“压粉磁芯”的世界：助力可持续发展时代

摘要：为实现温室气体排放与吸收之间的平衡，节能与电动化势在必行。众多电子产品内置有电动机构和电源装置，其中，采用“压粉磁芯”（磁性材料/磁芯）的电磁转换线圈作为关键部件发挥着重要作用。

从根本上助力省电化与电动化，

为促进碳中和作出贡献

～“压粉磁芯”的潜力：从工业机械到家电与汽车～

世界各国正携手应对全球变暖，如何实现碳中和已成为重要课题。

为实现温室气体排放与吸收之间的平衡，节能与电动化势在必行。众多电子产品内置有电动机构和电源装置，其中，采用“压粉磁芯”（磁性材料/磁芯）的电磁转换线圈作为关键部件发挥着重要作用。

与以往主流的径向间隙电机不同， 采用压粉磁芯的“轴向间隙电机”实现了小型化、轻量化与高功率输出 。住友电工集团从早期便开始关注该技术，并于2020年率先向市场推出了“轴向间隙电机”用压粉磁芯。本次将介绍住友电工集团的各种举措， 详细阐述其潜力与通过普及推广如何助力社会可持续发展 。

形状自由，得以实现

小型化与轻量化的“压粉磁芯”

～卓越特性催生出全新市场～

半个多世纪的漫长历史与全球第二市场份额

住友电工的“烧结产品”

住友电工集团烧结产品事业部所研发的“烧结产品”，是通过将铁、铜等金属粉末填入模具，在约3至10吨/㎠的高压下模压成型，再以低于材料熔点的温度（约1,100至1,300℃）使粉末彼此结合而成的固体产品。相较于锻造和铸造等工艺，它具有生产效率高、能耗低、可加工出复杂形状等诸多优势。现在该事业部的烧结产品主要用于汽车零部件，，包括发动机油泵、变量阀、变速器等。1948年，住友电气工业株式会社伊丹制作所开始制造和销售这些烧结产品。1972年，冈山住电精密株式会社成立，总公司冈山工厂与伊丹工厂的双据点体制得以确立。随后，随着日系汽车生产商在日本以外扩产，相继在美国、墨西哥、中国、泰国、马来西亚和印度尼西亚等国设置了生产据点，不断扩大事业。现在，本公司烧结产品的市场份额在日本国内位居首位，全球排在第二。

将一粒粒磁性粉末

绝缘涂装后制成的“压粉磁芯”

“压粉磁芯”是本次特辑的主题，它是一种通过冲压模具将软磁性铁粉加工成三维形状的零部件。“压粉磁芯”的相关举措始于2000年初。研发团队着眼于以往烧结产品所不具备的特性。“压粉磁芯”使用的是带有绝缘涂层的铁粉。这是其特性的关键之一。以往的层叠式电磁钢板磁芯只能实现层间绝缘。“压粉磁芯”的每一粒粉末均为绝缘涂层，因此可同时实现高电阻和强磁力。这样一来，搭载了压粉磁芯的组件可实现大功率化及小型化，并减少能耗。

采用前述优秀特性的“压粉磁芯”产品，于2003年首次投入市场。它就是清洁柴油发动机的共轨式燃料喷射阀。“压粉磁芯”可实现精密控制，有助于节省油耗。而对于汽油发动机的点火线圈，则提升了点火性能，改善了油耗。2012年，开始量产“电抗器”；2020年，开始运用于“轴向间隙电机”。

以“驱动”为主题，放眼全新市场开拓

烧结产品事业部战略企画部长（当时）

小林英夫

包括“压粉磁芯”在内，负责烧结产品事业的核心人员是烧结产品事业部战略企画部的小林英夫（当时）。入职以来，他一直负责烧结类产品的销售，2023年10月就任战略企画部长。他所领导的战略企画部，是同年7月开始运行的新部门。小林指出：当下的背景是汽车行业正迎来巨变。

“烧结类产品的客户有9成都属于汽车行业，随着“CASE（Connected互联、Autonomous自动驾驶、Smart/Shared & Services共享化、Electric电动化）”这一概念出现，由此我们迎来了百年一遇的巨大变革期。为促进今后的战略和企划立项及实践，本部门得以设立。从整体来说，烧结类产品约有3/4是在日本以外生产，因此从全球视角来看，必须优化据点，包括生产方面的完善。此外，更大的课题是近未来的汽车需求。我认为随着电动车等车型不断地普及推广，油车需求会进一步下降。在这样的背景下，我们正考虑向汽车市场以外的市场供应包括‘压粉磁芯’在内的烧结产品。作为‘驱动’所需的零部件，我们将积极开拓包括NewMobility（新一代移动方式和服务）在内的全新市场。”(小林)

