JP2021508005A - 軟磁性成形部品の製造方法および軟磁性成形部品 - Google Patents
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Abstract
本発明は、軟磁性成形部品（２０）を製造する方法に関し、第１の態様によれば、磁気伝導性粒子（２１）は、成形部品を磁場中で使用するときに発生する渦電流を遮断する電気絶縁部が内部空間内に局所的に配置されるように溶融される。第２の態様によれば、層は、添加剤（２２）の存在下で粒子（２１）から形成され、前記層は、エネルギー供給によって局所的に加熱されるか、またはブランクが粒子（２１）および添加剤（２１）から形成され、ブランクがエネルギー供給によって加熱される。エネルギー供給は時間的に集中され、その結果、磁気伝導性粒子が少なくとも表面融合し、内部空間を備えた構造を形成し、その中で電気絶縁部が添加剤（２２）に基づいて形成される。
Description
本発明は、軟磁性成形部品の製造方法および軟磁性成形部品に関するものである。
軟磁性物質は、磁場内で容易に磁化することができる強磁性材料である。そのような物質から（例えば、固定子の形状に）作られた成形部品が外部交流磁場に曝される場合、磁気反転が繰り返し発生する。これにより、磁気反転損失が発生する。導電性成形部品の場合、これらの損失の一部は、誘導された渦電流によるものである。磁気反転損失を減らすために、電流の流れを防ぐために電気絶縁層によって完全に囲まれた鉄粒子から成形部品を製造することが知られている。成形部品の製造のために、絶縁された鉄の粒子は、炉内でのプレスと焼結によって所望の形状にされる。この製造方法にはいくつかの欠点がある。
・収縮があり、１５〜２０％の範囲になる場合がある。収縮は通常、非線形の挙動をするため、考慮に入れるのが困難である。
・所望の品質で大量に製造する場合は、焼結後の較正など、安定した正確なプロセスを保証するために複雑な対策を講じる必要がある。
・表面全体にわたって分離された粒子は、成形部品の外面でのみ融合するが、内部では比較的緩いコンパウンドを形成するため、成形部品は比較的もろく、工具による機械的後処理が困難であるか、または不可能ですらある。
・完全に絶縁された鉄粒子から作られた成形部品がもつ最大達成可能密度は制限されている。
・とりわけ、長い処理時間と高いエネルギー消費により、生産コストは高くなる。
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・完全に絶縁された鉄粒子から作られた成形部品がもつ最大達成可能密度は制限されている。
・とりわけ、長い処理時間と高いエネルギー消費により、生産コストは高くなる。
特許文献１は、付加的な製造装置を使用して、複雑な、磁性の、および／または磁化可能な成形部品を製造する方法を記載している。成形部品の比電気抵抗を低く保つための手段は提供されていない。
本発明の１つの目的は、改善された特性を有する軟磁性成形部品の方法を特定することである。
この問題を解決する方法が請求項１または請求項２に特定される。他の請求項は、特に本発明に係る方法によって製造することができる好ましい実施形態ならびに成形部品を特定する。
第１の態様によれば、電気絶縁層の被覆の無い磁気伝導性粒子は、電気絶縁部が内部空間内に局所的に配置されるように互いに融合される。
第２の態様によれば、磁気伝導性粒子は、エネルギー供給によって少なくとも表面融合される。エネルギー供給は時間的に集中し、通常１秒未満で発生する。添加剤により、電気絶縁部が内部空間内に形成される。これらは、特に磁気反転中の渦電流を低減する。磁気伝導性粒子は、必ずしも絶縁層の完全なコーティングで覆われている必要はない。その結果、高密度を達成することができる。
第１または第２の態様に係る方法の間に作製される電気絶縁部は、磁束伝導成形部品の内側に島状に形成される。成形部品のそれぞれの絶縁部は、電流遮断効果を有している。成形部品が時間とともに変化する磁場に曝される場合、絶縁部を通る電流の流れが遮断されるため、渦電流は回避されるか、または少なくとも低減される。こうして、鉄損を低減できる。
第１の実施形態では、成形部品は層状に製造される。好ましくは、追加の添加剤を目標とする方法で層に付加するために付加装置が提供される。これによって、固定子部品として使用される場合、所望の方向に磁束Ｂを伝導可能にするために、電気絶縁部の目標とする不均一な分布を有する成形部品の製造が可能になる。
第２の実施形態では、製造は断熱プレスによって実行される。この方法により、成形部品を短い製造時間で製造することができる。
材料、例えば粉末の融合は、１回のエネルギーストライクまたは数回の連続するエネルギーストライクによって行われる。少なくとも１回のエネルギーストライクは、例えば、ラムによって実行される。材料、例えば粉末に導入される短期エネルギーの特定の利点は、成形部品内の動作温度が通常１００℃未満であることである。これは、融点が低い添加剤、例えば通常は焼結プロセスで拡散する有機添加剤もまた絶縁体として使用できることを意味する。
