JP7028244B2 - 方向性電磁鋼板およびこれを用いてなる変圧器の積鉄心並びに積鉄心の製造方法 - Google Patents

方向性電磁鋼板およびこれを用いてなる変圧器の積鉄心並びに積鉄心の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、変圧器の積鉄心に用いる方向性電磁鋼板、およびこれを用いてなる変圧器の積鉄心、並びに積鉄心の製造方法に関するものである。
鉄の磁化容易軸である＜００１＞方位が鋼板の圧延方向に高度に揃った結晶組織を有する方向性電磁鋼板は、特に電力用変圧器の鉄心材料として用いられている。変圧器は、その鉄心構造から積鉄心変圧器と巻鉄心変圧器に大別される。積鉄心変圧器とは、所定の形状に切断した鋼鈑を積層することによって鉄心を形成するものである。一方、巻鉄心変圧器は、鋼板を巻き重ねて鉄心を形成するものである。大型の変圧器では、現在、専ら積鉄心変圧器が用いられることが多い。変圧器鉄心として要求されることは種々あるが、特に重要なのは鉄損が小さいことである。
その観点で、鉄心素材である方向性電磁鋼鈑に要求される特性としても、鉄損値が小さいことは重要である。また、変圧器における励磁電流を減らして銅損を低減するためには、磁束密度が高いことも必要である。この磁束密度は、磁化力８００Ａ／ｍのときの磁束密度Ｂ８（Ｔ）で評価され、一般に、Ｇｏｓｓ方位への方位集積度が高いほど、Ｂ８は大きくなる。磁束密度の大きい電磁鋼鈑は一般にヒステリシス損が小さく、鉄損特性上でも優れる。また、鉄損を低減するためには、鋼板中の二次再結晶粒の結晶方位をＧｏｓｓ方位に高度に揃えることや、鋼成分中の不純物を低減することが重要となる。しかし、結晶方位の制御や不純物の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。たとえば、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。特許文献２には、電子ビームの照射により磁区幅を制御する技術が提案されている。
変圧器鉄損を小さくする為には、一般には、鉄心素材である方向性電磁鋼鈑の鉄損（素材鉄損）を小さくすれば良いと考えられる。しかし、変圧器鉄心、特に方向性電磁鋼板を３脚または５脚有する三相励磁の巻鉄心変圧器では、素材鉄損と比べて変圧器における鉄損が大きくなることが知られている。変圧器の鉄心として電磁鋼鈑が使用された場合の鉄損値（変圧器鉄損）を、エプスタイン試験で得られる素材の鉄損値で除した値を、一般にビルディングファクタ（ＢＦ）またはディストラクションファクタ（ＤＦ）と呼ぶ。つまり、３脚または５脚を有する三相励磁の巻鉄心変圧器では、ＢＦが１を超えるのが一般的である。
さらに、積鉄心変圧器では、鉄心素材の鉄損低減が、必ずしも変圧器の鉄損低減に結びつかないことが指摘されている。特に、Ｂ８が１．８８Ｔ以上のＧｏｓｓ方位への集積度が高い素材（高配向性方向性電磁鋼板：ＨＧＯ）を用いた積鉄心では、素材の磁気特性が良好であっても、変圧器自体の磁気特性は逆に劣化する場合もあることが知られている。このことは、磁気特性に優れる方向性電磁鋼板を製造しても、それが変圧器の実機特性に活かしきれていないことを意味している。また、磁束密度Ｂ８以外の素材の特性についても、鋼板被膜の張力の大きさや、磁区細分化処理の有無などの種々の特性変化でＢＦが変化する。また、変圧器鉄心の形状や、積層ラップ方式の違いによってもＢＦは変化し、変圧器の鉄損は変化する。
一般的な知見として、積変圧器における変圧器鉄損が素材鉄損に比べて鉄損値が増加する要因として、ｉ）鉄心内で生じる磁束波形歪みによる鉄損増分、ｉｉ）鉄心内で生じる回転磁束による鉄損増分、ｉｉｉ）鉄心接合部における磁束渡りにより生じる面内渦電流損増加などによる鉄損増加の３点が主として推定されている。
磁束波形歪みとは、励磁した正弦波波形の磁束密度に対し、鉄心局所の磁束密度波形が歪むことを言う。図１に変圧器鉄心内で生じる磁束波形歪みの一例を示す。磁束密度が歪んだ場合、ある時間において磁束密度の時間変化が正弦波波形の場合と比べて急峻となり、磁束密度の変化により生じる渦電流も大きくなる。その結果、一周期あたりの渦電流損も、磁束密度波形が歪んだ場合、正弦波波形と比べて大きくなる。
回転磁束とは、励磁方向（方向性電磁鋼鈑では圧延方向）以外に、磁束の方向が向くことを指す。図２に鉄心変圧器内での磁束流れの実測に基づく模式図を示す。Ｔ接合部近傍においては、磁化容易方向である圧延方向（ＲＤ）以外の方向にも磁束が向く。こういった場合、圧延方向のみ磁束が励磁される場合と比べて、鉄損は大きくなる。
変圧器鉄心では、図３に示されるように、鋼鈑と鋼鈑をラップ接合させた接合部が存在する。このラップ接合の部分では、磁束が鋼鈑面直方向に渡るなど複雑な磁化挙動が起こるため、磁気抵抗が大きくなる。面内方向に磁化が生じることによる面内渦電流損の増加や、また前述の、磁束波形歪み、回転磁束も接合部では大きく、同じく鉄損増加の原因となる。
こういった変圧器鉄損の増加要因に対する定性的な理解を基に、変圧器鉄損を低減させる方策として例えば以下のような提案がされている。
特許文献３では、中央脚において磁束波形歪みが大きいことが指摘されており、中央脚部の鉄損を他の部分よりも小さくすることで変圧器鉄損が効果的に低減することが開示されている。特許文献４では、磁束密度Ｂ８が大きい材料では、Ｔ形接合部において回転磁束が大きくなることが指摘されており、そういった回転磁束が生じる部分に表面加工を施すことで変圧器鉄損が効果的に低減することが開示されている。特許文献５では、鉄心接合部におけるラップ代が変圧器鉄損に及ぼす相関関係を示しており、ラップ代を最適化することで変圧器鉄損を低減することが開示されている。
特公昭５７－２２５２号公報 特公平６－７２２６６号公報 特開昭５４－８４２２９号公報 特許第２７５７７２４号公報 特開平１－２８３９１２号公報 特許第５７５０８２０号公報
川崎製鉄技報、Vol.29、No3、P159-163(1997) 電気学会論文誌D、130巻9号、P1087-1093(2010) 電気学会マグネティクス研究会資料、MAG-04-224、P27-31(2004)
特許文献３～５に開示されているようなｉ）磁束波形歪み、ｉｉ）回転磁束、ｉｉｉ）鉄心接合部における鉄損増加をそれぞれ低減させるために、ある特定の変圧器設計において１つの方法で鉄損要因に対策を打っても、別の設計では別の要因が鉄損増減の主因であり、その鉄損低減策があてはまらない場合がある。また、例えこれらの方法で十分な鉄損低減がなされたとしても、これらの設計方法では、中央脚部の鉄損を小さくするよう中央脚のみ別の鋼板にしたり、Ｔ形接合部に表面加工を加えたり、ラップ代を最適化するなど、変圧器の製造性を著しく落とすこととなる。
