(57)【要約】【課題】渦電流損がより小さく、かつ、加工が容易であること。【解決手段】鉄を９９．９５質量％以上含有する高純度鉄から形成される磁性体層３と、絶縁体から形成される絶縁体層４とを備えている。磁性体層３は、絶縁体層４に重ねられて巻かれている。このような電気機器用鉄心１は、渦電流が磁性体層３の厚さ内の小さな閉経路で発生し、渦電流損が小さい。高純度鉄は、加工性がよく、ケイ素鋼板より薄い板に形成することができる。電気機器用鉄心１は、厚さが薄い磁性体層３を適用することにより、渦電流損をより小さくすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を９９．９５質量％以上含有する高純度鉄から形成される磁性体層と、
絶縁体から形成される絶縁体層とを具備し、
前記磁性体層は、前記絶縁体層とともに渦巻きを形成する
電気機器用鉄心。
【請求項２】
請求項１において、
前記磁性体層の厚さは、５０μｍ以下である
ことを特徴とする電気機器用鉄心。
【請求項３】
請求項２において、
前記磁性体層と前記絶縁体層とは、円柱を形成する
ことを特徴とする電気機器用鉄心。
【請求項４】
請求項２において、
前記磁性体層と前記絶縁体層とは、板状を形成する
ことを特徴とする電気機器用鉄心。
【請求項５】
請求項２において、
前記磁性体層と前記絶縁体層とは、角柱を形成する
ことを特徴とする電気機器用鉄心。
【請求項６】
請求項２に記載される電気機器用鉄心を製造する電気機器用鉄心製造方法であり、
前記高純度鉄から形成される高純度鉄シートを製造するステップと、
前記絶縁体から形成される絶縁体シートを製造するステップと、
前記高純度鉄シートと前記絶縁体シートとを重ねて巻くステップとを具備し、
前記絶縁体シートは、前記絶縁体層を形成し、
前記高純度鉄シートは、前記磁性体層を形成する
電気機器用鉄心製造方法。
【請求項７】
請求項２に記載される電気機器用鉄心を製造する電気機器用鉄心製造方法であり、
前記高純度鉄から形成される高純度鉄シートを製造するステップと、
前記高純度鉄シートを巻くステップと、
前記高純度鉄シートのうちの巻かれた部分と前記高純度鉄シートのうちの巻かれていない部分との間に前記絶縁体を含有する絶縁体流体を供給するステップとを具備し、
前記絶縁体流体は、前記絶縁体層を形成し、
前記高純度鉄シートは、前記磁性体層を形成する
電気機器用鉄心製造方法。
【請求項８】
請求項２に記載される電気機器用鉄心を製造する電気機器用鉄心製造方法であり、
前記高純度鉄から形成される高純度鉄シートを製造するステップと、
前記高純度鉄シートの表面に前記絶縁体を含有する絶縁体塗料を塗布するステップと、
前記高純度鉄シートを前記絶縁体塗料とともに巻くステップとを具備し、
前記絶縁体塗料は、前記絶縁体層を形成し、
前記高純度鉄シートは、前記磁性体層を形成する
電気機器用鉄心製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器用鉄心及び電気機器用鉄心製造方法に関し、特に、電気機器に適用され磁力線の通路を形成する電気機器用鉄心及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁力線の通路を形成する鉄心が適用されている電気機器が知られている。その電気機器としては、ソレノイドバルブ、モータ、変圧器が例示される。
【０００３】
ソレノイドバルブは、たとえば、コモンレール式のディーゼルエンジンに用いるインジェクタに適用されている。ディーゼルエンジンは、燃費の向上、排気ガスの低減が望まれている。このため、ソレノイドバルブは、高速応答して、より緻密にバルブの開閉を制御されることが望まれている。このようなソレノイドバルブに適用される鉄心は、渦電流損を小さくすることが望まれている。
【０００４】
モータは、ハードディスクドライブのスピンドルモータまたは電気自動車の駆動用モータに適用されている。このようなモータは、高トルクを出力しながら高速回転することが望まれている。このため、このようなモータに適用される鉄心は、渦電流損を小さくすることが望まれている。
【０００５】
変圧器は、より高周波域の電圧を変換することが望まれている。このため、変圧器に適用される鉄心は、渦電流損を小さくすることが望まれている。
【０００６】
図７に示されている公知の鉄心１００は、円柱を形成している。鉄心１００は、複数の薄鋼板１０１−１〜１０１−ｎ（ｎ＝２，３，４，…）から形成されている。薄鋼板１０１−ｉ（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）は、ケイ素鋼板から形成され、その円柱の軸と外周面とをつなぐように配置されている。ケイ素鋼板は、磁化曲線のヒステリシスループの面積が小さい、すなわち、磁気エネルギー損失が小さい。薄鋼板１０１−ｉは、両面に絶縁ワニス１２が塗布され、隣り合う薄鋼板１０１−（ｉ−１）１０１−（ｉ＋１）と接着されている。すなわち、薄鋼板１０１−１〜１０１−ｎは、その軸から放射状に配置され、その円柱の周方向に積層されている。このような鉄心１００は、軸と平行な方向に磁束を通すことができる。このとき発生する渦電流は、薄鋼板１０１−ｉの厚さ内の小さな閉経路で発生し、渦電流損が小さい。
