CN117897786B - 卷绕铁芯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卷绕铁芯。在本发明的卷绕铁芯中，关于存在多个的拐角部(3)的弯曲区域(5A)中的至少任意一个，直线(PQ)与直线(PR)所成的角θ满足23°≤θ≤50°，拐角部(3)向外侧鼓出以封闭在卷绕铁芯中流动的磁通。

Description

卷绕铁芯
技术领域
本发明涉及一种卷绕铁芯。
本申请基于2021年10月4日向日本提交的特愿2021-163557号并主张优先权，将其内容援用于此。
背景技术
作为变压器的铁芯，存在层叠铁芯与卷绕铁芯。其中，卷绕铁芯一般通过如下方式来制造：将方向性电磁钢板层叠成层状，卷绕成环状(卷绕形状)，之后，对该卷绕体进行加压而成型为大致方形(在本说明书中，有时将如此制造的卷绕铁芯称作变压器芯)。通过该成型工序，使方向性电磁钢板整体产生机械性的加工应变(塑性变形应变)，该加工应变成为使方向性电磁钢板的铁损大幅劣化的主要原因，因此需要进行去应变退火。
另一方面，作为卷绕铁芯的另一种制造方法，公开有专利文献1以及专利文献2所记载那样的技术：预先对成为卷绕铁芯的拐角部的钢板部分进行弯曲加工，以形成曲率半径为3mm以下的比较小的弯曲区域，将该弯曲加工后的钢板层叠而形成卷绕铁芯(在本说明书中，有时将如此制造的卷绕铁芯称作单芯(注册商标))。根据该制造方法，不需要以往那样的大规模的成型工序，钢板被精细地折弯而保持铁芯形状，加工应变也仅集中在弯曲部(角部)，因此还能够省略上述去应变退火，工业上的优点(例如，设备投资也容易)较多而正在推进应用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2018-148036号公报
专利文献2：日本特开2015-141930号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，当通过钢板折弯加工对成为单芯的拐角部的钢板部分进行弯曲成型时，在折弯部导入应变。因此，在不退火地使用铁芯时，在折弯部及其周边部依然残留应变，存在铁芯铁损(铁芯的损失)处于劣势的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的于提供一种卷绕铁芯，即使在不进行退火的情况下，铁损也较低。
用于解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明为一种卷绕铁芯，在中心具有中空部，包括在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续的方向性电磁钢板在板厚方向上层叠的部分，通过将分别被折弯加工的上述方向性电磁钢板层叠成层状并组装成卷绕状态，由此形成为具有包括上述弯曲部的4个拐角部的矩形状，在每一卷中多张方向性电磁钢板经由至少一处的接合部而相互连接，各上述拐角部的上述弯曲部的弯曲角度的合计值为90度，其特征在于，各上述方向性电磁钢板的对应的弯曲部彼此在板厚方向上层叠成层状，由此形成一个弯曲区域，在上述卷绕铁芯的侧视下，关于存在多个的上述拐角部的上述弯曲区域中的至少任意一个，当将层叠成层状的多张上述方向性电磁钢板中位于最内侧的方向性电磁钢板中的、沿着上述平面部的内侧表面向上述拐角部延伸的延伸线与沿着形成上述拐角部的上述弯曲部之间的上述平面部的内侧表面延伸的延伸线的交点设为P，将层叠成层状的多张上述方向性电磁钢板中位于最外侧的方向性电磁钢板中的、沿着上述平面部的外侧表面向上述拐角部延伸的延伸线与沿着形成上述拐角部的上述弯曲部之间的上述平面部的外侧表面延伸的延伸线的交点设为Q，将通过上述点P且沿着与向上述拐角部延伸的各上述方向性电磁钢板的延伸方向垂直的方向延伸的直线与上述最外侧的方向性电磁钢板的外侧表面相交的点设为R时，直线PQ与直线PR所成的角θ满足23°≤θ≤50°。
此处，在本发明中，具体而言，如图13所示，将包括在长度方向上平面部4(4a)与弯曲部5交替地连续的方向性电磁钢板1在板厚方向上层叠的部分的卷绕铁芯放置在纸面100上，例如使用铅笔、标记笔等笔记用具，在卷绕铁芯的侧视(图13所示的视野方向)中，对于存在多个的拐角部3的弯曲区域5A中的至少任意一个，沿着方向性电磁钢板1的表面在纸面100上画线，而求出点P、Q、R。在该情况下，笔记用具使用与纸面100的颜色不同的颜色，能够在纸面100上识别出线。另外，图13的(a)以侧视图表示存在4个的拐角部3中的一个周边的卷绕铁芯的部位，此外，图13的(b)明确地表示通过各方向性电磁钢板1的对应的弯曲部5彼此在板厚方向上层叠成层状而形成一个弯曲区域5A的情况。
