KR20230070021A - 권철심 - Google Patents

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KR20230070021A
KR20230070021A KR1020237013150A KR20237013150A KR20230070021A KR 20230070021 A KR20230070021 A KR 20230070021A KR 1020237013150 A KR1020237013150 A KR 1020237013150A KR 20237013150 A KR20237013150 A KR 20237013150A KR 20230070021 A KR20230070021 A KR 20230070021A
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KR
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grain
steel sheet
iron core
oriented electrical
electrical steel
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KR1020237013150A
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Inventor
유스케 가와무라
다카히토 미즈무라
Original Assignee
닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

이 권철심은, 측면으로 보아서 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 적층된 권철심 본체를 구비하는 권철심이며, 방향성 전자 강판은 긴 변 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고, 적어도 하나의 굴곡부에 있어서, 방향성 전자 강판의 결정 입경 Dpx(mm)가, FL/4 이상이다. 여기서, FL이란, 평면부의 평균 길이(mm)이다.

Description

권철심
본 발명은, 권철심에 관한 것이다. 본원은, 2020년 10월 26일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2020-178898호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
방향성 전자 강판은, Si를 7질량％ 이하 함유하고, 2차 재결정립이 {110} <001> 방위(Goss 방위)에 집적한 2차 재결정 집합 조직을 갖는 강판이다. 방향성 전자 강판의 자기 특성은, {110} <001> 방위에 대한 집적도에 크게 영향 받는다. 근년, 실용되고 있는 방향성 전자 강판은, 결정의 <001> 방향과 압연 방향의 각도가 5° 정도의 범위 내에 들어가게 제어되어 있다.
방향성 전자 강판은 적층되어 변압기의 철심 등에 사용되지만, 주요한 자기 특성인 고자속 밀도, 저철손에 추가하여, 진동·소음의 원인이 되는 자기 왜곡이 작은 것이 요구되고 있다. 결정 방위는 이들 특성과 강한 상관을 갖는 것이 알려져 있고, 예를 들어 특허문헌 1 내지 3과 같은 정교하고 치밀한 방위 제어 기술이 개시되어 있다.
또한, 방향성 전자 강판에 있어서의 결정 입경의 영향에 대해서는 잘 알려져 있고, 그 제어에 의한 특성 개선 기술로서는, 특허문헌 4 내지 7 등에 개시되어 있다.
또한, 권철심의 제조는 종래, 예를 들어 특허문헌 8에 기재되어 있는 것과 같은, 강판을 통 형상으로 권취한 후, 통 형상 적층체인 채로 코너부를 일정 곡률이 되도록 프레스하고, 대략 직사각형으로 형성한 후, 어닐링함으로써 변형 제거와 형상 유지를 행하는 방법이 널리 알려져 있다.
한편, 권철심의 다른 제조 방법으로서, 권철심의 코너부가 되는 강판의 부분을 곡률 반경이 3mm 이하의 비교적 작은 굴곡 영역이 형성되도록 미리 굽힘 가공하고, 당해 굽힘 가공된 강판을 적층하여 권철심으로 하는, 특허문헌 9 내지 11과 같은 기술이 개시되어 있다. 당해 제조 방법에 의하면, 종래와 같은 대규모의 프레스 공정이 불필요하고, 강판은 정교하고 치밀하게 절곡되어서 철심 형상이 유지되고, 가공 변형도 굽힘부(모퉁이부)만에 집중하기 때문에 상기 어닐링 공정에 의한 변형 제거의 생략도 가능하게 되고, 공업적인 장점은 크게 적용이 진행되고 있다.
일본 특허 공개 제2001-192785호 공보 일본 특허 공개 제2005-240079호 공보 일본 특허 공개 제2012-052229호 공보 일본 특허 공개 평6-89805호 공보 일본 특허 공개 평8-134660호 공보 일본 특허 공개 평10-183313호 공보 국제 공개 제O2019/131974호 일본 특허 공개 제2005-286169호 공보 일본 특허 제6224468호 공보 일본 특허 공개 제2018-148036호 공보 호주국 특허 출원 공개 제2012337260호 명세서
본 발명은, 강판을 곡률 반경이 5mm 이하의 비교적 작은 굴곡 영역이 형성되도록 미리 굽힘 가공하고, 당해 굽힘 가공된 강판을 적층하여 권철심으로 하는 방법에 의해 제조한 권철심에 있어서, 부주의한 소음의 발생이 억제되도록 개선한 권철심을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 강판을 곡률 반경이 5mm 이하의 비교적 작은 굴곡 영역이 형성되도록 미리 굽힘 가공하고, 당해 굽힘 가공된 강판을 적층하여 권철심으로 하는 방법에 의해 제조한 변압기 철심의 소음을 상세하게 검토하였다. 그 결과, 결정 방위의 제어가 거의 동등하고, 단판에서 측정되는 자기 왜곡의 크기도 거의 동등한 강판을 소재로 한 경우에도, 철심의 소음에 차가 발생하는 경우가 있는 것을 인식하였다.
이 원인을 탐구한 바, 문제가 되는 소음의 차는, 소재의 결정 입경의 영향을 받아서 발생하고 있는 것을 알아냈다. 또한, 철심의 치수 형상에 의해서도 현상의 정도(즉, 철심의 소음의 차)에 차이가 발생하는 것을 알아냈다.
이 관점에서 다양한 강판 제조 조건, 철심 형상에 대하여 검토하여 소음에 대한 영향을 분류하였다. 그 결과, 특정한 제조 조건에 의해 제조한 강판을, 특정한 치수 형상의 철심 소재로서 사용함으로써, 철심의 소음을, 강판 소재의 자기 왜곡 특성에 알맞은 최적의 소음이 되도록 억제할 수 있다는 결과를 얻었다.
상기 목적을 달성하기 위하여 이루어진 본 발명의 요지는 이하와 같다.
본 발명의 일 실시 형태에 관한 권철심은, 측면으로 보아 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 판 두께 방향으로 적층된 권철심 본체를 구비하는 권철심이며,
상기 방향성 전자 강판은 긴 변 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고,
상기 굴곡부의 측면으로 보아서 내면측 곡률 반경 r은 1mm 이상 5mm 이하이고,
상기 방향성 전자 강판이 질량％로,
Si: 2.0 내지 7.0％
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
Goss 방위에 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한
적어도 하나의 상기 굴곡부에 있어서, 적층되는 상기 방향성 전자 강판의 결정 입경 Dpx(mm)가 FL/4 이상이다.
여기서, Dpx(mm)는, 하기 식 (1)에 의해 구해지는 Dp의 평균값이고,
Dc(mm)는 상기 굴곡부와, 이 굴곡부를 사이에 두도록 배치된 2개의 상기 평면부의 각각의 경계에 있어서의 경계선이 연신하는 방향(이하, 「경계 방향」이라고 기재함)의 평균 결정 입경이고,
Dl(mm)은 상기 경계에 있어서의 경계 방향과 수직인 방향의 평균 결정 입경이고,
FL(mm)은 상기 굴곡부를 사이에 두고 인접하는 2개의 상기 평면부 중, 길이가 짧은 쪽의 평면부의 평균 길이이다. 또한, 굴곡부를 사이에 두고 인접하는 2개의 평면부의 길이가 동등한 경우에는, 어느 것의 평면부의 길이를 채용한다.
또한, 상기 Dp의 평균값이란, 2개의 상기 평면부 중 한쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dp와 외면측의 Dp, 그리고 다른 쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dp와 외면측의 Dp의 평균값이다.
Dp=√(Dc×Dl/π) ···(1)
또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 권철심은, 측면으로 보아 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 판 두께 방향으로 적층된 권철심 본체를 구비하는 권철심이며,
상기 방향성 전자 강판은 긴 변 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고,
상기 굴곡부의 측면으로 보아서 내면측 곡률 반경 r은 1mm 이상 5mm 이하이고,
상기 방향성 전자 강판이
질량％로,
Si: 2.0 내지 7.0％
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
Goss 방위에 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한
적어도 하나의 상기 굴곡부에 있어서, 적층되는 상기 방향성 전자 강판의 결정 입경 Dpy(mm)가 FL/4 이상이다.
