WO2007125690A1

WO2007125690A1 - カレントトランス用磁心、カレントトランスならびに電力量計

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Publication number: WO2007125690A1
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Inventors: Yoshihito Yoshizawa
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Filing date: 2007-03-19
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Abstract

　大非対称な波形の交流電流や直流が重畳した交流電流の検出に好適なカレントトランス用磁心およびそれを用いたカレントトランスならびに電力量計を実現する。　一般式：Ｆｅ１00－ｘ-ａ-ｙ-ｃＭｘＣｕaＭ’ｙＸ’ｃ（原子％）で表され、式中、ＭはＣｏ，Ｎｉから選ばれた少なくとも一種の元素、Ｍ’はＶ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，ＴａおよびＷから選ばれた少なくとも一種の元素、Ｘ’はＳｉおよびＢから選ばれた少なくとも1種の元素を示し、ｘ，a，ｙおよびｃはそれぞれ３≦ｘ≦50、０．１≦ａ≦３、１≦ｙ≦１０、２≦ｃ≦３０を満足し、かつ７≦ｙ＋ｃ≦３０を満足する組成であり、組織の少なくとも一部または全部が平均粒径５０ｎｍ以下の結晶粒からなる合金から構成されているカレントトランス用磁心である。

Description

明細書

カレントトランス用磁心、カレントトランスならびに電力量計

技術分野

[0001] 本発明は、非対称な波形の交流電流や直流が重畳した交流電流の検出に好適なカレントトランス用磁心およびそれを用いたカレントトランスならびに電力量計に関する。

背景技術

[0002] 交流の電流検出には、カレントトランス（CT)やホール素子を用いた電流センサが使用される。電流センサを使用する用途としては、漏電ブレーカ、電力量計やインバータの電流検出などがある。

電力量計は、現在日本では回転盤を用いたものが主流である力この方式では歪んだ電流の検出ができず、正確な電力のカウントができない。このため、電力計に関する規格が、歪み波形（半波整流波形）に適応した規格である IEC1036に変更される予定である。これに伴い、現在の回転盤方式の電力量計は廃止され、カレントトランス (CT)、または、ホール素子を電流検出に用いた電力量計が適用される。インバータなどの用途においても電流センサは歪んだ波形の交番電流や直流が重畳した交番電流検出に重要な役割を果たしている。

[0003] ホール素子を用いた電流センサは、磁心にギャップを形成しギャップ部にホール素子を配置し、測定電流の流れる導線を磁心閉磁路内に貫通させ、ギャップ部に発生した電流にほぼ比例した磁界をホール素子で検出することにより電流検出を行う。カレントトランス (CT)は一般的には一つの閉磁路磁心に 2次卷線を比較的多いタ一ン数卷き、 1次線 (測定電流の流れる線）は閉磁路内を貫通させて使用する。図 1 にカレントトランス (CT)型電流センサの構成を示す。磁心の形状はリング型や組コア型があるが、リング型卷磁心に卷線した方式が、形状の小型化や漏洩磁束を低減可能であり理論動作に近!、性能を実現できる。

[0004] 貫通電流 Iが交流電流であり R < < 2 π f 'Lの条件で理想的な場合の出力電流 iは

0 し 2

、（式 l) i=I /n(n:2次卷線数)、となり、出力電圧 Eは、（式 2) E =1 -R /n(R:負荷抵抗)、となる。実際には、磁心材の損失や漏洩磁束などの影響を受けて、出力電圧 E

0は理想値よりも低下する。カレントトランスの感度とは E /1に相当する力実際にはこの値

0 0

は一次、二次の結合係数によって決定される。結合係数を Kとすれば、（式 3) E =I -R

0 0

•K/n(K:結合係数)、となる。

し

理想的なカレントトランスでは、結合係数 Κは 1となる力実際のカレントトランスでは卷線の内部抵抗、負荷抵抗に要する励磁電流、漏洩磁束、透磁率の非直線性等の影響により、 Κ=0.95〜0.99程度の値となる。 Rが 100 Ω以下では、ほぼこの程度の値

L

を示す。 Κの値は磁路内にギャップがあると低下するので、ギャップの無いトロイダル磁心が結合度の最も高、理想的なカレントトランスを実現できる。 Κ値は断面積 Sが大きいほど、 2次卷線数 ηが多い程、負荷抵抗 Rが小さいほど 1に近づく。この Κ値は貫し

