CN110576656A - 用于铁芯的层叠体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于铁芯的层叠体。提供在维持高占空系数的状态下使损耗比例减小了的层叠体。本发明涉及用于铁芯的层叠体，其具备由软磁性金属薄体构成的薄体层叠体和在薄体层叠体的表面设置的绝缘层，1层软磁性金属薄体的厚度为100μm以下，软磁性金属薄体在表面具有氧化覆膜，薄体层叠体由至少两层软磁性金属薄体构成，薄体层叠体与绝缘层交替地配置。

Description

用于铁芯的层叠体

技术领域

本发明涉及用于电机的铁芯等的层叠体。

背景技术

以混合动力车和电动汽车等的驱动用电机为首，在车辆中搭载的大量的电机中，在铁芯部分等使用磁性部件。每天进行着用于这些磁性部件的高效化、高收益的技术开发。

例如在专利文献1中，记载了一种冲切加工用的层叠板，其为将多张厚度为8～35μm的软磁性金属薄体层叠而成的层叠板，其特征在于，金属薄体间的热固性树脂的各厚度为0.5μm～2.5μm，层叠板的总厚度为50μm～250μm。

在专利文献2中，记载了一种金属薄体间的密合强度高的软磁性金属薄体层叠体，其为使用聚酰胺酸溶液将多张软磁性金属薄体层叠而成的软磁性金属薄体层叠体，其特征在于，层叠方向的占空系数为95％以上。

在专利文献3中，记载了一种具有高机械强度的非晶质金属磁性层叠板，其特征在于，其由非晶质金属磁性薄体形成的层叠体构成，上述非晶质金属磁性薄体形成的层叠体中，将以在氮气氛气流下、300℃下经过了1小时的受热历程时的热分解引起的树脂的重量减少率为1重量％以下为特征的耐热性树脂层与非晶质金属磁性薄体层交替地层叠而成，进而，上述非晶质金属磁性薄体层由拉伸强度为500MPa以下的非晶质金属层和拉伸强度为500MPa以上的非晶质金属层构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-213410号公报

专利文献2：国际公开第2007/116937号

专利文献3：日本特开2004-42345号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，对于现有技术中的层叠体而言，为了减小损耗比例，在一层软磁性金属薄体与一层软磁性金属薄体之间设有一层树脂层(绝缘层)，因此存在层叠体的单位体积的树脂层的比例变大、即占空系数变小这样的问题。

因此，本发明的课题在于，提供在维持着高占空系数的状态下减小了损耗比例的层叠体。

用于解决课题的手段

在层叠电机铁芯中，层叠的软磁性金属薄体的厚度越薄，越导致电机的损耗降低。即，在将薄的软磁性金属薄体(箔状软磁性金属材料，在本说明书等中也称为“软磁性箔材”，详细情况记载于下述)层叠而成的层叠电机铁芯中，与将厚的软磁性金属薄体层叠而成的层叠电机铁芯相比，涡流变小，涡流损耗降低。因此，为了降低电机的损耗，考虑将软磁性金属薄体薄地箔材化。

另一方面，若软磁性金属薄体与软磁性金属薄体之间发生导通，则涡流变大，进而导致大的涡流损耗。即，就在软磁性金属薄体彼此之间没有配置妨碍导通者、即绝缘层的层叠电机铁芯而言，随着软磁性金属薄体的层数增多，与配置了绝缘层的层叠电机铁芯相比，涡流变大，涡流损耗变大。因此，在软磁性金属薄体与软磁性金属薄体之间需要配置绝缘层以使层间不导通。

根据以上内容，为了降低涡流损耗，考虑将软磁性箔材层叠来制造层叠电机铁芯，进而，为了防止层间的导通，在软磁性箔材与软磁性箔材之间配置绝缘层。但是，在软磁性箔材与软磁性箔材之间全部配置绝缘层时，层叠电机铁芯中的占空系数会大幅地降低。就这样制造的软磁性箔材层叠电机铁芯而言，与将相同体积的现有的软磁性金属薄体与绝缘层交替地层叠而制造的层叠电机铁芯(现有产品)相比，磁特性会降低，为了得到与现有产品相同的性能，需要增加软磁性箔材层叠电机铁芯的体积。

