专利名称：非晶铁芯的退火方法
技术领域：
本发明涉及电抗器等的铁芯的退火方法，特别涉及使用非晶质的非晶铁芯的退火方法。
背景技术：
以往，提出了进行非晶铁芯的退火的退火炉，其使 退火炉的炉内温度均匀化进行铁芯的退火，成为特别对热处理时间要求严格的非晶材料铁芯的退火是有效的装置(专利文献I)。在对非晶铁芯退火的铁芯退火炉中，在炉体上部设置热源和风扇，该炉体中形成由炉体的内侧的分隔壁形成的炉内和由该分隔壁和炉体外侧的外壁形成的空间这二层结构，该风扇设置在上述炉体上部中央，上述风扇从二层结构的炉内导入热风，对二层结构的外侧输送热风，从该炉体下部输入炉内，对铁芯加热，使热风循环。因为炉内温度均匀化，所以可以用批次方式一次进行大量的热处理，对于现在使用的热处理条件要求严格的非晶铁芯的退火也能够实现对应。此外，提出了通过以在非晶多脚卷铁芯中流过以中央脚为中心周围对称的方向的磁通的方式进行励磁退火，而不需要对构成非晶多脚卷铁芯的内侧铁芯和外侧铁芯分别进行励磁退火，能够对整体一齐励磁，实现励磁退火作业的改善的非晶变压器及其制造方法(参照专利文献2)。因为仅在中央脚上安装励磁线圈就能够对整体进行励磁退火，所以励磁退火作业变得非常容易，此外，流过以中央脚为中心对称的磁通时，铁损和励磁电容都良好，结果实现铁芯特性良好。此外，提出了使非晶质磁性合金的薄带从材料卷卷绕形成为大致四边形但仅在四角为曲线的相似形的规定尺寸的铁芯块，接着，在以规定尺寸卷绕形成的铁芯块上卷绕励磁线圈并流过直流或交流的电流，在铁芯块内流过磁通并且在为了防止氧化而充满了非活性气体的容器中退火，将分别卷绕、退火的铁芯块隔着必要的电绝缘材料和尺寸调整用的间隔物等组装为铁芯(参照专利文献3)。进而，提出了通过消除热处理时的同一环状铁芯内的温度不均进行正确的温度控制，能够可靠地提高磁特性的环状铁芯的热处理方法(参照专利文献4)。该环状铁芯的热处理方法，是由非晶合金构成的环状铁芯的热处理方法，是使由金属材料构成的导热件与环状铁芯接触并加热的环状铁芯的热处理方法。优选导热件在热处理温度下的导热率为15(ff/m.K)以上，导热件具备截面与环状铁芯的内周部截面大致相同尺寸的柱状部件，将该柱状部件装入环状铁芯的内周部。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开2008-285746号公报专利文献2 :日本特开平10-022145号公报专利文献3 :日本特开平08-227816号公报专利文献4 :日本特开2004-14601号公报
发明内容
发明要解决的课题主要用作变压器的铁芯材料的非晶材料，与同样用作变压器的铁芯材料的电磁钢板相比厚度较薄，用于变压器的情况下(特别是低电力时)铁损特性优秀，对于制造高效率机器是优秀的材料。但另一方面，因为硬度高、脆、叠层厚度极薄，所以具有加工困难的性质。退火通常是为了缓和内部应力而进行的，对于非晶材料，还为了进一步提高特性，而在退火中使磁场在铁芯的方向上旋转地施加，由此使内部磁场在一个方向上一致而进行。电磁钢板可以使温度上升到800°C附近作为退火温度，但非晶金属的情况下，在380°C 400°C下会结晶化，作为变压器的特性会恶化，所以在温度上需要适当地进行退火。为了通过应变(Strain relief)等改善材料特性、对材料附加方向性的目的而进行的磁场中退火作业中，磁特性会因退火条件(退火温度、退火时间)而大幅变化，所以难以制造一 定特性的铁芯。此外，因为是非晶质，所以如果是较低温度下的退火则不会结晶化，但存在退火花费过多时间的问题。于是，以临近结晶化的温度在短时间中进行退火。非晶材料超过一定温度时会发生材料的结晶化而失去非晶质的特性。现在的退火方法是将非晶铁芯放入退火炉内，通过调整炉内温度而进行退火条件的调整。但是，该方法中，外部气温(炉内温度)对铁芯的传导热是从铁芯的表面向其内部传导的方式，所以铁芯的中心部较迟升温，没有在铁芯表面和铁芯中心部进行均匀的退火。因为非晶材料是重叠数层使用的，所以与层交叉的方向上的导热率会因为夹在非晶层之间的空气层而降低。