TWI359428B - Amolphous distribution transformers - Google Patents

Description

1359428 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關具備由非晶質合 繞線之變壓器，尤其是有關以鐵心 特徵之配電用非晶質變壓器。 【先前技術】 習知以來，使用非晶質合金來 變壓器係爲眾所皆知的。其係層疊非 曲爲U字狀，使兩前端部接合或重 在與使用習知之電磁鋼板的變壓器相 更小。 然而，就捲鐵心的構造而言，當 力，由於以該應力爲原因而使磁氣特 心施予磁場中的燒鈍處理，必須解放 然此點在非晶質合金及電磁鋼板中都 在非晶質合金中，藉由進行燒鈍處理 始再結晶化，而此係會招致脆化。此 金組成必須維持一定關係，在習知材 2605 SA1中，係爲進行超過3 3 0°C，. 以上的燒鈍。又在專利文獻1 (日本书 報）中係採用單獨的式子，決定其燒# 【發明內容】 薄帶所構成的鐵心及 質及鐵心燒鈍處理爲 爲鐵心材料之非晶質 晶質合金薄帶後再彎 疊，以構成捲鐵心， 較，可以使鐵損變得 彎曲材料時會產生應 性惡化，因此在對鐵 應力以改善特性。雖 是同樣須要的，但是 ，促使原材料內部開 時，燒鈍條件係與合 料之 Metglas(R) 1燒鈍時間爲3 0分鐘 t開昭5 8 - 3 4 1 6 2號公 ί條件。 -5- 1359428 雖然本案申請人之一人開發出利用與習知之一般材料 不同的組成，使飽和磁通密度爲高，且更低損失之非晶質 合金，並進行專利申請中，但是關於這個新材料的專利 案，係主要針對組成加以敘述，對於詳細的燒鈍條件並未 觸及。但是，由於組成不同，上述非晶質合金係有可能不 同於習知的燒鈍。 因此，在本發明中，係對於新材料選定了最適合的燒 鈍條件，並以提供較習知之採用非晶質合金的變壓器更低 損失的配電用非晶質變壓器爲目的。 本發明係針對具備由非晶質合金薄帶所構成之鐵心及 繞線之配電用非晶質變壓器，前述鐵心係被施予燒鈍處 理’以使鐵心成形後之燒鈍時的鐵心中心部溫度爲3 00〜 3 40°C，而且達到〇_5h以上的保持時間之配電用非晶質變 壓器。 又本發明之前述鐵心係使鐵心成形後之燒鈍時的磁場 強度爲800A/m以上之配電用非晶質變壓器。 再者，本發明之前述非晶質合金薄帶，係使非晶質合 金藉由合金組成FeaSibBcCd(Fe爲鐵、Si爲矽、B爲硼、 C爲碳）加以表示，並且由原子％爲 80SaS83%、0 < b$5%、12Sc$18%、0.01Sd$3%及不可避的雜質力[I以構 成者爲佳，若是利用該組成之非晶質合金薄帶的話，可以 得到高Bs及角形性優，即使燒鈍溫度爲低也可以得到特 性較習知材料更優的鐵心。當測量非晶質合金薄帶的自由 面及滾壓面之從表面到內部的C濃度分布時，以在2〜 -6- 1359428 20nm深度範圍內存在有C濃度分布的峰値者作爲配電用 非晶質變壓器用的非晶質合金薄帶爲佳。 以下說明限定組成的理由。爲了簡單化，在以下記載 爲％者係爲表示原子％。 當Fe量a少於80%時，就鐵心材料而言，無法得到 充分的飽和磁通密度，又在超過83 %以上的話會降低熱安 定性’而無法製得穩定的非晶質合金薄帶。再者，即使利 • 用Co、Ni之1種或2種元素置換Fe量的50%以下亦可， - 爲了得到高飽和磁通密度，將Co的置換量爲40%以下， ' Ni的置換量爲10%以下爲佳。

