层叠芯的制作方法

本发明涉及层叠芯。

背景技术：

为了使混合动力车、电动汽车等的设备的能量效率提高，要求减少在这些设备中使用的马达的芯的涡电流损失。于是，为了减少涡电流损失，作为马达的芯而使用层叠多个电磁钢带而成的层叠芯。

在专利文献1中，记载了通过将在表面形成有氧化覆膜的钢板层叠而构成的芯。根据专利文献1，氧化覆膜使钢板彼此的接触电阻增加，由此，向芯流动的涡电流减小。另外，在专利文献2中，记载了用于制造形成有氧化铁覆膜层的钢带的方法。

在专利文献3中，记载了能够作为马达或变压器等的芯的材料而使用的电磁钢板，该电磁钢板在一个面的最表面具有包含有机材料的覆膜，在另一个面的最表面的至少一部分具有包含低熔点玻璃的覆膜。

在专利文献4中，记载了用于层叠电磁钢板的制造的、电磁钢板的凿紧方法。专利文献4所记载的方法通过防止形成于电磁钢板表面的绝缘覆膜的破断而保持电磁钢板间的绝缘性，使铁损减少。

在专利文献5中，记载了应用于交流发电机及起动马达的层叠芯的、具有0.6～4.0μm的表面粗糙度的层叠芯用钢板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平08-162335号公报

专利文献2：日本特表2012-511628号公报

专利文献3：日本特开2019-188751号公报

专利文献4：日本特开2008-036671号公报

专利文献5：日本特开2000-282191号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

为了进一步减少涡电流损失，正在推进包括具有更小的厚度的电磁钢带的层叠芯的开发。但是，若使电磁钢带的厚度减少，则芯中的电磁钢的体积比例即占空系数(spacefactor)下降，马达的输出下降。

