JP7302488B2

JP7302488B2 - 積層コア

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Publication number: JP7302488B2
Application number: JP2020005298A
Authority: JP
Inventors: 滋近田; 征弘吉田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2023-07-04
Anticipated expiration: 2040-01-16
Also published as: US20210225570A1; CN113141065A; JP2021114812A

Description

本発明は、積層コアに関する。

ハイブリッド車、電気自動車等の機器のエネルギー効率を向上させるために、これらの機器で用いられるモータのコアの渦電流損失を低減することが求められる。そこで、渦電流損失を低減するために、モータのコアとして複数の電磁鋼帯を積層した積層コアが使用されている。

特許文献１には、表面に酸化被膜が形成された鋼板を積層することにより構成されたコアが記載されている。特許文献１によれば、酸化被膜が鋼板同士の接触抵抗を増加させ、それにより、コアに流れる渦電流が減少する。また、特許文献２には、酸化鉄被膜層が形成された鋼帯を製造するための方法が記載されている。

特許文献３には、モータ又はトランス等のコアの材料として使用し得る電磁鋼板であって、一方の面の最表面に有機材料を含む被膜を、もう一方の面の最表面の少なくとも一部に低融点ガラスを含む被膜を有する電磁鋼板が記載されている。

特許文献４には、積層電磁鋼板の製造に用いられる、電磁鋼板のカシメ方法が記載されている。特許文献４に記載の方法は、電磁鋼板表面に形成された絶縁被膜の破断を防止することにより、電磁鋼板間の絶縁性を保ち、鉄損を低減させる。

特許文献５には、オルタネータ及びスタータモータの積層コアに適用される、０．６～４．０μｍの表面粗さを有する積層コア用鋼板が記載されている。

特開平０８－１６２３３５号公報特表２０１２－５１１６２８号公報特開２０１９－１８８７５１号公報特開２００８－０３６６７１号公報特開２０００－２８２１９１号公報

渦電流損失を一層低減するために、より小さい厚みを有する電磁鋼帯を含む積層コアの開発が進められている。しかし、電磁鋼帯の厚みを低減させると、コアにおける電磁鋼の体積割合、すなわち占積率が低下し、モータの出力が低下する。

そこで、本開示は、占積率の低下を抑制しながら渦電流損失を低減できる積層コアを提供することを目的とする。

本発明の一態様に従えば、積層された複数の軟磁性帯を含む積層コアであって、
前記複数の軟磁性帯が、少なくとも一つのパターン付軟磁性帯を含み、
前記少なくとも一つのパターン付軟磁性帯が、頂面を有する少なくとも一つの凸部を有する第一面を有し、
前記少なくとも一つの凸部の前記頂面が、前記複数の軟磁性帯のうち前記少なくとも一つのパターン付軟磁性帯に隣接する一つの軟磁性帯の、前記第一面に対向する表面に接触し、
前記第一面に対向する前記表面と、前記第一面の前記頂面以外の部分との間に間隙部がある、積層コアが提供される。

本開示の積層コアは、占積率の低下を抑制しながら渦電流損失を低減できる。

図１は、第一実施形態に係る積層コアの模式的な斜視図である。図２は、第一実施形態に係る積層コアに含まれるパターン付軟磁性帯の第一面の一例を模式的に示す図である。図３は、図２のＡ－Ａ線における、第一実施形態に係る積層コアの断面の一例を模式的に示す図である。図４は、図２のＢ－Ｂ線における、第一実施形態に係る積層コアの断面の一例を模式的に示す図である。図５は、第二実施形態に係る積層コアに含まれるパターン付軟磁性帯の第一面の一例を模式的に示す図である。図６は、図５のＣ－Ｃ線における、第二実施形態に係る積層コアの断面の一例を模式的に示す図である。図７は、第三実施形態に係る積層コアに含まれるパターン付軟磁性帯の第一面の一例を模式的に示す図である。図８は、図７のＤ－Ｄ線における、第三実施形態に係る積層コアの断面の一例を模式的に示す図である。図９は、変形形態に係る積層コアに含まれるパターン付軟磁性帯の第一面の一例を模式的に示す図である。図１０は、変形形態に係る積層コアに含まれるパターン付軟磁性帯の第一面の一例を模式的に示す図である。図１１は、変形形態に係る積層コアに含まれるパターン付軟磁性帯の第一面の一例を模式的に示す図である。図１２は、計算例１の積層コアの渦電流損失の計算結果を示すグラフである。図１３は、計算例２の積層コアの渦電流損失の計算結果を示すグラフである。図１４は、計算例３の積層コアの渦電流損失の計算結果を示すグラフである。

