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

巻鉄心の製造方法

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JPS61181116A
JPS61181116A JP2083085A JP2083085A JPS61181116A JP S61181116 A JPS61181116 A JP S61181116A JP 2083085 A JP2083085 A JP 2083085A JP 2083085 A JP2083085 A JP 2083085A JP S61181116 A JPS61181116 A JP S61181116A
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JP
Japan
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wound core
wound
temperature
iron core
thin plate
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Pending
Application number
JP2083085A
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English (en)
Inventor
Satoshi Matsumoto
慧 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS61181116A publication Critical patent/JPS61181116A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/0206Manufacturing of magnetic cores by mechanical means
    • H01F41/0213Manufacturing of magnetic circuits made from strip(s) or ribbon(s)

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

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。
JP2083085A 1985-02-07 1985-02-07 巻鉄心の製造方法 Pending JPS61181116A (ja)

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JP2083085A JPS61181116A (ja) 1985-02-07 1985-02-07 巻鉄心の製造方法

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6394610A (ja) * 1986-10-09 1988-04-25 Mitsubishi Electric Corp 非晶質金属鉄心の製造方法
KR20150073797A (ko) * 2013-12-23 2015-07-01 주식회사 포스코 방향성 전기강판 제조방법
JP2016009792A (ja) * 2014-06-25 2016-01-18 東芝産業機器システム株式会社 巻鉄心
CN107292080A (zh) * 2016-04-12 2017-10-24 全球能源互联网研究院 特高压干式平波电抗器热点温升位置的评估方法

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