CN111295725A - 磁性材料、使用其的叠层磁性材料、叠层组件和叠层磁芯以及磁性材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供饱和磁通密度优异的赋予了粘接剂的磁性材料、叠层磁性材料和叠层磁芯。磁性材料具有:软磁性非晶态合金带(1);和树脂层(2),其配置于上述软磁性非晶态合金带的至少一个表面,上述树脂层包含肖氏D硬度为60以下的树脂。树脂也可以具有25以下的肖氏D硬度,还可以具有1以上的肖氏D硬度。
Description
技术领域
本申请涉及磁性材料、叠层磁性材料、叠层组件和变压器用等的叠层磁芯以及磁性材料的制造方法。
背景技术
非晶态合金带被叠层或卷绕而用于变压器的磁芯等。为了处理的便利性,有时将多片叠层而用作部件,例如专利文献1所公开,已知有为了叠层而赋予粘接剂的磁性材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2002-151316号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明提供防止磁通密度降低的特性优异的、赋予了粘接剂的磁性材料、使用了该磁性材料的叠层磁性材料、叠层组件和叠层磁芯以及磁性材料的制造方法。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的磁性材料具有:软磁性非晶态合金带;和树脂层,其配置于上述软磁性非晶态合金带的至少一个表面,作为用于上述树脂层的树脂,使用肖氏D硬度为60以下的树脂。
作为用于上述树脂层的树脂,优选使用肖氏D硬度为25以下的树脂。另外,作为用于上述树脂层的树脂,优选使用肖氏D硬度为1以上的树脂。
另外,上述树脂可以含有聚酯树脂作为主要成分。
另外,上述树脂可以还含有聚苯乙烯树脂。
另外,上述树脂可以以相对于上述聚酯树脂为1质量%以上的比例含有上述聚苯乙烯树脂。
另外,上述磁性材料可以具有1.48T以上的磁通密度(B80)。
另外,上述树脂层可以具有0.5μm以上1.45μm以下的厚度。
另外,上述软磁性非晶态合金带可以具有10μm以上50μm以下的厚度。
上述软磁性非晶态合金带可以是具有如下组成的合金,该组成为:将Fe、Si、B的合计量设为100原子%时,Si为0原子%以上10原子%以下,B为10原子%以上20原子%以下。
本发明的叠层磁性材料叠层有多个上述任一处所述的磁性材料。
本发明的叠层磁芯卷绕或叠层有上述任一处所述的磁性材料。
本发明的叠层磁芯叠层有叠层磁性材料和至少一个电磁钢板,该叠层磁性材料叠层有多个上述任一处所述的磁性材料。
在上述叠层磁性材料与上述至少一个电磁钢板之间还可以具有含有肖氏D硬度为60以下的树脂的树脂层。
本发明的叠层组件包含:叠层有多个上述记载的磁性材料的叠层磁性材料;和配置于上述叠层磁性材料的叠层方向上的端面的至少一部分的至少一个电磁钢板。
在上述电磁钢板与上述叠层磁性材料之间还可以具有含有肖氏D硬度为60以下的树脂的树脂层。
本发明的磁性材料的制造方法,准备软磁性非晶态合金带,向上述软磁性非晶态合金带的至少一个表面涂布含有肖氏D硬度为60以下的树脂和溶剂的粘接剂。
上述树脂可以含有聚酯树脂作为主要成分。
上述树脂可以还含有相对于上述聚酯树脂为1质量%以上的聚苯乙烯树脂。
上述树脂可以具有30℃以下的玻璃化转变温度。
发明效果
根据本发明,通过在软磁性非晶态合金带的至少一个表面形成使用了肖氏D硬度为60以下的树脂的树脂层,能够得到具有优异的磁通密度的磁性材料、叠层磁性材料、叠层磁芯、叠层组件。
附图说明
图1是表示磁性材料的实施方式的一例的立体图。
图2是表示叠层磁性材料的实施方式的一例的立体图。
图3中,(A)、(B)是表示叠层磁芯的实施方式的一例的立体图。
图4是表示肖氏D硬度的值与磁通密度B80的关系的图。
图5是表示树脂层的厚度与磁通密度B80的关系的图。
图6是表示树脂层的厚度与矫顽力Hc的关系的图。
图7是表示聚苯乙烯树脂的添加量与磁特性(B80、Br、Hc)的关系的图。
图8是表示具有以聚酯树脂作为主要成分的树脂层的磁性材料的直流磁特性的图。
图9是表示具有以聚乙烯树脂作为主要成分的树脂层的磁性材料的直流磁特性的图。
图10是表示另一叠层磁芯的实施方式的一例的立体图。
图11A是表示形成叠层磁芯的奇数层的四角环结构的俯视图。
图11B是表示形成叠层磁芯的偶数层的四角环结构的俯视图。
图12是表示叠层组件的实施方式的一例的立体图。
图13中,(A)是图12的概略俯视图,(B)是图12的概略侧视图。
图14是表示将图12的叠层组件连接多个而成的形态的概略侧视图。
图15是表示叠层组件的实施方式的其他例的立体图。
图16中,(A)是图15的概略俯视图,(B)是图15的概略侧视图。
图17是表示将图15的叠层组件与另一叠层组件连接而成的形态的概略侧视图。
图18中,(A)是叠层组件的实施方式的其他例的概略俯视图,(B)是(A)的概略侧视图。
图19是表示将图18的叠层组件连接多个而成的形态的概略侧视图。
图20中,(A)是叠层组件的实施方式的其他例的概略俯视图,(B)是(A)的概略侧视图。
图21是表示将图20的叠层组件连接多个而成的形态的概略侧视图。
图22是用于说明将接合了四个叠层组件的两种四角环交替重叠而形成叠层磁芯的情况的概略说明图。
图23是表示将接合部设为阶梯接缝结构时适合的叠层组件的一例的图,(A)是将叠层组件载置于水平的机面,从叠层方向上方观察叠层组件时的俯视图,(B)是从侧部观察(A)时的侧视图。
图24是表示将四个叠层组件的接合部制成阶梯接缝结构并接合而得到的叠层磁芯的俯视图。
图25是用于说明接合部的阶梯接缝结构的概略截面图。
图26是表示叠层组件的实施方式的其他例的立体图。
具体实施方式
本申请发明人详细研究了专利文献1所公开的赋予了粘接剂的磁性材料。已知非晶态合金带的磁致伸缩较大。因此,在层间涂布粘接剂而制造叠层体时,由于在粘接剂固化时体积减少,并且在加热进行粘接的情况下具有非晶态合金带与粘接剂的热膨胀系数的差,因此成为粘接剂相对于非晶态合金带主要向面内方向赋予压缩应力的状态。其结果,引起施加规定的磁场时的磁通密度降低的现象。如果施加规定的磁场时的磁通密度降低,则在励磁交流磁芯时产生的噪声会变大。
该压缩应力根据构成粘接剂的树脂的种类不同而不同。即,可知根据用于叠层的树脂层的种类,磁特性、特别是磁通密度B80可大幅不同。基于该见解,本申请发明人发现新型的磁性材料。
此外,B80表示在80A/m的磁场下磁化时的磁通密度(T)。另外,后述的Br表示在80A/m的磁场下磁化之后、使磁场变成0A/m时的剩余磁通密度(T)。
以下,详细地说明本发明的磁性材料、叠层磁性材料、叠层磁芯、叠层组件以及磁性材料的制造方法的实施方式。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的磁性材料的一个实施方式的示意立体图。此外,图中的形态是示意性地表示的形态,未必与实际的尺寸一致。本发明的磁性材料11具有软磁性非晶态合金带1和配置于软磁性非晶态合金带1的至少一个表面的树脂层2。磁性材料11优选具有1.48T以上的磁通密度B80。软磁性非晶态合金带1能够从具有适于电力配电用、变压器用的芯(磁芯)和电子·电气回路用的磁芯的各种组成的软磁性非晶态合金带中选择。