因此，本发明人对用于解决上述课题的手段进行了各种研究，结果发现：在用于铁芯的层叠体中，使用在表面具有氧化覆膜的一定厚度的软磁性箔材作为软磁性金属薄体，在多层软磁性箔材的每一层配置一层绝缘层，从而能够在维持高占空系数的同时减小损耗比例，完成了本发明。

即，本发明的要点如以下那样。

(1)用于铁芯的层叠体，其具备由软磁性金属薄体构成的薄体层叠体和在薄体层叠体的表面设置的绝缘层，1层软磁性金属薄体的厚度为100μm以下，软磁性金属薄体在表面具有氧化覆膜，薄体层叠体由至少两层软磁性金属薄体构成，薄体层叠体与绝缘层交替地配置。

(2)(1)所述的层叠体，其中，1层软磁性金属薄体的厚度为10μm～100μm，薄体层叠体由2层～20层软磁性金属薄体构成。

(3)(1)或(2)所述的层叠体，其中，1层绝缘层具有1000Ω·m以上的电阻值。

发明效果

根据本发明，提供在维持高占空系数的状态下使损耗比例减小了的层叠体。

附图说明

图1为表示本发明的层叠体的层叠结构的一例的图。

图2为表示比较例1～3和实施例1～4的损耗比例的图。

图3为表示比较例1～3和实施例1～4的占空系数的图。

附图标记说明

1.薄的软磁性金属薄体(软磁性箔材)、2.绝缘层

具体实施方式

以下，对本发明的优选实施方式进行详细说明。

本说明书中，酌情参照附图对本发明的特征进行说明。附图中，为了明确化而将各部件的尺寸和形状夸张，没有准确地描绘实际的尺寸和形状。因此，本发明的技术范围不受这些附图中所示的各部件的尺寸和形状所限定。应予说明，本发明的层叠体不限定于下述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够以实施了本领域技术人员可进行的改变、改良等的各种形态来实施。

本发明涉及用于铁芯的层叠体，其具备由软磁性金属薄体构成的薄体层叠体和在薄体层叠体的表面设置的绝缘层，1层软磁性金属薄体的厚度为一定的范围，软磁性金属薄体在表面具有氧化覆膜，薄体层叠体由多层软磁性金属薄体构成，薄体层叠体与绝缘层交替地配置。

本发明中，软磁性金属薄体是指磁极较容易反转(通常矫顽力为800A/m以下)的金属的薄带。

本发明中的软磁性金属薄体的1层(1张)的厚度为100μm以下，优选为10μm～100μm，更优选为20μm～50μm。在本说明书等中，具有这样的厚度的薄软磁性金属薄体也称为“软磁性箔材”。

由于软磁性金属薄体为具有上述范围的厚度的软磁性箔材，因此在使用本发明的层叠体制造的层叠电机铁芯中，能够降低电机的损耗。

作为软磁性箔材，能够使用本技术领域中以往公知的软磁性箔材，例如可列举出由含有铁(Fe)和/或钴(Co)作为主金属、含有选自硼(B)、硅(Si)、磷(P)、铜(Cu)、锆(Zr)和铌(Nb)中的1种以上的元素作为合金元素的合金构成的软磁性箔材。

在软磁性箔材中，Fe和/或Co的量相对于软磁性箔材的全部元素的合计原子数通常为80原子％以上，优选为80原子％～90原子％。

在软磁性箔材中，合金元素的量相对于软磁性箔材的全部元素的合计原子数通常为20原子％以下，优选为10原子％～20原子％。

本发明的软磁性箔材在表面具有氧化覆膜。

氧化覆膜的厚度通常为软磁性箔材的约1/1000、即约100nm以下，优选为30nm～80nm，更优选为30nm～50nm。

氧化覆膜为铁氧体，具有与赤铁矿(Fe₂O₃)相同的晶体结构。氧化覆膜的晶体结构例如能够通过薄膜X射线衍射来确认。

本发明中，由于软磁性箔材在表面具有氧化覆膜，由此不必在软磁性箔材与软磁性箔材之间全部配置绝缘层，只要将绝缘层配置于下述所示的由多层软磁性箔材构成的每个薄体层叠体即可，能够在维持高占空系数的状态下减小损耗比例。推测该效果是由于氧化覆膜担负防止将软磁性箔材彼此层叠时的软磁性箔材间的导通的绝缘作用而产生的，但本发明并不受该推测限定。

