JP2008098289A - Powder magnetic core and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】圧粉磁心のヒステリシス損失と渦電流損失を低減し高い磁束密度を得る。
【解決手段】本圧粉磁心としてのステータコア20は、複合粉末22を圧縮成形した後、熱処理としての焼結処理してなる。複合粉末22は、軟質の鉄を主成分とする粉末25と、この粉末25の粒子25aの表面25bを被覆した金属層26と、この金属層26の表面26bを被覆した絶縁層27とを含む。絶縁層27は、ガラスおよび金属酸化物の少なくとも一方を含む。金属層26は、硬質ではあるが高透磁率の鉄合金を含む。これにより、圧粉磁心全体としてのヒステリシス損失をより一層低減できる。高透磁率の鉄合金が硬質であっても、相対的に軟質の鉄により、複合粉末22が全体として変形し易くなるので、圧縮成形の圧縮密度を高くでき、圧粉磁心全体として高い磁束密度を達成できる。圧粉磁心の内部は絶縁層27により細かく絶縁されているので、渦電流損失を抑制できる。
【選択図】図2A high magnetic flux density is obtained by reducing hysteresis loss and eddy current loss of a dust core.
A stator core 20 as a dust core is formed by compression molding a composite powder 22 and then sintering as a heat treatment. The composite powder 22 includes a powder 25 mainly composed of soft iron, a metal layer 26 covering the surface 25b of the particles 25a of the powder 25, and an insulating layer 27 covering the surface 26b of the metal layer 26. . The insulating layer 27 includes at least one of glass and metal oxide. The metal layer 26 includes a hard but high-permeability iron alloy. Thereby, the hysteresis loss as the whole powder magnetic core can be further reduced. Even if the high permeability iron alloy is hard, the composite powder 22 is easily deformed as a whole by the relatively soft iron, so that the compression density of the compression molding can be increased, and the powder core has a high magnetic flux density as a whole. Can be achieved. Since the inside of the dust core is finely insulated by the insulating layer 27, eddy current loss can be suppressed.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、圧粉磁心およびこれの製造方法に関する。 The present invention relates to a dust core and a method for manufacturing the same.
圧粉磁心は、例えばモータ、トランス等の電磁気作用を利用した製品に利用されている。圧粉磁心の製造方法として、磁性粉を成形することにより磁心を得る技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1では、上述の磁性粉として、絶縁被膜で被覆された鉄からなる金属粒子を用いて磁心を成形している。または、磁性粉として、絶縁被膜で被覆された鉄合金からなる金属粒子を用いている。
ところで、圧粉磁心は、交番磁界中に設置されるため、その周波数に応じて損失が生じる。この損失には、周波数の一次に比例するヒステリシス損失と、周波数の二次に比例する渦電流損失との2つがあり、いずれも低減することが要望されている。
また、ヒステリシス損失を低減する方法として、高透磁率合金を利用することが考えられている。しかし、高透磁率合金は硬いので、高透磁率合金の粉末を圧縮成形して得られる成形品の密度が低くなる結果、高い磁束密度を得られない。
By the way, since a dust core is installed in an alternating magnetic field, loss occurs according to its frequency. There are two types of loss, hysteresis loss proportional to the first order of frequency and eddy current loss proportional to the second order of frequency, and it is desired to reduce both.
Further, as a method for reducing hysteresis loss, it is considered to use a high permeability alloy. However, since the high magnetic permeability alloy is hard, the density of a molded product obtained by compression molding the powder of the high magnetic permeability alloy is lowered, so that a high magnetic flux density cannot be obtained.
そこで、本発明の目的は、ヒステリシス損失および渦電流損失を低減でき、高い磁束密度を得ることができる圧粉磁心およびこれの製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a dust core capable of reducing hysteresis loss and eddy current loss and obtaining a high magnetic flux density, and a method of manufacturing the same.
本発明の圧粉磁心(20)は、複合粉末(22)を圧縮成形した後、熱処理してなる圧粉磁心であって、上記複合粉末は、鉄を主成分とする粉末(25)と、この鉄を主成分とする粉末の表面(25b)を被覆した金属層(26)と、この金属層の表面(26b)を被覆した絶縁層(27)とを含み、この絶縁層は、ガラス(27a)および金属酸化物(27b)の少なくとも一方を含むことを特徴とする。本発明によれば、複合粉末が3層構造をなしているので、絶縁層よりも内側の部分に、例えば、金属層として硬質ではあるが高透磁率の鉄合金と、鉄を主成分とする粉末として軟質の鉄とをともに用いることが可能となる。その結果、相対的に高透磁率の鉄合金により、鉄からなる従来の圧粉磁心に比べて、圧粉磁心全体としてのヒステリシス損失をより一層低減できる。しかも、高透磁率の鉄合金が硬質であっても、相対的に軟質の鉄により、複合粉末が全体として変形し易くなるので、圧縮成形の圧縮密度を高くでき、硬質の鉄合金からなる従来の圧粉磁心に比べて、圧粉磁心全体として高い磁束密度を達成できる。さらに、圧粉磁心の内部は絶縁層により細かく絶縁されているので、渦電流損失を抑制できる。 The powder magnetic core (20) of the present invention is a powder magnetic core formed by compressing and molding the composite powder (22), and the composite powder is composed of a powder (25) containing iron as a main component, A metal layer (26) covering the surface (25b) of the iron-based powder, and an insulating layer (27) covering the surface (26b) of the metal layer. 27a) and / or metal oxide (27b). According to the present invention, since the composite powder has a three-layer structure, for example, an iron alloy that is hard as a metal layer but has a high magnetic permeability, and iron as a main component are provided in the inner portion of the insulating layer. Both soft iron and powder can be used. As a result, the hysteresis loss as a whole of the dust core can be further reduced by the iron alloy having a relatively high magnetic permeability as compared with the conventional dust core made of iron. Moreover, even if the high permeability iron alloy is hard, the composite powder is easily deformed as a whole due to relatively soft iron, so that the compression density of compression molding can be increased, and the conventional one made of a hard iron alloy. Compared with the powder magnetic core, a high magnetic flux density can be achieved as a whole of the powder magnetic core. Furthermore, since the inside of the dust core is finely insulated by the insulating layer, eddy current loss can be suppressed.
