JP2014513436A - 誘導鉄心、圧縮装置、及び製造方法 - Google Patents

誘導鉄心、圧縮装置、及び製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明によれば、圧縮された軟磁性粉末材料でできた誘導鉄心が提供される。この誘導鉄心は、第1の表面及び反対側の第2の表面を有する底部鉄心部分と、第1の表面から第1の表面に対して横向きの方向に延びる内部鉄心部分と、外部鉄心部分とを含み、外部鉄心部分が、第1の表面に対して横向きの方向に第1の表面から外部鉄心部分端面まで延び、内部鉄心部分を少なくとも部分的に取り囲み、それによって、巻線を収容するための空間を内部鉄心部分の周囲に形成し、第1の表面が、巻線の接続部分を収容するための凹部を含み、凹部が、内部鉄心部分と外部鉄心部分との間の距離の少なくとも一部分にわたって延び、外部鉄心部分が、端面から凹部に向かって延びるスリットを有し、第2の表面が、凹部の反対側に配置された第1の隆起部を含む。圧縮用装置及び製造方法も提供される。

Description

本発明の概念は、誘導鉄心、圧縮用装置、及び製造方法に関するものである。
インダクタは、信号処理システム、雑音フィルタリングシステム、電力変換システム、送電システムなどの幅広い多くの用途で使用されている。よりコンパクトでより効率的なインダクタを提供するために、インダクタの電気伝導性の巻線を、磁気伝導性の鉄心、すなわち誘導鉄心内に配置することができる。
誘導鉄心は、軟磁性粉末材料、例えば鉄粉末を圧縮することによって製造できる。軟磁性粉末は、キャビティに入れられて圧縮される。例えば最終的な誘導鉄心の磁気飽和を高めるために、軟磁性材料粉末を高密度に圧縮することが望ましい場合がある。この高密度への圧縮は、製造中に、パンチによる加えられる圧力を増大させることによって達成できる。可能な最大圧力は、特に圧縮成形機の加圧能力、誘導鉄心のサイズ及び圧縮する粉末材料の種類によって制限される。
さまざまな設計の誘導鉄心を製造することができる。図1a及び図1bは先行技術の誘導鉄心10を示す。先行技術では、この設計をつぼ形鉄心設計と呼ぶことがある。誘導鉄心10は底部鉄心部分11を含み、底部鉄心部分11から軸線方向に、外部鉄心部分12及び内部鉄心部分13が延びる。内部鉄心部分13の周囲に巻線(単純にするために省略されている)を配置することができる。底部鉄心部分11は凹部14を含むことができ、外部鉄心部分12は、軸線方向に延びるスリット15を含むことができる。凹部14の目的は、巻線の接続部分、例えば誘導鉄心10よりも外側の電気構成部品に巻線を接続するための接続部分を収容することである。スリット15の目的は、外部鉄心部分12に、巻線の接続部分のための引き込み部(リードスルー)を設けることである。凹部14があるため、接続部分は、誘導鉄心10内の貴重な巻線空間を占有せず、高い巻線充填率を達成することができる。
基本的な幾何形状を有する誘導鉄心、すなわち凹部14及びスリット15を持たない誘導鉄心は、1回の圧縮操作で、比較的に速く且つ比較的に効率的に製造できる。1回の圧縮操作で誘導鉄心10を形成できることが望ましいであろうが、凹部14及びスリット15の存在により、誘導鉄心10の幾何形状及び構造が複雑になり、製造工程に影響を与える。より詳細に言うと、底部鉄心部分11及び凹部14の圧縮を担うパンチは圧縮中に偏ることに本発明の発明者は気づいた。このパンチは、スリット15を通して曲がり、ダイの壁に押し付けられる。圧縮力が増大するにつれ、また、誘導鉄心のサイズが増大するにつれ、この問題はますます深刻になることも分かった。
この問題を回避する方法の1つは、前述の基本的な幾何形状を有する誘導鉄心を圧縮した後に、フライス削り工程によって底部鉄心部分11に凹部14を形成し、外部鉄心部分12にスリット15を形成する方法である。しかしながら、別個のフライス削り工程は全体の製造時間を増大させ、さらに、つぼ形鉄心を完成させるために圧縮工具以外の追加の工具が必要となる。そのうえ、誘導鉄心の幾何形状及び材料の選択によっては、凹部14及びスリット15を所望の形状にフライス削りすることが実際上不可能なことがある。
この問題を回避する他の方法は、誘導鉄心10の全体構造を形成するパンチの第1のセットに加えて、凹部14及びスリット15を形成する、パンチの第1のセットとは独立に制御可能な追加のパンチを含む圧縮成形機で、誘導鉄心10を形成する方法である。しかしながら、この方法では、圧縮成形機及び圧縮工具がはるかに複雑且つ高価になる。
したがって、先行技術においては、凹部及びスリットを有する誘導鉄心であって、費用効率に優れ、高効率での製造がより容易な誘導鉄心が求められている。
以上のことから、本発明の目的は、先行技術におけるこの要求を満たすことにある。本発明の第1の観点によれば、この目的及びその他の目的は、圧縮された軟磁性粉末材料でできた誘導鉄心によって達成される。この誘導鉄心は、
第1の表面及び反対側の第2の表面を有する底部鉄心部分と、
第1の表面から第1の表面に対して横向きの方向に延びる内部鉄心部分と、
外部鉄心部分とを含み、外部鉄心部分が、第1の表面に対して横向きの方向に第1の表面から外部鉄心部分の端面まで延び、内部鉄心部分を少なくとも部分的に取り囲み、それによって、巻線を収容するための空間を内部鉄心部分の周囲に形成し、
第1の表面が、巻線の接続部分を収容するための凹部を含み、前記凹部が、内部鉄心部分と外部鉄心部分の間の距離の少なくとも一部分にわたって延び、外部鉄心部分が、前記端面から凹部に向かって延びるスリットを有し、第2の表面が、凹部の反対側に配置された第1の隆起部を含む。
本発明の設計により、体積効率及び重量効率に優れた誘導鉄心を、費用効率に優れた比較的単純な方法で製造することが可能になる。凹部及びスリットによって、巻線の接続部分が、誘導鉄心内の貴重な巻線空間を占有することなくスリットを通って凹部内に延びるように、巻線の接続部分を都合よく配置することができる。