例如,软磁性非晶态合金带1具有如下组成:在将Fe、Si和B的合计量设为100原子%时,Si为0原子%以上10原子%以下,B为10原子%以上20原子%以下,Fe占据剩余部分。如果Si量和B量偏离该范围,则通过辊冷却制造时难以形成非晶态合金,或者量产性容易降低。作为添加物或不可避免的杂质,可以含有Mn、S、C、Al等Fe、Si和B以外的元素。软磁性非晶态合金带1优选具有上述的组成,为不具有结晶结构的非晶态(非晶质)。此外,Si量优选为3原子%以上10原子%以下。另外,B量优选为10原子%以上15原子%以下。另外,就Fe量而言,为了得到较高的B80,优选设为78原子%以上,进一步优选设为79.5原子%以上,进一步优选设为80原子%以上,进一步优选设为81原子%以上。此外,软磁性非晶态合金带1能够含有添加物或不可避免的杂质,但Fe、Si和B的比例优选为95质量%以上,进一步更优选为98质量%以上。另外,也可以将Fe的低于50%原子利用Co或Ni置换。
软磁性非晶态合金带1具有较薄的带(条)形状或从带切断的规定的形状。图1表示切断的规定的形状的一例。在软磁性非晶态合金带1具有带形状的情况下,软磁性非晶态合金带1可以卷绕成卷(coil)状。此外,在带形状的情况下,能够根据使用目的切断使用。
软磁性非晶态合金带1的宽度没有特别限定,例如能够设为100mm以上。当带的宽度为100mm以上时,能够适当制作实用的变压器。带的宽度更优选为125mm以上。另一方面,带的宽度的上限没有特别限定,例如当宽度超过300mm时,有时得不到宽度方向上厚度均匀的带,其结果,形状不均匀,因此存在局部脆化或磁通密度B80降低的可能性。带的宽度更优选为275mm以下。
软磁性非晶态合金带1的厚度优选为10μm以上50μm以下。当厚度低于10μm时,具有软磁性非晶态合金带1的机械强度变得不充分的倾向。厚度更优选为15μm以上,进而更优选为20μm以上。另一方面,当带的厚度超过50μm时,存在难以稳定地得到非晶相的倾向。厚度更优选为35μm以下,进而更优选为30μm以下。
软磁性非晶态合金带1没有源自结晶结构的各向异性,且不存在妨碍磁壁的移动的晶界,因此具有为高磁通密度且高导磁率、低损失优异的软磁特性。另外,优选单独的软磁性非晶态合金带1具有1.48T以上的磁通密度B80。
非晶态合金带1的表面粗糙度优选以基于JIS B0601-2001测定的算术平均粗糙度Ra计为0.20μm~0.50μm的范围,更优选为0.20μm~0.40μm的范围。
当表面粗糙度Ra为0.20μm以上时,在确保叠层非晶态合金带时的层间绝缘的观点上是有利的。表面粗糙度Ra为0.40μm以下时,在提高叠层磁芯的占空系数的方面上是有利的。
另外,本发明的磁性材料具有能够抑制得到的磁性材料的矫顽力的增大的次要效果。能够抑制矫顽力的增加所导致的磁芯损耗的增大,因此,确保了相对于其他软磁性材料的竞争优越性。
软磁性非晶态合金带1能够通过各种公知的方法制造。例如,通过如下方法得到:准备具有上述的组成的合金熔液,向冷却辊表面喷出合金熔液,由此在冷却辊的表面形成合金熔液的膜,将形成于表面的非晶态合金带通过剥离气体的吹附而从冷却辊的表面剥离,利用卷取辊卷取成卷(roll)状。
树脂层2配置于软磁性非晶态合金带1的两个主面1a、1b中的至少一个表面。图1中,在主面1a配置有树脂层2。树脂层2使用具有60以下的肖氏D硬度的树脂形成。树脂层2用于与其他磁性材料的接合,因此,树脂优选为热塑性树脂。本发明中,肖氏D硬度是D型硬度计硬度(durometer hardness)。硬度计硬度是使用硬度计硬度试验机,将D型的形状的压针以限定的弹簧的力压到试验片表面,根据此时的压针的压入深度得到的硬度,是指通过JISK6253所限定的试验方法测定的值。如果树脂的肖氏D硬度为60以下,则相对于不使用树脂层进行叠层而得到的叠层磁性材料,能够得到具有90%以上的B80的叠层磁性材料。
肖氏D硬度的上限优选设为40,进一步优选设为30,进一步优选设为25。肖氏D硬度的下限优选设为1,进一步优选设为3,进一步优选设为10,进一步优选设为15。通过使用肖氏D硬度为这些范围的树脂,能够得到具有更高的B80的叠层磁性材料。
包含于树脂层2的树脂的肖氏D硬度在磁性材料11的状态下难以进行精确的测定。本申请说明书中,包含于树脂层2的树脂的肖氏D硬度是指根据上述的试验方法在配置于软磁性非晶态合金带1之前的单独状态下测定的值,即作为树脂的物性的值。也就是说,树脂层2包含树脂,该树脂作为以单独状态测定的物性值具有60以下的肖氏D硬度。
树脂层2通过在软磁性非晶态合金带的至少一个表面配置层状的树脂而形成。为了形成树脂层2,通过如下方法形成,具体而言,制作含有树脂和溶剂的粘接剂,涂布该粘接剂,然后蒸发溶剂。使用的树脂如上所述,使用肖氏D硬度为60以下的树脂。该树脂与溶剂等混合而成的粘接剂的肖氏D硬度优选的范围也与上述同样。另外,如后所述,树脂可以含有聚酯树脂作为主要成分。另外,树脂还可以含有相对于聚酯树脂为1质量%以上的聚苯乙烯树脂。如后所述,树脂能够使用玻璃化转变温度为30℃以下的树脂。
树脂层2优选粘接于软磁性非晶态合金带1的主面1a、1b的至少一个表面,以便不容易剥离。树脂层2可以分别配置于软磁性非晶态合金带1的两个主面1a、1b。树脂层的形成方法能够采用将上述的粘接剂利用喷雾器或涂布机进行涂布等已知的方法。树脂层2可以配置于主面1a、1b的整体,也可以在主面1a、1b上以条纹状、点状等、包含配置树脂层2的区域和不配置树脂层2的区域的规定图案进行设置。
在叠层规定形状的磁性材料11之后或者在将磁性材料11卷绕成卷状之后,一边加压一边施加热,使树脂层2软化(热压接)。由此,树脂层2的主面2a与磁性材料11的其他部分或其他的软磁性非晶态合金带1的主面1b接触,在该状态下冷却直到树脂层固化,由此,将叠层或卷绕有树脂层2的磁性材料11的软磁性非晶态合金带1相互接合。此外,规定的形状的磁性材料11可以是将软磁性非晶态合金带切断成规定形状之后,形成树脂层而得到的材料,也可以是在带状的软磁性非晶态合金带上形成树脂层后,切断成规定形状而得到的材料。
在此次的研究中,本发明人发现:通过磁性材料11的叠层或卷绕而得到的叠层磁性材料和叠层磁芯中,即使树脂层2的厚度相同,如果使用的树脂或形成的树脂层2的肖氏D硬度不同,则磁通密度发生变化。具体而言,可知使用的树脂或形成的树脂层2的肖氏D硬度越大,叠层磁性材料和叠层磁芯的磁通密度越小。详细原因不明确,但推测为以下的原因。即,使树脂层2软化并将相邻的两个软磁性非晶态合金带1接合时,因热引起树脂层2和软磁性非晶态合金带1的膨胀/收缩,结果,软磁性非晶态合金带1从树脂层2受到应力。树脂层2的肖氏D硬度越大,该应力也越大。因此,非晶态合金的磁致伸缩较大,因此,认为通过该应力赋予不期望的磁各向异性,磁通密度降低。
如以下所说明的,如果使用的树脂或形成的树脂层2的肖氏D硬度为60以下,则由磁性材料11得到的叠层磁性材料或叠层磁芯相对于不包含树脂层2且仅使软磁性非晶态合金带叠层或卷绕而成的材料,能够得到90%以上、进而93%以上的磁通密度B80。也就是说,能够抑制叠层且固着引起的磁通密度B80的降低。通常已知非晶态合金的磁致伸缩较大,特别是Fe基的非晶态合金的磁致伸缩大为约30ppm,因此,应力感受性极高,即使略微的应力,该磁通密度也劣化。因此,将树脂涂布叠层并固着之后,磁通密度B80比未涂布树脂的情况降低。当B80降低时,噪声变大。使用的树脂或形成的树脂层2的肖氏D硬度越小,由磁性材料11得到的叠层磁性材料和叠层磁芯的磁通密度B80越容易变大(能够抑制B80的降低)。因此,在要求较高的磁通密度B80的情况下,使用的树脂或形成的树脂层2的肖氏D硬度越小越好。肖氏D硬度的下限值没有特别限定,当肖氏D硬度过小时,有时B80变小。另外,有时得不到作为粘接剂的充分强度。因此,使用的树脂或形成的树脂层2的肖氏D硬度优选为1以上。
