CN103596720B - 方向性电磁钢板的制造装置及方向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种方向性电磁钢板的制造装置，制造通过照射激光束而进行磁区控制的方向性电磁钢板，具有在钢板（31）的输送方向上配设有多台的激光束照射装置（20）、和使该激光束照射装置（20）在钢板（31）的宽度方向上移动的宽度方向移动机构（15），宽度方向移动机构（15）能够使激光束照射装置（20）遍及钢板（31）的全宽地移动。

Description

方向性电磁钢板的制造装置及方向性电磁钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及通过照射激光束来进行磁区控制的方向性电磁钢板的制造装置及方向性电磁钢板的制造方法。

背景技术

上述方向性电磁钢板被作为构成变压器、旋转机等的电气设备的铁芯的原材料使用。在这样的方向性电磁钢板中，被要求降低磁化时的能量损失(铁损)。铁损被分类为涡流损耗和磁滞损耗。进而，涡流损耗被分类为古典涡流损耗和异常涡流损耗。

这里，为了降低古典涡流损耗，提供了在板表面上形成有绝缘皮膜的板厚较薄的方向性电磁钢板。作为形成有绝缘皮膜的方向性电磁钢板，例如如专利文献1所示，提出了在钢板的表面上形成玻璃皮膜、在该玻璃皮膜之上再形成绝缘皮膜的结构。

此外，为了抑制异常涡流损耗，例如如专利文献2所示，提出了通过从绝缘皮膜之上聚光照射激光束并在电磁钢板的大致宽度方向上扫描而在钢板的表面上形成沿宽度方向延伸的激光照射线、在轧制方向上周期性地设置具有残余应变的区域而将磁区细分化的磁区控制法。

在进行通过上述激光照射的磁区控制的情况下，需要以如下方式进行控制：使用激光束照射装置，朝向被输送的钢板的宽度方向反复进行激光束的扫描，使激光照射线的轧制方向的间隔PL为一定。这里，由于激光束照射装置进行的激光束的扫描速度有极限，所以在将宽幅的钢板以高速输送的情况下，有不能将激光照射线的轧制方向的间隔PL形成为规定的间隔的情况。

所以，例如在专利文献3中，公开了通过沿着钢板的宽度方向配置的多台激光束照射装置而形成在钢板的宽度方向上被分割的激光照射线的方法。

在将激光照射线在宽度方向上分割形成的情况下，在钢板的整个宽度方向上使铁损及与变压器的噪声有关的磁致伸缩特性为一定是重要的。详细地讲，在分割的激光照射线的边界部分，由于激光束的照射状态与其他部分不同，所以有铁损及磁致伸缩特性也劣化的情况。

根据这样的状况，要求如下的方向性电磁钢板的制造装置及方向性电磁钢板的制造方法，即：即使在一边将宽幅的钢板以高速输送一边形成激光照射线而进行磁区控制的情况下，也能够在钢板的整个宽度方向上使铁损及磁致伸缩特性稳定。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007－119821号公报

专利文献2：日本特表2003－500541号公报

专利文献3：日本特开昭63－083227号公报

发明的概要

发明要解决的技术问题

发明内容

本发明的方向性电磁钢板的制造装置，制造通过照射激光束而进行磁区控制的方向性电磁钢板，具有：在钢板的输送方向上配设有多台的激光束照射装置；和使上述激光束照射装置在上述钢板的宽度方向上移动的宽度方向移动机构，上述宽度方向移动机构能够使上述激光束照射装置遍及上述钢板的全宽地移动。

在此情况下，通过在钢板的输送方向上配设有多台的激光束照射装置，能够在钢板的表面上形成在宽度方向上分割的多个激光照射线。由此，能够将一台激光束照射装置的扫描距离设定得较短，即使是将宽幅的钢板以高速输送的情况，也能够在轧制方向上以规定的间隔PL形成激光照射线。

此外，由于各激光束照射装置能够在上述钢板的宽度方向的任意的位置上将激光束在上述钢板的宽度方向上扫描，所以能够调整在宽度方向上相邻的激光照射线彼此的重叠宽度。由此，能够在钢板的整个宽度方向上使磁特性及磁致伸缩特性稳定。