さらに、凹部の反対側に配置された第1の隆起部により、凹部及びスリットを含む誘導鉄心を、1回の圧縮操作で、すなわち(別個のフライス削り工程などの)後続の機械加工を必要とすることなく製造することが可能になる。さらに、比較的に単純な圧縮成形機、例えば独立に制御可能な前述の追加のパンチを必要としない圧縮成形機を使用して達成することが可能になる。
第1の隆起部によって、底部分、凹部及びスリットを、(例えば底部鉄心部分の第1の表面に凹部を形成するための突出部を有する)単一のパンチ及び(例えば底部鉄心部分の第2の表面に第1の隆起部を形成するための凹みを有する)対応するカウンタ・パンチを使用して、1回の操作で形成することが可能になることを、本発明の発明者は実現した。第1の隆起部は、凹部によって占有される体積、すなわち凹部を形成するために失われる底部鉄心部分の体積の少なくとも一部を第2の表面に付け加え、それによって、第1の隆起部がなければ凹部の存在によって生じるであろうパンチの偏りを低減させることにより、底部鉄心部分の形成が可能になる。その結果として、比較的に単純な圧縮成形機を使用した費用効率及び時間効率に優れた方法で誘導鉄心を製造することができる。
凹部を含むが対応する第1の隆起部を含まない底部鉄心部分を、単一のパンチ及びカウンタ・パンチを使用して形成しようとすると、凹部の粉末は、底部鉄心部分の他の部分を形成する粉末よりも圧縮されることになる。圧縮力をより大きくすると、このことによって底部鉄心部分の密度の変動が大きくなり、それによって局所的な過圧縮及び亀裂が生じるおそれがある。このことを考慮すると、第1の隆起部によってもたらされる追加の効果として、底部鉄心部分の密度の変動を有利に限定することができ、製造中に、亀裂発生の危険性を低く抑えたまま、より大きな圧縮力を加えることができる。
本発明の一具体例によれば、第1の隆起部は、凹部の少なくとも一部分に沿って延びることによって、凹部の少なくとも一部分と同一の広がりを有する。このようにして、第2の表面の対応する第1の隆起部によって第1の表面の凹部を補うことができる誘導鉄心を得ることができる。したがって、底部鉄心部分を形成するパンチの製造中における偏りを最小限に抑えて、より均一な材料密度を有する誘導鉄心の底部鉄心部分を製造することが可能になる。
一具体例によれば、第1の隆起部は、底部鉄心部分の第2の表面の外縁まで延びる。
一具体例によれば、凹部は、内部鉄心部分から延びる。
一具体例によれば、凹部は、内側鉄心部分から遠ざかる方向に沿って次第に深くなる。それによって、利用可能な磁束伝導断面積が一般に最も小さい内側鉄心部分の近くの底部鉄心部分の磁束伝導断面積を維持しつつ、凹部を設けることができる。
一具体例によれば、凹部は、底部鉄心部分の第1の表面の外縁まで延びる。それによって、巻線の接続部分によって占有される巻線空間の体積を有利に低減させることができる。
一具体例によれば、スリットは、凹部まで延びて凹部と結合し、凹部は、スリットの底部を形成する。それによって、巻線の接続部分によって占有される巻線空間の体積を有利に低減させることができる。
一具体例によれば、スリットの幅は、底部鉄心部分の第1の表面の外縁における凹部の幅と等しいか、又は底部鉄心部分の第1の表面の外縁における凹部の幅よりも大きい。
一具体例によれば、第1の隆起部の幅は、凹部の幅と等しいか、又は凹部の幅よりも大きい。
一具体例によれば、スリットを画定する外部鉄心部分の壁部分は、第1の表面に対する横向き方向に対して平行に延びる。これによって、誘導鉄心の製造を単純にすることができ、単純な幾何形状を有するパンチの使用が可能になる。
代替実施例によれば、スリットの幅は、凹部に向かって次第に狭くなる。
一具体例によれば、第2の表面は、内部鉄心部分の正反対側に配置された中心隆起部をさらに含む。この中心隆起部は、第2の表面と装着面との間の接触面積を増大させるため、誘導鉄心の安定した取付けを可能にできる。これによってさらに、誘導鉄心から装着面への熱放散の増大が可能になることがある。
一具体実施例によれば、中心隆起部は、第2の表面の平面において、第1の表面に対して横向きの方向の内側鉄心部分の寸法と等しいか、又は第1の表面に対して横向きの方向の内側鉄心部分の寸法よりも大きい寸法を有する。
一具体例によれば、第1の隆起部は、中心隆起部と底部鉄心部分の第2の表面の外縁との間に延び、それによって前記第1の隆起部は中心隆起部と結合する。
一具体例によれば、前記第2の表面に対して横向きの方向の前記第1の隆起部の高さは、第2の表面に対して横向きの方向の中心隆起部の高さと一致するか、又は第2の表面に対して横向きの方向の中心隆起部の高さよりも大きい。
一具体例によれば、第2の表面は、底部鉄心部分の第2の表面の外縁に沿って延びる周縁隆起部をさらに含む。中心隆起部と同様に、周縁隆起部は、第2の表面と装着面との間の接触面を増大させるため、装着面への誘導鉄心の安定した取付けを可能にできる。これによってさらに、誘導鉄心からの熱放散の増大が可能になることがある。
一具体例によれば、第2の表面に対して横向きの方向の周縁隆起部の高さは、第2の表面に対して横向きの方向の第1の隆起部の高さと等しいか、又は第2の表面に対して横向きの方向の第1の隆起部の高さよりも大きい。
一具体例によれば、第1の表面は少なくとも2つの凹部を含み、前記少なくとも2つの凹部は、内部鉄心部分と外部鉄心部分との間の距離の少なくとも一部分にわたって延び、第2の表面は、前記少なくとも2つの凹部のそれぞれについて、対応する凹部の反対側に配置された隆起部を含む。中心隆起部及び周縁隆起部と同様に、追加の対又は凹部及び隆起部の追加は、第2の表面と装着面との間の接触面を増大させるため、誘導鉄心のより安定した取付けを可能にできる。これによってさらに、誘導鉄心からの熱放散の増大が可能にできる。
一具体例によれば、この少なくとも2つの凹部及び対応する隆起部は、第1の表面及び第2の表面において、対称な角度分布を有する。このことにより、誘導鉄心を装着面に取り付けたときの安定性をさらに向上させることができる。
