JPS5937658B2 - 大型回転電機固定子の鉄損改善方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一方向性電磁鋼板を使用した大型回転電機固
定子の鉄損改善方法に関する。

磁気特性に優れた電磁鋼板には一方向性電磁鋼板がある
が、これは圧延方向に（００１，１軸が向き（１１０）
面が圧延面に平行になるようにしたもので、圧延方向つ
まり鋼板ストリップの長さ方向には磁化は容易であるが
、幅方向は（１１０）軸になるので磁化は容易でない。

電動機２発電機などの回転電機の固定子および回転子は
一般に積層鉄心を使用し、所定形状の各鉄心素子を鋼板
から打抜き、それを所定厚みに積み重ね、結束してなる
が、各鉄心素子は回転子なら外周面に多数の歯部を持つ
円環状、固定子なら内周面に多数の歯部を持つ円環状で
あり、磁束は歯部で放射方向（半径方向）、継鉄部で円
周方向に通る。

つまり磁束は一方向ではなく、３６０°に亘る任意の方
向に通ることになるので、回転機鉄心に方向性電磁鋼板
を適用するには難があり、従来これには無方向電磁鋼板
を使用するのが普通であった。

しかし大型回転機は、その環状固定子鉄心素子を鋼板か
ら直接打抜くには寸法が大き過ぎるので複数個に分割し
てその扇形鉄心素子を鋼板から打抜き、それを集めて円
環状としかつ所定厚みの固定子に積層する。

この場合は扇形鉄心素子の継鉄部または歯部を圧延方向
にはゾ合せることが可能で風るので、一方向性電磁鋼板
の使用が可能であり、実際に使用されてもいる。

しか（７この場合も継鉄部を圧延方向に合せれば歯部で
は磁束方向は（１１０）軸方向となり、歯部を圧延力向
にとれば継鉄部の磁束方向が〔１１０〕軸力向になり、
いずれにしても不都合が生じる。

か５る問題は冶金学的に解決することが本節ではあり５
２方向性電磁鋼板なども開発されているが、これはまた
低コストで量産化可能な状態にはない。

本発明はいわば物理的な方法でこの問題を改善しようと
するものであり、次に図面を参照しながら詳細に説明す
る。

前述のように一方向性電磁鋼板は（１１０）（００１）
組織を持ち、圧延方向に磁化が容易である。

か５る鋼板１０に対し第１図ａに示すように圧延方向Ｆ
にほぼ直角にパルスレーザ光を線状、鎖線状または点線
状等の線列状に照射すると（１２は線状照射の場合の照
射部分を示す）鉄損が小になる。

これは次のように説明できる。即ち一方向性電磁鋼板１
０は第２図ａに示すように圧延方向に延びる比較的大き
な磁区１４を有する。

一方向性電磁鋼板においては（１１０）［：００１）力
位の圧延方向への集積度を高めるにつれて結晶数が大き
くなり、また磁壁が粒界を貫通するために磁区は大きく
なり、磁区の大きさと鉄損値とは比例関係にあるので、
方向性を高めた割り合いには鉄損は少なくならないとい
う矛盾した問題があるものである。

これに対し、レーザ光を圧延力向とほぼ直角な方向に照
射すると、その照射部分１２の両側に小突起群１６が発
生する。

これは走査型電子顕微鏡等で観察できる。

なお図では簡単化のため小突起は一部しか示していない
。

この小突起は磁区（マグネチックドメイン）の芽であっ
て、磁化されるとき鋼板１０の磁区１４はこの芽から伸
びる磁区１８により細分化される。

従って鉄損は小になる。

小突起群１６が生じるのは、鋼板１０にパルスレーザを
照射すると転位が発生し、磁区の芽の発生確率はこの転
位の密度に比例することに依ると考えられる。

第１図すに示すようにレーザ光を圧延方向に照射すると
、第２図すに示すようにやはり小突起群１６が発生する
。

外部磁界Ｈが作用するときこの芽１６より微小ドメイン
が発生し鉄損を下げるものと考えられる。

具体例を挙げると第１図ａのようにレーザ光照射したも
のの圧延力向の鉄損ＷＬ（磁束密度１．７Ｔ、周波数５
０Ｈｚ）は］、、 ００ Ｗ／ｋｇとなり、圧延力向と
直角方向の鉄損Ｗｃ（磁束密度１．３Ｔ、周波数５０Ｈ
ｚ）はレーザ光照射しないものと殆んど同じである。

