JP6919559B2 - 巻鉄心の鉄損劣位部特定方法 - Google Patents
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Description
また、非特許文献1には、方向性電磁鋼板の双晶と磁気特性との関係について開示されている。
そのため、巻鉄心の鉄損劣位部を特定するために、BFが劣位なコアと、BFが良好なコアの双方を潰す必要があり、手間とコストがかかるという問題がある。
本開示は上記実情に鑑みてなされたものであり、巻鉄心の鉄損劣位部を簡易的に特定する方法を提供することを目的とする。
前記巻鉄心は、側面視において略矩形状の巻鉄心本体を備え、
前記巻鉄心本体は、長手方向に平面部とコーナー部とが交互に連続し、当該各コーナー部において隣接する2つの平面部のなす角が90°である前記方向性電磁鋼板が板厚方向に積み重ねられた、側面視において略矩形状の積層構造を有し、且つ、1周回中に少なくとも1か所以上の接合部を有し、
前記巻鉄心を、巻厚が14mm以上である一群の分割巻鉄心となるように分割する工程と、
各分割巻鉄心の鉄損劣化(巻鉄心鉄損(W/kg)/素材鉄損(W/kg))の指標として用いるビルディングファクタ(BF)を算出する工程と、
予め算出しておいた前記巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する前記分割巻鉄心を、前記鉄損劣位部を有する分割巻鉄心であると特定する工程と、を有することを特徴とする。
前記巻鉄心は、側面視において略矩形状の巻鉄心本体を備え、
前記巻鉄心本体は、長手方向に平面部とコーナー部とが交互に連続し、当該各コーナー部において隣接する2つの平面部のなす角が90°である前記方向性電磁鋼板が板厚方向に積み重ねられた、側面視において略矩形状の積層構造を有し、且つ、1周回中に少なくとも1か所以上の接合部を有し、
前記巻鉄心を、巻厚が14mm以上である一群の分割巻鉄心となるように分割する工程と、
各分割巻鉄心の鉄損劣化(巻鉄心鉄損(W/kg)/素材鉄損(W/kg))の指標として用いるビルディングファクタ(BF)を算出する工程と、
予め算出しておいた前記巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する前記分割巻鉄心を、前記鉄損劣位部を有する分割巻鉄心であると特定する工程と、を有することを特徴とする。
本開示において巻鉄心(コア)は、1周回中に接合部を1か所有し且つ曲げ加工領域(屈曲部)を有さない巻鉄心をトランココアと称し、1周回中に接合部を1か所有し且つ曲げ加工領域を有する巻鉄心をユニコアと称し、1周回中に接合部を2か所有し且つ曲げ加工領域を有する巻鉄心をデュオコアと称する場合がある。
本開示の特定方法の精度を高めるためには、分割後の巻鉄心と、分割前の巻鉄心との磁束密度を同程度とする必要がある。そこで、本研究者らは、分割後巻鉄心と、分割前巻鉄心との磁束密度が同程度となるための巻厚条件を、巻鉄心巻厚を変えて、巻鉄心の磁束密度を測定することにより見出した(参考実験例1)。
図15に示すように、巻鉄心容量が5〜75KVAの間で変化しても、巻厚を14mm以上有する巻鉄心であれば、巻鉄心のコーナー部での磁束密度の低下が抑制されると考えられ、分割後巻鉄心と、分割前巻鉄心との磁束密度を同程度とすることができることが分かった。
本開示の特定方法の精度を高めるためには、分割後巻鉄心と、分割前巻鉄心との偏磁の影響を同程度とする必要がある。そこで、本研究者らは、巻厚を変えた際の巻鉄心の偏磁の影響を定量評価した(参考実験例2)。
図16に示すように、巻鉄心の容量(5〜75KVA)に関係なく、巻鉄心の巻厚が14mm以上となれば偏磁の影響は略一定となることが分かった。
本開示の特定方法によれば、巻鉄心を所定巻厚に分割して、分割前巻鉄心のBFと、分割後巻鉄心のBFとを比較し、分割前巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する分割巻鉄心を、鉄損劣位部を有する分割巻鉄心であると特定することができる。