本发明的软磁性箔材能够使用本技术领域中以往公知的方法制造，例如可使用单辊液体急冷法制造。在单辊液体急冷法中，例如使用株式会社日新技研制造的液体急冷凝固装置NAV-A3型，在使熔解室内部为高真空状态后，在氩气气氛中将喷嘴内的母合金高频熔解，制成熔融合金，在达到规定的温度后，从喷嘴口迅速地向高速旋转的铜辊表面喷出，可制造软磁性箔材。关于单辊液体急冷法，例如可参照中川惠友等、“喷出温度对采用单辊液体急冷法的急冷凝固Fe-Si-B系合金薄带制作产生的影响”、日本金属学会志、第73卷、第10号(2009)、764页～767页中记载的方法。在这样制造的软磁性箔材的表面形成有上述氧化覆膜。

在本发明中，薄体层叠体是由至少2层、优选2层～20层、更优选5层～10层的软磁性箔材构成的层叠体。

因此，薄体层叠体全体的厚度通常为20μm～700μm，优选为50μm～500μm，更优选为100μm～300μm。

在本发明中，绝缘层是利用绝缘体形成的层，可使用本技术领域中以往公知的绝缘层。对绝缘层并无限定，例如包含热固性的环氧树脂、醇酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、酰亚胺改性丙烯酸类树脂。进而，绝缘层可包含无机填料。

本发明中要求的绝缘层的电阻值通常可为1000Ω·m以上，优选地可为1000Ω·m～5000Ω·m。绝缘层的厚度通常以绝缘层具有上述电阻值的方式设定，并无限定。

在本发明的层叠体中，绝缘层配置在薄体层叠体的表面，薄体层叠体与绝缘层交替地配置。因此，绝缘层配置在薄体层叠体与薄体层叠体之间。

在图1中示出本发明的层叠体的层叠结构的一例。在图1中所示的本发明的层叠体中，在第1绝缘层2上层叠通过将5层软磁性箔材1层叠而形成的第1薄体层叠体，在第1薄体层叠体的上侧的表面上层叠第2绝缘层2，在第2绝缘层2上层叠通过将5层软磁性箔材1层叠而形成的第2薄体层叠体，在第2薄体层叠体的上侧的表面上层叠第3绝缘层2，在第3绝缘层2上层叠通过将5层软磁性箔材1层叠而形成的第3薄体层叠体，在第3薄体层叠体的上侧的表面上层叠第4绝缘层2。

在本发明的层叠体中，由于在由多层软磁性箔材形成的每个薄体层叠体配置有1层绝缘层，因此与以往的在每1层软磁性金属薄体具有1层绝缘层的层叠体相比，可减少层叠体中的绝缘层的体积比例，可提高层叠体的单位体积的性能(例如磁特性)。

本发明的层叠体除了用于铁芯例如电机铁芯、定子铁芯以外，也能够用于电抗器铁芯、变压器铁芯等。

本发明的层叠体可使用本技术领域中以往公知的层叠方法制造。

例如，本发明的层叠体可通过使层叠上述层数的软磁性箔材而形成的薄体层叠体与绝缘层交替地层叠来形成。即，首先，使上述层数的软磁性箔材层叠而形成第1薄体层叠体，接下来，在第1薄体层叠体的表面上形成第1绝缘层，进而在第1绝缘层的表面上使上述层数的软磁性箔材层叠而形成第2薄体层叠体，然后在第2薄体层叠体的表面上形成第2绝缘层，进而反复上述工序直至成为所期望的层叠体的厚度，从而可制造本发明的层叠体。

实施例

以下，对与本发明有关的若干实施例进行说明，但并不意在将本发明限定于该实施例中所示的内容。

在以下的比较例1～3和实施例1～4中，制作层叠体。制作比较例1和2以及实施例1～4的层叠体时使用的软磁性箔材为采用急冷法制作的组成Fe 80原子％以上的急冷箔材，厚度为25μm，用TEM图像测定的氧化覆膜的厚度为约50nm。