一具体例によれば、前述の凹部のうちのいずれかを含む底部鉄心部分の第1の部分の密度と、凹部を含まない底部鉄心部分の第2の部分の密度の差は10%以下、より好ましくは5%以下、最も好ましくは2.5%以下である。前述のとおり、第1の隆起部は、凹部によって占有される底部鉄心部分の材料体積、すなわち凹部を形成するために失われる底部鉄心部分の材料体積の少なくとも一部を第2の表面に付け加える。凹部と第1の隆起部の間の対応が大きいほど、より小さな密度変動を達成することができる。
一具体例によれば、第1の表面に対して横向きの方向の外部鉄心部分の寸法は、第1の表面に対して横向きの方向の内部鉄心部分の寸法よりも大きい。他の態様によれば、このような2つの誘導鉄心を含む誘導鉄心の組合せであって、第1の誘導鉄心の外部鉄心部分の端面が、第2の誘導鉄心の外部鉄心部分の端面と係合し、内部鉄心部分が、一体として、空隙を有する細長い内部鉄心部分を形成する誘導鉄心の組合せが提供される。適切に配置された空隙はとりわけ、電流変動に対するインダクタンスの感度を低減させることができるため、用途によっては、空隙を含む誘導鉄心を使用した方が望ましいことがある。
一具体例によれば、圧縮された軟磁性粉末材料は、好ましくは鉄を少なくとも80重量%、より好ましくは鉄を少なくとも90重量%、最も好ましくは鉄を少なくとも95重量%含む。鉄の割合を増やすと、粉末の圧縮性を向上させることができる。本発明の誘導鉄心は、上記で論じた比較的に単純な圧縮操作で、圧縮性の高い粉末から首尾よく形成することができる。一方、先行技術の誘導鉄心を圧縮性の高い粉末から形成すると、パンチの偏りが増大することになる。
本発明の他の観点によれば、軟磁性粉末材料から誘導鉄心を製造する圧縮用装置であって、
第1の圧縮方向に第1の圧縮力を加えるように配置された内パンチと、
第1の圧縮方向に第2の圧縮力を加えるように配置された中パンチであり、内パンチの少なくとも一部分を受けるように配置された第1の圧縮方向に延びる空間を含み、さらに、第1の圧縮方向に突出した第1の部分と、第1の圧縮方向に対して横向きの外向き方向に突出し、第1の圧縮方向に沿って延びる第2の部分とを有する中パンチと、
第1の圧縮方向に第3の圧縮力を加えるように配置された外パンチであり、中パンチの少なくとも一部分を受けるように配置された第1の圧縮方向に延びる空間を含み、さらに、第1の圧縮方向に延び、前記空間に達するスリットを含み、このスリットが、第2の突出部分の少なくとも一部分を受けるように配置された外パンチと、
内パンチ、中パンチ及び外パンチと第1の圧縮方向に沿って整列するように配置されたカウンタ・パンチであり、第1の圧縮方向とは反対の第2の圧縮方向に第4の圧縮力を加えて、第1の圧縮力、第2の圧縮力及び第3の圧縮力とは反対の力を発生させるように配置されており、さらに凹みを含み、この凹みが中パンチの第1の部分と整列するように共通パンチが配置されたカウンタ・パンチと、
外パンチ、中パンチ、内パンチ及びカウンタ・パンチの少なくとも一部分を受けるように配置された空間を含むダイとを含む装置が提供される。
内パンチ、中パンチ、外パンチ及びカウンタ・パンチは、独立に制御可能なパンチとすることができる。
本発明の装置を使用して、第1の観点に基づく誘導鉄心を1回の圧縮操作で形成することができる。カウンタ・パンチが、第2のパンチの第1の突出部分と整列するように配置された凹みを含むことによって、凹部を有する底部分を含む誘導鉄心を、中パンチが偏る危険性を低くして形成することができる。さらに、第2の突出部分と外パンチのスリットとの組合せにより、スリットを含む外部鉄心部分を1回の圧縮操作で形成することが可能になる。
本発明の他の観点によれば、誘導鉄心を製造する方法であって、
内部鉄心部分を形成するための第1の部分体積と、スリットを含む外部鉄心部分を形成するための第2の部分体積と、第1の面に凹部を含む底部鉄心部分を形成するための第3の部分体積とを含むキャビティに、軟磁性粉末複合材料を供給する段階と、
第1の面の反対側の底部鉄心部分の第2の面の凹部の正反対側に隆起部を形成するように配置されたパンチを使用して、第1の部分体積内の粉末、第2の部分体積内の粉末及び第3の部分体積内の粉末を共通の軸に沿って同時に圧縮して、誘導鉄心を形成する段階とを含む方法が提供される。
この方法利点は、誘導鉄心及び装置の利点と同じである。上記の議論を参照されたい。
本発明の上記の目的、特徴及び利点並びに追加の目的、構成及び利点は、本発明の好ましい実施例の以下の例示的で非限定的な詳細な説明を、添付図面を参照して読むことによってより完全に理解できる。添付図面では、同じ要素に対して同じ参照符号が使用される。
先行技術の誘導鉄心を示す斜視図。 先行技術の誘導鉄心を示す斜視図。 本発明に基づく誘導鉄心の一実施例を示す斜視図。 本発明に基づく誘導鉄心の一実施例を示す斜視図。 一実施例に基づく誘導鉄心の断面図である。 一実施例に基づく組合せ誘導鉄心を概略的に示す図。 他の実施例に基づく誘導鉄心の上面図。 他の実施例に基づく誘導鉄心の下面図。 他の実施例に基づく誘導鉄心の略図。 一実施例に基づく圧縮用装置の分解図。 充填構成にある装置の略図。 充填構成にある装置の略図。 圧縮構成にある装置の略図。
次に、本発明に基づく誘導鉄心20の一実施例を図2a及び図2bを参照して説明する。
誘導鉄心20は、圧縮成形された軟磁性粉末材料からなるものとできる。この粉末材料は、フェライト粉末、高純度鉄粉末、Fe−Si粉末、他のケイ素合金粉末、鉄−リン合金、又は同様の特性を有する他の粉末材料とすることができる。任意選択で、この材料を、電気絶縁コーティングを有する軟磁性粉末(例えば鉄)を含む軟磁性複合粉末材料とすることもできる。使用できる複合材料の例としては、Hoganas AB(S−263 83、Hoganas、スウェーデン)から入手できるSomaloy 110i、Somaloy 130i、Somaloy 500、Somaloy 700及びSomaloy 1000がある。