于是，本公开的目的在于，提供能够一边抑制占空系数的下降一边减少涡电流损失的层叠芯。

用于解决课题的手段

按照本发明的一方案，是一种层叠芯，其中，包括：

层叠的多个软磁性带；及

至少一个绝缘层，局部地配置于互相相邻的所述软磁性带的各界面，

互相相邻的所述软磁性带的各界面具有至少一个直接接触区域及至少一个间接接触区域，

在所述至少一个直接接触区域中，互相相邻的所述软磁性带互相直接接触，

在所述至少一个间接接触区域中，互相相邻的所述软磁性带互相经由所述绝缘层而间接接触。

发明的效果

本公开的层叠芯能够一边抑制占空系数的下降一边减少涡电流损失。

附图说明

图1是第一实施方式的层叠芯的示意性的立体图。

图2是示意性地示出将第一实施方式的层叠芯在互相相邻的软磁性带之间的界面处切断后的截面的一例的图。

图3是示意性地示出图2的a-a线处的第一实施方式的层叠芯的截面的一例的图。

图4是示意性地示出图2的b-b线处的第一实施方式的层叠芯的截面的一例的图。

图5是示意性地示出将第二实施方式的层叠芯在互相相邻的软磁性带之间的界面处切断后的截面的一例的图。

图6是示意性地示出图5的c-c线处的第二实施方式的层叠芯的截面的一例的图。

图7是示意性地示出将第三实施方式的层叠芯在互相相邻的软磁性带之间的界面处切断后的截面的一例的图。

图8是示意性地示出图7的d-d线处的第三实施方式的层叠芯的截面的一例的图。

图9是示意性地示出将变形方式的层叠芯在互相相邻的软磁性带之间的界面处切断后的截面的一例的图。

图10是示意性地示出将变形方式的层叠芯在互相相邻的软磁性带之间的界面处切断后的截面的一例的图。

图11是示意性地示出将变形方式的层叠芯在互相相邻的软磁性带之间的界面处切断后的截面的一例的图。

图12是示出实施例1的层叠芯的涡电流损失的计算结果及实施例2的层叠芯的涡电流损失的测定结果的图表。

图13是示出实施例4的层叠芯的涡电流损失的测定结果的图表。

图14是示出实施例6的层叠芯的涡电流损失的测定结果的图表。

附图标记说明

1：层叠芯，10：软磁性带，20：界面，21：直接接触区域，23：间接接触区域，30：绝缘层。

具体实施方式

<第一实施方式>

如图1～4所示，第一实施方式的层叠芯1包括层叠的多个软磁性带10和局部地配置于互相相邻的软磁性带10的各界面20的绝缘层30。

(1)软磁性带

软磁性带10是由软磁性材料构成的板状或箔状的构件。软磁性带10可以具有数nm～1mm(优选是1μm～1mm，更优选是10μm～20μm)的厚度。作为软磁性材料的例子，可举出由从包括fe、co及ni的群选择的至少1种磁性金属和从包括b、c、p、al、si、ti、v、cr、mn、cu、y、zr、nb、mo、hf、ta及w的群选择的至少1种非磁性金属构成的材料，但不限定于此。软磁性材料可以是非晶质也可以是晶质。作为软磁性带10，例如能够使用电磁钢板(硅钢板)、非晶合金薄带、纳米晶体合金薄带。

在从软磁性带10的层叠方向(图1中的z方向)俯视观察时，软磁性带10具有环状的形状。图1所示的软磁性带10具有圆环状的形状，但不限定于此，软磁性带10也可以具有矩形环状等任意的环状的形状。

软磁性带10的张数可以以通过马达得到期望的转矩的方式根据软磁性带10的材质等而适当确定。

(2)界面

在层叠芯1中，多个软磁性带10层叠，在互相相邻的软磁性带10之间形成界面20。此外，在本申请中，“互相相邻的软磁性带10的界面20”是指互相相邻的软磁性带10之间的区域。如图2所示，层叠芯1中的各界面20具有直接接触区域21和间接接触区域23。如图3所示，直接接触区域21是互相相邻的软磁性带10互相直接接触的区域，如图4所示，间接接触区域23是互相相邻的软磁性带10互相经由绝缘层30而间接接触的区域。

如图2所示，第一实施方式中的界面20具有一个直接接触区域21和一个间接接触区域23。直接接触区域21具备具有与软磁性带10的内径及外径相同的内径及外径的部分圆环状的形状，间接接触区域23也同样地具备具有与软磁性带10的内径及外径相同的内径及外径的部分圆环状的形状。不管在层叠芯1中的哪个界面20中，在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，直接接触区域21的形状及配置都相同，间接接触区域23的形状及配置也相同。

(3)绝缘层

一个绝缘层30局部地配置于互相相邻的软磁性带10的各界面20。具体而言，绝缘层30配置于互相相邻的软磁性带10的界面20的间接接触区域23。此外，在本申请中，“配置于互相相邻的软磁性带10的界面20”意味着配置于互相相邻的软磁性带10之间。

绝缘层30是由绝缘体构成的层。绝缘层30可以具有1×10⁴～1×10¹⁵ω·m、优选是2×10¹¹～1×10¹⁵ω·m的电阻。绝缘层30可以具有软磁性带10的厚度的0.01倍以下、例如0.001～0.01倍的范围内的厚度。由此，层叠芯1能够具有超过99％的高的占空系数。例如，绝缘层30可以具有0.5nm～17.5μm的厚度。作为绝缘体的例子，可举出金属氧化物等无机材料及环氧树脂、醇酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、酰亚胺改性丙烯酸树脂等有机材料，但不限定于此。

绝缘层30具有与间接接触区域23同样的形状，即，具有与软磁性带10的内径及外径相同的内径及外径的部分圆环状的形状。配置于层叠芯1的任一界面20的绝缘层30都在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时具有相同的形状及配置。

绝缘层30局部地配置于互相相邻的软磁性带10的界面20的第一实施方式的层叠芯1与绝缘层配置于互相相邻的软磁性带的界面的整体的以往的层叠芯相比，绝缘层30的比例更低。因而，第一实施方式的层叠芯1能够具有比以往的层叠芯高的占空系数。

