(57)【要約】  本発明は、磁気特性が異なる少なくとも２つの材料を有する磁気コア、およびその製造方法を提供する。上記材料は、フェライト材料、酸化物セラミック材料および超常磁性材料から選択され、磁気コアに沿って個々の領域において交互に形成される。
2016502765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気コアであって、
互いに接続され、前記磁気コアの縦方向に沿って交互に配置される少なくとも２つの領域と、
互いに異なり、異なる透磁率を有する少なくとも第１の材料および第２の材料とを備え、前記領域の各々は、前記少なくとも１つの第１の材料および第２の材料の材料を含み、
前記第２の材料を有する領域は、前記コアの縦方向において前記磁気コアの中心から前記磁気コアのエッジに向かって小さくなる、磁気コア。
【請求項２】
前記第２の材料を有する少なくとも１つの領域は、前記第１の材料を有する直接隣接する領域のうちの最小領域と最大でも同じ大きさである、請求項１に記載の磁気コア。
【請求項３】
前記第２の材料を有する少なくとも１つの領域は、前記第１の材料を有する最小領域と最大でも同じ大きさである、請求項１または２に記載の磁気コア。
【請求項４】
前記第１の材料は第１のフェライト材料を含み、前記第２の材料は超常磁性材料を含む、請求項１〜３のうちの一項に記載の磁気コア。
【請求項５】
前記第２の材料は、５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の最大寸法を有するナノスケール粒子の複合材料である、請求項４に記載の磁気コア。
【請求項６】
前記ナノスケール粒子はフェライト材料または金属材料を含む、請求項５に記載の磁気コア。
【請求項７】
少なくとも１つの領域は、前記磁気コアの完全な断面にわたって延在する層として形成される、請求項１〜６のうちの一項に記載の磁気コア。
【請求項８】
前記第２の材料の比透磁率は１０未満であり、前記第１の材料の比透磁率は１０よりも高い、請求項１〜７のうちの一項に記載の磁気コア。
【請求項９】
前記第２の材料は比透磁率μｒを有し、１＜μｒ＜３、または１＜μｒ＜２、または１＜μｒ＜１．６、または１＜μｒ＜１．３である、請求項８に記載の磁気コア。
【請求項１０】
前記少なくとも２つの材料の線膨張係数は、１０％未満または５％未満または１％未満または０．５％未満だけ互いに異なる、請求項１〜９のうちの一項に記載の磁気コア。
【請求項１１】
前記第１のフェライト材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｋ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｗ、およびＢｉ、これらの元素のうちの１つの酸化物、および／またはこれらの元素の１つの炭酸塩、および／またはこれらの元素の任意の化合物からなるグループの少なくとも１つを含む添加物を含む、請求項１〜１０のうちの一項に記載の磁気コア。
【請求項１２】
前記第２の材料は前記第２のフェライト材料を含み、前記第１および第２のフェライト材料は異なるキューリー温度および／または異なる飽和磁束密度を有する、請求項１〜１１のうちの一項に記載の磁気コア。
【請求項１３】
前記第１のフェライト材料および前記第２のフェライト材料は、異なる物質量割合のＺｎおよび／またはＣｕを含む、請求項１２に記載の磁気コア。
【請求項１４】
前記第１のフェライト材料または前記第２のフェライト材料は、０モル％〜６０モル％の範囲内のＺｎＯ、および／または２０モル％〜８０モル％の範囲内のＦｅ２Ｏ３、および／または５モル％〜６０モル％の範囲内のＭｎＯもしくはＮｉＯの物質量割合を有する、請求項１２または１３に記載の磁気コア。
【請求項１５】
前記第２のフェライト材料は、＜０℃、または０℃〜１００℃、または０℃〜５０℃、または１５℃〜３５℃の範囲内のキューリー温度を有し、前記第１のフェライト材料は、１００℃〜７００℃、または１００℃〜５００℃、または２００℃〜３５０℃の範囲内のキューリー温度を有する、請求項１２〜１４のうちの一項に記載の磁気コア。
【請求項１６】
９０質量％よりも高いまたは９５質量％よりも高いフェライト材料の質量パーセンテージが、３０質量％未満または１０質量％未満または５質量％未満または１質量％未満に減少する前記フェライト材料を含む領域の全体積に対する、前記領域の分体積の割合は、３０％未満または１０％未満または５％未満または１％未満である、請求項１〜１５のうちの一項に記載の磁気コア。
【請求項１７】
複数部分コア構成であって、
請求項１〜１６のうちの一項に記載の少なくとも１つの磁気コアと、
前記少なくとも１つの磁気コアの上に設けられる少なくとも１つの巻線とを備える、コア構成。
【請求項１８】
磁気コアを製造する方法であって、
磁気特性が異なる少なくとも第１の材料および第２の材料を提供するステップであって、前記第１の材料は第１のフェライト材料を含み、前記第２の材料は第２のフェライト材料および／または酸化物セラミック材料を含むステップと、
提供された前記第１の材料の少なくとも一部を加圧することによって、少なくとも第１の材料体積部分を形成するステップと、
提供された前記第２の材料の少なくとも一部を加圧することによって、少なくとも第２の材料体積部分を形成するステップと、
前記第１の材料体積部分および／または前記第２の材料体積部分の少なくとも１つの露出面上に液体を塗布して液体膜を形成するステップと、
別の材料体積部分の前記液体膜上に直接的に材料体積部分を配置するステップとを含む、方法。
【請求項１９】
前記液体は、ポリエチレングリコールまたはポリビニルアルコールまたはアクリレート、またはそれらの混合物の水溶液またはアルコール溶液である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記材料体積部分を配置するステップは、配置する作業の間に前記材料体積部分の回転を行うステップを含む、請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
配置された前記材料体積部分を焼結するステップをさらに含む、請求項１８〜２０のうちの一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気コア、特に磁気特性が異なる２つ以上のフェライト材料を含む磁気的に軟質のコア、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロニクス分野における絶え間ないさらなる開発により、複数の領域で使用され、したがって対応する適切な電圧および電流の供給を必要とする、ますます効率的な電子回路がもたらされている。新たな効率的な回路の開発では、電子部品をさらに小型化し、それによって多くの分野における電子制御および電力回路のますます幅広い用途を可能にすることも注目されている。しかし、小型化の進展とともに、たとえばクロック回路の形態で提供される、コンパクトで効率的な電圧供給が必要である。クロック電源を用いる場合、利用可能な入力電圧に関する動作電子回路に必要な出力電圧の適合における高い柔軟性が重要である。たとえばモバイル用途では、利用可能な供給電圧は、電子回路の動作に必ずしも適しておらず、したがって適合されなければならない一般的なバッテリまたはアキュムレータ電圧の形態で存在する。典型的に、バッテリまたはアキュムレータの出力電圧は、その典型的な寿命にわたって変化し、年を取るにつれ低下する。したがって、提供される電圧を適合させること、および電圧変動を減少させることも、新たな効率的な電子回路の開発において非常に重要である。
【０００３】
効率的な電子回路の開発におけるさらなる重要な課題は、好ましくは大きな損失のない、確実で安定した動作、および大きな出力範囲にわたる電力消費である。したがって、いずれの開発段階においても、電子回路、部品および／または部分の電力損失をさらに低減することがさらなる目的である。
【０００４】
たとえばストレージインダクタ、干渉インダクタ、変圧器等の誘導部品は、電子回路の重要な部品を表わす。後者は主に、電子回路および部品のコストも決定する。磁気コアの生産では、所望の磁気特性または所望の磁気的挙動を保証するために、かつ完全な出力範囲にわたって磁気コアの十分な制御性を提供するために、典型的に高価な材料および複雑な生産処理が必要であるからである。さらに、誘導部品のサイズに対応する体積が関連のプリント回路基板上に、およびそれぞれのハウジング内に要求されるため、コンパクトなセットアップ全体の実現は小型化が進むにつれてより複雑になっている。ここで、もちろん、高効率、すなわち好ましくは電力損失の発生が低いことも重要である。これにはたとえば、誘導部品が、個々の巻線の互いに良好な磁気結合、漏れ磁束の減少、誘導部品の側部の熱損失は電力損失の大きな部分を占め、さらなる冷却を必要とし得るため、外部に対する良好な磁気シールドおよび改善した熱的挙動を有することが必要である。考慮すべきさらなる要件は、たとえば、印加電圧に依存して、必要な絶縁強度、およびそれに応じて良好な機械的安定性、および最も多様な環境の影響に対する耐性によって与えられる。これは特に、たとえばポータブルユニットの分野などにおけるモバイル用途、および自動車業界の用途などの複数の用途に当てはまる。
【０００５】
熱損失の減少は、とりわけ、磁気コアおよび／または巻線内の渦電流を回避することによって達成され得る。米国特許出願公開２００２／０１３２１３６Ａ１から、たとえば、磁気プレートおよび絶縁膜の相互の配置が公知である。
【０００６】
欧州特許出願公開１５０１１０６Ｂ１は、加圧されたフェライトタブレットの区分を互いに糊付けすることによって生産されるフェライトコアを示す。この区分の各々は、磁性絶縁体によって分離されている。「磁性絶縁体」という用語は、約１の比透磁率（真空の比透磁率）を有する材料を示す。これらの磁性絶縁体は、分散した空隙として作用する。
【０００７】
１つの大きな空隙をいくつかの小さな空隙に分割することによって、磁力線がコア内によりよく案内される。絶縁膜または磁性絶縁体はそれによって、構成内の渦電流の形成に対抗し得るが、漏れ磁束は部分的にしか抑制されず、磁束の低損失案内は部分的にしか達成されない。さらに、これらの公知の構成は、構成上に設けられた巻線内に提供される膜もしくは絶縁体における、または磁気配置の近くに設けられる線内の「バルジ（bulges）」をもたらし、電圧を誘起し、したがって電流の流れを生じさせ得る。
【０００８】
それに応じて設計された周知のコアには、多数のさらなる不利点がある。たとえば、コア内の磁石部分を遮断する絶縁部によって（絶縁膜または絶縁体によって）、熱伝導、およびしたがってコアからの放熱はコア内で不十分にしか達成されない。絶縁部の熱抵抗は高過ぎるため、周囲または接続された熱だめに放熱する部分に向かう所望の熱流量、およびしたがって対応する放熱を保証できない場合が多い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
周知の構成を発端として、本発明の目的は、良好な熱的挙動を有する磁気コアを提供することである。特に、磁気コアに沿った熱伝導が改善した磁気コアを提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の目的は、一局面によると、透磁率が異なる少なくとも２つの接続された材料であって、その各々が、形成領域が磁気コアの縦方向に沿って交互に配置されるように領域を形成する材料を含む磁気コアによって、かつ、他の局面によると、そのようなコアを製造する方法によって達成される。
【００１１】
コアを製造する方法は、一実施形態によると、磁気特性が異なる少なくとも２つの材料、たとえば少なくとも２つのフェライト材料または少なくとも１つのフェライト材料と少なくとも１つの酸化物セラミックとの組合せなどを提供するステップと、磁気コアに対応する鋳型を充填し、前記少なくとも２つの材料の各々の領域が交互に含まれるように材料体積を鋳型の内部に形成するステップとを含んでもよい。さらに、上記の方法では、方法の最中に少なくとも２つの材料が鋳型の内部で圧力に晒されてもよい。
