CN103547403B - 方向性电磁钢板的制造装置及方向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供方向性电磁钢板的制造装置及方向性电磁钢板的制造方法。方向性电磁钢板的制造装置(10)为,制造通过照射激光束而被磁畴控制的方向性电磁钢板,具有:沿钢板(31)的输送方向配设有多台的激光束照射装置(20);以及使这些激光束照射装置(20)沿钢板(31)的输送方向移动的输送方向移动机构(15)。
Description
技术领域
本发明涉及制造通过照射激光束而被磁畴控制的方向性电磁钢板的方向性电磁钢板的制造装置以及制造方法。
背景技术
方向性电磁钢板被用作为构成变压器、回转机械等电气设备的铁芯的原材料。在这种方向性电磁钢板中,被要求降低进行磁化时的能量损失(铁损)。铁损被分类为涡流损耗和磁滞损耗。涡流损耗进一步被分类为经典涡流损耗和异常涡流损耗。
此处,提供有一种方向性电磁钢板,为了沿方向性电磁钢板的轧制方向赋予磁各向异性来改善软磁特性,而对铁素体赋予应力,为此在板表面上形成绝缘皮膜等。作为形成有绝缘皮膜等的方向性电磁钢板,公开有在钢板的表面上形成有玻璃皮膜、在该玻璃皮膜上进一步形成有绝缘皮膜的方向性电磁钢板。此外,众所周知,为了减少涡流损耗,减少电磁钢板的厚度是有效的。
此外,为了抑制涡流损耗尤其是异常涡流损耗,例如专利文献1、2所示那样,公开有一种激光磁畴控制法,从绝缘皮膜之上聚光并照射激光束,并在电磁钢板的大致宽度方向上进行扫描,由此在钢板的表面上形成沿宽度方向延伸的激光照射线,在电磁钢板的铁素体表面附近设置沿轧制方向周期性地具有残留应变的区域,而对磁畴进行细化。
在进行上述激光磁畴控制的情况下,需要使用配设在电磁钢板的制造工序的输送钢板的生产线上的激光束照射装置,朝向所输送的钢板的宽度方向反复扫描激光束,并控制为钢板面上的激光照射线在轧制方向上的间隔PL成为一定。此处,由于激光束照射装置的激光束的扫描速度存在极限,所以在以高速输送钢板的情况下,有时无法按照所希望的间隔来高精度地控制激光照射线在轧制方向上的间隔PL。
此外,在进行激光磁畴控制的情况下,当激光束强度、激光束的扫描速度、激光照射线在轧制方向上的间隔PL(间距)、激光点径等激光照射条件变动时,对钢板赋予的应变的状态也变化,对磁畴细化效果产生较大影响。因此,使激光束照射时的钢板的输送速度VL为一定、并使激光照射条件最佳化而进行激光束的照射。
然而,在方向性电磁钢板的制造工序即连续处理生产线上,在钢板的卷材切换时通过焊接将在先卷材和在后卷材进行连结。此时,使用套口设备将激光照射位置的钢板的输送速度保持为一定。
此处,在为了提高方向性电磁钢板的制造效率而使激光照射位置的钢板的输送速度高速化的情况下,存在套口设备大型化这种问题。
此外,在使激光照射位置的钢板的输送速度变化的情况下,适当的激光照射条件有可能变动而无法高精度地进行磁畴控制。
此处,在专利文献3中公开有根据输送速度来变更激光照射条件的技术。但是,即使在变更了激光照射条件的情况下,有时在输送速度一定的稳定条件和输送速度变化的非稳定状态下也难以使磁畴细化效果稳定。
根据这种状况,本发明提供方向性电磁钢板的制造装置、方向性电磁钢板的制造方法,即使在使激光照射位置的钢板的输送速度变化的情况下,也能够不变更激光照射条件而稳定地进行基于激光束的磁畴控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特公平06-019112号公报
专利文献2:日本特表2003-500541号公报
专利文献3:日本特开2005-336529号公报
发明内容
用于解决课题的手段
本发明的方向性电磁钢板的制造装置为,制造通过照射激光束而被磁畴控制的方向性电磁钢板,其特征在于,具有:激光束照射装置,沿钢板的输送方向配设有多台;以及输送方向移动机构,使这些激光束照射装置沿上述钢板的输送方向移动。
在该情况下,通过沿输送方向配设有多台的激光束照射装置,能够同时在钢板的输送方向的多个部位进行激光束的照射。此外,通过输送方向移动机构,能够对激光束照射装置彼此的输送方向的间隔进行调整。因而,即使在使钢板的输送速度变化了的情况下,也能够按照规定的间距来形成激光照射线。