【０００７】
軟磁性粉末を用いた鉄心（焼結コア）が「日経メカニカル」に示されている。その軟磁性粉末は、粒径が５０〜１００μｍであり、厚さが２０〜５０ｎｍの金属酸化物でできた絶縁材料が被覆されている。その鉄心は、その軟磁性粉末に熱硬化性樹脂でできたバインダを少量加えて混合し、高圧プレスで部品に成形した後に、焼結されて製造される。このような鉄心は、渦電流が個々の粉末の内部に発生し、大きな経路の渦電流が発生しない。
【０００８】
渦電流損が小さく、且つ、加工が容易である電気機器用鉄心が望まれている。
【０００９】
【非特許文献１】
「日経メカニカル」，２００２，２，ｎｏ．５６９，ｐ．２１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、渦電流損が小さく、且つ、製造が容易である電気機器用鉄心及び電気機器用鉄心製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以下に、［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１２】
本発明による電気機器用鉄心（１）（３１）（４１）は、鉄を９９．９５質量％以上含有する高純度鉄から形成される磁性体層（３）（３３）（４３）と、絶縁体から形成される絶縁体層（４）（３４）（４４）とを備えている。磁性体層（３）（３３）（４３）は、絶縁体層（４）（３４）（４４）とともに渦巻きを形成している。すなわち、磁性体層（３）（３３）（４３）は、絶縁体層（４）（３４）（４４）に重ねられて軸（２）を中心に巻かれている。高純度鉄は、塑性変形により透磁率の変化が少ない。このため、電気機器用鉄心（１）（３１）（４１）は、曲げ加工されたときに、透磁率の低減が少なく好ましい。電気機器用鉄心（１）（３１）（４１）は、さらに、軸から放射状に磁性体が並べられている鉄心より容易に製造することができる。電気機器用鉄心（１）（３１）（４１）は、軸（２）を取り囲む大きな閉じた経路が存在しないで、渦電流は、磁性体層（３）（３３）（４３）の厚さ内の小さな閉経路で発生し、渦電流損が小さい。高純度鉄は、さらに、加工性がよく、ケイ素鋼板より薄い板に形成することができる。電気機器用鉄心（１）（３１）（４１）は、厚さが薄い磁性体層（３）（３３）（４３）を適用することにより、渦電流損をより小さくすることができる。磁性体層（３）（３３）（４３）の厚さは、５０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００１３】
本発明による電気機器用鉄心（１）は、磁性体層（３）と絶縁体層（４）とは、円柱を形成することが好ましい。または、本発明による電気機器用鉄心（３１）は、磁性体層（３３）と絶縁体層（３４）とは、板状を形成することが好ましい。または、本発明による電気機器用鉄心（４１）は、磁性体層（４３）と絶縁体層（４４）とは、角柱を形成することが好ましい。
【００１４】
本発明による電気機器用鉄心製造方法は、本発明による電気機器用鉄心（１）（３１）（４１）を製造する方法である。本発明による電気機器用鉄心製造方法は、高純度鉄から形成される高純度鉄シートを製造するステップと、絶縁体から形成される絶縁体シートを製造するステップと、高純度鉄シートと絶縁体シートとを重ねて巻くステップとを備えていることが好ましい。このとき、絶縁体シートは、巻かれた後に、絶縁体層（４）（３４）（４４）を形成している。高純度鉄シートは、巻かれた後に、磁性体層（３）（３３）（４３）を形成している。
【００１５】
本発明による電気機器用鉄心製造方法は、高純度鉄から形成される高純度鉄シート（１３）を製造するステップと、高純度鉄シート（１３）を巻くステップと、高純度鉄シート（１３）のうちの巻かれた部分（１５）と高純度鉄シート（１３）のうちの巻かれていない部分（１６）との間に絶縁体を含有する絶縁体流体（１４）を供給するステップとを備えていることが好ましい。このとき、高純度鉄シート（１３）は、巻かれた後に、磁性体層を形成している。絶縁体流体は、高純度鉄シート（１３）が巻かれた後に、絶縁体層を形成している。
【００１６】
