WO2024029367A1 - 物性を制御した複合積層軟磁性薄帯 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a composite laminated soft magnetic ribbon in which soft magnetic ribbons such as a silicon steel sheet ribbon, an amorphous alloy ribbon, and a nanocrystalline alloy ribbon are laminated.
- soft magnetic ribbons such as a silicon steel sheet ribbon, an amorphous alloy ribbon, and a nanocrystalline alloy ribbon are laminated.
- This field relates to the manufacture of cores for transformers, reactors, toroidal cores, bulk laminates, stator cores, rotor cores, magnetic circuits, etc. for motors and generators, using composite laminated soft magnetic ribbons.
- Amorphous alloy ribbons are produced by rapidly cooling from a molten state, and are in a state in which they do not retain a crystal structure at the atomic level, and do not retain a specific periodic structure when observed with an electron microscope or X-ray diffraction. For this reason, normally, an amorphous alloy ribbon produced in a rapidly cooled state is subjected to strain relief annealing at a temperature lower than the crystallization temperature to further make it soft magnetic before use. Since the amorphous alloy ribbon is produced by rapid cooling from a molten state, the width of the ribbon is approximately 20 cm. At present, the manufacture and use of wide ribbons is limited. Although soft magnetic ribbons with various characteristics can be manufactured from amorphous alloy ribbons, the types that are generally sold are limited.
- Silicon steel sheet ribbon which is one type of soft magnetic ribbon, has a high saturation magnetic flux density, so the volume and weight of magnetic parts can be reduced.
- Amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons have magnetic properties such as magnetic permeability and iron loss that surpass those of silicon steel sheet ribbons, and their magnetic parts are excellent in energy conservation.
- Nanocrystalline alloy ribbons have good magnetic properties, including magnetostriction, so they are increasingly being applied to magnetic parts, but their only drawback is that they have low rigidity. If magnetic parts are optimally made from amorphous alloy ribbons, the energy efficiency of transformers and motors can be over 97%, making them suitable for energy conservation. Furthermore, since nanocrystalline alloy ribbons have low magnetostriction, there is a high possibility that restrictions on manufacturing such as processing and molding will be relaxed.
- Amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons generally have a thickness of about 0.03 mm, which is much thinner than silicon steel sheets, so eddy current loss is small, and they are often used by winding and stacking them.
- each soft magnetic ribbon has advantages and disadvantages in its characteristics, and sufficient performance cannot be obtained even if a magnetic component is constructed by using only one soft magnetic ribbon.
- Patent Document 1 in order to ensure mechanical strength and rigidity, which are the only drawbacks of the nanocrystalline alloy laminated core, a support member that sandwiches a nonmagnetic material in the lamination direction of the laminated blocks is used.
- Patent Document 2 as a manufacturing method for a wound core, a part of an amorphous alloy ribbon that can be nanocrystallized is crystallized, and amorphous alloy ribbons with similar shrinkage rates are selected to produce a nanocrystalline alloy thin film with stable characteristics. Stable properties are obtained by selectively nanocrystallizing and heat-treating the bands.
- an amorphous iron core transformer is manufactured by abutting amorphous alloy ribbons and stacking large, wide amorphous alloy ribbons in such a manner that the abutting surfaces are offset.
- Patent Document 4 discloses a method in which three rolls of soft magnetic alloy ribbons are pasted together with epoxy resin coating and laminated into one roll, and two types of thermosetting resins with different glass transition temperatures are used to form a laminate of soft magnetic alloy ribbons. It's glued.
- stator and rotor of a motor are manufactured by punching silicon steel plates and laminating them.
- Amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons are thin and hard, and the life of the punching die is short, and the process of collecting, handling, and stacking the punched ribbons is time-consuming. Not suitable for making.
- Patent Document 5 an amorphous alloy ribbon is wound into a fan shape and applied to a stator core of a motor to produce an axial gap motor, which is applied to a fan device.
- Patent Document 6 a laminate is manufactured by laminating soft magnetic alloy ribbons by adhesion while applying a resin, and bonding them under heat.
- Non-Patent Document 1 examines the characteristics of a nanocrystalline alloy ribbon applied to the core of a transformer.
- Non-Patent Document 2 describes a low-loss amorphous core structure configured to maintain the shape of the core by cutting and laminating amorphous metal foil strips and inserting them into a core holding member made of resin.
- Small nanocrystalline alloy laminated ribbons can be made more rigid by molding, etc., but in order to ensure mechanical strength and rigidity, which is the only drawback of large nanocrystalline alloy laminated ribbons, they must be supported by a transformer core. There is a problem that parts are required. Furthermore, when the nanocrystalline alloy laminated ribbon is used in the core of a motor or generator, noise, vibration, etc. may occur due to deformation due to tensile force or repulsive force caused by external force. Transformers that use amorphous alloy ribbons with high magnetostriction produce a lot of noise. Currently, the maximum width of a ribbon that can be manufactured for both amorphous alloy ribbon and nanocrystalline alloy ribbon is about 20 cm. In order to manufacture large-sized magnetic products, it is necessary to develop a wide composite laminated soft magnetic ribbon. Because nanocrystalline alloy ribbons are heat treated before being laminated, they may become more brittle than before the heat treatment.
- amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons which have higher magnetic permeability and lower iron loss than silicon steel sheets, are used to create stators and rotors with high efficiency and productivity. That is what is required.
- ideal magnetic products using soft magnetic ribbons are manufactured from amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons that are free from processing strain and compressive stress due to molding.
- the magnetic parts that are excited and used vary depending on the purpose of use, ranging from low power to high power.
- silicon steel sheets with high magnetic flux density are used as the main material, but their properties such as magnetic permeability and iron loss are lower than those of amorphous alloy ribbons and nanocrystalline ribbons. Inferior. For this reason, although the volume and weight of magnetic parts increase, from the viewpoint of energy saving, the development of transformers, motors, etc. mainly made of amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons is progressing. In order to fabricate a large transformer using a nanocrystalline alloy ribbon, it is necessary to reinforce it with a non-magnetic support material to compensate for its low rigidity. It is necessary to develop a composite laminated soft magnetic ribbon in which the nanocrystalline alloy ribbon is supported and laminated with a silicon steel plate and an amorphous alloy ribbon so that it can stand on its own without using a support material.
- the present invention was made in view of these problems, and takes into consideration the advantages and disadvantages of individual soft magnetic ribbons such as silicon steel sheet ribbons, amorphous alloy ribbons, and nanocrystalline alloy ribbons.
- the purpose of this invention is to combine the advantages of materials for magnetic components such as transformers and motor cores, and to provide composite laminated soft magnetic ribbons that are laminated to obtain maximum efficiency.
- the composite laminated soft magnetic ribbon according to the present invention is a composite laminated soft magnetic ribbon that is fixed after stacking multiple layers of laminated soft magnetic ribbons made by laminating multiple types of soft magnetic metal ribbons with different characteristics with the same width.
- the magnetic ribbon is characterized in that the plurality of types of soft magnetic ribbons always include an amorphous alloy ribbon and a nanocrystalline alloy ribbon.
- the composite laminated soft magnetic ribbon according to the present invention is a composite laminated soft magnetic ribbon in which a laminated soft magnetic ribbon is wound and fixed a plurality of times, and the laminated soft magnetic ribbon is made of an amorphous alloy ribbon and a nano It is characterized by being made by laminating crystalline alloy ribbons with the same width.
- the composite laminated soft magnetic ribbon according to the present invention is a composite laminated soft magnetic ribbon that is fixed after stacking multiple layers of laminated soft magnetic ribbons, and the laminated soft magnetic ribbon is made of a wide silicon steel sheet.
