JPS6394608A - 鉄損の低い変圧器用巻き鉄心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 柱上変圧器などの鉄心として用いられる鉄損の低い変圧
器用巻き鉄心の改良に関連する。

周知のように変圧器は、主に一方向性電磁鋼板を鉄心に
用いているが、その鉄心の構成によって積み変圧器と巻
き変圧器とに大別される。

すなわち積み変圧器は所望の形状に切断した鋼板を積層
することによって鉄心が形成されたものであるのに対し
、巻き変圧器は所望の巾にスリットされた銅帯を巻き重
ねることにより鉄心が形成されたものである。

所望の形状に切断した鋼板を１枚ずつ積層しなければな
らない積鉄心では鉄心の組立に大きな労力を必要とし、
また鉄心の接合部では磁束が圧延方向以外の方向に流れ
るため、鉄心としての特性は素材の特性よりも劣化する
傾向にある。これに対し、巻き鉄心では磁束はほとんど
圧延方向にしか通らないため、素材の特性がよく鉄心に
生かされる。

したがって、柱上変圧器等比較的小型の変圧器では主と
して巻き鉄心が用いられている。

巻き鉄心は所定巾・長さにスリットした銅帯を所定厚み
に巻き重ねたのちプレス成形し、加工歪を除（ため７０
０〜９００℃で歪取り焼鈍し、そののち鉄心にコイルを
挿入して製造される。

ところで変圧器鉄心用材料としては主として一方向性電
磁鋼板が用いられるが鉄心として使用した際のエネルギ
ー損失即ち鉄損が低いことが重要である。

近年のエネルギー事情の悪化から特に鉄損の低い電磁鋼
板に対する要求は一段と高まりつつある。

（従来の技術） ところで鉄損を減少させるために、これまでに冶金学的
手段或いは人為的磁区細分化等種々の試みがなされた。

これらの方法の中で現在実用化され、極めて低鉄損が得
られる方法として仕上焼純情の方向性電磁鋼板にパルス
レーザ−光を照射する方法が特公昭５７−２２５２号公
報に開示されている。

この方法により板厚０．３Ｏｎ＋の鋼板の場合Ｗ　１？
１５０値で１．ＯＯＷ／ｋｇ以下の低鉄損方向性電磁鋼
板の製造が可能となった。（ここでＷ　１？１５０値は
磁束密度１．７Ｔ、周波数５０　Ｈｚにおける鉄損であ
る。）ところが、この方法は歪取り焼鈍により鉄損の劣
化を来すという問題があり、巻鉄心用材料としては用い
られていない。

これに対して発明者らは先に、特開昭５９−１９７５２
０号公報において最終仕上焼鈍工程より前に鋼板に線状
の溝を導入することにより高温での歪取り焼鈍後も鉄損
の劣化しない低鉄損一方向性電磁鋼板を製造する方法を
提案した。

さらに、また、特開昭６１−１１７２１８号公報では仕
上焼純情鋼板に溝を形成したのち７５０℃以上の温度で
熱処理する方法が開示されている。

これらの従来の技術は、溝の導入時期及び鉄損低減の原
理は異なるが、いずれも鋼板に溝を導入することにより
鉄損の減少をはかるものである。

溝の導入された鋼板を変圧器用巻き鉄心に応用する場合
、巻き方によっては素材の特性が十分鉄心に生かされな
いことを発明者らは知見し、先に特開昭６１−１５３０
９号公報に開示した。即ち、片表面に線状の疵（溝）を
付けた一方向性電磁鋼板を線状疵（溝）が外巻き側とな
るように巻き重ねた変圧器用巻鉄心である。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、その後さらに調査を進めたところ、線状
疵（溝）を外巻き側とするよりむしろ内奏き側とした方
が良い場合があることが判明した。

発明者らはこのような現象が何に起因して生ずるのかを
鋭意実験、検討を重ねた結果、鉄心最内側の曲げ加工部
の曲げ径がある一定値よりも小さい場合には線状の溝を
内奏き側となるように巻いた方が良いことを新たに知見
し、この発明を成すにいたったのである。

（問題点を解決するための手段） この発明は片表面に線状の溝を形成した一方向性電磁鋼
板を巻き重ねて成る巻き鉄心にして、該線状の溝が内奏
き側に面し、かつ最内側の曲げ加工部の曲率半径が３０
寵以下であることを特徴とする鉄損の低い変圧器用巻き
鉄心である。

以下この発明について具体的に説明する。

通常の製法により製造した板厚０．２３ｍｍの方向性電
磁鋼板を第１図に示すような種々の曲率半径（Ｒ）をも
つ型枠に巻きつけることにより鉄心最内側の曲げ加工部
の曲率半径が異なる巻鉄心（Ａ）を作成した。

