KR20230084217A

KR20230084217A - 권철심

Info

Publication number: KR20230084217A
Application number: KR1020237015153A
Authority: KR
Inventors: 다카히토 미즈무라
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2023-06-12
Also published as: EP4234727A1; JPWO2022092112A1; CA3195824A1; TWI775656B; CN116348619A; AU2021371519A1; EP4234727A4; TW202228164A; WO2022092112A1; AU2021371519A9; JP7103553B1; AU2021371519B2; US20230395302A1

Abstract

이 권철심은, 측면에서 보아 복수의 다각형 환상의 방향성 전자 강판이 적층된 권철심 본체를 구비하는 권철심이며, 방향성 전자 강판은 긴 쪽 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속하고, 적어도 하나의 굴곡부 근방의 평면부에 있어서, 굴곡부의 연신 방향으로 등간격으로 배치한 점열에 있어서의 인접하는 2점간의 3차원적인 결정 방위차를 φ, φ의 전체 측정 데이터수를 Nx, φ≥1.0°를 만족시키는 데이터수를 Nt, φ가 1.0° 이상 2.5° 미만을 만족시키는 데이터수를 Na, φ가 2.5° 이상 4.0° 미만을 만족시키는 데이터수를 Nb, φ가 4.0° 이상인 데이터수를 Nc라 하면, 이하의 (1) 내지 (4)식을 만족시킨다. 0.10≤Nt/Nx≤0.80 ····· (1) 0.37≤Nb/Nt≤0.80 ····· (2) 1.07≤Nb/Na≤4.00 ····· (3) Nb/Nc≥1.10 ····· (4)

Description

권철심

본 발명은, 권철심에 관한 것이다. 본원은, 2020년 10월 26일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2020-179267호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

방향성 전자 강판은, Si를 7질량％ 이하 함유하고, 2차 재결정립이 {110}<001> 방위(Goss 방위)에 집적된 2차 재결정 집합 조직을 갖는 강판이다. 방향성 전자 강판의 자기 특성은, {110}<001> 방위로의 집적도에 크게 영향을 받는다. 근년, 실용되고 있는 방향성 전자 강판은, 결정의 <001> 방향과 압연 방향의 각도가 5° 정도의 범위 내에 들어가도록 제어되고 있다.

방향성 전자 강판은 적층되어 변압기의 철심 등에 사용되지만, 주요한 자기 특성으로서 고자속 밀도, 저철손일 것이 요구되고 있다. 결정 방위는 이들 특성과 강한 상관을 갖는 것이 알려져 있고, 예를 들어 특허문헌 1 내지 3과 같이, 방향성 전자 강판의 실제의 결정 방위와 이상적인 {110}<001> 방위의 어긋남을, 압연면 법선 방향 둘레에 있어서의 어긋남각 α, 압연 직각 방향 둘레에 있어서의 어긋남각 β, 및 압연 방향 둘레에 있어서의 어긋남각 γ와 같이 나눈 정밀한 방위 제어 기술이 개시되어 있다.

또한, 권철심의 제조는 종래, 예를 들어 특허문헌 4에 기재되어 있는 바와 같은, 강판을 통형으로 권취한 후, 통형 적층체 상태 그대로 코너부를 일정 곡률로 되도록 프레스하여, 대략 직사각형으로 형성한 후, 어닐링함으로써 응력 제거와 형상 유지를 행하는 방법이 널리 알려져 있다.

한편, 권철심의 다른 제조 방법으로서, 권철심의 코너부가 되는 강판의 부분을 곡률 반경이 3㎜ 이하인 비교적 작은 굴곡 영역이 형성되도록 미리 굽힘 가공하고, 당해 굽힘 가공된 강판을 적층하여 권철심으로 하는, 특허문헌 5 내지 7과 같은 기술이 개시되어 있다. 당해 제조 방법에 의하면, 종래와 같은 대규모의 프레스 공정이 불필요하고, 강판은 정밀하게 절곡되어 철심 형상이 유지되고, 가공 변형도 굽힘부(모퉁이부)에만 집중되기 때문에 상기 어닐링 공정에 의한 응력 제거의 생략도 가능해져, 공업적인 장점은 커서 적용이 진행되고 있다.

일본 특허 공개 제2001-192785호 공보 일본 특허 공개 제2005-240079호 공보 일본 특허 공개 제2012-052229호 공보 일본 특허 공개 제2005-286169호 공보 일본 특허 제6224468호 공보 일본 특허 공개 제2018-148036호 공보 호주 특허 출원 공개 제2012337260호 명세서

본 발명은 강판을 곡률 반경이 5㎜ 이하인 비교적 작은 굴곡 영역이 형성되도록 미리 굽힘 가공하고, 당해 굽힘 가공된 강판을 적층하여 권철심으로 하는 방법에 의해 제조한 권철심에 있어서, 굽힘 가공에 수반되는 철심 효율의 악화가 억제되도록 개선한 권철심을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 강판을 곡률 반경이 5㎜ 이하인 비교적 작은 굴곡 영역이 형성되도록 미리 굽힘 가공하고, 당해 굽힘 가공된 강판을 적층하여 권철심으로 하는 방법에 의해 제조한 변압기 철심의 효율을 상세하게 검토하였다. 그 결과, 결정 방위의 제어가 거의 동등하고, 단판에서 측정되는 자속 밀도 및 철손도 거의 동등한 강판을 소재로 한 경우라도, 철심의 효율에 차가 발생하는 경우가 있음을 인식하였다.

이 원인을 탐구한바, 문제가 되는 효율의 차는, 소재마다의 굴곡 시의 철손 열화의 정도의 차가 원인이 되는 것으로 추측되었다.

이 관점에서 다양한 강판 제조 조건, 철심 형상에 대하여 검토하여 철심 효율에 대한 영향을 분류하였다. 그 결과, 특정 제조 조건에 의해 제조한 강판을, 특정 치수 형상의 철심 소재로서 사용함으로써, 철심의 효율이 강판 소재의 자기 특성에 알맞은 최적의 효율이 되도록 제어할 수 있다는 결과를 얻었다.

본 발명은, 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 권철심은, 측면에서 보아 대략 다각 형상의 권철심 본체를 구비하는 권철심이며,

상기 권철심 본체는, 긴 쪽 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속한 방향성 전자 강판이, 판 두께 방향으로 적층된 부분을 포함하고, 측면에서 보아 대략 다각 형상의 적층 구조를 갖고,

상기 굴곡부의 측면에서 본 내면측 곡률 반경 r은 1㎜ 이상 5㎜ 이하이며,

상기 방향성 전자 강판이

질량％로,

Si: 2.0 내지 7.0％

를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,

Goss 방위로 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한

적어도 하나의 상기 굴곡부에 인접하는 상기 평면부의 1개 이상에 있어서, 이하의 (1) 내지 (4)식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

0.10≤Nt/Nx≤0.80 ····· (1)

0.37≤Nb/Nt≤0.80 ····· (2)

1.07≤Nb/Na≤4.00 ····· (3)

Nb/Nc≥1.10 ····· (4)

여기서, 상기 (1)식 중의 Nx는, 상기 굴곡부에 인접하는 상기 평면부의 영역 내에, 상기 굴곡부와 상기 평면부의 경계인 굴곡부의 경계에 대하여 평행 방향으로 5㎜ 간격으로 복수개의 측정점을 배치하였을 때, 상기 평행 방향에서 인접하는 2개의 측정점의 중앙에 존재하고, 2개의 측정점의 사이에 입계가 존재하는지 여부를 판단하기 위한 입계 판정점의 총수이다.

