CN106795577A - 取向电工钢板及其磁畴细化方法和装置 - Google Patents

取向电工钢板及其磁畴细化方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种取向电工钢板的磁畴细化方法，该方法具有铁损降低效果以及可进一步减少噪音，而且该方法朝取向电工钢板的表面隔开间隔照射激光束，以进一步提高在如变压器铁芯的接合部等钢板与钢板接合区域的铁损降低及噪音减少效果，其中在所述电工钢板的至少某一区域上通过激光束形成的照射线以电工钢板的一点为中心点展开形成为扇骨状。

Description

取向电工钢板及其磁畴细化方法和装置
技术领域
本发明涉及一种取向电工钢板的磁畴细化方法和磁畴细化装置及由此制造的取向电工钢板。
背景技术
通常，用作变压器铁芯材料的电工钢板被利用为磁场的移动路径，此时在电工钢板中产生的损耗被称为铁损。现有技术大多是有关制造用于降低铁损的电工钢板的。
然而，近来随着对变压器噪音的国际规格加强以及低噪音竞争加剧，研发用于低噪音变压器的铁芯材料的必要性正在凸显出来。电工钢板中有磁场流动时会产生重复收缩和膨胀的一系列颤动，这叫磁致变形(磁致伸缩)，这种颤动导致变压器中产生振动和噪音。
为了降低取向电工钢板中因热而产生的损耗即铁损，采用通过朝钢板表面照射激光来暂时细化磁畴的方法或者通过利用磁畴细化辊的机械方法来永久细化磁畴的方法等。磁畴细化技术是以降低作为电工钢板产品主要规格的铁损为目的来组成制造工艺技术，因此不仅对磁致变形的研究及材料研发的投入不足，而且现有的磁畴细化条件与减小磁致变形的条件有可能不同。
变压器的铁芯通过如下方法制成：将取向电工钢板切割后按照形状排列，再将其叠加几百至几千张。在铁芯的大部分区域磁场沿着轧制方向流动，但是在按照形状切割的钢板与钢板的接合部分磁场会偏离轧制方向。取向电工钢板在磁场沿着轧制方向流动时特性最优秀，但是如变压器铁芯在钢板与钢板的接合部分不可避免地会出现磁场偏离轧制方向的现象。因此，即使进行磁畴细化，在所述的铁芯接合区域降低铁损的效果也会变差，而且存在颤动加剧导致噪音增加的问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供具有铁损降低效果以及可进一步减少噪音的取向电工钢板的磁畴细化方法和磁畴细化装置及由此制造的取向电工钢板。
此外，本发明提供可进一步提高在如变压器铁芯接合部等钢板与钢板接合区域的铁损降低及噪音减少效果的取向电工钢板的磁畴细化方法和磁畴细化装置及由此制造的取向电工钢板。
(二)技术方案
本示例性实施方案的取向电工钢板的磁畴细化方法，朝取向电工钢板的表面隔开间隔照射激光束，其中在所述电工钢板的至少某一区域通过激光束形成的照射线能够以电工钢板的一点为中心点展开而形成。
所述区域可为制造变压器铁芯时电工钢板与电工钢板的接合部。
所述区域可为相对于轧制方向倾斜地切割而形成的切割部。
所述中心点可为通过所述切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部。
所述照射线能够以通过切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部为中心形成在与电工钢板的轧制方向呈直角的延长线和所述切割部的切割面之间。
本示例性实施方案的取向电工钢板的磁畴细化装置包括：激光反射镜，所述激光反射镜用于转换从激光产生单元照射的激光束的方向，以在电工钢板的表面上形成照射线；驱动单元，所述驱动单元连接于所述激光反射镜，用于使激光反射镜按照已设定的角度转动，以使激光束的照射方向以电工钢板的一点为中心转动；控制器，所述控制器连接于所述驱动单元，用于控制所述激光反射镜的转动角度，由此在电工钢板的一侧区域照射线能够以电工钢板的一点为中心点展开而形成。
所述装置还可包括支撑辊，所述支撑辊对被照射激光束的取向电工钢板赋予张力。
