BRPI0708317A2 - transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica - Google Patents
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Abstract
TRANSFORMADOR AMORFO PARA FONTE DE ALIMENTAçãO ELéTRICA Esta invenção fornece um transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica usando um núcleo magnético formado de um material de liga amorfa, que, comparado com o material de liga amorfa convencional, tem uma menor temperatura de recozimento e um maior nível de propriedades magnéticas. O transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica é provido com um núcleo magnético de uma tira fina de uma liga amorfa e um arame de enrolamento. O núcleo de ferro foi recozido em condições tais que a temperatura da parte central do núcleo de ferro durante o recozimento depois da moldagem do núcleo de ferro é 300 a 340 <198>C e o tempo de retenção não é menor que 0,5 hora. Adicionalmente, para o núcleo de ferro, a força do campo magnético durante o recozimento depois da moldagem do núcleo de ferro não é menor que 800 A/m.
Description
"TRANSFORMADOR AMORFO PARA FONTE DE ALIMENTAÇÃO ELÉTRICA"
CAMPO TÉCNICO
A presente invenção diz respeito a um transformador contendoum núcleo de ferro composto de uma tira fina de liga amorfa e umenrolamento, e particularmente a um transformador amorfo para fonte dealimentação elétrica caracterizado pelo material do núcleo de ferro e otratamento de recozimento do núcleo de ferro.
FUNDAMENTOS DA TÉCNICA
Convencionalmente, um transformador amorfo usando umaliga amorfa como o material do núcleo de ferro é conhecido. Nestetransformador amorfo, tiras de película de liga amorfa são laminadas edobradas em forma de U, e ambas as extremidades das tiras de película deliga amorfa são emendadas de topo ou sobrepostas para fornecer um núcleode ferro enrolado, e a perda de ferro pode ser menor que a de transformadoresusando chapas de aço eletromagnético convencionais.
Entretanto, na estrutura do núcleo de ferro enrolado, ocorretensões para prejudicar as propriedades magnéticas quando o material édobrado. Portanto, é necessário submeter o núcleo de ferro ao tratamento derecozimento em um campo magnético para aliviar a tensão a fim de melhoraras propriedades magnéticas. Com a realização do tratamento de recozimento,a recristalização começa no interior do material para levar à fragilização, istoaplica-se não somente a ligas amorfas, mas também a chapas de açoeletromagnético. Neste momento, as condições de recozimento têm umarelação com a composição da liga e, para Metglas (R) 2605SAl de ummaterial convencional, o recozimento é realizado a uma temperatura de maisde 330 0C por 30 minutos ou mais. Também, no documento de patente 1, ascondições de recozimento são decididas usando uma fórmula original.Documento de patente 1: JP-A-58-34162.REVELAÇÃO DA INVENÇÃO
Problema a ser solucionado pela invenção
Uma liga amorfa com uma composição diferente daquela demateriais comuns convencionais, em que a liga amorfa pode fornecer uma altadensidade de fluxo magnético e uma menor perda, foi desenvolvida por umdos requerentes deste pedido, e esta invenção foi depositada como o pedidode patente (Pedido de patente japonês no. 2005-62187). No pedido de patentepara este material inédito, está basicamente descrita a composição, e ascondições de recozimento detalhadas não são descritas. Entretanto, acomposição do material inédito é diferente daquela dos materiais comunsconvencionais. Nessas circunstâncias, existe uma possibilidade de que otratamento de recozimento da liga amorfa referida seja diferente dostratamentos de recozimento convencionais.
Portanto, é um objetivo da presente invenção selecionar ascondições de recozimento ideais para o material inédito e fornecer umtransformador amorfo para fonte de alimentação elétrica com menor perda doque transformadores que usam ligas amorfas convencionais.
MEIOS DE SOLUCIONAR O PROBLEMA
A presente invenção é um transformador amorfo para fonte dealimentação elétrica contendo um núcleo de ferro composto de uma tira finade liga amorfa e um enrolamento, em que o núcleo de ferro foi submetido atratamento de recozimento no qual a temperatura da porção central do núcleode ferro durante o recozimento depois que o núcleo de ferro é formado econformado é 300 a 340 °C, e o tempo de retenção é 0,5 hora ou mais.