通電流 Iによっても変化し、特に I力 S 100mA以下の微少電流の場合、透磁率の低い

0 0

材料では κ値は低下する傾向を示すため、微少電流を高精度で測定しなければならな、場合は、透磁率の高、磁心材料が用いられる。

[0005] 比誤差は電流値の精度を表し、各測定点における理想値と実測値の誤差比率のことであり、結合係数特性は、比誤差特性と関連する。位相差は波形の精度を表し、測定原波形に対する出力波形の位相ずれを表す。カレントトランス出力は通常進み位相となる。この 2つの特性は、積算電力計などに使用されるカレントトランスにとって特に重要な特性である。

このため、微少電流を測定する必要のあるカレントトランスでは、結合係数 Kを高めて比誤差を小さくし、位相差を小さくするため、初透磁率が高いパーマロイなどの材料がカレントトランスに用いられる。カレントトランスの最大貫通電流 I はリニアリティ

Omax

が確保される最大電流であり、負荷抵抗や内部抵抗だけでなぐ使用されている磁心材料の磁気特性に影響される。大電流まで測定可能とするためには、磁心材料の飽和磁束密度はできるだけ高、方が望まし、。

[0006] カレントトランスに使用されている磁心材料としては珪素鋼、パーマロイ、ァモルファス合金や Fe基ナノ結晶合金材料等が知られている。珪素鋼板は、材料が安価で磁束密度が高いが、透磁率が低くヒステリシスが大きぐ電流により発生する磁界に対して振幅透磁率の変動が大きぐ比誤差や位相差が大きぐその値も変動するため、精度が高いカレントトランス実現が困難であるという問題がある。また、残留磁束密度が大きいため、半波電流など非対称の電流に対しては正確な電流測定が困難である。

Co基アモルファス合金は、磁界に対して振幅透磁率の変動が小さぐヒステリシスも小さ、ため非対称の電流を検出するカレントトランス CTとして優れた特性を示す。また、透磁率が 1500程度と低い Co基アモルファス合金も開発されており、直流バイァスが力かっている電流検出用 CTに使用されている。し力し、 Co基アモルファス合金の飽和磁束密度は 1 T以下であり大電流測定に対応する、あるいはサイズを小さくするためには十分とは言えず、熱的にも不安定であるという問題がある。このため、大きな電流がバイアスされる場合、電流測定が制約を受け、小型化や安定性の面で必ずしも十分でないという問題がある。また、コスト的にも高価な Coを多量に含むために不利である。

[0007] 一方、 Fe基アモルファス合金は、 Co基アモルファス合金に比べると振幅透磁率の磁界に対する変化が大きいため、カレントトランスに用いた場合に比誤差や位相差の変動が大き、と、う問題や透磁率が高、ため半波電流など非対称の電流に対しては正確な電流測定が困難であるという問題がある。カレントトランス用 Fe基ァモルファス合金磁心の具体的な合金例としては、約 70-80原子％の Feと Feの約 20原子％までを Co、 Feの 3原子⁰ /₀までを Ni、 Mn、 V、 Tiあるいは Moで置換、 13— 30原子⁰ /₀の B, Si、 C力もなる群力も選ばれた元素を含む合金が開示されている。しかしながら、これらの合金は小径の卷磁心に使用した場合、磁気特性の熱処理依存性も大きいため、安定した特性を実現するのが難しい課題があり、一般の家庭用の積算電力計に用いられるカレントトランス用として量産性が課題である。

[0008] Fe基ナノ結晶合金は高透磁率で優れた軟磁気特性を示すため、コモンモドチヨ —クコイル、高周波トランス、ノルストランス等の磁心に使用されている。代表的組成系は特公平 4- 4393号公報ゃ特開平 1-242755号公報に記載の Fe-Cu-(Nb, Ti , Zr, Hf, Mo, W, Ta)- Si- B系合金や Fe- Cu- (Nb, Ti, Zr, Hf, Mo, W, Ta)- B 系合金等が知られている。これらの Fe基ナノ結晶合金は、通常液相や気相から急冷し非晶質合金とした後、これを熱処理により微結晶化することにより作製されている。 Fe基ナノ結晶合金はこれらの方法により作製した非晶質合金を微結晶化したもので、 Fe系アモルファス合金と同程度の高い飽和磁束密度と低磁歪で優れた軟磁気特性を示すことが知られている。 Fe基ナノ結晶材料は、特許文献 1、特許文献 2や、特許文献 3に電流センサ (変流器 (カレントトランス)）として好適なことが記載されており