また、本発明において、上記金属層は、鉄合金を形成可能な鉄以外の金属(26c)の少なくとも一つを含む場合がある。この場合、熱処理するときに、例えば鉄以外の上述の金属が、鉄を主成分とする粉末に拡散して、ヒステリシス損失が少ない鉄合金が拡がるので、ヒステリシス損失をより一層低減することができる。なお、金属層は、鉄合金であってもよいし、鉄合金の成分金属であって鉄以外の金属であってもよい。 In the present invention, the metal layer may contain at least one of metals (26c) other than iron capable of forming an iron alloy. In this case, when the heat treatment is performed, for example, the above-described metal other than iron diffuses into the powder containing iron as a main component, and the iron alloy having a small hysteresis loss spreads, so that the hysteresis loss can be further reduced. The metal layer may be an iron alloy, or may be a metal other than iron that is a component metal of the iron alloy.
また、本発明の圧粉磁心は、複合粉末を圧縮成形した後、熱処理してなる圧粉磁心であって、上記複合粉末は、合金粉末(28)と、この合金粉末の表面(28b)を被覆した鉄を主成分とする層(29)と、この鉄を主成分とする層の表面(29b)を被覆した絶縁層とを含み、この絶縁層は、ガラスおよび金属酸化物の少なくとも一方を含むことを特徴としてもよい。本発明によれば、複合粉末が3層構造をなしているので、絶縁層よりも内側の部分に、例えば、合金粉末として硬質ではあるが高透磁率の鉄合金と、鉄を主成分とする層として軟質の鉄とをともに用いることが可能となる。その結果、相対的に高透磁率の鉄合金により、鉄からなる従来の圧粉磁心に比べて、圧粉磁心全体としてのヒステリシス損失をより一層低減できる。しかも、高透磁率の鉄合金が硬質であっても、相対的に軟質の鉄により、複合粉末が全体として変形し易くなるので、圧縮成形の圧縮密度を高くでき、硬質の鉄合金からなる従来の圧粉磁心に比べて、圧粉磁心全体として高い磁束密度を達成できる。さらに、圧粉磁心の内部は絶縁層により細かく絶縁されているので、渦電流損失を抑制できる。 The dust core of the present invention is a dust core formed by compressing and then heat-treating a composite powder. The composite powder comprises an alloy powder (28) and a surface (28b) of the alloy powder. A coated iron-based layer (29) and an insulating layer coated on the surface of the iron-based layer (29b), the insulating layer comprising at least one of glass and metal oxide It may be characterized by including. According to the present invention, since the composite powder has a three-layer structure, for example, an iron alloy that is hard as an alloy powder but has a high magnetic permeability, and iron as a main component are formed in the inner portion of the insulating layer. It is possible to use soft iron together as the layer. As a result, the hysteresis loss as a whole of the dust core can be further reduced by the iron alloy having a relatively high magnetic permeability as compared with the conventional dust core made of iron. Moreover, even if the high permeability iron alloy is hard, the composite powder is easily deformed as a whole due to relatively soft iron, so that the compression density of compression molding can be increased, and the conventional one made of a hard iron alloy. Compared with the powder magnetic core, a high magnetic flux density can be achieved as a whole of the powder magnetic core. Furthermore, since the inside of the dust core is finely insulated by the insulating layer, eddy current loss can be suppressed.
また、上記合金粉末は、鉄合金を含む場合がある。この場合、熱処理するときに、鉄合金の成分金属が、鉄を主成分とする層に拡散して、ヒステリシス損失が少ない鉄合金を含む領域が拡がるので、ヒステリシス損失をより一層低減することができる。
また、本発明の製造方法は、鉄を主成分とする粉末と、この鉄を主成分とする粉末の表面を被覆した金属層と、この金属層の表面を被覆した絶縁層とを含む複合粉末を得る第1の工程と、第1の工程により得られた複合粉末を圧縮成形して圧粉体(23)を得る第2の工程と、圧縮成形された圧粉体を熱処理する第3の工程とを含むことを特徴とする。
The alloy powder may contain an iron alloy. In this case, when the heat treatment is performed, the component metal of the iron alloy diffuses into the layer containing iron as a main component, and the region including the iron alloy with less hysteresis loss is expanded, so that the hysteresis loss can be further reduced. .
