水雾化纯铁粉末、通过气体喷散法制造的气体雾化纯铁粉末。水雾化纯铁粉末与气体雾化纯铁粉末相比塑性变形性优异。气体雾化纯铁粉末也具有高纯度，而由于呈球状因此相互密接性较低，难以提高压粉磁芯的耐缺损性。根据以上的研究，在作为软磁性金属粉末2而使用雾化纯铁粉末的情况下，最优选特别是选择使用水雾化纯铁粉末。需要说明的是，作为微粒级也存在羰基铁粉，然而羰基铁粉的粒径小而容易破裂成压粉体从而发生缺损等不良状况。

软磁性金属粉末2的粒径过小的情况，例如由上述的数式2表示的单一粒径当量直径d_S为13μm的情况下，由于在后述的压缩成形工序中粉末变得难以塑性变形而变得在压粉体的内部容易残留气孔，难以获取高密度的压粉体，而且压粉体可能发生破裂、缺损。在单一粒径当量直径为28μm的情况下，由于未发现成形体的破裂、缺损，因此为了确保成形性而需要设置为大约20μm。另一方面，如果使用的软磁性金属粉末2的粒径过大，则压粉磁芯的涡电流损耗变大。因此，需要将软磁性金属粉末2的粒径设定在规定的范围。此时，通过由单一粒径当量直径d_S来评价软磁性金属粉末2的粒径，能够使用上述的数式3适当地推定涡电流损耗We。以使通过这种方式推定的涡电流损耗We成为规定值以下地设定单一粒径当量直径d_S的范围。在本实施方式中，以使涡电流损耗小于150W/kg地将软磁性金属粉末2的单一粒径当量直径d_S设定在210μm以下。此外，在单一粒径当量直径为100μm以下的情况下，由于粒径更小因此能够将涡电流损耗抑制为小于30W/kg。以上，在本实施方式中，将软磁性金属粉末2的单一粒径当量直径d_S设定在20～210μm的范围内，优选设定在30～100μm的范围内。

具体而言，对软磁性金属粉末2进行分级而使粒度分布达到适当的个数平均粒径d_MN以及标准偏差σ，由此将软磁性金属粉末2的单一粒径当量直径d_S设定在上述的范围。该分级既可以在对软磁性金属粉末覆盖绝缘被膜之前进行也可以在之后进行。这是由于相比软磁性金属粉末的粒径，绝缘被膜的厚度足够薄。需要说明的是，为了计算单一粒径当量直径d_S所需要的个数平均粒径d_MN以及标准偏差σ例如能够通过激光衍射·散射式粒度分布测定装置测定。

在将软磁性金属粉末的集体中的按照从小到大的顺序而具有d₁，d₂，…d_i，…d_k的粒径(等体积球当量直径，以下相同的)的粒子分别设置n₁，n₂，…n_i，…n_k个的情况下，个数平均粒径d_MN可以通过下述的数式4来表示。

【数式4】

$d_{\mathrm{MN}}=\frac{n_1\·d_1+n_2\·d_2+\·\·\·+n_i\·d_i+\·\·\·+n_k\·d_k}{n_1+n_2+\·\·\·+n_i+\·\·\·+n_k}=\frac{\mathrm{\Σ}(n_i\·d_i)}{\mathrm{\Σ}\left(n_i\right)}$

标准偏差σ能够通过以下的两种任意的方法求出。首先，在将上述的软磁性金属粉末的集体的平均粒径设为d_ave.的情况下，可以由下述的数式5表示。

【数式5】

$\sqrt{\frac{1}{\mathrm{\κ}}\underset{\mathrm{\ι}=1}{\overset{\mathrm{\κ}}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\δ}}_{\mathrm{\ι}}-{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ave}.})}^2}$

或者能够根据粒径的个数分布求出累积曲线，而根据该累积曲线计算标准偏差σ。例如，读取累积曲线成为16％的点的粒径d_16％以及成为84％的点的粒径d_84％，而能够由以下的数式6求出。

