DE3620617A1 - Wickelkern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen aus einem dünnen Band einer amorphen Legierung auf Co-Basis hergestellten, verbesserten Wickelkern, der für Richtmagnetkerne, Hochfrequenztransformatoren usw. geeignet ist. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Wickelkern mit einem niedrigen Rechteckigkeitsverhältnis, einem niedrigen Kernverlust und einer hohen zeitlichen Stabilität des Kernverlustes.

Eines der Schaltleistungsversorgungen und ähnlichen Geräten verwendeten Steuersysteme ist ein sogenanntes magnetisches Steuersystem, in dem eine Sättigungsdrossel bzw. eine Induktivität mit einer Kennlinie mit Sättigungscharakteristik Anwendung findet. Herkömmlich wird in diesem magnetischen Steuersystem hauptsächlich ein sogenanntes Ramey-System mit einer Sättigungsdrossel mit einem Wickel kern verwendet, der aus Bändern aus 50 %-Ni-Permalloy, 80 %-Ni-Permalloy oder einer amorphen Legierung auf Co- Basis hergestellt ist, die hohe Sättigungs-Magnetflußdichten Bs und hohe Rechteckigkeitsverhältnisse aufweisen, die durch das Verhältnis der Restmagnetflußdichte Br zur Sättigungsmagnetflußdichte Bs definiert sind (Proceeding of Powercon 9, C1-1).

Wickelkerne mit hohen Rechteckigkeitsverhältnissen leiden jedoch im allgemeinen an hohen Kernverlusten bei hohen Frequenzen, womit ihre Anwendung bei hohen Frequenzen nur eingeschränkt möglich ist (Vortragssammlung des General Meeting of Denshi-Tsushin Gakkai, 1985, Teil 7, § 21-6).

Demgegenüber wurde in letzter Zeit ein Steuersystem vorgeschlagen, in dem ein aus Ferrit usw. hergestellter Magnetkern mit einem niedrigen Rechteckigkeitsverhältnis (Br/Bs) Anwendung findet, womit es möglich ist, als Steuer- bzw. Richtmagnetkern einen magnetischen Kern mit einem niedrigen Rechteckigkeitsverhältnis zu verwenden (Technical Report of Denshi-Tsushin Gakkai PE 84-39).

Da jedoch Ferrit-Magnetkerne niedrige Sättigungs- Magnetflußdichten, schlechte Temperatureigenschaften und eine geringe Permeabilität aufweisen, sollte einer Sättigungsdrossel oder ähnlichen Bauelementen ein großer Steuerstrom zugeführt werden, der sich in einer Steuerschaltung in einem großen Verlust niederschlägt. Demnach sind diese Materialien bei hoher Frequenz nicht immer befriedigend.

Amorphe Legierungen, insbesondere amorphe Legierungen auf Co-Basis, haben hervorragende Hochfrequenzeigenschaften, so daß in den letzten Jahren Anstrengungen unternommen wurden, sie für verschiedenartige magnetische Bauteile anzuwenden. Ihr Nachteil liegt jedoch in einer relativ großen zeitlichen Schwankung ihrer magnetischen Charakteristika. Der wichtigste Gesichtspunkt beim Einsatz derartiger Materialien liegt daher in der Vermeidung solcher Nachteile.

Wickelkerne aus amorphen Legierungen werden gewöhnlich einer Wärmebehandlung ausgesetzt, bei der sie für eine bestimmte Zeit auf Temperaturen über ihrer Curie-Temperatur gehalten und anschließend abgeschreckt werden. Einer derartigen Wärmebehandlung unterzogene Wickelkerne haben einen niedrigen Anfangskernverlust, ihr Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bs ist jedoch nicht hinreichend klein und auch diese Kerne leiden an starken zeitlichen Veränderungen des Kernverlustes. Sie können daher nicht geeignet in einem Steuersystem verwendet werden, das für die Verwendung des oben genannten Ferrits mit einem niedrigen Rechteckigkeitsverhältnis ausgelegt ist.

Was das Rechteckigkeitsverhältnis anlangt, so kann eine Wärmebehandlung in einem magnetischen Feld senkrecht zu dem magnetischen Pfad eines amorphen Wickelkerns auf Co-Basis diesem Wickelkern ein niedriges Rechteckigkeitsverhältnis geben. Eine gewöhnliche Wärmebehandlung kann jedoch den Kernverlust des Wickelkerns nicht hinreichend verringern, der stark mit der Zeit zunimmt.