Further, the production method of the present invention comprises a composite powder comprising a powder containing iron as a main component, a metal layer covering the surface of the powder containing iron as a main component, and an insulating layer covering the surface of the metal layer. A second step of compressing the composite powder obtained in the first step to obtain a green compact (23), and a third step of heat-treating the compressed green compact And a process.
また、本発明の製造方法は、合金粉末と、この合金粉末の表面を被覆した鉄を主成分とする層と、この鉄を主成分とする層の表面を被覆した絶縁層とを含む複合粉末を得る第1の工程と、第1の工程により得られた複合粉末を圧縮成形して圧粉体を得る第2の工程と、圧縮成形された圧粉体を熱処理する第3の工程とを含むことを特徴としてもよい。これら本発明の製造方法により、上記本発明の圧粉磁心を得ることができる。 Further, the production method of the present invention includes a composite powder comprising an alloy powder, a layer mainly composed of iron covering the surface of the alloy powder, and an insulating layer covering the surface of the layer mainly composed of iron. A first step of obtaining a green compact by compression molding the composite powder obtained in the first step, and a third step of heat-treating the green compact thus obtained. It may be characterized by including. By these production methods of the present invention, the above-described dust core of the present invention can be obtained.
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述の実施形態における対応構成要素の参照符号を示すものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。 In the above description, the alphanumeric characters in parentheses indicate reference numerals of corresponding components in the embodiments described later, but the scope of the claims is not limited by these reference numerals.
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態では、圧粉磁心が電動パワーステアリング装置の操舵補助用電動モータに適用された場合に則して説明する。なお、圧粉磁心を、電動パワーステアリング装置以外の用途の電動モータや、電動モータ以外の電磁機器に適用することもできる。
図1は、本発明の第1の実施形態の圧粉磁心が電動モータに適用された電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式図である。図1を参照して、電動パワーステアリング装置1は、操向輪2を操舵するために操舵部材としてのステアリングホイール3に加えられる操舵トルクを伝達するステアリングシャフト4と、ステアリングシャフト4からの操舵トルクにより操向輪2を操舵するための例えばラックアンドピニオン機構からなる操舵機構5と、ステアリングシャフト4および操舵機構5の間に設けられてこの間において回転を伝達するための軸継手としての中間軸6とを有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a description will be given based on the case where the dust core is applied to a steering assisting electric motor of an electric power steering apparatus. Note that the dust core can also be applied to an electric motor for uses other than the electric power steering device and electromagnetic devices other than the electric motor.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an electric power steering apparatus in which the dust core according to the first embodiment of the present invention is applied to an electric motor. Referring to FIG. 1, an electric
ステアリングシャフト4は、ステアリングコラム7の内部を挿通して、ステアリングコラム7により回転自在に支持されている。ステアリングコラム7はブラケット8を介して車体9に支持されている。ステアリングシャフト4の一方の端部にステアリングホイール3が連結されていて、回転自在に支持されている。ステアリングシャフト4の他方の端部に中間軸6が連結されている。
The
中間軸6は、動力伝達軸10と、中間軸6の一方の端部に設けられた自在継手11と、中間軸6の他方の端部に設けられた自在継手12とを有している。
操舵機構5は、入力軸としてのピニオン軸13と、自動車の横方向(直進方向と直交する方向である。)に延びる転舵軸としてのラックバー14と、ピニオン軸13およびラックバー14を支持するラックハウジング15とを有している。
The intermediate shaft 6 includes a
The
電動パワーステアリング装置1は、操舵トルクに応じて操舵補助力を得られるようになっている。すなわち、電動パワーステアリング装置1は、操舵トルクを検出するトルクセンサ16と、制御部としてのECU(Electronic Control Unit :電子制御ユニット)17と、操舵補助用の電動モータ18と、歯車装置としての減速機19とを有している。
ECU17は、トルクセンサ16により検出されたトルク検出結果や図示しない車速センサから与えられる車速検出結果等に基づいて、電動モータ18を制御する。
The electric
The
ステアリングホイール3が操作されると、操舵トルクがトルクセンサ16により検出され、トルク検出結果および車速検出結果等に応じて電動モータ18が操舵補助力を発生させる。操舵補助力は、減速機19を介して操舵機構5に伝達される。これとともに、ステアリングホイール3の動きも、操舵機構5に伝わる。その結果、操向輪2が操舵されるとともに、操舵が補助される。
When the steering wheel 3 is operated, the steering torque is detected by the
電動モータ18は、フレームとしてのモータハウジング18aと、このモータハウジング18aに軸受(図示せず)を介して回動自在に支持された出力軸18bと、この出力軸18bに一体回転するように設けられた筒状のロータ18cと、ロータ18cの外周面と径方向に対向してモータハウジング18a内に固定される筒状のステータ18dとを有している。電動モータ18は、ブラシレスモータとして構成されている。
The
ロータ18cは、ロータマグネット(図示せず)を有している。ロータマグネットは、環状の永久磁石からなる。ロータマグネットの外周面にN極とS極との磁極が交互に周方向に並んで複数箇所に形成されている。
ステータ18dは、圧粉磁心としての環状をなす単一のステータコア20と、複数のコイル21とを有している。ステータコア20は、筒状のヨークと、複数のティースとを有している。具体的には、各ティースは、ヨークの内周面から径方向の内方へ突出し、周方向について所定間隔のスロットを挟んで相互に離隔して均等に配置されている。各コイル21は、ステータコア20のティースに巻かれている。
The
The
図2A,図2Bおよび図2Cは、図1に示す圧粉磁心としてのステータコアの製造方法を示す模式図であり、図2A,図2Bおよび図2Cの順に工程が進行する。
ステータコア20は、第1の製造用中間体であり且つ材料粉末としての複合粉末22を圧縮成形し、これにより第2の製造用中間体としての圧粉体23を得て、その後、この圧粉体23に熱処理としての焼結処理を施してなる。焼結処理では、圧粉体23が焼結されて、焼結体24になる。焼結体24は、熱処理された粉(粒子)としての多数の焼結粒子24aの集合体である。これらの焼結粒子24aが互いに結合されている。
2A, 2B, and 2C are schematic views showing a method of manufacturing the stator core as the dust core shown in FIG. 1, and the process proceeds in the order of FIGS. 2A, 2B, and 2C.