所述电工钢板相对于轧制方向倾斜地被切割而形成切割部，并且通过所述切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部成为所述中心点，所述驱动单元可使激光反射镜以所述中心点为中心转动。
本示例性实施方案的取向电工钢板，其表面上形成有用于磁畴细化的照射线，所述照射线在至少某一区域以电工钢板的一点为中心点展开而形成。
所述电工钢板，其相对于轧制方向倾斜地切割形成有切割部，所述照射线能够以通过切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部为中心点拉开角度而形成。
所述照射线以通过切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部为中心可形成在与电工钢板的轧制方向呈直角的延长线和所述切割部的切割面之间。
以所述中心点为中心相邻的照射线之间的角度可为1°至10°。
所述照射线可从电工钢板的宽度方向侧端延伸形成至所述中心点。
所述照射线可从电工钢板的宽度方向侧端朝中心点仅延伸形成至未到达中心点的位置。
所述照射线可由从电工钢板的宽度方向侧端延伸形成至所述中心点的照射线和从电工钢板的宽度方向侧端朝中心点仅延伸形成至未到达中心点的位置的照射线交替排列而形成。
所述照射线中仅延伸形成至未到达中心点的位置的照射线可从电工钢板的宽度方向侧端朝中心点仅延伸形成至电工钢板宽度的1/2至9/10的位置。
(三)有益效果
如上所述，根据本示例性实施方案，不仅可以降低在钢板与钢板接合部分的铁损，而且可将颤动减至最低，从而进一步减少噪音。
因此，可以改善变压器的噪音，从而提高产品竞争力。
附图说明
图1是本实施例的取向电工钢板的磁畴细化装置的示意图。
图2是示出用本实施例的取向电工钢板制成的变压器铁芯的截面图。
图3是示出根据本实施例被磁畴细化处理的取向电工钢板的视图。
图4是示出根据另一实施例被磁畴细化处理的取向电工钢板的视图。
图5是作为对比例示出根据现有结构被磁畴细化处理的取向电工钢板的视图。
具体实施方式
本文所使用的专业术语只是出于描述特定实施例而不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包括复数形式。还应该理解的是，术语“包括”或“包含”不是具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，而排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
下面，参照附图详细说明本发明的实施例，以使所属领域的技术人员可以容易实施本发明。所属领域的技术人员理应理解，在不脱离本发明的概念及范围的基础上，本文所述的实施例能够以各种不同方式变形实施。因此，本发明能够以各种不同方式实施，并不局限于本文中所述的实施例。
在以下说明中，本实施例以用作变压器铁芯材料的取向电工钢板中用于磁畴细化的结构为例进行说明。本发明不限于这种用作变压器铁芯材料的取向电工钢板，在变压器之外的要求减少振动和噪音的各种设备中均可使用。
图1示意性地示出了本实施例的取向电工钢板的磁畴细化装置，图2示出了用本实施例的取向电工钢板制成的变压器铁芯的截面。
变压器的铁芯100通过如下方法制成：将轧制方向一定的取向电工钢板10切割后，按照图2所示的形式排列接合，再将其叠加几百张至几千张。铁芯100的接合部110是电工钢板10与电工钢板10被连接的部分。例如，将电工钢板10相对于轧制方向按45度角进行切割以形成切割部12，这些电工钢板10其切割部12之间接合而连接成直角。
在所述铁芯100的大部分区域磁场沿着电工钢板10的轧制方向流动，但在相当于铁芯100的接合部110的电工钢板10的切割部12磁场会偏离轧制方向，通过现有的磁畴细化也会降低铁损，但是振动导致的噪音特别严重。
本装置通过在所述切割部12形成扇骨状的照射线14，不仅可以降低铁损，而且可以进一步减少振动和噪音。