双晶はその発生率に比例して、巻鉄心の鉄損が劣化することが明らかとなっている(非特許文献1参照)。
そして、双晶は、巻鉄心の製造の際の加工により、主に巻鉄心のコーナー部で発生すると考えられる。
一方、本開示の特定方法によれば、上記手間を省き、BFが劣位なコア1体を所定の巻厚に分割して、各分割巻鉄心のBFを評価することで、分割前巻鉄心のBFが劣位な箇所(特に加工によりコーナー部に発生した双晶による鉄損劣位部)を簡易的に特定することができる。
また、巻鉄心の鉄損劣位原因を同定するため、巻鉄心の巻厚方向でどの部分の鉄損劣位が激しいかを簡易的に特定し、そこから巻鉄心全体の鉄損劣位の原因を明らかにすることができる。
これにより、巻鉄心の成型・加工法の改善を検討することができ、特性はずれのコアの発生を少なくすることにつなげることができる。
さらに、巻鉄心の鉄損劣位を抑制する対策を早急に実施でき、高性能な巻鉄心製造に寄与することができる。
本開示において方向性電磁鋼板は、少なくとも、母鋼板を有し、必要に応じ、母鋼板表面に被膜を有していてもよい。被膜としては、例えば、グラス被膜などが挙げられる。以下、方向性電磁鋼板の各構成について説明する。
本開示において母鋼板は、特に限定されず、方向性電磁鋼板として公知のものの中から、適宜選択して用いることができる。以下、好ましい母鋼板の一例について説明するが、本開示において母鋼板は以下のものに限定されるものではない。
なお、本開示において、「不可避的不純物」とは、母鋼板を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境等から不可避的に混入する元素を意味する。
また、方向性電磁鋼板では二次再結晶時に純化焼鈍を経ることが一般的である。純化焼鈍においてはインヒビター形成元素の系外への排出が起きる。特にN、Sについては濃度の低下が顕著で、50ppm以下になる。通常の純化焼鈍条件であれば、9ppm以下、さらには6ppm以下、純化焼鈍を十分に行えば、一般的な分析では検出できない程度(1ppm以下)にまで達する。
母鋼板の化学成分は、鋼の一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、母鋼板の化学成分は、ICP−AES(Inductively Coupled Plasma−Atomic Emission Spectrometry)を用いて測定すればよい。具体的には、例えば、被膜除去後の母鋼板の中央の位置から35mm角の試験片を取得し、島津製作所製ICPS−8100等(測定装置)により、予め作成した検量線に基づいた条件で測定することにより特定できる。なお、CおよびSは燃焼−赤外線吸収法を用い、Nは不活性ガス融解−熱伝導度法を用いて測定すればよい。
なお、母鋼板の化学成分は、方向性電磁鋼板から後述の方法により後述のグラス被膜およびリンを含有する被膜等を除去した鋼板を母鋼板としてその成分を分析した成分である。
本開示において母鋼板の厚みは特に限定されないが、0.10mm以上0.50mm以下であってもよく、0.15mm以上0.40mm以下であってもよい。
本開示においてグラス被膜の厚みは特に限定されないが、0.5μm以上3μm以下であってもよい。
図1は、巻鉄心の一実施形態を模式的に示す斜視図である。
図2は、図1の実施形態に示される巻鉄心の側面図である。
また、図3及び図4は、巻鉄心の別の一実施形態を模式的に示す側面図である。
なお、本開示において側面視とは、巻鉄心を構成する長尺状の方向性電磁鋼板の幅方向(図1におけるY軸方向)に視ることをいい、側面図とは側面視により視認される形状を表した図(図1のY軸方向の図)である。
本開示においては、方向性電磁鋼板1の各コーナー部3は、側面視において、曲線状の形状を有する曲げ加工領域(屈曲部)5を有していても、有していなくてもよいが、コーナー部3が少なくとも一つの曲げ加工領域5を有する場合は、一つのコーナー部3に存在する各曲げ加工領域5の曲げ角度の合計は90°となる。
図2の実施形態は1つのコーナー部3中に2つの曲げ加工領域5を有する場合である。