、漏電ブレーカや積算電力計などに適することが記載されている。

特許文献 1 :特開平 1— 235213号公報 (第 2頁右上欄 16行目〜左下欄 17行目、図

12)

特許文献 2：特開平 5— 203679号公報（（0012)〜（0013)、図 1)

特許文献 3：特表 2002- 530854号公報 ( (0001) , (0014) )

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0009] ホール素子を用いた電力量計用の電流センサの欠点としては、ギャップがあるため漏洩磁束が発生し、周辺に影響を及ぼす可能性があること、逆に周辺からの漏洩磁束の影響を受けやすいこと、精度良く測定可能な電流範囲がカレントトランスに比べて狭ぐ感度を高くできないことなどが挙げられる。また、カレントトランスでは、 2次側に使用する抵抗値を変えることにより、測定可能な電流範囲を変えることができるため、同じ CTで仕様の異なる電力量計に対応可能である力ホール素子タイプは測定可能な電流範囲に応じて設計しさねばならないため、設計製作を含めたコストダウンの点で不利である。

[0010] 積算電力計などに使用されているカレントトランス用磁心としては、従来は比較的透磁率の高いパーマロイ等の材料を用いた磁心が使われてきたが、近年電力の自由化がはじまり、従来の正負対称な電流や電圧波形ではなぐ非対称な電流波形や歪んだ電流波形でも、正確に電力を測定することが要求されるようになってきている。更に、使用目的により直流電流が重畳するような場合にも正確に交番電流測定を可能とすることも要求されている。このような要求に対して、電流を検出するためのカレントトランス用磁心には残留磁束密度が低ぐヒステリシスが小さく直線性の良い磁ィ匕曲線を示す比較的異方性磁界 Hkの大き、磁心材料を用いたものが必要である。

[0011] し力しながら、従来のカレントトランス用磁心では、特に直流がバイアスされた場合、磁心の飽和により十分な電流検出ができないという課題があった。カレントトランスを半波正弦波電流など正負が対称でない電流に対応する場合、バイアスが力かった状態にも対応させる場合、直流がバイアスされた状態においても電流検出が可能な力レントトランスが必要となる。従来の Fe基アモルファス軟磁性合金磁心は飽和磁束密度は高いが、特に小径で占積率が高い磁心に使用した場合、振幅透磁率の磁界に対する変化が大きぐ直流がバイアスされるような用途で使用されるカレントトランスには量産性に問題がある。 Fe-Co系アモルファス合金では、 Co量の増加により B-Hループが傾斜して来るが、 B-Hループの直線性はあまり十分では無ぐ Co量を増加させ透磁率を 800未満まで低くしな、と B-Hループの直線性の良好なものは得られなヽ。しかし、このような特性では、透磁率が低すぎ、位相角や比誤差が大きくなりすぎるため、カレントトランスに使用する場合問題がある。 Co基アモルファス磁性合金磁心を用いたものは比較的大きな直流電流がバイアスされる用途に適用できることが知られているが、飽和磁束密度が高いものでも 1T程度で Hを大きくするためには制限が

K

あり、小型化や測定電流範囲が必ずしも十分でないという課題や熱的に不安定であるという課題がある。

課題を解決するための手段

[0012] 上記問題点を解決するために本発明者らは、鋭意検討の結果、一般式: Fe N

100-x-z i X' (原子％)で表され、式中、 X'は Siおよび B力選ばれた少なくとも 1種の元素を示し、 Xおよび zはそれぞれ 5≤x≤30、 14≤z≤30を満足する組成であり、 8000A m^_1における磁束密度 B が 1. 2T以上、異方性磁界 H力^ 50Am^_1から 1200A

8000 K

m^_1の範囲、角形比 B B ¹が 5%以下、 50Hz,0. 05Am^_1における交流比初透磁 r 8000

率 μが 1000以上 4500以下であるアモルファス合金力も構成されて、ることを特徴とする磁心が、非対称波形や直流がバイアスされた電流検出用のカレントトランスに使用した場合に優れた特性を示すことを見出し、本発明に想到した。