Também, no transformador amorfo para fonte de alimentaçãoelétrica, a força do campo magnético do núcleo de ferro da presente invençãodurante o recozimento depois que o núcleo de ferro é formado e conformado é800 A/m ou mais.
Adicionalmente, a tira fina de liga amorfa da presenteinvenção preferivelmente contém uma liga amorfa com uma composição deliga expressa por FeaSibBcCd (Fe: ferro, Si: silício, B; boro e C carbono, emque 80 < a < 83 %, 0, < b < 5 %, 12 < c < 18 % e 0,01 < d < 3 % emporcentagem atômica, e impurezas inevitáveis. A tira fina de liga amorfa comesta composição tem um alto Bs (isto é, densidade de fluxo magnético desaturação) e uma excelente propriedade de quadratura, de forma que, mesmose a temperatura de recozimento for baixa, pode-se prover um núcleomagnético com propriedades superiores as de materiais convencionais. Umatira fina de liga amorfa, na qual, quando a distribuição de concentração de C émedida da superfície livre e superfície de laminação da tira fina de ligaamorfa para dentro, o valor de pico da distribuição de concentração de C ficaa uma profundidade na faixa de 2 a 20 nm, é preferível como a tira fina deliga amorfa para o transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica.
Os motivos para limitar a composição serão descritos a seguir.
A seguir, o símbolo descrito como "%" expressa % atômica.
Se o símbolo "a" que representa a quantidade de Fe for menorque 80 %, densidade de fluxo magnético de saturação suficiente como omaterial de núcleo de ferro não é obtida. Também, se "a" for mais que 83 %, aestabilidade térmica diminui, e portanto a tira fina de liga amorfa estável nãopode ser fabricada. Em vista das circunstâncias, 80 < a < 83 % é preferível.
Adicionalmente, 80 % ou menos da quantidade de Fe podem ser substituídospor um ou dois de Co e Ni. A quantidade de substituição é preferivelmente 40% ou menos para Co e 10 % ou menos para Ni para obter uma alta densidadede fluxo magnético de saturação.
Com relação ao símbolo "b" que representa a quantidade de Sique é um elemento que contribui para uma capacidade de formação amorfa, épreferível 5 % ou menos, para melhorar a densidade de fluxo magnético desaturação.
Com relação ao símbolo "c" que representa a quantidade de B,ele é o que mais contribui para uma capacidade de formação amorfa. Se "c"for maior que 18 %, a estabilidade térmica diminui. Mesmo se "c" for maisque 18%, não é observado nenhum efeito de melhoria, tal como a capacidadede formação amorfa. Também, "c" é preferivelmente 12 % ou mais paramanter a estabilidade térmica do amorfo com uma alta densidade de fluxomagnético de saturação.
C é efetivo para melhorar a quadratura e densidade de fluxomagnético de saturação. Entretanto, se o símbolo "d" que representa aquantidade de C for menor que 0,01 %, o efeito é pequeno. Se "d" for maisque 3 %, ocorre fragilização, e a estabilidade térmica diminui.
Também, 0,01 a 5 % de um ou mais elementos de Cr, Mo, Zr,Hf e Nb podem ser incluídos, e 0,50 % ou menos de pelo menos um ou maiselementos de Mn, S, P, Sn, Cu, Al e Ti podem ser contidos como umaimpureza inevitável.
Adicionalmente, no transformador amorfo para fonte dealimentação elétrica, o símbolo "b" que representa a quantidade de Si em %atômica e o símbolo "d" que representa a quantidade de C satisfaz a relaçãode b < (0,5 χ a - 36) χ d1/3 na tira fina de liga amorfa da presente invenção.
Também, a presente invenção é o transformador amorfo parafonte de alimentação elétrica em que uma densidade de fluxo magnético desaturação da tira fina de liga amorfa depois do recozimento é 1,6 T ou mais.
