CN111886662B - 变压器用铁芯 - Google Patents

Abstract

本发明减少铁芯的振动，改善变压器的噪声。是层叠了多个取向性电磁钢板而成的变压器用铁芯，上述取向性电磁钢板的至少1个，(1)具有：在横切轧制方向的方向上形成有闭合磁畴的区域，以及未形成闭合磁畴的区域，并且将上述取向性电磁钢板的面积设为S，将上述形成有闭合磁畴的区域的面积设为S₁，将上述未形成闭合磁畴的区域的面积设为S₀，将上述形成有闭合磁畴的区域中的、以最大磁通密度：1.7T，频率：50Hz在轧制方向励磁时的最大位移点的伸长量比上述未形成闭合磁畴的区域的伸长量大2×10^－7以上的区域的面积设为S_1a时，(2)作为S₀与S的比率定义的面积率R₀为0.10～3.0％，(3)作为S_1a与S₁的比率定义的面积率R_1a为50％以上。

Description

变压器用铁芯

技术领域

本发明涉及层叠取向性电磁钢板而成的变压器用铁芯，特别是涉及能够减少磁致伸缩振动而抑制变压器的噪声的变压器用铁芯。

背景技术

一直以来在研究减少从变压器产生的噪声的各种技术。特别是铁芯在无负荷时也成为噪声的产生源，因此大量进行了涉及铁芯和用于其的取向性电磁钢板的技术开发，在改善噪声。

产生噪声的主要原因是取向性电磁钢板的磁致伸缩和由其导致的铁芯的振动。因此，提出有抑制铁芯的振动的各种技术。

例如，专利文献1、2中，提出了通过将树脂、减振钢板夹入取向性电磁钢板之间，抑制铁芯的振动的技术。

另外，专利文献3、4中提出了通过层叠磁致伸缩不同的两种钢板而抑制铁芯的振动的技术。

并且，专利文献5中提出了通过将被层叠的取向性电磁钢板彼此粘合而抑制铁芯的振动的技术。专利文献6中提出了使微小的内部应变残留于整个钢板，减少磁致伸缩振幅的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013－087305号公报

专利文献2：日本特开2012－177149号公报

专利文献3：日本特开平03－204911号公报

专利文献4：日本特开平04－116809号公报

专利文献5：日本特开2003－077747号公报

专利文献6：日本特开平08－269562号公报。

发明内容

专利文献1～6记载的技术虽然在磁致伸缩的减少、铁芯的振动减少方面起到了一定的效果，但存在以下的问题。

如专利文献1、2中提出的在钢板之间夹入树脂、减振钢板的方法中，铁芯的尺寸变大。

另外，专利文献3和4中提出的那样的使用两种钢板的方法中，需要正确地管理所使用的钢板而层叠，铁芯的生产工序变得复杂，生产率变差。

并且，专利文献5中提出的那样的将钢板彼此粘合的方法中，粘合花费时间，而且在钢板施加不均匀的应力，有可能导致磁特性变差。

专利文献6中提出的那样的方法中，振幅虽然可以变小，但磁致伸缩波形的应变增大，导致因磁致伸缩高次谐波引起的噪声增大，因此噪声抑制效果小。

本发明鉴于上述的实情而完成，目的在于通过与现有技术不同的机构，减少铁芯的振动，改善变压器的噪声。

本发明人等反复深入地进行了研究的结果新发现了通过在钢板内使2种以上磁致伸缩特性不同的区域存在，从而通过相互干扰，抑制铁芯整体的磁致伸缩振动，能够减少变压器的噪声。

本发明基于上述的新发现而完成的，其主要构成如下所述。

1.一种变压器用铁芯，是层叠多个取向性电磁钢板而成的变压器用铁芯，

上述取向性电磁钢板的至少1个为

(1)具有在横切轧制方向的方向形成有闭合磁畴的区域和未形成闭合磁畴的区域，并且

将上述取向性电磁钢板的面积设为S，

将形成有上述闭合磁畴的区域的面积设为S₁，

将未形成上述闭合磁畴的区域的面积设为S₀，

将形成有上述闭合磁畴的区域中的、以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz沿轧制方向励磁时的最大位移点的伸长量比上述未形成闭合磁畴的区域的伸长量大2×10^－7以上的区域的面积设为S_1a时，

(2)以S₀与S的比率定义的面积率R₀为0.10～3.0％，

(3)以S_1a与S₁的比率定义的面积率R_1a为50％以上。

2.根据上述1所述的变压器用铁芯，其中，上述闭合磁畴的相对于轧制方向的角度为60～90°。

3.根据上述1或2所述的变压器用铁芯，其中，上述闭合磁畴的轧制方向上的间隔为3～15mm。

根据本发明，通过与现有技术不同的机构能够减少铁芯的振动，能够改善变压器的噪声。

附图说明

图1是将取向性电磁钢板以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz的条件励磁时的、伸缩动作的例子的坐标图。