【数式6】

$\mathrm{\σ}=\frac{(d_{84\%}-d_{16\%})}{2}$

需要说明的是，在使用上述的数值范围内的粒径的软磁性金属粉末2时，利用扫描式电子显微镜(SEM)对分级而获取的金属粉末进行外观拍摄，而测定实际的粒径。另外，对于成形体(压粉体4)，通过离子束对剖面在固定方向上每次少量地进行切削，并且，每次利用扫描式电子显微镜对切削的面进行拍摄，通过对各剖面的照片进行图像处理而构建三维图像，而测定成形体中含有的粉末的粒径。

绝缘被膜由在后述的加热工序中，当在软磁性金属粉末的再结晶化温度以上熔点以下对压粉体进行加热时，不会液化而以固相状态相互接合那样的化合物形成。具体而言，由熔点高于700℃而低于1600℃的化合物形成。满足这样的条件的化合物中，作为特别优选的化合物，能够列举氧化铁(Fe₂O₃)、硅酸钠(Na₂SiO₃)、硫酸钾(K₂SO₄)、硼酸钠(Na₂B₄O₇)、碳酸钾(K₂CO₃)、磷酸硼(BPO₄)以及硫化铁(FeS₂)。然而，除此以外，也能够使用氧化硅或氧化钨等其他的氧化物；硅酸铝、硅酸钾、硅酸钙等其他的硅酸盐；硼酸锂、硼酸镁、硼酸钙等其他的硼酸盐；碳酸锂、碳酸钠、碳酸铝、碳酸钙、碳酸钡等其他的碳酸盐或者以磷酸钾为代表的其他的磷酸盐来形成绝缘被膜。

接下来，在图2(a)、(b)所示意表示的压缩成形工序中，利用具有同轴配置的冲模12以及冲头13的成型模具，压缩成形如图2(c)所示意表示的压粉体4。在本实施方式中，适量包含固体润滑剂，使用使残余部成为磁芯用粉末1的混合粉末1’压缩成形压粉体4。这样，如果使用包含固体润滑剂的混合粉末1’，则在压粉体4的成形时，能够减少磁芯用粉末1彼此的摩擦。因此，不仅能够容易获取高密度的压粉体4，而且也能够尽可能防止因磁芯用粉末1彼此的摩擦造成绝缘被膜3的损伤·剥离等。需要说明的是，对能够使用的固体润滑剂没有特别的限定，例如，能够使用硬脂酸锌或硬脂酸钙等金属皂、硬脂酸酰胺或乙撑双硬脂酰胺等脂肪酰胺、石墨、二硫化钼等。固体润滑剂可以仅使用一种，也可以将多种混合使用。

然而，在原料粉末1’中占有的固体润滑剂的配合量过少的情况下，具体而言，当将原料粉末1’的总量设为100vol％时，在固体润滑剂的配合量低于1.0vol％的情况下，变得不能有效地享受通过混合固体润滑剂而起到的上述的优点。另外，在固体润滑剂的配合量过多的情况下，具体而言，在固体润滑剂的配合量超过10vol％的情况下，原料粉末1’中的固体润滑剂的占有量变得过大，变得无法获取高密度的压粉体5，进而变得难以获取压粉磁芯6。因此，在使用包含固体润滑剂的原料粉末1’压缩成形压粉体5的情况下，包含1.0～10vol％的固体润滑剂，优选包含1～3vol％的固体润滑剂，并优选使用将残余部作为磁芯用粉末1的原料粉末1’。

