JP3948113B2 - 軟磁性薄帯 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランス、リアクトル、モータなどの鉄心用として好適である高周波損失の低い軟磁性薄帯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に軟磁性薄帯の損失は励磁周波数が高くなると急激に上昇することが知られている。一方、近年、軟磁性材料が広く用いられているトランス、リアクトル、モータなどの駆動周波数は、コアの小型化や高効率化をはかるために、年々高周波化してきている。
【０００３】
この駆動周波数の高周波化に伴い、軟磁性薄帯の損失によるこれら鉄心の温度上昇や効率の低下が間題となるケースがとみに増加してきている。このような理由から軟磁性材料の高周波鉄損を低減することが必要とされるようになってきている。
【０００４】
従来、軟磁性薄帯の高周波損失を低減する方法としては、珪素鋼板においてＳｉ含有量を高めて固有抵抗を高くすることで高周波損失（この場合には高周波鉄損）を低減する方法と、板厚を薄くして渦電流損失を抑えることで高周波損失を低減する方法がとられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のうち、珪素鋼板のＳｉ含有量を高める方法は、珪素鋼板の加工性を著しく低下させるため、珪素鋼板そのものの生産性の低下を招くことに加え、コア（鉄心）の加工コストの上昇も招くという問題点がある。
【０００６】
また板厚を薄くする方法も、薄くするほど薄帯そのものの製造コストが増加し、なおかつコアの積層枚数が増えることからコアの製作コストの上昇を招くという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、トランス、リアクトル、モータなどのコア用として好適である高周波損失の低い軟磁性薄帯を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述した課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、軟磁性薄帯において薄帯中心部の透磁率に対する薄帯表面の透磁率を特徴の範囲に規定することにより、軟磁性薄帯の損失、特に高周波損失を著しく低くすることができることを見出した。
【００１０】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであって、Ｃ≦０．０２質量％、Ｓｉ、０．０５質量％≦Ｍｎ≦０．５質量％、Ｐ≦０．０１質量％、Ｓ≦０．０２質量％、０．００１質量％≦ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０６質量％、Ｎ≦０．０１質量％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、厚さ方向に対してＳｉ濃度勾配を有する軟磁性薄帯であって、薄帯の両表面の透磁率が、薄帯の板厚中心部の透磁率に対して２倍以上であり、Ｓｉを薄帯の全板厚の平均で３．５質量％以下含有することを特徴とする軟磁性薄帯を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳細に説明する。
本発明に係る軟磁性薄帯は、上述したように、薄帯表面の透磁率が、薄帯中心部の透磁率に対して２倍以上である。
【００１３】
図１は、Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯において、薄帯中心部の透磁率に対する薄帯表面の透磁率の比と高周波損失Ｗ1/10k（周波数１０ｋＨｚ、磁束密度１ｋＧａｕｓｓでの損失値）との関係を示す図である。
【００１４】
図１より、薄帯中心部の透磁率に対する薄帯表面の透磁率の比を２倍以上とすれば、損失が著しく低下することがわかる。なお、軟磁性材料において透磁率が高ければ損失が低いことは一般的に知られているが、本発明のように薄帯表面の透磁率と薄帯中心部の透磁率との比に着目した例はない。このように、表面の透磁率を中心部の透磁率の２倍以上とすることにより、Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯において最も軟磁気特性の優れた６．５質量％Ｓｉの均質材（全板厚にわたってＳｉ量６．５質量％）の損失に対して、最大約３０％損失を低減することができる。
【００１５】
このように、全体にわたって均一な透磁率を有する薄帯よりも、本発明のように薄帯表面と中心部とで透磁率に違いを持たせることで損失が低減する理由は、薄帯表層を高透磁率とすることにより表層部分に磁束が集中し、その結果、薄帯中心部付近での渦電流が低減し、実効的に表皮効果がより強調される結果となるためのと考えられる。
【００１６】
したがって、本発明は、原理的に材料に限定されるものではなく、上記Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯に限らず、軟磁性材料一般に適用されるものである。また、本発明は薄帯表面の透磁率を薄帯中心部の透磁率の２倍以上にできさえすればよく、このような透磁率分布を形成する方法は限定されるものではないが、Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯の場合には、板厚方向にＳｉ濃度勾配を付与することでこのような透磁率分布を形成することができる。さらに、表面の高透磁率部の厚みは、板厚の５％以上であることが好ましい。本発明が適用される軟磁性材料としては、上記Ｆｅ−Ｓｉ合金の他、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、パーマロイ、センダストが例示される。