关键节点：运用于“轴向间隙电机”

构成汽车的“可动部件”几乎全都搭载了电机。电机是一种利用磁铁将电能转为动能的设备。电流流过时就会产生磁场，电极之间相互吸引或排斥，进而产生旋转。将铜线卷成线圈状就会产生磁场，但如果缠绕在磁芯上，磁场就会更加强大，可最大限度提升效率和功率。

以往大多数电机均为径向间隙结构，磁芯材料几乎全都是电磁钢板。近年来，在汽车和工业机器人等领域中，“轴向间隙电机”作为小型大功率电机而备受瞩目。

通过独有的压粉磁芯

按照径向间隙电机同等性能实现超薄和轻量化

“本公司一直致力于开发和供应采用了‘压粉磁芯’的燃料喷射阀、点火线圈及电抗器等产品，而特殊的点在于材料自身具备特定功能，它已成为我们的事业支柱之一。此外，‘压粉磁芯’在行业中被率先运用于‘轴向间隙电机’，这是其发展的关键节点，今后市场营销方面的工作会变得至关重要。至于今后会向哪些市场供应产品，这关系到全新商业模式的构建。汽车领域自不必说，我们必须挖掘全新的需求和用途，充分展示‘压粉磁芯’的优势，以此提升销售额。接下来便是攻坚期。”（小林）

住友电工的烧结事业与事业战略“五化”

以“ALL住友电工”体制

生产独有“压粉磁芯”

～电抗器：实现小型、轻量化与优化生产～

热处理后的压粉磁芯

技术之精粹，压粉磁芯的制造工序

让我们来看一看“压粉磁芯”的制造工序。首先，在带有绝缘涂装层的磁性粉末中混合添加剂，进行冲压成型。与粉末之间结合形成的“烧结”不同，为释放成型引起的形变应力，用约400至800℃的低温进行热处理。低温热处理既节能，还能避免粉末彼此结合，可实现优秀的回收利用性。以如此方式成型的“压粉磁芯”与层叠式电磁钢板磁芯相比，具有高磁束密度（表现磁力强度的量）、形状自由度及高频特性，通过产品的小型化、轻量化及高功率化，有助于减轻环境压力。

压粉磁芯的制造工序

实现电压升压与平滑化的“电抗器”

近年来，考虑到环保和节能等因素，汽车电动化正快速推进，为进一步提高燃油效率，要求系统整体具备高效化和小型轻量化。另一方面，为实现与油车同等的行驶性能，高电压化也不可或缺。其解决方法之一是采用升压器，其核心零部件是“电抗器”。它负责实现电池电压升压与平滑化处理，供应稳定电压。同时根据驱动状况进行最佳升压，提升电机性能及动力控制单元整体的效率。针对这一需求，住友电工集团向市场推出了采用“压粉磁芯”的“电抗器”。

电抗器（右上）和压粉磁芯（左前）

电感值的维持

住友电工集团开始量产采用“压粉磁芯”的“电抗器”可追溯至2012年。此后，市场对小型轻量化的需求从未停止。在这样的背景下，全新课题浮出水面，即改善显示性能的指标之一――电感。电感是显示磁性能源蓄积的指标，这个值越高，则蓄积的能源越多，但不同的驱动条件有可能导致电感下降。为了在各种驱动条件下，将电感维持在必要范围内的同时实现小型化，就必须提升“压粉磁芯”的饱和磁束密度。饱和磁束密度是指可处理磁性材料的磁力最大值，这个值越高，则磁芯越能小型化。因此，采用饱和磁束密度较高的纯铁压粉，充分运用“压粉磁芯”特性并加工成三维形状，可进一步实现小型化。此外，通过提升散热性和树脂外壳轻量化等方式，较以往产品实现了10%的小型轻量化。

