JP2014086597A - 鉄損に優れた変圧器鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】斜角加工が施された方向性電磁鋼板を変圧器鉄心の材料として積層させる際、鋼板の寸法公差及び鋼板の反り量を制御することで、煩雑な作業や製造コストの高騰を招くことなく、低鉄損かつ優れた励磁特性を有する変圧器鉄心を製造することにある。
【解決手段】斜角加工が施された方向性電磁鋼板を鉄心材料として積層させる、積み変圧器用鉄心の製造方法において、前記斜角加工後の鋼板の形状が、下記（１）式及び（２）式を満足することを特徴とする。
記
（設計斜辺角度に対する加工後斜辺角度のずれ量（°））≦0.5°−（鋼板反り量（mm））×0.02（°／mm） ・・・（１）
（設計長辺長さに対する加工後長辺長さのずれ量（mm））≦（接合部ラップ代（mm））×0.1−（鋼板反り量（mm））×0.05 ・・・（２）
【選択図】図１

Description

本発明は、斜角加工が施された方向性電磁鋼板を鉄心材料として積層させる、積み変圧器用鉄心の製造方法に関するものである。

変圧器鉄心の鉄心材料として用いられる方向性電磁鋼板は、その磁化特性が優れていること、特に鉄損が低いことが求められている。
低鉄損を実現するには、鋼板中の二次再結晶粒を（１１０）［００１］方位（ゴス方位）に高度に揃えることや、製品中の不純物を低減することが重要である。
さらに、結晶方位制御を不純物低減には限界があることから、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一性を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。

例えば、特許文献１には、最終製品板にレーザーを照射し、鋼板表層に高転位密度領域を導入することにより、磁区幅を狭くし、鉄損を低減する技術が提案されている。
また、特許文献２には、方向性珪素鋼板に対して、特定方向に電子ビームの照射を行うことにより磁区幅を制御する技術が提案されている。

また、上述した磁区細分化技術の他に、変圧器の鉄心材として用いられる場合には、鉄心材としてスリット及び／又は斜角加工された鋼板の寸法公差が重要となる。
図１は、三相三脚型の変圧器鉄心の概略図を示したものである。図１に示すように、三相三脚型の変圧器鉄心は、主脚、側脚、ヨークの部位からなり、各部位は、方向性電磁鋼板の圧延方向、つまり磁化容易軸方向が鉄心内で作る閉磁路と平行となるよう斜角切断された鋼板からなる。そして、斜角切断された各鋼板は、ステップラップ積みや交互積みといった方法により、磁束の流れを妨げないように積層され、接合される（この鋼板同士が接合されている部分を、以後「接合部」と称する。）。この接合部は、鉄心内磁路において抵抗となる部分であり、変圧器の励磁特性を大きく左右する重要な部分である。
ここで、斜角加工された鋼板の寸法公差が大きな場合には、鋼板同士の接合部に隙間ができ、磁気抵抗が大幅に増加するため、変圧器内の漏れ磁束の増加や、鉄損、励磁電流、騒音の大幅な増加といった励磁特性の劣化を招くという問題がある。

また、上述したレーザーや電子ビーム照射による磁区細分化技術は、磁区幅減少による鉄損減少効果と同時に、局所的な熱歪み導入による鋼板内の応力分布変化により、鋼板の照射面に反りが発生する。この反りは、後述するように、鉄心を積層した際に接合部において隙間ができる等の積層不良や、斜角加工の際の寸法公差を大きくすることがある。そのため、上述したレーザーや電子ビーム照射により磁区細分化された電磁鋼板は、斜角精度が悪い場合、素材としての鉄損は小さいものの、変圧器の鉄心とした際にロスが大きくなるという問題があった。

上記問題を解決すべく、反りを低減する技術が考案され、開示されている。例えば特許文献３には、ビーム照射面にあらかじめ反りを加えた後、電子ビームを照射することで反りをキャンセルする技術が開示されている。
また、特許文献４には、鋼板両面のついになる位置にレーザービームを照射し、鋼板のそりを改善する技術が開示されている。

特許文献３及び４の技術を採用すれば、鋼板反りの改善について一定の効果を得ることが可能である。しかしながら、いずれの技術も、鋼板反りを改善するための追加的な工程を要するため、作業の煩雑性や製造コストの観点から、さらなる改善が望まれていた。