好ましくは、磁性粒子および添加剤で満たされた凹面型が使用され、粒子間の隙間（ボイドスペース）は、例えば機械的手段および／または空気の吸引によって、断熱プレスの前に減少する。特別な一実施形態では、隙間を減少させるステップは、パンチによって実行され、パンチは、その後、断熱プレス用のラムとして使用される。
本発明は、図を参照して例示的な実施形態によって以下に説明される。
図１は、軟磁性成形部品の製造のために設計され、選択的レーザ焼結のためのシステムと同様に構築されたシステムを概略的に示している。図１は、システムが表される断面を定義するＸ軸とＺ軸を示している。Ｙ軸は、これらの２つの軸ＸおよびＺを横切って延在する。
システムは、基材２１、２２の取り込みおよび供給のためのリザーバ１０と、内部で成形部品２０が製造される製造床１１と、製造床１１内に基材２１、２２の層を形成するための塗布装置１２と、レーザ１３と、走査装置１４とを含む。
リザーバ１０は、Ｚ方向に持ち上げることができ、例えば摺動ピストンの一部である底部１０ａを有する。
製造床１１は、Ｚ方向に下降させることができ、例えば摺動ピストンの一部である作業プラットフォーム１１ａを有する。
塗布装置１２は、製造床１１に沿って、すなわちＸ方向に移動可能であり、例えば、回転ロールまたはワイパー１４として形成される。
レーザ１３と走査装置１４は、製造床１１内の基材の層の局所的かつ時間的に集中した加熱のために使用されるレーザビーム１５を生成するために設計される。レーザ１３は、通常赤外線範囲のビームを生成する。レーザとしては、例えば、ＣＯ２レーザまたはＮｄ：ＹＡＧレーザが適している。
走査装置１４は、光学部材（例えば、１つ以上のレンズおよび１つ以上のミラー）を含み、必要に応じて、レーザ１３によって生成されたビームを集束または拡大し、製造床内の所定の経路に沿ってそれを案内する役割を果たす。図１１は、層が加熱される高さでの成形部品２０の形状を画定する。
さらなるリザーバ１６は、基材２１、２２を取り出してリザーバ１０へ移すことができる、および／または未使用の基材２１、２２を製造床１１から取り出すことができるサイロとしての機能を果たす。
リザーバ１０は、製造床１１、およびリザーバ１６は、壁１０ｂ、１０ｃ、１１ｂ、１１ｃ、１６ａ、１６ｂによって区切られている。これらは、前面と背面で接続される、すなわちＹ方向に見て（図１には見られない）更なる壁によって接続される、および／または形状が円形であり、各々が横方向に閉鎖チャンバをもたらす。
軟磁性成形部品２０を製造する１つの可能な方法は以下の通りである。
製造される成形部品の所望の幾何学的形状を定義する幾何学的形状データが提供される。これらの幾何学的形状データは、例えばＣＡＤデータとして利用可能であり、レーザビーム１５が各層で案内される経路を定義する。
基材２１、２２が、リザーバ１０内に提供される。例えば、磁気伝導性粒子２１と添加剤２２との混合物が、電気絶縁部２２を形成するための基材として使用される。完成した成形部品２０では、これらは、磁気反転中に発生する渦電流を遮断または少なくとも低減するように機能する。混合物は、例えば、注入可能な形態で利用することができ、添加剤２２は粒子として存在することが好ましい。添加剤２２をペースト状、液体、またはガス状の形態で提供することも考えられ、それにより、製造床１１内の磁気伝導性粒子２１から形成され、レーザビーム１５で加熱される層と少なくとも接触する。
磁気伝導性粒子２１は、粉末および／または顆粒として利用可能である。それぞれの粒子２１は、純粋な形態で存在することが好ましく、粒子２１は、異なる材料からなるので、混合物を形成することができる。
磁気伝導性粒子２１用の材料として適切なものは、例えば以下のものである（以下の含有量データの単位は重量パーセント）：
・鉄（Ｆｅ）
・ニッケル（Ｎｉ）
・コバルト（Ｃｏ）
・ケイ素と鉄の混合物。ケイ素含有量は、例えば、２．５〜４％の範囲内、例えば３％である。
・ニッケル−鉄混合物。ニッケル含有量は、例えば、８〜３０％の範囲内である。
・コバルト−鉄混合物。コバルト含有量は、例えば、１０〜５０％の範囲内である。
・鉄（Ｆｅ）
・ニッケル（Ｎｉ）
・コバルト（Ｃｏ）
・ケイ素と鉄の混合物。ケイ素含有量は、例えば、２．５〜４％の範囲内、例えば３％である。
・ニッケル−鉄混合物。ニッケル含有量は、例えば、８〜３０％の範囲内である。
・コバルト−鉄混合物。コバルト含有量は、例えば、１０〜５０％の範囲内である。
以下の物質の少なくとも２つを含む他の混合物も提供することができる。
・鉄
・ケイ素
・コバルト
・ニッケル
・アルミニウム
・銅
・スズ
・アンチモン
・ホウ素
・ヒ素
・ビスマス
・酸化クロム
・フェライト
・鉄
・ケイ素
・コバルト
・ニッケル
・アルミニウム
・銅
・スズ
・アンチモン
・ホウ素
・ヒ素
・ビスマス
・酸化クロム
・フェライト
好ましくは、磁気伝導性粒子２１は、電気絶縁層による完全なコーティングを含まない。
以下の物質が添加剤２２として適している。
・シリコーン
・ゲルマニウム
・ワックス、特にＮ、Ｎ’−エチレンビスステアラミド（例えば、スイス、バーゼルのＬｏｎｚａ ＡＧのＡｃｒａｗａｘ Ｃの名前で入手可能なアミドワックス）。融点は、摂氏２００度および／または摂氏１５０度未満である。
