JPH0785457B2 - 超高珪素電磁鋼板を用いた低騒音の積層鉄芯及び巻き鉄芯 - Google Patents

超高珪素電磁鋼板を用いた低騒音の積層鉄芯及び巻き鉄芯

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JPH0785457B2
JPH0785457B2 JP13807091A JP13807091A JPH0785457B2 JP H0785457 B2 JPH0785457 B2 JP H0785457B2 JP 13807091 A JP13807091 A JP 13807091A JP 13807091 A JP13807091 A JP 13807091A JP H0785457 B2 JPH0785457 B2 JP H0785457B2
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洋三 菅
智 山下
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は励磁状態での騒音が極め
て低い、ほぼ暗騒音レベルをも可能にする鉄芯に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】Siを含有する鋼板は、優れた軟磁気特
性を有するため、電力用変圧器或は回転機の鉄芯として
用いられている。この種磁性材料においては、Si含有
量が増加すると、鉄損特性が向上する(鉄損値が低くな
る)。特にSi含有量6.5%近傍では鉄損特性が良好
である上に磁歪が零に近付くところから、透磁率も一段
と向上し、従来にない新しい機能をもつ磁性材料となり
得る。しかしながら、この6.5%Si含有鉄は、冷間
加工、例えば冷間圧延する上で種々の問題があり、実用
化されていなかった。
【0003】最近、省エネルギーを目的として、鉄損値
が低く、かつ電気機器の多様な磁気特性上の要求を満足
する新しい磁性鋼板として、Si6.5%或はその近傍
を含有する高珪素鋼板が見直され始めた。特に冷間加工
上の問題を解決することに多くの努力が傾けられ、種々
提案がなされている。例えば中岡らは板破断を招き易い
という問題に関連して、特開昭61−166923号公
報に、冷間圧延の素材となる熱延板について、連続仕上
熱間圧延板条件を規定することによって金属組織を圧延
方向に繊維状に伸びた状態とすることを提案している。
また、中岡らは特開昭62−103321号公報に、連
続仕上熱間圧延前の材料の結晶粒を限定することによ
り、熱延板組織を圧延方向に延伸した繊維状にする方法
を提案している。これらの方法は、連続仕上熱間圧延条
件を限定することによって熱延板組織を制御し、こうし
て得られた熱延板を素材とすることによって冷間圧延を
可能ならしめようとするものである。
【0004】冷間圧延性を改善する方法として、6.5
%Si鉄中に第3元素を合金化する方法が発表されてい
る。例えばC.A.ClarkらはIEE.113(1
966)p345に、Niを添加することによる効果
を、K.NaritaらはIEEE Trans.Ma
g.MAG−14(1978)p258に、Mnを添加
することによる効果を示している。
【0005】次に、高Si鉄の磁気特性について説明す
る。高Si軟磁性鋼板の開発動機は、元々製造上の困難
さは十分確認されていたところであるけれども、従来に
ない高い機能性、たとえば鉄損特性、磁化特性の実現に
ある。従って、製造の容易さ、就中冷間圧延し易さに意
を用いるのは勿論であるが、良好な磁気特性を有する製
品を得ることを第一の狙いとして製造プロセスを設計す
る必要がある。このような観点からすれば、高Si軟磁
性鋼板、就中磁歪が最小となる6.5%Si材に最適な
磁気特性を具備せしめる製造プロセスについて十分な技
術は確立していない。特に、6.5%前後のSiを含有
する場合には磁気歪が略ゼロになることから磁気歪に起
因する騒音の低くなることが期待されるにかかわらず、