在第一实施方式中，在间接接触区域23中，软磁性带10互相经由绝缘层30而间接接触，因此能够防止从互相相邻的软磁性带10的一方向另一方流动涡电流。另一方面，在直接接触区域21中，不存在绝缘层30，软磁性带10互相直接接触，因此能够从互相相邻的软磁性带10的一方向另一方流动涡电流。但是，本发明人发现了：如后述的实施例所示，通过适当设定直接接触区域21及间接接触区域23的面积及配置，能够充分抑制涡电流损失。

在第一实施方式中，直接接触区域21可以具有比界面20的面积的0％大且为20％以下的面积。在该情况下，能够充分抑制马达的涡电流损失。

<第二实施方式>

如图5、6所示，第二实施方式的层叠芯1包括层叠的多个软磁性带10和局部地配置于互相相邻的软磁性带10的各界面20的多个绝缘层30。

(1)软磁性带

第二实施方式中的软磁性带10与第一实施方式中的软磁性带10是同样的，因此省略说明。

(2)界面

如图5、6所示，互相相邻的软磁性带10之间的各界面20具有互相相邻的软磁性带10互相直接接触的区域即直接接触区域21和互相相邻的软磁性带10互相经由绝缘层30而间接接触的区域即间接接触区域23。

如图5所示，第二实施方式中的界面20具备具有与软磁性带10呈同心圆状的圆环状的形状的多个直接接触区域21及多个间接接触区域23。如图6所示，层叠芯1中的各界面20中的直接接触区域21及间接接触区域23的数量以及多个直接接触区域21及多个间接接触区域23各自的内径及外径是随机的。在该情况下，在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，任一界面20都具有与和该界面20相邻的界面20(即，隔着一个软磁性带10而与该界面20相对的界面20)中的直接接触区域21及间接接触区域23的配置不同的配置的直接接触区域21及间接接触区域23。尤其是，可以是，在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，任一界面20都具有与其他的任一界面20中的直接接触区域21的配置不同的配置的直接接触区域21，且具有与其他的任一界面20中的间接接触区域23的配置不同的配置的间接接触区域23。

(3)绝缘层

多个绝缘层30局部地配置于互相相邻的软磁性带10的各界面20。具体而言，绝缘层30分别配置于多个间接接触区域23。

绝缘层30的材质及厚度与第一实施方式是同样的，因此省略说明。

绝缘层30具有与间接接触区域23同样的形状，即，具有与软磁性带10呈同心圆状的圆环状的形状。在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，设置于任一界面20的绝缘层30都具有与设置于与该界面20相邻的界面20的绝缘层30的配置不同的配置。尤其是，可以是，在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，设置于任一界面20的绝缘层30都具有与设置于其他的任一界面20的绝缘层30的配置不同的配置。

绝缘层30局部地配置于互相相邻的软磁性带10的界面20的第二实施方式的层叠芯1与绝缘层配置于互相相邻的软磁性带的界面的整体的以往的层叠芯相比，绝缘层30的比例更低。因而，第二实施方式的层叠芯1能够具有比以往的层叠芯高的占空系数。

在第二实施方式中，在间接接触区域23中，软磁性带10互相经由绝缘层30而间接接触，因此能够防止从互相相邻的软磁性带10的一方向另一方流动涡电流。另一方面，在直接接触区域21中，不存在绝缘层30而软磁性带10互相直接接触，因此能够从互相相邻的软磁性带10的一方向另一方流动涡电流。但是，本发明人发现了：如后述的实施例所示，通过适当设定直接接触区域21及间接接触区域23的面积及配置，能够充分抑制涡电流损失。

