JPH04229604A - Low-frequency transformer - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】 この発明は、低周波領域で使用
されるインバータトランスや商用周波数で使用される配
電用トランスなどとして好適な低周波トランスに関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、低周波領域で使用されるインバー
タトランスや商用周波数で使用される配電用トランスな
どにおいては、高飽和磁束密度で比較的低鉄損失のケイ
素鋼板が主に使用されている。この種のケイ素鋼板にお
いては、特公昭６２−３７６８８号公報や特公昭６２−
４５２８５号公報に見られるように、圧延や焼鈍による
再結晶化などの技法によって磁束密度の向上と鉄損の低
減が図られている。
【０００３】また、最近においては、超急冷法の進展に
より、低鉄損の高ケイ素Ｓｉ箔帯や 鉄基アモルファス
合金薄帯が作成されるようになり、低周波トランス材と
して注目されている。これらの中で特に、鉄基のアモル
ファス合金は、商用周波数における鉄損がケイ素鋼板の
数分の一と小さいために、省エネルギー材として注目さ
れ、一部で実用に供されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら前記ケ
イ素鋼板は、鉄損が十分低くはないために、省エネルギ
ー、トランスの発熱等の点で十分に満足できるものでは
ない。また、従来のケイ素鋼板は、鉄基アモルファス合
金よりも飽和磁束密度が低い問題がある。
【０００５】一方、鉄基アモルファス合金は、鉄損は少
ないが、磁歪が著しく大きく、応力に敏感であるために
、機械的振動や合金自体の自重による変形などにより磁
気特性が劣化しやすい問題がある。
【０００６】このような背景の基に本発明者らは、先に
、高飽和磁束密度のＦｅ系軟磁性合 金を特願平２ー１
０８３０８号明細書において平成２年４月２４日付けで
特許出願している。
【０００７】この特許出願に係る合金の他の１つは、次
式で示される組成からなることを特徴とする高飽和磁束
密度合金であった。（Ｆｅ １−ａ Ｃｏ ａ）ｂ Ｂ
ｘ Ｔｙ Ｔ’ｚ【０００８】但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈ
ｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた
１種又は２ 種以上の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆの
いずれか、又は両方を含み、Ｔ’はＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，
Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔからなる群から選ばれた１種又は２種
以上の元素であり、ａ≦０．０５、 ｂ≦９２原子％、
ｘ＝０．５〜１６原子％、 ｙ＝４〜１０原子％、ｚ
＝０．２〜４．５原子％である。
【０００９】また、前記特許出願に係る合金の他の１つ
は、次式で示される組成からなることを特徴とする高飽
和磁束密度合金であった。Ｆｅ ｂ ＢｘＴｙ Ｔ’ｚ
【００１０】但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２ 種以
上の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両
方を含み、Ｔ’はＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ
からなる群から選ばれた１種又は２種以上の元素であり
、ｂ≦９２原子％、 ｘ＝０．５〜１６原子％、 ｙ
＝４〜１０原子％、 ｚ＝０．２〜４．５原子％である
。
【００１１】更に本発明者らは、前記合金の発展型の合
金として、先に、以下に示す組成の合金について特許出
願を行っている。
【００１２】この特許出願に係る合金の１つは、次式で
示される組成からなることを特徴とする高飽和磁束密度
合金であった。（Ｆｅ １−ａ Ｑ ａ）ｂ Ｂｘ Ｔ
ｙ 【００１３】但しＱはＣｏ，Ｎｉのいずれか、また
は、両方であり、ＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２種以上
の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両方
を含み、ａ≦０．０５、 ｂ≦９３原子％、 ｘ＝０．
５〜８原子％、 ｙ＝４〜９原子％であ
る。
【００１４】また、前記特許出願に係る合金の他の１つ
は、次式で示される組成からなることを特徴とする高飽
和磁束密度合金であった。Ｆｅ ｂ ＢｘＴｙ 【００
１５】但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍ
ｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２ 種以上の元
素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両方を含
み、ｂ≦９３原子％、 ｘ＝０．５〜８原子％、 ｙ
＝４〜９原子％である。
【００１６】以上のように本発明者らは、前記各組成の
種々のＦｅ系軟磁性合金を開発した わけであるが、前
記組成の合金について研究を重ねた結果、これをトラン
ス用として用いても良好な特性がえられることが判明し
たので本願発明に到達した。
【００１７】本発明は前記課題を解決するためになされ
たもので、高飽和磁束密度を示し、低周波領域で鉄損が
少なく、耐熱性にもすぐれた低周波トランスを提供する
ことを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】 請求項１に記載した発
明は前記課題を解決するために、次式で示される組成か
らなる高飽和磁束密度Ｆｅ系軟磁性合金と導線とからな
るものである。（Ｆｅ １−ａ Ｃｏ ａ）ｂ Ｂｘ
Ｔｙ Ｔ’ｚ【００１９】但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，
Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種
又は２ 種以上の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいず
れか、又は両方を含み、Ｔ’はＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ
，Ｐｄ，Ｐｔからなる群から選ばれた１種又は２種以上
の元素であり、ａ≦０．０５、 ｂ≦９２原子％、 ｘ
＝０．５〜１６原子％、 ｙ＝４〜１０原子％、 ｚ＝
４．５原子％以下である。
【００２０】請求項２に記載した発明は前記課題を解決
するために、次式で示される組成からなる高飽和磁束密
度Ｆｅ系軟磁性合金と導線とからなるものである。Ｆｅ
ｂ Ｂｘ Ｔｙ Ｔ’ｚ
【００２１】但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２ 種以
上の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両
方を含み、Ｔ’はＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ
からなる群から選ばれた１種又は２種以上の元素であり
、ｂ≦９２原子％、 ｘ＝０．５〜１６原子％、 ｙ
＝４〜１０原子％、 ｚ＝４．５原子％以下である。
【００２２】請求項３に記載した発明は前記課題を解決
するために、次式で示される組成からなる高飽和磁束密
度Ｆｅ系軟磁性合金と導線とからなるものである。（Ｆ
ｅ １−ａ Ｑ ａ）ｂ Ｂｘ Ｔｙ
【００２３】但しＱはＣｏ，Ｎｉのいずれか、または、
両方であり、ＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２種以上の元
素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両方を含
み、ａ≦０．０５、 ｂ≦９３原子％、 ｘ＝０．５〜
８原子％、 ｙ＝４〜９原子％であ
る。
【００２４】請求項４に記載した発明は前記課題を解決
するために、次式で示される組成からなる高飽和磁束密
度Ｆｅ系軟磁性合金と導線とからなるものである。Ｆｅ
ｂ Ｂｘ Ｔｙ
【００２５】但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２ 種以
上の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両
方を含み、ｂ≦９３原子％、 ｘ＝０．５〜８原子％、
ｙ＝４〜９原子％である。
【００２６】
【作用】特定の組成の軟磁性合金を用いてトランスを形
成するので、高飽和磁束密度と高透磁率を兼ね備え、熱
安定性を併せ持つ低周波トランスを得ることができる。
【００２７】
【実施例】図１は本発明のトランスの一実施例を示すも
ので、この例のトランスＴは、左右一対の磁心１と、磁
心１，１に巻回されてなる巻線２を主体として構成され
ている。前記磁心１は図２に示すように、薄帯を巻回
して構成されている。この薄帯は、Ｆｅ ９０ Ｚｒ
７ Ｂ ２ Ｃｕ １ なる組成などからなる軟磁性合
金薄帯と、この軟磁性合金薄帯の一面に形成されたＭｇ
Ｏなどの絶縁層とからなるものである。
【００２８】なお、前記薄帯を構成する軟磁性合金の１
つとして、次式で示される組成からなる高飽和磁束密度
Ｆｅ系軟磁性合金を使用することができる。（Ｆｅ １
−ａ Ｃｏ ａ）ｂ Ｂｘ Ｔｙ Ｔ’ｚ
【００２９】但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２ 種以
上の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両
方を含み、Ｔ’はＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ
からなる群から選ばれた１種又は２種以上の元素であり
、ａ≦０．０５、 ｂ≦９２原子％、 ｘ＝０．５〜１
６原子％、 ｙ＝４〜１０原子％、ｚ＝４．５原子％以
下である。
【００３０】また、薄帯を構成する軟磁性合金の１つと
して、次式で示される組成からなる高飽和磁束密度Ｆｅ
系軟磁性合金を使用することができる。Ｆｅ ｂ Ｂｘ
Ｔｙ Ｔ’ｚ
【００３１】但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２ 種以
上の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両
方を含み、Ｔ’はＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ
からなる群から選ばれた１種又は２種以上の元素であり
、ｂ≦９２原子％、 ｘ＝０．５〜１６原子％、 ｙ
＝４〜１０原子％、 ｚ＝４．５原子％以下である。
【００３２】更に前記薄帯を構成する軟磁性合金の１つ
として、次式で示される組成からなる高飽和磁束密度Ｆ
ｅ系軟磁性合金を使用することができる。（Ｆｅ １−
ａ Ｑ ａ）ｂ Ｂｘ Ｔｙ
【００３３】但しＱはＣｏ，Ｎｉのいずれか、または、
両方であり、ＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２種以上の元
素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両方を含
み、ａ≦０．０５、 ｂ≦９３原子％、 ｘ＝０．５〜
８原子％、 ｙ＝４〜９原子％であ
る。
【００３４】更にまた、前記薄帯を構成する軟磁性合金
の１つとして、次式で示される組成からなる高飽和磁束
密度Ｆｅ系軟磁性合金を使用することができる。Ｆｅ
ｂ Ｂｘ Ｔｙ
【００３５】但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２ 種以
上の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両
方を含み、ｂ≦９３原子％、 ｘ＝０．５〜８原子％、
ｙ＝４〜９原子％である。
【００３６】本発明で用いる軟磁性合金は、前記組成の
非晶質合金あるいは非晶質相を含む結晶質合金を溶湯か
ら急冷することにより得る工程と、これを加熱し微細な
結晶粒を形成する熱処理工程によって通常得ることがで
きる。
【００３７】本発明のトランスに用いる軟磁性合金にお
いて、非晶質相を得やすくするためには、非晶質形成能
の高いＺｒ、Ｈｆのいずれかを含む必要がある。またＺ
ｒ、Ｈｆ はその一部を他の４Ａ〜６Ａ族元素のうち、
Ｔｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗと置換する ことが出