作为点P、Q、R的更具体的求出方法，首先，在层叠成层状的多张方向性电磁钢板1中位于最外侧的方向性电磁钢板1a中，用笔记用具在纸面100上描绘沿着其平面部4的外侧表面向拐角部3延伸的延伸线L’1。此外，在相同的方向性电磁钢板1a中，用笔记用具在纸面100上描绘沿着形成拐角部3的弯曲部5、5之间的平面部4a的外侧表面延伸的延伸线L’2。然后，将延伸线L’1与延伸线L’2的交点设为Q。另一方面，在层叠成层状的多张方向性电磁钢板1中位于最内侧的方向性电磁钢板1b中，用笔记用具在纸面100上描绘沿着其平面部4的内侧表面向拐角部3延伸的延伸线L’3。此外，在相同的方向性电磁钢板1b中，用笔记用具在纸面100上描绘沿着形成拐角部3的弯曲部5、5之间的平面部4a的内侧表面延伸的延伸线L’4。然后，将延伸线L’3与延伸线L’4的交点设为P。另外，“内侧表面”是面向卷绕铁芯的内侧的表面，“外侧表面”是面向卷绕铁芯的外侧的表面。
此外，点R规定为通过点P且沿着与向拐角部3延伸的各方向性电磁钢板1的延伸方向垂直的方向延伸的直线L’5与最外侧的方向性电磁钢板1a的外侧表面相交的点。并且，角度θ是直线PQ与直线PR所成的角度，在本发明中设定为23°≤θ≤50°。
另外，对于构成相同拐角部3的其他弯曲区域(5A)，在求点(P)、(Q)、(R)的情况下也与以上相同地进行。
本发明人鉴于在成为单芯方式的卷绕铁芯中，在通过钢板折弯加工对成为单芯的拐角部的钢板部分进行弯曲成型时，在成为折弯部的弯曲部导入应变，由于该应变而铁芯铁损处于劣势这样的实际情况，作为铁芯铁损处于劣势的一个原因而着眼于包括弯曲部的拐角部的方式，得到如下见解：如果角度θ被设定得较小而成为拐角部靠向卷绕铁芯的内侧的状态，即例如图12所示，如果角度θ被设定为22.5度(在以往较普遍的角度)(在图12中，用Q’表示对θ＝22.5度进行规定的最外侧的方向性电磁钢板1a的弯曲部中的上述交点)，而形成拐角部3的弯曲部5、5之间的平面部4a如虚线所示那样以宽度D1(较小的厚度T1)延伸，则如图11所示，在卷绕铁芯中流动的磁通80在拐角部3无法完全弯曲而向外侧飞出从而泄漏到空气中，铁损会恶化，与此相对，如果将角度θ设定得大于22.5度而使拐角部向卷绕铁芯的外侧突出，即例如图12所示，如果将角度θ设定得大于22.5度，而形成拐角部3的弯曲部5、5之间的平面部4a如实线所示那样以宽度D2(较大的厚度T2)延伸，则向空气中飞出的上述磁通80减少而铁损变得良好。
并且，本发明人对拐角部向外侧的突出程度进行了深入研究，结果发现：对于通过各方向性电磁钢板的对应的弯曲部彼此在板厚方向上层叠成层状而形成的拐角部的存在多个的弯曲区域中的至少任意一个，当将层叠成层状的多张方向性电磁钢板中位于最内侧的方向性电磁钢板中的、沿着平面部的内侧表面向拐角部延伸的延伸线与沿着形成拐角部的弯曲部之间的平面部的内侧表面延伸的延伸线的交点设为P，将层叠成层状的多张方向性电磁钢板中位于最外侧的方向性电磁钢板中的、沿着平面部的外侧表面向拐角部延伸的延伸线与沿着形成拐角部的弯曲部之间的平面部的外侧表面延伸的延伸线的交点设为Q，将通过点P且沿着与向拐角部延伸的各方向性电磁钢板的延伸方向垂直的方向延伸的直线与最外侧的方向性电磁钢板的外侧表面相交的点设为R时，如果直线PQ与直线PR所成的角θ满足23°≤θ≤50°，而使拐角部向外侧的突出程度最优化，则能够有效地减少在拐角部向空气中飞出的磁通，能够将铁损抑制得较低。
此处，如果θ小于23°，则成为拐角部朝向卷绕铁芯的内侧靠近(下沉)到在卷绕铁芯中流动的磁通在拐角部无法完全弯曲而向外侧飞出那样的状态的方式，磁通泄漏到空气中，铁损恶化。与此相对，如果将θ增大到23°以上，则以能够封闭在卷绕铁芯中流动的磁通的方式拐角部向外侧鼓出，因此向空气中飞出的磁通减少，铁损变得良好。另一方面，如果θ超过50°，则在各方向性电磁钢板中相邻的弯曲部彼此之间的间隔(隔着平面部相邻的弯曲部彼此之间的间隔)变窄，与此相伴，不仅由于弯曲应变而形状变形的弯曲部及其周边部彼此在相同的方向性电磁钢板中接近，而且在板厚方向上层叠的另一个方向性电磁钢板之间形状变形的弯曲部及其周边部彼此也紧密地接触，其结果，由于应变的叠加而弹性应力变大，铁损处于劣势。并且，噪声变大。
如此，对于至少任意一个拐角部中的至少任意一个弯曲区域，如果使直线PQ与直线PR所成的角θ满足23°≤θ≤50°，而实现拐角部的最佳的外侧鼓出方式，则即使在不退火地使用铁芯的情况下，也能够得到残留应变较少的铁芯(铁损劣势较小的铁芯)。
另外，在本发明中，23°≤θ≤50°这样的条件只要在至少任意一个拐角部中的至少任意一个弯曲区域中满足即可，但优选在存在于卷绕铁芯的尽量多的弯曲区域中满足，更优选在存在于卷绕铁芯的所有弯曲区域中满足。关于这一点，例如，在一个拐角部存在3个以上的弯曲区域的情况下，只要至少在向拐角部延伸的各方向性电磁钢板在拐角部最先形成弯曲部的弯曲区域中满足23°≤θ≤50°这样的条件即可。