【００１２】
ここで、本開示で用いる「フェライト材料」という用語は、事前のフェライト材料、たとえばいずれの焼結処理もまだ受けていない金属酸化物または概して金属酸化物混合物（焼結処理前の金属酸化物または金属酸化物混合物；この意味でフェライト材料の事前段階）と、焼結または焼成処理を受けた事前のフェライト材料（焼結処理または焼成処理後の金属酸化物または金属酸化物混合物）であって、したがって対応する事前のフェライト材料で形成されるフェライト材料を形成する事前のフェライト材料との両方を指すが、言語上は明確な区別はされない。フェライト材料と、それに対応する事前のフェライト材料との区別は、上述のように、実際の生産段階でなされ得る。
【００１３】
第１の局面の実施形態によると、磁気コアを製造する方法は、磁気特性が異なる少なくとも２つの材料を提供するステップを含む。ここにおいて、少なくとも２つの材料のうちの第１の材料は第１のフェライト材料を含み、少なくとも２つの材料のうちの第２の材料は第２のフェライト材料および／または酸化物セラミック材料を含む。磁気コアに対応する鋳型を充填し、鋳型の内部に材料体積を形成する。材料体積は、少なくとも２つの提供された材料の各々の交互の領域を含む。鋳型を充填した少なくとも２つの提供された材料は次に圧力に晒される。それによって、たとえば、間隙を有するフェライトコアが低コストで生産され得る。鋳型は材料で充填されるため、この方法は、磁気コアが予め定められた再生可能な磁気特性を有して生産され得る大量生産において、多くの努力または複雑化なしで採用され得る。さらに、特別な実施形態によると、それによって有利な放熱が可能になる磁気コアが提供され得るため、コアの複雑な冷却はほとんど不要になり得る。これによって、そのようなコアを用いてよりコンパクトな電子部品が可能である。さらに、固体セラミックからなる一体成形されたフェライトコアも可能であり、それによっていずれの有機接着剤またはプラスチックも不要となり、それによって周知のコアよりも長い寿命が提供される。
【００１４】
さらなる有利な実施形態によると、上記の方法は、圧力に晒した後、材料体積をさらに熱に晒すステップを含んでもよい。圧力の作用によって加圧された材料体積を熱に晒すステップによって材料体積の焼結がもたらされるため、個々の領域同士の間の接続はより高い安定性を示す。このように、「焼結された間隙（sintered-in gapping）」を有するフェライトコアが低コストで生産され得る。
【００１５】
さらなる有利な実施形態によると、上記の方法はさらに、少なくとも２つの選択された材料が異なるキューリー温度および／または異なる熱伝導率および／または異なる熱拡散率および／または異なる導電率および／または異なる磁気特性、たとえば異なる透磁率もしくは異なる飽和磁束密度を有するように、少なくとも２つの材料を選択するステップを含んでもよい。それによって、それぞれの使用に正確に規定された特性を有する磁気コアが製造され得る。したがって、例示的な実施形態によると、異なる透磁率および／またはキューリー温度および／または飽和磁束密度を有する材料を選択することによって、異なるキューリー温度の場合は特に温度依存性であり得る、たとえば透磁率等の磁気特性の所望の変化の調整を磁気コアに沿って行なうことができる。
【００１６】
さらなる有利な実施形態によると、上記の方法はさらに、第１の材料および／または第２の材料を圧力に晒す前に、添加物を添加することによって、第１の材料および／または第２の材料の磁気および／または機械および／または熱および／電気特性を調整するステップを含んでもよい。添加物は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、マンガン（Ｍｎ）、カリウム（Ｋ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、カルシウム（Ｃａ）、シリコン（Ｓｉ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、ビスマス（Ｂｉ）、これらの元素の酸化物および／または炭酸塩および／またはこれらの元素の１つを含む任意の他の化合物からなるグループの少なくとも１つを含んでもよい。それによって、製造されるコアに対する磁気および／または機械および／または熱および／または電気特性の有利な調整を行なうことができるため、後者は改善した機械的および／または磁気的および／または熱的および／または電気的安定性を有する。
【００１７】
さらなる有利な実施形態によると、上記の方法はさらに、鋳型を充填する前に少なくとも２つの材料を事前焼結（＝焼成）するステップを含んでもよく、少なくとも２つの材料の各々は、粉末、顆粒、プレート、スケール、チャンクまたは圧延シートとして提供される。粉末を７００℃〜１２００℃の範囲内で事前焼結することによって、それぞれ、実際の焼結処理時の張力の発生を回避することができ、焼結時の張力を減少させることができる。
【００１８】
さらなる有利な実施形態によると、鋳型の内部の材料体積は圧力によって材料体積の９０％未満または５０％未満に、または材料体積の最大でも１０％に減少する。これによって、磁気コアの適切な強度を調整することができる。
【００１９】
さらなる有利な実施形態によると、圧力に晒すことは、ＣＮＣ制御油圧プレスによって達成され得る。それによって、鋳型の内部に配置されたフェライト材料に、および随意に、鋳型の内部の材料組成に正確に適合される酸化物セラミック材料に印加される圧力が調整されて加えられてもよい。これによって、上記の方法によって得られる加圧部分が、応力に耐える改善した能力、改善した強度、および一定の均質な密度を有することが保証される。
【００２０】
本発明の第２の局面によると、磁気コアを生産する方法であって、磁気特性が異なる少なくとも１つの第１の材料および１つの第２の材料を提供するステップであって、前記第１の材料は第１のフェライト材料を含み、前記第２の材料は第２のフェライト材料および／または酸化物セラミック材料を含むステップと、提供された第１の材料の少なくとも一部を加圧することによって少なくとも１つの第１の材料体積部分を形成するステップと、提供された第２の材料の少なくとも一部を加圧することによって少なくとも１つの第２の材料体積部分を形成するステップと、前記第１の材料体積部分および／または前記第２の材料体積部分の少なくとも１つの露出面に液体を塗布して液体膜を形成するステップと、別の材料体積部分の前記液体膜上に直接的に材料体積部分を配置するステップとを含む、方法が提供される。この局面によると、異なるフェライト材料同士、および随意の酸化物セラミック材料同士の接続を、一般的な加圧によってではなく、異なるフェライトおよび随意の酸化物セラミック材料を１つのコアの各々内に別個に加圧することによって行うことができる。この局面によると、材料体積部分を用いて、異なるコアペレットまたはコアタブレットが提供され得、これは、モジュラーシステムによると、異なるコアの単純で非常に柔軟な生産を可能にする。
【００２１】
有利な実施形態によると、材料体積部分を互いに積層した後に、接続された材料体積部分を熱に晒すことによって、焼結処理を続いて行なってもよい。焼結処理後、少なくとも２つの材料体積部分の分離不可能な形状嵌合接続（form-fit connection）が形成される。
【００２２】
この「膜方法」によって、異なる材料の粉末の層で鋳型を充填し、続いて粉末を鋳型の内部で加圧し、異なる材料の個々の部分同士がもはや互いに十分に分離されなくなる第１の局面の前記サンドイッチ加圧法を回避することができる。
【００２３】
さらなる有利な実施形態によると、前記水溶液または前記アルコール溶液は、ポリエチレングリコール溶液、ポリビニルアルコール溶液、またはアクリレート溶液を含む。しかし、他の液体も考えられる。それによって、膜によるフェライト材料または酸化物セラミック材料の効率的なエッチングが達成され得る。
【００２４】
さらなる有利な実施形態によると、前記少なくとも１つの第２の材料体積部分の配置は、配置する作業の間に前記少なくとも１つの第２の材料体積部分を回転させるステップを含む。それによって、前記材料体積部分の配置時に少なくとも１つの材料体積部分からの表面におけるフェライト材料または酸化物セラミック材料のエッチングが改善され得る。
【００２５】
本発明の第３の局面によると、磁気コアであって、前記磁気コアの縦方向に沿って交互に配置され、互いに異なり、かつ異なる透磁率を有する少なくとも第１の材料および第２の材料を含む、少なくとも２つの接続領域を含み、各領域は前記少なくとも２つの材料の一方を含む磁気コアが、提供される。前記第１の材料は第１のフェライト材料を含み、前記第２の材料は第２のフェライト材料および／もしくは酸化物セラミック材料を含むか、または前記第２の材料は超常磁性材料を含む。それによって、従来のコアと比較して、コアを通る磁束の改善した案内によって減少した漏れ磁束を示す、安価な磁気コアが提供され得る。
【００２６】
有利な実施形態によると、前記少なくとも２つの領域は焼結によって互いに接続され、すなわち前記少なくとも２つの接続材料は互いに焼結される。対応して設計されるコアは良好な安定性を有する。
【００２７】
さらなる有利な実施形態によると、少なくとも１つの領域は、磁気コアの断面積全体にわたって延在する層として設計される。それによって、提供された「空隙」によって磁気コアが全体的に改善した飽和挙動を有するように、磁気コアの明確に分離された領域が規定される。
【００２８】
さらなる有利な実施形態によると、第２の材料の比透磁率は１０未満であり、第１の材料の比透磁率は１０よりも高い。それによって、空隙を確実に提供し、コアの好適な飽和挙動を好適に調整することができる。特に、好適に高い飽和度が達成され得る。具体的な有利な実施形態によると、第２の材料の比透磁率は３未満であってもよい。
【００２９】
さらなる有利な実施形態によると、前記少なくとも２つの材料の線膨張熱係数は、１０％未満、または５％未満、または１％未満、または０．５％未満だけ互いに異なる。これによって、対応する磁気コアは動作時に安定した機械特性を有する。
【００３０】
さらなる有利な実施形態によると、第２の材料は超常磁性挙動を有してもよい。超常磁性挙動を有する材料は非常に低いヒステリシス、いわゆるゼロヒステリシスを有するため、これによって損失が非常に小さい間隙が実現される。
【００３１】
さらなる有利な実施形態によると、第２の材料は、最大寸法が５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内のナノスケール粒子の複合材料であってもよい。これらの有利な実施形態では、損失が非常に小さい間隙が単純で非常に効果的な方法で実現される。
【００３２】
さらなる有利な実施形態によると、第２の材料は、フェライト材料または金属材料のナノスケール粒子を含んでもよい。この有利な実施形態では、損失が非常に小さい間隙が単純で確実な方法で実現される。
【００３３】
さらなる有利な実施形態によると、第２の材料は比透磁率μｒを有し、１＜μｒ＜３、または１＜μｒ＜２、または１＜μｒ＜１．６、または１＜μｒ＜１．３であってもよい。それによって、有利に力線を案内する「透過性」空隙が提供される。
【００３４】
さらなる有利な実施形態によると、第２の材料は第２のフェライト材料を含み、第１および／または第２のフェライト材料は、０モル％〜６０モル％の範囲内のＺｎＯ、および／または２０モル％〜８０モル％の範囲内のＦｅ２Ｏ３の物質量割合を有する。１００％に対する残りは本質的にＭｎＯまたはＮｉＯで構成される。金属イオンの百分率のモル比は、上述の金属イオンを有する他の化合物を用いることによっても達成され得ることに留意すべきである。それによって、極端に無損失の領域が、機械および／または電気および／または熱および／または磁気特性が規定される、規定された混合物を有する予め定められたフェライト材料によって提供され得る。