なお、レーザ光照射前のもののｗＬは１．１０ ’Ｗ／
ｋｇ、Ｗｃは２．８４Ｗ／ｋｇである。

つまり第１図ａのレーザ光照射で１０％のＷＬの減少が
可能になる。

第１図すの場合はＷＬは殆んど変らず、Ｗｃは２．０４
Ｗ／ｋｇとなり、約２８％と大幅なＷｃの減少が可能
となった。

このような効果を得るには、レーザ光照射に条件があい
、先ずレーザ光照射部分１２の幅ｄとピッチｌであるが
、第１図ａの場合はｄ二０．０１〜１、ｍｍ、１に１〜
２０ｍ７ｒＬ１ レーザパルスの時間幅は１ ｎＳ−
１００ｍｓがよい。

エネルギ密度Ｐは０．０１〜１ｏｏｏＪ、／＝が好まし
い。

なお、パルスレーザ光を照射する場合、照射部分が鎖線
状または点線状に配列されるときには、第１図ａにおい
てはＬ方向直径ｄ＝０．０１〜１ｍｍ、照射点Ｃ方向間
隔ａは３ｒＩＬ１ｒＬ以下、好ましくは１ｍｒｎ以下が
よい。

また第１図すではＣ方向直径ｄ＝０．０１〜１１１１１
１Ｌ、照射点し方向間隔ａは３ｒ／ｌＴ／Ｌ以下、好ま
しくはＬｍｖｔ以下にすることが必要である。

第１図ａ、ｔ）共レーザ光照射部分１２の向きはそれぞ
れ正確に圧延力向に直角および平行整列していなくても
、それよりも±３０°程度の範囲でずれる分には効果に
は格別の差はない。

そこで本発明では分割固定子構造の大型回転機固定鉄心
を構成する鋼板素子に上述のレーザ光照射を行ない、磁
束がほぼ圧延力向と直角な方向に通る部分でその鉄損を
減少させまた磁束が圧延方向に通る部分でもその鉄損を
更に減少させようとするものである。

第３図ａは一方向性電磁鋼板（圧延方向はＦ）１０から
固定子鉄心を打抜く要領を示し、２０は扇形の固定子鉄
心素子であり、２０ｂはその歯部、２０ａは継鉄部であ
る。

一方向性電磁鋼板１０の幅Ｗは１ｍ程度であり、かＸる
鋼板１０から無駄少なく鉄心素子２０を採取するため、
隣合う鉄心素子２０’ 、 ２０／／は逆向きにしたり
する。

鉄心素子２０の長手方向Ｆ１は鋼板１０の圧延力向Ｆに
合せる。

こ５で、長手方向Ｆ１とは、扇形素子２０の中心におけ
る半径方向Ｒ１と直交する方向であるとする。

鉄心素子中の磁束は第３図すに点線で示すように継鉄部
では円周方向Ｆ２、歯部では半径方向、継鉄部と歯部と
の境界部ではこれらをつなぐ弧状（これは例えば３相励
磁するなら各時点の電流位相で左側または右側へ曲る弧
状）となる。

そこで継鉄部に関しては扇形素子２０の中心で磁束方向
を圧延力向に合せれば、左、右端では磁束方向（本来の
）は圧延力向つまり磁化容易なＣｏｏｌ）軸力向からず
れ、このずれの角度は固定子の分割数によって変るが通
常２０〜３０°になる。

また歯部２０ｂにおいては、扇形素子長手方向Ｆ１を圧
延力向Ｆに合せれば、扇形素子中心の歯部の磁束方向は
圧延力向と直交する方向となり、扇形素子左、右端部で
はそれより２０〜３０°ずれることになる。

一方向性電磁鋼板では（１１０）［’０Ｏ１）組織の圧
延方向への集積度を高めることが大幅な鉄損改善を達成
し得たことからも分るように、磁区方向と磁束方向のず
れは鉄損に大きな影響を与えるから、この２０〜３０°
のずれも無視できない問題である。