또한, 상기 방향성 전자 강판에서 관측되는 결정 방위에 관해,

압연면 법선 방향 Z를 회전축으로 하는 이상 Goss 방위로부터의 어긋남각을 α라 정의하고,

압연 직각 방향 C를 회전축으로 하는 이상 Goss 방위로부터의 어긋남각을 β라 정의하고,

압연 방향 L을 회전축으로 하는 이상 Goss 방위로부터의 어긋남각을 γ라 정의하고,

상기 2개의 측정점에서 측정하는 결정 방위의 어긋남각을 (α₁ β₁ γ₁) 및 (α₂ β₂ γ₂)로 표시했을 때, 상기 어긋남각 α, 어긋남각 β, 및 어긋남각 γ의 3차원적인 방위차를 하기 식 (6)에 의해 얻어지는 각도 φ_3D로서 정의할 때,

상기 식 (1), (2) 중의 Nt는, φ_3D≥1.0°를 만족시키는 입계 판정점의 수이며,

상기 식 (3) 중의 Na는, φ_3D가 1.0° 이상 2.5° 미만을 만족시키는 입계 판정점의 수이며,

상기 식 (2), (3) 중의 Nb는, φ_3D가 2.5° 이상 4.0° 미만을 만족시키는 입계 판정점의 수이며,

상기 식 (4) 중의 Nc는, φ_3D가 4.0° 이상인 입계 판정점의 수이다.

φ_3D=[(α₂-α₁)²+(β₂-β₁)²+(γ₂-γ₁)²]^1/2 ····· (6)

또한, 본 발명의 일 실시 형태의 상기 구성에 있어서, 적어도 하나의 상기 굴곡부에 인접하는 상기 평면부에 있어서, 이하의 (5)식을 만족시켜도 된다.

φ_3Dave: 2.0° 내지 4.0° ······ (5)

여기서, φ_3Dave는, φ_3D≥1.0°를 만족시키는 입계 판정점에 있어서의 φ_3D의 평균값이다.

본 발명에 따르면, 굽힘 가공된 강판을 적층하여 이루어지는 권철심에 있어서, 굽힘 가공에 수반되는 철심 효율의 악화를 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명에 관한 권철심의 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시 형태에 나타내어지는 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 일 예를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 권철심을 구성하는 1층의 방향성 전자 강판의 다른 일 예를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 6은 본 발명에 관한 권철심을 구성하는 방향성 전자 강판의 굴곡부의 일 예를 모식적으로 도시하는 측면도이다.
도 7은 방향성 전자 강판에서 관측되는 결정 방위에 관련되는 어긋남각을 모식적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 굴곡부에 인접하는 평면부 영역 내에 있어서, 복수개의 측정점을 배치하고, 인접하는 2개의 측정점에 대하여 입계점의 판정을 행하는 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 9는 실시예 및 비교예에서 제조한 권철심의 치수 파라미터를 도시하는 모식도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 권철심에 대하여 순서대로 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 개시된 구성에만 제한되지 않고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 하기하는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「초과」 또는 「미만」으로 나타내는 수치는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 또한, 화학 조성에 관한 「％」는, 특별히 정함이 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 속박되지 않고, 마찬가지의 기능을 기대할 수 있을 정도의 범위를 포함하여 해석하는 것으로 한다.

또한, 본 명세서에 있어서 「방향성 전자 강판」을 간단히 「강판」 또는 「전자 강판」이라 기재하고, 「권철심」을 간단히 「철심」이라 기재하는 경우도 있다.

본 실시 형태에 관한 권철심은, 측면에서 보아 대략 다각 형상의 권철심 본체를 구비하는 권철심이며, 상기 권철심 본체는, 긴 쪽 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속한 방향성 전자 강판이, 판 두께 방향으로 적층된 부분을 포함하고, 측면에서 보아 대략 다각 형상의 적층 구조를 갖고,

상기 방향성 전자 강판이 질량％로, Si: 2.0 내지 7.0％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고, Goss 방위로 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한, 적어도 하나의 굴곡부에 인접하는 평면부의 1개 이상에 있어서, 이하의 (1) 내지 (4)식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

0.10≤Nt/Nx≤0.80 ····· (1)

0.37≤Nb/Nt≤0.80 ····· (2)

1.07≤Nb/Na≤4.00 ····· (3)

Nb/Nc≥1.10 ····· (4)

여기서, 상기 (1)식 중의 Nx는, 굴곡부에 인접하는 평면부의 영역 내에 기 굴곡부와 평면부의 경계인 굴곡부의 경계에 대하여 평행 방향으로 5㎜ 간격으로 복수개의 측정점을 배치하였을 때, 평행 방향에서 인접하는 2개의 측정점의 중앙에 존재하고, 2개의 측정점의 사이에 입계가 존재하는지 여부를 판단하기 위한 입계 판정점의 총수이다.

또한, 방향성 전자 강판에서 관측되는 결정 방위에 관해,

2개의 측정점에서 측정하는 결정 방위의 어긋남각을 (α₁ β₁ γ₁) 및 (α₂ β₂ γ₂)로 표시했을 때, 어긋남각 α, 어긋남각 β, 및 어긋남각 γ의 3차원적인 방위차를 하기 식 (6)에 의해 얻어지는 각도 φ_3D로서 정의할 때,

φ_3D=[(α₂-α₁)²+(β₂-β₁)²+(γ₂-γ₁)²]^1/2 ····· (6)

1. 권철심 및 방향성 전자 강판의 형상

먼저, 본 실시 형태의 권철심 형상에 대하여 설명한다. 여기서 설명하는 권철심 및 방향성 전자 강판의 형상 자체는, 특별히 새로운 것은 아니다. 예를 들어 배경기술에 있어서 특허문헌 5 내지 7로서 소개한 공지의 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 나타내어지는 권철심의 측면도이다. 또한, 도 3은 권철심의 다른 일 실시 형태를 모식적으로 도시하는 측면도이다.

또한, 본 실시 형태에 있어서 측면에서 보아란, 권철심을 구성하는 긴 형상의 방향성 전자 강판의 폭 방향(도 1에 있어서의 Y축 방향)으로 보는 것을 말한다. 측면도란 측면에서 보았을 때 시인되는 형상을 나타낸 도면(도 1의 Y축 방향의 도면)이다.

본 실시 형태에 관한 권철심은, 측면에서 보아 대략 다각 형상(대략 직사각 형상)의 권철심 본체(10)를 구비한다. 당해 권철심 본체(10)는, 방향성 전자 강판(1)이, 판 두께 방향으로 적층되어, 측면에서 보아 대략 직사각 형상의 적층 구조(2)를 갖는다. 당해 권철심 본체(10)를, 그대로 권철심으로서 사용해도 되고, 필요에 따라서, 적층된 복수의 방향성 전자 강판(1)을 일체적으로 고정하기 위해, 결속 밴드 등, 공지의 체결구 등을 구비하고 있어도 된다.

본 실시 형태에 있어서, 권철심 본체(10)의 철심 길이에 특별히 제한은 없다. 철심에 있어서 철심 길이가 변화되어도, 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 보았을 때의 권철심 본체(10)의 적층 방향의 중심점에 있어서의 둘레 길이를 말한다.

본 실시 형태의 권철심은, 종래 공지의 어느 용도에도 적합하게 사용할 수 있다.

