JP2005317683A - 3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 仕上げ焼鈍皮膜の上に通常の方向性電磁鋼板より低い4MPa以下の皮膜張力の絶縁皮膜を形成する。具体的には、絶縁皮膜が形成B8が1.88T以上であり、仕上げ焼鈍皮膜の上に絶縁皮膜が形成され、絶縁皮膜による鋼板への付与張力が4MPa以下であることを特徴とする、3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板。
【選択図】 図3
Description
方向性電磁鋼板は、それを構成する結晶粒をいわゆるGoss方位、すなわちミラー指数によって(110)[001]で表される方位に配列させたものであり、鋼板の圧延面が(110)面に平行であり、圧延方向が鉄の容易磁化方向である[001]方向に平行になっている。結晶粒の方位が(110)[001]に近いほど[001]方向に平行に磁化した場合の磁束密度が高くなるため、方向性電磁鋼板の方位集積度の目安として800A/mの磁化力における磁束密度B8(T)が用いられている。したがって、一般にB8の高い材料は圧延方向に磁化した場合の鉄損に優れている。
さらに仕上げ焼鈍皮膜の上には絶縁皮膜が形成されている。絶縁皮膜としては、特許文献1で開示されている燐酸塩とコロイダルシリカを主体とするコーティング液が4〜5g/m2焼き付けられている。この絶縁皮膜は、焼付、冷却後に鋼板に対して5MPaないしそれ以上の張力を付与する効果も有している。
仕上げ焼鈍皮膜や絶縁皮膜による鋼板への付与張力は等方的である。皮膜による等方的な張力により圧延方向である[001]方向の磁気特性は改善されるが、これと垂直方向の磁気特性は劣化する。
このため、変圧器の構造には、鉄心の磁化方向が方向性電磁鋼板の圧延方向にできるだけ一致するように構成されることが要求される。小型変圧器に用いられる巻き鉄心ではこの要求を満足することが容易である。
一方、大中型変圧器の場合、製作時の作業性等の制約によりほとんど積み鉄心が採用される。積み鉄心、特に3相積み鉄心においては、磁化方向が圧延方向からずれる部分が無視し得ないほど存在するものである。
通常、変圧器鉄心の鉄損値を方向性電磁鋼板の圧延方向の鉄損値で割った値をビルディングファクター(BF)と呼んでいる。T型接合部の存在により、積み鉄心のBFは素材の方位集積度が高いほど劣化することになる。
上記の特許文献2には、方向性電磁鋼板のT型接合部のみに表面加工を施す方法、具体的には罫書きによる局部歪みを導入するか、あるいは表面皮膜を除去する方法が開示されている。
特許文献3には、方向性電磁鋼板のT型接合部のみにレーザー照射を施す方法が開示されている。
また、特許文献5には、T型接合部に方向性電磁鋼板の代わりに二方向性電磁鋼板、すなわちミラー指数(100)[001]であらわされる電磁鋼板を用いる方法が開示されている。
これらの方法はいずれもT型接合部に用いる材料の変更や、局部的に変質処理を施すものであり、変圧器製造における作業負荷を増加させるものである。
しかしながら、同文献にはそのような条件を満たす方向性電磁鋼板の製造方法に関しては全く記載がない。
次に、素材A、Bに対し、方向性電磁鋼板に一般的に用いられている燐酸塩とコロイダルシリカを主体とする絶縁皮膜を各種の皮膜量で形成したところ、結果として得られた絶縁皮膜張力は0〜6MPaの範囲であった。
なお、市販の方向性電磁鋼板における絶縁皮膜による付与張力は5〜6MPaであるゆえ、本実験において素材Bに6MPaの絶縁皮膜張力を付与したものは、市販されている通常の方向性電磁鋼板に相当する。
ただし、絶縁皮膜張力が0である場合の鉄損値は、素材Bの方が低い。仕上げ焼鈍皮膜による鋼板への付与張力が3〜5MPaであることを考慮しても、鉄損値は素材Aより素材Bの方が低い。
したがって、仕上げ焼鈍皮膜はそれによる張力以外にも方向性電磁鋼板の鉄損を低減させる効果があると言える。この効果が発現する理由は定かではないが、地鉄−仕上げ焼鈍皮膜の界面構造が何らかの作用をしていると思われる。
素材Bのコア鉄損の絶縁皮膜張力依存性を示す理由は定かではないが、特に絶縁皮膜張力が低い場合に、仕上げ焼鈍皮膜の存在によってトランスのT型接合部における鉄損増大を抑制する何らかの作用が働いているものと思われる。
