CN112582148A - 变压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种降低了空载损耗的变压器。变压器中,在Fe基非晶合金薄带的至少一面具有多个沿着与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的方向设置的点列状激光照射痕,将点列状激光照射痕间的行间隔设为d1(mm),将点列状激光照射痕的孔间隔设为d2(mm),孔间隔未0.10mm~0.50mm,激光照射痕的数密度D(D=(1/d1)×(1/d2))为0.05个/mm2~0.50个/mm2,具备使用其单板中的频率50Hz、频率60Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.150W/kg以下的Fe基非晶合金薄带构成的铁芯和卷绕于铁芯的绕阻。
Description
技术领域
本公开涉及具备使用Fe基非晶合金薄带构成的铁芯和卷绕于上述铁芯的绕阻的变压器。
背景技术
变压器从小型到大型具有多种多样的结构,并在生活环境的所有的场面中使用。而且,由于其使用量的庞大,也成为功率损耗较大的一个因素,存在总是抑制变压器中的损耗的要求。因此,世界各国中,制定用于抑制该损耗的标准。作为其代表的标准,具有:日本的高等级标准JIS C 4304:2013及JIS C 4306:2013、美国的DOE标准US Department ofEnergy 10CFR Part 431.196、EU标准Commotions Regulation(EU)No.548/2014、中国国家标准GB 20052-2013、印度标准IS 1180(Part 1):2018等,每次定期的改定作业时,允许的损耗、或能量效率均被严厉化。因此,与这些标准对应的形式且损耗更少的高效率变压器逐渐普及。
变压器以铁芯和绕阻为主要的构成要素进行构成,通常,铁芯大多使用方向性电磁钢板。但是,作为比方向性电磁钢板低损耗的材料,还存在Fe基非晶合金薄带,也使用利用了该Fe基非晶合金薄带的铁芯。
变压器的损耗大致区分时,存在:铁芯中产生且不管其负载电流均总是产生一定量的空载损耗(铁损);绕阻中产生且与该负载电流的平方比例地产生的负载损耗(铜损)。重复进行着降低各个损耗的研究,并改善损耗,但要求损耗的进一步降低。
为了降低变压器的空载损耗,提出有一些方法。
特开2017-54896号公报中,为了得到降低空载损耗的效率好的铁芯,采用卷铁芯,该卷铁芯使用了将内周侧的接合结构设为重叠接合,且将外周侧的接合结构设为阶梯接缝接合,并将配置于内周侧的重叠结构的铁芯的比例设为32~62%的非晶材料。
特开2008-71982号公报中提供一种变压器,具备将非晶合金薄带多层地成形为环状的铁芯和励磁用的绕阻,其中,在形成该铁芯的非晶合金薄带的表面形成绝缘性的薄膜,且在该非晶合金薄带表面形成绝缘性的薄膜,由此,能够抑制涡电流损耗的增加,且降低变压器的空载损耗。
特开2005-72160号公报中提供一种三相五柱卷铁芯变压器,其中,设为对卷铁芯的磁性材料同时使用非晶合金薄带和电磁钢板的结构。具体而言,三相五柱卷铁芯变压器中为如下结构,将仅与外侧的一个绕阻交链的卷铁芯设为电磁钢板,且将与两个绕阻交链的中央的卷铁芯设为非晶合金薄带。由此,不需要按压绕阻的加强材料,且使结构紧凑,由此,提供降低组装作业的工作量及材料费用,且比磁性材料仅为电磁钢板的情况降低空载损耗的非晶合金薄带卷铁芯及三相五柱卷铁芯变压器。
另外,作为铁芯的材料使用的Fe基非晶合金薄带中,也进行着用于降低损耗的努力。
例如,作为降低Fe基非晶合金薄带的异常涡电流损耗失的方法,已知有:机械性地刮擦Fe基非晶合金薄带的表面的方法;通过对Fe基非晶合金薄带的表面照射激光,使其局部熔化、骤冷凝固而将磁畴进行细分化的激光划片法等。
作为激光划片法,例如特公平3-32886号公报中公开有如下方法,通过沿非晶合金薄带的宽度方向照射脉冲激光,将非晶合金薄带的表面局部且瞬间地熔化,接着,将骤冷凝固且非晶化的孔形成为点列状,由此,将磁畴进行细分化。
特开昭61-258404号公报中公开了,在薄带的表面温度处于300℃以上的期间,一边沿薄带的宽度方向扫描一边照射激光。
特公平2-53935号公报中公开了,通过局部加热薄带,沿该薄带的长边方向以2~100mm的间隔,而且以与该薄带宽度方向构成的角度θ为30゜以下形成列状地排列的条状的结晶化区域,同时上述各区域的板厚方向的平均深度d和薄带的厚度D的比d/D成为0.1以上,并且这些区域占据的薄带中的比例成为8体积%以下。
特开昭61-29103号公报中公开了,为了充分发挥比现有材料的板厚(20~30μm)大的板厚(40~80μm)的非晶质合金的性能,照射光束直径缩小至以下的脉冲激光。具体而言,记载了在频率400Hz、光束直径输出5W、光束扫描速度10cm/see、点列的间隔5mm的条件下对板宽50mm、板厚65μm的非晶质薄带照射YAG激光。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2017-54896号公报
专利文献2:日本特开2008-71982号公报
专利文献3:日本特开2005-72160号公报
专利文献4:日本特公平3-32886号公报
专利文献5:日本特开昭61-258404号公报
专利文献6:日本特公平2-53935号公报
专利文献7:日本特开昭61-29103号公报
发明内容
发明所要解决的课题
如上述,就变压器的损耗而言,铁芯中产生的空载损耗和绕阻中产生的负载损耗构成主要的损耗。为了降低变压器的空载损耗,考虑使用铁损较小的Fe基非晶合金薄带。特别是在配电用变压器的情况下,如高木、山本、山地:“使用了柱上变压器负载图案制作模型的非晶变压器的评价”P885~892,电子理论B,128卷6号,2008年,或Final Report,LOT2:Distribution and power transformers Tasks 1-72010/ETE/R/106,January 2011所记载,已知与通过全年的负载率的有效值相当的平均等效负载率低至15%程度,使用了空载损耗较小的Fe基非晶合金薄带的变压器从节能和CO2排出量减少的观点来看是极其有效的。
作为变压器的铁芯用的Fe基非晶合金薄带,如JIS C 2534:2017(对应IEC标准IEC60404-8-11)的表1和表2所记载,大致分为普通材料和高磁通密度材料两种,以其铁损的最大值和占空系数的最小值为基准,分别存在16种。铁损最小的材料中,其频率50Hz、磁通密度1.3T下的铁损的最大值成为0.08W/kg,其频率60Hz、磁通密度1.3T下的铁损的最大值成为0.11W/kg。但是,为了得到更高效率的变压器,需要将铁损比其小的Fe基非晶合金薄带用于铁芯。
为了非晶合金薄带的低铁损化,尝试着上述的激光划片法,但其铁损未达到上述JIS C 2534:2017的表1和表2所记载的最低铁损值(例如,参照特公平3-32886号公报、特开昭61-258404号公报、特公平2-53935号公报、特开昭61-29103号公报各自的实施例)。
另外,有时由于激光照射,非晶合金薄带的表面形式大幅变形。在变形较大的情况下,将非晶合金薄带卷绕或层叠而构成铁芯的情况的非晶合金薄带的占空系数变低。这种非晶合金薄带的表面形式的较大的变形在铁芯特性中不是优选的形式。另外,通过局部加热薄带,形成结晶化区域时,由于结晶化而得不到期望的特性。
本公开的课题在于,提供一种变压器,具备使用呈现比所述JIS C2534:2017的表1和表2所记载的最低铁损值小的铁损值的Fe基非晶合金薄带构成的铁芯,其中,降低了其空载损耗。
用于解决课题的方案
用于解决所述课题的具体的方案中包含以下的方式。
<1>一种变压器,其中,
在Fe基非晶合金薄带的至少一面具有多个沿着与所述Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的方向设置的点列状激光照射痕,
在将多个所述点列状激光照射痕中、相互相邻的点列状激光照射痕间的、与所述浇铸方向正交的宽度方向的中央部的中心线间隔设为行间隔,且将构成所述点列状激光照射痕的各个激光照射痕的中心点间隔设为孔间隔的情况下,所述孔间隔为0.10mm~0.50mm,将所述行间隔设为d1(mm),且将所述孔间隔设为d2(mm),并将所述激光照射痕的数密度D设为D=(1/d1)×(1/d2)时,所述激光照射痕的数密度D为0.05个/mm2~0.50个/mm2,具备使用所述Fe基非晶合金薄带的单板中的频率60Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.150W/kg以下的Fe基非晶合金薄带构成的铁芯和卷绕于所述铁芯的绕阻。
<2>根据<1>所记载的变压器,其中,所述变压器为单相变压器,所述铁芯的单位重量的空载损耗在50Hz下为0.15W/kg以下,或在60Hz下为0.19W/kg以下。
<3>根据<1>所记载的变压器,其中,所述变压器为三相变压器,所述铁芯的单位重量的空载损耗在50Hz下为0.19W/kg以下,或在60Hz下为0.24W/kg以下。
<4>根据<1>~<3>中任一项所记载的变压器,其中,所述变压器的额定容量为10kVA以上。
<5>根据<1>~<4>中任一项所记载的变压器,其中,所述行间隔d1为10mm~60mm。
<6>根据<1>~<5>中任一项所记载的变压器,其中,所述点列状激光照射痕的宽度方向的长度相对于所述Fe基非晶合金薄带的宽度方向的长度整体的比例在从宽度方向的中心向宽度方向两端的方向上分别为10%~50%的范围内。
