TWI443198B - Annealing method of amorphous core - Google Patents

Description

非晶質鐵心之退火方法

本發明係關於變壓器、反應器等之鐵心之退火方法，尤其係關於使用非晶質之非晶質鐵心之退火方法。

先前，提案有一種退火爐，其係進行非晶質鐵心之退火之退火爐，使退火爐之爐內溫度均熱化而進行鐵心之退火，尤其成為對熱處理時間嚴格的非晶質材鐵心之退火有效之機構(專利文獻1)。使非晶質鐵心退火之鐵心退火爐內，於爐體上部設置熱源及風扇，該爐體形成為以爐體內側之隔板形成之爐內，及以該隔板與爐體外側之外壁形成之空間之二層結構，該風扇設於前述爐體上部中央，前述風扇從二層結構之爐內收入熱風，向二層機構之外側傳送熱風，從該爐體下部進入爐內，加熱鐵心，而使熱風循環。由於爐內溫度均熱化，因此可以批量式1次進行大量之熱處理，而謀求亦可對應於現狀所使用之非晶質鐵心之退火在熱處理條件嚴格者。

又，提案有一種非晶質變壓器與其製造方法，藉由於非晶質多腳卷鐵心中以使以中央腳為中心成周圍對稱方向之磁通流動之方式進行勵磁退火，從而無需將構成非晶質多腳卷鐵心之內側鐵心與外側鐵心個別進行勵磁退火，可將全體一起勵磁，謀求勵磁退火作業之提高(參照專利文獻2)。僅只於中央腳安裝勵磁線圈即可使全體勵磁退火，因此勵磁退火作業變得極其容易，又，若以中央腳為中心流動於對稱之磁通，則可實現鐵損及勵磁容量變良好，結果鐵心特性變得尤其良好。

又，提案有將非晶質磁性合金之薄帶從材料環以大致四角形，捲繞形成於作為僅以四角成曲綫之相似形之特定尺寸之鐵心塊上，接著，對捲繞形成特定尺寸之鐵心塊捲繞勵磁線圈，流通直流或交流電流，為防止於鐵心塊內流動磁通且氧化，而於充滿惰性氣體之容器中進行退火，將分別捲繞、退火之鐵心塊經由必要之電絕緣材或尺寸調整用間隔材等而組裝鐵心(參照專利文獻3)。

再者，提案有一種環狀芯之熱處理方法，其藉由使熱處理時之同一環狀芯內之溫度偏差消失，進行正確之溫度控制，而可確實提高磁力特性(參照專利文獻4)。該環狀芯之熱處理方法係包含非晶質合金之環狀芯之熱處理方法，係使含金屬材料之傳熱構件與環狀芯接觸而加熱之環狀芯之熱處理方法。傳熱構件於熱處理溫度下之熱傳導率為15(W/m‧K)以上，傳熱構件具備剖面與環狀芯之內周部剖面大致相同尺寸之柱狀構件，較佳將該柱狀構件裝入環狀芯之內周部。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2008-285746號公報

[專利文獻2]日本特開平10-022145號公報

[專利文獻3]日本特開平08-227816號公報

[專利文獻4]日本特開2004-14601號公報

主要作為變壓器之鐵心材使用之非晶質材與作為相同變壓器之鐵心材料使用之電磁鋼板相比厚度較薄，使用於變壓器之情形中(尤其低電力時)鐵損特性優良，可以說是製作高效率機器上較優良之材料。另一方面，其硬度高、較脆、積厚極其薄，因此有加工困難之性質。

退火係通常用以緩和內部應力而進行者，但加上於非晶質材中，為了進而提高特性而於退火中以於鐵心之方向迴轉之方式施加磁場，用以使內部磁場一致為一方向而進行。電磁鋼板雖亦可使溫度上升至接近作為退火溫度之800℃，但非晶質金屬之情形中，會於380~400℃結晶化而使作為變壓器之特性劣化，因此在溫度上，需要適當進行退火。利用矯直等之材料特性之改善、以材料之附方向性為目的而進行之磁場中退火作業中，依據退火條件(退火溫度、退火時間)磁力特性會大幅變化，因此製作一定特性之鐵心較困難。又，由於係非晶質，若於低溫下退火則不會結晶化，但有退火過於花費時間之問題。因此，以結晶化當前的溫度進行短時間退火。非晶質材超過一定溫度時材料進展為結晶化而喪失作為非晶質之特性。