図3の実施形態は1つのコーナー部3中に3つの曲げ加工領域5を有する場合である。
また、図4の実施形態は、1つのコーナー部3が1つの曲げ加工領域5により形成されている場合である。
図5及び図6の例に示されるように、1つのコーナー部に2つ以上の曲げ加工領域を有する場合には、方向性電磁鋼板の第1の平面部を表す直線状の部分に第1の曲げ加工領域(曲線部分)が連続し、その先には直線部分、第2の曲げ加工領域(曲線部分)、別の直線部分というように、曲げ加工領域(曲線部分)と直線部分が交互に連続し、当該コーナー部における最後の曲げ加工領域(曲線部分)に至り、その先に、コーナー部を介して前記第1の平面部に隣接する、方向性電磁鋼板の第2の平面部が連続してなる形状を有する。
図6は、図3の実施形態におけるコーナー部付近の拡大図である。
図6においても図5と同様に線分A−A’から線分B−B’までの領域をコーナー部3とする。図6において、点Aは平面部4aに最も近い曲げ加工領域5aの平面部4a側の端点であり、点Bは平面部4bに最も近い曲げ加工領域5bの平面部4b側の端点である。曲げ加工領域が3つ以上ある場合、各曲げ加工領域間には直線部分が存在する。いずれの平坦部が平面部4を構成するかについては、コーナー部を介して隣接する2つの平面部のなす角θが90°であることを考慮して決定すればよく、これにより平面部4に隣接する曲げ加工領域5が決定される。なお図6の例では、φ1+φ2+φ3が90°となり、一般にコーナー部内にn個の曲げ加工領域を有する場合、φ1+φ2+・・・+φnは90°となる。
図7は、図4の実施形態におけるコーナー部付近の拡大図である。
図7においても図5及び図6と同様に線分A−A’から線分B−B’までの領域をコーナー部3とする。図7において点Aは曲げ加工領域5の平面部4a側の端点であり、点Bは曲げ加工領域5の平面部4b側端点となる。また図7の例では、φ1は90°である。
1つのコーナー部に2つの曲げ加工領域を有する図5の実施形態では、鉄損低減の点から、例えば、φ1=60°且つφ2=30°とすることや、φ1=45°且つφ2=45°等とすることができ、生産効率の点からは折り曲げ角度が等しいことが好ましいため、φ1=45°且つφ2=45°としてもよい。
また、1つのコーナー部に3つの曲げ加工領域を有する図6の実施形態では、鉄損低減の点から、例えばφ1=30°、φ2=30°且つφ3=30°等とすることができる。
図9は1周回中に接合部が2か所且つ曲げ加工領域を有する巻鉄心の材料として用いられる方向性電磁鋼板の一例を模式的に示す図である。
図8及び図9の例に示されるように、1周回中に接合部が1か所以上且つ曲げ加工領域を有する巻鉄心に用いることができる方向性電磁鋼板は、折り曲げ加工されたものであって、前記巻鉄心のコーナー部に対応する1つまたは2つ以上の曲げ加工領域5から構成されるコーナー部3と、平面部4を有し、1周回中に1つ以上の接合部6を介して略矩形の環を形成してもよい。
図8の例に示されるように、1つの接合部6を介して1枚の方向性電磁鋼板が巻鉄心本体の1層分を構成するものであってもよく、図9の例に示されるように1枚の方向性電磁鋼板が巻鉄心の約半周分を構成し、2つの接合部6を介して2枚の方向性電磁鋼板が巻鉄心本体の1層分を構成するものであってもよい。
また巻鉄心の材料として用いられる方向性電磁鋼板の別の例としては、2枚の方向性電磁鋼板が巻鉄心本体の1層分を構成する場合、略矩形の3辺に相当する曲げ加工体と、残りの1辺に相当する真直ぐな(側面視が直線状の)鋼板を組み合わせて略矩形状の環を形成してもよい。このように、2枚以上の方向性電磁鋼板が巻鉄心本体の1層分を構成する場合、鋼板の曲げ加工体と、真直ぐな(側面視が直線状の)鋼板とを組み合わせてもよい。
いずれの場合も巻鉄心製造時に隣接する2層間に隙間が生じないようにするため、隣接する2層の方向性電磁鋼板において、内側に配置される方向性電磁鋼板の平面部4の外周長と、外側に配置される方向性電磁鋼板の平面部4の内周長が等しくなるように鋼板の長さ及び曲げ加工領域の位置を調整する。
図10は、方向性電磁鋼板のコーナー部の曲げ加工領域の一例を模式的に示す図である。