- One or more layers are laminated on the ribbon, in which narrow amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons are arranged so that the width is approximately equal to the width of the wide silicon steel sheet ribbon. It is characterized by becoming.
- a narrow amorphous alloy ribbon and a nanocrystalline alloy ribbon are placed on a wide silicon steel sheet ribbon, and the width of the wide silicon steel sheet ribbon is Laminated soft magnetic ribbons arranged so as to be approximately equal in width are wound a plurality of times, and then the narrow amorphous alloy is arranged in a manner that the width is approximately equal to that of the wide silicon steel sheet ribbon. It is characterized in that only the ribbon and the nanocrystalline alloy ribbon are wound a plurality of times and fixed.
- an amorphous alloy ribbon and a nanocrystalline alloy ribbon makes it possible to create a magnetic component that maintains soft magnetic properties with low iron loss while reinforcing the weak point of nanocrystalline alloy ribbon with the amorphous alloy ribbon.
- a small, independent, low-noise transformer can be created. Winding it into a magnetic component will help reduce the number of work steps, and when used in the stator of an axial gap motor, it can be processed directly into a core.
- laminated soft magnetic ribbons in which narrow amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons are arranged on wide silicon steel sheet ribbons, the amorphous alloy ribbon and nanocrystalline alloy ribbon parts are small.
- FIG. 1 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon according to Example 1.
- FIG. 2 is a diagram showing a method for manufacturing a composite laminated soft magnetic ribbon according to Example 2.
- FIG. 3 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon produced according to Example 2.
- FIG. 4 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon according to Example 3.
- FIG. 5a is a diagram showing a method for manufacturing a composite laminated soft magnetic ribbon according to Example 4.
- FIG. 5b is a diagram showing a method for manufacturing a composite laminated soft magnetic ribbon according to Example 4.
- FIG. 6 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon produced according to Example 4.
- Silicon steel sheets, amorphous alloy ribbons, nanocrystalline alloy ribbons, and the like are known as soft magnetic ribbons, but they have superiority and inferiority in magnetic properties, mechanical properties, and the like.
- magnetic components are manufactured by laminating layers of the same material.
- the good properties of each ribbon are synthesized macroscopically and used as a composite laminated soft magnetic ribbon.
- the composite laminated soft magnetic ribbon according to the present invention can be produced by holding a nanocrystalline alloy ribbon with a silicon steel sheet ribbon, an amorphous alloy ribbon, etc., without reinforcing it with a non-magnetic support material, and without using an adhesive. Since it is composed of 100% soft magnetic ribbon, it is possible to reduce the volume and weight of the magnetic component.
- Laminated soft magnetic ribbons using amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons have higher magnetic permeability than silicon steel sheets, making it possible to create magnetic parts that save energy by reducing iron loss.
- the nanocrystalline alloy ribbon as the main component of the laminated soft magnetic ribbon, it becomes possible to reduce magnetostriction and reduce the beat of the transformer.
- the core of the motor may be deformed by external force from the magnet, but amorphous alloy ribbons are expected to increase rigidity and reduce core deformation. can.
- a laminated soft magnetic ribbon that combines the advantages of various materials rather than using a single type of material, the possibility of manufacturing higher-performance products increases.
- silicon steel sheet ribbon has a wide width and the thickness can be adjusted arbitrarily, but by using it for composite laminated soft magnetic ribbon, it is possible to manufacture widths of 25 cm or more, and it is suitable for large transformers and motors. , leading to the development of magnetic components such as generators.
- a magnetic material with a small coercive force and a material with a large saturation magnetic flux density when the excitation energy is small, the material with a small coercive force works up to the saturation magnetic flux density, and then when further excitation energy is added, the saturation magnetic flux decreases.
- a material with a high density it is possible to create a composite material that takes advantage of each other's strengths.
- FIG. 1 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon 1 according to Example 1.
- a plurality of types of soft magnetic ribbons 2 having the same ribbon width and different characteristics are stacked and fixed to form a laminated soft magnetic ribbon 3.
- the plurality of types of soft magnetic ribbons 2 always include amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons.
- a silicon steel sheet ribbon or the like may be added as the third soft magnetic ribbon.
- the number of laminated layers can be appropriately selected from about 2 to 5.
- the laminated soft magnetic ribbon 3 is further laminated in multiple stages and fixed to form a composite laminated soft magnetic ribbon 1.
- FIG. 1 shows two layers stacked, in reality, for example, about 100 layers are stacked to ensure the thickness.
- a method of adhesion can be used.
- Nanocrystalline alloy ribbons contribute to improving the magnetic properties of magnetic parts, but when used alone they have low rigidity and are difficult to stand on their own, and may deform when made into magnetic parts.
- the composite laminated soft magnetic ribbon can be used independently while maintaining good magnetic properties.
- a composite laminated soft magnetic ribbon 1 which is a combination of a nanocrystalline alloy ribbon and an amorphous alloy ribbon is used. The low rigidity of the nanocrystalline alloy ribbon is compensated for by the amorphous alloy ribbon, and the composite laminated soft magnetic ribbon 1 can be used as a bulk laminate. If you combine four rectangular parallelepipeds, you will get a transformer.
- Amorphous alloy ribbons have a large magnetostriction constant, so when used in a transformer, they vibrate with alternating current and cause noise. However, if the amount of amorphous alloy ribbons used is controlled to be smaller than that of nanocrystalline alloy ribbons, , vibrations caused by alternating current are also reduced.
- an amorphous alloy ribbon and a nanocrystalline alloy ribbon are essential, but a soft magnetic ribbon such as a silicon steel sheet ribbon may be used as occasion demands.
- FIG. 2 is a diagram showing a method for manufacturing a composite laminated soft magnetic ribbon 1 according to Example 2.
- multiple amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons with the same width but different characteristics are stacked to form a laminated soft magnetic ribbon 3, and after the laminated soft magnetic ribbon 3 is wound, it is fixed. Then, a composite laminated soft magnetic ribbon 1 is produced.
- the number of layers to be stacked can be appropriately selected from about 2 to 5 layers.
- the combination of soft magnetic ribbons 2 is selected by adjusting the thickness, such as alternating amorphous alloy ribbons and nanocrystalline alloy ribbons, or one layer of amorphous alloy ribbons and two layers of nanocrystalline alloy ribbons. If adhesive is used as the fixing method, mechanical strength and rigidity can be reinforced.
- the composite laminated soft magnetic ribbon 1 produced in this manner is cut as necessary to produce magnetic components such as transformers, toroidal cores, and reactors.
- An amorphous alloy ribbon with a width of 2 cm wound on one reel and a nanocrystalline alloy ribbon with a width of 2 cm wound on two reels are prepared.
- Two layers of nanocrystalline alloy ribbon are placed on top of the amorphous alloy ribbon, and then the nanocrystalline alloy ribbon is wound.
- a composite laminated soft magnetic ribbon 1 having a thickness of 1 cm as shown in FIG. 3 was produced by repeatedly winding the composite layer into a rectangular shape of 6 cm in width and 2 cm in length 100 times.
- This material has good properties because it uses nanocrystalline alloy ribbons, and was used as a transformer core that can stand on its own without the use of nonmagnetic reinforcing materials.
- a reactor, a motor core, and a bulk laminate can also be produced in a similar manner. Similar to Example 1, the combination of soft magnetic ribbons in Example 2 has low hysteresis loss and eddy current loss, can reduce iron loss, has excellent soft magnetic properties, and is optimal for energy-saving magnetic parts.