此类研发举措，均是在“ALL住友电工”体制的基础上推行。住友电工的汽车事业本部站在与客户沟通的最前线，针对客户需求，通过株式会社自动网络技术研究所进行设计与开发。电抗器的线圈（铜线）由住友电工运泰克株式会社负责，压粉磁芯的生产由住友电工烧结合金株式会社负责，装配由住友电装株式会社负责。这款“压粉磁芯”的生产据点便是住友电工烧结合金株式会社伊丹工厂。

住友电工烧结合金株式会社伊丹制造部

开发组长奥野丽子

曾任职烧结产品的产品设计、工厂的生产技术等岗位，现任伊丹制造部开发组长奥野丽子正从事“压粉磁芯”的开发与生产工作。

“我参加项目的时间是在第二版电抗器开始量产的2018年。入职以来，我一直从事烧结产品相关工作，但2018年时却是首次负责磁性材料，因此是从零开始学起。因为“压粉磁芯”是由带有绝缘包覆层的铁粉经模具冲压成型加工而成，由于脱模时的摩擦，绝缘包覆层会出现损伤，相邻磁性粉末彼此导电，导致铁损*增大，当时这个课题很令人烦恼。正是每一粒粉末均为绝缘包覆，才得以体现“压粉磁芯”的优异性能。因此，我们开始探讨在冲压成型加工中，如何避免绝缘涂装层受损。”（奥野）

*铁损：是指在变压器与电动机等的铁芯部分中，电力转换为热能后被消耗。

划时代的制法：运用“磁芯悬浮”

为防止绝缘包覆受损所导致的铁损，第一版电抗器是通过激光加工的方式生成氧化铁，从而切断电流。但问题在于随着工序增加，成本也会大幅度增加。于是第二版电抗器找到了一个划时代的解决方法，即通过使模具悬浮，防止脱模时绝缘包覆层受损。该方法不但提升了生产率，还获得了专利。“电抗器”所需的性能随时代一同变化，其技术尚未成熟。现在奥野着眼于“材料”。

“客户是如何使用‘电抗器’的？为了切实把握这一点，挖掘出客户所需的性能，我希望致力于材料本身的开发，包括磁性粉末的构成和绝缘方法等。我认为与客户并行开展磁性解析，可提出更具有建设性的额外方案。”（奥野）

严格遵守与深入执行“合格品条件”

住友电工烧结合金株式会社（时任）

伊丹制造部长久保正德

时任伊丹制造部长的久保正德，长年来一直从事烧结产品相关生产工作。他从初期便参与到了“压粉磁芯”项目中。

“作为工厂运营者，满足‘合格品条件’是我不懈追求的目标。这一点是得出正确结果所必需的条件，例如在工作现场生产符合质量要求的产品。在“压粉磁芯”的生产过程中，在考虑原料质量、模具动态和压力、形状、尺寸及表面加工等成本与生产率要素的同时，应严格遵守“合格品条件”，最终才能成功供应客户所需的产品。我认为今后随着汽车电动化程度提升，“电抗器”相关需求将不断增多。从这一点来说，我认为自己的职责是建立一个稳定的量产体制。”（久保）

可以说基于ALL住友电工体制的“电抗器”在“压粉磁芯”业界已获得一定的威望。通过开发与生产所积累的相关知识与见解，又促进了“轴向间隙电机”专用“压粉磁芯”的开发。

成型机

成形

检查

开拓“压粉磁芯”的全新世界

～开发用于“轴向间隙电机”的“压粉磁芯”～

轴向间隙电机（右后）和压粉磁芯（左前）

采用圆盘状的基本构造，

实现高性能和轻薄化

住友电工烧结合金株式会社

电动模块开发室长上野友之

住友电工集团于2005年前后开始推进“轴向间隙电机”用“压粉磁芯”的研发工作。从当时到现在，上野友之一直参与该研发工作。他从隶属于先进材料研究所时开始，便一直致力于“压粉磁芯”的研发。随后，住友电工烧结合金株式会社为进一步扩大搭载了“压粉磁芯”的“轴向间隙电机”的用途，设立了电动模块开发室，2023年，他就任该开发室的室长。

