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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetpulver, einen Pressmassekern,
der über ein Druckumformverfahren unter Verwendung des
Magnetpulvers erhalten wird, und einen Elektromotor und eine Drosselspule,
in denen der Pressemassekern Anwendung findet.
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Technischer Hintergrund
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Zur
Reduktion von Schadeinwirkungen auf die Umwelt wird in der Automobilindustrie
tagtäglich an der Entwicklung von Hybridfahrzeugen und
Elektrofahrzeugen gearbeitet. Ein Ziel von besonderer Dringlichkeit
in der Entwicklungsarbeit ist die Realisierung eines leistungsstarken
Elektromotors bzw. einer leistungsstarken Drosselspule mit reduzierten Abmessungen,
wobei dieser zu den wichtigsten Vorrichtungen zählt, die
in diesen Fahrzeugen eingebaut sind.
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Ein
Statorkern bzw. Rotorkern, der Bestandteil eines Elektromotors ist,
und ein Drosselspulenkern, der Bestandteil einer Drosselspule ist,
bestehen jeweils aus einer Stahlblechschichtung, bei der Siliziumstahlbleche übereinander
geschichtet sind, oder aus einem Pressmassekern, der über
ein Druckumformverfahren eines harzbeschichteten weichmagnetischen
Pulvers auf Eisenbasis erhalten wird. Eine Vielfalt von Kernen wird
mit Pressmassekernen ausgebildet, die vorteilhafte magnetische Eigenschafen
aufweisen, die zu einem geringeren Eisenverlust im Hochfrequenzbereich
führen als bei der Verwendung von aneinander geschichteten Stahlblechen,
und diese können viele verschiedene Formen aufweisen, die
kostengünstig und flexibel durch Druckumformverfahren hergestellt
werden können, und deren Materialkosten geringer sind als jene
für Siliziumstahlbleche (elektromagnetische Stahlbleche).
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Im
Fall eines weichmagnetischen Metallpulvers für einen Pressmassekern
wird auf der Oberfläche eines weichmagnetischen Metallpulverpartikels eine
Isolierschicht derart ausgebildet, dass nicht nur die Pulverisoliereigenschaften
sondern auch die Isoliereigenschaften eines Pressmassekerns an sich
sichergestellt werden können, wodurch das Auftreten von
Eisenverlusten verhindert werden kann. Ein Verfahren zum Ausbilden
einer derartigen Isolierschicht wird beispielsweise in der Patentschrift
1 beschrieben, die ein weichmagnetisches Pulver offenbart. Insbesondere
wird ein solches weichmagnetisches Pulver folgendermaßen
hergestellt: Ein extrem dünner Silikonharzfilm mit einer
Dicke von 0,1 bis 5 μm wird auf der Oberfläche
eines weichmagnetischen Pulverpartikels oder der Oberfläche
eines mit einem Phosphatfilm beschichteten, weichmagnetischen Pulverpartikels
gebildet. Das somit erhaltene mit einem Silikonharzfilm beschichtete
weichmagnetische Pulver wird von Raumtemperatur auf 150°C
erwärmt.
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Im
Fall des in der Patentschrift 1 offenbarten weichmagnetischen Pulvers
wird als Material ein Pulver verwendet und einem Druckumformverfahren
unterzogen, wodurch eine vorbestimmte Form erhalten wird. Beim Druckumformen
wird eine Wärmebehandlung ausgeführt, um im Pressmassekern
während der Verarbeitung entstehende Spannungen zu reduzieren.
Es ist jedoch sehr wahrscheinlich, dass es unter den hohen Temperaturbedingungen
während der Wärmebehandlung zu einer Beschädigung
der Isolierschicht kommen kann. Insbesondere werden die Magnetpulverpartikel „c”,
die jeweils ein weichmagnetisches Pulverpartikel „a” und
eine Silikonharzbeschichtung „b”, die auf der
Oberfläche des weichmagnetischen Pulverpartikels ausgebildet
ist, aufweisen, wie in 6a gezeigt
ist, einem Druckumformverfahren und einer Wärmbehandlung
unter hohen Temperaturbedingungen bzw. einem Hochtemperatur-Härten
unterzogen. Wie in 6 gezeigt ist, wird das Silikonharz
dementsprechend unter hohen Temperaturbedingungen geschmolzen und
agglutiniert bzw. verklumpt in einem Raum, der von 3 Pulverpartikeln
umgeben ist, was dazu führt, dass die Isoliereigenschaften
des Pulvers aufgehoben werden.