また、（Ａ）と同一組成でありかつ、片表面に圧延方向
とほぼ直角方向に巾１００μｍ１深さ１５μｍ、圧延方
向の間隔７龍にて線状の漢を付した板ｒｇ−Ｏ。

２３１ｍｍの方向性電磁鋼板を（Ａ）と同様の型枠に線
状の溝が外巻となるように巻いた鉄心（Ｂ）、ならびに
線状の溝が内奏となるように巻いた鉄心（ｃ）を作成し
た。

巻き厚はいずれの鉄心も、４０ｍとした。また素材特性
は線状の溝を有しない鋼板が８１゜値１．９２Ｔ、Ｗ　
１？１５０値０．９０Ｗ／ｋｇであり、綿状の溝を付し
た鋼板はＢ１１１値１．９１Ｔ、　Ｗ１？１５０値０．
８１Ｗ／　ｋｇであり、線状の溝を付した鋼板の方が同
一組成であっても低鉄損値を示す。

ここでＢ、。値とは磁化力１０００　Ａ／ｎ＋における
磁束密度であり、Ｗ１７１５０値についてはすでに述べ
た。

次に上記の鉄心を加工歪を除くため８００℃×２ｈｒｓ
　％　Ｎｚ中の歪除去焼鈍を実施したのち、巻線を施し
、磁気特性を測定した。

第２図に鉄心最内側の曲げ加工部曲率半径と巻鉄心の鉄
損の関係を示す。

第２図より線状の溝を有する鋼板を用いた鉄心（Ｂ）　
（Ｃ）はいずれも溝のない通常の鋼板を用いた鉄心（Ａ
）よりも鉄損が低く、線状の溝導入による素材の鉄損改
善効果がよく鉄心に反映されている。

一方、（Ｂ）　（Ｃ）の間で比較すると曲げ加工部の曲
率半径が３０１農を越えて大きい場合には線状の溝が外
巻となるように巻いた鉄心（Ｂ）の方が内巻となるよう
に巻いた鉄心（Ｃ）よりも低鉄損であるが、曲げ加工部
曲率半径が３Ｑｍｍ以下の場合には内巻（Ｃ）の方が低
鉄損となる。

したがって鉄心最内側の曲げ加工部が曲率半径３０ｍ以
下の加工径で曲げられた変圧器用巻鉄心においては、片
表面に線状の溝を有する一方向性電磁鋼板を線状の溝が
内巻き側となるように巻き重ねることにより、これまで
になく鉄損の低い変圧器用巻き鉄心の製造が可能となっ
たのである。

（作　用） 曲げ加工部曲率半径が小さい場合に線状の溝を内巻きに
巻き重ねた方が低鉄損となり、曲げ加工部曲率半径が大
きい場合には線状の溝を外巻きに巻き重ねた方が低鉄損
となる理由は次のように推測される。

曲げ加工部曲率半径が大きく、溝内奏の場合、磁束は溝
の周辺で隣接する鋼板に渡るため板厚方向の磁束が生じ
鉄損は劣化する。ところが溝外巻の場合、曲げ加工部で
は溝は広がるため板厚方向の磁束が生ずる割合は内巻の
場合に比べて小さい。

一方、曲げ加工部曲率半径が小さい場合には溝内奏のと
き、溝はせまくなるため磁束の流れは内巻、外巻ともに
ほぼ同等となると考えられる。

ところが、巻鉄心の曲げ加工部では通常、外面には引張
応力、内面には圧縮応力が加わるが、内面に溝がある場
合、その圧縮応力が緩和され、したがって、溝外巻の場
合よりも低鉄損になるものと推察される。

第２図において曲げ加工部曲率半径が小さい場合の方が
低鉄損となるのは曲げ加工部曲率半径が大きい場合には
曲げ加工による歪が加わる部分の比率が大きく、これが
鉄損を劣化させる原因となることによるものと考えられ
る。

次に本発明の変圧器用巻鉄心に供する材料が具備すべき
線状の溝の形状については、特開昭５９−１９７５２０
号公報に示した通り、巾３００μｍ以下、深さ１００μ
ｍ以下、圧延方向における溝中心線間間隔１　ｘｖｒ以
上とし、圧延方向にほぼ直角な方向とするのが好ましく
、各範囲を逸れるときには素材の鉄損低減の効果が十分
に得られない。とくに、線状の溝の中３０〜１５０μｍ
、深さ１０〜３０μｍ、圧延方向の間隔３〜２０ｍｍ、
圧延方向との角度３０°以上の場合にＷ１７１５０値で
０．０５Ｗ／ｋｇ以上の大きな鉄損低減効果がある。