“2005年，以混动车的电机搭载为契机，团队开始探讨“轴向间隙电机”的可能性。但当时的“压粉磁芯”在绝缘性能、耐热性和强度方面存在不足，无法满足所需性能。2014年左右，在提升燃油效率和全球变暖等环境因素的背景下，市场对电机小型轻量化的需求再次浮现。团队认为若能实现小型轻量化，那么“压粉磁芯”就比电磁钢板更有优势，于是重启了相关研发。反复试制，积累相关知识与见解。电机市场规模巨大，存在极大商机，因此我们认为搭载了高效节能“压粉磁芯”的“轴向间隙电机”的普及推广亦有助于社会的可持续发展，遂加快了研发。”（上野）

上野等人研发的“压粉磁芯”将电机的基本构造从圆筒状改为了圆盘状，实现了轻薄化。与以往的径向间隙电机相比，新电机在力矩和最高效率等性能方面具有同等水准，且达成了轻薄化。

可大幅削减二氧化碳排放量，

并实现回收利用

住友电工烧结合金株式会社

电动模块开发室主席斋藤达哉

“压粉磁芯”首次被运用于“轴向间隙电机”是在2020年，最终用途是工业机械。和上野同属电动模块开发室的斋藤达哉自入职以来便一直从事“压粉磁芯”相关工作，为提升“轴向间隙电机”用“压粉磁芯”销量，他积极地与客户进行沟通。

“我和营业负责人同行，向客户介绍了‘压粉磁芯’的优势。决定电机性能的关键在于磁芯。我们主要展示了电磁钢板不具备的特性，包括其紧凑的设计和高磁束高密度所实现的高力矩、能源损失较少以及可加工成三维形状等。然后我们进一步响应客户需求进行试制，并反复变更设计。此外从可持续发展的观点来看，‘压粉磁芯’也很有优势。由于其原料为粉末，因此可磨碎后回收利用。此外，压粉磁芯新粉在二氧化碳排放量方面比电磁钢板减少约70％，回收利用后的压粉磁芯可减少约90％以上。我们让客户理解并认可了这些丰富的特性，最终促成订购。我深切体会到团队迈出了坚实的一步。”（斋藤）

住友电工烧结合金株式会社电动模块开发室

兼伊丹制造部开发部门主席荣田壮亮

针对客户需求进行“压粉磁芯”的制造与量产并非易事，荣田壮亮提出了相关探讨。荣田从项目启动初期便一直从事“压粉磁芯”相关工作。

“量产前的准备时间所剩无几，因此必须和研究部门开展紧密合作。针对研究部门率先提出的形状方案，我们对量产所需成本和质量进行了探讨，设计模具并开始试制。在短时间内便完成了这个周期。我们尤其关注如何提升造型方面的精度。用模具冲压方式进行成型加工时，我和团队成员反复探讨，通过均匀填充磁性粉末最终实现了高精度。这款产品不仅响应了客户需求，还基于先行研发的独家技术方案完成了量产化，因此我感到格外欣慰。”（荣田）

压粉磁芯的回收利用性

市场所需的电机高效化与节能化

长久以来，电机耗能被视为重要课题，它占世界耗电量的一半左右。通过电机高效化和节能化可实现节电，进而减少二氧化碳排放量，抑制全球变暖进程。

“为制造出更高效的电机，我认为可实现小型轻量化及大功率的‘压粉磁芯’能够带来巨大优势。此外，我们今后还必须提供额外的附加价值。回收利用技术的确立也是其中之一。此外，不仅限于供应磁芯，我希望深入理解电机本身，先于客户挖掘出课题，提升‘轴向间隙电机’的提案质量。我希望本公司能够一直走在业界前列，为世界提供全新价值。”（上野）

氛围热烈的开发会议

研究压粉磁芯时的情景

“压粉磁芯”产品

创造出可持续发展的未来

～“轴向间隙电机”开拓新市场的挑战～

压粉磁芯的产品阵容

专攻普及推广的专业营业部门

烧结产品事业部营业部

新产品营业组主干东大地

在“轴向间隙电机”搭载的“压粉磁芯”的开发过程中，有一个专业部门开始起步。那便是新产品营业组。从事材料研发的东大地是“压粉磁芯”的负责人之一。他之所以被调动至营业部门，是因为促进“压粉磁芯”的运用，需要深度的知识与见解。

“可以说我的定位是技术开拓型销售。我作为研究部门和客户之间的桥梁，现在致力于提高市场上‘压粉磁芯’的知名度。包括家电、工业机械及汽车等在内，只要是搭载电机、对小型轻量化有所需求的行业都有可能采用压粉磁芯。我通过展会或官网上的商品展示、基于公司内网的客户介绍等各种机会，积极介绍‘压粉磁芯’的优势，也就是首先吸引市场关注。客户大多是设计开发部门的技术人员。我们听取各方的需求，整理并转达给开发部门，并积极开展试制和提案。”（东）