＜第一実施形態＞
第一実施形態に係る積層コア１は、図１～４に示すように、積層された複数の軟磁性帯１０を含む。

軟磁性帯１０は、軟磁性材料からなる板状又は箔状の部材である。軟磁性帯１０は、数ｎｍ～１ｍｍ、好ましくは１μｍ～１ｍｍ、より好ましくは１０μｍ～２０μｍの厚さを有してよい。軟磁性材料の例として、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の磁性金属と、Ｂ、Ｃ、Ｐ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、ＴａおよびＷからなる群から選択される少なくとも１種の非磁性金属とから構成される材料が挙げられるが、これに限定されるものではない。軟磁性材料は、非晶質であっても結晶質であってもよい。軟磁性帯１０として、例えば、電磁鋼板（ケイ素鋼板）、アモルファス合金薄帯、ナノ結晶合金薄帯を用いることができる。

軟磁性帯１０の積層方向（図１中のＺ方向）からの平面視において、軟磁性帯１０は、環状の形状を有する。図１に示される軟磁性帯１０は円環状の形状を有するが、これに限定されるものではなく、軟磁性帯１０は矩形環状等の任意の環状の形状を有してよい。

軟磁性帯１０の枚数は、モータで所望のトルクが得られるように、軟磁性帯１０の材質等に応じて適宜定めてよい。

図２～４に示すように、軟磁性帯１０は、複数のパターン付軟磁性帯１００と一つのパターン無し軟磁性帯２００を含む。

パターン付軟磁性帯１００は、第一面１１０及び第一面１１０の反対面である第二面１５０を有する。

第一面１１０は、頂面１１３を有する一つの凸部１１１を有する。それにより、第一面１１０は凹凸パターンを有する。凸部１１１は、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、第一面１１０の内径及び外径と同じ内径及び外径を有する部分円環状の形状を有する。

第一面１１０の頂面１１３以外の部分を、本願において、適宜、凹み面１１６と呼ぶ。第一実施形態において、第一面１１０は一つの頂面１１３と一つの凹み面１１６からなる。頂面１１３は、第一面１１０の内径及び外径と同じ内径及び外径を有する部分円環状の形状を有し、凹み面１１６も同様に、第一面１１０の内径及び外径と同じ内径及び外径を有する部分円環状の形状を有する。

本願において、軟磁性帯１０の積層方向に垂直な基準面から凹み面１１６上の点までの距離の平均値と、該基準面から頂面１１３上の点までの距離の平均値との差を、頂面１１３の高さと呼ぶ。頂面１１３の高さは、軟磁性帯１０の厚さの０．０１倍以下であってよく、例えば、軟磁性帯１０の厚さの０．００１～０．０１倍であってよい。それにより、積層コア１は、９９％を超える高い占積率を有することができる。例えば、頂面１１３の高さは、０．１ｎｍ～１０μｍ、好ましくは１ｎｍ～１０μｍ、より好ましくは１０ｎｍ～２００ｎｍの範囲内であってよい。なお、本願において、頂面１１３の高さを、適宜、凸部１１１の高さ、又は後述する間隙部３０の高さともいう。頂面１１３の高さは、凹み面１１６の最大高さＳｚよりも大きい。それにより、凹み面１１６のうち凸部１１１の側面を除く部分は、頂面１１３を拡張した仮想的な平面との交点も接点も有しない。なお、凹み面１１６の最大高さＳｚとは、軟磁性帯１０の積層方向に垂直な基準面から凹み面１１６（ただし、凸部１１１の側面を除く）上の点までの距離の最大値と最小値の差を表す値であり、ＩＳＯ２５１７８に規定された方法により測定される。

