JPS6174315A - 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非晶質磁性合金薄板か
らなる鉄心に焼鈍を行なう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および積層鉄心の材料
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、　Ｃｏ、
　Ｎ１等）と半金属元素（Ｂ。

ｃ　、　ｓｉ、　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（損失）が１７３〜１／４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
極端に低下しておシ、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鉄心は、鉄
心組立後に歪取シ焼鈍を行なって非晶質磁性合金薄板の
歪を除去し、鉄損の減少などの非晶質磁性合金本来の磁
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。

しかして、この焼鈍を行なう場合には、次の点が重要で
ある。非晶質磁性合金薄板は焼鈍温度条件が狭く、鉄心
内部の温度分布が均一になるよう忙昇温しないと、熱応
力により磁気特性が低下して、その本来の優れた磁気特
性の回復を図ることができない。また、非晶質磁性合金
薄板は焼鈍後に脆化する性質があるので、焼鈍後におい
て鉄心を取扱う時に、非晶質磁性合金薄板が外力により
破損（割れや破片の発生）し、変圧器使用中に絶縁破壊
などを起すなどの虞れ°　があシ、鉄心の品質上好まし
くない。このため、鉄心を組立てる作業を焼鈍の前工程
に行ない、焼鈍後における組立て工程数を減少して、非
晶質磁性合金薄板に外力が加わる機会を減らすことが必
要である。この場合、鉄心に変圧器コイルを巻回する作
業は、鉄心に応力が加わる度合が大である。

従来、非晶質磁性合金薄板からなる鉄心の焼鈍は、外部
熱源により鉄心を加熱する方式が採用されている。すな
わち、第３図で示すように非晶質磁性合金薄板２からな
る鉄心１、例えば非晶質磁性合金薄板２を巻回してなる
巻鉄心に磁界印加用のコイル３を巻回し、この鉄心１を
電熱ヒータ（図示せず）を熱源とする恒温槽４の内部に
収容する。そして、直流電源５によりコイル３に直流電
流を通電して鉄心１に磁界を印加するとともに、電熱ヒ
ータの加熱により恒温槽４内部を所定の焼鈍温度に上昇
させて鉄心１を加熱することにより焼鈍を行なう。

非晶質磁性合金材料の焼鈍温度は、その種類によっても
異なるが、現在変圧器用鉄心材料として最も適切とされ
ているアライド社製肥ＴＧＬＡＳ　２６０５　Ｓ　２で
は、３９０〜４１０℃程度が適切である。また、焼鈍温
度保持時間は２時間程度が適切とされている。

しかしながら、このような焼鈍方法においては、鉄心１
は熱源である電熱ヒータの輻射熱により外部から加熱さ
れるので、鉄心内部まで良好に加熱されず、鉄心１表面
と内部の温度分布−が不均一になる。このため、鉄心１
の非晶質磁性合金薄板２は熱応力により磁気特性が低下
して、本来の磁気特性を回復することが困難である。ま
た、電熱ヒータにより鉄心１を所定の焼鈍温度すなわち
４００℃程度まで加熱するために、恒温槽４内部も同温
度まで昇温するので、仮シに変圧器コイルを巻回した鉄
心１を恒温槽４の内部に入れて焼鈍を行なうと、変圧器
コイルも一緒に外部から４００℃まで加熱される。

しかるに、一般に変圧器コイルの絶縁被覆に用いる絶縁
物は、耐熱性の限度が低く、４００℃の温度まで加熱さ
れると、絶縁物が損傷して実用性がなくなる。このため
、焼鈍前の゛工程で鉄心１に変圧器コイルを巻回して、
その後に焼鈍を行なうことは、変圧器コイルの破損を伴
うので困難であり、焼鈍後の工程で鉄心１に変圧器コイ
ルを巻回することになる。しかし、焼鈍後の鉄心１は非
晶質磁性合金薄板２の脆化現象を伴うので、焼鈍後に鉄
心１にコイルを巻回する組立作業を行なうと、非晶質磁
性合金薄板２が外力により破損する機会が増大して、鉄
心１の品質を低下させることになる。