曲げ加工領域の曲げ角度とは、方向性電磁鋼板の曲げ加工領域において、折り曲げ方向の後方側の直線部と前方側の直線部の間に生じた角度差を意味し、曲げ加工領域において、方向性電磁鋼板の外面を表す線Lbに含まれる曲線部分の両側(点F及び点G)それぞれに隣接する直線部分を延長して得られる2つの仮想線Lb−elongation1、Lb−elongation2がなす角の補角の角度φとして表される。
各曲げ加工領域の曲げ角度φは、90°以下であり、かつ、一つのコーナー部に存在する全ての曲げ加工領域の曲げ角度φの合計は90°である。
側面視において、方向性電磁鋼板の内面を表す線Laに含まれる曲線部分における曲率半径の中心点Aと、方向性電磁鋼板の外面を表す線Lbに含まれる曲線部分の両側それぞれに隣接する直線部分を延長して得られる前記2つの仮想線Lb−elongation1、Lb−elongation2の交点Bとを結んだ直線ABが、方向性電磁鋼板の外面を表す線と交わる点をHとし、方向性電磁鋼板の内面を表す線と交わる点を原点Cとし、
当該原点Cから方向性電磁鋼板の内面を表す線Laに沿って、一方の方向に曲線部分の距離m/2だけ離れた点を点Dとし、
当該原点Cから方向性電磁鋼板の内面を表す線Laに沿って、他の方向に曲線部分の距離m/2だけ離れた点を点Eとし、
方向性電磁鋼板の外面を表す線Lbに含まれる前記直線部分のうち、前記点Dに対向する直線部分と、当該点Dに対向する直線部分に対し垂直に引かれ且つ前記点Dを通過する仮想線との交点を点Gとし、
方向性電磁鋼板の外面を表す線Lbに含まれる前記直線部分のうち、前記点Eに対向する直線部分と、当該点Eに対向する直線部分に対し垂直に引かれ且つ前記点Eを通過する仮想線との交点を点Fとする。
また、図10において、点Dから点Eまでの曲線部分の距離mは、下記式(A)により算出される。
式(A): m = r ×∠EAD
[式(A)中、mは、点Cから点Dまでの曲線部分の距離m/2と点Cから点Eまでの曲線部分の距離m/2の総距離、すなわち、点Dから点Eまでの曲線部分の距離mを表す。rは中心点Aから点Cまでの距離(曲率半径)を表す。∠EADは、線分EAと線分DAとのなす角φを示し、例えば、φ=45°のときは、π/4である。]
巻鉄心の製造方法のひとつとして、例えば、トランココアの製造方法としては、方向性電磁鋼板を筒状に巻き取った後、コーナー部をプレスし、略矩形に形成した後、焼鈍することにより、歪取りと形状保持を行い、その後接合部を形成して巻鉄心とする方法が挙げられる。この製法の場合、巻鉄心の寸法に応じてコーナー部の曲率半径は異なるが、当該曲率半径は概ね4mm以上の比較的大きい緩やかな曲面となっている。
当該製造方法によれば、上記プレス工程が不要であり、また、方向性電磁鋼板を折り曲げているため形状が保持され、上記焼鈍工程による形状保持が必須の工程とはならないため、製造が容易である。なお、本開示においては、曲げ加工領域の歪みによる鉄損劣化の影響を抑制し、本開示の特定方法の精度を向上させる観点から、焼鈍工程を行なってもよい。この製法では、方向性電磁鋼板を曲げ加工するため、当該加工部分には曲率半径が1mm〜3mm程度の比較的小さな曲げ加工領域が形成される。
まず、方向性電磁鋼板を準備する。方向性電磁鋼板は製造してもよく、市販品を入手してもよい。方向性電磁鋼板の製造方法や化学組成については前述したとおりであるため、ここでの説明は省略する。
次に、必要に応じて上記方向性電磁鋼板を所望の長さに切断した後、前記方向性電磁鋼板上に予め割り当てた各コーナー部形成領域に少なくとも一か所を曲げ加工することにより、前記方向性電磁鋼板を、平面部とコーナー部とが交互に連続し、当該各コーナー部において隣接する2つの平面部のなす角が90°である曲げ加工体を成形する。
曲げ加工の方法について図を参照して説明する。
図11は、巻鉄心の製造方法における曲げ加工方法の一例を示す模式図である。