<7>根据<1>~<6>中任一项所记载的变压器,其中,所述Fe基非晶合金薄带的厚度为18μm~35μm。
<8>根据<1>~<7>中任一项所记载的变压器,其中,所述Fe基非晶薄带由Fe、Si、B、及杂质构成,在将Fe、Si、及B的合计含量设为100原子%的情况下,Fe的含量为78原子%以上,B的含量为10原子%以上,B及Si的合计含量为17原子%~22原子%。
<9>根据<1>~<8>中任一项所记载的变压器,其中,所述Fe基非晶合金薄带具有自由凝固面及辊面,除所述点列状激光照射痕部分之外的所述自由凝固面的最大截面高度Rt为3.0μm以下。
<10>根据<1>~<9>中任一项所记载的变压器,其中,所述点列状激光照射痕至少形成于从将所述Fe基非晶合金薄带的宽度方向进行8等分的八个区域除去两端的两个区域的、所述宽度方向的中央的6个区域内。
发明效果
根据本公开的一个方式,提供降低了空载损耗的变压器。
附图说明
图1是表示本实施方式的变压器的一例的概略图。
图2是表示本实施方式的变压器的另一例的概略图。
图3是表示本实施方式的变压器的又一例的概略图。
图4是表示本实施方式的Fe基非晶合金薄带的一例的示意图。
图5是表示改变孔间隔的情况下的磁通密度和铁损的关系的图表。
图6是表示改变孔间隔的情况下的磁通密度和励磁功率的关系的图表。
具体实施方式
本说明书中,使用“~”表示的数值范围是指将“~”的前后所记载的数值作为下限值及上限值包含的范围。本说明书中,逐步记载的数值范围中,在一个数值范围内记载的上限值或下限值也可以置换成其它逐步记载的数值范围的上限值或下限值。另外,本说明书所记载的数值范围中,其数值范围的上限值或下限值也可以置换成实施例中表示的值。
本说明书中,就“工序”的表达而言,不仅是独立的工序,即使是不能与其它工序明确区分的情况,如果达成工序的预期的目的,则也包含于本术语。本说明书中,Fe基非晶合金薄带是指由Fe基非晶合金构成的薄带。
本说明书中,Fe基非晶合金是指,以Fe(铁)为主成分的非晶合金。在此,主成分是指含有比率(质量%)最高的成分。以下,对与本公开相关的实施方式进行记载。此外,本公开不限定于以下所记载的实施方式,可在技术思想的范围内适当变更。
本公开涉及的实施方式提供一种变压器,其中,
在Fe基非晶合金薄带的至少一面具有多个沿着与上述Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的方向设置的点列状激光照射痕,在将多个上述点列状激光照射痕中、相互相邻的点列状激光照射痕间的、与上述浇铸方向正交的宽度方向的中央部的中心线间隔设为行间隔,且将构成上述点列状激光照射痕的各个激光照射痕的中心点间隔设为孔间隔的情况下,上述孔间隔为0.10mm~0.50mm,将上述行间隔设为d1(mm),且将上述孔间隔设为d2(mm),并将上述激光照射痕的数密度D设为D=(1/d1)×(1/d2)时,上述激光照射痕的数密度D为0.05个/mm2~0.50个/mm2,
具备使用上述Fe基非晶合金薄带的单板中的频率60Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.150W/kg以下的Fe基非晶合金薄带构成的铁芯和卷绕于上述铁芯的绕阻。
另外,上述Fe基非晶合金薄带也降低单板中的频率50Hz、磁通密度1.45T下的铁损。上述Fe基非晶合金薄带优选单板中的频率50Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.120W/kg以下。
上述Fe基非晶合金薄带优选频率50Hz、磁通密度1.3T下的铁损为0.08W/kg以下,或频率60Hz、磁通密度1.3T下的铁损为0.11W/kg以下。
另外,本实施方式的铁芯优选使用将多片Fe基非晶合金薄带弯曲并重叠卷绕的环周状的铁芯。另外,需要使该环周状的铁芯组合多个使用。另外,作为该铁芯,也可以使用将多片Fe基非晶合金薄带层叠而构成的堆积铁芯,也可以使用将Fe基非晶合金薄带卷绕而构成的卷铁芯。
另外,本实施方式的变压器优选为单相变压器或三相变压器,且优选该变压器的额定容量为10kVA以上。
另外,在单相变压器的情况下,优选铁芯的单位重量的空载损耗在50Hz下为0.15W/kg以下,或在60Hz下为0.19W/kg以下。
另外,在三相变压器的情况下,优选铁芯的单位重量的空载损耗在50Hz下为0.19W/kg以下,或在60Hz下为0.24W/kg以下。
实施例1
图1中表示本实施方式的变压器的铁芯和绕阻的结构的一例。图1所示的变压器具备将层叠的多片Fe基非晶合金薄带弯曲并重叠卷绕的环周状的铁芯1和卷绕于上述铁芯的绕阻2。此外,在重叠铁芯之前的、铁芯开放的状态下,向铁芯装入绕阻2。该第1的实施方式的铁芯1利用一个环周状的铁芯(单相二柱卷铁芯)构成。将使用了该实施方式的铁芯1的根据JIS C 4304:2013的本发明的单相50Hz、额定容量10kVA的充油变压器(以下,实施例1)的主要的特性和重量通过与现有例1的比较在表1中表示。在此,实施例1中使用的Fe基非晶合金薄带具有上述特性,因此,根据JIS C 2534:2017的“5个非晶带的种类的记号”的定义,将铁芯材料记载为25AMP06-88。现有例1中使用的Fe基非晶合金薄带为25AMP08-88。此外,以下的实施例1~实施例8的特性是通过模拟的解析中得到的数值。
实施例1中使用的Fe基非晶合金薄带为厚度25μm、宽度142.2mm,在自由凝固面形成有点列状激光照射痕,点列状激光照射痕的行间隔为20mm,孔间隔为0.20mm,激光照射痕的数密度D为0.25个/mm2,频率50Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.083W/kg,频率60Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.105W/kg。
另外,现有例1中使用的Fe基非晶合金薄带为厚度25μm、宽度142.2mm,未形成激光照射痕,频率50Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.130W/kg,频率60Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.167W/kg。
该实施例1及现有例1中,环周状的铁芯1的层叠数为1875片,其重量在表1中表示。
该变压器的一次绕阻使用直径0.9mm的铜线,并卷绕3143匝,二次绕阻使用铝制的3.2mm×6.0mm的平角线,且并联连接一个100匝的绕阻。
【表1】
根据表1可知,实施例1中,铁芯的单位重量的空载损耗成为0.149W/kg,比现有例1的铁芯的单位重量的空载损耗0.197W/kg降低约25%降低。
还可知与其对应,相对于JIS C 4304:2013中定义的能耗效率标准值,现有例1为0.73的比(表1的“能耗效率比”所记载。以下,同样。),与之相对,实施例1中能够改善为0.70,配电用变压器的平均等效负载率设为15%时的每年CO2排出量也改善约15%。该情况从表1所记载的“设为负载率15%时的每年CO2排出量比”成为0.85可知(以下,同样)。
实施例2
作为图1所示的本实施方式的铁芯和绕阻的结构的变压器的第二实施例,将根据JIS C 4304:2013的本发明的单相60Hz、额定容量10kVA的充油变压器(以下,实施例2)的主要的特性和重量通过与现有例2的比较在表2中表示。
实施例2中使用的Fe基非晶合金薄带与实施例1相同,现有例2中使用的Fe基非晶合金薄带与现有例1相同。
该实施例2及现有例2中,环周状的铁芯1的层叠数为1785片,其重量在表2中表示。
该变压器的一次绕阻使用直径0.9mm的铜线,并卷绕2776匝,二次绕阻使用铝制的2.6mm×6.0mm的平角线,且并联连接一个88匝的绕阻。
【表2】
根据表2可知,实施例2中,铁芯的单位重量的空载损耗成为0.189W/kg,比现有例2的铁芯的单位重量的空载损耗0.259W/kg降低约27%。
还可知,与其对应,相对于JIS C 4304:2013中定义的能耗效率标准值,现有例2为0.72的比,与之相对,实施例2中能够改善为0.68,配电用变压器的设为平均等效负载率15%时的每年CO2排出量也改善约18%。
实施例3
作为图1所示的本实施方式的铁芯和绕阻的结构的变压器的第三实施例,将根据JIS C 4304:2013的本发明的单相50Hz、额定容量30kVA的充油变压器(以下,实施例3)的主要的特性和重量通过与现有例3的比较在表3中表示。
实施例3中使用的Fe基非晶合金薄带为厚度25μm、宽度213.4mm,在自由凝固面形成有点列状激光照射痕,点列状激光照射痕的行间隔为20mm,孔间隔为0.20mm,激光照射痕的数密度D为0.25个/mm2,频率50Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.085W/kg,频率60Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.108W/kg。
另外,现有例3中使用的Fe基非晶合金薄带为厚度25μm、宽度213.4mm,未形成激光照射痕,频率50Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.132W/kg,频率60Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.168W/kg。
该实施例3及现有例3中,环周状的铁芯1的层叠数为3015片,其重量在表3中表示。
该变压器的一次绕阻使用直径1.4mm的铜线,并卷绕1509匝,二次绕阻使用铝制的3.2mm×15mm的平角线,且并联连接一个44匝的绕阻。
