DE112020000679T5

DE112020000679T5 - Gewickelter Magnetkern, Legierungskern und Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns

Info

Publication number: DE112020000679T5
Application number: DE112020000679.4T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Hagiwara
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2021-11-04
Also published as: WO2020162480A1; CN113348526A; JP7143903B2; US20240153686A1; US11749430B2; CN113348526B; CN115910591A; JPWO2020162480A1; US20220102037A1

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband, wobei das Verfahren aufweist: einen ersten Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein gewickelter Magnetkern, der durch Wickeln eines zur Nanokristallisation fähigen, amorphen weichmagnetischen Legierungsbandes gebildet ist, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen ist, die 300°C oder höher und unter einer Kristallisations-Starttemperatur ist, wobei eine erste innere Formkorrekturlehre zum Halten des gewickelten Magnetkerns in einer nicht-kreisrunden Form in einem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert ist; und einen zweiten Wärmebehandlungsschritt, bei dem der gewickelte Magnetkern einer Wärmebehandlung zur Nanokristallisation bei einer Temperatur unterzogen ist, die gleich der oder höher als die Kristallisations-Starttemperatur ist, wobei die erste innere Formkorrekturlehre entfernt ist und wobei mindestens eine zweite innere Formkorrekturlehre in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert ist, wobei: ein Querschnitt der zweiten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu einer Richtung, in der sich die zweite innere Formkorrekturlehre erstreckt, kleiner als ein Querschnitt der ersten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu einer Richtung ist, in der sich die erste innere Formkorrekturlehre erstreckt; und über eine Teilperiode des zweiten Wärmebehandlungsschritts ein Magnetfeld an den gewickelten Magnetkern angelegt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen nicht-kreisrunden gewickelten Magnetkern, der durch Wickeln eines weichmagnetischen Legierungsbandes gewonnen ist, welcher aus einer nanokristallinen Legierung hergestellt ist, einen Legierungskern und ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns.
STAND DER TECHNIK
Eine Zunahme der Frequenz von Umrichtern, die auf eine Zunahme der Leistungsfähigkeit von Leistungshalbleitereinrichtungen folgt, ermöglicht eine Verbesserung der Strom-Spannungs-Steuerkapazität, zu einem Problem ist jedoch Hochfrequenz-Leckstrom geworden, der durch eine von Umrichtern erzeugte Gleichtaktspannung verursacht ist. Als Mittel, dies zu unterbinden, sind Gleichtaktdrosselspulen in Verwendung. Gleichtaktdrosselspulen haben einen Magnetkern aus einem weichmagnetischen Material. Das Patentdokument Nr. 1 offenbart, dass als Magnetkern zur Verwendung in denselben ein Magnetkern aus einem Band einer Fe-basierten oder Co-basierten nanokristallinen Legierung geeignet ist. Eine nanokristalline Legierung weist eine höhere Sättigungsflussdichte als ein Permalloy oder eine Co-basierte amorphe Legierung auf und hat eine höhere magnetische Permeabilität als eine Fe-basierte amorphe Legierung.
Beispielsweise offenbart das Patentdokument Nr. 2 typische Zusammensetzungen nanokristalliner Legierungen. Ein typisches Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Magnetkerns mit einer nanokristallinen Legierung weist auf: einen Schritt der Erzeugung eines amorphen Legierungsbandes durch Abschrecken einer Metallschmelze einer Materiallegierung mit einer gewünschten Zusammensetzung, einen Schritt des Wickelns des amorphen Legierungsbandes zu einem ringförmigen gewickelten Magnetkern und einen Schritt des Kristallisierens des amorphen Legierungsbandes durch Wärmebehandlung, um einen Magnetkern mit einer nanokristallinen Struktur zu gewinnen.
Mit Magnetkernen aus nanokristallinen Legierungen ist es möglich, die magnetischen Eigenschaften wie etwa die magnetische Permeabilität µ und das Rechteckigkeitsverhältnis durch das Temperaturprofil während der Wärmebehandlung oder durch Anlegen eines Magnetfelds in einer bestimmten Richtung während der Wärmebehandlung signifikant zu verändern. Beispielsweise beschreibt das Patentdokument Nr. 3 einen Magnetkern mit einer hohen magnetischen Permeabilität und einem niedrigen Rechteckigkeitsverhältnis, wobei die magnetische Permeabilität µ (50 Hz -1 kHz) 70.000 oder mehr beträgt und das Rechteckigkeitsverhältnis 30% oder weniger beträgt, was durch Steuern der Anlegerichtung des Magnetfelds in der Weise realisiert ist, dass sie die Höhenrichtung oder die radiale Richtung des Magnetkerns ist.
Typischerweise haben Magnetkerne aus nanokristallinen Legierungen oft eine kreisrunde Form. Ein kreisrunder Magnetkern wird hergestellt, indem ein amorphes Legierungsband kreisrund zu einem ringförmigen gewickelten Magnetkern gewickelt und dann eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, die Nanokristallisation beinhaltet (nachfolgend Nanokristallisations-Wärmebehandlung).
Abhängig von dem Raum, in dem der Magnetkern verwendet ist, kann andererseits Bedarf an einem nicht-kreisrunden Magnetkern wie etwa einem rechteckigen oder elliptischen Magnetkern bestehen. Bei der Herstellung eines nicht-kreisrunden Magnetkerns wird die Nanokristallisations-Wärmebehandlung durchgeführt, nachdem der Innenumfang eines gewickelten Magnetkerns durch eine nicht-kreisrunde innere Formkorrekturlehre zu einer nicht-kreisrunden Form gerichtet ist.
Das Patentdokument Nr. 4 offenbart ein Verfahren zur Nanokristallisations-Wärmebehandlung, das aufweist: Wickeln eines amorphen Legierungsbandes um einen Kern, dann Abbau der mechanischen Spannung in dem Band durch eine primäre Wärmebehandlung, bei welcher das Band bei einer Temperatur unter der Kristallisations-Starttemperatur gehalten ist, Entfernen des Kerns und dann Durchführen einer sekundären Wärmebehandlung zur Nanokristallisation des Bandes bei einer Temperatur, die gleich der oder höher als die Kristallisations-Starttemperatur ist. Gemäß dem Patentdokument Nr. 4 kann mit diesem Verfahren die durch die während der Wärmebehandlung erzeugte mechanische Spannung verursachte Verschlechterung magnetischer Eigenschaften unterbunden werden.
LISTE ZITIERTER DRUCKSCHRIFTEN
PATENTLITERATUR

Patentdokument Nr. 1: japanisches Patent Nr. 2501860
Patentdokument Nr. 2: japanische Patentauslegeschrift Nr. 4-4393
Patentdokument Nr. 3: japanische Offenlegungsschrift Nr. 7-278764
Patentdokument Nr. 4: japanische Offenlegungsschrift Nr. 1-247557

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Bei der Anwendung von Elektrofahrzeugen usw. ist in manchen Fällen ein gewickelter Magnetkern wie etwa eine Gleichtaktdrosselspule in einer Einrichtung dort eingebaut, wo viele Drähte und elektronische Bauteile platziert sind. In einem solchen Fall kann der eingebaute gewickelte Magnetkern in einer Form gestaltet sein, die diese Bauteile räumlich nicht stört. Spezifisch kann es einen Bedarf an einem nicht-kreisrunden gewickelten Magnetkern geben. Seit einigen Jahren besteht zunehmend Bedarf an solchen nicht-kreisrunden gewickelten Magnetkernen.
Die vorliegende Offenbarung stellt bereit: einen gewickelten Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband, der eine nicht-kreisrunde Form hat und dennoch Impedanzcharakteristika erreicht, die zu den mit einer kreisrunden Form erreichten äquivalent sind, einen Legierungskern und ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist auf: einen ersten Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein gewickelter Magnetkern, der durch Wickeln eines zur Nanokristallisation fähigen, amorphen weichmagnetischen Legierungsbandes gebildet ist, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen ist, die 300°C oder höher und unter einer Kristallisations-Starttemperatur ist, wobei eine erste innere Formkorrekturlehre zum Halten des gewickelten Magnetkerns in einer nicht-kreisrunden Form in einem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert ist; und einen zweiten Wärmebehandlungsschritt, bei dem der gewickelte Magnetkern einer Wärmebehandlung zur Nanokristallisation bei einer Temperatur unterzogen ist, die gleich der oder höher als die Kristallisations-Starttemperatur ist, wobei die erste innere Formkorrekturlehre entfernt ist und wobei mindestens eine zweite innere Formkorrekturlehre in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert ist, wobei: ein Querschnitt derzweiten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu einer Richtung, in der sich die zweite innere Formkorrekturlehre erstreckt, kleiner als ein Querschnitt der ersten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu einer Richtung ist, in der sich die erste innere Formkorrekturlehre erstreckt; und über eine Teilperiode des zweiten Wärmebehandlungsschritts ein Magnetfeld an den gewickelten Magnetkern angelegt ist.
In dem zweiten Wärmebehandlungsschritt kann das Magnetfeld angelegt sein, während sich eine Temperatur nach der Wärmebehandlung zur Nanokristallisation verringert.
In dem ersten Wärmebehandlungsschritt kann eine äußere Formkorrekturlehre zum Halten des gewickelten Magnetkerns in einer nicht-kreisrunden Form an einer Außenseite des gewickelten Magnetkerns platziert sein.
In dem zweiten Wärmebehandlungsschritt kann einer von der mindestens einen zweiten inneren Formkorrekturlehre in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert sein.
Vor der Wärmebehandlung zur Nanokristallisation kann die eine zweite innere Formkorrekturlehre so in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns angeordnet sein, dass dieselbe nicht mit dem gewickelten Magnetkern in Kontakt steht.
Eine Außenumfangsform des Querschnitts der einen zweiten inneren Formkorrekturlehre kann einer Außenumfangsform des Querschnitts der ersten inneren Formkorrekturlehre ähnlich sein.
Die Außenumfangsform der einen zweiten inneren Formkorrekturlehre kann eine Fläche haben, die das 0,5-fache oder mehr und das 0,9-fache oder weniger der Außenumfangsform der ersten inneren Formkorrekturlehre ist.
In dem zweiten Wärmebehandlungsschritt können mehrere von der mindestens einen zweiten inneren Formkorrekturlehre in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert sein.
Die mehreren zweiten inneren Formkorrekturlehren können in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns beweglich sein.