图2是作为实验1中使用的铁芯材料的取向性电磁钢板的示意图。

图3是表示实验1的、闭合磁畴未形成区域的面积率R₀(％)与变压器噪声(dB)的关系的坐标图。

图4是表示实验1的、闭合磁畴未形成区域的面积率R₀(％)与变压器铁损(W/kg)的关系的坐标图。

图5是作为实验2中使用的铁芯材料的取向性电磁钢板的示意图。

图6是实验2中为了比较而使用的取向性电磁钢板的示意图。

图7是表示实验2中将取向性电磁钢板以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz的条件励磁时的、伸缩动作的坐标图。

图8是表示实验2的、伸长量之差与变压器噪声(dB)的关系的坐标图。

图9是作为实验3中使用的铁芯材料的取向性电磁钢板的示意图。

图10是表示实验3的闭合磁畴未形成区域的面积率R₀为0～100％的范围的上述面积率R₀(％)与变压器噪声(dB)的关系的坐标图。

图11是表示实验3的闭合磁畴未形成区域的面积率R₀为0～1％的范围的上述面积率R₀(％)与变压器噪声(dB)的关系的坐标图。

图12是表示实验3的未形成闭合磁畴的区域的面积率R₀为0～100％的范围的上述面积率R₀(％)与变压器铁损(W/kg)的关系的坐标图。

图13是表示实验3的闭合磁畴未形成区域的面积率R₀为0～10％的范围的上述面积率R₀(％)与变压器铁损(W/kg)的关系的坐标图。

图14是表示实施例中使用的取向性电磁钢板的闭合磁畴形成区域的图案的示意图。

具体实施方式

首先，对取向性电磁钢板的磁致伸缩进行说明。

图1是表示将取向性电磁钢板以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz的条件向轧制方向励磁时的轧制方向上的伸缩动作的例子的坐标图。

钢板的伸缩动作通常因具有沿钢板板面垂直方向延伸的成分的、＜100＞＜010＞方向自发磁化的被称为辅助磁区的磁区的增减而产生。因此，作为减少轧制方向的伸缩的方法，可考虑抑制辅助磁区的产生。为了抑制辅助磁区的产生，可以减少轧制方向与[001]轴的偏移角，但偏移角的减少是有限的。

因此，本发明人等研究了根据其它的方法抑制铁芯整体的伸缩的方法。具体而言，在构成铁芯的取向性电磁钢板的至少1个中，形成具有不同的磁致伸缩特性的区域，通过其相互干扰而抑制铁芯整体的伸缩。这里，作为控制磁致伸缩特性的手段，使用了在横切轧制方向的方向上形成闭合磁畴的方法。这是因为闭合磁畴在轧制直角方向上伸长，因此通过使闭合磁畴生成·消失，在轧制方向也赋予收缩·伸长这样的变化。

以下，对于为了研究基于上述方法减少变压器噪声的实验进行说明。

＜实验1＞

首先，关于将实施了磁畴细化处理的取向性电磁钢板层叠而成的变压器用铁芯中，未形成闭合磁畴的区域的存在对变压器噪声带来的影响进行了研究。

图2示意性地示出了作为铁芯材料使用的取向性电磁钢板1和设置于该取向性电磁钢板的闭合磁畴的配置。在取向性电磁钢板1的宽度方向(轧制正交方向)的中央部，形成从取向性电磁钢板1的轧制方向上的一端延伸到另一端的带状的闭合磁畴形成区域10。在闭合磁畴形成区域10以外的部分即取向性电磁钢板1的宽度方向的两端部，使未形成闭合磁畴的区域(闭合磁畴未形成区域)20配置成从轧制方向的一端延伸到另一端。

按照以下的顺序制成作为变压器用铁芯材料的取向性电磁钢板1。首先，将未实施磁畴细化处理的、厚度0.27mm的一般的取向性电磁钢板以轧制正交方向的宽度成为100mm宽度的方式切割，其后，进行斜角加工。斜角切削时，在斜角切削线的切入侧，通过对钢板表面照射激光，形成闭合磁畴形成区域10。如图2所示激光是在与轧制方向正交的方向，一边直线状地扫描一边照射。激光的照射在轧制方向隔开4mm的间隔(照射线间隔)进行。通过上述激光的照射，在照射了激光的位置形成有线状伸缩11。

其他的激光照射条件如下所述。

·激光：Q开关脉冲激光器

·输出：3.5mJ/脉冲

·脉冲间隔(间距间隔)：0.24mm

这里，脉冲间隔是指邻接的照射点的中心间距离。

为了调查对磁致伸缩特性的影响，制作了使各个闭合磁畴未形成区域20的轧制正交方向的宽度X在0～50mm的范围进行改变的取向性电磁钢板。通过基于磁铁观察器(SigmaHigh Chemical公司制，MV－95)的Bitter法的闭合磁畴观察，确认了在应变导入部分如预期形成有闭合磁畴。即，在闭合磁畴形成区域10，形成有呈直线状延伸的闭合磁畴，上述闭合磁畴的相对于轧制方向的角度为90°，轧制方向的间隔为4mm。