在以上的结构中，如图2(a)、(b)所示，在成型模具的内腔中填充混合粉末1’后，使冲头13相对于冲模12相对接近移动而压缩成形压粉体4。成形压力为磁芯用粉末(软磁性金属粉末以及绝缘被膜)塑性变形而使邻接的磁芯用粉末彼此的接触面积能够增大那样的压力，例如设为690MPa以上。在本实施方式中，如上述那样，由于软磁性金属粉末的单一粒径当量直径d_S设定为30μm以上，因此通过压缩成形时的压迫力能够使粒子充分塑性变形而提高密度。由此，如图2(c)所示意表示的，能够获取磁芯用粉末1彼此紧固密接的高密度的压粉体4。特别是，如果将成形压力设为980MPa以上，可以获取更高密度的压粉体4。

经由上述的压缩成形工序获取的压粉体4向加热工序转运。在该加热工序中，以软磁性金属粉末2的再结晶温度以上熔点以下的温度对放置在大气气氛下、不活泼气体(例如氮气)气氛下、或真空下的压粉体4进行加热。由此，除去在上述的压缩成形工序中积蓄于压粉体4(金属粉末2)中的加工形变(残留应力)。在本实施方式中，作为金属粉末2而使用纯铁粉末，纯铁的加工形变能够通过执行规定时间的650℃以上的加热处理完全除去。需要说明的是，在绝缘被膜由磷酸系无机被膜形成的情况下，为了防止绝缘被膜的破损，优选将退火条件设为530℃×10min。而且，如果以这样的加热温度执行加热处理，则可以除去在压粉体4(金属粉末2)中积蓄的加工形变，并且能够获取覆盖金属粉末2的表面的绝缘被膜3不会液化而以固相状态相互接合而成的高密度的压粉磁芯5(参照图3)。需要说明的是，绝缘被膜3彼此的固相接合状态根据固相烧结或者脱水缩合反应而得到，绝缘被膜3通过固相烧结而相互接合或者通过脱水缩合而相互接合，这根据绝缘被膜3的形成中使用的化合物的种类而变化。

以如上方式获取的压粉磁芯6通过将软磁性金属粉末2的单一粒径当量直径d_S设定在30～210μm的范围内，能够使频率3000Hz时的涡电流损耗We小于150W/kg。由此，由于提高了磁特性，因此除汽车、铁道车辆或输送机用马达以外，也能够作为扼流圈、功率电感或者电抗器等的电源电路用部件的磁芯而优选使用。例举具体例，本发明的压粉磁芯6能够作为如图4所示的定子铁芯20使用。该图所示的定子铁芯20为例如装入构成各种马达的静止侧的基底部件而使用，并具备相对于基底部件而具有安装面的圆筒部21、从圆筒部21向径向外侧以放射状延伸的多个突出部22，在突出部22的外圆周卷绕有线圈(未图示)。由于压粉磁芯6的形状自由度高，因此即使是图4所示那样的复杂形状的定子铁芯20也能够容易地进行量产。

以上，对本发明的实施方式的磁芯用粉末1以及使用磁芯用粉末1而成形的压粉磁芯6进行了说明，然而磁芯用粉末1与压粉磁芯6在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行适当的变更。

例如，在压粉体5的压缩成形时也可以实施模具润滑。这样，由于减轻了成型模具的内壁面与原料粉末1’(磁芯用粉末1)之间的摩擦力，因此使压粉体5容易进一步实现高密度化。模具润滑例如能够通过在成型模具的内壁面涂覆硬脂酸锌等的润滑剂，或在成型模具的内壁面对润滑性被膜进行表面处理而覆盖。

【实施例1】

为了证实本发明的有用性，对具有本发明的结构的环状试件(实施例1～11)、与不具有本发明的结构的环状试件(比较例1、2)分别实施用于测定·计算(1)铁损、(2)涡电流损耗、(3)密度、(4)径向压溃强度以及(5)磨损值的确认试验。根据该试验结果，对上述(1)～(5)的各项目分别以5阶段或7阶段进行了评价。然后，利用(1)铁损以及(2)涡电流损耗的评价分数的合计值对各环状试件的磁特性进行评价，利用(3)密度、(4)径向压溃强度以及(5)磨损值的评价分数的合计值对各环状试件的机械物性进行了评价。以下，首先，详细说明上述(1)～(5)的评价项目的确认试验方法以及评价分数。