Vor der Wärmebehandlung zur Nanokristallisation können die mehreren zweiten inneren Formkorrekturlehren so in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns angeordnet sein, dass dieselben nicht mit dem gewickelten Magnetkern in Kontakt stehen.
Die mehreren zweiten inneren Formkorrekturlehren können mit einer Form, die der Außenumfangsform des Querschnitts der ersten inneren Formkorrekturlehre ähnlich ist, in einem Querschnitt senkrecht zu einer Achse des gewickelten Magnetkerns einbeschrieben sein; und die ähnliche Form kann eine Fläche haben, die das 0,5-fache oder mehr und das 0,9-fache oder weniger der Außenumfangsform der ersten inneren Formkorrekturlehre ist.
Das Verfahren kann ferner einen Tränkungsschritt aufweisen, bei dem der gewickelte Magnetkern mit einem Harz getränkt ist.
Ein gewickelter Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein gewickelter Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband, wobei der gewickelte Magnetkern eine nicht-kreisrunde Form hat und eine impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz des gewickelten Magnetkerns bei 100 kHz 45000 oder mehr beträgt.
Der gewickelte Magnetkern kann eine Rennbahnform haben oder hat eine Rennbahnform mit einem konkaven/konvexen Abschnitt entlang mindestens eines geraden Abschnitts der Rennbahnform.
In einem Zustand, in dem ein Wechselstrommagnetfeld der Frequenz f = 10 kHz und der Amplitude H = 0,05 A/m angelegt ist, kann der gewickelte Magnetkern eine relative magnetische Permeabilität µ (10 kHz) von 80.000 oder mehr, gemessen bei Raumtemperatur, ein Gleichstrom-BH-Schleifen-Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bm von 50% oder mehr und eine Koerzitivkraft von 1,1 A/m oder weniger haben.
Der gewickelte Magnetkern hat möglicherweise keinen Abschnitt, an dem das nanokristalline weichmagnetische Legierungsband um 0,1t oder mehr von einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband beabstandet ist, der in einer Stapelrichtung daran angrenzt, wobei t eine Dicke des gewickelten Magnetkerns in der Stapelrichtung ist.
Ein Legierungskern gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist auf: einen gewickelten Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband, wie oben ausgeführt; und ein Harz, mit dem der gewickelte Magnetkern getränkt ist.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt bereit: einen gewickelten Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband, der eine nicht-kreisrunde Form hat und dennoch Impedanzcharakteristika erreicht, die zu den mit einer kreisrunden Form erreichten äquivalent sind, einen Legierungskern und ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein amorphes Band gewickelt wurde.
2 ist eine Ansicht, die einen gewickelten Magnetkern zeigt, der durch eine äußere Formkorrekturlehre und eine erste innere Formkorrekturlehre geformt ist.
3 ist eine Ansicht, die einen Zustand eines gewickelten Magnetkerns illustriert, in dem eine feldinterne Wärmebehandlung bei Abwesenheit einer zweiten inneren Formkorrekturlehre durchgeführt ist.
4 ist eine Ansicht, die die Form einer zweiten inneren Formkorrekturlehre illustriert.
5 ist eine Ansicht, die die Form einer weiteren zweiten inneren Formkorrekturlehre illustriert.
6 ist eine Ansicht, die die Form einer weiteren zweiten inneren Formkorrekturlehre illustriert.
7 ist ein Graph, der eine Wärmebehandlungsbedingung eines ersten Wärmebehandlungsschritts illustriert.
8 ist ein Graph, der eine Wärmebehandlungsbedingung eines zweiten Wärmebehandlungsschritts illustriert.
9 ist ein Graph, der eine Wärmebehandlungsbedingung eines ersten Wärmebehandlungsschritts in Beispiel 1 zeigt.
10 ist ein Graph, der eine Wärmebehandlungsbedingung eines zweiten Wärmebehandlungsschritts in Beispiel 1 zeigt.
11 ist ein Graph, der Frequenzcharakteristika der impedanzrelativen magnetischen Permeabilität zeigt.
12 ist ein Graph, der Gleichstrom-B-H-Charakteristika zeigt.
13 ist eine schematische Ansicht, die die Größe einer zweiten inneren Formkorrekturlehre illustriert.
14 ist eine Ansicht, die Form und Anordnung einer weiteren zweiten inneren Formkorrekturlehre illustriert.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Erfinder hat eine gründliche Untersuchung zu einem Verfahren zur Herstellung eines nicht-kreisrunden gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband durchgeführt. Mit der kreisrunden Form und der nicht-kreisrunden Form eines gewickelten Magnetkerns, wie in der vorliegenden Anmeldung verwendet, ist die äußere Form des gewickelten Magnetkerns in einem Querschnitt parallel zu der Stapelrichtung des Bandes des gewickelten Magnetkerns bezeichnet. Die Stapelrichtung des Bandes ist die zu der primären Oberfläche des Bandes senkrechte Richtung. Ein Querschnitt eines gewickelten Magnetkerns, der zu der Stapelrichtung des Bandes parallel ist, ist auch ein Querschnitt, der zu der Achse des gewickelten Magnetkerns senkrecht ist. Jeder gewickelte Magnetkern hat einen inneren Raum, und der Querschnitt hat eine nicht-kreisrunde Ringform. Das heißt, der nicht-kreisrunde gewickelte Magnetkern der vorliegenden Offenbarung hat einen nicht-kreisrunden ringförmigen Querschnitt, und die Außen- und Innenumfänge haben nicht-kreisrunde Formen, die allgemein einander ähnlich sind.
Allgemein schrumpft das amorphe Legierungsband im Verlauf der Nanokristallisation, und das Volumen des Bandes verringert sich um circa 1%. Im Fall eines kreisrunden gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband wirkt die mechanische Spannung aus der Schrumpfung des Bandes, da der Querschnitt des gewickelten Magnetkerns parallel zu der Stapelrichtung eine kreisrunde Form hat, gleichmäßig zur Schrumpfung des Kreises, und daher ist ein Schrumpfen des Bandes unwahrscheinlich. Dagegen wirkt im Fall eines nicht-kreisrunden gewickelten Magnetkerns die mechanische Spannung aus der Schrumpfung des Bandes ungleichmäßig, was zu einer Verformung führen kann. Um eine Verformung zu verhindern, kommt daher die Durchführung einer Nanokristallisations-Wärmebehandlung mit einer inneren Formkorrekturlehre (inneren Formwerkzeugvorrichtung) in Betracht, die auf dem Innenumfang des gewickelten Magnetkerns platziert ist. In diesem Fall wird jedoch die Schrumpfung des Bandes unterbunden. Mit dem Fortschreiten der Nanokristallisation des Bandes entsteht daher durch die Unterbindung der Schrumpfung ein internes Magnetfeld in dem Band. Dies kann eine unerwartete induzierte magnetische Anisotropie hervorrufen und eine Verschlechterung der Eigenschaften verursachen.
Im Patentdokument Nr. 4 ist angegeben, dass die oben beschriebene Zweischritt-Wärmebehandlung den Einfluss einer durch den Kern verursachten Eigenschaftsverschlechterung unterbinden kann und insbesondere auch bei der Erzeugung eines rechteckigen Magnetkerns oder dergleichen eine signifikante Wirkung hat.
Andererseits kann bei der Herstellung einer Gleichtaktdrosselspule eine feldinterne Wärmebehandlung, bei der ein Magnetfeld in einer bestimmten Richtung angelegt ist, während der Wärmebehandlung durchgeführt werden, um die elektrischen und magnetischen Eigenschaften anzupassen. Das Anlegen eines Magnetfelds erfolgt bei einer Temperatur, die vor oder nach dem Auftreten von Nanokristallisation während der Wärmebehandlung besteht, oder während die Temperatur sich nach der Nanokristallisation verringert. Somit ist es möglich, die Impedanz des gewickelten Magnetkerns beispielsweise mit einer Frequenz von 100 kHz zu erhöhen.
Es wurde jedoch festgestellt, dass beim Anlegen eines Magnetfelds während der sekundären Wärmebehandlung gemäß dem Verfahren aus Patentdokument Nr. 4 das Problem bestehen kann, dass aufgrund der Abwesenheit der inneren Formkorrekturlehre durch Magnetisierung zwischen Schichten des gewickelten Bandes eine Abstoßungskraft entsteht, so dass der gewickelte Magnetkern signifikant verformt wird. Angesichts eines solchen Problems stellt die vorliegende Offenbarung ein Herstellungsverfahren und ein Erzeugnis für einen gewickelten Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband bereit, der eine nicht-kreisrunde Form hat und dennoch Impedanzcharakteristika erreicht, die zu den mit einer kreisrunden Form erreichten äquivalent sind.
Es wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben, jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die folgende Ausführungsform begrenzt. Wie hier verwendet, bedeutet jeder Zahlenbereich, der mit „-“ ausgedrückt ist, einen Bereich, der vor und nach „-“ dargestellte Zahlenwerte als Minimalwert beziehungsweise Maximalwert einschließt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband, wobei das Verfahren aufweist:

einen ersten Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein gewickelter Magnetkern, der durch Wickeln eines zur Nanokristallisation fähigen, amorphen weichmagnetischen Legierungsbandes gebildet ist, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen ist, die 300°C oder höher und unter einer Kristallisations-Starttemperatur ist, wobei eine erste innere Formkorrekturlehre zum Halten des gewickelten Magnetkerns in einer nicht-kreisrunden Form in einem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert ist; und
einen zweiten Wärmebehandlungsschritt, bei dem der gewickelte Magnetkern einer Wärmebehandlung zur Nanokristallisation bei einer Temperatur unterzogen ist, die gleich der oder höher als die Kristallisations-Starttemperatur ist, wobei die erste innere Formkorrekturlehre entfernt ist und wobei mindestens eine zweite innere Formkorrekturlehre in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert ist, wobei:
ein Querschnitt der zweiten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu einer Richtung, in der sich die zweite innere Formkorrekturlehre erstreckt, kleiner als ein Querschnitt der ersten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu einer Richtung ist, in der sich die erste innere Formkorrekturlehre erstreckt; und
über eine Teilperiode des zweiten Wärmebehandlungsschritts ein Magnetfeld an den gewickelten Magnetkern angelegt ist.

Wenn bei der Herstellung eines nicht-kreisrunden gewickelten Magnetkerns mit einem nanokristallinen Legierungsband eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, die Nanokristallisation beinhaltet, während eine Formkorrekturlehre zum Aufrechterhalten einer nicht-kreisrunden Form in Position gelassen wird, wird durch eine Verringerung des Volumens des weichmagnetischen Legierungsbandes während der Nanokristallbildung eine unbeabsichtigte mechanische Spannung zwischen Band angewandt, so dass die magnetischen Eigenschaften sich verschlechtern.
