KR20200125705A - 변압기용 철심 - Google Patents

Abstract

철심의 진동을 저감시켜, 변압기의 소음을 개선한다.
복수의 방향성 전기 강판을 적층한 변압기용 철심으로서, 상기 방향성 전기 강판의 적어도 1 장이, (1) 압연 방향을 가로지르는 방향으로 환류 자구가 형성된 영역과, 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역을 가지고 있으며, 또한 상기 방향성 전기 강판의 면적을 S, 상기 환류 자구가 형성된 영역의 면적을 S₁, 상기 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역의 면적을 S₀, 상기 환류 자구가 형성된 영역 중, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 로 압연 방향으로 여자했을 때의 최대 변위 포인트에 있어서의 신장량이, 상기 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역에 있어서의 신장량보다 2 × 10^-7 이상 큰 영역의 면적을 S_1a 로 했을 때, (2) S 에 대한 S₀ 의 비율로서 정의되는 면적률 R₀ 이 0.10 ∼ 3.0 ％ 이고, (3) S₁ 에 대한 S_1a 의 비율로서 정의되는 면적률 R_1a 가 50 ％ 이상인, 변압기용 철심.

Description

변압기용 철심

본 발명은, 방향성 전기 강판을 적층한 변압기용 철심에 관한 것으로, 특히, 자왜 진동이 저감되어, 변압기의 소음을 억제할 수 있는 변압기용 철심에 관한 것이다.

변압기로부터 발생하는 소음을 저감시키는 여러 가지 기술이, 종래 검토되어 있다. 특히 철심은 무부하시에도 소음의 발생원이 되고 있기 때문에, 철심과 이것에 사용되는 방향성 전기 강판에 관한 기술 개발은 수많이 이루어지고, 소음의 개선이 진행되어 왔다.

소음이 발생하는 주된 원인은, 방향성 전기 강판의 자왜와, 그것에서 기인하는 철심의 진동이다. 그래서, 철심의 진동을 억제하는 여러 가지 기술이 제안되어 왔다.

예를 들어, 특허문헌 1, 2 에서는, 수지나 제진 강판을 방향성 전기 강판의 사이에 끼움으로써, 철심의 진동을 억제하는 기술이 제안되어 있다.

또, 특허문헌 3, 4 에서는, 자왜가 상이한 2 종류의 강판을 적층함으로써 철심의 진동을 억제하는 기술이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 5 에서는, 적층되는 방향성 전기 강판끼리를 접착함으로써 철심의 진동을 억제하는 기술이 제안되어 있다. 특허문헌 6 에서는, 강판 전체에 미소한 내부 변형을 잔류시켜, 자왜 진폭을 저감시키는 기술이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2013-087305호 일본 공개특허공보 2012-177149호 일본 공개특허공보 평03-204911호 일본 공개특허공보 평04-116809호 일본 공개특허공보 2003-077747호 일본 공개특허공보 평08-269562호

특허문헌 1 ∼ 6 에 기재되어 있는 기술은, 자왜의 저감이나, 철심의 진동 저감에 일정한 효과를 발휘한다고 생각되지만, 이하에 서술하는 문제가 있었다.

특허문헌 1, 2 에서 제안되어 있는, 강판의 사이에 수지나 제진 강판을 끼우는 방법에서는, 철심의 사이즈가 커진다.

또, 특허문헌 3 및 4 에서 제안되어 있는, 2 종류의 강판을 사용하는 방법에서는, 사용하는 강판을 정확하게 관리하여 적층할 필요가 있어, 철심의 생산 공정이 복잡해지고, 생산성이 뒤떨어진다.

또한, 특허문헌 5 에서 제안되어 있는, 강판끼리를 접착하는 방법에서는, 접착에 시간을 요하는 데다가, 강판에 불균일한 응력이 가해져 자기 특성이 열화될 우려가 있다.

특허문헌 6 에서 제안되어 있는 방법에서는, 진폭은 작게 할 수 있지만, 자왜 파형의 변형이 증대되고, 자왜 고조파에서 기인한 소음 증대를 초래하기 때문에, 소음 억제 효과가 작다.

본 발명은 상기의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 종래 기술과는 상이한 기구에 의해 철심의 진동을 저감시켜, 변압기의 소음을 개선하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 강판 내에 자왜 특성이 상이한 영역을 2 종류 이상 존재시킴으로써, 상호 간섭에 의해, 철심 전체의 자왜 진동이 억제되어, 변압기의 소음을 저감시킬 수 있는 것을 신규로 지견하였다.

본 발명은, 상기의 신규 지견에 입각한 것으로, 그 요지 구성은 이하와 같다.

1. 복수의 방향성 전기 강판을 적층한 변압기용 철심으로서,

상기 방향성 전기 강판의 적어도 1 장이,

(1) 압연 방향을 가로지르는 방향으로 환류 자구가 형성된 영역과, 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역을 가지고 있으며, 또한

상기 방향성 전기 강판의 면적을 S,

상기 환류 자구가 형성된 영역의 면적을 S₁,

상기 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역의 면적을 S₀,

상기 환류 자구가 형성된 영역 중, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 로 압연 방향으로 여자했을 때의 최대 변위 포인트에 있어서의 신장량이, 상기 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역에 있어서의 신장량보다 2 × 10^-7 이상 큰 영역의 면적을 S_1a 로 했을 때,

(2) S 에 대한 S₀ 의 비율로서 정의되는 면적률 R₀ 이 0.10 ∼ 3.0 ％ 이고,

(3) S₁ 에 대한 S_1a 의 비율로서 정의되는 면적률 R_1a 가 50 ％ 이상인, 변압기용 철심.

2. 상기 환류 자구의 압연 방향에 대한 각도가, 60 ∼ 90° 인, 상기 1 에 기재된 변압기용 철심.

3. 상기 환류 자구의, 압연 방향에 있어서의 간격이 3 ∼ 15 ㎜ 인, 상기 1 또는 2 에 기재된 변압기용 철심.

본 발명에 의하면, 종래 기술과는 상이한 기구에 의해 철심의 진동을 저감시켜, 변압기의 소음을 개선할 수 있다.