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Als
ein herkömmliches Mittel zur Lösung der vorstehend
angeführten Probleme können die in den Patentschriften
2 und 3 offenbarten Magnetpulver verwendet werden. Bei dem in der
Patentschrift 2 offenbarten Magnetpulver handelt es sich um ein weichmagnetisches
Metallpulver mit einer drei- oder mehrlagigen Struktur, in der eine
Isolierschicht, die ein Oxid und ähnliches aufweist, auf
der Oberfläche eines weichmagnetischen Metallpulverpartikels
ausgebildet ist, und auf derselben ferner eine Silikonharzbeschichtung
ausgebildet ist. Eine derartige Struktur wird basierend auf 7 erläutert.
Eine Isolierschicht „d”, die ein Oxid und ähnliches
aufweist, ist auf der Oberfläche eines weichmagnetischen
Metallpulverpartikels „a” ausgebildet, und eine
Silikonharzbeschichtung „b” ist zudem derart darauf
ausgebildet, dass ein Magnetpulverpartikel „c” erhalten
wird.
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Im
Fall des in der Patentschrift 3 offenbarten Magnetpulvers ist eine
erste Isolierschicht auf der Oberfläche eines weichmagnetischen
Metallpulverpartikels ausgebildet, und darauf ist eine zweite Isolierschicht
ausgebildet, die ein Silikonharz aufweist. In der zweiten Isolierschicht
sind Oxidpartikel dispers verteilt bzw. liegen dispergiert vor,
und auf der zweiten Isolierschicht ist ferner eine dritte Isolierschicht ausgebildet.
- Patentschrift 1:
JP-Patentveröffentlichungsschrift
(Kokai) 2005-133168 A
- Patentschrift 2:
JP-Patentveröffentlichungsschrift (Kokai) 2006-128521
A
- Patentschrift 3:
JP-Patentveröffentlichungsschrift
(Kokai) 2006-5173 A
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Offenbarung der Erfindung
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Bei
den Magnetpulvern gemäß den Patentschriften 2
und 3 ist die Oberfläche eines weichmagnetischen Metallpulverpartikels
nicht direkt mit einem Silikonharz bedeckt. Ein derartiges weichmagnetisches
Metallpulverpartikel ist mit 2 oder mehr Schichtlagen bedeckt. Dementsprechend
kann das Problem gelöst werden, dass das Silikonharz bei
einer Hochtemperaturwärmebehandlung bzw. einem Hochtemperatur-Härten
agglutiniert, was dazu führt, dass die Isoliereigenschaften
des Magnetpulvers aufgehoben werden. Infolge einer erhöhten
Anzahl von Beschichtungen auf der Ober fläche eines weichmagnetischen
Metallpulverpartikels erfolgt aber eine relative Verringerung der
Metallpulverpartikeldichte. Folglich nimmt die Magnetflussdichte
unweigerlich ab, und somit können die gewünschten
magnetischen Eigenschaften nicht erhalten werden, was ein ernstzunehmendes
Problem darstellt.
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Die
vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die vorstehend erläuterten
Probleme entwickelt worden. Es ist eine der vorliegenden Erfindung
zugrundeliegende Aufgabe, ein Magnetpulver für einen Pressmassekern
zu schaffen, der hervorragende Isoliereigenschaften aufweist, ohne
eine Verringerung der Magnetflussdichte des Pressemassekerns zu
bewirken, einen Pressmassekern, der das Magnetpulver aufweist, und
einen Elektromotor oder eine Spule bzw. Drossel mit einem aus dem
Pressemassekern bestehenden Kern.
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Zur
Lösung der vorstehenden Aufgabe handelt es sich bei dem
Magnetpulver der vorliegenden Erfindung um ein Magnetpulver für
einen Pressmassekern, das dadurch gekennzeichnet ist, dass relative
harte, feindisperse Oxidpulverpartikel über der Oberfläche
eines weichmagnetischen Metallpulverpartikels dispers verteilt sind
und an derselben haften, und dass eine relativ weiche Isolierschicht
an den feindispersen Oxidpulverpartikeln und Bereichen festhaftet,
wo die verteilten und anhaftenden feindispersen Oxidpulverpartikel
nicht auf der Oberfläche des weichmagnetischen Metallpulverpartikels
vorhanden sind.