A presente invenção é o transformador amorfo para fonte dealimentação elétrica em que a densidade de fluxo magnético do núcleo deferro em um campo magnético externo de 80 A/m depois do recozimento é1,55 T ou mais.
Adicionalmente, a presente invenção é o transformador amorfopara fonte de alimentação elétrica em que a densidade de fluxo magnético donúcleo de ferro depois do recozimento é 1,4 T e a perda de ferro Wi4Z50 deuma amostra toroidal do núcleo de ferro a uma freqüência de 50 Hz é 0,28W/kg ou menos.
Também, a presente invenção é o transformador amorfo parafonte de alimentação elétrica em que a deformação na fratura ε do núcleo deferro depois do recozimento é 0,020 ou mais.
VANTAGENS DA INVENÇÃO
De acordo com a presente invenção, para uma liga amorfa comuma composição de FeSiBC (Fe: ferro, Si: silício, B: boro e C: carbono)diferente daquela de materiais comuns convencionais em que a liga amorfatem uma alta densidade de fluxo magnético de saturação e uma perda inferior,um transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica contendo umnúcleo magnético com propriedades superiores às de materiais convencionaismesmo se a temperatura de recozimento for baixa pode ser provida.MELHOR MODO DE REALIZAR A INVENÇÃO
O melhor modo para realizar a presente invenção será descrito.O exemplo de transformadores amorfos para fonte dealimentação elétrica de acordo com a presente invenção serão descritosusando os desenhos.
Exemplo 1
O exemplo 1 será descrito. Um transformador amorfo parafonte de alimentação elétrica de acordo com este exemplo contém um núcleode ferro, no qual tiras de película de liga amorfa são laminadas e dobradas emuma forma de U e ambas as extremidades das tiras de película de liga amorfasão coladas topo a topo ou sobrepostas, e um enrolamento.
Uma tira fina de liga amorfa usada para o núcleo de ferro desteexemplo contém uma liga amorfa com uma composição de liga expressa porFeaSibBcCd (Fe: ferro, Si: silício, B: boro e C: carbono) em que 80 < a < 83 %,0 < b < 5 %, 12 < c < 18 %, e 0,01 < d < 3 % em % atômica e impurezasinevitáveis. Quando a distribuição de concentração de C é medida dasuperfície livre e superfície laminada da tira fina de liga amorfa para dentro, ovalor de pico da distribuição de concentração de C fica a uma profundidadena faixa de 2 a 20 nm. O recozimento foi realizado, com a temperatura aporção central do núcleo de ferro durante o recozimento depois que o núcleode ferro é formado e conformado sendo 320 ± 5 0C e o tempo de retençãosendo 60 ± 10 minutos. A força de campo magnético durante o recozimentodepois que o núcleo de ferro é formado e conformado é 800 A/m ou mais.
Na tira fina de liga amorfa deste exemplo, "b" que representa aquantidade de Sistema em % atômica e "d" que representa a quantidade de Cpreferivelmente satisfaz a relação de b < (0,5 χ a - 36) χ d1/3. Conformemostrado na figura 4, a quantidade de C depende até certo ponto, mas,diminuindo b/d com relação a uma quantidade constante de C, umacomposição com um alto grau de relaxação de tensão e uma alta densidade desaturação de fluxo magnético é provida, que é mais adequada como o materialde um transformador para energia elétrica. Adicionalmente, a fragilização, acristalização superficial, e a diminuição da estabilidade térmica que ocorremquando uma alta quantidade de C é adicionada são eliminadas.
A densidade de fluxo magnético do núcleo de ferro desteexemplo a um campo magnético externo de 80 A/m depois do recozimento é1,55 T ou mais. Também, a densidade de fluxo magnético do núcleo de ferrodeste exemplo depois do recozimento é 1,4 T, e a perda de ferro Whz50 deuma amostra toroidal do núcleo de ferro deste exemplo a uma freqüência de50 Hz é 0,28 W/kg ou menos. A deformação na fratura ε do núcleo de ferrodeste exemplo depois do recozimento é 0,020 ou mais.