Die generelle Aufgabe der Erfindung ist darin zu sehen, einem Wickelkern anzugeben, mit dem die dem Stand der Technik anhaftenden und insbesondere die oben genannten Nachteile überwunden werden. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Wickelkern zu schaffen, der ein niedriges Rechteckigkeitsverhältnis, einen niedrigen Kernverlust sowie eine hervorragende zeitliche Stabilität aufweist und für Richt- oder Steuermagnetkerne geeignet ist.

In Anbetracht obiger Aufgabe führten die Erfinder intensive Forschungsarbeiten durch. Sie kamen zu dem Ergebnis, daß bei einem Wickelkern, der aus einer amorphen Legierung auf Co-Basis hergestellt ist, deren Zusammensetzung in einem bestimmten Bereich liegt, die Sättigungs- Magnetflußdichte Bs, das Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bs und das Entspannungsverhältnis richtig ausgewogen kombiniert sind, so daß sich ein geringer Kernverlust und ein kleiner zeitlicher Anstieg des Kernverlustes ergeben.

Ein erfindungsgemäßer Wickelkern ist aus einem dünnen Band einer amorphen Legierung mit der Formel:
(Co_1-x-y-zFe_xNi_yMn_z) _100-a-b-cM_aSi_bB_c
hergestellt, wobei M zumindest ein aus der Gruppe Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Cu, Ag, Au und den Elementen der seltenen Erden gewähltes Element angibt, x, y und z den Ausdrücken: 0 ≦ x ≦ 0,1, 0 ≦ y ≦ 0,2 bzw. 0 ≦ z ≦ 0,13 genügen, und a, b und c Anteile in Atom-% angeben, die folgenden Ausdrücken genügen: 0 ≦ a ≦ 6, 8 ≦ b ≦ 18, 7 ≦ c ≦ 18 und 18 ≦ b+c ≦ 30. Ein derartiger Wickelkern hat eine Sättigungs-Magnetflußdichte Bs von 0,5 bis 0,8 T, ein Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bs von weniger als 30 % und ein Entspannungsverhältnis von 75% oder mehr.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gleichumrichterschaltung, die als magnetischen Kern einer Sättigungsdrossel den erfindungsgemäßen Wickelkern aufweist;

Fig. 2 eine schematische grafische Darstellung der B-H- Kurve, entlang der der erfindungsgemäße Wickelkern betrieben wird.

Fig. 3A eine grafische Darstellung einer Gleichstrom-B-H- Kurve eines Wickelkerns aus der erfindungsgemäßen amorphen Legierung A {(Co_0,915Fe_0,005Mn_0,08)₇₆Si₁₅B₉};

Fig. 3B eine grafische Darstellung einer Gleichstrom-B-H- Kurve eines herkömmlichen Ferritkerns B;

Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem Veränderungsverhältnis des Kernverlustes über der Zeit (W ₁₀₀₀-W ₀)/W ₀ und dem Gehalt von M (=z) in einem erfindungsgemäßen amorphen Wickelkern aus (Co_0,985-zFe_0,005Mn_zNi_0,01)_76,5Mo_0,5Si₁₄B₉; und

Fig. 5 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen Kernverlusten W _{2/100 k} bei 0,2 T (2 kG) und 100 kHz und Sättigungs-Magnetflußdichten Bs in erfindungsgemäßen amorphen Wickelkernen.

Die hier verwendete Bezeichnung "Entspannungsverhältnis" gibt an, um wieviel die innere Spannung oder Eigenspannung nachläßt, definiert durch das Verhältnis r ₀/r, wobei r ₀ den Krümmungsradius des äußersten Teiles eines in eine Toroidform gewickelten Bandes, und r den Krümmungsradius des äußersten Teiles des sich ergebenden Wickelkerns angibt, den anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen und in einem freien Zustand angeordnet wurde.