【００３５】
さらなる有利な実施形態によると、第１および第２のフェライト材料は、亜鉛Ｚｎ（たとえばＺｎＯとして）および／または銅Ｃｕ（たとえばＣｕＯとして）の異なる物質量割合を有する。それによって、個々の領域のさらに有利な機械および／または電気および／または磁気特性を調整することができる。
【００３６】
さらなる有利な実施形態によると、少なくとも第１のフェライト材料は、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カリウム（Ｋ）、ニオブ（Ｎｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、カルシウム（Ｃａ）、シリコン（Ｓｉ）、バナジウム（Ｖ）、コバルト（Ｃｏ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タングステン（Ｗ）、ビスマス（Ｂｉ）、これらの元素の酸化物および／または炭酸塩および／またはこれらの元素の１つを含む任意の他の化合物からなるグループの少なくとも１つである添加物を含んでもよい。したがって、フェライト材料の機械特性のさらに有利な調整が可能である。
【００３７】
さらなる有利な実施形態によると、第２の材料は第２のフェライト材料を含んでもよい。さらに、第１のフェライト材料および第２のフェライト材料は、異なる飽和磁束密度および／またはキューリー温度を有してもよい。それによって、たとえば所望の飽和挙動を提供するために、「空隙」が単純な方法で提供され得る。
【００３８】
さらなる有利な実施形態によると、第２のフェライト材料は、＜０℃、または０℃〜１００℃、または０℃〜５０℃、または１５℃〜３５℃の範囲内のキューリー温度を有してもよく、第１のフェライト材料は、１００℃〜７００℃、または１００℃〜５００℃、または２００℃〜３５０℃の範囲内のキューリー温度を有してもよい。それによって、コアの透磁率の有利な磁気的挙動、特に熱インダクタンス挙動、および／またはさらに有利な熱的挙動を調整することができる。さらに、磁気コアの長さに沿った透磁率のさらに有利な変化を規定することができる。
【００３９】
さらに有利な実施形態によると、第１および第２のフェライト材料は、異なるキューリー温度および／または異なる熱伝導率および／または異なる熱拡散率および／または異なる導電率を有してもよい。それによって、有利な磁気特性および／または熱特性および／または電気特性を有する磁気コアが提供され得るため、漏れ磁束および／または誘起電圧および／または熱流量を有利に抑制または除去することができ、したがって誘導部品内で移動する熱損失が減少する。
【００４０】
さらに有利な実施形態によると、フェライト材料の少なくとも１つの領域は、そのキューリー温度とは無関係の非常に低い透磁率を所有していてもよい。それによって、コア内を案内される磁場の漏れ磁束および／またはバルジを有利にさらに減少させることができ、磁気コアを通る磁束の無損失案内を保証することができる。
【００４１】
さらに有利な実施形態によると、第２のフェライト材料を有する領域は、磁気コアのエッジに向かうコアの縦方向において磁気コアの中心から小さくなってもよい。このように、磁場の漏れ磁束およびバルジをより有利に抑制することができる。
【００４２】
さらなる有利な実施形態によると、第２のフェライト材料を有する少なくとも１つの領域は、第１のフェライト材料を有する最小領域と最大でも同じ大きさであってもよい。これによって、磁気コアがより有利な磁気特性を有することが保証される。
【００４３】
さらなる有利な実施形態によると、フェライト材料の質量分率が９０質量％よりも高く、または９５質量％よりも高くから、３０質量％未満、または１０質量％未満、または５質量％未満、または１質量％未満に減少するフェライト材料を含む領域の全体積に対する、上記領域の分体積の割合は、３０％未満または１０％未満または５％未満または１％未満である。それによって、磁気コアに沿って明確に分離された領域が規定されるため、正確に予め規定された磁気特性および／または機械特性および／または熱特性および／または電気特性を有する磁気コアが提供される。
【００４４】
さらなる有利な実施形態によると、上述の実施形態の１つに係る少なくとも１つの磁気コアと、上記少なくとも１つの磁気コアの上に設けられる少なくとも１つの巻線とを含む複数部分コア構成が提供される。
【００４５】
少なくとも上述の局面および実施形態の１つによると、磁束をコアを通って案内することによって巻線損失が明らかに減少する磁気コアが提供される。
【００４６】
少なくとも上述の局面および実施形態のいくつかによると、漏れ磁束が抑制される磁気コアが提供される。
【００４７】
少なくとも上述の局面および実施形態のいくつかによると、渦電流の発生が抑制される磁気コアが提供される。
【００４８】
少なくとも上述の局面および実施形態のいくつかによると、コア内の力線の案内が最適化され、それによって力線のバルジが好ましくは抑制される磁気コアが提供される。
【００４９】
本発明はさらに、予め定められた磁気特性および／または熱特性および／または機械特性および／または電気特性を有する磁気コアと、生産コストが低下し、同時に電力損失が減少し、寿命が改善して運転が安定した磁気コアを生産する方法とを提供する。
【００５０】
本発明は、上述の実施形態に係るコアのコストが最適化された生産という利点を提供する。
【００５１】
本開示の範囲内で、磁気コアの空隙領域における「バルジ」は、＞１の透磁率を有する材料を提供することによって減少させることができる。
【００５２】
本発明のさらなる特徴、有利な実施形態および利点は、添付の特許請求項および例示的な実施形態の以下の詳細な説明から得ることができ、以下の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施形態に係る磁気コアを生産するための構成を概略的に示す図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る磁気コアの断面図を概略的に示す図である。
【図２Ｂ】本発明のさらなる実施形態に係る磁気コアの断面図を概略的に示す図である。
【図２Ｃ】さらなる実施形態に係る磁気コアの断面図を概略的に示す図である。
【図２Ｄ】さらなる実施形態に係る磁気コアの断面図を概略的に示す図である。
【図３】さまざまな実施形態に係る第１のフェライト材料の割合と、磁気コアの領域上の第２のフェライト材料の割合とを概略的に示す図である。
【図４Ａ】実施形態に係る複数部分コア構成を概略的に示す図である。
【図４Ｂ】さらなる実施形態に係る複数部分コア構成の図を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
例示的な実施形態の詳細な説明
図１は、実施形態に係る磁気コアを製造するためのシステム１００の断面図を概略的に示す。システム１００は、図１に概略的に示されるプレス１１０を含む。システム１００はさらに、製造される磁気コアに対応する鋳型１２０を含む。図１に示されるように、鋳型１２０はバー型コアまたはＩコアのネガであってもよいが、これに限定されない。代替の実施形態によると、ＵまたはＥコアを製造可能な（図示しない）鋳型も考えられる。さらに、当業者に周知のコアを形成するための他のすべての鋳型も本発明の範囲に含まれる。
【００５５】
実施形態に係る磁気コアを生産するため、磁気特性が異なるフェライト材料および酸化物セラミック材料が提供される。酸化物セラミック材料は、たとえば、酸化アルミニウムおよび／または酸化ジルコニウムおよび／またはチタン酸アルミニウムおよび／または酸化鉄に基づくセラミックを含み得るセラミック材料を含んでもよい。有利な実施形態によると、酸化物セラミック材料の焼結温度はフェライト材料の焼結温度と等しくてもよいし、または代替の実施形態によると、フェライト材料の焼結温度と２５％未満、または１０％未満、または５％未満だけ異なっていてもよい。磁気特性は、透磁率、コア損失、および飽和磁束密度等を含んでもよい。上記２つの材料は、各々が１つのフェライト材料および１つの酸化物セラミック材料の領域１４２および１４４が形成されるように鋳型１２０内を交互に充填する。図１に示されるように、領域１４２および１４４は交互に配置される。フェライト材料および酸化物セラミック材料の領域１４２および１４４はしたがって、鋳型１２０内に材料体積１４０が設けられるように鋳型１２０内の体積を充填する。ある実施形態によると、材料体積１４０内の領域１４２および１４４は、互いに交互の層として積層される交互の領域として設けられてもよい。他の代替の実施形態では、互いに積層される領域の代替としてまたは上記領域に加えて、互いに並んで配置される領域を形成するために、スペーサ要素が１つまたはいくつかの層に垂直に設けられてもよい。好適なスペーサ要素は、導電性もしくは絶縁プレート、または小さなプレート等であってもよい。
【００５６】
代替の実施形態に係る磁気コアを生産するため、磁気特性が異なる２つのフェライト材料が提供される。磁気特性は、透磁率、コア損失、および飽和磁束密度等を含んでもよい。この代替の実施形態は、図１を参照して以下にも説明される。上記２つのフェライト材料は、各々が１つのフェライト材料の領域１４２および１４４が形成されるように鋳型１２０内を交互に充填する。領域１４２および１４４は、図１に示されるように交互に配置される。第１および第２のフェライト材料の領域１４２および１４４はしたがって、鋳型１２０内に材料体積１４０が設けられるように鋳型１２０内の体積を充填する。ある実施形態によると、材料体積１４０内の領域１４２および１４４は、互いに交互の層として積層される交互の領域として設けられてもよい。他の代替の実施形態では、互いに積層される領域の代替としてまたは上記領域に加えて、互いに並んで配置される領域も形成するために、スペーサ要素が１つまたはいくつかの層に垂直に設けられてもよい。好適なスペーサ要素は、導電性もしくは絶縁プレート、または小さなプレート等であってもよい。
【００５７】
本発明のある例示的な実施形態によると、第２のフェライト材料は、たとえば２０以下の比透磁率μｒを有してもよい。さらなる特定の実施形態によると、第２のフェライト材料は、０．９９〜１０の範囲内、または５〜１０の範囲内の比透磁率μｒを有してもよい。比透磁率μｒは、透磁率μと磁界定数μ０（式中μ０＝４π×１０−７（Ｖｓ／Ａｍ）との比率によって決定され、すなわちμｒ＝μ／μ０である。
【００５８】
鋳型１２０を充填し、材料体積１４０を形成した後、材料体積１４０は圧力に晒される。これは、軽い加圧動作、たとえば材料をやや圧縮した後に鋳型をさらに充填するための事前加圧、または固体材料ブロックを生産するための加圧動作の最中に行なわれてもよい。圧力はプレス１１０によって加えられてもよく、プレス１１０のダイ（図示せず）が鋳型の内部に露出した領域１４２の表面上に方向１５０に沿って力を加え、それによって材料体積１４０上に圧力を掛ける。方向１５０は、領域１４２の表面１４２に垂直に方向付けられている。
【００５９】
圧力に晒すことによって、材料体積１４０が減少する。一実施形態によると、圧力に晒すことによって、材料体積１４０は材料体積の９０％未満に減少し得る。さらなる実施形態によると、圧力に晒すことによって、材料体積１４０は材料体積の５０％未満に減少し得る。さらなる実施形態によると、圧力に晒すことによって、材料体積１４０は材料体積の最大で１０％に減少し得る。
【００６０】