加工機の構成は特に限定されるものではないが、例えば、図11に示されるように、通常、プレス加工のためのダイスとパンチとを有し、更に方向性電磁鋼板を固定するガイドなどを有している。方向性電磁鋼板(図11においては単に電磁鋼板と称している)は、搬送方向に搬送され、予め設定された位置で固定される。次いでパンチで予め設定されたクリアランス(c)およびストローク(s)を調整することにより、折れ曲がり角度φの曲げ加工領域を有する曲げ加工体が得られる。
曲げ加工領域の曲率半径rは、通常、ダイスとパンチ間の距離(c)、ダイスの形状(rd)、パンチの形状(rp)を変更することにより調整することができる。
上記曲げ加工後、曲げ加工領域の歪みによる鉄損劣化の影響を抑制し、本開示の特定方法の精度を向上させる観点から、曲げ加工領域の歪みを焼鈍により除去してもよい。
次いで、前記曲げ加工体である方向性電磁鋼板を、コーナー部同士を位置合わせし、板厚方向に重ねあわせて積層し、側面視において略矩形状の積層体を形成することにより、巻鉄心を得ることができる。得られた巻鉄心は、更に必要に応じて結束バンド等公知の結束バンド等、公知の締付具を用いて固定してもよい。
以下、各工程について順に説明する。
巻鉄心分割工程は、前記巻鉄心を、巻厚が14mm以上である一群の分割巻鉄心となるように分割する工程である。
一群の分割巻鉄心の巻厚は14mm以上であれば、各分割巻鉄心の巻厚は互いに同じであっても、異なっていてもよい。
なお、分割する前の巻鉄心の巻厚は、少なくとも28mm以上であり、上限値は特に限定されないが、取り扱いが容易な観点から、40〜120mmであってもよい。
BF算出工程は、各分割巻鉄心の鉄損劣化(巻鉄心鉄損(W/kg)/素材鉄損(W/kg))の指標として用いるビルディングファクタ(BF)を算出する工程である。
素材鉄損は、従来公知の方法で求めることができ、例えば、方向性電磁鋼板の単板を採取して、Hコイル法により求めることができる。
そして、巻鉄心鉄損を素材鉄損で除することにより、巻鉄心のBFを算出することができる。
鉄損劣位部特定工程は、予め算出しておいた前記巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する前記分割巻鉄心を、前記鉄損劣位部を有する分割巻鉄心であると特定する工程である。
本開示によれば、少なくとも分割巻鉄心の巻厚が14mm以上であれば、BFが良好な比較用コアを評価することなく、BF劣位のコアの分割巻鉄心のBFのみを算出することで、当該BF劣位のコアの鉄損劣位部(特に双晶発生部位)を特定することができる。
[素材鋼板]
素材の方向性電磁鋼板は23ZDMH85材(板厚:0.23mm、鉄損W17/50(W/kg):0.85≦)を使用した。
素材鉄損は、単板(W100mm×L500mm)を採取して、Hコイル法により評価した。
素材鉄損W17/50は、0.78(W/kg)であった。なお、W17/50は、1.7T/50Hzのときの鉄損値である。
上記素材鋼板を用いて、巻鉄心(コア)A〜Cを作製した。
そして、巻鉄心A〜Cの巻鉄心鉄損をJIS 2550−1に記載されている励磁電流法により評価した。
そして、巻鉄心A〜CのBFを算出した。結果を表1に示す。
表1に示すように、コアAは、BFが1未満でありBFが良好である。一方、コアB、及びコアCは、BFが1を超えているため、BFが良好ではない。
実施例1〜3、比較例1では、上記で得られたコアA〜Cをそれぞれ用いて、コアA〜Cの鉄損劣位部の特定をした。
具体的には、実施例1〜3、比較例1それぞれでコアA〜Cを準備し、当該各コアA〜Cを巻厚8mm以上(比較例1)、14mm以上(実施例1)、20mm以上(実施例2)、24mm以上(実施例3)となるように分割し、各コアA〜Cそれぞれについて一群の分割巻鉄心を作製した。
なお、実施例1では、巻厚が14mm未満となる分割巻鉄心ができないように分割巻鉄心の巻厚を調整した。実施例2では、巻厚が20mm未満となる分割巻鉄心ができないように分割巻鉄心の巻厚を調整した。実施例3では、巻厚が24mm未満となる分割巻鉄心ができないように分割巻鉄心の巻厚を調整した。比較例1では、巻厚が8mm未満となる分割巻鉄心ができないように分割巻鉄心の巻厚を調整した。
そして一群の分割巻鉄心の鉄損(W/kg)をJIS 2550−1に記載されている励磁電流法により測定した。