Zur Reduzierung einer solchen Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften ist es wirksam, einen gewickelten Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband mit dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren zu gewinnen, das den ersten Wärmebehandlungsschritt und den zweiten Wärmebehandlungsschritt aufweist.
<Nanokristallisierbares, amorphes weichmagnetisches Legierungsband>
Bei einem Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird ein amorphes weichmagnetisches Legierungsband verwendet, der nanokristallisiert werden kann. Dieses weichmagnetisches Legierungsband ist hauptsächlich durch Abschrecken einer geschmolzenen Legierung gewonnen, um ein amorphes Legierungsband mit einer vorbestimmten Zusammensetzung zu gewinnen. Indem dieses amorphe Legierungsband einer Wärmebehandlung zur Nanokristallisation bei einer Temperatur unterzogen wird, die gleich der oder höher als die Kristallisations-Starttemperatur ist, kann ein nanokristallines weichmagnetisches Legierungsband gewonnen werden.
Eine Analyse anhand von Röntgendiffraktion und Transmissionselektronenmikroskopie ergab, dass feine Kristallkörner Fe mit einer kubisch-raumzentrierten Gitterstruktur sind, wobei Si oder dergleichen in fester Lösung vorhanden ist. Mindestens 30% der Fe-basierten nanokristallinen Legierung nach Volumen nehmen feine Kristallkörner mit einer durchschnittlichen Korngröße von 100 nm oder weniger ein, gemessen nach dem größten Maß. Der außer den feinen Kristallkörnern vorhandene Teil der Fe-basierten nanokristallinen Legierung ist hauptsächlich amorph. Der Anteil der feinen Kristallkörner kann 80% nach Volumen oder mehr betragen oder kann im Wesentlichen 100% nach Volumen betragen.
Die Zusammensetzung der Fe-basierten nanokristallinen Legierung, die in der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet ist, ist bevorzugt eine Fe-basierte Zusammensetzung, die durch folgende allgemeine Formel wiedergegeben ist.
Allgemeine Formel: (Fe_1-aM_a)_{100-x-y-z-α-β-γ}Cu_xSi_yB_zM'_αM"_βX_γ (Atom-%)
wobei M mindestens ein Element ist, das aus Co und Ni ausgewählt ist, M' mindestens ein Element ist, das aus Nb, Mo, Ta, Ti, Zr, Hf, V, Cr, Mn und W ausgewählt ist, M" mindestens ein Element ist, das aus Al, Elementen der Platingruppe, Sc, Seltene-Erden-Elementen, Zn, Sn und Re ausgewählt ist, und X mindestens ein Element ist, das aus C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be und As ausgewählt ist.
a, x, y, z, α, β und γ, die das Zusammensetzungsverhältnis definieren, können folgenden Beziehungen entsprechen. $0 \leq a < 0,5$
$0,1 \leq x \leq 3$
$10 \leq y \leq 20$
$5 \leq z \leq 10$
$0,1 \leq α \leq 5$
$0 \leq β \leq 10$
$0 \leq γ \leq 10$
Die bevorzugten Zusammensetzungen werden nun ausführlich beschrieben.
Die Fe-basierte nanokristalline Legierung enthält 0,1 - 3 Atom-% Cu. Wenn Cu weniger als 0,1 Atom-% ist, entsteht im Wesentlichen keine Wirkung zur Reduzierung eines Kernverlustes und zur Realisierung einer vorbestimmten µ' aus der Zugabe von Cu. Wenn andererseits Cu mehr als 3 Atom-% sind, kann der Kernverlust deutlich größer als bei einer Legierung ohne die Zugabe von Cu sein. Zudem verringert sich µ', und eine vorbestimmte µ' ist nicht realisierbar. In der vorliegenden Offenbarung beträgt ein besonders bevorzugter Cu-Gehalt × 0,5 - 2 Atom-%. In diesem Bereich ist der Kernverlust besonders klein.
Die Zugabe von Cu hat die Wirkung einer Kristallkornverfeinerung. Der Grund hierfür ist unbekannt, er kann jedoch folgender sein. Der Wechselwirkungsparameter zwischen Cu und Fe ist positiv, und die Löslichkeit in festem Zustand ist niedrig, und sie neigen zur Trennung voneinander. Wenn daher eine Legierung in amorphem Zustand erhitzt wird, sammeln sich die Fe-Atome oder die Cu-Atome zu Clustern, was zu Fluktuationen der Zusammensetzung führt. Es wird daher eine große Zahl Regionen erzeugt, die mit einiger Wahrscheinlichkeit teilweise kristallisiert werden, und es werden feine Kristallkörner erzeugt, bei denen diese Regionen als Nuklei dienen. Der primäre Bestandteil dieser Kristalle ist Fe, und es gibt im Wesentlichen keine feste Lösung von Cu. Durch Kristallisation wird somit Cu um die feinen Kristallkörner ausgetrieben, und um die Kristallkörner erhöht sich die Cu-Konzentration. Es wird deshalb davon ausgegangen, dass Kristallkörner nur schwer zu züchten sind.
Für besonders signifikant wird die Wirkung der Kristallkornverfeinerung durch die Zugabe von Cu in Gegenwart mindestens eines Elements gehalten, das aus Nb, Mo, Ta, Ti, Zr, Hf, V, Cr Mn und W ausgewählt ist. Die Wirkung dieser Elemente zur Förderung der Verfeinerung ist bei Nb, Mo, Ta, Zr und Hf besonders groß. Wenn unter diesen Elementen Nb zugesetzt wird, sind besonders feine Kristallkörner wahrscheinlich, und es kann eine Legierung gewonnen werden, die auch sehr gute weichmagnetische Eigenschaften hat. Wenn Nb zugesetzt wird, entsteht eine feine kristalline Phase, deren primärer Bestandteil Fe ist. Gegenüber der Fe-basierten amorphen Legierung ist somit die Magnetostriktion kleiner, und es ist möglich, die unerwartete magnetische Anisotropie zu reduzieren, die durch die mechanische Spannung verursacht ist, welche während der Handhabung auf die Fe-basierte nanokristalline Legierung angewandt ist. Diese Erscheinungen werden ebenfalls als ein Grund für die Verbesserung der weichmagnetischen Eigenschaften betrachtet. Diese Elemente sind im Bereich von 0,1 - 5 Atom-% enthalten. Bevorzugt sind der Bereich 2 - 5 Atom-%. Unter 0,1 Atom-% ist die Kornverfeinerung möglicherweise unzureichend. Über 5 Atom-% wird die Verringerung der Sättigungsflussdichte signifikant.
Si und B sind Elemente, die für die Kristallkornverfeinerung einer Fe-basierten nanokristallinen Legierung besonders nützlich sind. Eine Fe-basierte nanokristalline Legierung wird gewonnen, indem beispielsweise durch die Wirkung einer Zugabe von Si und B eine amorphe Legierung gewonnen wird und dann durch Wärmebehandlung feine Kristallkörner gebildet werden. Si ist im Bereich von 10 - 20 Atom-% enthalten. Wenn der Si-Gehalt weniger als 10 Atom-% beträgt, ist die amorphe Bildungsfähigkeit der Legierung niedrig, und ein amorphes Material ist nur schwer stabil zu gewinnen. Da außerdem die magnetokristalline Anisotropie der Legierung nicht ausreichend reduziert ist, sind sehr gute weichmagnetische Eigenschaften (z.B. eine niedrige Koerzitivkraft) nur schwer zu gewinnen. Wenn der Si-Gehalt über 20 Atom-% beträgt, ist die Sättigungsflussdichte der Legierung signifikant reduziert, und die gewonnene Legierung wird leicht spröde. Ein bevorzugter unterer Grenzwert für Si sind 14 Atom-%. Ein bevorzugter oberer Grenzwert für Si sind dagegen 18 Atom-%.
Es wird angemerkt, dass Si im Bereich von 5 - 10 Atom-% enthalten ist. B ist ein Element, das für die amorphe Bildung essenziell ist, und wenn der B-Gehalt weniger als 5 Atom-% beträgt, ist die amorphe Bildungsfähigkeit niedrig, und ein amorphes Material ist nur schwer stabil zu gewinnen. Wenn der B-Gehalt über 10 Atom-% beträgt, ist die Sättigungsflussdichte signifikant reduziert. Ein bevorzugter unterer Grenzwert für B sind 6 Atom-%. Ein bevorzugter oberer Grenzwert für B sind dagegen 8,5 Atom-%.
Die Fe-basierte nanokristalline Legierung kann 10 Atom-% oder weniger oder 0 Atom-% von mindestens einem Element enthalten, das aus C, Ge, P, Ga, Sb, In, Be und As ausgewählt ist. Diese Elemente sind zur Amorphisierung bei der Bildung eines amorphen Legierungsbandes wirksam. Das Zugeben dieser Elemente, zusammen mit Si und B, unterstützt das Amorphisieren der Legierung und realisiert auch die Wirkung einer Anpassung der Magnetostriktion und der Curie-Temperatur.
Mindestens ein Element, das aus Al, Elementen der Platingruppe, Sc, Seltene-Erden-Elementen, Zn, Sn und Re ausgewählt ist, kann mit 10 Atom-% oder weniger oder 0 Atom-% enthalten sein. Diese Elemente haben die Wirkung einer Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, einer Verbesserung der magnetischen Eigenschaften und einer Anpassung der Magnetostriktion. Ein Gehalt von über 10 Atom-% bewirkt eine signifikante Reduzierung der Sättigungsflussdichte. Ein besonders bevorzugter Gehalt dieser Elemente sind 8 Atom-% oder weniger. Wenn unter diesen Elementen mindestens ein Element zugesetzt wird, das aus der Gruppe bestehend aus Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt ausgewählt ist, wird eine nanokristalline weichmagnetische Legierung mit besonders guter Korrosionsbeständigkeit gewonnen.
Der Rest ist bis auf Verunreinigungen im Wesentlichen Fe. Ein Teil des Fe kann auch durch Co oder Ni ersetzt sein. Der Gehalt a an M (Co und/oder Ni) in der obigen allgemeinen Formel ist 0≤a<0,5. Wenn a über 0,3 beträgt, kann sich der Kernverlust erhöhen, und daher ist bevorzugt 0≤a≤0,3. Zum Gewinnen einer hohen µ' ist dabei a=0 bevorzugt.