・酸化アルミニウム
・炭素
・セラミックス
・ガラス
・ガス、これはレーザビーム１５によって加熱されたときに粒子２１の間に酸化物層をもたらす。例えば、以下はそのようなガスとして適している：六フッ化硫黄（ＳＦ６）、窒素（Ｎ２）と六フッ化硫黄の混合物（例えば８０％窒素および２０％六フッ化硫黄）。
・熱可塑性樹脂、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）。
・シリコーン
・ゲルマニウム
・ワックス、特にＮ、Ｎ’−エチレンビスステアラミド（例えば、スイス、バーゼルのＬｏｎｚａ ＡＧのＡｃｒａｗａｘ Ｃの名前で入手可能なアミドワックス）。融点は、摂氏２００度および／または摂氏１５０度未満である。
・酸化アルミニウム
・炭素
・セラミックス
・ガラス
・ガス、これはレーザビーム１５によって加熱されたときに粒子２１の間に酸化物層をもたらす。例えば、以下はそのようなガスとして適している：六フッ化硫黄（ＳＦ６）、窒素（Ｎ２）と六フッ化硫黄の混合物（例えば８０％窒素および２０％六フッ化硫黄）。
・熱可塑性樹脂、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）。
添加剤２２は、その粒径が磁気伝導性粒子２１の粒径よりも小さい粒子として存在することができる。そのため、添加剤２２の粒径分布の中央値（ｄ５０）は、磁気伝導性粒子２１の粒径分布の中央値（ｄ５０）よりも小さい。添加剤２２は、少なくとも磁気伝導性粒子２１の粒径と同じ大きさの粒径を有する粒子として存在することも考えられる。
底部１０ａは持ち上げられ、層は塗布装置１２によって作業プラットフォーム１１ａ上に形成される。層は連続的であり、図１に係るＸＹ平面に延在する。それは通常１〜２００マイクロメートルの範囲内の厚さを有する。幾何学的形状データを使用して、レーザビーム１５は所望の経路に沿って案内される。基材２１、２２は、対応する点で加熱され、その結果、磁気伝導性粒子２１は互いに接続する。レーザビーム１５によるエネルギー入力の適切な調整により、磁気伝導性粒子２１が融合し、添加剤２２が磁気伝導性粒子２１間の内部空間に電気絶縁部を形成する。これは図２および図３ならびに図４および図５に模式的に示されており、これらは加熱前後の磁気伝導性粒子２１および添加剤２２を含む層を示している。図３および図５からそれぞれ分かるように、磁気伝導性粒子２１は、接触領域で接続しているが、それらの構造は実質的に保持される。
レーザ１３のエネルギーは非常に迅速に導入することができ、その結果、内部空間内に添加剤２２が含まれるようになる。図３は、添加剤２２が磁気伝導性粒子２１よりも高い溶融温度を有するので、それがレーザビーム２２によって溶融されない状況を示す。図５は、添加剤２２が磁気伝導性粒子２１と同じかまたはより低い溶融温度を有するので、それがレーザビーム２２によって溶融され、磁気伝導性粒子２１のそれぞれの内部空間内に絶縁層２２ａを形成する状況を示す。
添加剤２２は、その選択に応じて、例えば、ガスとして、加熱中に磁気伝導性粒子２１の表面変化をもたらすことができるので、内部空間内に電気絶縁部として機能する酸化物層が形成される。任意選択として、製造床１１は、添加剤２２がガスとして供給される閉鎖チャンバ内に配置される。添加剤２２は、最初に固体形態（例えば、Ａｃｒａｗａｘとして）であり、加熱されると溶融し、その結果、ガスが生成され、それがそれぞれの内部空間内に酸化物層の形成を引き起こすことも考えられる。
加熱後、作業プラットフォーム１１ａは層の厚さだけ下降する。底部１０ａが持ち上げられ、基材２１、２２の次の層が塗布装置１２によって製造床１１内に付加される。その後、レーザビーム１５によって所定の点で加熱が再度実行される。
完成した成形部品２０は、層を順次付加し、加熱することによって製造される。
製造中、成形部品２０は、レーザビーム１５によって加熱されていない残りの基材２１、２２内の製造床１１内に埋め込まれる。製造の終わりに、成形部品２０は、製造床１１から取り外され、依然としてそれに付着している基材２１、２２は、叩いて取り除く、ブラシで取り除く、および／または他の何らかの方法で取り除かれる。
これまでに説明した方法では、各層は本質的に均一な濃度の基材２１、２２を有する。したがって、成形部品２０は本質的に均一な電気絶縁部の分布を有する。製造方法の一実施形態では、絶縁部の局所的に異なる分布を有する成形部品２０を製造することができる。この目的のために、図１に係るシステムには、可動作業ヘッド１７の形態の付加装置が設けられており、これにより、層がレーザビーム１５によって加熱される前に、塗布装置１２によって形成された層上の所定の点にさらなる添加剤２２’を付加することができる。作業ヘッド１７は、例えばスプレーまたはプリントヘッドとして形成され、それによって、さらなる添加剤２２’を、例えば固体または液体の形態で、所定の点に付加することができる。作業ヘッド１７内のさらなる添加剤２２’は、例えば、添加剤２２に一致するか、または加熱後に成形部品２０内に電気絶縁部を形成する別の適切な材料とすることができる。