頂面１１３及び凹み面１１６は、それぞれ、頂面１１３の高さより小さい任意の表面粗さを有してよく、例えば、頂面１１３の高さの０．０１～０．１倍の算術平均表面粗さＳａを有してよい。例えば、頂面１１３及び凹み面１１６は、それぞれ、０．００１ｎｍ～０．１μｍの範囲内の算術平均表面粗さＳａを有してよい。本願において、算術平均表面粗さＳａは、ＩＳＯ２５１７８に規定された方法により測定される。

第二面１５０は、凹凸パターンを有する必要はない。第二面１５０は、頂面１１３の高さより小さい任意の表面粗さを有してよく、例えば、頂面１１３の高さの０．０１～０．１倍の算術平均表面粗さＳａを有してよい。例えば、第二面１５０は、０．００１ｎｍ～０．１μｍの範囲内の算術平均表面粗さＳａを有してよい。

パターン無し軟磁性帯２００は、第一面２１０及び第一面２１０の反対面である第二面２５０を有する。第一面２１０及び第二面２５０は、凹凸パターンを有する必要はない。第一面２１０及び第二面２５０は、それぞれ、頂面１１３の高さより小さい任意の表面粗さを有してよく、例えば、頂面１１３の高さの０．０１～０．１倍の算術平均表面粗さＳａを有してよい。例えば、第一面２１０及び第二面２５０は、０．００１ｎｍ～０．１μｍの範囲内の算術平均表面粗さＳａを有してよい。パターン無し軟磁性帯２００としては、従来の積層コアに用いられる板状又は箔状の軟磁性帯を用いることができる。

第一実施形態の積層コア１において、複数のパターン付軟磁性帯１００と一つのパターン無し軟磁性帯２００が、この順で積層されている。パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０は、隣接するパターン付軟磁性帯１００の第二面１５０、又は隣接するパターン無し軟磁性帯２００の第二面２５０に対向している。パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０の頂面１１３は、隣接するパターン付軟磁性帯１００の第二面１５０、又は隣接するパターン無し軟磁性帯２００の第二面２５０に接触している。パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０の凹み面１１６は、隣接するパターン付軟磁性帯１００の第二面１５０、又は隣接するパターン無し軟磁性帯２００の第二面２５０に接触していない。すなわち、パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０の凹み面１１６と、隣接するパターン付軟磁性帯１００の第二面１５０又は隣接するパターン無し軟磁性帯２００の第二面２５０との間には、間隙部３０が存在する。間隙部３０には、空気が存在してよい。

第一実施形態の積層コア１において、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、全てのパターン付軟磁性帯１００の凸部１１１は同じ形状を有し、同じ位置に配置される。すなわち、全てのパターン付軟磁性帯１００の頂面１１３の形状及び配置は同じであり、全てのパターン付軟磁性帯１００の凹み面１１６の形状及び配置も同じである。

間隙部３０が互いに隣接する軟磁性帯１０の間に部分的にしか存在しない第一実施形態の積層コア１は、絶縁層が互いに隣接する軟磁性帯の界面の全体に配置される従来の積層コアと比べて、高い占積率を有することができる。

第一実施形態において、凹み面１１６は、隣接する軟磁性帯１０に接触していないため、渦電流が、凹み面１１６を通って互いに隣接する軟磁性帯１０の一方から他方へ流れることが防止される。一方、頂面１１３は、隣接する軟磁性帯１０の表面に接触しているため、渦電流は、頂面１１３を通って互いに隣接する軟磁性帯１０の一方から他方へ流れ得る。しかし、本発明者らは、後述する計算例で示すように、頂面１１３及び凹み面１１６の面積及び配置を適宜設定することで、渦電流損失を十分に抑制することができることを見出した。