The
具体的な製造方法は、複合粉末22を得る第1の工程(図2A参照)と、複合粉末22を圧縮成形して圧粉体23を得る第2の工程(図2B参照)と、圧粉体23を熱処理としての焼結処理する第3の工程(図2C参照)とを有している。第1、第2および第3の工程は、記載された順に行われる。
先ず、第1の工程では、複合粉末22が製造される。この複合粉末22は、鉄を主成分とする粉末25と、この鉄を主成分とする粉末25の粒子25aの表面25bを被覆した金属層26と、この金属層26の表面26bを被覆した絶縁層27とを含んでいる。鉄を主成分とする粉末25は、鉄を主成分とする多数の粒子25aを有している。複合粉末22は、多数の材料粒子22aの集合体である。これらの材料粒子22aは互いに移動自在であり、互いに結合されていない。
A specific manufacturing method includes a first step of obtaining the composite powder 22 (see FIG. 2A), a second step of compressing the
First, in the first step, the
各材料粒子22aは、当該材料粒子22aの中心部にある粒状の母粒子であり第1層としての中心層22bを有している。この中心層22bは、鉄を主成分とする少なくとも一つの上述の粒子25aが粒状をなして構成している。中心層22bの表面全体が、第2層としての金属層26により被覆されている。さらに、金属層26の外側の表面26bの全体が、第3層としての絶縁層27により被覆されている。
Each
本実施形態では、中心層22bが単一の粒子25aからなる場合に則して説明する。複合粉末22における鉄を主成分とする粉末25の粒子25aの粒径は、相対的に大きく、例えば粒径の中心値が150μmとされた所定範囲内に設定されている。また、粒子25aの粒径は、後述する金属層26の微粉末の平均粒径の10倍〜1000倍の範囲内の大きさに設定されている。鉄を主成分とする粒子25aとしては、例えば、いわゆる純鉄の粒子である。
In the present embodiment, the case where the
ここで、上述の純鉄としては、粉末25のうちで鉄(Fe)の含有割合が、重量比で99.8%以上〜99.99%以下の範囲内の値であればよい。また、上述の鉄を主成分とする粉末25としては、上述の純鉄に限らず、鉄の含有割合が99.8%未満の鋼とすることも考えられる。
金属層26は、高透磁率を有する軟質磁性材料の鉄合金を含み、この鉄合金の微粉末からなる。微粉末は、鉄合金の粒子であって相対的に小さな多数の粒子26aの集合体である。これら粒子26aの粒径は、例えば、0.1μm〜10μmの範囲内とされている。微粉末が、材料粒子22aの中心層22bの粒子25aをメカノケミカルに被覆している。ここで、メカノケミカルに被覆するとは、機械的な力を作用させて、粒子間にメカノケミカル反応による結合力を作用させて、微粉末を相対的に大きな粒子に被覆することである。
Here, as said pure iron, the content rate of iron (Fe) in the
The
軟質磁性材料の鉄合金は、例えば、鉄とケイ素とを主成分として含む合金でもよいし、鉄とコバルトとを含む合金でもよいし、鉄とニッケルとを含む合金でもよいし、鉄とケイ素とアルミニウムとを主成分として含む合金でもよい。本実施形態では、金属層26は、鉄とケイ素とを主成分として含む鉄合金の微粉末からなる場合に則して説明する。
絶縁層27は、絶縁性を有するガラスを含み、このガラスの微粉末からなる。絶縁層27の微粉末の粒径は、金属層26の微粉末の粒径と同様に設定されている。このガラスの微粉末の粒子27aが、金属層26をメカノケミカルに被覆している。
The iron alloy of the soft magnetic material may be, for example, an alloy containing iron and silicon as main components, an alloy containing iron and cobalt, an alloy containing iron and nickel, or iron and silicon. An alloy containing aluminum as a main component may be used. In the present embodiment, the
The insulating
第2の工程では、第1の工程により得られた複合粉末22が成形型に充填され、充填された複合粉末22が高圧の圧縮力で圧縮装置により圧縮成形される。これにより、圧粉体23が得られる。圧粉体23は、複数の粒子23aを有している。複合粉末22の材料粒子22aが圧縮されて、圧粉体23の粒子23aになる。圧縮されることにより、粒子23a同士が互いに結合されるとともに、粒子23a間の隙間が小さくなっている。粒子23aは、鉄を主成分とする少なくとも一つの粒子25aを含む中心層23bと、金属層26と、絶縁層27とを有している。圧粉体23は、ステータコア20と同じ形状か、この形状に近似した形状をなしている。
In the second step, the
第3の工程では、圧粉体23が、焼結炉により所定の焼結時間および所定の焼結温度で加熱されて、圧粉体23の粒子23a同士が互いに結合し、これとともに、各粒子23aに含まれた粒子が互いに結合する。その結果、焼結体24が得られる。また、各粒子23a内における粒子同士の結合に伴い、各粒子の成分元素が、隣接する粒子内に拡散する。例えば、金属層26の粒子26aの成分金属、例えば鉄合金の成分金属であって鉄以外の成分金属が、中心層23bの鉄を主成分とする粒子25a内に拡散する。その結果、中心層23bに鉄合金が生成される。これにより、中心層23bの粒子25aが、鉄および鉄合金を主成分とする粒子25cになる。
In the third step, the green compact 23 is heated in a sintering furnace at a predetermined sintering time and a predetermined sintering temperature, and the
焼結処理により、圧粉体23の各粒子23aは、焼結体24の焼結粒子24aになる。各焼結粒子24aは、鉄および鉄合金を主成分として中心部にある第1層としての中心層24bと、この中心層24bの表面を被覆した第2層としての金属層26と、この金属層26の外側表面を被覆した第3層としての絶縁層27とを有している。
