JPS61181116A - 巻鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は変圧器などに用いられる巻鉄心の製造方法に係
り、特に非晶質磁性合金薄板からなる巻鉄心に焼鈍処理
を行なう巻鉄心の製造方法に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近時、変圧器などに用いる巻鉄心の材料として、非晶質
磁性合金薄板を用いることが検討されつつある。

非晶質磁性合金薄板は、金属（Ｆｅ、Ｇｏ、Ｎｉ等）と
半金属元素（８，Ｃ１５ｔ、Ｐ等）を主成分として超急
冷法により製造されたもので、従来からの鉄心材料であ
るけい素鋼板に比して鉄損が１／３〜１／４と小さく、
磁気特性に優れている。しかし、非晶質磁性合金薄板は
、超急冷法により製造するために、急冷時の歪により鉄
損の増大など磁気特性が極端に低下しており、本来の優
れた磁気特性が得られない。

このため、非晶質磁性合金薄板からなる巻鉄心は、鉄心
組立後に歪取り焼鈍を行なって非晶質磁性合金薄板の歪
を除去し、鉄損の減少などの磁気特性の回復を図ってい
る。

この焼鈍は、鉄心を磁場中に置いて磁気異方性を与えて
、磁気特性の改善を図る方法である。

この場合、非晶質磁性合金薄板は適正な焼鈍温度条件の
範囲が狭い。例えば代表的な非晶質磁性材料である米国
アライド社製のＭＥＴＧＬＡＳ２６０５８２　（商品名
）は、第６図で示すように焼鈍温度が約４００℃で、そ
の温度範囲が±１５℃と狭い。

また焼鈍に必要な時間も短く、これが長い場合には非晶
質磁性合金薄板の結晶化が進んでしまうことになる。

このため、非晶質磁性合金薄板をこの材料が本来布して
いる優れた磁気特性を損なうことなく歪取り焼鈍するた
めには、巻鉄心の各部分を短時間で各々適正な焼鈍温度
範囲に均一に加熱することが必要である。

従来、非晶質磁性合金薄板からなる巻鉄心に対する歪取
り焼鈍は例えば特開昭５８−７７２２０号公報に記載さ
れているように恒温槽を用いた外部加熱方式が採用され
ている。

すなわち、第７図で示すように例えば非晶質磁性合金薄
板２を巻回してなる巻鉄心１に磁界印加用の磁界コイル
３を巻装し、この巻鉄心１を電熱ヒータ（図示せず）を
熱源とし、不活性ガスを封入した恒温槽４の内部に収容
する。

そして、直流前ｗ５により磁界コイル３に直流を流して
巻鉄心１に磁界を印加するとともに、電源ヒーターの発
熱により恒温槽４内を所定の温度まで上昇させて巻鉄心
１を加熱することにより焼鈍を行なっている。

しかしながら、このような焼鈍方法においては、巻鉄心
１を電熱ヒータの輻射熱により外部から加熱するので、
巻鉄心１内部まで良好に加熱できず巻鉄心１表面と巻鉄
心１内部とでは温度分布が不均一となる。

第８図は従来の焼鈍方法により鉄心型１６０　Ｋｇの巻
鉄心を焼鈍温度４００℃で加熱した場合における鉄心各
部の加熱時間と温度上昇との関係を示す線図である。

第９図は巻鉄心１において温度を測定した箇所を示す説
明図である。

第９図においてＡ点は巻鉄心１の薄板巻厚方向中央部、
Ｂ点は薄板巻厚方向外周部、０点は巻鉄心１の外表面を
各々示している。

なお、Ｄ点は恒温槽４の内部空間を示している。゛第８
図によれば巻鉄心１を加熱して３時間経過した時点にお
いて、巻鉄心１のＢ点では約２８０℃に温度上昇するが
、Ａ点では約２３０℃までしか温度上昇せず両者間に約
５０℃の温度差を生じている。

また巻鉄心１のＤ点では約３９０℃まで温度上昇し、Ａ
点との間で約１６０℃の温度差を生じた。

このように巻鉄心１表面は巻鉄心１内部に比して温度上
昇が大きく、巻鉄心１全体として温度分布が不均一にな
る。

そして、巻鉄心１全体を均一な温度にするにはさらに巻
鉄心１を長時間加熱することになり、その結果温度が早
く上昇する巻鉄心１表面は長時間高温にさらされること
になり、非晶質磁性合金薄板２の磁気特性が劣化する。