这里，也可以构成为，具有至少N+1台上述激光束照射装置，通过N台上述激光束照射装置对上述钢板的全宽进行激光束的照射。

在此情况下，确保1台以上的激光束照射装置作为备用装置。关于该备用装置，也使其能够通过宽度方向移动机构而遍及钢板的全宽地移动，所以能够替代发生了故障的激光束照射装置而立即使用备用的激光束照射装置。

本发明的方向性电磁钢板的制造方法，制造通过照射激光束而进行磁区控制的方向性电磁钢板，上述方向性电磁钢板的制造方法具有：在所输送的钢板的宽度方向上将激光束分割而扫描、在上述钢板的表面上形成沿宽度方向分割的多个上述激光照射线的激光照射工序，在该激光照射工序中，调整在宽度方向上相邻的上述激光照射线的重叠宽度。

在此情况下，在激光照射工序中，通过调整在宽度方向上相邻的上述激光照射线的重叠宽度，能够在钢板的整个宽度方向上使磁特性及磁致伸缩特性稳定。

例如，通过使宽度方向上相邻的上述激光照射线的重叠宽度为-5mm以上20mm以下，能够抑制铁损的上升。

或者，通过使宽度方向上相邻的上述激光照射线的重叠宽度为10mm以下，能够抑制作为磁致伸缩的指标的磁致伸缩速度水平(LVA)的增加。另外，在重叠宽度为负的情况下，表示激光照射线彼此离开。

发明效果

根据本发明，能够提供一种即使在一边将宽幅的钢板以高速输送一边形成激光照射线而进行磁区控制的情况下、也能够在钢板的整个宽度方向上使铁损及磁致伸缩特性稳定的方向性电磁钢板的制造装置及方向性电磁钢板的制造方法。

附图说明

图1是表示作为本发明的实施方式的方向性电磁钢板的制造装置的俯视说明图。

图2是图1所示的方向性电磁钢板的制造装置的侧面说明图。

图3是激光束照射装置的概略说明图。

图4是表示由作为本发明的实施方式的方向性电磁钢板的制造装置制造的方向性电磁钢板的一例的说明图。

图5是图4的激光照射线的放大说明图。

图6是表示由作为本发明的实施方式的方向性电磁钢板的制造装置制造的方向性电磁钢板的另一例的说明图。

图7是图6的激光照射线的放大说明图。

图8是表示实施例1的结果的曲线图。

图9是表示实施例2的结果的曲线图。

具体实施方式

首先，使用图1至图3对作为本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置进行说明。

该方向性电磁钢板的制造装置10是对被朝向轧制方向输送的钢板31照射激光束并进行钢板31的磁区控制的装置。

作为本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10如图1所示，具备：振荡出激光束的激光装置12；在钢板10的输送方向上排列有多台的激光束照射装置20；和使该激光束照射装置20在钢板31的宽度方向上移动的直线运动装置15。

这里，在本实施方式中，如图1及图2所示，配设有6台激光束照射装置20。通过其中5台激光束照射装置20，设为对钢板31的整体宽度照射激光束的结构，1台激光束照射装置20a在从钢板31之上偏离的位置处待机。另外，如图2所示，各激光束照射装置20分别配设在沿输送方向设有多个的支承辊11的上方。

激光装置12为振荡出能够进行光纤传送的激光束的装置。作为能够进行光纤传送的激光束，可以采用YAG激光(波长1.06μm)、光纤激光(波长1.07～1.08μm)等。

由该激光装置12振荡出的激光束经由传送光纤13被向各激光束照射装置20传送。

激光束照射装置20如图3所示，具备：准直器21、多面体的旋转多棱镜(polygonmirror)22和fθ透镜23。

准直器21调整从传送光纤13输出的激光束LB的直径。此外，旋转多棱镜22使激光束LB偏向而在钢板31上以高速沿钢板31的宽度方向扫描。fθ透镜23将由旋转多棱镜22扫描的激光束LB聚光。