另外,使用的树脂优选具有30℃以下的玻璃化转变温度。由此,能够得到B80较高的叠层磁性材料。其原因推测为,如果玻璃化转变温度为30℃以下,则即使在热压接后冷却至室温,也不会引起玻璃化转变,树脂层2保持为柔软的状态,能够抑制应力。
树脂层2的厚度优选满足0.5μm以上1.45μm以下。树脂层较厚时,赋予软磁性非晶态合金带的应力变大,因此叠层磁性材料和叠层磁芯的磁通密度B80容易降低。另外,由磁性材料11得到的叠层磁性材料和叠层磁芯中能够使用的有效的磁通密度利用软磁性非晶态合金带1的占空系数和饱和磁通密度的积表示。为了提高叠层磁性材料和磁芯中磁性材料11所占的体积分率,树脂层2也不能太厚。由于这些原因,树脂层的厚度优选设为1.45μm以下。另一方面,当树脂层2过薄时,有可能不能充分得到粘接强度。因此,树脂层的厚度优选设为0.5μm以上。树脂层的厚度的上限优选设为1.40μm,进一步优选设为1.3μm。另外,树脂层的厚度的下限优选设为0.7μm,进一步优选设为1.0μm。在软磁性非晶态合金带1的主面1a和主面1b两者设置树脂层2的情况下,优选主面1a的树脂层2与主面1b的树脂层2的合计的厚度为上述的范围内。另外,在不需要正面和背面的区别的观点上,主面1a的树脂层2和主面1b的树脂层2优选具有相同的厚度。
使用的树脂或树脂层2只要具有上述的范围的肖氏D硬度,可以含有任意的高分子作为主要成分。树脂层2的肖氏D硬度以作为主要成分含有的高分子树脂所具有的肖氏D硬度决定。高分子树脂具有的肖氏D硬度可以根据高分子的重复单元的化学结构、高分子的分子量、交联的比例等调整。例如,聚酯树脂是可以作为主要成分(树脂成分中所占的质量比例最高的成分)适当使用的高分子树脂的例子,通过调节化学结构或分子量等,能够具有3~80左右的肖氏D硬度。除此之外,聚酰亚胺树脂、聚乙烯树脂、丁腈橡胶、环氧树脂、改性烯烃树脂等也能够用作树脂层2的主要成分。树脂优选为涂布·干燥后的磁性材料的磁通密度B80较大,涂布·干燥后的树脂层的露出面的粘合性极小,且通过赋予热而再表现粘合性的树脂。作为具有这些特性的树脂,特别优选为上述的树脂中、以聚酯树脂作为主要成分的树脂。
使用的树脂或树脂层2除了上述的主要成分之外,还可以含有副成分和/或不可避免的杂质。例如,树脂层2可以含有三聚氰胺等交联剂作为副成分。另外,树脂层2可以含有聚苯乙烯作为副成分。例如,在卷取成卷状的状态或叠层的状态下保管磁性材料11的情况下,即使热压接之前,有时磁性材料11相互附着、不容易分离。在这种情况下,使用的树脂或树脂层2可以含有例如聚苯乙烯树脂作为副成分。由此能够抑制热压接之前的树脂层2的主面的粘合性(粘性)。
特别是在使用的树脂或树脂层的主要成分为聚酯树脂的情况下,树脂或树脂层优选含有聚苯乙烯树脂作为副成分。与使用聚硅氧烷等副成分的情况相比,容易抑制磁性材料11彼此的粘接强度降低,并且能够抑制热压接之前的粘合性。
例如,聚苯乙烯树脂的含量相对于聚酯树脂可以设为1质量%以上的比例。聚苯乙烯树脂的比重比较小,因此,制作磁性材料11时,集中于树脂层2的主面2a附近。聚苯乙烯树脂相对于碳的主链,仅将氢包含于侧链,因此极性较小。因此,通过位于树脂层2的主面2a,能够抑制树脂层2的主面2a的粘合性。在聚苯乙烯树脂相对于聚酯树脂的量低于1质量%的情况下,粘合性的抑制效果不充分。聚苯乙烯树脂的量的下限值优选为3质量%以上,进一步优选为6质量%以上。另外,聚苯乙烯树脂只要为比聚酯树脂的量少的范围即可,但在相对于聚酯树脂而超过30质量%的情况下,B80容易降低。如果为30质量%以下,则能够得到例如得到的叠层磁性材料相对于未使用树脂层的叠层磁性材料的B80为93%以上的材料。聚苯乙烯树脂的量的上限值优选为25质量%,进一步优选为20质量%,进一步优选为15质量%。此外,就聚酯树脂和聚苯乙烯树脂的含量而言,能够将树脂层溶解于适当的溶剂中,并通过气相色谱法或IR分析(红外分光法分析:infrared spectroscopy)算出。例如,IR分析中,在分析混合了聚苯乙烯树脂和聚酯树脂的两种的树脂的情况下,以频率为1510cm-1和1370cm-1的谱图的强度比(1510cm-1/1370cm-1)为基础,能够算出聚苯乙烯树脂的含量。
对磁性材料11的制造方法进行说明。磁性材料11能够通过在软磁性非晶态合金带1配置树脂层2而制作。具体而言,能够通过如下的方法得到:准备软磁性非晶态合金带1,向软磁性非晶态合金带1的至少一个表面涂布含有肖氏D硬度为60以下的树脂和溶剂的粘接剂。优选在涂布后使溶剂的至少一部分蒸发。
首先,准备具有上述的组成的软磁性非晶态合金带1。软磁性非晶态合金带1可以具有卷取成卷状的长条形状,也可以切断成规定的形状。
接着,对树脂的涂布进行说明。使树脂的主要成分和根据需要准备的副成分溶解于乙酸乙酯、甲苯、甲乙酮等适当的溶剂中,得到热塑性的粘接剂。只要能够形成均匀的树脂层2,主要成分和副成分可以不完全溶解于溶剂而分散。主要成分和副成分与溶剂的比例能够以成为适于将粘接剂配置于软磁性非晶态合金带1上的浓度的方式进行调整。利用涂布机等将制备的粘接剂涂布于软磁性非晶态合金带1。
涂布粘接剂后,使溶剂从粘接剂蒸发。例如以80℃以上200℃以下的温度,将涂布有粘接剂的软磁性非晶态合金带1加热1分钟以上30分钟以下的时间,使溶剂蒸发。由此,从粘接剂除去溶剂,树脂被涂布于软磁性非晶态合金带1的主面1a。由此,能够得到配置有树脂层2的磁性材料11。
在蒸发了溶剂的状态下,树脂层2通过较弱的力粘接于软磁性非晶态合金带1的主面1a。
根据磁性材料11,在软磁性非晶态合金带1的至少一个表面设置有涂布肖氏D硬度为60以下的树脂而形成的树脂层2,因此,在叠层或卷绕磁性材料11且通过热压接得到叠层磁性材料或磁芯的情况下,相对于没有树脂层2的情况,能够得到90%以上、进而93%以上的较高的磁通密度B80。另外,树脂层2含有聚苯乙烯树脂作为副成分,由此,在热压接前大部分没有表面的粘接性,能够实现操作性优异的磁性材料11。
(第二实施方式)
图2是表示本发明的叠层磁性材料的一个实施方式的示意性立体图。本发明的叠层磁性材料12具有多个软磁性非晶态合金带1和配置于多个软磁性非晶态合金带1之间的树脂层2。
叠层磁性材料12通过将具有长方形状的第一实施方式的磁性材料11叠层多个并进行热压接而制作。热压接能够采用如下的(热压接)方式,例如,在叠层方向上,一边利用冲压机施加0.1MPa以上0.4MPa以下的压力,一边以80℃以上200℃以下的温度将叠层体保持1分钟以上15分钟以下的时间。由此,树脂层2软化,并进入软磁性非晶态合金带1的主面1a和位于树脂层2上的另一磁性材料11的软磁性非晶态合金带1的主面1b的微小凹凸。然后,将叠层体冷却至室温,从冲压机取出,由此能够得到叠层磁性材料12。由此,能够得到多个磁性材料11叠层一体化而成的叠层磁性材料12。