此处,也可以具备控制部,该控制部根据上述钢板的输送速度对各激光束照射装置的移动速度进行调整,将上述钢板与上述激光束照射装置的相对速度保持为一定。
在该情况下,即使使钢板的输送速度变化,通过根据实际的输送速度来对激光束照射装置的移动速度进行调整,也能够将上述钢板与上述激光束照射装置的相对速度保持为一定。然后,通过在将上述钢板与上述激光束照射装置的相对速度保持为一定的状态下进行激光照射,由此能够不变更对于磁畴控制为最佳的激光照射条件地形成激光照射线。
此外,也可以为,在将使用一台上述激光束照射装置来形成激光照射线时的钢板的输送速度设为基准输送速度VL0时,上述控制部为,在使用n台激光束照射装置的情况下,以上述钢板的输送速度VL与上述激光束照射装置向输送方向的移动速度VS的相对速度VA成为VA=n×VL0的方式,对上述激光束照射装置的移动方向以及移动速度VS进行控制,而进行激光束的照射。
在该情况下,通过控制部根据钢板的输送速度VL来设定激光束照射装置的使用台数、激光束照射装置的移动速度VS。由此,钢板与激光束照射装置的相对速度VA,成为所使用的激光束照射装置的台数n与基准输送速度VL0之积。因而,在各激光束照射装置中,能够按照对于基准输送速度VL0下的磁畴控制为最佳的激光照射条件来进行激光束的照射。
此外,本发明的方向性电磁钢板的制造方法为,制造通过照射激光束而被磁畴控制的方向性电磁钢板,其特征在于,具有沿钢板的输送方向配设有多台、分别能够沿钢板的输送方向移动的激光束照射装置,在将使用一台上述激光束照射装置来形成激光照射线时的钢板的输送速度设为基准输送速度VL0时,在使用n台激光束照射装置的情况下,以上述钢板的输送速度VL与上述激光束照射装置向输送方向的移动速度VS的相对速度VA成 为VA=n×VL0的方式,对上述激光束照射装置的移动方向以及移动速度VS进行控制,而进行激光束的照射。
在该情况下,钢板与激光束照射装置的相对速度VA成为所使用的激光束照射装置的台数n与基准输送速度VL0之积。因而,在各激光束照射装置中,能够按照对于基准输送速度VL0下的磁畴控制为最佳的激光照射条件来进行激光束的照射。
发明的效果
根据本发明,即使在使激光照射位置的钢板的输送速度变化了的情况下,也能够稳定地进行激光束的照射。
附图说明
图1是本发明的实施方式的方向性电磁钢板的制造装置的俯视说明图。
图2是本发明的实施方式的方向性电磁钢板的制造装置的侧视说明图。
图3是激光束照射装置的概略说明图。
图4是使钢板的输送速度减速的情况下的流程图。
图5是表示使钢板的输送速度减速的情况下的输送速度、装置的移动速度以及相对速度的变化的图表。
图6是使钢板的输送速度加速的情况下的流程图。
图7是表示使钢板的输送速度加速的情况下的输送速度、装置的移动速度以及相对速度的变化的图表。
图8是本发明的其他实施方式的方向性电磁钢板的制造装置的俯视说明图。
具体实施方式
使用图1至图3对本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置进行说明。
该方向性电磁钢板的制造装置10为,对朝向轧制方向输送的钢板31照射激光,进行钢板31的磁畴控制。
如图1、图2所示,本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10具备:对所输送的钢板31进行支承的支承辊11;振荡激光束的激光装置12;在钢板31的输送方向上排列有多台(n台)的激光束照射装置20;使该激光束照射 装置20沿钢板31的输送方向移动的直动装置15;以及对激光束照射装置20的动作进行控制的控制部18。
此处,在本实施方式中,如图1以及图2所示,在输送方向上配设有四台激光束照射装置20a、20b、20c、20d。
激光装置12为,振荡能够光纤传输的激光束。作为能够光纤传输的激光束,能够应用YAG激光(波长1.06μm)、光纤激光(波长1.07~1.08μm)等。
由该激光装置12振荡的激光束,经由传输光纤13向各激光束照射装置20传输。