本発明は、変圧器の積鉄心に用いた場合に、変圧器鉄損の低減効果に優れる方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。また、本発明は、前記方向性電磁鋼板を用いた変圧器の積鉄心およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、変圧器鉄損の主要な増減要因である、ｉ）磁束波形歪み、ｉｉ）回転磁束、ｉｉｉ）鉄心接合部における鉄損増加の各項目がどのような材料因子にて増減するかを詳細に調査した。
磁束波形歪み、回転磁束について、励磁中の変圧器鉄心内の局所磁束を探針法（非特許文献１）で測定することで調査した。板厚０．２３ｍｍで、磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８＝１．９２Ｔの方向性電磁鋼板（線状歪み導入磁区細分化処理実施）を用いて、図４に示すような三相積変圧器鉄心を製作し、５０Ｈｚ、１．７Ｔの三相励磁中の鉄心全面を５ｍｍピッチで二方向に探針間に生じる起電圧を測定し、二次元の時間磁束密度波形を得た。なお、図４に示す三相積変圧器鉄心は、積厚：１５ｍｍ、５段ステップラップ、１段ラップ代２ｍｍの形状を有する。
その結果、磁束波形歪みは、脚部、ヨーク部の幅方向端部で大きかった。さらに詳細に見ると、図１に示すように、歪んだ波形は正弦波に対し台形上となっていることが知見された。一般的な知見として、磁束波形の歪み度合いを表す指標として、以下の（３）式で定義される波形率があり、この波形率が大きくなると、その箇所における鉄損増加が大きくなる。
Figure 0007028244000001
ここで、（dB/dt）は局所磁束密度Ｂ（Ｔ）を時間t（秒）で微分した値、（dB/dt）rmsは（dB/dt）の二乗平均の値、（dB/dt）aveは（dB/dt）の単純平均の値を指す。
また、回転磁束は、脚部およびヨーク部の幅方向中央部、Ｔ接合部近傍で大きいという過去知見と同様の結果が得られた。さらに、こういった部分では、圧延方向と圧延直交方向で磁束密度が最大となる瞬間の位相が９０°ずれており、いわゆる楕円磁化となっていることが知見された。圧延直交方向の最大磁束密度が大きい程、その箇所における鉄損増加が大きくなる。圧延直交方向の最大磁束密度が、鉄心内で生じる回転磁束の大きさの指標と考えられる。
次に、鉄心接合部における鉄損増加について検討した。接合部ラップで生じる磁束渡りは探針法による面内磁化の評価では測定できない。そこで、非特許文献２に示される方法で、接合部に探りコイルを蒸着し、接合部ラップで生じる磁束渡り密度を計測した。さらに、その部分における鉄損を特許文献６に開示されている赤外線カメラによる局所鉄損測定により調査した。探りコイル測定では、ラップ部で最大０．１４Ｔの磁束渡り密度が計測され、それに応じて接合部においては方向性電磁鋼板の素材鉄損と比較し、接合部平均で０．４Ｗ／ｋｇ鉄損が大きくなった。
さらに、図４の鉄心形状にて、磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８：１．９１Ｔの０．２０ｍｍ、０．２３ｍｍ、０．２７ｍｍ厚の方向性電磁鋼板を、ラップ接合代を１～３ｍｍに変えて変圧器鉄心を作製し、５０Ｈｚ、１．７Ｔの三相励磁中において、前述の探針法、接合部においては探りコイルで得られた変圧器内の磁化状態と、接合部ラップ直上における鉄損、変圧器鉄心における鉄損、ＢＦについて調査した。変圧器内の磁化状態結果から、波形歪み度合いの指標として各測定箇所における波形率を平均した値、回転磁束の指標として各測定箇所における圧延直交方向の最大磁束密度を平均した値、探りコイル測定にて測定された励磁１周期中での磁束渡り密度の最大値を計算した。表１に結果を示す。
Figure 0007028244000002
ラップ接合代が狭い程、板厚が厚い程、変圧器鉄損およびＢＦ（＝変圧器鉄損／素材鉄損）は大きくなった。さらに、波形率、圧延直交方向の最大磁束密度、磁束渡り密度、接合部直上における鉄損についても、ラップ接合代が狭い程、板厚が厚い程、大きくなった。その原因については、接合部のＧａｐを渡る磁束密度から以下のように考える。
非特許文献２を基に推定した、接合部における磁束の流れを図５に模式的に示す。接合部に到達する磁束は、鋼板外への漏れ磁束がないと仮定すると、接合部を(A)(ラップ部を面外方向に渡る)磁束渡り、(B)(ラップ部以外の積層鋼板の層間を渡る)層間磁束、(C)(鋼板間の)Ｇａｐを渡る磁束に分けられる（図５中、接合部に到達した磁束＝(A)磁束渡り＋(B)層間磁束＋(C)Ｇａｐを渡る磁束）。ラップ接合代が狭い程、ラップ部の面積が小さくなるため、(A)磁束渡りが小さくなる。また、同様に板厚が厚い程、鉄心内での同積み高さにおける積層枚数が減るため、それに伴い接合部体積に対するラップ部の面積が小さくなるため、(A)磁束渡りが小さくなる。(B)層間磁束は、ステップラップ接合ではその対称性より、(A)磁束渡りの半分程度となる（ラップ接合では磁束の対称性を考慮すると(B)層間磁束＝(A)磁束渡り×1/2、(C)Ｇａｐを渡る磁束＝接合部に到達した磁束－(A)磁束渡り×3/2）。よって、ラップ接合代が狭く、板厚が厚くなり(A)磁束渡りが小さくなると、必然的に(C)Ｇａｐを渡る磁束が大きくなることとなる。図５中の式と、接合部面積より(C)Ｇａｐを渡る磁束が計算できる。さらにこの値を、接合Ｇａｐの断面積で割ると、Ｇａｐを渡る磁束密度が計算される。図６に、Ｇａｐを渡る磁束密度とＢＦの関係を示す。Ｇａｐを渡る磁束密度とＢＦは非常に良い相関関係があることが、新たに知見された。
この相関関係については、接合部の磁気抵抗の観点より以下のように考える。Ｇａｐ部の隙間は組立ての精度にもよるが、通常、積層方向の鋼板同士の隙間（≒電磁鋼板の表面被膜厚さ(～数μｍ)）と比べると大きいので、(C)Ｇａｐを渡る磁束の磁気抵抗は、(A)磁束渡り及び(B)層間磁束の磁気抵抗と比べると大きくなると考えられる。よって、Ｇａｐを渡る磁束密度が大きくなると、接合部における磁気抵抗が大きくなると考えられる。接合部における磁気抵抗が増加すると、直接的に接合部における鉄損増加が大きくなると同時に、以下の論理で鉄心内の磁束波形歪み（波形率）と回転磁束（圧延直交方向の最大磁束密度）も大きくなったと推定する。磁束波形歪み（波形率）と回転磁束（圧延直交方向の最大磁束密度）が大きくなるとその分、それぞれが原因となり鉄損が増加するので、結果として変圧器鉄損及びＢＦが増加したと考えられる。
図７に三相三脚鉄心内における、ある瞬間（Ｕ脚、Ｖ脚が励磁されＷ脚が励磁されていない瞬間）における磁束流れの模式図を示す。Ｕ脚、Ｖ脚間の磁束流れとは別に、励磁されていないＷ脚にも磁束の流れ込みが生じる。これは方向性電磁鋼板といった透磁率の異方性が大きい材料を鉄心として用いた場合に顕著である。例えば図７は、方向性電磁鋼板の磁化容易方向ＲＤ（圧延方向）を長手とした鉄心を考えているが、ＲＤに磁束が流れやすいためにＷ脚にも磁束が流れ込むこととなる。また接合部の磁気抵抗もこの励磁脚以外への磁束の流れ込みに関連する。接合部の磁気抵抗が大きい場合、メインの磁束流れであるＵ、Ｖ脚間の磁束流れが阻害されるため、Ｗ脚への磁束の流れ込みは大きくなる。ヨーク中央部における圧延直交方向への回転磁束は、この励磁脚以外への磁束の流れ込み間の磁束の回り込みにより生じるため、励磁脚以外への磁束の流れ込みが大きくなるとヨーク中央部の圧延直交方向の最大磁束密度も大きくなると考えられる。さらに、励磁されていないＷ脚への磁束の流れ込みは、その流れ込み分、脚端部では磁束波形が歪むため、波形率も大きくなる。つまり、接合部の磁気抵抗が大きいと磁束波形歪み（波形率）と回転磁束（圧延直交方向の最大磁束密度）が大きくなると推定する。
