JP4473476B2 - 低騒音巻きトランス用コアの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は巻きトランスのコアとその製造方法に関し、特に振動発生が少ない低騒音巻きトランス用コアの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気、電子機器に幅広く使用される磁性材料において、磁界印加時の長さ変化の度合い（これを磁気ひずみと呼ぶ）は変圧器騒音の原因となるため、品質管理における重要な評価項目の一つとなっている。近年、電機機器からの騒音は、生活環境快適化の要求と共にさらに規制が厳しくなりつつある。このため、磁気ひずみの低減による低騒音化の研究が盛んに行われている。
【０００３】
トランスの鉄心に用いられる一方向性電磁鋼板については、大きな進歩が見られ、還流磁区を減少させることで磁気ひずみを低減する手法がある。ここで言う還流磁区とは、磁界印加方向に対して直角に向いている磁化を有する領域である。この磁化が印加磁界により磁界と平行方向に向けて動くときに磁気ひずみが生じる。従って、還流磁区量が少ないほど磁気ひずみは小さくなる。主な磁気ひずみ低減の手法として、以下のものが知られている。
▲１▼結晶粒の＜００１＞方向を圧延方向に揃え、磁化回転により形状変化を生じさせる還流磁区を作らない方法（T.Nozawa et al, “Relationship Between Total Losses under Tensile Stress in 3 Percent Si-Fe Single Crystals and Their Orientations near (110) ［001]”，IEEE Trans. on Mag., Vol. MAG-14, No.4,1978.)
▲２▼塑性歪を開放することで還流磁区を消去する方法（特開平７−３０５１１５号公報、［画記的な方向性珪素鋼板オリエントコア・ハイビーの開発］：ＯＨＭ１９７２．２）、
▲３▼被膜張力を鋼板に印加することで還流磁区を消去する方法（T.Nozawa et al, “Relationship Between Total Losses under Tensile Stress in 3 Percent Si-Fe Single Crystals and Their Orientations near (110) ［001]”，IEEE Trans. on Mag., Vol. MAG-14, No.4,1978.)
【０００４】
一方、鋼板すなわちコアシートの磁気ひずみの低減のみではなく、コアの発生する振動を抑える方式でも騒音の低減が図られている。コアの発生する振動を抑える方式で騒音を低減する方法として、例えば、振動の伝播を切るためエア空間やシリコーンゴムを設ける方法（特開平５−２５１２４６）、制振材と吸音材を鉄心脚の外部に配置して騒音を低減する方法（特開平８−４５７５１、特開２０００−８２６２２、特開２０００−１２４０４４）、リアクトルのギャップ部を振動が抑えられる接着材で固定する方法（特開平８−１１１３２２）、樹脂中間層をもつ電磁鋼板を用いる方法（特開平８−２５０３３９）がある。
主にこれらの手法により、コアシートの磁気ひずみ、あるいはコアの振動を低減し電気機器の低騒音化が図られてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電気機器のさらなる低騒音化への要求は強く、目的を達するためには一層高度な技術が必要となる。従来の低騒音化の研究は還流磁区の消滅によるコアシートの磁気ひずみの低減を主な目的としてきた。ところが、時間的に変化する磁界を加えると、トランスのコアとして組んだ場合、コアシートの伸縮はコアシートが必ずしも平坦ではないためコアシート面に垂直な振動に変化する。この振動によって空気の疎密波が生じ音となって広がる。今までこの振動を低減するためコアシートの磁気ひずみを小さくするように上述した結晶方位の先鋭化、塑性歪の開放、張力の印加等、従来技術として確立されている。ほかに外部に振動を伝播させない防振構造を設ける対策がある。しかしながら、さらなる低騒音化への要求に対処するためには、空気粒子の振動原因となるコアシートの面振動を抑えることが課題となる。
【０００６】
