JP3828830B2 - 巻き鉄芯とその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気特性の優れた巻きトランスの鉄芯とその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
圧延方向に磁化容易軸がそろった方向性電磁鋼板がトランス鉄芯材料として用いられている。方向性電磁鋼板の製造方法として、特公昭５８−２６４０５号公報に方向性電磁鋼板の連続生産設備にて、圧延方向にほぼ垂直に、且つ圧延方向に周期的な線状の歪みを導入し、鉄損を低減する方法が開示されている。この方法の原理は、表面歪みを起点として形成される板厚方向に深い環流磁区により１８０°磁壁間隔が細分化される結果、特に渦電流損が低減されるというものであり、磁区制御と呼ばれる。歪み導入方法としてはレーザ照射を用いる方法が非接触、高速処理、制御性の観点で最も優れた方法として実用に供されている。
【０００３】
ところで、トランス鉄芯の種類には大別して積み鉄芯と巻き鉄芯の二種類がある。積み鉄芯の製造工程では、方向性電磁鋼板は積層されるのみであり、特に鋼板に変形は生じないため歪み取り焼鈍の必要はない。一方、巻き鉄芯の製造工程では、鋼板を積層した後にロール状に巻き締めて、角形の鉄芯形状に圧縮加工する。その際に鋼板に変形が発生することから、そこでの不要な歪みを取るために焼鈍を行う。その結果、レーザ照射等により付与された線状歪みも同時に除去されるため磁区制御効果、すなわち鉄損低減効果も消失する。従って、従来、磁区制御された方向性電磁鋼板は積み鉄芯にのみにしか使用できないという問題があった。
【０００４】
そこで巻き鉄芯にも適用できる磁区制御方法として、鋼板表面に周期的な溝を形成する方法が、例えば特公昭６３−４４８０４号公報、ＵＳ．ＰＡＴ．４７５０９４９号、特開平７−２２０９１３号公報等に歯形プレス・ロール、エッチング、レーザ加工等を用いることが種々提案されている。溝形成による磁区制御の原理は空隙と鋼板の透磁率の違いを利用し、鋼板表面に磁極を発生させ、環流磁区と同様の磁区細分化効果を得るものである。しかし、磁区細分化の源は鋼板表面に限られるため、鉄損低減効果が歪みによる場合に比べ低いという問題がある。また、鋼板に溝を形成するには歯形プレス等の機械方式は歯型の摩耗が問題であり、またエッチングによる方法はレジスト処理・除去等により工程が複雑化する。レーザによる溝加工ではレーザ歪み導入に比べ要求されるパワーが大幅に増加するという問題があった。すなわち磁気特性、製造プロセスの双方でレーザ歪みによる磁区制御方法が優れており、これを巻き鉄芯に使用することが望まれていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、レーザ照射による歪み付与で周期的な環流磁区を形成し、磁区制御された方向性電磁鋼板を巻き鉄芯に使用することを可能ならしめ、磁気特性にすぐれた巻き鉄芯とその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは巻き鉄芯の製造工程を詳細に検討し、巻き鉄芯の製造工程にて歪み取り焼鈍を行った後に、積層された鋼板を分解して、一枚毎にあるいは数枚単位で巻き線へ組み込み、鉄芯を再構成する工程に着目した。この工程で鋼板毎に線状、または点列状歪みを付与するためのレーザ照射を行えば、従来の製造効率を大きく損なうことなく、またこの工程以降は焼鈍工程がないため、優れた鉄損特性を保持したまま巻き鉄芯が製造可能であるという知見を得た。
【０００７】
すなわち本発明は、方向性電磁鋼板を用いて形成し、歪み取り焼鈍を行って製造された巻き鉄芯であって、鉄芯を構成する鋼板の全て、あるいは一部の表面に、鋼板の圧延方向に概垂直な線状、または点列状の歪みが圧延方向に概一定の間隔で付与されていることを特徴とする巻き鉄芯である。
