(57)【要約】【課題】圧粉成形鉄心において、優れた電磁特性とよい形状精度とを可能にすることである。【解決手段】圧粉成形鉄心１０は、複数の電磁鋼板２２をその間に接着材２４を挟んで積層した積層コア２０と、積層コア２０を内包する圧粉成形部分３０から構成される。すなわち、圧粉成形鉄心１０は、積層コア２０を中子とする圧粉成形品である。圧粉成形鉄心１０の外形は、積層コア２０の外形より一回り大きい。その余裕度は、積層コア２０を積層、接着して積層体を形成するときの外形ばらつきを吸収できる程度がよい。Ｉ字形の他、複数の矩形平面形状の積層コアを平面配置し、これらを中子としてＵ字形に圧粉成形することで、Ｕ字形の圧粉成形鉄心を得ることができ、Ｉ字形とＵ字形の圧粉成形鉄心を組み合わせて、略長円環状のリアクトル用鉄心を得ることができる。【選択図】図１
2006230031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性粉末を加圧成形し任意の外形形状を有する圧粉成形体であって、
金属製薄板を複数積層した積層コアを中子として含むことを特徴とする圧粉成形鉄心。
【請求項２】
請求項１に記載の圧粉成形鉄心において、
積層コアは、略矩形の金属製薄板を複数積層した矩形積層コアであることを特徴とする圧粉成形鉄心。
【請求項３】
請求項２に記載の圧粉成形鉄心において、
矩形積層コアを複数平面配置して中子として含むことを特徴とする圧粉成形鉄心。
【請求項４】
請求項３に記載の圧粉成形鉄心において、
略Ｕ字の外形形状を有することを特徴とする圧粉成形鉄心。
【請求項５】
磁性粉末を加圧成形し任意の外形形状を有する圧粉成形体を複数組み合わせた鉄心であって、
各圧粉成形体はそれぞれ、金属製薄板を積層接着した積層コアを中子として含むことを特徴とする圧粉成形体を組み合わせた鉄心。
【請求項６】
任意形状の金属製薄板を接着積層し、積層コアを形成する工程と、
積層コアを中子とし、加圧成形金型内で磁性粉末を任意の外形形状に加圧成形し、積層コア中子圧粉成形体を形成する工程と、
積層コア中子圧粉成形体を熱処理する工程と、
を含むことを特徴とする鉄心製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉成形鉄心、圧粉成形体を組み合わせた鉄心及び鉄心製造方法に係り、特に磁性粉末を加圧成形し任意の外形形状を有する圧粉成形体を用いた圧粉成形鉄心、圧粉成形体を組み合わせた鉄心及び鉄心製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄心は、磁気回路を形成する要素として用いられ、例えば、モータのステータ又はロータの鉄心、電力変換回路のリアクトルの鉄心等に使用される。鉄心の製造方法としては、磁性体金属を任意の形状に加工する方法、複数の薄い金属製薄板を積層する方法、磁性粉末を加圧成形しその後過熱処理を行う方法等がある。
【０００３】
特許文献１には、フレームレスモータの鉄心製造法が開示され、ここでは、ドーナツ状の金属製薄板を多数枚積層して筒状の積層体を形成し、その積層体を金属の外装体内に鋳ぐるみすることが述べられる。積層体は、鋳ぐるみ用成形型の中心に配置された心金に整列積層してはめ込まれ、別に設けられた積層体の貫通穴を鋳ぐるみ金属が埋めることで、一体化される。したがって、ロータと高精度にて組み付けできる、としている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１９１９４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層鋼板の鉄心のように、金属製薄板を多数積層するものは、低損失等の優れた電磁特性を得ることができる反面、多数枚積層に伴う組立精度、寸法精度が問題となる。そして、鉄心の寸法精度がよくないために、他の部品との組みつけ精度が十分でなくなって磁気回路の性能が低下するので、特許文献１に説明されるような、さまざまな整列の工夫や、特別の型等が必要となる。また鉄心の交流駆動の際に、薄板の積層の間で騒音が発生することがある。
【０００６】
これに対し、磁性粉末の加圧成形による鉄心は、成形型の形状どおりの外形が一体として得られ、積層整列の工夫等が不要で、積層に伴う交流駆動時の騒音の発生もない。その反面、加圧成形・加熱によって得られる電磁特性は、バルクの金属体鉄心や、電磁鋼板の積層体鉄心の性能に届かない。
【０００７】