- the stator of an axial gap motor is made by cutting and laminating amorphous alloy thin ribbons and placing them in a case (Non-patent Document 2). By processing the core and winding it into a coil, it becomes possible to use it in the stator of an axial gap motor.
- FIG. 4 is a diagram showing a composite laminated soft magnetic ribbon 1 according to Example 3.
- a narrow amorphous alloy ribbon and a nanocrystalline alloy ribbon are placed on a wide silicon steel sheet ribbon 4 as a soft magnetic ribbon 2 so that the width thereof is approximately equal to the width of the wide silicon steel sheet ribbon 4.
- the arranged layers are laminated one or more to form a laminated soft magnetic ribbon 3.
- the laminated soft magnetic ribbon 3 is further laminated in multiple stages and fixed to form a composite laminated soft magnetic ribbon 1.
- the laminated soft magnetic ribbon 3 shown in FIG. 4 is composed of one layer each of silicon steel sheet ribbon 4 and soft magnetic ribbon 2, but the silicon steel sheet ribbon is laminated in one layer and the soft magnetic ribbon 2 is laminated in multiple layers. It may also be a laminated soft magnetic ribbon 3.
- FIG. 4 is composed of one layer each of silicon steel sheet ribbon 4 and soft magnetic ribbon 2, but the silicon steel sheet ribbon is laminated in one layer and the soft magnetic ribbon 2 is laminated in multiple layers. It may also be a laminated soft magnetic ribbon 3.
- the composite laminated soft magnetic ribbon 1 can be processed as required to make magnetic components such as motor cores, bulk laminates, and generator core materials. According to this example, conventionally, to fabricate a large motor core using amorphous alloy ribbon, a plurality of teeth, which are part of the stator, were connected in a ring shape to fabricate one core. A wider motor core can be easily produced by one press punching.
- the amorphous alloy ribbon and nanocrystalline alloy ribbon parts of the composite laminated soft magnetic ribbon 1 operate with a small excitation current, making full use of the large saturation magnetization of the silicon steel plate, making the most of miniaturization. Ideal for magnetic parts used as stators in small motors. In addition, it is suitable for magnetic parts that operate with nanocrystalline alloy ribbons and amorphous alloy ribbons at low output power, and with silicon steel ribbons with high saturation magnetization, although energy efficiency decreases when operating at maximum power. When applied to transformers, standby power consumption can be reduced by using nanocrystalline alloy ribbons or amorphous alloy ribbons, resulting in energy savings.
- the nanocrystalline alloy ribbon and amorphous alloy ribbon operate at low output, and the silicon steel sheet ribbon also operates at maximum output.
- Silicon steel sheet ribbon has inferior soft magnetic properties compared to nanocrystalline alloy ribbon and amorphous alloy ribbon, and its drawback is increased energy consumption, but silicon steel sheet ribbon has lower magnetostriction than amorphous alloy ribbon, so it is suitable for transformers. The vibration when doing so is not large.
- FIG. 5a and FIG. 5b are diagrams showing a method for manufacturing a composite laminated soft magnetic ribbon 1 according to Example 4.
- silicon steel sheet ribbon 4 is wound on one reel with a thickness of 0.1 mm, width of 50 cm, and length of 6 m, and wound on two reels with a thickness of 0.03 mm, a width of 20 cm, and a length of 6 m.
- An amorphous alloy ribbon 5 with a length of about 1000 m and a nanocrystalline alloy ribbon 6 wound onto one reel with a thickness of 0.02 mm, a width of 10 cm, and a length of about 1000 m are prepared.
- the ribbons are pulled out from each reel, and the amorphous alloy ribbon with a width of 20cm, the nanocrystalline ribbon with a width of 10cm, and the amorphous alloy ribbon with a width of 20cm are placed on the silicon steel sheet ribbon 4 with a width of 50cm as shown in Fig. 5b.
- Laminated soft magnetic ribbons 3 are formed by stacking them side by side so that the overall width is 50 cm, which is the same as the silicon steel sheet, and winding them through a guide frame 7. Wrap it around three times, bending it 90 degrees in four places, so that it forms a square with each side 50 cm.
- the amorphous alloy ribbon with a width of 20 cm, the nanocrystalline alloy ribbon with a width of 10 cm, and the amorphous alloy ribbon with a width of 20 cm were continued to be wound 30 times while maintaining a total width of 50 cm, until the thickness was 1. Cut the amorphous alloy ribbon when it reaches 29 mm. If the thickness of the amorphous alloy ribbon and the nanocrystalline alloy ribbon are the same, the nanocrystalline alloy ribbon is also cut and the process is completed. However, in the above example, since the thickness of the nanocrystalline alloy ribbon is thin, Continue wrapping the obi another 15 times.
- the nanocrystalline alloy ribbon is also cut.
- a composite laminated magnetic ribbon 1 shown in FIG. 1 is produced. After fixing the cubic composite laminated magnetic ribbon 1 produced in this way, it was cut at four corners to cut out four plates measuring 50 cm x 50 cm x 1.29 mm. Press punching was performed from the plate as a motor core material.
- the composite magnetic ribbon 1 according to this embodiment can also be used as a generator core.
- the magnetic components such as motor cores and generator cores manufactured according to this example have the advantage that there is no restriction on the ribbon width and that a wide composite soft magnetic ribbon can be used.
- the method according to this embodiment is suitable for manufacturing large transformers and motor cores because they require a wide width, a large thickness, and a large number of turns.
- the magnetic parts manufactured in Examples 1 and 2 operate with low energy consumption due to the nanocrystalline alloy ribbons and amorphous alloy ribbons having low saturation magnetic flux density but excellent soft magnetic properties when used at low outputs. Therefore, the methods of Examples 1 and 2 are suitable for magnetic parts that require low output and energy saving.
- the magnetic parts manufactured in Examples 3 and 4 always use silicon steel sheet ribbons with large iron loss, and therefore generate a large amount of heat, which is somewhat disadvantageous from the viewpoint of energy saving.
- Examples 3 and 4 are suitable for magnetic components used in a wide range from small output to large output.
- transformers, motor cores, etc. can be manufactured by winding and laminating the same magnetic parts, compared to Examples 1 and 3, which do not involve winding and require the labor of punching and laminating. This has the advantage of reducing the number of man-hours required to manufacture magnetic components.
- composite laminated soft magnetic ribbons that combine the advantages of various types of soft magnetic ribbons can be used for bulk laminates with excellent properties, magnetic components such as transformers, reactors, motor cores, and generator core materials. can be manufactured while reducing manufacturing man-hours, so it has great industrial applicability.