如图3所示,激光束照射装置20具备准直器21、多面体的旋转多面反射镜22以及fθ透镜23。
准直器21对从传输光纤13输出的激光束LB的直径进行调整。此外,旋转多面反射镜22使激光束LB偏转而在钢板31上以高速沿钢板31的宽度方向进行扫描。fθ透镜23对通过旋转多面反射镜22而扫描的激光束LB进行聚光。
作为使光束扫描的方法,还存在基于电流镜的方法。作为准直器的功能,也可以同时具有使光束径变化的功能和将光束成形为椭圆的功能。
此处,通过对旋转多面反射镜22的转速进行调节,能够对钢板31上的激光束LB的扫描速度进行调整。
另外,该激光束照射装置20具备:配置在旋转多面反射镜22和fθ透镜23之间的聚焦机构(未图示);以及对钢板31与fθ透镜23之间的距离进行测定的距离计(未图示)。通过该聚焦机构能够对fθ透镜23与钢板31之间的距离进行调整。
直动装置15具备:沿钢板31的输送方向延伸的导轨16;以及沿着该导轨16使激光束照射装置20移动的驱动单元(未图示)。作为驱动单元,例如能够列举滚珠丝杠与旋转马达的组合、线性马达等。
通过该直动装置15,各激光束照射装置20能够移动至钢板31的输送方向的任意位置。
此外,在直动装置15中,能够对各激光束照射装置20的输送方向的移动速度VS进行调整。
此处,在使用多台(n台)激光束照射装置20的情况下,所使用的激光束照射装置20中、位于输送方向最后方的激光束照射装置20的照射位置、和与其相比位于输送方向前方的第m台激光束照射装置20的照射位置之间的间隔D(m),被调整为满足如下关系。
D(m)=n×h(m)×PL+q×PL…(1)
其中,m是满足2≤m≤n的整数。h(x)是0或者任意的正整数。其中,在x1<x2时,h(x1)<h(x2)。q是满足1≤q≤n-1的整数,且在不同的m时不取相同的值。
例如,如图1所示,在使用四台激光束照射装置20a、20b、20c、20d而使激光照射线32的间距PL成为4mm的情况下,如以下那样设定间隔D(m)。
位于输送方向最后方的激光束照射装置20a与第二台激光束照射装置20b之间的间隔D(2)为,当设m=2、h(2)=1、q=2时,D(2)=4×1×4+2×4=24。
激光束照射装置20a与第三台激光束照射装置20c之间的间隔D(3)为,当设m=3、h(3)=2、q=1时,D(3)=4×2×4+1×4=36。
激光束照射装置20a与第四台激光束照射装置20d之间的间隔D(4)为,当设m=4、h(4)=3、q=3时,D(4)=4×3×4+3×4=60。
在各激光束照射装置20a、20b、20c、20d中,以n×PL=4×4=16mm间隔分别形成激光照射线32。在将第一台激光束照射装置20a的激光照射位置设为0mm的情况下,由各激光束照射装置20b、20c、20d形成的激光照射线32的形成位置成为以下那样。
在第一台激光束照射装置20a中,在0mm、16mm、32mm、48mm、64mm、80mm、96mm、112mm、…的位置上形成激光照射线32a。
在第二台激光束照射装置20b中,在24mm、40mm、56mm、72mm、88mm、104mm、…的位置上形成激光照射线32b。
在第三台激光束照射装置20c中,在36mm、52mm、68mm、84mm、100mm、…的位置上形成激光照射线32c。
在第四台激光束照射装置20d中,在60mm、76mm、92mm、108mm、…的位置上形成激光照射线32d。
如此,通过使用四台激光束照射装置20a、20b、20c、20d,来形成PL=4mm的激光照射线32。
控制部18为,从配设于支承辊11的转数计9检测钢板31的输送速度VL,根据该输送速度VL对各激光束照射装置20的移动速度VS进行调整。并且,控制部18决定各激光束照射装置20的是否使用。
此外,控制部18对直动装置15赋予指令,以便在维持所使用的激光束照射装置20的间隔D(m)的状态下,各激光束照射装置20沿着输送方向移动。
接着,对使用本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10的方向性电磁钢板的制造方法进行说明。