このように、従来技術の鉄心は、形状精度と、電磁特性とを両立させることが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、優れた電磁特性を維持し、形状精度のよい圧粉成形鉄心、圧粉成形体を組み合わせた鉄心及び鉄心製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る圧粉成形鉄心は、磁性粉末を加圧成形し任意の外形形状を有する圧粉成形体であって、金属製薄板を複数積層した積層コアを中子として含むことを特徴とする。
【００１０】
また、積層コアは、略矩形の金属製薄板を複数積層した矩形積層コアであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る圧粉成形鉄心において、矩形積層コアを複数平面配置して中子として含むことが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る圧粉成形鉄心において、略Ｕ字の外形形状を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る圧粉成形体を組み合わせた鉄心は、磁性粉末を加圧成形し任意の外形形状を有する圧粉成形体を複数組み合わせた鉄心であって、各圧粉成形体はそれぞれ、金属製薄板を積層接着した積層コアを中子として含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る鉄心製造方法は、任意形状の金属製薄板を接着積層し、積層コアを形成する工程と、積層コアを中子とし、加圧成形金型内で磁性粉末を任意の外形形状に加圧成形し、積層コア中子圧粉成形体を形成する工程と、積層コア中子圧粉成形体を熱処理する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成により、金属製薄板を複数積層した積層コアを中子として、外形は磁性粉末を加圧成形して得られる。したがって、積層コアの電磁特性を維持し、精度がよい任意の外形形状の鉄心を得ることができる。
【００１６】
また、積層コアは、略矩形の金属製薄板を複数積層するので、積層コアを加工しやすい単純な形状とし、外形は磁性粉末の加圧成形で、矩形以外の任意形状を得ることが容易にできる。
【００１７】
また、矩形積層コアを複数平面配置して中子として含むので、大型の積層コアを用いなくとも、加工し易い小型の積層コアを用いて、電磁特性を維持し、任意の外形形状の鉄心を得ることができる。
【００１８】
また、圧粉成形鉄心は略Ｕ字の外形形状を有するものとしたので、略Ｕ字の異形積層コアを用いなくても、電磁特性を維持し、略Ｕ字の外形形状の鉄心を容易に得ることができる。
【００１９】
また、圧粉成形体を組み合わせた鉄心は、積層コアを中子として含む圧粉成形体を組み合わせるので、組み合わせ面等の精度がよく、また、積層コアの電磁特性を維持するので、鉄心全体として性能がよく、任意の形状のものを得ることができる。
【００２０】
また、鉄心製造方法は、積層コアを形成する工程と、積層コアを中子とし、加圧成形金型内で磁性粉末を任意の外形形状に加圧成形する工程と、それを熱処理する工程と、を含むものとしたので、簡単な工程で、積層コアの電磁特性を維持し、精度がよい任意の外形形状の鉄心を得ることができる。
【００２１】
上記のように、本発明に係る圧粉成形鉄心、圧粉成形体を組み合わせた鉄心及び鉄心製造方法によれば、優れた電磁特性を維持し、形状精度のよい任意形状の鉄心を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態について詳細に説明する。以下では、鉄心として、車両等に搭載される電力変換装置用のリアクトルに用いられるものにつき説明するが、車両用以外のリアクトルに使用される鉄心でもよく、また、リアクトル用途以外の鉄心、例えば、チョークコイル用鉄心、プランジャ鉄心、モータのロータ鉄心、ステータ鉄心等であってもよい。
【００２３】
図１は、車両の電力変換器に搭載されるリアクトルに用いられるＩ字形をした圧粉成形鉄心１０を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。圧粉成形鉄心１０は、複数の電磁鋼板２２をその間に接着材２４を挟んで積層した積層コア２０と、積層コア２０を内包する圧粉成形部分３０から構成される。すなわち、圧粉成形鉄心１０は、積層コア２０を中子とする圧粉成形品である。
【００２４】
ここで、圧粉成形体とは、比抵抗等の電気的特性及び透磁率等の磁気的特性に優れる磁性粉末を用い、これを成形用金型内に充填し、温間で加圧成形するものである。なお、ひずみ取り等の必要に応じ加熱処理を行うことができる。このときの加熱処理は、例えば４００℃１時間程度であり、また、温間加圧成形の温度は、例えば、１００−２００℃程度である。すなわち、圧粉成形とは、１０００℃等の高温で処理する焼結成形体と異なり、磁性粉末の加圧金型成形と、比較的低温の熱処理により、任意の成形体形状を得る技術である。