此外，在将在卷绕铁芯的厚度方向上相邻接的两张方向性电磁钢板进行对比的情况下，优选形成拐角部的弯曲部之间的平面部的长度不同。例如，形成拐角部的弯曲部之间的平面部优选为越朝向外侧越长。即，在将从位于最内侧的方向性电磁钢板起向外侧层叠到第m张(m是1～M-1的整数。M表示最外层的方向性电磁钢板。)的方向性电磁钢板的长度与层叠到第(m+1)张的方向性电磁钢板的长度进行比较的情况下，第(m+1)张方向性电磁钢板优选比第m张方向性电磁钢板长。在满足该条件的情况下，层叠方向性电磁钢板的作业变得容易。即，容易在第m张方向性电磁钢板的外侧嵌入第(m+1)张方向性电磁钢板。
进而，当将第m张方向性电磁钢板的长度与第(m+1)张方向性电磁钢板的长度之间的差分设为△Lm，将对于所有m对△Lm进行平均而得到的值设为<△L>时，优选<△L>满足以下的数式(1)。
<△L>＝10×t×{(πθ/180)3+(πθ/180)} (1)
在数式(1)中，t是各方向性电磁钢板的厚度。在满足数式(1)的情况下，在所有拐角部中θ都相同，t在所有方向性电磁钢板中都相同。在满足该条件的情况下，卷绕铁芯的噪声降低。
方向性电磁钢板的厚度t的评价方法如以下所述。从在单芯制作时使用的方向性电磁钢板切出10张长度方向为30mm以上、宽度方向为30mm以上的尺寸的单板，将这10张单板层叠，使用千分尺(Mitutoyo制高精度数字千分尺MDH―25MB)来测定层叠体的总厚度。通过以下方法进行测定。即，在层叠体的10个部位测定层叠体的厚度，将最大值的1/10定义为方向性电磁钢板的厚度t。关于长度方向为30mm以上、宽度方向为30mm以上的尺寸的单板，也可以从单芯中采用。在该情况下，从除了弯曲部之外的平面部采用，但优选先通过钢板切断用的剪刀等将弯曲部剪掉。为了切出长度方向为30mm以上、宽度方向为30mm以上的尺寸的单板而使用剪切机，但为了确保该单板的尺寸精度地进行切出，需要使方向性电磁钢板的标称板厚在剪切机的规格范围内，作为该剪切机，例如可举出相泽铁工制的型号为ABH-512的精密剪切机。
发明效果
根据本发明，能够实现即使在不退火地使用的情况下铁损也较低的卷绕铁芯。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一个实施方式的卷绕铁芯的立体图。
图2是图1的实施方式所示的卷绕铁芯的侧视图。
图3是示意性地表示本发明的其他实施方式的卷绕铁芯的侧视图。
图4是示意性地表示构成卷绕铁芯的1层方向性电磁钢板的一例的侧视图。
图5是示意性地表示构成卷绕铁芯的1层方向性电磁钢板的另一例的侧视图。
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例的侧视图。
图7的(a)是用于制造本发明的卷绕铁芯的制造装置的折弯加工部的概要整体图，(b)是(a)的折弯加工部的加工机的概要详细立体图。
图8是示意性地表示成为单芯方式的本发明的卷绕铁芯的制造装置的构成的框图。
图9是用于说明在一个拐角部具有两个弯曲部的情况下用于设定23°≤θ≤50°的钢板的长度控制的图。
图10是用于说明在一个拐角部具有3个弯曲部的情况下用于设定23°≤θ≤50°的钢板的长度控制的图。
图11是表示在卷绕铁芯中流动的磁通在拐角部无法完全弯曲而向外侧飞出从而泄漏到空气中的状态，且以侧视图表示卷绕铁芯的存在4个的拐角部中的一个的周边的部位的概要图。
图12是表示从图11的状态起以封闭在卷绕铁芯中流动的磁通的方式使拐角部向外侧鼓出的状态，且以侧视图表示卷绕铁芯的存在4个的拐角部中的一个的周边的部位的概要图。
图13是以侧视图表示卷绕铁芯的存在4个的拐角部中的一个的周边的部位的概要图，且是表示角度θ的规定方法的图。
图14是表示在特性评价时制造出的卷绕铁芯的尺寸的示意图。
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，本发明并不仅限定于本实施方式中公开的构成，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行各种变更。另外，在下述数值限定范围中，下限值以及上限值包含在该范围内。表示为“超过”或者“小于”的数量值，其值不包含在数值范围内。此外，与化学组成相关的“％”只要没有特别说明则指“质量％”。
此外，关于在本说明书中说明的用于确定形状、几何学条件以及它们的程度的例如“平行”、“垂直”、“相同”、“直角”等用语、长度、角度的值等，不限制于严格的含义，包括能够期待相同功能的程度的范围来解释。
此外，在本说明书中，有时将“方向性电磁钢板”简单记载为“钢板”或者“电磁钢板”，将“卷绕铁芯”简单记载为“铁芯”。
本发明的一个实施方式的卷绕铁芯为，具备在侧视中呈大致矩形状的卷绕铁芯主体，该卷绕铁芯主体具有包括在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续的方向性电磁钢板在板厚方向上层叠的部分、且在侧视中呈大致多边形状的层叠构造。上述弯曲部的侧视中的内表面侧曲率半径r例如为1.0mm以上5.0mm以下。作为一例，上述方向性电磁钢板按照质量％，含有Si：2.0～7.0％，剩余部分具有由Fe以及杂质构成的化学组成，具有在Goss方位上取向的集合组织。