여기서, Dpy(mm)는 Dl(mm)의 평균값이고,
Dl(mm)은 상기 굴곡부와, 이 굴곡부를 사이에 두도록 배치된 2개의 상기 평면부의 각각의 경계에 있어서의 경계 방향과 수직인 방향의 평균 결정 입경이고,
FL(mm)은 상기 굴곡부를 사이에 두고 인접하는 2개의 상기 평면부 중, 길이가 짧은 쪽의 평면부의 평균 길이이다.
또한, 상기 Dl의 평균값이란, 2개의 상기 평면부 중 한쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dl과 외면측의 Dl, 그리고 다른 쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dl과 외면측의 Dl의 평균값이다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태는, 측면으로 보아서 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 판 두께 방향으로 적층된 권철심 본체를 구비하는 권철심이며,
방향성 전자 강판은 긴 변 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고,
상기 굴곡부의 측면으로 보아서 내면측 곡률 반경 r은 1mm 이상 5mm 이하이고,
상기 방향성 전자 강판이
질량％로,
Si: 2.0 내지 7.0％
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
Goss 방위에 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한
적어도 하나의 상기 굴곡부에 있어서, 적층되는 상기 방향성 전자 강판의 결정 입경 Dpz(mm)가 FL/4 이상이다.
여기서, Dpz(mm)는, Dc(mm)의 평균값이고,
Dc(mm)는 상기 굴곡부와, 이 굴곡부를 사이에 두도록 배치된 2개의 상기 평면부의 각각의 경계에 있어서의 경계 방향의 평균 결정 입경이고,
FL(mm)은 상기 굴곡부를 사이에 두고 인접하는 2개의 상기 평면부 중, 길이가 짧은 쪽의 평면부의 평균 길이이다.
또한, 상기 Dc의 평균값이란, 2개의 상기 평면부 중 한쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dc와 외면측의 Dc, 그리고 다른 쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dc와 외면측의 Dp의 평균값이다.
본 발명에 따르면, 굽힘 가공된 방향성 전자 강판을 적층하여 이루어지는 권철심에 있어서, 부주의한 소음의 발생을 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 본 발명에 관한 권철심의 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는, 도 1의 실시 형태에 나타내는 권철심의 측면도이다.
도 3은, 본 발명에 관한 권철심의 다른 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 4는, 본 발명에 관한 권철심을 구성하는 1층의 방향성 전자 강판의 일례를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 5는, 본 발명에 관한 권철심을 구성하는 1층의 방향성 전자 강판의 다른 일례를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 6은, 본 발명에 관한 권철심을 구성하는 방향성 전자 강판의 굴곡부의 일례를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 7은, 본 발명에 관한 권철심을 구성하는 방향성 전자 강판의 결정 입경의 측정 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 8은, 실시예 및 비교예에서 제조한 권철심의 치수 파라미터를 도시하는 모식도이다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 권철심에 대하여 차례로 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 개시의 구성에만 제한되는 일 없이, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 하기하는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「초과」 또는 「미만」이라고 나타내는 수치는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 또한, 화학 조성에 관한 「％」는, 특별히 언급이 없는 한 「질량％」를 의미한다.
또한, 본 명세서에 있어서 사용하는, 형상이나 기하학적 조건 그리고 그것들의 정도를 특정하는, 예를 들어 「평행」, 「수직」, 「동일」, 「직각」 등의 용어나 길이나 각도의 값 등에 대해서는, 엄밀한 의미에 얽매이는 일 없이, 마찬가지의 기능을 기대할 수 있는 정도의 범위를 포함하여 해석하는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 「방향성 전자 강판」을 단순히 「강판」 또는 「전자 강판」이라고 기재하고, 「권철심」을 단순히 「철심」이라고 기재하는 경우도 있다.
본 실시 형태에 관한 권철심은, 측면으로 보아서 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 판 두께 방향으로 적층된 권철심 본체를 구비하는 권철심이며,
상기 방향성 전자 강판은 긴 변 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고,
상기 굴곡부의 측면으로 보아서 내면측 곡률 반경 r은 1mm 이상 5mm 이하이고,
상기 방향성 전자 강판이 질량％로,
Si: 2.0 내지 7.0％
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
Goss 방위에 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한
적어도 하나의 상기 굴곡부에 있어서, 적층되는 상기 방향성 전자 강판의 결정 입경 Dpx(mm)가 FL/4 이상
인 것을 특징으로 한다.
여기서, Dpx(mm)는, 하기식(1)에 의해 구해지는 Dp의 평균값이며,
Dc(mm)은 상기 굴곡부와, 이 굴곡부를 사이에 두도록 배치된 2개의 상기 평면부의 각각의 경계에 있어서의 경계 방향의 평균 결정 입경이며,
Dl(mm)은 상기 경계 방향과 수직인 방향의 평균 결정 입경이며,
FL(mm)은 상기 평면부의 평균 길이다.
또한, Dp의 평균값이란, 2개의 상기 평면부 중 한쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dp와 외면측의 Dp, 그리고 다른 쪽의 평면부의 상기 내면측의 Dp와 외면측의 Dp의 평균값이다.
Dp=√(Dc×Dl/π) ···(1)
1. 권철심 및 방향성 전자 강판의 형상
먼저, 본 실시 형태의 권철심의 형상에 대하여 설명한다. 여기서 설명하는 권철심 및 방향성 전자 강판의 형상 자체는, 특별히 새로운 것은 아니다. 예를 들어 배경기술에 있어서 특허문헌 9 내지 11로서 소개한 공지된 권철심 및 방향성 전자 강판의 형상에 준한 것에 지나지 않는다.
도 1은, 권철심의 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 2는, 도 1의 실시 형태에 나타내는 권철심의 측면도이다. 또한, 도 3은, 권철심의 다른 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 측면으로 본다는 것은, 권철심을 구성하는 긴 형상의 방향성 전자 강판의 폭 방향(도 1에 있어서의 Y축 방향)으로 보는 것을 말한다. 측면도란 측면에서 보아 시인되는 형상을 나타낸 도면(도 1의 Y축 방향의 도면)이다.
본 실시 형태에 관한 권철심은, 측면으로 보아서 복수의 다각형 환상(직사각 형상 혹은 다각 형상)의 방향성 전자 강판(1)이 판 두께 방향으로 적층된 권철심 본체(10)를 구비한다. 당해 권철심 본체(10)는, 방향성 전자 강판(1)이, 판 두께 방향으로 적층되고, 측면으로 보아서 다각 형상의 적층 구조(2)를 갖는다. 당해 권철심 본체(10)를, 그대로 권철심으로서 사용해도 되고, 필요에 따라, 적층된 복수의 방향성 전자 강판(1)을 일체적으로 고정하기 위해서, 결속 밴드 등, 공지된 조임 도구 등을 구비하고 있어도 된다.