第一実施形態では、頂面１１３は、第一面１１０の面積の０％より大きく２０％以下である面積を有してよい。その場合、モータの渦電流損失を十分に抑制できる。

また、頂面１１３が接触する軟磁性帯１０の表面（すなわち、パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０に対向する、当該パターン付軟磁性帯１００に隣接するパターン付軟磁性帯１００の第二面１５０、又は当該パターン付軟磁性帯１００に隣接するパターン無し軟磁性帯２００の第二面２５０）が、所定の算術平均表面粗さＳａ、特に頂面１１３の高さの０．０１～０．１倍の算術平均表面粗さＳａ、例えば０．００１ｎｍ～０．１μｍの算術平均表面粗さＳａを有する場合、パターン付軟磁性帯１００の頂面１１３が、隣接する軟磁性帯１０の表面に点接触又は線接触するため、頂面１１３の一部のみが隣接する軟磁性帯１０の表面に接触する。それにより、頂面１１３と隣接する軟磁性帯１０の表面との接触面積がより小さくなるため、渦電流損失を一層抑制できる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の積層コア１は、パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０に設けられる凸部１１１の数及び位置が、第一実施形態の積層コア１とは異なる。その他は第一実施形態と同様であるため、説明を省略する。

パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０は、頂面１１３を有する複数の凸部１１１を有する。それにより、第一面１１０は凹凸パターンを有する。複数の凸部１１１は、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、第一面１１０と同心円状の円環状の形状を有する。

第二実施形態において、第一面１１０は、複数の頂面１１３と複数の凹み面１１６からなる。図５に示すように、頂面１１３は、第一面１１０と同心円状の円環状の形状を有する。凹み面１１６も、第一面１１０と同心円状の円環状の形状を有する。

各パターン付軟磁性帯１００における、凸部１１１の数、及び複数の凸部１１１のそれぞれの内径及び外径は、他のパターン付軟磁性帯１００とは異なるように不規則に設定されている。すなわち、各パターン付軟磁性帯１００における、頂面１１３及び凹み面１１６の数、並びに複数の頂面１１３及び複数の凹み面１１６のそれぞれの内径及び外径は、他のパターン付軟磁性帯１００とは異なるように不規則に設定されている。この場合、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、いずれのパターン付軟磁性帯１００も、当該パターン付軟磁性帯１００に隣接するパターン付軟磁性帯１００の頂面１１３及び凹み面１１６とは異なる位置に配置された頂面１１３及び凹み面１１６を有する。特に、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、いずれのパターン付軟磁性帯１００も、その他のいずれのパターン付軟磁性帯１００の頂面１１３とは異なる位置に配置された頂面１１３を有し、その他のいずれのパターン付軟磁性帯１００の凹み面１１６とは異なる位置に配置された凹み面１１６を有してよい。

間隙部３０が互いに隣接する軟磁性帯１０の間に部分的にしか存在しない第二実施形態の積層コア１は、絶縁層が互いに隣接する軟磁性帯の界面の全体に配置される従来の積層コアと比べて、高い占積率を有することができる。

第二実施形態において、凹み面１１６は、隣接する軟磁性帯１０に接触していないため、渦電流が、凹み面１１６を通って互いに隣接する軟磁性帯１０の一方から他方へ渦電流が流れることが防止される。一方、頂面１１３は、隣接する軟磁性帯１０の表面に接触しているため、渦電流は、頂面１１３を通って互いに隣接する軟磁性帯１０の一方から他方へ渦電流が流れ得る。しかし、本発明者らは、後述する計算例で示すように、頂面１１３及び凹み面１１６の面積及び配置を適宜設定することで、渦電流損失を十分に抑制することができることを見出した。

さらに、第二実施形態の積層コア１では、各パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０に複数の凸部１１１が設けられるとともに、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、互いに隣接するパターン付軟磁性帯１００の第一面１１０における頂面１１３が、互いに異なる位置に配置される。後述する計算例で示すように、このような第二実施形態の積層コア１は、各パターン付軟磁性帯１００に一つの凸部１１１が設けられるとともに、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、互いに隣接するパターン付軟磁性帯１００の第一面１１０における凸部１１１の形状及び配置が同じである第一実施形態の積層コア１と比べて、渦電流損失の抑制に必要な凹み面１１６の合計面積、すなわち間隙部３０の合計面積が小さい。そのため、第二実施形態の積層コア１は、積層コア１中の間隙部３０の割合をさらに低減させてより高い占積率を達成しながら、渦電流損失を十分に抑制できる。