特公昭５７−２２５２号公報 特公平６−０７２２６６号公報 特開２０１２−５２２３３号公報 特許４０９１７４９号公報

本発明の目的は、斜角加工が施された方向性電磁鋼板を変圧器鉄心の材料として積層させる際、鋼板の寸法公差及び鋼板の反り量を制御することで、煩雑な作業や製造コストの高騰を招くことなく、低鉄損かつ優れた励磁特性を有する変圧器鉄心の製造方法を提案することを目的とする。

鉄損に優れた磁区細分化処理を施した方向性電磁鋼板を実現するためには、十分な熱歪みを局所的に与えることが重要である。歪みを導入し、鉄損が下がる原理は次の通りである。歪みを導入すると、鋼板内に張力場が発生し、歪みを起点として還流磁区が発生する。この還流磁区の発生により、鋼板の静磁エネルギーが増大するが、それが下がるように１８０度磁区が細分化され、圧延方向の鉄損は減少することとなる。同時に、還流磁区は磁壁移動のピニングとなり履歴損を増加させることにつながるため、鉄損低減効果が損なわれない範囲で局所的に歪みを導入するのが良い。

しかしながら、上述したように、熱歪みを導入することで鋼板に反りが生じ、変圧器の鉄心として用いた際に励磁特性の劣化につながるという問題がある。十分な鉄損低減効果を得ようとした場合、導入する熱歪み量が大きくなるため、鋼板反りは大きくなる傾向がある。つまり、ベストの低鉄損を狙うためには、鋼板反りが大きくなることは避けられない。

そこで、斜角加工が施された方向性電磁鋼板について、鋼板反り及び斜角寸法公差と、得られた変圧器鉄心の励磁特性との関係について調査を行い、以下の知見を得た。
Ｉ．斜角加工が施された鋼板の寸法公差は、鋼板反りが大きいほど、大きくなる。
ＩＩ．鋼板反りが大きい場合、同じ斜角寸法公差の鋼板であっても、変圧器鉄心にした時の励磁特性は劣化する。
ＩＩＩ．励磁特性が劣化した場合、変圧器鉄心の接合部における漏れ磁束が増加する。

つまり、材料となる方向性電磁鋼板に反りが生じた場合、斜角材の寸法精度が悪くなることに加え、接合部における鋼板積み精度が悪くなる結果、接合部において漏れ磁束が大きくなり、励磁特性が劣化すると推定される。
そのため、本発明者らは、鋼板反りが発生した場合でも、接合部における鋼板積み精度が十分に確保される条件を模索した結果、斜角加工後の形状が特定の条件を満たす場合には、磁性劣化を抑えられることを見出した。さらに、この技術は、鋼板反りを矯正するための追加的な工程を必要としないため、作業の煩雑性や製造コストの観点からもメリットがある。

すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
１．斜角加工が施された方向性電磁鋼板を鉄心材料として積層させる、積み変圧器用鉄心の製造方法において、前記斜角加工後の鋼板の形状が、下記（１）式及び（２）式を満足することを特徴とする鉄損に優れた変圧器鉄心の製造方法。
記
（設計斜辺角度に対する加工後斜辺角度のずれ量（°））≦0.5°−（鋼板反り量（mm））×0.02（°／mm） ・・・（１）
（設計長辺長さに対する加工後長辺長さのずれ量（mm））≦（接合部ラップ代（mm））×0.1−（鋼板反り量（mm））×0.05 ・・・（２）
ここで、鋼板反り量とは、圧延方向長さが280mmの鋼板のサンプルについて、該鋼板面を地面と垂直に載置し、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端（0mm）に対する反対端の変位量（mm）のことをいう。また、接合部ラップ代とは、鉄心の鋼板接合部において各鋼板をずらして積層した際の、鉄心の中での最大のずらし量（mm）のことをいう。

２．前記斜角加工が施された電磁鋼板は、スリット加工されたスリットコイルであり、該スリットコイルの形状が、下記（３）式を満足することを特徴とする上記１に記載の鉄損に優れた変圧器鉄心の製造方法。
記
（スリット横曲がり量（mm））≦1.0−（鋼板反り量（mm））×0.05 ・・・（３）
ここで、前記スリット横曲がり量とは、スリット加工された圧延方向長さ2000mmの鋼板のサンプルについて、スリット加工した辺を定盤に押し当てた際、該鋼板と定盤との間に生じる隙間の中で最大の隙間量（mm）のことをいう。