接着，对本发明的一个实施方式的卷绕铁芯以及方向性电磁钢板的形状进行具体说明。此处说明的卷绕铁芯以及方向性电磁钢板的形状本身并不是特别新颖的形状，是以公知的卷绕铁芯以及方向性电磁钢板的形状为基准的形状。
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的实施方式所示的卷绕铁芯的侧视图。此外，图3是示意性地表示卷绕铁芯的另一实施方式的侧视图。
另外，在本发明中，侧视是指沿着构成卷绕铁芯的长条状的方向性电磁钢板1的宽度方向(图1中的Y轴方向)观察，侧视图是表示通过侧视观察到的形状的图(图1的Y轴方向的图)。
本发明的一个实施方式的卷绕铁芯具备在侧视中呈大致多边形状的卷绕铁芯主体。该卷绕铁芯主体具有方向性电磁钢板在板厚方向上层叠、在侧视中呈大致矩形状的层叠构造。可以将该卷绕铁芯主体直接作为卷绕铁芯使用，也可以为了根据需要将所层叠的多张方向性电磁钢板一体地固定而具备捆扎带等公知的紧固工具等。
在本实施方式中，关于卷绕铁芯主体的铁芯长度，没有特别限制，但在铁芯中，即使铁芯长度变化，由于弯曲部体积一定，所以在弯曲部产生的铁损一定，在铁芯长度较长的情况下弯曲部的体积率变小，因此对铁损劣化的影响也小，因此优选为1.5m以上，更优选为1.7m以上。另外，在本发明中，卷绕铁芯主体的铁芯长度是指侧视中的卷绕铁芯主体的层叠方向的中心点处的周长。
这样的卷绕铁芯能够良好地应用于以往公知的任何用途。
本实施方式的铁芯的特征在于，在侧视中为大致多边形状。在以下的使用了附图的说明中，为了简化图示以及说明，按照也是一般形状的大致矩形状(四边形)的铁芯进行说明，但能够根据弯曲部的角度、数量、平面部的长度的不同来制造各种形状的铁芯。例如，如果所有弯曲部的角度都为45°且平面部的长度相等，则在侧视中成为八边形。此外，如果角度为60°、具有6个弯曲部且平面部的长度相等，则在侧视中成为六边形。
如图1以及图2所示，卷绕铁芯主体10具有大致矩形状的层叠构造2，该层叠构造2包括在长度方向上平面部4与弯曲部5交替地连续的方向性电磁钢板1在板厚方向上层叠的部分，在侧视中具有中空部15。包括弯曲部5的拐角部3在侧视中具有两个以上的具有曲线状的形状的弯曲部5，存在于一个拐角部3的弯曲部5各自的弯曲角度的合计值例如为90°。拐角部3在相邻的弯曲部5、5之间具有比上述平面部4短的平面部4a。因而，拐角部3成为具有两个以上的弯曲部5以及一个以上的平面部4a的方式。另外，在图2的实施方式中，一个弯曲部5为45°(在一个拐角部3具有两个弯曲部5)。在图3的实施方式中，一个弯曲部5为30°(在一个拐角部3具有3个弯曲部5)。
如这些例子所示，本实施方式的铁芯能够由具有各种角度的弯曲部构成，但从抑制因加工时的变形而产生应变从而抑制铁损的观点出发，弯曲部5的弯曲角度优选为60°以下，更优选为45°以下。一个铁芯所具有的弯曲部的弯曲角度能够任意地构成。例如，能够设为且从生产效率的观点出发优选折弯角度相等，在如果减少某一定以上的变形部位、则能够通过所使用的钢板的铁损来减少所制作的铁芯的铁损的情况下，也可以设为不同角度的组合的加工。能够根据在铁芯加工中重视的方面出发而任意地选择设计。
参照图6对弯曲部5进行更详细的说明。图6是示意性地表示方向性电磁钢板1的弯曲部(曲线部分)5的一例的图。弯曲部5的弯曲角度是指，在方向性电磁钢板的弯曲部中，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，被表示为在方向性电磁钢板1的外表面上，将夹着弯曲部5的两侧的平面部4的表面即直线部分延长而得到的两条假想线Lb-elongation1、Lb-elongation2所成的角的补角的角度。此时，所延长的直线从钢板表面脱离的点是钢板外表面侧的表面上的平面部与弯曲部的边界，在图6中为点F以及点G。此外，两条假想线Lb-elongation1、Lb-elongation2的交点为点B。
进而，从点F以及点G分别延长出与钢板外表面垂直的直线，将其与钢板内表面侧的表面的交点分别设为点E以及点D。该点E以及点D是钢板内表面侧的表面上的平面部4与弯曲部5的边界。
并且，在本发明中，弯曲部5是在方向性电磁钢板1的侧视中由上述点D、点E、点F、点G包围的方向性电磁钢板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，在该图中示出了弯曲部5的侧视中的内表面侧曲率半径r。利用通过点E以及点D的圆弧来对上述La进行近似，由此得到弯曲部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剧，曲率半径r越大，则弯曲部5的曲线部分的弯曲越平缓。