具体的には、焼結処理により、圧粉体23の粒子23aの中心層23bが、焼結粒子24aの中心層24bになる。これに伴い、中心層23bの鉄を主成分とする粒子25aは、中心層24bの鉄および鉄合金を主成分とする粒子25cになる。また、圧粉体23の粒子23aの金属層26が、焼結粒子24aの金属層26になる。圧粉体23の粒子23aの絶縁層27が、焼結粒子24aの絶縁層27になる。
By the sintering process, each
Specifically, the
焼結粒子24aの中心層24bは、鉄および鉄合金を主成分とする少なくとも一つの粒子25cを含んでいる。中心層24bは、純鉄からなる中心部24b1と、当該中心層24bの表面24b3に形成された鉄合金を含む拡散部24b2とを有している。拡散部24b2では、圧粉体23の粒子23aの金属層26の鉄合金の成分金属が、表面24b3から所定深さで鉄中に拡散されてなる。
The
本実施形態の圧粉磁心としてのステータコア20は、複合粉末22を圧縮成形した後、熱処理してなる圧粉磁心であって、上記複合粉末22は、鉄を主成分とする粉末25と、この鉄を主成分とする粉末25の粒子25aの表面25bを被覆した金属層26と、この金属層26の表面26bを被覆した絶縁層27とを含む。この絶縁層27は、ガラス(粒子27aが相当する。)を含むことを特徴とする。
The
本実施形態によれば、複合粉末22が3層構造をなしているので、絶縁層27よりも内側の部分に、例えば、金属層26として硬質ではあるが高透磁率の鉄合金と、鉄を主成分とする粉末25として軟質の鉄とをともに用いることができる。その結果、相対的に高透磁率の鉄合金により、鉄からなる従来の圧粉磁心に比べて、圧粉磁心全体としてのヒステリシス損失をより一層低減できる。しかも、高透磁率の鉄合金が硬質であっても、相対的に軟質の鉄により、複合粉末22が全体として変形し易くなるので、圧縮成形の圧縮密度を高くでき、硬質の鉄合金からなる従来の圧粉磁心に比べて、圧粉磁心全体として高い磁束密度を達成できる。さらに、圧粉磁心の内部は絶縁層27により細かく絶縁されているので、渦電流損失(鉄損)を抑制できる。
According to this embodiment, since the
絶縁層27は、ガラスを含むので、高い温度に耐えることができる結果、熱処理の温度を高くすることが可能となる。従って、圧縮成形時に生じた圧粉体23内の歪みや粒界を解消できる。その結果、歪みや粒界に起因したヒステリシス損失を低減できる。さらに、鉄合金の成分金属が拡散するような高い温度の熱処理が施される場合には、金属層26にある透磁率が高い鉄合金またはこの鉄合金の成分金属が、中心層23bの鉄粒子25aに拡散でき、ヒステリシス損失が少ない金属層としての拡散部24b2が拡がる。また、金属層26がメカノケミカルに被覆されたので、上述の成分金属が高温の熱処理により鉄粒子25aに拡散し易く、ヒステリシス損失が効果的に低減される。
Since the insulating
金属層26が鉄合金を含むことにより、熱処理するときに、鉄合金や、鉄合金の成分金属であって鉄以外の金属(例えばケイ素)が、鉄を主成分とする粉末25に拡散して、ヒステリシス損失が少ない金属層としての鉄合金が拡がって形成されるので、ヒステリシス損失をより一層低減することができる。
また、本実施形態の圧粉磁心の製造方法は、鉄を主成分とする粉末25と、この鉄を主成分とする粉末25の粒子25aの表面25bを被覆した金属層26と、この金属層26の表面を被覆した絶縁層27とを含む複合粉末22を得る第1の工程(図2A参照)と、第1の工程により得られた複合粉末22を圧縮成形して圧粉体23を得る第2の工程(図2B参照)と、圧縮成形された圧粉体23を熱処理する第3の工程(図2C参照)とを含むようにしている。これにより、上記本実施の形態の圧粉磁心を得ることができる。
When the
In addition, the method for manufacturing a dust core according to the present embodiment includes a
また、本実施形態の圧粉磁心としてのステータコア20を用いた電動モータ18では、鉄損およびヒステリシス損失が少なく抑制されるので、発熱量が少なくて済む。その結果、高温に起因して発生磁力が少なくなる熱減磁現象の発生を抑制できる。また、発熱量を抑制するために通電量を少なく規制することが必要なく、出力の向上に寄与する。
また、このような電動モータを電動パワーステアリング装置に適用することにより、小型で且つ良好な操舵フィーリングを有する電動パワーステアリング装置を実現することができる。また、ステータコア20のヒステリシス損失を小さくできるので、保舵状態からステアリングホイール3を切り始めたとき(モータの無通電時)のロストルクを小さく抑制できる。その結果、操舵フィーリングを高めることができる。
Further, in the
Further, by applying such an electric motor to the electric power steering apparatus, it is possible to realize an electric power steering apparatus that is small and has a good steering feeling. Moreover, since the hysteresis loss of the
また、本実施形態について、以下のような変形例を考えることができる。以下の説明では、上述の実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の構成については同じ符号を付して説明を省略する。
例えば、第1の実施形態において、焼結粒子24aの中心層24bの中心部24b1は、純鉄からなっていたが、これには限定されない。例えば、上述の拡散の進行により、焼結粒子24aの中心層24bの全体が鉄合金を含む場合も考えられる。
Moreover, the following modifications can be considered about this embodiment. In the following description, differences from the above-described embodiment will be mainly described, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