【表3】
根据表3可知,实施例3中,铁芯的单位重量的空载损耗成为0.138W/kg,比现有例3的铁芯的单位重量的空载损耗0.197W/kg降低约30%。
还可知,与其对应,相对于JIS C 4304:2013中定义的能耗效率标准值,现有例3为0.72的比,与之相对,实施例3中能够改善为0.68,配电用变压器的设为平均等效负载率15%时的每年CO2排出量也改善约18%。另外,上述实施例1的铁芯的单位重量的空载损耗为0.149W/kg,与之相对,实施例3中,改善0.138W/kg和0.011W/kg。其原因是由于,由于铁芯的大型化,曲线部的长度相对于铁芯的磁路长的比变小,抑制铁芯曲线部的残留应力引起的空载损耗加。
实施例4
作为图1所示的本实施方式的铁芯和绕阻的结构的变压器的第四实施例,将根据JIS C 4304:2013的本发明的单相60Hz、额定容量30kVA的充油变压器(以下,实施例4)的主要的特性和重量通过与现有例4的比较在表4中表示。
实施例4中使用的Fe基非晶合金薄带与实施例3相同,现有例4中使用的Fe基非晶合金薄带与现有例3相同。
该实施例4及现有例4中,环周状的铁芯1的层叠数为2715片,其重量在表4中表示。
该变压器的一次绕阻使用直径1.3mm的铜线,并卷绕1509匝,二次绕阻使用铝制的4.0mm×13mm的平角线,且并联连接一个44匝的绕阻。
【表4】
根据表4可知,实施例4中,铁芯的单位重量的空载损耗成为0.180W/kg,比现有例4的铁芯的单位重量的空载损耗0.256W/kg降低约30%。
还可知,与其对应,相对于JIS C 4304:2013中定义的能耗效率标准值,现有例4为0.72的比,与之相对,实施例4中能够改善为0.67,配电用变压器的设为平均等效负载率15%时的每年CO2排出量也改善约19%。另外,上述实施例2的铁芯的单位重量的空载损耗为0.189W/kg,与之相对,实施例4中改善0.180W/kg和0.009W/kg。这由于上述实施例3中说明的原因而减少。
实施例5
图2中表示本实施方式的变压器的铁芯和绕阻的结构的另一例。图2所示的变压器具备:组合了将层叠的多片Fe基非晶合金薄带弯曲并重叠卷绕的环周状的铁芯1的三相三柱卷铁芯(三个环周状的铁芯的组合)、卷绕于上述铁芯的3组绕阻2。将使用了该实施方式的铁芯的根据JIS C 4304:2013的本发明的三相50Hz、额定容量100kVA的充油变压器(以下,实施例5)的主要的特性和重量通过与现有例5的比较在表5中表示。
实施例5中使用的Fe基非晶合金薄带与实施例3相同,现有例5中使用的Fe基非晶合金薄带与现有例3相同。
该实施例5及现有例5中,环周状的铁芯1的层叠数分别为3480片,其重量(三个环周状的铁芯的合计)在表5中表示。
该变压器的一次绕阻使用直径2.2mm的铜线,并通过星形接线卷绕653匝,二次绕阻使用铝制的0.4mm×247mm的片材,并通过三角接线设为36匝的绕阻。
【表5】
根据表5可知,实施例5中,铁芯的单位重量的空载损耗成为0.188W/kg,比现有例5的铁芯的单位重量的空载损耗0.269W/kg降低约30%。
还可知,与其对应,相对于JIS C 4304:2013中定义的能耗效率标准值,现有例5为0.78的比,与之相对,实施例5中能够改善为0.73,配电用变压器的设为平均等效负载率15%时的每年CO2排出量也改善约20%。
实施例6
作为图2所示的本实施方式的铁芯和绕阻的结构的变压器的另一实施例,将根据JIS C 4304:2013的本发明的三相60Hz、额定容量100kVA的充油变压器(以下,实施例6)的主要的特性和重量通过与现有例6的比较在表6中表示。
实施例6中使用的Fe基非晶合金薄带与实施例3相同,现有例6中使用的Fe基非晶合金薄带与现有例3相同。该实施例6及现有例6中,环周状的铁芯1的层叠数为2895片,其重量在表6中表示。
该变压器的一次绕阻及二次绕阻与实施例5及现有例5相同。
【表6】
根据表6可知,实施例6中,铁芯的单位重量的空载损耗成为0.238W/kg,比现有例6的铁芯的单位重量的空载损耗0.339W/kg降低约30%。
还可知,与其对应,相对于JIS C 4304:2013中定义的能耗效率标准值,现有例6为0.81的比,与之相对,实施例6中能够改善为0.77,配电用变压器的设为平均等效负载率15%时的每年CO2排出量也改善约19%。
实施例7
作为图2所示的本实施方式的铁芯和绕阻的结构的变压器的另一实施例,将根据JIS C 4304:2013的本发明的三相50Hz、额定容量500kVA的充油变压器(以下,本发明实施例7)的主要的特性和重量通过与现有例7的比较在表7中表示。
实施例7中使用的Fe基非晶合金薄带与实施例3相同,现有例7中使用的Fe基非晶合金薄带与现有例3相同。
该实施例7及现有例7中,环周状的铁芯1的实施例7的层叠数为5685片,现有例7为5955片,其重量(三个环周状的铁芯的合计)在表7中表示。
该实施例7的一次绕阻使用3.5mm×4.5mm的平角铜线,通过星形接线卷绕399匝,二次绕阻使用铝制的1.3mm×438mm的片材,通过三角接线设为22匝的绕阻。另外,现有例7的一次绕阻使用3.2mm×5.0mm的平角铜线,通过星形接线卷绕381匝,二次绕阻使用铝制的1.4mm×383mm的片材,通过三角接线设为21匝的绕阻。
【表7】
根据表7可知,实施例7中,铁芯的单位重量的空载损耗成为0.172W/kg,比现有例7的铁芯的单位重量的空载损耗0.246W/kg降低约30%。
还可知,与其对应,相对于JIS C 4304:2013中定义的能耗效率标准值,现有例7为0.93的比,与之相对,实施例7中能够改善为0.90,配电用变压器的设为平均等效负载率15%时的每年CO2排出量也改善约16%。另外,上述实施例5的铁芯的单位重量的空载损耗为0.188W/kg,与之相对,实施例7中改善0.172W/kg和0.016W/kg。其原因,由于铁芯的大型化,曲线部的长度相对于铁芯的磁路长的比变小,抑制铁芯曲线部的残留应力引起的空载损耗加。
实施例8
图3中表示本实施方式的变压器的铁芯和绕阻的结构的另一例。该变压器具备:组合了将层叠的多片Fe基非晶合金薄带弯曲并重叠卷绕的环周状的铁芯1的三相五柱卷铁芯、卷绕于上述铁芯的3组绕阻2。将使用了该实施方式的铁芯的根据JIS C 4304:2013的本发明的三相50Hz、额定容量1000kVA的充油变压器(以下,实施例8)的主要的特性和重量通过与现有例8的比较在表8中表示。
实施例8中使用的Fe基非晶合金薄带与实施例3相同,现有例8中使用的Fe基非晶合金薄带与现有例3相同。
该实施例8及现有例8中,环周状的铁芯1是分别将层叠数为2610片的铁芯沿图3的垂直方向重叠两个的铁芯,其重量(8个环周状的铁芯的合计)在表8中表示。
该实施例8的一次绕阻使用2.8mm×7.0mm的平角铜线,通过三角接线卷绕377匝,二次绕阻使用铝制的3.0mm×305mm的片材,通过三角接线设为12匝的绕阻。另外,现有例8的一次绕阻使用2.8mm×7.0mm的平角铜线,通过三角接线卷绕377匝,二次绕阻使用铝制的3.2mm×306mm的片材,通过三角接线设为12匝的绕阻。
【表8】
根据表8可知,实施例8中,铁芯的单位重量的空载损耗成为0.188W/kg,比现有例8的铁芯的单位重量的空载损耗0.269W/kg降低约30%。
还可知,与其对应,相对于JIS C 4304:2013中定义的能耗效率标准值,现有例8为0.999的比,与之相对,实施例8中能够改善为0.996,配电用变压器的设为平均等效负载率15%时的每年CO2排出量也改善约15%。
如以上进行的说明,本公开的变压器能够降低空载损耗,因此,特别是在平均等效负载率较低的配电用变压器等的低损耗化及CO2排出量减少上是有效的。此外,本实施例中,详细地说明向卷铁芯变压器的应用,但在堆积铁芯变压器的情况下,当然也可得到空载损耗的降低效果。
〔Fe基非晶合金薄带〕
以下详细地说明本实施方式中使用的Fe基非晶合金薄带。
本实施方式中使用的Fe基非晶合金薄带如上述,在Fe基非晶合金薄带的至少一面具有多个沿着与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的方向设置的点列状激光照射痕,多个点列状激光照射痕中,将相互相邻的点列状激光照射痕间的、与浇铸方向正交的宽度方向的中央部的中心线间隔设为行间隔,将构成点列状激光照射痕的各个激光照射痕的中心点间隔设为孔间隔的情况下,孔间隔为0.10mm~0.50mm,将行间隔设为d1(mm),将孔间隔设为d2(mm),且将激光照射痕的数密度D设为D=(1/d1)×(1/d2)时,激光照射痕的数密度D为0.05个/mm2~0.50个/mm2,Fe基非晶合金薄带的单板中的频率60Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.150W/kg以下。
另外,上述Fe基非晶合金薄带也降低单板中的频率50Hz、磁通密度1.45T下的铁损。
另外,上述Fe基非晶合金薄带降低频率50Hz、磁通密度1.3T下的铁损,或频率60Hz、磁通密度1.3T下的铁损。
本公开的Fe基非晶合金薄带(以下,均简称为“薄带”。)中,通过具有上述结构,降低磁通密度1.45T的条件下的铁损,且抑制磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升。
首先,对降低磁通密度1.45T的条件下的铁损之类的效果进行说明。本公开的Fe基非晶合金薄带如上述,在至少一面具有由多个激光照射痕构成的点列状激光照射痕。本公开的Fe基非晶合金薄带中,通过具有该点列状激光照射痕,磁畴细分化,其结果,降低磁通密度1.45T的条件下的铁损。