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Abstract
珪素鋼板薄帯、アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯などの個々の軟磁性薄帯の優位性、欠点を考慮してトランス、モータコア等の磁性部品として材料の長所を組み合わせ、最大限の効率を得るために積層した複合積層軟磁性薄帯を提供することを目的とする。 アモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を含む特性の異なる複数種類の軟磁性金属薄帯を幅を同じくして積層して成る積層軟磁性薄帯を複数段数重ねた後に固定して複合積層軟磁性薄帯として磁性部品を作製する。幅の広い磁性部品のためには、幅の広い珪素鋼鈑薄帯の上に、幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯が前記幅の広い珪素鋼鈑薄帯の幅とほぼ等しくなるように並べられた層が1層または複数層積層されて成る積層軟磁性薄帯を複数段数重ねた後に固定される複合積層軟磁性薄帯から作製する。
Description
本発明は珪素鋼板薄帯、アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯などの軟磁性薄帯を積層した複合積層軟磁性薄帯に関するものである。複合積層軟磁性薄帯を用いて、トランス用のコア、リアクトル、トロイダルコア、バルク積層体、及びモータ、発電機の固定子鉄心、回転子鉄心、磁気回路などの製造に関する。
アモルファス合金薄帯は溶融状態から急冷して作製され、原子レベルで結晶構造を保持しない状態で電子顕微鏡、X線回折で特定の周期構造を保持しない状態である。このため、通常、急冷状態で作製されたアモルファス合金薄帯は結晶化温度よりも低温で歪取り焼鈍をして、さらに軟磁性化して使用される。
溶融状態から急冷してアモルファス合金薄帯を製造するため、薄帯の幅は20cm程度である。現状では幅の広いリボンの製造、利用は限定的である。
アモルファス合金薄帯は種々の特性の軟磁性薄帯を製造することが可能であるが、一般に販売されている種類は限定されている。通常の鉄を主成分としたアモルファス合金薄帯の軟磁性特性、鉄損は珪素鋼板薄帯等に比べ非常に良いことが知られているが、唯一の欠点は、ナノ結晶合金薄帯、珪素鋼板薄帯と比べ、磁歪定数が大きいため、接着による樹脂の熱収縮、加工歪が加わることにより、透磁率、鉄損等の磁気特性が劣化することである。
溶融状態から急冷してアモルファス合金薄帯を製造するため、薄帯の幅は20cm程度である。現状では幅の広いリボンの製造、利用は限定的である。
アモルファス合金薄帯は種々の特性の軟磁性薄帯を製造することが可能であるが、一般に販売されている種類は限定されている。通常の鉄を主成分としたアモルファス合金薄帯の軟磁性特性、鉄損は珪素鋼板薄帯等に比べ非常に良いことが知られているが、唯一の欠点は、ナノ結晶合金薄帯、珪素鋼板薄帯と比べ、磁歪定数が大きいため、接着による樹脂の熱収縮、加工歪が加わることにより、透磁率、鉄損等の磁気特性が劣化することである。
軟磁性薄帯のひとつである珪素鋼板薄帯は飽和磁束密度が高いので、磁性部品の体積、重量を小さくできる。アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯は透磁率、鉄損等の磁気特性は珪素鋼板薄帯を凌駕し、磁性部品は省エネルギーに優れている。ナノ結晶合金薄帯は磁歪を含め磁気特性が良好なので、磁性部品への応用が進んでいるが、唯一の欠点は剛性が低い点である。
アモルファス合金薄帯で磁性部品を最適に作ると、トランス、モータのエネルギー効率が97%以上可能で省エネルギーに適している。また、ナノ結晶合金薄帯は磁歪が小さいので、加工、モールド等、製造上の制限が緩和される可能性が高い。
アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯は厚さが一般に0.03mm程度と珪素鋼板に比べ非常に薄いので渦電流損失が小さく、巻き回して積層して利用することが多い。
このように、それぞれの軟磁性薄帯は特性に一長一短があり、単独で磁性部品を構成しても十分な性能が得られない。現状、ほとんど、他の材料と組み合わせて特製の向上を図る試みはなされておらず、珪素鋼鈑薄帯単独、アモルファス合金薄帯単独、ナノ結晶合金薄帯単独でデバイスを構成している。
アモルファス合金薄帯で磁性部品を最適に作ると、トランス、モータのエネルギー効率が97%以上可能で省エネルギーに適している。また、ナノ結晶合金薄帯は磁歪が小さいので、加工、モールド等、製造上の制限が緩和される可能性が高い。
アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯は厚さが一般に0.03mm程度と珪素鋼板に比べ非常に薄いので渦電流損失が小さく、巻き回して積層して利用することが多い。
このように、それぞれの軟磁性薄帯は特性に一長一短があり、単独で磁性部品を構成しても十分な性能が得られない。現状、ほとんど、他の材料と組み合わせて特製の向上を図る試みはなされておらず、珪素鋼鈑薄帯単独、アモルファス合金薄帯単独、ナノ結晶合金薄帯単独でデバイスを構成している。
特許文献1では、ナノ結晶合金積層鉄心の唯一の欠点である機械的強度、剛性を確保するために、積層ブロックの積層方向に非磁性体を挟み込む支持部材を使用している。
特許文献2では、巻磁心の製造方法としてナノ結晶化が可能なアモルファス合金薄帯の一部分を結晶化させ収縮率の同じようなアモルファス合金薄帯を選択して、安定した特性のナノ結晶合金薄帯を選択してナノ結晶化、熱処理することによって安定した特性を得ている。
特許文献3では、アモルファス合金薄帯を突き合わせて幅の広い大型のアモルファス合金薄帯を積層ごとに、突き合わせ面がずれるように並べ積層してアモルファス鉄心トランスを作製している。
特許文献4では3ロールの軟磁性合金薄帯をエポキシ樹脂塗布で張り合わせて1ロールに積層する方法で軟磁性合金薄帯の積層体をガラス転移温度の異なる2種類の熱硬化樹脂を使用して接着している。
従来の通常の製造方法では、モータの固定子、回転子は珪素鋼板を打ち抜き、積層して作製している。アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯は薄く、硬く、打ち抜きの金型の寿命が短く、打ち抜いた薄帯を集め、ハンドリングして積層する工程も時間がかかり、積層して固定子、回転子を作製するのに適していない。特許文献5では、アモルファス合金薄帯を巻き回して扇形の形状とし、モータの固定子鉄心に適用してアキシャルギャプモータを作製し、ファン装置に適用している。
特許文献6では接着による軟磁性合金薄帯に樹脂を塗布しながら重ね積層し、加熱圧着して積層体を製造している。
非特許文献1はナノ結晶合金薄帯をトランスのコアに適用して特性を調べている。非特許文献2には、アモルファス金属箔帯を切断積層後、樹脂製の鉄心保持部材に挿入することで鉄心形状を保つように構成された低損失アモルファス鉄心構造が記載されている。
非特許文献1はナノ結晶合金薄帯をトランスのコアに適用して特性を調べている。非特許文献2には、アモルファス金属箔帯を切断積層後、樹脂製の鉄心保持部材に挿入することで鉄心形状を保つように構成された低損失アモルファス鉄心構造が記載されている。
出井 和弘、栗原 二三夫、須永 喜則、"次世代ナノ結晶軟磁性材料の変圧器鉄心への適用"、東光高岳技報、VOL.7(2020)PP.15-18
榎本 裕治、床井 博洋、今川 尊雄、鈴木 利文、小俣 剛、相馬 憲一、"国際高効率規格IE5レベルを達成したアモルファスモータ"、日立評論、2015年6・7月合併号、PP.50-55
従来の様々な工夫によっても、作製された磁性部品は十分な特性が得られたとは言えない。今なお存在する下記の問題点を解決するために、さらに物性を制御して特性の異なる軟磁性薄帯を積層し、優れた特性を有する磁性部品とする手法の提供が望まれている。
小型のナノ結晶合金積層薄帯はモールド等で剛性を高くすることも出来るが、大型のナノ結晶合金積層薄帯の唯一の欠点である機械的強度、剛性を確保するために、トランスコアに支持部材を必要とするという問題がある。また、ナノ結晶合金積層薄帯をモータ、発電機のコアに利用した時、外力による引張、反発力による変形に伴う騒音、振動等が発生する可能性がある。磁歪が大きいアモルファス合金薄帯を使用したトランスは騒音が大きい。