来る。ここでＣｒを含めなかったのは、Ｃｒが他の元素
に比べ非晶質形成能が劣っているからであるが、Ｚｒ，
Ｈｆを適量添加したならば、更にＣｒを添加しても良い
のは勿論である。
【００３８】Ｂには本発明に用いる合金の非晶質形成能
を高める効果、および前記熱処理工程において磁気特性
に悪影響を及ぼす化合物相の生成を抑制する効果がある
と考えられ、このためＢ添加は必須である。Ｂと同様に
Ａ１，Ｓｉ，Ｃ，Ｐ等も非晶質形成元素として一般に用
いられており、これらの元素を添加した場合も本発明と
同一とみなすことができる。
【００３９】Ｔ’成分であるＣｕ，Ｎｉおよびこれらと
同族元素のうちから選ばれた少なくとも１種又は２種以
上の元素を、４．５原子％以下、より好ましくは０．２
原子％〜４．５原子％配合すると、前記熱処理工程によ
り優れた軟磁気特性を得ることができる。又これらの元
素の中でもＣｕは特に好適である。
【００４０】なお、前記Ｔ’成分の配合量ｚが０．２原
子％以下の場合は、熱処理後の冷却速度を速めることが
望ましい。図３は、Ｆｅ８８Ｃｕ１Ｂ３Ｚｒ８なる組成
の軟磁性合金の試料を６５０℃に１時間加熱した後、種
々の冷却速度で冷却した後の透磁率を測定した結果を示
す、冷却速度と透磁率の関係のグラフである。このグラ
フから、冷却速度を速めると透磁率が向上することが分
かる。前記Ｔ’成分が０．２原子％以下になると、透磁
率が低下する傾向があるが、前記のように冷却速度を速
めることによって、透磁率が低下する傾向を打ち消すこ
とができる。
【００４１】またＴ’成分である、Ｃｕ，Ｎｉ等の添加
により、軟磁気特性が著しく改善される機構については
明らかではないが、結晶化温度を示差熱分析法により測
定したところ、Ｃｕ，Ｎｉ等を添加した合金の結晶化温
度は、添加しない合金に比べてやや低い温度であると認
められた。これは前記元素の添加により非晶質相が不均
一となり、その結果、非晶質相の安定性が低下したこと
に起因すると考えられる。また不均一な非晶質相が結晶
化する場合、部分的に結晶化しやすい領域が多数でき不
均一核生成するため、得られる組織が微細結晶粒組織と
なると考えられる。
【００４２】また特にＦｅに対する固溶度が著しく低い
元素であるＣｕの場合、相分離傾向があるため、加熱に
よりミクロな組成ゆらぎが生じ、非晶質相が不均一とな
る傾向がより顕著になると考えられ、組織の微細化に寄
与するものと考えられる。
【００４３】以上の観点からＣｕ及びその同族元素、Ｎ
ｉおよびＰｄ，Ｐｔ以外の元素でも結晶 化温度を低下
させる元素には同様の効果が期待できる。またＣｕのよ
うにＦｅに対する固溶限が小さい元素にも同様の効果が
期待できる。
【００４４】以上、本発明の高飽和磁束密度Ｆｅ系軟磁
性合金に含まれる合金元素の限定理 由を説明したが、
これらの元素以外でも耐食性を改善するために、Ｃｒ，
Ｒｕその 他の白金族元素を添加することも可能であり
、また、必要に応じて、Ｙ，希土類 元素，Ｚｎ，Ｃｄ
，Ｇａ，Ｉｎ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ，
Ｓｅ，Ｔｅ，Ｌｉ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ等の
元素を添加することで磁歪を調整することもできる。そ
の他、Ｈ，Ｎ，Ｏ，Ｓ等の不可避的不純物については所
望の特性が劣化しない程度に含有していて も本発明の
高飽和磁束密度Ｆｅ系軟磁性合金の組成と同一とみなす
ことができる のは勿論である。
【００４５】本発明に用いる合金の１つにおけるＦｅ，
Ｃｏ量のｂは、９２原子％以下である。これは、ｂが９
２原子％を越えると高い透磁率が得られないためである
が、飽和 磁束密度１０ｋＧ以上を得るためには、ｂが
７５原子％以上であることがより好ましい。なお、元素
Ｔ’ｚを含有しない合金系においては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎ
ｉ量のｂは、高い飽和磁束密度を得るために９３原子％
以下とする。
【００４６】前記合金の飽和磁束密度は、通常１０ＫＧ
以上のものが多いが、低周波トランス用としては、トラ
ンスを小型化する上で特に１３ＫＧ以上あるものが好ま
しい。
【００４７】前記合金は、前記組成の非晶質合金あるい
は非晶質相を含む結晶質合金を溶湯から急冷することに
より得る工程と、この工程で得られたものを加熱し微細
な結晶粒を析出させる工程によって通常得ることができ
る。
【００４８】ここで前記組成の合金の薄帯を得る方法の
１つを片ロール液体急冷法に基づいて説明する。
【００４９】まず、１つの回転している鋼製ロール上に
置かれたるつぼのノズルから、溶融金属をアルゴンガス
などの圧力により前記ロール上に噴出させ、急冷して薄
帯を得る。この方法によって幅約数十ｍｍ、厚さ２０〜
４０μｍ程度の薄帯を得ること ができる。薄帯が得ら
れたならば、この薄帯上に電気泳動法、溶射法、スパッ
タリング法、蒸着法などの常法によってＭｇＯなどから
なる絶縁層を形成し、この 絶縁層を内側にして薄帯を
巻回することで図２に示す磁心１を得ることができる。
【００５０】次に磁心１を５００〜７００℃の温度に１
時間保持し、水焼き入れなどの手法によって急冷し、続
いて焼鈍することで、磁心１を構成するＦｅ系軟磁性合
金を 結晶化する。このように結晶化させることにより
、磁気特性と耐熱性が向上し、目的の磁心１を得ること
ができる。
【００５１】以上のように得られた低周波トランスは、
高い飽和磁束密度を示し、高い透磁率を示すＦｅ系軟磁
性合金からなるので、優れた磁気特性を発揮するととも
に、合金自体、５００℃以上の温度で熱処理されて製造
されるので、当然、耐熱性にも優れている。
【００５２】従って、商用周波数で使用する配電用トラ
ンスや低い周波数で使用するインバータトランス等に好
適なトランスが得られる。
【００５３】（製造例１）Ｆｅ ９０ Ｚｒ ７ Ｂ
２ Ｃｕ １ なる組成を有し、厚さ２０μｍ、幅５０
ｍｍの軟磁性薄帯に、ＭｇＯからなる厚さ１μｍの絶縁
層を被覆して薄帯を作成し、この薄帯を巻き回して高さ
２００ｍｍ、幅１００ｍｍのリング状の磁心を作成した
。この磁心をＮ２ガス雰囲気中で６００℃に１時間加熱
した後に１００℃／分の冷却速度で室温まで冷却した。
【００５４】この熱処理後の磁心を２つ用い、これらの
間に図１に示すように巻線することで図１に示す構造の
トランスを作成した。このトランスの飽和磁束密度Ｂｓ
