CN116419979A - 卷绕铁芯 - Google Patents

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electrical steel
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川村悠祐
水村崇人
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Abstract

该卷绕铁芯是具备在侧视下多个多边形环状的方向性电磁钢板层叠而成的卷绕铁芯本体的卷绕铁芯，方向性电磁钢板在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续，在至少一个弯曲部中，方向性电磁钢板的晶体粒径Dpx(mm)为FL/4以上。其中，FL为平面部的平均长度(mm)。

Description

卷绕铁芯
技术领域
本发明涉及卷绕铁芯。本申请基于2020年10月26日在日本申请的特愿2020-178898号而主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
方向性电磁钢板是含有7质量％以下的Si、具有二次再结晶粒集中于{110}<001>取向(高斯(Goss)取向)的二次再结晶织构的钢板。方向性电磁钢板的磁特性受到向{110}<001>取向的集中度的较大影响。近年来，实用的方向性电磁钢板按照使晶体的<001>方向与轧制方向的角度落入5°左右的范围内的方式进行了控制。
方向性电磁钢板被层叠而用于变压器的铁芯等，但除了主要的磁特性即高磁通密度、低铁损以外，还要求成为振动和噪音的原因的磁致伸缩小。已知晶体取向与这些特性具有较强的相关，例如公开了专利文献1～3那样的精密的取向控制技术。
进而，关于方向性电磁钢板中的晶体粒径的影响被熟知，作为由其控制带来的特性改善技术，公开了专利文献4～7等。
此外，卷绕铁芯的制造以往广泛已知有例如专利文献8中记载的那样的方法：将钢板卷取成筒状后，以筒状层叠体的状态对拐角部按照成为一定曲率的方式进行压制，形成为大致矩形后，通过进行退火来进行消除应力和形状保持。
另一方面，作为卷绕铁芯的其他制造方法，公开了专利文献9～11那样的技术：将成为卷绕铁芯的拐角部的钢板的部分按照形成曲率半径为3mm以下的比较小的弯曲区域的方式预先进行弯曲加工，将该弯曲加工后的钢板进行层叠来制成卷绕铁芯。根据该制造方法，不需要以往那样的大规模的压制工序，钢板被精密地折弯而保持铁芯形状，加工应变也仅集中于弯曲部(角部)，因此变得还能够省略利用上述退火工序进行的应变除去，工业上的优点大，应用取得进展。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-192785号公报
专利文献2：日本特开2005-240079号公报
专利文献3：日本特开2012-052229号公报
专利文献4：日本特开平6-89805号公报
专利文献5：日本特开平8-134660号公报
专利文献6：日本特开平10-183313号公报
专利文献7：国际公开第WO2019/131974号
专利文献8：日本特开2005-286169号公报
专利文献9：日本专利第6224468号公报
专利文献10：日本特开2018-148036号公报
专利文献11：澳大利亚专利申请公开第2012337260号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的是提供在通过下述方法制造的卷绕铁芯中按照抑制不经意的噪音的产生的方式进行了改善的卷绕铁芯：将钢板按照形成曲率半径为5mm以下的比较小的弯曲区域的方式预先进行弯曲加工，将该弯曲加工后的钢板进行层叠来制成卷绕铁芯。
用于解决课题的手段
本发明的发明者们对通过下述方法制造的变压器铁芯的噪音进行了详细研究：将钢板按照形成曲率半径为5mm以下的比较小的弯曲区域的方式预先进行弯曲加工，将该弯曲加工后的钢板进行层叠来制成卷绕铁芯。其结果认识到：即使是在以晶体取向的控制大致相同、以单板测定的磁致伸缩的大小也大致相同的钢板作为原材料的情况下，也有可能使铁芯的噪音产生差异。
对其原因进行了探究，结果认识到：成为问题的噪音的差异是受到原材料的晶体粒径的影响而产生的。进而认识到：根据铁芯的尺寸形状也会使现象的程度(即，铁芯的噪音的差异)产生不同。
从该观点考虑对各种钢板制造条件、铁芯形状进行研究，将对噪音的影响进行分类。其结果是，得到下述结果：通过使用由特定的制造条件制造的钢板作为特定的尺寸形状的铁芯原材料，从而能够按照成为与钢板原材料的磁致伸缩特性相匹配的最佳的噪音的方式抑制铁芯的噪音。
为了达成上述目的而进行的本发明的主旨如下所述。
本发明的一个实施方式的卷绕铁芯是具备在侧视下多个多边形环状的方向性电磁钢板沿板厚方向层叠而成的卷绕铁芯本体的卷绕铁芯，
上述方向性电磁钢板在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续，
上述弯曲部的侧视下的内表面侧曲率半径r为1mm～5mm，
上述方向性电磁钢板具有下述化学组成：
以质量％计含有：
Si：2.0～7.0％，
剩余部分包含Fe及杂质，
上述方向性电磁钢板具有沿高斯取向进行取向的织构，并且
在至少一个上述弯曲部中，所层叠的上述方向性电磁钢板的晶体粒径Dpx(mm)为FL/4以上。
其中，Dpx(mm)为由下述式(1)求出的Dp的平均值，
