JP2017532447A - 方向性電磁鋼板の磁区微細化方法と磁区微細化装置およびこれから製造される方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

鉄損の低減効果とともに、騒音をより減少させることができ、変圧器鉄心の接合部のような鋼板と鋼板との接合される領域における鉄損の低減および騒音の減少効果をより高められるように、方向性電磁鋼板の表面に間隔をおいてレーザビームを照射する磁区微細化方法において、前記電磁鋼板の少なくともいずれか一領域でレーザビームによって形成される照射線が、電磁鋼板の一地点を中心点として扇骨形態に広がって形成された方向性電磁鋼板の磁区微細化方法を提供する。

Description

本発明は、方向性電磁鋼板の磁区微細化方法と磁区微細化装置およびこれから製造される方向性電磁鋼板に関する。

一般に、変圧器の鉄心素材として使用する電磁鋼板は磁場の移動経路として用いられ、この時、電磁鋼板で発生する損失を鉄損という。従来の技術は鉄損をほとんど低減するための電磁鋼板の製造に関連する。

しかし、最近は、変圧器の騒音に対する国際規格の強化および低騒音競争の激しさによって、低騒音変圧器用鉄心素材を開発する必要性が台頭した。電磁鋼板に磁場が流れると収縮と膨張を繰り返す一連の震えが発生し、これを磁気変形（磁歪）というが、この震えによって変圧器から振動と騒音が引き起こされる。

方向性電磁鋼板において、熱で発生する損失である鉄損を低減するために、鋼板の表面にレーザを照射して一時的に磁区を微細化するか、磁区微細化ロールを用いた機械的方法で永久磁区微細化する方法などが使用されている。磁区微細化技術は、電磁鋼板製品の代表規格である鉄損を低減する目的で製造工程技術によって構成されるため、磁気変形に対する研究および素材開発が不足するだけでなく、従来の磁区微細化条件が磁気変形を減少させる条件と異なることがある。

特に、変圧器の鉄心は、方向性電磁鋼板を切断して形状に合わせて一枚毎に配列し、これを数百から数千枚積層して製造される。鉄心のほとんどの領域は圧延方向に磁場が流れるが、形状に合わせて切断された鋼板と鋼板との接合部分は磁場が圧延方向から離脱するようになる。方向性電磁鋼板は、圧延方向に磁場が流れる時、特性が最も優れているが、変圧器鉄心のような鋼板と鋼板との接合部分では磁場が圧延方向から離脱する現象が不可避的に現れる。これにより、磁区を微細化したにもかかわらず、前記鉄心の接合領域では鉄損の低減効果が低下し、震えが激しくて騒音が増加するという問題がある。

鉄損の低減効果とともに、騒音をより減少させられるようになされた方向性電磁鋼板の磁区微細化方法と磁区微細化装置およびこれから製造される方向性電磁鋼板を提供する。

また、変圧器鉄心の接合部のような鋼板と鋼板との接合される領域における鉄損の低減および騒音の減少効果をより高められるようになされた方向性電磁鋼板の磁区微細化方法と磁区微細化装置およびこれから製造される方向性電磁鋼板を提供する。

本実施形態の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法は、方向性電磁鋼板の表面に間隔をおいてレーザビームを照射する磁区微細化方法において、前記電磁鋼板の少なくともいずれか一領域でレーザビームによって形成される照射線が、電磁鋼板の一地点を中心点として広がって形成される。

前記一領域は、変圧器鉄心の製造時、電磁鋼板と電磁鋼板との接合部であってもよい。

前記一領域は、圧延方向に対して傾斜して切断形成された切断部であってもよい。

前記中心点は、前記切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角であってもよい。

前記照射線は、切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角を中心として電磁鋼板の圧延方向に直角な延長線と前記切断部の切断面との間に形成される。

本実施形態の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置は、レーザ発生部から照射されたレーザビームの方向を切り替えて電磁鋼板の表面に照射線を形成するレーザミラーと、前記レーザミラーに連結され、レーザミラーを予め設定された角度ずつ回転させてレーザビームの照射方向を電磁鋼板の一地点を中心として回転移動させるための駆動部と、前記駆動部に連結され、前記レーザミラーの回転角度を制御するコントローラとを含み、電磁鋼板の一側領域における照射線が、電磁鋼板の一地点を中心点として広がって形成される構造であってもよい。