は、１６．７ｋＧ、角形比Ｂｒ／Ｂｓは８０％、保磁
力Ｈｃは３０ｍＯｅ、飽和磁歪定数は５×１０−６であ
り、従来の配電トランス用のＦｅ基アモルファス合金が
示す値の１×１０−５以下の優れた値であった。また、
５０Ｈｚ、Ｂｍが１２ｋＧにおける鉄損が０．１０Ｗ／
ｋｇであり、優れた値を発揮することが判明した。
【００５５】（製造例２）表１に示す組成の合金溶湯を
単ロール法により急冷し、幅２５ｍｍ、厚さ１８μｍの
合金薄帯を作製した。
【００５６】次にこの合金薄帯を外径４０ｍｍ、内径３
５ｍｍに巻き回し、トロイダルコアとし、製造例１と同
等の熱処理を行った。熱処理後の合金は、１００〜２０
０オンク゛ストローム以下の粒径の超微細な結晶粒が組
織の大部分を占めていた。
【００５７】次にこの磁心をコアケースに入れ、１次側
と２次側それぞれ２５０ターンの巻線を行い、５０Ｈｚ
、１２ｋＧにおける鉄損を測定した。得られた結果を表
１に示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】表１から明らかなように、本考案に係るト
ランスは、従来のケイ素鋼によるトランスよりも鉄損が
低く、柱状トランスや低周波インバータトランス等に適
していることが明らかになった。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、特
別の組成の軟磁性合金からなるために、商用周波数で使
用される配電用トランスや低周波数領域で使用するイン
バータトランス等に好適な、飽和磁束密度が高く、低鉄
損失であって、しかも耐熱性に優れたトランスを提供す
ることができる効果がある。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a low frequency transformer suitable for use as an inverter transformer used in the low frequency region, a power distribution transformer used at commercial frequencies, etc. be. [0002] Conventionally, silicon steel sheets with high saturation magnetic flux density and relatively low iron loss have been mainly used in inverter transformers used in the low frequency region and power distribution transformers used in commercial frequencies. has been done. Regarding this type of silicon steel sheet, Japanese Patent Publication No. 62-37688 and Japanese Patent Publication No. 62-37688
As seen in Japanese Patent No. 45285, improvements in magnetic flux density and reduction in iron loss are attempted by techniques such as recrystallization by rolling and annealing. [0003] Furthermore, with the recent progress in ultra-quenching methods, high-silicon Si foil strips and iron-based amorphous alloy ribbons with low core loss have been produced, and these are attracting attention as low-frequency transformer materials. Among these, iron-based amorphous alloys in particular have attracted attention as energy-saving materials because their iron loss at commercial frequencies is a fraction of that of silicon steel sheets, and some of them are put into practical use. Problems to be Solved by the Invention However, since the silicon steel sheet does not have a sufficiently low iron loss, it is not fully satisfactory in terms of energy saving, transformer heat generation, etc. Furthermore, conventional silicon steel sheets have a problem of lower saturation magnetic flux density than iron-based amorphous alloys. On the other hand, iron-based amorphous alloys have a small core loss, but have a significantly large magnetostriction and are sensitive to stress, so their magnetic properties tend to deteriorate due to mechanical vibration or deformation due to the weight of the alloy itself. be. [0006] Based on this background, the present inventors previously proposed a Fe-based soft magnetic alloy with a high saturation magnetic flux density in patent application No. 2-1.