３．前記方向性電磁鋼板は、線状若しくは点列状のレーザー照射又は電子ビーム照射によって磁区細分化を施したものであり、該線状又は点列状の方向が、鋼板の板幅方向に対して30°以内の角度をなすことを特徴とする上記１又は２に記載の鉄損に優れた変圧器鉄心の製造方法。

本発明によれば、煩雑な作業や製造コストの高騰を招くことなく、低鉄損かつ優れた励磁特性を有する変圧器鉄心を製造できる。

図１は、三相三脚型の変圧器鉄心の概略平面図を示す。 図２は、鋼板反り量を説明するための図であり、（ａ）は、サンプルとなる鋼板のサイズを説明したものであり、（ｂ）は、鋼板面を地面に垂直に置き、圧延方向片端30mmを挟んで固定した状態を上から観察したものである。 図３は、積み変圧器の鉄心各部材の斜辺角度、長辺を説明するための図である。 図４は、積み変圧器の接合部ラップ代を説明するための図である。 図５は、鋼板の設計斜辺角度からのずれ量と、製造した小型変圧器鉄心の鉄損との関係をプロットしたグラフである。 図６は、鋼板反り量と、製造した小型変圧器鉄心の鉄損が5％以上増加しない鋼板の設計斜辺角度からのずれ量との関係をプロットしたグラフである。 図７は、接合部ラップ代と、製造した小型変圧器鉄心の鉄損が5％以上増加しない鋼板の設計斜辺角度からのずれ量との関係をプロットしたグラフである。 図８は、鋼板反り量と、製造した小型変圧器鉄心の鉄損が5％以上増加しない鋼板の設計斜辺角度からのずれ量との関係をプロットしたグラフである。 図９は、スリット横曲がり量を説明するための図である。 図１０は、シャーラインを示した概略図である。

以下、本発明の構成と限定理由を説明する。
本発明は、斜角加工が施された方向性電磁鋼板を鉄心材料として積層させる、積み変圧器用鉄心の製造方法である。
そして、前記斜角加工後の鋼板の形状が、下記（１）式及び（２）式を満足することを特徴とする。
記
（設計斜辺角度に対する加工後斜辺角度のずれ量（°））≦0.5°−（鋼板反り量（mm））×0.02（°／mm） ・・・（１）
（設計長辺長さに対する加工後長辺長さのずれ量（mm））≦（接合部ラップ代（mm））×0.1−（鋼板反り量（mm））×0.05 ・・・（２）

以下に、各パラメータの説明を行う。
（鋼板反り量）
前記鋼板反りは、図２（ａ）に示すように、圧延方向長さ280mmの鋼板サンプルを準備し、図２（ｂ）に示すように、該鋼板面を地面に垂直に載置し、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端に対する反対端の変位量（mm）にて定義する。この変位量は、レーザーや電子ビームを照射した面側を正とする。サンプルの鋼板の幅が30mmより小さいと鋼板エッジの歪みによる影響が顕著となるため、鋼板幅は30mmで測定することとする。また、1つの試料につき10枚をサンプリングし、平均した値を試料の反り量（mm）とする。

（設計斜辺角度及びそれに対する加工後斜辺角度のずれ量、並びに、設計長辺長さ及びそれに対する加工後長辺長さのずれ量）
図３に、本発明の積み変圧器用鉄心を構成する各部材、並びに、それらの斜辺角度及び長辺を示す。なお、三相三脚内鉄型以外の形状の斜角材でも、各部材の圧延方向と平行な辺で最も長い辺を長辺と定義する。また、前記斜辺を鋼板同士の接合部をなす辺とし、その辺と圧延方向がなす角度を斜辺角度α１〜α４とする。主脚（六角形）については、斜辺同士がなす角度を斜辺角度α５、α６とする。

また、前記各部材の斜辺角度α１〜α６の計測は、特に限定はされず、例えば、各種角度計測器を用いることができるが、0.1°以上の精度が必要である。前記各部材の長辺長さの計測は、特に限定はされず、例えば、各種計測器等を用いることができるが、0.1mm程度以上の精度が必要である。
本発明では、斜辺角度α１〜α６は読み取り顕微鏡による3点間の変位測定を行い、三角法によって角度を求めた。また、長辺長さは直尺を用いて測定した。1つの試料につき30枚をサンプリングし、平均した値を、試料の加工後斜辺角度（°）、加工後長辺長さ（mm）とする。設計値に対する測定値（加工後斜辺角度、加工後長辺長さ）の値をずれ量として定義する。