その後、素材鉄損値と各分割巻鉄心の鉄損値から各分割巻鉄心のBFを評価した。
BF算出結果を表2(比較例1)、表3(実施例1)、表4(実施例2)、表5(実施例3)に示す。
表2〜5に示すように、一群の分割巻鉄心の内、分割前の巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する分割巻鉄心が存在することがわかる。
上記分割前の巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する分割巻鉄心が、鉄損劣位部を有することを検証するため、上記[BF評価]で作製した一群の分割巻鉄心のBF評価をした後、各分割巻鉄心の双晶の数を算出した。
具体的には、分割巻鉄心を分解し、当該分割巻鉄心を構成する一群の方向性電磁鋼板を取り出し、当該一群の方向性電磁鋼板について当該分割巻鉄心の外周側に存在する方向性電磁鋼板から順番に採番し、当該一群の方向性電磁鋼板について1枚1枚順番に双晶を観察し、当該方向性電磁鋼板の順番と双晶の数が対応するように当該一群の方向性電磁鋼板の各方向性電磁鋼板の双晶の本数を算出した。そして、分割巻鉄心の双晶の数は、当該分割巻鉄心を構成する一群の方向性電磁鋼板の各方向性電磁鋼板の双晶の数を平均化して算出した。
また、双晶であることは、走査電子顕微鏡と電子線後方散乱回折法(Electron backscatter diffraction、略称EBSD)を用いて、方向性電磁鋼板のコーナー部の金属組織を観察することにより断定した。
コーナー部における双晶の数は、方向性電磁鋼板のコーナー部の断面を、光学顕微鏡を用いて撮影し、目視で確認し、方向性電磁鋼板表面から内部に向かって発生する筋状の双晶の数(方向性電磁鋼板の板厚方向の中心線の長さ1mmに対する双晶の数)を算出した。
方向性電磁鋼板のコーナー部の断面の試料は、方向性電磁鋼板からコーナー部を含むように適当な範囲の長さで切断した。
次に板幅の片側をエポキシ樹脂で埋め込みを行った。
そして、SiC研磨紙をJIS R 6010の中にある粒度の研磨紙#80から#220、#600、#1000、#1500へと変えた後、6μm、3μm、1μmのダイヤモンド研磨を行い鏡面に仕上げた。
最後に、方向性電磁鋼板を3%ナイタールとピクリン酸と塩酸2〜3滴加えた溶液に20秒弱浸して、組織を腐食させることにより、コーナー部の断面観察用の試料とした。
曲線KJの長さm’は、上記式(A)において、mをm’とし、点Hと点Cの中点を点Iとしたとき、点Aから点Iまでの距離を曲率半径r’とし、rをr’と置き換えることで算出した。
これらの結果から方向性電磁鋼板の板厚方向の中心線の長さ1mmに対する双晶の数を求めることができた。
双晶本数算出結果を表2(比較例1)、表3(実施例1)、表4(実施例2)、表5(実施例3)に示す。
表3に示すように、コアCにおいて、コアCの最内周部からの巻厚が28〜42mmの箇所の分割巻鉄心のBF値は1.16であり、コアCの最内周部からの巻厚が42〜56mmの箇所の分割巻鉄心のBF値は1.17であり、共にコアCの分割前の1体の巻鉄心のBF値(1.1)を超えている。一方、コアCの最内周部からの巻厚が28〜42mmの箇所の分割巻鉄心の双晶の本数は25本/mmであり、コアCの最内周部からの巻厚が42〜56mmの箇所の分割巻鉄心の双晶の本数は21本/mmであり、その他の箇所の分割巻鉄心の双晶の本数と比較して多い。
したがって、コアB〜Cにおいて、分割前の1体の巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する分割巻鉄心と、双晶の発生本数が多い分割巻鉄心との間に、相関関係を見出すことができた。
表4に示すように、コアCにおいて、コアCの最内周部からの巻厚が20〜40mmの箇所の分割巻鉄心のBF値は1.18であり、コアCの最内周部からの巻厚が40〜60mmの箇所の分割巻鉄心のBF値は1.16であり、共にコアCの分割前の1体の巻鉄心のBF値(1.1)を超えている。一方、コアCの最内周部からの巻厚が20〜40mmの箇所の分割巻鉄心の双晶の本数は27本/mmであり、コアCの最内周部からの巻厚が40〜60mmの箇所の分割巻鉄心の双晶の本数は26本/mmであり、その他の箇所の分割巻鉄心の双晶の本数と比較して多い。