본 실시 형태의 철심은, 측면에서 보아 대략 다각 형상인 것을 특징으로 한다. 이하의 도면을 사용한 설명에 있어서는, 도시 및 설명을 단순하게 하기 위해, 일반적인 형상이기도 한 대략 직사각 형상(사각형)의 철심으로 설명하지만, 굴곡부의 각도나 수, 평면부의 길이가 적절히 변경되어도 되고, 그것에 의해 다양한 형상의 철심이 제조 가능하다. 예를 들어, 모든 굴곡부의 각도가 45°이고 평면부의 길이가 동등하면, 측면에서 보았을 때 팔각형으로 된다. 또한, 각도가 60°이고 6개의 굴곡부를 갖고, 평면부의 길이가 동등하면 측면에서 보았을 때 육각형이 된다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 권철심 본체(10)는, 긴 쪽 방향으로 평면부(4)와 굴곡부(5)가 교호로 연속하는 방향성 전자 강판(1)이, 판 두께 방향으로 적층된 부분을 포함하고, 측면에서 보아 대략 직사각 형상의 적층 구조(2)를 갖는다. 평면부(4)는, 권철심 본체(10)의 측면에서 보아, 당해 권철심 본체(10)의 둘레 방향에 있어서의 길이가 평면부(4b)보다도 긴 4개의 평면부(4a)와, 권철심 본체(10)의 둘레 방향에 있어서의 길이가 평면부(4a)보다도 짧은 4개 평면부(4b)의 2종류를 갖는다. 단, 평면부(4a)와 평면부(4b)의 길이는 동등해도 된다.

또한, 도 3에 도시한 권철심 본체(10)에서는, 평면부(4)는, 권철심 본체(10)의 측면에서 보아, 당해 권철심 본체(10)의 둘레 방향에 있어서의 길이가 긴 4개의 평면부(4a)와, 권철심 본체(10)의 둘레 방향에 있어서의 길이가 짧은 8개 평면부(4b)의 2종류를 갖는다.

도 2의 실시 형태는 1개의 굴곡부(5)가 45°이다. 도 3의 실시 형태는 1개의 굴곡부(5)가 30°이다. 즉, 어느 실시 형태에 있어서도, 하나의 코너부(3)에 존재하는 굴곡부의 각각의 굽힘 각도의 합계가 90°로 되어 있다.

또한, 권철심 본체(10)는, 4개의 코너부(3)를 갖고 있다. 도 2에 도시한 권철심 본체(10)의 각 코너부(3)는, 1개의 평면부(4b)와 그 양단부에 접속되어 있는 2개의 굴곡부(5)를 갖는다. 도 3에 도시한 권철심 본체(10)의 각 코너부(3)는, 인접하는 2개의 평면부(4b, 4b)와, 당해 평면부(4b, 4b) 간에 마련되어 평면부(4b, 4b)에 접속되어 있는 굴곡부(5)와, 2개의 평면부(4b, 4b)의 단부에 각각 접속된 굴곡부(5)를 갖는다. 즉, 도 2의 실시 형태는 1개의 코너부(3) 중에 2개의 굴곡부(5)를 갖는 경우이다. 도 3의 실시 형태는 1개의 코너부(3) 중에 3개의 굴곡부(5)를 갖는 경우이다.

또한, 이하의 설명에서는, 평면부(4a) 및 평면부(4b) 모두 평면부(4)로서 설명한다.

이들 예에 나타내어지는 바와 같이, 본 실시 형태의 철심은, 다양한 각도를 갖는 굴곡부에 의해 구성할 수 있다. 가공 시의 변형에 의한 스트레인 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 철심이 갖는 굴곡부의 굽힘 각도 φ는 임의로 구성하는 것이 가능하다. 예를 들어, φ1=60° 또한 φ2=30°로 할 수 있지만, 생산 효율의 점에서는 절곡 각도가 동등한 것이 바람직하다.

도 6을 참조하면서, 굴곡부(5)에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 6은 방향성 전자 강판의 굴곡부(곡선 부분)의 일 예를 모식적으로 도시하는 도면이다. 굴곡부의 굽힘 각도란, 방향성 전자 강판(1)의 굴곡부(5)에 있어서, 절곡 방향의 후방측의 직선부와 전방측의 직선부 사이에 발생한 각도차를 의미하고, 방향성 전자 강판(1)의 외면에 있어서, 굴곡부(5)를 사이에 두는 양측의 평면부[4(4a, 4b)]의 표면인 직선 부분을 연장하여 얻어지는 2개의 가상선 Lb-elongation1, Lb-elongation2가 이루는 각의 보각 각도 φ로서 표시된다. 이때, 연장되는 직선이 강판 표면으로부터 이탈하는 점이, 강판 외면측의 표면에 있어서의 평면부[4(4a, 4b)]와 굴곡부(5)의 경계이며, 도 6에 있어서는, 점 F 및 점 G이다.

또한, 점 F 및 점 G의 각각으로부터 강판 외표면에 수직인 직선을 연장하여, 강판 내면측의 표면과의 교점을 각각 점 E 및 점 D로 한다. 이 점 E 및 점 D가 강판 내면측의 표면에 있어서의 평면부[4(4a, 4b)]와 굴곡부(5)의 경계이다.

그리고 본 실시 형태에 있어서 굴곡부(5)란, 방향성 전자 강판(1)의 측면에서 보아, 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 측면에서 본 내면측 곡률 반경 r(이하, 간단히 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 등에 의해 의도치 않은 변동이 발생하는 경우도 생각할 수 있다. 이와 같은 의도치 않은 오차는, 현재의 통상의 공업적인 제조이면 0.2㎜ 정도 이하로 억제하는 것이 가능하다. 이와 같은 변동이 큰 경우에는, 충분히 다수의 강판에 대하여 곡률 반경을 측정하고, 평균함으로써 대표적인 값을 얻을 수 있다. 또한, 어떠한 이유로 의도적으로 변화시키는 경우도 생각되지만, 본 실시 형태는 그와 같은 형태를 제외하는 것은 아니다.

또한, 굴곡부(5)의 내면측 곡률 반경 r의 측정 방법에도 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 시판되고 있는 현미경(Nikon ECLIPSE LV150)을 사용하여 200배로 관찰함으로써 측정할 수 있다. 구체적으로는, 관찰 결과로부터, 도 6에 도시한 바와 같은 곡률 중심 A점을 구하지만, 이 구하는 방법으로서, 예를 들어 선분 EF와 선분 DG를 점 B와는 반대 측의 내측으로 연장시킨 교점을 A로 규정하면, 내면측 곡률 반경 r의 크기는, 선분 AC의 길이에 해당한다. 여기서, 점 A와 점 B를 직선으로 연결하였을 때, 굴곡부(5)의 내면측의 원호 DE와의 교점을 점 C로 한다.

본 실시 형태에서는, 굴곡부(5)의 곡률 반경 r을, 1㎜ 이상 5㎜ 이하의 범위로 하여, 또한 하기에 설명하는, 입계를 사이에 두는 결정 방위의 차가 큰 입계가 비교적 높은 빈도로 존재하도록 제어된 특정 방향성 전자 강판을 사용하여 권철심으로 함으로써, 철심의 효율을 자기 특성에 알맞은 최적의 효율로 하는 것이 가능해진다. 굴곡부(5)의 내면측 곡률 반경 r은, 바람직하게는 3㎜이다. 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 일 예를 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 4 및 도 5의 예에 도시된 바와 같이 본 실시 형태에 사용되는 방향성 전자 강판(1)은, 절곡 가공된 것이며, 2개 이상의 굴곡부(5)를 포함하는 코너부(3)와, 평면부(4)를 갖고, 1개 이상의 방향성 전자 강판(1)의 긴 쪽 방향의 단부면인 접합부(6)를 통해 측면에서 보아 대략 다각형의 환을 형성한다.