ここで、異方性磁界 Η は、図 2に示す磁心の磁ィ匕困難軸方向の Β-Ηループの異方

Κ

性に関連する磁界に相当する。

[0013] 本発明に係わる合金において、 Fe及び Niは必須の元素である。 Feは磁束密度向上に効果があり、 Niは角形比の低減、異方性磁界 Hkの調整、交流比初透磁率の調整および 1次側導線中を流れる電流により発生する磁界に対する振幅透磁率の変動を小さくする効果がある。また、 Niを含有することにより、アモルファス合金表面の面粗さが改善されるため、 Niを含むことは占積率向上やヒステリシス低減にも効果がある。 Niの含有量 Xは 5≤x≤30である必要がある。 Niの含有量 Xが 5原子％未満では、異方性が小さぐ異方性磁界 Hkが小さぐ振幅比透磁率の変動が大きく好ましくない。 Niの含有量 Xは 10原子％以上であるとさらに好ましい磁気特性が得られる。 Ni の含有量 Xが 30原子％を超えると、磁束密度の著しい低下を招き好ましくない。 Niの含有量 Xは 25原子％以下であるとさらに好ましい磁気特性が得られる。

[0014] 本発明に係わる合金において、 X'は Siおよび B力も選ばれた少なくとも 1種の元素であり、アモルファス形成に効果がある。 X'の含有量 zが 14原子％未満ではァモルファス形成が困難となり好ましくなぐ X'の含有量 zが 30原子％を超えると飽和磁束密度の著し、低下や、合金の著、脆ィ匕を招き好ましくな、。

[0015] 本発明磁心は、 50Ηζ, ΙΟΟΑπ ¹における交流比初透磁率と 50Hz, 0. 05

ralOO

Am—¹における交流比初透磁率との比 / H 力 0.85≤ / n

ra005 ralOO ra005 ralOO ra005

≤ 1.15の範囲の特性が容易に得られ、カレントトランスに用いた場合、位相角や比誤差の 1次電流に対する変動を小さくできるためカレントトランス用磁心に好適である。

[0016] 本発明磁心において、 B含有量が 8原子％以上 25原子％以下であるアモルファス合金から構成されて！、る場合、広幅アモルファス合金薄帯の製造時に結晶形成が起きにくぐカレントトランスのばらつきが小さく好ましい結果が得られる。また、 Si含有量が 0. 5原子％以上 17原子％以下である合金力も構成されている場合、熱的安定性向上や耐蝕性改善の効果があり、より好ましい結果が得られる。

[0017] 本発明に係わる合金において、 Feの 5原子％以下を Cr, Mn, V, Ti, Zr, Nb, Hf , Ta, Mo, W, Co,Cu, Sn, Zn, In, Ag, Au, Sc, 白金属元素， Mg, Ca, Sr, Ba, Y,希土類元素， N, Oおよび Sから選ばれた少なくとも一種の元素で置換することができる。これらの元素で置換することにより、耐食性を向上したり、異方性、磁歪などの磁気特性を調整でき、カレントトランスの信頼性向上、使用目的に合わせて特性の調整を行なえる。

[0018] また、本発明に係わる合金において、 X'の 5原子％以下を C, Ge, Ga, Al, Beおよび Pから選ばれた少なくとも一種の元素で置換することができる。これらの元素で置換することにより、アモルファス形成能を向上したり、異方性、磁歪などの磁気特性を調整でき、カレントトランスのばらつき低減に寄与できる。

[0019] 特に磁心の外径が 32mm以下、占積率 75%以上である場合、従来のカレントトランス用 Fe基アモルファス磁心よりも、 1次側導線中を流れる電流により発生する磁界に対する振幅透磁率の変動が小さぐカレントトランスとして 1次電流に対する位相角や比誤差の変動を小さくできるため、好ましい結果が得られる。

[0020] 本発明カレントトランス用磁心は、前記組成の合金溶湯を単ロール法等の超急冷法により急冷し、アモルファス合金薄帯を作製後、これを必要に応じてスリット力卩ェし、リング状に巻き回し卷磁心形状とする加工を行い、昇温して熱処理を行い作製する。熱処理前のアモルファス合金薄帯は結晶相を含まない方が望ましいがー部に結晶相を含んでも良、。単ロール法などの超急冷法は活性な金属を含まな、場合は大気中で行うことが可能である力活性な金属を含む場合は Ar, Heなどの不活性ガス中あるいは減圧中で行う。また、窒素ガス、一酸化炭素あるいは二酸化炭素ガスを含む雰囲気で製造する場合もある。合金薄帯の表面粗さは小さい方が望ましぐ表面粗さ Raは 5 μ m以下が望ましい。特に望ましいのは 2 μ m以下である。