【００１７】
また、図２（出典：R.M.Bozorth,Ferromagnetusm,vanNostrand,NewYork,1951）に示されるように、Ｓｉ量が少なくなるほど飽和磁束密度が高くなり、特にＳｉ量が３．５質量％以下となると飽和磁束密度が２．０Ｔ（テスラ）以上と極めて高い値が得られる。したがって、本発明では、上記Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯において、低い高周波損失を保ったまま飽和磁束密度を特に高くする条件として、薄帯表面の透磁率が、薄帯中心部の透磁率に対して２倍以上であること、および板厚方向にＳｉ濃度勾配を有することの他、Ｓｉを平均３．５質量％以下含有することを規定する。
【００１８】
なお、本発明でいう平均Ｓｉ濃度は化学分析により得られる。また、Ｓｉ濃度勾配は、サンブル断面についてＥＰＭＡ（電子線プローブマイクロアナライザ）で分析することにより確認することができる。また、表層Ｓｉ濃度を高くしていた厚方向にＳｉ濃度勾配を形成するための方法には、特に限定されず、ＣＶＤ、ＰＶＤ等、種々の方法を採用することができる。
【００１９】
さらに、本発明において、軟磁性薄帯としてＦｅ−Ｓｉ合金薄帯、つまり珪素鋼板を用いる場合には、Ｓｉ以外の成分は、Ｃ≦０．０２質量％、０．０５質量％≦Ｍｎ≦０．５質量％、Ｐ≦０．０１質量％、Ｓ≦０．０２質量％、０．００１質量％≦ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０６質量％、Ｎ≦０．０１質量％の範囲であり、残部がＦｅ及び不可避不純物である。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１の組成を有する板厚０．１ｍｍの鋼板を圧延法にて作製し、１２００℃ののＳｉＣｌ4雰囲気中で浸珪処理を行い、その後１２００℃のＮ2雰囲気中で拡散処理を行って種々のＳｉ濃度分布を有する珪素鋼板を作製した。Ｓｉ濃度分布はサンブル断面についてＥＰＭＡ（電子線ブローブマイクロアナライザ）で分析した。Ｓｉ以外の元素の量は、浸珪、拡散処理の前後でほとんど変化しなかった。
【００２１】
【表１】
【００２２】
このようにして作製した鋼板から外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍのリング試料を採取し、周波数１０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔでの交流磁気特性を測定した。図１は鉄損Ｗ1/10kの、鋼板表層透磁率と鋼板中心透磁率との比に対する依存性を示す図である。ただし、表層および板厚中心部の透磁率は、ＥＰＭＡで測定したＳｉ量から図３（出典：：R.M.Bozorth,Ferromagnetusm,van Nostrand,NewYork,1951）によって求めた。
【００２３】
図１に示すように、鋼板表面の透磁率が鋼板中心部の透磁率に対して２倍以上とすれば、高周波鉄損が著しく低下することが確認された。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれぱ、加工性を損なうことなく、かつ板厚を低減することなしに、高周波鉄損の低い軟磁性薄帯を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄損Ｗ1/10kの、鋼板表層透磁率と鋼板中心透磁率の比の板厚方向に対する依存性を示す図。
【図２】Ｆｅ−Ｓｉ合金のＳｉ量と飽和磁束密度との関係を示す図。
【図３】Ｆｅ−Ｓｉ合金のＳｉ量と最大透磁率との関係を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランス、リアクトル、モータなどの鉄心用として好適である高周波損失の低い軟磁性薄帯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に軟磁性薄帯の損失は励磁周波数が高くなると急激に上昇することが知られている。一方、近年、軟磁性材料が広く用いられているトランス、リアクトル、モータなどの駆動周波数は、コアの小型化や高効率化をはかるために、年々高周波化してきている。
【０００３】
この駆動周波数の高周波化に伴い、軟磁性薄帯の損失によるこれら鉄心の温度上昇や効率の低下が間題となるケースがとみに増加してきている。このような理由から軟磁性材料の高周波鉄損を低減することが必要とされるようになってきている。
【０００４】
従来、軟磁性薄帯の高周波損失を低減する方法としては、珪素鋼板においてＳｉ含有量を高めて固有抵抗を高くすることで高周波損失（この場合には高周波鉄損）を低減する方法と、板厚を薄くして渦電流損失を抑えることで高周波損失を低減する方法がとられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のうち、珪素鋼板のＳｉ含有量を高める方法は、珪素鋼板の加工性を著しく低下させるため、珪素鋼板そのものの生産性の低下を招くことに加え、コア（鉄心）の加工コストの上昇も招くという問題点がある。
【０００６】
また板厚を薄くする方法も、薄くするほど薄帯そのものの製造コストが増加し、なおかつコアの積層枚数が増えることからコアの製作コストの上昇を招くという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、トランス、リアクトル、モータなどのコア用として好適である高周波損失の低い軟磁性薄帯を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上述した課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、軟磁性薄帯において薄帯中心部の透磁率に対する薄帯表面の透磁率を特徴の範囲に規定することにより、軟磁性薄帯の損失、特に高周波損失を著しく低くすることができることを見出した。