これまでに説明した方法に加えて、他の方法もまた軟磁性成形部品の製造に適している。例えば、特許文献２から、電子写真画像ドラムによって材料が所定の位置に付加される付加製造が知られている。この場合、磁気伝導性粒子２１および添加剤２２からなる製造材料に加えて、成形部品の製造後に除去され、例えば、以下に使用される支持材料もこの方法に適用することができる。アンダーカットを製造するサポート材料もまた、この方法において付加することができる。ここでは、少なくとも３つのローラーが好ましくは提供され、それにより、磁気伝導性粒子２１、添加剤２２、およびサポート材料を付加することができる。磁気伝導性粒子２１を付加するための製造ヘッドは、レーザを備えた定着ユニットを有し、それによって、融合を生成するためにエネルギーを時間的に集中して磁気伝導性粒子２１に伝達させることができる。製造およびサポート材料を適用するためのいくつかの製造ヘッドを次々に配置することにより、成形部品の効率的な製造を可能にする製造ラインを提供することができる。
付加製造法に加えて、いわゆる断熱成形／緻密化（「断熱プレス」）によって単一ピースの成形部品２０を製造することも考えられる。第１のプロセスステップでは、例えばプレスによって、成形部品２０の所望の形状に対応するブランクが、磁気伝導性粒子２１と添加剤２２の混合物から製造される。ブランクはまだ固化していないため、粒子は最小限にのみ結合することができる。追加のバインダーが提供されてもよく、および／または添加剤２２自体が、例えばシリコーンの場合には、そのようなバインダーとして機能する。次に、第２のプロセスステップで、ブランクが緻密化されるので、それは所望の硬度を得る。この場合、粒子２１を互いに融合させる少なくとも１回のストライクによって、５０００ジュール／ｍｍ３を超える、好ましくは６０００ジュール／ｍｍ３を超えるエネルギーが導入される。衝撃は、例えば特許文献３に記載されるように、高速プレスによって実行され、それに応じて、例えば５ｍ／ｓで移動するラムが、ブランクに作用する。しかしながら、この既知の方法では、緻密化の後に炉内で加熱することによる焼結が続く。そのような後続の焼結は、粉末粒子を融合するためにここでは提供されない。
発明者は、事前に緻密化するために材料間に余りにも多くの隙間がある場合、断熱プレスが粒子２１の融合を不十分にする、および／または望ましくない空気封入物を作り出す可能性があることを見出した。したがって、断熱プレスの前の方法ステップが提供されることが好ましく、このステップでは、隙間が低減される。隙間の減少は、熱の入力無しで行われ、例えば、パンチの動作、振動、空気抽出、真空の適用、および／または他の適切な手段によって達成される。
好ましくは、ボイド低減ステップおよび断熱プレスステップは、同じ機械で実行される。一実施形態では、機械は、成形部品の形状を画定し、上部が開いている凹面型を有する。凹面型は、磁気伝導性粒子で充填され、必要に応じて、添加剤が、例えば、固体または液体の形態で存在する場合、添加剤でも充填される。上述したように、粒子間の隙間は減少する。一実施形態では、パンチはこの目的のために使用され、これは後で断熱プレス用のラムとして使用され、それははるかによりゆっくりと、より小さなダウンストロークで移動される。この後に断熱プレスが続く。
製造される成形部品の形状によっては、断熱プレス用のパンチをいくつかの部品に設計することも考えられます。これにより、パンチの部品を異なるダウンストロークで移動できるため、成形部品の密度の違いを補償できる。
断熱プレスによる製造は、所望の幾何学的寸法を有する成形部品の製造を可能にする。これは、後処理が必要無いことを意味する。通常、以下の幾何学的形状精度は、断熱プレスによって達成でき、仕様では、目標値からの最大偏差を特定している。
・プレス方向、すなわちパンチが移動する方向の寸法で最大±２％、好ましくは最大±１％
・プレス方向を横切る寸法で最大±０．５％、好ましくは最大±０．２５％。（この寸法は、凹面型の壁によって画定されるため、特に正確である。）
・プレス方向、すなわちパンチが移動する方向の寸法で最大±２％、好ましくは最大±１％
・プレス方向を横切る寸法で最大±０．５％、好ましくは最大±０．２５％。（この寸法は、凹面型の壁によって画定されるため、特に正確である。）
付加法を使用した製造とは対照的に、製造方法としての断熱プレスの利点は、成形部品をより短時間で製造できるため、経済的な大量生産に特に適していることである。
ここで説明する製造方法は、通常以下の特性をもつ軟磁性成形部品の製造に使用できる。
・成形部品は、永久磁石では無い。
・成形部品の密度は、磁気伝導性粒子の密度により良好に近似される。これは、とりわけ、電気絶縁層の完全な被覆を有さない基材に磁気伝導性粒子を使用することによって達成することができる。図６は、絶縁層２３ｂが完全に設けられた鉄粒子２３ａの一例を示している。既知の焼結方法を使用してこのような粒子から成形部品が製造される場合、成形部品は、内部が比較的多孔質であり、比較的高い割合の絶縁材料とバインダーもまた有する。その密度はそれに応じて減少する。発明者は、軟磁性成形部品の再磁化中に発生する渦電流損失を可能な限り回避するために、磁気伝導性粒子の完全な絶縁コーティングが不要であることを認識した。図７に模式的に示すように、磁気伝導性粒子２１が、渦電流の流れを遮断する絶縁障壁によって部分的に囲まれている場合、それは十分である。そこには、磁束Ｂを横切る平面内を渦電流Ｉが流れようとしている成形部品２０の一部が示されている。これらは、添加剤２２によって形成された電気絶縁部２２ｂによって遮断される。