在本实施方式中,在使用多台激光束照射装置20中的n台激光束照射装置20的情况下,以钢板31的输送速度VL与激光束照射装置20向输送方向的移动速度VS的相对速度VA成为VA=n×VL0的方式,对激光束照射装置20的移动方向以及移动速度VS进行控制,而进行激光束的照射。
以下,例示控制部18对激光束照射装置20的移动速度VS的控制方法。
在钢板31的输送方向上配设有n台激光束照射装置20,将使用一台激光束照射装置20来形成激光照射线32时的钢板31的输送速度设为基准输送速度VL0、将k设为从0到n-1的整数。
说明控制方法的一个例子。在钢板31的输送速度VL为VL=(n-k)×VL0的情况下,使用(n-k)台激光束照射装置20,在使激光束照射装置20停止的状态下进行激光束的照射。此外,在钢板31的输送速度VL为(n-k-1)×VL0<VL<(n-k)×VL0的情况下,使用(n-k)台激光束照射装置20,在使各激光束照射装置20朝向输送方向后方移动而使钢板31的输送速度VL与激光束照射装置20的移动速度VS的相对速度VA成为VA=(n-k)×VL0的状态下进行激光束的照射。
说明控制方法的其他例子。在钢板31的输送速度VL为VL=(n-k)×VL0的情况下,使用(n-k)台激光束照射装置20,在使激光束照射装置20停止的状态下进行激光束的照射。此外,在钢板31的输送速度VL为(n-k)×VL0<VL<(n-k+1)×VL0的情况下,使用(n-k)台激光束照射装置20,使各激光束照射装置20朝向输送方向前方移动,在使钢板31的输送速度VL与激光束照射装置20的移动速度VS的相对速度VA成为VA=(n-k)×VL0的状态下进行激光束的照射。
接着,列举具体例来对上述激光束照射装置20的控制方法进行说明。
在本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10中,在通常的操作时,在以下所示的稳定条件下进行激光束的照射。
<输送速度VL> VL=4×VL0
<装置的使用台数n> n=4
<激光照射条件>
激光输出P P=P0
扫描速度VC VC=VC0
照射频率f f=f0
聚光形状dl×dc dl×dc=DL0×DC0
激光照射线间距PL PL=PL0
此外,在钢板31的卷材切换时的焊接时,在以下所示的介稳条件下进行激光束的照射。
<输送速度VL> VL=VL0
<装置的使用台数> n=1
<激光照射条件>
激光输出P P=P0
扫描速度VC VC=VC0
照射频率f f=f0
聚光形状dl×dc dl×dc=DL0×DC0
激光照射线间距PL PL=PL0
如以上那样,在稳定条件和准稳定条件下,输送速度VL和激光束照射装置20的使用台数n不同,但激光照射条件相同。
首先,使用图4的流程图以及图5的图表对从稳定条件向介稳条件进行减速的情况进行说明。
在稳定条件下,钢板31的输送速度VL=4×VL0,使用四台激光束照射装置20a、20b、20c、20d,以间距PL=4mm来形成激光照射线32。
输送速度VL被减速,成为VL<4×VL0。此处,控制部18对输送速度VL进行检测,计算出激光束照射装置20的移动速度VS,对直动装置15赋予指令。直动装置15根据来自控制部18的指令,使所使用的四台激光束照射装置20a、20b、20c、20d朝向输送方向后方以移动速度VS移动。此时,激光束照射装置20a、20b、20c、20d彼此的间隔保持不变地移动。由此,使钢板31与激光束照射装置20的相对速度为4×VL0,并进行激光照射。此时的激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
然后,如果输送速度VL成为VL=3×VL0,则使输送方向后方侧的激光束照射装置20a休止,使用三台激光束照射装置20b、20c、20d以PL=4mm来形成激光照射线32。另外,此时的激光束照射装置20b、20c、20d彼此的间隔按照上述(1)式来设定。此时的激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