【００１０】
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものであって、Ｃ≦０．０２質量％、Ｓｉ、０．０５質量％≦Ｍｎ≦０．５質量％、Ｐ≦０．０１質量％、Ｓ≦０．０２質量％、０．００１質量％≦ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０６質量％、Ｎ≦０．０１質量％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、厚さ方向に対してＳｉ濃度勾配を有する軟磁性薄帯であって、薄帯の両表面の透磁率が、薄帯の板厚中心部の透磁率に対して２倍以上であり、Ｓｉを薄帯の全板厚の平均で３．５質量％以下含有することを特徴とする軟磁性薄帯を提供するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明について詳細に説明する。
本発明に係る軟磁性薄帯は、上述したように、薄帯表面の透磁率が、薄帯中心部の透磁率に対して２倍以上である。
【００１３】
図１は、Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯において、薄帯中心部の透磁率に対する薄帯表面の透磁率の比と高周波損失Ｗ1/10k（周波数１０ｋＨｚ、磁束密度１ｋＧａｕｓｓでの損失値）との関係を示す図である。
【００１４】
図１より、薄帯中心部の透磁率に対する薄帯表面の透磁率の比を２倍以上とすれば、損失が著しく低下することがわかる。なお、軟磁性材料において透磁率が高ければ損失が低いことは一般的に知られているが、本発明のように薄帯表面の透磁率と薄帯中心部の透磁率との比に着目した例はない。このように、表面の透磁率を中心部の透磁率の２倍以上とすることにより、Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯において最も軟磁気特性の優れた６．５質量％Ｓｉの均質材（全板厚にわたってＳｉ量６．５質量％）の損失に対して、最大約３０％損失を低減することができる。
【００１５】
このように、全体にわたって均一な透磁率を有する薄帯よりも、本発明のように薄帯表面と中心部とで透磁率に違いを持たせることで損失が低減する理由は、薄帯表層を高透磁率とすることにより表層部分に磁束が集中し、その結果、薄帯中心部付近での渦電流が低減し、実効的に表皮効果がより強調される結果となるためのと考えられる。
【００１６】
したがって、本発明は、原理的に材料に限定されるものではなく、上記Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯に限らず、軟磁性材料一般に適用されるものである。また、本発明は薄帯表面の透磁率を薄帯中心部の透磁率の２倍以上にできさえすればよく、このような透磁率分布を形成する方法は限定されるものではないが、Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯の場合には、板厚方向にＳｉ濃度勾配を付与することでこのような透磁率分布を形成することができる。さらに、表面の高透磁率部の厚みは、板厚の５％以上であることが好ましい。本発明が適用される軟磁性材料としては、上記Ｆｅ−Ｓｉ合金の他、Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉ、パーマロイ、センダストが例示される。
【００１７】
また、図２（出典：R.M.Bozorth,Ferromagnetusm,vanNostrand,NewYork,1951）に示されるように、Ｓｉ量が少なくなるほど飽和磁束密度が高くなり、特にＳｉ量が３．５質量％以下となると飽和磁束密度が２．０Ｔ（テスラ）以上と極めて高い値が得られる。したがって、本発明では、上記Ｆｅ−Ｓｉ合金薄帯において、低い高周波損失を保ったまま飽和磁束密度を特に高くする条件として、薄帯表面の透磁率が、薄帯中心部の透磁率に対して２倍以上であること、および板厚方向にＳｉ濃度勾配を有することの他、Ｓｉを平均３．５質量％以下含有することを規定する。
【００１８】
なお、本発明でいう平均Ｓｉ濃度は化学分析により得られる。また、Ｓｉ濃度勾配は、サンブル断面についてＥＰＭＡ（電子線プローブマイクロアナライザ）で分析することにより確認することができる。また、表層Ｓｉ濃度を高くしていた厚方向にＳｉ濃度勾配を形成するための方法には、特に限定されず、ＣＶＤ、ＰＶＤ等、種々の方法を採用することができる。
【００１９】
さらに、本発明において、軟磁性薄帯としてＦｅ−Ｓｉ合金薄帯、つまり珪素鋼板を用いる場合には、Ｓｉ以外の成分は、Ｃ≦０．０２質量％、０．０５質量％≦Ｍｎ≦０．５質量％、Ｐ≦０．０１質量％、Ｓ≦０．０２質量％、０．００１質量％≦ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０６質量％、Ｎ≦０．０１質量％の範囲であり、残部がＦｅ及び不可避不純物である。
【００２０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
表１の組成を有する板厚０．１ｍｍの鋼板を圧延法にて作製し、１２００℃ののＳｉＣｌ4雰囲気中で浸珪処理を行い、その後１２００℃のＮ2雰囲気中で拡散処理を行って種々のＳｉ濃度分布を有する珪素鋼板を作製した。Ｓｉ濃度分布はサンブル断面についてＥＰＭＡ（電子線ブローブマイクロアナライザ）で分析した。Ｓｉ以外の元素の量は、浸珪、拡散処理の前後でほとんど変化しなかった。