このような課題に対して樹脂中間層をもつ複層電磁鋼板で構成したコアが積みトランスにおいて既に提案されているが、巻きトランスでは歪取りのため最終工程でコアを８００℃で焼鈍する必要があり、この場合、樹脂中間層が変質し、目的の鉄心を製造することが出来ない。
【０００７】
本発明の課題は、コアシート面に垂直な振動を抑える樹脂中間層を持ち、最終歪み取り焼鈍後の樹脂中間層の変質を避ける条件を見出し、低騒音化を効果的に実現する、振動発生が少ない低騒音巻きトランス用コアの製造法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の具体的な手段は、以下の通りである。
（１） コアシートとして通常の電磁鋼板を用い、コアに成形し、焼鈍する工程Ａ、
コアシートの一部として２枚の電磁鋼板の積層間に１０〜１００μｍの厚さの樹脂中間層を有する複層電磁鋼板をコアに成形し、歪み取り焼鈍しない工程Ｂ、および
前記工程Ａのコアをばらした後、前記程Ｂで成形したコアシートを混在させてコアにし、巻線を挿入する工程Ｃとからなり、
前記Ａ工程のコアシートに対する前記Ｂ工程のコアシートの重量比が３〜１０であること
を特徴とする低騒音巻きトランス用コアの製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
すでに述べたように現在までの低騒音化の主な方法はコアシートの磁気ひずみを小さくし、面振動を低減させていた。また、コアの振動を外部に伝播させない防振構造をとっていた。しかしながら本発明者らは、トランスのコアにおいてコアシートの積層間に粘性と弾性を併せ持つ粘弾性体層を挿入する方法において、コアシートの面振動を小さくし、騒音を低減する手法を巻きトランスにおいても効果的に実現するため鋭意研究を行った。以下実験にもとづき説明する。
【００１０】
図１に巻きトランスのコアの一般的な製造工程を示す。始めにコイルを所要の幅にスリットして、所定の長さに剪断したコアシートを巻き付け、これを長方形に成形するため四方から治具を用いて押さえる。この時、中の径がつぶれないように鉄製の金型をはさみ、成形を行う。次いで、成形されたコアを８００℃で歪取り焼鈍し、巻線を鉄心に挿入するためコアをばらし、コアをコの字状に開ける。巻線を挿入した後、再度コアシートを組み合わせる。この工程ではコアの歪み取り焼鈍時にコアシートの積層間の樹脂が変質してしまい、振動吸収の効果を享受することができない。
【００１１】
以上の問題を解決するため焼鈍による歪取りの利点と樹脂中間層の変質を防ぐ両方の条件を満足する工程を検討した。図２に本発明に係る工程を示す。工程Ａはコアシートとして通常の電磁鋼板を用い、コアに成形し、焼鈍する。工程Ｂではコアシートとして樹脂中間層を有する複層電磁鋼板を用い、コアに成形し焼鈍しない。本発明では工程Ａのコアをばらした後、工程Ｂで成形したコアシートを混在させてコアにし、巻線を挿入する（工程Ｃ）。ここで工程Ａと工程Ｂのコアシートの重量比を３〜１０程度とすることにより歪みによる鉄損の大きな増加を防ぎつつ、コアの振動吸収すなわちトランスの騒音低減を図ることが出来る。
【００１２】
次に本発明の限定理由について述べる。
まず、コアを形成する電磁鋼板の積層間の樹脂層の厚さは、１０μｍ未満では振動吸収能が不十分となり、１００μｍを越えると非磁性層が増加したため、電磁鋼板中の磁束密度が上昇し、低騒音の効果が得られなくなるため１０〜１００μｍと限定した。また、コア中に樹脂層を複数ヶ所設ける理由は実験で１ヶ所のみの場合は低騒音の効果がみられなかったためである。
複数ヶ所へコア厚の１％以上の厚さになるまで樹脂層を設ける理由は、これ未満の樹脂層厚では騒音低減が顕著に現れなかったためである。
さらに、樹脂層を有する複層電磁鋼板を歪み取り焼鈍せずに用いる理由は、高温での樹脂層の変質による振動吸収能の消失を回避するためである。樹脂としてはポリイソブチレンやポリエステル、ニトリルゴム等を使用するが、振動吸収能を持つ樹脂であれば良く、これらの種類を規定するものではない。以下、実施例をもとに説明する。
【００１３】
【実施例】
［実施例１］