Dc(mm)为上述弯曲部与按照夹持该弯曲部的方式配置的2个上述平面部的各个边界处的边界线延伸的方向(以下，记载为“边界方向”)的平均晶体粒径，
Dl(mm)为上述边界处的与边界方向垂直的方向的平均晶体粒径，
FL(mm)为夹着上述弯曲部相邻的2个上述平面部中的长度较短的平面部的平均长度。此外，在夹着弯曲部相邻的2个平面部的长度相等的情况下，采用任一平面部的长度。
此外，上述Dp的平均值为2个上述平面部中的一个上述平面部的内表面侧的Dp与外表面侧的Dp以及另一个上述平面部的内表面侧的Dp与外表面侧的Dp的平均值。
Dp＝√(Dc×Dl/π) (1)
此外，本发明的另一实施方式的卷绕铁芯是具备在侧视下多个多边形环状的方向性电磁钢板沿板厚方向层叠而成的卷绕铁芯本体的卷绕铁芯，
上述方向性电磁钢板在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续，
上述弯曲部的侧视下的内表面侧曲率半径r为1mm～5mm，
上述方向性电磁钢板具有下述化学组成：
以质量％计含有：
Si：2.0～7.0％，
剩余部分包含Fe及杂质，
上述方向性电磁钢板具有沿高斯取向进行取向的织构，并且
在至少一个上述弯曲部中，所层叠的上述方向性电磁钢板的晶体粒径Dpy(mm)为FL/4以上。
其中，Dpy(mm)为Dl(mm)的平均值，
Dl(mm)为上述弯曲部与按照夹持该弯曲部的方式配置的2个上述平面部的各个边界处的与边界方向垂直的方向的平均晶体粒径，
FL(mm)为夹着上述弯曲部相邻的2个上述平面部中的长度较短的平面部的平均长度。
此外，上述Dl的平均值为2个上述平面部中的一个上述平面部的内表面侧的Dl与外表面侧的Dl以及另一个上述平面部的内表面侧的Dl与外表面侧的Dl的平均值。
此外，本发明的又一实施方式是具备在侧视下多个多边形环状的方向性电磁钢板沿板厚方向层叠而成的卷绕铁芯本体的卷绕铁芯，
方向性电磁钢板在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续，
上述弯曲部的侧视下的内表面侧曲率半径r为1mm～5mm，
上述方向性电磁钢板具有下述化学组成：
以质量％计含有：
Si：2.0～7.0％，
剩余部分包含Fe及杂质，
上述方向性电磁钢板具有沿高斯取向进行取向的织构，并且
在至少一个上述弯曲部中，所层叠的上述方向性电磁钢板的晶体粒径Dpz(mm)为FL/4以上。
其中，Dpz(mm)为Dc(mm)的平均值，
Dc(mm)为上述弯曲部与按照夹持该弯曲部的方式配置的2个上述平面部的各个边界处的边界方向的平均晶体粒径，
FL(mm)为夹着上述弯曲部相邻的2个上述平面部中的长度较短的平面部的平均长度。
此外，上述Dc的平均值为2个上述平面部中的一个上述平面部的内表面侧的Dc与外表面侧的Dc以及另一个上述平面部的内表面侧的Dc与外表面侧的Dp的平均值。
发明效果
根据本发明，在将经弯曲加工的方向性电磁钢板层叠而成的卷绕铁芯中，能够有效地抑制不经意的噪音的产生。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的卷绕铁芯的一个实施方式的立体图。
图2是图1的实施方式中所示的卷绕铁芯的侧面图。
图3是示意性地表示本发明的卷绕铁芯的另一实施方式的侧面图。
图4是示意性地表示构成本发明的卷绕铁芯的1层方向性电磁钢板的一个例子的侧面图。
图5是示意性地表示构成本发明的卷绕铁芯的1层方向性电磁钢板的另一个例子的侧面图。
图6是示意性地表示构成本发明的卷绕铁芯的方向性电磁钢板的弯曲部的一个例子的侧面图。
图7是用于说明构成本发明的卷绕铁芯的方向性电磁钢板的晶体粒径的测定方法的示意图。
图8是表示实施例及比较例中制造的卷绕铁芯的尺寸参数的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的一个实施方式的卷绕铁芯依次进行详细说明。但是，本发明并不仅限于本实施方式中公开的构成，可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。需要说明的是，对于下述的数值限定范围，下限值及上限值包含在该范围内。对于表示为“超过”或“低于”的数值，该值不包含在数值范围内。此外，关于化学组成的“％”，只要没有特别说明则是指“质量％”。
此外，对于本说明书中使用的对形状、几何学条件以及它们的程度进行特定的例如“平行”、“垂直”、“同一”、“直角”等术语、长度、角度的值等，不受严格的含义的束缚，包括可期待同样功能的程度的范围在内来进行解释。
此外，本说明书中有时也将“方向性电磁钢板”简单地记载为“钢板”或“电磁钢板”，将“卷绕铁芯”简单地记载为“铁芯”。
本实施方式的卷绕铁芯的特征在于，其是具备在侧视下多个多边形环状的方向性电磁钢板沿板厚方向层叠而成的卷绕铁芯本体的卷绕铁芯，
上述方向性电磁钢板在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续，
上述弯曲部的侧视下的内表面侧曲率半径r为1mm～5mm，
上述方向性电磁钢板具有下述化学组成：
以质量％计含有：
Si：2.0～7.0％，
剩余部分包含Fe及杂质，
上述方向性电磁钢板具有沿高斯取向进行取向的织构，并且
在至少一个上述弯曲部中，所层叠的上述方向性电磁钢板的晶体粒径Dpx(mm)为FL/4以上。
其中，Dpx(mm)为由下述式(1)求出的Dp的平均值，
Dc(mm)为上述弯曲部与按照夹持该弯曲部的方式配置的2个上述平面部的各个边界处的边界方向的平均晶体粒径，