본 실시 형태에 있어서는, 권철심 본체(10)가, 전체로서 측면에서 보았을 때 대략 다각 형상의 적층 구조(2)를 갖고 있으면 된다. 도 4의 예에 도시된 바와 같이, 1개의 접합부(6)를 통해 1매의 방향성 전자 강판(1)이 권철심 본체(10)의 1층분을 구성하는(즉, 1권취마다 1개소의 접합부(6)를 통해 1매의 방향성 전자 강판(1)이 접속되는) 것이어도 되고, 도 5의 예에 도시된 바와 같이 1매의 방향성 전자 강판(1)이 권철심의 약반주분을 구성하고, 2개의 접합부(6)를 통해 2매의 방향성 전자 강판(1)이 권철심 본체(10)의 1층분을 구성하는(즉, 1권취마다 2개소의 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 한정되지는 않고, 용도 등에 따라서 적절히 선택하면 되는 것이지만, 통상 0.15㎜ 내지 0.35㎜의 범위 내이며, 바람직하게는 0.18㎜ 내지 0.23㎜의 범위이다.

2. 방향성 전자 강판의 구성

다음으로, 권철심 본체(10)를 구성하는 방향성 전자 강판(1)의 구성에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서는, 인접하여 적층되는 방향성 전자 강판(1)의 굴곡부(5)에 인접하는 평면부[4(4a, 4b)]에 있어서의 방향성 전자 강판(1)의 폭 방향(도 8에 도시한 경계선 B의 연신 방향)의 결정 방위의 변동의 제어, 및 제어한 전자 강판의 철심 내에서의 배치 위치를 특징으로 한다.

(1) 굴곡부에 인접하는 평면부의 결정 방위의 변동

본 실시 직경 형태의 권철심을 구성하는 방향성 전자 강판(1)은, 적어도 굴곡부(5) 근방의 일부 영역에 있어서, 적층되는 강판(1)의 결정 방위가, 굴곡부(5)와 그것에 인접하는 평면부[4(4a, 4b)]의 경계(이하, 굴곡부의 경계라고도 함)에 평행인 방향(방향성 전자 강판의 폭 방향)에서 적절하게 변동되도록 제어된다. 굴곡부 근방의 결정 방위의 변동이 작아지면, 본 실시 형태에서의 철심 형상을 갖는 철심에 있어서의 효율 열화의 회피 효과가 발현되지 않는다. 이것은 바꿔 말하면, 굴곡부(5) 근방에 방위 변화가 큰 결정립계를 배치함으로써 효율 열화가 억제되기 쉬운 것을 나타내고 있다.

이와 같은 현상이 발생하는 메커니즘은 명확하지는 않지만, 이하와 같이 생각된다.

본 실시 형태가 대상으로 하는 철심은, 굽힘에 의한 거시적인 변형(스트레인)은 매우 좁은 영역인 굴곡부(5) 내로 제한되어 있다. 그러나 미크로한 변형은, 강판 내부의 결정 조직으로서 보면, 굴곡부(5)의 외측, 즉 평면부[4(4a, 4b)]에도 확산된다고 생각된다. 특히 방향성 전자 강판의 압연 방향으로의 인장 변형이 현저해지는 철심 외면측의 강판 표층에서는, 평면부[4(4a, 4b)] 내로의 변형의 영향이 널리 미쳐, 굴곡부(5) 근방의 평면부[4(4a, 4b)] 영역에서 쌍정 변형이 발생하게도 된다. 일반적으로 가공에 의해 형성되는 쌍정 변형은 철손을 현저하게 열화시키는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 굴곡부에서의 쌍정의 발생수를 회피함으로써 철손의 열화를 억제할 수 있다. 또한 쌍정의 발생수의 회피에 한하지 않고, 상기와 같은 상황을 고려하면, 평면부 영역[4(4a, 4b)]으로의 쌍정 발생역의 확대의 억제도 철손 열화를 억제함에 있어서 중요해진다. 쌍정의 발생은 결정의 변형, 즉 슬립계가 한정되는 것이 한 요인이 되어 발생한다고 생각된다. 그 때문에, 굴곡부(5) 근방의 입계 입자의 방위 분산이 매우 작고, 전체가 균일한 변형 상태에 구속됨으로써, 쌍정 발생역이 확대되어 버린다고 생각된다. 반대로, 굴곡부(5) 근방의 입계 입자의 방위 분산이 적절하게 크면 변형 거동이 복잡화되어, 구속된 균일한 변형 상태가 완화되기 때문에, 변형 영역, 즉 쌍정 형성 영역을 축소할 수 있을 것이 기대된다. 본 실시 형태는, 이 작용에 의해 철심 효율의 저하를 억제할 수 있는 것으로 생각된다. 이와 같은 본 실시 형태의 작용 기서는 본 실시 형태가 대상으로 하는 특정 형상의 철심에서의 특별한 현상이라고 생각되어, 지금까지 거의 고려되지 않았지만, 본 발명자들이 얻은 지견과 합치하는 해석이 가능하다.

본 실시 형태에 있어서는, 결정 방위의 변동은 이하와 같이 측정된다.

본 실시 형태에서는, 방향성 전자 강판(1)에서 관측되는 결정 방위에 관련되는 이하의 4개의 각도 α, β, γ, φ_3D를 사용한다. 또한, 후술하는 대로, 각도 α는, 압연면 법선 방향 Z를 회전축으로 하는 이상적인 {110}<001> 방위(Goss 방위)로부터의 어긋남각, 각도 β는, 압연 직각 방향(판폭 방향 C)을 회전축으로 하는 이상적인 {110}<001> 방위로부터의 어긋남각, 각도 γ는, 압연 방향 L을 회전축으로 하는 이상적인 {110}<001> 방위로부터의 어긋남각을 의미한다.

여기서, 「이상적인 {110}<001> 방위」란, 실용 강판의 결정 방위를 표시할 때의 {110}<001> 방위가 아니라, 학술적인 결정 방위로서도 {110}<001> 방위이다.

일반적으로 재결정된 실용 강판의 결정 방위의 측정에서는, ±2.5° 정도의 각도차는 엄밀하게 구별하지 않고 결정 방위가 규정된다. 종래의 방향성 전자 강판이면, 기하학적으로 엄밀한 {110}<001> 방위를 중심으로 하는 ±2.5° 정도의 각도 범위역을 「{110}<001> 방위」로 한다. 그러나, 본 실시 형태에서는, ±2.5° 이하의 각도차도 명확하게 구별할 필요가 있다.

이 때문에, 기하학적으로 엄밀한 결정 방위로서의 {110}<001> 방위를 규정하는 본 실시 형태에서는, 종래의 공지 문헌 등에서 사용되는 {110}<001> 방위와의 혼동을 피하기 위해, 「이상 {110}<001> 방위(이상 Goss 방위)」라 기재한다.

어긋남각 α: 방향성 전자 강판(1)에서 관측되는 결정 방위의, 압연면 법선 방향 Z 둘레에 있어서의 이상 {110}<001> 방위로부터의 어긋남각.

어긋남각 β: 방향성 전자 강판(1)에서 관측되는 결정 방위의, 압연 직각 방향 C 둘레에 있어서의 이상 {110}<001> 방위로부터의 어긋남각.

어긋남각 γ: 방향성 전자 강판(1)에서 관측되는 결정 방위의, 압연 방향 L 둘레에 있어서의 이상 {110}<001> 방위로부터의 어긋남각.