この理由を発明者らは以下のように考えている。第一面１１０における頂面１１３の合計面積が同じであれば、複数の頂面１１３を有する第一面１１０の各頂面１１３は、一つの頂面１１３を有する第一面１１０の頂面１１３と比べて、より小さい面積を有する。そのため、第一面１１０が複数の頂面１１３を有する場合、第一面１１０中の軟磁性帯１０の積層方向に渦電流が流れる領域の一つあたりの面積が、第一面１１０が一つの頂面１１３を有する場合よりも小さくなる。このことは、積層コア１中に発生する渦電流を低減させる。さらに、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、互いに隣接するパターン付軟磁性帯１００における頂面１１３の配置が異なることにより、渦電流が軟磁性帯１０の積層方向に複数の軟磁性帯１０を通過して流れることが抑制される。それにより、積層コア１中に発生する渦電流が低減する。

第二実施形態では、頂面１１３は、第一面１１０の面積の０％より大きく６０％以下である面積を有してよい。その場合、モータの渦電流損失を十分に抑制できる。

＜第三実施形態＞
第三実施形態の積層コア１は、パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０に設けられる凸部１１１が一定の周期で規則的に配置されている点で、第二実施形態の積層コア１とは異なる。その他は第二実施形態と同様であるため、説明を省略する。

図７に示すように、パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０は、複数の頂面１１３と複数の凹み面１１６からなる。頂面１１３は、第一面１１０と同心円状の円環状の形状を有する。凹み面１１６も、第一面１１０と同心円状の円環状の形状を有する。頂面１１３及び凹み面１１６は、第一面１１０の内周から外周に向かって、一定の周期で規則的に交互に配置されている。図８に示すように、各パターン付軟磁性帯１００における頂面１１３及び凹み面１１６の数及び周期は同じである。

軟磁性帯１０の積層方向からの平面視において、互いに隣接するパターン付軟磁性帯１００の頂面１１３及び凹み面１１６の位相は揃っていてもよいし、又はずれていてもよい。位相をずらすことにより、パターン付軟磁性帯１００の頂面１１３のうち、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視において、隣接するパターン付軟磁性帯１００の頂面１１３と重複する領域の面積を減少させることができる。それにより、渦電流が軟磁性帯１０の積層方向に複数の軟磁性帯１０を通過して流れることが抑制され、積層コア１中に発生する渦電流を低減できる。

例えば、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視において、互いに隣接するパターン付軟磁性帯１００の一方の頂面１１３のうち、互いに隣接するパターン付軟磁性帯１００の他方の頂面１１３と重複する領域の面積の合計は、第一面１１０の面積の０～１０％であってよく、一つのパターン付軟磁性帯１００における頂面１１３の合計面積の０～２５％であってよい。

上述した実施形態に係る積層コアは、ハイブリッド車及び電気自動車のような車両等の種々の機器に組み込まれるモータのコアとして使用することができる。

＜積層コアの製造方法＞
上述した実施形態に係る積層コアは、任意の方法で製造してよい。例えば、積層コアは、複数のパターン付軟磁性帯とパターン無し軟磁性帯をこの順に積層した積層体を作製し、該積層体中の軟磁性帯を溶接等の当該技術分野で用いられる任意の方法で接合することにより製造することができる。

板状のパターン付軟磁性帯の製造方法の一例を説明する。まず、製造するパターン付軟磁性帯の凹凸パターンを反転した凹凸パターンを側面に有する第一ロールを用意する。凹凸パターンは、例えばレーザー加工により製造できる。また、第二ロールを用意する。第二ロールの側面には、凹凸パターンは形成されていなくてよい。第二ロールの側面はテクスチャ加工（ダル仕上げ等）されていてよい。軟磁性体の板、例えば電磁鋼板を、第一ロールと第二ロールの間を通し、圧延する。それにより、第一ロールの凹凸パターンが軟磁性体の板に転写され、第一面に凹凸パターンが形成された板状のパターン付軟磁性帯が製造される。製造されたパターン付軟磁性帯の第二面には、第二ロールの側面のテクスチャが転写されていてよい。