본 실시 형태에 있어서, 권철심 본체(10)의 철심 길이에 특별히 제한은 없다. 철심에 있어서 철심 길이가 변화해도, 굴곡부(5)의 체적은 일정하기 때문에 굴곡부(5)에서 발생하는 철손은 일정하다. 철심 길이가 긴 쪽이 권철심 본체(10)에 대한 굴곡부(5)의 체적률은 작아지기 때문에, 철손 열화에 대한 영향도 작다. 따라서, 권철심 본체(10)의 철심 길이는 긴 쪽이 바람직하다. 권철심 본체(10)의 철심 길이는, 1.5m 이상인 것이 바람직하고, 1.7m 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 권철심 본체(10)의 철심 길이란, 측면에서 보아 권철심 본체(10)의 적층 방향의 중심점에 있어서의 둘레 길이를 말한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 권철심 본체(10)의 두께, 즉 적층된 강판의 합계 두께(강판 적층 두께)는 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 후술하는 바와 같이, 소음은, 강판 적층 두께에 의존하는 철심 중의 여자 자속이 철심 중심 영역으로 편재되는 것이 원인으로 발생하고 있다고 생각되는 점에서, 당해 편재가 일어나기 쉬운 강판 적층 두께가 두꺼운 철심에 있어서 본 실시 형태의 효과, 즉 소음의 저감을 보다 향수하기 쉽다고 할 수 있다. 이것으로부터, 강판 적층 두께는, 40mm 이상인 것이 바람직하고, 50mm 이상이면 보다 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 권철심 본체(10)의 강판 적층 두께란, 측면에서 보아 권철심 본체의 평면부에 있어서의 적층 방향의 최대의 두께를 말한다.
본 실시 형태의 권철심은, 종래 공지된 어느 용도에도 적합하게 사용할 수 있다. 특히 소음이 문제가 되는 송전 변압기용의 철심에 적용함으로써, 현저한 장점을 발휘할 수 있다.
도 1 및 2에 도시하는 바와 같이, 권철심 본체(10)는, 긴 변 방향으로 제1 평면부(4)와 코너부(3)가 교호로 연속하고, 당해 각 코너부(3)에 있어서 인접하는 2개의 제1 평면부(4)가 이루는 각이 90°인 방향성 전자 강판(1)이, 판 두께 방향으로 적층된 부분을 포함하고, 측면으로 보아서 대략 직사각 형상의 적층 구조(2)를 갖는다. 또한, 별도의 시각으로 보면, 도 1 및 2에 도시하는 권철심 본체(10)는, 8각 형상의 적층 구조(2)를 갖는다. 본 실시 형태에 관한 권철심 본체(10)는, 8각 형상의 적층 구조를 갖지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 권철심 본체는, 측면으로 보아 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 판 두께 방향으로 적층되어, 당해 방향성 전자 강판이 긴 변 방향(둘레 방향)으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고 있으면 된다.
이하에서는, 권철심 본체(10)가 4개의 코너부(3)를 갖는 대략 직사각 형상의 것으로서 설명한다.
방향성 전자 강판(1)의 각 코너부(3)는, 측면으로 보아서, 곡선상의 형상을 갖는 굴곡부(5)를 2개 이상 가짐과 함께, 인접하는 굴곡부(5, 5) 사이에 제2 평면부(4a)를 갖고 있다. 따라서, 코너부(3)는 2 이상의 굴곡부(5)와 1 이상의 제2 평면부(4a)를 구비한 구성이다. 또한, 하나의 코너부(3)에 존재하는 2개의 굴곡부(5, 5)의 각각의 굽힘 각도의 합계가 90°가 되고 있다.
또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 방향성 전자 강판(1)의 각 코너부(3)는, 측면으로 보아서, 곡선상의 형상을 갖는 굴곡부(5)를 3개 가짐과 함께, 인접하는 굴곡부(5, 5) 사이에 제2 평면부(4a)를 갖고 있고, 또한, 하나의 코너부(3)에 존재하는 3개의 굴곡부(5, 5, 5)의 각각의 굽힘 각도의 합계가 90°가 되고 있다.
또한, 각 코너부(3)는, 4개 이상의 굴곡부를 갖고 있어도 된다. 이 경우도 인접하는 굴곡부(5, 5) 사이에 제2 평면부(4a)를 갖고 있고, 또한, 하나의 코너부(3)에 존재하는 4개 이상의 굴곡부(5)의 각각의 굽힘 각도의 합계가 90°가 되고 있다. 즉, 본 실시 형태에 관한 각 코너부(3)는, 직각으로 배치된 인접하는 2개의 제1 평면부(4, 4) 사이에 배치되고, 2 이상의 굴곡부(5)와 1 이상의 제2 평면부(4a)를 갖고 있다.
또한, 도 2에 도시하는 권철심 본체(10)에서는, 제1 평면부(4)와 제2 평면부(4a) 사이에 굴곡부(5)가 배치되어 있지만, 도 3에 도시하는 권철심 본체(10)에서는, 제1 평면부(4)와 제2 평면부(4a) 사이 및 2개의 제2 평면부(4a, 4a) 사이에 각각 굴곡부(5)가 배치되어 있다. 즉, 제2 평면부(4a)는, 인접하는 2개의 제2 평면부(4a, 4a) 사이에 배치되는 경우도 있다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시하는, 권철심 본체(10)에서는, 제1 평면부(4)쪽이 제2 평면부(4a)보다 긴 변 방향(권철심 본체(10)의 둘레 방향)의 길이가 길게 되어 있지만, 제1 평면부(4)와 제2 평면부(4a)의 길이는 동등해도 된다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「제1 평면부」 및 「제2 평면부」를 각각 단순히 「평면부」라고 기재하는 경우도 있다.
방향성 전자 강판(1)의 각 코너부(3)는, 측면으로 보아서, 곡선상의 형상을 갖는 굴곡부(5)를 2개 이상 갖고 있고, 또한, 하나의 코너부에 존재하는 굴곡부 각각의 굽힘 각도의 합계가 90°가 되고 있다. 코너부(3)는, 인접하는 굴곡부(5, 5) 사이에 제2 평면부(4a)를 갖고 있다. 따라서, 코너부(3)는 2 이상의 굴곡부(5)와 1 이상의 제2 평면부(4a)를 구비한 구성으로 되어 있다.
도 2의 실시 형태는 하나의 코너부(3) 중에 2개의 굴곡부(5)를 갖는 경우이다. 도 3의 실시 형태는 하나의 코너부(3) 중에 3개의 굴곡부(5)를 갖는 경우이다.
이들의 예에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 하나의 코너부는 2개 이상의 굴곡부에 의해 구성할 수 있지만, 가공 시의 변형에 의한 변형 발생을 억제하여 철손을 억제하는 점에서는, 굴곡부(5)의 굽힘 각도 φ(φ1, φ2, φ3)는 60° 이하인 것이 바람직하고, 45° 이하인 것이 보다 바람직하다.
하나의 코너부에 2개의 굴곡부를 갖는 도 2의 실시 형태에서는, 철손 저감의 점에서, 예를 들어 φ1=60° 또한 φ2=30°로 하는 것이나, φ1=45° 또한 φ2=45° 등으로 할 수 있다. 또한, 하나의 코너부에 3개의 굴곡부를 갖는 도 3의 실시 형태에서는, 철손 저감의 점에서, 예를 들어 φ1=30°, φ2=30° 또한 φ3=30° 등으로 할 수 있다. 또한, 생산 효율의 점에서는 절곡 각도(굽힘 각도)가 동등한 것이 바람직하기 때문에, 하나의 코너부에 2개의 굴곡부를 갖는 경우에는, φ1=45° 또한 φ2=45°로 하는 것이 바람직하다. 또한, 하나의 코너부에 3개의 굴곡부를 갖는 도 3의 실시 형태에서는, 철손 저감의 점에서, 예를 들어 φ1=30°, φ2=30° 또한 φ3=30°로 하는 것이 바람직하다.
도 6을 참조하면서, 굴곡부(5)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 6은, 방향성 전자 강판의 굴곡부(곡선 부분)의 일례를 모식적으로 도시하는 도이다. 굴곡부(5)의 굽힘 각도란, 방향성 전자 강판(1)의 굴곡부(5)에 있어서, 절곡 방향의 후방측의 직선부와 전방측의 직선부의 사이에 발생한 각도 차를 의미하고, 방향성 전자 강판(1)의 외면에 있어서, 굴곡부(5)를 사이에 둔 양측의 평면부(4, 4a)의 표면인 직선 부분을 연장하여 얻어지는 2개의 가상 선 Lb-elongation1, Lb-elongation2가 이루는 각의 보각의 각도 φ로서 표시된다. 이때, 연장되는 직선이 강판 표면으로부터 이탈하는 점이, 강판 외면측의 표면에 있어서의 평면부(4, 4a)와 굴곡부(5)의 경계이고, 도 6에 있어서는, 점 F 및 점 G이다.