Dl(mm)为与上述边界方向垂直的方向的平均晶体粒径，
FL(mm)为上述平面部的平均长度。
此外，Dp的平均值为2个上述平面部中的一个上述平面部的内表面侧的Dp与外表面侧的Dp以及另一个平面部的上述内表面侧的Dp与外表面侧的Dp的平均值。
Dp＝√(Dc×Dl/π) (1)
1.卷绕铁芯及方向性电磁钢板的形状
首先，对本实施方式的卷绕铁芯的形状进行说明。这里说明的卷绕铁芯及方向性电磁钢板的形状本身不是特别新颖的。例如不过是依据在背景技术中作为专利文献9～11介绍的公知的卷绕铁芯及方向性电磁钢板的形状的卷绕铁芯及方向性电磁钢板。
图1是示意性地表示卷绕铁芯的一个实施方式的立体图。图2是图1的实施方式中所示的卷绕铁芯的侧面图。此外，图3是示意性地表示卷绕铁芯的另一实施方式的侧面图。
需要说明的是，本实施方式中所谓侧视是指沿构成卷绕铁芯的长条状的方向性电磁钢板的宽度方向(图1中的Y轴方向)进行观察。侧面图是表示通过侧视被识别的形状的图(图1的Y轴方向的图)。
本实施方式的卷绕铁芯具备在侧视下多个多边形环状(矩形状或多边形状)的方向性电磁钢板1沿板厚方向层叠而成的卷绕铁芯本体10。该卷绕铁芯本体10是方向性电磁钢板1沿板厚方向重叠，在侧视下具有多边形状的层叠结构2。可以将该卷绕铁芯本体10直接作为卷绕铁芯来使用，也可以根据需要为了将重叠的多个方向性电磁钢板1一体地固定而具备捆扎带等公知的紧固工具等。
本实施方式中，对卷绕铁芯本体10的铁芯长度没有特别限制。在铁芯中即使铁芯长度发生变化，弯曲部5的体积也是恒定的，因此在弯曲部5处产生的铁损是恒定的。铁芯长度较长时弯曲部5相对于卷绕铁芯本体10的体积率变小，因此对铁损劣化的影响也小。因而，卷绕铁芯本体10的铁芯长度优选较长。卷绕铁芯本体10的铁芯长度优选为1.5m以上，更优选为1.7m以上。需要说明的是，本实施方式中，卷绕铁芯本体10的铁芯长度是指基于侧视的卷绕铁芯本体10的层叠方向的中心点处的周长。
此外，本实施方式中，对卷绕铁芯本体10的厚度、即层叠的钢板的合计厚度(钢板层叠厚度)没有特别限制。但是，如下文所述的那样，由于据认为噪音是因为依赖于钢板层叠厚度的铁芯中的励磁磁通向铁芯中心区域偏在而产生的，因此可以说在容易引起该偏在的钢板层叠厚度厚的铁芯中更容易享受本实施方式的效果即噪音的降低。由此，钢板层叠厚度优选为40mm以上，更优选为50mm以上。需要说明的是，本实施方式中，卷绕铁芯本体10的钢板层叠厚度是指基于侧视的卷绕铁芯本体的平面部中的层叠方向的最大厚度。
本实施方式的卷绕铁芯也可以适宜地用于以往公知的任一用途。特别是通过应用于噪音成为问题的送电变压器用的铁芯，能够发挥显著的优点。
如图1及2中所示的那样，卷绕铁芯本体10中，在长度方向上第一平面部4与拐角部3交替地连续、在该各拐角部3处相邻的2个第一平面部4所成的角为90°的方向性电磁钢板1包含在板厚方向上重叠的部分，在侧视下具有大致矩形状的层叠结构2。此外，换一种方式来看，图1及2中所示的卷绕铁芯本体10具有八边形状的层叠结构2。本实施方式的卷绕铁芯本体10具有八边形状的层叠结构，但本发明并不限于此，卷绕铁芯本体只要在侧视下多个多边形环状的方向性电磁钢板沿板厚方向被层叠、该方向性电磁钢板在长度方向(周向)上平面部与弯曲部交替地连续即可。
以下，以卷绕铁芯本体10具有4个拐角部3的大致矩形状的情况进行说明。
方向性电磁钢板1的各拐角部3在侧视下具备2个以上具有曲线状形状的弯曲部5，并且在相邻的弯曲部5、5之间具有第二平面部4a。因此，拐角部3是具备2个以上的弯曲部5和1个以上的第二平面部4a的构成。进而，存在于一个拐角部3处的2个弯曲部5、5各自的弯曲角度的合计成为90°。
此外，如图3中所示的那样，方向性电磁钢板1的各拐角部3在侧视下具备3个具有曲线状形状的弯曲部5，并且在相邻的弯曲部5、5之间具有第二平面部4a，并且存在于一个拐角部3处的3个弯曲部5、5、5各自的弯曲角度的合计成为90°。
此外，各拐角部3也可以具有4个以上的弯曲部。该情况也是在相邻的弯曲部5、5之间具有第二平面部4a，并且存在于一个拐角部3处的4个以上的弯曲部5各自的弯曲角度的合计成为90°。即，本实施方式的各拐角部3被配置于以直角配置的相邻的2个第一平面部4、4之间，具有2个以上的弯曲部5和1个以上的第二平面部4a。
此外，在图2中所示的卷绕铁芯本体10中，在第一平面部4与第二平面部4a之间配置有弯曲部5，但在图3中所示的卷绕铁芯本体10中，在第一平面部4与第二平面部4a之间及2个第二平面部4a、4a之间分别配置有弯曲部5。即，第二平面部4a也有可能配置于相邻的2个第二平面部4a、4a之间。
进而，在图2及图3中所示的卷绕铁芯本体10中，第一平面部4与第二平面部4a相比长度方向(卷绕铁芯本体10的周向)的长度变长，但第一平面部4与第二平面部4a的长度也可以相等。
需要说明的是，本说明书中，有时也将“第一平面部”及“第二平面部”分别简单地记载为“平面部”。
方向性电磁钢板1的各拐角部3在侧视下具备2个以上具有曲线状形状的弯曲部5，并且存在于一个拐角部处的弯曲部各自的弯曲角度的合计成为90°。拐角部3在相邻的弯曲部5、5之间具有第二平面部4a。因此，拐角部3成为具备2个以上的弯曲部5和1个以上的第二平面部4a的构成。
图2的实施方式是在1个拐角部3中具有2个弯曲部5的情况。图3的实施方式是在1个拐角部3中具有3个弯曲部5的情况。
如这些例子中所示的那样，在本实施方式中，1个拐角部可以由2个以上的弯曲部构成，但从抑制因加工时的变形而产生应变以抑制铁损的方面出发，弯曲部5的弯曲角度φ(φ1、φ2、φ3)优选为60°以下，更优选为45°以下。