箔状のパターン付軟磁性帯の製造方法の一例を説明する。製造するパターン付軟磁性帯の凹凸パターンを反転した凹凸パターンを側面に有するとともに、冷却機構を有するロールを用意する。ロールを回転させながら、軟磁性体の融液をロールの側面に塗布する。融液は、ロールの側面上で冷却されて凝固する。凝固した軟磁性体をロールから取り外すことで、第一面に凹凸パターンが形成された箔状のパターン付軟磁性帯が製造される。第二面の表面粗さは、ロールに融液を塗布するときのロールの温度、融液の落下速度、冷却ガス等により制御できる。

＜変形形態＞
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができる。

例えば、複数の軟磁性帯１０は、少なくとも一つのパターン付軟磁性帯１００を含めばよく、パターン無し軟磁性帯２００を含まなくてもよいし、複数のパターン無し軟磁性帯２００を含んでもよい。また、複数の軟磁性帯１０の積層の順番は、隣接する軟磁性帯１０の間に間隙部３０が形成される順番であれば、特に限定されない。パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０の頂面１１３と凹み面１１６の数は、上記実施形態に記載される数に限定されない。例えば、パターン付軟磁性帯１００の第一面１１０は、一つの頂面１１３と複数の凹み面１１６を有してもよい。そのようなパターン付軟磁性帯１００は図９に例示される。あるいは、パターン付軟磁性帯１００は、複数の頂面１１３と一つの凹み面１１６を有してもよい。そのようなパターン付軟磁性帯１００は図１０に例示される。また、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、パターン付軟磁性帯１００の頂面１１３及び凹み面１１６の形状は、上記実施形態に記載される部分円環状及び円環状に限定されず、任意の形状であってよい。また、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、パターン付軟磁性帯１００の頂面１１３及び凹み面１１６の配置は、周期的であっても不規則であってもよい。例えば、パターン付軟磁性帯１００は、図１１に示すように、不規則に配置された頂面１１３及び凹み面１１６を有してもよい。さらに、積層コア１が複数のパターン付軟磁性帯１００を含む場合、パターン付軟磁性帯１００は、軟磁性帯１０の積層方向からの平面視上、同じ形状及び配置の頂面１１３、並びに同じ形状及び配置の凹み面１１６を有してもよいし、異なる形状及び配置の頂面１１３、並びに異なる形状及び配置の凹み面１１６を有してもよい。これらの変形は、任意に組み合わせてよい。

以下、計算例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの計算例で用いた構造に限定されるものではない。

計算例１
図１～４に示すような、積層された５枚の円環状の軟磁性帯を含む積層コアの渦電流損失を、ＳｈｉｇｅｒｕＫｏｎｄａｅｔａｌ．，“Ｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｌｏｓｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｗｄｅｒｃｏｒｅｂａｓｅｄｏｎｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄｍａｇｎｅｔｉｃｎｅｔｗｏｒｋｓ”，ＡＩＰＡｄｖａｎｃｅｓ７，０５６６７８（２０１７）に記載される磁気回路法を用いて計算した。

計算例１の積層コアにおいて、５枚の軟磁性帯のうち４枚がパターン付軟磁性帯、１枚がパターン無し軟磁性帯であり、これらの軟磁性帯はこの順に積層されていた。パターン付軟磁性帯の第一面に、頂面を有する部分円環状の凸部を設けた。頂面は部分円環状の形状を有し、第一面の頂面以外の部分（凹み面）も部分円環状の形状を有していた。頂面は、第一面に対向している軟磁性帯の表面（具体的には、隣接するパターン付軟磁性帯の第二面又は隣接するパターン無し軟磁性帯の表面）に接触していた。第一面の凹み面は、第一面に対向している軟磁性帯の表面に接触しておらず、第一面の凹み面と、第一面に対向している軟磁性帯の表面との間には、間隙部が存在していた。頂面の面積は、第一面の面積の０～１００％とした。なお、軟磁性帯の積層方向から平面視した頂面の形状及び配置は、全てのパターン付軟磁性帯において同じであった。軟磁性帯の抵抗率、厚さ、幅、長さ、外径、及び内径、間隙部の抵抗率及び高さ、磁束密度振幅、並びに磁束密度周波数の値は、表１に記載の通りとした。表１中、幅とは、軟磁性帯の外周と内周と間の距離を意味し、長さとは、軟磁性帯の外周と内周の中間の円の周長、すなわち、外周長と内周長の平均を意味する。計算結果を図１２に示す。なお、図１２中、「頂面の面積割合」は、第一面の面積に対する頂面の面積の割合を意味する。