本発明による電気機器用鉄心製造方法は、高純度鉄から形成される高純度鉄シート（２３）を製造するステップと、高純度鉄シート（２３）の表面に絶縁体を含有する絶縁体塗料（２４）を塗布するステップと、高純度鉄シート（２３）を絶縁体塗料（２４）とともに巻くステップとを備えていることが好ましい。このとき、高純度鉄シート（２３）は、巻かれた後に、磁性体層を形成している。絶縁体塗料（２４）は、高純度鉄シート（２３）が巻かれた後に、絶縁体層を形成している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図面を参照して、本発明による電気機器用鉄心の実施の形態を説明する。その電気機器用鉄心１は、図１に示されているように、円柱を形成し、軸２を有している。電気機器用鉄心は、電気機器に適用され、軸２と平行である磁力線の通路を形成することができる。その電気機器としては、ソレノイドバルブ、モータ、変圧器が例示される。
【００１８】
図２は、電気機器用鉄心１を軸２に垂直である平面で切断した断面を示している。電気機器用鉄心１は、磁性体層３と絶縁体層４とから形成されている。磁性体層３は、鉄を９９．９５質量％以上含有する高純度鉄から形成されている。絶縁体層４は、樹脂に例示される絶縁体から形成されている。その断面は、円を形成している。磁性体層３と絶縁体層４とは、その円を２層に分割し、それぞれ連続した領域を形成している。磁性体層３と絶縁体層４とは、その断面に渦巻きを形成している。すなわち、磁性体層３と絶縁体層４とは、一端が中心に配置され、他端が外周に配置され、かつ、中心と外周とを結ぶ線分上には、磁性体層３と絶縁体層４とが交互に配置されている。磁性体層３の厚さは、概ね１０μｍである。絶縁体層４の厚さは、磁性体層３の厚さより小さい。
【００１９】
軟磁性粉末を焼結して形成される鉄心、軸から放射状に磁性体（例示：ケイ素鋼板）が並べられている鉄心は、薄鋼板の積層配置、粉末の調整、絶縁材料の被覆、バインダ混合及び高圧プレス加工等、製造工程が複雑である。電気機器用鉄心１は、渦巻きを形成するのみで良く、製造が容易である。高純度鉄の薄板は、ケイ素鋼板の薄板より加工性能が良く、加工による割れなどの欠陥が発生しにくい。高純度鉄は、ケイ素鋼板より塑性変形による透磁率の変化が少ない。このため、電気機器用鉄心１は、曲げ加工されたときに、ケイ素鋼板より透磁率の低減が少なく好ましい。
【００２０】
ケイ素鋼板は、板厚が１００μｍ程度の薄板しか形成することができない。高純度鉄は、ケイ素鋼板より加工性能が良く、ケイ素鋼板より薄い薄板、たとえば、板厚が５０μｍ以下の薄板に形成することができる。電気機器用鉄心１は、軸２を取り囲む閉経路が存在しないで、渦電流が磁性体層３の厚さ内の小さな閉経路で発生し、軸２を取り囲む閉経路が存在する鉄心より渦電流損が小さい。電気機器用鉄心１は、厚さがより薄い磁性体層３を適用することにより、渦電流損をより小さくすることができる。
【００２１】
本発明による電気機器用鉄心製造方法の実施の形態は、電気機器用鉄心１を製造する方法である。まず、高純度鉄から厚さ１０μｍの薄板が製造され、厚さ１０μｍ以下の絶縁シートが製造される。その薄板と絶縁シートとは、重ねられ接着される。その薄板と絶縁シートとは、さらに、一端を軸にして、くるくると巻かれて、電気機器用鉄心１に形成される。このとき、絶縁体シートは、巻かれた後に、絶縁体層４を形成している。薄板は、巻かれた後に、磁性体層３を形成している。
【００２２】
図３は、本発明による電気機器用鉄心製造方法の実施の他の形態を示している。まず、高純度鉄から厚さ１０μｍの薄板１３が製造される。その薄板１３は、一端を軸にして、くるくると巻かれる。このとき、薄板１３は、巻かれた部分１５と巻かれていない部分１６とに分割される。巻かれていない部分１６は、巻かれた部分１５につながっている端が、その近傍より鉛直下側に配置されている。巻かれた部分１５と巻かれていない部分１６との間には、容器が形成される。
【００２３】
巻かれた部分１５と巻かれていない部分１６との間の容器に、ゲル状絶縁物１４が供給される。ゲル状絶縁物１４は、粒径が１０μｍの絶縁物と、粒径が１０μｍより小さい分散媒とから形成されている。薄板１３は、ゲル状絶縁物１４を巻かれた部分１５から形成される隙間に巻き込みながら、巻かれた部分１５にさらに巻かれる。薄板１３とゲル状絶縁物１４とが巻かれた鉄心１１は、焼結され、ゲル状絶縁物１４が固化される。ゲル状絶縁物１４は、巻かれ焼結された後に、絶縁体層４を形成している。薄板１３は、巻かれ焼結された後に、磁性体層３を形成している。
【００２４】
図４は、本発明による電気機器用鉄心製造方法の実施のさらに他の形態を示している。まず、高純度鉄から厚さ１０μｍの薄板２３が製造される。薄板２３は、１つの表面に、ノズル２５を用いて塗料２６がスプレーされ、塗膜２４が形成される。薄板２３は、塗膜２４とともに一端を軸にして、くるくると巻かれる。薄板２３と塗膜２４とが巻かれた鉄心２１は、焼結され、塗膜２４が固化される。塗膜２４は、巻かれ焼結された後に、絶縁体層４を形成している。薄板２３は、巻かれ焼結された後に、磁性体層３を形成している。