A patent application for specification No. 08308 was filed on April 24, 1990. Another alloy related to this patent application was a high saturation magnetic flux density alloy characterized by having a composition represented by the following formula. (Fe 1-a Co a)b B
x Ty T'z 0008 However, T is Ti, Zr, H
It is one or more elements selected from the group consisting of f, V, Nb, Ta, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, and T' is Cu, Ag, Au,
One or more elements selected from the group consisting of Ni, Pd, and Pt, a≦0.05, b≦92 atomic%,
x=0.5-16 atom%, y=4-10 atom%, z
=0.2 to 4.5 at%. [0009] Another alloy according to the patent application is a high saturation magnetic flux density alloy characterized by having a composition represented by the following formula. Fe b BxTy T'z
[0010] However, T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
It is one or more elements selected from the group consisting of a, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, and T' is Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt
One or more elements selected from the group consisting of b≦92 at%, x=0.5 to 16 at%, y
=4 to 10 atom%, z=0.2 to 4.5 atom%. Furthermore, the present inventors have previously filed a patent application for an alloy having the composition shown below as an advanced alloy of the above-mentioned alloy. One of the alloys related to this patent application was a high saturation magnetic flux density alloy characterized by having a composition represented by the following formula. (Fe 1-a Q a)b Bx T
y [0013] However, Q is Co, Ni, or both, and T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
One or more elements selected from the group consisting of a, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, a≦0.05, b≦93 atomic %, x =0.
5 to 8 atom%, and y=4 to 9 atom%. [0014] Another alloy according to the patent application is a high saturation magnetic flux density alloy characterized by having a composition represented by the following formula. Fe b BxTy 00
15] However, T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, M
One or more elements selected from the group consisting of o, W, and containing either or both of Zr and Hf, b≦93 at%, x=0.5 to 8 at% , y
=4 to 9 atom%. As described above, the present inventors have developed various Fe-based soft magnetic alloys with the above compositions, and as a result of repeated research on the alloys with the above compositions, they have found that they can be used for transformers. It was found that good characteristics could also be obtained, and the present invention was thus achieved. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to provide a low-frequency transformer that exhibits high saturation magnetic flux density, has low core loss in the low-frequency region, and has excellent heat resistance. do. [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the invention set forth in claim 1 comprises a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula and a conducting wire. It is something. (Fe 1-a Co a)b Bx
Ty T'z 0019 where T is Ti, Zr, Hf,
It is one or more elements selected from the group consisting of V, Nb, Ta, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, and T' is Cu, Ag, Au, Ni
, Pd, Pt, a≦0.05, b≦92 atomic%, x
=0.5-16 at%, y=4-10 at%, z=
It is 4.5 atomic % or less. [0020] In order to solve the above-mentioned problem, the invention as set forth in claim 2 is composed of a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula and a conducting wire. Fe
b Bx Ty T'z 0021 However, T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
It is one or more elements selected from the group consisting of a, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, and T' is Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt
One or more elements selected from the group consisting of b≦92 at%, x=0.5 to 16 at%, y
= 4 to 10 atomic %, z = 4.5 atomic % or less. [0022] In order to solve the above-mentioned problem, the invention as set forth in claim 3 is composed of a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula and a conducting wire. (F
e 1-a Q a)b Bx Ty [0023] However, Q is either Co, Ni, or
both, T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta,
One or more elements selected from the group consisting of Mo and W, containing either or both of Zr and Hf, a≦0.05, b≦93 atomic%, x=0 .5～
8 atom%, y=4 to 9 atom%. [0024] In order to solve the above-mentioned problem, the invention set forth in claim 4 comprises a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula and a conducting wire. Fe
b Bx Ty 0025 However, T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
one or more elements selected from the group consisting of a, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, b≦93 atomic %, x = 0.5 to 8 atom%,
y=4 to 9 atom%. [Operation] Since the transformer is formed using a soft magnetic alloy having a specific composition, it is possible to obtain a low frequency transformer that has both high saturation magnetic flux density and high magnetic permeability, and also has thermal stability. [Embodiment] FIG. 1 shows an embodiment of the transformer of the present invention. The transformer T of this example includes a pair of left and right magnetic cores 1, and a winding 2 wound around the magnetic cores 1, 1. It is mainly composed of. As shown in FIG. 2, the magnetic core 1 is constructed by winding a thin ribbon. This ribbon is made of Fe90Zr