进一步,输送速度VL被减速,成为VL<3×VL0。直动装置15根据来自控制部18的指令,使所使用的三台激光束照射装置20b、20c、20d朝向输送方向后方以移动速度VS移动。此时,激光束照射装置20b、20c、20d彼此的间隔保持不变地移动。由此,使钢板31与激光照射装置20的相对速度为3×VL0,并进行激光照射。此时的激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
然后,如果输送速度VL成为VL=2×VL0,则使输送方向后方侧的激光束照射装置20b休止,使用两台激光束照射装置20c、20d以PL=4mm来形成激光照射线32。此时的激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
进一步,输送速度VL被减速,成为VL<2×VL0。直动装置15根据来自控制部18的指令,使所使用的两台激光束照射装置20c、20d朝向输送方向后方以移动速度VS移动。由此,使钢板31与激光照射装置20c、20d的相对速度为2×VL0,并进行激光照射。此时的激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
然后,如果输送速度VL成为VL=VL0,则使输送方向后方侧的激光束照射装置20c休止,使用一台激光束照射装置20d以PL=4mm来形成激光照射线32。
如此,能够不变更激光照射条件地将输送速度VL从稳定条件4×VL0减速至介稳条件VL0。
在该介稳条件下的操作时,进行钢板31的卷材彼此的焊接作业。
接着,如果钢板31的卷材的焊接结束,则使输送速度VL从介稳条件向稳定条件加速。使用图6的流程图以及图7的图表对从介稳条件向稳定条件进行加速的情况进行说明。
输送速度VL被加速,成为VL>VL0。此处,控制部18对输送速度VL进行检测,并计算出激光束照射装置20的移动速度VS,对直动装置15赋予指令。直动装置15根据来自控制部18的指令,使所使用的激光束照射装置20d朝向输送方向前方以移动速度VS移动,使钢板31与激光束照射装置20d的相对速度为VL0,而进行激光照射。此时的激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
然后,如果输送速度VL成为VL=2×VL0,则起动下一个激光束照射装置20c,使用两台激光束照射装置20c、20d以PL=4mm来形成激光照射线32。另外,此时的激光束照射装置20c、20d彼此的间隔按照上述(1)式来设定。此外,激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
进一步,输送速度VL被加速,成为VL>2×VL0。直动装置15根据来自控制部18的指令,使所使用的两台激光束照射装置20c、20d朝向输送方向前方以移动速度VS移动。此时,激光束照射装置20c、20d彼此的间隔保持不变地移动。由此,使钢板31与激光照射装置20c、20d的相对速度为2×VL0,并进行激光照射。另外,激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
然后,如果输送速度VL成为VL=3×VL0,则起动下一个激光束照射装置20b,使用三台激光束照射装置20b、20c、20d以PL=4mm来形成激光照射线32。此时的激光束照射装置20b、20c、20d彼此的间隔按照上述(1)式来设定。此外,激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
进一步,输送速度VL被加速,成为VL>3×VL0。使所使用的三台激光束照射装置20b、20c、20d朝向输送方向前方以移动速度VS移动。此时,激光束照射装置20b、20c、20d彼此的间隔保持不变地移动。由此,使钢板31与激光照射装置20b、20c、20d的相对速度为3×VL0,并进行激光照射。另外,激光照射条件与稳定条件以及介稳条件相同。
然后,如果输送速度VL成为VL=4×VL0,则起动下一个激光束照射装置20a,使用四台激光束照射装置20a、20b、20c、20d以PL=4mm来形成激光照射线32。