而且，在第二实施方式的层叠芯1中，在各界面20设置有多个直接接触区域21，并且在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时互相相邻的界面20(即，一个软磁性带10介于其间的一对界面20)中的多个直接接触区域21的配置不同。如后述的实施例所示，这样的第二实施方式的层叠芯1与在各界面20设置一个直接接触区域21并且在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时互相相邻的界面20中的直接接触区域21及间接接触区域23的配置相同的第一实施方式的层叠芯1相比，涡电流损失的抑制所需的间接接触区域23的合计面积即绝缘层30的合计面积小。因而，第二实施方式的层叠芯1能够一边使绝缘层30的比例进一步减少而达成更高的占空系数，一边充分抑制涡电流损失。

发明人将其理由如以下这样考虑。若界面20中的直接接触区域21的合计面积相同，则界面20具有多个直接接触区域21的情况与界面20具有一个直接接触区域21的情况相比，每一个直接接触区域21的面积小。因而，在界面20具有多个直接接触区域21的情况下，在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，涡电流流动的各区域的面积比界面20具有一个直接接触区域21的情况下的涡电流流动的各区域的面积小。这会使在层叠芯1中产生的涡电流减少。而且，通过在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时互相相邻的界面20中的多个直接接触区域21的配置不同，能够抑制涡电流在软磁性带10的层叠方向上通过多个软磁性带10而流动。由此，在层叠芯1中产生的涡电流减少。

在第二实施方式中，直接接触区域21可以具有比界面20的面积的0％大且为60％以下的面积。在该情况下，能够充分抑制马达的涡电流损失。

<第三实施方式>

如图7、8所示，第三实施方式的层叠芯1包括层叠的多个软磁性带10和局部地配置于互相相邻的软磁性带10的各界面20的多个绝缘层30。

(1)软磁性带

第三实施方式中的软磁性带10与第一实施方式中的软磁性带10是同样的，因此省略说明。

(2)界面

如图7、8所示，互相相邻的软磁性带10之间的各界面20具有互相相邻的软磁性带10互相直接接触的区域即直接接触区域21和互相相邻的软磁性带10互相经由绝缘层30而间接接触的区域即间接接触区域23。

如图7所示，第三实施方式中的界面20具备具有与软磁性带10呈同心圆状的圆环状的形状的多个直接接触区域21及多个间接接触区域23。直接接触区域21和间接接触区域23以恒定的周期规则地配置。如图8所示，层叠芯1中的各界面20中的直接接触区域21及间接接触区域23的数量及周期相同。

在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，互相相邻的界面20中的直接接触区域21和间接接触区域23的相位可以对齐，或者也可以错开。通过错开相位，在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，能够使互相相邻的界面20的一方的直接接触区域21中的、与互相相邻的界面20的另一方的直接接触区域21重叠的区域的面积减小。由此，能够抑制涡电流在软磁性带10的层叠方向上通过多个软磁性带10而流动，能够减少在层叠芯1中产生的涡电流。

例如，在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，互相相邻的界面20的一方的直接接触区域21中的、与互相相邻的界面20的另一方的直接接触区域21重叠的区域的面积可以为界面20的面积的0～10％，可以为界面20的直接接触区域21的合计面积的0～25％。

(3)绝缘层

多个绝缘层30局部地配置于互相相邻的软磁性带10的各界面20。具体而言，绝缘层30配置于多个间接接触区域23的各自。

绝缘层30的材质及厚度与第一实施方式是同样的，因此省略说明。

绝缘层30具有与间接接触区域23同样的形状，即，具有与软磁性带10呈同心圆状的圆环状的形状。配置于层叠芯1的各界面20的绝缘层30以恒定的周期规则地配置。如图8所示，配置于层叠芯1中的各界面20的绝缘层30的数量及周期相同。

在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，配置于互相相邻的界面20的绝缘层30的相位可以对齐，或者也可以错开。

绝缘层30局部地配置于互相相邻的软磁性带10的界面20的第三实施方式的层叠芯1与绝缘层配置于互相相邻的软磁性带的界面的整体的以往的层叠芯相比，绝缘层30的比例更低。因而，第三实施方式的层叠芯1能够具有比以往的层叠芯高的占空系数。