这样,在Fe基非晶合金薄带形成点列状激光照射痕本身有助于降低磁通密度1.45T的条件下的铁损。
接着,对抑制磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升之类的效果进行说明。详情进行后述,但本发明人等发现,在Fe基非晶合金薄带形成激光照射痕有时成为磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升的原因。磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升导致磁通密度B0.08的降低,故不优选。
关于该点,本公开的Fe基非晶合金薄带中,将沿薄带的浇铸方向设置的多个点列状激光照射痕中、相互相邻的点列状激光照射痕间的、与浇铸方向正交的方向(以下,称为宽度方向)的中央部的中心线间隔即行间隔设为d1(mm),将构成点列状激光照射痕的各个激光照射痕的中心点间隔即孔间隔设为d2(mm)。而且,孔间隔为0.10mm~0.50mm,且将激光照射痕的数密度D设为D=(1/d1)×(1/d2)时,激光照射痕的数密度D成为0.05个/mm2~0.50个/mm2。总之,本公开的Fe基非晶合金薄带中,将激光照射痕的孔间隔及行间隔扩展某程度,激光照射痕的个数变少某程度(即,激光照射痕的数密度变少某程度)。
本公开的Fe基非晶合金薄带中,通过将激光照射痕的孔间隔及行间隔扩展某程度,并将激光照射痕的数密度变小某程度,抑制磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升。
此外,在点列状激光照射痕未到达薄带的宽度方向的中央部的情况下,行间隔能够将该点列状激光照射痕在薄带的宽度方向上延长至到达中央部的位置并测定。
另外,也抑制伴随励磁功率的上升的磁通密度B0.08的降低。
如以上,本公开的Fe基非晶合金薄带中,降低磁通密度1.45T的条件下的铁损,且抑制磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升。
以下,通过与现有技术的对比更详细地说明本公开的Fe基非晶合金薄带的上述效果。
目前,铁损及励磁功率通常在磁通密度1.3T的条件下测定。例如,上述的特开昭61-29103号公报的实施例中公开了,向Fe基非晶合金薄带的自由凝固面,将点列的间隔设为5mm照射YAG激光(此时的数密度D为0.8个/mm2),由此,降低磁通密度1.3T的条件下的铁损。
另外,上述的国际公开第2011/030907号的实施例4中公开了,在向Fe基非晶合金薄带的自由凝固面照射激光,以5mm的长边方向间隔形成凹部列的情况下(此时的数密度D为0.8个/mm2),在满足凹部的深度t1和薄带的厚度T的比t1/T为0.025~0.18等的条件的情况下,降低磁通密度1.3T的条件下的铁损及视在功率。国际公开第2011/030907号中的视在功率与本说明书中所说的励磁功率对应。
另外,上述的国际公开第2012/102379号的实施例1中公开了,在Fe基非晶合金薄带的自由凝固面形成有波状凹凸,波状凹凸具有在长边方向上以大致一定间隔排列的宽度方向谷部,在谷部的平均振幅成为20mm以下的情况下,降低磁通密度1.3T的条件下的铁损及励磁功率。
但是,近年来,从使用Fe基非晶合金薄带制作的变压器的小型化等的观点来看,有时要求不降低磁通密度1.3T的条件下的铁损及励磁功率,而降低磁通密度1.45T的条件下的铁损及励磁功率。
关于该点,通过本发明人等的研究判明,某种的Fe基非晶合金薄带(具体而言,激光照射痕的数密度较高的Fe基非晶合金薄带)中,在以磁通密度1.3T的条件测定的情况下,即使某程度降低励磁功率,在以磁通密度1.45T的条件测定的情况下,励磁功率也大幅上升。
以下,参照图5及图6详细叙述该点。
图5是对于未激光加工的Fe基非晶合金薄带、以孔间隔0.05mm进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带、以孔间隔0.10mm进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带、及以孔间隔0.20mm进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带的4种Fe基非晶合金薄带,表示磁通密度和铁损的关系的图表。
图6同样是表示磁通密度和励磁功率的关系的图表。
图5及图6中,以孔间隔0.05mm进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带除了将行间隔设为60mm以外,通过与后述的比较例102同样的条件制作。此时的数密度D为0.33个/mm2。
图5及图6中,以孔间隔0.10mm进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带除了将行间隔设为60mm以外,通过与后述的实施例101同样的条件制作。此时的数密度D为0.167个/mm2。
图5及图6中,以孔间隔0.20mm进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带通过与后述的实施例103同样的条件制作(行间隔为20mm)。此时的数密度D为0.25个/mm2。
图5及图6中,未激光加工的Fe基非晶合金薄带通过与后述的比较例101同样的条件制作。
如图5所示可知,即使任意条件的Fe基非晶合金薄带中,随着磁通密度上升,铁损缓慢地上升。
另外,还可知,通过对Fe基非晶合金薄带实施孔间隔0.05mm、孔间隔0.10mm、及孔间隔0.20mm的各条件的激光加工,降低铁损。通过激光加工降低铁损的效果本身如特开昭61-29103号公报及国际公开第2011/030907号等的公知文献所记载。
如图6中所示可知,在磁通密度1.3T的条件下,4种Fe基非晶合金薄带中,励磁功率几乎没有差别。即可知,在磁通密度1.3T的条件下,激光加工的有无对励磁功率几乎没有影响。因此,在以磁通密度1.3T测定铁损及励磁功率的前提下,对Fe基非晶合金薄带实施激光加工,由此,几乎不会使励磁功率上升,能够得到铁损降低的效果。
但是,图6中,关注于孔间隔0.05mm的Fe基非晶合金薄带时可知,如果磁通密度超过1.3T,则励磁功率急剧地上升。其结果可知,在磁通密度为1.45T的条件下,与其它3种Fe基非晶合金薄带相比,孔间隔0.05mm的Fe基非晶合金薄带的励磁功率显著变高。
如以上,本发明人等见解到,在孔间隔为0.05mm的情况等、激光照射痕的孔间隔过于狭窄的情况下,存在磁通密度为1.45T的条件下的励磁功率显著变高的倾向(参照图6)。另外,本发明人等还见解到,通过如0.20mm那样扩展孔间隔(即,通过缩小激光照射痕的数密度),能够抑制磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升(参照图6)。
另外,本发明人等还见解到,即使如0.10mm或0.20mm那样扩展孔间隔,也得到激光加工产生的铁损降低的效果(参照图5)。
这些见解也表示于后述的实施例的表9中。
据此见解到,通过扩展孔间隔,以及缩小数密度D,在磁通密度1.45T的条件下,抑制励磁功率的上升,得到低损耗的Fe基非晶合金薄带。
另外,本发明人等见解到,通过扩展多个点列状激光照射痕的行间隔(例如,通过将行间隔设为10mm以上),与扩展孔间隔的情况一样,也能够抑制磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升,且得到激光加工产生的铁损降低的效果。对于该见解,在后述的实施例的表10中表示。
但是,例如如上述的国际公开第2012/102379号所记载,目前进行着,通过在Fe基非晶合金薄带的自由凝固面形成波状凹凸,来降低铁损。波状凹凸也称为颤痕等,由于制造(浇铸)Fe基非晶合金薄带时的桨的振动而产生(例如,参照国际公开第2012/102379号的段落0008)。形成波状凹凸来降低铁损的技术中,通过调整Fe基非晶合金薄带的制造条件,有意图地在自由凝固面形成波状凹凸。
相对于形成波状凹凸来降低铁损的技术,例如特开昭61-29103号公报及国际公开第2011/030907号所记载的现有的激光加工的技术是如下技术,代替在自由凝固面形成波状凹凸,而对自由凝固面实施激光加工,以得到与波状凹凸同样的效果(铁损等的降低的效果)。因此,现有的激光加工的技术中,为了形成与波状凹凸类似的形状,缩小行间隔(例如,如特开昭61-29103号公报及国际公开第2011/030907号的实施例所记载,将行间隔设为5mm),即,使激光照射痕的数密度比较高,而形成激光照射痕。
目前,在磁通密度1.3T的条件测定励磁功率,因此,还未认识到提高激光照射痕的数密度的缺点(即,励磁功率的上升)。但是,如上述,本发明人等发现,在提高激光照射痕的数密度的情况下,以磁通密度1.45T的条件测定的励磁功率上升,且通过缩小激光照射痕的数密度,能够抑制以磁通密度1.45T的条件测定的励磁功率的上升。
本公开的Fe基非晶合金薄带是通过该见解而研发的薄带。
因此,本公开的Fe基非晶合金薄带在对薄带的表面形成激光照射痕的点上,与特开昭61-29103号公报及国际公开第2011/030907号所记载的技术相同,但本公开的Fe基非晶合金薄带在通过缩小激光照射痕的数密度,抑制以磁通密度1.45T的条件测定的励磁功率的上升的技术的点上,与特开昭61-29103号公报及国际公开第2011/030907号所记载的技术完全不同。
以下,对于本公开的Fe基非晶合金薄带及其优选的方式进行更详细地说明。