比较例1

使1层软磁性箔材层叠，使1层绝缘层(1μm、绝缘电阻值1000Ω·m)层叠，从而制作厚约26μm的层叠体。

比较例2

使30层软磁性箔材层叠，使1层绝缘层(1μm、绝缘电阻值1000Ω·m)层叠，从而制作厚约751μm的层叠体。

比较例3

使1层电磁钢板(250μm、3％硅-Fe的、有氧化覆膜、通过轧制制作)层叠，使1层绝缘层(1μm、绝缘电阻值1000Ω·m)层叠，从而制作厚约251μm的层叠体。

实施例1

使2层软磁性箔材层叠，使1层绝缘层(1μm、绝缘电阻值1000Ω·m)层叠，从而制作厚约51μm的层叠体。

实施例2

使5层软磁性箔材层叠，使1层绝缘层(1μm、绝缘电阻值1000Ω·m)层叠，从而制作厚约126μm的层叠体。

实施例3

通过使10层软磁性箔材层叠，使1层绝缘层(1μm、绝缘电阻值1000Ω·m)层叠，从而制作厚约251μm的层叠体。

实施例4

通过使20层软磁性箔材层叠，使1层绝缘层(1μm、绝缘电阻值1000Ω·m)层叠，从而制作厚约501μm的层叠体。

对于比较例1～3和实施例1～4中制作的各层叠体，测定了损耗比例和占空系数。

应予说明，损耗比例按照如下的测定方法测定：将层叠体用激磁铁芯夹持，通过在层叠体的层叠方向上施加压缩应力，从而计量磁通密度B和磁场强度H，计算BH轨迹的面积。

占空系数按照下述式来计算：

占空系数＝(软磁性箔材或电磁钢板的厚度×层叠张数)/(层叠体的厚度)×100。

在图2中示出比较例1～3和实施例1～4的损耗比例。图2中的损耗比例为将比较例1的损耗比例设为100％时的相对值。在图2的棒状图中，将比较例1和2以及实施例1～4从左依次排列，以使绝缘层与绝缘层之间的软磁性箔材的层数、即薄体层叠体中的软磁性箔材的层数增加，在最右侧示出作为现有产品的将电磁钢板与绝缘层交替地层叠而制作的层叠体即比较例3的结果。由图2可知存在以下情形：薄体层叠体中的软磁性箔材的层数增加时，损耗比例以指数函数增加。可知在薄体层叠体中的软磁性箔材的层数为20层以下时，损耗比例小于作为现有产品的比较例3的损耗比例。

在图3中示出比较例1～3和实施例1～4的占空系数。在图3的棒状图中，将比较例1和2以及实施例1～4从左依次排列，以使绝缘层与绝缘层之间的软磁性箔材的层数、即薄体层叠体中的软磁性箔材的层数增加，在最右侧示出作为现有产品的将电磁钢板与绝缘层交替地层叠而制作的层叠体即比较例3的结果。由图3可知存在以下情形：在薄体层叠体中的软磁性箔材的层数增加时，占空系数增加。可知在薄体层叠体中的软磁性箔材的层数为2层时，占空系数超过95％，特别是薄体层叠体中的软磁性箔材的层数为5层时，占空系数超过98％，在薄体层叠体中的软磁性箔材的层数为5层以上时，占空系数渐近100％。

通常，对于电机要求低损耗、高占空系数。本发明中使用的软磁性箔材非常薄，因此利用绝缘层的配置的方式，这些特性大幅地变化。根据本发明，可知在层叠体的薄体层叠体中，通过将厚度设为25μm的软磁性箔材的层数为至少2层、优选2层～20层、更优选5层～10层，能够兼顾层叠体的低损耗和高占空系数。

Claims (3)

1.用于铁芯的层叠体，其具备由软磁性金属薄体构成的薄体层叠体和在薄体层叠体的表面设置的绝缘层，

1层软磁性金属薄体的厚度为100μm以下，

软磁性金属薄体在表面具有氧化覆膜，

薄体层叠体由至少两层软磁性金属薄体构成，

薄体层叠体与绝缘层交替地配置。

2.权利要求1所述的层叠体，其中，1层软磁性金属薄体的厚度为10μm～100μm，薄体层叠体由2层～20层软磁性金属薄体构成。

3.权利要求1或2所述的层叠体，其中，1层绝缘层具有1000Ω·m以上的电阻值。