・成形部品は、スリムなヒステリシス曲線を有し、ヒステリシス損失は、それに応じて低減される。特に、保磁力Ｈｃは小さく、残留磁束密度Ｂｒは大きい、図８を参照。磁束密度Ｂの増加により、通常よりも長い極を固定子部品のために実現でき、より多くの設置スペースを巻線のために利用できる。
・相対密度（磁気伝導性粒子の材料の密度と比較した成形部品の密度）は少なくとも９０％である。
・所望の物理パラメータを有する成形部品を製造することができる。通常、密度ρ、保磁力Ｈｃ、および残留磁束密度Ｂｒは、最大±３％、好ましくは最大±２％のそれぞれの目標値からの最大偏差を有する。
・成形部品は、永久磁石では無い。
・成形部品の密度は、磁気伝導性粒子の密度により良好に近似される。これは、とりわけ、電気絶縁層の完全な被覆を有さない基材に磁気伝導性粒子を使用することによって達成することができる。図６は、絶縁層２３ｂが完全に設けられた鉄粒子２３ａの一例を示している。既知の焼結方法を使用してこのような粒子から成形部品が製造される場合、成形部品は、内部が比較的多孔質であり、比較的高い割合の絶縁材料とバインダーもまた有する。その密度はそれに応じて減少する。発明者は、軟磁性成形部品の再磁化中に発生する渦電流損失を可能な限り回避するために、磁気伝導性粒子の完全な絶縁コーティングが不要であることを認識した。図７に模式的に示すように、磁気伝導性粒子２１が、渦電流の流れを遮断する絶縁障壁によって部分的に囲まれている場合、それは十分である。そこには、磁束Ｂを横切る平面内を渦電流Ｉが流れようとしている成形部品２０の一部が示されている。これらは、添加剤２２によって形成された電気絶縁部２２ｂによって遮断される。
・成形部品は、スリムなヒステリシス曲線を有し、ヒステリシス損失は、それに応じて低減される。特に、保磁力Ｈｃは小さく、残留磁束密度Ｂｒは大きい、図８を参照。磁束密度Ｂの増加により、通常よりも長い極を固定子部品のために実現でき、より多くの設置スペースを巻線のために利用できる。
・相対密度（磁気伝導性粒子の材料の密度と比較した成形部品の密度）は少なくとも９０％である。
・所望の物理パラメータを有する成形部品を製造することができる。通常、密度ρ、保磁力Ｈｃ、および残留磁束密度Ｂｒは、最大±３％、好ましくは最大±２％のそれぞれの目標値からの最大偏差を有する。
ここで説明する製造方法には、特に、炉内での焼結による既知の方法に対して、複雑な形状の成形部品も製造できるという利点がある。例えば、動作中に１つの平面内で発生するだけでなく、３方向すべてで発生する磁束用に設計された固定子部品を製造することができる。図９および図１０はそれぞれ、縦断面において、磁束管２０ａまたは２０’ａおよび鋸歯状ディスク２０ｂまたは２０’ｂから作られた固定子部品の半分を示し、Ａは縦軸を描いている。図９に係る固定子部品２０ａ、２０ｂは、ここで説明される製造方法の１つによって一体的に製造することができ、幾何学的形状の適切な設計によって所望の磁束伝導を達成することを可能にする。ここで磁束は、まず軸Ａを横切って、その後この方向Ａに整列するように方向転換することができる。図１０に示されている固定子部品２０’ａ、２０’ｂは、既知の製造方法によって製造され、そこでは、磁束管２０’ａは層状構造を有し、ディスク部品２０’ｂは積層コアからなる。磁束は、磁束管２０’ａ内およびディスク部品２０’ｂ内で、それぞれの場合、本質的に一方向に発生する。
図１１は、それぞれが磁束管２０ａの一体的に取り付けられた部品を有する２つの鋸歯状ディスク２０ｂを有する構成の斜視分解図を示す。これは、コイル３０を取り付けた後、２つのディスク２０ｂの歯が必要に応じて整列される規定の点に共に差し込むことができるように分割される。この例において、対向部の凹部２０ｄに係合する爪部２０ｃによる咬合継手と同様に、これは達成される。この図では、スロット２０ｅもまた、それぞれの固定子部品２０ａ、２０ｂに見ることができ、これは動作中のリング閉鎖を回避する。スロット２０ｅは、一体的な製造で提供することができるか、または、これは、その硬度のために成形部品を機械加工可能にするので、例えば、フライス加工によって後で形成することができる。
固定子部品の歯形もまた、望むように選択できる。図１２は、縦断面において、コイル３０の半分と２つの鋸歯状ディスク２０ｂを示し、それぞれは磁束管２０ａの一体的に取り付けられた部分を有し、Ａは回転子軸または固定子軸である。見て分かるように、固定子部品２０ａ、２０ｂの歯部２０ｆは、内側に突出するように形成され（図１２における長さＬを比較されたい）、したがって、例えば、図１０に係る変形例と比較して軸Ａの方向により長い。