상기 어긋남각 α, 어긋남각 β, 및 어긋남각 γ의 모식도를, 도 7에 도시한다.

각도 φ_3D: 방향성 전자 강판의 압연면 상에서 인접하고 또한 간격이 5㎜인 2개의 측정점에서 측정하는 결정 방위의 상기 어긋남각을, 각각 (α₁, β₁, γ₁) 및 (α₂, β₂, γ₂)로 표시했을 때, φ_3D=[(α₂-α₁)²+(β₂-β₁)²+(γ₂-γ₁)²]^1/2에 의해 얻어지는 각도.

이 각도 φ_3D를, 「공간 3차원적인 방위차」로 기술하는 경우가 있다.

현재, 실용적으로 제조되고 있는 방향성 전자 강판의 결정 방위는, 압연 방향과 <001> 방향의 어긋남각이, 대략 5° 이하가 되도록 제어되고 있다. 이 제어는, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판(1)에서도 마찬가지이다. 이 때문에, 방향성 전자 강판의 「입계」를 정의할 때, 일반적인 입계(대경각 입계)의 정의인 「인접하는 영역의 방위차가 15° 이상이 되는 경계」를 적용할 수 없다. 예를 들어, 종래의 방향성 전자 강판에서는, 강판면의 매크로 에칭에 의해 입계를 현출하지만, 이 입계의 양측 영역의 결정 방위차는 평균적으로는, 2 내지 3° 정도이다.

본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 결정과 결정의 경계를 엄밀하게 규정할 필요가 있다. 이 때문에, 입계의 특정법으로서, 매크로 에칭과 같은 눈으로 보는 것을 베이스로 하는 방법은 채용하지 않는다.

본 실시 형태에서는, 입계를 특정하기 위해, 방향성 전자 강판(1)의 압연면 상에 5㎜ 간격으로 측정점을 설정하고, 측정점마다 결정 방위를 측정한다. 예를 들어, 결정 방위는, X선 회절법(라우에법)에 의해 측정하면 된다. 라우에법이란, 강판에 X선 빔을 조사하여, 투과 또는 반사된 회절 반점을 해석하는 방법이다. 회절 반점을 해석함으로써, X선 빔을 조사한 장소의 결정 방위를 동정할 수 있다. 조사 위치를 변화시켜 복수 개소에서 회절 반점의 해석을 행하면, 각 조사 위치의 결정 방위 분포를 측정할 수 있다. 라우에법은, 조대한 결정립을 갖는 금속 조직의 결정 방위를 측정하는 데 적합한 방법이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 굴곡부(5)에 인접하는 평면부[4(4a, 4b)] 영역 내 중, 굴곡부(5)와 평면부[4(4a, 4b)]의 경계인 대략 직선상의 경계 B(굴곡부의 경계)로부터 수직 방향으로 2㎜ 이격된 위치에, 경계 B의 연신 방향과 평행으로 직선 SL을 설정한다. 그리고, 이 평면부[4(4a, 4b)] 내의 직선 SL 상에, 경계(선) B에 대하여 평행 방향으로 5㎜ 간격으로 측정점을 배치한다. 이때, 직선 SL의 중앙(강판의 폭 방향 중앙)을 기점으로 하여 양측에 동수의 측정점을 배치한다. 단, 직선 SL의 양단의 측정점이 강판의 폭 방향 단부에 가까운 경우에는, 방위 측정의 오차가 커져 이상한 데이터가 되기 쉬우므로, 측정 시에는 당해 단부에 가까운 측정점을 피한다.

여기서, 측정점의 위치(직선 SL)와 경계(선) B의 거리를 2㎜의 지점으로 하는 것은, 이것보다 굴곡부(5)에 가까운 영역 내에서는 강판 표층에 쌍정이 발생하여, 목적으로 하는 결정 방위의 변동의 측정이 변동될 우려가 있기 때문이다. 한편, 이것 이상 이격된 영역에서는, 굴곡부(5)의 변형의 전파에 직접 영향을 미치는 굴곡부의 결정의 방위와는 다른 결정립의 방위를 측정하게 될 가능성이 높아지기 때문이다. 즉, 직선 SL과 경계 B의 거리는, 반드시 2㎜로 설정할 필요는 없다. 그러나, 2㎜보다도 초과한 거리에 직선 SL을 설정하는 경우에는, 그 설정 위치가, 굴곡부(5)의 변형의 전파에 영향을 미치는 결정 방위가 측정되는 영역에 들어가도록, 고려할 필요가 있다.

게다가, 각 측정점에 관하여, 상기한 어긋남각 α, 어긋남각 β, 및 어긋남각 γ를 특정한다. 특정한 각 측정점에서의 각 어긋남각에 기초하여, 인접하는 2개의 측정점간에 입계가 존재하는지 여부를 판단한다. 본 실시 형태에 있어서는, 2개의 측정점의 사이에 있어서, 2개의 측정점의 중앙에 존재하고, 또한 2개의 측정점의 방위차에 의해 결정되는 경계(입계)의 유무를 판단하기 위한 「입계 판정점」(이하, 입계점이라고도 함)이라는 개념을 정의하여 규정한다.

구체적으로는, 인접하는 2개의 측정점에 대한 상기 각도 φ_3D가, φ≥1.0°인 경우에는 해당 2점간의 중앙에 입계가 존재한다고 판단한다. 즉 1.0° 미만의 방위 변동은 본 발명의 효과에는 기여하지 않는 방위 변동, 또는 단순한 측정 오차로서 무시한다.

φ_3D가 2° 이상인 입계는, 매크로 에칭으로 인식되었던 종래의 2차 재결정립의 입계와 거의 동일하다고 할 수 있다. 통상의 방향성 전자 강판에서는, 입계를 사이에 두는 2점간의 방위차는 상술한 대로, 평균으로 2 내지 3° 정도이므로, 본 실시 형태에서는 일반적으로는 입계로는 인식되지 않는 작은 방위차까지 고려하게 된다. 또한, 통상의 방향성 전자 강판에서는 빈도가 그다지 많지는 않은, φ_3D가 3°를 초과하는 입계의 존재를 가미한 평가를 행한다.

먼저, φ_3D를 계측한 입계점의 총수를 Nx라 하고, 그 중, φ_3D≥1.0°를 만족시키는 입계점의 수를 Nt라 한다. 본 실시 형태에 있어서는, 상기와 같이 굴곡부(5)에 인접하는 평면부[4(4a, 4b)] 영역 내에 있어서, 경계선 B에 대하여 평행 방향으로 등간격으로, 또한 강판의 폭 방향 위치에 관해서는 강판의 폭 중앙을 기점으로 하여 양측에 동수의 측정점이 배치된다. 그리고, 인접하는 2개의 측정점의 사이에 입계점을 정의하고, 입계점에서의 φ_3D를 결정한다. 또한, 입계점에 대해서는, Nt가 60점 이상이 되도록 설정한다. 1매의 강판에서 Nt가 60점에 미치지 못한 경우, 예를 들어 강판의 폭이 좁은 경우나 또는 φ_3D가 1.0° 미만인 입계점의 비율이 많은 경우에는, 복수매의 강판에서 측정을 행하는 것으로 한다. 그리고, φ_3D: 1.0° 이상 2.5° 미만을 만족시키는 입계점의 수를 Na라 하고, φ_3D: 2.5° 이상 4.0° 미만을 만족시키는 입계점의 수를 Nb라 하고, φ_3D: 4.0° 초과인 입계점의 수를 Nc라 한다. 또한, φ_3D≥1.0°를 만족시키는 입계점의 φ_3D의 평균값을 φ_3Dave라 한다.