在1个拐角部处具有2个弯曲部的图2的实施方式中，从铁损降低的方面出发，例如，可以设定为φ1＝60°并且φ2＝30°或设定为φ1＝45°并且φ2＝45°等。此外，在1个拐角部处具有3个弯曲部的图3的实施方式中，从铁损降低的方面出发，例如可以设定为φ1＝30°、φ2＝30°并且φ3＝30°等。进而，从生产效率的方面出发优选折弯角度(弯曲角度)相等，因此在1个拐角部处具有2个弯曲部的情况下，优选设定为φ1＝45°并且φ2＝45°。此外，在1个拐角部处具有3个弯曲部的图3的实施方式中，从铁损降低的方面出发，例如优选设定为φ1＝30°、φ2＝30°并且φ3＝30°。
参照图6对弯曲部5更详细地进行说明。图6是示意性地表示方向性电磁钢板的弯曲部(曲线部分)的一个例子的图。弯曲部5的弯曲角度是指在方向性电磁钢板1的弯曲部5处在折弯方向的后方侧的直线部与前方侧的直线部之间产生的角度差，表示为在方向性电磁钢板1的外表面处将夹持弯曲部5的两侧的平面部4、4a的表面即直线部分延长而得到的2个假想线Lb延长线1、Lb延长线2所成的角的补角的角度φ。此时，延长的直线从钢板表面脱离的点是钢板外表面侧的表面处的平面部4、4a与弯曲部5的边界，在图6中，为点F及点G。
进而，从点F及点G各自将与钢板外表面垂直的直线延长，将与钢板内表面侧的表面的交点分别设定为点E及点D。该点E及点D是钢板内表面侧的表面处的平面部4、4a与弯曲部5的边界。
而且，在本实施方式中所谓弯曲部5是在方向性电磁钢板1的侧视下由上述点D、点E、点F、点G围成的方向性电磁钢板1的部位。在图6中，将点D与点E之间的钢板表面即弯曲部5的内侧表面表示为La，将点F与点G之间的钢板表面即弯曲部5的外侧表面表示为Lb。
此外，图6中示出了弯曲部5的侧视下的内表面侧曲率半径r(以下，也简称为曲率半径r)。通过将上述La以通过点E及点D的圆弧进行近似，得到弯曲部5的曲率半径r。曲率半径r越小，则弯曲部5的曲线部分的弯曲越急，曲率半径r越大，则弯曲部5的曲线部分的弯曲变得越缓。
在本实施方式的卷绕铁芯中，沿板厚方向层叠的各方向性电磁钢板1的各弯曲部5处的曲率半径r也可以具有一定程度的变动。该变动也有可能是起因于成形精度的变动，还考虑有因层叠时的操作等而产生非故意的变动。这样的非故意误差如果是现在的通常的工业上的制造则能够抑制到0.2mm左右以下。在这样的变动大的情况下，通过对足够大量的钢板测定曲率半径并进行平均，能够得到代表性的值。此外，还考虑有因某种理由而有意图地发生变化，但本实施方式并不排除那样的形态。
此外，对弯曲部5的内表面侧曲率半径r的测定方法也没有特别限制，但例如可以通过使用市售的显微镜(Nikon ECLIPSE LV150)以200倍倍率进行观察来测定。具体而言，由观察结果求出图6中所示的那样的曲率中心A点，但作为其求法，例如如果将使线段EF和线段DG向与点B相反侧的内侧延长而得到的交点规定为A，则内表面侧曲率半径r的大小相当于线段AC的长度。这里，在将点A与点B以直线连结时，将与弯曲部5的内表面侧的圆弧DE的交点设定为点C。
在本实施方式中，通过制成使用了将弯曲部5的内表面侧曲率半径r设定为1mm～5mm的范围、并且控制了下述说明的晶体粒径的特定的方向性电磁钢板的卷绕铁芯，能够抑制卷绕铁芯的噪音。弯曲部5的内表面侧曲率半径r优选为3mm以下。该情况下，本实施方式的效果更显著地发挥。
此外，存在于铁芯内的全部的弯曲部满足本实施方式中规定的内表面侧曲率半径r是最优选的方式。在卷绕铁芯中存在满足本实施方式的内表面侧曲率半径r的弯曲部和不满足本实施方式的内表面侧曲率半径r的弯曲部的情况下，至少半数以上的弯曲部满足本实施方式中规定的内表面侧曲率半径r是优选的方式。
图4及图5是示意性地表示卷绕铁芯本体10中的1层量的方向性电磁钢板1的一个例子的图。如图4及图5的例子中所示的那样本实施方式中使用的方向性电磁钢板1是经折弯加工的钢板，具有由2个以上的弯曲部5构成的拐角部3和第一平面部4，介由1个以上的方向性电磁钢板1的长度方向的端面即接合部6在侧视下形成大致矩形的环。
在本实施方式中，卷绕铁芯本体10只要作为整体而言侧视具有大致矩形状的层叠结构2即可。可以如图4的例子中所示的那样，以介由1个接合部6的方式1块方向性电磁钢板1构成卷绕铁芯本体10的1层量(即，每一卷都介由1处接合部6将1块方向性电磁钢板1连接)，也可以如图5的例子中所示的那样，1块方向性电磁钢板1构成卷绕铁芯的约半周量，以介由2个接合部6的方式2块方向性电磁钢板1构成卷绕铁芯本体10的1层量(即，每一卷都介由2处接合部6将2块方向性电磁钢板1彼此连接)。
本实施方式中使用的方向性电磁钢板1的板厚没有特别限定，只要根据用途等来适当选择即可，但通常为0.15mm～0.35mm的范围内，优选为0.18mm～0.23mm的范围。
2.方向性电磁钢板的构成
接下来，对构成卷绕铁芯本体10的方向性电磁钢板1的构成进行说明。在本实施方式中，特征在于，相邻地层叠的方向性电磁钢板的与弯曲部5相邻的平面部4、4a的晶体粒径、及控制了晶体粒径的方向性电磁钢板的卷绕铁芯内的配置部位。
(1)与弯曲部相邻的平面部的晶体粒径
构成本实施方式的卷绕铁芯的方向性电磁钢板1至少在拐角部的一部分中，按照所层叠的钢板的晶体粒径变大的方式进行控制。如果弯曲部5附近的晶体粒径变得微细，则不会表现出具有本实施方式中的铁芯形状的铁芯处的噪音降低效果。换言之，表示：如果在弯曲部5附近存在晶界，则噪音容易变大。反观之，则变成通过按照远离弯曲部5的方式配置晶界从而能够降低噪音。