したがって、コアB〜Cにおいて、分割前の1体の巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する分割巻鉄心と、双晶の発生本数が多い分割巻鉄心との間に、相関関係を見出すことができた。
表5に示すように、コアCにおいて、コアCの最内周部からの巻厚が0〜24mmの箇所の分割巻鉄心のBF値は1.12であり、コアCの最内周部からの巻厚が24〜48mmの箇所の分割巻鉄心のBF値は1.14であり、コアCの最内周部からの巻厚が48〜83mmの箇所の分割巻鉄心のBF値は1.14であり、すべてコアCの分割前の1体の巻鉄心のBF値(1.1)を超えている。一方、コアCの最内周部からの巻厚が0〜24mmの箇所の分割巻鉄心の双晶の本数は17本/mmであり、コアCの最内周部からの巻厚が24〜48mmの箇所の分割巻鉄心の双晶の本数は19本/mmであり、コアCの最内周部からの巻厚が48〜83mmの箇所の分割巻鉄心の双晶の本数は18本/mmであり、すべての分割巻鉄心の双晶の本数が平均して多い。
したがって、コアB〜Cにおいて、分割前の1体の巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する分割巻鉄心と、双晶の発生本数が多い分割巻鉄心との間に、相関関係を見出すことができた。
表2に示すように、巻厚8mm以上11mm以下に分割した比較例1では、コアB〜Cにおいて、双晶の発生本数が多い分割巻鉄心とBF劣位の分割巻鉄心とが一致していないことがわかる。
そのため、従来通り、BFの良好なコアAを比較コアとして、BFが良好でないコアB〜Cの鉄損劣位部を評価しなければならない。
そのため、BFの良好なコアAを比較コアとして評価する必要がなく、BFが良好でないコアB〜Cみを分割して各分割巻鉄心のBFを評価するだけで、簡易的に鉄損劣位部を特定することができる。
なお、コアCについては、すべての分割巻鉄心において、コーナー部で双晶が多く発生していることが断定されたが、分割することによりコア全体の中で特に双晶が多い箇所を断定することができる。
そのため、少なくとも分割巻鉄心の巻厚が14mm以上であれば、BFが良好な比較用コアAを評価することなく、BF劣位のコアB、Cの分割巻鉄心のBFのみを測定することで、鉄損劣位部(特に双晶発生部位)を特定することができる。
[巻厚と磁束密度との関係]
巻鉄心を分割する本開示の特定方法においては、巻鉄心の巻厚は極力小さいほうが巻鉄心のより局部での鉄損劣位部を断定し易いが、分割前の状態の巻鉄心と、分割後の一群の分割巻鉄心とのコーナー部での磁束密度の大きさを同じにする必要がある。
そのため、巻鉄心を分割した際に、分割前の巻鉄心1体の場合と磁束密度の流れが同等になるように分割巻鉄心の巻厚を調整する必要があり、巻厚はある程度必要になると考え、好ましい巻厚を求める実験を行った。
参考実験例1−(1〜3)では1体の巻鉄心全体の磁束密度の流れの中で、コーナー部での磁束密度の影響をそれぞれ容量の異なる巻鉄心3体で評価した。
評価用巻鉄心として、図12に示す容量5KVA(ステップ数12)のトランココア、図13に示す容量25KVA(ステップ数5)のトランココア、及び、図14に示す容量75KVA(ステップ数12)のトランココアを製造した。なお、図12〜図14に示す寸法の単位はmmである。
そして、各巻鉄心について巻厚に対する磁束密度を評価した。
具体的には、巻鉄心(容量5KVA、25KVA、75KVAの3種類)について、その巻厚を最内周から順に増やしていき、所定の巻厚まで増やしていった際の各巻厚でのコーナー部の磁束密度を評価した。
各巻厚でのコーナー部の磁束密度の評価方法は、具体的に、コーナー部中心にコイルを設置し、そこでの電圧を測定していくことで評価した。
そして、電圧と磁束密度との関係は下式で表わされる。そのため、下式からコーナー部の磁束密度を評価した。