Die hier verwendete Bezeichnung "Veränderungsverhältnis des Kernverlustes mit der Zeit" gibt ein Verhältnis (W ₁₀₀₀-W ₀)/W ₀ an, wobei W ₀ ein Anfangskernverlust bei einer Frequenz von 100 kHz und einer maximalen Magnetflußdichte von 0,2 T, und W ₁₀₀₀ ein unter denselben Bedingungen gemessener Kernverlust ist, nachdem der amorphe Wickelkern für 1000 Stunden bei 100°C gehalten wurde.

In der erfindungsgemäßen amorphen Legierung sollte die Summe der die Amorphität bildenden Elemente Si und B 18-30 Atom-% betragen. Wenn die Gesamtmenge von Si und B geringer als 18 Atom-% ist, kann die Legierung kaum amorph hergestellt werden, wenn die Gesamtmenge 30 Atom-% übersteigt, hat die Legierung eine so geringe Stättigungs- Magnetflußdichte, daß keine praktischen Anwendungen möglich sind. Die bevorzugte Gesamtmenge von Si und B beträgt 20-28 Atom-%.

Si dient zur Reduzierung eines Kernverlustes, während es die Curie-Temperatur absenkt. Der Si-Anteil sollte daher 8-18 Atom-%, vorzugsweise 13-16 Atom-% betragen.

Wenn der Anteil von B geringer als 7 Atom-% ist, kann die Legierung kaum amorph hergestellt werden, wenn er 18 Atom-% übersteigt, werden die magnetischen Charakteristika der Legierung verschlechtert. Der B-Anteil sollte daher 7-18 Atom-% betragen. Insbesondere ist die zeitliche Schwankung des Kernverlustes der amorphen Legierung verringert, wenn B 7-9,5 Atom-% beträgt.

Die erfindungsgemäße amorphe Legierung enthält einen Anteil M in einer Menge von 0-6 Atom-%, wobei M zumindest ein Element aus der Gruppe Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Cu, Ag, Au und den Seltenerdelementen angibt. Für die Verbesserung der zeitlichen Stabilität der amorphen Legierung und der magnetischen Charakteristika werden vorzugsweise Cr, Mo und Nb verwendet. Wenn die Menge von M jedoch 6 Atom-% übersteigt, hat die amorphe Legierung eine verringerte Stättigungs-Magnetflußdichte und wird zu spröde, um daraus ein Band zu bilden. Die bevorzugte Menge von M beträgt 1-3 Atom-%.

Ein Teil des Co kann durch Fe, Ni und Mn ersetzt werden. Insbesondere dient Co bei Kombination mit Fe und Ni dazu, durch eine Wärmebehandlung in einem magnetischen Feld und Abkühlen eine magnetische Anisotropie zu induzieren, was sich in einem niedrigen Rechteckigkeitsverhältnis der B-H-Kurve niederschlägt. Liegt Fe jedoch über 0,1, hat die amorphe Legierung eine hohe Magnetostriktion und verschlechterte magnetische Hochfrequenzcharakteristika. Liegt Ni über 0,2,wird die Sättigungs-Magnetflußdichte der amorphen Legierung drastisch verringert. Die bevorzugten Verhältnisse von Fe und Ni betragen 0-0,06 bzw. 0-0,10.

Mn dient zur Verringerung der zeitlichen Schwankung des Kernverlustes, es macht die amorphe Legierung jedoch spröde. Für die Herstellung eines dünnen amorphen Bandes sollte Mn daher 0,13 oder weniger betragen. Die bevorzugte Menge von Mn ist 0,01-0,1.

Der Gesamtanteil von Co, Fe, Ni und Mn in der erfindungsgemäßen amorphen Legierung liegt vorzugsweise bei 68-82 Atom-%, da bei einem Anteil unter 68 Atom-% die Magnetflußdichte gering ist und bei einem Anteil über 82 Atom-% die Legierung kaum amorph hergestellt werden kann.

Die erfindungsgemäße amorphe Legierung kann andere eine Amorphität bildende Elemente enthalten, wie z.B. C, P, Ge und Al in einer Gesamtmenge von 5 Atom-% oder weniger.

Die amorphe Legierung sollte eine Sättigungs-Magnetflußdichte Bs von 0,5-0,8 T haben. Ist die Sättigungs-Magnetflußdichte Bs geringer als 0,5 T, hat der sich ergebende Wickelkern eine niedrige Curietemperatur und schlechte Temperatureigenschaften, so daß sich eigentlich keine praktischen Anwendungen ergeben. Andererseits resultiert der Anstieg der Sättigungs-Magnetflußdichte Bs in einem Anstieg des Kernverlustes; wenn Bs über 0,8 T liegt, steigt der Kernverlust drastisch an. Der bevorzugte Bereich der Sättigungs-Magnetflußdichte Bs beträgt 0,55-0,75T.