現状ではアモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯共に、製造できる薄帯の幅は20cm程度が最大である。大型の磁性製品を製造するのに幅の広い複合積層軟磁性薄帯を開発する必要がある。
ナノ結晶合金薄帯は積層する前に熱処理をするため、熱処理前に比べて脆くなっている場合がある。
現状ではアモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯共に、製造できる薄帯の幅は20cm程度が最大である。大型の磁性製品を製造するのに幅の広い複合積層軟磁性薄帯を開発する必要がある。
ナノ結晶合金薄帯は積層する前に熱処理をするため、熱処理前に比べて脆くなっている場合がある。
モータの高効率化には珪素鋼板に比べ高透磁率で低鉄損が特徴のアモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯を適用し、高効率で生産性の良い固定子、回転子を作製することが求められている。従来、特性の異なる軟磁性金属をうまく組みあわせて物性を制御し、かつ製造しやすい手法の検討は行われてこなかった。
省エネルギーの観点から理想的な軟磁性薄帯による磁気製品は加工歪、モールドによる圧縮応力のかからないアモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯で作製することである。
励磁して使用する磁性部品は小電力から大電力まで使用目的によって異なる。磁性体も保磁力が小さく、飽和磁束密度が低い材料と保磁力が比較的大きく、飽和磁束密度の大きい珪素鋼板材料がある。
省エネルギーの観点から理想的な軟磁性薄帯による磁気製品は加工歪、モールドによる圧縮応力のかからないアモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯で作製することである。
励磁して使用する磁性部品は小電力から大電力まで使用目的によって異なる。磁性体も保磁力が小さく、飽和磁束密度が低い材料と保磁力が比較的大きく、飽和磁束密度の大きい珪素鋼板材料がある。
軟磁性薄帯を使用して磁性部品の体積、重量を減らすには磁束密度の高い珪素鋼板を主体にするが、透磁率、鉄損等の特性がアモルファス合金薄帯、ナノ結晶薄帯に比べ劣っている。このため、磁性部品の体積、重量が増大するが省エネルギーの観点からアモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯を主体としたトランス、モータ等の開発が進展している。大型のトランスをナノ結晶合金薄帯で作製するには剛性が低い欠点を補うために非磁性の支持材で補強する必要がある。支持材を使用しないでナノ結晶合金薄帯を自立できるように珪素鋼板、アモルファス合金薄帯で保持し、積層する複合積層軟磁性薄帯を開発する必要がある。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、珪素鋼板薄帯、アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯などの個々の軟磁性薄帯の優位性、欠点を考慮してトランス、モータコア等の磁性部品として材料の長所を組み合わせ、最大限の効率を得るために積層した複合積層軟磁性薄帯を提供することを目的とする。
本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、特性の異なる複数種類の軟磁性金属薄帯を幅を同じくして積層して成る積層軟磁性薄帯を複数段数重ねた後に固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記複数種類の軟磁性薄帯はアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を必ず含むことを特徴とする。
本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、積層軟磁性薄帯が複数回数巻き回して固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯は、アモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を幅を同じくして積層して成ることを特徴とする。
本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、積層軟磁性薄帯を複数段数重ねた後に固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯は、幅の広い珪素鋼鈑薄帯の上に、幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯が前記幅の広い珪素鋼鈑薄帯の幅とほぼ等しくなるように並べられた層が1層または複数層積層されて成ることを特徴とする。
本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、幅の広い珪素鋼鈑薄帯の上に、幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯が、前記幅の広い珪素鋼鈑薄帯の幅とほぼ等しくなるように並べられて成る積層軟磁性薄帯が複数回数巻き回され、続いて前記幅の広い珪素鋼鈑薄帯の幅とほぼ等しくなるように並べられた前記幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯だけが複数回数巻き回され、固定されて成ることを特徴とする。
アモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯の組み合わせにより、鉄損の少ない軟磁性特性を維持しつつ、ナノ結晶合金薄帯の剛性の弱点がアモルファス合金薄帯によって補強された磁性部品が可能になる。たとえば、小型で自立して低騒音のトランスができる。巻き回して磁性部品とすれば作業工程の削減に寄与し、アキシャルギャップモータの固定子に使用する時、加工して直接コアにできる。
幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を幅の広い珪素鋼鈑薄帯の上に並べた積層軟磁性薄帯を用いることにより、アモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯部分では小励起電流で稼働し、珪素鋼板薄帯の飽和磁化が大きい特徴を生かして、大励起電流でも稼働する小型化されたモータの固定子などの磁性部品が可能になる。
幅25cm以上の珪素鋼鈑薄帯を用いて、アモルファス合金薄帯及びナノ結晶薄帯と組み合わせた積層軟磁性薄帯を巻き回すことにより、大きなトランス、モータ、発電機等の磁性部品を作業工程を少なくして作製することが可能となる。
幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を幅の広い珪素鋼鈑薄帯の上に並べた積層軟磁性薄帯を用いることにより、アモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯部分では小励起電流で稼働し、珪素鋼板薄帯の飽和磁化が大きい特徴を生かして、大励起電流でも稼働する小型化されたモータの固定子などの磁性部品が可能になる。
幅25cm以上の珪素鋼鈑薄帯を用いて、アモルファス合金薄帯及びナノ結晶薄帯と組み合わせた積層軟磁性薄帯を巻き回すことにより、大きなトランス、モータ、発電機等の磁性部品を作業工程を少なくして作製することが可能となる。
本発明の実施形態を説明する前に本発明の原理について説明する。
軟磁性薄帯は珪素鋼板、アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯等が知られているが、磁気特性、機械特性等に優劣がある。大部分は同じ材料を積層して磁性部品を製造している。それぞれの薄帯の良い特性をマクロで合成して複合積層軟磁性薄帯として利用する。
本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、ナノ結晶合金薄帯を珪素鋼板薄帯、アモルファス合金薄帯等で保持することにより、非磁性の支持材で補強することなく、接着剤を除いて100%軟磁性薄帯から構成されるので、磁性部品の体積を小さく、重さも軽くすることが可能になる。