上記の実験事実を基に、積変圧器における鉄損及びＢＦを小さくするためには、Ｇａｐを渡る磁束密度を小さくすることが肝要であることが知見された。さらに、Ｇａｐを渡る磁束密度を小さくするためには、ラップ部を渡る磁束量を大きくすることが重要であると考えられた。ラップ部を渡る磁束量を大きくするためには、ラップ代を大きくしてラップ部面積を増やすという変圧器鉄心の設計で対処するか、板厚を薄くしてラップ箇所を増やし接合部体積当たりのラップ部面積を増やす、あるいはラップ部の磁束渡りの透磁率が大きい素材を使うという対処策が考えられる。本発明では、変圧器鉄心の設計に関わらず鉄損特性に優れた変圧器を製造することを企図し、板厚の影響を考慮した上で、変圧器鉄心にした際のラップ部の磁束渡りの透磁率が大きくなる素材の探索をすることとした。
種々の材料の素材磁気特性と、接合部におけるラップ部を渡る磁束密度の関係を調査した。調査では前述の実験と同様に、図４の設計（ラップ代２ｍｍ）の変圧器鉄心を種々の方向性電磁鋼板を用いて作製し、ラップ部を渡る磁束密度を探りコイルで測定した。さらに、Ｅｐｓｔｅｉｎ試験、ＳＳＴ試験（電磁鋼板単板磁気特性試験）による方向性電磁鋼板の磁化容易方向である圧延方向への一軸磁化による評価や、非特許文献３に示すような二次元磁気測定装置による、二軸磁化による評価を行い、種々の励磁条件における磁気特性とラップ部を渡る磁束密度との相関について調査を行った。すると、素材である方向性電磁鋼板に以下の（１）式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率と、該方向性電磁鋼板を用いて作製した変圧器鉄心のラップ部を渡る磁束密度の相関がよいことが知見された。
（楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率）＝（（ＷＡ－ＷＢ）／ＷＢ）×１００ ・・・（１）
ただし、（１）式中、ＷＡは、ＲＤ方向（圧延方向）に１．７Ｔ、ＴＤ方向（圧延方向に直角な方向）に１．０Ｔとなる５０Ｈｚ楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、ＷＢは、ＲＤ方向に１．７Ｔの５０Ｈｚ交番磁化をかけた場合の鉄損である。
方向性電磁鋼板（素材）について、図８に０．１８ｍｍ厚材での結果、図９に０．２０ｍｍ厚材での結果、図１０に０．２３ｍｍ厚材での結果、図１１に０．２７ｍｍ厚材での結果、図１２に０．３０ｍｍ厚材での結果を示す。どの板厚においても、鉄心を構成する方向性電磁鋼板に楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が大きくなるに従い、鉄心におけるラップ部を渡る磁束密度が減少した。特に、０．１８ｍｍ厚材、０．２０ｍｍ厚材では、楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が８５％より大きい場合にラップ部を渡る磁束密度の減少が顕著、０．２３ｍｍ厚材では、鉄損劣化率が８０％より大きい場合にラップ部を渡る磁束密度の減少が顕著、０．２７ｍｍ厚材、０．３０ｍｍ厚材では、鉄損劣化率が７５％より大きい場合にラップ部を渡る磁束密度の減少が顕著であった。前述の通り、ラップ部を渡る磁束密度が減少すると、変圧器鉄損にとって不利なＧａｐを渡る磁束密度が大きくなることとなるので、不適である。
楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率とラップ部を渡る磁束密度の相関の理由については、必ずしも定かではないが発明者らは以下のように考えている。磁束が面外方向を渡る場合、鋼板面同士の界面には磁極が生じ、その結果、静磁エネルギーが非常に大きくなるため、それを緩和しようと面外方向に反磁界が生じるような磁化状態が変化する。具体的には、鋼板内のランセット磁区構造の増加や、結晶粒界における反磁界発生、磁区細分化材においては、歪み導入部に誘起される還流磁区の増加などが生じると推定される。こういった磁化状態の変化により、ラップ部を渡る磁束密度は減少すると考えられる。一方、面内方向の楕円磁化においては、磁化困難方向である＜１１１＞方向に磁化が向く瞬間がある。ＲＤ方向：１．７Ｔ、ＴＤ方向：１．０Ｔといった大きな楕円磁化を励磁する場合、主磁区の磁化方向が鋼板面内を磁化容易方向から磁化困難方向に回転する瞬間は、磁気異方性エネルギーが非常に大きくなるため、それを緩和するよう反磁界が生じるように磁化状態が変化する。こちらも面外方向への渡り磁束の場合と同様、鋼板内のランセット磁区構造の増加や、結晶粒界における反磁界発生、磁区細分化材においては、歪み導入部に誘起される還流磁区の増加などが生じる。これらにより、楕円磁化における鉄損は、磁化容易方向のみへの交番磁化における鉄損と比べて、鉄損が大幅に増加する。つまり、楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率とラップ部を渡る磁束密度の変化については、同じ反磁界の生成という変化要因のために相関があるのではないかと推定した。
上記の考えから、ラップ部を渡る磁束密度、あるいは楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率は、鋼板内のランセット磁区構造の増加や、結晶粒界における反磁界発生、磁区細分化材においては、歪み導入部に誘起される還流磁区の増加といった要因をパラメータ化することで、その大小を推定できるのではないかと考えた。具体的には、
（ｉ）鋼板内のランセット磁区量を表すパラメータ：Ｓｉｎβ
β：二次再結晶粒の平均β角（°）
二次再結晶粒の平均β角が大きくなると、Ｓｉｎβに比例して静磁エネルギーが増加し、それを緩和しようとランセット磁区量が増加すると考えられる。
（ｉｉ）結晶粒界における反磁界発生：４ｔ／Ｒ
ｔ：鋼板板厚（ｍｍ）
Ｒ：二次再結晶粒径（ｍｍ）
鋼板面単位面積当たりの粒界面積割合４ｔ／Ｒに応じて、粒界に生じる反磁界は大きくなると考えられる。
（ｉｉｉ）歪み導入部に誘起される還流磁区の増加：（ｗ／ａ／√２）×１０－３
ｗ：還流磁区幅（μｍ）
ａ：圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みの間隔（ｍｍ）
還流磁区が静磁場状態での還流磁区幅まで増加した場合、鋼板面単位面積当たり還流磁区面積割合は（ｗ／ａ）×１０－３となる。それに応じて、還流磁区により生じる反磁界はｗ／ａ／√２に比例して大きくなると考えられる。