Die Magnetostriktion λs sollte in dem Bereich ≦1×10^-6 liegen, so daß der Kernverlust des amorphen Wickelkerns niedrig und im wesentlichen gleichmäßig gehalten werden kann. Die bevorzugte Magnetostriktion beträgt ≦0,5×10^-6.

Das Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bs sollte unter 30 % liegen, da ein Rechteckigkeitsverhältnis von 30 % oder mehr nicht nur zu einem höheren Kernverlust, sondern auch zu einer hohen zeitlichen Schwankung des Kernverlustes führt. Die zeitliche Schwankung des Kernverlustes kann insbesondere dann extrem klein gehalten werden, wenn das Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bs 5 % oder weniger beträgt.

Das Entspannungsverhältnis sollte 75 % oder mehr betragen, da der amorphe Wickelkern einen hohen Kernverlust und eine große Kernverlust-Veränderung mit der Zeit hat, wenn das Entspannungsverhältnis kleiner als 75 % ist.

Das den erfindungsgemäßen Wickelkern bildende amorphe Band hat für die magnetischen Hochfrequenzeigenschaften vorzugsweise eine Dicke von 5-25 µm.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Gleichumrichter, der eine Sättigungsdrossel mit einem erfindungsgemäßen amorphen Wickelkern auf Co-Basis enthält. Dieser Gleichumrichter hat eine Gleichspannungsleistungsversorgung 1 für die Zuführung einer zu stabilisierenden Gleichspannung, einen Transformator 2 mit einer mit der Gleichspannungsleistungsversorgung 1 verbundenen Primärwicklung 21 und einer Sekundärwicklung 22 sowie einen Transistor 3, dessen Kollektor mit der Primärwicklung 21 und dessen Emitter mit der Gleichspannungsleistungsversorgung 1 verbunden ist. Mit der Sekundärwicklung 22 ist eine Sättigungsdrossel bzw. eine Induktivität mit einer Kennlinie mit Sättigungscharakteristik 5 verbunden, an die die Anode einer Gleichrichterdiode 6 angeschlossen ist. Die Kathode der Diode 6 ist mit einer Drosselspule 8 verbunden, die zu einem Ausgangsanschluß 16 führt. Eine weitere Gleichrichterdiode 7 ist zwischen das andere Ende der Sekundärwicklung 22 und die Drosselspule 8 geschaltet. Zwischen Ausgangsanschlüssen 12 und 13 ist ein Kondensator 9 vorgesehen. Der Kondensator 9 und die Drosselspule 8 bilden eine Glättungsschaltung, d.h. ein LC-Filter. Die Anschlüsse 12 und 13 sind ein positiver bzw. ein negativer Ausgangsanschluß. Das zweite Ende der Sekundärwicklung 22 des Transformators 2 ist mit dem negativen Ausgangsanschluß 13 verbunden. Die Sättigungsdrossel 5 hat eine erste Wicklung 51, die zwischen die Sekundärwicklung 22 und die Diode 6 geschaltet ist, eine zweite Wicklung 52 und einen Magnetkern 53. Eine Rücksetz-Steuerschaltung 14 ist zwischen die Ausgangsanschlüsse 12 und 13 geschaltet, und ihr Ausgang ist mit der zweiten Wicklung 52 über eine Diode 15 verbunden. Die zweite Wicklung 52 ist auch mit dem negativen Ausgangsanschluß 13 verbunden.

In diesem Gleichspannungsumformer bzw. Gleichumrichter wird, wenn der Transistor 3 eingeschaltet ist, eine Spannung V ₁ an die Primärwicklung 21 des Transformators 2 angelegt, und in der Sekundärwicklung 22 eine Spannung V ₂ induziert. Die Sättigungsdrossel 5 zeigt bis zu ihrer Sättigung eine hohe Impedanz, wodurch sie einen Stromfluß hemmt. Damit tritt zwischen den beiden Enden der ersten Wicklung 51 der Sättigungsdrossel 5 eine Spannung V _M auf. Nach der Sättigung der Sättigungsdrossel 5 nimmt die Spannung V _M auf Null ab, so daß der induzierte Strom fließen kann. Als Folge davon erscheint zwischen der Anode und der Kathode der Diode 7 eine Spannung V ₃ .