この特徴を最大限発揮させて、より一層低騒音を狙った
技術は開示されていない。次に、従来の軟磁性材料とし
ての無方向性電磁鋼板においては板表面に絶縁コーティ
ングを施すことが通常行われている。
【0006】電磁鋼板は、渦電流による鉄損を減少させ
るために、表面に絶縁皮膜が塗布され、焼付け処理され
た後、使用される。電磁鋼板を用いるモータ或はトラン
スの鉄芯は、電磁鋼板或はストリップを所定の幅にスリ
ットした後、連続的に鉄芯形状に打抜き加工或は切断
し、次いで積層し、そのエッジ部を溶接し或はカシめて
固定した後、必要に応じて700〜800℃の温度域で
歪取焼鈍を施し、次いで巻線加工した後、ケースに挿入
して最終製品とするプロセスによって製造される。従っ
て、電磁鋼板における絶縁皮膜は、絶縁抵抗が高いこと
は勿論、密着性、打抜き性、耐熱性、耐油性に優れ、鋼
板を積層したときの占積率を低下せしめないといった特
性が要求される。また特殊なケースとして、トランス用
鉄芯或はEIコアのように、焼鈍後に再積層工程がある
場合には、焼鈍後の鋼板の滑り性が再積層工程における
作業能率を左右するから、皮膜は滑り性が良好であるこ
とが併せ要求される。
【0007】これらの特性を電磁鋼板皮膜に具備せしめ
るべく、これまで多くの絶縁皮膜形成方法が提案されて
きている。これらは、1)燐酸塩またはクロム酸を主成
分とする全無機成分系の表面処理剤を用いるもの、2)
クロム酸塩をベースとし、有機樹脂を添加配合する半有
機成分系の表面処理剤を用いるもの、3)全量有機物か
らなる全有機成分系の表面処理剤を用いるもの、に大別
される。上記要求特性の他に、所定の形状に打抜き或は
切断加工された電磁鋼板の溶接性を良好ならしめる手段
として、鋼板表面を粗くすることが特公昭49−190
78号公報に開示されている。
【0008】絶縁コーティングに要求されている機能、
言いかえれば絶縁コーティングの制御により可能な機能
付加として、以上の事項が知られている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、6.5%前
後のSiを含有した磁気歪が小さい超高珪素電磁鋼板の
特徴を最大限に発揮させることにより、励磁状態での騒
音が極めて低い鉄芯を得ることを課題としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、磁気歪の
小さい超高珪素電磁鋼板を用いて鉄芯を成形するうえ
で、その鋼板表面の絶縁コーティングの粗度を一定以上
に粗くして、板間に一定量以上の接着機能を兼ねた含浸
剤を挿入させることにより、使用鋼板の磁気歪が小さく
鋼板振動の少ないが故に、含浸剤程度の比較的に少ない
挿入(厚みが薄い)量でも振動を吸収させることが可能
となり、ほぼ暗騒音レベルまでの鉄芯を実現できた。
【0011】以下にその詳細を説明する。6.53%S
iを含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる
0.23mm厚の超高珪素電磁鋼板で、その表面絶縁コ
ーティングの粗度が図1に示す6種類の製品を図2に示
す形状に打ち抜き、その加工片を45枚積層し、締め付
けした状態で、樹脂系接着剤(商品名スリーボンド22
87)を含浸させ、EI鉄芯として、周波数2kHz
で、励磁Bm=1.0T状態で、10cm離れた個所の
騒音を測定した(A特性)。その時の騒音(dB)と絶
縁コーティング粗度との関係を図3に示した。
【0012】なお、図3中には3.10%Siを含む従
来の無方向性電磁鋼板を比較のために示した。図3から
わかるように、6.53%Si材はRmaxで示される
表面粗度が大きくなると騒音が小さくなり、7μm以上
になると騒音の減少率は小さくなる。12μm程度にな
ると、この測定時の暗騒音である29dBにほぼ近付
く。一方、3.10%Siを含む従来の無方向性電磁鋼
板については表面粗度を変えても、騒音は殆ど減少しな
い。このように、3.10%Si材では騒音はほとんど