其后，层叠得到的取向性电磁钢板1而形成铁芯，使用上述铁芯而制成额定容量：1000kVA的变压器。对于得到的变压器，评价以频率：50Hz、磁通密度：1.7T的条件励磁时的噪声和铁损。

图3示出了闭合磁畴未形成区域20的面积率R₀(％)和变压器噪声(dB)的关系。这里，闭合磁畴未形成区域20的面积率R₀是指相对于所使用的取向性电磁钢板1的面积S的、闭合磁畴未形成区域20的面积S₀的比率。另外，取向性电磁钢板1的面积S是指设置有闭合磁畴形成区域10和闭合磁畴未形成区域20的取向性电磁钢板的主面的面积(取向性电磁钢板1的图2所示的表面的面积)。

根据图3所示的结果可知，即使少许形成闭合磁畴未形成区域20，也能够与不存在闭合磁畴未形成区域20的情况相比减少变压器噪声。这里，不存在闭合磁畴未形成区域20是指在取向性电磁钢板的整面形成有闭合磁畴形成区域10。应予说明，以往的非耐热型磁畴细化处理中，如此地在取向性电磁钢板整面形成有闭合磁畴形成区域10，不存在闭合磁畴未形成区域20。另外，根据图3所示的结果可知，若闭合磁畴未形成区域20的面积率R₀过高，则变压器噪声增大。

另外，图4示出了闭合磁畴未形成区域20的面积率R₀(％)和变压器铁损(W/kg)的关系。设置闭合磁畴未形成区域是指形成有闭合磁畴的区域即实施了磁畴细化处理的区域减少。因此，若增加闭合磁畴未形成区域的面积率R₀，则如图4所示变压器铁损增大。然而，由图4所示的结果可知，在面积率R₀小的情况下，变压器铁损的增加极少。

根据以上的结果可知，在取向性电磁钢板形成磁致伸缩特性不同的2个区域即形成闭合磁畴形成区域和闭合磁畴未形成区域，并且通过将闭合磁畴未形成区域的面积率R₀控制在特定的范围，能够在不大幅度增加铁损的情况下减少噪声。

应予说明，通过闭合磁畴未形成区域的存在而改善变压器噪声的理由认为如下。形成有闭合磁畴的区域中，因闭合磁畴的生成·消失和辅助磁区的消失·生成，产生钢板的伸缩。并且，闭合磁畴由于励磁而消失，因此闭合磁畴形成区域中钢板伴随着励磁而在轧制方向伸长。与此相对，闭合磁畴未形成区域中，辅助磁区的消失·生成支配钢板的伸缩。而且，由于励磁而生成辅助磁区，因此闭合磁畴未形成区域中伴随着励磁而钢板在轧制方向收缩。这样，闭合磁畴形成区域和闭合磁畴未形成区域显示反向的伸缩动作。因此，在一个钢板中共存有闭合磁畴形成区域和闭合磁畴未形成区域时，钢板整体的收缩得到抑制，减少噪声。

另外，在闭合磁畴未形成区域的面积率R₀小的情况下变压器铁损几乎不增加的理由如下所述。评价单独的取向性电磁钢板的磁特性的单板磁特性试验(Single SheetTest)中，使钢板以正弦波在轧制方向励磁而测定铁损。因此，即使少许存在闭合磁畴未形成区域即没有进行磁畴细化的区域，铁损也显著降低。与此相对实际的变压器中，作为增加铁损的因素，除了闭合磁畴未形成区域之外，还存在励磁波形应变、轧制方向从励磁方向偏移等。因此，变压器中，闭合磁畴未形成区域的存在对铁损的影响相对低，其结果导入闭合磁畴未形成区域而带来的影响不像单板的情况那样显著显示。

＜实验2＞

接下来，对闭合磁畴形成区域的磁致伸缩波形对变压器的噪声带来的影响进行了研究。研究各种参数的结果发现通过将1.7T、50Hz的磁致伸缩波形的最大位移点的伸长量控制在特定的范围，能够有效地减少变压器噪声。以下，对该实验进行说明。

图5示意性地示出了作为铁芯材料使用的取向性电磁钢板1和设置于该取向性电磁钢板的闭合磁畴的配置。在取向性电磁钢板1的宽度方向(轧制正交方向)的两端，形成从取向性电磁钢板1的轧制方向的一端延伸到另一端的闭合磁畴形成区域10。闭合磁畴形成区域10以外的区域是未形成有闭合磁畴的区域(闭合磁畴未形成区域)20。闭合磁畴未形成区域20的、与轧制方向正交的方向上的宽度为15mm。

