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CN101395682B - 配电用非晶态变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种配电用非晶态变压器，使用了具有与现有的非晶态合金材料相比退火温度低、且磁特性高的非晶态合金材料的磁芯。在具备包括非晶态合金薄带的磁芯和绕组的配电用非晶态变压器中，铁芯被实施铁芯成形后的退火时的铁芯中心部温度为300～340℃、且保持时间为0.5h以上的退火处理。另外，对于铁芯，铁芯成形后的退火时的磁场强度为800A/m以上。

Description

配电用非晶态变压器
技术领域
本发明涉及具备包括非晶态合金薄带的铁芯和绕组的变压器，特别涉及特征在于铁芯的材质以及铁芯的退火处理的配电用非晶态变压器。
背景技术
以往，已知使用非晶态合金作为铁芯材料的非晶态变压器。利用该非晶态变压器，将非晶态合金箔带层叠并弯曲成U字形而使两个前端部对接或重合为卷铁芯，与以往的使用了电磁钢板的变压器相比，可以减小铁损。
但是，在卷铁芯结构中，如果将材料弯曲，则产生应力，该应力会导致磁特性恶化，所以需要将铁芯在磁场中实施退火(anneal)处理，以释放应力来改善特性。这不仅仅对于非晶态合金，在电磁钢板中也是必要的；但由于进行退火处理，原材料内部开始再结晶化，而导致脆化。此时，退火条件与合金的成分存在关系，对于作为现有材料的Metglas(R)2605SA1，在超过330℃的温度下，以30分钟以上进行退火。另外，在专利文献1中，以其独自的公式确定了该退火条件。
专利文献1：日本特开昭58-34162号公报
发明内容
由本申请申请人之一，以与现有的一般材料不同的成分，开发出了饱和磁通密度高且更低损失的非晶态合金，并提出了专利申请(日本特愿2005-62187)，但对于该新材料的专利申请，主要叙述了成分，而未涉及详细的退火条件。但是，由于成分不同，所以上述非晶态合金有可能与现有的退火处理不同。
因此，本发明的目在于提供一种选定最适合于新材料的退火条件，且与使用了现有的非晶态合金的变压器相比低损失的配电用非晶态变压器。
本发明的配电用非晶态变压器具备包括非晶态合金薄带的铁芯和绕组，其中，上述铁芯被实施了退火处理，在该铁芯成形后的退火时，铁芯中心部温度为300～340℃、且保持时间为0.5h以上。
另外，关于本发明的配电用非晶态变压器中的上述铁芯，铁芯成形后的退火时的磁场强度为800A/m以上。
另外，本发明的上述非晶态合金薄带的非晶态合金优选包括FeaSibBcCd(Fe：铁，Si：硅，B：硼，C：碳)和不可避免的杂质，其中合金成分以原子％表示为80≦a≦83％、0<b≦5％、12≦c≦18％、0.01≦d≦3％；利用该成分的非晶态合金薄带，可以制成高Bs(饱和磁通密度)和在矩形性方面优良、且即使退火温度低其特性也比现有材料优良的磁芯。优选将如下的材料使用为配电用非晶态变压器用的非晶态合金薄带：针对非晶态合金薄带的自由面、辊面，如果从它们的表面到内部测定c的浓度分布，则在2～20nm的深度范围内存在C的浓度分布的峰值。
以下示出限定成分的理由。以下，将原子％简记成％。
表示Fe量的a如果少于80％，则无法得到作为铁芯材料的充分的饱和磁通密度；另外，如果多于83％，则热稳定性降低，无法制造出稳定的非晶态合金薄带，所以优选为80≦a≦83％。另外，也可以将Fe量的50％以下用Co以及Ni的1种或2种来置换，为了得到高饱和磁通密度，优选为关于Co将置换量设为40％以下，关于Ni将置换量设为10％以下。
由于Si是对非晶态形成能有贡献的元素，为了提高饱和磁通密度，表示Si量的b优选设为5％以下。
表示B量的c对非静态形成能的贡献最大，在少于8％时，热稳定性降低，在多于18％时，无法得到非晶态形成能等的改善效果。另外，为了确保高饱和磁通密度的非晶态的热稳定性，优选为12％以上。
