压粉材料及旋转电机制造技术

本发明专利技术的实施方式的压粉材料是具备多个扁平磁性金属粒子和夹杂相的压粉材料，所述扁平磁性金属粒子具有扁平面和包含选自由Fe、Co及Ni构成的组中的至少1个第一元素的磁性金属相，平均厚度为10nm～100μm，扁平面内的平均长度相对于厚度之比的平均值为5～10000，所述夹杂相存在于扁平磁性金属粒子之间，且包含选自由氧(O)、碳(C)、氮(N)及氟(F)构成的组中的至少1个第二元素，在压粉材料中，在相对于扁平面垂直的规定的截面中，在扁平磁性金属粒子的扁平面与和扁平面相接的夹杂相的边界部包含空隙部位，相对于扁平面的长度的空隙部位的长度的比率为20％以下。度的比率为20％以下。度的比率为20％以下。

【技术实现步骤摘要】
压粉材料及旋转电机
[0001]关联申请的引用
[0002]本申请以日本专利申请2020-047333(申请日：2020年3月18日)作为基础，由该申请享有优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请的全部内容。


[0003]本专利技术的实施方式涉及磁性材料及旋转电机。

技术介绍

[0004]目前，软磁性材料被应用于旋转电机(例如电动机、发电机等)、变压器、感应器、变换器、磁性油墨、天线装置等各种系统、设备的部件，是非常重要的材料。在这些部件中，由于利用软磁性材料所具有的导磁率实部(相对导磁率实部)μ
’
，所以在实际使用的情况下，优选对照利用频带来控制μ
’
。另外，为了实现高效率的系统，优选制成尽可能低损耗的材料。即，优选尽可能减小导磁率虚部(相对导磁率虚部)μ”(相当于损耗)。关于损耗，损耗系数tanδ(＝μ”/μ
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100(％))成为一个标准，μ”相对于μ
’
越小，则损耗系数tanδ变得越小，从而优选。因此，优选减小实际的动作条件下的铁损，即，优选尽可能减小涡流损耗、磁滞损耗、强磁性共振损耗、剩余损耗(其他的损耗)。为了减小涡流损耗，增大电阻、或减小金属部的尺寸、或将磁畴结构细分化是有效的。为了减小磁滞损耗，减小顽磁力或增大饱和磁化是有效的。为了减小强磁性共振损耗，通过增大材料的各向异性磁场而将强磁性共振频率高频化是有效的。另外，近年来，由于处理大功率的电力的需求提高，所以特别是要求在高电流、高电压等对材料施加的有效的磁场大的动作条件下损耗小。因此，为了不引起磁饱和，软磁性材料的饱和磁化优选尽可能大。进而，近年来，由于通过高频化而能够实现仪器的小型化，所以系统、设备仪器的利用频带的高频带化进展，开发在高频下具备高导磁率和低损耗、特性优异的磁性材料成为当务之急。
[0005]另外，近年来，由于相对于节能问题、环境问题的意识提高，所以要求尽可能提高系统的效率。特别是电动机系统由于承担着社会上大部分的电力消耗，所以电动机的高效率化是非常重要的。其中，构成电动机的芯等由软磁性材料构成，要求尽可能增大软磁性材料的导磁率或饱和磁化、或尽可能减小损耗。另外，在电动机的一部分中使用的磁性楔(磁性楔)中要求尽可能减小损耗。需要说明的是，在使用了变换器的系统中也有同样的要求。在电动机或变换器等中，在要求高效率化的同时对小型化的要求也大。为了实现小型化，尽可能增大软磁性材料的导磁率、饱和磁化是重要的。另外，为了防止磁饱和，尽可能增大饱和磁化也是重要的。进而，想要将系统的动作频率高频化的需求也大，要求开发在高频带下低损耗的材料。
[0006]另外，具有高导磁率和低损耗的软磁性材料还被用于电感元件或天线装置等中，其中，特别是近年来，关于在功率半导体中使用的功率电感元件中的应用受到关注。近年来，正在积极地倡导节能、环境保护的重要性，要求削减CO2排放量和降低对化石燃料的依赖度。其结果是，正在极力开展代替汽油汽车的电动汽车或混合动力汽车的开发。另外，太