V(測定電圧)=√2×π×n(コイル巻数)×f(周波数)×Bm(磁束密度)×S(試料断面積)
磁束密度は、コーナー部以外の直線部の磁束密度も評価し、比率(コーナー部磁束密度/直線部磁束密度)を求めた。
結果を表6(参考実験例1−1:容量5KVA巻鉄心)、表7(参考実験例1−2:容量25KVA巻鉄心)、表8(参考実験例1−3:容量75KVA巻鉄心)に示す。
また、図15に各巻鉄心の巻厚と磁束密度との関係を示す。
表6〜8、及び、図15に示すように、容量の異なる3体の巻鉄心を評価したところ、いずれも巻厚は14mm程度以上あれば、1体の巻鉄心と同等の磁束密度を示すことが判明した。
したがって、巻鉄心の容量に関係なく巻厚が14mm以上であれば、分割巻鉄心と、分割前の巻鉄心とは、同等の磁束密度を示すことが推察される。
[巻厚と偏磁の影響との関係]
巻鉄心を分割する本開示の特定方法においては、分割巻鉄心の巻厚は極力小さいほうが巻鉄心の、より局部での鉄損劣化の部分を断定し易いが、分割前の状態の巻鉄心と、分割後の一群の分割巻鉄心との偏磁の影響を同程度にする必要がある。
そのため、巻鉄心を分割した際に、分割前の巻鉄心1体の場合と、分割巻鉄心との偏磁の影響が同等になるように、分割巻鉄心の巻厚を調整する必要があり、分割巻鉄心の巻厚はある程度必要になると考えられ、好ましい分割巻鉄心の巻厚を求める実験を行った。
参考実験例2−(1〜3)では1体の巻鉄心全体の磁束密度の流れの中で、最外周の鋼板磁束密度と最内周の鋼板磁束密度の偏り(偏磁)の影響を、容量の異なる巻鉄心の巻厚を分割して評価した。なお、磁束密度の評価は鋼板1枚の直線部で実施した。
評価用巻鉄心としては、上記参考実験例1と同様に図12〜図14に示すトランココアを用いた。
そして、各巻鉄心について巻厚に対する磁束密度の偏りを評価した。
具体的には、各巻鉄心(容量5KVA、25KVA、75KVAの3種類)について、巻厚を増やしていき、巻鉄心最内周部および最外周部の板の直線部の磁束密度を評価することで定量評価した。
評価値は、比率(最外周の直線部磁束密度/最内周の直線部磁束密度)を求めた。
結果を表9(参考実験例2−1:容量5KVA巻鉄心)、表10(参考実験例2−2:容量25KVA巻鉄心)、表11(参考実験例2−3:容量75KVA巻鉄心)に示す。
また、図16に各巻鉄心の巻厚と磁束密度の偏りとの関係を示す。
表9〜11、及び、図16に示すように、容量の異なる3体の巻鉄心を評価したところ、いずれも巻厚は14mm程度以上であれば、1体の巻鉄心と分割巻鉄心の偏磁の影響は同程度となることが分かった。
したがって、巻鉄心の容量に関係なく巻厚が14mm以上であれば、分割巻鉄心と、分割前の巻鉄心とは、偏磁の影響が同等であることが推察される。
2 積層体
3 コーナー部
4、4a、4b 平面部(直線部)
5、5a、5b、5c 曲げ加工領域(屈曲部)
6 接合部
10 巻鉄心本体(巻鉄心)
Claims (2)
- 方向性電磁鋼板を素材として構成される巻鉄心の、鉄損劣位部を特定する方法であって、
前記巻鉄心は、側面視において略矩形状の巻鉄心本体を備え、
前記巻鉄心本体は、長手方向に平面部とコーナー部とが交互に連続し、当該各コーナー部において隣接する2つの平面部のなす角が90°である前記方向性電磁鋼板が板厚方向に積み重ねられた、側面視において略矩形状の積層構造を有し、且つ、1周回中に少なくとも1か所以上の接合部を有し、
前記巻鉄心を、巻厚が14mm以上である一群の分割巻鉄心となるように分割する工程と、
各分割巻鉄心の鉄損劣化(巻鉄心鉄損(W/kg)/素材鉄損(W/kg))の指標として用いるビルディングファクタ(BF)を算出する工程と、
予め算出しておいた前記巻鉄心のBF値を超えるBF値を有する前記分割巻鉄心を、前記鉄損劣位部を有する分割巻鉄心であると特定する工程と、を有することを特徴とする、巻鉄心の鉄損劣位部特定方法。 - 一群の前記分割巻鉄心の巻厚が14mm以上27mm以下である、請求項1に記載の巻鉄心の鉄損劣位部特定方法。
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