しかして、最近非晶質磁性合金薄板からなる鉄心に巻回
したコイルに励磁用高周波電流を通して鉄心を励磁し、
この励磁により鉄心に生ずる損失で鉄心自身を発熱昇温
させて焼鈍する方法が開発されている。

この方法は変圧器コイルの巻回作業や変圧器中身の組立
作業の大部分を焼鈍の前工程として行なうことができ、
焼鈍により非晶質磁性合金薄板が脆化した後の鉄心の取
扱いを極力少なくして非晶質磁性合金薄板に外力が加わ
る機会を少なくできる利点がある。

しかしこの方法は高周波励磁により鉄心温度が高くなる
につれて鉄心の飽和磁束密度の低下及び透磁率の低下に
よって鉄心の損失が低下する現象が起きる。

第４図の線図は、周波数３　ｋＪ（ｚで鉄心を温度上昇
させた場合の鉄心温度と鉄損の関係を示している。第４
図よシ励磁周波数が一定であっても、鉄心製置が３００
℃以上になると鉄損が急激に減少することが認められる
。また鉄心の放熱量も増大する。このため鉄心の昇温速
度が遅くなることがある。

一方、鉄心の損失低下や放熱量を考慮して鉄心を励磁す
る励磁周波数を高く設定して鉄心における発生損失を増
大する方法が考えられるが、励磁周波数を高くしすぎる
と磁束の表皮効果によって鉄心内の温度分布が不均一に
なシ易く、これにより鉄心に対して適正な焼鈍ができな
いために鉄心の磁気特性が悪化するなどの問題点があっ
た。

〔発明の目的〕

本発明は前記の事情に鑑みなされたもので、非晶質磁性
合金薄板からなる鉄心に対して良好な焼鈍を効率良く行
ない、非晶質磁性合金本来の優れた磁気特性を充分発揮
できる品質の良い鉄心を得ることができる鉄心の製造方
法を提供するものである。

〔発明の概要〕

本発明の鉄心の製造方法は、非晶質磁性合金薄板からな
る鉄心に巻回したコイルに励磁用高周波電流を通して鉄
心を励磁し、この励磁に伴い鉄心に生ずる損失により鉄
心自身を発熱昇温させて焼鈍するに際して、コイルに通
す励磁用高周波電流の周波数を変化させて鉄心の発生損
失を増加させることにより、鉄心の昇温を効率良く行な
うようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例について説明する。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示すもので、
この実施例では非晶質磁性合金薄板を巻回してなる２組
の巻鉄心を並べ、各巻鉄心の中央脚部に共通に変圧器コ
イルを巻回したものを対象としている。巻鉄心１１は帯
状の非晶質磁性合金薄板１２を矩形状に巻回して形成す
る。

そして、巻鉄心１１を焼鈍する前工程において、巻鉄心
１１を並べてその中央の脚部に共通に変圧器コイル１３
を巻回する。各巻鉄心１１の外側の脚部には励磁用高周
波電流を流すための仮巻コイル１４を夫々巻回（仮巻）
する。これら仮巻コイル１４は互いに巻回方向を逆にし
て巻回し、切換スイッチ１５を介して高周波交流電源１
６と直流電源１７に夫々接続する。図中１８は高周波交
流電源１６の電圧を調整する電圧調整器である。１９は
交流電源１６の周波数を可変できるインバータ装置で、
励磁周波数を巻鉄心１１の発生損失に応じて可変調整す
るものである。