As condições de recozimento do núcleo de ferro dotransformador amorfo deste exemplo serão descritas. Como o núcleo de ferrodo exemplo, uma liga amorfa com uma composição de liga expressa porFeaSibBcCd (Fe: ferro, Si: silício, B: boro e C: carbono) em que 80 < a < 83 %,0 < b < 5 % e 12<c<18%em% atômica foi usada. Também, como umexemplo comparativo, uma liga amorfa com uma composição de liga expressapor FeaSibBcCd (Fe: ferro, Si: silício, B: boro e C: carbono) em que 76 < a <81 %, 5 < b < 12 %, 8 < c < 12 % e 0,01 < d < 3 % em % atômica e impurezasinevitáveis foi usada.
O tratamento de recozimento foi realizado sob condiçõesdiferentes. O tempo de recozimento foi 1 hora. Na figura 1, o eixo horizontalé a temperatura de recozimento, e o eixo vertical é a força de retenção (Hc)obtida depois do tratamento. Na figura 2, o eixo horizontal é a temperatura derecozimento, e o eixo vertical é a densidade de fluxo magnético obtidaquando a força de magnetização durante o recozimento é 80 A/m, que éreferida como B80. Para ambas as ligas amorfas usadas no núcleo de ferro doexemplo e no núcleo de ferro do exemplo comparativo, as propriedadesmagnéticas obtidas mudam de acordo com as condições de recozimento. Paraa liga amorfa deste exemplo, comparada com a liga amorfa do exemplocomparativo, a força de retenção (Hc) pode ser menor, mesmo se atemperatura de recozimento for baixa. Para a liga amorfa do exemplo, umatemperatura de recozimento de 300 a 340 0C é preferível, e particularmenteuma temperatura de recozimento na faixa de 300 a 330 0C é mais preferível.
Também, para a liga amorfa do exemplo, comparada com a liga amorfa doexemplo comparativo, B80 pode ser maior e, além disso, boas propriedadesmagnéticas podem ser obtidas, mesmo se a temperatura de recozimento forbaixa. Para a liga amorfa do exemplo, uma temperatura de recozimento de310 a 340 é preferível. Portanto, para a liga amorfa do exemplo, a temperaturade recozimento é preferivelmente 310 a 330 0C a fim de que ambaspropriedades magnéticas sejam boas. Esta temperatura de recozimento émenor que a da liga amorfa no exemplo comparativo em cerca de 20 a 30 °C.
O abaixamento da temperatura de recozimento leva a redução do consumo deenergia usada no tratamento de recozimento, e, portanto, a liga amorfa doexemplo é também excelente a este respeito. Para a liga amorfa do exemplocomparativo, boas propriedades magnéticas não são obtidas nesta temperaturae recozimento. Também, o tempo de recozimento é preferivelmente 0,5 horaou mais. Se o tempo de recozimento for menor que 0,5 hora, as propriedadessuficientes não podem ser obtidas. Também, se o tempo de recozimento formaior que 150 minutos, as propriedades de acordo com a energia consumidanão podem ser obtidas. Particularmente, o tempo de recozimento épreferivelmente 40 a 100 minutos, e mais preferivelmente 50 a 70 minutos.
A figura 3 mostra a propriedade (perda de ferro) dotransformador contendo o núcleo de ferro da liga amorfa do exemplo, que é oresultado das várias condições de recozimento de acordo com os cincopadrões AaE. Aqui, os padrões C e D são exemplos usando o mesmomaterial que o exemplo comparativo citado, ou um material próximo ao doexemplo comparativo anterior, e a perda de ferro de ambos os padrões é piorque a dos padrões AeB, que pode-se considerar ser a mesma tendênciaconfirmada na figura 1. Padrões A e B são exemplos em que a força do campomagnético aplicado durante o recozimento muda para comparação. Observou-se que a perda de ferro é praticamente inalterada, mesmo quando uma forçade campo magnético de 800 A/m ou mais for aplicada. Entretanto, énecessário passar muita corrente no padrão B e, portanto, as condições derecozimento ideais são o padrão A. Também, observou-se que a perda deferro aumenta a uma força de campo magnético aplicada de menos de 800A/m. Também, observou-se que, embora a perda de ferro no padrão E sejaligeiramente inferior ao do padrão A, esse padrão E é adequado como ascondições de recozimento.
