JP2018125475A - Laminate iron core, manufacturing method of the same, and electromagnetic component using the laminate iron core - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層鉄心とその製造方法およびその積層鉄心を用いた電磁部品に関する。 The present invention relates to a laminated iron core, a manufacturing method thereof, and an electromagnetic component using the laminated iron core.
従来の積層鉄心100は、図8の斜視図で示すように、磁性材料であるケイ素鋼帯などの薄板106を積層したもので構成されている。積層鉄心100は、その周辺にコイルが巻かれ、小型トランス、リアクトル、変流器、柱上変圧器等に用いられる。
As shown in the perspective view of FIG. 8, the conventional laminated
一方、磁気特性に優れたアモルファス合金薄帯やナノ結晶薄帯がある。高い磁気特性のナノ結晶薄帯とするには、ナノレベルの結晶とする必要がある。そのためには、原料溶液を急冷し薄帯にし(特許文献1)、その後、熱処理を行う。これによって、ナノ結晶を析出させている。この製造方法を図9の断面図で説明する。 On the other hand, there are amorphous alloy ribbons and nanocrystal ribbons with excellent magnetic properties. In order to obtain a nanocrystal ribbon with high magnetic properties, it is necessary to form a nano-level crystal. For this purpose, the raw material solution is quenched and thinned (Patent Document 1), and then heat treatment is performed. As a result, nanocrystals are deposited. This manufacturing method will be described with reference to the cross-sectional view of FIG.
ノズル103から溶融された磁性材料が、ローラ101へ塗布される。ローラ101は、冷却されており、回転しながら溶液を受け。その表面で溶液を急冷し薄帯を作製する。この時点で薄帯は、アモルファス薄帯13である。アモルファス薄帯13は、熱処理条件は異なるが、所定の温度と時間の熱処理でナノレベルの結晶粒を有するナノ結晶薄帯を製造できる。
Magnetic material melted from the
しかし、アモルファス薄帯13からは、幅が広い、または、長さが長いナノ結晶薄帯を作製できない。なぜなら、図9のローラ101の大きさには制限があるためである。また、図9の方法で、均質なナノ結晶薄帯を作製する場合に、幅を広く、または、長さを長くすることができない。幅または長さを広げると、均質性は悪くなる。さらに、その後の熱処理においても、幅または長さを広げると、温度制御が特性に大きく影響し、均質なものを作製できない。結果、幅の広い、または、長さが長いナノ結晶薄帯を作製することは困難である。
However, a nanocrystal ribbon having a wide width or a long length cannot be produced from the
このため、幅の短い、または、長さの短いアモルファス薄帯13を多く製造し、これらを熱処理しナノ結晶化し、順番に継ぎ足して巻いていく必要がある。継ぎ足し部分は他の部分と磁気特性が不連続になるので、全体として、磁気特性の不均一性が生じる。なお、磁気特性は、主に、軟磁気特性を示す。
For this reason, it is necessary to manufacture many
よって、本願発明は、前記従来の課題を解決するもので、ナノ結晶薄帯を用いて、磁気特性が均質な積層鉄心とその積層鉄心を用いた電磁部品、積層鉄心の製造方法を提供することである。 Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and provides a laminated core having a uniform magnetic property using a nanocrystalline ribbon, an electromagnetic component using the laminated core, and a method for producing the laminated core It is.
前記目的を達成するために、複数のナノ結晶薄帯を繋ぎ面で組合せて1枚のナノ磁性層を構成し、上記ナノ磁性層を積層した積層鉄心であり、上記積層鉄心を上記積層方向から見た平面視において、上記繋ぎ面は複数線で位置し、点対称に分布する積層鉄心を用いる。 In order to achieve the above object, a plurality of nanocrystal ribbons are combined at a connecting surface to form a single nanomagnetic layer, and the laminated magnetic core is formed by laminating the nanomagnetic layer. In the viewed plan view, the connecting surface is positioned by a plurality of lines, and uses a laminated iron core that is distributed point-symmetrically.
また、上記積層鉄心にコイルを巻いた電磁部品を用いる。 Moreover, the electromagnetic component which wound the coil around the said laminated iron core is used.