(1)铁损

利用交流B-H测定器(岩通计测股份有限公司生产的B-H测定器SY-8218)，对励磁磁通密度为1[T]而频率为3000Hz时的铁损[W/kg]进行了测定。根据测定值而赋予以下的评价分数。

7分：小于330W/kg

6分：330W/kg以上且小于360W/kg

5分：360W/kg以上且小于390W/kg

4分：390W/kg以上且小于420W/kg

3分：420W/kg以上且小于450W/kg

2分：450W/kg以上且小于480W/kg

1分：480W/kg以上

(2)涡电流损耗

利用交流B-H测定器(岩通计测股份有限公司生产的B-H测定器SY-8218)，对励磁磁通密度为1[T]而频率为3000Hz时的铁损[W/kg]进行测定，根据测定值利用最小二乘法求出涡电流损耗。根据求出的涡电流损耗的值而赋予以下的评价分数。

7分：小于30W/kg

6分：30W/kg以上且小于60W/kg

5分：60W/kg以上且小于90W/kg

4分：90W/kg以上且小于120W/kg

3分：120W/kg以上且小于150W/kg

2分：150W/kg以上且小于180W/kg

1分：180W/kg以上

(3)密度

对环状试件的尺寸以及重量进行测定，根据其测定结果计算密度。根据算出值而赋予以下的评价分数。另外，将在环状试件发生破裂、缺损等不良状况的情况设为“不能成形”。

5分：7.5g/cm³以上

4分：7.4g/cm³以上且小于7.5g/cm³

3分：7.3g/cm³以上且小于7.4g/cm³

2分：7.2g/cm³以上且小于7.3g/cm³

1分：小于7.2g/cm³

(4)径向压溃强度

使用股份有限公司岛津制作所生产的的精密万能自动绘图仪AG-XPlus对环状试件的外周面施加缩径方向的压缩力(压缩速度1.3mm/min)，将以环状试件破坏时的压缩力除以破坏截面积而得到的值作为径向压溃强度[MPa]。根据算出值赋予以下的评价分数。

5分：100MPa以上

4分：80MPa以上且小于100MPa

3分：60MPa以上且小于80MPa

2分：40MPa以上且小于60MPa

1分：小于40MPa

(5)磨损值(重量减少率)

依照日本粉末冶金工业会规格JPMA P11-1992所规定的“金属压粉体的磨损值测定方法”。具体而言，在使投入磨损测定器的旋转箱中的环状试件旋转1000次以后，计算环状试件的重量减少率[％]，而设为作为耐缺损性的指标的磨损值。根据算出值而赋予以下的评价分数。

5分：小于0.08％

4分：0.08％以上且小于0.11％

3分：0.11％以上且小于0.14％

2分：0.14％以上且小于0.17％

1分：0.17％以上

接下来，对实施例1～11的环状试件的制成方法进行说明。

[实施例1]

对在覆盖了绝缘被膜的纯铁粉中配合有约3.0vol％的固体润滑剂的赫格纳斯(ヘガネス)有限公司生产的Somaloy700 3P(“Somaloy”为注册商标)进行分级，从而获取个数平均粒径为135μm，标准偏差为55μm的带有被膜的纯铁粉。将该粉末填充在冲压模具中，以980MPa的成形压进行成形，而获取外径为20.1mm、内径为12.9mm、轴向尺寸为7mm的环状压粉体。最后，通过在氮气气氛中以530℃×10min的方式对该环状压粉体进行加热处理(退火)，由此获取实施例1的环状试件。需要说明的是，利用日机装公司生产的激光衍射·散射式粒度分布测定装置MT-3000测定纯铁粉的个数平均粒径以及标准偏差。

[实施例2]

对赫格纳斯有限公司生产的Somaloy700 3P进行分级，而获取个数平均粒径为180μm、标准偏差40μm的带有被膜的纯铁粉。对该粉末以与实施例1相同的条件进行成形、退火，而获取实施例2的环状试件。