为此，本实施例的磁畴细化装置包括：激光反射镜20，所述激光反射镜20用于转换从激光产生单元照射的激光束的方向，以在电工钢板10的表面上形成照射线14；驱动电机22，所述驱动电机22连接于所述激光反射镜20，用于使激光反射镜20转动，以使激光束的照射方向以电工钢板10的一点为中心转动；控制器24，所述控制器24连接于所述驱动电机22，用于控制所述激光反射镜20的转动角度。
所述电工钢板10被配置于下方的多个支撑辊所支撑。当通过激光反射镜20朝电工钢板10的表面照射激光时，所述支撑辊26会对电工钢板10赋予张力。
因此，形成于电工钢板10的切割部12的照射线14会以电工钢板10的一点为中心点展开而形成为扇骨状，如图3所示。所述扇骨状是指以直线形式延伸的照射线14如同扇骨以中心点为中心按照预定的角度展开的形状。
在电工钢板的切割部即铁芯角部，磁场会偏离电工钢板的轧制方向而流动，因此如上所述通过在切割部形成扇骨状的照射线，可以对准偏离轧制方向而流动的磁场的直角方向进行磁畴细化。
如上所述，通过对切割部12以扇骨状形成照射线14，可以进一步降低在电工钢板10的切割部12即铁芯100的接合部110区域的噪音。
取向电工钢板是沿着轧制方向使磁场易于产生的钢材，因此以沿着轧制方向激发磁场的方式制造变压器。磁场沿着轧制方向流动时，电工钢板内部大部分形成180度磁畴(可理解为沿着轧制方向产生的细小磁石)，而一部分形成90度磁畴(轧制直角方向的细小磁石)。电工钢板噪音仅与90度磁畴有关，因而有必要以减少90度磁畴为目的制造钢材。形成180度磁畴和90度磁畴的原理是因为存在总是形成闭合磁路而返回的磁场。磁畴细化的基本原理利用沿着磁场的直角方向细化磁畴时90度磁畴急剧减少的原理。
因此，如上所述本实施例通过在铁芯角部附近形成扇骨状的照射线，对准偏离轧制方向流动的磁场的直角方向进行磁畴细化，从而即使磁场的流动改变，也可以有效地减少90度磁畴而降低噪音。
在本实施例中，所述电工钢板10的切割部12作为相对于轧制方向以45度切割的区域，是以通过切割部12形成于电工钢板10上呈钝角的角部16为中心点形成在与电工钢板10的轧制方向呈直角的延长线和所述切割部12的切割面之间的区域。钝角是指大于90°且小于180°的角度。
所述切割部12中照射线14的中心点是基于倾斜地形成的切割线而形成于电工钢板10上的两个角部中呈钝角的角部16。因此，在电工钢板10的切割部12区域中各照射线14以呈钝角的角部16为中心点展开而形成为扇骨状。切割部12之外的区域与常规结构相同，例如可相对于轧制方向以90度角形成照射线18。
所述激光反射镜20是用于将从激光产生单元产生并照射的激光束最终反射到电工钢板10的表面上的组成单元。在所述激光反射镜20被反射的激光束照射到电工钢板10的表面上，从而在电工钢板10表面上形成直线形式的照射线14。
在本实施例中，所述激光反射镜20连接于驱动电机22，并具有根据驱动电机22的操作以所述中心点为中心按照预定角度转动的结构。所述激光反射镜20的转动中心对应于所述中心点即呈钝角的角部16。也就是说，位于电工钢板10上方的激光反射镜20的转动中心与所述中心点即呈钝角的角部16配置在同一线上。
因此，每当以呈钝角的角部16为中心点照射激光束时，激光反射镜20朝一个方向转动预定角度。随着激光反射镜20的转动，在电工钢板10上会形成以呈钝角的角部16为中心点的扇骨状的照射线14。
所述控制器24向驱动电机22输出控制信号，以使激光反射镜20按照已设定的角度转动。所述驱动电机22根据控制器24的控制信号，每当照射激光束时使激光反射镜20转动预定角度。本实施例中作为移动激光反射镜20的组成单元包括驱动电机22，但不限于此。例如，可利用液压缸或气压缸使激光反射镜转动。
所述照射线14在电工钢板10的宽度方向两个侧端之间延伸形成为直线形式。各照射线14以呈钝角的角部16为共同中心点形成，因此如图3所示，各照射线14从呈钝角的角部16沿着电工钢板10宽度方向延伸形成至相反的侧端。
在本实施例中，所述激光反射镜20的转动角度，即以呈钝角的角部16为中心形成的相邻照射线14之间的角度可为1°至10°。