在本发明的卷绕铁芯中，在板厚方向上层叠的各方向性电磁钢板1的各弯曲部5的曲率半径r也可以具有一定程度的变动。该变动有时是由成型精度引起的变动，也可以考虑到由于层叠时的处置等而产生意想不到的变动。如果是当前的通常的工业制造，则能够将这种意想不到的误差抑制为0.2mm左右以下。在这种变动较大的情况下，通过对足够多的钢板测定曲率半径并进行平均，由此能够得到代表性的值。此外，也可以考虑因某种理由而有意地使其变化，但本发明并不排除这种方式。
另外，弯曲部5的曲率半径r的测定方法也没有特别限制，例如能够通过使用市售的显微镜(Nikon ECLIPSE LV150)以200倍进行观察来测定。具体而言，根据观察结果来求出曲率中心A点，作为该求出方法，例如，如果将使线段EF与线段DG向与点B相反侧的内侧延长而得到的交点规定为A，将用直线连结点A与点B时与钢板内表面侧的交点(圆弧La上的点)规定为C，则曲率半径r的大小相当于线段AC的长度。
图4以及图5是示意性地表示卷绕铁芯主体中的1层量的方向性电磁钢板1的一例的图。在图4以及图5的例子中使用的方向性电磁钢板1是为了实现单芯方式的卷绕铁芯而进行了折弯加工的钢板，具有两个以上的弯曲部5以及平面部4，经由一个以上的方向性电磁钢板1的长度方向(图中X方向)端面的接合部6而形成在侧视中呈大致多边形的环。
在本实施方式中，卷绕铁芯主体只要作为整体具有在侧视中呈大致多边形状的层叠构造即可。可以如图4的例子所示，一张方向性电磁钢板1经由一个接合部6而构成卷绕铁芯主体10的1层量(每一卷经由1处的接合部6而一张方向性电磁钢板1被连接)，也可以如图5的例子所示，一张方向性电磁钢板1构成卷绕铁芯的大约半圈量，两张方向性电磁钢板1经由两个接合部6而构成卷绕铁芯主体10的1层量(每一圈经由两处的接合部6而两张方向性电磁钢板相互被连接)。
在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，只要根据用途等适当选择即可，但通常在0.15mm～0.35mm的范围内，优选在0.18mm～0.27mm的范围内。
此外，制造方向性电磁钢板的方法没有特别限定，能够适当选择以往公知的方向性电磁钢板的制造方法。作为制造方法的优选的具体例，例如可举出如下方法：将C为0.04～0.1质量％、其他具有上述方向性电磁钢板1的化学组成的板坯，加热到1000℃以上并进行热轧，之后根据需要进行热轧板退火，接着，通过一次或者隔着中间退火的两次以上的冷轧来形成冷轧钢板，将该冷轧钢板例如在湿氢-非活性气体气氛中加热到700～900℃来进行脱碳退火，根据需要进一步进行氮化退火，在涂布了退火分离剂的基础上，在1000℃左右进行最终退火，在900℃左右形成绝缘被膜。并且，之后，也可以实施用于调整摩擦系数的涂装等。
此外，即使是在钢板的制造工序中通过公知的方法实施了被称作“磁畴控制”的处理的钢板，也能够享受本实施方式的效果，在该处理中，通常例如应用激光照射、电子束照射、喷丸硬化、超声波振动法、通过刀等金属、陶瓷片等对钢板表面进行划线的机械加工法、对钢板表面的离子注入法、掺杂法、放电加工法、将电镀与热处理组合的方法等，而导入应变、槽等。
此外，在本实施方式中，由具备以上那样的方式的方向性电磁钢板1构成的卷绕铁芯(卷绕铁芯主体10)为，通过将分别独立地折弯加工的方向性电磁钢板1层叠成层状并组装成卷绕形状，由此形成为具有包括弯曲部5的4个拐角部3的矩形状，在每一圈经由至少一处的接合部6而多张方向性电磁钢板1相互连接，各拐角部3的弯曲部5的弯曲角度的合计值为90度。在该情况下，如上述图13的(b)所示，各方向性电磁钢板1的对应的弯曲部5彼此在板厚方向上层叠成层状，由此形成一个弯曲区域5A(也参照图2)。并且，这样的卷绕铁芯(卷绕铁芯主体10)的特征在于，在其侧视中，对于存在多个的拐角部3的弯曲区域5A中的至少任意一个，尤其在本实施方式中对于所有弯曲区域5A，如图12所示，当将层叠成层状的多张方向性电磁钢板1中位于最内侧的方向性电磁钢板1b中的、沿着平面部4的内侧表面向拐角部3延伸的延伸线L’3与沿着形成拐角部3的弯曲部5、5之间的平面部4a的内侧表面延伸的延伸线L’4的交点设为P，将层叠成层状的多张方向性电磁钢板1中位于最外侧的方向性电磁钢板1a中的、沿着平面部4的外侧表面向拐角部3延伸的延伸线L’1与沿着形成拐角部3的弯曲部5、5之间的平面部4a的外侧表面延伸的延伸线L’2的交点设为Q，将通过点P且沿着与向拐角部3延伸的各方向性电磁钢板1的延伸方向垂直的方向延伸的直线L’5与最外侧的方向性电磁钢板1a的外侧表面相交的点设为R时，直线PQ与直线PR所成的角θ满足23°≤θ≤50°。由此，拐角部3处的卷绕铁芯的厚度T2相对于平面部4处的卷绕铁芯的一定的厚度(层叠厚度)T变大，拐角部3向外侧鼓出为能够封闭在卷绕铁芯中流动的磁通80。另外，关于点P、Q、R的更具体的求出方法，已经与图13相关联地进行了说明，所以在此处不再重复说明。