下らないのに、6.53%Si材で顕著に下るのは新規
な知見である。これは、3.10%Si材の磁気歪は1
1×10-6程度であるのに対し、6.53%Si材では
0.5×10-6以下と1/20以下と小さいことに原因
すると考えられる。すなわち、鋼板間に挿入された含浸
剤は金属に比べ粘弾性係数が大きいので鋼板の振動を吸
収する(騒音を下る)能力があるが、3.10%Si材
では磁気歪(鋼板の振動)が大きくこの含浸剤の振動吸
収能以上であるため騒音は下らない。一方、6.53%
Si材は磁気歪(鋼板の振動)が小さいため、この含浸
剤により振動が吸収され、特に表面粗度が大きくなり、
含浸量が多くなるほど騒音が顕著に下ったものと思われ
る。
【0013】本発明は以上の新知見に基づいて構成され
たものである。Si量と共に磁気歪は減少し、6.5%
前後で最も小さくなり、さらに増やすと磁気歪は逆に大
きくなる。したがって、本発明の効果を最も発揮するの
は、6.5%前後のSiを含有する電磁鋼板であるの
で、本発明では6.5%を中心として若干の上下幅を持
つ範囲内であればよい。Si含有量の下限は、本発明が
従来にない超低騒音鉄芯を目的としていることから、従
来大量には市販されていない範囲で4.9%とする。S
i含有量の上限は、6.5%を超えると磁気歪が増加
し、磁気特性上なんの利点もないので、可及的に6.5
%に近い量が望ましいが、製品の製造上のバラツキがあ
るので、6.5%より若干多い7.1%とする。
【0014】使用する電磁鋼板の板厚にかかわらず本発
明は適用できるが、板厚が薄いほど、鋼板の振動力は小
さくなるので、少ない振動吸収能で低騒音となる。した
がって絶縁コーティングの必要粗度も小さい。板厚0.
23mm以下になると容易に暗騒音レベルが得られる。
次に、この高Siを含有する電磁鋼板表面の絶縁コーテ
ィングであるが、その組成は無機成分系,有機成分系は
問わない。要求される皮膜特性に応じて決めればよい。
本発明で必須とする要件は一定量以上の接着機能を持つ
含浸剤を挿入できるように適当な粗度を与えた絶縁コー
ティングである。この粗度を規定するものとして、Rm
axを採り、これが3.5μm未満では顕著な騒音低減
効果は得られない。Rmaxが大きいほど、騒音は減少
する効果が得られるが、他方、挿入含浸量が多くなり過
ぎ、鉄芯断面積に占める磁性体割合が減じ、必要励磁電
流が増えることになり不利である。励磁電流の増加分が
実質的に問題のない範囲で、かつ騒音低下割合が飽和す
る値として、Rmaxは12μm程度以下が望ましい。
【0015】本発明で適用する含浸剤は、通常に使用さ
れている金属,樹脂,セラミックス等を接着するところ
の接着剤であれば、その種別、例えば有機物系成分,シ
ラン系成分等は問わない。本発明では含浸剤の振動吸収
能をうまく活用することが一つの特徴となっているの
で、適用できる鉄芯は板間に円滑かつ均一に含浸剤を挿
入できる範囲内の大きさが適当である。本発明では含浸
に際して真空含浸技術を用いる。現時点の技術では、鉄
芯が10cm前後以内の大きさであれば、安定して含浸
できる。鉄芯構造としては、打ち抜き加工あるいは放電
加工等で切り出した素材を積ねた積層鉄芯(EIコアと
呼ばれるものが大部分)や、鋼板を円筒形に巻いた巻き
鉄芯(カット・コアと通称される)があり、いずれも本
発明が適用され得る。一般にEIコア,カット・コアの
ように磁束の流れに断線部のある鉄芯では、上下の鋼板
間に磁束の渡りが生じるため騒音が大きくなるので、本
発明の適用鉄芯として効果が大きい。
【0016】なお、積層鉄芯用の打ち抜き加工、巻き鉄
芯用の巻き加工のいずれについても加工歪が鋼板に残る
と磁気特性が劣化(例えば鉄損増加、保磁力大等)する
ので、歪除去のため加工後に750〜850℃の温度で
焼鈍する。
【0017】
【実施例】(実施例1)Siを5.6%と6.6%含有
する板厚0.35mmと0.20mmの4種類の電磁鋼
板について、表面粗度がRmaxで2.0μmと12.