본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판(1)은, 입계를 사이에 두는 결정 방위의 차가 큰 입계를 비교적 높은 빈도로 존재시킴으로써, 굴곡부(5) 근방에서의 쌍정의 발생, 및 평면부 영역[4(4a, 4b)]으로의 쌍정 발생역의 확대를 효과적으로 억제한다. 그 결과, 철심 효율이 개선된다.

본 실시 형태에 관한 권철심의 일 실시 형태에 있어서는, 적층된 임의의 방향성 전자 강판(1)의 적어도 하나의 굴곡부(5) 근방의 평면부[4(4a, 4b)]에 있어서, 이하의 (1) 내지 (4)식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

0.10≤Nt/Nx≤0.80 ····· (1)

0.37≤Nb/Nt≤0.80 ····· (2)

1.07≤Nb/Na≤4.00 ····· (3)

Nb/Nc≥1.10 ····· (4)

이 규정은, φ_3D: 1.0° 이상을 만족시키는 입계의 존재율을 한정하면서, 굴곡부(5) 근방의 평면부[4(4a, 4b)]에 있어서, 쌍정 발생의 억제 효과가 큰 입계를 주체로 해야 할 것을 나타내는 것이다.

(1)식에 대해서는, 측정점의 간격을 5㎜로 하고 있기 때문에, 해당 입계의 평균 간격이 약 50㎜ 이하, 즉 평균하여 약 50㎜의 영역 내에 적어도 하나의 해당입계가 존재하는 것을 나타내고 있다. 본 실시 형태의 효과는 입계의 존재에 의해 가져와지는 것이기 때문에, 입계의 존재 빈도가 너무 낮으면 효과가 발현되지 않는다. 바람직하게는 Nt/Nx는 0.13 이상(평균 간격으로서 약 38㎜ 이하), 더욱 바람직하게는 0.20 이상(평균 간격으로서 약 25㎜ 이하)이다. 한편 이 비가 크다고 하는 것은 결정 입경이 미세한 것을 의미하고, 자기 특성 저하의 원인으로도 되기 때문에, Nt/Nx의 상한은 0.80 이하(평균 간격으로서 약 6㎜ 이상)로 한다.

(2)식은, 쌍정을 억제하는 효과가 큰 각도차가 큰 입계의 빈도가 높은 것을 나타낸다. 일반적으로는 방향성 전자 강판에 있어서의 결정 방위 제어는, Goss 방위로의 집적도를 높여, 입계의 각도차를 작게 하여, 궁극적인 단결정화를 지향하는 것이다. 이것을 생각하면, 각도차가 비교적 큰 입계의 존재 빈도를 조금 높게 제어하는 본 실시 형태의 규정은 특수한 것이라고 할 수 있다. 단, Nb의 존재 빈도가 높다고 하는 것은, Goss 방위로의 방위 집적도가 낮은 것으로도 이어지기 때문에, 과도하게 높게 하는 것은 피해야 한다. 바람직하게는 Nb/Nt는 0.40 내지 0.70, 더욱 바람직하게는 0.45 내지 0.65이다.

(3)식은, 상기 (2)식으로 규정되는 쌍정을 억제하는 효과가 큰 각도차가 큰 입계의 빈도를, 쌍정을 억제하는 효과가 작은 각도차가 작은 입계의 빈도의 비로 규정한 것이다. 바람직하게는 Nb/Na는 1.4 이상, 더욱 바람직하게는 1.7 이상이다.

(4)식은, 각도차가 과도하게 큰 입계의 형성은 단순히 Goss 방위로의 집적을 현저하게 저하시켜, 자기 특성의 저하로 이어지므로, 이것을 피하기 위한 규정이다. 바람직하게는 Nb/Nc는 2.0 이상, 더욱 바람직하게는 3.0 이상이다. 또한, 권철심에 존재하는 굴곡부에 인접하는 평면부 모두에 있어서 상기 (1) 내지 (3)식 모두를 만족시키는 것이 바람직한 것은 물론이다.

다른 실시 형태로서는, 적층된 임의의 방향성 전자 강판의 적어도 하나의 굴곡부 근방의 평면부에 있어서, 또한 이하의 (5)식을 만족시키는 것을 특징으로 한다.

φ_3Dave: 2.0° 내지 4.0° ······(5)

이 규정은, 단순히 결정 방위의 변동의 크기를 평가하는 것이다. 또한 이 규정은, 상기 (1) 내지 (4)식을 충족하는 것을 전제로 하여 본 실시 형태의 효과가 발휘되는 상황에 있어서, 입계를 사이에 둔 결정 방위의 각도차의 평균의 적정값을 나타내는 것이며, 본 실시 형태의 바람직한 형태의 하나에 대응한다. 즉, φ_3Dave를 2.0° 내지 4.0°로 함으로써, 평면부 영역에서의 쌍정의 발생을 충분히 억제할 수 있다. φ_3Dave에 대해서는, 바람직하게는 2.5° 내지 3.5°이다. 또한, 권철심에 존재하는 굴곡부에 인접하는 평면부 모두에 있어서, φ_3Dave가 2.0° 내지 4.0°인 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 강판이며, 압연 방향으로 우수한 자기 특성을 갖는 것이다.

본 실시 형태에 있어서 모강판은, 공지의 방향성 전자 강판을 사용할 수 있다. 이하, 바람직한 모강판의 일 예에 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 제어하여, 양호한 자기 특성을 확보하기 위해서이다. 그 밖의 원소에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에서는, Si, Fe 및 불순물에 더하여, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위의 원소를 함유해도 된다. 예를 들어, Fe의 일부로 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％.

이들 선택 원소는, 그 목적에 따라서 함유시키면 되므로 하한값을 제한할 필요가 없고, 실질적으로 함유하고 있지 않아도 된다. 또한, 이들 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 의도치 않게 함유되는 원소를 가리키고, 모강판을 공업적으로 제조할 때, 원료로서의 광석, 스크랩 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 원소를 의미한다. 불순물의 합계 함유량의 상한은, 예를 들어 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 중앙의 위치로부터 한 변이 35㎜인 정사각형의 시험편을 취득하고, 시마즈 세이사쿠쇼제 ICPS-8100 등(측정 장치)에 의해, 미리 작성한 검량선에 기초한 조건에서 측정함으로써 특정할 수 있다. 또한, C 및 S는 연소-적외선 흡수법을 사용하고, N은 불활성 가스 융해-열전도도법을 사용하여 측정하면 된다.

또한, 상기 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 공지의 방법으로 제거하고 나서 화학 조성을 측정한다.

