JP6904281B2 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、主に変圧器の鉄心に用いられる方向性電磁鋼板に関するものである。

従来、方向性電磁鋼板（以下、単に鋼板と示す）の鉄損低減方法として、鋼板に線状の歪みを圧延方向へ繰り返し導入する、いわゆる磁区細分化処理が知られている。歪みを導入するには、レーザ、電子ビーム、プラズマ炎等を照射する方法などがある。歪みの導入は、鋼板の片面のみに行われるのが一般的であるが、例えば、特許文献１には、鋼板の表裏面（両面）に歪みを導入することにより、鉄損の低減効果をより大きくする技術が提案されている。

この技術では、両面の歪みの相対的な位置によって鋼板の鉄損が大きく変化するため、歪みが上下で対になるように、しかもその圧延方向のずれが0.3mmよりも小さくなるように制御する必要がある。しかし、鋼板の表面と裏面とで別々の装置で歪みを導入するため、その位置を表裏面で正確に対になるように制御するのは容易ではない。その実現方法として特許文献１の図７には、表と裏を対にして同時にレーザを照射する方法が示されているが、この装置の構成でも両者の位置を0.3mmよりも小さくなるように合わせてそれを維持するためには非常に精密な調整が必要である。また、鋼板の下側にある照射装置には粉塵が落下して付着しやすいために、装置の整備の頻度が高くなる。さらに、鋼板に穴が発生した場合は、反対面の装置にレーザが当たって破損させる、おそれがある。

特開2002−12918号公報

本発明は、鋼板の表裏面に線状の歪み導入部を付与するに当たり、歪み導入部の鋼板表裏面における相対的な位置関係を適正化することにより、鉄損を効率的に低減する技術について提供することを目的とする。

本発明では、歪み導入部を鋼板の表裏面間で固定された位置関係の対にするのではなく、両者が鋼板の表裏面間で互いに交わるようにして鋼板全体が良好な条件を平均的に満たすようにすることによって、磁気特性が場所により変動することを抑制する。すなわち、本発明の要旨構成は、次の通りである。

１．方向性電磁鋼板の表裏面の各々に、該鋼板の圧延方向を横切る向きに延びる、線状の歪み導入部の複数本を前記圧延方向へ間隔を置いて有し、前記鋼板の表面と裏面との間において、前記歪み導入部が相互に交差する配置を有する方向性電磁鋼板。

２．前記歪み導入部の交差配置は、各歪み導入部上における隣接する交点の間隔が10mm以上100mm以下である前記１に記載の方向性電磁鋼板。

３．前記歪み導入部の交差配置における交差角が１〜30°である前記１または２に記載の方向性電磁鋼板。

本発明によれば、鋼板の表裏面間の歪み導入部の対応関係が適正化されるため、鉄損を安定的に低減した方向性電磁鋼板を提供することができる。

鋼板における歪導入部の配置を示す図である。 鋼板における歪導入部の配置を示す図である。 鋼板における歪導入部の配置を示す図である。 鋼板における歪導入部の配置を示す図である。 歪導入部の交点間隔と鉄損との関係を示すグラフである。

本発明の対象は方向性電磁鋼板である。特に、厚さが0.23mm以下で高配向性の方向性電磁鋼板は、磁区細分化処理による鉄損の低減量が大きく有効である。
本発明で用いる磁区細分化を生じさせるための歪みの導入方法には、レーザ照射、電子ビーム照射又は熱プラズマ照射等の公知の方法を用いることができる。鋼板の表面と裏面とで別の方法を用いても構わない。

この際、導入する歪の量を適当に調整する。例えば、レーザ照射の場合はレーザの出力、ビームスポット形状およびビームの走査速度等によって、電子ビーム照射の場合は加速電圧、ビーム電流、ビームスポット形状およびビームの走査速度等によって、熱プラズマ照射の場合はプラズマ電流、ガス流量、プラズマ炎形状、トーチと鋼板の間隔およびトーチの走査速度等によって、導入する歪量を調整する。導入する歪が大きすぎる場合は、鉄損の増大、磁歪の増大および／または絶縁被膜の損傷等の不良が生じ、歪が小さすぎる場合は磁区細分化による鉄損低減効果が小さくなる。
以上の手法に従って磁区細分化処理を行うことによって、幅が0.01〜0.5mm程度の線状に深さが0.01mm以上板厚未満程度の歪導入部を形成する。