本公开的Fe基非晶合金薄带是具有自由凝固面及辊面的Fe基非晶合金薄带。
具有自由凝固面及辊面的Fe基非晶合金薄带是通过单辊法制造(浇铸)的薄带。浇铸时,与冷却辊相接且骤冷凝固的面为辊面,相对于辊面的相反侧的面(即,浇铸时,暴露于气氛的面)是自由凝固面。对于单辊法,能够适当参照国际公开第2012/102379号等的公知文献。
本公开的Fe基非晶合金薄带也可以是浇铸后、不切割的状态的薄带(例如,浇铸后卷取成辊状的辊体),也可以在浇铸后切出成期望的大小的薄带片。
<激光照射痕,点列状激光照射痕>
本公开的Fe基非晶合金薄带在至少一面具有多个由多个激光照射痕构成的点列状激光照射痕。
构成点列状激光照射痕的多个激光照射痕各自只要是通过激光加工(即,激光照射)赋予能量的痕迹即可,激光照射痕的形状(俯视时形状及截面形状)没有特别限制。
多个激光照射痕各自如果是通过激光照射赋予能量的痕迹,则可得到激光照射引起的铁损降低的效果。
作为激光照射痕的俯视时形状,也可以是王冠状、环状、平面状等那样的俯视时形状。
从Fe基非晶合金薄带的激光照射痕的耐气候性(防锈)、Fe基非晶合金薄带的占空系数提高的观点来看时,作为激光照射痕的俯视时形状,优选为环状或平面状,更优选为平面状。为平面状时,在使薄带层叠并构成铁芯的情况下,能够抑制薄带间的空间,并提高铁芯的薄带密度。
本公开的Fe基非晶合金薄带中,在将沿Fe基非晶合金薄带的浇铸方向设置的多个点列状激光照射痕中、相互相邻的点列状激光照射痕间的、与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的宽度方向的中央部的中心线间隔设为行间隔的情况下,行间隔优选为10mm~60mm。
此外,宽度方向是与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的方向。另外,在点列状激光照射痕形成于薄带的自由凝固面及辊面的两面的情况下,行间隔以透射地观察薄带时的两面的点列状激光照射痕为对象进行测定。例如,在点列状激光照射痕在薄带的浇铸方向上交替地形成于两面的情况下,“相互相邻的点列状激光照射痕”中,形成于一面的点列状激光照射痕和形成于另一面且浇铸方向上相邻的点列状激光照射痕成为对象。
通过行间隔为10mm以上,与行间隔低于10mm的情况相比,能够抑制以磁通密度1.45T的条件测定的励磁功率的上升。
通过行间隔为60mm以下,与行间隔超过60mm的情况相比,降低以磁通密度1.45T的条件测定的铁损的效果优异。
行间隔更优选为10mm~50mm,更优选为10mm~40mm,进一步优选为10mm~30mm。
多个点列状激光照射痕的方向优选为大致平行,但不限定于大致平行。优选在薄带的宽度方向的中央部,行间隔为10mm~60mm。多个点列状激光照射痕的方向也可以平行,也可以不平行。
Fe基非晶合金薄带的“宽度方向的中央部”能够设为从宽度方向的中心向宽度方向两端保持某程度的宽度的部分。例如,从宽度方向的中心向宽度方向两端,能够将上述“某程度的宽度”成为宽度整体的1/4的区域的范围设为中央部。其中,更优选将上述“某程度的宽度”成为宽度整体的1/2的区域的范围设为中央部。
作为本公开的一个实施方式,Fe基非晶合金薄带也可以具有多个点列状激光照射痕各自的方向相对于与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的宽度方向相互不平行的配置关系。
也就是,也可以将多个点列状激光照射痕各自的方向和Fe基非晶合金薄带的宽度方向构成的角度设为10°以上且相对于浇铸方向保持锐角或钝角的倾斜角地交叉。
作为本公开的另一实施方式,Fe基非晶合金薄带优选多个点列状激光照射痕各自的方向相对于与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向及厚度方向正交的方向大致平行。
多个点列状激光照射痕各自的方向相对于与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向及厚度方向正交的方向大致平行是指,多个点列状激光照射痕各自的方向和与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向及厚度方向正交的方向构成的角度为10°以下。但是,不限定于多个点列状激光照射痕为大致平行。
另外,本公开的Fe基非晶合金薄带中,作为一个实施方式,优选多个点列状激光照射痕各自的方向相对于Fe基非晶合金薄带的宽度方向大致平行。
多个点列状激光照射痕各自的方向相对于Fe基非晶合金薄带的宽度方向大致平行是指,多个点列状激光照射痕各自的方向和Fe基非晶合金薄带的宽度方向构成的角度为10°以下。
但是,不限定于多个点列状激光照射痕大致平行。
如上述,点列状激光照射痕的方向也可以不平行于与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的方向,点列状激光照射痕的方向和Fe基非晶合金薄带的浇铸方向构成的角度也可以保持10°超的倾斜角。这样,解释为即使保持10°超的倾斜角,点列状激光照射痕也沿着与Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的方向设置。该倾斜角优选低于45°,进一步优选为40°以下,进一步优选为30°以下,进一步优选为20°以下。最优选为10°以下。
本公开的Fe基非晶合金薄带也可以是将点列状激光照射痕以一定的间隔沿薄带的浇铸方向设置的激光照射痕列在薄带的宽度方向上具有一个的方式,也可以是在薄带的宽度方向上具有两个以上的方式。
具体而言,本公开的Fe基非晶合金薄带也可以是将沿Fe基非晶合金薄带的浇铸方向设置的多个点列状激光照射痕在与浇铸方向正交的宽度方向上,(1)在上述“宽度方向的中央部”具有一列的方式(以下,称为单一列组。),(2)也可以是在上述“宽度方向的中央部”上具有多个列的方式(以下,称为多个列组。)。
以下,将沿Fe基非晶合金薄带的浇铸方向设置的多个点列状激光照射痕均称为“照射痕列的组”。
后者的多个列组中,照射痕列的组在薄带的宽度方向上存在多个,在多个组间,不需要点列状激光照射痕各自的位置处于宽度方向的同一线上,也可以点列状激光照射痕各自成为在浇铸方向上偏离的位置关系。例如,在薄带的宽度方向上存在两个照射痕列的组的情况下,两个组被薄带的宽度方向中央部的照射痕列非形成区域分隔,排列于一组中的多个点列状激光照射痕和排列于另一组中的多个点列状激光照射痕也可以成为在浇铸方向上偏离一定的距离且相互交替地存在的位置关系。
本公开的行间隔是如以下求得的值。
如上述(1),在上述“宽度方向的中央部”作为具有一列单一列组具有沿浇铸方向设置的多个点列状激光照射痕的情况下,就行间隔而言,能够对单一列组中、浇铸方向上相互相邻的两个点列状激光照射痕间的间隔任意选择5个部位进行测定,并设为测定值的平均值。在该情况下,构成单一列组的多个点列状激光照射痕优选隔开一定的间隔地存在,但也可以以任意的间隔存在。
另外,如上述(2),在上述“宽度方向的中央部”作为由多个列构成的多个列组具有沿浇铸方向设置的多个点列状激光照射痕的情况下,就行间隔而言,能够将对多个列组中的各个“照射痕列的组”通过与上述方法同样求得的值(平均值)设为进一步平均的值。在该情况下,构成各“照射痕列的组”的多个点列状激光照射痕优选隔开一定的间隔地存在,但也可以以任意的间隔存在。
本公开的Fe基非晶合金薄带中,在将构成多个点列状激光照射痕的各个激光照射痕的中心点间隔设为孔间隔的情况下,孔间隔为0.10mm~0.50mm。因此,不包含使孔间隔低于0.10mm且连续地形成的结构。
通过孔间隔为0.10mm以上,与孔间隔低于0.10mm的情况相比,能够抑制以磁通密度1.45T的条件测定的励磁功率的上升(参照上述的图6)。
通过孔间隔为0.50mm以下,与孔间隔超过0.50mm的情况相比,降低以磁通密度1.45T的条件测定的铁损的效果优异。
孔间隔优选为0.15mm~0.40mm,更优选为0.20mm~0.40mm。
如上述,本公开的Fe基非晶合金薄带通过使构成点列状激光照射痕的激光照射痕的数密度比目前缩小,抑制以磁通密度1.45T的条件测定的励磁功率的上升。
另外,本公开的Fe基非晶合金薄带中,将行间隔设为d1(mm),且将孔间隔设为d2(mm)时,将激光照射痕的数密度D设为以下述式算出的值。
D=(1/d1)×(1/d2)
数密度D是根据行间隔及孔间隔算出的值,表示形成的激光照射痕的密度。即,具有某行间隔和孔间隔的单位面积(mm2)中,满足d1×d2×D=1的数密度(D)为0.05个/mm2~0.50个/mm2。
通过将激光照射痕的数密度D设为适当的值(比目前小的值),能够抑制以磁通密度1.45T的条件测定的励磁功率的上升。
作为构成点列状激光照射痕的激光照射痕的数密度D,设为0.05个/mm2~0.50个/mm2。
作为构成点列状激光照射痕的激光照射痕的数密度D,更优选为0.10个/mm2~0.50个/mm2。
在本公开的点列状激光照射痕存在多个的情况下,数密度D能够根据情况如以下求得。
如上述(1),在上述“宽度方向的中央部”作为具有一列的单一列组具有沿浇铸方向设置的多个点列状激光照射痕的情况下,就数密度D而言,从构成单一列组的多个点列状激光照射痕将“相互相邻的点列状激光照射痕”任意地选择5个部位,测定各自的行间隔及孔间隔并分别求得测定值的平均值,根据行间隔的平均值及孔间隔的平均值并通过上述式求得数密度D。通过求得的数密度D处于0.05个/mm2~0.50个/mm2的范围,实现本发明效果。