(3) 방향성 전자 강판의 제조 방법

방향성 전자 강판의 제조 방법은, 특별히 한정되지는 않지만, 후술하는 바와 같이 제조 조건을 치밀하게 제어함으로써, 방위 변화가 큰 결정립계의 빈도를 높일 수 있다. 이와 같은 결정립계를 갖는 방향성 전자 강판을 사용하고, 또한 후술하는 적합한 가공 조건에 의해 권철심을 제조함으로써, 철심 효율의 악화를 효율적으로 억제하는 것이 가능한 권철심을 얻을 수 있다. 제조 방법의 바람직한 구체예로서는, 예를 들어 먼저, C를 0.04 내지 0.1 질량％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 따라서 열연판 어닐링을 행한다. 열연판 어닐링의 조건은 특별히 한정되지는 않지만, 석출물 제어의 관점에서, 어닐링 온도: 800 내지 1200℃, 어닐링 시간: 10 내지 1000초로 해도 된다. 이어서, 1회 또는 중간 어닐링을 사이에 두는 2회 이상의 냉연에 의해 냉연 강판을 얻는다. 이때의 냉연율은, 집합 조직의 제어의 관점에서 80 내지 99％로 해도 된다. 당해 냉연 강판을, 예를 들어 습수소-불활성 가스 분위기 중에서 700 내지 900℃로 가열하여 탈탄 어닐링, 필요에 따라서 또한 질화 어닐링을 행한다. 질화 어닐링 시의 통판 장력 그리고 질화량은, 석출물 제어와 집합 조직 제어의 관점에서 클수록 바람직하다. 구체적으로는, 통판 장력은 3.0(N/㎟) 이상으로 하는 것이 바람직하고, 질화량은 240ppm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그 후, 어닐링 후의 강판 상에 어닐링 분리제를 도포한 후에, 최고 도달 온도: 1000℃ 내지 1200℃, 40 내지 90시간 동안 마무리 어닐링하여, 900℃ 정도에서 절연 피막을 형성한다. 또한 그 후, 마찰 계수를 조정하기 위한 도장 등을 실시해도 된다. 상기 각 조건 중, 특히 질화량, 통판 장력은 결정 방위의 변동에 영향을 미친다. 그 때문에, 권철심을 제조할 때는, 상기 조건의 범위 내에서 제조된 방향성 전자 강판을 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 일반적으로 「자구 제어」라 불리는 처리를 강판의 제조 공정에 있어서 공지의 방법으로 실시한 강판이라도 본 실시 형태의 효과를 향수할 수 있다.

상기와 같이, 본 실시 형태에서 사용되는 방향성 전자 강판(1)의 특징인 각도차가 큰 입계는, 예를 들어 Goss 방위로의 집적도를 극한까지 높이도록 제조되는(즉 결정립계의 각도를 극한까지 작게 하도록 제조되는) 공지의 방향성 전자 강판의 제조 조건의 일부를 최적 조건으로부터 제외함으로써 달성할 수 있다. 구체적으로는, 마무리 어닐링의 도달 온도와 체류 시간에 의해, Goss 방위의 극한까지의 성장을 정지하여, Goss 방위로부터 약간 방위가 어긋난 결정립이 잔존하도록 조정한다. 또한 마무리 어닐링에 한하지 않고, 슬래브의 화학 조성이나 열연 조건, 탈탄 어닐링 조건, 질화 조건, 어닐링 분리제의 도포 조건 등, 그 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 다양한 공정 및 조건을 적절히 조정함으로써, Goss 방위로의 집적도가 높아지는 것을 억제해도 된다. 이와 같이 강판 전체에서 각도차가 큰 입계의 형성 빈도를 높여 둠으로써, 권철심을 제조할 때 굴곡부(5)가 임의의 위치에 형성된 경우라도, 권철심에 있어서 상기의 각 식이 만족될 것이 기대된다. 또는, 굴곡부(5) 근방에 많은 각도차가 큰 입계가 배치된 권철심을 제조하기 위해서는, 각도차가 큰 입계의 존재 빈도가 높은 영역이 굴곡부(5) 근방에 배치되도록 강판을 절곡하는 위치를 제어하는 방법도 유효하다. 이 방법에 있어서는, 강판 제조 시점에서 1차 재결정 조직, 질화 조건이나 어닐링 분리제 도포의 상태를 국소적으로 변경하는 등 공지의 방법에 따라서 2차 재결정의 입성장이 국소적으로 변동된 강판을 제조하고, 각도차가 큰 입계의 빈도를 높인 개소를 선택하여 절곡 가공하는 것이어도 된다.

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 5 내지 7로서 소개한 공지의 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, 굴곡부(5) 근방에 있어서의 각도차가 큰 입계의 존재 빈도를 높이는 관점에서는, 코어 가공 시의 조건을 제어하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 코어 가공 시의 가공 속도(펀치 속도, ㎜/초) 및 가공 발열에 의한 강판 온도의 상승량 ΔT(℃)를 제어함으로써 달성할 수 있다. 구체적으로는, 펀치 속도는 20 내지 100(㎜/초)으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가공 발열에 의한 강판 온도의 상승량을 ΔT로 한 경우, ΔT는 5.0℃ 이하로 억제하는 것이 바람직하다.

또한 공지의 방법에 준하여, 필요에 따라서 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, 공지의 체결구 등을 사용하여 일체적으로 고정하여 권철심으로 해도 된다.

본 실시 형태는, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시이며, 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 위해 채용한 조건예이며, 본 발명은 이 조건예에 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 1200㎜였다.

표 1 및 표 2에 있어서, 「-」는 함유량을 의식한 제어 및 제조를 하지 않고 함유량의 측정을 실시하지 않은 원소인 것을 의미한다. 또한, 「<0.002」 및 「<0.004」는 함유량을 의식한 제어 및 제조를 실시하고, 함유량의 측정을 실시하였지만, 정밀도의 신빙성으로서 충분한 측정값이 얻어지지 않은(검출 한계 이하) 원소인 것을 의미한다.

[표 1]

[표 2]

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, 주성분을 마그네시아 또는 알루미나로 하고, 이들의 혼합 비율을 변화시킨 어닐링 분리제를 도포하고, 마무리 어닐링을 실시하였다. 마무리 어닐링 강판의 표면에 형성된 1차 피막 상에, 인산염과 콜로이드상 실리카를 주체로 하여 크롬을 함유하는 절연 피막 코팅 용액을 도포하고, 이것을 열처리하여, 절연 피막을 형성하였다. 이 과정에서, 탈탄 어닐링 및 질화 어닐링 시의 강판 장력 및 질소량을 적절히 변화시킴으로써 더욱 결정 방위의 분산의 정도를 변화시켰다.

이와 같이 하여, 굴곡부에 인접하는 평면부에서의 결정 방위의 변동을 제어한 강판을 제조하였다. 제조된 강판의 상세는 표 3B에 나타낸다.

[표 3A]

[표 3B]

(철심)

각 강판을 소재로 하여, 표 4 및 도 9에 도시한 형상을 갖는 철심 코어 No.a 내지 f를 제조하였다. 또한, L1은 X축 방향에 평행이며, 중심 CL을 포함하는 평 단면에서의 권철심의 최내주에 있는 서로 평행인 방향성 전자 강판(1) 간의 거리(내면측 평면부간 거리)이며, L2는 Z축 방향에 평행이며, 중심 CL을 포함하는 종단면에서의 권철심의 최내주에 있는 서로 평행인 방향성 전자 강판(1) 간의 거리(내면측 평면부간 거리)이며, L3은 X축 방향에 평행이며, 중심 CL을 포함하는 평단면에서의 권철심의 적층 두께(적층 방향의 두께)이며, L4는 X축 방향에 평행이며 중심 CL을 포함하는 평단면에서의 권철심의 적층 강판 폭이며, L5는 권철심의 최내부의 서로 인접하여, 또한, 합하여 직각을 이루도록 배치된 평면부간 거리(굴곡부간의 거리)이다. 바꿔 말하면, L5는, 최내주의 방향성 전자 강판의 평면부(4, 4a) 중, 가장 길이가 짧은 평면부(4a)의 긴 쪽 방향의 길이이다. r은 권철심의 내면측의 굴곡부의 곡률 반경(㎜), φ는 권철심의 굴곡부의 굽힘 각도(°)이다. 대략 직사각 형상의 철심 코어 No.a 내지 f는, 내면측 평면부 거리가 L1인 평면부가 거리 L1의 거의 중앙에서 분할되어 있고, 「대략 일본어 コ자」의 형상을 갖는 2개의 철심을 결합한 구조로 되어 있다.