相反，如果在退火时能够自由调整铁芯内的温度分布，则可以利用磁特性因退火条件而变化的非晶材料的特征，例如使铁芯中周长较短部分的磁特性与周长较长部分的磁特性具有差异，由此能够制造具有特殊的磁特性的铁芯。于是，使退火时的非晶铁芯内的温度不是仅依赖于来自表面的传导热地能够进行调整，这一点是要解决的问题。本发明的目的在于提供一种非晶铁芯的退火方法，其调整退火时的非晶铁芯内的温度分布，防止例如铁芯内的退火不均引起的铁损恶化，通过退火条件使铁芯内的磁阻分布变化，调整铁芯特性本身，实现退火时间的缩短。用于解决课题的手段为了解决上述问题，本发明中，作为用于调整退火时的非晶铁芯内的退火温度分布的退火方法，公开了将热源夹在铁芯之间的退火方法、从叠层面升温的退火方法、将导热率高的物质夹在叠层之间进行退火的方法、使铁芯在与叠层面垂直的方向上分为数级地延伸进行退火的方法、将铁芯在叠层方向上分为多个进行退火的方法。本发明的非晶铁芯的退火方法中，用叠层多片非晶材料的薄板而成的块状叠层体构成铁芯，在相邻的上述非晶材料之间夹入热源，能够用来自上述热源的热进行退火。此夕卜，使热源与在叠层多片非晶材料的薄板而成的块状叠层体的叠层端面接触，能够用来自上述热源的热进行退火。发明效果根据本发明，在非晶铁芯中，通过将铁芯内的退火条件调整为均匀的，能够将不均匀退火引起的磁特性劣化抑制为最小限度。此外，能够特意使铁芯内的退火条件产生差异，由此制造特殊规格的铁芯，例如铁损低的铁芯、磁阻闻的铁芯等。进而，能够通过增加对铁芯传导的每单位时间的热的绝对量而实现退火时间的缩短，得到退火温度的升降自如的良好的退火工艺。
图I是表示本发明的非晶铁芯的退火方法的将热源夹在铁芯之间的方式的一个实施例的立体图。图2是表示图I所示的退火方法中使用的利用感应加热的热源的一例的详细立体图。
图3是表示本发明的非晶铁芯的退火方法的将热源夹在铁芯之间的方式的其他实施例的立体图。图4是表示本发明的非晶铁芯的退火方法的从叠层端面升温的方式的实施例的立体图。图5是表示作为图4中使用的热源例的热源的详细图。图6是表示本发明的非晶铁芯的退火方法的使铁芯在与叠层端面垂直的方向上分为数级地延伸的状态的立体图。图7是表示本发明的非晶铁芯的退火方法的将铁芯在叠层方向上分割为多个的状态的立体图。符号说明la, lb, lc, Id, le, If, Ig......非晶铁芯2a，2b......加热器2c......导热件2d……加热器2e……加热器2d的加热面的放大图3a......励磁线圈的电线4a,4b,4c,4d,4e,4f......在铁芯最外周、最内周卷绕的固定零件(金属零件)
具体实施例方式以下参照
本发明的非晶铁芯的退火方法，即调整铁芯内的温度分布的实施例。图1、2是说明本发明的非晶铁芯的退火方法的第一、第二实施例的图。图I是表示进行非晶铁芯Ia的退火的第一实施例的立体图，表示在多片非晶材料(薄膜材料)叠层而成的非晶铁芯Ia中夹入有加热器2a的状态。加热器2a，例如可以是使图I的2a自身直接加热的铁制的薄板这样的加热器。加热器2a优选为能够承受退火温度400°C以上的温度的物质，在从铁芯Ia的最内周一侧起第n(n是2以上的整数)层的非晶材料与第n+1层的非晶材料之间配置，用来自外部的热源加热，将退火用的热输送到两个非晶层之间。图2表示作为非晶铁芯的退火方法的第二实施例，使用感应加热(IH加热)原理的加热器2b。加热器2b是加热器2a的代替例，用感应加热使铁芯自身加热。加热器2b是在能够承受退火温度400°C以上的温度的物质中用电线3a等制造多个一匝或多匝的感应线圈。能够通过对各感应线圈施加的电压和线圈的匝数调整对铁芯Ia传递的热量。图3是表示本发明的非晶铁芯的退火方法的第三实施例的说明图。图3中，表示在由非晶材料构成的非晶铁芯Ia中夹入筒状的导热件2c的状态。导热件2c是用于对铁芯Ia的非晶铁芯的中心部传导热的铜板等构成的导热件，优选为例如能够承受退火温度4000C以上的温度、导热率为25w/m K以上的物质。