【００２５】
磁性粉末としては、鉄系磁性粉末を用いることができる。鉄系磁性粉末には、粒径が例えば２０〜１８０μｍ程度のもので、相互の磁性粉末を分離するための絶縁性皮膜が施されるものを用いることができる。
【００２６】
中子となる積層コア２０は、矩形形状の電磁鋼板２２を積層し、各電磁鋼板２２の間に仮止めのために接着材２４を設けたものである。電磁鋼板２２の厚みは、例えば１ｍｍ以下ものを用いることができる。積層数は、数枚でもよいが、要求性能に応じ例えば数１０枚から数１００枚であってもよい。電磁鋼板に代えて、他の磁性金属性薄板を用いてもよい。積層コア２０を構成する電磁鋼板の形状は、矩形以外の任意の形状、たとえば円形、楕円形等でもよく、また必要があれば、穴等を設けてもよい。
【００２７】
図１からわかるように、圧粉成形鉄心１０の外形は、積層コア２０の外形より一回り大きい。その余裕度は、積層コア２０を積層、接着して積層体を形成するときの外形ばらつきを吸収できる程度がよい。こうすることで、圧粉成形鉄心１０全体の電磁特性を中子の積層コア２０の電磁特性に近づけるとともに、圧粉成形鉄心１０の外形全体を、加圧成形金型の精度で得ることができる。すなわち、圧粉成形鉄心１０の圧粉成形部分３０は、積層コア２０を保護する磁性体層であるとともに、積層コア２０の積層精度のばらつきを吸収する機能を有する。
【００２８】
図２は、積層コア２０を中子とする圧粉成形鉄心１０の構成をとることで吸収される積層コア２０の積層ばらつきの例を示す図である。これらの図は、説明のために、積層ばらつきを誇張して示してある。図２（ａ）は、電磁鋼板２２の積層全体が高さ方向に傾く場合で、このようなことを吸収するため、圧粉成形鉄心１０の外形は、積層コア２０の高さ方向における傾き幅を十分内部に含むように大きく取られる。図２（ｂ）は、各電磁鋼板２２の重ね合わせ精度がばらつくもので、断面にガタツキが見られるものである。このようなことを吸収するため、圧粉成形鉄心１０の外形は、各電磁鋼板２２の間の重ね合わせ精度を十分内部に含むように大きく取られる。図２（ｃ）と（ｄ）とは、各接着材２４の厚みが不揃いとなり、結果として積層コア２０の全体高さがばらつくもので、（ｃ）は各接着材２４が一様厚みではあるがそれぞれの厚みがばらつく場合、（ｄ）は各接着材２４の厚みが場所によって異なり、各電磁鋼板２２の間の隙間が高さ方向で傾く場合である。このようなことを吸収するため、圧粉成形鉄心１０の外形は、各接着材２４の厚みばらつきを十分内部に含むように大きく取られる。
【００２９】
図３は、車両用リアクトル用の鉄心５０の平面図である。この鉄心５０は、略長円環状の平面形状をなし、これに図示されていないコイルを巻回し、例えばサージノイズの除去等のために、自動車等に搭載されて用いられる。鉄心５０は、略長円環状の平面形状を形成するために、４つのＩ字形の圧粉成形鉄心１０と、２つのＵ字形の圧粉成形鉄心６０とを図３のように配置し、各圧粉成形鉄心１０の向かい合う面の間には、ギャップ材７０が挟まれ、接着剤等で一体化されたものである。すなわち、一方のＵ字形の圧粉成形鉄心６０と他方のＵ字形の圧粉成形鉄心６０とを、それぞれの脚部が向かい合うように平面配置し、向かい合う脚の間にそれぞれ２つのＩ字形の圧粉成形鉄心１０を配置して、略長円環状のコア配置とし、それぞれの圧粉成形鉄心１０，６０の向かい合う面の間に磁気ギャップを形成するためのギャップ材７０を配置するものである。ギャップ材７０は、非磁性材料の薄板、フィルム等を用いることができる。
【００３０】
４つのＩ字形の圧粉成形鉄心１０の構成は、図１で説明した内容と同じである。２つのＵ字形の圧粉成形鉄心６０は、その内部に、３つの積層コア６２，６４，６６を中子として含む。各積層コア６２，６４，６６は、図１で説明した積層コア２０と同様の構成で、矩形の平面形状が異なるものである。
【００３１】
このように、Ｕ字形の圧粉成形鉄心６０は、Ｕ字形の平面形状を有する積層コアでなく、矩形の平面形状を有する複数の積層コア６２，６４，６６を有する。そして、これらをリアクトルの特性から所望されるＵ字形の領域の中に中子として離散的に平面配置し、その配置で、全体をＵ字形の加圧成形金型の中に収め、磁性粉末を充填して成形することで、外形がＵ字形の圧粉成形鉄心６０を容易に得ることができる。
【００３２】
したがって、Ｉ字形の各圧粉成形鉄心１０も、Ｕ字形の各圧粉成形鉄心６０も、中子の積層コア２０，６２，６４，６６の形状ばらつきを吸収し、その外形は、各加圧成形金型の寸法精度に従って形成される。すなわち、各圧粉成形鉄心１０，６０のそれぞれ向かい合う面は精度よく平坦に形成され、薄板またはフィルムのギャップ材７０をきちんと余分な隙間を生じさせることなく挟み込むことができる。