ここで、仮巻コイル１４は巻回数に応じた電圧が加わる
ために巻回数を少なくして絶縁耐力上問題のない巻回数
を選定する。

巻鉄心１ノの焼鈍を行なうに際しては、切換スイッチ１
５により仮巻コイル１４を高周波交流電源１６側へ接続
し、電圧調整器１８によりミ圧を調整して仮巻コイル１
４に励磁用の高周波電流を通す。この励磁周波数は例え
ば２〜４ｋＨｚに選定する。仮巻；イル１４に高周波を
通すと磁束の発生により巻鉄心１１にうず電流が流れ、
このうず電流に伴う電力損失によって巻鉄心１１にジュ
ール熱が発生する。これにより巻鉄心１ノはそれ自身の
内部発熱により加熱されて温度上昇する。この場合高周
波励磁により巻鉄心１ノ自身に発生する損失は、巻鉄心
１１の温度上昇が３００℃程度迄はほとんど変化しない
が、これ以上の温度になると巻鉄心１１の飽和磁束密度
の低下あるいは透磁率の低下によって鉄損が低下する現
象が生じるー。そこで巻鉄心１１約３００℃の温度に上
昇したところで、インバータ装置１９により励磁周波数
を高くして仮巻コイル１４に供給するようにし、これに
より巻鉄心１１における発生損失の均一化を図る。巻鉄
心１ノの温度が非晶質磁性合金薄板１２の適正焼鈍温度
の４００℃まで上昇すれば、電圧調整器１８を操作して
交流電源１６の電圧を調整することにより、巻鉄心１１
の温度４００℃を適正な保持時間で一定に保持する。こ
の保持時間は３０分から２時間である。なお、仮巻コイ
ル１４を互いに逆極性に接続しであるので、仮巻コイル
１４に交流電流を流して巻鉄心１１を励磁した時に、巻
鉄心１１の中央側脚部における磁束の方向が互いに逆向
きになり、この中央側脚部に巻回した変圧器コイル１３
には磁束による誘起電圧が生じない。また、仮巻コイル
１４を互いに逆直列に接続しても同じ効果が得られる。

次いで、切換スイッチ１５の切換操作により仮巻フィル
１４を交流電源１６側から直流電源１７側へ切換接続す
る。これにより、仮巻コイル１４による巻鉄心１１の高
周波励磁がなくなって、巻鉄心１１が冷却を始める。同
時に直流電源１７から直流電流が仮巻コイル１４に流れ
、巻鉄心１１１／Ｃ対して磁場を形成する。このように
して巻鉄心１１を磁場中にて冷却する。焼鈍後に仮巻コ
イル１４を巻鉄心１１から外して作業を終了する。

ことで鉄心を高周波励磁により鉄心を焼鈍する場合にお
いて、鉄心の発熱による昇温について説明する。

非晶質磁性合金薄板の鉄損Ｐ　（Ｗ／ｋｇ）は、励磁周
波数をｆ、ｍ束密度をＢとした場合、ｐ　ｏｅ　ｆｎ　
−Ｂｍ　　　　　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（１）で表わされる。実験データではこの（１）式
のｎ及びｍの瞳は、周波数および磁束密度の範囲によっ
ても異なるが、ｎ　”　１．３〜１．７　、　ｍ＝１．
８〜２．８と算出された。従って周波数が高くなれば鉄
損を増大できることがわかる。

第２図の線図は、磁束密度１．０テスラとして一定にし
周波数条件を変化させて鉄心の温度を上昇させた実験結
果を示している。第２図において実線は周波数４　ｋＨ
ｚで励磁した場合、破線は周波数３　ｋＨｚで励磁した
場合、一点鎖＆！は周波数２　ｋＨｚで励磁した場合を
夫々示している。

周波数４　ｋＨｚの場合には約１５分で鉄心を焼鈍温度
の４００℃に上昇できるのに対し周波数２ｋＨｚｏ＠合
は約１００分も要している。

このように鉄心を励磁する周波数を高く選定することで
焼鈍時間の短縮を図ることができる。

しかしながら一方では、前述のように励磁周波数を高く
すると鉄心に磁束の表皮効果が生じやすくしかも昇温過
程において鉄心からの放熱があるので、鉄心内の温度分
布が不均一になシやすい。また励磁周波数を一定にして
も鉄心の温度が３００℃以上になると鉄損が急激に低下
する現象もある。

、これらの現鷹を考慮して本発明方法では、巻鉄心１ノ
の昇温過程において励磁周波数をインバータ装置１９に
よって変化させることにより、損失を順次増大させて巻
鉄心１１を焼鈍する。