上記した手法によって、鋼板の表面に、該鋼板の圧延方向を横切る向き、好ましくは圧延方向と直交する方向（以下、圧延直交方向とも示す）または圧延直交方向に近い向きに延びる、歪導入部を圧延方向に繰り返し形成する。すなわち、図１に、鋼板１の表面側に形成する歪導入部２を実線として、および裏面側に形成する歪導入部３を鎖線として、それぞれ示すように、歪導入部２は、鋼板１表面の圧延方向ＲＤを横切る向きに圧延方向に繰り返し形成され、同様に、歪導入部３は鋼板１裏面に形成される。これら歪導入部２および３の鋼板の圧延方向ＲＤでの間隔ｔは３mm以上30mm以下の範囲が好ましく、この範囲において導入する歪の大きさに応じて適当な間隔ｔに調整する。ただし、間隔ｔが３mmよりも小さい場合はヒステリシス損の増大や磁歪の増大を招き、一方30mmよりも大きい場合は磁区細分化による鉄損低減の効果が小さいことから、間隔ｔは３mm以上30mm以下とすることが好ましい。

一方、鋼板１の裏面についても、好ましくは上記と同様の間隔ｔの範囲内にて歪導入部３を形成する。但し、歪導入部３は、歪導入部２と交差する向きに形成することが肝要である。そのためには、歪導入部２および３のいずれか少なくとも一方は圧延直交方向Ｌからずれている必要があり、好ましくは、圧延直交方向Ｌに対してα：30°以内の向きに形成する。

ここで、図１に示す事例は、歪導入部２および３の上記した間隔ｔおよび角度αが同じ場合を示しているが、この事例に限らず、例えば図２や図３に示す歪導入部２および３の配置であっても良い。
すなわち、図２に示す事例は、上記した間隔ｔおよび角度αがともに、歪導入部２と歪導入部３とで異なる場合であり、図３に示す事例は、同様に間隔ｔおよび角度αがともに、歪導入部２と歪導入部３とで異なり、かつ歪導入部２の角度αが０°の場合である。これらは典型的な事例を示しているものであり、歪導入部２と歪導入部３とが交差する配置であれば様々な変形が可能である。その中でも特に、鋼板の表面と裏面の間隔の差が50％以下の交差配置が、低い鉄損値を鋼板内でばらつきなく実現するのに有効である。

かように鋼板の表裏面間で歪導入部２および３が相互に交差する配置とすることによって、表裏面の線同士が同じパターンになったり、互いに平行となるなどの、歪導入部の相互配置が排除され、表裏面間の歪導入部相互の間隔によって鉄損が大きく変動することを防ぐことができ、安定した品質の電磁鋼板を得られる。

さらに、鋼板の表裏面間で歪導入部２および３が相互に交差する配置とするに当たり、鋼板の表裏面間での歪導入部の交点の同一歪導入部上での間隔を規制することが好ましい。具体的には、図１に歪導入部２における交点Ｐ間隔をＤ２および歪導入部３における交点Ｐ間隔をＤ３として示すように、これらＤ２およびＤ３が所定の範囲にあることが好ましい。
すなわち、歪導入部２における交点Ｐの間隔Ｄ２および歪導入部３における交点Ｐの間隔Ｄ３は、狭すぎると鉄損の増大が生じ、一方、この間隔が広いと、鋼板の幅方向の鉄損に変動が生じやすくなる。電力用の変圧器に用いる方向性電磁鋼板は幅100mm程度の細い幅で用いることも多く、このような幅方向の鉄損の変動は製造される変圧器の特性にばらつきを生じる。従って、上記した間隔Ｄ２および間隔Ｄ３は10mm以上100mm以下にすることが望ましい。