또한, 점 F 및 점 G의 각각으로부터 강판 외표면에 수직인 직선을 연장하고, 강판 내면측의 표면과의 교점을 각각 점 E 및 점 D로 한다. 이 점 E 및 점 D가 강판 내면측의 표면에 있어서의 평면부(4, 4a)와 굴곡부(5)의 경계이다.
그리고 본 실시 형태에 있어서 굴곡부(5)란, 방향성 전자 강판(1)의 측면으로 보아서, 상기 점 D, 점 E, 점 F, 점 G에 의해 둘러싸인 방향성 전자 강판(1)의 부위이다. 도 6에 있어서는, 점 D와 점 E 사이의 강판 표면, 즉 굴곡부(5)의 내측 표면을 La, 점 F와 점 G 사이의 강판 표면, 즉 굴곡부(5)의 외측 표면을 Lb로서 나타내고 있다.
또한, 도 6에는, 굴곡부(5)의 측면으로 보아서 내면측 곡률 반경 r(이하, 단순히 곡률 반경 r이라고도 칭함)이 표시되어 있다. 상기 La를 점 E 및 점 D를 통과하는 원호로 근사함으로써, 굴곡부(5)의 곡률 반경 r을 얻는다. 곡률 반경 r이 작을수록 굴곡부(5)의 곡선 부분의 구부러짐은 급하고, 곡률 반경 r이 클수록 굴곡부(5)의 곡선 부분의 구부러짐은 완만해진다.
본 실시 형태의 권철심에서는, 판 두께 방향으로 적층된 각 방향성 전자 강판(1)의 각 굴곡부(5)에 있어서의 곡률 반경 r은, 어느 정도의 변동을 갖는 것이어도 된다. 이 변동은, 성형 정밀도에 기인하는 변동인 경우도 있고, 적층 시의 취급 등에서 의도하지 않는 변동이 발생하는 경우도 생각된다. 이러한 의도하지 않는 오차는, 현재의 통상의 공업적인 제조라면 0.2mm 정도 이하로 억제하는 것이 가능하다. 이러한 변동이 큰 경우에는, 충분히 다수의 강판에 대하여 곡률 반경을 측정하고, 평균함으로써 대표적인 값을 얻을 수 있다. 또한, 어떠한 이유로 의도적으로 변화시키는 것도 생각할 수 있지만, 본 실시 형태는 그러한 형태를 제외하는 것은 아니다.
또한, 굴곡부(5)의 내면측 곡률 반경 r의 측정 방법에도 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 시판되는 현미경(Nikon ECLIPSE LV150)을 사용해서 200배로 관찰함으로써 측정할 수 있다. 구체적으로는, 관찰 결과로부터, 도 6에 도시하는 바와 같은 곡률 중심 A점을 구하지만, 이 구하는 방법으로서, 예를 들어 선분 EF와 선분 DG를 점 B와는 반대측의 내측으로 연장시킨 교점을 A로 규정하면, 내면측 곡률 반경 r의 크기는, 선분 AC의 길이에 해당한다. 여기서, 점 A와 점 B를 직선으로 연결했을 때, 굴곡부(5)의 내면측의 원호 DE와의 교점을 점 C로 한다.
본 실시 형태에서는, 굴곡부(5)의 내면측 곡률 반경 r을, 1mm 이상 5mm 이하의 범위로 하고, 또한 하기에 설명하는 결정 입경이 제어된 특정의 방향성 전자 강판을 사용한 권철심으로 함으로써, 권철심의 소음을 억제하는 것이 가능하게 된다. 굴곡부(5)의 내면측 곡률 반경 r은, 바람직하게는 3mm 이하이다. 이 경우에, 본 실시 형태의 효과가 보다 현저하게 발휘된다.
또한, 철심 내에 존재하는 모든 굴곡부가 본 실시 형태에서 규정하는 내면측 곡률 반경 r을 만족시키는 것이 가장 바람직한 형태이다. 권철심에 있어서 본 실시 형태의 내면측 곡률 반경 r을 만족시키는 굴곡부와, 만족시키지 않는 굴곡부가 존재하는 경우에는, 적어도 반수 이상의 굴곡부가 본 실시 형태에서 규정하는 내면측 곡률 반경 r을 만족시키는 것이 바람직한 형태이다.
도 4 및 도 5는 권철심 본체(10)에 있어서의 1층분의 방향성 전자 강판(1)의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 4 및 도 5의 예에 도시되는 바와 같이 본 실시 형태에 사용되는 방향성 전자 강판(1)은, 절곡 가공된 것이며, 2개 이상의 굴곡부(5)로 구성되는 코너부(3)와, 제1 평면부(4)를 갖고, 하나 이상의 방향성 전자 강판(1)의 긴 변 방향의 단부면인 접합부(6)를 통해 측면으로 보아서 대략 직사각형의 환을 형성한다.
본 실시 형태에 있어서는, 권철심 본체(10)가, 전체로서 측면에서 보아 대략 직사각 형상의 적층 구조(2)를 갖고 있으면 된다. 도 4의 예에 도시되는 바와 같이, 하나의 접합부(6)를 통해 1매의 방향성 전자 강판(1)이 권철심 본체(10)의 1층분을 구성하는(즉, 1권회마다 1군데의 접합부(6)를 통해 1매의 방향성 전자 강판(1)이 접속되는) 것이어도 되고, 도 5의 예에 도시되는 바와 같이 1매의 방향성 전자 강판(1)이 권철심의 약 반주분을 구성하고, 2개의 접합부(6)를 통해 2매의 방향성 전자 강판(1)이 권철심 본체(10)의 1층분을 구성하는(즉, 1권회마다 2군데의 접합부(6)를 통해 2매의 방향성 전자 강판(1)이 서로 접속되는) 것이어도 된다.
본 실시 형태에 있어서 사용되는 방향성 전자 강판(1)의 판 두께는, 특별히 한정되지 않고, 용도 등에 따라서 적절히 선택하면 되는 것이지만, 통상 0.15mm 내지 0.35mm의 범위 내이고, 바람직하게는 0.18mm 내지 0.23mm의 범위이다.
2. 방향성 전자 강판의 구성
이어서, 권철심 본체(10)를 구성하는 방향성 전자 강판(1)의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 인접하여 적층되는 방향성 전자 강판의 굴곡부(5)에 인접하는 평면부(4, 4a)의 결정 입경 및 결정 입경을 제어한 방향성 전자 강판의 권철심 내에서의 배치 부위를 특징으로 한다.
(1) 굴곡부에 인접하는 평면부의 결정 입경
본 실시 형태의 권철심을 구성하는 방향성 전자 강판(1)은, 적어도 코너부의 일부에 있어서, 적층되는 강판의 결정 입경이 커지도록 제어된다. 굴곡부(5) 근방의 결정 입경이 미세해지면, 본 실시 형태에서의 철심 형상을 갖는 철심에 있어서의 소음 저감 효과가 발현되지 않는다. 이것은 바꾸어 말하면, 굴곡부(5) 근방에 결정립계가 존재하면 소음이 커지기 쉬운 것을 나타내고 있다. 역의 견해로 보면, 결정립계를 굴곡부(5)로부터 멀리 떨어지게 배치함으로써 소음의 저감이 가능하게 된다.
이러한 현상이 발생하는 메커니즘은 명확하지 않지만, 이하와 같이 생각된다.