如此，为了以满足23°≤θ≤50°的方式将各方向性电磁钢板1折弯而组装成卷绕形状，优选在每一圈中使各方向性电磁钢板1的长度(长度方向的尺寸)变化。具体而言，优选控制为，使层叠成层状的板厚t的多张的各方向性电磁钢板1中从位于最内侧的方向性电磁钢板1b起向外侧层叠到第m张(m是1～M-1的整数。M表示最外层的方向性电磁钢板。)的方向性电磁钢板1的长度，比最内侧的方向性电磁钢板1b的长度长规定的大小，该规定的大小为m、θ、板厚t的函数。在该情况下，第(m+1)张方向性电磁钢板1比第m张方向性电磁钢板1长。即，形成拐角部3的弯曲部5之间的平面部4a越朝向外侧越长。由此，层叠方向性电磁钢板的作业变得容易。即，容易在第m张方向性电磁钢板的外侧嵌入第(m+1)张方向性电磁钢板。在图7中示出能够进行这种控制的折弯加工机52的一例。
如图7的(a)所示，通过从对将方向性电磁钢板1卷绕成卷状而形成的带材进行保持的作为钢板供给部的开卷机75，以规定的输送速度排出方向性电磁钢板1而向该折弯加工机52供给。如此供给的方向性电磁钢板1在折弯加工机52中被适当切断成合适的尺寸，并且以每次一张的方式接受每次少量分别单独折弯的折弯加工。具体而言，如图7的(b)所示，折弯加工机52具有：输送辊55，将所供给的方向性电磁钢板1一边以从上下夹入的方式进行保持一边送出；裁切机56，将如此输送的方向性电磁钢板1切断成合适的尺寸；以及弯曲形成部60，将切断的方向性电磁钢板1折弯而形成弯曲部5。弯曲形成部60具有：冲模59，从下侧支承方向性电磁钢板1；衬垫57，从上侧按压冲模59上的方向性电磁钢板1；以及冲头58，如虚线箭头所示那样以规定的加工速度向下方压下规定量，由此将从冲模59突出的方向性电磁钢板1的自由端折弯而形成弯曲部5。并且，在本实施方式中，使用这种折弯加工机52按照每一圈来改变方向性电磁钢板1的输送长度(例如改变输送辊55的输送速度等)，由此按照每一圈使各方向性电磁钢板1的长度(长度方向的尺寸)变化，得到满足上述23°≤θ≤50°且如图12所示那样向外侧鼓出的拐角部3。
这样的钢板1的长度控制例如如以下那样进行。即，如图9所示，在一个拐角部3具有两个弯曲区域5A(各钢板1通过两个弯曲部5形成一个拐角部3)的情况下，当将一张钢板1的厚度设为t(此处，假设所有钢板1的厚度t都相同。)时，在一个拐角部3中，从位于最内侧的方向性电磁钢板1b向外侧层叠到第m张的方向性电磁钢板1的长度比位于最内侧的方向性电磁钢板1b的长度在几何学上长2×(x+y)。因而，当考虑到拐角部3存在4个时(此处，假设所有拐角部3都具有相同形状(θ相同)。)，在铁芯整体中，从位于最内侧的方向性电磁钢板1b向外侧层叠到第m张的方向性电磁钢板1的长度比位于最内侧的方向性电磁钢板1b的长度在几何学上长8×(x+y)。
此处，关于(x+y)，当考虑在一边具有x的三角形PMN以及在一边具有y的三角形PNS时，将一个拐角部3中的弯曲区域5A的数量设为n，设∠SPN＝α，将线段PN的长度设为z，如下式子成立。
θ’＝(π/180)θ
x＝m×t×tanθ’
y＝z×sinα
此处，
cosθ’＝mt/z
α＝(π/2n)-θ’
因此，
y＝z×sinα＝mt×sin((π/2n)-θ’)/cosθ’
因而，在图9中，由于n＝2，因此将从位于最内侧的方向性电磁钢板1b向外侧层叠到第m张的方向性电磁钢板1的长度控制为比位于最内侧的方向性电磁钢板1b的长度长8×(x+y)＝8×mt(tanθ’+sin((π/4)-θ’)/cosθ’)，以满足23°≤θ≤50°。其中，在m＝1的情况(所关注的方向性电磁钢板1为方向性电磁钢板1b的情况)下，方向性电磁钢板1的长度任意决定。
另一方面，如图10所示，在一个拐角部3具有3个弯曲区域5A(各钢板1通过3个弯曲部5形成一个拐角部3)的情况下，当将一张钢板1的厚度设为t时，在一个拐角部3中，从位于最内侧的方向性电磁钢板1b向外侧层叠到第m张的方向性电磁钢板1的长度比位于最内侧的方向性电磁钢板1b的长度在几何学上长2×(x+y)。因而，当考虑到拐角部3存在4个时，在铁芯整体中，从位于最内侧的方向性电磁钢板1b向外侧层叠到第m张的方向性电磁钢板1的长度比位于最内侧的方向性电磁钢板1b的长度在几何学上长8×(x+y)。
此处，关于(x+y)，当考虑在一边具有x的三角形PMN以及在一边具有y的三角形VWZ时，将一个拐角部3中的弯曲区域5A的数量设为n，设∠ZVW＝α，将线段PN的长度设为z，如下式子成立。
θ’＝(π/180)θ
x＝m×t×tanθ’
y＝z×tanα
此处，
cosθ’＝mt/z
α＝π/4n
因此，
y＝z×tanα＝mt×tan(π/4n)/cosθ’
因而，在图10中，由于n＝3，因此将从位于最内侧的方向性电磁钢板1b向外侧层叠到第m张的方向性电磁钢板1的长度控制为比位于最内侧的方向性电磁钢板1b的长度长8×(x+y)＝8×mt(tanθ’+tan(π/12)/cosθ’)，以满足23°≤θ≤50°。其中，在m＝1的情况(所关注的方向性电磁钢板1为方向性电磁钢板1b的情况)下，方向性电磁钢板1的长度任意决定。