なお、歪導入部は鋼板の幅方向で複数の区画に分割して形成する場合があるが、その場合はそれぞれの分割された区画毎に上記の条件を満たしていればよい。

なお、本発明において、方向性電磁鋼板の成分組成や製造条件は特に限定する必要はなく、いずれも方向性電磁鋼板の一般に従うものでよい。

鋼板の表裏面に形成したフォルステライト被膜の上に張力コーティングを焼付けた、板厚：0.23mm、磁束密度Ｂ_８：1.94Ｔおよび鉄損Ｗ_17/50：0.85W/kgの方向性電磁鋼板を作製し、該鋼板を500mm角に切断して試験片とした。この試験片の片面(表面とする)に加速電圧150kV、スポット径0.15mmの電子ビームを圧延直交方向に80m/sで走査すること形成した歪導入部を圧延方向に８mmの間隔ｔで繰り返して形成した。次に、反対側の面(裏面とする)に同様に電子ビームを圧延直交方向に対して０°から30°の種々の角度αをつけて、圧延方向に同じ間隔ｔで繰り返して導入した。

この角度αが０°の場合は表面での歪導入部と裏面での歪導入部は交差せず（図４参照）、０°を超える場合は交差する（図３参照）。角度αが０°の場合は、表面に形成する歪導入部は試験片に対して常に一定の位置とし、裏面に形成する歪導入部は表面の歪導入部に対して圧延方向の相対位置（間隔ｔ’）を０mmから４mmまで１mm刻みで５段階に変更した。さらに、すべてのパターンでビーム電流は10mAとした。

その結果を表１に示す通り、歪導入部が交差しない場合には表面と裏面との歪導入部の位置ずれによって鉄損が変動するが、交差させた場合には安定して低鉄損にすることができた。すなわち、交差させた場合には、αによらず、鉄損が安定して0.71W/kgまで低減されたが、交差がない場合は0.71W/kgから0.79W/kgに変動した。

実施例１と同じ方向性電磁鋼板の500mm角の試験片の片面(表面とする)に加速電圧150kVおよびスポット径0.15mmの電子ビームを圧延直交方向から角度α：2.5°から20°の範囲で傾けた方向に80m/sで走査することによって、歪導入部を圧延方向に３mmから10mmの間隔ｔにて繰り返して形成した。

次に、反対側の面(裏面とする)に同様に電子ビームを圧延直交方向に対して表面における角度αをマイナスにした角度−αをつけて、表面と同じ間隔ｔで圧延方向に繰り返して歪導入部を形成した。その際、表裏面間での歪導入部の交点間隔を種々に変化させた。全ての条件でビーム電流は５mAから20mAまで２mA刻みで変更して照射し、鉄損が最小になる条件を調査した。

その結果を図５に示す通り、交点の間隔が10mmから100mmの間で最も鉄損が小さくなった。さらに、上記試験片を幅100mmの５枚の試験片に切り分けてそれぞれの鉄損を調査したところ、交点の間隔が10mmから100mmの間では５枚の試験片の鉄損のばらつきは0.005W/kg程度であったが、交点の間隔が100mmを超えると鉄損のばらつきが0.01W/kg以上と大きくなり、表面の線と裏面の線が交差する箇所が少なくなると幅方向での鉄損に差が生じていることがわかった。

１ 鋼板
２、３ 歪導入部
Ｐ 交点

Claims (2)

1. 方向性電磁鋼板の表裏面の各々に、該鋼板の圧延方向を横切る向きに延びる、線状の歪み導入部の複数本を前記圧延方向へ間隔を置いて有し、前記鋼板の表面と裏面との間において、前記歪み導入部が相互に交差する配置を有し、前記歪み導入部の交差配置は、各歪み導入部上における隣接する交点の間隔が10mm以上100mm以下である方向性電磁鋼板（ただし、表裏面に溝を有するものを除く）。
2. 前記歪み導入部の交差配置における圧延直交方向と歪み導入部とが交差する角度が１〜30°である請求項１に記載の方向性電磁鋼板。

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