３つの要因を足し合わせた、Ｓｉｎβ＋４ｔ／Ｒ＋（ｗ／ａ／√２）×１０－３というパラメータで、０．１８ｍｍ厚～０．３０ｍｍ厚までの種々の素材要因が異なる材料で、楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率を整理した。素材要因と測定結果を表２に、本発明パラメータ［Ｓｉｎβ＋４ｔ／Ｒ＋（ｗ／ａ／√２）×１０－３］と鉄損劣化率の関係を図１３にまとめた。図１３に示すように、本発明パラメータが大きくなるに従い、楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率は減少した。さらに、各板厚においてラップ部を渡る磁束密度が好適な範囲に入る、鉄損劣化率範囲を満たす為には、本発明パラメータが０．０８０以上であることが知見された。
また前述の通り、磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８が大きい、つまりＧｏｓｓ方位への集積度が高い素材を用いた積鉄心では、素材の磁気特性が良好であっても、変圧器自体の磁気特性は逆に劣化する場合がある。特にＢ８が１．９４Ｔ以上となる非常にＧｏｓｓ方位集積度が高い方向性電磁鋼板を用いた積鉄心では、特許文献４にある通り、Ｔ形接合部において回転磁束が大きくなることが指摘されている。Ｂ８が大きいことは、素材での低鉄損化に有利であるが、ＢＦは大きくなり、通常は変圧器での低鉄損化につながらないことが多い。
さらにＢ８が大きい、非常にＧｏｓｓ方位集積度が高い素材は、二次再結晶粒が粗大になる傾向にあり、二次再結晶粒径Ｒが４０ｍｍ以上と粗大なることもある。すると、結晶粒界における反磁界発生が小さく、上述したように楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が大きくなり、結果ＢＦが大きくなってしまう。
一方、本発明パラメータを０．０８０以上の範囲に制御することによって、Ｂ８が１．９４Ｔ以上、二次再結晶粒径Ｒが４０ｍｍ以上となった場合でも、ＢＦを小さく抑えることができる。結果、Ｂ８が１．９４Ｔ以上、二次再結晶粒径Ｒが４０ｍｍ以上かつ本発明パラメータを０．０８０以上の範囲に制御することで、素材の磁気特性（鉄損）が非常に小さく、かつＢＦも小さい、変圧器において極めて低鉄損となる方向性電磁鋼板を提供できる。
Figure 0007028244000003
以上の知見を基に、本発明の完成に至った。すなわち、本発明は以下の構成を備える。
［１］変圧器の積鉄心に用いる方向性電磁鋼板であって、
該鋼板の板厚ｔと、該鋼板に下記（１）式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板。
板厚ｔ≦０．２０ｍｍの場合、鉄損劣化率が８５％以下
０．２０ｍｍ＜板厚ｔ＜０．２７ｍｍの場合、鉄損劣化率が８０％以下
０．２７ｍｍ≦板厚tの場合、鉄損劣化率が７５％以下
（楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率）＝（（ＷＡ－ＷＢ）／ＷＢ）×１００ ・・・（１）
ただし、（１）式中、ＷＡは、ＲＤ方向（圧延方向）に１．７Ｔ、ＴＤ方向（圧延方向に直角な方向）に１．０Ｔとなる５０Ｈｚ楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、ＷＢは、ＲＤ方向に１．７Ｔの５０Ｈｚ交番磁化をかけた場合の鉄損である。
［２］該鋼板表面に、圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みが形成され、
前記歪みにより形成される還流磁区幅ｗと、該鋼板の二次再結晶粒径Ｒと、該鋼板の二次再結晶粒の平均β角との関係が、下記（２）式の関係を満たす、［１］に記載の方向性電磁鋼板。
Figure 0007028244000004
［３］磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８が１．９４Ｔ以上であり、かつ、二次再結晶粒径Ｒが４０ｍｍ以上である、［１］または［２］に記載の方向性電磁鋼板。
［４］上記［１］～［３］のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を用いてなる変圧器の積鉄心。
［５］積鉄心変圧器の鉄損値を、該積鉄心の素材である方向性電磁鋼板の鉄損値で除して求められるビルディングファクタを小さくする積鉄心変圧器の積鉄心の製造方法であって、
方向性電磁鋼板を積層して積鉄心とする際に、該鋼板として、該鋼板の板厚ｔと該鋼板に下記（１）式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板を用いる積鉄心の製造方法。
板厚ｔ≦０．２０ｍｍの場合、鉄損劣化率が８５％以下
０．２０ｍｍ＜板厚ｔ＜０．２７ｍｍの場合、鉄損劣化率が８０％以下
０．２７ｍｍ≦板厚tの場合、鉄損劣化率が７５％以下
（楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率）＝（（ＷＡ－ＷＢ）／ＷＢ）×１００ ・・・（１）
ただし、（１）式中、ＷＡは、ＲＤ方向（圧延方向）に１．７Ｔ、ＴＤ方向（圧延方向に直角な方向）に１．０Ｔとなる５０Ｈｚ楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、ＷＢは、ＲＤ方向に１．７Ｔの５０Ｈｚ交番磁化をかけた場合の鉄損である。
［６］該鋼板表面に、圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みが形成され、
前記歪みにより形成される還流磁区幅ｗと、該鋼板の二次再結晶粒径Ｒと、該鋼板の二次再結晶粒の平均β角との関係が、下記（２）式の関係を満たす、［５］に記載の積鉄心の製造方法。
Figure 0007028244000005
［７］磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８が１．９４Ｔ以上であり、かつ、二次再結晶粒径Ｒが４０ｍｍ以上である方向性電磁鋼板を用いる、［５］または［６］に記載の積鉄心の製造方法。
本発明によれば、変圧器の積鉄心に用いた場合に、変圧器鉄損の低減効果に優れる方向性電磁鋼板を提供することができる。
本発明によれば、変圧器の積鉄心として用いられる方向性電磁鋼板の特性を制御することで、ラップ接合部における磁気抵抗を低減し、変圧器鉄心の設計に関わらず、積鉄心変圧器における変圧器鉄損を低減することができる。
本発明によれば、積鉄心変圧器の積鉄心を本発明の方向性電磁鋼板を素材として構成することで、ビルディングファクタの小さい積鉄心変圧器が得られる。