目前之退火方法係將非晶質鐵心放入退火爐內，藉由調整爐內溫度而進行退火條件之調整。但，本方法中係外氣溫(爐內溫度)之熱朝鐵心傳導而從鐵心之表面向其內部傳遞之態樣，因此鐵心之中心部延遲升溫，無法在鐵心表面與鐵心中心部完成均一之退火。由於非晶質材係以數層重疊使用，因而利用進入非晶質層間之空氣層而於橫穿層之方向的熱傳達率下降。相反，若退火時可自由調整鐵心內之溫度分佈，則會產生依據退火條件使磁力特性發生變化之非晶質材之特徵，例如使鐵心中之周長短之部份之磁力特性與周長長之部份之磁力特性產生差異，從而可製作具有特殊磁力特性之鐵心作為鐵心。

因此，退火時之非晶質鐵心內之溫度不只依賴於自表面之熱傳達，在可調整之方面亦有應解決之課題。

本發明之目的係提供一種非晶質鐵心之退火方法，該方法係調整退火時之非晶質鐵心內之溫度分佈，例如防止因鐵心內之退火不均所致之鐵損惡化，因退火條件而使鐵心內之磁力電阻分佈產生變化，調整鐵心特性自身，謀求退火時間之短縮。

為解決上述問題，本發明中作為用以調整退火時之非晶質鐵心內之退火溫度分佈之退火方法，顯示有將熱源插入鐵心間之退火方法、從積層面升溫之退火方法、將熱傳導率高之物質插入積層間而進行退火之方法、使鐵心相對於積層面向垂直方向分成複數段伸長而進行退火之方法、使鐵心於積層方向分割成複數個而進行退火之方法。

根據本發明之非晶質鐵心之退火方法，以非晶質材之薄板積層複數片而成之塊狀積層體構成鐵心，於鄰接之前述非晶質材間插入熱源，可利用來自前述熱源之熱進行退火。又，使熱源與非晶質材之薄板積層複數片而成之塊狀積層體之積層端面接觸，而可利用來自前述熱源之熱進行退火。

根據本發明，於非晶質鐵心內，藉由將鐵心內之退火條件調整為均一，而可將因不均一退火引起之磁力特性之劣化抑制為最小限度。又，意圖使鐵心內之退火條件作成差異從而可製作特殊規格之鐵心，例如鐵損低之鐵心、磁力電阻高之鐵心等。再者，增加向鐵心傳遞之每單位時間之熱之絕對量，從而可謀求退火時間之短縮，可獲得退火溫度升降之高低起伏佳之良好之退火製程。

以下，參照附圖說明本發明之非晶質鐵心之退火方法，即調整鐵心內之溫度分佈之實施例。

圖1、2係說明本發明之非晶質鐵心之退火方法之第1、第2實施例之圖。圖1係顯示進行非晶質鐵心1a之退火之第1實施例之立體圖，係顯示積層多數片非晶質材(薄膜材)而成之非晶質鐵心1a中插入有加熱機2a之狀態。加熱機2a例如亦可為使圖1之2a自身直接加熱般之鐵製薄板般之加熱機。加熱機2a較佳為可承受退火溫度400℃以上溫度之物質，係配置於從鐵心1a之最內周側起之第n(n係2以上之整數)層之非晶質材與第n+1層非晶質材之間，利用自外部之熱源加熱，於兩非晶質層間傳送退火用之熱者。

圖2作為非晶質鐵心之退火方法之第2實施形態，顯示利用感應加熱(IH加熱)之原理之加熱機2b。加熱機2b係加熱機2a之代替例，係使用感應加熱而使鐵心自身加熱者。加熱機2b係於可承受退火溫度400℃以上溫度之物質中以電線3a等製作複數個1圈或數圈之感應線圈。可利用施加於各個感應線圈之電壓或利用線圈之圈數調整賦予鐵心1a之熱量。