这里，通过调节旋转多棱镜22的旋转速度，能够调整钢板31上的激光束LB的扫描速度。

另外，该激光束照射装置20具备：使旋转多棱镜22和fθ透镜23同时上下动的对焦机构(未图示)；和测量钢板31与fθ透镜23的距离的距离计(未图示)。通过该对焦机构，能够调整fθ透镜23与钢板31的距离。

直线运动装置15具备在钢板31的宽度方向上延伸的导轨16。该导轨16如图1所示，设定得比输送的钢板31的宽度长，从钢板31的宽度方向两端分别突出而延伸。

直线运动装置15具备沿着该导轨16来驱动激光束照射装置20的驱动机构(未图示)。作为驱动机构，可以举出例如滚珠丝杠(Ballscrew)与旋转马达的组合或线性马达等。

通过该直线运动装置15，各激光束照射装置20能够移动到钢板31的宽度方向的任意的位置。

此外，在直线运动装置15中，设有确定各激光束照射装置20的位置的位置传感器(未图示)。

接着，对使用作为本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10的方向性电磁钢板的制造方法进行说明。

首先，得到照射激光束LB的钢板31的宽度数据。根据该宽度数据,决定使用的激光束照射装置20的台数。在本实施方式中，如图1所示，使用5台激光束照射装置20。

并且，决定各激光束照射装置20的宽度方向位置，使用直线运动装置15向规定的位置移动。此外，将不使用的激光束照射装置20a移动到退避位置。

进而，决定各激光束照射装置20的激光束LB的扫描长度。激光束LB的扫描宽度是将多棱镜的反射角度、即多边形面数与fθ透镜的焦点距离相乘的值。此时，通过各激光束照射装置20的宽度方向位置，调整在宽度方向上相邻的激光照射线32彼此的重叠宽度d。

或者，在将激光束LB的扫描宽度变更时，也可以通过用设在fθ透镜与钢板之间的遮蔽板将扫描束的端部遮挡从而变更钢板上的扫描宽度。或者也可以变更多棱镜、fθ透镜。

或者，也可以代替多棱镜，而通过使反射镜以任意的角度振动的振镜，来变更反射镜反射角度而变更扫描宽度。

另外，也可以为由计算机使用程序自动设定该一系列的设定作业的结构。

接着，从激光装置12振荡出激光束LB。将该激光束LB经由传送光纤13向各激光束照射装置20传送。

在激光束照射装置20中，通过旋转的旋转多棱镜22的1面将激光束LB扫描到钢板31上。由此，在钢板31的表面上，形成规定的长度的激光照射线32。此时，激光照射线可以是表面的玻璃皮膜或绝缘皮膜蒸发后的能够视觉判断的线，或者也可以是达不到皮膜的蒸发的不可视的线，只要能赋予有效地进行磁区控制的应变就可以。

在输送方向上相邻的激光照射线32的间隔PL能够通过钢板31的输送速度及旋转多棱镜22的旋转速度的调整来变更。

另外，激光照射线32也能够通过提高激光束LB的输出、或者缩小聚光束直径、或者减缓扫描速度来做成槽状。

接着，使用图4及图5说明使用作为本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10而制造出的方向性电磁钢板的一例。

该方向性电磁钢板具备钢板、形成在钢板的表面上的玻璃皮膜、和形成在该玻璃皮膜之上的绝缘皮膜。并且，在方向性电磁钢板的表面上，通过从绝缘皮膜之上照射、扫描激光束LB，如图4所示，形成与轧制方向大致正交而延伸的激光照射线32。

该激光照射线32在轧制方向上以规定的周期形成，在被两个激光照射线32、32夹着而磁化朝向轧制方向的区域中，将与轧制方向大致正交的方向的磁区宽度细分化。

在图4及图5所示的方向性电磁钢板中是如下例子，即：激光照射线32在宽度方向上被分割、在宽度方向上相邻的激光照射线32、32彼此以宽度d重叠。

此外，使用图6及图7说明使用作为本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置而制造出的方向性电磁钢板的另一例。