在开展这些活动的过程中，团队得知国际化空调综合生产商――大金工业株式会社（以下简称“大金”）正准备开发“轴向间隙电机”的信息。东与对方设计师反复沟通，感觉“压粉磁芯”有望得以采用。随后，中江翠接下了东手中的接力棒。

家用空气净化机搭载的“轴向间隙电机”

烧结产品事业部营业部

大阪营业组中江翠

“烧结部门齐心协力，誓要拿下订单。关于轴承等烧结产品，团队已与大金公司有过交易往来，与其采购部门有所接触。但本次项目属于新的尝试，因此与客户沟通时设计部门成员也一并同行。团队还举办了涉及‘压粉磁芯’，面向大金公司的技术人员的技术交流会。大金公司积极推进了‘轴向间隙电机’的开发工作，与此同时也顺利推进了技术团队间的理解与共识。”（中江）

与花费2至3年以上的汽车行业不同，为了让客户尽早采用压粉磁芯，该项目要求将开发至量产的时间控制在1年以内，日程非常紧。为了实现该目标，制造与开发各部门必须开展紧密合作。此外，客户也有可能采用历来使用的电磁钢板。中江重点介绍了“压粉磁芯”在形状自由度方面的优势。此时新课题浮现，客户要求团队生产两端面呈“帽檐形”的“压粉磁芯”，这是住友电工的专利产品。虽然在维持性能的前提下可实现薄型化，但仍缺乏量产经历，因此，团队开始紧急探讨该如何实现这一点。随后客户于2023年1月下单，同年5月开始量产，整个日程非常紧。中江这才放下了悬着的心。大金负责人高山佳典先生说道：

大金工业株式会社高山佳典先生

“在开发轴向间隙电机之初，我希望能采用新的基础技术。当时，我们恰好遇上了形状自由度高、可小批量生产的住友电工‘压粉磁芯’。重点之一是其产品两端面呈帽檐状。这可以确保与磁铁的对向面积，同时缩短线圈的平均周长，进而实现电机薄型化与高效化。希望住友电工今后也能源源不断地提出丰富的独家产品方案。此外，为了进一步推广电机用‘压粉磁芯’，期待住友电工在降本型材料和制造工艺方面能实现新的突破。”（高山先生）

响应旺盛电机需求的“压粉磁芯”

丰富的轴向间隙电机产品

在日本国内自不必说，即便是在世界范围内，用于“轴向间隙电机”的“压粉磁芯”的量产也是一项开创性的举措。

“本公司‘压粉磁芯’的历史长达25年，其间，高效化和节能性等方面已迎来显著进化。在电机的设计开发过程中，我负责推进电磁钢板向‘压粉磁芯’转换。轴向间隙电机的市场非常广阔，它能够最大限度运用‘压粉磁芯’特性。我们旨在挖掘出客户设计开发中存在的阻碍，开拓‘压粉磁芯’的全新市场。”（东）

烧结产品事业部营业部长芝井启行

烧结产品事业部的营业部长是芝井启行。芝井负责住友电工集团烧结产品的所有营业活动，对“压粉磁芯”这一技术寄予厚望。

“首先工业设备、家电和汽车等行业是我们营销的目标市场。特别是汽车电动化不断加快，我认为市场对小型轻量化‘轴向间隙电机’的需求高涨。另一个背景是‘类人机器人’的普及推广。现在，在日本国内外，搭载了包括生成式AI在内的最尖端技术的人型机器人相继问世，或许我们即将迎来一个机器人全面代替人类劳动的时代。步行等动作自不必说，手臂、肘部、手指和腿部等的动作均由电机控制，手指关节等部位则需要超小型电机。我认为本公司率先研发的‘压粉磁芯’将充分发挥作用，并转化为巨大商机。”（芝井）

拥有25年悠久历史的住友电工“压粉磁芯”已迈入全新阶段。可以预见“压粉磁芯”的普及推广将改变电机开发的世界。依托小型、轻量、大功率和可回收利用等技术优势实现节能，为可持续发展社会奠定基石――这一愿景将在不远的将来成为现实。