此处，在上述例子中，在几何学上决定第m张方向性电磁钢板1的长度，但也可以通过其他方法来决定第m张方向性电磁钢板1的长度。例如，也可以为，当将第m张方向性电磁钢板1的长度与第(m+1)张方向性电磁钢板1的长度的差分设为△Lm，将对于所有m对△Lm进行平均而得的值设为<△L>时，以使<△L>满足以下的数式(1)的方式决定第m张方向性电磁钢板1的长度。其中，在m＝1的情况(所关注的方向性电磁钢板1为方向性电磁钢板1b的情况)下，方向性电磁钢板1的长度任意决定。
<△L>＝10×t×{(πθ/180)3+(πθ/180)} (1)
在满足该条件的情况下，卷绕铁芯的噪声降低。
此外，在图8中用框图概要地示出能够对伴随以上那样的钢板长度控制以及折弯加工的卷绕铁芯进行制造的装置。图8概要地示出成为单芯方式的卷绕铁芯的制造装置70，该制造装置70具备对方向性电磁钢板1分别独立地进行折弯加工的折弯加工部71，此外，也可以具备组装部72，该组装部72通过将折弯加工后的方向性电磁钢板1层叠成层状并组装成卷绕形状，由此形成包括在长度方向上平面部4与弯曲部5交替地连续的方向性电磁钢板1在板厚方向上层叠的部分的卷绕形状的卷绕铁芯。
如上所述，通过从对将方向性电磁钢板1卷绕成卷状而形成的带材进行保持的开卷机75以规定的输送速度送出方向性电磁钢板1，由此向折弯加工部71供给。如此供给的方向性电磁钢板1在折弯加工部71中被适当切断成合适的尺寸，并且以每次一张的方式接受每次少量分别单独折弯的折弯加工。在如此得到的方向性电磁钢板1中，在折弯加工中产生的弯曲部5的曲率半径变得极小，因此通过折弯加工对方向性电磁钢板1施加的加工应变变得极小。如此，假定为加工应变的密度变大，另一方面，如果能够减小受到加工应变的影响的体积，则能够省略退火工序。
此外，折弯加工部71包括伴随上述那样的钢板长度控制以及折弯加工的折弯加工机52。
(实施例)
以下，列举本发明的实施例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以及效果而采用的条件例，本发明并不限定于该条件例。此外，只要不脱离本发明的主旨且能够实现本发明的目的，则本发明可以采用各种条件。
在该实施例中，使用表1所示的方向性电磁钢板(钢种(钢板No.)A～E)，制作表2所示的铁芯，测定铁芯特性。在表3A～3C中示出详细的制造条件以及特性。
具体而言，在表1中，关于各钢种A～E示出方向性电磁钢板的板厚(mm)以及磁特性。方向性电磁钢板的磁特性基于JIS C 2556：2015规定的单板磁特性试验法(SingleSheet Tester：SST)来测定。作为磁特性，测定了以800A/m进行励磁时的钢板的轧制方向的磁通密度B8(T)，并且测定了交流频率：50Hz、励磁磁通密度：1.7T下的铁损(W/kg)。
[表1]
此外，本发明人将各钢种A～E作为原料，制造出具有表2以及图14所示的形状的铁芯a-1、a-2、b-1、b-2。此处，L1是卷绕铁芯的一方的相互平行的内表面侧平面部间距离，L2是卷绕铁芯的另一方的相互平行的内表面侧平面部间距离，L3是卷绕铁芯的层叠厚度，L4是卷绕铁芯的层叠钢板宽度，L5是卷绕铁芯的最内部的相互成直角地配置的平面部间距离，r是卷绕铁芯的内表面侧的弯曲部5的曲率半径(r在表2中未记载)，是卷绕铁芯的上述弯曲部5的弯曲角度。大致矩形状的铁芯a-1为，如图2以及图14所示，一个拐角部3中的弯曲部5的个数为两个，如图4所示，每一卷的接合部6的数量为1个。大致矩形状的铁芯a-2为，如图2以及图14所示，一个拐角部3中的弯曲部5的个数为两个，如图5所示，每一卷的接合部6的数量为两个。大致矩形状的铁芯b-1为，如图3所示，一个拐角部3中的弯曲部5的个数为3个，如图4所示，每一卷的接合部6的数量为1个。大致矩形状的铁芯b-2为，如图3所示，一个拐角部3中的弯曲部5的个数为3个，如图5所示，每一卷的接合部6的数量为两个。
[表2]
并且，如表3A～3C所示，本发明人对于将各钢种(钢板No.)A～E作为原料而制造的铁芯a-1、a-2、b-1、b-2的95个试验品，应用上述折弯加工法，对拐角部3向外侧的突出程度、即角度θ进行各种改变，并且对构成各层(即第m张)的方向性电磁钢板的长度进行各种改变，基于铁芯的铁损(W/kg)以及原料(钢板)的铁损(W/kg)对铁损比(＝铁芯铁损/原料铁损)进行测定并进行评价。在评价中，D表示铁损比为1.25以上，C表示铁损比为1.17以上且1.24以下，B表示铁损比为1.15以上且1.16以下，A表示铁损比为1.14以下。
进而，通过以下方法评价了铁芯的噪声。即，对铁芯进行励磁并测定了噪声。该噪声测定如下进行：在背景噪声为16dBA的消声室内，在距铁芯表面0.3m的位置处设置噪声计，作为听觉校正使用A特性。此外，在励磁中，将频率设为50Hz，将磁通密度设为1.7T。在表3A～3C中示出结果。