変圧器鉄心内で生じる磁束波形歪みの一例を示す図である。 鉄心内での磁束流れを実測に基づき示す模式図である。 積鉄心のラップ接合部を説明する模式図である。 調査に用いた積鉄心の構成を示す模式図である。 ラップ接合部における磁束の流れを示す模式図である。 Ｇａｐを渡る磁束密度とＢＦの関係を示すグラフである。 三相三脚鉄心内における、ある瞬間（Ｕ脚、Ｖ脚が励磁されＷ脚が励磁されていない瞬間）における磁束流れを示す模式図である。 ０．１８ｍｍ厚材に楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率とラップ部を渡る磁束密度の関係を示すグラフである。 ０．２０ｍｍ厚材に楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率とラップ部を渡る磁束密度の関係を示すグラフである。 ０．２３ｍｍ厚材に楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率とラップ部を渡る磁束密度の関係を示すグラフである。 ０．２７ｍｍ厚材に楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率とラップ部を渡る磁束密度の関係を示すグラフである。 ０．３０ｍｍ厚材に楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率とラップ部を渡る磁束密度の関係を示すグラフである。 本発明パラメータ［Ｓｉｎβ＋４ｔ／Ｒ＋（ｗ／ａ／√２）×１０－３］と鉄損劣化率の関係を示すグラフである。 二次再結晶粒の平均β角を制御する方法の一例を説明する模式図である。 実施例で作製した積鉄心Ａ～Ｃの構成を示す模式図である。
以下、本発明の詳細を説明する。上述の通り、積変圧器鉄心に用いられた場合に変圧器鉄損が優れる方向性電磁鋼板は、以下の条件を満たす必要がある。
方向性電磁鋼板（素材）の板厚ｔと、該鋼板に下記（１）式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす。
板厚ｔ≦０．２０ｍｍの場合、鉄損劣化率が８５％以下
０．２０ｍｍ＜板厚ｔ＜０．２７ｍｍの場合、鉄損劣化率が８０％以下
０．２７ｍｍ≦板厚tの場合、鉄損劣化率が７５％以下
（楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率）＝（（ＷＡ－ＷＢ）／ＷＢ）×１００ ・・・（１）
ただし、（１）式中、ＷＡは、ＲＤ方向（圧延方向）に１．７Ｔ、ＴＤ方向（圧延方向に直角な方向）に１．０Ｔとなる５０Ｈｚ楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、ＷＢは、ＲＤ方向に１．７Ｔの５０Ｈｚ交番磁化をかけた場合の鉄損である。
上記（１）式中の鉄損は以下のように測定する。
（ＷＡ：ＲＤ方向に１．７Ｔ、ＴＤ方向に１．０Ｔとなる５０Ｈｚ楕円磁化をかけた場合の鉄損）
ＷＡは、非特許文献３などに記載がある、二次元単板磁気測定装置（２Ｄ－ＳＳＴ）を用いて、測定を行う。方向性電磁鋼板（素材）のＲＤ方向に最大磁束密度１．７Ｔ、ＴＤ方向に最大磁束密度１．０Ｔとなる５０Ｈｚ正弦波励磁を行い、ＲＤ方向とＴＤ方向の正弦波励磁の位相差を９０°とすることで楕円磁化励磁を行う。この際、楕円磁化の回転方向は、時計回りと反時計回りがあるが、両者における鉄損測定値には差があることが指摘されており、両者の測定を実施したうえで平均値をとる。鉄損測定方法は探針法、Ｈコイル法など種々の方法が提案されているが、いずれの方法を用いても良い。また励磁に際しては、ＲＤ方向は最大磁束密度１．７Ｔ、ＴＤ方向は最大磁束密度１．０Ｔとなるよう、励磁電圧のフィードバック制御を行うが、磁束密度が最大となる瞬間以外は磁束波形が正弦波より若干歪む場合でも、波形制御は行わない。測定試料は二次元単板磁気測定装置の励磁可能サイズによるが、１試料に含まれる結晶粒の数を考慮して、（５０ｍｍ×５０ｍｍ）以上が好ましい。また、測定値のバラつきを考慮し、１素材につき３０枚以上の試料を測定し平均することが好ましい。
（ＷＢ：ＲＤ方向に１．７Ｔの５０Ｈｚ交番磁化をかけた場合の鉄損）
ＷＢは、上記の楕円磁化をかけた測定を行った試料と同じ試料を、同じ測定装置を使って測定する。ＲＤ方向のみに最大磁束密度１．７Ｔ、５０Ｈｚ正弦波励磁を行う。励磁に際しては、ＲＤ方向最大磁束密度１．７Ｔとなるような、励磁電圧のフィードバック制御を行い、ＴＤ方向には制御を行わない。
楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率を上記範囲内に納めるためには、方向性電磁鋼板（素材）表面に、圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みを形成し、その歪みにより形成される還流磁区幅ｗと、該鋼板の二次再結晶粒径Ｒと、該鋼板の二次再結晶粒の平均β角との関係が、以下の（２）式の関係を満たすことが好適である。
Figure 0007028244000006
上記（２）式中の素材特性は以下のように、測定する。
β:二次再結晶粒の平均β角（°）
鋼板の圧延方向を向く二次再結晶粒の〈１００〉軸の圧延面となす角をβ角と定義される。鋼板の二次再結晶方位をＸ線結晶回折にて測定する。鋼板内の二次再結晶粒の方位にはバラつきがあるので、ＲＤ、ＴＤそれぞれ１０ｍｍピッチのポイントで測定し、（５００ｍｍ×５００ｍｍ）以上の測定領域データを平均することで求める。
Ｒ：二次再結晶粒径（ｍｍ）
鋼板表面上の被膜をなんらかの化学的、電気的手法で除去し、二次再結晶粒径を測定する。（５００ｍｍ×５００ｍｍ）以上の測定領域に存在する、１ｍｍ２程度以上の大きさの結晶粒個数を目視、あるいはデジタル画像処理により測定し、二次再結晶粒１個の平均面積を求める。その平均面積より、円相当径（直径）を計算し、二次再結晶粒径を求める。
ｗ：還流磁区幅（μｍ）
ビッター法による磁区観察で測定する。還流磁区幅は、歪み導入により局所的に磁区構造が乱れた箇所であり、圧延方向に平行な磁区構造がとぎれたり、不連続になっている部分を指す。幅は必ずしも一定とは限らないので、線列方向１００ｍｍ試料内において５箇所以上を観察し、平均をその線列における還流磁区幅とする。さらに、長手方向５００ｍｍの試料内において線列５箇所以上を観察し、平均し求めることとする。
ａ：圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みの間隔（ｍｍ）
直線状の歪み領域同士のＲＤ方向の間隔で定義する。線間隔（歪みの間隔）が一定でない場合には、長手方向５００ｍｍで５箇所を調査し、その平均とする。さらに、鋼板幅方向の直線状の歪み領域の中で線間隔が変わる場合には、その平均とする。
上記の関係を満たす方向性電磁鋼板の作製方法について述べる。下記以外の方法でも、それぞれのパラメータを制御し、結果上記（２）式を満たすことができれば、特にその製造方法を限定するものではない。