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Beispiele
für ein weichmagnetisches Metallpulver, das verwendet werden
kann, beinhalten aus Eisen bestehende Pulver, Legierungen auf Eisen-Silikonbasis,
Legierungen auf Eisen-Stickstoffbasis, Legierungen auf Eisen-Nickelbasis,
Legierungen auf Eisen-Kohlenstoffbasis, Legierungen auf Eisen-Borbasis,
Legierungen auf Eisen-Kobaltbasis, Legierungen auf Eisen-Phosphorbasis,
Legierungen auf Eisen-Nickel-Kobaltbasis und Legierungen auf Eisen-Aluminium-Silikonbasis.
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Im
Fall des Magnetpulvers gemäß der vorliegenden
Erfindung sind harte, feindisperse Oxidpulverpartikel inselförmig über
der Oberfläche eines weichmagnetisches Metallpulverpartikels
verteilt und haften an derselben an. Eine Isolierschicht haftet
an den verteilten feindispersen Oxidpulverpartikeln und an Bereichen,
wo die anhaftenden feindispersen Oxidpulverpartikel nicht auf der
Oberfläche des weichmagnetischen Pulverpartikels vorhanden
sind. Auf diese Art und Weise wird das Magnetpulver hergestellt.
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Es
ist wünschenswert, dass eine Isolierschicht aus einem geeigneten
wärmebeständigen Harzmaterial mit Isoliereigenschaften
hergestellt werden kann, und dass ein solches Harzmaterial mit den
feindispersen Oxidpulverpartikeln, die über der Oberfläche
eines weichmagnetischen Metallpulvers verteilt sind und an derselben
haften, eine Bindung (Quervernetzung) eingehen kann.
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Im
Fall der vorstehend angeführten Magnetpulverzusammensetzung
geht eine aus einem Harzmaterial bestehende Isolierschicht nicht
nur mit einem weichmagnetischen Metallpulverpartikel eine starke
Bindung ein, sondern auch mit den feindispersen Oxidpulverpartikeln,
die über der Oberfläche eines weichmagnetischen
Metallpulverpartikels verteilt sind und an derselben haften. Somit
wird durch das feindisperse Oxidpulver eine Adhäsion bzw.
Haftfestigkeit zwischen dem weichmagnetischen Metallpulver und der
Isolierschicht gefördert. Dementsprechend kann das Problem
gelöst werden, dass ein Silikonharz bei einer Wärmebehandlung
unter hohen Temperaturbedingungen bzw. einem Hochtemperatur-Härten
agglutiniert, was dazu führt, dass die Isoliereigenschaften
des Magnetpulvers aufgehoben werden. Ferner sind die feindispersen
Oxidpulverpartikel dispergiert vorhanden, d. h. dass die Oxidbeschichtungsschicht
nicht auf der gesamten Oberfläche des weichmagnetischen
Metallpulverpartikels ausgebildet ist. Daher kann eine Verringerung
des Metallpulveranteils im Magnetpulver verhindert werden. Folglich
nimmt auch die Magnetflussdichte des aus dem Magnetpulver gebildeten
Pressemassekerns nicht ab.
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Darüber
hinaus ist in den bevorzugten Ausführungsformen des Magnetpulvers
der vorliegenden Erfindung das weichmagnetisch Metallpulver dadurch
gekennzeichnet, dass es aus reinem Eisen besteht.
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Anstelle
von reinem Eisen kann das weichmagnetische Metallpulver aus den
vorstehend erwähnten Legierungen hergestellt werden, die
hauptsächlich aus Eisen bestehen. Jedoch können
in dem Fall, in dem das weichmagnetische Metallpulver aus reinem
Eisen hergestellt ist, die Materialkosten unter den Kosten für
andere Legierungen liegen. Ferner wird die Metalldichte in dem Magnetpulver
größer als im Fall einer Legierung auf Eisen-Silikonbasis
oder ähnlichem. Dementsprechend kann ein Pressmassekern
mit einer hohen Magnetflussdichte hergestellt werden.
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In
bevorzugten Ausführungsformen des Magnetpulvers der vorliegenden
Erfindung ist das Magnetpulver ferner dadurch gekennzeichnet, dass
eine Einzelschichtlage, die die Isolierschicht und die feindispersen
Oxidpulverpartikel aufweist, auf der Oberfläche eines weichmagnetischen
Metallpulvers ausgebildet ist.
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Wenn
ein Magnetpulverpartikel mit einem weichmagnetischen Metallpulverpartikel,
der als der Kern fungieren soll, und einer Einzelschichtlage ausgebildet
wird, die die Außenlage desselben darstellt, kann die Metalldichte
noch weiter erhöht werden. Somit kann ein Pressmassekern
mit einer verbesserten Magnetflussdichte erhalten werden.