본 실시 형태가 대상으로 하는 권철심은, 매우 좁은 영역에 한정된 굴곡부와, 굴곡부(5)에 비교하면 상대적으로 넓은 영역인 평면부가 교호로 배치된 구조를 갖고 있다. 굴곡부는 작은 곡률 반경 r이 되도록 구부러진 형태 때문에, 방향성 전자 강판의 자기 왜곡에 기인하는 강판의 신축에 의해 진동은 제한되기 쉽다. 또한 평면부 중 비교적 넓은 코너부 사이의 평면부(상술한 제1 평면부(4))에 있어서는, 특히 평면부의 중앙 영역에 코일이나 체결 지그 등이 배치됨으로써 적층된 강판이 강하게 구속되기 때문에, 진동은 제한되기 쉽다. 한편, 코너부 내에 존재하는 평면부(상술한 제2 평면부(4a))나 코너부에 근접하는 평면부(상술한 제1 평면부(4)의 긴 변 방향의 양단부(굴곡부(5)에 인접하는 양단부))는, 적층 정밀도에 의해 간극이 발생하기 쉬운 경우도 있고, 자기 왜곡에 기인하는 진동이 커지기 쉬운 부위라고 추측된다.
또한, 결정립계에 관하여, 일반적으로 결정립계 근방에는 환류 자구가 발생하기 쉽고, 그 존재가 특별히 신율의 자기 왜곡을 크게 하는 것이 알려져 있다. 또한 왜곡의 영향에 의해 환류 자구가 존재하는 영역이 확대되고 소음을 크게 한다고 생각되고 있다.
상기의 굴곡부 근방에 발생하기 쉬운 적층 강판 사이의 간극이 많은 영역, 즉 방향성 전자 강판의 면외 이동에 대한 구속이 없는 영역에서, 환류 자구에 기인하는 신율의 자기 왜곡이 커지면, 강판이 면외로 진동하여 소음이 커지는 것이 생각된다. 이 때문에, 본 실시 형태에서 규정하는 것과 같은, 굴곡부와 결정립계의 거리 제어가 소음에 유효해진다. 이러한 본 실시 형태의 작용 기서는 본 실시 형태가 대상으로 하는 특정 형상의 철심에서의 특별한 현상이라고 생각되고, 지금까지 거의 고려되지는 않지만, 본 발명자들이 얻은 지견과 합치하는 해석이 가능하다.
본 실시 형태에 있어서는, 결정 입경은 이하와 같이 측정된다.
권철심 본체(10)의 강판 적층 두께를 T(도 8에서 도시하는 「L3」에 상당)로 했을 때, 권철심 본체(10)의 코너부를 포함하는 영역의 최내면으로부터, 최내면을 포함하고 T/4마다의 위치에 적층된, 합계 5매의 방향성 전자 강판을 발출한다. 발출한 각 방향성 전자 강판에 대해서, 강판의 표면에 산화물 등으로 이루어지는 1차 피막(유리 피막, 중간층), 절연 피막 등을 갖고 있는 경우에는, 이들을 공지된 방법으로 제거한 후에, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 강판의 내면측 표면 및 외면측 표면의 결정 조직을 눈으로 보아 관찰한다. 그리고, 각 표면에 있어서 대략 직선으로 되어 있는 굴곡부와 평면부의 경계선 B에 있어서, 해당 경계 방향(경계선 B가 연신하는 방향(방향성 전자 강판의 C 방향))의 입경과, 해당 경계에 수직인 방향(경계 수직 방향(방향성 전자 강판의 L 방향))의 입경을 다음과 같이 측정한다.
경계 방향의 입경 Dc(mm)는, 예를 들어 도 7의 (a)의 모식도에 도시하는 바와 같이, 경계선 B의 길이(권철심을 구성하는 방향성 전자 강판(1)의 폭에 상당)를 Lc, 경계선 B와 교차하는 결정립계의 수를 Nc로 했을 때, 하기 식 (2)에 의해 구한다.
Dc=Lc/(Nc+1) ···(2)
또한, 경계 수직 방향(경계 방향과 수직인 방향)의 입경 Dl(mm)은, 경계선 B의 연신 방향(경계 방향)에 있어서, Lc를 6분할한 위치 중, 단부를 제외한 5군데에 있어서, 한쪽의 굴곡부(5)와 제1 평면부(4)의 경계선 B를 기점으로 하여 제1 평면부(4) 영역의 방향에 경계선 B와 수직으로 연신한 선이 최초로 결정립계와 교차할 때까지의 거리를 제1 평면부(4)에 있어서의 Dl1 내지 Dl5로 한다. 또한, 한쪽의 굴곡부(5)와 제2 평면부(코너부 내의 평면부)(4a)의 경계선 B를 기점으로 하여 제2 평면부(4a) 영역의 방향에 경계선 B와 수직으로 연신한 선이 최초로 결정립계 또는 제2 평면부(4a)를 사이에 두고 인접하는 다른 쪽의 굴곡부(5)의 경계선 B와 교차할 때까지의 거리를 제2 평면부(4a)에 있어서의 Dl1 내지 Dl5로 한다. 다른 쪽의 굴곡부(5)에 대해서도, 마찬가지로 하여, 제1 평면부(4) 및 제2 평면부(4a)에 있어서의 Dl1 내지 Dl5를 각각 구한다. 그리고, 이들 Dl1 내지 Dl5를 평균한 거리로 하여 경계 수직 방향의 입경 Dl(mm)을 구한다.
또한, 굴곡부(5)에 인접하는 제1 평면부(4) 및 제2 평면부(4a)의 원상당의 결정 입경 Dp(mm)를 하기 식 (1)에 의해 구한다.
Dp=√(Dc×Dl/π) ···(1)
또한, 도 7의 (b)의 모식도에 도시하는 바와 같이, 제2 평면부(4a)의 내면측의 결정 입경에 첨자 ii를, 외면측의 결정 입경에 io를, 제1 평면부(4)의 내면측의 결정 입경에 첨자 oi를, 외면측의 결정 입경에 oo를 붙인다. 이와 같이, 하나의 굴곡부(5)에 대하여, (Dc, Dl, Dp)-(ii, io, oi, oo)라고 하는 12개의 결정 입경(Dcii, Dcio, Dcoi, Dcoo, Dlii, Dlio, Dloi, Dloo, Dpii, Dpio, Dpoi, Dpoo)을 결정한다. 그리고, 각 코너부에 존재하는 2개 이상(예를 들어 도 2에 도시하는 권철심 본체(10)에서는 2개, 도 3에 도시하는 권철심 본체(10)에서는 3개)의 굴곡부(5)에 대해서, 상기 12개의 결정 입경 각각을 평균하고, 각 코너부마다, (Dc, Dl, Dp)-(ii, io, oi, oo)라고 하는 12개의 결정 입경을 결정한다.
본 실시 형태에 있어서는, 이들의 결정 입경을, 굴곡부(5)를 사이에 두고 인접하는 2개의 평면부 중, 길이가 짧은 쪽의 평면부 평균 길이와의 비교에서 규정한다. 본 실시 형태에서는, 굴곡부(5)를 사이에 두고 인접하는 2개의 평면부 중, 길이가 짧은 쪽의 평면부는, 코너부 내에 존재하는 제2 평면부(4a)이므로, (Dc, Dl, Dp)-(ii, io, oi, oo)라고 하는 12개의 결정 입경을, 제2 평면부(4a)의 평균 길이 FL과의 비교에서 규정한다.
코너부 내에 존재하는 제2 평면부(4a)의 평균 길이 FL(mm)은 다음과 같이 구한다.
코너부 내에 굴곡부(5)가 N개 존재하는 경우, N개의 굴곡부(5) 중 코너부 단부측에 위치하는 굴곡부의 제1 평면부(4)측의 경계는, 코너부와 제1 평면부(4)의 경계이다. 즉, 코너부 내에 있어서는, 한쪽의 코너부 경계로부터 다른 쪽의 코너부 경계를 향하여 굴곡부(5)와 제2 평면부(4a)가 교호로 형성된 상태로 되어 있다. 즉, 코너부 내의 제2 평면부(4a)의 수는 (N-1)개가 된다. 또한 코너부에서는, 적층 두께 방향의 위치에 의해 코너부 내의 제2 평면부(4a) 길이가 다른 것이 통상이다. 즉, 외주측일수록 해당 제2 평면부(4a)의 길이가 길어지도록 철심 형상이 설계되는 경우가 많다.