在该方向性电磁钢板中是如下例子，即：激光照射线32在宽度方向上被分割、在宽度方向上相邻的激光照射线32、32彼此以宽度d离开。另外，在激光照射线32、32彼此离开的情况下，重叠宽度d为负。

这样，在作为本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10中，如上述那样，能够通过各激光束照射装置20的宽度方向位置和各激光束照射装置20的激光束LB的扫描长度来调整在宽度方向上相邻的激光照射线32、32彼此的重叠宽度d。

在做成了以上那样的结构的作为本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10中，具备：在钢板31的输送方向上配设有多台(在本实施方式中是6台)的激光束照射装置20；和使各激光束照射装置20在钢板31的宽度方向上移动的直线运动装置15，所以能够在钢板31的表面上形成沿宽度方向分割的多个激光照射线32。由此，能够将一台激光束照射装置20的激光束LB的扫描长度设定得较短，即使是将宽幅的钢板31以高速输送的情况，也能够在轧制方向上以规定的间隔PL形成激光照射线32。

此外，由于能够通过各激光束照射装置20的宽度方向位置和各激光束照射装置20的激光束LB的扫描长度来调整在宽度方向上相邻的激光照射线32、32彼此的重叠宽度d，所以能够在钢板31的整个宽度方向上使铁损及磁致伸缩特性稳定。

作为实施例，使用板厚0.23mm的方向性电磁钢板，将重叠宽度d进行各种变更而求出极限铁损值(日语：到達鉄損値)。使用的方向性电磁钢板在0.8A/m的磁场中产生的磁通密度是1.92T。激光条件是，激光功率200W、束扫描速度30m/s、聚光束直径φ0.1mm。照射间距为5mm。铁损的测量是通过将激光照射部切割出轧制方向600mm、板宽度方向800mm的单板尺寸，以在频率50Hz下最大磁通密度为1.7T的条件施加磁场，来测量铁损。将其结果表示在图8中。在使在宽度方向上相邻的激光照射线32、32的重叠宽度d为0到10mm的范围的情况下，呈现最低的铁损值，在-5mm以上20mm以下的范围中，铁损增加量是0.01W/kg。由此，在钢板31的整个宽度方向上能够使铁损在低位稳定。

此外，对磁致伸缩特性进行了调查。磁致伸缩是用方向性电磁钢板制造的变压器的噪声的重要因素。作为磁致伸缩的指标而使用磁致伸缩速度水平(LVA)。LVA的评价方法使用以下方法。首先，将钢板切割为轧制方向长度500mm、宽度方向长度100mm，施加交流磁场，以使在轧制方向上最大磁通密度成为1.7T。此时，由于磁区的伸缩而钢板长度变化，将该位移的时间变化用激光位移计来测量，通过傅里叶解析求出各频率成分fn的振幅Cn。使用各频率成分的A修正系数αn，用下式求出LVA。

LVA＝20×Log(√(ρc×2π×fn×αn×Cn/√2)/Pe0(dB)

这里ρc是固有声阻ρc＝400，Pe0是最小可听声压，使用Pe0＝2×10^－5(Pa)。A修正系数是由JIS决定的值，表示在JIS标准C1509－1的表2中。

在本实施例中，钢板使用与上述相同的方向性电磁钢板样本，将重叠宽度d变更而测量LVA，调查从d＝0mm时的LVA起的增加量与d的关系。结果，如图9所示，d是10mm以下的情况下，LVA增加量是1dB以下，是几乎能够忽略的水平。即，在该范围中能够抑制磁致伸缩(LVA)增加。由此，能够在钢板31的整个宽度方向上使磁致伸缩特性在低位稳定，能够抑制变压器噪声。

进而，在本实施方式中，做成了具有6台激光束照射装置20、对于钢板31的全宽通过5台激光束照射装置20来形成激光照射线32的结构，确保1台激光束照射装置20a作为备用装置。关于该备用的激光束照射装置20a，也能够通过直线运动装置15而遍及钢板31的全宽地移动，所以能够代替发生了故障的激光束照射装置20而立即使用备用的激光束照射装置20a。