另外,如上述(2),在上述“宽度方向的中央部”作为由多个列构成的多个列组具有沿浇铸方向设置的多个点列状激光照射痕的情况下,就数密度D而言,通过同样的方法对多个列组中的各个“照射痕列的组”求得。然后,通过求得的数密度D、多个列组中的至少一个“照射痕列的组”的数密度D处于0.05个/mm2~0.50个/mm2的范围而实现效果,在进一步实现本发明效果的点上,优选求得的数密度D的平均值处于0.05个/mm2~0.50个/mm2的范围,多个列组中的所有的“照射痕列的组”的数密度D更优选处于0.05个/mm2~0.50个/mm2的范围。
在此,“浇铸方向”是与浇铸Fe基非晶合金薄带时的冷却辊的周向对应的方向,换言之,是与浇铸后、切割之前的Fe基非晶合金薄带的长边方向对应的方向。
此外,切出的薄带片中,通过观察薄带片的自由凝固面及/或辊面,也能够确认到“浇铸方向”为哪个方向。例如,在薄带片的自由凝固面及/或辊面观测到沿浇铸方向的较薄的条纹。另外,与浇铸方向正交的方向为宽度方向。
另外,点列状激光照射痕的宽度方向的长度占据Fe基非晶合金薄带的宽度方向的长度整体的比例优选在从宽度方向的中心向宽度方向两端的方向上分别为10%~50%。此外,这里的“%”将Fe基非晶合金薄带的宽度方向的长度整体设为100%。
此外,在点列状激光照射痕的方向相对于宽度方向保持倾斜的情况下,不是保持倾斜的点列状激光照射痕本身的长度,而是将形成有点列状激光照射痕的部分中换算成薄带的宽度方向上的长度的值设为点列状激光照射痕的长度。
上述长度的比例为50%是指,点列状激光照射痕以Fe基非晶合金薄带的宽度方向的中央为起点,在宽度方向上到达至一端及另一端。该“以中央为起点,在宽度方向上到达至一端及另一端”是指,在一端及另一端各自,点列状激光照射痕的端的激光照射痕和Fe基非晶合金薄带的端部的间隔为激光照射痕的孔间隔以下。
例如,在点列状激光照射痕的方向和Fe基非晶合金薄带的宽度方向平行的情况下,Fe基非晶合金薄带的点列状激光照射痕的方向的长度整体与Fe基非晶合金薄带的全宽对应。
另外,上述长度的比例为10%是指,从宽度方向的中心向宽度方向两端分别具有每10%的长度,即作为宽度整体中的中心区域具有宽度长的20%的长度的点列状激光照射痕。换言之,是指点列状激光照射痕相对于宽度方向的整体的长度留下每40%的空白地形成于Fe基非晶合金薄带的宽度方向的两端。
更优选Fe基非晶合金薄带的点列状激光照射痕的、点列状激光照射痕的宽度方向的长度占据宽度方向的长度整体的比例在从宽度方向的中心向宽度方向两端的方向上分别为25%以上。
另外,优选点列状激光照射痕至少形成于从将Fe基非晶合金薄带的宽度方向进行8等分的八个区域除去两端的两个区域的、上述宽度方向中央的6个区域内。
<自由凝固面的粗糙度(最大截面高度Rt)>
但是,例如如上述的国际公开第2012/102379号所记载,目前进行着通过在自由凝固面设置波状凹凸,而降低铁损。
但是,根据本发明人等的研究可知,有时波状凹凸导致以磁通密度1.45T的条件测定的励磁功率的上升。
因此,从抑制以磁通密度1.45T的条件测定的励磁功率的上升的观点来看,优选尽可能降低波状凹凸。
具体而言,自由凝固面的多个点列状激光照射痕以外的部分的最大截面高度Rt优选为3.0μm以下。最大截面高度Rt为3.0μm以下是指,在自由凝固面没有波状凹凸,或降低波状凹凸。
本说明书中,就自由凝固面的多个点列状激光照射痕以外的部分的最大截面高度Rt而言,对于自由凝固面的多个点列状激光照射痕以外的部分,根据JIS B 0601:2001,将评价长度设为4.0mm,将临界值设为0.8mm,将临界种类设为2RC(相位补偿)进行测定(评价)。在此,评价长度的方向设为Fe基非晶合金薄带的浇铸方向。另外,详细而言,将评价长度设为4.0mm的上述测定通过以临界值0.8mm连续地测定5次而进行。
自由凝固面的多个点列状激光照射痕以外的部分的最大截面高度Rt更优选为2.5μm以下。
另外,最大截面高度Rt的下限没有特别限制,但从Fe基非晶合金薄带的制造适用性的观点来看,最大截面高度Rt的下限优选为0.8μm,更优选为1.0μm。
<化学组成>
本公开的Fe基非晶合金薄带的化学组成没有特别限制,只要是Fe基非晶合金的化学组成(即,以Fe(铁)为主成分的化学组成)即可。但是,从更有效地得到本公开的Fe基非晶合金薄带的效果的观点来看,本公开的Fe基非晶合金薄带的化学组成优选为以下的化学组成A。
作为优选的化学组成的化学组成A由Fe、Si、B、及杂质构成,在将Fe、Si、及B的合计含量设为100原子%的情况下,是Fe的含量为78原子%以上、B的含量为10原子%以上、B及Si的合计含量为17原子%~22原子%的化学组成。
以下,对化学组成A更详细地说明。
化学组成A中,Fe的含量为78原子%以上。
Fe(铁)为即使是非晶结构,磁矩也最大的过渡金属的一个,Fe-Si-B系的非晶合金中成为磁性的载体。
在Fe的含量为78原子%以上的情况下,能够提高Fe基非晶合金薄带的饱和磁通密度(Bs)(例如,能够实现1.6T程度的Bs)。另外,容易达成后述优选的磁通密度B0.08(1.52T以上)。
Fe的含量优选为80原子%以上,进一步优选为80.5原子%以上,进一步优选为81.0原子%以上。另外,优选为82.5原子%以下,进一步优选为82.0原子%以下。
化学组成A中,B的含量为10原子%以上。
B(硼)为有助于非晶形成的元素。在B的含量为10原子%以上的情况下,进一步提高非晶形成能。
另外,在B的含量为10原子%以上的情况下,磁畴容易向浇铸方向取向,通过磁畴宽度变宽,容易提高磁通密度(B0.08)。
B的含量优选为11原子%以上,进一步优选为12原子%以上,进一步优选为13原子%以上。
B的含量的上限也根据后述的B及Si的合计含量不同而不同,但优选为16原子%。
化学组成A中,B及Si的合计含量为17原子%~22原子%。
Si(硅)是以熔融金属状态偏析于表面,且具有防止熔融金属的氧化的效果的元素。另外,Si还是作为非晶形成的助剂发挥作用,具有使玻璃化转变温度上升的效果,且形成热更稳定的非晶相的元素。
在B及Si的合计含量为17原子%以上的情况下,有效地发挥上述的Si的效果。
另外,在B及Si的合计含量为22原子%以下的情况下,能够大量确保作为磁性的载体的Fe的量,因此,在饱和磁通密度Bs的提高及磁通密度B0.08的提高的点上是有利的。
Si的含量优选为2.0原子%以上,更优选为2.4原子%以上,进一步优选为3.5原子%以上。
Si的含量的上限也根据B及Si的合计含量不同而不同,但优选为6.0原子%。
上述化学组成A中,从进一步提高后述的铁损及励磁功率的观点来看,Fe基非晶合金薄带的更优选的化学组成由Fe、Si、B、及杂质构成,在将Fe、Si、及B的合计含量设为100原子%的情况下,Fe的含量为80原子%以上,B的含量为12原子%以上,B及Si的合计含量为17原子%~20原子%。
化学组成A含有杂质。
在该情况下,化学组成A中含有的杂质也可以仅为1种,也可以为2种以上。
作为杂质,可举出Fe、Si、及B以外的所有的元素,具体而言,例如可举出:C、Ni、Co、Mn、O、S、P、Al、Ge、Ga、Be、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、稀土元素等。
这些元素相对于Fe、Si、及B的总质量,能够在以总量计1.5质量%以下的范围内含有。这些元素的总含量优选为1.0质量%以下,进一步优选为0.8质量%以下,进一步优选为0.75质量%以下。此外,也可以在该范围内添加这些元素。
<厚度>
本公开的Fe基非晶合金薄带的厚度没有特别限制,但厚度优选为18μm~35μm。
厚度为18μm以上在Fe基非晶合金薄带的起伏抑制、进而占空系数提高的点上是有利的。
厚度为35μm以下在Fe基非晶合金薄带的脆化抑制、磁饱和性的点上是有利的。
Fe基非晶合金薄带的厚度更优选为20μm~30μm。
<铁损>
如上述,本公开的Fe基非晶合金薄带中,通过激光加工(激光照射痕的形成)进行的磁畴的细分化,降低频率60Hz及磁通密度1.45T的条件下的铁损。
频率60Hz及磁通密度1.45T的条件下的铁损为0.150W/kg以下,优选为0.140W/kg以下,进一步优选为0.130W/kg以下。
频率60Hz及磁通密度1.45T的条件下的铁损的下限没有特别限制,但从Fe基非晶合金薄带的制造适用性的观点来看,铁损的下限优选为0.050W/kg。
另外,本公开的Fe基非晶合金薄带中,也降低频率50Hz及磁通密度1.45T的条件下的铁损CL。本公开的Fe基非晶合金薄带中,优选频率50Hz及磁通密度1.45T的条件下的铁损CL为0.120W/kg以下。
另外,本公开的Fe基非晶合金薄带中,也降低频率50Hz、磁通密度1.3T下的铁损,或频率60Hz、磁通密度1.3T下的铁损。优选频率50Hz、磁通密度1.3T下的铁损为0.08W/kg以下,或频率60Hz、磁通密度1.3T下的铁损为0.11W/kg以下。
Fe基非晶合金薄带下的铁损的测定根据JIS C 2535:2017或JIS H7152:1996测定。
<励磁功率>
如上述,本公开的Fe基非晶合金薄带中,抑制磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升。
频率60Hz及磁通密度1.45T的条件下的励磁功率优选为0.200VA/kg以下,更优选为0.170VA/kg以下,进一步优选为0.165VA/kg以下。
频率60Hz及磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的下限没有特别限制,但从Fe基非晶合金薄带的制造适用性的观点来看,励磁功率的下限优选为0.100VA/kg。
<磁通密度B0.08>