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Darüber
hinaus wird das feindisperse Oxidpulver aus Siliziumdioxid (SiO2) hergestellt, und die Isolierschicht ist
aus einem Silikonharz hergestellt. In solchen Fällen kann
die gute Bindung zwischen dem Siliziumdioxid und dem Silikonharz
die Effekte verbessern, durch die eine Agglutination des Silikonharzes
bei hohen Temperaturen verhindert wird.
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Wenn
ein Formwerkzeug mit dem obigen Magnetpulver befüllt wird,
dem sich ein Druckumformverfahren, Trocknen, Abkühlen und
dann Erwärmen bzw. Härten anschließt,
kann ein Pressmassekern mit einer hohen Magnetflussdichte und guten Isoliereigenschaften
erhalten werden. Darüber hinaus hat sich in Demonstrationsexperimenten,
die von den Entwicklern der vorliegenden Erfindung durchgeführt
wurden, herausgestellt, dass die Abdeckung durch ein feindisperses
Oxidpulver vorzugsweise 20% bis 80% beträgt, vorausgesetzt,
dass der Eisenverlust einschließlich eines Hysteresever lustes
und Wirbelstromverlustes reduziert werden kann und die Magnetflussdichte,
die basierend auf der Magnetpulverdichte (dem weichmagnetischen
Metallpulveranteil) bestimmt wird, erhöht werden kann.
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Der
Pressmassekern mit den hervorragenden magnetischen Eigenschaften
ist als ein Kern (Spulenkern) bzw. Drosselkern für einen
Stator oder einen Rotor, der Bestandteil eines Antriebsmotors für Hybrid-
und Elektrofahrzeuge ist, zu bevorzugen, und zudem auch als ein
Kern für eine Spule, bzw. Drossel zu bevorzugen, die Bestandteil
eines Leistungswandlers ist.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung geht hervor, dass gemäß dem
Magnetpulver und dem Pressmassekern, der das Magnetpulver der vorliegenden
Erfindung aufweist, eine Agglutination einer Isolierschicht bei
einer Hochtemperaturwärmebehandlung bzw. bei einem Hochtemperatur-Härten
effektiv verhindert werden kann, so dass sehr gute Isoliereigenschaften
erreicht werden können. Ferner liegen die feindispersen
Oxidpulverpartikel auf der Oberfläche eines weichmagnetischen
Metallpulverspartikels dispergiert vor bzw. sind darauf dispers verteilt
und haften an derselben fest, und an Bereichen, wo die feindispersen
Oxidpulverpartikel nicht vorhanden sind, ist eine Isolierschicht
ausgebildet, was zu einer Erhöhung des Eisenanteils führt
(Erreichen einer hohen Dichte). Somit kann ein Pressmassekern mit
einer hohen Magnetflussdichte erhalten werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnung
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1(a) zeigt eine Querschnittansicht eines Magnetpulverpartikels
in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1(b) zeigt eine vergrößerte
Ansicht eines Bereichs eines Pressmassekerns.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm des Pressmassekern-Herstellungsprozesses.
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3(a) sind jeweils schematische Darstellungen
eines erläuternden Diagramms ein dispergiert vorhanden sind
und daran anhaften. 3(a) zeigt einen
Schritt zum Herstellen einer Lösung. 3(b) zeigt
einen Schritt zum Einarbeiten bzw. Zugeben von Eisenpulver. 3(c) zeigt einen Filtrationsschritt. 3(d) zeigt eine Querschnittsansicht eines hergestellten
Eisenpulverpartikels mit feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikeln,
die darauf dispers verteilt sind.
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4 zeigt
experimentelle Ergebnisse, die auf die Beziehung zwischen dem mit
feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikeln bedeckten Oberflächenbereich
auf der Eisenpulverpartikeloberfläche und einem Eisenverlust
hindeuten.
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5 zeigt
experimentelle Ergebnisse, die auf die Beziehung zwischen dem mit
feindispersen Siliziumpulverpartikeln bedeckten Oberflächenbereich
auf der Eisenpulverpartikeloberfläche und der Magnetpulverpartikeldichte
hindeuten.
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6(a) und (b) zeigen jeweils eine Querschnittsansicht
eines herkömmlichen Magnetpulver- Partikels in einer Ausführungsform. 6(a) zeigt ein einzelnes Magnetpulverpartikel. 6(b) zeigt eine Mehrzahl von einer Wärmebehandlung
unterzogenen Magnetpulverpartikeln.