誘導鉄心20は、半径方向に広がる円板形状の底部鉄心部分21を含む。底部鉄心部分21は、第1の表面21a及び第1の表面21aの反対側の第2の表面21bを含む。さらに、誘導鉄心20は、第1の表面21aから垂直に延び、それによって縦方向、すなわち軸線方向を規定する内部鉄心部分23を含む。内部鉄心部分23は円形断面を有する。さらに、誘導鉄心20は外部鉄心部分22を含む。外部鉄心部分22は、第1の表面21aから軸線方向に外部鉄心部分22の端面26に向かって延びる。
内部鉄心部分23は、底部鉄心部分21の中心部分から延びる。外部鉄心部分22は、底部鉄心部分21の半径方向外側の部分から延びる。外部鉄心部分22は、誘導鉄心20の周囲ハウジングを形成する。
図2a及び図2bに示されるように、内部鉄心部分23は、軸線方向に延びる穴を備えることができる。この穴は貫通穴とすることができる。この穴は、誘導鉄心20を外部の構造物に取り付けるボルトなどの固定手段を受けるように配置できる。
図2a及び図2bに示されるように、外部鉄心部分22は、内部鉄心部分23を半径方向に少なくとも部分的に取り囲む。それによって、内部鉄心部分23と外部鉄心部分22との間に、半径方向及び軸線方向に広がる環状空間が形成される。この環状空間に巻線を配置することができる。例えば、1本又は数本の巻線を内部鉄心部分23に複数回巻き付けることができる。
外部鉄心部分22はスリット25を含む。スリット25は、端面26から第1の表面21aに向かって延びる。スリット25は、外部鉄心部分22の半径方向の厚さ全体にわたって延び、それによって巻線空間に達する。スリット25を形成する外部鉄心部分22の壁部分は軸線方向に対して平行に延びる。
第1の表面21aは単一の凹部24を含み、凹部24は、内部鉄心部分23からスリット25に向かって半径方向に延び、それによってスリット25と結合する。凹部24は、スリット25の底部を形成する。凹部24がスリット25と結合する半径方向の位置において、凹部24とスリット25はほぼ等しい幅、すなわち等しい角度寸法を有する。
凹部24は、内部鉄心部分23の周囲に配置された1本又は数本の巻線の1つ又は複数の接続部分を収容するように配置される。凹部24の中には、とりわけ内側に巻かれた巻線の接続部分を配置できる。スリット25は、外部鉄心部分22に、接続部分の引き込み部を提供するように配置される。スリット25は、接続部分の引き込み部を外部鉄心部分22に提供するように配置される。したがって、巻線の接続部分は、スリット25を通り、底部鉄心部分21の第1の表面21aに沿って内部鉄心部分23まで配置でき、同時に、巻線空間の最小限の体積を占有する。
第2の表面21bは隆起部27を有する。隆起部27は軸線方向に隆起する。隆起部27は、第2の表面21bの中心部分から、第2の表面21bの半径方向外側の縁に向かって半径方向に延びる。隆起部27は、凹部24に沿って凹部24と平行に延びることにより凹部24と同一の広がりを有する。
図3は、凹部24及び隆起部27の半径方向の広がりに対して垂直に切った誘導鉄心20の断面図である。見て分かるとおり、凹部24と隆起部27とは、互いに反対に配置されている。凹部24は、断面に沿って横方向の輪郭を示す。隆起部27も、断面に沿って対応する横方向の輪郭を示す。凹部24の輪郭と隆起部27の輪郭とにより、底部鉄心部分21の凹部24及び隆起部27が形成された部分の材料厚さが決定される。
凹部の領域における底部鉄心部分21の相対的な材料厚さは、粉末材料の特定の選択及び完成後の誘導鉄心の密度によって異なることがある。いずれにしても、隆起部27は、凹部24を形成するために第1の表面21aにおいて失われた材料厚さの少なくとも一部が第2の表面21bに付け加えられたものである。
以下の説明では、ρが、凹部24と隆起部27との間の底部鉄心部分21の第1の部分の密度を示し、ρが、凹部を含まない底部鉄心部分21の第2の部分、すなわち凹部以外の部分の密度を示す。底部鉄心部分21の第1の部分及び第2の部分は、内部鉄心部分23と外部鉄心部分22の間に位置する部分である。誘導鉄心20の幾何形状が円筒形状であることから、底部鉄心部分21の第1の部分及び第2の部分は、内部鉄心部分23と外部鉄心部分22との間に半径方向に沿って位置する底部鉄心部分21の環状の弓形部分であるうる。
ρは、底部鉄心部分21の第1の部分の平均密度とすることができる。或いは、ρを、底部鉄心部分21の第1の部分の最大密度とすることもできる。同様に、ρは、底部鉄心部分21の第2の部分の平均密度とすることができる。或いは、ρを、底部鉄心部分21の第2の部分の最大密度とすることもできる。
単一の圧縮操作で形成された誘導鉄心では、1つには凹部24があることによって、ρとρとが、ある程度異なることがある。言い換えると、Δρ=(ρ−ρ)/ρが0よりも大きくなることがある。凹部24と隆起部27との組合せによって、密度の差Δρを有利に制限できる。一例によれば、Δρを10%以下にでき、例えば、密度の差Δρを、実質的に0〜10%とすることができる。言い換えると、ρ/ρを1〜1.1とすることができる。他の例によれば、密度の差Δρを5%以下、例えば実質的に0〜5%とすることができる。言い換えると、ρ/ρを1〜1.05とすることができる。他の例によれば、密度の差Δρを2.5%以下、例えば実質的に0〜2.5%とすることができる。言い換えると、ρ/ρを1〜1.025とすることができる。他の例によれば、底部鉄心部分21の第1の部分と第2の部分とが同様の密度を有することができる。言い換えると、内部鉄心部分23と外部鉄心部分22との間に延びる底部鉄心部分21の弓形は実質的に均一な密度を有することができる。
図3に示した実施例に戻ると、凹部24の縁は面取りされている。したがって、凹部24は、第1の表面21aの高さから凹部24の底面の高さまで軸線方向に沿って幅が狭くなる。凹部24の縁を面取りすると、巻線の接続部分の絶縁を傷つける危険性を低下させることができる。図3には示されていないが、さらに、隆起部27の縁を面取りすることができる。したがって、隆起部27は、第2の表面21bの高さから隆起部27の頂面の高さまで軸線方向に沿って幅を狭くすることができる。これらの滑らかな遷移によって、急な縁又は鋭い縁が原因で底部鉄心部分21に亀裂が生じる危険性が低下することにより、誘導鉄心20の製造が容易になりうる。