然后,根据需要,也能够进行用于消除应力的退火处理。通过退火处理,缓和通过热压接对软磁性非晶态合金带1赋予的应变,因此能够降低磁芯损耗。退火处理可以对叠层磁性材料进行热处理,也可以对后述的叠层磁芯进行退火处理。退火处理的最高温度优选设为100℃以上200℃以下。如果为100℃以上,则能够充分地预期磁特性的提高效果。另外,如果为200℃以下,则能够抑制树脂层熔融。最高温度的下限进一步优选设为110℃。另外,在最高温度的热处理时间优选为0.1h以上20h以下。如果为0.1h以上,则能够充分预期磁特性的提高效果。另外,如果为20h以下,则能够抑制树脂层熔融,并且能够缩短制造时间。
另外,就软磁性非晶态合金带而言,以在薄带长度方向上具有易磁化方向的方式进行了热处理的带作为变压器用的带是有效的。作为用于得到这种软磁性非晶态合金带的方法,在进行热处理的情况下,例如,在张开架设的状态下进行热处理(张力退火)的方法、或在向薄带长度方向施加磁场的状态下进行热处理的方法、在一边张开架设一边向薄带长度方向施加磁场的状态下进行热处理的方法等是适合的。在实施了这种热处理的软磁性非晶态合金带上形成树脂层,构成磁性材料即可。
叠层磁性材料12中,相邻的一对软磁性非晶态合金带1利用位于之间的树脂层2进行粘接。树脂层2与各软磁性非晶态合金带1之间,与磁性材料11相比,通过机械结合更牢固地粘接。热压接时的保持温度与室温的温度差所导致的软磁性非晶态合金带1的收缩量和树脂层2的收缩量不同,软磁性非晶态合金带1能够从树脂层2受到应力。但是,树脂层2具有60以下的肖氏D硬度,赋予软磁性非晶态合金带1的应力比较小。因此,叠层磁性材料12中,能够抑制应力引起的磁特性的降低、特别是磁通密度的降低。因此,能够得到具有较高的磁通密度B80的叠层磁性材料12。
叠层磁性材料12能够通过例如使2~50片左右的软磁性非晶态合金带1叠层而构成,例如,能够适于用作角型变压器用磁芯的部件。
(第三实施方式)
图3是表示用于变压器用的本发明的叠层磁芯的一个实施方式的示意性立体图。图3(a)是以成为环状的方式将叠层磁性材料12组合四个而成的叠层磁芯13。此外,使叠层磁性材料12进一步在叠层方向上叠层多个,也能够用作该叠层磁芯的磁路。另外,图3(b)是将磁性材料11卷绕成卷状而成的叠层磁芯13。任意的叠层磁芯均由磁性材料11构成。卷绕的叠层磁芯13包含卷绕成卷状的软磁性非晶态合金带1和配置于卷绕的软磁性非晶态合金带1之间的树脂层2。
如第二实施方式所说明的,卷绕的叠层磁芯13通过热压接在软磁性非晶态合金带1与树脂层2的界面形成机械结合,软磁性非晶态合金带1的内侧的环和位于其外侧的环利用树脂层2接合。
叠层磁芯13中,软磁性非晶态合金带1利用包含60以下的肖氏D硬度的树脂的树脂层2进行粘接,因此,能够抑制应力所引起的磁通密度的降低。因此,叠层磁芯13具有较高的磁通密度B80。
(第四实施方式)
以下,对叠层磁芯的另一实施方式进行说明。
叠层磁芯的另一实施方式是将多个磁性材料和至少一个电磁钢板叠层而成的叠层磁芯。该实施方式中,叠层磁芯可以为使用在叠层磁性材料的叠层方向上的两个端面的至少一部分配置电磁钢板而成的叠层组件,并叠层多个叠层组件而成的磁芯。电磁钢板优选配置于叠层磁性材料的叠层方向上的两个端面各自的至少一部分,也可以配置于端面的大致整体。在此,叠层方向上的端面是指,叠层的多个磁性材料各自的主面中、位于最下和最上的表面,也就是上表面和下表面。
在磁性材料与电磁钢板、叠层磁性材料与电磁钢板之间也能够涂布肖氏D硬度为60以下的树脂而形成树脂层。然后,通过进行热压接,不仅磁性材料彼此而且磁性材料与电磁钢板、叠层磁性材料与电磁钢板能够利用树脂层进行机械固定。由此,与叠层磁性材料的效果同样,能够得到具有较高的磁通密度B80的叠层组件和叠层磁芯。
另外,叠层磁芯的另一实施方式中,利用多个磁芯块构成闭合磁路的叠层磁芯。该磁芯块能够通过将多个叠层组件叠层而构成。
磁芯块在叠层磁芯的形状例如为四边形(正方形或矩形等)的情况下,是指构成四边形的四个边的结构部分,包含叠层多个叠层组件而成的叠层物利用夹具等暂时地约束固定的状态的磁芯块和利用树脂等固定的状态的磁芯块。
叠层磁芯的磁芯块使用多个叠层组件构成,因此不仅极薄的磁性材料的处理变得容易,而且任意的形状和大小的叠层磁芯的组装操作性也能够飞跃性地改善。也就是说,叠层磁芯将重叠了多个磁性材料的叠层磁性材料或在该叠层磁性材料的叠层方向上的端面的至少一部分配置电磁钢板而成的叠层组件设为一个单元进行组装。由此,能够适用于叠层磁芯所要求的任意的形状和大小,能够稳定地确保制造时的重叠精度和磁性材料所需要的强度。
另外,叠层组件也能够设为叠层磁性材料和电磁钢板在叠层面进行固定的结构。
此外,“叠层面”是指与叠层的多个非晶态合金带和电磁钢板的各厚度相当的侧面集合而形成的面。
作为固定叠层磁性材料和电磁钢板的具体结构,能够采用如下方法:利用在从叠层磁性材料到电磁钢板的叠层面涂布的树脂层(以下,称为叠层面树脂层)进行固定。
作为配置于叠层面的树脂层,能够使用环氧系树脂。叠层组件中的、形成叠层磁性材料的多个磁性材料和电磁钢板若只是重叠,则由于产生错位等而难以保持规定的形状,但通过使用环氧系树脂固定至少一部分,能够长期稳定地维持所期望的形状。
叠层磁芯优选为如下形态:如图24所示,闭合磁路通过四个磁芯块接合成四角环状而形成,在相互相邻的两个磁芯块间具有各个叠层组件的磁芯块的长度方向的端部相互接合的接合部,上述接合部在上述叠层组件的叠层磁性材料的端部相对于上述长度方向以倾斜角θ倾斜、且将上述叠层磁性材料在上述长度方向上错开地形成的台阶状的倾斜面相互接合。此外,具体的结构如后所述。
更优选为上述叠层磁性材料的端部的倾斜角θ相对于磁芯块的长度方向以30°~60°的倾斜角(即,相对于45°成-15°~+15°的偏差角)倾斜地形成的形态。
例如通过将四个叠层组件接合成四角环状,能够制作闭合磁路的磁芯块,但在叠层磁性材料的易磁化方向为长度方向,且叠层磁性材料为矩形状的情况下,关于叠层磁性材料的长度方向的端部,磁通一边向另一叠层磁性材料弯曲一边流通,因此,磁通向与易磁化方向不同的方向流通,铁损和视在功率容易增加。通过设为上述的实施方式,即使在磁芯块的角部分,也容易使流通的磁通的方向与叠层磁性材料的易磁化方向一致,因此,能够较低地抑制能量损耗。
叠层磁芯优选为如下形态,如图18、图19所示,在相互相邻的两个磁芯块间具有各个叠层组件在上述叠层方向上的端面相互接合的接合部,在上述接合部,一个磁芯块中的叠层组件的电磁钢板与另一个磁芯块中的叠层组件的电磁钢板进行相对配置而相接。
接合部中,两个磁芯块的端部处于相互重叠的状态,因此,一个磁芯块的电磁钢板与另一个磁芯块的电磁钢板为相互面对面的状态时,容易保持滑动性,磁芯块间的叠层组件的拔出和***变得容易,能够容易地进行叠层磁芯的组装或解体。
关于通常通过在冷轧和冷轧后形成表面被膜而制造的电磁钢板,其表面精度比通过液体骤冷法制作的非晶态合金带高,即表面粗糙度较小。
作为电磁钢板的表面粗糙度Ra与磁性材料的表面粗糙度Ra的差的绝对值,优选为0.4μm以下,更优选为0.2μm以下。当两者的表面粗糙度Ra的差的绝对值为0.2μm以下时,在能够提高叠层铁芯的占空系数的方面上是有利的。
本发明的实施方式的叠层磁芯中,叠层组件具有:两个叠层磁性材料;配置于两个叠层磁性材料的、相互相对侧的相反侧的各端面的两个第一电磁钢板;配置于上述两个叠层结构之间的第二电磁钢板,上述两个叠层磁性材料优选为如下结构:一个叠层磁性材料的长度方向的一端与另一个叠层磁性材料的长度方向的一端从上述长度方向上相互重合的位置沿着上述长度方向错开,上述两个叠层磁性材料以部分重合的状态配置。