이러한 상황을 감안하여, 본 실시 형태에 있어서는, 코너부 내에 존재하는 제2 평면부(4a)의 평균 길이 FL은, 상술한 결정 입경의 측정용으로 채취한 샘플에 대해서, 하나의 코너부 내의 모든 제2 평면부(4a)의 길이의 합계를 그 개수로 제산하여 구한다. 예를 들어 코너부 내에 굴곡부(5)가 2개 존재하는 경우에는, 코너 부 내의 제2 평면부(4a)는 해당 굴곡부(5) 사이에 있는 하나의 영역이 되므로, 그 길이가 그 샘플에 관한 코너부 내의 제2 평면부의 평균 길이이다. 코너부 내에 굴곡부(5)가 3개 존재하는 경우에는, 코너부 내의 제2 평면부(4a)는 해당 굴곡부(5) 사이에 있는 2개의 영역이 존재하게 되므로, 그 길이를 평균하여 그 샘플에 관한 코너부 내의 제2 평면부의 평균 길이를 구한다. 그리고 또한, 상기와 같이 최내면을 포함하여 T/4마다의 위치에 적층된, 합계 5매의 샘플(방향성 전자 강판) 각각에 관한 코너부 내의 제2 평면부의 합계 길이를 평균하여 샘플마다의 평균 길이를 산출하고, 전체 샘플의 제2 평면부의 평균 길이를 또한 평균함으로써, 코너부 내에 존재하는 모든 제2 평면부의 평균 길이 FL을 구한다.
본 실시 형태의 하나의 실시 형태에 있어서는, 적어도 하나의 코너부(3)에 있어서, Dp-(ii, io, oi, oo)의 평균값을 Dpx로 하여, Dpx≥FL/4인 것을 특징으로 한다. 이 규정은, 상기에서 설명한 메커니즘의 기본적인 특징에 대응하는 것이다. 이 규정을 만족시킴으로써, 결정립계와 굴곡부(5)의 거리를 충분히 크게 할 수 있다. 그 결과, 소음의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다. 바람직하게는 Dpx≥FL/2이다. 또한, 권철심 본체(10)에 4개 존재하는 코너부의 전체에 있어서 Dpx≥FL/4를 만족시키는 것이 바람직한 것은 물론이다.
다른 실시 형태로서는, 적어도 하나의 코너부(3)에 있어서, Dl-(ii, io, oi, oo)의 평균값을 Dpy로 하여, Dpy≥FL/4인 것을 특징으로 한다. 이 규정은, 상기에서 설명한 메커니즘이 특히 제1 평면부(4) 및 제2 평면부(4a)에 존재하는 결정립계의 영향을 받기 쉽다고 하는 특징에 대응하는 것이다. 이 규정을 만족시킴으로써 제1 평면부(4) 및 제2 평면부(4a)에 있어서 결정립계와 굴곡부(5)의 거리를 충분히 크게 할 수 있다. 그 결과, 소음의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다. 바람직하게는 Dpy≥FL/2이다. 또한, 권철심 본체(10)에 4개 존재하는 코너부의 전체에 있어서 Dpy≥FL/4를 만족시키는 것이 바람직한 것은 물론이다.
다른 실시 형태로서는, 적어도 하나의 코너부(3)에 있어서, Dc-(ii, io, oi, oo)의 평균값을 Dpz로 하여, Dpz≥FL/4인 것을 특징으로 한다. 이 규정은, 상기에서 설명한 메커니즘이, 특히 코너부 내의 제2 평면부(4a)에 존재하는 결정립계의 영향을 받기 쉽고, 또한 굴곡부(5)의 경계에 평행하여 존재하는 결정립계(방향성 전자 강판의 L 방향의 결정 입경)의 영향을 받기 쉽다고 하는 특징에 대응하는 것이다. 이 규정을 만족시킴으로써 코너부 내의 제2 평면부(4a)에 있어서 결정립계와 굴곡부 경계의 수직 거리를 충분히 크게 할 수 있다. 그 결과, 소음의 발생을 효율적으로 억제할 수 있다. 바람직하게는 Dpz=FL/2이다. 또한, 권철심 본체(10)에 4개 존재하는 코너부의 전체에 있어서 Dpz≥FL/4를 만족시키는 것이 바람직한 것은 물론이다.
(2) 방향성 전자 강판
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서 사용되는 방향성 전자 강판(1)에 있어서 모강판은, 당해 모강판 중의 결정립의 방위가 {110} <001> 방위에 고도로 집적된 강판이고, 압연 방향으로 우수한 자기 특성을 갖는 것이다.
본 실시 형태에 있어서 모강판은, 공지된 방향성 전자 강판을 사용할 수 있다. 이하, 바람직한 모강판의 일례에 대하여 설명한다.
모강판의 화학 조성은, 질량％로, Si: 2.0％ 내지 6.0％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다. 이 화학 조성은, 결정 방위를 {110} <001> 방위에 집적시킨 Goss 집합 조직으로 제어하고, 양호한 자기 특성을 확보하기 위해서이다. 그 밖의 원소에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에서는, Si, Fe 및 불순물에 추가하여, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위의 원소를 함유해도 된다. 예를 들어, Fe의 일부에 치환하여, 하기 원소를 이하의 범위에서 함유하는 것이 허용된다. 대표적인 선택 원소의 함유 범위는 이하와 같다.
C: 0 내지 0.0050％,
Mn: 0 내지 1.0％,
S: 0 내지 0.0150％,
Se: 0 내지 0.0150％,
Al: 0 내지 0.0650％,
N: 0 내지 0.0050％,
Cu: 0 내지 0.40％,
Bi: 0 내지 0.010％,
B: 0 내지 0.080％,
P: 0 내지 0.50％,
Ti: 0 내지 0.0150％,
Sn: 0 내지 0.10％,
Sb: 0 내지 0.10％,
Cr: 0 내지 0.30％,
Ni: 0 내지 1.0％,
Nb: 0 내지 0.030％,
V: 0 내지 0.030％,
Mo: 0 내지 0.030％,
Ta: 0 내지 0.030％,
W: 0 내지 0.030％.
이들의 선택 원소는, 그 목적에 따라 함유시키면 되므로 하한값을 제한할 필요가 없고, 실질적으로 함유하고 있지 않아도 된다. 또한, 이들의 선택 원소가 불순물로서 함유되어도, 본 실시 형태의 효과는 손상되지 않는다. 또한, 실용 강판에 있어서 C 함유량을 0％로 하는 것은, 제조상 곤란하기 때문에, C 함유량은 0％ 초과로 해도 된다. 또한, 불순물은 의도하지 않고 함유되는 원소를 가리키고, 모강판을 공업적으로 제조할 때에, 원료로서의 광석, 스크랩 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 원소를 의미한다. 불순물의 합계 함유량의 상한은, 예를 들면 5％이면 된다.
모강판의 화학 성분은, 강의 일반적인 분석 방법에 의해 측정하면 된다. 예를 들어, 모강판의 화학 성분은, ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)를 사용하여 측정하면 된다. 구체적으로는, 예를 들어 피막 제거 후의 모강판의 중앙 위치로부터 한 변이 35mm인 정사각형의 시험편을 취득하고, 시마즈 세이사쿠쇼제 ICPS-8100 등(측정 장치)에 의해, 미리 제작한 검량선에 기초한 조건에서 측정함으로써 특정할 수 있다. 또한, C 및 S는 연소-적외선 흡수법을 사용하고, N은 불활성 가스 융해-열전도도법을 사용하여 측정하면 된다.