さらに、アモルファス薄帯を作製する第1工程と、上記第1工程の上記アモルファス薄帯を外形加工する第2工程と、上記第2工程の外形加工した上記アモルファス薄帯を熱処理しナノ結晶薄帯とする第3工程と、上記第3工程の複数の上記ナノ結晶薄帯を組み合せ1層として、積層する第4工程と、を含む積層鉄心の製造方法を用いる。 Furthermore, a first step for producing an amorphous ribbon, a second step for externally processing the amorphous ribbon in the first step, and a heat treatment of the amorphous ribbon that has been externally processed in the second step to heat the nanocrystalline ribbon. And a fourth step of laminating as a single layer a combination of the plurality of nanocrystal ribbons in the third step.
本発明の一例によれば、磁気特性が均質な積層鉄心とその積層鉄心を用いた部品を提供できる。また、別の例によれば、磁気特性が均質な部品を提供できる。 According to an example of the present invention, it is possible to provide a laminated iron core having uniform magnetic characteristics and a component using the laminated iron core. Further, according to another example, it is possible to provide a component having uniform magnetic characteristics.
以下本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
<積層鉄心の製造>
積層鉄心の製造方法の一例を図1に示す。
(1) アモルファス薄帯製造
図9で説明したように、磁性材料の合金溶融物を、ノズル103から、冷却されたローラ101の表面へ塗布する。溶融物は急冷却されアモルファス薄帯13となる。
(Embodiment 1)
<Manufacture of laminated core>
An example of the manufacturing method of a laminated iron core is shown in FIG.
(1) Amorphous ribbon production As described with reference to FIG. 9, an alloy melt of a magnetic material is applied from the
特に、Fe−B−Cu系、Fe−Cu−Nb−Si−B系、Fe−B−P−Cu系の合金を用いることが好ましい。アモルファス薄帯13の厚みは平均約10〜50μmである。
(2) 加工
(1)のアモルファス薄帯13を所定の外形となるように加工する。外形は条件によりいろいろ変化させる。
(3)熱処理
(2)で加工されたアモルファス薄帯13を熱処理する。熱処理は、高速で昇温するのが好ましい。結果、軟磁気特性がよいナノ結晶の薄帯が作製できる。(2)のアモルファス薄帯13は、長いものでなく、短くされているので、炉内等で高速で昇温することが可能である。
In particular, it is preferable to use an Fe-B-Cu alloy, an Fe-Cu-Nb-Si-B alloy, or an Fe-BP-Cu alloy. The thickness of the
(2) Processing The
(3) Heat treatment The
合金組成物の結晶化温度より少し高い温度まで加熱する。
(4)積層
(3)の熱処理で作製された複数のナノ結晶薄帯を積層する。
(5)一体化
積層されたナノ結晶薄帯に樹脂を挿入したり、外枠に入れたりして、積層鉄心を作製する。ここで、積層鉄心の製造、ナノ結晶薄帯製造は一例であり、他のナノ結晶薄帯の製造方法でもよい。
Heat to a temperature slightly higher than the crystallization temperature of the alloy composition.
(4) Lamination A plurality of nanocrystal ribbons produced by the heat treatment of (3) are laminated.
(5) Integration A resin is inserted into the laminated nanocrystal ribbons or put into an outer frame to produce a laminated core. Here, the production of the laminated iron core and the production of the nanocrystal ribbon are examples, and other production methods of the nanocrystal ribbon may be used.