まして歯部においては磁束は〔００１〕軸と直交〔１１
０〕軸つまり磁化は容易でない方向に通り、更に歯部と
継鉄部との境界部では磁化困難な（１１１）方向に通る
ことにもなり、これは一方向性電磁鋼板の回転機への適
用を断念させる理由となる。

そこで本発明では一方向性電磁鋼板から上記のように方
向を合せて打抜いた扇形固定鉄心素子２０に対して第３
図すの縞模様の如くパルスレーザ光照射を行なう。

即ち素子２０の継鉄部２０ａに対しては第１図ａの方法
を採って、所定幅ｄのレーザ光照射部分１２がＣ方向（
半径方向）に延びかつ所定間隔ｌをピッチとしてＬ方向
（円周方向）に並ぶようにレーザ光を照射し、歯部２０
ｂでは第１図すの方法を採って所定幅ｄのレーザ光照射
部分１２がＬ方向（円周方向〕に延びかつ所定間隔ｌを
ピッチとし、てＣ方向（半径方向）に並ぶようにする。

レーザ光照射部分１２を作るにはパルスレーザ光を逐次
偏向するつまり走査してもよく、またはスリットなどで
制限して部分１２に一致する細帯状のパルスレーザ光を
照射してもよい。

この後者のパターン照射の場合は更に複数個のレーザ光
照射部分１２を同時に投射するようにしてもよい。

歯部２０ｂのレーザ光照射部分１２は弧状とする代りに
直線としても両者のずれは僅小である。

第１図ａ、ｂの方法をこの鉄心素子２０にそのま５適用
すると、継鉄部２０ａではレーザ光照射部分１２はすべ
てその中心における半径Ｒ１に平行な方向に延びること
になり、扇形端部では上記とは２０〜３０°のずれを生
じる。

また、歯部２０ｂでも同様で、扇形素子２０の中心の半
径Ｒ１に直角な方向つまり前述の長手方向Ｆ１にすべて
平行にレーザ光照射部分１２は延びることになり、扇形
端部では上記とは２０〜３０°のずれを生じる。

しかしこの程度のずれは前述の理由で許容でき、しかも
このずれ１電磁束の方向に適合するものであるからむし
ろ好ましい効果を期待できる。

歯部２０ｂと継鉄部２０ａとの境界部に対しては、図示
の如く歯部２０ｂに対するレーザ光照射要領を先細り状
に適用すると磁束は鎖線方向に案内され、第１図ａ、ｂ
で説明した理由により鉄損の減少を図ることができるが
、この部分は第３図Ｃに示すように継鉄部のレーザ光照
射要領を適用してもよく、また磁束が種々の方向を向き
そして量的には少ないので第３図ｄのようにレーザ照射
しないことにしてもよい。

以上説明１−たように本発明によれば一方向性電磁鋼板
使用の分割固定子型回転電機の固定子鉄損を歯部および
継鉄部ともに改善することができる。

周知のように鉄損は電気機器の稼動中常時発生し、そし
て大型回転電機は長時間連続運転するものが多いので鉄
損減少によるエネルギ節減効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂはレーザ光照射要領を説明する図、第２図
ａ＋ｂは鉄損改善理由の説明図、第３図ａ〜ｄは本発明
の詳細な説明図である。 図面で、２０は分割型固定子鉄心の扇形素子、１０は一
方向性硅素鋼板、２０ａは継鉄部、２０ｂは歯部、１２
はレーザ光照射部分である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個に分割した固定子鉄心の各扇形素子を一方向
   性電磁鋼板からその長手方向を圧延方向または圧延方向
   と直角な方向に一致させて打抜きそのま５、あるいは歪
   除去焼鈍後膣扇形素子の継鉄部には扇形のはゾ半径方向
   にまた歯部には円周とほぼ平行な方向に所定幅のレーザ
   光照射部分が延びかつ該部分が該円周および半径方向に
   所定ピッチで配列されるようにパルスレーザ光を照射す
   ることを特徴とした大型回転電機固定子の鉄損改善法。