軟磁性薄帯は珪素鋼板、アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯等が知られているが、磁気特性、機械特性等に優劣がある。大部分は同じ材料を積層して磁性部品を製造している。それぞれの薄帯の良い特性をマクロで合成して複合積層軟磁性薄帯として利用する。
本発明に係る複合積層軟磁性薄帯は、ナノ結晶合金薄帯を珪素鋼板薄帯、アモルファス合金薄帯等で保持することにより、非磁性の支持材で補強することなく、接着剤を除いて100%軟磁性薄帯から構成されるので、磁性部品の体積を小さく、重さも軽くすることが可能になる。
アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯を使用した積層軟磁性薄帯は珪素鋼板に比べ、透磁率が高く、鉄損の低減により省エネルギーを実現した磁性部品が可能になる。
積層軟磁性薄帯の主成分をナノ結晶合金薄帯とすることにより磁歪を低減させトランスの唸りの低減することが可能になる。また、積層軟磁性薄帯の主成分をナノ結晶薄帯とするとモータのコアが磁石による外力で変形する可能性があるが、アモルファス合金薄帯で剛性を高くしてコアの変形の低減も期待できる。一種類の材料を使用するよりも、各種材料の長所を組み合わせた積層軟磁性薄帯を使用することにより、より高機能製品の製造の可能性が増加する。
積層軟磁性薄帯の主成分をナノ結晶合金薄帯とすることにより磁歪を低減させトランスの唸りの低減することが可能になる。また、積層軟磁性薄帯の主成分をナノ結晶薄帯とするとモータのコアが磁石による外力で変形する可能性があるが、アモルファス合金薄帯で剛性を高くしてコアの変形の低減も期待できる。一種類の材料を使用するよりも、各種材料の長所を組み合わせた積層軟磁性薄帯を使用することにより、より高機能製品の製造の可能性が増加する。
珪素鋼板薄帯の優位性は幅が広く、板厚さも任意に調整可能なことであるが、複合積層軟磁性薄帯に使用することで幅25cm以上の製造が可能になり、大きなトランス、モータ、発電機等の磁性部品の開発につながる。
磁性体の保磁力が小さい材料と飽和磁束密度の大きい材料を組み合わせることにより、励磁エネルギーが小さいときは保磁力が小さい材料が飽和磁束密度まで働き、その後、更に励磁エネルギーが加わったときは飽和磁束密度の大きい材料が担うことにより、お互いの長所を利用する複合材料を作製することができる。
磁性体の保磁力が小さい材料と飽和磁束密度の大きい材料を組み合わせることにより、励磁エネルギーが小さいときは保磁力が小さい材料が飽和磁束密度まで働き、その後、更に励磁エネルギーが加わったときは飽和磁束密度の大きい材料が担うことにより、お互いの長所を利用する複合材料を作製することができる。
図1は実施例1に係る複合積層軟磁性薄帯1を示す図である。特性の改善をするため薄帯の幅が同じで特性の異なる複数種類の軟磁性薄帯2を複数重ねて固定し、積層軟磁性薄帯3とする。複数種類の軟磁性薄帯2としてはアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を必ず含むこととする。第3の軟磁性薄帯として珪素鋼鈑薄帯などを加えても良い。積層数は2から5程度まで適宜選択できる。積層軟磁性薄帯3をさらに複数段に積層して固定し、複合積層軟磁性薄帯1とする。図1には2段に積層した図を示しているが、実際には例えば100段程度に積層して厚みを確保する。固定は接着する方法を用いることができる。
ナノ結晶合金薄帯は磁性部品の磁気特性改善に寄与するが、単体で用いると剛性が低く、自立が困難であり、磁性部品にしたときに変形してしまう可能性がある。ナノ結晶合金薄帯の補強材としてアモルファス合金薄帯を組み合わせた積層軟磁性薄帯として使用することにより、複合積層軟磁性薄帯は良好な磁気特性を保ちつつ自立して使用可能となる。
省エネルギーの観点からナノ結晶合金薄帯とアモルファス合金薄帯を組み合わせた複合積層軟磁性薄帯1を使用する。
ナノ結晶合金薄帯の剛性の低いのをアモルファス合金薄帯で補い、保持した複合積層軟磁性薄帯1はバルク積層体として利用できる。直方体を4ケ組み合わせれば、トランスとなる。打ち抜き、積層すればモータコアとして利用できる。アモルファス合金薄帯は磁歪定数が大きいのでトランスにした時、交流で振動し、騒音の原因となるが、アモルファス合金薄帯の使用量がナノ結晶合金薄帯に比べ少量となるように制御すれば、交流での振動も軽減される。
なお、実施例1においてアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯は必須であるが、珪素鋼鈑薄帯などの軟磁性薄帯は場合により使用する。一方、多少体積、重量が大きくなるが、低電流のみで駆動する磁性部品においては、珪素鋼鈑薄帯を使わずアモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯のみで構成すると低保磁力で鉄損が大幅に削減できるので磁性部品を低電流で起動でき、省エネルギー化に寄与して好ましい。
ナノ結晶合金薄帯は磁性部品の磁気特性改善に寄与するが、単体で用いると剛性が低く、自立が困難であり、磁性部品にしたときに変形してしまう可能性がある。ナノ結晶合金薄帯の補強材としてアモルファス合金薄帯を組み合わせた積層軟磁性薄帯として使用することにより、複合積層軟磁性薄帯は良好な磁気特性を保ちつつ自立して使用可能となる。
省エネルギーの観点からナノ結晶合金薄帯とアモルファス合金薄帯を組み合わせた複合積層軟磁性薄帯1を使用する。
ナノ結晶合金薄帯の剛性の低いのをアモルファス合金薄帯で補い、保持した複合積層軟磁性薄帯1はバルク積層体として利用できる。直方体を4ケ組み合わせれば、トランスとなる。打ち抜き、積層すればモータコアとして利用できる。アモルファス合金薄帯は磁歪定数が大きいのでトランスにした時、交流で振動し、騒音の原因となるが、アモルファス合金薄帯の使用量がナノ結晶合金薄帯に比べ少量となるように制御すれば、交流での振動も軽減される。
なお、実施例1においてアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯は必須であるが、珪素鋼鈑薄帯などの軟磁性薄帯は場合により使用する。一方、多少体積、重量が大きくなるが、低電流のみで駆動する磁性部品においては、珪素鋼鈑薄帯を使わずアモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯のみで構成すると低保磁力で鉄損が大幅に削減できるので磁性部品を低電流で起動でき、省エネルギー化に寄与して好ましい。
図2は実施例2に係る複合積層軟磁性薄帯1の作製方法を示した図である。
特性の改善をするため薄帯の幅が同じで特性の異なるアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を複数重ねて積層軟磁性薄帯3とし、積層軟磁性薄帯3を巻き回した後に固定して複合積層軟磁性薄帯1を作製する。
重ねる層数は2層から5層程度まで適宜選択できる。軟磁性薄帯2の組み合わせとしては、アモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯を交互、もしくはアモルファス合金薄帯を1層、ナノ結晶合金薄帯を2層等、厚さ調節して選択する。固定する方法として接着する方法を採用すれば、機械的強度、剛性の補強をすることができる。
このようにして作製された複合積層軟磁性薄帯1を必要に応じてカットして、トランス、トロイダルコア、リアクトル等の磁性部品とする。
一つのリールに巻いた幅2cmのアモルファス合金薄帯及び二つのリールに巻いた幅2cmのナノ結晶合金薄帯を用意する。アモルファス合金薄帯の上にナノ結晶合金薄帯を2層重ねてから巻き回しをする。横6cm、縦2cmの長方形状に100回繰り返し巻き回して厚さ1cmの図3のような複合積層軟磁性薄帯1を作製した。これをナノ結晶合金薄帯を使用しているために特性が良く、かつ非磁性の補強材を使用しなくても自立するトランスコアとして使用した。 同様の方法で、リアクトル、モータコア、バルク積層体とすることもできる。実施例2の軟磁性薄帯の組み合わせは実施例1と同様に、ヒステリシス損失、渦電流損失が少なく、鉄損を低減でき、軟磁性特性に優れ、省エネルギー磁性部品に最適である。
アキシャルギャップモータの固定子に現状ではアモルファス合金薄帯を切断積層してケースに入れて作られている(非特許文献2)が、実施例2の複合積層軟磁性薄帯1から作製した円柱状のコアを加工してコイルを巻き、アキシャルギャップモータの固定子に利用することが可能になる。