도 1 은, 방향성 전기 강판을, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 의 조건에서 여자했을 때의, 신축 거동의 예를 나타내는 그래프이다.
도 2 는, 실험 1 에서 사용한 철심 재료로서의 방향성 전기 강판의 모식도이다.
도 3 은, 실험 1 에 있어서의, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 소음 (dB) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 4 는, 실험 1 에 있어서의, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 철손 (W/㎏) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 실험 2 에서 사용한 철심 재료로서의 방향성 전기 강판의 모식도이다.
도 6 은, 실험 2 에 있어서, 비교를 위해 사용한 방향성 전기 강판의 모식도이다.
도 7 은, 실험 2 에 있어서, 방향성 전기 강판을, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 의 조건에서 여자했을 때의, 신축 거동을 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 실험 2 에 있어서의, 신장량의 차와, 변압기 소음 (dB) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9 는, 실험 3 에서 사용한 철심 재료로서의 방향성 전기 강판의 모식도이다.
도 10 은, 실험 3 에 있어서의, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 이 0 ∼ 100 ％ 의 범위에 있어서의 상기 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 소음 (dB) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11 은, 실험 3 에 있어서의, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 이 0 ∼ 1 ％ 의 범위에 있어서의 상기 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 소음 (dB) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12 는, 실험 3 에 있어서의, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 이 0 ∼ 100 ％ 의 범위에 있어서의 상기 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 철손 (W/㎏) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13 은, 실험 3 에 있어서의, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 이 0 ∼ 10 ％ 의 범위에 있어서의 상기 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 철손 (W/㎏) 의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 14 는, 실시예에서 사용한 방향성 전기 강판에 있어서의, 환류 자구 형성 영역의 패턴을 나타내는 모식도이다.

먼저 처음에, 방향성 전기 강판의 자왜에 대하여 설명한다.

도 1 은, 방향성 전기 강판을, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 의 조건에서 압연 방향으로 여자했을 때의, 압연 방향에 있어서의 신축 거동의 예를 나타내는 그래프이다.

강판의 신축 거동은, 강판 판면에 수직 방향으로 연장되는 성분을 갖는, ＜100＞ ＜010＞ 방향으로 자발 자화가 향하는 보조 자구라고 불리는 자구의 증감에 의해 발생하는 것이 일반적이다. 따라서, 압연 방향에 있어서의 신축을 감소시키는 방법으로는, 보조 자구의 발생을 억제하는 것을 생각할 수 있다. 보조 자구의 발생을 억제하기 위해서는, 압연 방향과 [001] 축의 어긋남각을 저감시키면 되지만, 어긋남각의 저감에는 한계가 있다.

그래서 본 발명자들은, 다른 방법에 의해 철심 전체의 신축을 억제하는 방법을 검토하였다. 구체적으로는, 철심을 구성하는 방향성 전기 강판의 적어도 1 장 중에, 상이한 자왜 특성을 갖는 영역을 형성하고, 그 상호 간섭에 의해 철심 전체의 신축을 억제한다. 여기서, 자왜 특성을 제어하는 수단으로는, 압연 방향을 가로지르는 방향으로 환류 자구를 형성하는 방법을 사용하였다. 이것은, 환류 자구는, 압연 직각 방향으로 신장하기 때문에, 환류 자구의 생성·소멸에 의해 압연 방향으로는 수축·신장이라고 하는 변화를 가져오기 때문이다.

상기 방법에 의한 변압기 소음의 저감을 검토하기 위해 실시한 실험에 대하여 이하에 설명한다.

＜실험 1＞

먼저, 자구 세분화 처리가 실시된 방향성 전기 강판을 적층한 변압기용 철심에 있어서, 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역의 존재가 변압기 소음에 미치는 영향에 대하여 검토하였다.

도 2 에, 철심 재료로서 사용한 방향성 전기 강판 (1) 과, 그 방향성 전기 강판에 형성된 환류 자구의 배치를 모식적으로 나타낸다. 방향성 전기 강판 (1) 의 폭 방향 (압연 직교 방향) 에 있어서의 중앙부에는, 방향성 전기 강판 (1) 의 압연 방향에 있어서의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되는 띠 형상의 환류 자구 형성 영역 (10) 을 형성하였다. 환류 자구 형성 영역 (10) 이외의 부분, 즉, 방향성 전기 강판 (1) 의 폭 방향에 있어서의 양단부에는, 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역 (환류 자구 미형성 영역) (20) 을, 압연 방향의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되도록 배치하였다.

변압기용 철심 재료로서의 방향성 전기 강판 (1) 은, 이하의 순서로 제작하였다. 먼저, 자구 세분화 처리가 실시되어 있지 않은, 두께 0.27 ㎜ 의 일반적인 방향성 전기 강판을, 압연 직교 방향에 있어서의 폭이 100 ㎜ 폭이 되도록 슬릿하고, 그 후, 사각 (斜角) 가공을 실시하였다. 사각 전단시, 사각 전단 라인의 시작 측에 있어서, 강판 표면에 레이저를 조사함으로써, 환류 자구 형성 영역 (10) 을 형성하였다. 레이저는, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 압연 방향과 직교하는 방향으로, 직선상으로 주사하면서 조사하였다. 레이저의 조사는, 압연 방향으로 4 ㎜ 의 간격 (조사선 간격) 을 두고 실시하였다. 상기 레이저의 조사에 의해, 레이저가 조사된 위치에는 선상 변형 (11) 이 형성되었다.

그 밖의 레이저 조사 조건은 이하와 같이 하였다.

·레이저 : Q 스위치 펄스 레이저

·출력 : 3.5 mJ/펄스

·펄스 간격 (피치 간격) : 0.24 ㎜

여기서, 펄스 간격이란, 인접하는 조사점의 중심 간 거리를 가리킨다.