[实施例3]

对赫格纳斯有限公司生产的Somaloy700 3P进行分级，而获取个数平均粒径100μm、标准偏差50μm的带有被膜的纯铁粉。对该粉末以与实施例1相同的条件进行成形、退火，而获取实施例3的环状试件。

[实施例4]

对赫格纳斯有限公司生产的Somaloy700 3P进行分级，而获取个数平均粒径为125μm、标准偏差为40μm的带有被膜的纯铁粉。对该粉末以与实施例1相同的条件进行成形、退火，而获取实施例4的环状试件。

[实施例5]

以纯水作为溶剂而作成使和光纯药公司生产的磷酸二氢钠以0.2mol/L的比例溶解的水溶液，使神户制钢公司生产的水雾化纯铁粉300NH(个数平均粒径40μm，标准偏差35μm)浸渍在该水溶液中，而覆盖磷酸铁被膜。在该粉末中，作为固体润滑剂而混合3.0vol％的比例的日油公司生产的硬脂酸酰胺，通过使用该混合粉末而以与实施例1相同的条件进行成形、退火，由此获取实施例5的环状试件。

[实施例6]

对以与实施例5相同的方法作成的带有磷酸铁被膜的纯铁粉进行分级，而设置成个数平均粒径为60μm、标准偏差为25μm。通过与实施例5相同的方法将固体润滑剂混合在该粉末中后，通过成形、退火，由此获取实施例6的环状试件。

[实施例7]

对以与实施例5相同的方法作成的带有磷酸铁被膜的纯铁粉进行分级，而设置成个数平均粒径为20μm、标准偏差为8μm。通过与实施例5相同的方法而将固体润滑剂混合在该粉末中后，通过成形、退火，由此获取实施例7的环状试件。

[实施例8]

对赫格纳斯有限公司生产的Somaloy700 3P进行分级，而获取个数平均粒径为180μm、标准偏差为40μm的带有被膜的纯铁粉。以与实施例1相同的条件成形该粉末，而获取实施例8的环状试件。未进行退火。

[实施例9]

对通过电解法制作的和光纯药公司生产的纯铁粉进行分级，而获取个数平均粒径为170μm、标准偏差为40μm的纯铁粉。之后，以纯水作为溶剂而作成使和光纯药公司生产的磷酸二氢钠以0.2mol/L的比例溶解的水溶液，通过使上述的纯铁粉浸渍在该水溶液中，由此覆盖磷酸铁被膜。在该粉末中，作为固体润滑剂而混合3.0vol％的比例的日油公司生产的硬脂酸酰胺，通过使用该混合粉末而以与实施例1相同的条件进行成形、退火，由此获取实施例9的环状试件。

[实施例10]

对赫格纳斯有限公司生产的Somaloy700 3P进行分级，而获取个数平均粒径为180μm、标准偏差为40μm的带有被膜的纯铁粉。将该粉末填充在冲压模具中，以690MPa的成形压进行成形，而获取与实施例1同形状的环状压粉体。之后，通过以与实施例1相同的条件进行退火，由此获取实施例10的环状试件。

[实施例11]

对赫格纳斯有限公司生产的Somaloy700 3P进行分级，而获取个数平均粒径为180μm、标准偏差为40μm的带有被膜的纯铁粉。在该粉末中，作为固体润滑剂而混合6.0vol％的比例的日油公司生产的硬脂酸酰胺，配合原来Somaloy700 3P中含有的固体润滑剂，而将固体润滑剂的合计量设为9.0vol％。通过以与实施例1相同的条件对该混合粉末进行成形、退火，由此获取实施例11的环状试件。

[实施例12]