产生这样的现象的机理并不明确，但如以下那样考虑。
本实施方式作为对象的卷绕铁芯具有下述结构：被限定于非常窄的区域的弯曲部和与弯曲部5相比相对较宽的区域即平面部交替地配置。弯曲部由于是按照成为小的曲率半径r的方式被弯曲的形态，因此通过因方向性电磁钢板的磁致伸缩引起的钢板的伸缩，振动容易被限制。此外，在平面部中的比较宽的拐角部间的平面部(上述的第一平面部4)中，特别是通过在平面部的中央区域中配置线圈或紧固夹具等，从而所层叠的钢板被较强地束缚，因此振动容易被限制。另一方面，存在于拐角部内的平面部(上述的第二平面部4a)、与拐角部靠近的平面部(上述的第一平面部4的长度方向的两端部(与弯曲部5相邻的两端部))根据层叠精度也有可能容易产生间隙，据推测为起因于磁致伸缩的振动容易变大的部位。
此外，关于晶界，已知一般在晶界附近容易产生回流磁畴，其存在特别是会增大伸长的磁致伸缩。进而据认为由于应变的影响从而存在回流磁畴的区域扩大，使增大噪音。
据认为：在容易产生于上述的弯曲部附近的层叠钢板间的间隙多的区域、即没有对方向性电磁钢板的面外移动的束缚的区域中，如果起因于回流磁畴的伸长的磁致伸缩变大，则钢板向面外振动，噪音变大。因此，如本实施方式中规定的那样的弯曲部与晶界的距离的控制对噪音变得有效。这样的本实施方式的作用机理据认为是本实施方式作为对象的特定形状的铁芯中的特殊现象，迄今为止基本未被考虑，但可以进行与本发明的发明者们得到的见识一致的解释。
在本实施方式中，晶体粒径如以下那样测定。
在将卷绕铁芯本体10的钢板层叠厚度设定为T(相当于图8中所示的“L3”)时，从卷绕铁芯本体10的包含拐角部的区域的最内表面，将包含最内表面在内层叠于每T/4的位置处的合计5块方向性电磁钢板抽出。对于所抽出的各方向性电磁钢板，在钢板的表面具有由氧化物等形成的一次被膜(玻璃被膜、中间层)、绝缘被膜等的情况下，将它们通过公知的方法除去后，如图7(a)中所示的那样，通过目视来观察钢板的内表面侧表面及外表面侧表面的晶体组织。然后，在各表面中成为大致直线的弯曲部与平面部的边界线B处，如以下那样测定该边界方向(边界线B延伸的方向(方向性电磁钢板的C方向))的粒径和与该边界垂直的方向(边界垂直方向(方向性电磁钢板的L方向))的粒径。
边界方向的粒径Dc(mm)例如如图7(a)的示意图中所示的那样，在将边界线B的长度(相当于构成卷绕铁芯的方向性电磁钢板1的宽度)设定为Lc，将与边界线B交叉的晶界的数目设定为Nc时，通过下述式(2)来求出。
Dc＝Lc/(Nc+1) (2)
此外，关于边界垂直方向(与边界方向垂直的方向)的粒径Dl(mm)，在边界线B的延伸方向(边界方向)上，在将Lc进行6分割的位置中的除了端部以外的5个部位，将以一个弯曲部5与第一平面部4的边界线B作为起点至沿第一平面部4区域的方向与边界线B垂直地延伸的线最初与晶界交叉为止的距离设定为第一平面部4中的Dl1～Dl5。此外，将以一个弯曲部5与第二平面部(拐角部内的平面部)4a的边界线B作为起点至沿第二平面部4a区域的方向与边界线B垂直地延伸的线最初与晶界交叉或与夹着第二平面部4a相邻的另一个弯曲部5的边界线B交叉为止的距离设定为第二平面部4a中的Dl1～Dl5。对于另一个弯曲部5，也同样地操作来分别求出第一平面部4及第二平面部4a中的Dl1～Dl5。然后，作为将这些Dl1～Dl5平均而得到的距离，求出边界垂直方向的粒径Dl(mm)。
进而，由下述式(1)求出与弯曲部5相邻的第一平面部4及第二平面部4a的当量圆的晶体粒径Dp(mm)。
Dp＝√(Dc×Dl/π) (1)
进而，如图7(b)的示意图中所示的那样，对第二平面部4a的内表面侧的晶体粒径标注下标ii，对外表面侧的晶体粒径标注io，对第一平面部4的内表面侧的晶体粒径标注下标oi，对外表面侧的晶体粒径标注oo。像这样，对于一个弯曲部5，确定(Dc、Dl、Dp)-(ii、io、oi、oo)这样的12个晶体粒径(Dcii、Dcio、Dcoi、Dcoo、Dlii、Dlio、Dloi、Dloo、Dpii、Dpio、Dpoi、Dpoo)。然后，对于存在于各拐角部处的2个以上(例如在图2中所示的卷绕铁芯本体10中为2个，在图3中所示的卷绕铁芯本体10中为3个)的弯曲部5，将上述12个晶体粒径分别平均，对每各拐角部确定(Dc、Dl、Dp)-(ii、io、oi、oo)这样的12个晶体粒径。
本实施方式中，通过与夹着弯曲部5相邻的2个平面部中的长度较短的平面部的平均长度的比较来规定这些晶体粒径。在本实施方式中，夹着弯曲部5相邻的2个平面部中的长度较短的平面部由于为存在于拐角部内的第二平面部4a，因此通过与第二平面部4a的平均长度FL的比较来规定(Dc、Dl、Dp)-(ii、io、oi、oo)这样的12个晶体粒径。
存在于拐角部内的第二平面部4a的平均长度FL(mm)如以下那样求出。
当在拐角部内存在N个弯曲部5的情况下，N个弯曲部5中的位于拐角部端侧的弯曲部的第一平面部4侧的边界为拐角部与第一平面部4的边界。即，在拐角部内，成为下述状态：从一个拐角部边界朝向另一个拐角部边界交替地形成弯曲部5与第二平面部4a。即，拐角部内的第二平面部4a的数目成为(N-1)个。进而，在拐角部处，通常根据层叠厚度方向的位置不同，拐角部内的第二平面部4a长度不同。即，大多按照越是外周侧则该第二平面部4a的长度变得越长的方式设计铁芯形状。