7 B 2 Cu 1 soft magnetic alloy ribbon and Mg formed on one surface of the soft magnetic alloy ribbon.
It consists of an insulating layer such as O. [0028] Note that 1 of the soft magnetic alloy constituting the ribbon
As one example, a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula can be used. (Fe 1
-a Co a)b Bx Ty T'z [0029] However, T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
It is one or more elements selected from the group consisting of a, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, and T' is Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt
One or more elements selected from the group consisting of a≦0.05, b≦92 atomic%, x=0.5-1
6 atom%, y=4 to 10 atom%, and z=4.5 atom% or less. In addition, as one of the soft magnetic alloys constituting the ribbon, high saturation magnetic flux density Fe having the composition shown by the following formula is used.
soft magnetic alloys can be used. Fe b Bx
Ty T'z 0031 However, T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
It is one or more elements selected from the group consisting of a, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, and T' is Cu, Ag, Au, Ni, Pd, Pt
One or more elements selected from the group consisting of b≦92 at%, x=0.5 to 16 at%, y
= 4 to 10 atomic %, z = 4.5 atomic % or less. Furthermore, as one of the soft magnetic alloys constituting the ribbon, a high saturation magnetic flux density F having a composition represented by the following formula is used.
E-based soft magnetic alloys can be used. (Fe 1-
a Q a) b Bx Ty 0033 However, Q is either Co, Ni, or
both, T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta,
One or more elements selected from the group consisting of Mo and W, containing either or both of Zr and Hf, a≦0.05, b≦93 atomic%, x=0 .5～
8 atom%, y=4 to 9 atom%. Furthermore, as one of the soft magnetic alloys constituting the ribbon, a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula can be used. Fe
b Bx Ty 0035 However, T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, T
one or more elements selected from the group consisting of a, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, b≦93 atomic %, x = 0.5 to 8 atom%,
y=4 to 9 atom%. The soft magnetic alloy used in the present invention can be obtained by rapidly cooling an amorphous alloy having the above composition or a crystalline alloy containing an amorphous phase from a molten metal, and then heating it to form fine crystal grains. It can usually be obtained by a heat treatment process. In order to easily obtain an amorphous phase in the soft magnetic alloy used in the transformer of the present invention, it is necessary to contain either Zr or Hf, which has a high ability to form an amorphous phase. Z again
r, Hf is partially composed of other group 4A to 6A elements.
It can be replaced with Ti, V, Nb, Ta, Mo, and W. The reason why Cr was not included here is that Cr has an inferior amorphous formation ability compared to other elements, but Zr,
Of course, once an appropriate amount of Hf has been added, Cr may also be added. B is thought to have the effect of increasing the amorphous formation ability of the alloy used in the present invention, and the effect of suppressing the formation of compound phases that adversely affect magnetic properties in the heat treatment process, and for this reason, the addition of B is required. Similar to B, A1, Si, C, P, etc. are also commonly used as amorphous forming elements, and the addition of these elements can be considered to be the same as the present invention. [0039] At least one or two or more elements selected from Cu, Ni, and their homologous elements, which are T' components, are contained in an amount of 4.5 atomic % or less, more preferably 0.2 atomic % or less.
When it is blended in an amount of 4.5 at% to 4.5 at%, excellent soft magnetic properties can be obtained through the heat treatment process. Moreover, among these elements, Cu is particularly suitable. [0040] When the amount z of the T' component is 0.2 atomic % or less, it is desirable to increase the cooling rate after heat treatment. Figure 3 is a graph of the relationship between cooling rate and magnetic permeability, showing the results of measuring the magnetic permeability of a sample of a soft magnetic alloy with a composition of Fe88Cu1B3Zr8 heated to 650°C for 1 hour and then cooled at various cooling rates. It is. From this graph, it can be seen that increasing the cooling rate improves the magnetic permeability. When the T' component is 0.2 atomic % or less, the magnetic permeability tends to decrease, but by increasing the cooling rate as described above, this tendency to decrease the magnetic permeability can be canceled out. Although the mechanism by which soft magnetic properties are significantly improved by the addition of T' components such as Cu and Ni is not clear, when the crystallization temperature was measured by differential thermal analysis, it was found that Cu, Ni, etc. It was found that the crystallization temperature of the alloys with the addition of the above-mentioned substances was slightly lower than that of the alloys without the addition of the above-mentioned substances. This is considered to be due to the fact that the amorphous phase became non-uniform due to the addition of the above elements, and as a result, the stability of the amorphous phase decreased. Furthermore, when a non-uniform amorphous phase crystallizes, many regions where crystallization is likely to occur are formed locally, resulting in non-uniform nucleation, so that the resulting structure is considered to be a fine grain structure. [0042] Especially in the case of Cu, which is an element with extremely low solid solubility in Fe, there is a tendency for phase separation, so heating causes microscopic fluctuations in the composition, and the tendency for the amorphous phase to become non-uniform becomes more pronounced. It is thought that this contributes to the refinement of the structure. From the above point of view, Cu and its homologous elements, N
Similar effects can be expected for elements other than i, Pd, and Pt that lower the crystallization temperature. Further, similar effects can be expected with elements such as Cu, which have a small solid solubility limit with respect to Fe. The reasons for limiting the alloying elements contained in the high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy of the present invention have been explained above.
