專利名稱：配電用非晶態變壓器的制作方法
技術領域：
本發明涉及具備包括非晶態合金薄帶的鐵芯和繞組的變壓器，特別涉及特征在于鐵芯的材質以及鐵芯的退火處理的配電用非晶態變壓器。
背景技術：
以往，已知使用非晶態合金作為鐵芯材料的非晶態變壓器。利用該非晶態變壓器， 將非晶態合金箔帶層疊并彎曲成U字形而使兩個前端部對接或重合為卷鐵芯，與以往的使用了電磁鋼板的變壓器相比，可以減小鐵損。但是，在卷鐵芯結構中，如果將材料彎曲，則產生應力，該應力會導致磁特性惡化，所以需要將鐵芯在磁場中實施退火(anneal)處理，以釋放應力來改善特性。這不僅僅對于非晶態合金，在電磁鋼板中也是必要的；但由于進行退火處理，原材料內部開始再結晶化，而導致脆化。此時，退火條件與合金的成分存在關系，對于作為現有材料的 Metglas (R) ^05SA1，在超過330°C的溫度下，以30分鐘以上進行退火。另外，在專利文獻1 中，以其獨自的公式確定了該退火條件。專利文獻1 日本特開昭58-34162號公報
發明內容
由本申請申請人之一，以與現有的一般材料不同的成分，開發出了飽和磁通密度高且更低損失的非晶態合金，并提出了專利申請(日本特愿2005-62187)，但對于該新材料的專利申請，主要敘述了成分，而未涉及詳細的退火條件。但是，由于成分不同，所以上述非晶態合金有可能與現有的退火處理不同。因此，本發明的目在于提供一種選定最適合于新材料的退火條件，且與使用了現有的非晶態合金的變壓器相比低損失的配電用非晶態變壓器。本發明的配電用非晶態變壓器具備包括非晶態合金薄帶的鐵芯和繞組，其中，上述鐵芯被實施了退火處理，在該鐵芯成形后的退火時，鐵芯中心部溫度為300 340°C、且保持時間為0. 5h以上。另外，關于本發明的配電用非晶態變壓器中的上述鐵芯，鐵芯成形后的退火時的磁場強度為800A/m以上。另外，本發明的上述非晶態合金薄帶的非晶態合金優選包括!^aSibBeCd (Fe:鐵， Si 硅，B 硼，C 碳)和不可避免的雜質，其中合金成分以原子％表示為80 < a彡83%,0
18%,0.01^d^3% ；利用該成分的非晶態合金薄帶，可以制成高 Bs(飽和磁通密度)和在矩形性方面優良、且即使退火溫度低其特性也比現有材料優良的磁芯。優選將如下的材料使用為配電用非晶態變壓器用的非晶態合金薄帶針對非晶態合金薄帶的自由面、輥面，如果從它們的表面到內部測定c的濃度分布，則在2 20nm的深度范圍內存在C的濃度分布的峰值。以下示出限定成分的理由。以下，將原子％簡記成％。表示!^e量的a如果少于80%，則無法得到作為鐵芯材料的充分的飽和磁通密度； 另外，如果多于83%，則熱穩定性降低，無法制造出穩定的非晶態合金薄帶，所以優選為 80 SaS 83%。另外，也可以將!^e量的50%以下用Co以及Ni的1種或2種來置換，為了得到高飽和磁通密度，優選為關于Co將置換量設為40%以下，關于Ni將置換量設為10% 以下。由于Si是對非晶態形成能有貢獻的元素，為了提高飽和磁通密度，表示Si量的b 優選設為5%以下。表示B量的c對非靜態形成能的貢獻最大，在少于8%時，熱穩定性降低，在多于 18%時，無法得到非晶態形成能等的改善效果。另外，為了確保高飽和磁通密度的非晶態的熱穩定性，優選為12%以上。C對矩形性以及飽和磁通密度的提高具有效果，表示C量的d在少于0. 01 %時，幾乎沒有效果，而在多于3%時，造成脆化、熱穩定性降低。另外，也可以包含0. 01 5%的Cr、Mo、Zr、Hf、Nb的1種以上的元素；作為無法避免的雜質，也可以含有0. 50%以下的Mn、S、P、Sn、Cu、Al、Ti中的至少1種以上的元素。另外，對于本發明的配電用非晶態變壓器中的上述非晶態合金薄帶，以原子％表示Si量的b和表示C量的d滿足b < (0. 