圧力は、たとえば乾式プレス時に加えられてもよい。鋳型１４０は、材料体積１４０が熱に晒されて熱するように、圧力に晒されるときに熱供給を受けてもよい。このため、鋳型１２０は、対応して有利な熱伝導率および／または拡散率特性を有する材料からなってもよい。ある実施形態では、熱に晒すことは圧力に晒す前に行なわれてもよい。代替の実施形態によると、熱に晒すことは圧力に晒す後に行なわれてもよい。代替の実施形態によると、熱に晒すことは圧力に晒すことと同時に行なわれてもよい。熱を生成するための加熱要素（図示せず）が鋳型１２０の外部に設けられてもよいし、または鋳型に統合されてもよい。鋳型１２０はさらに、加熱要素を収容するように設計されてもよいし、または加熱要素と結合するための結合領域を有してもよい。材料体積１４０は、事前焼結時および／または焼結処理時に熱に晒されてもよい。具体的な例示的な実施形態によると、７００℃〜１２００℃の範囲の事前焼結温度で、０．５〜５トン／ｃｍ２の加圧力が材料体積１４０に加えられてもよい。しかし、このために、より高いもしくは低い加圧力および／またはより高いもしくは低い事前焼結温度を用いる実施形態も考えられる。
【００６１】
たとえばフェライト材料および／または酸化物セラミック材料などの異なる材料が、鋳型１２０が充填される前に事前焼結処理を受けてもよい。事前焼結領域は鋳型の内部に交互に配置されてさらなる焼結処理に晒され得るため、事前焼結材料の量は互いに組合されて焼結される。材料の粉末度が調整され得る事前焼結材料の随意の粉砕が、事前焼結処理の後に行なわれてもよい。粉砕された材料はその後、噴霧処理で顆粒に形成される。これによって、鋳型１２０が予め定められた組成および顆粒度の材料で充填されることが保証され得る。それによって、製造時の磁気コアについて有利な所望の強度を調整することができる。
【００６２】
具体的な例示的な実施形態によると、圧力が加えられた後に熱が供給される。圧力に晒す際に加圧される材料体積１４０は、事前焼結および／または焼結処理時に熱に晒されてもよい。焼結時、加圧される材料体積１４０は８００℃〜１６００℃の温度に晒されてもよい。焼結前、加圧された材料体積１４０は鋳型１２０から取出され、好適なオーブン（図示せず）に入れられる。その後、オーブン（図示せず）内の加圧された材料体積１４０が焼結のために熱に晒される。
【００６３】
図１に示される鋳型１２０は磁気特性が異なる２つのフェライト材料で充填されるが、本発明は２つのフェライト材料に限定されない。図示されないさらなる実施形態によると、磁気特性の異なる３つのフェライト材料、磁気特性の異なる４つのフェライト材料、または磁気特性の異なる４つよりも多いフェライト材料が使用されてもよい。さらに、フェライト材料は、ペアで異なる磁気特性を有してもよい（２つのフェライト材料の各々が同じ磁気特性を有するか、または一般に３つ以上の異なるフェライト材料の各々が同じ特性を有する）。
【００６４】
提供されるフェライト材料は、選択されるフェライト材料が異なるキューリー温度および／または異なる熱伝導率および／または異なる熱拡散率および／または異なる導電率および／または異なる磁気抵抗および／または異なる磁気特性を有するように選択されてもよい。
【００６５】
ある実施形態によると、異なるキューリー温度を有する適切なフェライト材料の選択と、続いて圧力および熱に晒すことによる鋳型１２０の対応する充填とによって、インダクタンスの予め定められた温度依存性および透磁率および磁気抵抗および飽和挙動を有する磁気コアがもたらされる。たとえば、フェライト材料の選択は、異なるキューリー温度に関して、磁気コアの予想される動作温度および／または周囲温度に適合されてもよい。それによって、動作時の所望の磁気コアのインダクタンスおよび／または磁気コアの長さに沿ったおよび／または断面の透磁率の変化および／または所望の飽和挙動、および／または磁気コア両端の磁気抵抗の変化を調整することができる。
【００６６】
フェライト材料は、所望の熱および／または電気および／または機械特性に関して、さらなる実施形態に従って選択されてもよい。したがって、あるフェライト材料を選択する際、コアのそれに応じた熱および／または電気特性が、磁気コアの熱伝導率、または磁気コア内の熱伝導、または磁気コアの熱拡散率、または磁気コアの導電率、または磁気コアのある強度が調整されるように調整されることが可能である。したがって、有利な放熱および／または磁気コアを通る電流の流れの抑制を含む磁気コアを提供することが可能である。当業者は、磁気コアを通る電流の流れを抑制することによって、磁気コアのさらなる加熱も防止されることを認識するであろう。
【００６７】
提供されるフェライト材料の機械および／または磁気および／または熱および／または電気特性は、添加物の添加にさらに影響され得る。このため、圧力に晒す前に、少なくとも１つの添加物が少なくとも１つのフェライト材料に添加される。可能な酸化物の非限定的なリストには、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）ならびにこれらの元素の酸化物および炭酸塩またはさらなる化合物が含まれ得る。可能な酸化物として、例示的にかつ一例として、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＳｎＯ２、ＧｅＯ２、ＳｒＯを挙げることができるが、本開示はこれらに限定されない。これらの添加物は、少なくとも１つのフェライト材料の機械および／または磁気特性の所望の微調整を保証するために、少なくとも１つのフェライト材料のスピネル格子に組込まれてもよい。所望の磁気特性に加えて調整される機械特性の枠内で、熱および／または電気特性の調整も行なわれてもよい。
【００６８】
ある例示的な実施形態によると、異なるフェライト材料の線膨張熱係数の調整が行なわれてもよい。したがって、異なるフェライト材料の線膨張係数は、異なる線膨張係数が１０％未満または５％未満または１％未満または０．５％未満だけ互いに異なるように互いに適合されてもよい。線膨張係数の調整によって、磁気コアの有利な安定性が保証され得るため、加熱時に異なる膨張挙動による磁気コアの引裂きまたは破壊が確実に抑制される。
【００６９】
熱に晒すことは、ＣＮＣ制御油圧プレスによって行なわれてもよい。例示的な実施形態によると、このために粉末プレスが提供されてもよい。代替の実施形態によると、例示的な技術的実現に対応して、二重供給シューシステム（double-feed shoe system）を有するＣＮＣ制御油圧プレスが提供されてもよく、二重供給シューシステムは異なる粉末を搬送する２つの異なる供給シューで構成される。同様に、２種類の粉末同士の間で切換える単一の供給シューも考えられる。
【００７０】
提供されるフェライト材料の少なくとも１つはさらに、０モル％〜６０モル％の範囲内のＺｎＯの物質量割合を含んでもよい。付加的にまたは代替的に、フェライト材料Ｆｅ２Ｏ３は、２０モル％〜８０モル％の範囲内の物質量割合を有してもよい。フェライト材料のキューリー温度は、とりわけＺｎＯの物質量割合の変化に影響され得、すなわちフェライト材料のキューリー温度から開始して、キューリー温度の所望の値への調整は、フェライト材料中のＺｎＯの割合を調整することによって行なわれてもよいことに留意すべきである。特に、ＺｎＯの割合が増加するにつれ、キューリー温度は低下し得る。さらに、ＺｎＯおよび／またはＦｅ２Ｏ３および／またはＭｎＯおよび／またはＮｉＯの予め定められた物質量割合によって、フェライト材料の所望の電気抵抗を調整することができる。
【００７１】
例示的な実施形態によると、フェライト材料は、３５モル％のＺｎＯ、４８モル％のＦｅ２Ｏ３、ならびに１７モル％以下のＭｎＯおよび／またはＮｉＯの物質量割合を有してもよい。
【００７２】
これに加えて、さらなる添加物およびドーピング剤が提供されてもよい。対応するフェライト材料は、約−４０℃のキューリー温度を有する。
【００７３】
さらなる例示的な実施形態によると、フェライト材料は、５モル％のＺｎＯ、５４モル％のＦｅ２Ｏ３、ならびに４１モル％以下のＭｎＯおよび／またはＮｉＯの物質量割合を有してもよい。これに加えて、さらなる添加物およびドーピング剤が提供されてもよい。対応するフェライト材料は、約−２７０℃のキューリー温度を有する。
【００７４】
さらなる例示的な実施形態によると、フェライト材料は、１０の比透磁率を有するニッケル−亜鉛−フェライトであってもよく、さらなるフェライト材料は、１８００の比透磁率を有するマンガン−亜鉛−フェライトを表わしてもよい。
【００７５】
ある例示的な実施形態によると、低いキューリー温度を有するフェライト材料が提供される。ここで、「低いキューリー温度」という用語は、１００℃未満の範囲内のキューリー温度を意味すると理解される。ここでさらなる例示的な実施形態は、キューリー温度が３０℃以下の低いキューリー温度を有するフェライト材料を含む。他の例示的な実施形態によると、−２５０℃〜０℃のキューリー温度を有するフェライト材料が提供されてもよい。
【００７６】
ある例示的な実施形態によると、高いキューリー温度を有するフェライト材料が提供される。「高いキューリー温度」を有するフェライト材料は、１００℃よりも高いキューリー温度を有するフェライト材料を示すとここで理解される。ある例示的な実施形態によると、これらのフェライト材料は、１００℃〜７００℃、または１００℃〜５００℃、または２００℃〜３５０℃の範囲内のキューリー温度を有してもよい。
【００７７】
本発明の例示的な代替の実施形態によると、フェライト材料が第１の材料として提供され、ナノスケール粒子の複合材料が第２の材料として提供される。提供される第１の材料から、個々の片が加圧および焼結によって作られる。コアを生産するために、第２の材料は２つの個々の片同士の間に導入され、個々の片は続いて第２の材料によって互いに接続される。たとえば、接続は接着剤によってなされてもよい。好ましい複合材料は超常磁性挙動を有することに留意すべきである。例示的な実施形態によると、好適なナノスケール粒子は、延長方向において５ｎｍ〜５０ｎｍ、または好ましくは５ｎｍ〜２０ｎｍ、またはさらに好ましくは５ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内の最大径および／または最大長を有する。この例示的な代替の実施形態の具体的な例示的な実施形態によると、好適なナノスケール粒子はフェライト材料によって提供されてもよい。さらなる具体的な例示的な実施形態によると、ナノスケール粒子は、たとえば二酸化シリコンシェルに埋込まれ得る金属（たとえば５ｎｍ〜５０ｎｍの大きさしかない）を含んでもよい。この実施形態のさらに例示的な展開によると、接着剤、たとえば熱可塑性または熱硬化性プラスチックがフェライト結晶および／または金属結晶と混合されてもよい。たとえば、接着剤へのナノスケール粒子の混和は、２０％未満または１０％未満または最大で９９％であってもよい。これらの例示的な代替の実施形態によると、提供される第２の材料は比透磁率μｒを有し、この透磁率には、１＜μｒ＜３、好ましくは１＜μｒ＜２、さらに好ましくは１＜μｒ＜１．６、さらに好ましくは１＜μｒ＜１．３が当てはまる。
【００７８】
さらなる例示的な代替の実施形態によると、２つのフェライト材料を接続する技術が図２を参照して開示される。第１の材料体積２２０Ａおよび第２の材料体積２４０Ａは１片として加圧される。第１の材料体積２２０Ａの露出面の上側に液体が塗布される。例示的な実施形態によると、液体は、ポリエチレングリコールまたはポリビニルアルコールまたはアクリレートの水溶液またはアルコール溶液であってもよい。塗布される液体によって、フェライト材料は、遊離フェライト粒子の膜が材料体積２２０Ａの露出面上に形成されるように、材料体積２２０Ａの露出面上で溶解する。その後、膜上にさらなる領域が配置されてもよい。たとえば、さらなる領域は、事前焼結されたフェライト材料の要素またはフェライト材料のタブレットによって形成されてもよい。膜と接触する膜の上に配置される領域の表面は、膜の上に配置される領域からのフェライト材料が溶液に入るように、膜によって一部溶解する。それによって、膜の下に配置される材料体積２２０Ａと、膜の上に配置される領域との間に接続が形成される。たとえば焼結処理において続いて熱に晒すことによって、形状嵌合接続が形成される。例示的な実施形態によると、膜の上に領域を形成する際、膜の上の領域を回転させて領域を配置することが配置時に行われる。
【００７９】