Exemplo 2
A seguir, o exemplo 2 será descrito. O transformador amorfodeste exemplo 2 difere do exemplo 1 no material da tira fina da liga amorfa. Atira fina da liga amorfa do exemplo 2 contém uma liga amorfa com umacomposição de liga expressa por FeaSibBcCd (Fe: ferro, Si: silício, B: boro eC: carbono) em que 80 < a < 83 %, 0 < b < 5 %, 12 < c < 18 % e 0,01 < d < 3% em % atômica e impurezas inevitáveis. A densidade de fluxo magnético desaturação da tira fina de liga amorfa do exemplo 2 depois do recozimento é1,60 T ou mais. Valores numéricos sem ser esses são similares aos doexemplo 1. As propriedades magnéticas e similares correspondentes àscondições de recozimento foram também substancialmente similares às doexemplo 1.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS
A figura 1 é um desenho explanatório das condições derecozimento e propriedade magnética 1 do material desenvolvido do exemplo1.
A figura 2 é um desenho explanatório das condições derecozimento e propriedades magnéticas 2 do material desenvolvido doexemplo 1.
A figura 3 é um desenho explanatório das condições derecozimento e propriedades magnéticas do transformador amorfo contendo onúcleo de ferro do material desenvolvido do exemplo 1.
A figura 4 é um desenho explanatório que mostra orelacionamento entre b que representa a quantidade de Si e d que representa aquantidade de C, e o relacionamento entre eles e o grau de relaxação detensão e deformação na fratura.
Claims (9)
1. Transformador amorfo para fonte de alimentação elétricacompreendendo um núcleo de ferro compreendendo uma tira fina de ligaamorfa e um enrolamento, caracterizado pelo fato de que o núcleo de ferro ésubmetido a um tratamento de recozimento no qual a temperatura de umaporção central do núcleo de ferro durante o recozimento depois que o núcleode ferro é formado e conformado é 300 a 340 °C, e o tempo de retenção é 0,5hora ou mais.
2. Transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica deacordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a força docampo magnético do núcleo de ferro durante o recozimento depois que onúcleo de ferro é formado e conformado é 800 A/m ou mais.
3. Transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica deacordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a tira finade liga amorfa compreende uma liga amorfa compreendendo uma composiçãode liga expressa por FeaSibBcCd (Fe: ferro, Si: silício, B; boro e C carbono, emque 80 < a < 83 %, 0 < b < 5 %, 12 < c < 18 % e 0,01 < d < 3 % emporcentagem atômica, e impurezas inevitáveis.
4. Transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica deacordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a composição deliga da tira fina de liga amorfa b que representa a quantidade de Si em %atômica e d que representa a quantidade de C satisfaz a relação de b < (0,5 χ a- 36) χ d1/3.
5. Transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica deacordo com a reivindicação 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a densidadede fluxo magnético de saturação da tira fina de liga amorfa depois dorecozimento é 1,60 T ou mais.
6. Transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica deacordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato deque, quando a distribuição de concentração de C é medida de uma superfícielivre e superfície de laminação da tira fina de liga amorfa para dentro, o valorde pico da distribuição de concentração de C fica a uma profundidade na faixade 2 a 20 nm.
7. Transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica deacordo com qualquer uma de acordo com a reivindicação 1 a reivindicação 5,caracterizado pelo fato de que a densidade de fluxo magnético do núcleo deferro a um campo magnético externo de 80 A/m depois do recozimento é 1,55T ou mais.
8. Transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica deacordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato deque a densidade de fluxo magnético do núcleo de ferro depois do recozimentoé 1,4 T, e a perda de ferro Wuz50 de uma amostra toroidal do núcleo de ferro auma freqüência de 50 hz é 0,28 W/kg ou menos.
9. Transformador amorfo para fonte de alimentação elétrica deacordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato deque a deformação na fratura ε do núcleo de ferro depois do recozimento é-0,020 ou mais.
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