또한, 상기의 화학 조성은, 모강판으로서의 방향성 전자 강판(1)의 성분이다. 측정 시료가 되는 방향성 전자 강판(1)이, 표면에 산화물 등으로 이루어지는 1차 피막(유리 피막, 중간층), 절연 피막 등을 갖고 있는 경우에는, 이들을 공지된 방법으로 제거하고 나서 화학 조성을 측정한다.
(3) 방향성 전자 강판의 제조 방법
방향성 전자 강판의 제조 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 후술하는 바와 같이 제조 조건을 치밀하게 제어함으로써, 강판의 결정 입경을 만들어 넣을 수 있다. 이러한 원하는 결정 입경을 갖는 방향성 전자 강판을 사용하고, 또한 후술하는 적합한 가공 조건에 의해 권철심을 제조함으로써, 소음의 발생을 억제하는 것이 가능한 권철심을 얻을 수 있다. 제조 방법의 바람직한 구체예로서는, 예를 들어 먼저, C를 0.04 내지 0.1질량 ％로 하고, 그 밖에는 상기 방향성 전자 강판의 화학 조성을 갖는 슬래브를 1000℃ 이상으로 가열하여 열간 압연을 행한 후, 400 내지 850℃에서 권취한다. 필요에 따라 열연판 어닐링을 행한다. 열연판 어닐링의 조건은 특별히 한정되지 않지만, 석출물 제어의 관점에서, 어닐링 온도: 800 내지 1200℃, 어닐링 시간: 10 내지 1000초로 해도 된다. 이어서, 1회 또는 중간 어닐링을 끼우는 2회 이상의 냉연에 의해 냉연 강판을 얻는다. 이때의 냉연율은, 집합 조직의 제어 관점에서 80 내지 99％로 해도 된다. 당해 냉연 강판을, 예를 들어 습수소-불활성 가스 분위기 중에서 700 내지 900℃로 가열하여 탈탄 어닐링하고, 필요에 따라서 또한 질화 어닐링을 행한다. 그 후, 어닐링 후의 강판 상에 어닐링 분리제를 도포한 후에, 최고 도달 온도: 1000℃ 내지 1200℃, 40 내지 90시간으로 마무리 어닐링, 900℃ 정도에서 절연 피막을 형성한다. 상기 각 조건 중, 특히 탈탄 어닐링, 마무리 어닐링은 강판의 결정 입경에 영향을 미친다. 그 때문에, 권철심을 제조할 때에는, 상기 조건의 범위 내에서 제조된 방향성 전자 강판을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 일반적으로 「자구 제어」라고 불리는 처리를 강판의 제조 공정에 있어서 공지된 방법으로 실시한 강판이어도 본 실시 형태의 효과를 향수할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 실시 형태에서 사용되는 방향성 전자 강판(1)의 특징인 결정 입경은, 예를 들어 마무리 어닐링의 최고 도달 온도와 시간에 의해 조정하는 것이 바람직하다. 이렇게 강판 전체의 평균 결정 입경을 크게 하고, 각 결정 입경을 상기의 FL/2 이상으로 해 둠으로써, 권철심을 제조할 때에 굴곡부(5)가 임의의 위치에 형성된 경우에도, 상기의 Dpx 등이 FL/4 이상이 되는 것이 기대된다. 또는, 강판 제조 시점에서의 결정립은 비교적 미세해도, 절곡 가공 후에 굴곡부를 가열함으로써 굴곡부 근방의 결정립을 조대화시켜도 된다. 이러한 부분 가열을 행함으로써, 특정한 코너부를 확실하게 원하는 입경으로 제어하는 것이 가능하게 된다. 이러한 부분 가열 처리는 굴곡부의 변형을 해방하는 것도 되기 때문에, 본 실시 형태에서 얻어지는 효과와는 독립된 철심 특성의 개선에도 유효하다.
3. 권철심의 제조 방법
본 실시 형태에 관한 권철심의 제조 방법은, 상기 본 실시 형태에 관한 권철심을 제조할 수 있으면 특별히 제한은 없고, 예를 들어 배경기술에 있어서 특허문헌 9 내지 11로서 소개한 공지된 권철심에 준한 방법을 적용하면 된다. 특히 AEM UNICORE사의 UNICORE(https://www.aemcores.com.au/technology/unicore/) 제조 장치를 사용하는 방법은 최적이라고 할 수 있다.
또한, 상기 Dpx, Dpy, Dpz를 정교하고 치밀하게 제어하는 관점에서는, 가공 시의 가공 속도(펀치 속도, mm/초), 그리고 및 가공 후에 실시하는 급속 가열 처리에 있어서의 가열 온도(℃) 및 가열 시간(초)을 제어하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 가공 속도(펀치 속도)는 20 내지 80mm/초로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가공 후에 실시하는 급속 가열 처리에 있어서의 가열 온도는 90 내지 450℃, 가열 시간은 6 내지 500초로 하는 것이 바람직하다.
또한 공지된 방법에 준하여, 필요에 따라 열처리를 실시해도 된다. 또한 얻어진 권철심 본체(10)는, 그대로 권철심으로서 사용해도 되지만, 또한 필요에 따라서 적층된 복수의 방향성 전자 강판(1)을 결속 밴드 등, 공지된 조임 도구 등을 사용하여 일체적으로 고정하여 권철심으로 해도 된다.
본 실시 형태는, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시이고, 본 발명의 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고, 마찬가지의 작용 효과를 발휘하는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예를 들면서, 본 발명의 기술적 내용에 대하여 더 설명한다. 이하에 나타내는 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 조건 예이고, 본 발명은 이 조건 예에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
(방향성 전자 강판)
표 1에 나타내는 화학 조성(질량％, 표시 이외의 잔부는 Fe)을 갖는 슬래브를 소재로 하여, 표 2에 나타내는 화학 조성(질량％, 표시 이외의 잔부는 Fe)을 갖는 최종 제품(제품판)을 제조하였다. 얻어진 강판의 폭은 1200mm였다.
표 1 및 표 2에 있어서, 「-」는 함유량을 의식한 제어 및 제조를 하고 있지 않고 함유량의 측정을 실시하고 있지 않은 원소인 것을 의미한다. 또한, 「<0.002」 및 「<0.004」는 함유량을 의식한 제어 및 제조를 실시하고, 함유량의 측정을 실시했지만, 정밀도의 신빙성으로서 충분한 측정값이 얻어지지 않은(검출 한계 이하) 원소인 것을 의미한다.
Figure pct00001
Figure pct00002
또한, 강판의 제조 공정 및 조건의 상세는 표 3에 나타내는 대로이다.
구체적으로는, 열간 압연, 열연판 어닐링, 냉간 압연을 실시하였다. 일부에 대해서는, 탈탄 어닐링 후의 냉연 강판에, 수소-질소-암모니아의 혼합 분위기에서 질화 처리(질화 어닐링)를 실시하였다.
또한, MgO를 주성분으로 하는 어닐링 분리제를 도포하고, 마무리 어닐링을 실시하였다. 마무리 어닐링 강판의 표면에 형성된 1차 피막 상에, 인산염과 콜로이드상 실리카를 주체로 하고 크롬을 함유하는 절연 피막 코팅 용액을 도포하고, 이것을 열처리하여, 절연 피막을 형성하였다.
이때, 마무리 어닐링의 온도 또는 시간을 조정함으로써, 결정 입경을 제어한 강판을 제조하였다. 제조된 강판의 상세는 표 3에 나타낸다.