자왜 특성에 대한 영향을 조사하기 위해, 개개의 환류 자구 미형성 영역 (20) 의 압연 직교 방향에 있어서의 폭 (X) 을 0 ∼ 50 ㎜ 의 범위에서 변경한 방향성 전기 강판을 제작하였다. 마그넷 뷰어 (시그마 하이케미컬사 제조, MV-95) 를 사용한 비터법에 의한 환류 자구 관찰에 의해, 변형 도입 부분에는 목표한 대로 환류 자구가 형성되어 있는 것을 확인하였다. 즉, 환류 자구 형성 영역 (10) 에는, 직선상으로 신장되는 환류 자구가 형성되어 있고, 상기 환류 자구의 압연 방향에 대한 각도는 90°, 압연 방향에 있어서의 간격은 4 ㎜ 였다.

그 후, 얻어진 방향성 전기 강판 (1) 을 적층하여 철심으로 하고, 상기 철심을 사용하여 정격 용량 : 1000 ㎸A 의 변압기를 제조하였다. 얻어진 변압기의 각각에 대하여, 주파수 : 50 ㎐, 자속 밀도 : 1.7 T 의 조건에서 여자했을 때의 소음과 철손을 평가하였다.

도 3 에, 환류 자구 미형성 영역 (20) 의 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 소음 (dB) 의 관계를 나타낸다. 여기서, 환류 자구 미형성 영역 (20) 의 면적률 R₀ 이란, 사용한 방향성 전기 강판 (1) 의 면적 S 에 대한, 환류 자구 미형성 영역 (20) 의 면적 S₀ 의 비율을 가리키는 것으로 한다. 또, 방향성 전기 강판 (1) 의 면적 S 란, 환류 자구 형성 영역 (10) 과 환류 자구 미형성 영역 (20) 이 형성되어 있는 방향성 전기 강판의 주면의 면적 (방향성 전기 강판 (1) 의, 도 2 에 나타내고 있는 면의 면적) 을 가리키는 것으로 한다.

도 3 에 나타낸 결과로부터, 환류 자구 미형성 영역 (20) 을 약간이라도 형성함으로써, 환류 자구 미형성 영역 (20) 이 존재하지 않는 경우에 비해 변압기 소음을 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다. 여기서, 환류 자구 미형성 영역 (20) 이 존재하지 않는다란, 방향성 전기 강판의 전체면에 환류 자구 형성 영역 (10) 이 형성되어 있는 것을 의미한다. 또한, 종래의 비내열형 자구 세분화 처리에 있어서는, 이와 같이 방향성 전기 강판 전체면에 환류 자구 형성 영역 (10) 이 형성되고, 환류 자구 미형성 영역 (20) 은 존재하지 않는다. 또, 도 3 에 나타낸 결과로부터, 환류 자구 미형성 영역 (20) 의 면적률 R₀ 이 지나치게 높으면, 오히려 변압기 소음이 증대되는 것을 알 수 있다.

또, 도 4 에, 환류 자구 미형성 영역 (20) 의 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 철손 (W/㎏) 의 관계를 나타낸다. 환류 자구 미형성 영역을 형성한다는 것은, 환류 자구가 형성된 영역, 즉, 자구 세분화 처리가 실시된 영역이 감소하는 것을 의미한다. 따라서, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 을 증가시키면, 도 4 에 나타내는 바와 같이 변압기 철손은 증대된다. 그러나, 도 4 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 면적률 R₀ 이 작은 경우에는, 변압기 철손의 증가는 매우 작다.

이상의 결과로부터, 방향성 전기 강판에 자왜 특성이 상이한 2 개의 영역, 즉, 환류 자구 형성 영역과 환류 자구 미형성 영역을 형성하며, 또한, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 을 특정한 범위로 제어함으로써, 철손을 대폭 증가시키지 않고 소음을 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 환류 자구 미형성 영역의 존재에 의해 변압기 소음이 개선된 이유는 다음과 같이 생각된다. 환류 자구가 형성된 영역에서는, 환류 자구의 생성·소멸 및 보조 자구의 소멸·생성에 의해 강판의 신축이 발생한다. 그리고, 환류 자구는 여자에 의해 소멸하기 때문에, 환류 자구 형성 영역에서는 여자에 수반하여 강판이 압연 방향으로 신장한다. 이에 대하여, 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역에서는, 보조 자구의 소멸·생성이 강판의 신축을 지배한다. 그리고, 보조 자구는 여자에 의해 생성되기 때문에, 환류 자구 미형성 영역에서는 여자에 수반하여 강판이 압연 방향으로 수축한다. 이와 같이, 환류 자구 형성 영역과 환류 자구 미형성 영역은, 반대 방향의 신축 거동을 나타낸다. 그 때문에, 1 개의 강판 중에 환류 자구 형성 영역과 환류 자구 미형성 영역을 공존시키면, 강판 전체의 수축이 억제되고, 소음이 저감된다.

또, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 이 작은 경우에 변압기 철손이 거의 증가하지 않은 이유는 다음과 같이 생각된다. 단독의 방향성 전기 강판의 자기 특성을 평가하는 단판 자기 특성 시험 (Single Sheet Test) 에서는, 강판을 정현파로 압연 방향으로 여자하여 철손이 측정된다. 그 때문에, 환류 자구 미형성 영역, 즉, 자구 세분화되어 있지 않은 영역이 조금이라도 존재하면, 철손이 현저하게 저하된다. 이에 대하여 실제의 변압기에서는, 여자 파형 변형이나, 여자 방향의 압연 방향으로부터의 어긋남 등, 환류 자구 미형성 영역의 존재 이외에도 철손을 증가시키는 요인이 존재한다. 그 때문에, 변압기에 있어서는, 환류 자구 미형성 영역의 존재가 철손에 미치는 영향이 상대적으로 낮고, 그 결과, 환류 자구 미형성 영역의 도입에 의한 영향이 단판의 경우만큼 현저하게는 나타나지 않은 것으로 생각된다.

＜실험 2＞

다음으로, 환류 자구 형성 영역에 있어서의 자왜 파형이 변압기의 소음에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 여러 가지 파라미터에 대하여 검토한 결과, 1.7 T, 50 ㎐ 에 있어서의 자왜 파형의 최대 변위 포인트의 신장량을 특정한 범위로 제어함으로써, 효과적으로 변압기 소음을 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있었다. 이하, 그 실험에 대하여 설명한다.