上述の技術は２つの異なる材料に限定されないことに留意すべきである。代替の実施形態によると、磁気特性が異なる２つよりも多い材料が提供されてもよい。さらに、上述の技術を繰返し実行し、それによって個々の領域を徐々に互いに接続してもよいし、および／または磁気コアを延長させるか、付加的な領域を磁気コアに取付けてもよい。
【００８０】
図２Ａから図２Ｄを参照して、ある例示的な実施形態に係る磁気コアの例示的な例を以下に説明する。図２Ａは、磁気コア２００Ａの延長方向または縦方向に沿った磁気コア２００Ａの断面図を概略的に示す。磁気コア２００Ａは、磁気特性が異なるフェライト材料の交互に配置された領域２２０Ａおよび２４０Ａを有する。上述のように、磁気特性は、たとえば、インダクタンス、および／または透磁率、および／または磁気抵抗、および／またはコア損失、およびおよび／または飽和磁束密度を含んでもよい。領域２２０Ａおよび２４０Ａは、磁気コア２００Ａの縦方向または延長方向に沿って交互に配置される。図２Ａの領域２２０Ａおよび２４０Ａは磁気コア２２０Ａの完全な断面にわたって延在する層として表わされるが、これは本開示に対する限定ではない。すべての領域が磁気コアの完全な断面にわたって延在する層として具体化されるわけではない代替の実施形態も考えられることに留意すべきである。たとえば、磁気コアの完全な断面にわたって延在しない領域が図１を参照して上述したように明示的に設けられてもよい。
【００８１】
図２Ａに示される磁気コア２００Ａの領域２２０Ａは、高いキューリー温度の領域である。ここで、上述のように、「高いキューリー温度」という用語は、１００℃よりも高いキューリー温度であると理解される。
【００８２】
磁気コア２２０Ａの領域２４０Ａは、例示的な実施形態によると低いキューリー温度を有する領域であり、「低いキューリー温度」という用語は、最大で１００℃のキューリー温度を意味する。代替の実施形態によると、領域２４０Ａは酸化物セラミック材料を含む。さらなる代替の実施形態によると、領域２４０Ａはナノスケール粒子を含み、超常磁性挙動を示す。
【００８３】
領域２４０Ａは、コア２００Ａ内のいわゆる「焼結された間隙」を表わす。これらの焼結された間隙を設けることによって、磁気コア２００Ａの時期尚早の飽和を防止することができる。
【００８４】
領域２４０Ａはさらに、幅２Ｂ１を有する。領域２２０Ａは、幅２Ｂ２を有する。ある実施形態によると、領域２２０Ａの幅２Ｂ２は領域２４０Ａの幅２Ｂ１よりも大きい。それによって、磁気抵抗が小さな値に設定される。
【００８５】
磁気コア２００Ａはコア内の力線の最適化された案内を示し、すなわち、力線のバルジは好ましくは、１よりも大きい（たとえば１．３）透磁率を有する材料を使用する際にコア内で抑制される。空隙は、「実際の空隙」について得る同じ磁気抵抗を調整するために、比透磁率のほぼ倍数で増加する必要がある。しかし、この「空隙材料」の透磁率は、高くなり過ぎるべきでない。高くなり過ぎると、磁気抵抗が低下して空隙が任意に増加し得ないため、磁気円が時期尚早に飽和するからである。したがって、１〜３の透磁率が有利であることがわかっている。空隙が分散している従来のコアでは、空隙の磁気抵抗がより高いため力線が変形し、それによってバルジが発生する。比較して、本発明に係るコア内の力線の最適な案内は、力線の接線がコアの縦方向に垂直な方向に沿った成分を含む力線の経路を意味すると理解され、上記成分は、縦方向に沿った成分に対して少なくとも１．５倍または少なくとも３．５倍または少なくとも５倍小さい。これによって、力線がコアに近接してよりよく維持され、バルジの発生が減少する。このため、空隙によって誘発される銅線内の渦電流損失が減少する。
【００８６】
当業者は、本開示が上述の幅に限定されないことを認識するであろう。代替の実施形態によると、領域２２０Ａの幅２Ｂ２は領域２４０Ａの幅２Ｂ１よりも小さくてもよいし、または両方の幅が等しくてもよい。
【００８７】
図２は、領域２２０Ａが共通の幅２Ｂ２を有し、領域２４０Ａが共通の幅２Ｂ１を有する実施形態を示しているが、これは本開示にいずれの限定も課すものではない。同じフェライト材料の異なる領域が異なる幅を有し得る、たとえば、少なくとも２つの異なる幅の各々が１％よりも大きくまたは５％よりも大きくまたは１０％よりも大きくまたは２５％よりも大きくまたは５０％よりも大きく異なり得る、図２Ａに示される実施形態の代替の実施形態も可能である。この代替の実施形態によると、たとえばコアに対する巻線の位置合わせ不良などの、コア上に配置される巻線内の不正確さを補償することができる。
【００８８】
他の実施形態によると、領域２４０Ａの幅は、磁気コア２００Ａの端までの距離に依存する幅を有してもよい。たとえば２つの領域２４０Ａについて、第１の領域は、第１の領域が小さい方の距離（他方の端と比較して）を有する磁気コア２００Ａの端までの第１の距離および第１の幅を有してもよく、第２の領域は、第２の領域が小さい方の距離（他方の端と比較して）を有する磁気コア２００Ａの一端までの第２の距離および第２の幅を有してもよく、第１の距離が第２の距離よりも小さい場合は第１の幅は第２の幅よりも小さく、第１の距離が第２の距離よりも大きい場合は第１の幅は第２の幅よりも大きい。
【００８９】
図２Ｂは、磁気コア２００Ｂの縦方向または延長方向に沿った磁気コア２００Ｂの断面図を示す。コア２１０Ｂの縦方向または延長方向に沿って、磁気特性が異なるフェライト材料を有する交互の領域２２０Ｂおよび２４０Ｂが配置される。図２Ｂでは、領域２２０Ｂおよび２４０Ｂは、磁気コア２１０Ｂの完全な断面積にわたって延在し、磁気コア２１０Ｂの縦方向または延長方向に沿って交互に配置される層として示されている。
【００９０】
当業者は、領域が磁気コアの断面にわたって延在する層として図２Ｂに示されているにもかかわらず、図１に関して上述したように、少なくとも２つの領域が磁気コアの完全な断面にわたって延在しない代替の実施形態も考えられることを認識するであろう。
【００９１】
さらに、磁気コア２００Ｂはエッジ側表面２１０Ｂを有する。エッジ側表面２１０Ｂは、磁界が存在する場合は磁気的に軟質のコアの動的ポールを形成し、一方側でのみ領域２４０Ｂの１つと対応して接触する領域２２０Ｂの表面を表わす。以下、エッジ側表面２１０Ｂを「エッジ」と称する。
【００９２】
図２Ｂに示されるように、領域２２０Ｂは幅３Ｂ３を有する。領域２４０Ｂは、幅３Ｂ１を有する領域２４２Ｂと、幅３Ｂ２を有する領域２４４Ｂとを含む。例示的な実施形態によると、幅３Ｂ１は幅３Ｂ２よりも小さい。図２Ｂに示される実施形態に対応して、コア２００Ａの縦方向または延長方向に沿った領域２４０Ｂの幅は磁気コア２００Ｂのエッジに向かって減少し、磁気コア２００Ｂの中心領域に配置される領域２４６Ｂはエッジ２１０Ｂに配置される領域２４２Ｂよりも大きい。領域２４０Ｂの幅３Ｂ３は、個々の領域２４０Ｂの配置と無関係である。ここで、エッジ２１０Ｂまでの領域の距離とは、上記領域からの最小距離を有するコア２００Ａの縦方向におけるエッジ２１０Ｂまでの上記領域の距離と理解される。領域のエッジまたは領域の領域境界を定める領域の表面から直接隣接する領域までの距離を測定することは可能であるが、当業者は、領域毎に基準点がアナログ的に規定される場合、領域の幾何学的重心などの別の好適な基準点が距離の測定に等しく提供され得ることを認識するであろう。以下、領域は、距離および／または配置に関して、領域から小さい方の距離を有するエッジ２１０Ｂに依然として関連し、対応するエッジ２１０Ｂに最も近接して配置される領域の領域境界から測定される。
【００９３】
例示的な実施形態によると、幅３Ｂ３は幅３Ｂ２以上であってもよい。代替の実施形態によると、幅３Ｂ３は幅３Ｂ２以下であってもよい。
【００９４】
例示的な実施形態によると、領域２４０Ｂは低いキューリー温度を有するフェライト材料からなる。ここで、「低いキューリー温度」という用語は、１００℃以下のキューリー温度を意味すると理解される。例示的な実施形態によると、領域２４０Ｂは酸化物セラミック材料を含む。さらなる例示的な実施形態によると、領域２４０Ｂはナノスケール粒子を含み、超常磁性挙動を示す。
【００９５】
領域２２０Ｂは高いキューリー温度を有する材料からなる。ここで、「高いキューリー温度」という用語は、キューリー温度が１００℃よりも高いことを意味する。
【００９６】
それによって、いわゆる「焼結された間隙」を有する磁気コア２００Ｂが提供される。焼結された間隙によって、磁気コア２００Ｂの時期尚早の飽和を確実に防止することができる。
【００９７】
磁気コア２００Ｂ内に提供された幅が減少する、低透磁率の領域２４０Ｂによって、磁気コア２００Ｂの横方向の漂遊磁界が確実に抑制される。特に、磁気コア２００Ｂのエッジ２１０Ｂに発生する磁界の「バルジ」が領域２４２Ｂによってさらに抑制される。領域２４４Ｂは、磁気コア２００Ｂの上に配置される巻線によって覆われることが多いため、領域２４４Ｂの周りの磁界強度はこれらの領域２２０Ｂにおいて非常に高い。それによって、領域２４４Ｂにおける磁界のバルジが確実に抑制される。これらの領域は、より大きい幅を有してもよい。例示的な実施形態によると、少なくとも２つの異なる幅の各々は、少なくとも１％または少なくとも５％または少なくとも１０％または少なくとも２５％または少なくとも５０％異なってもよい。
【００９８】
図２Ｂに示される実施形態は、コア内の力線の最適な案内も示すことに留意すべきである。対応する説明も最大限ここに適用される。
【００９９】
図２Ｂに示される磁気コア２００Ｂは、同じ幅３Ｂ３を有する領域２２０Ｂ、同じ幅３Ｂ２を有する領域２４４Ｂ、および同じ幅３Ｂ１を有する領域２４２Ｂを示すが、本開示はそれによって限定されない。代替的に、たとえば領域２２０Ｂがエッジに向かって小さくまたは大きくなる、異なる領域２２０Ｂが異なる幅を有し得る実施形態も考えられる。付加的にまたは代替的に、異なる領域２４４Ｂは異なる幅を有してもよい。付加的にまたは代替的に、異なる領域２４２Ｂは異なる幅を有してもよい。
【０１００】
他の例示的な実施形態によると、領域２４０Ｂの幅は、磁気コア２００Ｂのエッジ２１０Ｂまでの距離に依存する幅を有してもよい。２つの領域２４０Ｂについて、第１の領域はたとえば、磁気コア２００Ｂのエッジ２１０Ｂまでの第１の距離および第１の幅を有してもよく、第２の領域は、磁気コア２００Ｂのエッジ２１０Ｂまでの第２の距離および第２の幅を有してもよく、第１の距離が第２の距離よりも小さい場合は第１の幅は第２の幅よりも小さく、第１の距離が第２の距離よりも大きい場合は第１の幅は第２の幅よりも大きい。
【０１０１】
図２Ｃは、磁気コア２００Ｃの縦方向または延長方向に沿った磁気コア２００Ｃの断面図を示す。磁気コア２００Ｃは、各々が磁気特性が異なるフェライト材料からなる領域２２０Ｃおよび領域２４０Ｃ、すなわち２４２ｃ、２４４ｃおよび２４６ｃを有する（対応する実施形態は図２Ａおよび図２Ｂに関して説明したため、対応する説明が参照される）。つまり、領域２２０Ｃを形成するフェライト材料は、領域２４０Ｃを形成するフェライト材料の磁気特性とは異なる磁気特性を有する。上述のように、磁気特性は、インダクタンス、透磁率、磁気抵抗、キューリー温度、飽和磁束密度等を含んでもよい。代替の実施形態によると、領域２４０Ａは酸化物セラミック材料を含む。さらなる代替の実施形態によると、領域２４０Ｃはナノスケール粒子を含み、超常磁性挙動を示す。
【０１０２】
磁気コア２００Ｃはさらに、エッジ側表面２１０Ｃを有する。エッジ側表面２１０Ｃは、磁界が存在する場合は磁気的に軟質のコアの動的ポールを形成し、一方側でのみ領域２４０Ｃの１つと対応して接触する領域２２０Ｃの表面を表わす。以下、エッジ側表面２１０Ｃを「エッジ」と称する。エッジ２１０Ｃまでの領域の距離は、上記領域からの最小距離を有するエッジ２１０Ｃまでの距離と理解される。以下、領域は、距離および／または配置に関して、領域から小さい方の距離を有するエッジ２１０Ｃに関連するものとする。
【０１０３】