（接合部ラップ代）
変圧器鉄心は、交互積みやステップラップ積みなど様々な積み方式を取るが、鋼板接合部において各鋼板が積層方向においてラップするよう、一層（又は二層など複数層）ごとに、鋼板をずらして積層することが一般的である。そして、本発明のラップ代とは、鉄心の鋼板接合部において各鋼板をずらして積層した際の、鉄心の中での最大のずらし量（mm）と定義する。例えば、図４に示すように、３段のステップラップ積みにおいて、１段につき2ｍｍ圧延方向（ヨークの長辺方向）にずらして積んだとすると、接合部ラップ代は6ｍｍとなる。

次に、上記式（１）及び（２）について説明する。
（式（１）について）
前記設計斜辺角度に対する加工後斜辺角度のずれ量（°）が大きくなると、積層した鋼板同士の接合がうまくできず、接合部に隙間ができる。その結果、漏れ磁束が増加し、変圧器鉄心の励磁特性が劣化する。さらに、前記鋼板反りが生じている場合、積層させて鉄心を組んだ際に積層不良が起こる可能性があり、励磁特性が劣化しやすくなる。そのため、ずれ量が励磁特性に及ぼさない範囲を実験的に調査し、関係式（１）を導出した。

まず、磁区細分化を施していない、鋼板反りが0.5mm未満の方向性電磁鋼板のサンプルについて、設計斜辺角度からのずれ量が及ぼす影響を調査した。ワイヤーカット加工により意図的に角度ずれ量（°）が異なる種々の斜角材を作製し、それらを用いて三相三脚型の500ｍｍ角の小型変圧器鉄心を積層し、鉄損測定を行った。斜角材の角度ずれ量（°）ごとに小型変圧器鉄心の鉄損（角度ずれ量が0°のときの鉄損を1.00とした相対値）をプロットした結果について、図５に示す。
図５から、角度のずれ量が0.5°を超える範囲では、得られた小型変圧器鉄心の鉄損が5％以上増加することがわかった。そのため、低鉄損を確保するためには、前記設計斜辺角度に対する加工後斜辺角度のずれ量を0.5°以下とする必要がある。

また、前記鋼板反りが及ぼす影響について調査した。前記鋼板に照射する電子ビームの照射出力を調整し、鋼板反りの程度（mm）が異なるサンプルを準備した後、鋼板反り程度（mm）が異なる各サンプルから、さらにワイヤーカット加工を行い意図的に角度ずれ量（°）が異なる種々の斜角材を作製した。その後、鋼板反り程度（mm）が異なり、角度ずれ量（°）が異なる各斜角材を用いて、三相三脚型の500ｍｍ角の小型変圧器鉄心を積層し、鉄損測定を行った。そして、それぞれの条件の斜角材について、小型変圧器鉄心の鉄損が5％以上増加しない角度のずれ量（°）の範囲を求めた。鋼板反り量（mm）ごとに、小型変圧器鉄心の鉄損を5％未満に抑えられる角度ずれ量の上限値（°）をプロットした結果について、図６に示す。
図６から、鋼板反りが大きくなる程、鉄損が5％以上増加しない角度のずれ量は小さくなり（許容される角度のずれ量が小さくなり）、プロット結果から導出された近似直線の傾きは、およそ0.02（°／mm）となる。
以上のことから、変圧器鉄心の励磁特性を高く維持するためには、設計斜辺角度に対する加工後斜辺角度のずれ量（°）が、0.5°−（鋼板反り量（mm））×0.02（°／mm）以下となる関係（式（１））を満足する必要がある。

（式（２）について）
前記斜角加工が施された方向性電磁鋼板の設計長辺長さからのずれ量が大きくなると、鋼板同士の接合が上手くできず、接合部に隙間ができる。その結果、漏れ磁束が増加し、変圧器鉄心の励磁特性が劣化する。この励起特性の劣化は、特に鋼板ラップ代に対し、そのずれ量が大きい場合に顕著となる。さらに、前記鋼板反りが生じている場合、積層させて鉄心を組んだ際に積層不良が起こる可能性があり、励磁特性が劣化しやすくなる。そのため、ずれ量が励磁特性に及ぼさない範囲を実験的に調査し、関係式（２）を導出した。