For example, in the first embodiment, the central portion 24b1 of the
図3A,図3Bおよび図3Cは、本発明の第2の実施形態の圧粉磁心の製造方法を示す模式図であり、図3A,図3Bおよび図3Cの順に工程が進行する。第2の実施形態では、複合粉末22の絶縁層27が、第1の実施形態のガラスに代えて、絶縁性を有する金属酸化物を含んでいる。例えば、絶縁層27は、金属酸化物の微粉末の粒子27bを含んでいる。絶縁層27が、金属層26をメカノケミカルに被覆している。また、絶縁層27は、図示しない金属酸化物の被膜からなり、この皮膜が、金属層26の表面26bに化成処理により形成されて、この表面26bを被覆していてもよい。また、絶縁層27として、ガラスおよび金属酸化物をともに含んでいてもよい。このように、絶縁層27として金属酸化物を含む場合には、ガラスを含む場合と同様の効果を得ることができる。要は、絶縁層27は、ガラスおよび金属酸化物の少なくとも一方を含んでいればよい。
3A, 3B, and 3C are schematic views showing a method of manufacturing a dust core according to the second embodiment of the present invention, and the process proceeds in the order of FIGS. 3A, 3B, and 3C. In the second embodiment, the insulating
図4A,図4Bおよび図4Cは、本発明の第3の実施形態の圧粉磁心としてのステータコア20の製造方法を示す模式図であり、図4A,図4Bおよび図4Cの順に工程が進行する。本実施形態の複合粉末22の金属層26が、以下の粉末からなり、第1の実施形態の鉄合金の微粉末の粒子26aに代えて、以下の微粉末の粒子26cを含んでいる。
すなわち、金属層26は、上述の軟質磁性材料としての各鉄合金の成分金属であって鉄以外の少なくとも1種の金属(例えば、上述の各鉄合金の成分金属であるケイ素、コバルト、ニッケル、およびアルミニウムが相当する。)を含む微粉末からなる。この微粉末は、当該成分金属の純金属の微粉末でもよいし、当該成分金属の合金であって上述の鉄合金以外の合金の微粉末でもよいし、当該成分金属を含む化合物の微粉末でもよい。
4A, 4B, and 4C are schematic views showing a method of manufacturing the
That is, the
例えば、鉄合金が、鉄とケイ素とを主成分として含む合金の場合には、金属層26としては、ケイ素の微粉末であってもよい。また、鉄合金が、鉄とケイ素とアルミニウムとを主成分として含む合金の場合には、金属層26としては、ケイ素とアルミニウムとの合金の微粉末であってもよい。本実施形態では、金属層26が成分金属であるケイ素の微粉末からなる場合に則して説明する。
For example, when the iron alloy is an alloy containing iron and silicon as main components, the
本実施形態では、第3の工程において熱処理が施されるときに、金属層26の粒子26cのケイ素(鉄合金の成分金属)が、圧粉体23中の粒子23aの中心層23bにある鉄を主成分とする粒子25aに拡散し、この粒子25a内の鉄と結合する。これにより、中心層23bに鉄合金が生成される。また、これとともに、中心層23bの粒子25aの鉄が、金属層26の粒子26cに拡散し、金属層26の粒子26aのケイ素と結合する。これにより、金属層26に鉄合金が生成される。その結果、焼結体24の焼結粒子24aが第1の実施形態と同様に得られる。
In the present embodiment, when heat treatment is performed in the third step, the silicon (component metal of the iron alloy) of the
このように、本実施形態では、金属層26は、高透磁率を有する鉄合金を形成可能な金属であって鉄以外の金属の少なくとも一つを含むようにしている。この場合、熱処理するときに、例えば上述の金属が、鉄を主成分とする粉末25に拡散して、ヒステリシス損失が少ない金属層としての鉄合金が形成されて拡がるので、ヒステリシス損失をより一層低減することができる。
Thus, in this embodiment, the
なお、複合粉末22の金属層26として、本第3の実施形態で説明した成分金属を含む上述の3種の微粉末、および第1の実施形態で説明した鉄合金の微粉末の4種の微粉末のうちの少なくとも2種を同時に用いてもよい。また、このように少なくとも2種の微粉末を用いる場合に、これらの微粉末が相異なる鉄合金に対応する微粉末であってもよい。また、金属層26は、上述の4種のうちの1種のみでもよい。要は、金属層26は、高透磁率を有する鉄合金を形成可能な鉄以外の金属の少なくとも一つを含めばよい。
In addition, as the
図5A,図5Bおよび図5Cは、本発明の第4の実施形態の圧粉磁心としてのステータコア20の製造方法を示す模式図であり、図5A,図5Bおよび図5Cの順に工程が進行する。本実施形態の複合粉末22は、合金粉末28と、この合金粉末28の粒子28aの表面28bを被覆した鉄を主成分とする層としての鉄層29と、この鉄層29の表面29bを被覆した絶縁層27とを含んでいる。
5A, FIG. 5B, and FIG. 5C are schematic views showing a method for manufacturing the
合金粉末28は、第1の実施形態の材料粒子22aの金属層26の鉄合金を含み、この鉄合金の粉末からなる。この粉末は、鉄合金の複数の粒子28aを有している。本実施形態の材料粒子22aの中心層22bは、第1の実施形態の純鉄に代えて、鉄合金を用い、この成分以外の点では、第1の実施形態の中心層22bと同様に構成されている。中心層22bの表面が、第2層としての鉄層29により覆われている。
The
鉄層29は、鉄を主成分とする微粉末からなる。この微粉末の成分は、第1の実施形態の複合粉末22における鉄を主成分とする粉末25の成分と同様である。成分以外の点について、鉄層29は、第1の実施形態の金属層26と同様に構成されている。
複合粉末22が圧縮されると、合金粉末28の粒子28aが、圧粉体23の粒子23aの中心層23bに含まれ、さらに熱処理されると、合金粉末28の粒子28aが、焼結体24の焼結粒子24aの中心層24bに含まれるようになっている。