Von der Rücksetz-Steuerschaltung 14 wird ein Rücksetzstrom ir zugeführt, um die Höhe der Magnetisierung des magnetischen Kerns 53 in der Sättigungsdrossel 5 einzustellen, wodurch die Ausgangsgleichspannung V ₀ gesteuert wird. In diesem Steuersystem wird in der Steuerwicklung 52 ein Strom proportional zum Wicklungsverhältnis der Sättigungsdrossel 5 induziert, wenn der Schalttransistor 3 eingeschaltet ist und einen Strom durch die Lastwicklung 51 der Sättigungsdrossel 5 fließen läßt. Daher ist vorgegeben, daß die Rücksetz-Steuerschaltung 14 ausgeschaltet ist, während der Schalttransistor 3 eingeschaltet ist, und daß nur während des AUS-Zustands des Schalttransistors 3 der Rücksetzstrom ir durch die Steuerwicklung 52 der Sättigungsdrossel 5 fließen kann.

Da der Rücksetzstrom ir in der Lastwicklung 51 der Sättigungsdrossel 5 während des AUS-Zustands des Schalttransistors 3 einen Strom in der durch einen Punkt in Fig. 1 angezeigten Richtung induziert, wird die Sättigungsdrossel 5 auf den Wert B ₁ auf der positiven Seite in einer B-H-Kurve magnetisiert, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt. Wenn zu diesem Zeitpunkt der Schalttransistor 3 eingeschaltet wird, wird in der Sekundärwicklung 22 des Transformators 2 die Spannung V ₂ induziert, die an die Sättigungsdrossel 5 angelegt wird. Die Magnetflußdichte der Sättigungsdrossel 5 steigt daher längs der in Fig. 2 gezeigten gestrichelten Linie von B ₁ auf eine Sättigungs- Magnetflußdichte Bs an.

Wenn es keine Last gibt, sollte die Sättigungsdrossel 5 den induzierten Strom bei der Spannung V ₂ während einer maximalen Periode td _max hemmen, um den Anstieg einer ungenutzten Spannung an den Ausgangsanschlüssen 12, 13 zu verhindern. Den Wert td _max erhält man, wenn B ₁ = B _r, so daß er sich aus folgender Gleichung ergibt: wobei n die Windungszahl der Wicklung 51 und S die Größe des magnetischen Kerns 53 bezeichnet.

Unter der Annahme, daß die Größe S des Magnetkerns gleich bleibt, kann daher ein Magnetkern mit einem größeren (Bs-Br) eine kleinere Windungszahl n haben, was sich in einem niedrigeren Kernverlust niederschlägt. Es ist anzumerken, daß der in Fig. 1 gezeigte Gleichumrichter nur ein Beispiel ist, in dem der erfindungsgemäße amorphe Wickelkern Anwendung finden kann,und daß daneben beispielsweise auch eine Anwendung in anderen Gleichumrichtern möglich ist, wie z.B. in Gleichumrichtern mit Vielfachausgang und in Gegentaktgleichumrichtern.

BEISPIEL 1

Ein erfindungsgemäßer amorpher Wickelkern A mit der Zusammensetzung (Co_0,915Fe_0,005Mn_0,08)₇₆Si₁₅B₉ wurde hergestellt, indem zuerst ein amorphes Band mit 18 µm Dicke und 5 mm Breite gebildet und anschließend zu einer Toroidform mit 13 mm Außendurchmesser und 10 mm Innendurchmesser gewickelt wurde. Dieser amorphe Wickelkern wurde für eine Stunde einer Wärmebehandlung bei 390°C unterzogen. Das Entspannungsverhältnis des wärmebehandelten Wickelkerns A betrug 99%.

Der amorphe Wickelkern A wurde bezüglich seiner Magnetflußdichte in einem sich verändernden Magnetfeld vermessen, um seine Gleichstrom-B-H-Kurve zu erhalten. Das Ergebnis ist in Fig. 3A dargestellt. Zu Vergleichszwecken zeigt Fig. 3B eine Gleichstrom-B-H-Kurve eines herkömmlichen Ferrit-Kerns B.