도 5 에, 철심 재료로서 사용한 방향성 전기 강판 (1) 과, 그 방향성 전기 강판에 형성된 환류 자구의 배치를 모식적으로 나타낸다. 방향성 전기 강판 (1) 의 폭 방향 (압연 직교 방향) 에 있어서의 양단에는, 방향성 전기 강판 (1) 의 압연 방향의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되는 환류 자구 형성 영역 (10) 을 형성하였다. 환류 자구 형성 영역 (10) 이외의 영역은, 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역 (환류 자구 미형성 영역) (20) 이다. 환류 자구 미형성 영역 (20) 의, 압연 방향과 직교하는 방향에 있어서의 폭은 15 ㎜ 로 하였다.

변압기용 철심 재료로서의 방향성 전기 강판 (1) 은, 이하의 순서로 제작하였다. 먼저, 자구 세분화 처리가 실시되어 있지 않은, 두께 0.23 ㎜ 의 일반적인 방향성 전기 강판을 150 ㎜ 폭으로 슬릿하고, 그 후, 사각 가공을 실시하였다. 사각 전단시, 사각 전단 라인의 시작 측에 있어서, 강판 표면에 레이저를 조사함으로써, 환류 자구 형성 영역 (10) 을 형성하였다. 레이저는, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 압연 방향과 직교하는 방향으로, 직선상으로 주사하면서 조사하였다. 레이저의 조사는, 압연 방향으로 5 ㎜ 의 간격 (조사선 간격) 을 두고 실시하였다. 상기 레이저의 조사에 의해, 레이저가 조사된 위치에는 선상 변형 (11) 이 형성되었다. 그 때, 레이저의 출력을 100 ∼ 250 W 의 사이에서 변화시킴으로써, 환류 자구 형성 영역에 있어서의 신장량이 상이한 복수의 방향성 전기 강판을 제작하였다.

그 밖의 레이저 조사 조건은 이하와 같이 하였다.

·레이저 : 싱글 모드 파이버 레이저

·편향 속도 : 5 m/sec

·출력 : 100 ∼ 250 W (표 1 참조)

환류 자구 형성 영역 (10) 에는, 직선상으로 신장되는 환류 자구가 형성되어 있고, 상기 환류 자구의 압연 방향에 대한 각도는 90°, 압연 방향에 있어서의 간격은 5 ㎜ 였다.

또, 비교를 위해, 도 6 에 나타낸 바와 같이, 강판의 전체에 환류 자구를 형성하고, 환류 자구 미형성 영역이 존재하지 않는 방향성 전기 강판을 제조하였다.

환류 자구 형성부와 미형성부 각각의 자왜 특성을 파악하기 위해, 상기 방향성 전기 강판과 동일한 조건에서 전체면에 레이저를 조사한 방향성 전기 강판, 및 레이저 조사를 실시하지 않은 방향성 전기 강판을 제조하였다. 얻어진 방향성 전기 강판을 주파수 : 50 ㎐, 최대 자속 밀도 : 1.7 T 의 조건에서 여자했을 때의, 그 방향성 전기 강판의 신축 운동을, 레이저 도플러식 진동계를 사용하여 계측하였다. 대표로서, 3 가지의 레이저 조사 조건에서 얻어진 각 방향성 전기 강판, 및 레이저 조사를 실시하지 않은 방향성 전기 강판에 있어서의 신장량의 측정 결과를 도 7 및 표 1 에 나타낸다.

측정된 신축 거동에 있어서의, 변위가 최대가 되는 점 (최대 변위 포인트) 에 있어서의 신장량 (이하, 간단히 「신장량」이라고 한다) 에 주목하였다. 각 시료에 있어서의 신장량을 표 1 에 나타낸다. 또, 표 1 에는, 환류 자구 형성 영역에 있어서의 신장량 (λ₁) 과 환류 자구 미형성 영역에 있어서의 신장량 (λ₀) 의 차로서 정의되는 「신장량의 차」 (Δλ ＝ λ₁ － λ₀) 를 아울러 나타내었다. 또한, 마이너스의 신장량의 값은, 수축량을 나타낸다.

도 7 및 표 1 에 나타낸 결과로부터, 환류 자구 형성 영역에서는, 레이저의 출력 증대, 즉 도입 변형량의 증가에 수반하여, 최대 변위 포인트의 신장량이 증가하는 것을 알 수 있다.

또한, 얻어진 방향성 전기 강판 (1) 을 적층하여 철심으로 하고, 상기 철심을 사용하여 정격 용량 : 1200 ㎸A 의 변압기를 제조하였다. 얻어진 변압기의 각각에 대하여, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 의 조건에서 여자했을 때의 소음을 평가하였다.

도 8 은, 최대 변위 포인트에 있어서의 신장량의 차 (Δλ) 와 변압기 소음의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 8 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, Δλ 가 2 × 10^-7 이상이면, 효과적으로 변압기 소음을 저감시킬 수 있다. 또한, 도 8 에 있어서의 신장량의 차가 제로인 점은, 도 6 에 나타낸 환류 자구 미형성 영역이 존재하지 않는 방향성 전기 강판에 있어서의 측정치이다.

＜실험 3＞

다음으로, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 이 변압기의 소음에 미치는 영향에 대하여 검토하였다.

도 9 에, 철심 재료로서 사용한 방향성 전기 강판 (1) 과, 방향성 전기 강판 (1) 에 형성된 환류 자구의 배치를 모식적으로 나타낸다. 방향성 전기 강판 (1) 에는, 방향성 전기 강판 (1) 의 압연 방향의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장되는 환류 자구 형성 영역 (10) 을 2 개 형성하였다. 환류 자구 형성 영역 (10) 이외의 영역은, 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역 (환류 자구 미형성 영역) (20) 이다. 2 지점의 환류 자구 미형성 영역 (20) 중, 일방의 압연 직교 방향에 있어서의 폭을 X, 타방의 압연 직교 방향에 있어서의 폭을 2X 로 하였다. X 의 값을 변경함으로써, 0 ∼ 100 ％ 사이의 여러 가지 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 을 갖는 방향성 전기 강판을 제작하였다. 또한, 면적률 R₀ : 0 ％ 는, 환류 자구 형성 영역만이 존재하고, 환류 자구 미형성 영역이 존재하지 않는 것을 의미한다. 또, 면적률 R₀ : 100 ％ 는, 환류 자구 미형성 영역만이 존재하고, 환류 자구 형성 영역이 존재하지 않는 것을 의미한다.