まず、磁区細分化を施していない、鋼板反りが0.5mm未満の方向性電磁鋼板のサンプルについて、設計長辺長さからのずれ量が及ぼす影響を調査した。ワイヤーカット加工により意図的に長さずれ量（mm）が異なる種々の斜角材を作製した。その後、長さずれ量（mm）が異なる種々の斜角材について、ラップ代の異なる設計で、三相三脚型の500ｍｍ角の小型変圧器鉄心を積層し、鉄損測定を行った。そして、それぞれの条件の斜角材について、小型変圧器鉄心の鉄損が5％以上増加しない設計長辺長さからのずれ量（mm）の範囲を求めた。ラップ代（mm）ごとに、小型変圧器鉄心の鉄損を5％未満に抑えられる長辺長さからのずれ量の上限値（mm）をプロットした結果について、図７に示す。
図７から、ラップ代が大きくなる程、鉄損が5％以上増加しない長辺長さからのずれ量は小さくなり（許容される長辺長さからのずれ量が小さくなり）、プロット結果から導出された近似直線の傾きは、およそ0.1となる。

また、前記鋼板反りが及ぼす影響について調査した。電子ビームの照射出力を調整し反りが異なる試料を準備し、前記鋼板に照射する電子ビームの照射出力を調整し、鋼板反りの程度（mm）が異なるサンプルを準備した後、鋼板反り程度（mm）が異なる各サンプルから、さらにワイヤーカット加工を行い意図的に設計長辺長さからのずれ量（mm）が異なる種々の斜角材を作製した。その後、鋼板反り程度（mm）が異なり、設計長辺長さからのずれ量（mm）が異なる各斜角材を用いて、三相三脚型の500ｍｍ角の小型変圧器鉄心を積層し、鉄損測定を行った。その際、鋼板ラップ代は10ｍｍに固定した。そして、それぞれの条件の斜角材について、小型変圧器鉄心の鉄損が5％以上増加しない設計長辺長さからのずれ量（mm）の範囲を求めた。鋼板反り量（mm）ごとに、小型変圧器鉄心の鉄損を5％未満に抑えられる設計長辺長さからのずれ量の上限値（mm）をプロットした結果について、図８に示す。
図８から、鋼板反り量（mm）が大きいほど、鉄損が5％以上増加しない設計長辺長さからのずれ量の上限値（mm）は小さくなり（許容される設計長辺長さからのずれ量（mm）が小さくなり）、プロット結果から導出された近似直線の傾きは、およそ0.05となる。
以上のことから、変圧器鉄心の励磁特性を高く維持するためには、設計長辺長さに対する加工後長辺長さのずれ量（mm）が、（接合部ラップ代（mm））×0.1−（鋼板反り量（mm））×0.05以下となる関係（式（２））を満足する必要がある。

また、上記式（１）及び（２）のような斜角形状の公差を得るためには、斜角加工を行うコイルスリットの形状、特にスリット横曲がり量が小さいことが重要であることがわかった。そのため、本発明の製造方法では、前記斜角加工が施された電磁鋼板がスリット加工されたスリットコイルであり、該スリットコイルの形状が下記（３）式を満足することが好ましい。
記
（スリット横曲がり量（mm））≦1.0−（鋼板反り量（mm））×0.05 ・・・（３）

（スリット横曲がり量）
前記スリット横曲がり量とは、図９に示すように、スリット加工された圧延方向長さ2000mmの鋼板のサンプルについて、スリット加工した辺を定盤に押し当てた際、該鋼板と定盤との間に生じる隙間の中で最大の隙間量（mm）のことをいう。より具体的には、1つの試料につき10枚をサンプリングし、その両スリット辺を測定した平均値を、サンプルのスリット横曲がり量とする。

（式（３）について）
図１０に示すように、鋼板を鉄心斜角形状に加工する場合、所定の幅にスリットしたコイルをシャーにより剪断を行う。その際、鋼板がコイル進行方向に対しずれている場合、シャー加工後の斜辺角度や長さにすれが生じるため、横曲がりが生じたスリットコイルを加工すると、斜辺角度や長辺長さにずれが生じることがある。
斜角加工を行うコイルスリットと斜角材形状の調査を行ったところ、所望の斜角形状の公差を得るためには、上記式（３）を満たすことが好ましいことがわかった。

