JP4585101B2

JP4585101B2 - 低騒音トランス用電磁鋼板

Info

Publication number: JP4585101B2
Application number: JP2000256094A
Authority: JP
Inventors: 尚茂木; 昌浩藤倉; 雅人溝上; 修一山崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-08-25
Filing date: 2000-08-25
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-08-25
Also published as: JP2002069594A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトランスなどの鉄心に用いられ、磁気ひずみ特性の優れた低騒音トランス用電磁鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気、電子機器に幅広く使用される磁性材料において、磁界印加時の長さ変化の度合い（これを磁気ひずみと呼ぶ）は変圧器騒音の原因となるため、品質管理における重要な評価項目の一つとなっている。近年、電機機器からの騒音は、生活環境快適化の要求と共にさらに規制が厳しくなりつつある。このため、磁気ひずみの低減による低騒音化の研究が盛んに行われている。
【０００３】
磁性材料のうち、トランスの鉄心に用いられる一方向性電磁鋼板については、還流磁区を減少させることで磁気ひずみを低減する手法がある。ここで言う還流磁区とは、磁界印加方向に対して直角に向いている磁化を有する領域である。この磁化が印加磁界により磁界と平行方向に向けて動くときに磁気ひずみが生じる。従って、還流磁区量が少ないほど磁気ひずみは小さくなる。主な磁気ひずみ低減の手法として以下のものが知られている。
【０００４】
１）結晶粒の＜００１＞方向を圧延方向に揃え、磁化回転により形状変化を生じさせる還流磁区を作らない方法（T.Nozawa et al, "Relationship Between Total Losses under Tensile Stress in 3 Percent Si-Fe Single Crystals and Their Orientations near (110)［001 ］", IEEE Trans. on Mag., Vol. MAG-14, No.4,1978.)，
２）塑性歪を開放することで還流磁区を消去する方法( 特開平7-305115、［画記的な方向性珪素鋼板オリエントコア・ハイビーの開発］：ＯＨＭ1972.2) 、
３）被膜張力を鋼板に印加することで還流磁区を消去する方法(T.Nozawa et al, "Relationship between Total Losses under Tensile Stress in 3 Percent Si-Fe Single Crystals and Their Orientations near (110) ［001 ］", IEEE Trans. on Mag., Vol. MAG-14, No.4,1978.)主にこれら３つの手法により、磁気ひずみを低減させ、電機機器の低騒音化に寄与してきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電機機器のさらなる低騒音化への要求は強く、目的を達するためには高度な技術が必要となる。従来の低騒音化の研究は還流磁区の消滅による磁気ひずみの低減を主な目的としてきた。ところが、この還流磁区の挙動は磁束密度の大きさによって変わり、１．０−１．５Ｔの中磁場では発生し、１．５超−１．９Ｔの高磁場では消滅する。このような挙動により磁気ひずみは磁化過程の途中で減少し、さらに飽和に近づくにつれ増加に転ずる複雑な挙動を示す。よって、それぞれの磁束密度によって磁気ひずみ低減の最適方法があり従来技術として確立されている。例えば、ある基準の磁束密度（中磁場の１．３Ｔ，高磁場の１．９Ｔ等）を定めて最適化を行ってきた。しかしながら、さらなる低騒音化への要求は強く、更に高度な技術が必要となっている。
【０００６】
このような事実に基づき、前述した還流磁区の挙動を把握し、中磁場から高磁場まで磁気ひずみを低減する条件を見出せれば大きな騒音の低減効果が得られる。