按照以下的工序制成作为变压器用铁芯材料的取向性电磁钢板1。首先，将未实施磁畴细化处理的厚度0.23mm的一般取向性电磁钢板切割成150mm宽度，其后进行斜角加工。斜角切削时在斜角切削线的切入侧，对钢板表面照射激光，由此形成闭合磁畴形成区域10。如图5所示，将激光在与轧制方向正交的方向一边呈直线状扫描一边照射。激光的照射在轧制方向隔着5mm的间隔(照射线间隔)进行。因上述激光的照射，在激光照射的位置形成有线状伸缩11。此时，通过使激光器的输出在100～250W之间变化，制成闭合磁畴形成区域的伸长量不同的多个取向性电磁钢板。

其他的激光照射条件如下所述。

·激光器：单模式光纤激光器

·偏转速度：5m/sec

·输出：100～250W(参照表1)

在闭合磁畴形成区域10，形成有呈直线状延伸的闭合磁畴，上述闭合磁畴的相对于轧制方向的角度为90°，轧制方向的间隔为5mm。

另外，为了比较，如图6所示，在钢板的整体形成闭合磁畴，制成不存在闭合磁畴未形成区域的取向性电磁钢板。

为了把握闭合磁畴形成部和未形成部各自的磁致伸缩特性，制成在与上述取向性电磁钢板相同的条件下对整面照射了激光的取向性电磁钢板、以及没有进行激光照射的取向性电磁钢板。对得到的取向性电磁钢板以频率：50Hz、最大磁通密度：1.7T的条件励磁时的、该取向性电磁钢板的伸缩运动使用激光多普勒式振动计进行计测。作为代表，将3个激光照射条件中得到的各取向性电磁钢板、以及没有进行激光照射的取向性电磁钢板的伸长量的测定结果示于图7和表1。

[表1]

关注了所测定的伸缩动作的、位移最大的点(最大位移点)的伸长量(以下，仅称为“伸长量”)。将各试样的伸长量示于表1。另外，表1中合并示出了作为闭合磁畴形成区域的伸长量(λ₁)和闭合磁畴未形成区域的伸长量(λ₀)的差定义的“伸长量之差”(Δλ＝λ₁－λ₀)。应予说明，负的伸长量的值表示收缩量。

根据图7和表1所示的结果可知，闭合磁畴形成区域中，伴随着激光的输出增大即导入应变量的增加，最大位移点的伸长量增加。

并且，层叠所得到的取向性电磁钢板1而制成铁芯，使用上述铁芯制成额定容量：1200kVA的变压器。对得到的各变压器，分别评价以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz的条件励磁时的噪声。

图8是最大位移点的伸长量之差(Δλ)和变压器噪声的关系的坐标图。根据图8所示的结果可知，如果Δλ为2×10^－7以上，则能够有效地减少变压器噪声。应予说明，图8的伸长量的差为零这一点是图6所示的不存在闭合磁畴未形成区域的取向性电磁钢板上的测定值。

＜实验3＞

接下来，对闭合磁畴未形成区域的面积率R₀对变压器的噪声带来的影响进行了研究。

图9示意性地示出了用作铁芯材料的取向性电磁钢板1和设置于取向性电磁钢板1的闭合磁畴的配置。在取向性电磁钢板1，形成有2个从取向性电磁钢板1的轧制方向的一端延伸到另一端的闭合磁畴形成区域10。闭合磁畴形成区域10以外的区域是未形成闭合磁畴的区域(闭合磁畴未形成区域)20。将2个位置的闭合磁畴未形成区域20中的、一个在轧制正交方向的宽度设为X，将另一个闭合磁畴形成区域的轧制正交方向的宽度设为2X。通过改变X的值，制成具有0～100％之间的各种闭合磁畴未形成区域的面积率R₀的取向性电磁钢板。此外，面积率R₀：0％是指仅存在闭合磁畴形成区域，不存在闭合磁畴未形成区域。另外，面积率R₀：100％是指仅存在闭合磁畴未形成区域，不存在闭合磁畴形成区域。

作为变压器用铁芯材料的取向性电磁钢板1按照以下的顺序制成。首先，将不实施磁畴细化处理的厚度0.30mm的一般取向性电磁钢板以轧制正交方向的宽度成为200mm的方式进行切割，其后进行斜角加工。斜角切削时，在斜角切削线的切入侧，对钢板表面照射电子束，由此形成闭合磁畴形成区域10。电子束如图9所示在与轧制方向正交的方向，一边直线状扫描一边照射。电子束的照射在轧制方向以4mm的间隔(照射线间隔)进行。因上述电子束的照射，在电子束照射的位置形成有线状伸缩11。