Si量b係爲有助於非晶質生成能力的元素，爲了提 高飽和磁通密度，以5%以下爲佳。 B量c係爲最有助於非晶質生成能力的元素，未滿 8%的話則使熱安定性降低，但即使添加超過18%的話， 也不見非晶質生成能力等的改善效果。又，對於保持高飽 • 和磁通密度之非晶質的熱安定性而言，以1 2%以上爲佳。 C係具有提高角形性及飽和磁通密度的效果，在C量 d未滿0.01 %的話，幾乎沒有效果，但較3%更多時會造成 脆化及降低熱安定性。 又也可以含有0.01〜5%的Cr、Mo、Zr、Hf、Nb之1 種以上的元素，選自含有0.50%以下的Μη' S、P、Sn、 Cu、A1、Ti之至少1種以上的元素來作爲不可避免的雜 質亦可。 再者，本發明之前述非晶質合金薄帶，係爲使原子％ -7- 1359428 所表示之Si量b及C量d滿足bS(0.5xa-36)xd1/3之配電 · 用非晶質變壓器。 ‘ 又本發明係爲使前述非晶質合金薄帶在退火後之飽和 磁通密度爲1.60T以上之配電用非晶質變壓器。 再者’本發明係爲使前述鐵心在退火後之外部磁場 8 OA/m的磁通密度爲1.5 5T以上之配電用非晶質變壓器。 進一步本發明係爲使前述鐵心在退火後之磁通密度 1.4T、頻率5 0Hz的環形試料之鐵損w14/5。爲〇.28W/ICg φ 以下之配電用非晶質變壓器。 _ 又本發明係爲使前述鐵心在退火後之破壞應變 - (fracture strain)s爲0.020以上之配電用非晶質變壓器。 若是根據本發明的話，針對利用不同於習知的一般材 料之FeSiBC(Fe爲鐵、Si爲矽、B爲硼、C爲碳）的組 成，使飽和磁束密束爲高，且更低損失的非晶質合金，可 以提供由即使燒鈍溫度爲低也能夠使特性較習知材料更優 之鐵心所構成之配電用非晶質變壓器》 Φ 【實施方式】 以下，針對用以實施本發明之最佳形態加以說明。 針對本發明之配電用非晶質變壓器的實施例，參照圖 面加以說明。 [實施例1] 以下，說明實施例1。本實施例之配電用非晶質變壓 -8- 1359428 器，其係具備：層疊非晶質合金薄帶後彎曲爲u字狀， 並接合或重疊兩前端之鐵心、及繞線。 用於本實施例的鐵心之非晶質合金薄帶，係使非晶質 合金藉由合金組成FeaSibBcCd(Fe爲鐵、Si爲矽、B爲 硼、C爲碳）加以表示，並且由原子％爲80Sa$83%、0< b$5%、12 ScS 18%、0.01 Sd S 3%及不可避的雜質加以構 成，而且當測量非晶質合金薄帶的自由面及滾壓面之從表 面到內部的C濃度分布時，在2〜20nm深度範圍內存在 有C濃度分布的峰値。再者，鐵心成形後之燒鈍時的鐵心 中心部溫度爲3 20±5°C，並被施予60±10分鐘的燒鈍。鐵 心成形後之燒鈍時的磁場強度爲8 00A/m以上。 本實施.例之非晶質合金薄帶，係使原子％所表示之Si 量b及C量d滿足b$(0.5xa-36)xd1/3爲佳。如第4圖所 示’雖然依存C量，但是對於一定的C量而言，藉由使 b/d變小’提高應力緩和度，且可以形成磁束飽和密度高 的組成，因此最適合用來作爲電力用變壓器材料。再者， 也可以抑制添加高C量時之脆化或表面結晶化、熱安定性 降低的問題。 本實施例的鐵心係使退火後之外部磁場8 0 A/m的磁 通密度爲1 ·55Τ以上。又本實施例的鐵心係使退火後之磁 通密度1.4Τ、頻率50Hz的環形試料之鐵損W14/5Q爲 〇.28W/Kg以下。再者，本實施例的鐵心係使退火後之破 壞應變（fracture strain)ε 爲 0.020 以上。 針對本實施例之非晶質變壓器的鐵心燒鈍條件加以說 -9 - 1359428 明》作爲實施例的鐵心，係使用藉由合金組成 FeaSibBcCd(Fe爲鐵' Si爲矽、B爲硼、C爲碳）加以表 示，並且由原子 ％爲 80SaS83%、〇<b$5%、12Sc‘18% 所表示之非晶質合金。又作爲比較例的鐵心’係使用藉由 合金組成FeaSibBcCd(Fe爲鐵、Si爲矽、B爲硼、C爲碳） 加以表示，並且由原子％爲 76 S a S 8 1 %、5 $ b S 1 2%、 8 S c S 1 2 %、Ο . Ο 1 $ d S 3 °/。及不可避的雜質所表示之非晶質 合金。在不同條件下施予燒鈍處理。燒鈍時間爲1個小 時。第1圖中之橫軸爲燒鈍溫度，縱軸爲處理後所得到的 保持力He。第2圖中之橫軸爲燒鈍溫度，縱軸爲使被稱 爲B80之燒鈍時的磁化力成爲80 A/m時之磁通密度。被 用於實施例鐵心及比較例鐵心之非晶質合金兩者都根據燒 鈍條件而使得到的磁氣特性有所改變。將本實施例的非晶 質合金與比較例相較，即使燒鈍溫度爲低，也可以使保持 力He變低。實施例的非晶質合金係以燒鈍溫度爲300〜 34〇°C爲良好，尤其是以3 00〜3 3 0°C範圍爲更好。又針對 B 8 〇而言，在實施例的非晶質合金與比較例相較後可以變 高，而且即使燒鈍溫度爲低也可以得到良好的特性。實施 例的非晶質合金係以燒鈍溫度爲310〜；340 °C爲良好。因 此，爲了使兩種磁氣特性都達到良好，實施例的非晶質合 金係以燒鈍溫度爲310〜33〇°C爲佳。該燒鈍溫度係較比較 例中的非晶質合金更低2 0〜3 〇 °C程度。就燒鈍溫度變低而 Μ，由於可以使燒鈍處理中所使用的能源消耗變低，因此 實施例的非晶質合金具有此項優點。 -10- 1359428 又比較例中的非晶質合金係在該燒鈍溫度下無法得到 良好的磁氣特性。 又燒鈍時間以〇.5h以上爲佳。未滿0.5h時，無法得 到充分的特性。又當超過150分鐘時，也無法得到已消耗 的能源所得到的特性。尤其是，以40〜1 00分鐘爲佳，以 50〜70分鐘爲更佳》 第3圖係爲具備實施例之非晶質合金所構成的鐵心之 φ 變壓器特性（鐵損），進行A〜E之5種圖案及燒鈍條件的 - 變化。在此，圖案C及D係爲使用上述比較例或是與其 • 相近的材料之例子，無論任何一個都使鐵損較圖案A及B 更劣化。換言之，與第1圖所確認的傾向相同。又圖案A 及B係爲改變燒鈍中之所施加的磁場強度後加以比較的實 施例。可以清楚得知即使施加了 800A/m以上的磁場強 度’對於鐵損也幾乎沒有改變。由於圖案B係必須流通更 多的電流，因此最適合的燒鈍條件係爲圖案A。又可以得 φ 知施加未滿800A/m之磁場強度的話，會使鐵損增大。又 在圖案E中，與圖案A相較下，雖然鐵損稍些劣化，但 是作爲燒鈍條件還是合適的。 [實施例2 ] 其次針對實施例2加以說明。本實施例2的非晶質變 壓器係與實施例1相較，爲非晶質合金薄帶的材料不相 同，非晶質合金係藉由合金組成FeaSibBCCd(Fe爲鐵、Si 爲矽' B爲硼、C爲碳）加以表示，並且由原子％爲 -11 - 1359428 8 0^3^83% ' 0<1)$5%、12$(；$18%、〇.〇1$(1客3%及不可 避的雜質加以構成，並使退火後之飽和磁通密度爲1.6 0T 以上》除此之外的數値係與實施例1相同。又對應於燒鈍 條件的磁氣特性等也大致與實施例1相同。 【圖式簡單說明】 第1圖係爲實施例1的開發材料之燒鈍條件及磁氣特 性1的說明圖。 第2圖係爲實施例1的開發材料之燒鈍條件及磁氣特 性2的說明圖。 第3圖係爲具備實施例1的開發材料之鐵心的非晶質 變壓器之燒鈍條件及磁氣特性的說明圖。 第4圖係爲顯示Si量b、C量d'與應力緩和度、破 壞應變之關係的說明圖。