従って、従来の焼鈍方法によれば、巻鉄心１全体を短時
間で均一な温度に加熱することが困難であり、その結果
非晶質磁性合金薄板２の磁気特性が劣化して本来の優れ
た磁気特性を回復できないという問題がある。

［発明の目的］ 本発明は前記事情に基づいてなされたもので、非晶質磁
性合金薄板からなる巻鉄心に対する焼鈍を良好に行ない
、非晶質磁性合金薄板本来の優れた磁気特性が発揮でき
る巻鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明の巻鉄心の製造方法は非晶質磁性合金薄板を巻回
して矩形状に成形してなる巻鉄心を積厚方向に複数の層
に区分し、内側に位置する層のコーナー部の曲げ半径と
外側に位置する層のコーナー部の曲げ半径とを異せるこ
とにより、そのコーナー部に間隙部を形成して励磁コイ
ルを巻回し、この励磁コイルに高周波電流を通して巻鉄
心の各層を励磁し、この励磁に伴う損失により各層自身
を発熱させて焼鈍を行なうことを特徴とするもので、巻
鉄心全体を短時間で均一に温度上昇させて焼鈍を行なう
ことができる。

［発明の実施例］ 以下本発明を図面で示す実施例について説明する。第１
図及び第２図は本発明による巻鉄心の製造方法の一実施
例を示している。帯状をなす非晶質磁性合金薄板１２を
巻回して矩形状をなす巻鉄心１１を形成する。

この巻鉄心１１を形成する際に非晶質磁性合金薄板１２
を所定ターン数巻回する毎に区分して薄板積厚方向に複
数の巻鉄心層を形成する。実施例では内側巻鉄心層１１
ａと外側巻鉄心層１１ｂの二層の場合を示している。ま
たこの内側巻鉄心層１１ａと外側巻鉄心層１１ｂは変圧
器コイル１３を巻回しない各コーナー部の曲げ半径を異
ならせ内側巻鉄心層１１ａの曲げ半径が外側巻鉄心層１
１ｂの曲げ半径より大となるように構成して内側巻線層
１１ａと外側巻線層１１ｂとの間に間隙部１４を形成す
る。この間隙部１４は内側巻鉄心層１１ａを矩形状に巻
回成形後、各コーナー部の外側にステンレスや黄銅等の
金属或いは樹脂でできた断面略三角形状の筒体１５を当
てがい、その上に外側巻鉄心層１１ｂを巻回成形するこ
とにより容易に形成できる。尚、各巻鉄心層１１ａ、１
１ｂの積厚は各々５Ｑｍｍ以内として各層における外周
長と内周長が出来るだけ等しくなるようにする。次いで
巻鉄心１１の両方の脚゛部に各々変圧器コイル１３．１
３を巻回し、また巻鉄心１１の各コーナー部において、
例えば上部コーナー部においては外側巻鉄心層１１ｂに
、下部コーナー部においては内側巻鉄心ｆｆ１１１ａに
それぞれ筒体１５内の間隙部１４を通して励磁コイル１
６ａ、１６ｂを巻回する。この励磁コイル１６ａ、１６
ｂは上部と下部で互いに逆向きに巻回されるようにして
並列に接続し、後述する巻鉄心１１を励磁する際に各層
１１ａ、１１ｂを流れる磁束が互いに逆方向になって打
ち消すようにすることにより、変圧器コイル１３．１３
に誘起電圧が生じないようにする、これら励磁コイル１
６ａ１１６ｂは切換スイッチ１７を介して高周波交流電
源１８と直流電源１９に接続される。なお、図中２０は
高周波交流電源１８の電圧を調整する電圧調整器である
。

そして、巻鉄心１１の歪取り焼鈍を行なう場合には、巻
鉄心１１を不活性ガス雰囲気中に配置し、切換スイッチ
１７により励磁コイル１６ａ、１６ｂを高周波交流電源
１８へ接続し、電圧調整器２Ｏにより電圧を調整して励
磁コイル１６ａ、１６ｂに高周波電流を流す。この交流
電流は正弦波交流または基本波を５００Ｈｚ以上とする
歪波交流であり、周波数は５００Ｈｚ以上好ましくは１
〜４ＫＨｚに選定する。励磁コイル１６ａ、１６ｂに高
周波電流を流すと巻鉄心１１の区分された各層１１ａ、
１１ｂにおける非晶質磁性合金薄板１２に各々うず電流
が流れ、このうず電流に伴う電力１０失により非晶質磁
性合金薄板１２に熱が発生する。このため各層１１ａ、
１１ｂにおける非晶質磁性合金薄板１２は各々それ自身
の発熱により温度上昇する。各非晶質磁性合金薄板１２
の温度が適正な焼鈍温度４００℃まで上昇すれば、電圧
調整器２０で高周波電流の電圧を調整して温度４００℃
を一定時間保持する。その後、切換スイッチ１７の操作
で励磁コイル１６ａ、１６ｂを交流電源１８から直流電
源１つに切換え接続する。これにより、巻鉄心１１は交
流による励磁が停止され冷却を始めると同時に直流電源
１９から励磁コイル１６ａ、１６ｂに直流電流が流れて
巻鉄心１１に対して磁場を形成する。このようにして巻
鉄心１１を磁場中にて冷却し焼鈍処理を完了する。