此外，根据预先调查的结果，将射束电流设为2mA或15mA。即，如上述实验2中所示，如果伸长量的差为2×10^－7以上，则能够有效地减少变压器噪声。用于满足上述收缩量的差的条件所需的最小的射束电流为2mA。另一方面，如果增加射束电流则收缩量的差进一步增加，但若射束电流增加过多，则钢板因照射而变形，难以作为铁芯用的材料使用。能够维持用作铁芯用材料的钢板形状的射束电流的上限为15mA。因此，不论使用哪种射束电流值，得到的取向性电磁钢板的伸长量的差为2×10^－7以上。

涉及电子束照射的其他的条件如下所述。

·加速电压：60kV

·扫描速度：10m/sec

在闭合磁畴形成区域10，形成有呈直线状延伸的闭合磁畴，上述闭合磁畴的相对于轧制方向的角度为90°，轧制方向的间隔为4mm。

层叠所得到的取向性电磁钢板1而制成铁芯，使用上述铁芯制成额定容量：2000kVA的变压器。对于得到的各变压器，分别评价以最大磁通密度：1.7T，频率：50Hz的条件励磁时的噪声和变压器铁损。

图10是表示闭合磁畴未形成区域的面积率R₀(％)和变压器噪声(dB)的关系的坐标图。另外，图11是表示闭合磁畴未形成区域的面积率R₀为0～1％的范围中的上述面积率R₀(％)和变压器噪声(dB)的关系的坐标图。即，图11是放大图10的一部分的图。根据图10、11所示的结果可知，如果上述面积率R₀为0.10％以上，则无论射束电流即应变导入量如何，均能够有效地减少变压器噪声。

图12是表示闭合磁畴未形成区域的面积率R₀(％)和变压器铁损(W/kg)的关系的坐标图。另外，图13是表示闭合磁畴未形成区域的面积率R₀为0～10％的范围中的上述面积率R₀(％)和变压器铁损(W/kg)的关系的坐标图。即，图13是将图12的一部分放大的图。根据图12、13所示的结果可知，如果上述面积率R₀为3.0％以下，则无论射束电流即应变导入量如何，均能够抑制变压器铁损的增加。

根据以上的结果可知，如果闭合磁畴未形成区域的面积率R₀为0.10％～3.0％，则与应变导入量无关地在抑制变压器铁损的增加的同时，能够减少变压器噪声。

以下，对实施本发明的方法具体进行说明。应予说明，以下的说明是针对本发明的优选的实施方式进行的说明，本发明并不限于以下的说明。

[变压器用铁芯]

本发明的一实施方式的变压器用铁芯是层叠了多个取向性电磁钢板的变压器用铁芯，上述取向性电磁钢板的至少1个满足后述的条件。变压器用铁芯的结构等没有特别限定，可以是任意的。

[取向性电磁钢板]

成为上述变压器用铁芯的材料的取向性电磁钢板的至少1个需要具有满足后述条件的闭合磁畴形成区域和闭合磁畴未形成区域。如上所述，闭合磁畴形成区域和闭合磁畴未形成区域中，钢板的磁致伸缩特性不同。这样，通过在1个钢板中将具有磁致伸缩特性不同的部分的取向性电磁钢板用作铁芯用材料，能够抑制铁芯的伸缩，减少变压器噪声。应予说明，作为其以外的取向性电磁钢板，可以使用任意的钢板。

作为上述取向性电磁钢板，可以使用加工成了铁芯的尺寸的钢板。即使加工前的取向性电磁钢板(原板)具有闭合磁畴形成区域和闭合磁畴未形成区域，也因是从该原板的哪一部分切出作为铁芯用材料的取向性电磁钢板而上述取向性电磁钢板也有可能成为仅具有闭合磁畴形成区域或闭合磁畴未形成区域中的一个。因此，为了满足后述的条件，需要制成作为铁芯用材料的取向性电磁钢板。

本发明中构成铁芯的取向性电磁钢板的板厚没有特别限定，可以为任意的厚度。即使钢板的板厚发生变化，闭合磁畴的消失量和辅助磁区的生成量也不变化，因此无论板厚如何，均能够得到噪声减少效果。然而，从减少铁损的观点考虑，取向性电磁钢板的板厚优选为薄。因此，取向性电磁钢板的板厚优选为0.35mm以下。另一方面，如果取向性电磁钢板具有某种程度以上的厚度，则操作变得容易，铁芯的制造性提高。因此，取向性电磁钢板的板厚优选为0.15mm以上。

·闭合磁畴

上述闭合磁畴形成于横切取向性电磁钢板轧制方向的方向。换言之，上述闭合磁畴设置成沿与轧制方向交叉的方向延伸。上述闭合磁畴通常可以为直线状。上述闭合磁畴的相对于轧制方向的角度(倾斜角度)没有特别限定，优选为60～90°。这里，上述闭合磁畴的相对于轧制方向的角度是指呈直线状延伸的闭合磁畴与取向性电磁钢板的轧制方向所形成的角。