Ein weichmagnetisches Legierungsband aus der nanokristallinen Legierung nach der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann beispielsweise eine Dicke von 10 µm - 25 µm haben. Dieses weichmagnetisches Legierungsband ist normalerweise kontinuierlich durch Walzkühlen einer geschmolzenen Legierung erzeugt. Nach der Erzeugung durch Walzkühlen hat er den Zustand eines amorphen Legierungsbandes. Das durch Walzkühlen erzeugte amorphe Legierungsband ist durch den Herstellungsprozess lang. Er wird daher üblicherweise in gewickeltem Zustand transportiert. Danach wird er nach Bedarf auf eine vorbestimmte Breite geschnitten.
<Erster Wärmebehandlungsschritt>
In dem ersten Wärmebehandlungsschritt wird zuerst ein Wicklungsschritt durchgeführt, bei dem ein gewickelter Magnetkern 11 mit der Achse A durch Wickeln eines amorphen Legierungsbandes, der auf vorbestimmte Breite geschnitten wurde, zu einer kreisrunden Form gebildet wird, wie in 1 gezeigt. Danach wird der gewickelte Magnetkern 11 zu einer gewünschten Form verformt, und eine erste innere Formkorrekturlehre 31 wird in einem inneren Raum 11i des gewickelten Magnetkerns 11 platziert, wodurch ein nicht-kreisrunder gewickelter Magnetkern 12, wie in 2 gezeigt, gebildet wird und dessen Form aufrechterhalten wird. In diesem Prozess können äußere Formkorrekturlehren (äußere Formwerkzeugvorrichtungen) 2a und 2b wie in 2 gezeigt platziert sein. In diesem Zustand hat der gewickelte Magnetkern 12 durch elastische Verformung eine nicht-kreisrunde Form, und der gewickelte Magnetkern 12 wird zu einer kreisrunden Form zurückgedrängt, wenn die erste innere Formkorrekturlehre 31 und die äußeren Formkorrekturlehren 2a und 2b entfernt werden. Die erste innere Formkorrekturlehre 31 hat, wenn sie in den gewickelten Magnetkern 11 eingeführt ist, bevorzugt eine nicht-kreisrunde Form, die in einem Querschnitt senkrecht zu der Richtung B, in der sich die erste innere Formkorrekturlehre 31 erstreckt, der gewünschten nicht-kreisrunden Form des zu erzeugenden gewickelten Magnetkerns ähnlich ist. Hier bezeichnet die Richtung B, in der sich die erste innere Formkorrekturlehre 31 erstreckt, die Richtung, die zu der Achse A des gewickelten Magnetkerns 12 parallel ist, wenn die erste innere Formkorrekturlehre 31 in den gewickelten Magnetkern 11 eingeführt ist. Die Richtung, in der sich die unten beschriebenen zweiten inneren Formkorrekturlehren 32a, 32b und 32c erstrecken, ist ähnlich definiert.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zwar ein amorphes Legierungsband zu einer kreisrunden Form gewickelt und dann mithilfe der ersten inneren Formkorrekturlehre 31 in einer nicht-kreisrunden Form gehalten, jedoch kann ein amorphes Legierungsband auch direkt um die erste innere Formkorrekturlehre 31 mit einer nicht-kreisrunden Form gewickelt sein, um den nicht-kreisrunden gewickelten Magnetkern 12 zu bilden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zwar als Beispiel für eine nicht-kreisrunde Form des Außenumfangs des Querschnitts eine allgemein dreieckige Form gezeigt, jedoch ist der gewickelte Magnetkern der vorliegenden Offenbarung nicht auf diese Form begrenzt, sondern der gewickelte Magnetkern kann jede andere Form haben, etwa eine allgemein rechteckige oder elliptische Form. Das heißt, der gewickelte Magnetkern 11 kann jede nicht-kreisrunde Form haben, die mithilfe der ersten inneren Formkorrekturlehre oder mithilfe der ersten inneren Formkorrekturlehre und der äußeren Formkorrekturlehre gehalten werden kann. In Querschnittsform gesehen, kann der gewickelte Magnetkern eine Rennbahnform mit zwei Halbkreisen haben, die durch zwei gerade Abschnitte miteinander verbunden sind, oder kann eine Form haben, bei der einer der geraden Abschnitte der Rennbahnform oder beide einen Abschnitt haben, der nach außen konkav oder konvex ist.
Danach wird der gewickelte Magnetkern 12, während die erste innere Formkorrekturlehre 31 zum Halten des gewickelten Magnetkerns 12 in einer nicht-kreisrunden Form in einem inneren Raum (Loch) 12i des gewickelten Magnetkerns 12 platziert ist, bei einer Temperatur wärmebehandelt, die 300°C oder mehr beträgt und unter der Kristallisations-Starttemperatur liegt. Durch diesen ersten Wärmebehandlungsschritt ist die Form des gewickelten Magnetkerns 12 des amorphen Legierungsbandes in der nicht-kreisrunden Form fixiert. Somit wird die Form auch bei Abwesenheit der inneren Formkorrekturlehre 31 gehalten.
In dem ersten Wärmebehandlungsschritt ist die mechanische Spannung, die durch das Verformen zu einer nicht-kreisrunden Form verursacht ist, durch Erhitzen in einem nicht reaktionsfähigen Atmosphärengas leicht abbaubar. In dem ersten Wärmebehandlungsschritt kann ein Stickstoffgas im Wesentlichen als ein nicht reaktionsfähiges Atmosphärengas behandelt werden. Es kann auch ein Edelgas als nicht reaktionsfähiges Atmosphärengas verwendet sein. Ein reduzierendes Gas wie etwa ein Wasserstoffgas kann ebenfalls verwendet sein. Die Wärmebehandlung kann auch in einem Vakuum durchgeführt sein.
Die Temperatur der Wärmebehandlung in dem ersten Wärmebehandlungsschritt (nachfolgend als die erste Wärmebehandlungstemperatur bezeichnet) ist im Bereich von 300°C oder höher und unterhalb der Kristallisations-Starttemperatur ausgewählt. Bei Durchführung unter 300°C ist ein Fixieren der Form auf eine nicht-kreisrunde Form nicht möglich. Bei oder über der Kristallisations-Starttemperatur wird eine Nanokristallphase gebildet, und das Volumen des amorphen Legierungsbandes verringert sich, wodurch unerwartete mechanische Spannung gegen die Richtvorrichtung entsteht und die magnetischen Eigenschaften verschlechtert werden.
Es wird angemerkt, dass in der vorliegenden Anmeldung die Kristallisations-Starttemperatur als die Temperatur definiert ist, bei der eine exotherme Reaktion aufgrund des Einsetzens der Nanokristallisation erkannt wird, wenn die Messung durch eine Differenzkalorimetrie (DSC) erfolgt, bei der als Messbedingung eine Temperaturanstiegsrate von 10°C/min gewählt ist.
Da das weichmagnetische Legierungsband aus der oben beschriebenen Fe-basierten nanokristallinen Legierung eine Kristallisations-Starttemperatur im Bereich von allgemein 510 - 550°C hat, erfolgt die erste Wärmebehandlung bevorzugt bei einer Temperatur von unter510°C. 7 zeigt ein Schaubild des Temperaturprofils der Wärmebehandlung in dem ersten Wärmebehandlungsschritt. Die Obergrenze der ersten Wärmebehandlungstemperatur beträgt bevorzugt 500°C und weiter bevorzugt 480°C. Wenn die erste Wärmebehandlungstemperatur zu niedrig ist, erfolgt der Spannungsabbau nur langsam, und die Wärmebehandlung nimmt Zeit in Anspruch, was unter dem Gesichtspunkt der Produktivität unerwünscht ist. Die Untergrenze der ersten Wärmebehandlungstemperatur beträgt 300°C und bevorzugt 350°C.
Die Zeitspanne, während derer die Temperatur im Bereich der ersten Wärmebehandlungstemperatur gehalten wird, muss für die Spannungsentlastung ausreichend sein, und ihr unterer Grenzwert beträgt bevorzugt 10 Minuten und weiter bevorzugt 30 Minuten. Es besteht zwar keine besondere Begrenzung des oberen Grenzwerts, jedoch ist eine übermäßig lange Zeit hinsichtlich der Produktivität nicht wünschenswert. Daher beträgt die Obergrenze der Zeitspanne, während derer die Temperatur gehalten wird, bevorzugt 180 Minuten und weiter bevorzugt 90 Minuten.
<Zweiter Wärmebehandlungsschritt>
Nach dem ersten Wärmebehandlungsschritt wird die erste innere Formkorrekturlehre 31 entfernt, und die zweite innere Formkorrekturlehre 32a, die kleiner als die erste innere Formkorrekturlehre 31 ist, wird in dem inneren Raum 12i eines gewickelten Magnetkerns 12' platziert, wie in 4 gezeigt, und in diesem Zustand wird der zweite Wärmebehandlungsschritt durchgeführt, in dem der gewickelte Magnetkern 12' zur Nanokristallisation bei einer Temperatur wärmebehandelt wird, die gleich der oder höher als die Kristallisations-Starttemperatur ist. Zu dieser Zeit kann die äußere Formkorrekturlehre auf dem Außenumfang des gewickelten Magnetkerns 12 platziert sein. Durch den ersten Wärmebehandlungsschritt behält der gewickelte Magnetkern 12' die gewünschte nicht-kreisrunde Form auch bei Abwesenheit der inneren Formkorrekturlehre 31. Anders ausgedrückt, verformt sich der gewickelte Magnetkern 11 durch die erste Wärmebehandlung plastisch, so dass der gewickelte Magnetkern 12' mit einer gewünschten nicht-kreisrunden Form gewonnen wird.
