方向性电磁钢板、使用该方向性电磁钢板而成的变压器的卷绕铁芯和卷绕铁芯的制造方法技术

本发明专利技术提供一种在用于变压器的卷绕铁芯的情况下，变压器铁损的降低效果优异的方向性电磁钢板。一种方向性电磁钢板，用于变压器的卷绕铁芯，该钢板的板厚t和对该钢板施加由下述式(1)定义的椭圆磁化时的铁损劣化率满足以下的关系。板厚t≤0.20mm的情况下，铁损劣化率为60％以下；0.20mm＜板厚t＜0.27mm的情况下，铁损劣化率为55％以下；0.27mm≤板厚t的情况下，铁损劣化率为50％以下(施加椭圆磁化时的铁损劣化率)＝((W

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】方向性电磁钢板、使用该方向性电磁钢板而成的变压器的卷绕铁芯和卷绕铁芯的制造方法
本专利技术涉及用于变压器的卷绕铁芯的方向性电磁钢板、以及使用该方向性电磁钢板而成的变压器的卷绕铁芯、以及卷绕铁芯的制造方法。
技术介绍
具有在铁的易磁化轴即＜001＞取向与钢板的轧制方向高度一致的晶体结构的方向性电磁钢板特别是用作电力用变压器的铁芯材料。变压器根据其铁芯结构大致分为叠片铁芯变压器和卷绕铁芯变压器。叠片铁芯变压器通过层叠切断成规定的形状的钢板而形成铁芯。另一方面，卷绕铁芯变压器通过卷起钢板而形成铁芯。大型的变压器中，目前大多主要使用叠片铁芯变压器。作为变压器铁芯有各种要求，但特别重要的是铁损小。从该观点考虑，作为铁芯坯材即方向性电磁钢板所要求的特性，铁损值小也很重要。并且，为了减少变压器的励磁电流而减少铜损，还需要磁通密度高。该磁通密度以磁化力800A/m时的磁通密度B8(T)进行评价，一般向Goss取向的取向整合度越高，B8越大。磁通密度大的电磁钢板一般磁滞损耗小，铁损特性方面也优异。并且，为了降低铁损，重要的是使钢板中的二次再结晶晶粒的晶体取向与Goss取向高度一致、降低钢成分中的杂质。然而，控制结晶取向、降低杂质是有限度的，因此开发了通过物理方法对钢板的表面导入不均匀性，使磁畴的宽度细化而降低铁损的技术，即磁畴细化技术。例如专利文献1、专利文献2中记载了在钢板表面设置规定深度的线状的槽的耐热型的磁畴细化方法。上述专利文献1中，记载了利用齿轮型辊进行的槽形成方法。并且，上述专利文献2中记载了将刀尖按压到最终退火后的钢板中而形成槽的方法。这些手段具有即使进行热处理，对钢板施加的磁畴细化效果也不消失，也能够应用于卷绕铁芯等的优点。为了减少变压器铁损，通常认为只要减少作为铁芯坯材的方向性电磁钢板的铁损(坯材铁损)即可。然而，已知变压器铁芯、特别是具有3个脚或5个脚的方向性电磁钢板的三相励磁的卷绕铁芯变压器中，与坯材铁损相比变压器的铁损更大。一般将使用电磁钢板作为变压器的铁芯时的铁损值(变压器铁损)除以爱泼斯坦试验中得到的坯材的铁损值而得的值称为工艺系数(buildingfactor，BF)或者分配系数(distractionfactor，DF)。即，具有3个脚或5个脚的三相励磁的卷绕铁芯变压器中，通常BF超过1。作为通常的观点，作为卷绕变压器的变压器铁损与坯材铁损相比铁损值增加的主要因素，主要指出由磁路长度的差异产生的磁通向内卷绕磁芯集中。如图1所示，内卷绕磁芯1和外卷绕磁芯2同时被励磁的情况下，与外卷绕磁芯2相比内卷绕磁芯1的磁路长度更短，因此磁通在内卷绕磁芯1集中，其结果，铁损在内卷绕磁芯1增加。特别是励磁磁通密度比较小的情况下，磁路长度的效果大，因此由磁通集中导致的铁损增加大。若励磁磁通密度大，则仅内卷绕磁芯1不承载励磁，在外卷绕磁芯2也穿过更多的磁通，因此磁通的集中缓和。其中，如图2所示，穿过外卷绕磁芯2的磁通使磁通在内卷绕磁芯1穿过，在内卷绕磁芯1与外卷绕磁芯2之间，生成层间的磁通穿越3。通过在面内方向产生磁化，从而产生面内涡流损耗的增加，产生层间的磁通穿越3而铁损增加。另外，为了在变压器铁芯中进行线圈插入，如图3所示，存在使钢板和将钢板搭接的接合部(搭接部4)。该搭接部4中，发生磁通在钢板垂直方向穿越等复杂的磁化动作，因此磁阻变大。由于在面内方向产生磁化，导致面内涡流损耗增加。基于这样的相对于变压器铁损的增加主要因素的定性理解，作为降低变压器铁损的对策，例如有如下的提案。专利文献3中，公开了在磁路长度短且磁阻小的内周侧配置磁特性比外周侧差的电磁钢板，在磁路长度长且磁阻大的外周侧配置磁特性比内周侧更优异的电磁钢板，从而有效地降低变压器铁损。专利文献4中，公开了通过将卷绕方向性硅钢板的卷绕铁芯配置于内侧部分，在该卷绕铁芯的外侧卷绕磁致伸缩比该方向性硅钢板低的磁性材料而得到组合铁芯，从而能够有效地降低变压器噪声。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特公昭62－53579号公报专利文献2：日本特公平3－69968号公报专利文献3：日本特许第5286292号公报专利文献4：日本特开平3－268311号公报专利文献5：日本特许第5750820号公报非专利文献非专利文献1：电气学会论文志D，130卷9号，P1087－1093(2010)非专利文献2：电气学会磁学研究会资料，MAG－04－224，P27－31(2004)
技术实现思路
如专利文献3、4中所公开，通过利用磁通向内卷绕磁芯集中的现象，将内卷绕磁芯和外卷绕磁芯设为不同的材料，能够有效地改善变压器特性。然而，如上所述，若励磁磁通密度变大，则磁通的集中缓和，因此变压器特性的改善效果变小。另外，这些方法由于需要适宜地配置不同的材料，所以显著地降低变压器的制造性。本专利技术目的在于提供一种在用于变压器的卷绕铁芯的情况下，变压器铁损的降低效果优异的方向性电磁钢板。另外，本专利技术的目的在于提供一种使用上述方向性电磁钢板的变压器的卷绕铁芯及其制造方法。本专利技术人等针对内卷绕磁芯与外卷绕磁芯之间的层间穿越和接合部中的磁阻和变压器的铁损增量进行了调查。以图4的卷绕铁芯形状，对磁化力800A/m的磁通密度B8：1.93T的0.20mm、0.23mm、0.27mm厚的方向性电磁钢板，将搭接长度改变为2～6mm而制作变压器铁芯，进行50Hz、1.7T的三相励磁，进行铁损测定。图4的卷绕铁芯具有层叠厚度：22.5mm，钢板宽度：100mm，7级步进搭接，1级搭接长度(2，4，6mm)的形状。同时，如专利文献5所公开的那样，利用红外线照相机测定励磁中的铁芯端面的温度上升，测定铁芯内的局部铁损。这样，在图5所示的、内卷绕磁芯与外卷绕磁芯之间的层间穿越部6和搭接部7中，铁损特别大。表1中示出了各变压器铁芯的变压器整体的铁损和层间穿越部的铁损平均值、搭接部的铁损平均值。[表1]搭接长度越窄，板厚越厚，变压器铁损和BF(＝变压器铁损/坯材铁损)变大。另外，对于层间穿越部的铁损平均、搭接部的铁损平均，搭接长度越窄，板厚越厚，变大。因此，推测层间穿越部的铁损、搭接部的铁损是成为决定变压器铁损大小的重要的因素。因此，重要的是考虑层间穿越部的铁损、搭接部的铁损的大小由哪些因素决定。对于搭接部的铁损，从搭接部的磁通穿越的观点考虑，推测由于以下的要素而变化。非专利文献1是关于铁芯接合搭接的穿越磁通的文献。图6中示意性地示出基于该见解推测的接合部的磁通的流通。到达接合部的磁通在假设没有向钢板外的漏磁通时，将接合部分为(A)(使搭接部向面外方向穿越)磁通穿越、(B)(穿越搭接部以外的层叠钢板的层间)层间磁通、(C)穿越(钢板间的)Gap的磁通(图6中，到达接合部的磁通＝(A)磁通穿越+(B)层间磁通+(C)穿越Gap的磁通)。搭接长度越窄，搭接部的面积越小，因此(A)磁通穿越变小。并且，同样地板厚越厚，铁芯内的相同层叠高度下的层叠片数减少，与此相伴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方向性电磁钢板，用于变压器的卷绕铁芯，/n该钢板的板厚t和对该钢板施加由下述式(1)定义的椭圆磁化时的铁损劣化率满足以下的关系，/n板厚t≤0.20mm时，铁损劣化率为60％以下，/n0.20mm＜板厚t＜0.27mm时，铁损劣化率为55％以下，/n0.27mm≤板厚t时，铁损劣化率为50％以下，/n(施加椭圆磁化时的铁损劣化率)＝((W