領域２２０Ｃは幅４Ｂ４を有する。領域２４０Ｃは、幅４Ｂ１を有する領域２４２Ｃ、幅４Ｂ２を有する領域２４４Ｃ、および幅４Ｂ３を有する領域２４６Ｃを含む。例示的な実施形態によると、幅４Ｂ３は幅４Ｂ２よりも大きくてもよい。そして、幅４Ｂ２は幅４Ｂ１よりも大きくてもよい。図２Ｃに示される実施形態では、幅４Ｂ４は最大でも幅４Ｂ３と同じ大きさであってもよい。
【０１０４】
代替の実施形態によると、幅４Ｂ４は幅４Ｂ３よりも小さく、またはさらには幅４Ｂ２よりも小さく、磁気コア２００Ｃに少なくとも１つの大きな「間隙」を形成してもよい。領域２４６Ｃの代わりに、２つ以上の領域２４６Ｃが設けられてもよいことに留意すべきである。さらに、領域２４２Ｃおよび／または２４４Ｃの数は図２Ｃに示されるそれぞれの数とは異なってもよく、２つ以上の領域２４２Ｃおよび／または２つ以上の領域２４４Ｃおよび対応する数の領域２２０Ｃが設けられてもよいことに留意すべきである。
【０１０５】
図２Ｃに示される実施形態は、コア内の力線の最適な案内も示すことに留意すべきである。対応する説明も最大限ここに適用される。
【０１０６】
例示的な実施形態によると、磁気コア２００Ｃは、磁気コア２００Ｃのエッジ２１０Ｃに向かって幅が減少する領域２４０Ｃを有する。
【０１０７】
例示的な実施形態によると、領域２２０Ｃは高いキューリー温度を有する材料からなる。「高いキューリー温度」という用語は、１００℃よりも高いキューリー温度を示すと理解される。
【０１０８】
例示的な実施形態によると、領域２４０Ｃは低いキューリー温度を有するフェライト材料からなる。「低いキューリー温度」という用語は、１００℃以下のキューリー温度を示すと理解される。
【０１０９】
図２Ｃに示される磁気コア２００Ｃは、同じ幅４Ｂ４を有する領域２２０Ｃ、同じ幅４Ｂ２を有する領域２４４Ｃ、および同じ幅４Ｂ１を有する領域２４２Ｃを示すが、本開示はそれによって限定されない。代替的に、たとえば領域２２０Ｃがエッジに向かって小さくまたは大きくなる、異なる領域２２０Ｃが異なる幅を有し得る実施形態も考えられる。付加的にまたは代替的に、異なる領域２４４Ｃは異なる幅を有してもよい。付加的にまたは代替的に、異なる領域２４２Ｃは異なる幅を有してもよい。例示的な実施形態によると、少なくとも２つの異なる幅の各々は、少なくとも１％または少なくとも５％または少なくとも１０％または少なくとも２５％または少なくとも５０％異なってもよい。
【０１１０】
他の例示的な実施形態によると、領域２４０Ｃの幅は、磁気コア２００Ｃのエッジ２１０Ｃまでの距離に依存する幅を有してもよい。２つの領域２４０Ｃについて、第１の領域はたとえば、磁気コア２００Ｃのエッジ２１０Ｃまでの第１の距離および第１の幅を有してもよく、第２の領域は、磁気コア２００Ｃのエッジ２１０Ｃまでの第２の距離および第２の幅を有してもよく、第１の距離が第２の距離よりも小さい場合は第１の幅は第２の幅よりも小さく、第１の距離が第２の距離よりも大きい場合は第１の幅は第２の幅よりも大きい。
【０１１１】
図２Ｄは、磁気コア２００Ｄの縦方向または延長方向に沿った磁気コア２００Ｄの断面図を示す。磁気コア２００Ｄは、領域２２０Ｄおよび領域２４０Ｄを有する。この点で、対応する領域２２０Ａ、２２０Ｂ、２２０Ｃ、２４０Ａ、２４０Ｂ、２４０Ｃに関して図２Ａから図２Ｃの実施形態が参照される。
【０１１２】
例示的な実施形態によると、領域２２０Ｄは高いキューリー温度を有するフェライト材料からなる。「高いキューリー温度」という用語は、１００℃よりも高いキューリー温度を示す。
【０１１３】
例示的な実施形態によると、領域２４０Ｄは低いキューリー温度を有するフェライト材料からなる。「低いキューリー温度」という用語は、１００℃以下のキューリー温度を示す。代替の実施形態によると、領域２４０Ｄは酸化物セラミック材料を含む。さらなる代替の実施形態によると、領域２４０Ｄはナノスケール粒子を含み、超常磁性挙動を示す。
【０１１４】
これは、本開示のいずれの限定も表わすものではない。代替の実施形態によると、領域２２０Ｄおよび２４０Ｄは、それらの磁気特性に関しておよび／またはそれらの熱特性に関しておよび／またはそれらの電気特性に関して異なる材料からなってもよい。磁気特性は、インダクタンス、透磁率、磁気抵抗、コア損失、飽和磁束密度等を含んでもよい。
【０１１５】
磁気コア２００Ｄはさらに、エッジ側表面２１０Ｄを有する。エッジ側表面２１０Ｄは、磁界が存在する場合は磁気的に軟質のコアの動的ポールを形成し、一方側でのみ領域２４０Ｃの１つと対応して接触する領域２２０Ｄの表面を表わす。以下、エッジ側表面２１０Ｄを「エッジ」と称する。エッジ２１０Ｄまでの領域の距離とは、上記領域からの最小距離を有するエッジ２１０Ｄまでの距離と理解される。以下、領域は、距離および／または配置に関して領域から小さい方の距離を有するエッジ２１０Ｄに関連する。上述の検討に対応した基準点が領域毎に規定されるため、エッジまでの領域の距離を測定することができる。
【０１１６】
磁気コア２００Ｄは３つの区分に分割される。２つの区分Ｒ１およびＲ２は、各々が１つのエッジ２１０Ｄを含む部分を示す。区分Ｍは、区分Ｍの一端の各々が区分Ｒ１およびＲ２の一方と接触するように、２つの区分Ｒ１とＲ２との間に配置される。区分Ｒ２は、図２Ｄに示されるように、体積Ｖ１、Ｖ３およびＶ５を有する領域２２０Ｄを含む。例示的な実施形態によると、体積Ｖ１およびＶ３は等しく、体積Ｖ５はＶ１またはＶ３よりも大きい。
【０１１７】
これは本開示の限定ではないことに留意すべきである。代替の実施形態によると、異なる寸法の体積Ｖ１およびＶ３も考えることができ、たとえば体積Ｖ３は体積Ｖ１よりも大きく、体積Ｖ３は体積Ｖ５よりも小さくてもよい。
【０１１８】
区分Ｒ２内の領域２４０Ｄは、同じ寸法の体積Ｖ２、Ｖ４およびＶ６を有する。これは本開示の限定ではないことに留意すべきである。体積Ｖ２、Ｖ４およびＶ６が異なる寸法を有する代替の実施形態も考えることができ、たとえばＶ２はＶ４よりも小さく、Ｖ４はＶ６よりも小さくてもよい。
【０１１９】
Ｒ１は、区分Ｒ２に対応する構成を有してもよい。
区分Ｍは、体積Ｖ７、Ｖ９、Ｖ１１およびＶ１３を有する領域２１０Ｄを有する。ここで、体積Ｖ９およびＶ１１は体積Ｖ７およびＶ１３よりも大きい。例示的な実施形態によると、体積Ｖ１３およびＶ７、または体積Ｖ１１およびＶ９は同じ寸法を有する。代替の実施形態によると、体積Ｖ７およびＶ１３、またはＶ９およびＶ１１は異なる寸法を有してもよい。
【０１２０】
代替の実施形態によると、体積Ｖ９およびＶ１１は最大でも体積Ｖ１０と同じ大きさであってもよい。
【０１２１】
区分Ｍの領域２４０Ｄは、体積Ｖ８、Ｖ１０およびＶ１２を有する。例示的な実施形態によると、体積Ｖ１０は体積Ｖ８およびＶ１２よりも大きい。他の例示的な実施形態によると、体積Ｖ８およびＶ１２は同じ寸法を有してもよい。代替的に、体積Ｖ８およびＶ１２は異なる寸法を有してもよい。
【０１２２】
図２Ｄに示される磁気コア２００Ｄは、例示的な実施形態によると、その体積のすべてが領域２２０Ｄの最大体積よりも小さくてもよい領域２４０Ｄを有する。領域２４０Ｄの各々の体積、および対応するサイズは、最少の直接隣接する領域２２０Ｄの体積、およびしたがってサイズ以下であってもよく、たとえば、Ｖ２はＶ１、Ｖ３よりも小さく、Ｖ４はＶ５よりも小さいＶ３以下であり、Ｖ６はＶ５、Ｖ７よりも小さく、Ｖ８はＶ９よりも小さいＶ７以下であり、Ｖ１０はＶ９、Ｖ１１よりも小さく、Ｖ１２はＶ１１よりも小さいＶ１３以下である、等である。
【０１２３】
具体的な例示的な実施形態によると、コア２００Ｄは、体積Ｖ１０、Ｖ８、Ｖ６、Ｖ４、Ｖ２がコア２００Ｄの縦方向または延長方向に沿ってエッジ２１０Ｄに向かって減少するように構成される。減少は、コア２００Ｄに対する要件に従って規定され得ることに留意すべきである。たとえば、エッジに向かう体積の減少と、コア２００Ｄの重心からの距離の増加、またはエッジ２１０Ｄに向かう距離の減少との直線関係が求められてもよい。代替的に、コアの縦方向に沿って連鎖が単調に降下するまたは厳密に単調に降下する挙動をパラメータ化するように、異なる関数の連鎖で形成される対数関係、指数関係、または任意の他の適切な関係が提供されてもよい。当業者は、適切な関係を選択することは、製造時のコアの性能要件および所望の特性に依存し得ることを認識するであろう。たとえば、コア内の力線の所望の経路に基づいて、適切な関数が数値法によって求められてもよい。コアの残りの半分は、対称なコア構成がもたらされるように対応して構成されてもよい。しかし、これはいずれの限定も示すものではないため、非対称のコア構成も考えられる。
【０１２４】
図２Ｄに示される実施形態は、コア内の力線の最適な案内も含むことに留意すべきである。対応する説明も最大限この点で適用される。
【０１２５】
図２Ｄを参照して、領域寸法は体積と相関付けられている。これは、いずれの限定も課すものではない。他の実施形態によると、図２Ｄの説明において、「体積」という用語は「幅」で置き換えられてもよく、その意味は領域の幅と理解される。
【０１２６】
図１および図２Ａから図２Ｄを参照して、２つのフェライト材料が異なるキューリー温度を有する実施形態を説明した。これは、本開示にいずれの限定も課すものではない。これらの図に関して説明した実施形態は、低いキューリー温度を有するフェライト材料が低い透磁率および／または低い飽和磁束密度で置き換えられ、高いキューリー温度を有するフェライト材料が高い透磁率および／または高い飽和磁束密度で置き換えられる状況に限定なしで転換することができる。対応する置き換えから対応する説明が直接得られる。
【０１２７】
図２Ａから図２Ｄを参照して、磁気特性が異なる２つのフェライト材料が磁気コアを形成する実施形態を説明した。これは、本開示のいずれの限定も示すものではない。図２Ａから図２Ｄを参照して説明した概念および例示は、磁気特性が異なる３つ以上のフェライト材料を有する場合に限定なしで転換することができる。図１の説明における対応する例示が参照される。
【０１２８】
図２Ａに関して、加圧された一片同士が互いに接続される、２つのフェライト材料を接続する技術を説明したが、この技術は図２Ａから図２Ｄに関して説明した実施形態を提供するのにも適用可能であることに留意すべきである。
【０１２９】
次に図３を参照する。図３は、磁気コアの領域全体にわたる、第１の磁気特性を有する第１のフェライト材料の割合と、第１の磁気特性とは異なる第２の磁気特性を有する第２のフェライト材料の割合との関係を示す。グラフ３００の横軸３１０は、磁気コアの縦方向または延長方向に沿ったゼロになることのない成分を含む磁気コアに沿った方向を表わす。グラフ３００の縦軸３２０は、重量または物質量割合を表わす。縦軸３２０は、縦軸３２０上の点３２４が１００％または１の質量または物質量割合に対応するように標準化された単位を有してもよい。縦軸３２０上の点３２９は、パーセントで測定した場合、９５％よりも多いまたは９０％よりも多い（または０．９５よりも多いもしくは０．９０よりも多い）質量または物質量割合に対応してもよい。縦軸３２０上の点３２８は、パーセント単位で、３０％（もしくは０．３０）未満または１０％（もしくは０．１０）未満または５％（もしくは０．０５）未満または１％（もしくは０．０１）未満の質量または物質量割合に対応してもよい。この文脈において、グラフ３００は概略的に過ぎず、領域の項境界を示す役割を果たしていることに留意すべきである。
【０１３０】
グラフ３００の曲線３４０は、第１のフェライト材料の質量または物質量割合を表わす。グラフ３００の曲線３６０は、領域全体の磁気コアに沿った上述の方向における第２のフェライト材料の質量または物質量割合を表わす。
【０１３１】