这种方式中,厚度极薄的磁性材料的处理容易,且能够容易地进行叠层组件彼此的接合。另外,能够利用预先重叠的叠层组件制造磁芯块,因此,成为重叠精度优异、生产力也优异的磁芯块。
另外,配置于两个叠层磁性材料之间的第二电磁钢板可以利用可配置于与叠层组件的长度方向的总长相当的叠层磁性材料的表面整体的大小的一片电磁钢板构成,也可以使用可配置于两个叠层磁性材料各自的端面的整个面的大小的两片电磁钢板构成。
这些方式的叠层磁芯中,叠层磁性材料优选为配置于电磁钢板的宽度方向的表面整体的方式。叠层的多个磁性材料的、与长度方向正交的宽度方向(宽度)的长度为与电磁钢板的、与长度方向正交的宽边方向(宽度)的长度同等以上,因此,电磁钢板在叠层面不会突出,能够使叠层磁性材料的叠层面彼此紧密地接触等,处理变得容易,组装性提高。另外,叠层磁芯中的软磁性非晶态合金带的体积分率变高,能够更低地抑制能量损耗。
(实施例)
使用各种树脂材料形成树脂层并制作磁性材料,将该磁性材料叠层,制作叠层磁性材料,并说明测定特性的结果。另外,对使用了叠层组件的叠层磁芯的具体实施例进行说明。
(实施例和比较例1)
使用具有各种肖氏D硬度的聚酯树脂制作磁性材料,将该磁性材料叠层,制作叠层磁性材料,并测定磁通密度B80。
如下述表1所示,准备含有6种聚酯树脂a1、b2、b3、g1、h1、i1的粘接剂。各聚酯树脂的肖氏D硬度如表所示。另外,粘接剂中的聚酯树脂的浓度为30质量%,剩余部分为溶剂。
准备长度200mm、宽度25mm、厚度24.4μm的软磁性非晶态合金带。软磁性非晶态合金带的组成为:将Fe、Si、B设为100原子%时,Fe:82原子%,Si:4原子%,B:14原子%。此外,Cu、Mn等不可避免的杂质为0.5质量%以下。
将含有各聚酯树脂的粘接剂以4μm的厚度涂布于软磁性非晶态合金带,并以100℃保持,由此,使溶剂蒸发,得到磁性材料。然后,针对每个树脂制作4个磁性材料。然后,将4片形成有各聚酯树脂的树脂层的软磁性非晶态合金带(磁性材料)与1片未形成树脂层的软磁性非晶态合金带叠层,一边施加0.25MPa的压力一边以150℃保持5分钟进行热压接,使5片软磁性非晶态合金带叠层并一体化,制作叠层磁性材料。各个叠层磁性材料为试样A1、B2、B3、G1、H1、I1。
向制作的试样施加80A/m的磁场强度,并测定磁通密度B80。另外,制作将5个未形成树脂层的软磁性非晶态合金带通过自重叠层的试样C,并测定磁通密度B80。B80的测定使用了Metron技研公司制造的SK110。在表1中表示测定结果。另外,在图4中表示肖氏D硬度与B80的关系。
[表1]
由表1和图4可知,肖氏D硬度的值为20的试样H1的B80最高。未形成树脂层的试样C的B80为1.580,具有其90%以上的B80(1.422T以上)的试样可以在使用了肖氏D硬度为4~50的树脂的试样G1、H1、I1、A1、B2中得到。另外,使用了肖氏D硬度为20和25的树脂的试样H1、I1能够得到试样C的93%以上的B80(1.469T以上)。
此外,树脂在使用了玻璃化转变温度为30℃以下的树脂的情况下,能够得到B80较高的叠层磁性材料。
(实施例2)
将使用了肖氏D硬度为20(玻璃化转变温度4℃)的聚酯树脂(树脂h1)的粘接剂涂布于软磁性非晶态合金带,制作以各种厚度形成树脂层的磁性材料。然后,将该磁性材料叠层,制作叠层磁性材料,并测定磁通密度B80。将各试样中使用的磁性材料的树脂层的厚度表示在表2中。其以外与实施例1同样,制作试样,并进行测定。粘接性通过手指触摸端部进行评价。
表2表示制作的试样的树脂层的厚度和B80的值。另外,将评价形成叠层磁性材料时的粘接性的结果表示在表2中。图5表示树脂层的厚度与B80的关系,图6表示树脂层的厚度与Hc的关系。
[表2]
由表2和图5可知,当树脂层的厚度变大时,B80降低。这推测是,当树脂层变厚时,对软磁性非晶态合金带施加的应力增大,由此磁畴结构变化,赋予磁各向异性,从而磁通密度降低。另外,如果为1.3μm以下,则叠层磁芯的B80成为1.50以上,得到相对于不包含树脂层的叠层磁性材料为93%以上(94.9%)的磁通密度B80。此外,虽然表2和图5中未表示,但树脂层的厚度超过1.45μm时,有时叠层磁芯的B80低于1.40T(88.6%)。
另一方面,如上所述,树脂层的厚度越小,磁通密度B80越大,因此,树脂层的厚度越小越好。另外,由表2和图6可知,树脂层的厚度越小,矫顽力Hc越小,能够有助于磁芯损耗的降低,因此优选。但是,当树脂层的厚度过小时,有可能得不到充分的粘接性。如表2所示,如果厚度为1.08μm,则能够得到良好的粘接性,当厚度为0.92μm时,粘接性稍微降低。
(实施例3)
通过将聚苯乙烯树脂添加至树脂层,确认到粘性(粘合性)的改善的效果。以相对于肖氏D硬度20(玻璃化转变温度4℃)的聚酯树脂(树脂h1)成为表3所记载的含量的方式含有聚苯乙烯树脂,制作粘接剂。本实施例中,混合溶剂(乙酸乙酯)中的聚酯树脂的浓度为30质量%的聚酯溶液和溶剂(甲乙酮)中的聚苯乙烯树脂的浓度为53质量%的聚苯乙烯溶液,并以成为表3所示的聚苯乙烯树脂的含量的方式进行混合。具体而言,将聚酯溶液的质量设为A,将聚苯乙烯溶液的质量设为B,作为B×0.53/(A×0.30+B×0.53),试样E1为0质量%,试样E2为2.6质量%,试样E3为5.0质量%,试样E4为7.4质量%,试样E5为9.6质量%,试样E6为17.5质量%,试样E7为30.0质量%。
另外,本实施例中,准备3片具有与实施例1相同的尺寸的软磁性非晶态合金带,向两片的表面以厚度4μm涂布粘接剂。然后,以100℃干燥2~4分钟,形成树脂层,重叠两片软磁性非晶态合金带。另外,将未涂布粘接剂的软磁性非晶态合金带配置于树脂层上,得到试样E1~E7。
粘性的评价通过如下方式进行评价:在各试样中,在半径1cm的圆形区域配置2.5kg的载重,以室温(25℃)和60℃放置24小时之后,去除载重,剥下配置于最上方的软磁性非晶态合金带。
将结果表示在表3中。表3中,“良好”表示能够没有阻力地剥下软磁性非晶态合金带。另外,“可”表示具有阻力但能够剥下软磁性非晶态合金带。另外,“不可”表示难以剥下软磁性非晶态合金带。
[表3]
作为试样E1~E7的磁特性,测定B80、剩余磁通密度Br、矫顽力Hc。将结果表示在表3中。另外,图7表示聚苯乙烯的含量与这些磁特性的关系。
根据表3,不含聚苯乙烯树脂的试样E1中,在室温下,具有阻力,但能够剥下软磁性非晶态合金带。但是,在60℃下难以剥下软磁性非晶态合金带。但是,聚苯乙烯树脂的含量为2.6质量%的试样E2中,在室温、60℃均具有阻力,但能够剥下软磁性非晶态合金带。另外,聚苯乙烯树脂的含量为5.0质量%的试样E3中,在60℃下具有阻力,但能够剥下软磁性非晶态合金带,另外,在室温下,能够抑制粘合性(无粘性),能够没有阻力地剥下软磁性非晶态合金带。另外,聚苯乙烯树脂的含量为7.4质量%、9.6质量%、17.5质量%、30.0质量%的试样E4、E5、E6、E7中,在室温、60℃均能够抑制粘合性(无粘性),能够没有阻力地剥下软磁性非晶态合金带,磁性材料的状态下的操作性的处理优异。
另一方面,如图7所示,当聚苯乙烯树脂的含量增大时,磁特性具有降低的倾向。特别是B80具有降低的倾向。另外,当聚苯乙烯树脂的量增大时,树脂层的热压接时的粘接性降低,有时不能得到充分的粘接强度。