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180131 JP 2018-0142441.一种方向性电磁钢板，用于变压器的卷绕铁芯，
该钢板的板厚t和对该钢板施加由下述式(1)定义的椭圆磁化时的铁损劣化率满足以下的关系，
板厚t≤0.20mm时，铁损劣化率为60％以下，
0.20mm＜板厚t＜0.27mm时，铁损劣化率为55％以下，
0.27mm≤板厚t时，铁损劣化率为50％以下，
(施加椭圆磁化时的铁损劣化率)＝((WA－WB)/WB)×100…(1)
其中，式(1)中，WA是施加在RD方向即轧制方向为1.7T、在TD方向即与轧制方向成直角的方向为0.6T的50Hz椭圆磁化时的铁损，WB是在RD方向施加1.7T的50Hz交变磁化时的铁损。


2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板，其中，在该钢板表面形成有在与轧制方向交叉的方向延伸的多个直线状的槽，
所述槽的轧制方向宽度w、所述槽的深度d、该钢板的二次再结晶粒径R和该钢板的二次再结晶晶粒的平均β角之间的关系满足下述式(2)的关系，



其中，式(2)中，
β：二次再结晶晶粒的平均β角(°)
t：钢板厚度(mm)
R：二次再结晶粒径(mm)
a：在与轧制方向交叉的方向延伸的多个直线状的槽的间隔(mm)
w：槽的轧制方向宽度(μm)
d：槽的深度(mm)。


3.根据权利要求1或2所述的方向性电磁钢板，其中，磁化力800A/m的磁通密度B8为1.91T以上，且二次再结晶粒径R为40mm以上。


4.一种变压器的卷绕铁芯，使用权利要求1～3中任一项所述的方向性电磁钢板而成。


5...

【专利技术属性】
技术研发人员：井上博贵，冈部诚司，大村健，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP