JPS6122023B2 - - Google Patents
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- JPS6122023B2 JPS6122023B2 JP54067467A JP6746779A JPS6122023B2 JP S6122023 B2 JPS6122023 B2 JP S6122023B2 JP 54067467 A JP54067467 A JP 54067467A JP 6746779 A JP6746779 A JP 6746779A JP S6122023 B2 JPS6122023 B2 JP S6122023B2
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Description
本発明は主として電力用変圧器の鉄心として用
いられる非晶質合金に関するものである。 電力用変圧器の鉄心材料として要求される磁気
特性としてはまず、励磁特性が良好で、鉄損の低
いことが必要である。前者は材料の飽和磁束密度
と透磁率の高いことを要求する。又後者は鉄損を
構成するヒステリシス損および渦電流損のうち、
ヒステリシス損を下げるために純度の高いもの、
欠陥の少ないもの、内部応力の分布の少ないこと
が必要で、多結晶体では容易軸をそろえることが
有利である。渦電流損を低くするためには、材料
の電気抵抗が高く板厚の薄いものが好ましい。 このような要求を満す材料として、今日まで配
向性けい素鋼の薄帯が用いられてきている。配向
性けい素鋼帯において各結晶粒の磁化容易軸は圧
延方向を向いているため、同方向に対する励磁特
性。鉄損特性はきわめて良好である。しかそ原料
が安価なため他の磁心材料（たとえばFe−Ni合
金、Fe−Co合金）の追従を長く許さなかつた。 最近、高温の溶融状態から超急冷して、液体と
同じようなランダム（非周期）構造をもつ、非晶
質体を作る方法が開発された。このような非晶質
合金の号に、強磁性を有するものが数多く見いだ
された。 非晶質合金は結晶構造をもたないため、磁性は
原理的に異方性がなくソフトで電気抵抗が高く、
また板厚の薄いものが直接つくられるため、本質
的に鉄損が低く、当初から鉄心材料としての期待
がもたれた。しかしながら非晶質化しやすい組成
はいずれもFeなど強磁性金属の他に20at％前後
の半金属（Ｐ，Ｂ，Si，Ｃなど）を含むため、飽
和磁束密度が大巾に低下してしまう。この理由か
ら低磁束密度で使用される電子機器用トランスと
しての潜在的用途が主として考えられてきた。 ところが最近、Fe−Ｂ系の非晶質合金はそれ
までの非晶質に比べて飽和磁束密度が高く16kG
程度であることが見い出された。さらにFe−Ｂ
−Ｃ系では17kGにのぼることが報告されてい
る。この値は３％けい素鉄の20kGに比べればま
だ低いが、低鉄損のメリツトを生かすことによつ
て、けい素鉄と競合し得るものと期待されるまで
になつた。 低鉄損性の大きな長所にもかかわらず、従来の
非晶質合金にはいくつかの大きな欠点がある。な
かでも励磁特性に問題がある。励磁特性はなるべ
く少ない電流で所定の磁束密度を得ることをもつ
て良しとする。励磁特性のよい材料は鉄心の設計
磁束密度を上げて１次巻線の数を減らすことがで
きるので経済的である。 第１図は代表的な高磁束密度非晶質合金と３％
けい素鉄の50Hzの交流磁化曲線を示す。非晶質合
金はいずれも低磁束密度側の透磁率は高いが、磁
化力が大きくなるとけい素鉄の方が高くなること
が分る。変圧器の設計に当り、設定される鉄心の
磁束密度は用いられる材料の飽和磁束密度の80〜
90％程度である。この数値は電圧変動によつて生
ずる過大電流の危険性を考慮したものである。 けい素鋼を用いる場合、変圧器の設計磁束密度
は17kG付近にとることが多い。これは飽和磁束
密度のほぼ85％である。けい素鋼の現時点におけ
る最高級品オリエントコアハイビー（新日本製鉄
株式会社製方向性電磁鋼板商標）のZ6Hでは
17kGを与える磁化力は0.5エルステツド（Oe）程
度である。したがつて透磁率μは34000となる。 一方非晶質合金の代表Fe0.8B0.2を飽和磁束密
度の85％（約14kG）に磁化するに要する磁化力
は20Oe（μ700）とけい素鋼の40倍も大きい。
したがつて１次電圧を変えずにFe0.8B0.2を14kG
で使用する場合、鉄心断面積を増して上記けい素
鋼の場合と同じ磁束を確保した場合でも励磁電流
は透磁率の比に逆比例して40倍も流れることにな
る。励磁電流を下げる必要から現状の非晶質合金
では設計磁束密度をさらに下げて１次巻数を増や
すことになるがこれは銅線コスト、銅損を共に増
大させる。 本発明は、上述の観点から、公知の高飽和磁束
密度非晶質合金の励磁特性に関する欠点を大巾に
改善し、かつ飽和磁束密度は高水準（＞
15.5kG）維持した主として電力用トランス材料
として使用される非晶質合金に関するもので次の
組成を有する。 すなわち FeaNibSicBd ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１，ｂ 0.01〜0.10 ｃ 0.01〜0.10、ｄ 0.08〜0.17 かつｃ＋ｄ
0.12〜0.18である。 本発明の合金組成はすでに開示されている特開
昭49−91014号公報記載の特別な組合せである
が、上記組成範囲においてはじめて電力用トラン
ス材として要求される種々の磁気特性が満足され
るものである。たとえばすでに開示されている高
飽和磁束密度非晶質合金、たとえばFe−Ｂ，Fe
−Ｂ−Ｃ，Fe−Si−Ｂ系合金に比べて本発明の
組成を有する非晶質合金は、実用される磁束密度
付近（13kGとする）の透磁率が大巾に改良さ
れてきわめて高い値を示す。表１は本発明の組成
を有する非晶質合金および比較材の13kGにおけ
る透磁率を飽和磁束密度と共に示す。透磁率に関
して本発明の非晶質合金が高くすぐれていること
が明らかである。即ち飽和磁束密度が比較材と比
べて同等ないしわずかに低いにもかかわらず、実
用的には高い設計磁束密度を採りうることを示し
ている。 以下に成分範囲を規定した理由を述べる。 Niは0.01以下では透磁率の改善がわずかで、実
質的なメリツトはほとんどなく、また0.1以上で
は飽和磁束密度が低くなり過ぎ、その結果Ｂ＝
13kGにおける平均透磁率も低くなる。 Si，Ｂ量のバランスは非晶質化の容易性と飽和
磁束密度の兼ね合いから規定されている。SiとＢ
量の和が0.10以下では非晶質化が困難であり0.18
以上では飽和磁束密度が低くなりすぎ、本発明が
目的とする良好な励磁特性を有する材料を得るこ
とが難しい。同様にＢが0.08以下では非晶質化が
困難で、0.17以上は励磁特性が要求を満さない。
Siは非昌質化と熱的安定性の向上成分として、励
磁特性を損わない範囲0.01〜0.10に規定した。 電力用トランス材料として実用される場合には
所定の寸法（巾、長さ）が要求される。比較的小
型の配電用トランスの場合でも、少なくとも10cm
巾が必要である。本発明の非晶質合金組成は磁気
特性のみならず、非晶質形成能に関しても充分に
実験検討を加えた上で結論されたものである。 次に本発明の組成を有する非晶質合金の製造方
法について述べる。本発明の非晶質合金は液体急
冷法、つまり溶融状態にある合金を細いノズル孔
より噴出せしめ、高速で回転する冷却ドラム、ロ
ールなどの表面にて105deg／sec程度の高速で急
速に凝固せしめ、テープ状の製品を造る方法なら
ば特定の方法にこだわらない。たとえば、公知の
遠心急冷法、片ロール法、双ロール法など長尺の
テープ状製品が製造可能ないずれの方法によつて
もよい。 次に実施例にもとづいて説明する。 実施例 第１表に示すような組成を有する合金を前もつ
てアルゴン中で高周波溶解し石英管にて吸上げ凝
固させたものを母合金とした。非晶質の製造はい
わゆる片ロール法に依つた。 製造されたテープの厚みは20〜50μｍの範囲に
あつた。急冷ままのテープは、250〜400℃の間の
適当な温度で30分〜60分、アルゴン中又は真空中
で焼鈍した。 代表的な組成の磁気特性を比較例と共に第１表
に示した。本発明の組成はＢ＝13kGにおける透
磁率が比較材に比べて高く、電力用トランス材料
として優れていることがわかる。
いられる非晶質合金に関するものである。 電力用変圧器の鉄心材料として要求される磁気
特性としてはまず、励磁特性が良好で、鉄損の低
いことが必要である。前者は材料の飽和磁束密度
と透磁率の高いことを要求する。又後者は鉄損を
構成するヒステリシス損および渦電流損のうち、
ヒステリシス損を下げるために純度の高いもの、
欠陥の少ないもの、内部応力の分布の少ないこと
が必要で、多結晶体では容易軸をそろえることが
有利である。渦電流損を低くするためには、材料
の電気抵抗が高く板厚の薄いものが好ましい。 このような要求を満す材料として、今日まで配
向性けい素鋼の薄帯が用いられてきている。配向
性けい素鋼帯において各結晶粒の磁化容易軸は圧
延方向を向いているため、同方向に対する励磁特
性。鉄損特性はきわめて良好である。しかそ原料
が安価なため他の磁心材料（たとえばFe−Ni合
金、Fe−Co合金）の追従を長く許さなかつた。 最近、高温の溶融状態から超急冷して、液体と
同じようなランダム（非周期）構造をもつ、非晶
質体を作る方法が開発された。このような非晶質
合金の号に、強磁性を有するものが数多く見いだ
された。 非晶質合金は結晶構造をもたないため、磁性は
原理的に異方性がなくソフトで電気抵抗が高く、
また板厚の薄いものが直接つくられるため、本質
的に鉄損が低く、当初から鉄心材料としての期待
がもたれた。しかしながら非晶質化しやすい組成
はいずれもFeなど強磁性金属の他に20at％前後
の半金属（Ｐ，Ｂ，Si，Ｃなど）を含むため、飽
和磁束密度が大巾に低下してしまう。この理由か
ら低磁束密度で使用される電子機器用トランスと
しての潜在的用途が主として考えられてきた。 ところが最近、Fe−Ｂ系の非晶質合金はそれ
までの非晶質に比べて飽和磁束密度が高く16kG
程度であることが見い出された。さらにFe−Ｂ
−Ｃ系では17kGにのぼることが報告されてい
る。この値は３％けい素鉄の20kGに比べればま
だ低いが、低鉄損のメリツトを生かすことによつ
て、けい素鉄と競合し得るものと期待されるまで
になつた。 低鉄損性の大きな長所にもかかわらず、従来の
非晶質合金にはいくつかの大きな欠点がある。な
かでも励磁特性に問題がある。励磁特性はなるべ
く少ない電流で所定の磁束密度を得ることをもつ
て良しとする。励磁特性のよい材料は鉄心の設計
磁束密度を上げて１次巻線の数を減らすことがで
きるので経済的である。 第１図は代表的な高磁束密度非晶質合金と３％
けい素鉄の50Hzの交流磁化曲線を示す。非晶質合
金はいずれも低磁束密度側の透磁率は高いが、磁
化力が大きくなるとけい素鉄の方が高くなること
が分る。変圧器の設計に当り、設定される鉄心の
磁束密度は用いられる材料の飽和磁束密度の80〜
90％程度である。この数値は電圧変動によつて生
ずる過大電流の危険性を考慮したものである。 けい素鋼を用いる場合、変圧器の設計磁束密度
は17kG付近にとることが多い。これは飽和磁束
密度のほぼ85％である。けい素鋼の現時点におけ
る最高級品オリエントコアハイビー（新日本製鉄
株式会社製方向性電磁鋼板商標）のZ6Hでは
17kGを与える磁化力は0.5エルステツド（Oe）程
度である。したがつて透磁率μは34000となる。 一方非晶質合金の代表Fe0.8B0.2を飽和磁束密
度の85％（約14kG）に磁化するに要する磁化力
は20Oe（μ700）とけい素鋼の40倍も大きい。
したがつて１次電圧を変えずにFe0.8B0.2を14kG
で使用する場合、鉄心断面積を増して上記けい素
鋼の場合と同じ磁束を確保した場合でも励磁電流
は透磁率の比に逆比例して40倍も流れることにな
る。励磁電流を下げる必要から現状の非晶質合金
では設計磁束密度をさらに下げて１次巻数を増や
すことになるがこれは銅線コスト、銅損を共に増
大させる。 本発明は、上述の観点から、公知の高飽和磁束
密度非晶質合金の励磁特性に関する欠点を大巾に
改善し、かつ飽和磁束密度は高水準（＞
15.5kG）維持した主として電力用トランス材料
として使用される非晶質合金に関するもので次の
組成を有する。 すなわち FeaNibSicBd ここでａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１，ｂ 0.01〜0.10 ｃ 0.01〜0.10、ｄ 0.08〜0.17 かつｃ＋ｄ
0.12〜0.18である。 本発明の合金組成はすでに開示されている特開
昭49−91014号公報記載の特別な組合せである
が、上記組成範囲においてはじめて電力用トラン
ス材として要求される種々の磁気特性が満足され
るものである。たとえばすでに開示されている高
飽和磁束密度非晶質合金、たとえばFe−Ｂ，Fe
−Ｂ−Ｃ，Fe−Si−Ｂ系合金に比べて本発明の
組成を有する非晶質合金は、実用される磁束密度
付近（13kGとする）の透磁率が大巾に改良さ
れてきわめて高い値を示す。表１は本発明の組成
を有する非晶質合金および比較材の13kGにおけ
る透磁率を飽和磁束密度と共に示す。透磁率に関
して本発明の非晶質合金が高くすぐれていること
が明らかである。即ち飽和磁束密度が比較材と比
べて同等ないしわずかに低いにもかかわらず、実
用的には高い設計磁束密度を採りうることを示し
ている。 以下に成分範囲を規定した理由を述べる。 Niは0.01以下では透磁率の改善がわずかで、実
質的なメリツトはほとんどなく、また0.1以上で
は飽和磁束密度が低くなり過ぎ、その結果Ｂ＝
13kGにおける平均透磁率も低くなる。 Si，Ｂ量のバランスは非晶質化の容易性と飽和
磁束密度の兼ね合いから規定されている。SiとＢ
量の和が0.10以下では非晶質化が困難であり0.18
以上では飽和磁束密度が低くなりすぎ、本発明が
目的とする良好な励磁特性を有する材料を得るこ
とが難しい。同様にＢが0.08以下では非晶質化が
困難で、0.17以上は励磁特性が要求を満さない。
Siは非昌質化と熱的安定性の向上成分として、励
磁特性を損わない範囲0.01〜0.10に規定した。 電力用トランス材料として実用される場合には
所定の寸法（巾、長さ）が要求される。比較的小
型の配電用トランスの場合でも、少なくとも10cm
巾が必要である。本発明の非晶質合金組成は磁気
特性のみならず、非晶質形成能に関しても充分に
実験検討を加えた上で結論されたものである。 次に本発明の組成を有する非晶質合金の製造方
法について述べる。本発明の非晶質合金は液体急
冷法、つまり溶融状態にある合金を細いノズル孔
より噴出せしめ、高速で回転する冷却ドラム、ロ
ールなどの表面にて105deg／sec程度の高速で急
速に凝固せしめ、テープ状の製品を造る方法なら
ば特定の方法にこだわらない。たとえば、公知の
遠心急冷法、片ロール法、双ロール法など長尺の
テープ状製品が製造可能ないずれの方法によつて
もよい。 次に実施例にもとづいて説明する。 実施例 第１表に示すような組成を有する合金を前もつ
てアルゴン中で高周波溶解し石英管にて吸上げ凝
固させたものを母合金とした。非晶質の製造はい
わゆる片ロール法に依つた。 製造されたテープの厚みは20〜50μｍの範囲に
あつた。急冷ままのテープは、250〜400℃の間の
適当な温度で30分〜60分、アルゴン中又は真空中
で焼鈍した。 代表的な組成の磁気特性を比較例と共に第１表
に示した。本発明の組成はＢ＝13kGにおける透
磁率が比較材に比べて高く、電力用トランス材料
として優れていることがわかる。
【表】
第１図は高磁束密度非晶質合金と３％けい素鉄
の50Hz交流磁化曲線を示す図表である。
の50Hz交流磁化曲線を示す図表である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ FeaNibSicBdなる組成をもつトランス鉄心用
非晶質合金。 ただしａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１ ｂ 0.01〜0.10（原子数比） ｃ 0.01〜0.10 ｄ 0.08〜0.17 かつ ｃ＋ｄ 0.12〜0.18
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6746779A JPS55161048A (en) | 1979-06-01 | 1979-06-01 | Amorphous alloy for transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6746779A JPS55161048A (en) | 1979-06-01 | 1979-06-01 | Amorphous alloy for transformer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55161048A JPS55161048A (en) | 1980-12-15 |
| JPS6122023B2 true JPS6122023B2 (ja) | 1986-05-29 |
Family
ID=13345779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6746779A Granted JPS55161048A (en) | 1979-06-01 | 1979-06-01 | Amorphous alloy for transformer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS55161048A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59150404A (ja) * | 1983-02-08 | 1984-08-28 | Toshiba Corp | 電磁気装置 |
| JPS59107062A (ja) * | 1983-11-28 | 1984-06-21 | Toshiba Corp | 低損失非晶質合金 |
| JP4636365B2 (ja) * | 2004-07-05 | 2011-02-23 | 日立金属株式会社 | Ｆｅ基非晶質合金薄帯および磁心体 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3856513A (en) * | 1972-12-26 | 1974-12-24 | Allied Chem | Novel amorphous metals and amorphous metal articles |
| JPS5173920A (ja) * | 1974-12-24 | 1976-06-26 | Tohoku Daigaku Kinzoku Zairyo | |
| JPS5335618A (en) * | 1976-09-16 | 1978-04-03 | Tohoku Daigaku Kinzoku Zairyo | High permeability amorphous alloy with high magnetic flux density and large rectangular form ratio |
-
1979
- 1979-06-01 JP JP6746779A patent/JPS55161048A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3856513A (en) * | 1972-12-26 | 1974-12-24 | Allied Chem | Novel amorphous metals and amorphous metal articles |
| JPS5173920A (ja) * | 1974-12-24 | 1976-06-26 | Tohoku Daigaku Kinzoku Zairyo | |
| JPS5335618A (en) * | 1976-09-16 | 1978-04-03 | Tohoku Daigaku Kinzoku Zairyo | High permeability amorphous alloy with high magnetic flux density and large rectangular form ratio |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55161048A (en) | 1980-12-15 |
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