なお、巻鉄心１１の焼鈍が終了した後は励磁コイル１６
ａ、１６ｂを巻鉄心１１の各層１１ａ、１１ｂから取り
外し、冷却用ダクトとして使用できるようにしておく。

しかして、このような方法で巻鉄心１１に焼鈍処理を行
なうと、巻鉄心１１の内外の各層１１ａ、１１ｂを個別
に高周波励磁して加熱するために巻鉄心１１全体の非晶
質磁性合金薄板１２を短時間で均一に焼鈍温度まで温度
上昇させることができる。

この点について更に詳細に説明する。第３図は巻鉄心全
体を１ブロツクとして励磁コイルを巻回し、この励磁コ
イルに高周波電流を流して巻鉄心を温度上昇させた場合
における励磁時間と鉄心各部表面の温度上昇との関係を
示す線図である。第４図は巻鉄心において温度を測定し
た箇所を示す説明図である。第４図においてイ点は巻鉄
心１１の内周面、０点は外周面である。なお巻鉄心１１
の寸法はａ＝１００ｍｍ、ｂ＝７５ｍｍ、ｃ＝３Ｑｍｍ
であり、鉄心重量は約２０ｋｑである。第３図によれば
巻鉄心１１を１ブロツクとして高周波励磁すると６０分
経過した時点において、巻鉄心１１の内周面イ点は約９
０℃まで温度上昇するが外周面０点では約４０℃までし
か温度上昇せず両者間に約５０℃の温度差があることが
判る。その主たる原因は、巻鉄心１１の外周面と内周面
とでは磁路の長さが異なり、これにより磁束密度の大き
さが異なって発生する鉄損が相違するためである。例え
ば第４図で示す巻鉄心１１の場合、外周面の磁路長さは
５７０ｍｍ、内周面の磁路長さは３５０ｍｍであり、外
周面と内周面の磁束密度の日は１：６であり、外周面の
方が大きい。これに対し本発明方法のように巻鉄心１１
を内外の複数層に区分して各々個別に高周波励磁を行え
ば、各層における内外周の磁路長さの差が小さいので、
発生する鉄損の差を小さくできる。第５図は第３図と同
様に励磁時間と鉄心各部表面の温度上昇との関係を示す
線図である。温度測定箇所、巻鉄心１１の寸法、重量は
第４図の場合とほとんど同じである。第５図によれば６
０分経過した時点で巻鉄心１１の内周面イ点は約２２０
℃、外周面０点は約２００℃まで温度上昇し、両点の温
度差が約２０℃と大変小さく、また４００℃程度に温度
上昇してもその温度差が約３０℃と大変小さくなってい
ることが判る。従って本発明方法によれば巻鉄心１１全
体の各部を均一な損失で発熱させることができる。しか
も巻鉄心１１のコーナー部を利用しているので巻鉄心１
１の寸法増大を招くこともない。

次に周波数条件について説明する。

合巻鉄心の鉄損による発生熱量が蓄積されたとした場合 Ｑ＝ＣＭ　（Ｔ　　−Ｔ２）・・・・・・（１）ここで Ｑ：巻鉄心焼鈍に必要な発熱４１（ｋｃａｌ）Ｃ：非晶
質磁性合金薄板の比熱（ｋｃａｌ／ｋｇ・℃）Ｍ：巻鉄
心重量（ｋｃａｌ） Ｔ１　：適正熱処理温度（”Ｃ） Ｔ２　：周囲温度（℃）（２０℃とする）（１）式によ
り、非晶質磁性合金薄板の比熱を０゜１１ｋＣａ１／ｋ
ｇ・℃とし、巻鉄心単位重但１ｋｃｌを４００℃の適正
焼鈍温度迄昇温させるに必要な熱量を求めると、Ｑ＝４
１．８ｋｃａ　ｌとなる。