如上述,本公开的Fe基非晶合金薄带中,抑制磁通密度1.45T的条件下的励磁功率的上升,因此,抑制伴随励磁功率的上升的磁通密度B0.08的降低,其结果,能够较高地维持磁通密度B0.08。
本公开的Fe基非晶合金薄带中,频率60Hz及磁场8A/m的条件下的磁通密度B0.08优选为1.52T以上。
频率60Hz及磁场8A/m的条件下的磁通密度B0.08的上限没有特别限制,但上限优选为1.62T。
<比率〔动作磁通密度Bm/饱和磁通密度Bs〕>
如上述,本公开的Fe基非晶合金薄带中,能够较低地抑制比作为现有的条件的磁通密度1.3T高的磁通密度即磁通密度1.45T的条件下的铁损及励磁功率。
因此,在以比率〔动作磁通密度Bm/饱和磁通密度Bs〕(以下,均称为“Bm/Bs比”)比目前高的条件的动作磁通密度Bm使用的情况下,也能够抑制铁损及励磁功率。
关于该点,作为现有的一例的Fe基非晶合金薄带在饱和磁通密度Bs为1.56T,且动作磁通密度Bm为1.35T的条件(即,Bm/Bs比=0.87)下使用(例如,参照IEEE TRANSACTIONSON MAGNETICS Vol:44,Issue:11,Nov.2008,pp.4104-4106(特别是,p.4106))。
与之相对,本公开的Fe基非晶合金薄带中,例如,具有后述的实施例的化学组成(Fe82Si4B14)的Fe基非晶合金薄带的Bs为1.63T。Bs根据化学组成大致一意地决定。该情况的本公开的Fe基非晶合金薄带可以1.43T以上(优选为1.45T~1.50T)的Bm使用。Bm为1.43T的情况的Bm/Bs比为0.88,Bm为1.50T的情况的Bm/Bs比为0.92。
通过以上的原因,本公开的Fe基非晶合金薄带特别适用于以满足Bm/Bs比为0.88~0.94(优选为0.89~0.92)的动作磁通密度Bm使用的用途。
本公开的Fe基非晶合金薄带即使在以满足Bm/Bs比为0.88~0.94(优选为0.89~0.92)的动作磁通密度Bm使用的情况下,也能够抑制铁损及励磁功率的增大。
~Fe基非晶合金薄带的制造方法(制法X)~
上述的本公开的Fe基非晶合金薄带能够通过优选为以下的制法X制造。
制法X具有:
准备由Fe基非晶合金构成,且具有自由凝固面及辊面的原材料薄带的工序(以下,均称为“原材料准备工序”);
相对于原材料薄带的自由凝固面及辊面的至少一面,通过激光加工形成多个由多个激光照射痕构成的点列状激光照射痕,由此,得到具有多个点列状激光照射痕的Fe基非晶合金薄带的工序(以下,均称为“激光加工工序”),
在将沿上述Fe基非晶合金薄带的浇铸方向设置的多个点列状激光照射痕中、相互相邻的点列状激光照射痕间的、与浇铸方向正交的宽度方向的中央部的中心线间隔设为行间隔,且将多个点列状激光照射痕各自的多个激光照射痕的中心点间隔设为孔间隔的情况下,孔间隔为0.10mm~0.50mm,将行间隔设为d1(mm),将孔间隔设为d2(mm),且将激光照射痕的数密度D设为D=(1/d1)×(1/d2)时,激光照射痕的数密度D为0.05个/mm2~0.50个/mm2。
制法X根据需要,也可以具有原材料准备工序及激光加工工序以外的其它的工序。
-原材料准备工序-
制法X中的原材料准备工序为准备具有自由凝固面及辊面的原材料薄带的工序。
这里所说的原材料薄带也可以是浇铸后、未切割的状态的薄带(例如,在浇铸后卷取成辊状的辊体),也可以是浇铸后、切出成期望的大小的薄带片。可以说,原材料薄带是形成激光照射痕之前的阶段的、本公开的Fe基非晶合金薄带。
原材料薄带的自由凝固面及辊面分别与本公开的Fe基非晶合金薄带的自由凝固面及辊面同义。
原材料薄带的优选的方式(例如优选的化学组成,优选的Rt)除了激光照射痕的有无之外,与本公开的Fe基非晶合金薄带的优选的方式一样。
原材料准备工序也可以是为了将预先浇铸的(即,已经完成的)原材料薄带供于激光加工工序而仅准备的工序,也可以是重新浇铸原材料薄带的工序。
另外,原材料准备工序也可以是进行原材料薄带的浇铸、及薄带片从原材料薄带的切出的至少一方的工序。
-激光加工工序-
制法X中的激光加工工序中,相对于原材料薄带的自由凝固面及辊面的至少一面,通过激光加工(即,通过照射激光),形成多个激光照射痕(详细而言,由多个激光照射痕构成的点列状激光照射痕)。通过激光照射工序形成的激光照射痕及点列状激光照射痕的优选的方式(优选行间隔、孔间隔、激光照射痕的数密度等)与上述的本公开的Fe基非晶合金薄带的激光照射痕及点列状激光照射痕的优选的方式一样。
如上述,如果多个激光照射痕各自是通过激光照射赋予能量的痕迹,则可得到激光照射引起的铁损降低的效果。
因此,激光加工工序中的激光的条件没有特别限制,优选的条件如以下。
通过相对于Fe基非晶合金薄带的厚度控制激光的照射能量,能够控制凹部的直径及凹部的深度。
激光加工工序中,作为用于形成各激光照射痕的激光的输出(以下,均称为“激光输出”),优选为0.4mJ~2.5mJ,更优选为0.6mJ~2.5mJ,进一步优选为0.8mJ~2.5mJ,进一步优选为1.0mJ~2.0mJ,进一步优选为1.3mJ~1.8mJ。
激光束的直径(以下,均称为“点径”)优选为50μm~200μm。
在将激光输出除以孔面积的值定义为激光的能量密度的情况下,作为能量密度,优选为0.01J/mm2~1.50J/mm2,更优选为0.02J/mm2~1.30J/mm2,进一步优选为0.03J/mm2~1.02J/mm2。
激光的脉冲宽度优选为50nsec以上,更优选为100nsec以上。通过将脉冲宽度设为上述范围,能够有效地改善形成有激光照射痕的薄带片的铁损等的磁特性。
脉冲宽度是指激光照射的时间,脉冲宽度较小是指照射时间短。即,照射激光的全部能量以每单位时间的能量和脉冲宽度的积。
激光处理中,形成凹部时,沿薄带宽度方向扫描并照射脉冲激光。
作为激光源,能够利用YAG激光器、CO2气体激光器、光纤激光器等。其中,在能够以高输出长时间且稳定地照射高频的脉冲激光的点上,优选为光纤激光器。光纤激光器中,导入光纤的激光通过光纤两端的衍射光栅以FBG(Fiber Bragg grating)的原理振荡。激光在细长的光纤中激发,因此,没有由于产生于结晶内部的温度梯度而降低光束质量的热透镜效应的问题。另外,光纤芯细至几微米,因此,不仅激光即使是高输出也以单模传播,而且缩小光束直径,得到高能量密度的激光。在此基础上,焦点深度较长,因此,也能够在宽度宽至200mm以上的薄带高精度形成凹部列。光纤激光器的脉冲宽度通常为微秒~微微秒程度。
根据激光源不同,激光的波长约为250nm~1100nm,但900nm~1100nm的波长在合金薄带中充分吸收,故优选。
作为激光的光束直径,优选为10μm以上,更优选为30μm以上,更优选为50μm以上。另外,光束直径优选为500μm以下,更优选为400μm以下,更优选为300μm以下。
另外,激光加工工序也可以是相对于单辊法的浇铸后且卷取前的原材料薄带实施激光加工的工序,也可以是相对于从卷取后的原材料薄带(辊体)绕出的原材料薄带实施激光加工的工序,也可以是相对于由从卷取后的原材料薄带(辊体)绕出的原材料薄带切出的薄带片实施激光加工的工序。
在激光加工工序是相对于单辊法的浇铸后且卷取前的原材料薄带实施激光加工的工序的情况下,制法X使用例如在冷却辊和卷取辊之间配置有激光加工装置的系统实施。
以下,表示适用于本公开的变压器的Fe基非晶合金薄带的实施例。
〔实施例101〕
<原材料薄带(激光加工之前的Fe基非晶合金薄带)的制造>
通过单辊法,制造具有Fe82Si4B14的化学组成,且厚度为25μm,且宽度为210mm的原材料薄带(即,激光加工之前的Fe基非晶合金薄带)。在此,“Fe82Si4B14的化学组成”是指,由Fe、Si、B、及杂质构成,在将Fe、Si、及B的合计含量设为100原子%的情况下,Fe的含量为82原子%,B的含量为14原子%,Si的含量为4原子%的化学组成。
以下,说明原材料薄带的制造的详细。
原材料薄带的制造中,将具有Fe82Si4B14的化学组成的熔融金属保持成1300℃的温度,接着,将该熔融金属从狭缝喷嘴喷出至轴旋转的冷却辊的表面。使喷出的熔融金属在冷却辊的表面骤冷凝固,得到原材料薄带。此时,冷却辊的表面的形成熔融金属的桨的狭缝喷嘴的正下方的周边的气氛设为非氧化性气体气氛。狭缝喷嘴的狭缝长度设为210mm,狭缝宽度设为0.6mm。冷却辊的材质设为Cu系合金,冷却辊的圆周速度设为27m/s。喷出熔融金属的压力及喷嘴间隙(即,狭缝喷嘴前端和冷却辊表面的间隙)以制造的原材料薄带的自由凝固面的最大截面高度Rt(详细而言,原材料薄带的沿着浇铸方向测定的最大截面高度Rt)成为3.0μm以下的方式调整。
<激光加工>
从原材料薄带切出样品片,相对于切出的样品片实施激光加工,由此,得到激光加工的Fe基非晶合金薄带片。
以下,说明详细。
图4是概略地表示进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带片(薄带10)的自由凝固面的概略俯视图。
图4所示的薄带10的长度L1(即,从原材料薄带切出的样品片的长度)设为120mm,薄带10的宽度W1(即,从原材料薄带切出的样品片的宽度)设为25mm。样品片沿着样品片的长度方向和原材料薄带的长度方向一致,且样品片的宽度方向和原材料薄带的宽度方向一致的方向切出。
通过对切出的样品片的自由凝固面照射脉冲激光,形成多个由多个激光照射痕14构成的点列状激光照射痕12,得到薄带10。
详细而言,在样品片(激光加工前的薄带10。以下相同。)的自由凝固面上,将多个激光照射痕14沿相对于样品片的宽度方向平行的方向形成为一列,由此,形成点列状激光照射痕12。点列状激光照射痕12形成至样品片的宽度方向的整个区域。即,点列状激光照射痕的样品片的关于宽度方向的长度相对于样品片的全宽成为100%。这相当于,线状激光照射痕的宽度方向的长度占据Fe基非晶合金薄带的宽度方向的长度整体的比例在从宽度方向的中心向宽度方向两端的方向上分别为50%。