また本発明は、方向性電磁鋼板を使用した巻き鉄芯の製造方法において、所望の巻形状の鉄芯を形成し、歪み取り焼鈍を行った後に、鉄芯を構成する鋼板の全て、あるいは一部の表面に、鋼板の圧延方向に概垂直な線状、または点列状の歪みを、圧延方向に概一定の間隔で付与することを特徴とする巻き鉄芯の製造方法である。
また本発明は、方向性電磁鋼板を使用した巻き鉄芯の製造方法において、複数枚の鋼板を重ね合わせ所望の巻形状の鉄芯を形成し、歪み取り焼鈍を行った後に、鉄芯を構成する鋼板の全て、あるいは一部の表面に、鋼板の圧延方向に概垂直な線状、または点列状の歪みを、圧延方向に概一定の間隔で付与することを特徴とする巻き鉄芯の製造方法。
また本発明は、方向性電磁鋼板を使用した巻き鉄芯の製造方法において、一枚の帯状鋼板をロール成形して所望の巻形状の鉄芯を形成し、歪み取り焼鈍を行った後に、鉄芯を巻き解く工程にて鋼板表面に、圧延方向に概垂直な線状、または点列状の歪みを、圧延方向に概一定の間隔で付与することを特徴とする巻き鉄芯の製造方法である。
また本発明は、レーザ照射により歪みを付与することを特徴とする巻き鉄芯の製造方法である。
また本発明は、レーザ照射時の集光ビーム形状、パワー密度、レーザ波長、または照射速度の調整により鋼板表面の絶縁皮膜剥離痕が発生しないようにすることを特徴とする巻き鉄芯の製造方法である。
【０００８】
尚、本発明で定義する線状、あるいは点列状の歪みとは、環流磁区発生の源となる圧縮、あるいは張力歪みであり、鋼板母材の溶融・再凝固、あるいは変形などを伴わない比較的強度の弱い歪みである。且つ巻き鉄芯製造工程で行う、歪み取り焼鈍条件である、例えば８００℃、数時間の焼鈍では消失してしまう歪みである。この歪みは例えばＸ線回折により測定が可能であり、且つ磁区観察用の電子顕微鏡により、歪み付与部の環流磁区を観測することができるので、本発明で定義される歪みを判別することが可能である。また歪み取り焼鈍を行うことで消失するため、焼鈍で消滅しにくい溶融・再凝固部や変形等により発生する歪みとも区別が可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下実施例を用いて、本発明の作用を説明する。
図１は本発明に係わる方法の説明図である。まず、方向性電磁鋼板１を切断し積層する。この時、方向性電磁鋼板の圧延方向は図中のＬ方向に相当する。次にロール状に巻き締めた後、所望の角形状に成形する。その後、変形部の歪みを取るための焼鈍を行う。焼鈍温度、時間は例えば８００℃、４時間である。焼鈍工程が完了した後、レーザ照射装置２を用いて、鋼板一枚毎に分離し、Ｌ方向に垂直なＣ方向にレーザビームを線状にスキャン照射する。レーザ光は光ファイバー７により導光され、照射装置２中の図示されないガルバノモータ駆動のスキャンミラーとｆθレンズによりレーザビーム６は圧延方向に概垂直にスキャン集光照射される。また、移動装置３により鋼板の外形に沿ってＬ方向に移動し、鋼板全面にレーザビームが照射される。ここでスキャン繰り返し周波数と照射装置２の移動速度によりＬ方向照射間隔Ｐlが調整され、線状、または点列状の歪み４が得られる。
【００１０】
本発明において、レーザビームはパルスあるいは連続波レーザであり、また集光形状は点状、あるいは楕円状であり、従来のレーザ歪み導入法で供されてきたいずれの方法であっても構わない。レーザ照射による周期的な歪みにより、方向性電磁鋼板の鉄損は低減される。
また特に、レーザ集光ビーム形状、パワー密度、波長、スキャン速度により、被照射部の到達温度を電磁鋼板の表面被膜融点以下に調整することで、表面被膜の剥離が抑制される。この様な特殊な方法によって形成された場合、表面に地鉄が露出しないため、より絶縁性に優れるという利点を有する。
レーザ照射の後、各鋼板は分離前と同じ順番で巻き線を挟み込む様に鉄芯に再構成され、最終的な巻きトランス５が製作される。