上述闭合磁畴优选在取向性电磁钢板的轧制方向隔着间隔地设置。闭合磁畴的轧制方向的间隔(线间隔)没有特别限定，优选为3～15mm。这里，闭合磁畴的间隔是指一个闭合磁畴和与上述闭合磁畴邻接的闭合磁畴的间隔。上述闭合磁畴的间隔可以分别不同，也优选为等间隔。

1个取向性电磁钢板可以具备1或2以上的闭合磁畴形成区域。在1个取向性电磁钢板设置多个闭合磁畴形成区域的情况下，各闭合磁畴形成区域的上述倾斜角度和线间隔可以在每个闭合磁畴形成区域不同，也可以是相同的。另外，在使用多个具有闭合磁畴形成区域的取向性电磁钢板的情况下，各取向性电磁钢板的闭合磁畴形成区域的上述倾斜角度和线间隔可以相互不同，也可以是相同的。

本发明的“形成有闭合磁畴的区域”是指沿着横切轧制方向的方向延伸的闭合磁畴在轧制方向隔开间隔地存在多个的区域。如图2所示，例如在从取向性电磁钢板1的轧制方向的一端到另一端，隔开间隔而连续地形成有闭合磁畴的情况下，将形成有这些一组闭合磁畴的带状的区域(斜线部)设为“形成有闭合磁畴的区域”。应予说明，本说明书中，“闭合磁畴形成区域”这一术语以与“形成有闭合磁畴的区域”相同的意思使用。

构成本发明的变压器用铁芯的取向性电磁钢板的至少1个具有闭合磁畴形成区域和闭合磁畴未形成区域，并且，面积率R₀和面积率R_1a需要满足以下所述的条件。

·面积率R₀：0.10～3.0％

将上述取向性电磁钢板的面积设为S，将上述未形成闭合磁畴的区域的面积设为S₀时，作为S₀与S的比率定义的面积率R₀需要为0.10～3.0％。面积率R₀小于0.10％时，基于闭合磁畴未形成区域和闭合磁畴形成区域的相互作用的、噪声减少效果不充分。另一方面，面积率R₀超过3.0％时，闭合磁畴形成区域的比例降低，其结果磁畴细化的效果不充分，铁损增大。

·面积率R_1a：50％以上

将形成有上述闭合磁畴的区域的面积设为S₁，将形成有上述闭合磁畴的区域中的、伸长量比未形成有上述闭合磁畴的区域的伸长量大2×10^－7以上的区域的面积设为S_1a时，作为S_1a与S₁的比率定义的面积率R_1a需要为50％以上。换言之，闭合磁畴形成区域中的、作为闭合磁畴形成区域的伸长量(λ₁)与闭合磁畴未形成区域的伸长量(λ₀)之差定义的“伸长量之差”(Δλ＝λ₁－λ₀)为2×10^－7以上的部分的、相对于闭合磁畴形成区域整体的面积率R_1a需要为50％以上。这里，伸长量是指以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz在轧制方向励磁时的最大位移点的伸长量。

如前所述，若对取向性电磁钢板进行励磁，则生成向板厚方向伸长的辅助磁区，其结果是该取向性电磁钢板在轧制方向收缩。另一方面，闭合磁畴在轧制直角方向伸长，因闭合磁畴的存在，钢板在轧制方向发生了收缩。因此，在闭合磁畴因励磁消失的过程中，钢板向轧制方向伸长。因该闭合磁畴的伸长，消除由辅助磁区的生成带来的收缩，从而能够有效地减少取向性电磁钢板的轧制方向的收缩。并且其结果能够抑制变压器的噪声。

为了得到上述噪声抑制效果，需要使上述面积率R_1a为50％以上。从得到更高效果的观点考虑，优选使上述面积率R_1a为75％以上。另一方面，面积率R_1a的上限没有特别限定，可以为100％。

·伸长量之差：2×10^－7以上

将上述面积率R_1a作为伸长量之差为2×10^－7以上的区域的面积率进行定义。上述伸长量之差小于2×10^－7时，上述振动抑制效果小，无法充分减少变压器噪声。另一方面，收缩量之差的上限没有特别限定，但差过大的情况下，至少一方的磁致伸缩的绝对值大，因此有时导致噪声的增加。另外，在收缩量之差变大的条件下钢板变形，有时难以用作铁芯用的材料。因此，上述收缩量之差优选为5×10^－6以下。