如果所述照射线14之间的角度超过10°，则磁畴细化的效果降低，从而导致铁损及噪音降低效果变差。磁畴细化的作用是划分基底钢的已有磁畴(magnetic domain)，超过10°时会以大于已有磁畴大小的间距照射出磁畴，因而不具有改善效果。
另外，所述照射线14之间的角度小于1°时，由于照射线14之间的间距过于细小，特别是在中心点即呈钝角的角部16部分照射线14密集，因而造成电工钢板10基底钢的集合组织受损伤的可能性增加。
图4示出了根据另一实施例切割部被磁畴细化处理的取向电工钢板。
以下实施例除了形成于切割部的照射线的结构之外，其他组成单元与上述说明的结构相同。因此，对与前述实施例相同的组成部分采用相同的附图标记，并省略其详细说明。
如图4所示，形成于电工钢板10的切割部12的照射线14、15以切割部12的呈钝角的角部16为中心点展开而形成为扇骨状。所述照射线14、15在电工钢板10的宽度方向两个侧端之间延伸形成为直线形式。
所述照射线14、15由从电工钢板10的宽度方向侧端延伸形成至所述呈钝角的角部16的照射线14和从电工钢板10的宽度方向侧端仅延伸形成至未到达呈钝角的角部16的位置P的照射线15交替排列而形成。
在本实施例中，未到达呈钝角的角部16的位置P可以是电工钢板10总宽度的1/2至9/10的地点。即，照射线14、15中部分照射线15从电工钢板10宽度方向侧端仅延伸形成在电工钢板10宽度的1/2至9/10的区域L，而没有形成在剩下的到达呈钝角的角部16的1/2至1/10的区域D上。
所述未到达呈钝角的角部的位置P超出所述范围时会减少照射线的形成区域，从而在呈钝角的角部侧难以获得磁畴细化效果，或者在呈钝角的角部侧照射线过于密集时会造成电工钢板受损伤的可能性增加。
如上所述，形成于电工钢板10的切割部12的多个照射线中部分照射线15没有延伸形成至中心点即呈钝角的角部16，从而可以减少在靠近呈钝角的角部16的部分照射线集中而密集的现象。
在电工钢板的切割部12区域中各照射线以呈钝角的角部16为中心形成，因此会出现越往中心点即呈钝角的角部16照射线之间的间距越减小的现象。
因此，在本实施例中，通过将仅延伸形成至电工钢板10宽度的1/2至9/10位置的照射线15交替配置在其他照射线14之间，可以获得在呈钝角的角部16部分照射线之间的间距变得更宽的效果。因此，根据本实施例形成扇骨状照射线，从而可以防止在切割部12电工钢板10受损伤。
除了上述的结构之外，可以在切割部中只形成从电工钢板的宽度方向侧端仅延伸形成至未到达呈钝角的角部的位置的照射线。这种结构也可以避免在呈钝角的角部部分照射线集中，从而可以防止在切割部电工钢板受损伤。
如上所述，通过将根据本实施例细化磁畴的电工钢板接合而制造变压器的铁芯，可以减少在变压器铁芯的接合部的噪音。
实施例
分别利用如本实施例在切割部形成扇骨状照射线的图3所示电工钢板制成的铁芯以及作为对比例如图5所示在切割部相对于轧制方向以90度角形成照射线14的现有结构的电工钢板制成的铁芯来制造了变压器。然后，对使用本实施例和对比例的电工钢板的各变压器中产生的噪音利用麦克风进行了测量。对于噪音测量，将麦克风设置在距离变压器的铁芯接合部区域30cm处进行了测量。
测量结果显示，根据现有结构的对比例其噪音为81dBA，而本实施例其噪音为78dBA，可以确认本实施例与以往相比噪音减少了3dBA左右。
如上所述，对本发明的示例性实施例进行了描述，但所属领域的技术人员可以进行各种变形以及采用其他实施例。这种变形和其他实施例均被考虑进权利要求书中，可以说不脱离本发明的真正的主旨和范围。

Claims (18)

1.一种取向电工钢板的磁畴细化方法，该方法朝取向电工钢板的表面隔开间隔照射激光束，其中，
在所述电工钢板的至少某一区域通过激光束形成的照射线以电工钢板的一点为中心点沿着圆周方向隔开间距展开而形成。
2.根据权利要求1所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