図2bに示されているように、第2の表面21bには、円形の隆起部28が中心に配置されている。中心隆起部28は、第2の表面21bに対して横向きの方向に隆起する。中心隆起部28は、内部鉄心部分23のちょうど反対側に配置される。中心隆起部28は、内部鉄心部分23の半径方向の広がりと実質的に等しい広がりを、第2の表面21bの平面に有する。誘導鉄心20の幾何形状が円筒形状であることから、中心突出部28の半径は内部鉄心部分23の半径とほぼ等しい。隆起部27は中心隆起部28から延び、中心隆起部2の外縁において中心隆起部28と結合する。
代替設計によれば、中心隆起部28は、環形でもよい。大きい方の半径は、内部鉄心部分23の半径方向の広がりと実質的に等しくし、又は内部鉄心部分23の半径方向の広がりよりも大きくできる。小さい方の半径は、内部鉄心部分23の半径方向の広がりと実質的に等しく、又は内部鉄心部分23の半径方向の広がりよりも小さくできる。環形の中心隆起部は、円形の隆起部よりも少ない材料を使用して安定した装着面を提供できる。
図2bに戻ると、第2の表面21bはさらに、底部鉄心部分21の第2の表面の外縁に沿って延びる周縁隆起部29を示す。周縁隆起部29は、第2の表面21bに対して横向きの方向に隆起する。周縁隆起部29は、外部鉄心部分22の正反対側に配置される。周縁隆起部29の半径方向の厚さは、外部鉄心部分22の半径方向の厚さと実質的に等しい。或いは、周縁隆起部29の厚さを外部鉄心部分22の厚さよりも小さくし、又は外部鉄心部分22の厚さよりも大きくすることもできる。
周縁隆起部29が、隆起部29の第1の側面から、隆起部29の第1の側面の反対側の隆起部29の第2の側面まで、第2の表面21bの周囲に沿って延びる。周縁隆起部29は、隆起部27の外側部分において隆起部27と結合する。
隆起部27は、中心隆起部28から、第2の表面21bの外縁まで延びる。隆起部27、中心隆起部28及び周縁隆起部29は、共に第2の表面21bの隆起した共通の表面を形成する。周縁隆起部29の軸線方向の高さは隆起部27の軸線方向の高さとほぼ等しい。中心隆起部28の軸線方向の高さは隆起部27の軸線方向の高さとほぼ等しい。
閉じた誘導鉄心を得るため、誘導鉄心20の頂面26にふたを配置できる。ふたの形状は、誘導鉄心の幾何形状に応じて変更できる。円筒形状の幾何形状を有するインダクタ20に対しては円板形のふたが適当であることがある。或いは、図4に示されているように、それぞれが誘導鉄心20に類似した2つの誘導鉄心20a及び20bを、2つの誘導鉄心のそれぞれの端面26が互いに係合するように配置することもできる。任意選択で、少なくとも一方の誘導鉄心20a、20bの外部鉄心部分22の軸線方向の長さを、対応する内部鉄心部分23a、23bの軸線方向の長さよりも長くして、軸線方向に延びる隙間41を含む細長い内部鉄心部分を備える組合せ誘導鉄心40が形成されるようにすることもできる。
以上では主に、本発明の概念を、特定の1つの実施例に関して説明した。しかしながら、当業者には容易に理解されるように、以上に開示した実施例以外の実施例も同様に可能である。
例えば、中心隆起部28及び/又は周縁隆起部29を任意選択の特徴とみなすことができる。したがって、誘導鉄心20に似ているが周縁隆起部28及び/又は中心隆起部29を含まない誘導鉄心の代替実施例が提供される。
他の実例によれば、凹部24及び隆起部27が半径方向にまっすぐに延びる必要はない。その代わりに、内部鉄心部分と外部鉄心部分との間に曲線を描いて延びる凹部及び隆起部を含むインダクタを提供することもできる。
他の実例によれば、凹部24及び隆起部27の幅が一定である必要はない。その代わりに、半径方向外側に向かって幅が広くなる凹部及び隆起部を含むインダクタ、又は半径方向外側に向かって幅が狭くなる凹部及び隆起部を含むインダクタを提供することもできる。
図5aは、他の実施例による誘導鉄心50の上面図である。図5bは、誘導鉄心50の下面図である。誘導鉄心50は誘導鉄心20に似ているが、2つ以上の凹部及び対応する2つ以上の隆起部を含む点が異なる。より具体的には、誘導鉄心50の底部鉄心部分は、第1の表面51a及び反対側の第2の表面51bを含む。第1の表面51aは3つの凹部54a、54b、54cを含む。これらの凹部は、第1の表面51aにおいて、隣接する凹部同士間に約120°の角度が形成されるように、角度方向に関して対称に配置されている。しかしながら、他の配置も可能である。第2の表面51bは3つの隆起部57a、57b及び57cを含む。隆起部57aは、凹部54aの正反対側に配置されている。隆起部57bは、凹部54bの正反対側に配置されている。隆起部57cは、凹部54c正反対側に配置されている。凹部54a、54b、54cは、第1の表面51aを3つの扇形の領域に分割する。それに対応して、隆起部57a、57b、57cは、第2の表面51bを3つの扇形の領域に分割する。
スリット25が、外部鉄心部分の端面から凹部54aに向かって延びる。凹部54aはスリット25の底部を形成する。
さらに、第2の表面51bは、3つの周縁隆起部59a、59b、59cを含む。周縁隆起部59a、59b、59cはそれぞれ外部鉄心部分22の正反対側に配置されている。周縁隆起部59a、59b、59cはそれぞれ、外部鉄心部分22の半径方向の厚さに実質的に等しい半径方向厚さを有する。
周縁隆起部59aは、第1の隆起部57aと第2の隆起部57bとの間に延びる。周縁隆起部59bは、隆起部57bと隆起部57cとの間に延びる。周縁隆起部59cは、隆起部57cと隆起部57aとの間に延びる。周縁隆起部59a、59b、59cは、隆起部57a、57b、57cの外側部分において隆起部57a、57b、57cと結合する。