변압기용 철심 재료로서의 방향성 전기 강판 (1) 은, 이하의 순서로 제작하였다. 먼저, 자구 세분화 처리가 실시되어 있지 않은, 두께 0.30 ㎜ 의 일반적인 방향성 전기 강판을, 압연 직교 방향에 있어서의 폭이 200 ㎜ 가 되도록 슬릿하고, 그 후, 사각 가공을 실시하였다. 사각 전단시, 사각 전단 라인의 시작 측에 있어서, 강판 표면에 전자빔을 조사함으로써, 환류 자구 형성 영역 (10) 을 형성하였다. 전자빔은, 도 9 에 나타낸 바와 같이, 압연 방향과 직교하는 방향으로, 직선상으로 주사하면서 조사하였다. 전자빔의 조사는, 압연 방향으로 4 ㎜ 의 간격 (조사선 간격) 을 두고 실시하였다. 상기 전자빔의 조사에 의해, 전자빔이 조사된 위치에는 선상 변형 (11) 이 형성되었다.

또한, 빔 전류는, 사전 조사의 결과에 기초하여, 2 ㎃ 또는 15 ㎃ 로 하였다. 즉, 상기 실험 2 에 있어서 나타낸 바와 같이, 신장량의 차가 2 × 10^-7 이상이면, 효과적으로 변압기 소음을 저감시킬 수 있다. 상기 수축량의 차의 조건을 만족하기 위해 필요했던 최소의 빔 전류가 2 ㎃ 이다. 한편, 빔 전류를 증가시키면 수축량의 차는 더욱 증대되지만, 빔 전류가 지나치게 증가하면, 조사에 의해 강판이 변형되고, 철심용 소재로서 사용하는 것이 곤란해진다. 철심용 소재로서 적용 가능한 강판 형상을 유지할 수 있는 빔 전류의 상한이 15 ㎃ 이다. 따라서, 어느 빔 전류치를 사용한 경우에 있어서도, 얻어지는 방향성 전기 강판에 있어서의 신장량의 차는 2 × 10^-7 이상이다.

전자빔 조사에 관한 다른 조건은 이하와 같이 하였다.

·가속 전압 : 60 ㎸

·주사 속도 : 10 m/sec

환류 자구 형성 영역 (10) 에는, 직선상으로 신장되는 환류 자구가 형성되어 있고, 상기 환류 자구의 압연 방향에 대한 각도는 90°, 압연 방향에 있어서의 간격은 4 ㎜ 였다.

얻어진 방향성 전기 강판 (1) 을 적층하여 철심으로 하고, 상기 철심을 사용하여 정격 용량 : 2000 ㎸A 의 변압기를 제조하였다. 얻어진 변압기의 각각에 대하여, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 의 조건에서 여자했을 때의 소음 및 변압기 철손을 평가하였다.

도 10 은, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 소음 (dB) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 또, 도 11 은, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 이 0 ∼ 1 ％ 의 범위에 있어서의 상기 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 소음 (dB) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 즉, 도 11 은, 도 10 의 일부를 확대한 것이다. 도 10, 11 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 면적률 R₀ 이 0.10 ％ 이상이면, 빔 전류, 즉, 변형 도입량에 관계없이, 효과적으로 변압기 소음을 저감시킬 수 있다.

도 12 는, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 철손 (W/㎏) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 또, 도 13 은, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 이 0 ∼ 10 ％ 의 범위에 있어서의 상기 면적률 R₀ (％) 과, 변압기 철손 (W/㎏) 의 관계를 나타내는 그래프이다. 즉, 도 13 은, 도 12 의 일부를 확대한 것이다. 도 12, 13 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 면적률 R₀ 이 3.0 ％ 이하이면, 빔 전류, 즉, 변형 도입량에 관계없이, 변압기 철손의 증가를 억제할 수 있다.

이상의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 환류 자구 미형성 영역의 면적률 R₀ 이 0.10 ％ 이상, 3.0 ％ 이하이면, 변형 도입량에 관계없이, 변압기 철손의 증가를 억제하면서, 변압기 소음을 저감시킬 수 있다.

이하, 본 발명을 실시하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. 또한, 이하의 설명은 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여 설명하는 것이고, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않는다.

[변압기용 철심]

본 발명의 일 실시형태에 있어서의 변압기용 철심은, 복수의 방향성 전기 강판을 적층한 변압기용 철심이고, 상기 방향성 전기 강판의 적어도 1 장이, 후술하는 조건을 만족한다. 변압기용 철심의 구조 등은 특별히 한정되지 않고, 임의의 것으로 할 수 있다.

[방향성 전기 강판]

상기 변압기용 철심의 재료가 되는 방향성 전기 강판의 적어도 1 장은, 후술하는 조건을 만족하는 환류 자구 형성 영역과 환류 자구 미형성 영역을 갖는 것일 필요가 있다. 상기 서술한 바와 같이, 환류 자구 형성 영역과 환류 자구 미형성 영역에서는, 강판의 자왜 특성이 상이하다. 이와 같이, 1 장의 강판 중에 자왜 특성이 상이한 부분을 갖는 방향성 전기 강판을 철심용 소재로서 사용함으로써, 철심의 신축을 억제하고, 변압기 소음을 저감시킬 수 있다. 또한, 그 이외의 방향성 전기 강판으로는, 임의의 것을 사용할 수 있다.