5μmの絶縁コーティングを付与した。これらの鋼板を
図2に示すEとI形状に打ち抜き、板厚0.35mmの
ものは28枚、板厚0.20mmものは49枚積層し
て、締め付けた状態で、その板間に樹脂系接着剤を含浸
させた。これら鉄芯について1kHzの周波数で、励磁
Bm=1.0Tで、10cm離れた個所で騒音を測定し
た。その結果を表1に示す。
【0018】
【表1】
【0019】表1から、コーティング粗度がRmaxで
本発明範囲内にある12.5μmの鉄芯は比較例である
2.0μmのものに比べ、いずれも騒音が小さい。そし
て、その減少割合はSi含有量が多いほど、かつ板厚が
薄いほど大きく、6.6%Siで板厚0.20mmの鉄
芯で最も低騒音であることがわかる。 (実施例2)Siを3.1%と6.6%含有する板厚
0.23mmの2種類の電磁鋼板について、表面粗度が
Rmaxで2.0μmと12.5μmの絶縁コーティン
グを付与した。これらの鋼板を内径20mm,外径30
mm,幅20mmの巻き加工をした後、締め付けた状態
で樹脂系接着剤を含浸し、カットコアに巻き線を施して
チョークコイルとして、1kVAの無停電電源装置に実
装して30kHzで騒音を測定した。その結果を表2に
示す。
【0020】
【表2】
【0021】表2から、3.1%Si材ではコーティン
グ粗度を変えても騒音は変らないが、本発明範囲内にあ
る6.6%Si材では、コーティング粗度を12.5μ
mと大きくすることにより騒音が減少することがわか
る。 (実施例3)実施例2に従い、巻き加工した後に780
℃×1hrの焼鈍を追加した場合の実施例2と同一条件
で測定した騒音を表3に示す。
【0022】
【表3】
【0023】表3から、鉄芯加工後に加工歪を除去する
焼鈍を追加することにより約1.0dB弱だけ騒音の減
少することがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】絶縁コーティング表面の機械的触針式粗度計に
よる粗さプロファイルとRmaxを示した図である。
【図2】鋼板の打ち抜き片のEI片の形状と、鉄芯にし
た時のE片とI片の接触を示した図である。
【図3】絶縁コーティングの表面粗度Rmaxと励磁状
態での鉄芯の騒音との関係を示した図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01F 1/18 3/02 27/245 27/25 H02K 1/02 Z H01F 27/24 B 1/18 (72)発明者 門脇 伸生 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐡株式 会社 中央研究本部内 (56)参考文献 特開 昭58−175807(JP,A) 特開 平4−206609(JP,A) 特開 昭55−59710(JP,A) 特開 平1−232705(JP,A) 特公 昭49−19078(JP,B1)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Siを4.9〜7.1%含有し、表面粗
    度がRmaxで3.5μm以上の絶縁コーティングを有
    する軟磁性電磁鋼板を用いた積層鉄芯であって、板間に
    接着機能を兼ねた含浸剤を挿入したことを特徴とする励
    磁状態での騒音が極めて低い超高珪素電磁鋼板を用いた
    低騒音の積層鉄芯。
  2. 【請求項2】 Siを4.9〜7.1%含有し、表面粗
    度がRmaxで3.5μm以上の絶縁コーティングを有
    する軟磁性電磁鋼板を用いた巻き鉄芯であって、板間に
    接着機能を兼ねた含浸剤を挿入したことを特徴とする励
    磁状態での騒音が極めて低い超高珪素電磁鋼板を用いた
    低騒音の巻き鉄芯。
  3. 【請求項3】 軟磁性電磁鋼板の板厚が0.23mm以
    下である請求項1記載の超高珪素電磁鋼板を用いた低騒
    音の積層鉄芯。
  4. 【請求項4】 軟磁性電磁鋼板の板厚が0.23mm以
    下である請求項2記載の超高珪素電磁鋼板を用いた低騒
    音の巻き鉄芯。
  5. 【請求項5】 鉄芯への加工歪が実質的にない請求項1
    〜4の何れかに記載の鉄芯。
JP13807091A 1991-06-10 1991-06-10 超高珪素電磁鋼板を用いた低騒音の積層鉄芯及び巻き鉄芯 Expired - Lifetime JPH0785457B2 (ja)

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