(实施例4)
制作叠层磁性材料,并说明测定直流磁特性而得到的结果。制作除了使用肖氏D硬度为20(玻璃化转变温度4℃)的聚酯树脂(树脂h1)且叠层的磁性材料的数为10以外、与实施例1同样的叠层磁性材料的试样F1。另外,制作除了使用肖氏D硬度为43的聚乙烯树脂且叠层的磁性材料的数为10以外、与实施例1同样的叠层磁性材料的试样F2、和不形成树脂层且将软磁性非晶态合金带叠层10片的试样F3。
测定各试样的直流磁特性。测定使用Metron技研公司制造的SK110。将测定结果表示在图8和图9中。另外,测定各试样的B80、Br、Hc。另外,求得作为剩余磁通密度Br与饱和磁通密度Bs的比即矩形比Br/Bs。将测定结果表示在表4中。
[表4]
试样 | B80(T) | Br(T) | Hc(A/m) | 矩形比(%) |
F1 | 1.546 | 0.417 | 1.89 | 27.0 |
F2 | 1.455 | 0.417 | 1.89 | 23.6 |
F3 | 1.595 | 0.408 | 1.81 | 25.6 |
由表4和图8、图9可知,通过树脂层的肖氏D硬度为60以下,能够得到没有树脂层的情况的90%以上的磁密度B80(1.4355T以上)。另外可知,使用了肖氏D硬度为20的树脂层的叠层磁性材料的试样F1能够得到没有树脂层的情况的93%以上的磁特性B80。另外可知,试样F1能够得到超过25%的良好的矩形比。也就是说,试样F1的叠层磁性材料的磁芯损耗较小。
由以上的结果可知,根据本发明,制作叠层磁性材料时,能够得到可实现与没有树脂层的情况同等程度的磁特性的、带树脂层的磁性材料。
(实施例5)
以下,参照附图详细叙述叠层磁芯的具体实施例。但是,叠层磁芯的实施例不限制于以下所示的实施例。
参照图10~图22对以下说明的叠层磁芯的实施例进行说明。关于该叠层磁芯,作为一例详细地说明以下的叠层磁芯:将具有叠层有多个磁性材料的两个叠层磁性材料、配置于两个叠层磁性材料的相互相对侧的相反侧的各端面的两个第一电磁钢板、配置于两个叠层磁性材料之间的第二电磁钢板的叠层组件作为单元片,并将叠层组件重叠,制作了四角环结构的叠层磁芯。
图10所示的叠层磁芯具有四个磁芯块(叠层组件)10A、10B、10C和10D,四个磁芯块相互形成90°的角度而配置成四角环状,四个磁芯块分别在长度方向的端部接合。四个磁芯块分别在相互相邻的两个磁芯块间,以各磁芯块彼此形成90°的角度的方式接合而形成四角环结构。通过将四个磁芯块接合成四角环状,而形成闭合磁路。另外,四个磁芯块分别为重叠叠层组件而成的叠层体。
图12表示叠层磁芯中的叠层组件的一例。该叠层组件通过将叠层有多个磁性材料的两个叠层磁性材料23、配置于两个叠层磁性材料的相互相对侧的相反侧的各端面的两个电磁钢板25A(第一电磁钢板)、配置于两个叠层磁性材料之间的单一电磁钢板25B(第二电磁钢板)重叠而形成。
此外,图10是概念性地表示叠层磁芯100的立体图。图10中,将配置成四角环状的四个磁芯块10A、10B、10C和10D的配置面设为xy平面(包含x轴和y轴的平面),将xy平面的法线方向设为z轴方向。
另外,四个磁芯块10A、10B、10C和10D在外观上具有全部长度L-w1、宽度w1和高度T相同的形状(长方体),叠层磁芯100成为长度L的正方形的四角环。此外,各个磁芯块如以下所说明的,在端部重合。
叠层磁芯100的磁路通过如下方法制作:使用多个相同的叠层组件,将多个叠层组件配置成正方形的环的形状,将各叠层组件的长度方向的两端部相互接合。即,叠层磁芯100是将接合了四个叠层组件的正方形的环状体作为1层在z方向上重叠的形态。叠层磁芯100是形成为正方形的例子,但不限于正方形,可以形成为长方形等其他四边形。
像叠层磁芯100那样,使用叠层组件制作叠层磁芯的情况下,不需要在环状体的第奇数层(奇数层)和第偶数层(偶数层)改变重叠方式,但根据情况不同,如图11A和图11B所示,也可以在奇数层(第一层、第三层…)和偶数层(第二层、第四层…)改变重叠方式。具体而言,构成叠层磁芯100的环状体可以将奇数层和偶数层如图22所示那样交替地重叠而形成。
奇数层具有如下的四角环结构:如图11A所示,在叠层组件20A的一端上重叠叠层组件20D的一端,在叠层组件20D的另一端上重叠叠层组件20C的一端,在叠层组件20C的另一端上重叠叠层组件20B的一端,在叠层组件20B的另一端上重叠叠层组件20A的另一端。
另外,偶数层如图11B所示沿着与奇数层的重叠方向相反的方向重叠而形成四角环结构。具体而言,具有如下的四角环结构:在叠层组件30A的一端上重叠叠层组件30B的一端,在叠层组件30B的另一端上重叠叠层组件30C的一端,在叠层组件30C的另一端上重叠叠层组件30D的一端,在叠层组件30D的另一端上重叠叠层组件30A的另一端。
如图22所示,叠层磁芯100为将上述的奇数层和偶数层以期望的叠层数(叠层组件数)进行交替地叠层(例如图22所示,第一层(奇数层)C1、第二层(偶数层)C2、第三层(奇数层)C3…依次叠层)而制作的叠层磁芯。叠层磁芯100成为在四角环的4边分别叠层有11个叠层组件的结构。
形成叠层磁芯100的磁芯块10A、10B、10C和10D分别通过将图12所示的结构的叠层组件20重叠而形成。因此,厚度极薄的磁性材料的处理变得容易,能够制作重叠精度优异的叠层磁芯。
如图12所示,叠层组件20具有:具有叠层有多个磁性材料21的叠层磁性材料的两个叠层磁性材料23;配置于两个叠层磁性材料23的相互相对侧的相反侧的各端面的两个电磁钢板(第一电磁钢板)25A;和配置于两个叠层磁性材料23之间的电磁钢板(第二电磁钢板)25B。叠层磁性材料23为长方体状,将一个叠层磁性材料相对于另一个叠层磁性材料以长度方向端部的端面的位置不对齐的方式错开地配置。叠层磁性材料23和电磁钢板25A、25B利用叠层面树脂层27固定。
叠层磁性材料23是叠层有多个磁性材料的材料,两个叠层磁性材料中的磁性材料的叠层数相同。叠层磁芯中,在一个叠层磁性材料叠层有30片磁性材料。因此,该叠层组件20中的磁性材料的叠层数为60片。此外,磁性材料的尺寸为长度426mm×宽度142mm。端部的错开宽度(错开的长度)与磁性材料的宽度142mm相同。
电磁钢板25A的宽度方向(短边方向)与磁性材料的叠层磁性材料23成为相同尺寸。即,叠层磁性材料23配置于电磁钢板的短边方向的宽度整个区域。另外,电磁钢板25A的长度方向的长度与使上下两个叠层磁性材料23组合后的长度相同,为568mm。
电磁钢板25B配置于两个叠层磁性材料23之间,与两个叠层磁性材料23中的一者的表面整体相接,并且与另一者的表面部分相接。因此,电磁钢板25B配置于两个叠层磁性材料23之间,且覆盖一个叠层磁性材料的叠层方向的表面整体,并且一部分处于露出的状态。
此外,在电磁钢板25A与相邻的叠层磁性材料之间、以及在电磁钢板25B与相邻的叠层磁性材料之间配置涂布肖氏D硬度为60以下的树脂而形成的树脂层。通过进行热压接,磁性材料与电磁钢板、叠层磁性材料与电磁钢板利用树脂层进行机械固定。
电磁钢板的主平面的表面粗糙度优选以基于JIS B0601-2001测定的算术平均粗糙度Ra计为0.10μm~0.20μm的范围,更优选为0.1μm~0.15μm的范围。
当电磁钢板的表面粗糙度Ra为0.20μm以下时,在电磁钢板彼此相接的情况下等,滑动性变得良好,在提高制造效率的方面上是有利的。