本発明は、中磁場および高磁場両域における最適磁気ひずみ低減条件を見出し、低騒音化を効果的に実現する、磁気ひずみ特性の優れた低騒音トランス用電磁鋼板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の具体的な手段は、以下の通りである。
（１）トランスとした際の騒音を低減するために、励磁磁束密度がＢＴの時の磁気ひずみ（ｐ―ｐ値）をλ_B とする時、１．０≦Ｂ≦１．５におけるλ_B が０．３×１０^-6以下で、１．５＜Ｂ≦１．９におけるλ_B が０．５×１０^-6以下となり、かつ、鋼板の励磁方向に３ＭＰａ以上の圧縮力を加えた状態での１．９Ｔにおけるλ_B が０．５×１０^-6以下となるように磁気ひずみを調整した、板厚が０．３０ｍｍ以上であることを特徴とするトランス用電磁鋼板。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、中磁場および高磁場における最適磁気ひずみ低減条件を見出すことによって、騒音を大きく低減させた低騒音トランス用電磁鋼板である。
すでに述べたように、現在までの研究はいずれも、ある一定条件の磁束密度において磁気ひずみを低減させていた。しかしながら、本発明者らは、中磁場あるいは高磁場のどちらか一方で磁気ひずみの最適化を行った場合、最適化していない磁束密度域における騒音が高く、騒音が効果的に低減していないことを知見し、これを改善するために鋭意研究を行った。以下実験にもとづき説明する。
【０００９】
図１は、一方向性電磁鋼板を１．３Ｔの中磁場で励磁した場合の磁気ひずみ波形を示したものである。被膜張力が比較的弱い２．５ＭＰａの場合は磁気ひずみの波形は正に増加している。被膜張力を強くし、７．５ＭＰａにした場合は磁束密度が最大で磁気ひずみ波形は負の方向に増加し、λ_1.3は大きくなる。特に、波形が正にも負にも大きく伸びず、λ＝０である磁束密度軸に沿っている場合、磁気ひずみの振幅は小さく、この条件が中磁場で低λ_Bの最適条件である。
【００１０】
図２は、１．９Ｔの高磁場で励磁したときの磁気ひずみの波形を示したものである。被膜張力が強くなるに従いλ_1.9が小さくなった。この図から高磁場ではやや強い７．５ＭＰａの被膜張力が最適条件であることが見受けられる。このように中磁場と高磁場において磁気ひずみ低減化の条件が異なるため、それぞれの条件に注意しないと予想した低騒音化効果が得られないことが予想される。
【００１１】
図３は、外部から機械的に張力を加えた場合のλ_1.5の変化を示したものである。中磁場の１．５Ｔでは一旦ある張力で下がり、再び増加している。これは前述の波形の変化からも同様な傾向であり、最適な張力においてλ波形は磁束密度増加によって正または負の方向に増加せず、λ＝０である磁束密度軸に沿っているのでλ_1.5は小さい。
【００１２】
図４は、高磁場２．０Ｔでのλ_2.0の変化を示した図である。図４から分かるように、張力を印加するに従いλ_2.0は減少する。これは、張力が弱い場合、磁束密度増加に伴い還流磁区が減少するため正方向に増加している磁気ひずみ波形が張力を加えた場合、始めから還流磁区が少なく磁束密度が増加しても還流磁区の変化量が小さいため、磁束密度軸に沿うように近づくためであり、これも前述した現象と一致する。
【００１３】
以上の観点から本発明者らは、中磁場または高磁場のいずれかにおいて磁気ひずみを最適化するだけでは騒音低減は不完全で、それぞれの磁場において同時に低磁気ひずみ条件を満たすことが重要であると考えた。この条件は、図３、図４においては５ＭＰａの機械的張力の領域で満足される。また、被膜張力では機械的張力よりも経験的に約２倍の強さの張力が必要であり、これらの条件を満たす電磁鋼板を提供することで、効果的にトランス等の電機機器騒音を低減できると考え、本発明に至ったのである。
【００１４】
次に、本発明の限定条件について説明する。
１．０≦Ｂ≦１．５におけるλ_Bを０．３×１０^-6以下とする理由は、低騒音用トランスでは中磁場設計が多く用いられるため、この値まで磁気ひずみを低減する必要があるからである。
１．５＜Ｂ≦１．９におけるλ_Bを０．５×１０^-6以下とする理由は、高磁場で従来以上の低騒音を得るためにはこの条件を満たす必要があるからである。
【００１５】
鋼板の励磁方向に３ＭＰａ以上の圧縮力を加えた状態での１．９Ｔにおけるλ_Bを０．５×１０^-6以下とする理由は、この条件を満足すれば製造されたトランスで鋼板に圧縮力が加わっても特性が劣化し騒音が大きくなる可能性が少なく、低騒音化のためにはこのレベルの特性が必要であるからである。
板厚を０．３０ｍｍ以上とする理由は、この条件でトランスが多く組み立てられており、低騒音化のためにはこの板厚で上記条件を満たす必要があるからである。