また溝は線状とすることが必要で、線状の形は直線、曲
線、波線、破線、点線のいずれであってもかまわない。

さらに、鋼板はりん酸塩系の上塗りコーティングが施さ
れていてもいなくてもかまわない。

（実施例） 次にこの発明の実施例について説明する。

１、　０．２：３＋＋ｍ厚みに圧延した７種類の含けい
素鋼冷延板に巾１００μｍ、深さ１２μｍの線状の溝を
圧延方向に直角な方向に８ｍｍ間隔で導入し、残り半分
はそのまま通常の製造工程により製品とした。このとき
、溝のある鋼板の磁気特性はＢ１゜値１．９１Ｔ、　Ｗ
１？１５０値０．７８Ｗ／ｋｇであり溝のない鋼板は１
３ｔｏ値１．９２Ｔ、　Ｗ１７１５０値０．８９Ｗ／ｋ
ｇであった。

次にこの鋼板を線状の溝を導入したものとしないものに
２分割し、それぞれを１０ｏｎ巾の銅帯にスリットし、
これを巻き厚４０龍になるまで巻き取ったのちプレス成
形した。この時、鉄心最内側の曲げ加工部曲率半径が表
１に示す種々の径となるように調整し、また、線状の溝
を有する鋼板については鉄心巻き方は線状の溝が内巻き
の場合、外巻きの場合の２通りとした。

更に、これらの鉄心は加工歪を除くために８２０℃Ｘ　
２ｈｒｓ、　Ｎ、中で歪取り焼鈍した。

この時の鉄心の鉄損特性を、線状の溝のない鋼板を使用
した場合と比較して表１に示す。曲げ加工部曲率半径は
鉄心最内側の曲げ加工部曲率半径を示す。

表　　　１ 表１に示した通り、線状の溝を導入した鋼板を用いた巻
鉄心はいずれの曲げ加工部曲率半径においても溝のない
鋼板を用いた巻鉄心よりも低鉄損を呈するが、鉄心最内
側の曲げ加工部が曲率半径３０ｍｍ以下の巻鉄心におい
ては線状の溝が内巻き側になるように巻き重ねることに
より、素材の著しい鉄損低減効果が鉄心に十分反映され
、より低鉄損の巻鉄心の製造が可能となった。

２、　０．３０ｍｍ厚みの仕上焼純情一方向性電磁鋼板
コイルに、半分は中１２０μｍ１深さ１５μｍの線状の
溝を圧延方向と直角な方向に５１１間隔で導入したのち
このコイルを線状の溝を導入したものとしないものに２
分割した。このとき溝を導入した鋼板の磁気特性はＢ１
゜値、１．９１Ｔ、　Ｗ１７１５０値０．９２Ｗ／ｋｇ
であり、溝のない鋼板はＢ１０値、１．９２Ｔ、　Ｗ１
７１５０値１．０３Ｗ／ｋｇであった。

次にそれぞれの分割コイルを１００　＊ｍ巾の銅帯にス
リットし、これを巻き厚４０１重になるまで巻き取った
のちプレス成形した。この時、鉄心最内側の曲げ加工部
曲率半径が表２に示す種々の径となるように調整し、ま
た、綿状の溝を有する鋼板については鉄心の巻き方は線
状の溝が内巻きの場合、外巻きの場合の２通りとした。

更に、これらの鉄心は加工歪を除くために８５０°ＣＸ
　２ｈｒｓ　、　Ｎ、中で歪取り焼鈍した。

この時の鉄心の鉄損特性を線状の溝のない鋼板を使用し
た場合と比較して表２に示す。曲げ加工部曲率半径は鉄
心最内側の曲げ加工部曲率半径を示す。

表２ 表２に示した通り、線状の溝を導入した鋼板を用いた巻
鉄心はいずれの曲げ加工部曲率半径においても溝のない
鋼板を用いた巻鉄心よりも低鉄損を示したが、鉄心最内
側の曲げ加工部が曲率半径３０龍以下の巻鉄心において
線状の溝が内巻き側となるように巻き重ねることにより
素材の著るしい鉄損低減効果が鉄心に十分反映され、よ
り低鉄…の巻鉄心の製造が可能となった。

（発明の効果） この発明により著るしく低鉄損の変圧器用巻き鉄心の製
造が可能となり、省エネルギーに寄与できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は巻鉄心を作る型枠を示す説明図、第２図は巻鉄
心の鉄心最内側の曲げ加工部曲率半径と巻鉄心の鉄損Ｗ
１？１５０　　（Ｗ／ｋｇ）の関係を示す比較図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、片表面に線状の溝を形成した一方向性電磁鋼板を巻
   き重ねて成る巻き鉄心にして、該線状の溝が内巻き側に
   面し、かつ最内側の曲げ加工部の曲率半径が３０ｍｍ以
   下であることを特徴とする鉄損の低い変圧器用巻き鉄心
   。