在此,参照图13对叠层组件20进行进一步说明。
图13(A)是将图12所示的叠层组件20载置于水平的机面上,并从上方俯视电磁钢板25A时的俯视图。另外,图13(B)是从侧部观察图12所示的叠层组件20的侧视图。此外,图13中未图示图12中的叠层面树脂层27。
该叠层组件20如图13(A)利用使一者相对于另一者以长度方向端部(长度y1或y2(L-w1)的方向上的端部)的端面的位置不对齐的方式错开地配置的两个叠层磁性材料23,构成图10所示的长度L的四角环的1边。此外,错开的长度(错开宽度)与叠层磁性材料的宽度w1相同。
如从侧部观察叠层组件20的图13(B)所示那样,叠层组件20具有电磁钢板25A/叠层磁性材料23/电磁钢板25B/叠层磁性材料23/电磁钢板25A的叠层结构。叠层磁性材料23的非晶态合金带彼此利用涂布肖氏D硬度为60以下的树脂而形成的树脂层接合。另外,叠层磁性材料23与电磁钢板25A、叠层磁性材料23与电磁钢板25B均利用相同的树脂层接合。另外,各自利用叠层面树脂层27固定。
而且,叠层磁芯100中,如图14所示,在电磁钢板25A/叠层磁性材料23/电磁钢板25B/叠层磁性材料23/电磁钢板25A的叠层部分,电磁钢板25B的一部分被两个叠层磁性材料23共有。
两个叠层磁性材料23的一者如图13(B)所示,在与配置有电磁钢板25A的一侧相反侧配置有电磁钢板25B。两个叠层磁性材料23在电磁钢板25B的面方向且长度方向上相互错开地配置。由此,成为如下的状态:在一个叠层磁性材料23中,电磁钢板25B的表面的一部分露出,在另一个叠层磁性材料23中,与配置有电磁钢板25A的一侧相反侧的表面露出。另外,在使用图12所示的叠层组件20的情况下,如图14所示,通过组合多个叠层组件20,能够没有阶梯差地连接。
另外,如图15~图17所示,叠层组件也可以是如下的叠层组件:在两个叠层磁性材料23之间夹持并叠层配置于叠层磁性材料23的相互面对面的两个表面的整个面的、比叠层磁性材料23长的单一电磁钢板25C。
具体而言,如图15所示,可以是具有电磁钢板25A/叠层磁性材料23/电磁钢板25C/叠层磁性材料23/电磁钢板25A的叠层部分的叠层组件120。叠层磁性材料23的非晶态合金带彼此利用涂布肖氏D硬度为60以下的树脂而形成的树脂层接合。另外,叠层磁性材料23与电磁钢板25A、叠层磁性材料23与电磁钢板25C也利用相同的树脂层接合。另外,各自利用叠层面树脂层27固定。
在该情况下,如图16所示,电磁钢板25C可以具有由使一者相对于另一者以长度方向端部的端面的位置不对齐的方式错开地配置的两个叠层磁性材料规定的合计长度(图16中的距离L)、即与叠层组件120的长度方向的全长相同的长度和宽度。电磁钢板25C在电磁钢板25A/叠层磁性材料23/电磁钢板25C/叠层磁性材料23/电磁钢板25A的叠层部分中,电磁钢板25C被两个叠层磁性材料23共有,在叠层部分以外的部分(两个叠层磁性材料23未重叠的部分),电磁钢板25C覆盖一个叠层磁性材料和另一个叠层磁性材料的表面的一部分进行配置,电磁钢板25C处于露出的状态。
在使用图15所示的叠层组件120的情况下,如图17所示,通过准备不同的叠层组件121,能够得到连接了多个叠层组件的形态。
另外,作为叠层组件的另一变形例,如图18~图19所示,可以是在两个叠层磁性材料23间配置两片电磁钢板的结构。具体而言,如图18所示,可以是将叠层有多个磁性材料的两个叠层磁性材料23、分别配置于两个叠层磁性材料的相互相对侧的相反侧的一个表面的两个电磁钢板25A、分别配置于两个叠层磁性材料相互相对侧的另一表面的两个电磁钢板25B重叠而得到的叠层组件220。在该情况下,分别利用两片电磁钢板夹持的叠层磁性材料23在电磁钢板25B的面方向且长度方向上相互错开地配置,由此,叠层组件的薄带片不重叠的部分的电磁钢板25B的表面的一部分成为露出的状态。
叠层组件220如图18所示通过将由电磁钢板夹持的两个叠层磁性材料23的一者相对于另一者以长度方向端部(长度y1或y2的方向上的端部)的端面的位置不对齐的方式错开而制作。如从侧部观察叠层组件的图18(B)所示,叠层组件220具有电磁钢板25A/叠层磁性材料23/电磁钢板25B/电磁钢板25B/叠层磁性材料23/电磁钢板25A的叠层结构。两片电磁钢板25B在重叠的状态下被共有。叠层磁性材料23的非晶态合金带彼此利用涂布肖氏D硬度为60以下的树脂而形成的树脂层接合。另外,叠层磁性材料23与电磁钢板25A、叠层磁性材料23与电磁钢板25B也利用相同的树脂层接合。
在使用图18所示的叠层组件220的情况下,如图19所示,能够形成使多个叠层组件220组合并连接而成的形态。根据该叠层组件220,没有厚度局部不同的情况。在重叠该叠层组件的情况下,产生电磁钢板25B重合两层的部分,因此电磁钢板25B的厚度尽可能越薄越好。
另外,作为叠层组件的另一变形例,如图20~图21所示,也可以成为如下结构:在两个叠层磁性材料23间不设置电磁钢板,在相互相对侧的相反侧的各端面配置电磁钢板25A。根据本变形例,成为以后述的叠层磁芯说明的阶梯接缝形状,在较低地抑制铁损的方面是优选的。
具体而言,如图20所示,可以是将叠层有多个磁性材料的两个叠层磁性材料23与分别配置于两个叠层磁性材料的相互相对侧的相反侧的一个表面的两个电磁钢板25A重叠而得到的叠层组件320。在该情况下,在一个表面配置有电磁钢板的两个叠层磁性材料23通过使一者相对于另一者以长度方向端部(长度y1或y2的方向上的端部)的端面的位置不对齐的方式在面方向且长度方向上相互错开地配置,由此成为叠层组件的叠层磁性材料未重叠的部分的叠层磁性材料的表面的一部分露出的状态。
如从侧部观察叠层组件的图20(B)所示,叠层组件320具有电磁钢板25A/叠层磁性材料23/叠层磁性材料23/电磁钢板25A的叠层结构。叠层磁性材料23的非晶态合金带彼此利用涂布肖氏D硬度为60以下的树脂而形成的树脂层接合。另外,叠层磁性材料23与电磁钢板25A也利用相同的树脂层接合。在使用图20所示的叠层组件320的情况下,如图21所示,可以形成使多个叠层组件320组合并连接而成的形态。
叠层面树脂层27附设于例如电磁钢板25A/叠层磁性材料23/电磁钢板25B/叠层磁性材料23/电磁钢板25A等的叠层部分的叠层面(与薄带片和电磁钢板的各厚度相当的侧面集合而形成的面),在叠层部分固定电磁钢板和叠层磁性材料。
叠层面树脂层27使用环氧系树脂而形成。在叠层磁性材料和电磁钢板的叠层面,在跨两者的至少一部分涂布固化性的树脂(例如环氧系树脂)并使其固化,由此形成叠层面树脂层。
上述的实施方式中,如图12和图15所示,以将叠层多个磁性材料而成的两个叠层磁性材料在一个叠层磁性材料的一端从另一个叠层磁性材料的一端向叠层磁性材料长度方向的另一端错开规定距离的状态下配置的形态的叠层组件为中心进行了说明,但不限于这种形态。
作为具体的例子,磁芯块也可以使用图26所示的由叠层有多个磁性材料21的叠层磁性材料23和夹持该叠层磁性材料23的两个电磁钢板25A构成的叠层组件420。另外,在侧面形成有叠层面树脂层27。
(实施例6)
参照图23~图25,对本发明的另一个叠层磁芯的实施方式进行说明。
图24表示叠层磁芯300的俯视图。该叠层磁芯300是四个磁芯块140A、140B、140C、140D接合成四角环状而形成的闭合磁路的磁芯。在相互相邻的两个磁芯块间,各个叠层组件的长度方向的端部具有相互接合的接合部,该接合部的叠层组件的叠层磁性材料的端部相对于上述长度方向以倾斜角θ1倾斜,且在使叠层磁性材料沿着上述长度方向错开地形成的台阶状的倾斜面相互接合。