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Claims (1)

1359428 第096106826號專利申請案中文申請專利範圍修正本 民國100年11月8日修正 十、申請專利範圍 1. 一種配電用非晶質變壓器，係具備由非晶質合金 薄帶所構成的鐵心、及繞線者；其特徵爲： 前述非晶質合金薄帶，係由非晶質合金之合金組成以 FeaSibBcCd(Fe爲鐵、Si爲矽、B爲硼、C爲碳）加以表 示，原子 ％ 爲 8 0 $ a $ 8 3 %、0 < b $ 5 %、1 2 ^ c ^ 1 8 % ' 0.01Sd$3%及不可避免的雜質構成； 另外，Si量b及C量d係滿足1^(0.54-36)41/3; 前述鐵心被施予燒鈍處理以使鐵心成形後之燒鈍時的 鐵心中心部溫度爲3 1 0〜3 4 0 °C，達到3 0〜1 5 0分之保持時 間； 鐵心成形後之燒鈍時的磁場強度爲800A/m以上。 2 ·如申請專利範圍第1項之配電用非晶質變壓器， 其中，前述非晶質合金薄帶之燒鈍後的飽和磁通密度爲 1 ·60Τ以上。 3. 如申請專利範圍第1或2項之配電用非晶質變壓 器，其中，當測量前述非晶質合金薄帶的自由面及滾壓面 之從表面到內部的C濃度分布時，在2〜20nm深度範圍 內存在有C濃度分布的峰値。 4. 如申請專利範圍第1或2項之配電用非晶質變壓 器，其中，前述鐵心之燒鈍後之外部磁場80 A/m的磁通 密度爲1 ·55Τ以上。 1359428 5 .如申請專利範圍第1或2項之配電用非晶質變壓 器，其中，前述鐵心，其之燒鈍之磁通密度爲1.4T、頻 率50Hz的環形試料之鐵損Wl4/5〇爲0.28W/Kg以下。 6.如申請專利範圍第1或2項之配電用非晶質變壓 器，其中，前述鐵心之燒鈍後的破壞應變（fracture strain)s 爲 0.020 以上。