前記装置は、レーザビームが照射される方向性電磁鋼板に張力を付与するサポートロールをさらに含むことができる。

前記電磁鋼板は、圧延方向に対して傾斜して切断されて切断部を形成し、前記切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角が前記中心点をなして、前記駆動部は、レーザミラーを、前記中心点を中心として回転させる構造であってもよい。

本実施形態の方向性電磁鋼板は、表面に磁区微細化のための照射線が形成され、前記照射線は、少なくともいずれか一領域で電磁鋼板の一地点を中心点として広がって形成された構造となっている。

前記電磁鋼板は、圧延方向に対して傾斜して切断部が切断形成され、前記照射線は、切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角を中心点として角度をおいて形成される。

前記照射線は、切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角を中心として電磁鋼板の圧延方向に直角な延長線と前記切断部の切断面との間に形成される。

前記中心点を中心として隣り合う照射線の間の角度は、１〜１０°であってもよい。

前記照射線は、電磁鋼板の幅方向側端から前記中心点まで延長形成される。

前記照射線は、電磁鋼板の幅方向側端から中心点に向かって中心点に至らない位置までのみ延長形成される。

前記照射線は、電磁鋼板の幅方向側端から前記中心点まで延長形成された照射線と、電磁鋼板の幅方向側端から中心点に向かって中心点に至らない位置までのみ延長形成された照射線とが交互に配列形成される。

前記照射線のうち、中心点に至らない位置までのみ延長形成された照射線は、電磁鋼板の幅方向側端から中心点に向かって電磁鋼板の幅の１／２〜９／１０位置までのみ延長形成される。

以上説明したように、本実施形態によれば、鋼板と鋼板との接合部分における鉄損の低減はもちろん、震えを最小化して騒音をより減少させることができる。

これにより、変圧器の騒音を改善して製品の競争力を高めることができる。

本実施例による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置を概略的に示す図である。 本実施例による方向性電磁鋼板で製造される変圧器鉄心を示す断面図である。 本実施例により磁区微細化処理された方向性電磁鋼板を示す図である。 他の実施例により磁区微細化処理された方向性電磁鋼板を示す図である。 比較例として、従来の構造により磁区微細化処理された方向性電磁鋼板を示す図である。

以下で使用される専門用語は単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで、使用される単数形態は、文章がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および／または群の存在や付加を除外させるものではない。

以下、添付した図面を参照して、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例を説明する。本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解できるように、後述する実施例は、本発明の概念と範囲を逸脱しない限度内で多様な形態に変形可能である。そこで、本発明は、種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。

以下の説明において、本実施例は、変圧器の鉄心素材として用いられる方向性電磁鋼板における磁区微細化のための構造を例として説明する。本発明は、このような変圧器鉄心素材用の方向性電磁鋼板に限定されず、変圧器以外に振動と騒音の低減が要求される多様な設備に全て適用可能である。

図１は、本実施例による方向性電磁鋼板の磁区微細化装置を概略的に示しており、図２は、本実施例による方向性電磁鋼板で製造される変圧器鉄心の断面を示している。

変圧器の鉄心１００は、圧延方向が一定の方向性電磁鋼板１０を切断して、図２に示された形態に配列接合し、これを数百枚から数千枚積層して製造される。鉄心１００の接合部１１０は、電磁鋼板１０と電磁鋼板１０との連結される部分で、例えば、電磁鋼板１０を圧延方向に対して４５度の角度で切断して切断部１２を形成し、電磁鋼板１０は切断部１２の間に接合して直角に連結される。

前記鉄心１００のほとんどの領域は電磁鋼板１０の圧延方向に磁場が流れるが、鉄心１００の接合部１１０に相当する電磁鋼板１０の切断部１２では磁場が圧延方向から離脱し、従来の磁区微細化を実施しても、鉄損の低減、特に、振動による騒音が激しく発生する。

本装置は、前記切断部１２に扇骨形態の照射線１４を形成して、鉄損の低減はもちろん、振動と騒音をより低減できるようになっている。

このために、本実施例の磁区微細化装置は、レーザ発生部から照射されたレーザビームの方向を切り替えて電磁鋼板１０の表面に照射線１４を形成するレーザミラー２０と、前記レーザミラー２０に連結され、レーザミラー２０を回転させてレーザビームの照射方向を、電磁鋼板１０の一地点を中心として回転移動させるための駆動モータ２２と、前記駆動モータ２２に連結され、前記レーザミラー２０の回転角度を制御するコントローラ２４とを含む。