所述区域为制造变压器铁芯时电工钢板与电工钢板的接合部。
3.根据权利要求1或2所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
所述区域为相对于轧制方向倾斜地切割而形成的切割部。
4.根据权利要求3所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
所述中心点为通过所述切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部。
5.根据权利要求4所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
所述照射线以通过切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部为中心形成在与电工钢板的轧制方向呈直角的延长线和所述切割部的切割面之间。
6.根据权利要求5所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
以所述中心点为中心相邻的照射线之间的角度为1°至10°。
7.根据权利要求6所述的取向电工钢板的磁畴细化方法，其中，
所述照射线从电工钢板的宽度方向侧端延伸形成至所述中心点。
8.一种取向电工钢板的磁畴细化装置，其包括：
激光反射镜，所述激光反射镜用于转换从激光产生单元照射的激光束的方向，以在电工钢板的表面上形成照射线；驱动单元，所述驱动单元连接于所述激光反射镜，用于使激光反射镜按照已设定的角度转动，以使激光束的照射方向以电工钢板的一点为中心转动；控制器，所述控制器连接于所述驱动单元，用于控制所述激光反射镜的转动角度，
由此在电工钢板的一侧区域照射线以电工钢板的一点为中心点沿着圆周方向隔开间隔展开而形成。
9.根据权利要求8所述的取向电工钢板的磁畴细化装置，还包括支撑辊，所述支撑辊对被照射激光束的取向电工钢板赋予张力。
10.根据权利要求8或9所述的取向电工钢板的磁畴细化装置，其中，
所述电工钢板相对于轧制方向倾斜地被切割而形成切割部，并且通过所述切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部成为所述中心点，所述驱动单元使激光反射镜以所述中心点为中心转动以形成照射线。
11.根据权利要求10所述的取向电工钢板的磁畴细化装置，其中，
所述驱动单元以所述中心点为中心使激光反射镜按照1°至10°的角度转动以形成照射线。
12.一种取向电工钢板，其表面上形成有用于磁畴细化的照射线，所述照射线在至少某一区域以电工钢板的一点为中心点沿着圆周方向隔开间隔展开而形成。
13.根据权利要求12所述的取向电工钢板，其用于制造变压器铁芯。
14.根据权利要求12或13所述的取向电工钢板，其相对于轧制方向倾斜地切割形成有切割部，所述照射线以通过切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部为中心点拉开角度而形成。
15.根据权利要求14所述的取向电工钢板，其中，
所述照射线以通过切割部形成于电工钢板上呈钝角的角部为中心形成在与电工钢板的轧制方向呈直角的延长线和所述切割部的切割面之间。
16.根据权利要求15所述的取向电工钢板，其中，
以所述中心点为中心相邻的照射线之间的角度为1°至10°。
17.根据权利要求15所述的取向电工钢板，其中，
所述照射线其一部分或全部从电工钢板的宽度方向侧端延伸形成至所述中心点，或者从电工钢板的宽度方向侧端朝中心点仅延伸形成至未到达中心点的位置。
18.根据权利要求17所述的取向电工钢板，其中，
所述照射线中仅延伸形成至未到达中心点的位置的照射线是从电工钢板的宽度方向侧端朝中心点仅延伸形成至电工钢板宽度的1/2至9/10的位置。
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