通常の方法で製造された板厚０．２３mmの一方向性電磁鋼板によって巻き鉄心を作り、１６kVA 三相鉄心形トランスを作製した。Ａはラップ接合で樹脂層としてニトリルゴム、Ｄはバット接合で樹脂層としてポリエステルを用いた複層電磁鋼板を通常の電磁鋼板に挟んで積層した。ここで用いた樹脂層の厚さは５０μｍである。樹脂層はその厚さがトランスの全層厚に対して５％となるように等間隔に挿入した。Ａ、Ｄは従来の製造法と同様に鉄心に成形後、焼鈍し、鉄心をばらして巻き線を挿入してコアにした。この場合、焼鈍により樹脂層が変質して振動吸収能力が消失し、騒音は高くなった。
【００１４】
本発明の条件を満たす方法で製造したトランスにおいて、Ｂはラップ接合で樹脂層としてニトリルゴム、Ｃはバット接合で樹脂層としてポリエステルを用いた複層電磁鋼板を通常の電磁鋼板に挟んで積層した。樹脂層はその厚さがトランスの全層厚に対して５％となるように等間隔に挿入した。樹脂層がある複層電磁鋼板は焼鈍せず、樹脂層のない電磁鋼板を焼鈍し、バラシ作業後、これらを組み合わせた。これらのトランスを５０Hz １．６５Ｔで励磁し、騒音を測定した結果を表１に示す。Ｂ、Ｃは樹脂層が変質しないで存在し、騒音は比較例に比し約５dB低くなった。
【００１５】
【表１】
【００１６】
［実施例２］
通常の方法で製造された板厚０．２７mmの一方向性電磁鋼板によって巻き鉄心を作り、２０kVA 三相鉄心形トランスを作製した。Ｅはラップ接合で樹脂層として厚さが４０μｍのポリエステルを用いた複層電磁鋼板を通常の電磁鋼板に挟んで積層した。樹脂層はその厚さがトランスの全層厚に対して５％となるように等間隔に挿入した。Ｅは従来の製造法と同様に鉄心に成形後、焼鈍し、鉄心をばらして巻き線を挿入してコアにした。この場合、焼鈍により樹脂層が変質して振動吸収能力が消失し、騒音は高くなった。
【００１７】
本発明の条件を満たす方法で製造したトランスＦにおいてもＥと同様な樹脂を用いた複層電磁鋼板を通常の電磁鋼板に挟んで、同様な接合法で積層した。樹脂層はその厚さがトランスの全層厚に対して５％となるように等間隔に挿入した。樹脂層がある複層電磁鋼板は焼鈍せず、樹脂層のない電磁鋼板を焼鈍し、バラシ作業後、これらを組み合わせた。これらのトランスを６０Hz １．７Ｔで励磁したときの騒音を表２に示す。本発明例のＦでは樹脂層が変質せず、騒音を約５dB低くすることが出来た。
【００１８】
【表２】
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば鋼板面に垂直な振動を抑える樹脂中間層が最終歪み取り焼鈍で変質することを防ぎ、低騒音化を効果的に実現する、優れた低騒音巻きトランス製造法が容易に提供でき、電機機器の低騒音化が図られ、産業上の利益は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】巻きトランス鉄心の製造工程を示したものである。
【図２】本発明技術である工程を示したものである。
【発明の属する分野】
本発明は巻きトランスのコアとその製造方法に関し、特に振動発生が少ない低騒音巻きトランス用コアの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気、電子機器に幅広く使用される磁性材料において、磁界印加時の長さ変化の度合い（これを磁気ひずみと呼ぶ）は変圧器騒音の原因となるため、品質管理における重要な評価項目の一つとなっている。近年、電機機器からの騒音は、生活環境快適化の要求と共にさらに規制が厳しくなりつつある。このため、磁気ひずみの低減による低騒音化の研究が盛んに行われている。
【０００３】
トランスの鉄心に用いられる一方向性電磁鋼板については、大きな進歩が見られ、還流磁区を減少させることで磁気ひずみを低減する手法がある。ここで言う還流磁区とは、磁界印加方向に対して直角に向いている磁化を有する領域である。この磁化が印加磁界により磁界と平行方向に向けて動くときに磁気ひずみが生じる。従って、還流磁区量が少ないほど磁気ひずみは小さくなる。主な磁気ひずみ低減の手法として、以下のものが知られている。
▲１▼結晶粒の＜００１＞方向を圧延方向に揃え、磁化回転により形状変化を生じさせる還流磁区を作らない方法（T.Nozawa et al, “Relationship Between Total Losses under Tensile Stress in 3 Percent Si-Fe Single Crystals and Their Orientations near (110) ［001]”，IEEE Trans. on Mag., Vol. MAG-14, No.4,1978.)