Wenn der zweite Wärmebehandlungsschritt durchgeführt wird, der Nanokristallisation beinhaltet, schrumpft das Band des gewickelten Magnetkerns. Spezifisch schrumpft das amorphe Legierungsband als Ergebnis der Nanokristallisation dreidimensional in zwei orthogonalen Richtungen, d.h. der Dickenrichtung und einer zu der Dickenrichtung senkrechten Richtung. Beispielsweise nimmt er in der Längsrichtung des amorphen Legierungsbandes um circa 1% ab. Wenn daher die zweite Wärmebehandlung durchgeführt wird, während die im ersten Wärmebehandlungsschritt verwendete innere Formkorrekturlehre 31 in Position gelassen wird, wird während der Nanokristallisation mechanische Spannung auf den gewickelten Magnetkern angewandt. Wenn dagegen die innere Formkorrekturlehre 31 entfernt ist, ist es möglich, den Einfluss der während der Nanokristallisation angewandten mechanischen Spannung zu vermeiden. Wenn jedoch während der zweiten Wärmebehandlung ein Magnetfeld an den gewickelten Magnetkern angelegt ist, erfolgt eine Verformung des gewickelten Magnetkerns, wie in 3 gezeigt. Spezifisch trennt sich ein Band von einem in der Stapelrichtung auf der Innenumfangsseite daran angrenzenden Band, so dass ein Abstand entsteht. Beispielsweise gibt es bei einer Dicke t des gewickelten Magnetkerns 12' in der Stapelrichtung einen oder mehrere Abschnitte, an denen ein Band von einem in der Stapelrichtung angrenzenden Band um den Abstand S von 0,1t oder mehr getrennt ist (Fluktuation des Bandes). Der Grund hierfür ist die Magnetisierung des amorphen Bandes durch das angelegte Magnetfeld und eine Abstoßungskraft, die durch Magnetisierung zwischen amorphen Band verursacht ist. Insbesondere ist diese Verformung in den geraden Abschnitten L des gewickelten Magnetkerns stärker ausgeprägt, da das amorphe Band in den geraden Abschnitten L einen höheren Grad an Verformungsfreiheit als in den Eckabschnitten C hat.
Daher wird in der vorliegenden Offenbarung die erste innere Formkorrekturlehre nach dem ersten Wärmebehandlungsschritt entfernt, und mindestens eine zweite innere Formkorrekturvorrichtung, die kleiner als die erste innere Formkorrekturlehre ist, wird in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert. Dies kann die Verformung des gewickelten Magnetkerns während der feldinternen Wärmebehandlung durch den zweiten Wärmebehandlungsschritt reduzieren und auch den Einfluss der mechanischen Spannung aufgrund einer Größenverringerung des gewickelten Magnetkerns während der Nanokristallisation reduzieren.
Aus dem oben beschriebenen Grund für die Verformung ist die vorliegende Erfindung besonders wirksam für einen gewickelten Magnetkern mit einem nicht-kreisrunden Querschnitt, und insbesondere für einen gewickelten Magnetkern mit einem großen Anteil gerader Abschnitte im Querschnitt. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung besonders wirksam für einen gewickelten Magnetkern mit einem nicht-kreisrunden Querschnitt, bei dem der Anteil der Gesamtlänge gerader oder gekrümmter Abschnitte (Bögen oder Geraden mit einem Radius von mehr als 10 cm) mit einer Krümmung von 10 m^-1 oder weniger in der Innenumfangsform des Querschnitts des gewickelten Magnetkerns 10% oder mehr der Gesamtlänge des Innenumfangs beträgt.
Die zweite innere Formkorrekturlehre hat zwar die Wirkung einer Unterbindung der Verformung des Innendurchmesserabschnitts des gewickelten Magnetkerns, jedoch ist die verformungsunterbindende Wirkung geringer als bei der ersten inneren Formkorrekturvorrichtung. Das heißt, die zweite innere Formkorrekturlehre lässt eine größere Schrumpfungsverformung des gewickelten Magnetkerns als die erste innere Formkorrekturlehre zu. In dem zweiten Wärmebehandlungsschritt wird der gewickelte Magnetkern in der Schrumpfrichtung verformt. Wenn in diesem Fall die erste innere Formkorrekturvorrichtung, die zur Unterbindung der Verformung wirksamer ist, unverändert verwendet wird, wird die Verformung unterbunden, so dass der gewickelte Magnetkern unnötiger mechanischer Spannung unterliegt und die magnetischen Eigenschaften des gewickelten Magnetkerns verschlechtert werden. Daher wird in der vorliegenden Offenbarung gezielt die zweite innere Formkorrekturlehre verwendet, die eine verformungsunterbindende Wirkung hat, jedoch weniger wirksam ist als die erste innere Formkorrekturvorrichtung. Somit kann der Betrag der Verformung des gewickelten Magnetkerns in zwei Schritten angepasst werden, und die Verschlechterung magnetischer Eigenschaften des gewickelten Magnetkerns wird unterbunden, indem die Wärmebehandlungstemperaturzwischen dem ersten und dem zweiten Wärmebehandlungsschritt variiert wird.
Um diese Wirkung zu erzielen, hat die zweite innere Formkorrekturlehre bevorzugt ein kleineres Außenmaß als die erste innere Formkorrekturvorrichtung. Spezifisch ist der Querschnitt der zweiten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu der Richtung, in der sich die zweite innere Formkorrekturlehre erstreckt, kleiner als der Querschnitt der ersten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu der Richtung, in der sich die erste innere Formkorrekturlehre erstreckt. Beispielsweise ist das Maß der zweiten inneren Formkorrekturlehre bevorzugt 0,5% - 20% kleiner als das der ersten inneren Formkorrekturlehre 31. Dieser Anteil bezieht sich nicht auf die Fläche, sondern auf die Länge. Spezifischer ist er ausgedrückt als Anteil der Länge des Außenumfangs (Außenrands) der ersten inneren Formkorrekturlehre 31 und der zweiten inneren Formkorrekturlehre 32a in dem Querschnitt senkrecht zu der Richtung, in der sich die Vorrichtungen erstrecken (der Richtung der Achse des gewickelten Magnetkerns, wenn dieser in die gewickelten Magnetkerne 12 und 12' eingeführt ist). Dieser Querschnitt ist parallel zu einer Ebene, die die Form der gewickelten Magnetkerne 12 und 12' definiert, wenn die erste innere Formkorrekturlehre 31 und die zweite innere Formkorrekturlehre 32a in die gewickelten Magnetkerne 12 und 12' eingeführt sind. Im Folgenden bezieht sich die Form des Querschnitts einer inneren Formkorrekturlehre auf den Querschnitt gemäß dieser Definition.
Wenn der untere Grenzwert des Anteils der Längenreduzierung weniger als 0,5% beträgt, wird in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt unnötige mechanische Spannung auf den gewickelten Magnetkern 12' angewandt, und die magnetischen Eigenschaften des erzeugten gewickelten Magnetkerns verschlechtern sich mit einiger Wahrscheinlichkeit. Der untere Grenzwert beträgt bevorzugt 0,8%, bevorzugt 1,0% und weiter bevorzugt 1,5%. Wenn andererseits der obere Grenzwert über 20% beträgt, kann nur schwer ein gewickelter Magnetkern mit einer gewünschten Größe gewonnen werden. Der obere Grenzwert beträgt bevorzugt 15% und weiter bevorzugt 10%.
Es können eine oder mehrere zweite innere Formkorrekturlehren in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert sein. Wenn eine zweite innere Formkorrekturlehre platziert ist, können die Querschnittsformen der ersten inneren Formkorrekturlehre und der zweiten inneren Formkorrekturlehre einander ähnlich sein. Wenn mehrere zweite innere Formkorrekturlehren platziert sind, können die Querschnittsformen derzweiten inneren Formkorrekturlehren sich von der Querschnittsform der ersten inneren Formkorrekturlehre unterscheiden. 4 zeigt die zweite innere Formkorrekturlehre 32a, deren Form einer ersten inneren Formkorrekturlehre 32 ähnlich ist, und 5 und 6 zeigen jeweils ein Beispiel, bei dem mehrere zweite innere Formkorrekturlehren 32b und 32c platziert sind.
Wie in 4 gezeigt, kann bei Platzierung nur einer zweiten inneren Formkorrekturlehre 32a vor der Nanokristallisations-Wärmebehandlung die zweite innere Formkorrekturlehre 32a so in dem inneren Raum 12i des gewickelten Magnetkerns 12' platziert und fixiert sein, dass sie nicht mit dem gewickelten Magnetkern in Kontakt steht.
5 und 6 zeigen jeweils ein Beispiel, bei dem mehrere zweite innere Formkorrekturlehren 32b und 32c platziert sind. Bei Platzierung mehrerer zweiter innerer Formkorrekturlehren 32b und 32c können vor der Nanokristallisations-Wärmebehandlung die zweiten inneren Formkorrekturlehren 32b und 32c so in dem inneren Raum 12i des gewickelten Magnetkerns 12' platziert und fixiert sein, dass sie nicht mit dem gewickelten Magnetkern 12' in Kontakt stehen. Spezifisch können die zweiten inneren Formkorrekturlehren 32b und 32c mit einer Form 32p', die ähnlich der Außenumfangsform des Querschnitts der ersten inneren Formkorrekturlehre ist, in einem Querschnitt senkrecht zu der Achse des gewickelten Magnetkerns einbeschrieben platziert sein. Die mehreren zweiten inneren Formkorrekturlehren 32b und 32c können die gleiche Querschnittsform oder teilweise unterschiedliche Querschnittsformen haben. Jede der zweiten inneren Formkorrekturlehren 32a bis 32c ist insbesondere in den geraden Abschnitten der Querschnittsform des gewickelten Magnetkerns platziert, so dass eine Verformung während des Anliegens des Magnetfelds in diesen Abschnitten unterbunden wird. Spezifisch ist es möglich, einen gewickelten Magnetkern zu gewinnen, an dem kein Band von einem in der Stapelrichtung daran angrenzenden Band um den Abstand S von 0,1t oder mehr beabstandet ist.
Wie in 13 gezeigt, liegen in diesen Fällen eine Außenumfangsform 32p des Querschnitts der oben beschriebenen zweiten inneren Formkorrekturlehre 32a und die Form 32p', die der Außenumfangsform des Querschnitts der ersten inneren Formkorrekturlehre ähnlich ist, zusammengesetzt aus den zweiten inneren Richtvorrichtungen 32b und 32c, bevorzugt innerhalb der Region R mit einem Flächenverhältnis des 0,5-fachen oder mehr und des 0,9-fachen oder weniger einer Form, die die Außenumfangsform der ersten inneren Richtvorrichtung ist und auch die Innenumfangsform des gewickelten Magnetkerns nach der ersten Wärmebehandlung ist. Vorzugsweise haben die Form 32p und die Form 32p' weiter bevorzugt ein Flächenverhältnis des 0,8-fachen oder mehr und des 0,9-fachen oder weniger der Außenumfangsform der ersten inneren Richtvorrichtung.