C对矩形性以及饱和磁通密度的提高具有效果，表示C量的d在少于0.01％时，几乎没有效果，而在多于3％时，造成脆化、热稳定性降低。
另外，也可以包含0.01～5％的Cr、Mo、Zr、Hf、Nb的1种以上的元素；作为无法避免的杂质，也可以含有0.50％以下的Mn、S、P、Sn、Cu、Al、Ti中的至少1种以上的元素。
另外，对于本发明的配电用非晶态变压器中的上述非晶态合金薄带，以原子％表示Si量的b和表示C量的d满足b≦(0.5×a-36)×d1/3。
另外，对于本发明的配电用非晶态变压器中的上述非晶态合金薄带，退火后的饱和磁通密度为1.60T以上。
对于本发明的配电用非晶态变压器中的上述铁芯，退火后的外部磁场80A/m的磁通密度为1.55T以上。
另外，对于本发明的配电用非晶态变压器中的上述铁芯，退火后的磁通密度为1.4T且频率为50Hz下的环形样品的铁损W14/50是0.28W/Kg以下。
另外，对于本发明的配电用非晶态变压器中的上述铁芯在退火后的破坏形变ε为0.020以上。
根据本发明，能够提供一种配电用非晶态变压器，该配电用非晶态变压器具有以下的磁芯：该磁芯具有与现有的一般材料不同的FeSiBC(Fe：铁，Si：硅，B：硼，C：碳)的成分的非晶态合金，其饱和磁通密度高且更低损失，即使退火温度低其特性也比现有材料更优良。
附图说明
图1是实施例1的开发材料的退火条件和磁特性1的说明图。
图2是实施例1的开发材料的退火条件和磁特性2的说明图。
图3是具备实施例1的开发材料的铁芯的非晶态变压器的退火条件和磁特性的说明图。
图4是示出表示Si量的b以及表示C量的d的关系、及其与应力缓和度以及破坏形变的关系的说明图。
具体实施方式
使用附图，对本发明的配电用非晶态变压器的实施例进行说明。
实施例1
对实施例1进行说明。本实施例的配电用非晶态变压器具备将非晶态合金箔带层叠并弯曲成U字形而使两个前端对接或重合的铁芯和绕组。
本实施例的铁芯中使用的非晶态合金薄带的非晶态合金包括以FeaSibBcCd(Fe：铁，Si：硅，B：硼，C：碳)表示的合金成分以及无法避免的杂质，其中。以原子％表示，80≦a≦83％、0<b≦5％、12≦c≦18％、0.0l≦d≦3％；针对非晶态合金薄带的自由面、辊面，如果从这些表面到内部测定C的浓度分布，则在2～20nm的深度的范围内存在C的浓度分布的峰值。在铁芯成形后的退火时，以铁芯中心部温度为320±5℃、保持时间为60±10分钟进行退火。铁芯成形后的退火时的磁场强度为800A/m以上。
关于本实施例的非晶态合金薄带，以原子％表示，表示Si量的b和表示C量的d优选满足b≦(0.5×a-36)×d1/3。如图4所示，虽然存在依赖于C量的部分，但通过相对于恒定的C量减小b/d而成为应力缓和度高且磁通饱和密度高的成分，作为电力用变压器材料是最佳的。另外，在添加高C量时产生的脆化、表面结晶化、热稳定性的降低也被抑制。
在本实施例的铁芯中，退火后的外部磁场80A/m的磁通密度为1.55T以上。另外，在本实施例的铁芯中，退火后的磁通密度为1.4T，且在频率为50Hz下，环形样品的铁损W14/50是0.28W/Kg以下。在本实施例的铁芯中，退火后的破坏形变ε为0.020以上。
对本实施例的非晶态变压器的铁芯的退火条件进行说明。作为实施例的铁芯，使用了具有以FeaSibBcCd(Fe：铁，Si：硅，B：硼，C：碳)表示的合金成分的非晶态合金，其中以原子％表示，80≦a≦83％、0<b≦5％、12≦c≦18％。另外，作为比较例，使用了具有由FeaSibBcCd(Fe：铁，Si：硅，B：硼，C：碳)表示的合金成分以及无法避免的杂质的非晶态合金，其中以原子％表示，76≦a≦81％、5<b≦12％、8≦c≦12％、0.01≦d≦3％。