The
When the
また、複合粉末22が圧縮されると、鉄層29が、圧粉体23の粒子23aの中心層23bを被覆する。さらに熱処理が施されると、圧粉体23の鉄層29は、焼結体24の焼結粒子24aの中心層24bの表面24b3を被覆する合金層30になる。すなわち、第3の工程の熱処理において、圧粉体23の中心層23bの鉄合金の粒子28aの成分金属であって鉄と異なる成分金属が、圧粉体23の鉄層29の純鉄の粒子29aに拡散する。その結果、合金層30の鉄合金が生成される。合金層30は、鉄および鉄合金を主成分とする複数の粒子を含み、これらの粒子は互いに結合されている。
When the
このように本実施形態では、圧粉磁心は、複合粉末22を圧縮成形した後、熱処理してなる圧粉磁心であって、上記複合粉末22は、合金粉末28と、この合金粉末28の粒子28aの表面28bを被覆した鉄を主成分とする鉄層29と、この鉄を主成分とする鉄層29の表面29bを被覆した絶縁層27とを含み、この絶縁層27は、ガラス(粒子27aが相当する。)を含むことを特徴としている。
Thus, in this embodiment, the powder magnetic core is a powder magnetic core formed by compressing and then heat-treating the
複合粉末22が3層構造をなしているので、絶縁層27よりも内側の部分に、例えば、合金粉末28として硬質ではあるが高透磁率の鉄合金と、鉄を主成分とする鉄層29として軟質の鉄とをともに用いることができる。その結果、相対的に高透磁率の鉄合金により、鉄からなる従来の圧粉磁心に比べて、圧粉磁心全体としてのヒステリシス損失をより一層低減できる。しかも、高透磁率の鉄合金が硬質であっても、相対的に軟質の鉄により、複合粉末22が全体として変形し易くなるので、圧縮成形の圧縮密度を高くでき、硬質の鉄合金からなる従来の圧粉磁心に比べて、圧粉磁心全体として高い磁束密度を達成できる。さらに、圧粉磁心の内部は絶縁層27により細かく絶縁されているので、渦電流損失を抑制できる。
Since the
また、合金粉末28は、鉄合金を含むようにしている。この場合、熱処理するときに、鉄合金の成分金属が、鉄を主成分とする鉄層29に拡散する。これにより、ヒステリシス損失が少ない鉄合金を含む領域としての合金層30が形成されて、鉄合金を含む領域が拡がるので、ヒステリシス損失をより一層低減することができる。
また、第4の実施形態の圧粉磁心の製造方法は、合金粉末28と、この合金粉末28の表面28bを被覆した鉄を主成分とする鉄層29と、この鉄層29の表面29bを被覆した絶縁層27とを含む複合粉末22を得る第1の工程(図5A参照)と、第1の工程により得られた複合粉末22を圧縮成形して圧粉体23を得る第2の工程(図5B参照)と、圧縮成形された圧粉体23を熱処理する第3の工程(図5C参照)とを含むようにしている。これにより、第3の実施形態の圧粉磁心を得ることができる。
The
In addition, the method for manufacturing a powder magnetic core according to the fourth embodiment includes an
図6A,図6Bおよび図6Cは、本発明の第5の実施形態の圧粉磁心の製造方法を示す模式図であり、図6A,図6Bおよび図6Cの順に工程が進行する。第5の実施形態は、第4の実施形態に第2の実施形態を適用して得られる。複合粉末22の絶縁層27が、第2の実施形態と同様の絶縁性を有する金属酸化物の微粉末の粒子27bを含んでいる。
また、上述の各実施形態では、複合粉末22の絶縁層27は、ガラスおよび金属酸化物の少なくとも一方を含んでいたが、これには限らず、熱処理によりガラスまたは金属酸化物になる材料粒子を含んでいてもよい。
6A, 6B, and 6C are schematic views showing a method of manufacturing a dust core according to the fifth embodiment of the present invention, and the processes proceed in the order of FIGS. 6A, 6B, and 6C. The fifth embodiment is obtained by applying the second embodiment to the fourth embodiment. The insulating
In each of the above-described embodiments, the insulating
また、圧粉磁心としては、ステータコアに限定されず、例えば、ステータコアが周方向に複数個に分割されてなる分割コアであってもよいし、また、ステータコアの一部、または分割コアの一部であってもよい。その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 Further, the dust core is not limited to the stator core, and may be, for example, a divided core obtained by dividing the stator core into a plurality of parts in the circumferential direction, or a part of the stator core or a part of the divided core. It may be. In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
20…ステータコア(圧粉磁心)、22…複合粉末、23…圧粉体、25…粉末(鉄を主成分とする粉末)、25b…表面、26…金属層、26a…粒子(鉄合金)、26b…(金属層の)表面、26c…粒子(鉄以外の金属)、27…絶縁層、27a…粒子(ガラス)、27b…粒子(金属酸化物)、28…合金粉末、28b…(合金粉末の)表面、29…鉄層(鉄を主成分とする層)、29b…(鉄層の)表面