Figure pct00003
(철심)
각 강판을 소재로서, 표 4 및 도 8에 도시하는 형상을 갖는 철심 코어 No.a 내지 e를 제조하였다. 또한, L1은 X축 방향에 평행하고, 중심 CL을 포함하는 평 단면에서의 권철심의 최내주에 있는 서로 평행한 방향성 전자 강판(1) 간의 거리(내면측 평면부간 거리)이고, L2는 Z축 방향에 평행하고, 중심 CL을 포함하는 종단면에서의 권철심의 최내주에 있는 서로 평행한 방향성 전자 강판(1) 간의 거리(내면측 평면부간 거리)이고, L3은 X축 방향에 평행하고, 중심 CL을 포함하는 평단면에서의 권철심의 적층 두께(적층 방향의 두께)이고, L4는 X축 방향에 평행하고 중심 CL을 포함하는 평단면에서의 권철심의 적층 강판 폭이고, L5는 권철심의 최내부의 서로 인접하고, 또한, 합쳐서 직각을 이루도록 배치된 평면부간 거리(굴곡부간의 거리)이다. 바꾸어 말하면, L5는, 최내주의 방향성 전자 강판의 평면부(4, 4a) 중, 가장 길이가 짧은 평면부(4a)의 긴 변 방향의 길이이다. r은 권철심의 내면측의 굴곡부의 곡률 반경(mm), φ는 권철심의 굴곡부의 굽힘 각도(°)이다. 대략 직사각 형상의 철심 코어 No.a 내지 e는, 내면측 평면부 거리가 L1인 평면부가 거리 L1의 거의 중앙에서 분할되어 있고, 「대략 역ㄷ자」의 형상을 갖는 2개의 철심을 결합한 구조로 되어 있다.
Figure pct00004
(평가 방법)
(1) 방향성 전자 강판의 자기 특성
방향성 전자 강판의 자기 특성은, JIS C 2556: 2015에 규정된 단판 자기 특성 시험법(Single Sheet Tester: SST)에 기초하여 측정하였다.
자기 특성으로서, 800A/m으로 여자했을 때의 강판의 압연 방향의 자속 밀도 B8(T)과, 교류 주파수: 50Hz, 여자 자속 밀도: 1.7T에서의 강판의 철손을 측정하였다.
(2) 철심에 있어서의 입경
전술한 바와 같이 철심으로부터 발출한 강판의 양쪽 표면의 관찰에 의해 12개의 결정 입경(Dcii, Dcio, Dcoi, Dcoo, Dlii, Dlio, Dloi, Dloo, Dpii, Dpio, Dpoi, Dpoo)을 구하였다.
(3) 철심의 소음
각 강판을 소재로 하는 철심에 대하여 IEC60076-10의 방법에 기초하여 철심의 소음을 측정하였다. 또한 본 실시예에서는, 소음이 29.0dB 미만이었던 경우를, 철손 효율의 악화를 억제할 수 있었던 것으로서 평가하였다.
자구 폭이 다른 각종 강판을 사용하여 제조한 각종 철심에 있어서의 효율을 평가하였다. 결과를 표 5에 나타낸다. 동일한 강종을 사용한 경우에도, 결정 입경을 적절하게 제어함으로써 철심의 효율을 향상할 수 있는 것을 알 수 있다.
Figure pct00005
이상의 결과로부터, 본 발명의 권철심은, 적층되는 방향성 전자 강판의 결정 입경 Dpx, Dpy 및 Dpz가 각각 FL/4 이상이기 때문에, 부주의한 소음의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 것이 명확해졌다.
본 발명에 따르면, 굽힘 가공된 강판을 적층하여 이루어지는 권철심에 있어서, 철심의 효율의 악화를 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
1: 방향성 전자 강판
2: 적층 구조
3: 코너부
4: 제1 평면부(평면부)
4a: 제2 평면부(평면부)
5: 굴곡부
6: 접합부
10: 권철심 본체

Claims (3)

  1. 측면으로 보아서 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 판 두께 방향으로 적층된 권철심 본체를 구비하는 권철심이며,
    상기 방향성 전자 강판은 긴 변 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고,
    상기 굴곡부의 측면으로 보아서 내면측 곡률 반경 r은 1mm 이상 5mm 이하이고,
    상기 방향성 전자 강판이
    질량％로,
    Si: 2.0 내지 7.0％
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
    Goss 방위에 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한
    적어도 하나의 상기 굴곡부에 있어서, 적층되는 상기 방향성 전자 강판의 결정 입경 Dpx(mm)가 FL/4 이상
    인 것을 특징으로 하는 권철심.
    여기서, Dpx(mm)는, 하기 식 (1)에 의해 구해지는 Dp의 평균값이고,
    Dc(mm)는 상기 굴곡부와, 이 굴곡부를 사이에 두도록 배치된 2개의 상기 평면부의 각각의 경계에 있어서의 경계선이 연신하는 방향의 평균 결정 입경이고,
    Dl(mm)은 상기 경계에 있어서의 상기 경계선이 연신하는 방향과 수직인 방향의 평균 결정 입경이고,
    FL(mm)은 상기 굴곡부를 사이에 두고 인접하는 2개의 상기 평면부 중, 길이가 짧은 쪽의 평면부의 평균 길이이다.
    또한, 상기 Dp의 평균값이란, 2개의 상기 평면부 중 한쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dp와 외면측의 Dp, 그리고 다른 쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dp와 외면측의 Dp의 평균값이다.
    Dp=√(Dc×Dl/π) ···(1)
  2. 측면으로 보아 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 판 두께 방향으로 적층된 권철심 본체를 구비하는 권철심이며,
    상기 방향성 전자 강판은 긴 변 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고,
    상기 굴곡부의 측면으로 보아서 내면측 곡률 반경 r은 1mm 이상 5mm 이하이고,
    상기 방향성 전자 강판이
    질량％로,
    Si: 2.0 내지 7.0％
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
    Goss 방위에 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한
    적어도 하나의 상기 굴곡부에 있어서, 적층되는 상기 방향성 전자 강판의 결정 입경 Dpy(mm)가 FL/4 이상인
    것을 특징으로 하는 권철심.
    여기서, Dpy(mm)는 Dl(mm)의 평균값이고,
    Dl(mm)은 상기 굴곡부와, 이 굴곡부를 사이에 두도록 배치된 2개의 상기 평면부의 각각의 경계에 있어서의 경계선이 연신하는 방향과 수직인 방향의 평균 결정 입경이고,
    FL(mm)은 상기 굴곡부를 사이에 두고 인접하는 2개의 상기 평면부 중, 길이가 짧은 쪽의 평면부의 평균 길이이다.
    또한, 상기 Dl의 평균값이란, 2개의 상기 평면부 중 한쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dl과 외면측의 Dl, 그리고 다른 쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dl과 외면측의 Dl의 평균값이다.
  3. 측면으로 보아 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 판 두께 방향으로 적층된 권철심 본체를 구비하는 권철심이며,
    방향성 전자 강판은 긴 변 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고,
    상기 굴곡부의 측면으로 보아서 내면측 곡률 반경 r은 1mm 이상 5mm 이하이고,
    상기 방향성 전자 강판이
    질량％로,
    Si: 2.0 내지 7.0％
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
    Goss 방위에 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한
    적어도 하나의 상기 굴곡부에 있어서, 적층되는 상기 방향성 전자 강판의 결정 입경 Dpz(mm)가 FL/4 이상인
    것을 특징으로 하는 권철심.
    여기서, Dpz(mm)는, Dc(mm)의 평균값이고,
    Dc(mm)는 상기 굴곡부와, 이 굴곡부를 사이에 두도록 배치된 2개의 상기 평면부의 각각의 경계에 있어서의 경계선이 연신하는 방향의 평균 결정 입경이고,
    FL(mm)은 상기 굴곡부를 사이에 두고 인접하는 2개의 상기 평면부 중, 길이가 짧은 쪽의 평면부의 평균 길이이다.
    또한, 상기 Dc의 평균값이란, 2개의 상기 평면부 중 한쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dc와 외면측의 Dc, 그리고 다른 쪽의 상기 평면부의 내면측의 Dc와 외면측의 Dp의 평균값이다.
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