【００３３】
図４は、図３で説明したリアクトル用鉄心５０を製造する手順を示すフローチャートである。最初に電磁鋼板素材を用いて所定の矩形形状の電磁鋼板２２に打ち抜く（Ｓ１０）。矩形形状が３種類あるときは、３種類の外形の電磁鋼板２２を打ち抜き、それぞれの積層に必要な数をそろえる。次に、各矩形形状ごとに、接着材２４を用いて順次電磁鋼板を接着（Ｓ１２）し、積層を繰り返す。所定の積層枚数だけ接着と積層を繰り返すことで、積層コア２０，６２，６４，６６が形成される（Ｓ１４）。
【００３４】
次に、接着材を用いて仮止めされた積層コア２０，６２，６４，６６を、加圧成形金型の所定の位置にセットする（Ｓ１６）。金型の内側形状は、Ｉ字形、またはＵ字形である。ついで、金型を閉じ、注入口から磁性粉末を注入し、温間で加圧成形する（Ｓ１８）。このとき、積層コアの周囲に十分磁性粉末が行き渡るように、注入口、積層コアの支持法、金型形状等に工夫を行う。磁性粉末としては上記のように、粒径２０〜１８０μｍ程度の鉄系磁性粉末が用いられ、加圧成形条件は、例えば１００−２００℃程度の温度下で、７００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下の加圧下とすることができる。その後金型から成形品を取り出し、ひずみ取り等のために適当な加熱処理を行う（Ｓ２０）。この加熱は、上記のように、例えば４００℃１時間程度とすることができる。この温度では、電磁鋼板２２の電磁特性はほとんど変化しない。また、積層コア２０の接着材２４は、仮止めの使命を果たしているので、この加熱により、蒸散等しても構わない。このようにして、積層コア２０，６２，６４，６６の積層精度のばらつきを吸収して、外形精度のよい積層コア中子の圧粉成形鉄心１０，６０が形成される。
【００３５】
４つのＩ字形の圧粉成形鉄心１０と、２つのＵ字形の圧粉成形鉄心６０が形成されると、図３のように全体を配置し、各圧粉成形鉄心１０，６０の向かい合う面の間に、それぞれギャップ材７０が配置される（Ｓ２４）。このとき、上記のように、各圧粉成形鉄心１０，６０の向かい合う面の平坦度の精度がよいので、ギャップ材７０を余分な隙間を生じさせることなく挟み込むことができる。そして、ギャップ材７０の部分において接着材を用いて、各圧粉成形鉄心１０，６０を接着接続する。このとき、各ギャップ材７０は、向かい合う各圧粉成形鉄心１０，６０の面平坦度がよいので、接着強度は十分高いものとなる。
【００３６】
このようにして、略長円環状の平面形状を有する車両用リアクトル用の鉄心５０を得ることができる。このような鉄心の製造方法においては、積層コア２０，６２，６４，６６は、簡単な形状、たとえば矩形形状に電磁鋼板素材を打ち抜いてこれを積層して得られるので、打ち抜き金型や、打ち抜き工程が簡単となる。また、積層工程における寸法ばらつきが生じても、最終的に各圧粉成形鉄心１０，６０の外形に吸収されるので、積層コアの合格率が向上する。また、上記のように、各圧粉成形鉄心１０，６０の外形は、積層コア２０，６２，６４，６６の外形にかかわらず、任意の外形とできるので、設計の自由度がます。そして、各圧粉成形鉄心１０，６０の外形精度がよいので、ギャップ材７０との接着性がよくなる。
【００３７】
そして出来上がったリアクトル用の鉄心５０は、積層コア２０，６２，６４，６６の優れた電磁特性を損なうことなく、積層コア２０，６２，６４，６６の外形寸法ばらつきを吸収し、全体の外形形状精度がよい。また交流駆動により、積層された電磁鋼板２２の隙間が振動して騒音を発生することもない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る実施の形態における圧粉成形鉄心を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態において、圧粉成形鉄心で吸収される積層コアの積層ばらつきの例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態における車両用リアクトル用の鉄心の平面図である。
【図４】図３で説明したリアクトル用鉄心を製造する手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１０，６０  圧粉成形鉄心、２０，６２，６４，６６  積層コア、２２  電磁鋼板、２４  接着材、３０  圧粉成形部分、５０  鉄心、７０  ギャップ材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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