[0021] 熱処理は通常はアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウム等の不活性ガス中あるいは真空中で行う。熱処理期間の少なくとも一部の期間合金が飽和するのに十分な強さの磁界を印加して磁界中熱処理を行い、誘導磁気異方性を付与する。印加する磁界は薄帯の幅方向 (卷磁心の高さ方向)に印加し、磁界の強さは 8kAm^_1以上で磁心が磁気的に飽和する強さとする。印加する磁界は、直流、交流、繰り返しのパルス磁界の、ずれを用いても良、。磁界は 200°C以上の温度領域で通常 20分以上印加し、昇温中、一定温度に保持中および冷却中も印力 tlした方が角形比も小さくなり、 B-H ループの直線性も向上し、位相角や比誤差の小さいカレントトランスが実現できる。角形比 B B ¹が 5%以下に調整した場合に応用上も好ましい結果が得られる。特 r 8000

に角形比 B B ¹が 3%以下の場合、積算電力計用カレントトランスとしてより好まし r 8000

V、特性が得られる。ここで、 B は 8000 Am ¹の磁界を印加した際の磁束密度であ

8000

る。これに対して、無磁界で熱処理し、磁界中熱処理を適用しない場合は、カレントトランスとしての性能が著しく劣化する。熱処理は通常露点が 30°C以下の不活性ガス雰囲気中で行うことが望ましぐ露点が 60°C以下の不活性ガス雰囲気中で熱処理を行うと、ばらつきが小さくより好ましい結果が得られる。熱処理の際の最高到達温度は結晶化温度未満であり、通常 250°Cから 500°Cの範囲である。一定温度に保持する熱処理パターンの場合は、一定温度での保持時間は通常は量産性の観点から 24時間以下であり、好ましくは 4時間以下である。保持する熱処理温度は、より好ましくは 300°Cから 450°Cの範囲である。熱処理の際の平均昇温速度は、好ましくは 0. 1 °CZminから 100°CZmin、より好ましくは 0. l°CZminから 50°CZmin、平均冷却速度は好ましくは 0. C/minから 50°C/min、より好ましくは 0. l°C/minから 10°C/mi nであり、この範囲で特にリニアリティが良好な B-Hループが得られ、位相差が小さく比誤差変化が小さいカレントトランスが実現する。熱処理は 1段ではなく多段の熱処理ゃ複数回の熱処理を行うこともできる。磁心のサイズが大き！、場合や多量に磁心を熱処理する場合は、ゆっくりとした速度で昇温する方が好ましい結果が得られる。これは、磁心サイズが大きい場合、昇温速度が速すぎると磁心の温度が不均一になり膨張差により局所的に応力が発生し特性が劣化させたり、合金磁心の各部分の熱処理に差が生じ十分な特性が得られなくなる恐れがあるためである。更には、合金に直流、交流あるいはノルス電流を流して合金を発熱させ熱処理することもできる。

[0022] 本発明カレントトランス用磁心は、使用する際に通常は絶縁性のコアケースに入れて使用される。これは、磁心に応力が発生し、特性劣化するのを防ぐためであり、ケースと磁心間にグリースを入れたり、柔らカ、フェルトなどをはさむ場合もある。

[0023] 本発明カレントトランス用磁心に係わる合金は必要に応じて SiO、 MgO、 Al O等

2 2 3 の粉末あるいは膜で合金薄帯表面を被覆する、化成処理により表面処理し絶縁層を形成する、アノード酸化処理により表面に酸化物絶縁層を形成し層間絶縁を行う等の処理を行うと、高周波成分を含む電流測定の際も精度良く電流測定ができるためより好ましい結果が得られる。更に、本発明磁心を作製する際に必要に応じて含浸やコーティング等を行うことも可能である力 s、特性の劣化を防ぐためフエノール榭脂などのケースに磁心を挿入し応力が力からない状態とし、カレントトランスにする場合は検出卷線を巻く。本発明磁心は直流がノィァスされるカレントトランス用磁心として最も性能を発揮する。歪み波形に適応した規格である IEC1036に対応した積算電力計用カレントトランスの用途にも好適である。