以纯水作为溶剂而作成使和光纯药公司生产的磷酸二氢钠以0.2mol/L的比例溶解的水溶液，使神户制钢公司生产的水雾化纯铁粉300NH(个数平均粒径40μm，标准偏差35μm)浸渍在该水溶液中，而覆盖磷酸铁被膜。以与实施例1相同的条件成形该粉末。此时，将日油公司生产的硬脂酸锌(粒径0.8μm)涂覆在成型模具中的成形压粉体的成形面。之后，通过以与实施例1相同的条件进行退火，由此获取实施例12的环状试件。

最后，对比较例1以及2的环状试件的制成方法进行说明。

[比较例1]

不对赫格纳斯有限公司生产的Somaloy700 3P进行分级地填充在模具中，通过以与实施例1相同的条件进行成形、退火，由此获取比较例1的环状试件。

[比较例2]

以纯水作为溶剂而作成使和光纯药公司生产的磷酸二氢钠以0.2mol/L的比例溶解的水溶液，使BASF公司生产的羰基铁粉CS(个数平均粒径5μm，标准偏差5μm)浸渍在该水溶液中，而覆盖磷酸铁被膜。在该粉末中，作为固体润滑剂而混合3.0vol％的比例的日油公司生产的硬脂酸酰胺，通过使用该混合粉末而以与实施例1相同的条件进行成形、退火，由此试着获取作为比较例2的环状试件。

图5中示出了上述的实施例1～12以及比较例1的环状试件各自的(1)铁损、(2)涡电流损耗、(3)密度、(4)径向压溃强度以及(5)磨损值的评价分数、评价项目(1)以及(2)的合计值(磁特性合计点)和评价项目(3)～(5)的合计值(机械物性合计点)。由图5可以明显看出，单一粒径当量直径为210μm以下的实施例1～12中的任意一个实施例的涡电流损耗的评价分数都在3分以上，其中，单一粒径当量直径在100μm以下的非常小的实施例5以及6的涡电流损耗以及铁损的评价分数非常高(7分)。与此相对，比较例1的单一粒径当量直径超过210μm，涡电流损耗成为150W/kg以上(评价分数2分)。另外，在比较例2中，单一粒径当量直径低于20μm，从而压粉体发生破裂、缺损，因此标注为不能成形。通过以上内容，可以明显看出，如实施例1～12那样的，通过将单一粒径当量直径设置在20～210μm的范围内，能够获取在频率为3000Hz的情况下的使涡电流损耗小于150W/kg的压粉磁芯。

此外，在实施例2中，通过利用退火处理而除去加工变形，从而与未进行退火的实施例8相比磁特性优异。因此，优选对压粉磁芯实施退火处理。

另外，使用水雾化粉的实施例1与使用电解粉的实施例9相比，密度相等，磁特性以及机械特性都很优异。因此，作为纯铁粉优选使用水雾化粉。

另外，将成形压设为980MPa的实施例2与将成形压设为680MPa的实施例10相比，密度、径向压溃强度以及磨损值都很优异。据此，优选成形压高的一方。

另外，以3.0vol％的比例包含固体润滑剂的实施例2与以9.0vol％的比例包含固体润滑剂的实施例11相比，为高密度而且机械物性优异。这是由于如果固体润滑剂的配合比例增加，则与之对应地纯铁粉(软磁性金属粉末)的配合比例减小。据此，优选固体润滑剂的配合比例尽量少，例如为5.0vol％以下，优选设为3.0vol％以下。

另外，配合了固体润滑剂的实施例5体现与取代不配合固体润滑剂而在模具上涂覆润滑剂而成形的实施例12同等的磁特性以及机械物性。

根据以上的确认试验结果，证实了本发明的磁芯用粉末在获取磁特性、各种强度优异的压粉磁芯的方面是极有益的。

图6中示出了，使用实施例1～4以及比较例1的环状试件的、将励磁磁通密度设为1T时的任意的频率的情况下的涡电流损耗的实测值We’、与套入上述数式3的数式而求出的涡电流损耗的算出值We的关联。其结果为，可以确认涡电流损耗的实测值We’与算出值We具有决定系数为0.993的较高的关联，从而能够确认上述的数式3的可靠性。据此，如果使用上述的数式3，则能够根据压粉磁芯材料的单一粒径当量直径d_S推定涡电流损耗We，相反，能够推定涡电流损耗We的减少所需要的压粉磁芯材料的单一粒径当量直径d_S，进而能够推定个数平均粒径以及标准偏差。