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7(a) und (b) zeigen jeweils eine Querschnittsansicht
eines herkömmlichen Magnetpulver- Partikels in einer weiteren
Ausführungsform. 7(a) zeigt
ein einzelnes Magnetpulverpartikel. 7(b) zeigt
eine Mehrzahl von einer Wärmebehandlung unterzogen Magnetpulverpartikeln.
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In
den Figuren stehen die Bezugszeichen „1”, „2”, „3” und „10” jeweils
für ein Eisenpulverpartikel (ein weichmagnetisches Metallpulverpartikel),
ein feindisperses Siliziumdioxidpulverpartikel (ein feindisperses
Oxidpulverpartikel), einen Silikonharzfilm (eine Isolierschicht)
und ein Magnetpulverpartikel.
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Beste Art und Weise zum Ausführen
der Erfindung
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Im
Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung eingehender erläutert. 1(a) zeigt eine Querschnittsansicht eines
Magnetpulverpartikels in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1b zeigt eine vergrößerte
Ansicht eines Bereichs eines Pressmassekerns. 2 zeigt ein
Flussdiagramm des Pressmassekern-Herstellungsprozesses. 3(a) bis (d) sind jeweils schematische
Darstellungen eines erläuternden Diagramms eines Verfahrens,
in dem feindisperse Siliziumdioxidpulverpartikel auf der Oberfläche
eines weichmagnetischen Metallpulverpartikels dispers verteilt sind
und daran haften bleiben. 3(a) zeigt einen
Schritt zum Zubereiten einer Lösung. 3(b) zeigt
einen Schritt zum Einarbeiten bzw. Zuführen eines Eisenpulvers. 3(c) zeigt einen Filtrationsschritt. 3(d) zeigt eine Querschnittsansicht eines dementsprechend
hergestellten Eisenpulverpartikels mit darauf dispergiert vorhandenen
feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikeln. 4 zeigt
experimentell erhaltene Ergebnisse, die die Beziehung zwischen dem
mit feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikeln bedeckten Oberflächenbereich
auf der Eisenpulverpartikeloberfläche und einem Eisenverlust
anzeigen. 5 zeigt experimentell erhaltene
Ergebnisse, die die Beziehung zwischen dem mit feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikeln
bedeckten Oberflächenbereich auf der Eisenpulverpartikeloberfläche
und einer Magnetpulverpartikeldichte darstellen. Wie den Figuren
zu entnehmen ist, ist in einer jeweiligen Ausführungsform
eines Magnetpulvers, auf der Oberfläche eines Eisenpulver-(weichmagnetischen
Metallpulver-)partikels eine Einzelschichtlage ausgebildet, die ein
feindisperses Siliziumdioxidpulver (feindisperses Oxidpulver) und
ein Silikonharz (Isolierschicht) aufweist. In einer weiteren Ausführungsform
sind die feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikel mit einem Silikonharz
derart bedeckt, dass dort, wo die feindispersen Siliziumdioxidpartikel
auf der Oberfläche eines Magnetpulverpartikels vorhanden
sind, zwei Schichtlagen entstehen können. Darüber
hinaus weisen die Eisenpulverpartikel willkürlich geformte
Querschnitte mit sphärischen, elliptischen und anderen Formen
auf.
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1(a) zeigt eine Querschnittsansicht eines
Magnetpulverpartikels gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der Figur weist ein Magnetpulverpartikel 10 ein Eisenpulverpartikel 1 auf,
das als ein weichmagnetisches Metallpulverpartikel verwendet wird.
Feindisperse Siliziumdioxidpulverpartikel 2, bei denen
es sich um feindisperse Oxid pulverpartikel handelt, sind inselförmig über
der gesamten Oberfläche des Eisenpulverpartikels dispergiert
vorhanden und haften an derselben an. Ein Silikonharzfilm 3,
der in der Lage ist, mit den feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikeln 2 eine
starke Bindung einzugehen, haftet an dem Eisenpulverpartikel 1 und
den feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikeln 2 und dient
somit als eine Isolierschicht. Somit wird eine Einzelisolierschichtlage
auf der Oberfläche des Eisenpulverpartikels 1 gebildet.