斜角加工を行うシャーラインの設定により多少異なるが、前記鋼板反りがない場合には、スリット横曲がり量が1.0 ｍｍ以下である場合に、設計斜辺角度に対する加工後斜辺角度のずれ量が0.5°以下となる。さらに、鋼板反りある場合、剪断の際の板の遊びが大きくなり、斜辺角度や長辺長さにずれが生じた。その影響は、おおよそ横曲がり量に換算して、(鋼板反り量（mm））×0.05と推定される。
その結果、スリット横曲がり量（mm）は、1.0−（鋼板反り量（mm））×0.05の関係（式（３））を満足することが好ましい。

前記スリット横曲がりを減らす方策としては、スリット時の張力を上げることや、スリット条の両端に製品としない捨て条を設けることが挙げられる。
前記スリット時の張力を上げると、スリット時の鋼板が安定し、横曲がり量は小さくなる。ただし、張力を大きくし過ぎると鋼板内に歪みが導入され、磁気特性が劣化する。そのため、張力は3.0kg／mm²より小さくすることが望ましい。前記スリット条の両端に捨て条を作ると、捨て条の部分がコイルエッジから伝わる振動のバッファーとなり、スリット時の鋼板が安定し、横曲がり量が小さくなる。

（磁区細分化）
また、本発明の変圧器鉄心の製造に用いられる方向性電磁鋼板に磁区細分化を施す手法としては、大きなエネルギーを、ビーム径を絞って導入することができるレーザー照射や電子ビーム照射が適している。
レーザー発振の形態としては、ファイバー、CO₂、YAGなど問わない。また、連続照射タイプのレーザー、Qスイッチ型などパルス発振タイプのレーザー照射いずれも、形状が本発明の範囲式を満たす限り適する。レーザー照射の際の、平均レーザー出力P（W）、ビームの走査速度V（m/s）ビーム径d（mm）は、本発明の範囲を満たす限り、特に制限しない。ただし、磁区細分化効果を十分に得られることが必要となるので、単位長さ当たりのエネルギー入熱量P/Vは10 W・ｓ/mより大きいことが好ましい。また、レーザー照射は鋼板に連続状に照射しても、点列状に照射しても良い。点列に歪みを導入する方法は、ビームを素早く走査しながら所定の時間間隔で停止し、本発明に適合する時間、その点でビームを照射しつづけた後、また走査を開始するというプロセスを繰り返すことにより実現する。点列状に照射する際の、点間の間隔は、広すぎると磁区細分化効果が小さくなるので、0.40mm以下が好ましい。

次に、電子ビーム照射による磁区細分化の条件を述べる。照射の際の、加速電圧Ｅ（kV）、ビーム電流Ｉ(mA)、ビームの走査速度Ｖ（m／s）は、形状が本発明の範囲式を満たす限り、特に制限しない。ただし、磁区細分化効果を十分に得られることが必要となるので、単位長さ当たりのエネルギー入熱量Ｅ×Ｉ／Ｖは6W・s／mより大きいことが好ましい。真空度については、電子ビームを鋼板に照射する加工室において、2 Pa以下であることが望ましい。これより真空度（圧力）が大きいと、電子銃から鋼板までの行路の中で、残存ガスによりビームがぼやけ、磁区細分化効果が小さくなる。また、照射は鋼板に連続状に照射しても、点列状に照射しても良い。

前記鋼板に点列に歪みを導入する方法は、ビームを素早く走査しながら所定の時間間隔で停止し、本発明に適合する時間、その点でビームを照射しつづけた後、また走査を開始するというプロセスを繰り返すことにより実現する。電子ビーム照射でこのプロセスを実現するには、容量の大きなアンプを用いて、電子ビームの偏向電圧を変化させれば良い。点列状に照射する際の、点間の間隔は、広すぎると磁区細分化効果が小さくなるので、0.40mm以下が好ましい。

前記レーザー、電子ビーム照射による磁区細分化の圧延方向の照射列間隔は、間隔が狭いほど鋼板反りを大きくするが、形状が本発明の範囲式を満たす限り制限しない。ただし、磁区細分化効果を高めるためには、前記圧延方向の照射列間隔を3〜5mmの範囲とすることが好ましい。さらに、点列と圧延直角方向がなす角度は、30°以内であることが好ましい。