計算例１の結果は、頂面が第一面の面積の２０％以下の面積を有する場合、渦電流損失が十分に抑制されることを示した。

計算例２
図５及び図６に示すような積層された５枚の円環状の軟磁性帯を含む積層コアの渦電流損失を、磁気回路法を用いて計算した。

計算例２の積層コアにおいて、５枚の軟磁性帯のうち４枚がパターン付軟磁性帯、１枚がパターン無し軟磁性帯であり、これらの軟磁性帯がこの順に積層されていた。パターン付軟磁性帯の第一面に、軟磁性帯と同心円状の円環状の形状を有するとともに頂面を有する複数の凸部を設けた。各頂面は、軟磁性帯と同心円状の円環状の形状を有していた。第一面の凹み面も各々、軟磁性帯と同心円状の円環状の形状を有していた。頂面は、第一面に対向している軟磁性帯の表面、具体的には隣接するパターン付軟磁性帯の第二面又は隣接するパターン無し軟磁性帯の表面に接触していた。第一面の凹み面は、第一面に対向している軟磁性帯の表面に接触しておらず、第一面の凹み面と、第一面に対向している軟磁性帯の表面との間には、間隙部が存在していた。４枚のパターン付軟磁性帯の各々において、複数の頂面の面積の合計は、第一面の面積の０～１００％とした。なお、凸部の数並びに各頂面の内径及び外径は、各パターン付軟磁性帯でランダムとした。すなわち、軟磁性帯の積層方向から平面視した頂面及び凹み面の配置は、全てのパターン付軟磁性帯において異なっていた。軟磁性帯の抵抗率、厚さ、幅、長さ、外径、及び内径、間隙部の抵抗率及び高さ、磁束密度振幅、並びに磁束密度周波数の値は、表１に記載の通りとした。計算結果を図１３に示す。なお、図１３中、「頂面の面積割合」は、第一面の面積に対する複数の頂面の合計面積の割合を意味する。

計算例２の結果は、頂面が合計で第一面の面積の６０％以下の面積を有する場合、渦電流損失が十分に抑制されることを示した。計算例２のように第一面に複数の凸部がランダムに設けられた積層コアは、計算例１のように第一面に一つの凸部が設けられた積層コアと比べて、渦電流損失の抑制に必要な凹み面の合計面積が小さかった。この結果は、第一面に複数の凸部をランダムに設けることにより、積層コア中の間隙部の割合を低減させてより高い占積率を達成しながら、渦電流損失を十分に抑制できることを示している。