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1(b) zeigt eine vergrößerte
Ansicht eines Bereichs eines Pressmassekerns, der durch Befüllen
eines Formwerkzeugs mit Magnetpulverpartikeln 10 und Ausführen
eines Druckumformverfahrens und einer Wärmebehandlung erhalten
wird. Die jeweiligen Magnetpulverpartikel 10, die den Pressmassekern
darstellen, weisen feindisperse Siliziumdioxidpulverpartikel 2 auf,
die mit einem Silikonharzfilm 3 eine starke Bindung eingegangen
sind. Dadurch wird die Auflösung und Agglutination des
Siliziumdioxdharzfilms 3 bei einer Hochtemperaturwärmebehandlung
verhindert. Wie in 1(b) gezeigt ist, wird
dabei die Oberfläche eines jeweiligen Magnetpulverpartikels 10 mit
dem Silikonharzfilm 3 derart bedeckt, dass dadurch die
Isoliereigenschaften eines jeweiligen Magnetpulverpartikels 10 sichergestellt werden
können. Darüber hinaus treten in einem Vergleich
von herkömmlichen Magnetpulvern, die in 6 und 7 gezeigt
sind, und dem Magnetpulver der vorliegenden Erfindung die Unterschiede
zwischen denselben deutlicher hervor.
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Anschließend
erfolgt basierend auf 2 die Beschreibung des Verfahrens
zur Herstellung eines Pressmassekerns der vorliegenden Erfindung.
In dem ersten Schritt (S100) werden die feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikel über
der Oberfläche eines jeweiligen Eisenpulverpartikels, bei
dem es sich um ein weichmagnetisches Metallpulverpartikel handelt,
dispers verteilt und haften an derselben fest. Der Schritt S100
wird basierend auf 3 noch ausführlicher
beschrieben.
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Wie
in 3(a) gezeigt ist, wird ein feindisperses
Siliziumdioxidpulver mittels Hydrolyse von Tetraethoxysilan (TEOS)
hergestellt. Genauer gesagt wird aus TEOS (5 g) und Wasser (300
ml) eine Mischung zubereitet. Das Resultat wird bis zum Ablauf der
Reaktionszeit stehengelassen. Dann weist die resultierende Zubereitung
zwei sepa rate Flüssigkeiten auf. Darüber hinaus
kann in einer Lösung die Menge des feindispersen Siliziumdioxidpulvers
angepasst werden, indem der Anteil von TEOS in Wasser angepasst
wird. Zudem kann auch der Bindungszustand des feindispersen Siliziumdioxidpulvers
in ein kreisförmiges oder kettenförmiges Muster
geändert werden. Alternativ kann auch die Menge des feindispersen
Siliziumdioxidpulvers in der Lösung angepasst werden, indem
die Lösung solange stehengelassen wird, bis eine bestimmte
Reaktionszeitspanne verstrichen ist. Um jedoch den Ablauf der Hydrolyse
und einer komplexen (Mehrfach-)Reaktion zu begünstigen,
lässt man die Lösung vorzugsweise näherungsweise
mehrere Stunden bis zu einem Tag stehen. Als Katalysator wird der
resultierenden Lösung NaOH (0,1 g) hinzugefügt.
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Wie
in 3(b) gezeigt, werden der obigen Lösung
100 g Eisenpulver (gaszerstäubtes, reines Eisenpulver)
hinzugefügt und dann kontinuierlich acht Stunden lang verrührt.
Der Betrag des feindispersen Siliziumdioxidpulvers, von dem das
Eisenpulver bedeckt ist, ist von der Rührzeit abhängig.
Je länger die Rührdauer, desto dicker ist der
dabei erhaltene feindisperse Siliziumdioxidpulverfilm und desto gleichmäßiger
ist dessen Dicke (d. h. die Abdeckung beträgt näherungsweise
100%). Bei einer kurzen Rührdauer bildet sich ein dünner,
ungleichmäßiger Film aus feindispersem Siliziumdioxidpulver.