[0024] もう一つの本発明は、前記カレントトランス用磁心と検出卷線を具備したカレントトランスである。本発明磁心からなるカレントトランスは、半波波形の電流計測や直流がノィァスされる場合の電流計測などにおいても、位相差や、比誤差力、さく補正が容易で精度良い電流測定が可能である。本発明カレントトランスは、測定する電流仕様に応じて抵抗を検出卷線に取り付け使用する場合がある。本発明カレントトランスは検出卷線ごと樹脂でモールドし使用される場合もある。

[0025] 本発明カレントトランスは、コア寸法や検出卷線を適切に選ぶことにより 23°C、定格電流範囲における位相差が 5° 以内、比誤差の絶対値力 l%以内の特性を実現することができる。

[0026] 本発明カレントトランスは特に直流電流が重畳された場合にぉヽても特性を発揮でき、 23°C、定格測定電流の 1Z3の直流電流がバイアスされた条件下において位相差が 5° 以内、比誤差の絶対値力 l%以内であるものが実現できる。更に、従来のパ一マロイや Co基アモルファス合金を使用したカレントトランスよりも温度特性に優れている。誤差を補正する回路を使用すると更に計測精度を向上することができる。本発明カレントトランス力も構成された電力量計は、歪み波形 (半波整流波形）に適応した規格である IEC1036にも対応できるため、今後電力自由化が進み、歪んだ電流波形の電力測定が必要とされる場合でも、高精度の電力量計を実現できる。発明の効果

[0027] 本発明によれば、非対称な波形の交流電流や直流が重畳した交流電流の検出に好適なカレントトランス用磁心およびそれを用いたカレントトランスならびに電力量計を実現することができるため、その効果は著しいものがある。

発明を実施するための最良の形態

[0028] 以下本発明を実施例にしたがって説明するが本発明はこれらに限定されるものではない。

(実施例 1)

Fe Ni Si B (原子％)の合金溶湯を単ロール法により急冷し、幅 5mm厚さ 22

82- 2 16

mのアモルファス合金薄帯を得た。このアモルファス合金薄帯を外径 30mm、内径 2 lmmに卷回し、トロイダル磁心を作製した。

作製した磁心を窒素ガス雰囲気の熱処理炉に挿入し、磁界中熱処理を行った。熱処理の際、合金磁心の磁路と垂直方向（合金薄帯の幅方向）、すなわち磁心の高さ方向に 280kAm^{_ 1}の磁界を印加した。熱処理前後の合金は X線回折の結果、結晶ピークは認められず、アモルファス相単相であることが確認された。

次に、この Fe Ni Si B (原子⁰ /₀)合金磁心の 8000 A m—¹における磁束密度 B

82- 2 16 8000

、角形比 B B "\保磁力 H、比透磁率; z、異方性磁界 Hを測定した。また、 50Hz r 8000 c r k

， lOOAm—¹における交流比初透磁率; z と 50Hz， 0· 05Am^_1における交流比初 ralOO

透磁率^ とを測定し、その比^ / H を求めた。図 3に Fe Ni Si B (原子 ra005 ralOO ra005 82 x 2 16

%)合金磁心の 8000 A m— ¹における磁束密度 B 、図 4に角形比 B B ¹、図 5に 50

8000 r 8000

Hz, 0.05Am— ¹における交流比初透磁率、図 6に異方性磁界 Η、図 7に 50Hz, 100 r k

Am—¹における交流比初透磁率と 50Hz, 0. 05Am^_1における交流比初透磁 ralOO

率との比 / μ を示す。本発明磁心の Β は、 Ni量 Xが 30原子％まで ra005 ralOO ra005 8000

は 1. IT以上の比較的高い値を示す。角形比 B B ¹は、 Ni量 Xが 5原子％以上 30 r 8000

原子⁰ /o以下の範囲で 5%以下の低い値を示す。 50 Hz, 0.05Am— ¹における交流比初透磁率は、 Ni量 Xの増加に伴い減少する。 / μ は、 Ni量 Xが 5原子％未 r ralOO ra005