<積層鉄心の構造>
実施の形態1の積層鉄心10を、図2(a)〜図2(c)で説明する。図2(a)は、積層鉄心10の展開図である。図2(b)は、積層鉄心10の平面図である。図2(c)は、積層鉄心10の側面図である。
<Structure of laminated core>
The laminated
この例では、6枚のナノ結晶薄帯102a〜102fを、2枚で1組で1層のナノ磁性層として、3組、3層の積層体を示している。3層のナノ磁性層A,B,Cのそれぞれに2つの繋ぎ面11a、11b、11cがある。なお、ナノ結晶薄帯、繋ぎ面を特定しない場合、ナノ結晶薄帯102、繋ぎ面11と表現する。
In this example, six
実施の形態のナノ結晶薄帯102は、前記のように、(2)で打ち抜きされた子片である。積層鉄心10を、積層方向の上方から見ると、繋ぎ面11は、線として見える。各線は90度の角度で交わる。その線分の分布が点対称に分布されている。
As described above, the
図2(b)の変形例として、図2(d)の平面図で示すような繋ぎ面11でもよい。
つまり、各々の繋ぎ面11を結ぶ複数の線分間がなす角度θは、ほぼ等しい。結果、積層鉄心10の磁気的性質は均質となる。また、平面図で、上下での繋ぎ面の個数は、同数が好ましい。図2(a)から図2(c)の例では、場所により、繋ぎ面11が2個と1個のところがある。4層構造にして、個数を同数の2個とするのがこの好ましい。
As a modification of FIG. 2B, a connecting
That is, the angle θ formed by a plurality of line segments connecting each connecting
この例では、各々のナノ結晶薄帯102は、ほぼ同じ厚み、形状としている。また、ナノ結晶薄帯102は、ドーナツの半分の形状であるが、その3分の1、額縁状の形状、その半分などでもよい。
In this example, each
なお、繋ぎ面11の線は、点対称が好ましいが、線対称でもよい。
The line of the connecting
(実施の形態2)
実施の形態2を、図3(a)〜図3(d)を用いて説明する。実施の形態2は、実施の形態1に対して、ナノ結晶薄帯102間の繋ぎ面11の構造が異なる。説明しない事項は実施の形態1と同様である。
(Embodiment 2)
The second embodiment will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (d). The second embodiment differs from the first embodiment in the structure of the connecting
図3(a)は、ナノ結晶薄帯102の斜視図である。前記方法で作製したナノ結晶薄帯102は、厚みばらつきがある。これは、図9で説明したように、ナノ結晶薄帯102の両面を加圧状態とせずに冷却しているためである。厚みばらつきは、多くとも20μmから50μmの範囲である。
FIG. 3A is a perspective view of the
図3(a)の場合、A点,B点,C点,D点の順で厚みが厚くなる。ここで、ナノ結晶薄帯102a、ナノ結晶薄帯102bは、一例として、図3(b)の平面図で示すように、ナノ結晶薄帯102から作製される。図3(c)に繋ぎ面11と各々のナノ結晶薄帯102a、102bの平面図を示す。各々のナノ結晶薄帯102の繋ぎ面11の地点a、b、c、dは、ナノ結晶薄帯102の厚みが異なる。ここで、地点a、b、c、dでのナノ結晶薄帯102の厚みは、地点a、b、c、dの順で薄くなる。
In the case of FIG. 3A, the thickness increases in the order of point A, point B, point C, and point D. Here, as an example, the
この場合、繋ぎ面11の拡大断面図を図3(d)に示す。地点aと地点dとを合わせる。また、地点bと地点cとを合わせる。このようにすることで、繋ぎ面11の各地点での厚みばらつき(厚み差)は減る。つまり、地点aと地点dの厚みの平均値と、地点bと地点cの厚みの平均値とが同じようになるように合わせる。別の言い方では、一方の端で、4点の内、一番厚い地点と一番薄い地点とを合わせ、他方の端で、それ以外の地点を合わせる。平均厚みとは、繋ぎ面11において、2つのナノ結晶薄帯102の厚みの平均値である。
In this case, an enlarged sectional view of the connecting
このような関係で、図2(c)に相当する側面図を図4(a)から図4(c)に示す。 With this relationship, side views corresponding to FIG. 2C are shown in FIGS. 4A to 4C.
図4(a)では、ナノ磁性層Aで地点aと地点dを合わせ、ナノ磁性層Cで地点bと地点cを合わせている。 In FIG. 4A, the point a and the point d are aligned in the nanomagnetic layer A, and the point b and the point c are aligned in the nanomagnetic layer C.
図4(b)では、ナノ磁性層Aで地点aと地点dを合わせ、ナノ磁性層Cで地点dと地点aを合わせている。 In FIG. 4B, the point a and the point d are aligned in the nanomagnetic layer A, and the point d and the point a are aligned in the nanomagnetic layer C.
図4(c)では、ナノ磁性層Aで地点aと地点dを合わせ、ナノ磁性層Cで地点aと地点dを合わせている。 In FIG. 4C, the point a and the point d are matched in the nanomagnetic layer A, and the point a and the point d are matched in the nanomagnetic layer C.