상기 방향성 전기 강판으로는, 철심의 사이즈로 가공한 것을 사용하면 된다. 가공 전의 방향성 전기 강판 (원판) 이 환류 자구 형성 영역과 환류 자구 미형성 영역을 가지고 있었다고 하더라도, 그 원판의 어느 부분으로부터 철심용 소재로서의 방향성 전기 강판을 잘라내는가에 따라, 상기 방향성 전기 강판이, 환류 자구 형성 영역과 환류 자구 미형성 영역 중 어느 일방밖에 갖지 않는 것으로 되는 경우가 있다. 그 때문에, 후술하는 조건을 만족하도록, 철심용 소재로서의 방향성 전기 강판을 제작할 필요가 있다.

본 발명에 있어서 철심을 구성하는 방향성 전기 강판의 판두께는, 특별히 한정되지 않고, 임의의 두께로 할 수 있다. 강판의 판두께가 변화하더라도, 환류 자구의 소멸량 및 보조 자구의 생성량은 변화하지 않기 때문에, 판두께에 관계없이, 소음 저감 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 그러나, 철손을 저감시킨다는 관점에서는, 방향성 전기 강판의 판두께는 얇은 것이 바람직하다. 그 때문에, 방향성 전기 강판의 판두께는, 0.35 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 한편, 방향성 전기 강판이 어느 정도 이상의 두께를 가지고 있으면, 취급이 용이해지고, 철심의 제조성이 향상된다. 그 때문에, 방향성 전기 강판의 판두께는, 0.15 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

·환류 자구

상기 환류 자구는, 방향성 전기 강판의 압연 방향을 가로지르는 방향으로 형성한다. 바꾸어 말하면, 상기 환류 자구는, 압연 방향과 교차하는 방향으로 연장되도록 형성된다. 상기 환류 자구는 통상, 직선상이어도 된다. 상기 환류 자구의 압연 방향에 대한 각도 (경사 각도) 는, 특별히 한정되지 않지만, 60 ∼ 90° 로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 환류 자구의 압연 방향에 대한 각도란, 직선상으로 연장되는 환류 자구와, 방향성 전기 강판의 압연 방향이 이루는 각을 가리킨다.

상기 환류 자구는, 방향성 전기 강판의 압연 방향으로, 간격을 두고 형성하는 것이 바람직하다. 환류 자구의 압연 방향에 있어서의 간격 (선 간격) 은, 특별히 한정되지 않지만, 3 ∼ 15 ㎜ 로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 환류 자구의 간격이란, 1 개의 환류 자구와, 상기 환류 자구에 인접하는 환류 자구와의 간격을 가리킨다. 상기 환류 자구의 간격은 각각 상이해도 되지만, 등간격으로 하는 것이 바람직하다.

1 장의 방향성 전기 강판은, 1 또는 2 이상의 환류 자구 형성 영역을 구비할 수 있다. 1 장의 방향성 전기 강판에 복수의 환류 자구 형성 영역을 형성하는 경우, 각 환류 자구 형성 영역에 있어서의 상기 경사 각도 및 선 간격은, 환류 자구 형성 영역마다 상이해도 되고, 동일해도 된다. 또, 환류 자구 형성 영역을 갖는 방향성 전기 강판을 복수 사용하는 경우, 각 방향성 전기 강판의 환류 자구 형성 영역에 있어서의 상기 경사 각도 및 선 간격은, 각각 상이해도 되고, 동일해도 된다.

본 발명에 있어서의 「환류 자구가 형성된 영역」이란, 압연 방향을 가로지르는 방향으로 연장되는 환류 자구가, 압연 방향으로 간격을 두고 복수 존재하는 영역을 가리킨다. 예를 들어, 도 2 에 나타낸 바와 같이, 방향성 전기 강판 (1) 의 압연 방향에 있어서의 일단으로부터 타단에 걸쳐, 간격을 두고 연속적으로 환류 자구가 형성되어 있는 경우에는, 그것들 1 군의 환류 자구가 형성되어 있는 띠 형상의 영역 (사선부) 을 「환류 자구가 형성된 영역」으로 한다. 또한, 본 명세서에 있어서, 「환류 자구 형성 영역」이라는 용어는, 「환류 자구가 형성된 영역」과 동일한 의미로 사용된다.

본 발명의 변압기용 철심을 구성하는 방향성 전기 강판의 적어도 1 장은, 환류 자구 형성 영역과 환류 자구 미형성 영역을 가지고 있으며, 또한, 면적률 R₀ 및 면적률 R_1a 가 이하에 서술하는 조건을 만족할 필요가 있다.

·면적률 R₀ : 0.10 ∼ 3.0 ％

상기 방향성 전기 강판의 면적을 S, 상기 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역의 면적을 S₀ 으로 했을 때, S 에 대한 S₀ 의 비율로서 정의되는 면적률 R₀ 이 0.10 ∼ 3.0 ％ 일 필요가 있다. 면적률 R₀ 이 0.10 ％ 미만이면, 환류 자구 미형성 영역과 환류 자구 형성 영역의 상호 작용에 의한 소음 저감 효과가 불충분하다. 한편, 면적률 R₀ 이 3.0 ％ 를 초과하면, 환류 자구 형성 영역의 비율이 저하되는 결과, 자구 세분화의 효과가 불충분해지고, 철손이 증대된다.

·면적률 R_1a : 50 ％ 이상

상기 환류 자구가 형성된 영역의 면적을 S₁, 상기 환류 자구가 형성된 영역 중, 신장량이, 상기 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역에 있어서의 신장량보다 2 × 10^-7 이상 큰 영역의 면적을 S_1a 로 했을 때, S₁ 에 대한 S_1a 의 비율로서 정의되는 면적률 R_1a 가 50 ％ 이상일 필요가 있다. 바꾸어 말하면, 환류 자구 형성 영역 중, 환류 자구 형성 영역에 있어서의 신장량 (λ₁) 과 환류 자구 미형성 영역에 있어서의 신장량 (λ₀) 의 차로서 정의되는 「신장량의 차」 (Δλ ＝ λ₁ － λ₀) 가 2 × 10^-7 이상인 부분의, 환류 자구 형성 영역 전체에 대한 면적률 R_1a 가 50 ％ 이상일 필요가 있다. 여기서, 신장량이란, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 로 압연 방향으로 여자했을 때의 최대 변위 포인트에 있어서의 신장량을 가리키는 것으로 한다.