この値は４８．６Ｗ−ｈ　（Ｗ：ワット、ｈ：時間）に
相当するから、２時間で４００℃に巻鉄心を湿度上昇さ
せるとすれば、鉄損２５／ｋＱが必要となる。

一方、非晶質磁性合金薄板のてっそんＰ（Ｗ／ｋｇ）は
、電流周波数をｆ、！１重密度をＢとした場合、 Ｐ　ｏｃｆ’　　−８”　・−・−・（２）で表わされ
る。

実験データでは、焼鈍前の巻鉄心の鉄損は、磁束密度１
．５テスラ、電流周波数５０Ｈｚの時に、０．５０Ｗ／
ｋｇである。

この時のｎおよびｍの値は、周波数および磁束密度の範
囲によっても異なるが、高周波鉄損特性からｎ＝１．３
〜１．７．ｍ＝１．８〜２．８と算定される。ここで、
周波数のべき乗ｎの最大値１．７乗を用いると、巻鉄心
を焼鈍するに必要な励磁用周波数は約５００Ｈｚとなる
。

すなわち、前記した条件で巻鉄心を温度上昇させるため
に必要な鉄損２５Ｗ／ｋａを得る場合には、周波数５０
０Ｈｚの交流電流を使用することになる。

このように鉄損の小さい非晶質磁性合金薄板を用いた巻
鉄心でも、５００Ｈｚ以上の周波数で励磁すれば、焼鈍
温度（約４００℃）まで加熱することが可能である。実
際には巻鉄心に全ての発生熱ｍが蓄積されるわけではな
く、その放熱囚に応じて磁束密度や周波数を適宜選定す
ることが必要である。

なお、前述した実施例では巻鉄心の各層に一対の励磁コ
イルを巻回した場合を示しているが、これに限らず１個
または３個以上の励磁コイルを巻回してもよい。

また、巻鉄心の各層に設けた励磁コイルは外側にいくほ
ど巻回数または電流値を増加することにより、外側の層
の発熱を高めるようにすることもできる。さらに間隙部
１４は巻鉄心１１全体を形成した後コーナー部に筒体１
５を挿入して形成してもよく、また筒体１５にあらかじ
め間隙部１４を通して励磁コイル用の導線を挿入してお
き、巻鉄心１１を形成後、両端を接続して励磁コイル１
６ａ、１６ｂを形成してもよい。またさらに、巻鉄心１
１を焼鈍した後に変圧器コイル１３．１３を組込むよう
にしてもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明の巻鉄心の製造方法によれば
、非晶質磁性合金薄板からなる巻鉄心を均一な温度分布
で温度上昇させて短時間で焼鈍を行なうことができるの
で、磁気特性に優れた巻鉄心を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法の一実施例を示す説明図、第
２図は第１図で示す巻鉄心の■−■線断面図、第３図は
巻鉄心を１ブロツクとして高周波励磁した場合における
巻鉄心各部の温度上昇を示性合金簿板の焼鈍特性を示す
線図、第７図は従来の巻鉄心焼鈍方法を示す説明図、第
８図は従来方法により焼鈍した場合における巻鉄心各部
の温度上昇を示す線図、第９図は第８図の線図における
巻鉄心各部の温度上昇測定点を示す説明図である。 １１・・・・・・巻鉄心、１１ａ・・・・・・内側巻鉄
心層、１１ｂ・・・・・・外側巻鉄心層、１２・・・・
・・非晶質磁性合金薄板、１３・・・・・・変圧器コイ
ル、１４・・・・・・間隙部、１５・・・・・・筒体、
１６ａ、１６ｂ・・・・・・励磁コイル、１７・・・・
・・切換スイッチ、１８・・・・・・高周波交流電源、
１９・・・・・・直流電源、２０・・・・・・電圧調整
器。 （７３１７）　　代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほ
か１名） 第　７図 第２図 第３図 励Ａ椿Ｍ（旬 第４閃 第５図 励、４埼間（４ｖ 第６図 第７１１０ 第８図 ＠−閂　（旬 第７図 手　　続　　補　　正　　書　く自発）ＷＲ１０ｓ　Ｏ
ゾロ、夕５１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）非晶質磁性合金薄板を矩形状に巻回してなる巻鉄
   心を薄板積厚方向に複数の層に区分し、各層のコーナー
   部に各々励磁コイルを巻回し、各励磁コイルに高周波電
   流を通して前記巻鉄心の各層を励磁し、この励磁に伴い
   前記各層に生ずる損失により前記各層自身を発熱させて
   焼鈍を行なうことを特徴とする巻鉄心の製造方法。