形成多个以上的点列状激光照射痕12。多个点列状激光照射痕12的方向成为平行。
点列状激光照射痕12中的孔间隔SP1(即,激光照射痕14的中心点间隔)及行间隔LP1(即,点列状激光照射痕12的中心线间隔)如表9所示。
另外,薄带10的激光照射痕的数密度(个/mm2)如表9所示。激光照射痕的数密度D(个/mm2)根据下述式算出。
D=(1/d1)×(1/d2)
式中,d1表示行间隔(单位:mm),d2表示孔间隔(单位:mm)。
脉冲激光的照射条件如以下。
-脉冲激光的照射条件-
作为激光振荡器,使用了IPG Photonics社的脉冲光纤激光器(YLP-HP-2-A30-50-100)。该激光振荡器的激光介质为掺杂Yb的玻璃光纤,振荡波长为1064nm。上述激光振荡器的光纤端的来自准直仪的射出光束直径设为6.2mm。
另一方面,样品片的自由凝固面的激光的点径以成为60.8μm的方式调整。光束直径的调整使用作为光学零件的光束扩展器(BE)和fθ:f254mm的聚光镜(焦点距离254mm)进行。
光束模式M2设为3.3(多模式)。
激光的输出设为2.0mJ,激光的脉冲宽度设为250nsec。
BE进行的光束的扩大倍率设为3倍,Focus设为0mm。在此,Focus是指聚光镜的焦点距离(254mm)和从聚光镜到薄带的自由凝固面的实际的距离的差(绝对值)。
另外,在入射径D和点径D0之间,D0=4λf/πD(在此,λ表示激光的波长,f表示焦点距离)的关系成立,因此,随着光束的扩大倍率BE变大(即,随着入射径D变大),成为点径D0成为变小的倾向。
上述的照射条件中,在激光输出(2.0mJ)除以样品片的自由凝固面的激光的光束直径(60.8μm)的值定义为能量密度的情况下,当以J/mm2单位表示能量密度时,成为0.689J/mm2。
<测定及评价>
对进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带(图4中的薄带10)进行了以下的测定及评价。将结果在表9中表示。
(非激光加工区域的最大截面高度Rt)
进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带的自由凝固面中,对于点列状激光照射痕12以外的部分(即,非激光加工区域),根据JIS B 0601:2001,将评价长度设为4.0mm,将临界值设为0.8mm,且将临界种类设为2RC(相位补偿),测定最大截面高度Rt。在此,评价长度的方向以成为原材料薄带的浇铸方向的方式设定。详细而言,将评价长度设为4.0mm的上述测定通过以临界值0.8mm连续地测定5次而进行。对非激光加工区域中的3个部位进行将评价长度设为4.0mm的上述测定,并将得到的三个测定值的平均值设为本实施例的最大截面高度Rt(μm)。
(铁损CL的测定)
对于进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带,以频率60Hz及磁通密度1.45T的条件、以及频率60Hz及磁通密度1.50T的条件的两个条件,利用交流磁测定器以正弦波励磁测定铁损CL。
(励磁功率VA的测定)
对于进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带,以频率60Hz及磁通密度1.45T的条件、以及频率60Hz及磁通密度1.50T的条件,利用交流磁测定器以正弦波励磁测定励磁功率VA。
(磁通密度B0.08的测定)
对于进行了激光加工的Fe基非晶合金薄带,以频率60Hz及磁场8A/m的条件测定磁通密度B0.08。
〔比较例101〕
除了不进行激光加工以外,进行与实施例101同样的操作。将结果在表9、表10中表示。
〔实施例102~114,比较例102~104〕
除了如表9及表10所示变更孔间隔及行间隔的组合以外,进行与实施例101同样的操作。
此外,这些例中,最大截面高度Rt均成为不同的值,但对于该最大截面高度Rt不意图性地控制。在最大截面高度Rt为3.0μm以下的范围内,技术上难以意图性地控制最大截面高度Rt。将结果在表9及表10中表示。
〔比较例105〕
除了以最大截面高度Rt超过3.0μm的方式,调整喷出熔融金属的压力及喷嘴间隙以外,进行与比较例101一样的评价。将结果在表10中表示。该比较例105的Fe基非晶合金薄带中,在自由凝固面形成波状的凹凸。
如表9及表10所示,孔间隔(即,多个激光照射痕的中心点间隔)为0.10mm~0.50mm,且激光照射痕的数密度D为0.05个/mm2~0.50个/mm2的实施例101~114的Fe基非晶合金薄带降低了磁通密度1.45T的条件下的铁损CL及励磁功率VA。另外,实施例101~114的行间隔(即,多个点列状激光照射痕的中心线间隔)为10mm~60mm。
与之相对,未形成激光照射痕的比较例101的Fe基非晶合金薄带中,铁损CL较高。
另外,孔间隔低于0.10mm的比较例102的Fe基非晶合金薄带中,虽然降低铁损CL,但励磁功率VA较高。
另外,行间隔低于10mm的比较例103及104的Fe基非晶合金薄带中,虽然降低铁损CL,但励磁功率VA较高。
另外,不具有激光照射痕,且自由凝固面的非激光加工区域中的最大截面高度Rt超过3.0μm的比较例105的Fe基非晶合金薄带中,虽然降低铁损CL,但励磁功率VA较高。
<激光照射痕的形状>
利用光学显微镜观察实施例101~114的Fe基非晶合金薄带的激光照射痕的俯视时形状。结果,任意实施例中,激光照射痕的俯视时形状均为王冠状。在此,王冠状是指,在激光照射痕的缘的部分残留熔融合金飞散的痕迹的形状。
但是,具有Fe82Si4B14的化学组成的实施例101~114的Fe基非晶合金薄带的饱和磁通密度Bs为1.63T。
实施例101~114中,磁通密度1.45T的条件下的铁损CL及励磁功率VA是假定以满足比率〔动作磁通密度Bm/饱和磁通密度Bs〕为0.89(=1.45/1.63)的动作磁通密度Bm使用Fe基非晶合金薄带的例子,磁通密度1.50T的条件下的铁损CL及励磁功率VA是假定以满足比率〔动作磁通密度Bm/饱和磁通密度Bs〕为0.92(=1.50/1.63)的动作磁通密度Bm使用Fe基非晶合金薄带的例子。
根据表9及表10的结果可期待,实施例101~114的Fe基非晶合金薄带即使在以满足比率〔动作磁通密度Bm/饱和磁通密度Bs〕为0.88~0.94的动作磁通密度Bm使用的情况下,也能够抑制铁损及励磁功率。
Claims (10)
1.一种变压器,其特征在于,
在Fe基非晶合金薄带的至少一面具有多个沿着与所述Fe基非晶合金薄带的浇铸方向正交的方向设置的点列状激光照射痕,
在将多个所述点列状激光照射痕中、相互相邻的点列状激光照射痕间的、与所述浇铸方向正交的宽度方向的中央部的中心线间隔设为行间隔,且将构成所述点列状激光照射痕的各个激光照射痕的中心点间隔设为孔间隔的情况下,所述孔间隔为0.10mm~0.50mm,将所述行间隔设为d1(mm),且将所述孔间隔设为d2(mm),并将所述激光照射痕的数密度D设为D=(1/d1)×(1/d2)时,所述激光照射痕的数密度D为0.05个/mm2~0.50个/mm2,
具备使用所述Fe基非晶合金薄带的单板中的频率60Hz、磁通密度1.45T下的铁损为0.150W/kg以下的Fe基非晶合金薄带构成的铁芯和卷绕于所述铁芯的绕阻。
2.根据权利要求1所述的变压器,其特征在于,
所述变压器为单相变压器,所述铁芯的单位重量的空载损耗在50Hz下为0.15W/kg以下,或在60Hz下为0.19W/kg以下。
3.根据权利要求1所述的变压器,其特征在于,
所述变压器为三相变压器,所述铁芯的单位重量的空载损耗在50Hz下为0.19W/kg以下,或在60Hz下为0.24W/kg以下。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的变压器所述的变压器,其特征在于,
所述变压器的额定容量为10kVA以上。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的变压器所述的变压器,其特征在于,
所述行间隔d1为10mm~60mm。
6.根据权利要求1~3中任一项所述的变压器所述的变压器,其特征在于,
所述点列状激光照射痕的宽度方向的长度相对于所述Fe基非晶合金薄带的宽度方向的长度整体的比例在从宽度方向的中心向宽度方向两端的方向上分别为10%~50%的范围内。
7.根据权利要求1~3中任一项所述的变压器所述的变压器,其特征在于,
所述Fe基非晶合金薄带的厚度为18μm~35μm。
8.根据权利要求1~3中任一项所述的变压器所述的变压器,其特征在于,
所述Fe基非晶薄带由Fe、Si、B、及杂质构成,在将Fe、Si、及B的合计含量设为100原子%的情况下,Fe的含量为78原子%以上,B的含量为10原子%以上,B及Si的合计含量为17原子%~22原子%。
9.根据权利要求1~3中任一项所述的变压器所述的变压器,其特征在于,
所述Fe基非晶合金薄带具有自由凝固面及辊面,除所述点列状激光照射痕部分之外的所述自由凝固面的最大截面高度Rt为3.0μm以下。
10.根据权利要求1~3中任一项所述的变压器所述的变压器,其特征在于,
所述点列状激光照射痕至少形成于从将所述Fe基非晶合金薄带的宽度方向进行8等分的八个区域除去两端的两个区域的、所述宽度方向的中央的6个区域内。
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