상기 서술한 바와 같이, 방향성 전기 강판을 여자하면, 판두께 방향으로 신장하는 보조 자구가 생성되고, 그 결과, 그 방향성 전기 강판은 압연 방향으로 수축한다. 한편, 환류 자구는 압연 직각 방향으로 신장되어 있고, 환류 자구의 존재에 의해 강판은 압연 방향으로 수축되어 있다. 그 때문에, 여자에 의해 환류 자구가 소멸하는 과정에 있어서, 강판은 압연 방향으로 신장한다. 이 환류 자구의 신장에 의해, 보조 자구의 생성에 의한 수축을 상쇄시킴으로써, 방향성 전기 강판의 압연 방향에 있어서의 수축을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 그리고 그 결과, 변압기의 소음을 억제할 수 있다.

상기 소음 억제 효과를 얻기 위해서는, 상기 면적률 R_1a 를 50 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 보다 높은 효과를 얻는다는 관점에서는, 상기 면적률 R_1a 를 75 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 면적률 R_1a 의 상한은 특별히 한정되지 않고, 100 ％ 여도 된다.

·신장량의 차 : 2 × 10^-7 이상

상기 면적률 R_1a 는, 신장량의 차가 2 × 10^-7 이상인 영역의 면적률로서 정의된다. 상기 신장량의 차가 2 × 10^-7 미만이면, 상기 서술한 진동 억제 효과가 작아, 변압기 소음을 충분히 저감시킬 수 없다. 한편, 수축량의 차의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 차가 지나치게 큰 경우에는, 적어도 일방의 자왜의 절대치가 큰 것이 되기 때문에, 소음의 증가를 초래하는 경우가 있다. 또, 수축량의 차가 커지는 조건에서는 강판이 변형되고, 철심용 소재로서 사용하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 그 때문에, 상기 수축량의 차는 5 × 10^-6 이하로 하는 것이 바람직하다.

변압기용 철심을 구성하는 모든 방향성 전기 강판 중, 적어도 1 장이 상기 조건을 만족하면 된다. 그러나, 모든 방향성 전기 강판 중 상기 조건을 만족하는 방향성 전기 강판의 비율이 높을수록, 철심 전체로서의 신축을 더욱 저감시키고, 보다 높은 소음 저감 효과를 얻을 수 있다. 그 때문에, 상기 비율은, 50 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 75 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 상기 비율의 상한은 특별히 한정되지 않고, 100 ％ 여도 된다. 또한, 여기서 상기 비율은, 변압기용 철심을 구성하는 모든 방향성 전기 강판의 합계 질량에 대한, 본 발명의 조건을 만족하는 방향성 전기 강판의 질량의 비율로 정의한다.

본 발명에 있어서 자왜의 변화를, 「최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 로 여자했을 때」의 신장량에 기초하여 규정하는 것은, 방향성 전기 강판을 사용한 변압기가, 1.7 T 정도의 자속 밀도로 사용되는 경우가 많기 때문이다. 또, 보다 저자속 밀도에서는 소음은 문제가 잘 되지 않는다. 또한, 상기 여자 조건하에서는 전기 강판의 결정 배향성이나 자구 구조에 의한 자왜의 특징이 현저하게 나타나고, 당해 조건하에서의 신장량이 자왜 특성을 나타내는 지표로서 유효하기 때문이다.

단, 환류 자구의 소멸량 및 보조 자구의 생성량은, 여자 자속 밀도나 여자 주파수에 의해 절대치는 변화하지만, 상대적인 비율에는 변화가 생기지 않는다. 즉, 환류 자구의 소멸량이 적을 때는, 보조 자구의 생성량도 적다. 그 때문에, 여자 자속 밀도에 관계없이, 상기 신축 억제 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 변압기용 철심의 사용 조건은, 1.7 T, 50 ㎐ 에 한정되는 것이 아니고, 임의의 조건에서 사용할 수 있다.

또, 환류 자구를 형성하면, 자구 세분화 효과에 의해 철손이 저감된다. 그 때문에, 본 발명의 조건을 만족하도록 환류 자구를 형성한 경우, 그 환류 자구는 철손을 저감시키는 방향으로 작용한다. 따라서, 철손 저감의 관점에서도, 본 발명은 한정되지 않는다.

[환류 자구의 형성 방법]

상기 환류 자구를 형성하는 방법으로는, 특별히 한정되지 않고 임의의 방법을 사용할 수 있다. 환류 자구를 형성하는 방법으로는, 예를 들어, 환류 자구를 형성하고자 하는 위치에, 변형을 도입하는 방법을 들 수 있다. 변형을 도입하는 방법으로는, 예를 들어, 숏 블라스트, 워터젯, 레이저, 전자빔, 플라즈마염 등을 들 수 있다. 압연 방향을 가로지르는 방향으로 직선상의 변형을 도입함으로써, 압연 방향을 가로지르는 방향으로 환류 자구를 형성할 수 있다.

환류 자구 미형성 영역을 형성하는 방법도 특별히 한정되지 않지만, 강판의 일부분에 있어서 상기 변형의 도입을 실시하지 않으면 그 부분을 환류 자구 미형성 영역으로 할 수 있다. 또, 변형을 도입하기 위한 처리를 강판의 전체면에 실시하는 경우에도, 강판의 일부분에 있어서 처리 조건을 조정하여, 변형이 도입되지 않도록 함으로써 환류 자구 미형성 영역을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 레이저나 전자빔을 조사할 때에, 포커스를 강판 표면으로부터 어긋나게 하면, 변형의 도입을 방지할 수 있다. 또, 숏 블라스트나 워터젯의 압력을 낮게 함으로써, 변형의 도입을 방지할 수도 있다.

환류 자구의 형성은, 특별히 한정되지 않고, 임의의 타이밍에서 실시할 수 있다. 예를 들어, 환류 자구의 형성을, 방향성 전기 강판을 슬릿한 후에 실시해도 되고, 슬릿 전에 실시해도 된다. 환류 자구의 형성을 슬릿 전에 실시하는 경우에는, 면적률 R₀ 및 면적률 R_1a 가 상기 조건을 만족하도록 슬릿 코일을 선정하고, 슬릿 위치를 조정할 필요가 있다. 수율의 관점에서는, 슬릿 후에 환류 자구의 형성을 실시하는 것이 바람직하다.