二次再結晶粒の平均β角については、一次再結晶組織の制御、仕上げ焼鈍時のコイルセット等により制御できる。例えば、図１４に示すように、コイルセットがついた状態で、仕上げ焼鈍を行うと、その状態では、結晶粒内の＜００１＞方向は一様である。その後、平坦化焼鈍を行い、コイルがフラットな状態になると、一つの結晶粒内において、仕上げ焼鈍時のコイルセットに応じて、＜００１＞方向が板厚方向に傾き、β角は大きくなる。つまり、コイルセットが小さい程、平坦化焼鈍のβ角は大きくなる。β角が大きくなりすぎると、素材の磁束密度Ｂ８が小さくなり、履歴損が劣化するので、β角は５°以下が望ましい。
二次再結晶粒径（ｍｍ）については、一次再結晶粒中のＧｏｓｓ方位粒の存在量により制御できる。例えば、冷間圧延時の最終圧下率を大きくしたり、圧延時の摩擦を増加させることなどで、一次再結晶粒前に導入される剪断歪み量を増加させることで、一次再結晶粒中のＧｏｓｓ方位粒を増やすことができる。また、一次再結晶焼鈍の際の昇温速度をコントロールすることでも、一次再結晶粒中のＧｏｓｓ方位粒の存在量を制御できる。一次再結晶粒中のＧｏｓｓ方位粒は、仕上げ焼鈍中での二次再結晶核となるので、その数が多い程、二次再結晶粒は多くなり、結果、二次再結晶粒径は小さくなる。
圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪を形成する方法については、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照射や電子ビーム照射が適している。
レーザ発振の形態としては、ファイバー、ＣＯ２、ＹＡＧなど、特に限定されず各種の形態を用いることができる。また、連続照射タイプのレーザ、Ｑスイッチ型などパルス発振タイプのレーザ照射のいずれも形状が本発明の範囲式を満たす限り適する。レーザ照射の際の、平均レーザ出力Ｐ（Ｗ）、ビームの走査速度Ｖ（ｍ／ｓ）、ビーム径ｄ（ｍｍ）は、本発明の範囲式を満たす限り、特に制限しない。但し、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１０Ｗ・ｓ／ｍより大きいことが好ましい。
電子ビーム照射により直線状の歪を形成する条件を述べる。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、本発明の範囲式を満たす限り、特に制限しない。但し、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、２Ｐａ以下であることが望ましい。これより真空度が大きいと、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。点列状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。
還流磁区幅については、上記のレーザ照射あるいは電子ビーム照射におけるビーム径の制御が肝要となる。レーザの場合にはレンズの光学的条件（焦点距離など）を変更することで、ビーム径を大きくすることが可能である。また電子ビームの場合にも、収束磁気コイルの電流条件による焦点距離の制御などによって、ビーム径を大きくすることが可能である。還流磁区幅が広くなることが、本発明においては望ましいが、還流磁区幅は広くなりすぎると、導入される歪量が過多となり、その結果、素材の磁束密度Ｂ８が小さくなり、履歴損が劣化する。同様に、ビームの収束性を悪くしても、歪み導入量が減って磁区細分化効果が減少し、鉄損が増加する。よって、還流磁区幅については、上限は４００μｍ以下であることが好ましい。下限は特に定めないが、十分な磁区細分化効果を発揮するという観点より２０μｍ以上が好ましい。
圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪の間隔については、上記ビームの照射間隔を制御することで制御できる。歪の間隔が広すぎると、それによって得られる磁区細分化効果が減るため、１８ｍｍ以下であることが好ましい。
本発明の方向性電磁鋼板の板厚は、特に限定されないが、製造性、二次再結晶の発現安定性等の点から、０．１５ｍｍ以上であることが好ましく、０．１８ｍｍ以上であることがより好ましい。また、渦電流損低減等の点から、０．３５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３０ｍｍ以下であることがより好ましい。
本発明の変圧器の積鉄心に用いる方向性電磁鋼板を製造する方法については、上記特性に直接関係しない事柄については限定されないが、推奨される好適成分組成および上述した本発明のポイント以外の製造方法について、以下に述べる。
本発明において、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および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および／またはＳを適量含有させればよい。勿論、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および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。
また、本発明は、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。この場合には、Ａｌ、Ｎ、Ｓおよび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、次のとおりである。
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１．５０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０．０３～１．５０質量％の範囲とするのが好ましい。
また、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、Ｐ、ＭｏおよびＣｒ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およびＦｅである。
上記の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してもよい。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。ついで、必要に応じて熱延板焼鈍を行ったのち、一回または中間焼鈍を挟む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のち、絶縁張力コーティングの塗布、及び平坦化焼鈍を施す。さらに、レーザ又は電子ビームによる複数の直線状の歪を形成する。必要に応じてその後、絶縁性、耐食性の増加を意図した、絶縁コーティングの塗布を行っても良い。また、製品の鋼成分は、脱炭焼鈍により、Ｃが５０ｐｐｍ以下に低減され、さらに仕上焼鈍での純化により、Ａｌ、Ｎ、Ｓ、Ｓｅは不可避的不純物レベルに低減される。