在不同的条件下实施了退火处理。退火时间为1个小时。在图1中，横轴为退火温度，纵轴为在处理后得到的保持力(Hc)。在图2中，横轴为退火温度，纵轴为被称为B80的、退火时的磁化力为80A/m时的磁通密度。实施例的铁芯以及比较例的铁芯中使用的非晶态合金这两者通过退火条件而得到的磁通特性都变化。本实施例的非晶态合金与比较例的合金相比，即使退火温度低，也可以降低保持力(Hc)。实施例的非晶态合金的退火温度优选为300～340℃，特别优选为300～330℃的范围。另外，实施例的非晶态合金与比较例的合金相比，可以提高B80，而且即使退火温度低也可以得到良好的磁特性。实施例的非晶态合金优选为将退火温度设成310～340℃。因此，为了使两者的磁特性都变得良好，实施例的非晶态合金优选将退火温度设成310～330℃。该退火温度比比较例中的非晶态合金低20～30℃左右。如果降低退火温度，则退火处理中使用的能量消耗降低，所以实施例的非晶态合金在该点也是优良的。另外，比较例的非晶态合金在该退火温度下，无法得到良好的磁特性。另外，退火时间优选为0.5小时以上。在小于0.5小时下，无法得到充分的特性。另外，如果超过150分钟，则无法得到与所消耗的能量的程度相当的特性。特别地，优选为40～100分钟，进一步优选为50～70分钟。
图3示出具备实施例的非晶态合金的铁芯的变压器的特性(铁损)，是改变A～E这5个模式和退火条件来进行的结果。此处，模式C和D是使用了与上述比较例相同或与其相近的材料的例子，与模式A以及B相比铁损都更恶化。即，可以说与在图1中确认的倾向相同。另外，模式A以及B是改变退火中的施加磁场强度而进行比较的实施例。可知即使施加800A/m以上的磁场强度，铁损也几乎不变化。但是，模式B需要使较多的电流流过，所以最佳退火条件为模式A。另外，可知在小于800A/m的施加磁场强度下，铁损增大。另外，可知在模式E中，与模式A相比铁损稍微劣化，但作为退火条件是适当的。
实施例2
接下来对实施例2进行说明。本实施例2的非晶态变压器与实施例1相比，非晶态合金薄带的材料不同，非晶态合金包括以FeaSibBcCd(Fe：铁，Si：硅，B：硼，C：碳)表示的合金成分以及无法避免的杂质，其中以原子％表示，80≦a≦83％、0<b≦5％、12≦c≦18％、0.01≦d≦3％，退火后的饱和磁通密度为1.60T以上。除此以外的数值与实施例1相同。另外，与退火条件对应的磁特性等也与实施例1大致相同。

Claims (6)

1.一种配电用非晶态变压器，具备包括非晶态合金薄带的铁芯和绕组，
其中，上述非晶态合金薄带的非晶态合金包括以FeaSibBcCd表示的合金成分以及无法避免的杂质，Fe为铁，Si为硅，B为硼，C为碳，以原子％表示，80≤a≤83％、0＜b≤5％、12≤c≤18％、0.01≤d≤3％，
进而，表示Si量的b和表示C量的d满足b≤(0.5×a-36)×d1/3，
上述铁芯被实施了以下的退火处理：铁芯成形后的退火时的铁芯中心部温度为310～340℃、且保持时间为30～150分钟，
铁芯成形后的退火时的磁场强度为800A/m以上。
2.根据权利要求1所述的配电用非晶态变压器，其中，对于上述非晶态合金薄带，退火后的饱和磁通密度为1.60T以上。
3.根据权利要求1所述的配电用非晶态变压器，其中，针对上述非晶态合金薄带的自由面、辊面，如果从这些表面到内部测定C的浓度分布，则在2～20nm的深度的范围内存在C的浓度分布的峰值。
4.根据权利要求1所述的配电用非晶态变压器，其中，对于上述铁芯，退火后的外部磁场80A/m的磁通密度为1.55T以上。
5.根据权利要求1所述的配电用非晶态变压器，其中，对于上述铁芯，退火后的磁通密度为1.4T，且在频率为50Hz下，环形样品的铁损W14/50是0.28W/Kg以下。
6.根据权利要求1所述的配电用非晶态变压器，其中，对于上述铁芯，退火后的破坏形变ε为0.020以上。
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