周縁隆起部59a、59b、59cの軸線方向の高さは隆起部27の軸線方向の高さとほぼ等しい。周縁隆起部59a、59b、59cと隆起部57a、57b、57cの半径方向外側の部分とは、切れ目なく一周する周縁隆起部を形成する。
図5a及び図5bでは、凹部54a〜cおよび隆起部57a〜cが、同様の寸法、より具体的には同様の幅を有するものとして示されている。しかしながら、代替実施例によれば、凹部54a〜c並びに隆起部57a〜cが異なる寸法、より具体的には異なる幅を有する。特に、2つの凹部54b〜cは、凹部54aよりも小さな幅を有することができる。同様に、2つの隆起部57b〜cは、隆起部57aよりも小さな幅を有することができる。
誘導鉄心は、前述の1つ及び3つとは異なる数の凹部及び隆起部を含むことができることに留意すべきである。例えば、誘導鉄心は、2つの凹部及び対応する2つの隆起部を含むことができる。その場合、それらの2つの凹部(及び2つの隆起部)は互いに180°の角度で配置できる。
前述の誘導鉄心20では、凹部24が、内部鉄心部分23からスリット25まで延びる。代替実施例によれば、凹部24の半径方向の最も内側の部分が、内部鉄心部分23からある距離だけ、すなわちゼロでない距離だけ離れている。このことは、例えば巻線の外側の層が凹部24の半径方向の最も内側の部分と概ね一致し、凹部に収容する巻線の接続部分が凹部24の半径方向の最も内側の部分のところで巻線を出るような厚さを有する多層巻線を使用するときに役立つことがある。この場合、対応する隆起部27は、凹部24と同一の広がりを有することができ、又は対応する隆起部27を凹部24よりも短くし、若しくは凹部24よりも長くすることができる。
図6は、誘導鉄心60a及び誘導鉄心60bの断面を示す。組み合わされた閉じた誘導鉄心を得るため、誘導鉄心60aは誘導鉄心60bの上に配置されている。この断面は、誘導鉄心60a及び60bの中心軸線に沿って切ったものである。誘導鉄心60a及び60bは誘導鉄心20と同様の鉄心である。図6に示されているように、誘導鉄心60a及び60bは、縁が面取りされた中心隆起部68を含む。したがって、中心隆起部68の軸線方向の厚さは外側に向かって次第に薄くなる。それにより、凹部24によって巻線空間を確保し、同時に、利用可能な磁束伝導性断面積が最も小さい内部鉄心部分23の近くの底部鉄心部分21の磁束伝導性断面積を維持することができる。誘導鉄心を通る磁束の経路が矢Pによって概略的に示されている。図6に示した実施例では、半径方向位置rにおける磁束伝導性断面積が、

によって与えられる。上式で、T(r、φ)は、半径方向位置r及び角度位置φ(すなわち方位角)における底部鉄心部分の厚さである。
図7〜図10を参照して、誘導鉄心を製造する圧縮成形機で使用できる一組のパンチと1つのダイとからなる装置70、及び誘導鉄心を製造する方法を説明する。この装置70及び方法は特に、前述のつぼ形鉄心20を製造する目的で使用できる。
図7は、装置70の略分解図である。この装置70及び製造方法の理解を助けるため、誘導鉄心20の構成も参照する。
装置70は、内パンチ71、中パンチ72、外パンチ73、カウンタ・パンチ74及びダイ75を含む。内パンチ71、中パンチ72、外パンチ73及びカウンタ・パンチ74は、独立に制御されたアクチュエータ(分かりやすくするため示されていない)によって軸線方向Aに沿って独立して移動可能である。内パンチ71、中パンチ72及び外パンチ73は、使用の際、軸線方向Aと一致する第1の圧縮方向に圧縮力を加えるように構成されている。カウンタ・パンチ74は、第1の圧縮方向すなわち軸線方向Aとは反対向きの第2の方向に圧縮力を加えるように構成されている。
図8は、ダイ75の一部分が切り取られた装置70の略図である。図8には、パンチ71、72、73とダイ75の貫通穴75aの壁との間に形成されたキャビティに軟磁性粉末材料を受けることができる構成になっている装置70が示されている。以下では、装置70のこの構成を充填構成と呼ぶ。
中パンチ72は、方向Aに沿って中パンチを貫いて延びる空間72aを含む。したがって、空間72aは、中パンチ72の軸線方向の貫通穴を形成する。貫通穴72aの断面寸法すなわち半径は、内パンチ71の断面寸法すなわち半径よりも大きい。貫通穴72aは、内パンチ71を受けるように配置される。内パンチ71は、中パンチ72に対して移動可能である。より具体的には、内パンチ71は、貫通穴72a内を摺動することができる。
中パンチ72と内パンチ71との間の嵌合いは、内パンチ71と中パンチ72との間に粉末が実質的に入ることができないような嵌合いである。したがって、貫通穴72aの壁及び貫通穴72aの中に受け取られた内パンチ71の部分は、粉末を受け入れる第1の部分体積V1を規定する。方向Aの方を向いた内パンチ71の端面は体積V1の底を形成する。第1の部分体積V1は、誘導鉄心20の内部鉄心部分23を規定する。
誘導鉄心20に凹部24を形成することを可能にするため、中パンチ72は、方向Aの方に突出した第1の部分72bを有する。凹部24の形成に関しては後に詳述する。第1の部分72bは、凹部24を形成するように配置される。誘導鉄心20にスリット25を形成することを可能にするため、中パンチ72はさらに、方向Aに対して横向きの半径方向に突出した第2の部分72cを有する。第2の部分72cは、第1の側面及び反対側の第2の側面を有する。これらの第1の側面及び第2の側面は方向Aに対して平行に延びる。図7に示された実施例では、第1の部分72bと第2の部分72cとが、単一の部片として一緒に形成される。
外パンチ73は、方向Aに沿って外パンチを貫いて延びる空間73aを含む。したがって、空間73aは、外パンチ73の軸線方向の貫通穴を形成する。貫通穴73aの断面寸法すなわち半径は、中パンチ72の断面寸法すなわち半径よりも大きい。貫通穴73aは、中パンチ72を受けるように配置される。
外パンチ73は、方向Aに沿って延びるスリット73bをさらに含む。スリット73bは、外パンチ73の半径方向の厚さ全体にわたって延びて、貫通穴73aに達し、又は貫通穴73a内に開く。スリット73bの幅すなわち角度寸法は、スリット73bが第2の部分72cを受けることができるような大きさである。