在第三实施方式中，在间接接触区域23中，软磁性带10互相经由绝缘层30而间接接触，因此能够防止从互相相邻的软磁性带10的一方向另一方流动涡电流。另一方面，在直接接触区域21中，不存在绝缘层30而软磁性带10互相直接接触，因此能够从互相相邻的软磁性带10的一方向另一方流动涡电流。但是，本发明人发现了：如后述的实施例所示，通过适当设定直接接触区域21及间接接触区域23的面积及配置，能够充分抑制涡电流损失。

上述的实施方式的层叠芯能够作为向混合动力车及电动汽车这样的车辆等的各种设备组装入的马达的芯而使用。

<层叠芯的制造方法>

上述的实施方式的层叠芯可以使用该技术领域中所使用的任意的方法来制造。例如，层叠芯能够通过制作将多个软磁性带和多个绝缘箔交替地层叠而成的层叠体并对层叠体进行冲压来制造。

<变形方式>

以上，虽然对本发明的实施方式进行了详述，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离权利要求书所记载的本发明的精神的范围内进行各种设计变更。

例如，各界面20也可以具有一个直接接触区域21和多个间接接触区域23。这样的界面20例示于图9。或者，各界面20也可以具有多个直接接触区域21和一个间接接触区域23。这样的界面20例示于图10。另外，在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，各界面20中的直接接触区域21及间接接触区域23的形状不限定于部分圆环状及圆环状，可以是任意的形状。另外，在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，各界面20中的直接接触区域21及间接接触区域23的配置可以是周期性的也可以是不规则的。例如，如图11所示，界面20也可以具有不规则地配置的间接接触区域23。而且，在层叠芯1包括多个界面20的情况下，多个界面20在从软磁性带10的层叠方向俯视观察时，可以具有相同的形状及配置的直接接触区域21以及相同的形状及配置的间接接触区域23，也可以具有不同的形状及配置的直接接触区域21以及不同的形状及配置的间接接触区域23。

这些特征(即，各界面20中的直接接触区域21及间接接触区域23的数量、形状及配置以及多个界面20中的直接接触区域21及间接接触区域23的形状及配置是否不同)可以任意组合。

【实施例】

以下，通过实施例来具体说明本发明，但本发明不限定于这些实施例。

实施例1

将如图1～4所示那样的、包括层叠的5张圆环状的软磁性带和设置于互相相邻的软磁性带之间的绝缘层的层叠芯的涡电流损失使用shigerukondaetal.,“eddycurrentlossevaluationofmagneticpowdercorebasedonelectricandmagneticnetworks”,aipadvances7,056678(2017)所记载的磁路法进行了计算。

在实施例1的层叠芯中，在互相相邻的软磁性带之间的界面设置了一个部分圆环状的绝缘层。由此，在各界面设置了一个部分圆环状的直接接触区域及一个部分圆环状的间接接触区域。在直接接触区域中，互相相邻的软磁性带互相直接接触，在间接接触区域中，互相相邻的软磁性带互相经由绝缘层而间接接触。直接接触区域的面积设为了界面的面积的0～100％。此外，从软磁性带的层叠方向俯视时的绝缘层的形状及配置在所有界面中相同。软磁性带的电阻率、厚度、宽度、长度、外径及内径、绝缘层的电阻率及厚度、磁通密度振幅以及磁通密度频率的值设为了表1所记载那样。在表1中，宽度意味着软磁性带的外周与内周之间的距离，长度意味着软磁性带的外周与内周的中间的圆的周长、即外周长和内周长的平均。将计算结果在图12中示出。此外，在图12中，“直接接触区域的面积比例”意味着直接接触区域的面积相对于界面的面积的比例。