导热件2c配置在铁芯Ia的从最内周一侧起第n(n是2以上的整数)层的非晶材料与第n+1层的非晶材料之间，因为形成为筒状，所以能够确保与两个非晶层充分接触、扩大导热表面积。在铁芯Ia的非晶材料之间夹着的导热件2c在退火时起到将外部温度传导到非晶材料之间的作用，调整铁芯Ia内的温度分布。导热件2c对铁芯Ia传递的热量，能够通过导热件2c的叠层厚度、板宽度、导热率调整。导热件2c的个数也与加热器2a和加热器2b的个数同样，能够与铁芯Ia的大小相应地增加。用图4、5的说明图说明本发明的非晶铁芯的退火方法的第四实施例。图4是表示 用加热器2d对非晶铁芯Ia的叠层端面加热的图，图5是对加热器2d的加热表面部的一部分放大表示其表面状态的图。非晶铁芯与电磁钢板相比填充系数(Space factor，占空系数)较低，在叠层之间空气层较多，所以可以预想叠层之间的导热较低。于是，通过用加热器2d从非晶薄材料的叠层端面加热，对各个非晶薄材料能够效率良好地对铁芯传导热。结果，可以缩短退火时间。因为铁芯的叠层端面在工艺上有若干的级偏差(误差)，所以对铁芯叠层面加热的面不是平坦的，而是优选如2e所示那样以粗糙的纤维状态减少接触面积。加热器2d的加热面能够使用金属纤维或碳纤维、碳纳米管这样的材料、或者胶状的材料。加热器2d通过具备这样的纤维状的加热面，在实质上能够确保与非晶铁芯Ia的叠层端面的接触面积。用图6、7的说明图说明本发明的非晶铁芯的退火方法的第五、六实施例。图6表示退火时为了不改变铁芯内的升温条件而将铁芯分为数级地延伸的状态，图7是表示将铁芯相对于叠层面分割为数个的状态的图。如上所述，非晶铁芯在叠层之间的导热低，退火时，铁芯的外侧与中心部会产生温度差异。为了抑制该差异，如图6所示，使铁芯在与叠层面垂直的方向上分为数级(2级以上)地延伸。退火后再恢复原本的铁芯状态。此时，如图6的4a、4b、4c所示，在各级的最外周、最内周卷绕能够承受退火温度400°C以上的温度的物质，由此防止作业时发生的非晶材料之间的烧接等引起的材料破损。此外，作为进一步抑制铁芯的外侧与中心部的温度差异的方法，有如图7所示将铁芯相对于叠层面分割为数部分(22级以上)进行退火的方法。此时，如图7的4d、4e、4f所示，在分割后的铁芯的各部分的最外周、最内周卷绕能够承受退火温度400°C以上的温度的物质，固定铁芯。本方法中，除了对分割后的所有铁芯用相同条件退火、抑制铁芯内的退火温度不均的效果以外，还能够对分割后的铁芯用分别不同的条件退火，由此使磁阻分布变化，对铁芯特性自身进行调整。此外，非晶材料的退火在磁场中进行，所以优选为对磁场没有影响的非磁性材料。此外，非晶材料的退火优选在气氛温度中进行，但从叠层面供给热的情况下，并不一定要在气氛温度中。
权利要求
1.一种非晶铁芯的退火方法，其特征在于 由叠层多片非晶材料的薄板而成的块状叠层体构成铁芯，在相邻的所述非晶材料之间夹入热源，用来自所述热源的热进行退火。
2.如权利要求I所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述热源是包括由非磁性体构成的叠层薄板和夹在所述叠层薄板之间并通过感应加热而发热的多个独立的线圈的加热器。
3.如权利要求2所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述热源，夹在从最内周侧起第n层的非晶材料与第n+1层的非晶材料之间，其中，n是2以上的整数。
4.如权利要求2所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述热源是导热率为25W/(m*K)以上的物质。
5.如权利要求I所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述热源，是通过被外部的加热源加热而对所述非晶材料传导热的由非磁性体构成的导热薄板。
6.如权利要求5所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述热源，夹在从最内周侧起第n层的非晶材料与第n+1层的非晶材料之间，其中，n是2以上的整数。