Sofern in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns mehrere zweite innere Formkorrekturlehren platziert sind, ist es möglich, wenn die zweiten inneren Formkorrekturlehren beweglich sind, auch wenn das Band des gewickelten Magnetkerns während der Nanokristallisation schrumpft, die Anwendung unnötiger mechanischer Spannung auf den gewickelten Magnetkern und die Verschlechterung magnetischer Eigenschaften des gewickelten Magnetkerns zu unterbinden. Somit können, wie in 14 gezeigt, beispielsweise zweite innere Formkorrekturlehren 32d beweglich in dem inneren Raum 12i des gewickelten Magnetkerns 12' platziert sein.
In dem zweiten Wärmebehandlungsschritt wird der gewickelte Magnetkern 12' einer Nanokristallisations-Wärmebehandlung unterzogen. 8 zeigt ein Beispiel für ein Temperaturprofil der Nanokristallisations-Wärmebehandlung. Die Nanokristallisations-Wärmebehandlung weist eine Periode t' auf, in der die Temperaturvon einer Temperatur Ts, die niedriger als die Kristallisations-Starttemperatur ist, auf eine Temperatur Te erhöht wird, die höher als die Kristallisations-Starttemperatur ist. Die Temperaturerhöhung kann im Bereich von 510°C oder höher und 600°C oder niedriger gewählt sein. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur niedriger als 510°C oder höher als 600°C ist, erhöht sich mit einiger Wahrscheinlichkeit die Magnetostriktion. Wenn die Wärmebehandlungstemperatur 550°C oder höher und 600°C oder niedriger ist, ist es möglich, die Magnetostriktion weiter zu reduzieren. Spezifisch ist es möglich, die Sättigungsmagnetostriktions-Konstante des gewickelten Magnetkerns auf 3 ppm oder weniger, des Weiteren auf 2 ppm oder weniger und des Weiteren auf 1 ppm oder weniger zu reduzieren.
Wenn die Temperatur bei der Nanokristallisations-Wärmebehandlung von einer Temperatur, die niedriger als die Kristallisations-Starttemperatur ist, auf eine Temperatur erhöht wird, die gleich der oder höher als die Kristallisations-Starttemperatur ist, ist die Temperaturanstiegsrate bei der Kristallisations-Starttemperatur bevorzugt eine mäßige Temperaturanstiegsrate von 0,2 -1,2°C/min. Dies unterbindet die Entstehung von groben Kristallkörnern durch eine Selbsterhitzung des Bandes, die während der Nanokristallisation auftritt, und erlaubt eine stabile Nanokristallisation. Es wird angemerkt, dass bis 20°C unter der Kristallisations-Starttemperatur die Temperatur relativ schnell erhöht werden kann, beispielsweise mit einer Temperaturanstiegsrate von 3 - 5°C/min. Dies kann die zur Wärmebehandlung erforderliche Zeitspanne verkürzen und die Produktivität verbessern.
Die Zeitspanne, über die während der Nanokristallisations-Wärmebehandlung die Temperatur bei der Maximaltemperatur gehalten wird, muss für das Wachstum einer nanokristallinen Phase ausreichend sein und beträgt bevorzugt 10 Minuten oder mehr; weiter bevorzugt 15 Minuten oder mehr. Es besteht zwar keine besondere Begrenzung der Obergrenze für die Haltezeit während der Nanokristallisations-Wärmebehandlung, eine übermäßig lange Zeitspanne verschlechtert jedoch die Produktivität in unerwünschter Weise. Daher sind die Obergrenze der Haltezeit während der Nanokristallisations-Wärmebehandlung bevorzugt 180 Minuten und weiter bevorzugt 120 Minuten. Bevorzugt ist während der Nanokristallisations-Wärmebehandlung kein Magnetfeld angelegt.
<Schritt des Anlegens des Magnetfelds>
Über eine Teilperiode des zweiten Wärmebehandlungsschritts ist ein Magnetfeld an den gewickelten Magnetkern angelegt. Beispielsweise erfolgt nach ausreichendem Wachstum einer Nanokristallphase ein Abkühlen auf eine Temperatur, die niedriger als die Maximaltemperatur ist, und es wird ein Magnetfeld angelegt, um während der Abkühlung eine induzierte magnetische Anisotropie hervorzurufen. Spezifisch kann die Temperatur während der Abkühlung bei einer Temperatur gehalten sein und dann ein Magnetfeld angelegt sein, während die Temperatur gesenkt wird. Je höher dabei die Haltetemperatur ist, desto stärker wird die induzierte magnetische Anisotropie hinzugefügt, und desto niedriger wird die magnetische Permeabilität. Anders ausgedrückt, ist es möglich, die magnetische Permeabilität zu steuern, indem die Haltetemperatur vor dem Anlegen eines Magnetfelds verändert wird. Es wird jedoch angemerkt, dass bei einer Temperatur unter 200°C eine induzierte magnetische Anisotropie nicht ausreichend hinzugefügt werden kann und bei einer Temperatur über500°C das Kristallkornwachstum einer nanokristallinen Phase gefördert wird, was die Koerzitivkraft erhöht und die weichmagnetischen Eigenschaften verschlechtert. Daher ist die Haltetemperatur vor dem Anlegen eines Magnetfelds bevorzugt 200°C oder höher und 500°C oder niedriger.
Die Temperaturhaltezeit vor dem Anlegen eines Magnetfelds beträgt bevorzugt 5 Minuten oder mehr und weiter bevorzugt 10 Minuten oder mehr. Es besteht zwar keine besondere Begrenzung der Obergrenze der Haltezeit, wenn sie jedoch 10 Stunden oder weniger beträgt, ist es möglich, die für die Wärmebehandlung benötigte Zeitspanne zu verkürzen, und es ist möglich, die Produktivität zu verbessern.
Die Richtung, in der ein Magnetfeld angelegt ist, kann zu dem Kraftlinienweg des gewickelten Magnetkerns orthogonal sein. Danach kann die Temperatur verringert werden, während ein Magnetfeld angelegt ist.
Die Stärke des angelegten Magnetfelds beträgt wünschenswerterweise 60 kA/m oder mehr, und weiter wünschenswerterweise 100 kA/m oder mehr. Es besteht zwar keine besondere Begrenzung der Obergrenze des Magnetfelds, jedoch beträgt sie bevorzugt 400 kA/m oder weniger, weil die induzierte magnetische Anisotropie auch dann nicht weiter hervorgerufen wird, wenn sie über 400 kA/m beträgt.
Bei der Verringerung der Temperatur, während ein Magnetfeld angelegt ist, ist es notwendig, weiter ein Magnetfeld anzulegen, bis die Temperatur sich auf eine ausreichend niedrige Temperatur verringert. Ein Magnetfeld ist kontinuierlich angelegt, bis die Temperatur sich bevorzugt auf 200°C oder niedriger, und weiter bevorzugt auf 100°C oder niedriger, verringert. Ein Magnetfeld kann durch ein Gleichstrom-Magnetfeld, ein Wechselstrom-Magnetfeld und ein gepulstes Magnetfeld angelegt sein.
Der erste Wärmebehandlungsschritt und der zweite Wärmebehandlungsschritt sind bevorzugt in einem nicht reaktionsfähigen Atmosphärengas durchgeführt. Wenn eine Wärmebehandlung in einem Stickstoffgas durchgeführt ist, wird eine ausreichende magnetische Permeabilität gewonnen, und ein Stickstoffgas kann im Wesentlichen als nicht reaktionsfähiges Gas behandelt werden. Es kann ein Edelgas als nicht reaktionsfähiges Gas verwendet werden. Es kann eine reduzierende Atmosphäre verwendet werden, die durch ein Wasserstoffgas erzeugt ist. Eine Wärmebehandlung kann in einem Vakuum durchgeführt sein. Spezifisch sind der erste Wärmebehandlungsschritt und der zweite Wärmebehandlungsschritt bevorzugt in einer Atmosphäre durchgeführt, deren Sauerstoffkonzentration 10 ppm oder weniger beträgt.
<Gewickelter Magnetkern aus nanokristallinem weichmagnetischem Legierungsband>
Ein gewickelter Magnetkern gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung hat eine Struktur, in der ein nanokristallines weichmagnetisches Legierungsband gewickelt ist. Wie oben beschrieben, hat der nicht-kreisrunde gewickelte Magnetkern der vorliegenden Offenbarung eine nicht-kreisrunde Ringform, und der Außenrand und der Innenrand desselben haben nicht-kreisrunde Formen, die allgemein einander ähnlich sind. Der gewickelte Magnetkern der vorliegenden Offenbarung kann sehr gute Impedanzcharakteristika mit einer impedanzrelativen magnetischen Permeabilität µrz von 45.000 oder höher bei 100 kHz haben. Der gewickelte Magnetkern der vorliegenden Offenbarung kann auch eine hohe impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz über einen breiten Frequenzbereich haben, etwa 80.000 oder höher bei 10 kHz und 10.000 oder höher bei 1 MHz.
Es wird davon ausgegangen, dass ein nicht-kreisrunder gewickelter Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß der vorliegenden Offenbarung aus folgendem Grund eine hohe impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz hat, wie oben beschrieben. Eine unbeabsichtigte induzierte magnetische Anisotropie, die innerhalb das amorphen Bandes erzeugt ist, kann durch Reduzieren der mechanischen Spannung reduziert werden, welche während der Wärmebehandlung, die eine Kristallisation beinhaltet, durch die innere Formkorrekturlehre verursacht ist, und daher wird auch bei einer nicht-kreisrunden Form eine gleichmäßige induzierte magnetische Anisotropie realisiert. Es wird angenommen, dass die Bewegungskomponente der magnetischen Wand, da die induzierte magnetische Anisotropie gleichmäßig ist, während des Magnetisierungsprozesses klein ist und der magnetische Moment bei hoher Frequenz folgen kann.
Der oben beschriebene Magnetkern mit hoher impedanzrelativer magnetischer Permeabilität µrz ist als Magnetkern für einen Gleichtaktdrosselkern nützlich und ist beispielsweise als Gleichtaktdrossel wirksam, indem ein leitfähiger Draht herumgewickelt oder ein leitfähiger Draht hindurchgeführt ist.