【表1】

实施例2

制作了具有与实施例1同样的构造的层叠芯，以与实施例1同样的磁通密度测定了涡电流损失。将测定结果在图12中示出。

实施例1的计算结果和实施例2的测定结果良好地一致。实施例1及2的结果表示：在直接接触区域具有界面的面积的20％以下的面积的情况下，能够充分抑制涡电流损失。

实施例3

将图5及图6所示那样的、包括层叠的5张圆环状的软磁性带和设置于互相相邻的软磁性带之间的绝缘层的层叠芯的涡电流损失使用磁路法进行了计算。

在实施例3的层叠芯中，在互相相邻的软磁性带之间的界面设置了具有与软磁性带呈同心圆状的圆环状的形状的多个绝缘层。由此，在各界面设置了具有与界面呈同心圆状的圆环状的形状的多个直接接触区域及多个间接接触区域。在直接接触区域中，互相相邻的软磁性带互相直接接触，在间接接触区域中，互相相邻的软磁性带互相经由绝缘层而间接接触。各界面中的多个直接接触区域的面积的合计设为了界面的面积的0～100％。此外，绝缘层的数量以及各绝缘层的内径及外径在各界面中设为了随机。即，从软磁性带的层叠方向俯视时的绝缘层的配置在所有界面中不同。软磁性带的电阻率、厚度、宽度、长度、外径及内径、绝缘层的电阻率及厚度、磁通密度振幅以及磁通密度频率的值设为了表1所记载那样。计算结果与以下记载的实施例4的测定结果良好地一致，因此省略图示。

实施例4

制作了具有与实施例3同样的构造的层叠芯，以与实施例3同样的磁通密度测定了涡电流损失。将测定结果在图13中示出。此外，在图13中，“直接接触区域的面积比例”意味着多个直接接触区域的合计面积相对于界面的面积的比例。

实施例3及4的结果表示：在直接接触区域具有界面的面积的60％以下的面积的情况下，能够充分抑制涡电流损失。如实施例3、4那样在各界面随机设置了多个直接接触区域的层叠芯与如实施例1、2那样在各界面设置了一个直接接触区域的层叠芯相比，涡电流损失的抑制所需的间接接触区域的合计面积即绝缘层的合计面积小。该结果表示：通过在各界面随机设置多个直接接触区域，能够一边使绝缘层的比例减少而达成更高的占空系数，一边充分抑制涡电流损失。

实施例5

将如图7及图8所示那样的、包括层叠的3张圆环状的软磁性带和设置于互相相邻的软磁性带之间的绝缘层的层叠芯的涡电流损失使用磁路法进行了计算。

在实施例5的层叠芯中，互相相邻的软磁性带之间的界面存在两个。在两个界面的各自设置了与软磁性带呈同心圆状的10个圆环状的绝缘层。由此，在各界面设置了与界面呈同心圆状的圆环状的多个直接接触区域及多个间接接触区域。在直接接触区域中，互相相邻的软磁性带互相直接接触，在间接接触区域中，互相相邻的软磁性带互相经由绝缘层而间接接触。此外，各绝缘层的宽度设为了软磁性带的宽度的0.06倍。在各界面中，将10个绝缘层在软磁性带的内缘与外缘之间以软磁性带的宽度的0.1倍的周期规则地配置。在从软磁性带的层叠方向俯视观察时，将两个界面中的绝缘层的相位互相错开了0°～180°。各界面中的多个直接接触区域的面积的合计是界面的面积的40％。软磁性带的电阻率、厚度、宽度、长度、外径及内径、绝缘层的电阻率及厚度、磁通密度振幅以及磁通密度频率的值设为了表1所记载那样。计算结果与以下记载的实施例6的测定结果良好地一致，因此省略图示。

实施例6

制作了具有与实施例5同样的构造的层叠芯，以与实施例5同样的磁通密度测定了涡电流损失。将测定结果在图14中示出。

在相位的错开量为108°～180°的情况下，充分抑制了涡电流损失。此外，在相位的错开量为108°～180°时，在从软磁性带的层叠方向俯视观察时，两个界面的一方的直接接触区域中的与两个界面的另一方的直接接触区域重叠的区域的面积是界面的面积的0～10％，是各界面的直接接触区域的合计面积的0～25％。