図３に示されるグラフ３００からわかるように、第２のフェライト材料の曲線３６０は、曲線３４０が厳密に単調に上昇する区間において、厳密に単調に下降する。つまり、磁気コアに沿った方向におけるこの区間において、第２のフェライト材料の物質量割合または質量分率の減少は、第１のフェライト材料の物質量割合または質量分率の同時の増加を伴って行なわれる。曲線３４０と３６０とはこの区間において一点で交差するため、両フェライト材料はこの点で同一の質量または物質量割合を有する。図３からわかるように、２つの交差点同士の間のフェライト材料の質量または物質量割合は、他方のフェライト材料の質量または物質量割合よりも常に高い。したがって、これらの領域は、この領域において、一定の磁気特性を有するフェライト材料が主に存在すると理解することができ、磁気特性が異なる他方のフェライト材料は、この領域内への減少する質量または物質量割合を示す。このため、第１のフェライト材料は第２のフェライト材料の質量または物質量割合よりも高い質量または物質量割合をこの領域において有する（曲線３４０は曲線３６０上の点３１４と３１６との間に延在する）ため、第１のフェライト材料で形成される領域が２つの交差点３１４と３１６との間に規定される。第１のフェライト材料の領域には、ある割合の第２のフェライト材料も存在するため、領域同士は実際には互いに完全に厳密には分離していない（これは、たとえばいわゆるヘビサイド関数などの階段状経路に対応する）。しかし、本発明の実施形態は、境界領域が境界線（たとえば図３の３１４上の破線）の周りの狭い区間（たとえば図３の３１８〜３１９）に対応する、比較的厳密に分離された領域を示す。境界領域は、本開示に関連して、フェライト材料の質量分率がたとえば点３２９に対応する縦軸上の値から、たとえば点３２８に対応する縦軸上の別の値に減少する領域と規定される。これによって、点３１８および３１９によって限定される横軸３１０上の点３１４の周りの区間、およびしたがって２つの領域同士の間の境界領域がもたらされる。
【０１３２】
本発明の枠内で、図３に示される概念に対応して規定される境界領域は狭いか鋭利であること、または２つの領域は互いに良好に分離されることがわかった。
【０１３３】
例示的な実施形態によると、２つの領域同士または狭いか鋭利な境界領域同士の良好な分離は、加圧前に遊離バルクが既に良好に分離されていることを保証することによって達成される。これはたとえば、供給シューをレベリングすることによって達成され得る。さらに、相互拡散が好ましくは低く維持される場合、温度処理時にも良好な分離が維持される。これは、具体的な実施形態によると、異なる材料の異なる材料組成をできる限り狭く選択することによって達成される。さらに、事前アニールまたは焼結または反応された粉末の使用は、異なる材料のさらなる局所的な「事前固定」をさらに含んでもよい。
【０１３４】
したがって、実施形態によると、フェライト材料の質量分率または物質量割合が９０質量もしくは物質量パーセンテージよりも高く、または９５質量もしくは物質量パーセンテージよりも高くから、３０質量もしくは物質量パーセンテージ未満、または１０質量もしくは物質量パーセンテージ未満、または５質量もしくは物質量パーセンテージ未満、または１質量もしくは物質量パーセンテージ未満に減少するフェライト材料を含む領域の全体積に対する、上記領域の分体積の割合は、３０％未満または１０％未満または５％未満または１％未満であることが示された。「狭い」、「鋭利な」、「良好な分離」という用語は、上記の説明に対応して理解される。
【０１３５】
本発明は、先行技術によって提供されるよりも精密に互いに分離される磁気特性が異なるフェライト材料の領域を磁気コアに提供する。本発明に従って磁気特性が異なるフェライト材料の領域を含む鋭利なまたは明確な分離によって、正確に規定されたまたは与えられた磁気特性および／または熱特性および／または電気特性および／または機械特性を有する磁気コアが提供される。
【０１３６】
図４Ａおよび図４Ｂを参照して、複数部分コア構成の例示的な実施形態を説明する。図４Ａは、本発明に対応して設計されたバー型コア４１０Ａを従来のＣまたはＵ型コア４２０Ａと組合せた２部分のコア構成を示す。巻線４４０Ａが、磁気コア４１０Ａ上に配置される。巻線４４０Ａは、対応する巻線終端に接続され得るワイヤ端４４２Ａまたは４４４ａを有する。巻線４４０Ａは、巻線４４０Ａの体積の重心がコア４１０Ａの体積の重心と実質的に一致するように、コア４１０Ａ上に設けられる。ここでは本質的に、巻線４４０Ａの体積の重心が、コア４１０Ａの体積の重心が配置されるフェライト材料の領域と同じフェライト材料のコア４１０Ａの領域上に配置されることを意味する。例示的な実施形態によると、上記領域は、高いキューリー温度を有するフェライト材料を含んでもよい。代替の実施形態によると、上記領域は、低いキューリー温度を有するフェライト材料を含んでもよい。ここで、高い／低いキューリー温度とは、上記の説明に対応すると理解される。さらに、コア４１０Ａと平行に方向付けられるＣまたはＵコア４２０Ａの脚部上に巻線４６０Ａが設けられ、上記巻線は２つのワイヤ端４２６Ａおよび４６４Ａを有する。ワイヤ端４６２Ａおよび４６４Ａは、対応するワイヤ終端に接続されてもよい。
【０１３７】
図４Ｂは、本開示に対応して具体化される２つのバー型コア４１０Ｂおよび４１５Ｂが設けられる複数部分コア構成のさらなる実施形態を示す。本発明に係るバー型コアの可能な実施形態は、図２Ａから図２Ｄを参照して説明した。上述のような本発明に対応する磁気コアは、磁気構成４００Ｂにおける対応する磁気コア４１０Ｂおよび４１５Ｂとして設けられてもよいことに留意すべきである。磁気コア４１０Ｂ、４１５Ｂは、ヨーク４２０Ｄによって接続されてもよい。しかし、これは本開示に対していずれの限定も課すものではない。代替の実施形態によると、ヨークは除去されてもよい。コア４１０Ｂおよび４１５Ｂの上に、巻線４４０Ｂおよび４６０Ｂがそれぞれ設けられる。巻線４４０Ｂおよび４６０Ｂは、対応するワイヤ終端に接続され得るワイヤ端４４２Ｂおよび４６２Ｂを有する。
【０１３８】
図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明した構成は、本開示に対していずれの限定も課すものではなく、任意の数の従来の磁気コアと組合された任意の特性のさまざまな数のフェライト材料のさまざまな数の磁気コアを有する構成が考えられる。さらに、コアの形状は限定的ではなく、Ｅ、Ｕ、Ｉ型コアならびに異なる形状のコア（図１参照）およびそれらの組合せに基づく構成が実現されてもよい。
【０１３９】
当業者は、たとえば図２および図４に示される磁気コアのエッジが好ましくは軸方向におけるコアの境界を意味することを認識するであろう。特に、「エッジ」および「境界」という用語は、具体的な用途において磁気コアのポール面を提供する磁気コアの表面を意味する。
【０１４０】
当業者は、本開示の枠内の磁性材料は主に磁気的に軟質の材料、特にフェライト磁性材料を意味することを認識するであろう。最も頻繁に使用される強磁性材料のグループは、二価金属イオンが、密集した球内に存在する酸素原子によって互いに分離される２つの格子（サブ格子とも称される）を形成するフェライトである（フェライトのスピネル構造）。
【０１４１】
本開示の範囲内で、以下の実施形態が明示的に開示される。
実施形態１：
磁気コアを製造する方法であって、
磁気特性が異なる少なくとも第１の材料および第２の材料を提供するステップであって、前記第１の材料は第１のフェライト材料を含み、前記第２の材料は第２のフェライト材料および／または酸化物セラミック材料を含むステップと、
前記磁気コアに対応する鋳型を充填し、前記第１および前記第２の材料の各々の少なくとも一方の領域を交互に含む材料体積を前記鋳型の内部に形成するステップと、
前記鋳型の内部の前記少なくとも２つの材料を圧力に晒すステップとを含む、方法。
【０１４２】
実施形態２：
続いて熱に晒す付加的なステップをさらに備える、実施形態１に記載の方法。
【０１４３】
実施形態３：
前記少なくとも２つの材料が異なる透磁率および／または異なるキューリー温度および／または異なる熱伝導率および／または異なる熱拡散率および／または異なる導電率および／または異なる飽和磁束密度を有するように前記少なくとも２つの材料を選択するステップをさらに備える、実施形態１または２に記載の方法。
【０１４４】
実施形態４：
圧力に晒す前に、添加物を添加することによって、前記第１の材料および／または前記第２の材料の磁気および／または機械および／または熱および／電気特性を調整するステップをさらに含み、前記添加物はＴｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｋ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｗ、およびＢｉ、これらの元素のうちの１つの酸化物、および／またはこれらの元素の１つの炭酸塩、および／またはこれらの元素の任意の化合物からなるグループの少なくとも１つを含む、実施形態１〜３のうちの１つに記載の方法。
【０１４５】
実施形態５：
前記鋳型を充填する前に前記少なくとも２つの材料を事前焼結するステップをさらに含み、前記少なくとも２つの材料の各々は粉末として提供される、実施形態１〜４のうちの１つに記載の方法。
【０１４６】
実施形態６：
前記鋳型の内部の前記材料体積は、圧力に晒されることによって、前記材料体積の９０％未満または５０％未満に、または前記材料体積の最大でも１０％に減少する、実施形態１〜５のうちの１つに記載の方法。
【０１４７】
実施形態７：
前記圧力に晒すステップはＣＮＣ制御油圧プレスによって達成される、実施形態１〜６のうちの１つに記載の方法。
【０１４８】
実施形態８：
磁気コアを製造する方法であって、
磁気特性が異なる少なくとも第１の材料および第２の材料を提供するステップであって、前記第１の材料は第１のフェライト材料を含み、前記第２の材料は第２のフェライト材料および／または酸化物セラミック材料を含むステップと、
提供された前記第１の材料の少なくとも一部を加圧することによって、少なくとも第１の材料体積部分を形成するステップと、
提供された前記第２の材料の少なくとも一部を加圧することによって、少なくとも第２の材料体積部分を形成するステップと、
前記第１の材料体積部分および／または前記第２の材料体積部分の少なくとも１つの露出面上に液体を塗布して液体膜を形成するステップと、
別の材料体積部分の前記液体膜上に直接的に材料体積部分を配置するステップとを含む、方法。
【０１４９】
実施形態９：
前記液体は、ポリエチレングリコールまたはポリビニルアルコールまたはアクリレートまたはそれらの混合物の水溶液またはアルコール溶液である、実施形態８に記載の方法。
【０１５０】
実施形態１０：
前記材料体積部分を配置するステップは、配置する作業の間に前記材料体積部分の回転を行うステップを含む、実施形態８または９に記載の方法。
【０１５１】
実施形態１１：
配置された前記材料体積部分を焼結するステップをさらに備える、実施形態８〜１０のうちの１つに記載の方法。
【０１５２】
実施形態１２：
磁気コアであって、
互いに接続され、前記磁気コアの縦方向に沿って交互に配置される少なくとも２つの領域と、
互いに異なり、異なる透磁率を有する少なくとも第１の材料および第２の材料とを含み、
前記領域の各々は、前記少なくとも１つの第１および第２の材料の一方を含み、
前記第１の材料は第１のフェライト材料を含み、前記第２の材料は第２のフェライト材料および／または酸化物セラミック材料を含むか、または前記第２の材料は超常磁性材料を含む、磁気コア。
【０１５３】
実施形態１３：
少なくとも１つの領域は、前記磁気コアの完全な断面にわたって延在する層として具体化される、実施形態１２に記載の磁気コア。
【０１５４】
実施形態１４：
前記第２の材料の比透磁率は１０未満であり、前記第１の材料は比透磁率は１０よりも高い、実施形態１２または１３に記載の磁気コア。
【０１５５】
実施形態１５：
前記第２の材料の透磁率は３未満である、実施形態１４に記載の磁気コア。
【０１５６】
実施形態１６：
前記少なくとも２つの材料の線膨張係数は、１０％未満または５％未満または１％未満または０．５％未満だけ互いに異なる、実施形態１２〜１５のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１５７】
実施形態１７：