（その他条件）
本発明の変圧器鉄心の製造に用いられる方向性電磁鋼板を製造する方法については、上述した以外の事項については特に限定されないが、推奨される方向性電磁鋼板の成分組成及び製造方法について述べる。

本発明の製造方法において、インヒビターを利用する場合、例えばAlＮ系インヒビターを利用する場合であればAl及びNを、またMnS・MnSe系インヒビターを利用する場合であればMnとSe及び／又はＳを適量含有させればよい。もちろん、両インヒビターを併用してもよい。この場合におけるAl，Ｎ，Ｓ及びSeの好適含有量はそれぞれ、Al：0.01〜0.065質量％、Ｎ：0.005〜0.012質量％、Ｓ：0.005〜0.03質量％、Se：0.005〜0.03質量％である。

なお、本発明の製造方法は、Al，Ｎ，Ｓ，Seの含有量を制限した、インヒビターを使用しない方向性電磁鋼板にも適用することができる。その場合には、Al，N，S及びSe量はそれぞれ、Al：100 質量ppm以下、Ｎ：50 質量ppm以下、Ｓ：50 質量ppm以下、Se：50 質量ppm以下に抑制することが好ましい。

その他の基本成分および任意添加成分について述べると、次の通りである。
C：0.08質量％以下
C量が0.08質量％を超えると製造工程中に磁気時効の起こらない50質量ppm以下までCを低減することが困難になるため、0.08質量％以下とすることが好ましい。なお、下限に関しては、Ｃを含まない素材でも二次再結晶が可能であるので特に設ける必要はない。

Si：2.0〜8.0質量％
Siは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を改善するのに有効な元素であるが、含有量が2.0質量％に満たないと十分な鉄損低減効果が達成できず、一方、8.0質量％を超えると加工性が著しく低下し、また磁束密度も低下するため、Si量は2.0〜8.0質量％の範囲とすることが好ましい。

Mn：0.005〜1.0質量％
Mnは、熱間加工性を良好にする上で必要な元素であるが、含有量が0.005質量％未満ではその添加効果に乏しく、一方1.0質量％を超えると製品板の磁束密度が低下するため、 Mn量は0.005〜1.0質量％の範囲とすることが好ましい。

上記の基本成分以外に、磁気特性改善成分として、次に述べる元素を適宜含有させることができる。

Ni：0.03〜1.50質量％、Sn：0.01〜1.50質量％、Sb：0.005〜1.50質量％、Cu：0.03〜3.0質量％、Ｐ：0.03〜0.50質量％、Mo:0.005〜0.10質量％およびCr:0.03〜1.50質量％のうちから選んだ少なくとも１種
Niは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために有用な元素である。しかしながら、含有量が0.03質量％未満では磁気特性の向上効果が小さく、一方1.5質量％を超えると二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。そのため、Ni量は0.03〜1.5質量％の範囲とするのが好ましい。

また、Sn、Sb、Cu、P、Cr及びMoはそれぞれ磁気特性の向上に有用な元素であるが、いずれも上記した各成分の下限に満たないと、磁気特性の向上効果が小さく、一方、上記した各成分の上限量を超えると、二次再結晶粒の発達が阻害されるため、それぞれ上記の範囲で含有させることが好ましい。なお、上記成分以外の残部は、製造工程において混入する不可避的不純物及びFeである。

上記好適成分組成に調整した鋼素材を、通常の造塊法、連続鋳造法でスラブとしてもよいし、100mm以下の厚さの薄鋳片を直接連続鋳造法で製造することもできる。スラブは、通常の方法で加熱して熱間圧延に供するが、鋳造後加熱せずに直ちに熱間圧延に供してもよい。薄鋳片の場合には熱間圧延しても良いし、熱間圧延を省略してそのまま以後の工程に進めてもよい。次いで、必要に応じて熱延板焼鈍を行ったのち、一回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延により最終板厚とし、その後脱炭焼鈍ついで最終仕上げ焼鈍を施した後、絶縁張力コーティングの塗布、及び平坦化焼鈍を施す。その後、レーザー照射あるいは電子ビームにより磁区細分化処理を施す。さらに、所望の幅にスリット加工を行い、斜角加工を行う。