また、本明細書中では三相三脚励磁型の積鉄心変圧器における特性について記述しているが、その他の接合部構造を持つ積鉄心変圧器、例えば三相五脚や、単相励磁型の鉄心に用いられる場合にも好適である。
０．１８～０．３０ｍｍ厚材の方向性電磁鋼板に、電子ビームにて種々の条件でビーム照射を行い、表３に示す素材特性の方向性電磁鋼板が得られた。その電磁鋼板を、本明細書記載の方法にて二次元磁気測定を行い、楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率を測定した。それぞれの材料について、図１５に示す、鉄心形状の変圧器積鉄心Ａ～Ｃを作製し、鉄心Ａについては単相巻線を施し、単相にて１．７Ｔ、５０Ｈｚ励磁における鉄損を、鉄心Ｂ、Ｃについては三相巻線を施し、三相にて１．７Ｔ、５０Ｈｚ励磁における鉄損を測定した。図１５に示す積鉄心Ａは、積厚：１５ｍｍ、交互積み、ラップ代：６ｍｍ、積鉄心Ｂは、積厚：１５ｍｍ、５段ステップラップ、１段ラップ代：１．５ｍｍ、積鉄心Ｃは、積厚：１５ｍｍ、５段ステップラップ、１段ラップ代：２ｍｍの形状を有する。楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が本発明範囲を満たす方向性電磁鋼板においては、いずれの鉄心形状においても比較例よりもＢＦが小さくなった。特に、磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８≧１．９４Ｔ、二次再結晶粒径Ｒ≧４０ｍｍである方向性電磁鋼板を用いた場合には、素材鉄損が小さいかつ、ＢＦが小さく、変圧器における鉄損が非常に小さかった。
Figure 0007028244000007

Claims (7)

  1. 変圧器の積鉄心に用いる方向性電磁鋼板であって、
    該鋼板の板厚ｔと、該鋼板に下記（１）式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板。
    板厚ｔ≦０．２０ｍｍの場合、鉄損劣化率が８５％以下
    ０．２０ｍｍ＜板厚ｔ＜０．２７ｍｍの場合、鉄損劣化率が８０％以下
    ０．２７ｍｍ≦板厚tの場合、鉄損劣化率が７５％以下
    （楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率）＝（（ＷＡ－ＷＢ）／ＷＢ）×１００ ・・・（１）
    ただし、（１）式中、ＷＡは、ＲＤ方向（圧延方向）に１．７Ｔ、ＴＤ方向（圧延方向に直角な方向）に１．０Ｔとなる５０Ｈｚ楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、ＷＢは、ＲＤ方向に１．７Ｔの５０Ｈｚ交番磁化をかけた場合の鉄損である。
  2. 該鋼板表面に、圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みが形成され、
    前記歪みにより形成される還流磁区幅ｗと、該鋼板の二次再結晶粒径Ｒと、該鋼板の二次再結晶粒の平均β角との関係が、下記（２）式の関係を満たす、請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
    Figure 0007028244000008
  3. 磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８が１．９４Ｔ以上であり、かつ、二次再結晶粒径Ｒが４０ｍｍ以上である、請求項１または２に記載の方向性電磁鋼板。
  4. 請求項１～３のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を用いてなる変圧器の積鉄心。
  5. 積鉄心変圧器の鉄損値を、該積鉄心の素材である方向性電磁鋼板の鉄損値で除して求められるビルディングファクタを小さくする積鉄心変圧器の積鉄心の製造方法であって、
    方向性電磁鋼板を積層して積鉄心とする際に、該鋼板として、該鋼板の板厚ｔと該鋼板に下記（１）式で定義される楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率が、以下の関係を満たす方向性電磁鋼板を用いる積鉄心の製造方法。
    板厚ｔ≦０．２０ｍｍの場合、鉄損劣化率が８５％以下
    ０．２０ｍｍ＜板厚ｔ＜０．２７ｍｍの場合、鉄損劣化率が８０％以下
    ０．２７ｍｍ≦板厚tの場合、鉄損劣化率が７５％以下
    （楕円磁化をかけた場合の鉄損劣化率）＝（（ＷＡ－ＷＢ）／ＷＢ）×１００ ・・・（１）
    ただし、（１）式中、ＷＡは、ＲＤ方向（圧延方向）に１．７Ｔ、ＴＤ方向（圧延方向に直角な方向）に１．０Ｔとなる５０Ｈｚ楕円磁化をかけた場合の鉄損であり、ＷＢは、ＲＤ方向に１．７Ｔの５０Ｈｚ交番磁化をかけた場合の鉄損である。
  6. 該鋼板表面に、圧延方向と交差する方向に伸びる複数の直線状の歪みが形成され、
    前記歪みにより形成される還流磁区幅ｗと、該鋼板の二次再結晶粒径Ｒと、該鋼板の二次再結晶粒の平均β角との関係が、下記（２）式の関係を満たす、請求項５に記載の積鉄心の製造方法。
    Figure 0007028244000009
  7. 磁化力８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ８が１．９４Ｔ以上であり、かつ、二次再結晶粒径Ｒが４０ｍｍ以上である方向性電磁鋼板を用いる、請求項５または６に記載の積鉄心の製造方法。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11984249B2 (en) * 2018-01-31 2024-05-14 Jfe Steel Corporation Grain-oriented electrical steel sheet, wound transformer core using the same, and method for producing wound core
CN111368375B (zh) * 2020-03-04 2023-06-20 海南金盘智能科技股份有限公司 一种变压器心柱叠层方案的确定方法及装置
JPWO2023234013A1 (ja) * 2022-05-30 2023-12-07

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005240079A (ja) 2004-02-25 2005-09-08 Jfe Steel Kk 鉄損劣化率が小さい方向性電磁鋼板
JP2012126973A (ja) 2010-12-16 2012-07-05 Jfe Steel Corp 方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP2013108149A (ja) 2011-11-24 2013-06-06 Jfe Steel Corp 三相変圧器用鉄心