此外，在本实施方式中，由于使用振荡出能够光纤传送的激光束LB的激光装置12，所以能够将激光装置12配设到从激光束照射装置20离开的位置。由此，能够将激光装置12配设到空调室等内，能够防止激光装置12的较早劣化。此外，能够实现激光束照射装置20的小型化、轻量化。

此外，在本实施方式中，由于在支承辊11的附近配设着激光束照射装置20，所以钢板31的振动较少，不会有钢板31朝向下方移动而从激光束照射装置20的聚焦位置较大地离开的情况，能够稳定地进行激光束LB的照射、扫描。

此外，在直线运动装置15中，设有确定各激光束照射装置20的宽度方向位置的位置传感器，所以能够高精度地调整激光束照射装置20彼此的宽度方向的间隔。

进而，在本实施方式中，由于直线运动装置15的导轨16从钢板31的宽度方向两端突出配设，所以能够使备用的激光束照射装置20a从钢板31之上退避。由此，在实施作业的期间中，能够实施备用的激光束照射装置20a的维护等。

<激光照射线的重叠宽度d与铁损的关系>

以下，表示关于形成在钢板上的激光照射线的重叠宽度d与铁损的关系进行评价的结果。

如图8所示，判断为，通过使在宽度方向上相邻的激光照射线彼此的重叠宽度d为-5～20mm的范围内，能够较大地降低铁损W17/50。

<激光照射线的重叠宽度d与磁致伸缩的关系>

以下，表示关于形成在钢板上的激光照射线的重叠宽度d与磁致伸缩的关系进行评价的结果。

如图9所示，确认为，通过使在宽度方向上相邻的激光照射线彼此的间隔d为10mm以下，能够抑制LVA的上升。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，在不脱离本发明的技术思想的范围内能够适当变更。

例如，假设使用能够光纤传送的激光束的情况而进行了说明，但并不限定于此，也可以使用二氧化碳激光器等。在此情况下，通过多个反射镜的反射将激光束传送到各激光束照射装置。

或者，也可以做成将激光装置和照射装置这两者设置在宽度方向移动机构上而使其移动的构造。

此外，假设使用直线运动装置使激光束照射装置在宽度方向上移动的情况而进行了说明，但并不限定于此，也可以通过其他移动机构来使激光束照射装置在宽度方向上移动。

工业实用性

根据本发明，能够提供一种即使在一边将宽幅的钢板以高速输送一边进行激光处理的情况下也在钢板的整个宽度方向上使铁损及磁致伸缩特性稳定的方向性电磁钢板、该方向性电磁钢板的制造装置及制造方法。

附图标记说明

10方向性电磁钢板的制造方法

15直线运动装置(宽度方向移动机构)

20激光束照射装置

31钢板

32激光照射线

Claims (3)

1.一种方向性电磁钢板的制造装置，制造通过照射激光束而进行磁区控制的方向性电磁钢板，其特征在于，

具有：

激光束照射装置，在钢板的输送方向上配设有多台；和

宽度方向移动机构，使上述激光束照射装置在上述钢板的宽度方向上移动；

上述宽度方向移动机构能够使上述激光束照射装置遍及上述钢板的全宽地移动，

上述宽度方向上相邻的激光照射线彼此的重叠宽度被调整为-5mm～20mm，

在上述重叠宽度为负的情况下，表示上述激光照射线彼此离开。

2.如权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造装置，其特征在于，

上述方向性电磁钢板的制造装置构成为，具有至少N+1台上述激光束照射装置，通过N台上述激光束照射装置对上述钢板的全宽进行激光束的照射。

3.一种方向性电磁钢板的制造方法，制造通过照射激光束而进行磁区控制的方向性电磁钢板，其特征在于，

具有在所输送的钢板的宽度方向上将激光束分割而扫描、在上述钢板的表面上形成沿宽度方向分割的多个激光照射线的激光照射工序，

在该激光照射工序中，将在上述宽度方向上相邻的上述激光照射线的重叠宽度调整为-5mm～20mm，

在上述重叠宽度为负的情况下，表示上述激光照射线彼此离开。