外パンチ73と中パンチ72との嵌合い、及びスリット73bと第2の突出部分72cとの嵌合いは、外パンチ73と中パンチ72との間に粉末が実質的に入ることができないような嵌合いである。スリット73bを画定する壁と第2の突出部分72cの側面との間に粉末は実質的に入ることができない。
ダイ75は、方向Aに沿ってダイを貫いて延びる空間75aを含む。空間75aは、中パンチ75の軸線方向の貫通穴を形成する。貫通穴75aの断面寸法すなわち半径は、外パンチ73の断面寸法すなわち半径よりも大きい。しかしながら、外パンチ73とダイ75との嵌合いは、外パンチ73の外壁と貫通穴75aの壁との間に粉末が実質的に入ることができないような嵌合いである。
充填構成では、中パンチ72の第2の部分72cが、ダイ75の貫通穴75aの内壁に向かって延びる。中パンチ72とダイ75との嵌合いは、中パンチ72の外壁とダイ75の貫通穴75aの壁との間に粉末が入ることができるが、第2の部分72cと貫通穴75aの壁との間には粉末が実質的に入ることができないような嵌合いである。
したがって、貫通穴75aの壁、中パンチ72の外壁及び第2の部分72cは、共に粉末を受け入れる第2の部分体積V2を画定する。第2の部分体積V2はさらに、中パンチ72を取り囲む外パンチ73の部分によっても画定される。したがって、方向Aの方を向いた外パンチ73の端面は、体積V2の底を形成する。第2の部分体積V2により、誘導鉄心20の外部鉄心部分22が形成される。
部分体積V2は、第2の部分72cの第1の側面から、中パンチ72の外壁と貫通穴75aの壁との間の空間を経て、第2の部分72cの第1の側面とは反対側の第2の部分72cの第2の側面まで、円周方向に延びる。それによって、部分体積V2は、中パンチ72を部分的に取り囲む環状空間を形成し、第2の部分72cによって占有された空間に粉末材料が入ることが妨げられる。
貫通穴75aの壁、方向Aの方を向いた中パンチ72の端面及び突出部分72bは、共に粉末を受け入れる第3の部分体積V3を画定する。第3の部分体積V3により、凹部24を含む誘導鉄心20の底部鉄心部分21が形成される。
第1の部分体積V1は、部分体積V3を介して第2の部分体積V2と連通する。部分体積V1、V2及びV3は、共に圧縮して誘導鉄心にするための粉末を受けるキャビティを形成する。
図9は、わずかに異なる角度から見た充填構成にある装置70を示す図であり、カウンタ・パンチ74の端面74aが見えている。端面74aは、誘導鉄心20に隆起部27を形成するための凹み部74bを含む。凹み部74bは、中パンチ72の第1の部分72bと整列するように配置される。
カウンタ・パンチ74の端面74aは、図2bの中心隆起部28及び周縁隆起部29と同様の任意選択の中心隆起部及び任意選択の周縁隆起部を含む誘導鉄心を形成するように配置された別の凹み部を含む。端面74aは、隆起部27、中心隆起部28及び周縁隆起部29を含む図2bに示されているような隆起した共通の表面を含むインダクタを形成するように配置される。その代わりに、端面74aを、同じように、第2の表面21bの隆起部を示さない部分を形成するための1つ又は複数の突出部を有する表面74aと記述することもできる。
任意選択で、内パンチ71は、軸線方向に延びる穴及び追加のパンチを含むことができる。この内パンチ71の穴は、この追加のパンチを受けるように配置される。この追加のパンチを使用して、軸線方向に延びる貫通穴を内部鉄心部分23に形成できる。
装置70が充填構成にあるときに、このように形成されたキャビティに、圧縮すべき粉末を充填する。粉末は、ダイ75の貫通穴75aの上部開口によって形成されたキャビティの上部開口を通して受け入れられる。この粉末は、誘導鉄心20に関して論じた任意の粉末とすることができる。所望の量の粉末をキャビティに充填した後、上向きの軸線方向Aに圧縮力が加わるように、内パンチ71、中パンチ72及び外パンチ73をそれぞれ移動させる。カウンタ・パンチ74は、軸線方向下向きに反対の圧縮力が加わるように移動させる。このときに装置がとる構成を圧縮構成と呼ぶことがあり、この構成が図10に示されている。このように、第1の部分体積内の粉末、第2の部分体積内の粉末及び第3の部分体積内の粉末を軸線Aに沿って同時に圧縮して、誘導鉄心20を形成できる。
第1の突出部分72bは、誘導鉄心20の底部分21に凹部24を形成し、カウンタ・パンチ74の表面74aは、対応する隆起部27を形成する。第2の突出部分72cは、第2の突出部分72cとダイ75の貫通穴75aの壁の間に粉末が入ることを防ぎ、スリット25を形成する。
このように、後続の機械加工を必要とせずに、1回の圧縮操作で、凹部24およびスリット25の両方を誘導鉄心に形成できる。カウンタ・パンチ74の表面74aの設計によって、第1の突出部分72bが存在するにもかかわらず、密度変動が少ないこと、すなわち中パンチ72による均一な装填を保証できる。
表面74aが凹み74bを含まない場合、第1の突出部分72bの存在によって、部分72b上の粉末層の圧縮の程度は、中パンチ72の圧縮面の残りの部分上の粉末層の圧縮の程度よりも大きくなるであろう。このような局所的な過圧縮によって中パンチ72は偏り、それによって、第1の突出部分72b及び/又は第2の突出部分72cを、スリット73bを通して貫通穴75aの壁に押し付け、それによってダイ75を傷つけることになる。圧縮力が大きくなるにつれてこの危険はよりいっそう大きくなる。したがって、装置70により、現在市販されている圧縮された誘導鉄心に比べて底部鉄心部分の密度が大きい誘導鉄心を得ることが可能になる。
以上、円形の断面を有する誘導鉄心及び一組のパンチと1つのダイからなる装置を説明したが、本発明の概念はこの特定の形状だけに限定されない。例えば、誘導鉄心は、独立請求項に規定された本発明の範囲を逸脱しない範囲で、楕円形、長方形、多角形などの断面を有することができる。

Claims (15)

  1. 圧縮成形された軟磁性粉末材料でできた誘導鉄心において、