5 X a-36) X d1/30另外，對于本發明的配電用非晶態變壓器中的上述非晶態合金薄帶，退火后的飽和磁通密度為1.60T以上。對于本發明的配電用非晶態變壓器中的上述鐵芯，退火后的外部磁場80A/m的磁通密度為1. 55T以上。另外，對于本發明的配電用非晶態變壓器中的上述鐵芯，退火后的磁通密度為 1. 4T且頻率為50Hz下的環形樣品的鐵損W14/5(1是0. 28ff/Kg以下。另外，對于本發明的配電用非晶態變壓器中的上述鐵芯在退火后的破壞形變ε 為0. 020以上。根據本發明，能夠提供一種配電用非晶態變壓器，該配電用非晶態變壓器具有以下的磁芯該磁芯具有與現有的一般材料不同的!^eSiBC0 鐵，Si 娃，B 硼，C 碳)的成分的非晶態合金，其飽和磁通密度高且更低損失，即使退火溫度低其特性也比現有材料更優良。
圖1是實施例1的開發材料的退火條件和磁特性1的說明圖。圖2是實施例1的開發材料的退火條件和磁特性2的說明圖。圖3是具備實施例1的開發材料的鐵芯的非晶態變壓器的退火條件和磁特性的說明圖。圖4是示出表示Si量的b以及表示C量的d的關系、及其與應力緩和度以及破壞形變的關系的說明圖。
具體實施例方式使用附圖，對本發明的配電用非晶態變壓器的實施例進行說明。實施例1對實施例1進行說明。本實施例的配電用非晶態變壓器具備將非晶態合金箔帶層疊并彎曲成U字形而使兩個前端對接或重合的鐵芯和繞組。本實施例的鐵芯中使用的非晶態合金薄帶的非晶態合金包括以FeaSibB。Cd(Fe 鐵，Si 硅，B:硼，C:碳)表示的合金成分以及無法避免的雜質，其中。以原子％表示， 80 ^ a ^ 83%,0 < b ^ 5%U2 ^ c ^ 18%,0. 01 ^ d ^ 3% ；針對非晶態合金薄帶的自由面、輥面，如果從這些表面到內部測定C的濃度分布，則在2 20nm的深度的范圍內存在 C的濃度分布的峰值。在鐵芯成形后的退火時，以鐵芯中心部溫度為320士5°C、保持時間為 60士 10分鐘進行退火。鐵芯成形后的退火時的磁場強度為800A/m以上。關于本實施例的非晶態合金薄帶，以原子％表示，表示Si量的b和表示C量的d 優選滿足(0.5Xa-36)Xd1/3o如圖4所示，雖然存在依賴于C量的部分，但通過相對于恒定的C量減小b/d而成為應力緩和度高且磁通飽和密度高的成分，作為電力用變壓器材料是最佳的。另外，在添加高C量時產生的脆化、表面結晶化、熱穩定性的降低也被抑制。在本實施例的鐵芯中，退火后的外部磁場80A/m的磁通密度為1. 55T以上。另外，在本實施例的鐵芯中，退火后的磁通密度為1. 4T，且在頻率為50Hz下，環形樣品的鐵損 W14/5Q是0J8W/Kg以下。在本實施例的鐵芯中，退火后的破壞形變ε為0.020以上。對本實施例的非晶態變壓器的鐵芯的退火條件進行說明。作為實施例的鐵芯，使用了具有以F SibB。Cd(Fe 鐵，Si 娃，B 硼，C 碳)表示的合金成分的非晶態合金，其中以原子％表示，80彡a彡83%、0 < b彡5%、12彡c彡18%。另外，作為比較例，使用了具有由RaSibBeCdO^ 鐵，Si 硅，B 硼，C 碳)表示的合金成分以及無法避免的雜質的非晶態合金，其中以原子％表示，76彡a彡81%、5 < b彡12%、8彡c彡12%、0. 01彡d彡3%。在不同的條件下實施了退火處理。退火時間為1個小時。在圖1中，橫軸為退火溫度，縱軸為在處理后得到的保持力(He)。在圖2中，橫軸為退火溫度，縱軸為被稱為B80 的、退火時的磁化力為80A/m時的磁通密度。實施例的鐵芯以及比較例的鐵芯中使用的非晶態合金這兩者通過退火條件而得到的磁通特性都變化。本實施例的非晶態合金與比較例的合金相比，即使退火溫度低，也可以降低保持力(He)。實施例的非晶態合金的退火溫度優選為300 340°C，特別優選為300 330°C的范圍。另外，實施例的非晶態合金與比較例的合金相比，可以提高B80，而且即使退火溫度低也可以得到良好的磁特性。