如此,能够不变更激光照射条件地将输送速度VL从介稳条件VL0加速至稳定条件4×VL0。
在成为以上那种构成的本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10 中,能够通过在输送方向上配设有多台的激光束照射装置20,同时在钢板31的输送方向的多个部位进行激光束的照射,并形成激光照射线32。此外,由于具备使激光束照射装置20沿着输送方向移动的直动装置15,所以能够对各个激光束照射装置20的输送方向的间隔D(m)进行调整。因而,即使在使钢板31的输送速度VL变化的情况下,也能够按照规定的间距PL来形成激光照射线32。
此外,本实施方式的方向性电磁钢板的制造装置10具备控制部18,该控制部18根据钢板31的输送速度VL来对激光束照射装置20的移动速度VS进行调整,将钢板31与激光束照射装置20的相对速度VA保持为一定,因此,通过在使激光束照射装置20移动的状态下进行激光照射,能够不变更最佳的激光照射条件而按照规定的间距PL来形成激光照射线32。
并且,在本实施方式中,在使用n台激光束照射装置20的情况下,以钢板31的输送速度VL与激光束照射装置20向输送方向的移动速度VS的相对速度VA成为VA=n×VL0的方式,对激光束照射装置20的移动方向以及移动速度VS进行控制,而进行激光束的照射。因而,即使钢板31的输送速度VL变化,也能够不变更各激光束照射装置20的最佳的激光照射条件而按照规定的间距PL来形成激光照射线32。
以上,对本发明的实施方式进行了说明,但本发明并不限定于此,能够在不脱离本发明的技术思想的范围内适当进行变更。
例如,对使用能够光纤传输的激光束的情况进行了说明,但并不限定于此,也可以使用二氧化碳激光等。在该情况下,将激光装置配设在各激光束照射装置上。
并且,对从一台激光装置向四台激光照射装置光纤传输激光束的情况进行了说明,但并不限定于此,也可以使用两台以上的激光装置。
此外,对使用直动装置来使激光束照射装置沿输送方向移动的情况进行了说明,但并不限定于此,也可以通过其他移动机构来使激光束照射装置沿输送方向移动。
并且,在钢板的宽度较大的情况下,也可以如图8所示,在宽度方向上配设多台激光束照射装置。
产业上的可利用性
根据本发明,能够提供方向性电磁钢板的制造装置以及制造方法,即使在钢板的输送速度变化的情况下,也能够不变更各激光束照射装置的最佳的激光照射条件、而按照规定间距来形成激光照射线。
符号的说明
10 方向性电磁钢板的制造装置
15 直动装置(输送方向移动机构)
18 控制部
20 激光束照射装置
31 钢板
32 激光照射线
Claims (2)
1.一种方向性电磁钢板的制造装置,制造通过照射激光束而被磁畴控制的方向性电磁钢板,其特征在于,具有:
激光束照射装置,沿钢板的输送方向配设有多台;
输送方向移动机构,使这些激光束照射装置沿上述钢板的输送方向移动;以及
控制部,根据上述钢板的输送速度对各激光束照射装置的移动速度进行调整,将上述钢板与上述激光束照射装置的相对速度保持为一定,
在将使用一台上述激光束照射装置来形成激光照射线时的钢板的输送速度设为基准输送速度VL0时,
上述控制部为,在使用n台激光束照射装置的情况下,以上述钢板的输送速度VL与上述激光束照射装置向输送方向的移动速度VS的相对速度VA成为VA=n×VL0的方式,对上述激光束照射装置的移动方向以及移动速度VS进行控制,而进行激光束的照射。
2.一种方向性电磁钢板的制造方法,制造通过照射激光束而被磁畴控制的方向性电磁钢板,其特征在于,
具有沿钢板的输送方向配设有多台、分别能够沿钢板的输送方向移动的激光束照射装置,
在将使用一台上述激光束照射装置来形成激光照射线时的钢板的输送速度设为基准输送速度VL0时,
在使用n台激光束照射装置的情况下,以上述钢板的输送速度VL与上述激光束照射装置向输送方向的移动速度VS的相对速度VA成为VA=n×VL0的方式,对上述激光束照射装置的移动方向以及移动速度VS进行控制,而进行激光束的照射。
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