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Nach
der Beendigung des Rührvorgangs wird eine Filtration in
einer in 3(d) dargestellten Weise
ausgeführt, um das Eisenpulver aus der Lösung
abzuscheiden. Das Eisenpulver wird dann für einen halben
Tag an der Luft getrocknet. Dementsprechend entsteht ein Pulver,
wie es in 3(d) gezeigt ist, und zwar
in einer Weise, dass die feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikel über
der gesamten Oberfläche eines Eisenpulverpartikels dispers
verteilt sind und an derselben festhaften.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 wird die Oberfläche
eines jeweiligen Pulverpartikels, das in Schritt S100 hergestellt
wurde, mit einer Isolierschicht aus einem Silikonharz (Schritt S200)
bedeckt ist. Insbesondere wird dabei ein Silikonharz in einer Ethanollösung
aufgelöst bzw. geschmolzen und dieser das in Schritt S100
entstandene Pulver zugeführt, woraufhin die Lösung
verrührt wird. Folglich bleibt das Silikonharz Ethanollösung
aufgelöst bzw. geschmolzen und dieser das in Schritt S100
entstandene Pulver zugeführt, woraufhin die Lösung
verrührt wird. Folglich bleibt das Silikonharz an der Oberfläche
eines jeweiligen Pulverpartikels haften. Der Rührvorgang
wird eine bestimmte Zeit lang ausgeführt und durch den
Rührvorgang dann ein Verdampfen des Ethanols bewirkt. Dementsprechend
entsteht ein Magnetpulver, das die Pulverpartikel (und feindispersen
Siliziumdioxidpulverpartikel) aufweist, die jeweils eine Oberfläche
aufweisen, an der ein Silikonharz haftet.
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Anschließend
wird das so erzeugte Magnetpulver in ein Formwerkzeug eingefüllt,
das einen Hohlraum aufweist, der beispielsweise zu einer spezifischen
Form eines Statorkerns oder eines Spulenkerns für einen
Elektromotors geformt ist, woraufhin ein Druckumformverfahren und
Trocknen ausgeführt wird (Schritt S300).
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Schließlich
wird zur Verringerung von während der Verarbeitung auftretenden
Spannungen im Druckumformungsprodukt eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung
derart ausgeführt, dass ein Pressmassekern (nicht gezeigt)
entsteht (Schritt S400).
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Im
Fall des Magnetpulvers der vorliegenden Erfindung gehen sogar nachdem
die Hochtemperatur-Wärmebehandlung bzw. das Hochtemperatur-Härten
im vorstehenden Schritt S400 ausgeführt worden ist, die
feindispersen Siliziumdioxidpartikel, die über der Oberfläche
eines Eisenpulverpartikels dispers verteilt sind und an derselben
festhaften, eine starke Bindung mit dem Silikonharz ein. Somit kann das
Problem gelöst werden, dass sich das Silikonharz auflöst
und agglutiniert. Folglich kann ein Pressmassekern mit sehr guten
Isoliereigenschaften erhalten werden.
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Ferner
weist eine Lage, die die Oberfläche eines Eisenpulverpartikels
bedeckt, das ein Magnetpulverpartikel darstellt, eine Einzellagenstruktur
auf, die feindisperse Siliziumdioxidpartikel und ein Silikonharz
aufweist. Somit kann der Eisenpulveranteil in dem Magnetpulver erhöht
werden (Realisierung eines hochdichten Magnetpulvers), und folglich
kann ein Pressmassekern mit einer hohen Magnetflussdichte erzeugt
werden.
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Die
Entwickler der vorliegenden Erfindung haben Experimente bezüglich
der Beziehung zwischen dem mit feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikeln
bedeckten Oberflächenbereich auf der Eisenpulverpartikeloberfläche
und einem Eisenverlust und der Beziehung zwischen demselben und
einer Magnetpulverpartikeldichte durchgeführt. 4 zeigt experimentelle
Ergebnisse bezüglich der Beziehung zwischen dem mit feindispersen
Siliziumdioxidpulverpartikeln bedeckten Oberflächenbereich
auf der Eisenpulverpartikeloberfläche und einem Eisenverlust. 5 zeigt
experimentelle Ergebnisse bezüglich der Beziehung zwischen
dem mit feindispersen Siliziumdioxidpartikeln bedeckten Oberflächenbereich
auf der Eisenpulverpartikeloberfläche und einer Magnetpulverpartikeldichte.
Im Speziellen wurden die Experimente folgendermaßen durchgeführt:
Indem der Abdeckungsgrad der feindispersen Siliziumdioxidpulverpartikel
auf der Oberfläche eines reinen Eisenpulverpartikels von
0% in 100% geändert worden war, wurde ein Magnetpulver
erzeugt. Das Magnetpulver wurde einem Druckumformvorgang und einer
Wärmebehandlung unterzogen, mit der Folge, dass ein Testprodukt
(Pressemassekern) entstand. Das Testprodukt wurde in Bezug auf seinen
Eisenverlust (Hystereseverlust und Wirbelstromverlust) und seine
Dichte bewertet. Dabei war in jedem Testprodukt die gleiche Menge
Silikonharz enthalten.