實施例的非晶態合金優選為將退火溫度設成310 340°C。因此，為了使兩者的磁特性都變得良好，實施例的非晶態合金優選將退火溫度設成310 330°C。該退火溫度比比較例中的非晶態合金低20 30°C左右。如果降低退火溫度，則退火處理中使用的能量消耗降低，所以實施例的非晶態合金在該點也是優良的。另外，比較例的非晶態合金在該退火溫度下，無法得到良好的磁特性。另外，退火時間優選為0.5小時以上。在小于0.5小時下，無法得到充分的特性。另外，如果超過150分鐘，則無法得到與所消耗的能量的程度相當的特性。特別地，優選為40 100分鐘，進一步優選為50 70分鐘。圖3示出具備實施例的非晶態合金的鐵芯的變壓器的特性(鐵損)，是改變A E這5個模式和退火條件來進行的結果。此處，模式C和D是使用了與上述比較例相同或與其相近的材料的例子，與模式A以及B相比鐵損都更惡化。S卩，可以說與在圖1中確認的傾向相同。另外，模式A以及B是改變退火中的施加磁場強度而進行比較的實施例。可知即使施加800A/m以上的磁場強度，鐵損也幾乎不變化。但是，模式B需要使較多的電流流過， 所以最佳退火條件為模式A。另外，可知在小于800A/m的施加磁場強度下，鐵損增大。另外，可知在模式E中，與模式A相比鐵損稍微劣化，但作為退火條件是適當的。實施例2接下來對實施例2進行說明。本實施例2的非晶態變壓器與實施例1相比，非晶態合金薄帶的材料不同，非晶態合金包括以I7eaSibBeCdO^e 鐵，Si 硅，B 硼，C:碳)表示的合金成分以及無法避免的雜質，其中以原子％表示，80 ^ a ^ 83%,0 < b ^ 5%, 12彡c彡18%、0. 01彡d彡3%，退火后的飽和磁通密度為1. 60T以上。除此以外的數值與實施例1相同。另外，與退火條件對應的磁特性等也與實施例1大致相同。
權利要求
1.一種配電用非晶態變壓器，具備將非晶態合金薄帶層疊的鐵芯和繞組，其中，上述非晶態合金薄帶的非晶態合金包括以I^eaSibBcA表示的合金成分以及無法避免的雜質，其中，以原子％表示，80 0.01彡d彡3%，其中Je為鐵，Si為硅，B為硼，C為碳，上述鐵芯被實施了以下的退火處理鐵芯成形后的退火的鐵芯中心部溫度為310 340°C、且保持時間為30 150分鐘，鐵芯成形后的退火時的磁場強度為800A/m以上，對于上述非晶態合金薄帶，退火后的飽和磁通密度為1.60T以上。
2.根據權利要求1所述的配電用非晶態變壓器，其中，針對上述非晶態合金薄帶的自由面、輥面，如果從這些表面到內部測定C的濃度分布，則在2 20nm的深度的范圍內存在 C的濃度分布的峰值。
3.根據權利要求1所述的配電用非晶態變壓器，其中，對于上述鐵芯，退火后的外部磁場80A/m的磁通密度為1. 55T以上。
4.根據權利要求1所述的配電用非晶態變壓器，其中，對于上述鐵芯，退火后的磁通密度為1. 4T，且在頻率為50Hz下，環形樣品的鐵損W14/5(1是0. 28ff/Kg以下。
5.根據權利要求1所述的配電用非晶態變壓器，其中，對于上述鐵芯，退火后的破壞形變ε為0. 020以上。
全文摘要
本發明提供一種配電用非晶態變壓器，使用了具有與現有的非晶態合金材料相比退火溫度低、且磁特性高的非晶態合金材料的磁芯。在具備包括非晶態合金薄帶的磁芯和繞組的配電用非晶態變壓器中，鐵芯被實施鐵芯成形后的退火時的鐵芯中心部溫度為300～340℃、且保持時間為0.5h以上的退火處理。另外，對于鐵芯，鐵芯成形后的退火時的磁場強度為800A/m以上。
文檔編號H01F1/153GK102208257SQ20111004465
公開日2011年10月5日 申請日期2007年2月27日 優先權日2006年2月28日
發明者吉澤克仁, 小川雄一, 山下晃司, 直江昌武, 福井和元 申請人:株式會社日立產機系統