前記電磁鋼板１０は、下部に配置された複数のサポートロールによって支えて支持される。前記サポートロール２６は、レーザミラー２０を通して電磁鋼板１０の表面にレーザを照射する時、電磁鋼板１０に張力を付与するようになる。

これにより、図３に示されているように、電磁鋼板１０の切断部１２に形成される照射線１４は、電磁鋼板１０の一地点を中心点として扇骨形態に広がって形成される。ここで、前記扇骨形態とは、直線形態に延びる照射線１４が、扇骨のように、中心点を中心として所定の角度に広がった形態を意味する。

電磁鋼板の切断部、つまり、鉄心の角では磁場が電磁鋼板の圧延方向から離脱して流れるので、前記のように切断部で扇骨形態の照射線を形成することによって、圧延方向から離脱して流れる磁場の直角方向に合わせて磁区微細化することができる。

このように、切断部１２に対しては扇骨形態に照射線１４を形成することによって、電磁鋼板１０の切断部１２つまり、鉄心１００の接合部１１０領域における騒音をより低減することができる。

方向性電磁鋼板は、圧延方向に磁場が発生しやすいように作った鋼材であるので、圧延方向に磁場が誘起されるように変圧器を製造する。圧延方向に磁場を流すと、電磁鋼板の内部のほとんどに１８０度磁区（圧延方向に生じる微細磁石と理解できる）が発生し、一部に９０度磁区（圧延直角方向の微細磁石）が形成される。電磁鋼板の騒音は９０度磁区のみが関与するので、９０度磁区を低減する方向に鋼材を製造する必要がある。１８０度磁区と９０度磁区が形成される原理は、磁場が常に閉回路を描いて回帰する磁場があるからである。磁区微細化の基本原理は、磁場の直角方向に磁区を微細化する時、９０度磁区が急激に減少する原理を利用する。

これにより、本実施例は、前記のように鉄心の角付近で扇骨形態の照射線を形成することで、圧延方向から離脱して流れる磁場の直角方向に合わせて磁区を微細化することによって、磁場の流れが変化しても９０度磁区を効果的に減少させて騒音を低減することができるのである。

本実施例において、前記電磁鋼板１０の切断部１２は、圧延方向に対して４５度に切断された領域で、切断部１２によって電磁鋼板１０に形成されて鈍角をなす角１６を中心点として電磁鋼板１０の圧延方向に直角な延長線と前記切断部１２の切断面との間の領域である。鈍角とは、９０°より大きくかつ１８０°より小さい角を意味する。

前記切断部１２において、照射線１４の中心点は、傾斜して形成された切断線によって電磁鋼板１０に形成された２つの角のうち、鈍角をなす角１６となる。これにより、電磁鋼板１０の切断部１２領域内で、各照射線１４は、鈍角の角１６を中心点として扇骨形態に広がって形成される。切断部１２以外の領域は、通常の構造と同様に、例えば、圧延方向に対して９０度の角度で照射線１８が形成される。

前記レーザミラー２０は、レーザ発生部で発生して照射されたレーザビームを、最終的に電磁鋼板１０の表面に反射する構成部である。前記レーザミラー２０から反射したレーザビームは、電磁鋼板１０の表面に照射されて、電磁鋼板１０の表面に直線形態の照射線１４を形成する。

本実施例において、前記レーザミラー２０は、駆動モータ２２に連結され、駆動モータ２２の作動により、前記中心点を中心として所定の角度ずつ回転運動する構造となっている。前記レーザミラー２０の回転中心は、前記中心点である鈍角の角１６に対応する。つまり、電磁鋼板１０の上部に位置するレーザミラー２０の回転中心は、前記中心点である鈍角の角１６と同一線上に配置される。

これにより、レーザミラー２０は、鈍角の角１６を中心点としてレーザビームを照射するたびに所定の角度分ずつ一方向に回転運動する。レーザミラー２０の回転により、電磁鋼板１０に鈍角の角１６を中心点とする扇骨形態の照射線１４が形成される。

前記コントローラ２４は、駆動モータ２２に制御信号を出力して、レーザミラー２０を予め設定された角度に回転させる。前記駆動モータ２２は、コントローラ２４の制御信号により、レーザビームを照射するたびにレーザミラー２０を所定の角度分ずつ回転させるようになる。本実施例において、レーザミラー２０を移動させる構成部として駆動モータ２２を含むが、これに限定されず、例えば、油圧シリンダや空圧シリンダを用いてレーザミラーを回転運動させることができる。