In order to improve corrosion resistance with elements other than these, Cr,
It is also possible to add Ru and other platinum group elements, and if necessary, Y, rare earth elements, Zn, Cd
, Ga, In, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi,
Magnetostriction can also be adjusted by adding elements such as Se, Te, Li, Be, Mg, Ca, Sr, and Ba. Other unavoidable impurities such as H, N, O, and S can be considered to have the same composition as the high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy of the present invention even if they are contained to the extent that the desired characteristics are not deteriorated. Of course. Fe in one of the alloys used in the present invention,
The amount b of Co is 92 atomic % or less. This means that b is 9
This is because if it exceeds 2 atomic %, high magnetic permeability cannot be obtained, but in order to obtain a saturation magnetic flux density of 10 kG or more, it is more preferable that b is 75 atomic % or more. In addition, in alloy systems that do not contain the element T'z, Fe, Co, N
The i amount b is 93 atomic% to obtain a high saturation magnetic flux density.
The following shall apply. The saturation magnetic flux density of the alloy is usually 10KG.
Although there are many of the above, for use in low frequency transformers, those with a weight of 13 KG or more are particularly preferred in order to downsize the transformer. The alloy is obtained by rapidly cooling an amorphous alloy having the above composition or a crystalline alloy containing an amorphous phase from a molten metal, and by heating the material obtained in this step to form fine crystal grains. It can usually be obtained by a precipitation process. One method for obtaining a ribbon of an alloy having the above composition will now be described based on the single roll liquid quenching method. First, from a nozzle of a crucible placed on one rotating steel roll, molten metal is jetted onto the roll under the pressure of argon gas or the like, and is rapidly cooled to obtain a ribbon. By this method, the width of about several tens of mm and the thickness of 20~
A ribbon of approximately 40 μm can be obtained. Once the ribbon is obtained, an insulating layer made of MgO or the like is formed on the ribbon using a conventional method such as electrophoresis, thermal spraying, sputtering, or vapor deposition, and then the ribbon is formed with this insulating layer inside. By winding it, the magnetic core 1 shown in FIG. 2 can be obtained. Next, the magnetic core 1 is heated to a temperature of 500 to 700°C.
The Fe-based soft magnetic alloy constituting the magnetic core 1 is crystallized by holding it for a certain period of time, rapidly cooling it by a method such as water quenching, and then annealing it. By crystallizing in this manner, the magnetic properties and heat resistance are improved, and the desired magnetic core 1 can be obtained. The low frequency transformer obtained as above is
Since it is made of a Fe-based soft magnetic alloy that exhibits high saturation magnetic flux density and high magnetic permeability, it exhibits excellent magnetic properties.The alloy itself is manufactured by being heat-treated at a temperature of 500°C or higher, so it is naturally heat resistant. It is also excellent in sex. [0052] Therefore, a transformer suitable for a power distribution transformer used at commercial frequencies, an inverter transformer used at low frequencies, etc. can be obtained. (Production Example 1) Fe 90 Zr 7 B
It has a composition of 2 Cu 1, a thickness of 20 μm, and a width of 50 μm.
A soft magnetic ribbon of 1 mm thick was coated with an insulating layer of MgO with a thickness of 1 μm to create a ribbon, and this ribbon was wound to create a ring-shaped magnetic core with a height of 200 mm and a width of 100 mm. This magnetic core was heated to 600° C. for 1 hour in a N2 gas atmosphere, and then cooled to room temperature at a cooling rate of 100° C./min. A transformer having the structure shown in FIG. 1 was prepared by using two of the heat-treated magnetic cores and winding wires between them as shown in FIG. Saturation magnetic flux density Bs of this transformer
is 16.7 kG, the squareness ratio Br/Bs is 80%, the coercive force Hc is 30 mOe, and the saturation magnetostriction constant is 5 x 10-6, which is 1 x 10, which is the value shown by the conventional Fe-based amorphous alloy for power distribution transformers. It was an excellent value of -5 or less. Also,
Iron loss at 50Hz and Bm of 12kG is 0.10W/
kg, and was found to exhibit excellent values. (Production Example 2) A molten alloy having the composition shown in Table 1 was rapidly cooled by a single roll method to produce an alloy ribbon having a width of 25 mm and a thickness of 18 μm. [0056] Next, this alloy ribbon was made into a material with an outer diameter of 40 mm and an inner diameter of 3 mm.
The core was wound to a thickness of 5 mm to form a toroidal core, and the same heat treatment as in Production Example 1 was performed. The alloy after heat treatment is 100-20
Ultrafine crystal grains with a grain size of 0 angstroms or less occupied most of the structure. [0057] Next, this magnetic core was placed in a core case and wound with 250 turns each on the primary and secondary sides, and the winding frequency was 50Hz.