満では 0. 85未満となり、磁界に対する透磁率変化が大きいが、 Ni量 Xが 5原子％以上では 0. 85よりも大きく 1. 15以下の値を示し、磁界に対する透磁率変化が小さい。このため、カレントトランスの磁心に適用した場合、測定電流に対する位相角や比誤差が単調な変化をするため、補正しやすく好ましいことが解る。

Xが 30原子％を超えるとは 1000未満となる。他方、異方性磁界 Hは、 Ni量 Xの r k

増加に伴い増加する。 Ni量 Xが 5原子％以上で 150A/m以上、 50原子％で 1500AZ mの値を示す。又、 Ni量 Xが 15原子％超で 500A/m以上の値を示す。

次に、 x= 10原子％の磁心を用いて 2500ターンの検出卷線を施し、カレントトランスを作製し、負担抵抗なしの状態で一次導線に 50Hz、 30Aの電流を流し、 23°Cにおける位相差と比誤差の絶対値を測定した。更に、 5Aの直流電流を重畳し電流測定が可能かについて確認を行った結果を表 1に示す。本発明磁心は、位相差 4° 以下、比誤差の絶対値 1%以下と小さぐ直流が重畳されても電流測定可能であり、カレントトランスとして優れた特性を示す。なお、 Ni量 Xが 30%を超えると磁束密度が低下し、透磁率も低くなるため Co基アモルファス合金に対して優位性が失われた。

[0029] [表 1]

O :測定可能

X ：測定不可

[0030] (実施例 2)

表 2に示す組成の合金溶湯を Ar雰囲気中で単ロール法により急冷し、幅 5mm厚さ 23 μ mのアモルファス合金薄帯を得た。このアモルファス合金薄帯を外径 22mm、内径 18mmに卷回し、本発明磁心を作製した。この合金磁心に実施例 1と同様な熱処理を行い、その後磁気測定を行った。熱処理後の合金は X線回折の結果ァモルファス状態であることが確認された。比較のため、本発明外の Fe基アモルファス合金磁心についても評価した。次にこれらの磁心を用いてカレントトランスを作製し、 23°Cにおける定格電流の位相差と比誤差の絶対値を測定した。表 2に磁束密度 B

8000、角形比 B B "\比透磁率； z、異方性磁界 H、定格電流の位相差と比誤差の絶対値を r 8000 r k

示す。また、ピーク値が 25Aの半波正弦波電流測定の可否を示す。

本発明磁心は位相差や比誤差の絶対値力、さくカレントトランスとして使用可能であり、特に直流がバイアスされる場合にもカレントトランスとして使用可能であるために、積算電力計用カレントトランスや産業用カレントトランスなど、幅広い分野のカレントトランスに使用可能である。

[0031] [表 2]

△：誤差大

：測定不可

(実施例 3)

Fe Ni B Si (原子％)の合金溶湯を単ロール法により急冷し、幅 5mm厚さ

23 mのアモルファス合金薄帯を得た。このアモルファス合金薄帯を外径 30mm、内径 15mmに卷回し、トロイダル磁心を作製した。

作製した磁心を窒素ガス雰囲気の熱処理炉に挿入し、磁界中熱処理を行った。熱処理の際、合金磁心の磁路と垂直方向（合金薄帯の幅方向）、すなわち磁心の高さ方向に 280kAm^{_ 1}の磁界を印加した。熱処理後の合金は、 X線回折の結果結晶ピークは認められず、アモルファス単相であることが確認された。

次に、この合金の 8000 A m— ¹における磁束密度 B 、角形比 B B 保磁力 H 、 5

OHz, 0.05A/mにおける比透磁率； z、異方性磁界 H 、 50Hz， lOOAm—¹における交流比初透磁率と 50Hz, 0. 05Am^_1における交流比初透磁率を測定し、 ralOO ra005 その比 / n を求めた。 B は 1.50T、角形比 B B ¹は、 1%、 50Hz, 0.05A/ ralOO ra005 8000 r 8000

mにおける比透磁率は 2200、異方性磁界 Hは 690A/m、 / n は 0.95で r k ralOO ra005 あった。

次にこの磁心に 2500ターンの検出卷線を施しカレントトランスを作製した。カレントトランスの定格電流 30Aでの 23°Cにおける比誤差と位相差の絶対値はそれぞれ 0.0 2%、 0.28%であった。次に、本発明カレントトランスを用いて積算電力計を作製した。正負対称の正弦波上の交流だけでなぐ半波波形の電流に対しても電力測定が可能であった。