アモルファス合金薄帯でアキシャルギャップモータのコア部品を作製するとき、巻き回したコアを固定するのに樹脂で接着固化することによりコアに応力が加わり、大きな磁歪により軟磁性特性が劣化するが、実施例2の複合積層軟磁性帯1から作製したコア部品ではナノ結晶合金薄帯を使用することにより、軟磁性特性の劣化が低減できる。このため製造工程の作業効率が良くなる。
特性の改善をするため薄帯の幅が同じで特性の異なるアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を複数重ねて積層軟磁性薄帯3とし、積層軟磁性薄帯3を巻き回した後に固定して複合積層軟磁性薄帯1を作製する。
重ねる層数は2層から5層程度まで適宜選択できる。軟磁性薄帯2の組み合わせとしては、アモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯を交互、もしくはアモルファス合金薄帯を1層、ナノ結晶合金薄帯を2層等、厚さ調節して選択する。固定する方法として接着する方法を採用すれば、機械的強度、剛性の補強をすることができる。
このようにして作製された複合積層軟磁性薄帯1を必要に応じてカットして、トランス、トロイダルコア、リアクトル等の磁性部品とする。
一つのリールに巻いた幅2cmのアモルファス合金薄帯及び二つのリールに巻いた幅2cmのナノ結晶合金薄帯を用意する。アモルファス合金薄帯の上にナノ結晶合金薄帯を2層重ねてから巻き回しをする。横6cm、縦2cmの長方形状に100回繰り返し巻き回して厚さ1cmの図3のような複合積層軟磁性薄帯1を作製した。これをナノ結晶合金薄帯を使用しているために特性が良く、かつ非磁性の補強材を使用しなくても自立するトランスコアとして使用した。 同様の方法で、リアクトル、モータコア、バルク積層体とすることもできる。実施例2の軟磁性薄帯の組み合わせは実施例1と同様に、ヒステリシス損失、渦電流損失が少なく、鉄損を低減でき、軟磁性特性に優れ、省エネルギー磁性部品に最適である。
アキシャルギャップモータの固定子に現状ではアモルファス合金薄帯を切断積層してケースに入れて作られている(非特許文献2)が、実施例2の複合積層軟磁性薄帯1から作製した円柱状のコアを加工してコイルを巻き、アキシャルギャップモータの固定子に利用することが可能になる。
アモルファス合金薄帯でアキシャルギャップモータのコア部品を作製するとき、巻き回したコアを固定するのに樹脂で接着固化することによりコアに応力が加わり、大きな磁歪により軟磁性特性が劣化するが、実施例2の複合積層軟磁性帯1から作製したコア部品ではナノ結晶合金薄帯を使用することにより、軟磁性特性の劣化が低減できる。このため製造工程の作業効率が良くなる。
図4は実施例3にかかる複合積層軟磁性薄帯1を示す図である。
幅の広い珪素鋼鈑薄帯4の上に、軟磁性薄帯2として幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯が幅の広い珪素鋼鈑薄帯4の幅とほぼ等しくなるように並べられた層が1層または複数層積層されて積層軟磁性薄帯3となる。積層軟磁性薄帯3をさらに複数段に積層して固定し、複合積層軟磁性薄帯1とする。図4の積層軟磁性薄帯3は珪素鋼鈑薄帯4と軟磁性薄帯2が1層ずつから成るが、珪素鋼鈑薄帯は1層、軟磁性薄帯2は複数層積層して積層軟磁性薄帯3としても良い。また、図4には積層軟磁性薄帯3を2段に積層して複合積層軟磁性薄帯1とした図を示しているが、実際には例えば100段程度に積層して厚みを確保する。
複合積層軟磁性薄帯1を、必要に応じて加工してモータのコア、バルク積層体、発電機のコア材などの磁性部品とすることができる。従来のアモルファス合金薄帯で大型のモータコアを作製するには固定子の一部であるティースを複数個リング状に1周つなぎ1つのコアを作製していたのを本実施例によれば、従来より幅の広いモータのコアを1回のプレス打ち抜きで容易に作製することができる。
複合積層軟磁性薄帯1のアモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯部分では小励起電流で稼働し、珪素鋼板の飽和磁化が大きいという最大の特徴を生かして、小型化を最大限に利用できる小型モータの固定子としての磁性部品に最適である。また、低出力の時はナノ結晶合金薄帯とアモルファス合金薄帯で動作し、最大使用電力で動作する時にはエネルギー効率は下がるが飽和磁化の大きな珪素鋼板薄帯でも動作する磁性部品に適しており、トランスに適用すると、待機消費電力はナノ結晶合金薄帯、アモルファス合金薄帯で動作するので省エネルギーになる。モータでの使用も同様に低出力時はナノ結晶合金薄帯、アモルファス合金薄帯で動作し、最大出力時には珪素鋼板薄帯部分も動作する。珪素鋼板薄帯はナノ結晶合金薄帯、アモルファス合金薄帯に比べると軟磁性特性が劣り、欠点としてエネルギー消費が増加するが、珪素鋼板薄帯はアモルファス合金薄帯に比べ磁歪が小さいのでトランスにした時の振動は大きくない。
幅の広い珪素鋼鈑薄帯4の上に、軟磁性薄帯2として幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯が幅の広い珪素鋼鈑薄帯4の幅とほぼ等しくなるように並べられた層が1層または複数層積層されて積層軟磁性薄帯3となる。積層軟磁性薄帯3をさらに複数段に積層して固定し、複合積層軟磁性薄帯1とする。図4の積層軟磁性薄帯3は珪素鋼鈑薄帯4と軟磁性薄帯2が1層ずつから成るが、珪素鋼鈑薄帯は1層、軟磁性薄帯2は複数層積層して積層軟磁性薄帯3としても良い。また、図4には積層軟磁性薄帯3を2段に積層して複合積層軟磁性薄帯1とした図を示しているが、実際には例えば100段程度に積層して厚みを確保する。
複合積層軟磁性薄帯1を、必要に応じて加工してモータのコア、バルク積層体、発電機のコア材などの磁性部品とすることができる。従来のアモルファス合金薄帯で大型のモータコアを作製するには固定子の一部であるティースを複数個リング状に1周つなぎ1つのコアを作製していたのを本実施例によれば、従来より幅の広いモータのコアを1回のプレス打ち抜きで容易に作製することができる。
複合積層軟磁性薄帯1のアモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯部分では小励起電流で稼働し、珪素鋼板の飽和磁化が大きいという最大の特徴を生かして、小型化を最大限に利用できる小型モータの固定子としての磁性部品に最適である。また、低出力の時はナノ結晶合金薄帯とアモルファス合金薄帯で動作し、最大使用電力で動作する時にはエネルギー効率は下がるが飽和磁化の大きな珪素鋼板薄帯でも動作する磁性部品に適しており、トランスに適用すると、待機消費電力はナノ結晶合金薄帯、アモルファス合金薄帯で動作するので省エネルギーになる。モータでの使用も同様に低出力時はナノ結晶合金薄帯、アモルファス合金薄帯で動作し、最大出力時には珪素鋼板薄帯部分も動作する。珪素鋼板薄帯はナノ結晶合金薄帯、アモルファス合金薄帯に比べると軟磁性特性が劣り、欠点としてエネルギー消費が増加するが、珪素鋼板薄帯はアモルファス合金薄帯に比べ磁歪が小さいのでトランスにした時の振動は大きくない。
図5aと図5bは実施例4に係る複合積層軟磁性薄帯1の作製方法を示した図である。図5aに示したように、一つのリールに巻いた厚さ0.1mm、幅50cm、長さ6mの珪素鋼板薄帯4、二つのリールに巻いた厚さ0.03mm、幅20cm、長さ約1000mのアモルファス合金薄帯5、及びひとつのリールに巻いた厚さ0.02mm、幅10cm、長さ約1000mのナノ結晶合金薄帯6を用意する。各リールから薄帯を引き出し、図5bに示したように幅50cmの珪素鋼板薄帯4の上に幅20cmのアモルファス合金薄帯、幅10cmのナノ結晶薄帯、幅20cmのアモルファス合金薄帯を並べて重ねて、全体の幅が珪素鋼鈑と同じ50cmになるようにして積層軟磁性薄帯3とし、ガイド枠7を通し、巻き回しを行う。一辺が50cmの正方形状になるように、一周で4箇所90度ずつ曲げながら3周に渡って巻き回す。珪素鋼板が無くなった後も幅20cmのアモルファス合金薄帯、幅10cmのナノ結晶合金薄帯、及び幅20cmのアモルファス合金薄帯を合計幅50cmを保ちながら30回巻き回しを続け、厚さ1.29mmになったところでアモルファス合金薄帯をカットする。アモルファス合金薄帯とナノ結晶合金薄帯の厚みが同一の場合はナノ結晶合金薄帯もカットしてここで完了するが、上記例においてはナノ結晶合金薄帯の厚みが薄いためナノ結晶合金薄帯だけさらに15回巻き回しを続ける。アモルファス合金薄帯を30回巻き回した全厚みとナノ結晶合金薄帯を45回巻き回した全厚みの差が0.1mm以内であることを確認したらナノ結晶合金薄帯もカットし、図6に示した複合積層磁性薄帯1が作製される。