考虑这样的状况，在本实施方式中，存在于拐角部内的第二平面部4a的平均长度FL是对于为了上述的晶体粒径的测定所采集的样品，将一个拐角部内的全部的第二平面部4a的长度的合计除以其个数来求出的。例如在拐角部内存在2个弯曲部5的情况下，拐角部内的第二平面部4a成为被该弯曲部5夹持的1个区域，因此其长度为关于该样品的拐角部内的第二平面部的平均的长度。在拐角部内存在3个弯曲部5的情况下，拐角部内的第二平面部4a成为存在被该弯曲部5夹持的2个区域，因此将其长度平均来求出关于该样品的拐角部内的第二平面部的平均的长度。然后，进一步将关于如上述那样包含最内表面在内层叠于每T/4的位置处的合计5块样品(方向性电磁钢板)各自的拐角部内的第二平面部的合计长度平均来算出每个样品的平均长度，通过将全部样品的第二平面部的平均长度进一步平均，求出存在于拐角部内的全部的第二平面部的平均长度FL。
在本实施方式的一个实施方式中，其特征在于，在至少一个拐角部3中，将Dp-(ii、io、oi、oo)的平均值设定为Dpx，为Dpx≥FL/4。该规定与上述中说明的机理的基本特征相对应。通过满足该规定，能够充分增大晶界与弯曲部5的距离。其结果是，能够有效地抑制噪音的产生。优选为Dpx≥FL/2。此外，优选在存在于卷绕铁芯本体10中的全部4个拐角部中满足Dpx≥FL/4是毋庸置疑的。
作为另一实施方式，其特征在于，在至少一个拐角部3中，将Dl-(ii、io、oi、oo)的平均值设定为Dpy，为Dpy≥FL/4。该规定与上述中说明的机理特别容易受到存在于第一平面部4及第二平面部4a中的晶界的影响这一特征相对应。通过满足该规定，在第一平面部4及第二平面部4a中能够充分增大晶界与弯曲部5的距离。其结果是，能够有效地抑制噪音的产生。优选为Dpy≥FL/2。此外，优选在存在于卷绕铁芯本体10中的全部4个拐角部中满足Dpy≥FL/4是毋庸置疑的。
作为另一实施方式，其特征在于，在至少一个拐角部3中，将Dc-(ii、io、oi、oo)的平均值设定为Dpz，为Dpz≥FL/4。该规定与下述特征相对应：上述中说明的机理特别容易受到存在于拐角部内的第二平面部4a中的晶界的影响，还容易受到与弯曲部5的边界平行存在的晶界(方向性电磁钢板的L方向的晶体粒径)的影响。通过满足该规定，在拐角部内的第二平面部4a中能够充分增大晶界与弯曲部边界的垂直距离。其结果是，能够有效地抑制噪音的产生。优选为Dpz＝FL/2。此外，优选在存在于卷绕铁芯本体10中的全部4个拐角部中满足Dpz≥FL/4是毋庸置疑的。
(2)方向性电磁钢板
如上所述，在本实施方式中使用的方向性电磁钢板1中，母钢板是该母钢板中的晶粒的取向高度集中于{110}<001>取向的钢板，在轧制方向上具有优异的磁特性。
本实施方式中母钢板可以使用公知的方向性电磁钢板。以下，对优选的母钢板的一个例子进行说明。
母钢板的化学组成以质量％计含有Si：2.0％～6.0％，剩余部分包含Fe及杂质。该化学组成是为了控制为使晶体取向集中于{110}<001>取向的高斯织构，确保良好的磁特性。对于其他的元素，没有特别限定，但在本实施方式中，除了Si、Fe及杂质以外，还可以含有不阻碍本发明的效果的范围的元素。例如，代替Fe的一部分，容许在以下的范围内含有下述元素。代表性的任选元素的含有范围如下所述。
C：0～0.0050％、
Mn：0～1.0％、
S：0～0.0150％、
Se：0～0.0150％、
Al：0～0.0650％、
N：0～0.0050％、
Cu：0～0.40％、
Bi：0～0.010％、
B：0～0.080％、
P：0～0.50％、
Ti：0～0.0150％、
Sn：0～0.10％、
Sb：0～0.10％、
Cr：0～0.30％、
Ni：0～1.0％、
Nb：0～0.030％、
V：0～0.030％、
Mo：0～0.030％、
Ta：0～0.030％、
W：0～0.030％。
这些任选元素只要根据其目的来含有即可，因此没有必要限制下限值，也可以实质上不含有。此外，即使含有这些任选元素作为杂质，也不会损害本实施方式的效果。此外，在实用钢板中将C含量设定为0％在制造上是困难的，因此C含量也可以设定为超过0％。需要说明的是，杂质是指非故意含有的元素，是指在工业上制造母钢板时从作为原料的矿石、废料或制造环境等中混入的元素。杂质的合计含量的上限例如为5％即可。
母钢板的化学成分只要通过钢的一般的分析方法进行测定即可。例如，母钢板的化学成分只要使用ICP-AES(电感耦合等离子体-原子发射光谱；Inductively CoupledPlasma-Atomic Emission Spectrometry)进行测定即可。具体而言，例如，可以通过下述方式确定：从被膜除去后的母钢板的中央的位置处取得35mm见方的试验片，通过岛津制作所制ICPS-8100等(测定装置)，以基于预先制成的校准线的条件进行测定。此外，C及S使用燃烧-红外线吸收法进行测定即可，N使用不活泼气体熔融-热导率法进行测定即可。
需要说明的是，上述的化学组成是作为母钢板的方向性电磁钢板1的成分。在成为测定试样的方向性电磁钢板1在表面具有由氧化物等形成的一次被膜(玻璃被膜、中间层)、绝缘被膜等的情况下，将它们通过公知的方法除去后测定化学组成。
(3)方向性电磁钢板的制造方法