図面の簡単な説明

[図 1]本発明に係わるカレントトランス (CT)型電流センサの構成例を示した図である。

[図 2]本発明に係わる磁心の磁ィ匕困難軸方向の B-Hループと異方性磁界 Hkの一例を示した図である。

[図 3]本発明磁心に係わる Fe Ni Si B (原子⁰ /₀)の合金の 8000 A m—¹における磁

82- 2 16

束密度 B を示した図である。

8000

[図 4]本発明磁心に係わる Fe Ni Si B (原子⁰ /₀)の合金の角形比 B B ¹を示し

82 2 16 8000 た図である。

[図 5]本発明磁心に係わる Fe Ni Si B (原子⁰ /₀)の合金の 50 Hz, 0.05Am— ¹におけ

82-x x 2 16

る交流比透磁率を示した図である。

[図 6]本発明磁心に係わる Fe Ni Si B (原子％)合金の異方性磁界 Hを示した図

82 2 16 k である。

[図 7]本発明磁心に係わる Fe Ni Si B (原子％)合金の 50Hz， lOOAm—¹におけ

82-x x 2 16

る交流比初透磁率と 50Hz, 0. 05Am^{_ 1}における交流比初透磁率の比 ralOO ra005 μ / μ を示した図である。

Claims

請求の範囲

[1] 一般式: Fe Ni X' (原子％)で表され、式中、 X'は Siおよび B力選ばれた少

100-x-z X z

なくとも 1種の元素を示し、 Xおよび zはそれぞれ 5≤x≤30、 14≤z≤30を満足する組成であるアモルファス合金から構成されており、前記アモルファス合金の 8000Am _¹における磁束密度 B が 1. 2T以上、異方性磁界 Hが 150Am^{_ 1}以上、 1200A

8000 K

m^_1以下の範囲、角形比 B B ¹が 5%以下、 50Hz，0. 05Am^_1における交流比初 r 8000

透磁率 μが 1000以上 4500以下の範囲であることを特徴とするカレントトランス用磁心。

[2] アモルファス合金の 50Ηζ, ΙΟΟΑπ ¹における交流比初透磁率と 50Hz, 0. 0 ralOO

5 Am—¹における交流比初透磁率との比 / H 力 0.85≤ / n ra005 ralOO ra005 ralOO ra005

≤ 1.15の範囲にあることを特徴とする請求項 1に記載のカレントトランス用磁心。

[3] B含有量が 8原子％以上 25原子％以下であるアモルファス合金力も構成されて、ることを特徴とする請求項 1又は請求項 2に記載のカレントトランス用磁心。

[4] Si含有量が 0. 5原子％以上 17原子％以下である合金力も構成されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれかに記載のカレントトランス用磁心。

[5] Feの 5原子⁰ /₀以下を Cr, Mn, V, Ti, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W, Co,Cu, Sn, Zn,

In, Ag, Au, Sc, 白金属元素， Mg, Ca, Sr, Ba,Y,希土類元素， N, Oおよび S力ら選ばれた少なくとも一種の元素で置換したアモルファス合金力も構成されて、ることを特徴とする請求項 1乃至請求項 4のいずれかに記載のカレントトランス用磁心。

[6] X'の 5原子％以下を C, Ge, Ga, Al, Beおよび Pから選ばれた少なくとも一種の元素で置換したアモルファス合金カゝら構成されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 5の!、ずれかに記載のカレントトランス用磁心。

[7] 外径が 32mm以下、占積率が 75%以上であることを特徴とする請求項 1乃至請求項

6の!、ずれかに記載のカレントトランス用磁心。

[8] 請求項 1乃至請求項 7のいずれかに記載のカレントトランス用磁心と検出卷線を具備することを特徴とするカレントトランス。

[9] 23°C、定格電流範囲における位相差が 5° 以内、比誤差の絶対値力 l%以内であることを特徴とする請求項 8に記載のカレントトランス。

[10] 23°C、定格測定電流の 1Z3の直流電流がバイアスされた条件下において位相差が 5° 以内、比誤差の絶対値力 ^1%以内であることを特徴とする請求項 8又は請求項 9 に記載のカレントトランス。

[11] 請求項 8乃至請求項 10のいずれかに記載のカレントトランスを具備することを特徴とする電力量計。