【００２５】
図５は、本発明による電気機器用鉄心の実施の他の形態を示している。その電気機器用鉄心３１は、既述の実施の形態における電子機器用鉄心１と同様に、柱状であり、磁性体層３３と絶縁体層３４とから形成されている。磁性体層３３は、鉄を９９．９５質量％以上含有する高純度鉄から形成されている。磁性体層３４は、樹脂に例示される絶縁体から形成されている。その断面は、横の長さが縦の長さより十分に長い長方形を形成している。すなわち、電気機器用鉄心３１は、板を形成している。磁性体層３３と絶縁体層３４とは、その長方形を２層に分割し、それぞれ連続した領域を形成している。磁性体層３３と絶縁体層３４とは、その断面に渦巻きを形成している。磁性体層３３の厚さは、概ね１０μｍである。絶縁体層３４の厚さは、磁性体層３３の厚さより小さい。
【００２６】
電気機器用鉄心３１は、既述の実施の形態における電気機器用鉄心１と同様に、軸から放射状に磁性体が並べられている鉄心より容易に加工することができる。電気機器用鉄心３１は、渦電流が磁性体層３３の厚さ内の小さな閉経路でのみ発生し、軸を取り囲む閉経路が存在する鉄心より渦電流損が小さい。電気機器用鉄心３１は、厚さがより薄い磁性体層３３を適用することにより、渦電流損をより小さくすることができる。
【００２７】
図６は、本発明による電気機器用鉄心の実施のさらに他の形態を示している。その電気機器用鉄心４１は、既述の実施の形態と同様に、柱状であり、磁性体層４３と絶縁体層４４とから形成されている。磁性体層４３は、鉄を９９．９５質量％以上含有する高純度鉄から形成されている。絶縁体層４４は、樹脂に例示される絶縁体から形成されている。その断面は、正方形を形成し、内側に空洞を形成している。すなわち、電気機器用鉄心４１は、四角柱を形成している。磁性体層４３と絶縁体層４４とは、その正方形を２層に分割し、それぞれ連続した領域を形成している。磁性体層４３と絶縁体層４４とは、その断面に渦巻きを形成している。磁性体層４３の厚さは、概ね１０μｍである。絶縁体層４４の厚さは、磁性体層４３の厚さより小さい。
【００２８】
電気機器用鉄心４１は、既述の実施の形態における電気機器用鉄心１と同様に、軸から放射状に磁性体が並べられている鉄心より容易に加工することができる。電気機器用鉄心４１は、渦電流が磁性体層４３の厚さ内の小さな閉経路でのみ発生し、軸を取り囲む閉経路が存在する鉄心より渦電流損が小さい。電気機器用鉄心４１は、厚さがより薄い磁性体層４３を適用することにより、渦電流損をより小さくすることができる。電気機器用鉄心４１は、さらに、内部の空洞に他の部材を挿入することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明による電気機器用鉄心は、渦電流損がより小さく、且つ、加工が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による電気機器用鉄心の実施の形態を示す斜軸投影図である。
【図２】図２は、本発明による電気機器用鉄心の実施の形態を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明による電気機器用鉄心製造方法の実施の形態を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明による電気機器用鉄心製造方法の実施の他の形態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明による電気機器用鉄心の実施の他の形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明による電気機器用鉄心の実施のさらに他の形態を示す断面図である。
【図７】図７は、公知の電気機器用鉄心の実施の形態を示す斜軸投影図である。
【符号の説明】
１　：電気機器用鉄心
２　：軸
３　：磁性体層
４　：絶縁体層
１１：鉄心
１３：高純度鉄薄板
１４：ゲル状絶縁物
１５：巻かれた部分
１６：巻かれていない部分
２１：鉄心
２３：高純度鉄薄板
２４：塗膜
２５：ノズル
２６：塗料
３１：電気機器用鉄心
３３：高純度鉄層
３４：絶縁体層
４１：電気機器用鉄心
４３：高純度鉄層
４４：絶縁体層
【図１】
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【図２】
2004103742.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004103742.tif 000006
【図５】
2004103742.tif 000007
【図６】
2004103742.tif 000008
【図７】
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