内部空洞および／または一体的に製造された追加の部材を備えた固定子部品を製造することもできる。そのような固定子部品の一例を図１３に示す。内部空洞２６は、内部チャネルを形成し、これを通して巻線本体３１に取り付けられたコイル３０を冷却するための空気を運ぶことができる。内部空洞２７はまた、内部チャネルを形成するが、例えば冷却用の水を、例えば通過させるための管２８が設けられる。冷却フィン２９もまた、この図に示されている。
絶縁部の目標とする分布を有する成形部品も製造することができる。これにより、磁束は、既知のラミネーションパッケージの場合のように一方向だけでなく、いくつかの方向にも誘導されるようになる。
図１４は、軟磁性材料３５および絶縁材料３６の層を有する一例を示す。層３５は、例えば、図１に係るシステムで使用される基材２１、２２から形成される。絶縁層３６は、例えば、図１に示す付加装置１７によって製造される。こうして、必要に応じて、平面だけでなく、例えば図１４の左側に示すように３つの方向のすべてにもまた拡張できる一種の「３Ｄ板金構造」を形成することができる。
図１５は、電気絶縁部２２ｂの分布が不均一である一例を示している。絶縁部２２ｂは、ここでは、コイル３０とは反対側の固定子極２４の側に集中している。その結果、磁束Ｂは、より良好に方向転換され、その結果、磁束Ｂは、エアギャップ３８を介してより多く回転子極２５に到達する。図１６に示すように、この絶縁部２２ｂの集中が無いと、磁場の一部が固定子極から横方向に現れる。これに対応して、これは使用できない磁束損失をもたらす。
ここで説明された製造方法のさらなる利点は次の通りである。
・一時間的集中エネルギー供給により、磁気伝導性粒子が隣接する粒子と完全に融合するのを防ぐ。特に非ガス状添加剤を提供することにより、磁気伝導性粒子間の内部空間が溶融材料で満たされるのを防ぐ。収縮挙動の計算が容易になるため、正確な成形部品を所望の寸法で製造できる。通常、成形部品は、±０．２ｍｍよりも良好な形状精度で製造できる。後処理は絶対に必要というわけではない。
・高密度の軟磁性成形品を製造することができる。これは、例えば、高トルクの電気モータを提供できるようにするために有利である。例えば、Ｆｅに基づく固定子部品は、少なくとも７．０ｇ／ｃｍ３、好ましくは少なくとも７．３ｇ／ｃｍ３、特に好ましくは少なくとも７．６ｇ／ｃｍ３の密度で製造することができる。これは、７．９ｇ／ｃｍ３であるＦｅの密度に近い。
・材料の選択が多様である。例えば、鉄とＡｃｒａｗａｘなどの添加剤を選択することにより、軟磁性成形部品を非常に安価に製造することができるか、または鉄、コバルト、およびＡｃｒａｗａｘを選択することにより、非常に良好な磁気特性を有する成形部品、特に高い残留磁束密度Ｂを有する成形部品を製造することができる。
・ 磁気伝導性粒子と添加剤の組み合わせを使用すると、製造された成形部品内の金属物品が選択的に電気的に絶縁されるという事実をもたらす。これは、高い比電気抵抗を生成し、磁気反転時に発生する渦電流を効果的に低減するのに十分である。したがって、例えば絶縁層によって完全に囲まれた鉄粒子の形態で、高価な基材を提供することは、絶対に必要というわけではない。
・寸法的に安定した成形部品を製造することができる。粒子を互いに接続するために、合成樹脂などの追加のバインダーを必ずしも基材に提供する必要はない。製造された成形部品は、必要に応じて、機械加工（特に、（例えば、研削、旋削、および／またはフライス加工による）後続の材料除去）を可能にする、粒子の十分な凝集力を有する硬度を有する。これにより、例えば、正確で最小のエアギャップを得るために、成形部品を高い寸法精度で製造することができる。
・成形部品の形状は任意に選択することができる。例えば、それは、１つ以上のアンダーカットや、例えば、ボア、フィン、チャネルなどの冷却手段や、例えば、カム、リブ、ボアなどの正確な位置決めおよび／またはセンタリング手段を有することができる。
・種々の応用目的用に使用することができる一体成形部品、例えば、電気モータまたは発電機などの電気機械、特に横方向磁束機、または例えば電気自動車で使用されるものなどの他の電気機械の部品を製造することができる。
・一時間的集中エネルギー供給により、磁気伝導性粒子が隣接する粒子と完全に融合するのを防ぐ。特に非ガス状添加剤を提供することにより、磁気伝導性粒子間の内部空間が溶融材料で満たされるのを防ぐ。収縮挙動の計算が容易になるため、正確な成形部品を所望の寸法で製造できる。通常、成形部品は、±０．２ｍｍよりも良好な形状精度で製造できる。後処理は絶対に必要というわけではない。
・高密度の軟磁性成形品を製造することができる。これは、例えば、高トルクの電気モータを提供できるようにするために有利である。例えば、Ｆｅに基づく固定子部品は、少なくとも７．０ｇ／ｃｍ３、好ましくは少なくとも７．３ｇ／ｃｍ３、特に好ましくは少なくとも７．６ｇ／ｃｍ３の密度で製造することができる。これは、７．９ｇ／ｃｍ３であるＦｅの密度に近い。
・材料の選択が多様である。例えば、鉄とＡｃｒａｗａｘなどの添加剤を選択することにより、軟磁性成形部品を非常に安価に製造することができるか、または鉄、コバルト、およびＡｃｒａｗａｘを選択することにより、非常に良好な磁気特性を有する成形部品、特に高い残留磁束密度Ｂを有する成形部品を製造することができる。