▲２▼塑性歪を開放することで還流磁区を消去する方法（特開平７−３０５１１５号公報、［画記的な方向性珪素鋼板オリエントコア・ハイビーの開発］：ＯＨＭ１９７２．２）、
▲３▼被膜張力を鋼板に印加することで還流磁区を消去する方法（T.Nozawa et al, “Relationship Between Total Losses under Tensile Stress in 3 Percent Si-Fe Single Crystals and Their Orientations near (110) ［001]”，IEEE Trans. on Mag., Vol. MAG-14, No.4,1978.)
【０００４】
一方、鋼板すなわちコアシートの磁気ひずみの低減のみではなく、コアの発生する振動を抑える方式でも騒音の低減が図られている。コアの発生する振動を抑える方式で騒音を低減する方法として、例えば、振動の伝播を切るためエア空間やシリコーンゴムを設ける方法（特開平５−２５１２４６）、制振材と吸音材を鉄心脚の外部に配置して騒音を低減する方法（特開平８−４５７５１、特開２０００−８２６２２、特開２０００−１２４０４４）、リアクトルのギャップ部を振動が抑えられる接着材で固定する方法（特開平８−１１１３２２）、樹脂中間層をもつ電磁鋼板を用いる方法（特開平８−２５０３３９）がある。
主にこれらの手法により、コアシートの磁気ひずみ、あるいはコアの振動を低減し電気機器の低騒音化が図られてきた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電気機器のさらなる低騒音化への要求は強く、目的を達するためには一層高度な技術が必要となる。従来の低騒音化の研究は還流磁区の消滅によるコアシートの磁気ひずみの低減を主な目的としてきた。ところが、時間的に変化する磁界を加えると、トランスのコアとして組んだ場合、コアシートの伸縮はコアシートが必ずしも平坦ではないためコアシート面に垂直な振動に変化する。この振動によって空気の疎密波が生じ音となって広がる。今までこの振動を低減するためコアシートの磁気ひずみを小さくするように上述した結晶方位の先鋭化、塑性歪の開放、張力の印加等、従来技術として確立されている。ほかに外部に振動を伝播させない防振構造を設ける対策がある。しかしながら、さらなる低騒音化への要求に対処するためには、空気粒子の振動原因となるコアシートの面振動を抑えることが課題となる。
【０００６】
このような課題に対して樹脂中間層をもつ複層電磁鋼板で構成したコアが積みトランスにおいて既に提案されているが、巻きトランスでは歪取りのため最終工程でコアを８００℃で焼鈍する必要があり、この場合、樹脂中間層が変質し、目的の鉄心を製造することが出来ない。
【０００７】
本発明の課題は、コアシート面に垂直な振動を抑える樹脂中間層を持ち、最終歪み取り焼鈍後の樹脂中間層の変質を避ける条件を見出し、低騒音化を効果的に実現する、振動発生が少ない低騒音巻きトランス用コアの製造法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の具体的な手段は、以下の通りである。
（１） コアシートとして通常の電磁鋼板を用い、コアに成形し、焼鈍する工程Ａ、
コアシートの一部として２枚の電磁鋼板の積層間に１０〜１００μｍの厚さの樹脂中間層を有する複層電磁鋼板をコアに成形し、歪み取り焼鈍しない工程Ｂ、および