构成变压器用铁芯的全部的取向性电磁钢板中的、至少1个满足上述条件即可。然而，全部的取向性电磁钢板中的满足上述条件的取向性电磁钢板的比例越高，越能够进一步减少作为铁芯整体的伸缩，能够得到更高的噪声减少效果。因此，上述比例优选为50％以上，更优选为75％以上。另一方面，上述比例的上限没有特别限定，可以为100％。此外，这里上述比例定义为相对于构成变压器用铁芯的全部取向性电磁钢板的合计质量的、满足本发明的条件的取向性电磁钢板的质量的比例。

本发明中将磁致伸缩的变化基于“以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz励磁时”的伸长量规定的原因是使用取向性电磁钢板的变压器在1.7T左右的磁通密度使用的情况很多。另外，在更低磁通密度下，噪声也不易成为问题。并且，在上述励磁条件下，因电磁钢板的结晶取向性和磁区结构导致的磁致伸缩的特征显著出现，作为磁致伸缩特性的指标以该条件下的伸长量来表示是有效的。

但是，闭合磁畴的消失量和辅助磁区的生成量根据励磁磁通密度和励磁频率而绝对值发生变化，但相对的比例不产生变化。即，闭合磁畴的消失量少时，辅助磁区的生成量也少。因此，无论励磁磁通密度如何，均能够得到上述伸缩抑制效果。因此，本发明的变压器用铁芯的使用条件不限于1.7T、50Hz，也可以在任意的条件下使用。

另外，形成闭合磁畴时，因磁畴细化效果而铁损减少。因此，以满足本发明的条件的方式形成闭合磁畴的情况下，该闭合磁畴在使铁损提高的方向进行作用。因此，从铁损减少的观点考虑，本发明不受限定。

[闭合磁畴的形成方法]

作为形成上述闭合磁畴的方法，可以在没有特别限定的情况下使用任意的方法。作为形成闭合磁畴的方法，例如可举出在要形成闭合磁畴的位置，导入伸缩歪的方法。作为导入伸缩的方法，例如可举出喷砂、喷水、激光、电子束、等离子体火焰等。通过在横切轧制方向的方向导入直线状的伸缩，能够在横切轧制方向的方向形成闭合磁畴。

设置闭合磁畴未形成区域的方法没有特别限定，能够在钢板的一部分不进行上述应变的导入则该部分成为闭合磁畴未形成区域。另外，即使对钢板的整面实施用于导入伸缩的处理的情况下，也能够通过在钢板的一部分调整处理条件，不导入伸缩而设置闭合磁畴未形成区域。例如照射激光、电子束时，使焦点从钢板表面偏移时，能够防止应变的导入。另外，通过降低喷砂、喷水的压力，能够防止应变的导入。

闭合磁畴的形成没有特别限定，可以在任意的时机进行。例如闭合磁畴的形成可以在切割取向性电磁钢板后进行，也可以在切割前进行。在切割前实施闭合磁畴的形成的情况下，需要将面积率R₀和面积率R_1a以满足上述条件的方式选定纵切带卷，调需要整切割位置。从成品率的观点考虑，优选在切割后进行闭合磁畴的形成。

通过使结晶方位或被膜张力变化而控制辅助磁区的生成状况，也能够使磁致伸缩特性变化。然而，部分地控制结晶方位或被膜张力极困难，工业水平上的实现性低。与此相对，本发明的变压器用铁芯能够通过形成闭合磁畴这样的极简便的方法来制造，因此生产率方面也极优异。

闭合磁畴形成区域不需要一定如图2所示从轧制方向的一端延伸到另一端。另外，闭合磁畴形成区域的形状不限于矩形，可以为任意的形状。

取向性电磁钢板的面内的闭合磁畴形成区域的配置没有特别限定，可以为任意的配置。然而，从更有效地抑制伸缩的观点考虑，闭合磁畴形成区域和闭合磁畴未形成区域优选在轧制正交方向相邻。换言之，闭合磁畴形成区域和与该闭合磁畴形成区域相邻的闭合磁畴未形成区域之间的分界线优选具有轧制方向成分。

实施例

准备宽度160mm且板厚为0.23、0.27、0.30mm这3种取向性电磁钢板，在上述取向性电磁钢板照射电子束而形成闭合磁畴。形成闭合磁畴的区域的配置是从图14所示的(a)～(f)的6个图案中选择的。图案(a)是在1个取向性电磁钢板存在有一个闭合磁畴形成区域的图案。图案(b)、(c)是存在有2个闭合磁畴形成区域的图案。图案(e)、(f)是具有3个闭合磁畴形成区域的图案。图案(d)是具有4个闭合磁畴形成区域的图案。所有图案中，闭合磁畴形成区域以外的部分是闭合磁畴未形成区域。

将所使用的图案以及作为相对于取向性电磁钢板的面积S的未形成有闭合磁畴的区域的面积S₀的比率定义的面积率R₀、以及形成各闭合磁畴形成区域时的射束电流示于表2～4。这里，各闭合磁畴形成区域的面积率是指相对于取向性电磁钢板的面积的、各闭合磁畴形成区域的面积的比率(％)。应予说明，No.11～14的样品中，其他的条件在相同，仅通过变更区域1和区域2的面积而使面积率R_1a变化。