・ 磁気伝導性粒子と添加剤の組み合わせを使用すると、製造された成形部品内の金属物品が選択的に電気的に絶縁されるという事実をもたらす。これは、高い比電気抵抗を生成し、磁気反転時に発生する渦電流を効果的に低減するのに十分である。したがって、例えば絶縁層によって完全に囲まれた鉄粒子の形態で、高価な基材を提供することは、絶対に必要というわけではない。
・寸法的に安定した成形部品を製造することができる。粒子を互いに接続するために、合成樹脂などの追加のバインダーを必ずしも基材に提供する必要はない。製造された成形部品は、必要に応じて、機械加工（特に、（例えば、研削、旋削、および／またはフライス加工による）後続の材料除去）を可能にする、粒子の十分な凝集力を有する硬度を有する。これにより、例えば、正確で最小のエアギャップを得るために、成形部品を高い寸法精度で製造することができる。
・成形部品の形状は任意に選択することができる。例えば、それは、１つ以上のアンダーカットや、例えば、ボア、フィン、チャネルなどの冷却手段や、例えば、カム、リブ、ボアなどの正確な位置決めおよび／またはセンタリング手段を有することができる。
・種々の応用目的用に使用することができる一体成形部品、例えば、電気モータまたは発電機などの電気機械、特に横方向磁束機、または例えば電気自動車で使用されるものなどの他の電気機械の部品を製造することができる。
前述の説明から、特許請求の範囲によって定義される本発明の保護の範囲を逸脱することなく、当業者は多くの修正にアクセスできる。
Claims (18)
- 渦電流損失を低減するために内部に電気絶縁部を有する軟磁性成形部品（２０）を製造する方法であって、
電気絶縁層に被覆されていない磁気伝導性粒子（２１）を提供し、
前記成形部品の形成時に、前記成形部品を磁場内で使用したときに発生する渦電流を遮断する電気絶縁部が内部空間内に局所的に配置されるように、前記磁気伝導性粒子（２１）を相互に融合させる、方法。 - 特に請求項１に記載の軟磁性成形部品（２０）を製造する方法であって、
電気絶縁部を形成するための磁気伝導性粒子（２１）および添加剤（２２、２２’）を提供し、
前記添加剤の存在下で前記粒子から層を形成し、エネルギー供給によって前記層を局所的に加熱するか、または、エネルギー供給によって加熱されるブランクを、前記粒子および前記添加剤から形成する、前記方法において、
前記エネルギー供給を時間的に集中させて、前記磁気伝導性粒子を少なくとも表面融合させて内部空間を備えた構造を形成させ、その内部空間に前記添加剤により電気絶縁部を形成させる、方法。 - ａ）前記添加剤（２２、２２’）を、粒子の形態で、および／またはペーストとして提供する、
ｂ）提供される前記添加剤は液体である、
ｃ）提供される前記添加剤は気体である、
ｄ）前記内部空間内の前記添加剤（２２、２２’）が電気絶縁部として機能する、
ｅ）前記添加剤（２２、２２’）により、酸化物層が前記内部空間内の電気絶縁部として形成される、
の構成のうちの少なくとも１つを有する、請求項２に記載の方法。 - 前記磁気伝導性粒子（２１）は、密度ρを有する材料からなり、好ましくは電気絶縁層の被覆が無く、前記成形部品の密度は、前記密度ρの少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９２％、特に好ましくは少なくとも９４％になるように製造される。請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記時間的に集中したエネルギー供給は、レーザビーム（１５）によって、またはブランクの断熱プレスによって層を局所的に加熱することによって実行する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- さらなる電気絶縁部を形成するための付加装置（１７）によって、好ましくは提供された前記添加剤（２２）に対応するさらなる添加剤（２２’）が前記層に選択的に付加され、電気絶縁部（２２ｂ）の不均一な分布を有する成形部品を生成する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
- 磁気非伝導性である少なくとも一つの部材、特に桟および／または接続部を形成するために追加の材料が付加され、好ましくは前記部材が前記成形部品（２０）の一体的に製造された部材である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記成形部品（２０）は、材料除去によって、特に、研削、旋削、および／またはフライス加工によって前処理される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記添加剤（２２）は、粒子の形態で提供され、好ましくは以下の特性Ａ〜Ｃ、
Ａ）前記磁気伝導性粒子（２１）および前記添加剤（２２）は、混合物の形で提供される、
Ｂ）前記添加剤（２２）は、粒径が前記磁気伝導性粒子（２１）の粒径よりも小さい粒子の形態で存在する、