前記照射線１４は、電磁鋼板１０の幅方向両側端の間で直線形態に延長形成される。各照射線１４は、鈍角の角１６を共通の中心点として形成されるため、図３に示されているように、各照射線１４は、鈍角の角１６から電磁鋼板１０の幅方向に反対側の側端まで延長形成される。

本実施例において、前記レーザミラー２０の回転角度つまり、鈍角の角１６を中心として形成される隣り合う照射線１４の間の角度は、１〜１０°であってもよい。

前記照射線１４の間の角度が１０°を超えると、磁区微細化の効果が減少して鉄損および騒音の低減効果が低下する。磁区微細化は、素地鉄の既存の磁区（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ）を分ける役割であるが、１０°を超えると、既存の磁区の大きさより大きい間隔で磁区が照射されて改善の効果が無くなる。

また、前記照射線１４の間の角度が１°より小さい場合には、照射線１４の間の間隔が過度に微細で、特に、中心点である鈍角の角１６部分で照射線１４が密集して電磁鋼板１０の素地鉄の集合組織を損傷させる恐れが大きくなる。

図４は、他の実施例により切断部に磁区微細化処理された方向性電磁鋼板を示している。

以下の実施例は、切断部に形成された照射線の構造を除く他の構成部は上述した構造と同一である。これにより、上記の実施例と同一の構成については同一の符号を使用し、その詳細な説明は省略する。

図４に示されているように、電磁鋼板１０の切断部１２に形成される照射線１４、１５は、切断部１２の鈍角の角１６を中心点として扇骨形態に広がって形成される。前記照射線１４、１５は、電磁鋼板１０の幅方向両側端の間で直線形態に延長形成される。

ここで、前記照射線１４、１５は、電磁鋼板１０の幅方向側端から前記鈍角の角１６まで延長形成された照射線１４と、電磁鋼板１０の幅方向側端から鈍角の角１６に至らない位置Ｐまでのみ延長形成された照射線１５とが交互に配列形成された構造となっている。

本実施例において、鈍角の角１６に至らない位置Ｐは、電磁鋼板１０の全体幅の１／２〜９／１０地点であってもよい。つまり、照射線１４、１５のうちの一部の照射線１５は、電磁鋼板１０の幅方向側端から電磁鋼板１０の幅の１／２〜９／１０領域Ｌまでのみ延長形成され、残りの鈍角の角１６に至る１／２〜１／１０領域Ｄには形成されない。

前記鈍角の角に至らない位置Ｐが前記範囲を外れると、照射線の形成領域が減少して鈍角の角側で磁区微細化の効果を得にくく、鈍角の角側に照射線が過度に密集して電磁鋼板の損傷の恐れが大きくなる。

このように、電磁鋼板１０の切断部１２に形成される複数の照射線のうちの一部の照射線１５を中心点である鈍角の角１６まで延長形成しないことによって、鈍角の角１６に近い部分で照射線が集中して密集することを低減することができる。

電磁鋼板の切断部１２領域内で、各照射線は、鈍角の角１６を中心として形成されるため、中心点である鈍角の角１６へいくほど照射線の間の間隔は減少する現象が発生する。

これにより、本実施例の場合、電磁鋼板１０の幅の１／２〜９／１０位置までのみ延長形成された照射線１５を他の照射線１４の間に交互に配置することによって、鈍角の角１６部分で照射線の間の間隔がより広くなる効果を得るようになる。したがって、本実施例により扇骨形態の照射線を形成するにあたり、切断部１２で電磁鋼板１０が損傷するのを防止することができる。

上記の構造以外に、電磁鋼板の幅方向側端から鈍角の角に至らない位置までのみ延長形成された照射線のみを切断部内に形成することができる。このような構造も、鈍角の角部分に照射線が集中するのを防止して、切断部で電磁鋼板が損傷するのを防止することができる。

このように、本実施例により磁区微細化された電磁鋼板を接合して変圧器の鉄心を製造することにより、変圧器鉄心の接合部における騒音を低減することができる。

本実施例のように、切断部に扇骨形態の照射線を形成した図３の電磁鋼板で製造された鉄心と、比較例として、図５に示されているように、切断部に圧延方向の９０度の角度で照射線１４を形成した従来の構造の電磁鋼板で製造された鉄心をそれぞれ用いて変圧器を製造した。そして、本実施例と比較例の電磁鋼板が用いられた各変圧器から発生する騒音を、マイクロホンを用いて測定した。騒音の測定は、変圧器の鉄心の接合部領域から３０ｃｍ離れた所にマイクロホンを位置させて測定した。