計算例３
図７及び図８に示すような積層された３枚の円環状の軟磁性帯を含む積層コアの渦電流損失を、磁気回路法を用いて計算した。

計算例３の積層コアにおいて、３枚の軟磁性帯のうち２枚がパターン付軟磁性帯、１枚がパターン無し軟磁性帯であり、これらの軟磁性帯はこの順に積層されていた。パターン付軟磁性帯の第一面に、軟磁性帯と同心円状の円環状の形状を有するとともに頂面を有する１０個の凸部を設けた。各頂面は、軟磁性帯と同心円状の円環状の形状を有していた。第一面の凹み面も各々、軟磁性帯と同心円状の円環状の形状を有していた。頂面は、第一面に対向している軟磁性帯の表面、具体的には隣接するパターン付軟磁性帯の第二面又は隣接するパターン無し軟磁性帯の表面に接触していた。第一面の凹み面は、第一面に対向している軟磁性帯の表面に接触しておらず、第一面の凹み面と、第一面に対向している軟磁性帯の表面との間には、間隙部が存在していた。なお、各頂面の幅は軟磁性帯の幅の０．０４倍とした。各パターン付軟磁性帯の第一面において、１０個の凸部を、軟磁性帯の内縁と外縁の間に軟磁性帯の幅の０．１倍の周期で規則的に配置した。軟磁性帯の積層方向からの平面視において、２枚のパターン付軟磁性帯の凸部の位相を、互いに０°～１８０°ずらした。２枚のパターン付軟磁性帯の各々において、複数の頂面の面積の合計は、第一面の面積の４０％であった。軟磁性帯の抵抗率、厚さ、幅、長さ、外径、及び内径、間隙部の抵抗率及び厚さ、磁束密度振幅、並びに磁束密度周波数の値は、表１に記載の通りとした。計算結果を図１４に示す。

位相のずれが１０８°～１８０°の場合、渦電流損失が十分に抑制された。なお、位相のずれが１０８°～１８０°のとき、軟磁性帯の積層方向からの平面視において、２枚のパターン付軟磁性帯の一方の頂面のうち、２枚のパターン付軟磁性帯の他方の頂面と重複する領域の面積は、合計で、第一面の面積の０～１０％であり、第一面の頂面の合計面積の０～２５％であった。

１：積層コア、１０：軟磁性帯、３０：間隙部、１００：パターン付軟磁性帯、１１０：パターン付軟磁性帯の第一面、１１１：凸部、１１３：頂面、１１６：凹み面、１５０：パターン付軟磁性帯の第二面、２００：パターン無し軟磁性帯、２１０：パターン無し軟磁性帯の第一面、２５０：パターン無し軟磁性帯の第二面

Claims

積層された複数の軟磁性帯を含む積層コアであって、
前記複数の軟磁性帯が、少なくとも一つのパターン付軟磁性帯を含み、
前記少なくとも一つのパターン付軟磁性帯が、頂面を有する少なくとも一つの凸部を有する第一面を有し、
前記少なくとも一つの凸部の前記頂面が、前記複数の軟磁性帯のうち前記少なくとも一つのパターン付軟磁性帯に隣接する一つの軟磁性帯の、前記第一面に対向する表面に接触し、
前記第一面に対向する前記表面と、前記第一面の前記頂面以外の部分との間に間隙部があり、
前記少なくとも一つの凸部が、複数の凸部であり、合計で前記第一面の面積の６０％以下の面積を有する、積層コア。
積層された複数の軟磁性帯を含む積層コアであって、
前記複数の軟磁性帯が、少なくとも一つのパターン付軟磁性帯を含み、
前記少なくとも一つのパターン付軟磁性帯が、頂面を有する少なくとも一つの凸部を有する第一面を有し、
前記少なくとも一つの凸部の前記頂面が、前記複数の軟磁性帯のうち前記少なくとも一つのパターン付軟磁性帯に隣接する一つの軟磁性帯の、前記第一面に対向する表面に接触し、
前記第一面に対向する前記表面と、前記第一面の前記頂面以外の部分との間に間隙部があり、
前記少なくとも一つの凸部が、一つの凸部であり、前記第一面の面積の２０％以下の面積を有する、積層コア。
前記少なくとも一つのパターン付軟磁性帯が、二つ以上のパターン付軟磁性帯であり、前記軟磁性帯の積層方向からの平面視において、互いに隣接する前記パターン付軟磁性帯の一方における前記少なくとも一つの凸部の前記頂面のうち、互いに隣接する前記パターン付軟磁性帯の他方における前記少なくとも一つの凸部の前記頂面と重複する領域の面積が、前記パターン付軟磁性帯の前記第一面の面積の０～１０％である、請求項１又は２に記載の積層コア。
前記少なくとも一つの凸部の前記頂面が接触する前記表面が、前記頂面の高さの０．０１～０．１倍の算術平均表面粗さＳａを有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の積層コア。
前記間隙部に空気が存在する、請求項１～４のいずれか一項に記載の積層コア。