여기서, 코어 No.f의 철심은, 종래부터 일반적인 권철심으로서 이용되고 있는, 강판을 통형으로 권취한 후, 통형 적층체 상태 그대로 코너부를 일정 곡률로 되도록 프레스하여, 대략 직사각형으로 형성하는 방법에 의해 제조된, 소위 트랜스 코어 형태의 철심이다. 이 때문에, 굴곡부의 곡률 반경 r(㎜)은 강판의 적층 위치에 따라 크게 변동된다. 표 4에 있어서, 코어 No.f의 곡률 반경 r(㎜)은, 외주측에 따라서 증가하고, 최내주부에서, r=6㎜, 최외주부에서 r=60㎜이다(표 4의 「※」 마크).

[표 4]

(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 여자하였을 때의 강판의 압연 방향의 자속 밀도 B8(T)과, 교류 주파수: 50Hz, 여자 자속 밀도: 1.7T에서의 강판의 철손을 측정하였다.

(2) 철심 특성

전술한 대로 철심으로부터 발출한 강판에 대하여, Nt/Nx, Nb/Nt, Nb/Na, Nb/Nc 및 φave를 구하였다. 또한, 측정은 Nt가 60으로 되도록 실시하였다.

(3) 철심의 효율

각 강판을 소재로 하는 철심에 대하여 코어 철손을 구하고, (1)에서 구한 강판의 자기 특성과의 비(코어 철손/소재 철손)를 취함으로써 빌딩 팩터(BF)를 구하였다. 여기서 BF란, 권철심의 철손값을, 권철심의 소재인 방향성 전자 강판의 철손값으로 나눈 값이다. BF가 작을수록, 소재 강판에 대한 권철심의 철손이 저감되는 것을 나타내고 있다. 또한 본 실시예에서는, BF가 1.08 이하였던 경우를, 철손 효율의 악화를 억제할 수 있었던 것으로서 평가하였다.

굴곡부에 인접하는 평면부에서의 결정 방위가 다른 각종 강판을 사용하여 제조한 각종 철심에 있어서의 효율을 평가하였다. 결과를 표 5에 나타낸다. 표 5에 있어서, Nb/Nc에 대한 「-」의 기재는, 분모의 Nc가 제로였기 때문에 값이 무한대(수치의 계산이 불가능)가 된 것을 나타낸다. 이들에 대해서는, Nb/Nc는 충분히 큰 것으로서 (4)식을 만족시킨다고 판단한다. 동일한 강종을 사용한 경우라도, 결정 방위를 적절하게 제어함으로써 철심의 효율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 시험 No「1-21」 내지 「1-28」은, 굴곡부의 곡률 반경 r이 큰 발명 범위 외의 코어이며, φ_3D에 대한 영향을 확인한 예이다. 이들 사례로부터, 굴곡부의 곡률 반경 r이 특정값보다 작게 설계된 특수한 형상을 갖는 철심이 아니면, 굴곡부 근방의 φ_3D를 크게 변화시켰다고 해도, 본 발명과 같은 특징적인 철심 효율의 개선 효과는 기대할 수 없음을 알 수 있다.

[표 5A]

[표 5B]

이상의 결과에 의해, 본 발명의 권철심은, 적층된 임의의 방향성 전자 강판의 적어도 하나의 굴곡부 근방의 평면부에 있어서, 상술한 (1) 내지 (5)식을 만족시키기 때문에, 저철손의 특성을 구비하는 것이 밝혀졌다.

본 발명에 따르면, 굽힘 가공된 강판을 적층하여 이루어지는 권철심에 있어서, 철심 효율의 악화를 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다.

1: 방향성 전자 강판
2: 적층 구조
3: 코너부
4(4a, 4b): 평면부
5: 굴곡부
6: 접합부
10: 권철심 본체

Claims

측면에서 보아 대략 다각 형상의 권철심 본체를 구비하는 권철심이며,
상기 권철심 본체는, 긴 쪽 방향으로 평면부와 굴곡부가 교호로 연속한 방향성 전자 강판이, 판 두께 방향으로 적층된 부분을 포함하고, 측면에서 보아 대략 다각 형상의 적층 구조를 갖고,
상기 굴곡부의 측면에서 본 내면측 곡률 반경 r은 1㎜ 이상 5㎜ 이하이며,
상기 방향성 전자 강판이
질량％로,
Si: 2.0 내지 7.0％
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
Goss 방위로 배향하는 집합 조직을 갖고, 또한
적어도 하나의 상기 굴곡부에 인접하는 상기 평면부의 1개 이상에 있어서, 이하의 (1) 내지 (4)식을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 권철심.
0.10≤Nt/Nx≤0.80 ····· (1)
0.37≤Nb/Nt≤0.80 ····· (2)
1.07≤Nb/Na≤4.00 ····· (3)
Nb/Nc≥1.10 ····· (4)
여기서, 상기 (1)식 중의 Nx는, 상기 굴곡부에 인접하는 상기 평면부의 영역 내에, 상기 굴곡부와 상기 평면부의 경계인 굴곡부의 경계에 대하여 평행 방향으로 5㎜ 간격으로 복수개의 측정점을 배치하였을 때, 상기 평행 방향에서 인접하는 2개의 측정점의 중앙에 존재하고, 2개의 측정점의 사이에 입계가 존재하는지 여부를 판단하기 위한 입계 판정점의 총수이다.
또한, 상기 방향성 전자 강판에서 관측되는 결정 방위에 관해,
압연면 법선 방향 Z를 회전축으로 하는 이상 Goss 방위로부터의 어긋남각을 α라 정의하고,
압연 직각 방향 C를 회전축으로 하는 이상 Goss 방위로부터의 어긋남각을 β라 정의하고,
압연 방향 L을 회전축으로 하는 이상 Goss 방위로부터의 어긋남각을 γ라 정의하고,
상기 2개의 측정점에서 측정하는 결정 방위의 어긋남각을 (α₁ β₁ γ₁) 및 (α₂ β₂ γ₂)로 표시했을 때, 상기 어긋남각 α, 어긋남각 β, 및 어긋남각 γ의 3차원적인 방위차를 하기 식 (6)에 의해 얻어지는 각도 φ_3D로서 정의할 때,
상기 식 (1), (2) 중의 Nt는, φ_3D≥1.0°를 만족시키는 입계 판정점의 수이며,
상기 식 (3) 중의 Na는, φ_3D가 1.0° 이상 2.5° 미만을 만족시키는 입계 판정점의 수이며,
상기 식 (2), (3) 중의 Nb는, φ_3D가 2.5° 이상 4.0° 미만을 만족시키는 입계 판정점의 수이며,
상기 식 (4) 중의 Nc는, φ_3D가 4.0° 이상인 입계 판정점의 수이다.
φ_3D=[(α₂-α₁)²+(β₂-β₁)²+(γ₂-γ₁)²]^1/2 ····· (6)
제1항에 있어서,
적어도 하나의 상기 굴곡부에 인접하는 상기 평면부에 있어서, 이하의 (5)식을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 권철심.
φ_3Dave: 2.0° 내지 4.0° ······(5)
여기서, φ_3Dave는, φ_3D≥1.0°를 만족시키는 입계 판정점에 있어서의 φ_3D의 평균값이다.