尚、本発明では、絶縁皮膜による鋼板への付与張力は特許文献1に記載されている方法、すなわち、片面のみ絶縁皮膜を剥離した際に生ずる鋼板の反りの曲率半径から計算した値と定義する。
本発明では方向性電磁鋼板のB8を1.88T以上とする。これより方位集積度の低い方向性電磁鋼板はトランスのT型接合部における鉄損増大が少なく、本発明で取り上げている課題が顕著ではないからである。
なお、B8が1.88T以上の方向性電磁鋼板は、二次再結晶のための主インヒビターとしてMnSとAlNを用いる方法(特許文献7)、または(Al、Si)Nを主インヒビターとして用いる製造法(例えば、特許文献8)に基づき製造することができる。
従来の方向性電磁鋼板においては、素材鉄損を極力低下させるため、絶縁皮膜には特許文献9等で開示されているコリダルシリカと燐酸塩を主体とする皮膜が用いられ、その形成量は4g/m2以上である。その結果、従来の絶縁皮膜張力は5MPa以上になっていた。
まず、燐酸塩とコロイダルシリカを主体とする絶縁皮膜の場合、燐酸塩とコロイダルシリカの配合比を変えることにより、絶縁皮膜に要求される他の諸特性、例えば耐食性等を損ねることなく皮膜張力を下げることができる。図5はこのことを示す図であり、同図は20%コロイダルシリカと50%燐酸アルミニウム水溶液を各種体積比で混合し、方向性電磁鋼板に絶縁皮膜形成量が4.5g/m2になるよう焼き付けた後、鋼板に付与された絶縁皮膜張力を測定した結果である。
図5によれば、コロイダルシリカの添加量を減らすことにより皮膜張力を低減させることができ、4g/m2の皮膜形成量で4MPaの皮膜張力を得るためには体積混合比を0.4以下にすればよいことがわかる。これをSiに対するPのモル比で表現するならば、0.2以下となる。
半有機のタイプとしては、特許文献11、12に開示されているアクリル樹脂とクロム酸マグネシウムを主体とするものや、特許文献13等に開示されている燐酸アルミニウムとアクリル樹脂を主体とするものがある。
有機タイプとしては、アクリル樹脂等のものがある。上記いずれの絶縁皮膜も、本発明の絶縁皮膜として好適である。
Claims (8)
- B8が1.88T以上であり、仕上げ焼鈍皮膜の上に絶縁皮膜が形成され、絶縁皮膜による鋼板への付与張力が4MPa以下であることを特徴とする、3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板。
- 絶縁皮膜が燐酸塩とコロイダルシリカを主体とするものであり、絶縁皮膜形成量が3g/m2以下であることを特徴とする、請求項1に記載の3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板。
- 絶縁皮膜が燐酸塩とコロイダルシリカを主体とするものであり、かつSiに対するPのモル比が0.2以下であることを特徴とする、請求項1に記載の3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板。
- 絶縁皮膜が燐酸マグネシウムを主体とすることを特徴とする、請求項1に記載の3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板。
- 絶縁皮膜がクロム酸マグネシウムと燐酸マグネシウムを主体とすることを特徴とする、請求項1に記載の3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板。
- 絶縁皮膜がアクリル樹脂とクロム酸マグネシウムを主体とすることを特徴とする、請求項1に記載の3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板。
- 絶縁皮膜がアクリル樹脂と燐酸塩を主体とすることを特徴とする、請求項1に記載の3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板。
- 絶縁皮膜が樹脂を主体とすることを特徴とする、請求項1に記載の3相積み鉄心用の方向性電磁鋼板。
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