方向性电磁钢板的制造方法没有特别限定，但通过如后述那样精密地控制制造条件，能够制作出钢板的晶体粒径。通过使用具有这样的所期望的晶体粒径的方向性电磁钢板，并且通过后述的优选的加工条件来制造卷绕铁芯，可得到能够抑制噪音的产生的卷绕铁芯。作为制造方法的优选的具体例子，例如首先，使将C设定为0.04～0.1质量％、此外具有上述方向性电磁钢板的化学组成的板坯加热至1000℃以上来进行热轧后，在400～850℃下进行卷取。根据需要进行热轧板退火。热轧板退火的条件没有特别限定，但从析出物控制的观点出发，可以设定为退火温度：800～1200℃、退火时间：10～1000秒。接着，通过1次冷轧或插有中间退火的2次以上的冷轧来得到冷轧钢板。此时的冷轧率从织构的控制的观点出发可以设定为80～99％。将该冷轧钢板例如在湿氢-不活泼气体气氛中加热至700～900℃来进行脱碳退火，根据需要进一步进行氮化退火。之后，在退火后的钢板上涂布退火分离剂后，以最高到达温度：1000℃～1200℃、40～90小时进行成品退火，在900℃左右形成绝缘皮膜。上述各条件中，特别是脱碳退火、成品退火对钢板的晶体粒径造成影响。因此，在制造卷绕铁芯时，优选使用在上述条件的范围内制造的方向性电磁钢板。
此外，即使是在钢板的制造工序中通过公知的方法实施了一般被称为“磁畴控制”的处理的钢板，也能够享受本实施方式的效果。
如上所述，本实施方式中使用的方向性电磁钢板1的特征即晶体粒径例如优选通过成品退火的最高到达温度和时间来进行调整。通过像这样增大钢板整体的平均晶体粒径，并将各晶体粒径设定为上述的FL/2以上，从而即使是在制造卷绕铁芯时在任意的位置处形成弯曲部5的情况下，也可期待上述的Dpx等成为FL/4以上。或者，即使钢板制造时刻的晶粒比较微细，也可以通过在折弯加工后对弯曲部进行加热来使弯曲部附近的晶粒粗大化。通过进行这样的部分加热，能够将特定的拐角部可靠地控制为所期望的粒径。这样的部分加热处理由于也会使弯曲部的应变释放，因此对于与本实施方式中得到的效果独立的铁芯特性的改善也是有效的。
3.卷绕铁芯的制造方法
本实施方式的卷绕铁芯的制造方法只要是能够制造上述本实施方式的卷绕铁芯则没有特别限制，例如应用在背景技术中作为专利文献9～11介绍的依据公知的卷绕铁芯的方法即可。特别是使用AEM UNICORE公司的UNICORE(https://www.aemcores.com.au/technology/unicore/)制造装置的方法可以说最佳。
需要说明的是，从精密地控制上述Dpx、Dpy、Dpz的观点出发，优选控制加工时的加工速度(冲头速度、mm/秒)、以及在加工后实施的急速加热处理中的加热温度(℃)及加热时间(秒)。具体而言，加工速度(冲头速度)优选设定为20～80mm/秒。此外，在加工后实施的急速加热处理中的加热温度优选设定为90～450℃，加热时间优选设定为6～500秒。
进而，也可以依据公知的方法，根据需要实施热处理。此外，所得到的卷绕铁芯本体10也可以直接作为卷绕铁芯来使用，但也可以进一步根据需要将重叠的多个方向性电磁钢板1使用捆扎带等公知的紧固工具等一体地固定来制成卷绕铁芯。
本实施方式并不限于上述实施方式。上述实施方式是例示的，具有与本发明的权利要求书中记载的技术思想实质上为同一构成、发挥同样的作用效果者不管是何种方式，都包含于本发明的技术范围内。
实施例
以下，在列举出本发明的实施例的同时对本发明的技术内容进一步进行说明。以下所示的实施例中的条件是为了确认本发明的可实施性及效果而采用的条件例，本发明并不限于该条件例。此外，只要不脱离本发明的主旨、达成本发明的目的，则本发明可采用各种条件。
(方向性电磁钢板)
以具有表1中所示的化学组成(质量％、显示内容以外的剩余部分为Fe)的板坯作为原材料，制造具有表2中所示的化学组成(质量％、显示内容以外的剩余部分为Fe)的最终制品(制品板)。所得到的钢板的宽度为1200mm。
在表1及表2中，“-”是指未进行意识到含量的控制及制造且未实施含量的测定的元素。此外，“<0.002”及“<0.004”是指下述元素：实施意识到含量的控制及制造、且实施了含量的测定，但未得到作为精度的可信性而言充分的测定值(检测限以下)。
[表1]
Figure BDA0004195528130000191
[表2]
Figure BDA0004195528130000192
此外，钢板的制造工序及条件的详细情况如表3中所示的那样。
具体而言，实施了热轧、热轧板退火、冷轧。对于一部分钢板，对于脱碳退火后的冷轧钢板，在氢-氮-氨的混合气氛中实施了氮化处理(氮化退火)。
进而，涂布以MgO作为主要成分的退火分离剂，实施了成品退火。在形成于成品退火钢板表面的一次被膜上，涂布以磷酸盐和胶体状二氧化硅作为主体且含有铬的绝缘被膜涂敷溶液，对其进行热处理，形成绝缘被膜。
此时，通过调整成品退火的温度或时间，制造控制了晶体粒径的钢板。所制造的钢板的详细情况示于表3中。
[表3]
Figure BDA0004195528130000211
(铁芯)
以各钢板作为原材料，制造了具有表4及图8中所示的形状的铁芯No.a～e。需要说明的是，L1为与X轴方向平行、包含中心CL的平截面中的处于卷绕铁芯的最内周的彼此平行的方向性电磁钢板1间的距离(内表面侧平面部间距离)，L2为与Z轴方向平行、包含中心CL的纵截面中的处于卷绕铁芯的最内周的彼此平行的方向性电磁钢板1间的距离(内表面侧平面部间距离)，L3为与X轴方向平行、包含中心CL的平截面中的卷绕铁芯的层叠厚度(层叠方向的厚度)，L4为与X轴方向平行且包含中心CL的平截面中的卷绕铁芯的层叠钢板宽度，L5为卷绕铁芯的最内部的彼此相邻且按照合计成为直角的方式配置的平面部间距离(弯曲部间的距离)。换言之，L5为最内周的方向性电磁钢板的平面部4、4a中的长度最短的平面部4a的长度方向的长度。r为卷绕铁芯的内表面侧的弯曲部的曲率半径(mm)，φ为卷绕铁芯的弯曲部的弯曲角度(°)。大致矩形状的铁芯No.a～e成为下述结构：内表面侧平面部距离为L1的平面部在距离L1的大致中央处被分割、将具有“大致为コ字”的形状的两个铁芯结合而成。