測定の結果、従来の構造による比較例の場合、騒音が８１ｄＢＡと測定された。これに対し、本実施例の場合、騒音が７８ｄＢＡと測定され、従来と比較して３ｄＢＡ程度減少したことを確認できる。

以上説明したように、本発明の例示的な実施例が図示されて説明されたが、多様な変形と他の実施例が本分野における当業者によって行われるであろう。このような変形と他の実施例は添付した請求の範囲に全て考慮されて含まれ、本発明の真の趣旨および範囲を逸脱しないというべきである。

Claims (18)

1. 方向性電磁鋼板の表面に間隔をおいてレーザビームを照射する方向性電磁鋼板の磁区微細化方法において、
   前記電磁鋼板の少なくともいずれか一領域でレーザビームによって形成される照射線が、電磁鋼板の一地点を中心点として円周方向に沿って間隔をおいて広がって形成される方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
2. 前記一領域は、変圧器鉄心の製造時、電磁鋼板と電磁鋼板との接合部である、請求項１に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
3. 前記一領域は、圧延方向に対して傾斜して切断形成された切断部である、請求項１または２に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
4. 前記中心点は、前記切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角である、請求項３に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
5. 前記照射線は、切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角を中心として電磁鋼板の圧延方向に直角な延長線と前記切断部の切断面との間に形成される、請求項４に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
6. 前記中心点を中心として隣り合う照射線の間の角度は、１〜１０°である、請求項５に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
7. 前記照射線は、電磁鋼板の幅方向側端から前記中心点まで延長形成された、請求項６に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化方法。
8. レーザ発生部から照射されたレーザビームの方向を切り替えて電磁鋼板の表面に照射線を形成するレーザミラーと、前記レーザミラーに連結され、レーザミラーを予め設定された角度ずつ回転させてレーザビームの照射方向を電磁鋼板の一地点を中心として回転移動させるための駆動部と、前記駆動部に連結され、前記レーザミラーの回転角度を制御するコントローラとを含み、電磁鋼板の一側領域における照射線が、電磁鋼板の一地点を中心点として円周方向に沿って間隔をおいて広がって形成される構造である方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
9. 前記磁区微細化装置は、レーザビームが照射される方向性電磁鋼板に張力を付与するサポートロールをさらに含む、請求項８に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
10. 前記電磁鋼板は、圧延方向に対して傾斜して切断されて切断部を形成し、前記切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角が前記中心点をなして、前記駆動部は、レーザミラーを、前記中心点を中心として回転させて照射線を形成する構造である、請求項８または９に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
11. 前記駆動部は、前記中心点を中心としてレーザミラーを１〜１０°の角度に回転させて照射線を形成する構造である、請求項１０に記載の方向性電磁鋼板の磁区微細化装置。
12. 表面に磁区微細化のための照射線が形成され、前記照射線は、少なくともいずれか一領域で電磁鋼板の一地点を中心点として円周方向に沿って間隔をおいて広がって形成された方向性電磁鋼板。
13. 前記電磁鋼板は、変圧器の鉄心製造用である、請求項１２に記載の方向性電磁鋼板。
14. 前記電磁鋼板は、圧延方向に対して傾斜して切断部が切断形成され、前記照射線は、切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角を中心点として角度をおいて形成された、請求項１２または１３に記載の方向性電磁鋼板。
15. 前記照射線は、切断部によって電磁鋼板に形成されて鈍角をなす角を中心として電磁鋼板の圧延方向に直角な延長線と前記切断部の切断面との間に形成された、請求項１４に記載の方向性電磁鋼板。
16. 前記中心点を中心として隣り合う照射線の間の角度は、１〜１０°である、請求項１５に記載の方向性電磁鋼板。
17. 前記照射線は、一部または全部が電磁鋼板の幅方向側端から前記中心点まで延長形成されるか、電磁鋼板の幅方向側端から中心点に向かって中心点に至らない位置までのみ延長形成された、請求項１５に記載の方向性電磁鋼板。
18. 前記照射線のうち、中心点に至らない位置までのみ延長形成された照射線は、電磁鋼板の幅方向側端から中心点に向かって電磁鋼板の幅の１／２〜９／１０位置までのみ延長形成された、請求項１７に記載の方向性電磁鋼板。

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