【００２１】
【表１】
このようにして作製した鋼板から外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍのリング試料を採取し、周波数１０ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔでの交流磁気特性を測定した。図１は鉄損Ｗ1/10kの、鋼板表層透磁率と鋼板中心透磁率との比に対する依存性を示す図である。ただし、表層および板厚中心部の透磁率は、ＥＰＭＡで測定したＳｉ量から図３（出典：：R.M.Bozorth,Ferromagnetusm,van Nostrand,NewYork,1951）によって求めた。
【００２３】
図１に示すように、鋼板表面の透磁率が鋼板中心部の透磁率に対して２倍以上とすれば、高周波鉄損が著しく低下することが確認された。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれぱ、加工性を損なうことなく、かつ板厚を低減することなしに、高周波鉄損の低い軟磁性薄帯を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄損Ｗ1/10kの、鋼板表層透磁率と鋼板中心透磁率の比の板厚方向に対する依存性を示す図。
【図２】Ｆｅ−Ｓｉ合金のＳｉ量と飽和磁束密度との関係を示す図。
【図３】Ｆｅ−Ｓｉ合金のＳｉ量と最大透磁率との関係を示す図。
Claims (1)
- Ｃ≦０．０２質量％、Ｓｉ、０．０５質量％≦Ｍｎ≦０．５質量％、Ｐ≦０．０１質量％、Ｓ≦０．０２質量％、０．００１質量％≦ｓｏｌ．Ａｌ≦０．０６質量％、Ｎ≦０．０１質量％を含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、厚さ方向に対してＳｉ濃度勾配を有する軟磁性薄帯であって、薄帯の両表面の透磁率が、薄帯の板厚中心部の透磁率に対して２倍以上であり、Ｓｉを薄帯の全板厚の平均で３．５質量％以下含有することを特徴とする軟磁性薄帯。
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|---|---|---|---|
| JP11009498A JP3948113B2 (ja) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | 軟磁性薄帯 |
| KR1019997009343A KR100334860B1 (ko) | 1998-03-12 | 1999-03-05 | 규소강판 및 그 제조방법 |
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| EP99939203A EP0987341A4 (en) | 1998-03-12 | 1999-03-05 | SILICON STEEL SHEET AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11009498A JP3948113B2 (ja) | 1998-04-07 | 1998-04-07 | 軟磁性薄帯 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11293423A JPH11293423A (ja) | 1999-10-26 |
| JP3948113B2 true JP3948113B2 (ja) | 2007-07-25 |
Family
ID=14526886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11009498A Expired - Lifetime JP3948113B2 (ja) | 1998-03-12 | 1998-04-07 | 軟磁性薄帯 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3948113B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013111751A1 (ja) | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 電磁鋼板 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114231835B (zh) * | 2021-11-09 | 2023-03-03 | 马鞍山钢铁股份有限公司 | 一种宽频率低铁损无取向电工钢及其制备方法 |
-
1998
- 1998-04-07 JP JP11009498A patent/JP3948113B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013111751A1 (ja) | 2012-01-27 | 2013-08-01 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 電磁鋼板 |
| US10584406B2 (en) | 2012-01-27 | 2020-03-10 | Jfe Steel Corporation | Electrical steel sheet |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11293423A (ja) | 1999-10-26 |
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