    第1の表面及び反対側の第2の表面を有する底部鉄心部分と、
    前記第1の表面から前記第1の表面に対して横向きの方向に延びる内部鉄心部分と、
    外部鉄心部分と
    を含み、
    前記外部鉄心部分が、前記第1の表面に対して横向きの方向に前記第1の表面から前記外部鉄心部分の端面まで延び、前記外部鉄心部分が、前記内部鉄心部分を少なくとも部分的に取り囲み、それによって、巻線を収容するための空間が前記内部鉄心部分の周囲に形成され、
    前記第1の表面が、前記巻線の接続部分を収容するための凹部を含み、該凹部が、前記内部鉄心部分と前記外部鉄心部分との間の距離の少なくとも一部分にわたって延び、
    前記外部鉄心部分に、前記外部鉄心部分の端面から前記凹部に向かって延びるスリットが設けられ、
    前記第2の表面が、前記凹部の反対側に配置された第1の隆起部を含む、誘導鉄心。
  2. 前記第1の隆起部が、前記凹部の少なくとも一部分と同一の広がりを有する、請求項1に記載された誘導鉄心。
  3. 前記第1の隆起部が、前記底部鉄心部分の前記第2の表面の外縁まで延びる、請求項1または請求項2に記載された誘導鉄心。
  4. 前記凹部が、前記内部鉄心部分から延びる、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された誘導鉄心。
  5. 前記凹部が、前記底部鉄心部分の前記第1の表面の外縁まで延びる、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された誘導鉄心。
  6. 前記スリットが、前記凹部まで延びて前記凹部と結合し、前記凹部が、前記スリットの底部を形成する、請求項5に記載された誘導鉄心。
  7. 前記スリットを画定する前記外部鉄心部分の壁部分が、前記第1の表面に対する横向きの方向に対して平行に延びる、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された誘導鉄心。
  8. 前記第2の表面が、前記内部鉄心部分の正反対側に配置された中心隆起部をさらに含む、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載された誘導鉄心。
  9. 前記第1の隆起部が、前記中心隆起部と前記底部鉄心部分の前記第2の表面の外縁との間に延び、前記第1の隆起部が前記中心隆起部と結合する、請求項7または請求項8に記載された誘導鉄心。
  10. 前記第2の表面に対して横向きの方向の前記第1の隆起部の高さが、前記第2の表面に対して横向きの方向の前記内部鉄心部分の高さと一致する、請求項9に記載された誘導鉄心。
  11. 前記第2の表面が、前記底部鉄心部分の前記第2の表面の外縁に沿って延びる周縁隆起部をさらに含む、請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載された誘導鉄心。
  12. 前記第1の表面が少なくとも2つの凹部を含み、前記少なくとも2つの凹部が、前記内部鉄心部分と前記外部鉄心部分との間の距離の少なくとも一部分にわたって延び、前記第2の表面が、前記少なくとも2つの凹部のそれぞれについて、対応する凹部の反対側に配置された隆起部を含む、請求項1から請求項11までのいずれか1項に記載された誘導鉄心。
  13. 前記底部鉄心部分の凹部を含む部分の密度と前記底部鉄心部分の凹部を含まない部分の密度との差が10%以下、より好ましくは5%以下、最も好ましくは2.5%である、請求項1から請求項12までのいずれか1項に記載された誘導鉄心。
  14. 軟磁性粉末材料から誘導鉄心を製造するための圧縮用装置において、
    第1の圧縮方向に第1の圧縮力を加えるように配置された内パンチと、
    前記第1の圧縮方向に第2の圧縮力を加えるように配置された中パンチであって、前記内パンチの少なくとも一部分を受けるように配置された前記第1の圧縮方向に延びる空間を含み、さらに、前記第1の圧縮方向に突出した第1の部分と、前記第1の圧縮方向に対して横向きの外向き方向に突出し、前記第1の圧縮方向に沿って延びる第2の部分とを有する中パンチと、
    前記第1の圧縮方向に第3の圧縮力を加えるように配置された外パンチであって、前記中パンチの少なくとも一部分を受けるように配置された前記第1の圧縮方向に延びる空間を含み、さらに、前記第1の圧縮方向に延び、前記空間に達するスリットを含み、前記スリットが、前記第2の突出部分の少なくとも一部分を受けるように配置された外パンチと、
    前記内パンチ、前記中パンチ及び前記外パンチと前記第1の圧縮方向に沿って整列するように配置されたカウンタ・パンチであって、前記第1の圧縮方向とは反対の第2の圧縮方向に第4の圧縮力を加えて、前記第1の圧縮力、前記第2の圧縮力及び前記第3の圧縮力とは反対の力を発生させるように配置されており、さらに凹みを含み、前記凹みが前記中パンチの前記第1の部分と整列するように共通パンチが配置されたカウンタ・パンチと、
    前記外パンチ、前記中パンチ、前記内パンチ及び前記カウンタ・パンチの少なくとも一部分を受けるように配置された空間を含むダイと
    を備える圧縮用装置。
  15. 誘導鉄心を製造する方法において、
    内部鉄心部分を形成するための第1の体積部分と、スリットを含む外部鉄心部分を形成するための第2の体積部分と、第1の面に凹部を含む底部鉄心部分を形成するための第3の体積部分とを含むキャビティに、軟磁性粉末複合材料を供給する段階と、
    前記第1の面の反対側の前記底部鉄心部分の第2の面の前記凹部の正反対側に隆起部を形成するように配置されたパンチを使用して、前記第1の体積部分内の前記粉末、前記第2の体積部分内の前記粉末及び前記第3の体積部分内の前記粉末を同時に共通軸に沿って圧縮して、前記誘導鉄心を形成する段階と
    を含む、誘導鉄心を製造する方法。
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