Ｃ）前記添加剤（２２）の溶融温度が前記磁気伝導性粒子（２１）の溶融温度よりも高いため、時間的に集中したエネルギー供給によって前記添加剤が前記内部空間内で実質的に溶融しないか、または前記添加剤（２２）の溶融温度が最高で磁気伝導性粒子（２１）の溶融温度と同じであるため、時間的に集中したエネルギー供給により、前記内部空間内に電気絶縁層を形成することによって前記添加剤の構造が変わる、
のうちの少なくとも１つの特徴を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。 - 前記成形部品（２０）の製造に使用される材料は、バインダーとしてエポキシ樹脂、フェノール樹脂、およびポリアミド樹脂を含まない、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記磁気伝導性粒子（２１）は、鉄、ニッケル、および／またはコバルトを含む材料からなる、および／または、以下の材料、
・鉄
・ケイ素
・コバルト
・ニッケル
・アルミニウム
・銅
・スズ
・アンチモン
・ホウ素
・ヒ素
・ビスマス
・酸化クロム
・フェライト
のうちの少なくとも１つを含む混合物を形成する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。 - 前記添加剤（２２、２２’）は、非金属または金属であり、好ましくは、
・シリコーン
・ゲルマニウム
・ワックス、特にＮ、Ｎ’−エチレンビスステアラミド
・熱可塑性樹脂、特にポリ塩化ビニル、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート
・酸化アルミニウム
・炭素
・セラミックス
・ガラス
・酸化物層を形成するためのガスまたはガス混合物
の物質のうちの少なくとも１つを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。 - 以下の構成Ｍ１〜Ｍ５、
Ｍ１）少なくとも前記磁気伝導性粒子（２１）を受容するための少なくとも１つのリザーバ（１０）、
Ｍ２）層ごとに移動できる作業プラットフォーム（１１ａ）を備えた製造床（１１）であって、前記成形部品（２０）が前記製造床で製造される、前記製造床（１１）、
Ｍ３）少なくとも１つの可動塗布装置（１２）であって、これによって少なくとも１つのリザーバ（１０）からの磁気伝導性粒子（２１）を含む層を少なくとも１つの製造床（１１）で形成することができる、前記少なくとも１つの可動塗布装置（１２）、
Ｍ４）所定の経路に沿って前記レーザビーム（１５）を生成および誘導するための少なくとも１つのレーザ（１３）および少なくとも１つの走査装置（１４）、
Ｍ５）少なくとも１つの付加装置（１７）であって、これによって電気絶縁部を形成するための添加剤（２２’）を、特にそれぞれの層に付加することができる、前記少なくとも１つの付加装置（１７）、
のうちの少なくとも１つを有するシステム上で実行される、および／または前記システムが以下の構成Ｍ６〜Ｍ７、
Ｍ６）前記成形部品に少なくとも部分的に相補的である少なくとも１つの凹面型、
Ｍ７）ブランクの断熱プレス用の少なくとも１つのパンチ
のうちの少なくとも１つを有する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。 - 前記時間的に集中したエネルギー供給は、前記ブランクの断熱プレスによって実行され、前記ブランクの製造のために、磁気伝導性粒子（２１）および前記添加剤（２２、２２’）が凹面型内に導入され、前記断熱プレスの実行前に、粒子間の隙間が、好ましくは機械的作用によって、および／または熱入力無しで減少する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
- 電気機械の固定子部品または回転子部品として機能し、特に請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法によって製造することができる軟磁性成形部品であって、前記成形部品は、以下の構成ａ〜ｃ、
ａ）前記成形部品は、密度ρを有する材料でできている磁気伝導性領域（２１）を有し、前記成形部品の密度は、前記密度ρの少なくとも９０％である、
ｂ）前記成形部品は、一体的に製造され、少なくとも１つの内部空洞（２６、２７）を有する、
ｃ）前記成形部品は、一体的に製造され、電気絶縁部の不均一な分布を有する、
のうちの少なくとも１つを有する軟磁性成形部品。 - 前記成形部品の密度は、７．０グラム／立方センチメートルよりも大きい、好ましくは７．１グラム／立方センチメートルよりも大きい、特に好ましくは７．２グラム／立方センチメートルよりも大きい、請求項１５に記載の成形部品。
- 前記内部空洞は、冷却用の内部チャネル（２６）を形成する、および／または一体的に製造された冷却フィンが設けられている、請求項１５または１６に記載の成形部品。
- 極の形成のための歯部を備えた固定子部品として設計されている、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の成形部品。
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