すなわち、励磁による巻鉄心１１の昇温過程の初期は巻
鉄心１１からの放熱量が少ないため励磁周波数を低くし
て磁束の表皮効果による鉄心内外の温度差の少ない状態
で昇温し、巻鉄心１１の昇＠に伴なって鉄心からの放熱
量に見合った量の鉄損を増加させるために励磁周波数を
順次高くする。さらに鉄心温度が３００℃以上になった
時点からは、巻鉄心１１の温度上昇による鉄損の低減分
すなわち巻鉄心１１の飽和磁束密度の低下及び透磁率の
低下による損失と、放熱量の増大に見合った熱量に相当
する損失分の合計分に相当させて励磁周波数を上昇させ
損失を増加する。

一具体例では鉄心励磁の初期は励磁周波数２ｋＨｚで巻
鉄心１ノを昇温させ、巻鉄心の温度上昇に伴なって励磁
周波数を順次増大させ、鉄心温度が３００〜３５０℃に
上昇した時点の励磁周波数が４　ｋＨｚになるよう調整
した。この結果、周波数３　ｋＨｚ、一定で焼鈍した場
合に比較して巻鉄心１１を短時間に昇温でき、且つ鉄心
内の温度分布も均一化できること、が認められた。

なお、前述した実施例では巻鉄心を高周波励磁するため
に、巻鉄心に仮巻した仮巻コイルを用すているが、これ
に限定されず巻鉄心に巻回した変圧器コイルを利用して
も良い。但し、この場合高圧用では変圧器コイルの絶縁
の問題が生じるので、低圧用の変圧器に採用することが
可能である。

また、巻鉄心を冷却する時に巻鉄心に直流磁界を付与す
るためには仮巻コイルを利用する方法の他Ｋ、変圧器コ
イルを利用することも可能であシ、さらに巻鉄心を加熱
させる過程から巻鉄心に直流磁界を付与することも可能
である。

焼鈍を行なう鉄心は巻鉄心に限定されず、非晶質磁性合
金薄板を積層してなる積層鉄心も対象にして同等の効果
を得ることができる。

焼鈍を行なう場合には、鉄心に変圧器コイルを巻回して
おくことが品質上および製造上有利である。しかし必ず
しもこれに限らず、鉄心に変圧器コイルを巻回しないで
焼鈍することも可能である。

なお、本実施例では巻鉄心を２組用いたものを対象とし
たが、この他、三相エバンス巻鉄心や５脚巻鉄心にも適
用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の鉄心の製造方法によれば、
鉄心を高周波励磁するに際して、励磁周波数を鉄心の昇
温過程で変化させ、昇温初期では励磁周波数を低くして
、磁束の表皮効果による鉄心内外の温度差の少ない状態
で昇温することにより鉄心内の温度分布がより一層均−
化でき、また高温時には励磁周波数を高めて鉄損の低減
や放熱による損失を補うことによう短時間に昇温できる
。従って、非晶質磁性合金薄板からなる鉄心を良好且つ
能率良く焼鈍して磁気特性に優れた高品質の鉄心を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による鉄心の製造方法を示す
説明図、第２図は鉄心に対する励磁周波数と鉄心温度と
の関係を示す線図、第３図は従来の鉄心の焼鈍方法を示
す説明図、第４図は鉄心の温度と鉄損の関係を示す線図
である。 １１・・・巻鉄心、１２・・・非晶質磁性合金薄板、１
３・・・変圧器コイル、１４・・・仮巻コイル、１５・
・・切換スイッチ、１６・・・交流電源、１７・・・直
流電源、１８・・・電圧調整器、１９・・・インバータ
装置。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 通電時間（分） 第　３　図 第４図 温度（＠Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非晶質磁性合金薄板からなる鉄心に巻回したコイルに励
   磁用高周波電流を通して前記鉄心を励磁し、この励磁に
   伴ない前記鉄心に生ずる損失により鉄心自身を発熱させ
   て焼鈍するに際し、前記コイルに通す励磁用高周波電流
   の周波数を変化させて前記鉄心の発生損失を増加させる
   ことを特徴とする鉄心の製造方法。