Die impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz wird oft als charakteristischer Index für eine Gleichtaktdrossel verwendet. Die impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz ist beispielsweise in der JIS-Norm C2531 (überarbeitet 1999) beschrieben. Die impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz kann als gleich dem Absolutwert der komplexen relativen magnetischen Permeabilität (µr'-iµr'') angesehen werden, wie unten im Ausdruck (1) dargestellt (siehe beispielsweise „Key Points in Selecting Magnetic Materials“ [Kernpunkte bei der Auswahl magnetischer Materialien], veröffentlicht am 10. November 1989, Herausgeber: Keizo Ota). $μ rz = {(μ r'^{2} + μ r''^{2})}^{1 / 2}$
Der Realteil µr' der komplexen relativen magnetischen Permeabilität im obigen Ausdruck (1) stellt die Komponente der Magnetflussdichte ohne Phasenverzögerung relativ zu dem Magnetfeld dar und entspricht allgemein der Größenordnung der impedanzrelativen magnetischen Permeabilität µrz im niedrigen Frequenzbereich. Dagegen stellt der Imaginärteil µr'' die Komponente der Magnetflussdichte mit Phasenverzögerung relativ zu dem Magnetfeld dar und entspricht dem Verlust magnetischer Energie. Die Impedanz des gewickelten Magnetkerns ist proportional zu der impedanzrelativen magnetischen Permeabilität µrz, und wenn die impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz über einen breiten Frequenzbereich hoch ist, wird eine hohe Impedanz gewonnen, was bedeutet, dass er sehr gute Fähigkeit zur Reduzierung von Gleichtaktrauschen besitzt.
In einem Zustand, in dem ein Wechselstrommagnetfeld der Frequenz f = 10 kHz und der Amplitude H = 0,05 A/m angelegt ist, kann ein gewickelter Magnetkern nach der vorliegenden Offenbarung eine relative magnetische Permeabilität µ (10 kHz) von 80.000 oder mehr, gemessen bei Raumtemperatur, ein Gleichstrom-BH-Schleifen-Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bm von 50% oder weniger und eine Koerzitivkraft von 1,1 A/m oder weniger haben.
Der gewickelte Magnetkern der vorliegenden Offenbarung kann mit einem Harz getränkt sein. Da ein gewickelter Magnetkern mit einem Nanokristall während der Wärmebehandlung zur Nanokristallisation spröde wird, kann der gewickelte Magnetkern mit einem Harz getränkt sein, um die mechanische Stabilität zu verbessern. Er kann auch mit einem Harz getränkt sein, um die nicht-kreisrunde Form aufrechtzuerhalten. Bei Tränkung mit einem Harz wird mechanische Spannung auf das nanokristalline Legierungsband angewandt, wodurch die Impedanz des gewickelten Magnetkerns verändert wird und er für Kundenanforderungen ungeeignet wird, was bei der Charakteristikgestaltung ein Problem darstellt.
Mit dem nanokristallinen Legierungsmagnetkern der vorliegenden Offenbarung kann die Veränderung der Impedanzcharakteristika auch bei Tränkung mit einem Harz minimiert werden. Als Harz für die Tränkung ist gegebenenfalls ein Epoxidharz, ein Acrylharz und dergleichen verwendbar. Das Volumen des Harzlösungsmittels, das für die Tränkung mit diesen Harzen verwendet ist, beträgt allgemein circa 5 Gew.-% - 40 Gew.-% relativ zum Gewicht des Harzes. Im Fall der Harztränkung wird nach dem zweiten Wärmebehandlungsschritt der nanokristalline Legierungsmagnetkern in einen Behälter eingetaucht, der mit einer Lösung gefüllt ist, in der ein Harz wie das oben beschriebene gelöst ist, der nanokristalline Legierungsmagnetkern wird aus dem Behälter gezogen, und das Lösungsmittel wird getrocknet, um einen Legierungskern zu gewinnen, der den nanokristallinen Legierungsmagnetkern und das Harz aufweist, mit dem der Magnetkern getränkt ist.
<Magnetische Permeabilität>
Der Begriff „magnetische Permeabilität“, wie er in dervorliegenden Anmeldung verwendet ist, ist gleichbedeutend mit „relativer magnetischer Permeabilität“. Die relative magnetische Permeabilität, gemessen bei Raumtemperatur, während ein Wechselstrommagnetfeld der Frequenz f = 1 kHz und der Amplitude H = 0,05 Ampere/Meter (A/m) angelegt ist, ist mit µr (1 kHz) bezeichnet.
Die impedanzrelative magnetische Permeabilität ist mit µrz bezeichnet. Es wird angemerkt, dass die impedanzrelative magnetische Permeabilität mit einem Impedanz/Verstärkung-Phasenanalysator (Modellnr. 4194A), hergestellt von Keysight, gemessen wurde. Die Messung erfolgte mit einem isolierten leitfähigen Draht, der durch die Mitte des gewickelten Magnetkerns geführt und an den Eingangs-/Ausgangsanschluss angeschlossen war.
<Beispiel 1>
Eine geschmolzene Legierung, bestehend aus Cu: 1%, Nb: 3%, Si: 15.5%, B: 6,5%, der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen in Atom-%, wurde mit einem Ein-Walzen-Verfahren abgeschreckt, um ein Fe-basiertes amorphes Legierungsband mit einer Breite von 50 mm und einer Dicke von 14 µm zu gewinnen. Dieses Fe-basierte amorphe Legierungsband wurde auf eine Breite von 35 mm geschnitten (abgetrennt).
Das geschnittene Fe-basierte amorphe Legierungsband wurde zu einer kreisrunden Form mit einem Außendurchmesser von 90 mm und einem Innendurchmesser von 80 mm (Höhe: 35 mm) gewickelt, um einen gewickelten Magnetkern zu gewinnen. Die Kristallisations-Starttemperatur der Legierung betrug 529°C, gemessen mit einem Differenzkalorimeter (DSC).
Sodann wurde der kreisrund gewickelte Magnetkern zu einer allgemein dreieckigen nicht-kreisrunden Form verformt, indem die erste innere Formkorrekturlehre 31 auf der Innenumfangsseite und die äußeren Formkorrekturlehren 2a und 2b auf der Außenumfangsseite angeordnet wurden, wie in 2 gezeigt. Für die erste innere Formkorrekturlehre 31 und die äußeren Formkorrekturlehren 2a und 2b wurde SUS304, ein nichtmagnetisches Metall, verwendet.
Sodann wurde ein gewickelter Magnetkern, derzu einer nicht-kreisrunden Form gerichtet war, einer Wärmebehandlung mit dem in 9 gezeigten Temperaturprofil unterzogen. Es wird angemerkt, dass die hier gezeigte Temperatur die Temperatur der Atmosphäre in dem Wärmebehandlungsofen ist, der durch eine Temperatursteuereinrichtung (KP1000C, hergestellt von Chino) gesteuert war. Die erste Wärmebehandlung wurde in einer Stickstoffatmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von 10 ppm oder weniger (2 ppm) durchgeführt.
Die Temperatursteuereinrichtung für die erste Wärmebehandlung war dazu programmiert, die Temperatur des gewickelten Magnetkerns in 90 Minuten von der Raumtemperatur auf 450°C zu erhöhen (eine Temperaturanstiegsrate von 4,8°C/min), sie für 30 Minuten zu halten und die Temperatur dann über 220 Minuten auf 100°C oder niedriger zu verringern (eine Temperaturverringerungsrate von 1,6°C/min).
Sodann wurde der zweite Wärmebehandlungsschritt durchgeführt.
Zuerst wurde die erste innere Formkorrekturlehre entfernt. Da der gewickelte Magnetkern aus einem amorphen Legierungsband durch die erste Wärmebehandlung eine Wicklungseinrollung erhält, wird die Form des gewickelten Magnetkerns auch nach dem Entfernen der ersten inneren Formkorrekturlehre aufrechterhalten. Wie in 4 gezeigt, wurde dann die zweite innere Formkorrekturvorrichtung, die kleiner als die erste innere Formkorrekturlehre war, in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert. Das Außenmaß der zweiten inneren Formkorrekturlehre war, in der axialen Richtung gesehen, um 1% kleiner als die erste innere Formkorrekturvorrichtung. Es bestand daher ein Abstand zwischen der Innenumfangsseite des gewickelten Magnetkerns aus einem amorphen Legierungsband und der zweiten inneren Richtvorrichtung. Die äußere Richtvorrichtung wurde nicht entfernt, und die äußere Richtvorrichtung wurde in Position gelassen.
Sodann wurde die Wärmebehandlung mit dem in 10 gezeigten Temperaturprofil durchgeführt. Die Temperatursteuereinrichtung war dazu programmiert, zuerst die Temperatur in 90 Minuten von der Raumtemperatur auf 450°C zu erhöhen (eine Temperaturanstiegsrate von 4,8°C/min) und sie für 30 Minuten zu halten. Die Temperaturverteilung innerhalb des gewickelten Magnetkerns war somit gleichmäßig bei 450°C. Sodann wurde die Temperatur in 240 Minuten auf 580°C erhöht (eine Temperaturanstiegsrate von 0,5°C/min). Während dieser Temperaturerhöhung setzte die Nanokristallisation bei circa 529°C ein, und das Volumen des gewickelten Magnetkerns schrumpfte um circa 1%. Da zwischen dem gewickelten Magnetkern und der zweiten inneren Formkorrekturlehre ein Abstand vorgesehen war, unterlag der gewonnene gewickelte Magnetkern keiner mechanischen Spannung durch die Schrumpfung. Da die Temperatur mit einer niedrigen Rate von 0,5°C/min erhöht wird, kann die Bildung eines groben Kristallkornsystems aufgrund von Selbsterhitzung, die auftritt, wenn das Band nanokristallisiert wird, unterbunden werden, so dass eine stabile Nanokristallisation realisiert wird. Sodann wurde die Temperatur für 30 Minuten bei 580°C gehalten und über 160 Minuten auf 400°C verringert (eine Temperaturverringerungsrate von 1,1 °C/min). Durch Halten der Temperatur für 80 Minuten bei 400°C wurde eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des gewickelten Magnetkerns bei 400°C hergestellt. Diese Wärmebehandlung erfolgte in einer Stickstoffatmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration von 10 ppm oder weniger (2 ppm).
Nach dem Halten bei 400°C wurde die Temperatur verringert (Temperaturverringerungsrate von 1,4°C/min), während ein Magnetfeld angelegt war. Das Magnetfeld war in einer Richtung orthogonal zu der Richtung des Kraftlinienwegs in dem gewickelten Magnetkern angelegt (der axialen Richtung des gewickelten Magnetkerns in der vorliegenden Ausführungsform). Die Stärke des angelegten Magnetfelds betrug 160 kA/m. Ein Magnetfeld ist angelegt, bis die Temperatur auf 100°C oder darunter verringert ist, was eine induzierte magnetische Anisotropie hervorruft. Sodann wurden die zweite innere Formkorrekturlehre und die äußere Formkorrekturlehre entfernt. Auf diese Weise wurde ein gewickelter Magnetkern mit einer nicht-kreisrunden Form nach dem vorliegenden Beispiel gewonnen. Der gewickelte Magnetkern hatte eine relative magnetische Permeabilität µr'(10 kHz) von 86.000. Die Magnetostriktion betrug 1 ppm oder weniger.