前記工程Ａのコアをばらした後、前記程Ｂで成形したコアシートを混在させてコアにし、巻線を挿入する工程Ｃとからなり、
前記Ａ工程のコアシートに対する前記Ｂ工程のコアシートの重量比が３〜１０であること
を特徴とする低騒音巻きトランス用コアの製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
すでに述べたように現在までの低騒音化の主な方法はコアシートの磁気ひずみを小さくし、面振動を低減させていた。また、コアの振動を外部に伝播させない防振構造をとっていた。しかしながら本発明者らは、トランスのコアにおいてコアシートの積層間に粘性と弾性を併せ持つ粘弾性体層を挿入する方法において、コアシートの面振動を小さくし、騒音を低減する手法を巻きトランスにおいても効果的に実現するため鋭意研究を行った。以下実験にもとづき説明する。
【００１０】
図１に巻きトランスのコアの一般的な製造工程を示す。始めにコイルを所要の幅にスリットして、所定の長さに剪断したコアシートを巻き付け、これを長方形に成形するため四方から治具を用いて押さえる。この時、中の径がつぶれないように鉄製の金型をはさみ、成形を行う。次いで、成形されたコアを８００℃で歪取り焼鈍し、巻線を鉄心に挿入するためコアをばらし、コアをコの字状に開ける。巻線を挿入した後、再度コアシートを組み合わせる。この工程ではコアの歪み取り焼鈍時にコアシートの積層間の樹脂が変質してしまい、振動吸収の効果を享受することができない。
【００１１】
以上の問題を解決するため焼鈍による歪取りの利点と樹脂中間層の変質を防ぐ両方の条件を満足する工程を検討した。図２に本発明に係る工程を示す。工程Ａはコアシートとして通常の電磁鋼板を用い、コアに成形し、焼鈍する。工程Ｂではコアシートとして樹脂中間層を有する複層電磁鋼板を用い、コアに成形し焼鈍しない。本発明では工程Ａのコアをばらした後、工程Ｂで成形したコアシートを混在させてコアにし、巻線を挿入する（工程Ｃ）。ここで工程Ａと工程Ｂのコアシートの重量比を３〜１０程度とすることにより歪みによる鉄損の大きな増加を防ぎつつ、コアの振動吸収すなわちトランスの騒音低減を図ることが出来る。
【００１２】
次に本発明の限定理由について述べる。
まず、コアを形成する電磁鋼板の積層間の樹脂層の厚さは、１０μｍ未満では振動吸収能が不十分となり、１００μｍを越えると非磁性層が増加したため、電磁鋼板中の磁束密度が上昇し、低騒音の効果が得られなくなるため１０〜１００μｍと限定した。また、コア中に樹脂層を複数ヶ所設ける理由は実験で１ヶ所のみの場合は低騒音の効果がみられなかったためである。
複数ヶ所へコア厚の１％以上の厚さになるまで樹脂層を設ける理由は、これ未満の樹脂層厚では騒音低減が顕著に現れなかったためである。
さらに、樹脂層を有する複層電磁鋼板を歪み取り焼鈍せずに用いる理由は、高温での樹脂層の変質による振動吸収能の消失を回避するためである。樹脂としてはポリイソブチレンやポリエステル、ニトリルゴム等を使用するが、振動吸収能を持つ樹脂であれば良く、これらの種類を規定するものではない。以下、実施例をもとに説明する。
【００１３】
【実施例】
［実施例１］