圖3係顯示本發明之非晶質鐵心之退火方法之第3實施例之說明圖。圖3係顯示於由非晶質材所成之非晶質鐵心1a中插入有筒狀傳熱材2c之狀態。傳熱材2c係用以對鐵心1a之非晶質鐵心之中心部傳遞熱之含銅板等之傳熱材，例如可承受退火溫度400℃以上之溫度，熱傳導率為25 w/m‧K以上之物質較佳。傳熱材2c配置於從鐵心1a之最內周側起第n(n係2以上之整數)層之非晶質材與第n+1層非晶質材之間，形成筒狀，因此可確保擴大與兩非晶質層充分之接觸.熱傳導表面積。插入於鐵心1a之非晶質材間之傳熱材2c發揮於退火時將外溫傳遞於非晶質材間之角色，調整鐵心1a內之溫度分佈。關於傳熱材2c對鐵心1a賦予之熱量，可藉由傳熱材2c之積層厚、板寬、熱傳導率而調整。關於傳熱材2c之片數，亦與加熱機2a或加熱機2b之片數相同，可根據鐵心1a之大小而增加。

使用圖4、5之說明圖，針對本發明之非晶質鐵心之退火方法之第4實施例進行說明。圖4係顯示利用加熱機2d加熱非晶質鐵心1a之積層端面之圖，圖5係擴大加熱機2d之加熱表面部之一部份，顯示其表面狀態之圖。非晶質鐵心與電磁鋼板相比占積率(space factor)較低，積層間空氣層較多，因此預想積層間之熱傳達較低。因此利用加熱機2d從非晶質薄材之積層端面施加熱，藉此可對各個非晶質薄材高效地將熱傳遞至鐵心。其結果，預想到退火時間之短縮。由於鐵心之積層端面在步驟上有若干段差，因此使鐵心積層面過熱之面非平坦，而以如2e之粗糙纖維狀態不使接觸面積減少較佳。加熱機2d之加熱面可使用金屬纖維或碳纖維、如碳奈米管之材料或凝膠狀之材料。藉由使加熱機2d具備如此纖維狀之加熱面，因此就實際意義上，可確保與非晶質鐵心1a之積層端面之接觸面積。

使用圖6、7之說明圖針對本發明之非晶質鐵心之退火方法之第5、6實施例進行說明。圖6係顯示以退火時鐵心內之升溫條件不變之方式將鐵心分成數段延長之狀態，圖7係顯示將鐵心相對於積層面分割成多數之狀態之圖。如前述，非晶質鐵心於積層間之熱傳達較低，退火時在鐵心之外側與中心部產生溫度差異。為抑制該差異，如圖6所示，使鐵心相對於積層面於垂直方向分成數段(2段以上)伸長。退火後又恢復至原來之鐵心狀態。此時，如圖6之4a、4b、4c所示，於各個段之最外周、最內周捲繞可承受退火溫度400℃以上溫度之物質，藉此而防止因作業時產生之非晶質材彼此之燒焊引起之材料破損。

又，作為進而抑制鐵心外側與中心部之溫度差異之方法，如圖7所示，有將鐵心相對於積層面分割成多數(22段以上)而進行退火之方法。此時，如圖7之4d、4e、4f所示，於經分割之各個最外周、最內周捲繞可承受退火溫度400℃以上溫度之物質，固定鐵心。本方法與於相同條件下將經分割之鐵心全體退火，而抑制鐵心內之退火溫度不均之效果不同，而使分割之逐個鐵心以不同條件進行退火，藉此使磁力電阻分佈產生變化，亦可調整鐵心特性自身。另，非晶質材之退火係於磁場中進行，因此成為不影響磁場之非磁性材較佳。又，非晶質材之退火雖於氛圍溫度中進行較佳，但從積層面供給熱之情形中未必一定限於氛圍溫度中。

1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g．．．非晶質鐵心

2a、2b．．．加熱機

2c．．．傳熱材

2d．．．加熱機

2e．．．加熱機2d之加熱面之放大圖

3a．．．勵磁線圈之電線

4a、4b、4c、4d、4e、4f．．．捲繞於鐵心最外周、最內周之固定夾具

圖1係顯示本發明之非晶質鐵心之退火方法之將熱源插入鐵心間之形態之一實施例之立體圖；

圖2係顯示圖1所示之退火方法所使用之利用感應加熱之熱源之一例之詳細立體圖；

圖3係顯示本發明之非晶質鐵心之退火方法之將熱源插入鐵心間之形態之其他實施例之立體圖；

圖4係顯示本發明之非晶質鐵心之退火方法之從積層端面升溫之形態之實施例之立體圖；

圖5係顯示圖4所使用之熱源例之熱源之詳細圖；

圖6係顯示本發明之非晶質鐵心之退火方法之使鐵心相對於積層端面向垂直方向分成複數段伸長之狀態之立體圖；及

圖7係顯示本發明之非晶質鐵心之退火方法之使鐵心於積層方向分割成複數個之狀態之立體圖。

1a．．．非晶質鐵心

2a．．．加熱機

Claims (16)