【００１６】
以上のように、中磁場および高磁場において良好な磁気ひずみ条件を満足させるためには操業条件等を調整すれば良い。調整する手段としては、上記で述べたように張力を変える一例として、絶縁被膜の厚さ・組成を調整する方法に加え、磁区制御方法の強度、例えば、レ−ザ−による手段であればレ−ザ−の強度、物理的な溝形成による手段であれば溝深さなどを適宜調整することで、所望の磁気ひずみ条件を得ることができる。
【００１７】
以上のように、被膜張力あるいはレ−ザ−強度の変更により磁気ひずみを制御できる理由としては、以下のように考えている。局所ひずみを導入すると、ひずみの部分に還流磁区（磁化容易方向に直交する磁区）が生じ、磁気ひずみは励磁磁束密度全域で高くなる。同時に局所ひずみによる磁区細分化で、１．７Ｔ付近で発生するランセットと呼ばれる還流磁区を消去でき、磁気ひずみ波形をある範囲で制御できるからである。なお、ここで言うランセットは、結晶粒の［００１］軸が板厚方向へ傾斜しているため発生する。この際、表面から漏れ磁束が発生するが、静磁エネルギ−的に不安定なためにこの漏れ磁束を吸収し安定にする役割を果たしている。
【００１８】
一方、被膜張力を変えると磁気ひずみの逆効果により還流磁区が消磁状態で消滅し、これが還流磁区消滅開始の磁束密度を変え波形制御が可能になる。従って、この二つの因子を適宜調整することで中高磁場における磁気ひずみを制御し、低騒音を得ることができる。このため、磁区細分化の方法はひずみを残存させる方法、例えば、レ−ザ−などのように熱ひずみを与える方法が効果的である。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
常法により製造した、板厚０．３０ｍｍの一方向性電磁鋼板に対し、張力被膜を、張力が１〜５ＭＰａの範囲になるよう、塗布量を５条件に振って塗布した。この５試料について１．４Ｔ、１．７Ｔ、１．９Ｔに励磁した時の磁気ひずみを、レ−ザ−ドップラ−方式による非接触式磁気ひずみ測定装置により測定した。
結果を表１に示す。
【００２０】
この中から本発明の波形条件を満たす試料Ｄと、満たさないＡ、Ｂを用いて５００ｋVAの３相トランスを組み立て、５０Hz１．５T で励磁した状態における騒音を測定した。その結果を表２に示す。
本発明の条件を満たす材料から製作したトランスでは、騒音を低くすることができた。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２７】
（実施例３）
常法により製造した、板厚０．３０ｍｍの一方向性電磁鋼板に対し、エネルギ−密度３０ｍＪ／ｍｍ²のレ−ザ−照射により6 ｍｍ間隔の歪帯を導入した。
この鋼板に張力被膜を、張力が０〜６ＭＰａの範囲になるよう、塗布量を５条件に振って塗布した。
【００２８】
この５試料について１．４Ｔ、１．７Ｔ、１．９Ｔに励磁した時の磁気ひずみを、レ−ザ−ドップラ−方式による非接触式磁気ひずみ測定装置により測定した。結果を表４に示す。
この中から本発明の波形条件を満たす試料Ｏと、満たさないＫ、Ｍを用いて５００ｋVAの３相トランスを組み立て、５０Hz１．５T で励磁した状態における騒音を測定した。その結果を表５に示す。
【００２９】
本発明の条件を満たす材料から製作したトランスでは、騒音を低くすることができた。
【００３０】
【表４】

【００３１】
【表５】

【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば中磁場および高磁場において磁気ひずみの少ない一方向性電磁鋼板が容易に提供でき、電機機器の低騒音化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中磁場での磁気ひずみのプロフィルを示した図である。
【図２】高磁場での磁気ひずみのプロフィルを示した図である。
【図３】中磁場での磁気ひずみの張力特性を示した図である。
【図４】高磁場での磁気ひずみの張力特性を示した図である。

Claims

トランスとした際の騒音を低減するために、励磁磁束密度がＢＴの時の磁気ひずみ（ｐ―ｐ値）をλ_B とする時、１．０≦Ｂ≦１．５におけるλ_B が０．３×１０^-6以下で、１．５＜Ｂ≦１．９におけるλ_B が０．５×１０^-6以下となり、かつ、鋼板の励磁方向に３ＭＰａ以上の圧縮力を加えた状態での１．９Ｔにおけるλ_B が０．５×１０^-6以下となるように磁気ひずみを調整した、板厚が０．３０ｍｍ以上であることを特徴とするトランス用電磁鋼板。