[表4]
Figure BDA0004195528130000221
(评价方法)
(1)方向性电磁钢板的磁特性
方向性电磁钢板的磁特性基于JIS C 2556：2015中规定的单板磁特性试验法(Single Sheet Tester：SST)来进行测定。
作为磁特性，测定以800A/m励磁时的钢板的轧制方向的磁通密度B8(T)和交流频率：50Hz、励磁磁通密度：1.7T时的钢板的铁损。
(2)铁芯中的粒径
通过如上所述从铁芯中抽出的钢板的两个表面的观察来求出12个晶体粒径(Dcii、Dcio、Dcoi、Dcoo、Dlii、Dlio、Dloi、Dloo、Dpii、Dpio、Dpoi、Dpoo)。
(3)铁芯的噪音
对于以各钢板作为原材料的铁芯，基于IEC60076-10的方法来测定铁芯的噪音。需要说明的是，本实施例中，将噪音低于29.0dB的情况评价为能够抑制铁损效率的恶化。
对使用磁畴宽度不同的各种钢板而制造的各种铁芯中的效率进行了评价。将结果示于表5中。获知：即使是在使用了相同的钢种的情况下，通过适宜地控制晶体粒径，也能够提高铁芯的效率。
[表5]
Figure BDA0004195528130000241
由以上的结果表明：本发明的卷绕铁芯由于所层叠的方向性电磁钢板的晶体粒径Dpx、Dpy及Dpz分别为FL/4以上，因此能够有效地抑制不经意的噪音的产生。
产业上的可利用性
根据本发明，在将经弯曲加工的钢板层叠而成的卷绕铁芯中，能够有效地抑制铁芯的效率的恶化。
符号的说明
1方向性电磁钢板
2层叠结构
3拐角部
4第一平面部(平面部)
4a第二平面部(平面部)
5弯曲部
6接合部
10卷绕铁芯本体

Claims (3)

1.一种卷绕铁芯，其特征在于，其是具备在侧视下多个多边形环状的方向性电磁钢板沿板厚方向层叠而成的卷绕铁芯本体的卷绕铁芯，
所述方向性电磁钢板在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续，
所述弯曲部的侧视下的内表面侧曲率半径r为1mm～5mm，
所述方向性电磁钢板具有下述化学组成：
以质量％计含有：
Si：2.0～7.0％，
剩余部分包含Fe及杂质，
所述方向性电磁钢板具有沿高斯取向进行取向的织构，并且
在至少一个所述弯曲部中，所层叠的所述方向性电磁钢板的以mm为单位的晶体粒径Dpx为FL/4以上，
其中，以mm为单位的Dpx为由下述式(1)求出的Dp的平均值，
以mm为单位的Dc为所述弯曲部与按照夹持该弯曲部的方式配置的2个所述平面部的各个边界处的边界线延伸的方向的平均晶体粒径，
以mm为单位的Dl为所述边界处的与所述边界线延伸的方向垂直的方向的平均晶体粒径，
以mm为单位的FL为夹着所述弯曲部相邻的2个所述平面部中的长度较短的平面部的平均长度，
此外，所述Dp的平均值为2个所述平面部中的一个所述平面部的内表面侧的Dp与外表面侧的Dp以及另一个所述平面部的内表面侧的Dp与外表面侧的Dp的平均值，
Dp＝√(Dc×Dl/π) (1)。
2.一种卷绕铁芯，其特征在于，其是具备在侧视下多个多边形环状的方向性电磁钢板沿板厚方向层叠而成的卷绕铁芯本体的卷绕铁芯，
所述方向性电磁钢板在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续，
所述弯曲部的侧视下的内表面侧曲率半径r为1mm～5mm，
所述方向性电磁钢板具有下述化学组成：
以质量％计含有：
Si：2.0～7.0％，
剩余部分包含Fe及杂质，
所述方向性电磁钢板具有沿高斯取向进行取向的织构，并且
在至少一个所述弯曲部中，所层叠的所述方向性电磁钢板的以mm为单位的晶体粒径Dpy为FL/4以上，
其中，以mm为单位的Dpy为以mm为单位的Dl的平均值，
以mm为单位的Dl为所述弯曲部与按照夹持该弯曲部的方式配置的2个所述平面部的各个边界处的与边界线延伸的方向垂直的方向的平均晶体粒径，
以mm为单位的FL为夹着所述弯曲部相邻的2个所述平面部中的长度较短的平面部的平均长度，
此外，所述Dl的平均值为2个所述平面部中的一个所述平面部的内表面侧的Dl与外表面侧的Dl以及另一个所述平面部的内表面侧的Dl与外表面侧的Dl的平均值。
3.一种卷绕铁芯，其特征在于，其是具备在侧视下多个多边形环状的方向性电磁钢板沿板厚方向层叠而成的卷绕铁芯本体的卷绕铁芯，
方向性电磁钢板在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续，
所述弯曲部的侧视下的内表面侧曲率半径r为1mm～5mm，
所述方向性电磁钢板具有下述化学组成：
以质量％计含有：
Si：2.0～7.0％，
剩余部分包含Fe及杂质，
所述方向性电磁钢板具有沿高斯取向进行取向的织构，并且
在至少一个所述弯曲部中，所层叠的所述方向性电磁钢板的以mm为单位的晶体粒径Dpz为FL/4以上，
其中，以mm为单位的Dpz为以mm为单位的Dc的平均值，
以mm为单位的Dc为所述弯曲部与按照夹持该弯曲部的方式配置的2个所述平面部的各个边界处的边界线延伸的方向的平均晶体粒径，
以mm为单位的FL为夹着所述弯曲部相邻的2个所述平面部中的长度较短的平面部的平均长度，
此外，所述Dc的平均值为2个所述平面部中的一个所述平面部的内表面侧的Dc与外表面侧的Dc以及另一个所述平面部的内表面侧的Dc与外表面侧的Dp的平均值。
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