1. 一種非晶質鐵心之退火方法，其特徵在於：以積層複數片非晶質材薄板而成之塊狀積層體構成鐵心，於鄰接之前述非晶質材間插入熱源，利用來自前述熱源之熱進行退火。
2. 如請求項1之非晶質鐵心之退火方法，其中前述熱源係加熱機，該加熱機包含：含非磁性體之積層薄板、插入於前述積層薄板間之利用感應過熱而發熱之複數之獨立線圈。
3. 如請求項2之非晶質鐵心之退火方法，其中前述熱源係插入於從最內周側起第n(n係2以上之整數)層非晶質材與第n+1層非晶質材之間。
4. 如請求項2之非晶質鐵心之退火方法，其中前述熱源係熱傳導率為25W/(m．K)以上之物質。
5. 如請求項1之非晶質鐵心之退火方法，其中前述熱源係利用外部之加熱源加熱而對前述非晶質材傳達熱之包含非磁性體之熱傳導薄板。
6. 如請求項5之非晶質鐵心之退火方法，其中前述熱源係插入於從最內周側起第n(n係2以上之整數)層非晶質材與第n+1層非晶質材之間。
7. 如請求項5之非晶質鐵心之退火方法，其中前述熱源係熱傳導率為25W/(m．K)以上之物質。
8. 一種非晶質鐵心之退火方法，其特徵在於：使熱源與積層複數片非晶質材之薄板而成之塊狀積層體之積層端面 接觸，以利用來自前述熱源之熱進行退火，前述熱源中與前述塊狀積層體之前述積層端面接觸之部份係以纖維材構成。
9. 一種非晶質鐵心之退火方法，其特徵在於：以積層複數片非晶質材之薄板而成之塊狀積層體構成鐵心，於鄰接之前述非晶質材間插入第1熱源，使第2熱源與前述塊狀積層體之積層端面接觸，以來自前述第1熱源及前述第2熱源之熱進行退火。
10. 如請求項9之非晶質鐵心之退火方法，其中前述第1熱源係加熱機，該加熱機包含含非磁性體之積層薄板與插入於前述積層薄板間之利用感應過熱而發熱之複數之獨立線圈，前述第2熱源中與前述塊狀積層體之前述積層端面接觸之部份係以纖維材構成。
11. 如請求項9之非晶質鐵心之退火方法，其中前述第1熱源係利用外部之加熱源加熱而對前述非晶質材傳達熱之包含非磁性體之熱傳導薄板，前述第2熱源中與前述塊狀積層體之前述積層端面接觸之部份係以纖維材構成。
12. 一種非晶質鐵心之退火方法，其特徵在於：積層複數片非晶質材之薄板而構成塊狀積層體，該塊狀積層體積層複數層而構成並構成鐵心，使前述複數層之塊狀積層體相對於積層面朝垂直方向分成複數段伸長，對該複數段之每個塊狀積層體進行退火，前述塊狀積層體中，於鄰接之前述非晶質材間插入熱源，利用來自前述熱源之熱進行退火。
13. 如請求項12之非晶質鐵心之退火方法，其中前述熱源係加熱機，其包含含非磁性體之積層薄板與插入於前述積層薄板間之利用感應過熱而發熱之複數之獨立線圈。
14. 如請求項12之非晶質鐵心之退火方法，其中前述熱源係利用外部之加熱源加熱而對前述非晶質材傳達熱之包含非磁性體之熱傳導薄板。
15. 如請求項12之非晶質鐵心之退火方法，其中使熱源與前述塊狀積層體之積層端面接觸，利用來自前述熱源之熱進行退火。
16. 如請求項12之非晶質鐵心之退火方法，其中前述塊狀積層體中，於積層鄰接之前述非晶質材間插入第1熱源，使第2熱源與前述塊狀積層體之積層端面接觸，利用來自前述第1熱源及前述第2熱源之熱進行退火。