其他电子束照射条件如下所述。

·加速电压：60kV

·扫描速度：32m/sec

·照射线间隔：5mm

此外，闭合磁畴的导入量(体积)能够通过改变加速电压、射束电流、扫描速度、形成间隔等的条件来进行调整，但本实施例中通过变更射束电流而进行调整。钢板的收缩动作由闭合磁畴的导入量决定，由此即使调整的参数不同，导入的闭合磁畴的体积相同则对收缩动作的影响也相同。应予说明，为了比较，一部分的实施例(No.1、10、21)中，不进行电子束照射。

接下来，评价各区域的磁致伸缩特性，评价作为闭合磁畴形成区域的伸长量(λ₁)与闭合磁畴未形成区域的伸长量(λ₀)之差定义的“伸长量之差”(Δλ＝λ₁－λ₀)。此外，各区域的磁致伸缩特性是通过使用在切断为宽度100mm、长度500mm的取向性电磁钢板的整面进行了与各实验相同的条件的电子束照射的样品来评价的。作为用于制成上述样品的取向性电磁钢板，使用与各实验中使用的钢板相同的取向性电磁钢板。利用激光多普勒振动计对使上述样品从消磁状态从(0T)开始以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz的交流励磁时的磁致伸缩(钢板伸缩)进行测定。将得到的收缩量之差的值一并记载于表2～4。

得到的取向性电磁钢板的、作为S_1a与S₁的比率定义的面积率R_1a如表2～4所示。这里，S₁是形成有闭合磁畴的区域的面积。另外，S_1a是形成有上述闭合磁畴的区域中的、以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz在轧制方向励磁时的最大位移点的伸长量比上述未形成闭合磁畴的区域的以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz在轧制方向励磁时的最大位移点的伸长量大2×10^－7以上的区域的面积。

接下来，使用得到的取向性电磁钢板，制成变压器用铁芯。上述变压器用铁芯为三相三柱的层叠铁芯，对宽度160mm的取向性电磁钢板的线圈进行斜角切割、层叠而制成。铁芯整体的尺寸为宽度：890mm、高度：800mm，层叠厚度：244mm。

将上述步骤中得到的取向性电磁钢板的、相对于铁芯整体的比例(％)一并记载于表2～4。上述比例为100％的铁芯是通过仅层叠按照上述步骤照射了电子束的取向性电磁钢板而制成。上述比例小于100％的铁芯是通过在以图14所示的图案照射电子束的取向性电磁钢板上层叠对钢板整面以射束电流7mA照射了电子束的取向性电磁钢板而制成。

接着，在得到的铁芯卷绕励磁线圈后，按照表5～10所示的条件励磁，测定各励磁条件的变压器噪声和变压器铁损(无负荷损耗)。励磁在频率50Hz或者60Hz的交流下进行，最大磁通密度设为1.3T、1.5T、1.7T这3个条件。

在铁芯的3个柱的各自的前表面和背面的总计6个部位进行噪声的测定。测定位置为高度400mm且从铁芯的表面起300mm的位置。将在上述6个部位测定的噪声的平均值示于表5～7。另外，将测定的铁损示于表8～10。

根据表5～10所示的结果可知，与比较例相比，满足本发明的条件的变压器用铁芯的噪声减少，另外，铁损的增加也得到了抑制。

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

[表9]

[表10]

符号说明

1   取向性电磁钢板

10  闭合磁畴形成区域

11  线状伸缩

20  闭合磁畴未形成区域

Claims (3)

1.一种变压器用铁芯，是层叠多个取向性电磁钢板而成的变压器用铁芯，

所述取向性电磁钢板的至少1个

(1)具有：在横切轧制方向的方向形成有闭合磁畴的区域，以及，未形成闭合磁畴的区域，并且

将所述取向性电磁钢板的面积设为S，

将所述形成有闭合磁畴的区域的面积设为S₁，

将所述未形成闭合磁畴的区域的面积设为S₀，

将所述形成有闭合磁畴的区域中的、以最大磁通密度：1.7T、频率：50Hz在轧制方向励磁时的最大位移点的伸长量比所述未形成闭合磁畴的区域的伸长量大2×10^－7以上的区域的面积设为S_1a时，

(2)作为S₀与S的比率定义的面积率R₀为0.10～3.0％，

(3)作为S_1a与S₁的比率定义的面积率R_1a为50％以上。

2.根据权利要求1所述的变压器用铁芯，其中，所述闭合磁畴相对于轧制方向的角度为60～90°。

3.根据权利要求1或2所述的变压器用铁芯，其中，所述闭合磁畴的在轧制方向上的间隔为3～15mm。

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