通常の方法で製造された板厚０．２３mmの一方向性電磁鋼板によって巻き鉄心を作り、１６kVA 三相鉄心形トランスを作製した。Ａはラップ接合で樹脂層としてニトリルゴム、Ｄはバット接合で樹脂層としてポリエステルを用いた複層電磁鋼板を通常の電磁鋼板に挟んで積層した。ここで用いた樹脂層の厚さは５０μｍである。樹脂層はその厚さがトランスの全層厚に対して５％となるように等間隔に挿入した。Ａ、Ｄは従来の製造法と同様に鉄心に成形後、焼鈍し、鉄心をばらして巻き線を挿入してコアにした。この場合、焼鈍により樹脂層が変質して振動吸収能力が消失し、騒音は高くなった。
【００１４】
本発明の条件を満たす方法で製造したトランスにおいて、Ｂはラップ接合で樹脂層としてニトリルゴム、Ｃはバット接合で樹脂層としてポリエステルを用いた複層電磁鋼板を通常の電磁鋼板に挟んで積層した。樹脂層はその厚さがトランスの全層厚に対して５％となるように等間隔に挿入した。樹脂層がある複層電磁鋼板は焼鈍せず、樹脂層のない電磁鋼板を焼鈍し、バラシ作業後、これらを組み合わせた。これらのトランスを５０Hz １．６５Ｔで励磁し、騒音を測定した結果を表１に示す。Ｂ、Ｃは樹脂層が変質しないで存在し、騒音は比較例に比し約５dB低くなった。
【００１５】
【表１】
［実施例２］
通常の方法で製造された板厚０．２７mmの一方向性電磁鋼板によって巻き鉄心を作り、２０kVA 三相鉄心形トランスを作製した。Ｅはラップ接合で樹脂層として厚さが４０μｍのポリエステルを用いた複層電磁鋼板を通常の電磁鋼板に挟んで積層した。樹脂層はその厚さがトランスの全層厚に対して５％となるように等間隔に挿入した。Ｅは従来の製造法と同様に鉄心に成形後、焼鈍し、鉄心をばらして巻き線を挿入してコアにした。この場合、焼鈍により樹脂層が変質して振動吸収能力が消失し、騒音は高くなった。
【００１７】
本発明の条件を満たす方法で製造したトランスＦにおいてもＥと同様な樹脂を用いた複層電磁鋼板を通常の電磁鋼板に挟んで、同様な接合法で積層した。樹脂層はその厚さがトランスの全層厚に対して５％となるように等間隔に挿入した。樹脂層がある複層電磁鋼板は焼鈍せず、樹脂層のない電磁鋼板を焼鈍し、バラシ作業後、これらを組み合わせた。これらのトランスを６０Hz １．７Ｔで励磁したときの騒音を表２に示す。本発明例のＦでは樹脂層が変質せず、騒音を約５dB低くすることが出来た。
【００１８】
【表２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば鋼板面に垂直な振動を抑える樹脂中間層が最終歪み取り焼鈍で変質することを防ぎ、低騒音化を効果的に実現する、優れた低騒音巻きトランス製造法が容易に提供でき、電機機器の低騒音化が図られ、産業上の利益は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】巻きトランス鉄心の製造工程を示したものである。
【図２】本発明技術である工程を示したものである。
Claims (1)
- コアシートとして通常の電磁鋼板を用い、コアに成形し、焼鈍する工程Ａ、
コアシートの一部として２枚の電磁鋼板の積層間に１０〜１００μｍの厚さの樹脂中間層を有する複層電磁鋼板をコアに成形し、歪み取り焼鈍しない工程Ｂ、および
前記工程Ａのコアをばらした後、前記程Ｂで成形したコアシートを混在させてコアにし、巻線を挿入する工程Ｃとからなり、
前記Ａ工程のコアシートに対する前記Ｂ工程のコアシートの重量比が３〜１０であること
を特徴とする低騒音巻きトランス用コアの製造方法。
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