【符号说明】

1  磁芯用粉末

1’ 混合粉末

2  软磁性金属粉末

3  绝缘被膜

4  硅酸盐层

5  压粉体

6  压粉磁芯

20 定子铁芯

Claims (6)

1.一种压粉磁芯，其由表面被绝缘被膜覆盖了的软磁性金属粉末构成，

通过将下述的数式1所示的所述软磁性金属粉末的单一粒径当量直径d_S设定为210μm以下，从而使频率为3000Hz时的涡电流损耗小于150W/kg，

【数式1】

$d_S=\sqrt{{d_{\mathrm{MN}}}^2+{5\mathrm{\σ}}^2+\frac{{2\mathrm{\σ}}^2{d_{\mathrm{MN}}}^2}{{d_{\mathrm{MN}}}^2+{3\mathrm{\σ}}^2}},$

d_S：软磁性金属粉末的单一粒径当量直径[m]，

d_MN：软磁性金属粉末的个数平均粒径[m]，

σ：软磁性金属粉末的粒径的标准偏差[m]。

2.如权利要求1所述的压粉磁芯，其中，

所述软磁性金属粉末为水雾化纯铁粉末。

3.一种压粉磁芯的制造方法，所述压粉磁芯由表面被绝缘被膜覆盖了的软磁性金属粉末构成，

通过将下述的数式2所示的所述软磁性金属粉末的单一粒径当量直径d_S设定为210μm以下，从而使涡电流损耗We小于150W/kg，

【数式2】

$d_S=\sqrt{{d_{\mathrm{MN}}}^2+{5\mathrm{\σ}}^2+\frac{{2\mathrm{\σ}}^2{d_{\mathrm{MN}}}^2}{{d_{\mathrm{MN}}}^2+{3\mathrm{\σ}}^2}},$

d_S：软磁性金属粉末的单一粒径当量直径[m]，

d_MN：软磁性金属粉末的个数平均粒径[m]，

σ：软磁性金属粉末的粒径的标准偏差[m]。

4.如权利要求3所述的压粉磁芯的制造方法，其中，

所述软磁性金属粉末为水雾化纯铁粉末。

5.如权利要求3或4所述的压粉磁芯的制造方法，其中，

在将所述软磁性金属粉末压缩成形后，实施退火处理。

6.一种压粉磁芯的涡电流损耗的推定方法，所述压粉磁芯由表面被绝缘被膜覆盖了的软磁性金属粉末构成，

根据下述的数式3所示的所述软磁性金属粉末的单一粒径当量直径dS，来推定下述的数式4所示的涡电流损耗We，

【数式3】

$d_S=\sqrt{{d_{\mathrm{MN}}}^2+{5\mathrm{\σ}}^2+\frac{{2\mathrm{\σ}}^2{d_{\mathrm{MN}}}^2}{{d_{\mathrm{MN}}}^2+{3\mathrm{\σ}}^2}},$

d_S：软磁性金属粉末的单一粒径当量直径[m]，

d_MN：软磁性金属粉末的个数平均粒径[m]，

σ：软磁性金属粉末的粒径的标准偏差[m]，

【数式4】

$\mathrm{We}=\frac{\mathrm{\α}}{\mathrm{\ρ}\×D}\×{\mathrm{Bn}}^2\×f^2\×{d_S}^2,$

We：涡电流损耗[W/kg]，

ρ：软磁性金属粉末的电阻率[Ω·m]，

D：密度[g/cm³]，

Bm：励磁磁通密度[T]，

f：频率[Hz]，

α：基于形状的系数。