此外,对与叠层磁芯100相同的构成要素标注相同的参照符号并省略其详细的说明。
如图23所示,叠层组件140具有5个叠层磁性材料30和以夹持5个叠层磁性材料30的方式配置的一对电磁钢板35。叠层磁性材料30的软磁性非晶态合金带彼此利用涂布肖氏D硬度为60以下的树脂而形成的树脂层接合。另外,叠层磁性材料30彼此以及叠层磁性材料30与电磁钢板35A也利用相同的树脂层接合。另外,5个叠层磁性材料30和两个电磁钢板35利用通过在叠层磁性材料和电磁钢板重叠而形成的叠层面涂布环氧系树脂并固化而形成的未图示的叠层面树脂层固定。
此外,图23(A)是将叠层组件载置于水平的机面,从叠层方向上方观察叠层组件时的俯视图,图23(B)是从侧部观察叠层组件时的侧视图。图23未图示叠层组件的各磁性材料和叠层面树脂层。
如图23所示,叠层组件140形成为如下的叠层组件,即,通过将5个叠层磁性材料30分别以预先规定的距离t1一个个地错开并叠层而形成,在叠层磁性材料的叠层方向的两个端面,两个电磁钢板35分别与叠层磁性材料同样在长度方向以距离t1错开并叠层。叠层的叠层磁性材料30各自是叠层有多个磁性材料的材料。
叠层磁性材料30如图23(A)所示形成为长度方向的长度为长度L的长方形的两端以相对于长度方向具有45°的倾斜角(θ1=45°)的方式被切断而形成的、下底和上底的长度分别设为L1、L2的梯形状。虽然未图示,但电磁钢板也同样。
接着,说明形成四角环的叠层组件彼此接合的接合部。叠层磁芯300的接合部成为阶梯接缝结构的接合形式。形成叠层磁芯300的四角环如上所述,将四个磁芯块的叠层组件相互接合各自的长度方向两端而形成。叠层组件各自在长度方向两端形成有以θ1的倾斜角倾斜地形成的叠层磁性材料的台阶状的阶梯差。
准备四个这种叠层组件,例如图24所示,能够形成如下的四角环结构,首先,在叠层组件140A的、成为接合部的两个区域(w2×w2四方的区域)中的一个区域的辨识面上叠层叠层组件140B的、成为接合部的两个区域(w2×w2四方的区域)中的另一区域的非辨识面(背面),在叠层组件140B的一个区域的辨识面上叠层叠层组件140C的、成为接合部的两个区域(w2×w2四方的区域)中的另一个区域的非辨识面(背面),在叠层组件140C的一个区域的辨识面上叠层叠层组件140D的、成为接合部的两个区域(w2×w2四方的区域)中的另一个区域的非辨识面(背面),在叠层组件140D的一个区域的辨识面上叠层叠层组件140A的另一个区域的非辨识面。
叠层磁芯300中,通过将四个叠层组件140A~140D接合而形成的四角环结构重叠多个,能够制作具有期望的形状的叠层磁芯。叠层磁芯300中,构成重叠四角环结构而制作的叠层磁芯的四个边的结构部分为磁芯块。具体而言,虽然未图示,但通过四角环结构重叠,例如叠层组件140A重叠而形成的叠层部分为磁芯块。
例如,在叠层组件140A的上述两个区域中的一个区域的辨识面上重叠叠层组件140B的上述两个区域中的另一个区域的非辨识面(背面)的情况下,形成于辨识面的台阶状的阶梯差部与形成于非辨识面的台阶状的阶梯差部相互面对面而形成多个接合面。也就是说,如图25所示,成为例如叠层组件140A与叠层组件140B之间的磁性材料的接合位置R台阶状地错开而存在的结构(阶梯接缝结构)。该叠层磁芯的角的突出的部分也可以切除而消除突出。
这种阶梯接缝结构的接合位置依次错开存在,因此,在接合位置难以产生磁通局部集中的现象,较低地抑制铁损和视在功率。
产业上的可利用性
本发明的磁性材料和叠层磁性材料能够适合用作各种用途的磁性材料。例如,能够适合用于电力配电用、变压器用的磁芯、电子·电气回路用的磁芯。
符号说明
1、1 软磁性非晶态合金带
2、2 树脂层
11、21 磁性材料
12、23、30 叠层磁性材料
13、100、300 叠层磁芯
10A、10B、10C、10D 磁芯块
20、20A、20B、20C、20D、30A、30B、30C、30D、120、120A、140、140A、140B、140C、140D、210、220、320、420 叠层组件
25A、25B、25C、35 电磁钢板
27 叠层面树脂层
Claims (20)
1.一种磁性材料,其特征在于,具有:
软磁性非晶态合金带;和
树脂层,其配置于所述软磁性非晶态合金带的至少一个表面,
作为用于所述树脂层的树脂,使用肖氏D硬度为60以下的树脂。
2.如权利要求1所述的磁性材料,其特征在于:
作为用于所述树脂层的树脂,使用肖氏D硬度为25以下的树脂。
3.如权利要求1或2所述的磁性材料,其特征在于:
作为用于所述树脂层的树脂,使用肖氏D硬度为1以上的树脂。
4.如权利要求1~3中任一项所述的磁性材料,其特征在于:
所述树脂含有聚酯树脂作为主要成分。
5.如权利要求4所述的磁性材料,其特征在于:
所述树脂还含有聚苯乙烯树脂。
6.如权利要求5所述的磁性材料,其特征在于:
所述树脂以相对于所述聚酯树脂为1质量%以上的比例含有所述聚苯乙烯树脂。
7.如权利要求1~6中任一项所述的磁性材料,其特征在于:
所述磁性材料具有1.48T以上的磁通密度(B80)。
8.如权利要求1~7中任一项所述的磁性材料,其特征在于:
所述树脂层具有0.5μm以上1.45μm以下的厚度。
9.如权利要求1~8中任一项所述的磁性材料,其特征在于:
所述软磁性非晶态合金带具有10μm以上50μm以下的厚度。
10.如权利要求1~9中任一项所述的磁性材料,其特征在于:
所述软磁性非晶态合金带由具有如下组成的合金构成,
该组成为:在将Fe、Si、B的合计量设为100原子%时,Si为0原子%以上10原子%以下,B为10原子%以上20原子%以下。
11.一种叠层磁性材料,其特征在于:
其叠层有多个权利要求1~10中任一项所述的磁性材料。
12.一种叠层磁芯,其特征在于:
其卷绕或叠层有权利要求1~10中任一项所述的磁性材料。
13.一种叠层磁芯,其特征在于:
其叠层有叠层磁性材料和至少一个电磁钢板,
所述叠层磁性材料叠层有多个权利要求1~10中任一项所述的磁性材料。
14.如权利要求13所述的叠层磁芯,其特征在于:
在所述叠层磁性材料与所述至少一个电磁钢板之间还具有含有肖氏D硬度为60以下的树脂的树脂层。
15.一种叠层组件,其特征在于,包含:
叠层有多个权利要求1~10中任一项所述的磁性材料的叠层磁性材料;和
配置于所述叠层磁性材料的叠层方向上的端面的至少一部分的至少一个电磁钢板。
16.如权利要求15所述的叠层组件,其特征在于:
在所述电磁钢板与所述叠层磁性材料之间还具有含有肖氏D硬度为60以下的树脂的树脂层。
17.一种磁性材料的制造方法,其特征在于:
准备软磁性非晶态合金带,
向所述软磁性非晶态合金带的至少一个表面涂布含有肖氏D硬度为60以下的树脂和溶剂的粘接剂。
18.如权利要求17所述的磁性材料的制造方法,其特征在于:
所述树脂含有聚酯树脂作为主要成分。
19.如权利要求18所述的磁性材料的制造方法,其特征在于:
所述树脂还含有相对于所述聚酯树脂为1质量%以上的聚苯乙烯树脂。
20.如权利要求17~19中任一项所述的磁性材料的制造方法,其特征在于:
所述树脂具有30℃以下的玻璃化转变温度。
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