, the iron loss at 12kG was measured. The results obtained are shown in Table 1. [Table 1] [0059] As is clear from Table 1, the transformer according to the present invention has lower core loss than conventional silicon steel transformers, and is suitable for columnar transformers, low frequency inverter transformers, etc. It became clear. As explained above, according to the present invention, since it is made of a soft magnetic alloy with a special composition, it can be used for power distribution transformers used in commercial frequencies, inverter transformers used in low frequency regions, etc. The present invention has the effect of providing a transformer suitable for use with high saturation magnetic flux density, low iron loss, and excellent heat resistance.
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図[Fig. 1] A perspective view showing one embodiment of the present invention.
【図２】本発明
の一実施例を示す磁心の斜視図[Fig. 2] A perspective view of a magnetic core showing an embodiment of the present invention.
【図３】冷却速度と透磁
率の関係を示すグラフ[Figure 3] Graph showing the relationship between cooling rate and magnetic permeability
１ 磁心 ２ 巻線 1 Magnetic core 2 Winding wire
Claims (4)
束密度Ｆｅ系軟磁性合金と導線とからなることを特徴と
する低周波トランス。（Ｆｅ １−ａ Ｃｏ ａ）ｂ
Ｂｘ Ｔｙ Ｔ’ｚ但しＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２
種以上の元素であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、
又は両方を含み、Ｔ’はＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ
，Ｐｔからなる群から選ばれた１種又は２種以上の元素
であり、ａ≦０．０５、 ｂ≦９２原子％、 ｘ＝０．
５〜１６原子％、 ｙ＝４〜１０原子％、 ｚ＝４．
５原子％以下である。1. A low frequency transformer comprising a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula and a conducting wire. (Fe 1-a Co a) b
Bx Ty T'z However, T is Ti, Zr, Hf, V, N
One or two selected from the group consisting of b, Ta, Mo, and W
an element more than a species, and either Zr or Hf,
or both, T' is Cu, Ag, Au, Ni, Pd
, Pt, a≦0.05, b≦92 atomic %, x=0.
5 to 16 atom%, y=4 to 10 atom%, z=4.
It is 5 at% or less.
度Ｆｅ系軟磁性合金と導線とからなることを特徴とする
低周波トランス。Ｆｅ ｂ Ｂｘ Ｔｙ Ｔ’ｚ但しＴ
はＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗからな
る群から選ばれた１種又は２ 種以上の元素であり、且
つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両方を含み、Ｔ’はＣ
ｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔからなる群から選ば
れた１種又は２種以上の元素であり、ｂ≦９２原子％、
ｘ＝０．５〜１６原子％、 ｙ＝４〜１０原子％、
ｚ＝４．５原子％以下である。2. A low frequency transformer comprising a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula and a conducting wire. Fe b Bx Ty T'zHowever T
is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W, and contains either or both of Zr and Hf, and T' is C
One or more elements selected from the group consisting of u, Ag, Au, Ni, Pd, Pt, b≦92 atomic%,
x = 0.5 to 16 at%, y = 4 to 10 at%,
z=4.5 atomic % or less.
束密度Ｆｅ系軟磁性合金と導線とからなることを特徴と
する低周波トランス。（Ｆｅ １−ａ Ｑ ａ）ｂ Ｂ
ｘ Ｔｙ 但しＱはＣｏ，Ｎｉのいずれか、または、両
方であり、ＴはＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍ
ｏ，Ｗからなる群から選ばれた１種又は２種以上の元素
であり、且つ、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両方を含み
、ａ≦０．０５、 ｂ≦９３原子％、 ｘ＝０．５〜８
原子％、 ｙ＝４〜９原子％である。3. A low frequency transformer comprising a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula and a conducting wire. (Fe 1-a Q a) b B
x Ty However, Q is Co, Ni, or both, and T is Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, M
One or more elements selected from the group consisting of o, W, and containing either or both of Zr and Hf, a≦0.05, b≦93 atomic%, x=0 .5-8
% by atom, y=4 to 9 atomic%.
束密度Ｆｅ系軟磁性合金と導線とからなることを特徴と
する低周波トランス。Ｆｅ ｂ Ｂｘ Ｔｙ 但しＴは
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗからなる
群から選ばれた１種又は２ 種以上の元素であり、且つ
、Ｚｒ，Ｈｆのいずれか、又は両方を含み、ｂ≦９３原
子％、 ｘ＝０．５〜８原子％、 ｙ＝４〜９原子％
である。4. A low frequency transformer comprising a high saturation magnetic flux density Fe-based soft magnetic alloy having a composition represented by the following formula and a conducting wire. Fe b Bx Ty However, T is one or more elements selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, and W, and either Zr, Hf, or Including both, b≦93 atom%, x=0.5-8 atom%, y=4-9 atom%
It is.
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|---|---|---|---|
| JP3104944A JP2812574B2 (en) | 1990-09-07 | 1991-03-06 | Low frequency transformer |
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