対称性の観点から、繋ぎ面11が均一、ランダムとなるのが好ましい。いずれもよいが、図4(c)、図4(b)、図4(a)の順に好ましい。
From the viewpoint of symmetry, the connecting
すなわち、ナノ磁性層Aで繋ぎ面11での平均厚みが最大のものと、ナノ磁性層Cで繋ぎ面での平均厚みが最小のものと、を組み合わせる。結果、上下の繋ぎ面11で、平均厚みが、平均化される。当然、ナノ磁性層A、Cは逆でもよい。
That is, the nanomagnetic layer A having the maximum average thickness at the connecting
各層の上下間の位置で、繋ぎ面でのナノ結晶薄帯102の平均厚みのばらつきが少なくなるようにするのが好ましい。
It is preferable to reduce the variation in the average thickness of the
(実施の形態3)
実施の形態3を、図5(a)〜図5(c)を用いて説明する。実施の形態3は、実施の形態1に対して、ナノ結晶薄帯102間の繋ぎ面11の構造が異なる。説明しない事項は実施の形態1、2と同様である。図5(d)は、図5(b)の時の積層鉄心の平面図である。繋ぎ面11での形状が、図5(a)〜図5(c)で変わる。
(Embodiment 3)
A third embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (a) to 5 (c). The third embodiment is different from the first embodiment in the structure of the connecting
図5(a)は、ナノ結晶薄帯102aとナノ結晶薄帯102bとの繋ぎ面11の平面図である。ナノ結晶薄帯102a、102bは、共に、端辺が、凹凸となっている。2つを組み合わせる。繋ぎ面11に注目すると、階段状となる。
FIG. 5A is a plan view of the connecting
図5(b)は、ナノ結晶薄帯102aとナノ結晶薄帯102bとの繋ぎ面11の平面図である。ナノ結晶薄帯102a、102bは、共に、端辺が、傾斜辺となっている。繋ぎ面11に注目すると、傾斜した繋ぎ面、平行四辺形となる。
FIG. 5B is a plan view of the connecting
図5(c)は、ナノ結晶薄帯102aとナノ結晶薄帯102bとの繋ぎ面11の平面図である。ナノ結晶薄帯102a、102bは、共に、端辺が、波状となっている。繋ぎ面11に注目しても、波状である。
FIG. 5C is a plan view of the connecting
前記はいずれも、ナノ結晶薄帯102a、102bの2つ端辺を組み合わせて、1つの形状としている。前記以外でも、端辺を、ギザギザの形状としてもよい。
In any of the above, the two ends of the
ナノ結晶薄帯102の繋ぎ面11の形状は、2つのナノ結晶薄帯102間で対称な形状でない方がよい。ナノ結晶薄帯102の厚みばらつきの影響が少なくなり、全体として均質性が増加する。
The shape of the connecting
なお、実施の形態1で示した繋ぎ面11の線分は、この例では、点線で示す線分である。線分が対称に分布するのが好ましい。
In addition, the line segment of the
(実施の形態4)
実施の形態4は、積層鉄心10の各々のナノ結晶薄帯102の形状に関する。図6(a)〜図6(e)で実施の形態4を説明する。説明しない事項は実施の形態1〜3と同様である。
(Embodiment 4)
The fourth embodiment relates to the shape of each
図6(a)の斜視図では、各々のナノ結晶薄帯102が、額縁の縁の半分の形状である。2つのナノ結晶薄帯を組み合わせ層(ナノ磁性層A〜C)として、積層する。繋ぎ面11は、図2(b)同様である。
In the perspective view of FIG. 6A, each
図6(b)斜視図では、ナノ結晶薄帯102の4つを組み合わせて1層のナノ磁性層A〜Cとしている。長方形のナノ結晶薄帯102b、102dと、この字型のナノ結晶薄帯102a、102cとを組み合わせている。
In the perspective view of FIG. 6B, four
なお、図6(b)で、実施の形態1で示した繋ぎ面11の線分は、この例では、点線で示す線分である。線分が対称に分布するのが好ましい。
In FIG. 6B, the line segment of the connecting
この形状とする利点は、ナノ結晶薄帯の利用効率がよいためである。このような形状とするため、図6(c)〜図6(e)の平面図で示すように、1枚のナノ結晶薄帯102から、無駄なく、長方形のナノ結晶薄帯102b、102dと、この字型のナノ結晶薄帯102a、102cとを取り出すことができる。
The advantage of this shape is that the use efficiency of the nanocrystal ribbon is good. In order to obtain such a shape, as shown in the plan views of FIG. 6C to FIG. 6E,
(実施の形態5)
実施の形態5は、ナノ結晶薄帯102選別に関する。図7で実施の形態5を説明する。説明しない事項は実施の形態1〜4と同様である。
(Embodiment 5)
The fifth embodiment relates to selection of the
図7は、積層鉄心10を製造するフローである。
(1) ナノ結晶薄帯の作製
図1の熱処理までの工程である。ある形状の複数のナノ結晶薄帯102が作製される。
(2) ナノ結晶薄帯102の厚み測定
(1)のナノ結晶薄帯102の繋ぎ面となる部分の厚みを測定する。
(3)ナノ結晶薄帯の組み合わせの決定
(2)の厚み測定の結果から、繋ぎ面での平均厚みが小さくなるように、ナノ結晶薄帯102の組み合わせを決定する。
(4)組み合わせ、積層
(3)で決定したナノ結晶薄帯102の組み合わせで組み合わせ、積層する。
1例として、例えば、図2(a)のような形状の積層鉄心10を作製する場合を考える。