Wie aus den Fig. 3A und 3B ersichtlich, hat der erfindungsgemäße amorphe Wickelkern eine höhere Sättigungs- Magnetflußdichte und ein niedrigeres Rechteckigkeitsverhältnis als der Ferrit-Kern. Bei Anwendung für einen Magnetkern einer Sättigungsdrossel zeigt der erfindungsgemäße amorphe Wickelkern daher vorteilhaft einen größeren Steuerbereich als der aus dem Ferrit. Da daneben der Neigungswinkel der B-H-Kurve für den erfindungsgemäßen amorphen Wickelkern viel höher ist und eine größere Konstanz aufweist als für den Ferrit-Kern, kann eine mit einem derartigen amorphen Wickelkern hergestellte Sättigungsdrossel mit einem viel kleineren Steuerstrom betrieben werden, wodurch sich eine starke Verringerung des Kernverlustes und der Wärmeerzeugung der Steuerschaltung ergibt.

BEISPIEL 2

Nach dem oben beschriebenen Verfahren wurden erfindungsgemäße amorphe Wickelkerne auf Co-Basis mit verschiedenen Zusammensetzungen, wie sie in Tabelle 1 gezeigt sind, sowie herkömmliche amorphe Wickelkerne auf Co-Basis und ein Ferritkern hergestellt. Sie wurden bezüglich des Gleichstrom- Rechteckigkeitsverhältnisses Br/Bs (%), des Entspannungsverhältnisses (%), der Veränderung des Kernverlustes mit der Zeit (W ₁₀₀₀-W ₀)/W ₀ und der effektiven Permeabilität bei 1 kHz (μ _e 1k) vermessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Anmerkung: Nr. 21-24 sind Vergleichsbeispiele.

Tabelle 1 zeigt deutlich, daß die erfindungsgemäßen amorphen Wickelkerne auf Co-Basis kleinere zeitliche Veränderungen des Kernverlustes und kleinere Rechteckigkeitsverhältnisse als die herkömmlichen amorphen Wickelkerne auf Co-Basis haben, so daß sie bei höheren Magnetflußdichten mit höherer Zuverlässigkeit betrieben werden können. Da ein erfindungsgemäßer Steuermagnetkern, verglichen mit dem Ferrit-Kern,auch eine höhere Permeabilität aufweist, kann er vorteilhaft mit einem viel kleineren Steuerstrom betrieben werden.

BEISPIEL 3

Das Veränderungsvehältnis des Kernverlustes mit der Zeit (W ₁₀₀₀-W _o)/W ₀ wurde an einem erfindungsgemäßen amorphen Wickelkern mit der Formel (Co_0,985-zFe_0,005Mn_zNi_0,01) _76,5Mo_0,5Si₁₄B₉ erhalten, wobei der Anteil von Mn (=z) von Null auf 0,15 verändert wurde. Die Beziehung zwischen (W ₁₀₀₀-W ₀)/W ₀ und dem Gehalt von Mn (=z) ist in Fig. 4 dargestellt.

Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß ein Ansteigen des Mn-Gehalts zu einem kleineren Veränderungsverhältnis des Kernverlustes über der Zeit führt. Mn erscheint daher wirkungsvoll, um das Veränderungsverhältnis des Kernverlustes über der Zeit zu verringern.

BEISPIEL 4

An verschiedenen amorphen Wickelkernen auf Co-Basis nach der Erfindung, die jeweils ein Rechteckigkeitsverhältnis von weniger als 30 %hatten, wurde der Kernverlust gemessen. Die Beziehung zwischen dem Kernverlust W _2/100k bei 0,2 T (2 kG) und 100 kHz und der Sättigungs-Magnetflußdichte Bs dieser amorphen Wickelkerne ist in Fig. 5 gezeigt.

Fig. 5 ist zu entnehmen, daß der Kernverlust drastisch zunimmt, wenn die Sättigungs-Magnetflußdichte Bs 0,8 T übersteigt. Der amorphe Wickelkern nach vorliegender Erfindung sollte daher eine Sättigungs-Magnetflußdichte Bs bis zu 0,8 T haben, obwohl eine höhere Sättigungs-Magnetflußdichte unter dem Gesichtspunkt des Betriebsbereiches wünschenswert wäre.