7.如权利要求5所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述热源是导热率为25W/(m*K)以上的物质。
8.一种非晶铁芯的退火方法，其特征在于 使热源与叠层多片非晶材料的薄板而成的块状叠层体的叠层端面接触，用来自所述热源的热进行退火。
9.如权利要求8所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述热源中，与所述块状叠层体的所述叠层端面接触的部分由纤维材料构成。
10.一种非晶铁芯的退火方法，其特征在于 由叠层多片非晶材料的薄板而成的块状叠层体构成铁芯，在相邻的所述非晶材料之间夹入第一热源，并使第二热源与所述块状叠层体的叠层端面接触，用来自所述第一热源和所述第二热源的热进行退火。
11.如权利要求10所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述第一热源，是包括由非磁性体构成的叠层薄板和夹在所述叠层薄板之间并通过感应加热而发热的多个独立的线圈的加热器，所述第二热源中，与所述块状叠层体的所述叠层端面接触的部分由纤维材料构成。
12.如权利要求10所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述第一热源，是通过被外部的加热源加热而对所述非晶材料传导热的由非磁性体构成的导热薄板，所述第二热源中，与所述块状叠层体的所述叠层端面接触的部分由纤维材料构成。
13.一种非晶铁芯的退火方法，其特征在于 通过叠层多片非晶材料的薄板构成块状叠层体，通过叠层多层该块状叠层体构成铁芯，使所述多层块状叠层体在与叠层面垂直的方向上分为多级地延伸，对多级的该块状叠层体的每一级进行退火。
14.如权利要求13所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 在所述块状叠层体中，在相邻的所述非晶材料之间夹入热源，用来自所述热源的热进行退火。
15.如权利要求14所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述热源，是包括由非磁性体构成的叠层薄板和夹在所述叠层薄板之间并通过感应加热而发热的多个独立的线圈的加热器。
16.如权利要求14所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 所述热源，是通过被外部的加热源加热而对所述非晶材料传导热的由非磁性体构成的导热薄板。
17.如权利要求13所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 使热源与所述块状叠层体的叠层端面接触，用来自所述热源的热进行退火。
18.如权利要求13所述的非晶铁芯的退火方法，其特征在于 在所述块状叠层体中叠层且相邻的所述非晶材料之间夹入第一热源，并使第二热源与所述块状叠层体的叠层端面接触，用来自所述第一热源和所述第二热源的热进行退火。
全文摘要
本发明提供一种非晶铁芯的退火方法，通过调整铁芯内的退火温度分布，能够抑制因铁芯内的退火温度不均匀引起的磁特性的劣化，缩短退火时间。为了调整退火时的非晶铁芯内的退火温度分布，将作为热源的加热器(2a)夹在铁芯(1a)的叠层的薄膜非晶材料之间，进行退火。通过将铁芯(1a)内的退火条件调整为均匀，能够将不均匀退火引起的磁特性劣化抑制为最小限度。此外，能够通过特意使铁芯(1a)内的退火条件具有差异而制造特殊规格的铁芯，例如铁损低的铁芯、磁阻高的铁芯等。进而，通过增加对铁芯传导的每单位时间的热的绝对量，能够实现退火时间的缩短。可以从叠层面升温、退火，也可以使铁芯在与叠层面垂直的方向上分为多级地延伸进行退火。
文档编号C21D6/00GK102741957SQ20118000835
公开日2012年10月17日 申请日期2011年1月18日 优先权日2010年2月4日
发明者中上贤治 申请人:株式会社日立产机系统