複数のナノ結晶薄帯102が作製され、それぞれのナノ結晶薄帯102の繋ぎ面11部分2箇所の厚みを測定する。2箇所の平均厚みの順番に、ナノ結晶薄帯102を並べ、その順番に組み合わせる。組み合わせ方は、図3(c)、図3(d)に示したように組み合わせる。組み合わせ1層を作製し、積層する。こうすれば、層間の厚みばらつきも少なくなる。
FIG. 7 is a flow for manufacturing the
(1) Production of nanocrystalline ribbon The process up to the heat treatment of FIG. A plurality of
(2) Measurement of the thickness of the
(3) Determination of the combination of nanocrystalline ribbons From the result of the thickness measurement in (2), the combination of
(4) Combination and lamination The combination of the
As an example, consider a case where a
A plurality of
(全体として)
前記の実施の形態は組み合わせることができる。
前記積層鉄心10にコイルを巻くと、電磁部品となり、各種電磁を利用する機器となる。
(as a whole)
The above embodiments can be combined.
When a coil is wound around the
繋ぎ面11を保護部で保護してもよい。保護部は、樹脂や樹脂テープなどで接着を兼ねて保護をしてもよい。繋ぎ面11だけでなく全体を樹脂などでモールド保護してもよい。
You may protect the
本発明の積層鉄心は、小型トランス、リアクトル、変流器、柱上変圧器、モータなどに用いることができる。 The laminated iron core of the present invention can be used for small transformers, reactors, current transformers, pole transformers, motors and the like.
10 積層鉄心
11、11a、11b、11c 繋ぎ面
13 アモルファス薄帯
100 積層鉄心
101 ローラ
102 ナノ結晶薄帯
102a ナノ結晶薄帯
102b ナノ結晶薄帯
103 ノズル
106 薄板
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記積層鉄心を前記積層の方向から見た平面視において、前記繋ぎ面は複数線で位置し、点対称に分布する積層鉄心。 A laminated iron core in which a plurality of nanocrystalline ribbons are combined at a connecting surface to form one nanomagnetic layer, and the nanomagnetic layer is laminated,
In the plan view of the laminated iron core as viewed from the direction of the lamination, the connecting surfaces are located in a plurality of lines and are distributed symmetrically with respect to a point.
前記第1工程の前記アモルファス薄帯を外形加工する第2工程と、
前記第2工程の外形加工した前記アモルファス薄帯を熱処理しナノ結晶薄帯とする第3工程と、
前記第3工程の複数の前記ナノ結晶薄帯を組み合せ1層として、積層する第4工程と、を含む積層鉄心の製造方法。 A first step of producing an amorphous ribbon;
A second step of externally processing the amorphous ribbon in the first step;
A third step of heat-treating the amorphous ribbon subjected to the external processing in the second step to form a nanocrystalline ribbon;
And a fourth step of laminating the plurality of nanocrystal ribbons in the third step as a combined layer.
前記ナノ結晶薄帯の厚み測定する第5工程と、
第5工程の前記厚みから前記ナノ結晶薄帯の組み合わせを決定する第6工程と、
第6工程の組み合わせにより前記ナノ結晶薄帯を組み合わせた層を形成し、繰り返すことで複数の層を形成し、前記複数の層を積層する第7工程と、を含む請求項10記載の積層鉄心の製造方法。
The fourth step includes
A fifth step of measuring the thickness of the nanocrystal ribbon;
A sixth step of determining a combination of the nanocrystal ribbons from the thickness of the fifth step;
11. A laminated core according to claim 10, comprising: forming a layer combining the nanocrystalline ribbons by a combination of the sixth step, forming a plurality of layers by repeating, and laminating the plurality of layers. Manufacturing method.
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