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In 4 stellen
die gepunktete Linie (Y-Linie), die gestrichelte Linie (Z-Linie)
und die durchgehende Linie (X-Linie) einen Hystereseverlust, einen Wirbelstromverlust
und einen Eisenverlust dar, bei dem es sich jeweils um die Summe
der beiden vorangehend erwähnten Arten von Verlusten handelt.
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In 4 entspricht
ein Oberflächenabdeckungsbereich von 0% einem Fall, in
dem kein feindisperses Siliziumdioxidpulver enthalten ist. Außerdem
entspricht ein Oberflächenabdeckungsbereich von 100% einem
Fall, in dem feindisperse Siliziumdioxidpulverpartikel die Oberflächen
der Eisenpulverpartikel vollkommen abdecken.
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Mit
dem Vorhandensein eines feindispersen Siliziumdioxidpulvers kann
reines Eisen und Silikonharz zufriedenstellend vermischt werden.
Folglich kann ein Magnetpulver erhalten werden, dessen Isoliereigenschaften
sogar nach einer Hochtemperaturwärmebehandlung sichergestellt
werden können. Eine Folge daraus ist eine weitere Verringerung
des Wirbelstromverlusts.
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Eine
erhöhte Abdeckung mit feindispersem Siliziumdioxidpulver
weist darauf hin, dass der Anteil der nichteisenhaltigen Verunreinigungen
erhöht ist. Folglich ist festgestellt worden, dass eine
erhöhte Abdeckung mit feindispersem Siliziumdioxidpulver
mit einem monotonen Anstieg des Hystereseverlusts einhergeht.
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Außerdem
ist festgestellt worden, dass, wenn die Abdeckung mit feindispersem
Siliziumdioxidpulver näherungsweise 80% beträgt,
die Druckverformbarkeit eines Magnetpulvers durch ein hartes feindisperes
Siliziumdioxidpulver beeinträchtigt wird, was eine Verringerung
der Pressmassekerndichte zur Folge hat. Ein Anstieg des Hystereseverlustes wird
folglich dadurch begünstigt.
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Wie
in 5 gezeigt ist, geht hingegen eine vermehrte Abdeckung
mit feindispersem Siliziumdioxidpulver mit einem monotonen Anstieg
der Magnetpulverpartikeldichte auf der vertikalen Achse einher. Wenn
die Abdeckung mit feindispersem Siliziumdioxidpulver näherungsweise
80% beträgt, nimmt die Pressmassekerndichte dabei deutlich
ab, weil ein Magnetpulver in Bezug auf seine Druckverformbarkeit
durch hartes, feindisperses Siliziumdioxidpulver beeinträchtigt
wird, wie vorstehend beschrieben ist.
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Aus
den vorstehenden experimentellen Ergebnissen kann geschlossen werden,
dass die Abdeckung der Oberfläche des weichmagnetischen
Metallpulvers (Eisenpulvers) mit feindispersem Oxidpulver (feindispersem
Siliziumdioxidpulver) vorzugsweise 20% bis 80% beträgt.
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Die
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend
unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die spezifische
Zusammensetzung der vor liegenden Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen
beschränkt. Daher sind in der vorliegenden Erfindung beliebige
Entwurfsänderungen oder dergleichen beinhaltet, ohne vom
Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Zusammenfassung
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Magnetpulver, Pressmassekern, Elektromotor
und Spule
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Magnetpulver für einen
Pressmassekern, der hervorragende Isoliereigenschaften aufweist,
ohne eine Verringerung des Magnetflussdichte des Pressmassekerns
zu bewirken, ein Pressmassekern, der das Magnetpulver aufweist,
und ein Elektromotor oder eine Spule mit einem Kern, der aus dem
Pressemassekern besteht, geschaffen. Demnach ist ein Magnetpulver 10 für
einen Pressmassekern dadurch gekennzeichnet, dass relativ harte
feindisperse Oxidpulverpartikel 2 über der Oberfläche
eines weichmagnetischen Metallpulverpartikels 1 verteilt
sind und an derselben haften, und dass eine relativ weiche Isolierschicht 3 an
den feindispersen Oxidpulverpartikeln 2 und Bereichen festhaftet,
in denen die verteilten und anhaftenden feindispersen Oxidpulverpartikel 2 nicht
auf der Oberfläche des weichmagnetischen Metallpulverpartikels 1 existieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2005-133168
A [0007]
- - JP 2006-128521 A [0007]
- - JP 2006-5173 A [0007]