BEISPIEL 5

An einem amorphen Wickelkern auf Co-Basis mit der Zusammensetzung (Co_0,915Fe_0,005Ni_0,01Mn_0,07)_75,5Nb_0,5Si₁₅B₉ -und einem Rechteckigkeitsverhältnis Br/Bs von 0,4 % wurden die Beziehungen zwischen dem Entspannungsverhältnis und dem Kernverlust bei 0,2 T und 100 kHz erhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.

Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß die Wickelkerne mit Entspannungsverhältnissen von weniger als 75% beträchtlich höhere Kernverluste als die Wickelkerne mit Entspannungsverhältnissen von 75% oder mehr haben.

BEISPIEL 6

Der in Fig. 1 gezeigte Gleichumrichter wurde mit verschiedenen erfindungsgemäßen amorphen Wickelkernen versehen, die die in Tabelle 3 angegebenen Formeln hatten, um dem Temperaturanstieg ΔT jedes Kerns und den Wirkungsgrad η des jeweiligen Umrichters zu messen. Zu Vergleichszwecken wurde auch ein Mn-Zn-Ferrit vermessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.

Anmerkung: Nr. 6 ist ein Vergleichsbeispiel

Tabelle 3 zeigt, daß die erfindungsgemäßen Wickelkerne einen verringerten Temperaturanstieg aufweisen und zu einem verbesserten Umrichter-Wirkungsgrad führen.

Wie oben ausgeführt, liegt bei dem erfindungsgemäßen amorphen Wickelkern auf Co-Basis eine wohl ausgewogene Kombination aus der Sättigungs-Magnetflußdichte, dem Rechteckigkeitsverhältnis und dem Entspannungsverhältnis vor, so daß er vorteilhaft einen geringen Kernverlust sowie eine hohe und konstante Permeabilität hat. Bei einer Anwendung für Steuermagnetkerne, wie z.B. für Kerne von Sättigungsdrosseln, kann daher deren Temperaturanstieg klein gehalten werden. Da ein erfindungsgemäßer Wickelkern im Vergleich zu herkömmlichen amorphen Wickelkernen auf Co-Basis auch ein niedriges Rechteckigkeitsverhältnis und ein kleines Veränderungsverhältnis des Kernverlustes über der Zeit hat, zeigt er Vorteile im Steuerbereich und in der Zuverlässigkeit. Ein erfindungsgemäßer amorpher Wickelkern auf Co-Basis ist daher sehr gut für Steuer- bzw. Richtmagnetkerne geeignet, beispielsweise für Kerne von Sättigungsdrosseln für Gleichumrichter.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, sie ist jedoch nicht auf die dort dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann vielfältig modifiziert werden.

Claims (4)

1. Wickelkern, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Sättigungs-Magnetflußdichte von 0,5 bis 0,8 T, ein Rechteckigkeitsverhältnis von weniger als 30 % und ein Entspannungsverhältnis von 75 % oder mehr aufweist, und aus einem dünnen Band einer amorphen Legierung hergestellt ist, die die allgemeine Formel hat: wobei M zumindest ein Element aus der Gruppe aus Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Cu, Ag, Au und den Seltenerdelementen angibt, a, b und c jeweils Anteile in Atom-% angeben, die den folgenden Ausdrücken genügen: 0 ≦ a ≦ 6, 8 ≦ b ≦ 18, 7 ≦ c ≦ 18 und 18 ≦ b+ c ≦ 30, und x, y und z jeweils den folgenden Ausdrücken genügen: 0 ≦ x ≦ 0,1, 0 ≦ y ≦ 0,2 und 0 ≦ z ≦ 0,13.

2. Wickelkern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß M zumindest ein Element der Gruppe aus Cr, Mo und Nb ist, und daß b und c folgenden Ausdrücken genügen: 13 ≦ b ≦ 16 und 7 ≦ c ≦ 9,5.

3. Wickelkern nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die amorphe Legierung eine Magnetostriktion λs im Bereich von |λs| ≦ 1× 10^-6 hat.

4. Wickelkern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das dünne Band eine Dicke von 5 bis 25 µm hat.