前記第１のフェライト材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｋ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｗ、およびＢｉ、これらの元素のうちの１つの酸化物、および／またはこれらの元素の１つの炭酸塩、および／またはこれらの元素の任意の化合物からなるグループの少なくとも１つを含む添加物を含む、実施形態１２〜１６のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１５８】
実施形態１８：
前記第２の材料は超常磁性挙動を有する、実施形態１２〜１７のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１５９】
実施形態１９：
前記第２の材料は、５ｎｍから５０ｎｍの範囲内の最大寸法を有するナノスケール粒子の複合材料である、実施形態１８に記載の磁気コア。
【０１６０】
実施形態２０：
前記ナノスケール粒子はフェライト材料または金属材料を含む、実施形態１９に記載の磁気コア。
【０１６１】
実施形態２１：
前記第２の材料は比透磁率μｒを有し、１＜μｒ＜３、または１＜μｒ＜２、または１＜μｒ＜１．６、または１＜μｒ＜１．３である、実施形態１８〜２０のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１６２】
実施形態２２：
前記第２の材料は前記第２のフェライト材料を含み、前記第１および第２のフェライト材料は異なるキューリー温度および／または異なる飽和磁束密度を有する、実施形態１２〜１８のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１６３】
実施形態２３：
前記第１のフェライト材料および前記第２のフェライト材料は、異なる物質量割合のＺｎおよび／またはＣｕを含む、実施形態２２に記載の磁気コア。
【０１６４】
実施形態２４：
前記第１のフェライト材料または前記第２のフェライト材料は、０モル％〜６０モル％の範囲内のＺｎＯ、および／または２０モル％〜８０モル％の範囲内のＦｅ２Ｏ３、および／または５モル％〜６０モル％の範囲内のＭｎＯまたはＮｉＯの物質量割合を有する、実施形態２２または２３に記載の磁気コア。
【０１６５】
実施形態２５：
前記第２のフェライト材料は、＜０℃、または０℃〜１００℃、または０℃〜５０℃、または１５℃〜３５℃の範囲内のキューリー温度を有し、前記第１のフェライト材料は、１００℃〜７００℃、または１００℃〜５００℃、または２００℃〜３５０℃の範囲内のキューリー温度を有する、実施形態２２〜２４のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１６６】
実施形態２６：
前記第２の材料を有する少なくとも１つの領域は、前記第１の材料を有する直接隣接する領域のうちの最小領域と最大でも同じ大きさである、実施形態１２〜２５のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１６７】
実施形態２７：
前記第２の材料を有する領域は、前記コアの縦方向において前記磁気コアの中心から前記磁気コアのエッジに向かって小さくなる、実施形態１２〜２６のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１６８】
実施形態２８：
前記第２の材料を有する少なくとも１つの領域は、前記第１の材料を有する最小領域と最大でも同じ大きさである、実施形態１２〜２７のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１６９】
実施形態２９：
９０質量％よりも高いまたは９５質量％よりも高いフェライト材料の質量パーセンテージが、３０質量％未満または１０質量％未満または５質量％未満または１質量％未満に減少する前記フェライト材料を含む領域の全体積に対する、前記領域の分体積の割合は、３０％未満または１０％未満または５％未満または１％未満である、実施形態１２〜２８のうちの１つに記載の磁気コア。
【０１７０】
実施形態３０：
複数部分コア構成であって、
実施形態１２から２９のうちの１つに記載の少なくとも１つの磁気コアと、前記少なくとも１つの磁気コアの上に設けられる少なくとも１つの巻線とを備える、コア構成。
【０１７１】
要約すると、磁気コアおよびその生産方法が提供され、磁気コアは磁気特性が異なる少なくとも２つの材料を含み、前記材料はフェライト材料、酸化物セラミック材料、および超常磁性材料から選択され、個々の領域において磁気コアに沿って交互に形成される。
【図１】
2016502765.tif 000003
【図２ａ】
2016502765.tif 000004
【図２ｂ】
2016502765.tif 000005
【図２ｃ】
2016502765.tif 000006
【図２ｄ】
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【図３】
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【図４ａ】
2016502765.tif 000009
【図４ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年7月30日(2015.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的に軟質のコアであって、
互いに接続され、前記磁気的に軟質のコアの縦方向に沿って交互に配置される少なくとも３つの領域と、
互いに異なり、異なる透磁率を有する少なくとも第１の材料および第２の材料とを備え、前記第１の材料の透磁率は前記第２の材料の透磁率よりも高く、前記縦方向に沿って、前記第２の材料の各領域は前記第１の材料の領域によって囲まれており、
前記第１の材料は第１のフェライトスピネル材料を含み、前記第２の材料は第２のフェライトスピネル材料および酸化物セラミック材料の少なくとも一方を含むか、または前記第２の材料は超常磁性材料を含み、
前記少なくとも３つの領域は、前記磁気的に軟質のコアの完全な断面にわたって延在する層として具体化される、磁気的に軟質のコア。
【請求項２】
前記第２の材料の比透磁率は１０未満であり、前記第１の材料の比透磁率は１０よりも高い、請求項１に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項３】
前記第２の材料の比透磁率は３未満である、請求項２に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項４】
前記少なくとも２つの材料の線膨張係数は、１０％未満または５％未満または１％未満または０．５％未満だけ互いに異なる、請求項１〜３のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項５】
前記第１のフェライトスピネル材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｋ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｗ、およびＢｉ、これらの元素のうちの１つの酸化物、および／またはこれらの元素の１つの炭酸塩、および／またはこれらの元素の任意の化合物からなるグループの少なくとも１つを含む添加物を含む、請求項１〜４のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項６】
前記第２の材料は超常磁性挙動を有する、請求項１〜５のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項７】
前記第２の材料は、５ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内の最大寸法を有するナノスケール粒子の複合材料である、請求項６に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項８】
前記ナノスケール粒子はフェライトスピネル材料または金属材料を含む、請求項７に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項９】
前記第２の材料は比透磁率μｒを有し、１＜μｒ＜３、または１＜μｒ＜２、または１＜μｒ＜１．６、または１＜μｒ＜１．３である、請求項１〜８のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項１０】
前記第２の材料は前記第２のフェライトスピネル材料を含み、前記第１および第２のフェライトスピネル材料は異なるキューリー温度および／または異なる飽和磁束密度を有する、請求項１〜６のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項１１】
前記第１のフェライトスピネル材料および前記第２のフェライトスピネル材料は、異なる物質量割合のＺｎおよび／またはＣｕを含む、請求項１０に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項１２】
前記第１のフェライトスピネル材料および前記第２のフェライトスピネル材料の一方は、０モル％〜６０モル％の範囲内のＺｎＯ、および／または２０モル％〜８０モル％の範囲内のＦｅ２Ｏ３、および／または５モル％〜６０モル％の範囲内のＭｎＯもしくはＮｉＯの物質量割合を有する、請求項１０または１１に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項１３】
前記第２のフェライトスピネル材料は、＜０℃、または０℃〜１００℃、または０℃〜５０℃、または１５℃〜３５℃の範囲内のキューリー温度を有し、前記第１のフェライトスピネル材料は、１００℃〜７００℃、または１００℃〜５００℃、または２００℃〜３５０℃の範囲内のキューリー温度を有する、請求項１０〜１２のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項１４】
前記第２の材料の少なくとも１つの領域は、前記第１の材料の直接隣接する領域のうちの最小領域と最大でも同じ大きさである、請求項１〜１３のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項１５】
前記第２の材料の領域は、前記磁気的に軟質のコアの前記縦方向において前記磁気的に軟質のコアの中心から前記磁気的に軟質のコアのエッジに向かって小さくなる、請求項１〜１４のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項１６】
前記第２の材料の少なくとも１つの領域は、前記第１の材料の最小領域と最大でも同じ大きさである、請求項１〜１５のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項１７】
９０質量％よりも高いまたは９５質量％よりも高いフェライトスピネル材料の質量パーセンテージが、３０質量％未満または１０質量％未満または５質量％未満または１質量％未満に減少する前記フェライトスピネル材料を含む領域の全体積に対する、前記領域の分体積の割合は、３０％未満または１０％未満または５％未満または１％未満である、請求項１〜１６のうちの一項に記載の磁気的に軟質のコア。
【請求項１８】
複数部分コア構成であって、
請求項１〜１７のうちの一項に記載の少なくとも１つの磁気的に軟質のコアと、
前記少なくとも１つの磁気的に軟質のコアの上に設けられる少なくとも１つの巻線とを備える、コア構成。
【国際調査報告】
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2016502765.tif 000012
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