本発明の実施例について説明する。
（サンプル１〜２４）
最終板厚0.23ｍｍに圧延された、Si：3％を含有する冷延板を、脱炭、一次再結晶焼鈍した後、MgOを主成分とした焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶過程と純化過程を含む最終焼鈍を施し、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を得た。その後、60%のコロイダルシリカとリン酸アルミニウムからなる絶縁コートを塗布、800℃にて焼付けた。次いで、圧延方向と直角に圧延方向に3mm間隔で、ファイバーレーザにて線状に連続レーザー照射、若しくは0.32mmの点間隔で点列状に電子ビーム照射を行い（表１を参照。）、磁区細分化処理を行った。
その結果、磁束密度B8値で1.92T〜1.94T、W17/50で0.68〜0.71 W/kgの鋼板材料が得られた。この材料について、鋼板反り（mm）の測定を行った（表１）。

次に、表１に示すスリット条件で、鋼板材料を150ｍｍ幅にスリット加工を行った。スリット加工によって得られたスリットコイルについて、コイル横曲がり量（mm）の測定を行った。
さらに、スリットを行ったコイルを２種類の変圧器鉄心設計（接合部ラップ代が24mmとなる交互積み、接合部ラップ代が16mmとなるステップラッブ積み）にて斜角加工を行った。両設計共に、外形約800ｍｍ、鉄心重量900kgの三相三脚内鉄型である。この加工材について、形状測定（斜辺角度、長辺長さの測定）を行った。測定結果を表１に示す。

そして、これらの斜角加工を行った鋼板材料を鉄心に組み、3φ、1000kVAの油入り変圧器を作製し、1.7Ｔ、50Ｈｚの時の鉄損及び励磁電流を測定した。測定結果を表１に示す。

表１の結果から、斜角形状が式（１）、（２）及び（３）を満たす方向性電磁鋼板を用いた適合例については、比較例と比べ、鉄損は5％以上、励磁電流は20％以上優れており、良好な励磁特性を有する変圧器鉄心が得られることがわかった。

本発明によれば、斜角加工が施された方向性電磁鋼板を変圧器鉄心の材料として積層させる際、鋼板の寸法公差及び鋼板の反り量を制御することで、煩雑な作業や製造コストの高騰を招くことなく、低鉄損かつ優れた励磁特性を有する変圧器鉄心を製造できる。

Claims (3)

1. 斜角加工が施された方向性電磁鋼板を鉄心材料として積層させる、積み変圧器用鉄心の製造方法において、
   前記斜角加工後の鋼板の形状が、下記（１）式及び（２）式を満足することを特徴とする鉄損に優れた変圧器鉄心の製造方法。
   記
   （設計斜辺角度に対する加工後斜辺角度のずれ量（°））≦0.5°−（鋼板反り量（mm））×0.02（°／mm） ・・・（１）
   （設計長辺長さに対する加工後長辺長さのずれ量（mm））≦（接合部ラップ代（mm））×0.1−（鋼板反り量（mm））×0.05 ・・・（２）
   ここで、鋼板反り量とは、圧延方向長さが280mmの鋼板のサンプルについて、該鋼板面を地面と垂直に載置し、圧延方向片端30mmを挟んで固定した際の、固定した端（0mm）に対する反対端の変位量（mm）のことをいう。また、接合部ラップ代とは、鉄心の鋼板接合部において各鋼板をずらして積層した際の、鉄心の中での最大のずらし量（mm）のことをいう。
2. 前記斜角加工が施された電磁鋼板は、スリット加工されたスリットコイルであり、該スリットコイルの形状が、下記（３）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の鉄損に優れた変圧器鉄心の製造方法。
   記
   （スリット横曲がり量（mm））≦1.0−（鋼板反り量（mm））×0.05 ・・・（３）
   ここで、前記スリット横曲がり量とは、スリット加工された圧延方向長さ2000mmの鋼板のサンプルについて、スリット加工した辺を定盤に押し当てた際、該鋼板と定盤との間に生じる隙間の中で最大の隙間量（mm）のことをいう。
3. 前記方向性電磁鋼板は、線状若しくは点列状のレーザー照射又は電子ビーム照射によって磁区細分化を施したものであり、該線状又は点列状の方向が、鋼板の板幅方向に対して30°以内の角度をなすことを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄損に優れた変圧器鉄心の製造方法。
   

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