20 ... stator core (powder magnetic core), 22 ... composite powder, 23 ... green compact, 25 ... powder (powder containing iron as a main component), 25b ... surface, 26 ... metal layer, 26a ... particles (iron alloy), 26b ... (metal layer) surface, 26c ... particles (metal other than iron), 27 ... insulating layer, 27a ... particles (glass), 27b ... particles (metal oxide), 28 ... alloy powder, 28b ... (alloy powder) ) Surface, 29... Iron layer (layer mainly composed of iron), 29 b... (Surface of iron layer)
Claims (6)
上記複合粉末は、鉄を主成分とする粉末と、この鉄を主成分とする粉末の表面を被覆した金属層と、この金属層の表面を被覆した絶縁層とを含み、この絶縁層は、ガラスおよび金属酸化物の少なくとも一方を含むことを特徴とする圧粉磁心。 A powder magnetic core formed by compression molding a composite powder and then heat-treating,
The composite powder includes a powder containing iron as a main component, a metal layer covering the surface of the powder containing iron as a main component, and an insulating layer covering the surface of the metal layer. A dust core comprising at least one of glass and metal oxide.
上記複合粉末は、合金粉末と、この合金粉末の表面を被覆した鉄を主成分とする層と、この鉄を主成分とする層の表面を被覆した絶縁層とを含み、この絶縁層は、ガラスおよび金属酸化物の少なくとも一方を含むことを特徴とする圧粉磁心。 A powder magnetic core formed by compression molding a composite powder and then heat-treating,
The composite powder includes an alloy powder, a layer containing iron as a main component covering the surface of the alloy powder, and an insulating layer covering the surface of the layer containing iron as a main component. A dust core comprising at least one of glass and metal oxide.
第1の工程により得られた複合粉末を圧縮成形して圧粉体を得る第2の工程と、
圧縮成形された圧粉体を熱処理する第3の工程とを含むことを特徴とする圧粉磁心の製造方法。 A first step of obtaining a composite powder comprising a powder containing iron as a main component, a metal layer covering the surface of the iron-based powder, and an insulating layer covering the surface of the metal layer;
A second step of compression molding the composite powder obtained in the first step to obtain a green compact;
And a third step of heat-treating the compacted powder compact. A method for producing a compact magnetic core, comprising:
第1の工程により得られた複合粉末を圧縮成形して圧粉体を得る第2の工程と、
圧縮成形された圧粉体を熱処理する第3の工程とを含むことを特徴とする圧粉磁心の製造方法。 A first step of obtaining a composite powder comprising an alloy powder, a layer mainly composed of iron covering the surface of the alloy powder, and an insulating layer covering the surface of the layer mainly composed of iron;
A second step of compression molding the composite powder obtained in the first step to obtain a green compact;
And a third step of heat-treating the compacted powder compact. A method for producing a compact magnetic core, comprising:
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|---|---|---|---|---|
| JPH02222105A (en) * | 1989-02-22 | 1990-09-04 | Furukawa Co Ltd | Highly permeable alloy dust core |
| WO2005015581A1 (en) * | 2003-08-06 | 2005-02-17 | Nippon Kagaku Yakin Co., Ltd. | Soft magnetic composite powder and production method therefor and production method for soft magnetic compact |
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