阳能发电和风力发电这样的自然能的利用技术被称为节能社会的关键技术，先进各国正在积极地开展自然能的利用技术的开发。进而，作为对环境友好的省电系统，正在积极地提唱构筑用智能电网控制通过太阳能发电、风力发电等发电的电力、并对家庭内或办公室、工场以高效率供需的家庭能源管理系统(HEMS，Home Energy Management System)、建筑和能源管理系统(BEMS，Buildingand Energy Management System)的重要性。在这样的节能化的潮流中，功率半导体承担着重要的作用。功率半导体是以高效率控制高电力、能量的半导体，除了绝缘栅双极型晶体管(IGBT，insulated gate bipolar transistor)、MOSFET、功率双极型晶体管、功率二极管等功率个别半导体以外，还包含线性稳压器、开关稳压器等的电源电路、进而用于控制它们的功率管理用逻辑LSI等。功率半导体被广泛地用于家电、电脑、汽车、铁道等所有的仪器中，由于能够期待这些应用仪器的普及扩大、进而功率半导体在这些仪器中的搭载比率扩大，所以今后的功率半导体被预测大的市场成长。例如在许多家电中搭载的逆变器中，可以说基本上都使用功率半导体，由此能够实现大幅的节能。关于功率半导体，目前，Si是主流，但为了进一步的高效率化、仪器的小型化，认为利用SiC、GaN是有效的。SiC、GaN与Si相比，由于带隙、绝缘击穿电场大，能够提高耐压，所以能够减薄元件。因此，能够降低半导体的通态电阻，对低损耗化、高效率化是有效的。另外，SiC、GaN由于载流子迁移率高，所以能够将开关频率高频化，对元件的小型化变得有效。进而，特别是就SiC而言，由于与Si相比热导率高，所以放热能力高，能够进行高温动作，能够将冷却机构简化，对小型化变得有效。从以上的观点出发，正在极力进行SiC、GaN功率半导体的开发。但是，为了实现其开发，与功率半导体一起使用的功率感应器元件的开发、即高导磁率软磁性材料(高导磁率和低损耗)的开发是不可或缺的。此时，作为对磁性材料要求的特性，驱动频带下的高导磁率、低磁损耗当然优选，还优选能够应对大电流的高饱和磁化。在饱和磁化高的情况下，即使施加高磁场，也不易引起磁饱和，能够抑制有效的电感值的降低。由此，设备的直流重叠特性提高，系统的效率提高。
[0007]另外，在高频下具有高导磁率和低损耗的磁性材料还被期待在天线装置等高频通信仪器的设备中的应用。作为天线的小型化、省电化的方法，有以高导磁率(高导磁率和低损耗)的绝缘基板作为天线基板、并将从天线到达至通信仪器内的电子部件或基板的电波卷入而使电波不到达至电子部件或基板地进行收发信号的方法。由此，变得能够实现天线的小型化和省电化，同时还能够将天线的共振频率宽频带化，从而优选。
[0008]需要说明的是，作为在组装入上述各个系统、设备中时要求的其他特性，还可列举出高的热稳定性、高强度、高韧性等。另外，为了适用于复杂的形状，与板或带的形状相比，更优选压粉体。然而，已知一般若制成压粉体，则在饱和磁化、导磁率、损耗、强度、韧性、硬度等方面特性劣化，优选特性的提高。
[0009]接着，对于现有的软磁性材料，对其种类和问题进行说明。
[0010]作为10kH以下的系统用的现有的软磁性材料，可列举出硅钢板(FeSi)。硅钢板历史悠久，是大部分处理大电力的旋转电机、变换器的芯材料中采用的材料。从无取向硅钢板向取向性硅钢板谋求高特性化，与发现当初相比正在进步，但是近年来特性改善成为最大限度。作为特性，同时满足高饱和磁化、高导磁率、低损耗是特别重要的。社会上，超过硅钢板的材料的研究以无定型系、纳米晶系的组成为中心正在积极地进行，在所有方面超过硅钢板的材料组成尚未被找到。另外还进行了能够适用于复杂形状的压粉体的研究，关于压
粉体，与板或带相比，具有特性差的缺点。
[0011]作为10kHz～100kHz的系统用的现有的软磁性材料，可列举出铁硅铝磁合金(Fe-Si-Al本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压粉材料，其是具备多个扁平磁性金属粒子和夹杂相的压粉材料，所述扁平磁性金属粒子具有扁平面和包含选自由Fe、Co及Ni构成的组中的至少1个第一元素的磁性金属相，平均厚度为10nm～100μm，所述扁平面内的平均长度相对于厚度之比的平均值为5～10000，所述夹杂相存在于所述扁平磁性金属粒子之间，且包含选自由氧(O)、碳(C)、氮(N)及氟(F)构成的组中的至少1个第二元素，在所述压粉材料中，在相对于所述扁平面垂直的规定的截面中，在扁平磁性金属粒子的所述扁平面与和所述扁平面相接的所述夹杂相的边界部包含空隙部位，相对于所述扁平面的长度的所述空隙部位的长度的比率为20％以下。2.根据权利要求1所述的压粉材料，其中，在所述压粉材料所具有的平面内具有因方向而引起的顽磁力差。3.根据权利要求1所述的压粉材料，其中，所述扁平磁性金...

【专利技术属性】
技术研发人员：真田直幸，末纲伦浩，木内宏彰，堀田康之，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：