11 ist ein Graph, der Frequenzcharakteristika der impedanzrelativen magnetischen Permeabilität µrz des gewickelten Magnetkerns zeigt, der im vorliegenden Beispiel gewonnen ist. Die impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz bei 100 kHz (100 kHz) betrug 45.000 oder mehr (45.441). 12 ist ein Graph, der die Gleichstrom-B-H-Kurve des gewickelten Magnetkerns zeigt, welcher im vorliegenden Beispiel gewonnen ist. Die Koerzitivkraft betrug 1 A/m oder weniger (0,95 A/m).
Tabelle 1 zeigt gemessene Werte der impedanzrelativen magnetischen Permeabilität µrz, und Tabelle 2 zeigt als weitere Charakteristika die Sättigungsflussdichte Bm, die magnetische Restflussdichte Br und das Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bm der Gleichstrom-BH-Schleife.

[Tabelle 1]

f(kHz)	Impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz
f(kHz)	Beispiel 1	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2
1	90035	93569	72852
10	87583	89952	70221
100	45441	45680	37808
1000	10119	10213	8470
10000	1865	1867	1607

[Tabelle 2]

	Koerzitivkraft Hc(A/m)	Sättigungsflussdichte Bm(mT)	magnetische Restflussdichte Br(mT)	Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bm(%)
Beispiel 1	0,95	1167,5	194,4	16,7
Vergleichsbeispiel 1	0,82	1142,6	163,7	14,3
Vergleichsbeispiel 2	1,17	1141,0	273,3	24,0

(Vergleichsbeispiel 1)
Als Vergleichsbeispiel 1 wurde ein kreisrunder gewickelter Magnetkern erzeugt. Ein amorphes Legierungsband wurde zu einer kreisrunden Form gewickelt, um einen gewickelten Magnetkern zu gewinnen, der, da er eine kreisrunde Form hat, einer Nanokristallisations-Wärmebehandlung ohne die äußere Formkorrekturlehre und die innere Formkorrekturlehre unterzogen wurde, so dass ein gewickelter Magnetkern gewonnen wurde. Die Bedingungen der Wärmebehandlung waren die gleichen wie bei der Nanokristallisations-Wärmebehandlung des zweiten Wärmebehandlungsschritts aus Beispiel 1.
11, 12, Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen auch Charakteristika eines gewickelten Magnetkerns, der im Vergleichsbeispiel 1 gewonnen wurde. Die Frequenzcharakteristika und die B-H-Kurve sind in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 im Wesentlichen gleich, und die Kurven stimmen mit denen überein, die in den Graphen zu Beispiel 1 in 11 und 12 gezeigt sind. Es ist zu sehen, dass mit dem nicht-kreisrunden gewickelten Magnetkern aus Beispiel 1 nach der vorliegenden Ausführungsform äquivalente Charakteristika wie bei einem kreisrunden Kern realisiert sind.
(Vergleichsbeispiel 2)
Als Vergleichsbeispiel 2 wurde ein gewickelter Magnetkern erzeugt, indem eine Nanokristallisations-Wärmebehandlung in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt ohne Entfernen der ersten inneren Formkorrekturlehre durchgeführt wurde, wobei also die erste innere Formkorrekturlehre in Position gelassen wurde. Ansonsten waren die Herstellungsbedingungen gleich wie in Beispiel 1 gewählt.
11, 12, Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen auch Charakteristika eines im Vergleichsbeispiel 2 gewonnenen Magnetkerns. Die Koerzitivkraft des gewickelten Magnetkerns aus Vergleichsbeispiel 2 beträgt 1,17 A/m, weist also einen größeren Wert auf als in Beispiel 1. Die impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz bei 100 kHz (100 kHz) des gewickelten Magnetkerns aus Vergleichsbeispiel 2 beträgt nur 37.808, was niedriger als in Beispiel 1 ist. Über einen breiten Frequenzbereich von 1 kHz -10 MHz zeigt der gewickelte Magnetkern aus Vergleichsbeispiel 2 eine niedrigere impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz als in Beispiel 1. Dies zeigt an, dass es mit dem in Beispiel 1 gezeigten Verfahren möglich ist, einen nicht-kreisrunden gewickelten Magnetkern mit einer höheren impedanzrelativen magnetischen Permeabilität µrz zu gewinnen als in Vergleichsbeispiel 2.
Bezugszeichenliste

11: kreisrunder gewickelter Magnetkern
12: nicht-kreisrunder gewickelter Magnetkern
2a, 2b: äußere Formkorrekturvorrichtung
31: erste innere Formkorrekturvorrichtung
32a, 32b, 32c: zweite innere Formkorrekturvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2501860 [0007]
JP 44393 [0007]
JP 7278764 [0007]
JP 1247557 [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband, wobei das Verfahren umfasst: einen ersten Wärmebehandlungsschritt, bei dem ein gewickelter Magnetkern, der durch Wickeln eines zur Nanokristallisation fähigen, amorphen weichmagnetischen Legierungsbandes gebildet ist, einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterzogen ist, die 300°C oder höher und unter einer Kristallisations-Starttemperatur ist, wobei eine erste innere Formkorrekturlehre zum Halten des gewickelten Magnetkerns in einer nicht-kreisrunden Form in einem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert ist; und einen zweiten Wärmebehandlungsschritt, bei dem der gewickelte Magnetkern einer Wärmebehandlung zur Nanokristallisation bei einer Temperatur unterzogen ist, die gleich der oder höher als die Kristallisations-Starttemperatur ist, wobei die erste innere Formkorrekturlehre entfernt ist und wobei mindestens eine zweite innere Formkorrekturlehre in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert ist, wobei: ein Querschnitt der zweiten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu einer Richtung, in der sich die zweite innere Formkorrekturlehre erstreckt, kleiner als ein Querschnitt der ersten inneren Formkorrekturlehre senkrecht zu einer Richtung ist, in der sich die erste innere Formkorrekturlehre erstreckt; und über eine Teilperiode des zweiten Wärmebehandlungsschritts ein Magnetfeld an den gewickelten Magnetkern angelegt ist.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß Anspruch 1, wobei in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt das Magnetfeld angelegt ist, während sich eine Temperatur nach der Wärmebehandlung zur Nanokristallisation verringert.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in dem ersten Wärmebehandlungsschritt eine äußere Formkorrekturlehre zum Halten des gewickelten Magnetkerns in einer nicht-kreisrunden Form an einer Außenseite des gewickelten Magnetkerns platziert ist.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt eine von der mindestens einen zweiten inneren Formkorrekturlehre in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert ist.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß Anspruch 4, wobei vor der Wärmebehandlung zur Nanokristallisation die eine zweite innere Formkorrekturlehre in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns so angeordnet ist, dass dieselbe nicht mit dem gewickelten Magnetkern in Kontakt steht.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß Anspruch 4, wobei eine Außenumfangsform des Querschnitts der einen zweiten inneren Formkorrekturlehre ähnlich einer Außenumfangsform des Querschnitts der ersten inneren Formkorrekturlehre ist.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß Anspruch 6, wobei die Außenumfangsform der einen zweiten inneren Formkorrekturlehre eine Fläche hat, die das 0,5-fache oder mehr und das 0,9-fache oder weniger der Außenumfangsform der ersten inneren Formkorrekturlehre ist.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem zweiten Wärmebehandlungsschritt mehrere von der mindestens einen zweiten inneren Formkorrekturlehre in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns platziert sind.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß Anspruch 8, wobei die mehreren zweiten inneren Formkorrekturlehren in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns beweglich sind.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß Anspruch 8, wobei vor der Wärmebehandlung zur Nanokristallisation die mehreren zweiten inneren Formkorrekturlehren so in dem inneren Raum des gewickelten Magnetkerns angeordnet sind, dass dieselben nicht mit dem gewickelten Magnetkern in Kontakt stehen.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei: die mehreren zweiten inneren Formkorrekturlehren mit einer Form, die ähnlich der Außenumfangsform des Querschnitts der ersten inneren Formkorrekturlehre ist, in einem Querschnitt senkrecht zu einer Achse des gewickelten Magnetkerns einbeschrieben sind und die ähnliche Form eine Fläche hat, die das 0,5-fache oder mehr und das 0,9-fache oder weniger der Außenumfangsform der ersten inneren Formkorrekturlehre ist.
Verfahren zur Herstellung eines gewickelten Magnetkerns aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner einen Tränkungsschritt, bei dem der gewickelte Magnetkern mit einem Harz getränkt ist, nach dem zweiten Wärmebehandlungsschritt umfasst.
Gewickelter Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband, wobei der gewickelte Magnetkern eine nicht-kreisrunde Form hat und eine impedanzrelative magnetische Permeabilität µrz bei 100 kHz des gewickelten Magnetkerns 45000 oder mehr beträgt.
Gewickelter Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß Anspruch 13, wobei der gewickelte Magnetkern eine Rennbahnform hat oder eine Rennbahnform mit einem konkaven/konvexen Abschnitt entlang mindestens eines geraden Abschnitts der Rennbahnform hat.
Gewickelter Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei in einem Zustand, in dem ein Wechselstrommagnetfeld der Frequenz f = 10 kHz und der Amplitude H = 0,05 A/m angelegt ist, der gewickelte Magnetkern eine relative magnetische Permeabilität µ (10 kHz) von 80.000 oder mehr, gemessen bei Raumtemperatur, ein Gleichstrom-BH-Schleifen-Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bm von 50% oder mehr und eine Koerzitivkraft von 1,1 A/m oder weniger hat.
Gewickelter Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei der gewickelte Magnetkern keinen Abschnitt hat, an dem das nanokristalline weichmagnetische Legierungsband um 0,1t oder mehr von einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband beabstandet ist, der in einer Stapelrichtung daran angrenzt, wobei t eine Dicke des gewickelten Magnetkerns in der Stapelrichtung ist.
Legierungskern, der umfasst: den gewickelten Magnetkern aus einem nanokristallinen weichmagnetischen Legierungsband gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16 und ein Harz, mit dem der gewickelte Magnetkern getränkt ist.