【００１１】
また巻き鉄芯を製造する別の方法として、圧延方向に長い、一枚の帯状鋼板をロール状に巻き、更に所望の角形状に成型して、歪み取り焼鈍を行う方法がある。この方法で成型した後、鉄芯を一層毎に巻き解くと同時に切断する。本発明ではこの巻き解き工程にて鋼板にレーザ照射を行う。これにより移動する鋼板に対して連続的にレーザ照射を行うことが可能であるため効率的な製造を行える。レーザビームを照射し、切断した後、各鋼板を一枚毎に巻き線に挿入することで巻きトランス５を製造する。
【００１２】
図１にて説明した製造方法にて、巻きトランスを製造した。製造条件は連続波ＹＡＧレーザ出力５０Ｗ、照射ピッチＰｌ＝５mmである。この条件にて製造した巻き鉄芯を使用したトランスと、レーザを照射せずに製造したトランスの性能を比較を行ったところ、本発明の方法のトランスが効率で約７％優れていた。
またこの巻き鉄芯を分解し、各鋼板の磁区構造を磁区観察用電子顕微鏡で観察したところ、レーザ照射を行い歪みを付与した部分に環流磁区が形成され、１８０°磁壁間隔が細分化されていることが確認された。
【００１３】
本発明では、巻き鉄芯製造工程の中で焼鈍工程の後、巻きトランス最終組み立ての前にレーザ照射歪みによる磁区制御を行うため、磁区制御効果が焼鈍により消失することがなく、鉄損特性の優れた材料を巻き鉄芯材として使用することが可能となる。
【００１４】
【発明の効果】
以上の本発明によれば、レーザ歪み付与により環流磁区を形成し、磁気特性を改善した方向性電磁を巻き鉄芯に用いることができるため、磁気特性の優れた巻きトランスを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる巻き鉄芯とその製造方法の工程説明図である。
【符号の説明】
１ 方向性電磁鋼板 ２ レーザ照射装置
３ 移動装置 ４ 線状歪み
５ 巻き鉄芯 ６ レーザビーム
７ 光ファイバー Ｌ 方向性電磁鋼板の圧延方向
Ｃ 方向性電磁鋼板の板幅方向

Claims (6)

1. 方向性電磁鋼板を用いて形成し、歪み取り焼鈍を行って製造された巻き鉄芯であって、鉄芯を構成する鋼板の全て、あるいは一部の表面に、鋼板の圧延方向に概垂直な線状、または点列状の歪みが圧延方向に概一定の間隔で付与されていることを特徴とする巻き鉄芯。
2. 方向性電磁鋼板を使用した巻き鉄芯の製造方法において、所望の巻形状の鉄芯を形成し、歪み取り焼鈍を行った後に、鉄芯を構成する鋼板の全て、あるいは一部の表面に、鋼板の圧延方向に概垂直な線状、または点列状歪みを、圧延方向に概一定の間隔で付与することを特徴とする巻き鉄芯の製造方法。
3. 方向性電磁鋼板を使用した巻き鉄芯の製造方法において、複数枚の鋼板を重ね合わせ所望の巻形状の鉄芯を形成し、歪み取り焼鈍を行った後に、鉄芯を構成する鋼板の全て、あるいは一部の表面に、鋼板の圧延方向に概垂直な線状、または点列状の歪みを、圧延方向に概一定の間隔で付与することを特徴とする巻き鉄芯の製造方法。
4. 方向性電磁鋼板を使用した巻き鉄芯の製造方法において、一枚の帯状鋼板をロール状に成形して所望の巻形状の鉄芯を形成し、歪み取り焼鈍を行った後に、鉄芯を巻き解く工程にて鋼板表面に、圧延方向に概垂直な線状、または点列状の歪みを、圧延方向に概一定の間隔で付与することを特徴とする巻き鉄芯の製造方法。
5. レーザ照射により歪みを付与することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の巻き鉄芯の製造方法。
6. レーザ照射時の集光ビーム形状、パワー密度、レーザ波長、または照射速度の調整により鋼板表面の絶縁皮膜剥離痕が発生しないようにすることを特徴とする請求項５に記載の巻き鉄芯の製造方法。

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