このように作製された立方体状の複合積層磁性薄帯1を固定した後、4箇所のコーナーにてカットして50cmX50cmX1.29mmの板4枚を切り出した。板からモータコア材料としてプレス打ち抜きを行った。
本実施例による複合磁性薄帯1は発電機コアとして使うことも可能である。
本実施例により作製されたモータコアや発電機コアなどの磁性部品は、リボンの幅の制限がなくなり幅の広い複合軟磁性薄帯を利用できる利点がある。大きなトランス、モータコアを作るのには幅が広く、厚さも厚くなり、ターン数も多くなるので、本実施例による方法が適している。
このように作製された立方体状の複合積層磁性薄帯1を固定した後、4箇所のコーナーにてカットして50cmX50cmX1.29mmの板4枚を切り出した。板からモータコア材料としてプレス打ち抜きを行った。
本実施例による複合磁性薄帯1は発電機コアとして使うことも可能である。
本実施例により作製されたモータコアや発電機コアなどの磁性部品は、リボンの幅の制限がなくなり幅の広い複合軟磁性薄帯を利用できる利点がある。大きなトランス、モータコアを作るのには幅が広く、厚さも厚くなり、ターン数も多くなるので、本実施例による方法が適している。
ここで実施例1-4により作製される磁性部品の特徴を比較してまとめると以下のようになる。
実施例1及び2により作製される磁性部品は、小出力での使用時においては飽和磁束密度が低いが軟磁性特性の優れたナノ結晶合金薄帯及びアモルファス合金薄帯が動作して省エネルギーで動作するので、実施例1及び2の方法は小出力で省エネの必要な磁性部品に向いている。
実施例3及び4により作製される磁性部品は、鉄損の大きい珪素鋼鈑薄帯が必ず使われるため発熱が大きくなり、省エネルギーの観点からは若干不利になる。しかしながら、小出力ではアモルファス合金とナノ結晶合金が働いてある程度の省エネルギー特性が得られ、高出力になるとナノ結晶合金薄帯及びアモルファス合金薄帯が飽和しても飽和磁束密度の高い珪素鋼板薄帯は飽和せず動作する。実施例3及び4の方法は、小出力から大出力までの広い範囲で使用する磁性部品に向いている。
同じ磁性部品を作製するのに実施例2及び4では巻き回し積層することによりトランスやモータコアなどを製造できるので、巻き回しをせず、打ち抜き、積層の手数が必要な実施例1及び3に比べて磁性部品製造の工数の削減を実現できる利点がある。
実施例1及び2により作製される磁性部品は、小出力での使用時においては飽和磁束密度が低いが軟磁性特性の優れたナノ結晶合金薄帯及びアモルファス合金薄帯が動作して省エネルギーで動作するので、実施例1及び2の方法は小出力で省エネの必要な磁性部品に向いている。
実施例3及び4により作製される磁性部品は、鉄損の大きい珪素鋼鈑薄帯が必ず使われるため発熱が大きくなり、省エネルギーの観点からは若干不利になる。しかしながら、小出力ではアモルファス合金とナノ結晶合金が働いてある程度の省エネルギー特性が得られ、高出力になるとナノ結晶合金薄帯及びアモルファス合金薄帯が飽和しても飽和磁束密度の高い珪素鋼板薄帯は飽和せず動作する。実施例3及び4の方法は、小出力から大出力までの広い範囲で使用する磁性部品に向いている。
同じ磁性部品を作製するのに実施例2及び4では巻き回し積層することによりトランスやモータコアなどを製造できるので、巻き回しをせず、打ち抜き、積層の手数が必要な実施例1及び3に比べて磁性部品製造の工数の削減を実現できる利点がある。
本発明により、各種の軟磁性薄帯の長所を組み合わせて取り入れた複合積層軟磁性薄帯から、特性の優れたバルク積層体、トランス、リアクトル、モータのコア、発電機のコア材などの磁性部品を、製造工数の削減を実現しつつ作製することが可能となるので、産業上の利用可能性は大きい。
1 複合積層軟磁性薄帯
2 軟磁性薄帯
3 積層軟磁性薄帯
4 珪素鋼鈑薄帯
5 アモルファス合金薄帯
6 ナノ結晶合金薄帯
7 ガイド枠
2 軟磁性薄帯
3 積層軟磁性薄帯
4 珪素鋼鈑薄帯
5 アモルファス合金薄帯
6 ナノ結晶合金薄帯
7 ガイド枠
Claims (6)
- 特性の異なる複数種類の軟磁性金属薄帯を幅を同じくして積層して成る積層軟磁性薄帯を複数段数重ねた後に固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記複数種類の軟磁性薄帯はアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を必ず含むことを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
- 積層軟磁性薄帯が、複数回数巻き回して固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯は、アモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯を幅を同じくして積層して成ることを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
- 積層軟磁性薄帯を複数段数重ねた後に固定される複合積層軟磁性薄帯であって、前記積層軟磁性薄帯は、幅の広い珪素鋼鈑薄帯の上に、幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯が前記幅の広い珪素鋼鈑薄帯の幅とほぼ等しくなるように並べられた層が1層または複数層積層されて成ることを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
- 幅の広い珪素鋼鈑薄帯の上に、幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯が、前記幅の広い珪素鋼鈑薄帯の幅とほぼ等しくなるように並べられて成る積層軟磁性薄帯が複数回数巻き回され、続いて前記幅の広い珪素鋼鈑薄帯の幅とほぼ等しくなるように並べられた前記幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯だけが複数回数巻き回され、固定されて成ることを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
- 請求項4に記載の幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯の厚みが同一でない場合には、前記幅の狭いアモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯だけが複数回数巻き回された後、アモルファス合金薄帯及びナノ結晶合金薄帯の内、厚い方の軟磁性薄帯がカットされ、他方の軟磁性薄帯をさらに巻き回し、前記他方の軟磁性薄帯の全厚みが前記厚い方の軟磁性薄帯の全厚みとほぼ等しくなったところで他方の軟磁性薄帯がカットされ、固定されることを特徴とする複合積層軟磁性薄帯。
- 請求項1ないし請求項5に記載の複合積層軟磁性薄帯から作製される磁性部品であって、前記磁性部品は、トランス、リアクトル、モータのコア、発電機のコア、バルク積層体のいずれかであることを特徴とする磁性部品。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPS57126113A (en) * | 1981-01-27 | 1982-08-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Magnetic core |
WO2013069270A1 (ja) * | 2011-11-08 | 2013-05-16 | 株式会社 東芝 | 非接触受電装置用磁性シートとそれを用いた非接触受電装置、電子機器、並びに非接触充電装置 |
JP2014155347A (ja) * | 2013-02-08 | 2014-08-25 | Mitsubishi Electric Corp | 分割鉄心、及びこの分割鉄心を用いた固定子、並びにこの固定子を備えた回転電機 |
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-
2023
- 2023-07-21 WO PCT/JP2023/026712 patent/WO2024029367A1/ja active Search and Examination
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