JP2017145490A (ja) 2016-02-19 2017-08-24 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板の製造方法

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5241660A (en) 1975-09-30 1977-03-31 Kureha Chem Ind Co Ltd Resin composition of low permeabilities to moisture and gases
JPS5484229A (en) 1977-12-19 1979-07-05 Nippon Steel Corp Reducing method of iron loss of three phase transformer iron core
JPS5518566A (en) 1978-07-26 1980-02-08 Nippon Steel Corp Improving method for iron loss characteristic of directional electrical steel sheet
JPS60198226A (ja) 1984-03-23 1985-10-07 Mitsui Toatsu Chem Inc 多層フイルムの製造方法
JPH0672266B2 (ja) 1987-01-28 1994-09-14 川崎製鉄株式会社 超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法
JPH01283912A (ja) 1988-05-11 1989-11-15 Hitachi Ltd 電気機器鉄心の組立方法
US5507883A (en) * 1992-06-26 1996-04-16 Nippon Steel Corporation Grain oriented electrical steel sheet having high magnetic flux density and ultra low iron loss and process for production the same
JP3082460B2 (ja) 1992-08-31 2000-08-28 タカタ株式会社 エアバッグ装置
JP2757724B2 (ja) 1992-12-11 1998-05-25 三菱電機株式会社 三相三脚変圧器鉄心
US5296051A (en) 1993-02-11 1994-03-22 Kawasaki Steel Corporation Method of producing low iron loss grain-oriented silicon steel sheet having low-noise and superior shape characteristics
EP0892072B1 (en) 1997-07-17 2003-01-22 Kawasaki Steel Corporation Grain-oriented electrical steel sheet excellent in magnetic characteristics and production process for same
JP5750820B2 (ja) 2009-09-29 2015-07-22 Ｊｆｅスチール株式会社 鉄損測定方法
JP2011084778A (ja) * 2009-10-15 2011-04-28 Nippon Steel Corp 高周波励磁用無方向性電磁鋼板
JP5754097B2 (ja) * 2010-08-06 2015-07-22 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびその製造方法
CA2808774C (en) 2010-09-10 2015-05-05 Jfe Steel Corporation Grain oriented electrical steel sheet and method for manufacturing the same
JP2012057232A (ja) * 2010-09-10 2012-03-22 Jfe Steel Corp 方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP5594437B2 (ja) 2011-09-28 2014-09-24 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP6007501B2 (ja) * 2012-02-08 2016-10-12 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板
US10629346B2 (en) 2012-04-26 2020-04-21 Jfe Steel Corporation Method of manufacturing grain-oriented electrical steel sheet
JP5668795B2 (ja) 2013-06-19 2015-02-12 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板およびそれを用いた変圧器鉄心
JP6319605B2 (ja) * 2014-10-06 2018-05-09 Ｊｆｅスチール株式会社 低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法
US11984249B2 (en) * 2018-01-31 2024-05-14 Jfe Steel Corporation Grain-oriented electrical steel sheet, wound transformer core using the same, and method for producing wound core

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005240079A (ja) 2004-02-25 2005-09-08 Jfe Steel Kk 鉄損劣化率が小さい方向性電磁鋼板
JP2012126973A (ja) 2010-12-16 2012-07-05 Jfe Steel Corp 方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP2013108149A (ja) 2011-11-24 2013-06-06 Jfe Steel Corp 三相変圧器用鉄心
JP2017145490A (ja) 2016-02-19 2017-08-24 Ｊｆｅスチール株式会社 方向性電磁鋼板の製造方法

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