在表3A～3C中，在试验No.2-a、5-a、6-a、7-a、14-a、15-a、17-a、20-a、21-a、25-a、27-a、30-a、32-a、35-a、37-a、39-a、42-a、45-a、47-a、48-a、49-a、50-a、51-a、52-a、54-a、57-a、59-a、64-a中，在几何学上(即如图9所示那样)决定了第m张方向性电磁钢板的长度。在其他试验No.中，以满足数式(1)的方式决定了第m张方向性电磁钢板的长度。即，求出第m张方向性电磁钢板的长度与第(m+1)张方向性电磁钢板的长度的差分的总平均值<△L>，并以<△L>满足数式(1)的方式调整了第m张方向性电磁钢板的长度Lm。在表3A～3C中示出结果。
为了使各方向性电磁钢板(第m张方向性电磁钢板)的长度方向的长度Lm成为所希望的值，在上述制造装置70中需要控制输送长度而设定为目标长度。另一方面，通过从制成的单芯中抽出第m张方向性电磁钢板并如以下那样求出该方向性电磁钢板的长度方向的长度Lm(cm)，由此能够进行方向性电磁钢板的长度Lm的评价。
首先，测定从单芯中抽出的第m张与第(m+1)张这两张方向性电磁钢板的重量。测定使用上皿天平(岛津制作所制UP1023X)，测定出小数点后第3位的每一张的重量K(g)。接着，用尺子测定方向性电磁钢板的宽度w(cm)。宽度到小数点后第1位。最后，通过上述方法求出该方向性电磁钢板的厚度t。然后，使用7.65g/cm3作为铁的密度，根据以下求出第m张方向性电磁钢板的长度Lm。第(m+1)张方向性电磁钢板的长度Lm+1也通过相同方法求出。
Lm＝K/(7.65×w×t)
接着，通过以下的数式求出第m张方向性电磁钢板的长度Lm与第(m+1)张方向性电磁钢板的长度Lm+1的差分△Lm。
△Lm(mm)＝10*(Lm+1-Lm)
如此，求出最内侧的方向性电磁钢板(m＝1)与靠外侧一张的方向性电磁钢板的长度的差分△L1，靠外侧一张的方向性电磁钢板(m＝2)的长度与靠外侧两张的方向性电磁钢板的长度的差分△L2，到最外侧为止同样地求出△L3、△L4、……△LM-1。其中，M是指最外侧的层叠张数。然后，将对这些进行平均而得到的值设为总平均值<△L>。
[表3A]
[表3B]
[表3C]
如根据表3A～3C可知的那样，无论钢板的厚度、一个拐角部3中的弯曲部5的个数、每一卷的接合部6的数量如何，通过将θ设定为23°以上50°以下，都能够将铁损比抑制为1.24以下(抑制卷绕铁芯的铁损)。尤其地，当θ超过30°时，铁损比为1.14以下，能够充分地抑制铁损。
进而，通过以满足数式(1)的方式决定总平均值<△L>，能够降低噪声。
根据以上结果可知，包括本实施方式的本发明的卷绕铁芯为，通过成为单芯方式并且满足23°≤θ≤50°，由此铁损劣化减小。
符号的说明
1：方向性电磁钢板；4：平面部；5：弯曲部；5A：弯曲区域；6：接合部；10：卷绕铁芯(卷绕铁芯主体)。

Claims (3)

1.一种卷绕铁芯，在中心具有中空部，包括在长度方向上平面部与弯曲部交替地连续的方向性电磁钢板在板厚方向上层叠的部分，通过将分别被折弯加工的上述方向性电磁钢板层叠成层状并组装成卷绕状态，由此形成为具有包括上述弯曲部的4个拐角部的矩形状，在每一卷中多张方向性电磁钢板经由至少一处的接合部而相互连接，各上述拐角部的上述弯曲部的弯曲角度的合计值为90度，其特征在于，
各上述方向性电磁钢板的对应的弯曲部彼此在板厚方向上层叠成层状，由此形成一个弯曲区域，
在上述卷绕铁芯的侧视中，关于存在多个的上述拐角部的上述弯曲区域中的至少任意一个，当将层叠成层状的多张上述方向性电磁钢板中位于最内侧的方向性电磁钢板中的、沿着上述平面部的内侧表面向上述拐角部延伸的延伸线与沿着形成上述拐角部的上述弯曲部之间的上述平面部的内侧表面延伸的延伸线的交点设为P，将层叠成层状的多张上述方向性电磁钢板中位于最外侧的方向性电磁钢板中的、沿着上述平面部的外侧表面向上述拐角部延伸的延伸线与沿着形成上述拐角部的上述弯曲部之间的上述平面部的外侧表面延伸的延伸线的交点设为Q，将通过上述点P且沿着与向上述拐角部延伸的各上述方向性电磁钢板的延伸方向垂直的方向延伸的直线与上述最外侧的方向性电磁钢板的外侧表面相交的点设为R时，直线PQ与直线PR所成的角θ满足23°≤θ≤50°。
2.根据权利要求1所述的卷绕铁芯，其特征在于，
在将在上述卷绕铁芯的厚度方向上相邻的两张上述方向性电磁钢板进行对比的情况下，形成上述拐角部的上述弯曲部之间的上述平面部的长度不同。
3.根据权利要求2所述的卷绕铁芯，其特征在于，
当将从位于最内侧的上述方向性电磁钢板开始数为第m张的上述方向性电磁钢板的长度与第(m+1)张的方向性电磁钢板的长度的差分设为△Lm，将对于所有m对△Lm进行平均而得到的值设为<△L>时，<△L>满足以下的数式(1)，
<△L>＝10×t×{(πθ/180)3+(πθ/180)} (1)
在上述数式(1)中，t是各上述方向性电磁钢板的厚度。
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