결정 방위나 피막 장력을 변화시켜 보조 자구의 생성 상황을 제어함으로써도 자왜 특성을 변화시키는 것이 가능하다. 그러나, 부분적으로 결정 방위나 피막 장력을 제어하는 것은 매우 곤란하여, 공업화 레벨에서의 실현성은 낮다. 이에 대하여 본 발명의 변압기용 철심은, 환류 자구를 형성한다고 하는, 매우 간편한 방법에 의해 제조할 수 있기 때문에, 생산성의 면에서도 매우 우수하다.

환류 자구 형성 영역은, 반드시, 도 2 에 나타낸 바와 같이 압연 방향에 있어서의 일단으로부터 타단에 걸쳐 연장될 필요는 없다. 또, 환류 자구 형성 영역의 형상은, 사각형에 한정되지 않고, 임의의 형상으로 할 수 있다.

방향성 전기 강판의 면 내에 있어서의 환류 자구 형성 영역의 배치는, 특별히 한정되지 않고, 임의의 배치로 할 수 있다. 그러나, 보다 효과적으로 신축을 억제한다는 관점에서는, 환류 자구 형성 영역과 환류 자구 미형성 영역이, 압연 직교 방향으로 인접하고 있는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 환류 자구 형성 영역과, 그 환류 자구 형성 영역에 인접하는 환류 자구 미형성 영역과의 사이의 경계선이, 압연 방향 성분을 가지고 있는 것이 바람직하다.

실시예

폭 160 ㎜ 이고, 판두께가 0.23, 0.27, 0.30 ㎜ 의 3 종류인 방향성 전기 강판을 준비하고, 상기 방향성 전기 강판에 전자빔을 조사하여 환류 자구를 형성하였다. 환류 자구를 형성하는 영역의 배치는, 도 14 에 나타낸 (a) ∼ (f) 의 6 패턴으로부터 선택하였다. 패턴 (a) 는, 1 장의 방향성 전기 강판에 1 개의 환류 자구 형성 영역이 존재하는 패턴이다. 패턴 (b), (c) 는, 2 개의 환류 자구 형성 영역이 존재하는 패턴이다. 패턴 (e), (f) 는, 3 개의 환류 자구 형성 영역을 갖는 패턴이다. 패턴 (d) 는, 4 개의 환류 자구 형성 영역을 갖는 패턴이다. 어느 패턴에 있어서도, 환류 자구 형성 영역 이외의 부분은, 환류 자구 미형성 영역이다.

사용한 패턴과, 방향성 전기 강판의 면적 S 에 대한 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역의 면적 S₀ 의 비율로서 정의되는 면적률 R₀, 및 각 환류 자구 형성 영역을 형성했을 때의 빔 전류를 표 2 ∼ 4 에 나타낸다. 여기서, 각 환류 자구 형성 영역의 면적률이란, 방향성 전기 강판의 면적에 대한, 각 환류 자구 형성 영역의 면적의 비율 (％) 이다. 또한, No.11 ∼ 14 의 샘플에 있어서는, 그 밖의 조건은 동일한 채로, 영역 1 과 영역 2 의 면적을 변경함으로써 면적률 R_1a 를 변화시켰다.

다른 전자빔 조사 조건은, 다음과 같이 하였다.

·가속 전압 : 60 ㎸

·주사 속도 : 32 m/sec

·조사선 간격 : 5 ㎜

또한, 환류 자구의 도입량 (체적) 은, 가속 전압, 빔 전류, 주사 속도, 형성 간격 등의 조건을 변경함으로써 조정 가능한데, 본 실시예에서는 빔 전류를 변경함으로써 조정하였다. 강판의 수축 거동은 환류 자구의 도입량에 의해 정해지기 때문에, 조정하는 파라미터가 상이해도, 도입된 환류 자구의 체적이 동일하면 수축 거동에 대한 영향은 동일하다. 또한, 비교를 위해, 일부의 실시예 (No.1, 10, 21) 에서는, 전자빔 조사를 실시하지 않았다.

다음으로, 각 영역의 자왜 특성을 평가하고, 환류 자구 형성 영역에 있어서의 신장량 (λ₁) 과 환류 자구 미형성 영역에 있어서의 신장량 (λ₀) 의 차로서 정의되는 「신장량의 차」 (Δλ ＝ λ₁ － λ₀) 를 평가하였다. 또한, 각 영역에 있어서의 자왜 특성은, 폭 100 ㎜, 길이 500 ㎜ 로 절단한 방향성 전기 강판의 전체면에, 각 실험과 동일한 조건에서 전자빔 조사를 실시한 샘플을 사용하여 평가하였다. 상기 샘플을 제조하기 위한 방향성 전기 강판으로는, 각 실험에서 사용한 것과 동일한 방향성 전기 강판을 사용하였다. 상기 샘플을, 소자 상태 (0T) 로부터 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 의 교류로 여자했을 때의 자왜 (강판 신축) 를 레이저 도플러 진동계로 측정하였다. 얻어진 수축량의 차의 값을 표 2 ∼ 4 에 병기한다.

얻어진 방향성 전기 강판에 있어서의, S₁ 에 대한 S_1a 의 비율로서 정의되는 면적률 R_1a 는, 표 2 ∼ 4 에 나타낸 바와 같았다. 여기서, S₁ 은 환류 자구가 형성된 영역의 면적이다. 또, S_1a 는 상기 환류 자구가 형성된 영역 중, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 로 압연 방향으로 여자했을 때의 최대 변위 포인트에 있어서의 신장량이, 상기 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역에 있어서의 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 로 압연 방향으로 여자했을 때의 최대 변위 포인트에 있어서의 신장량보다 2 × 10^-7 이상 큰 영역의 면적이다.

다음으로, 얻어진 방향성 전기 강판을 사용하여, 변압기용 철심을 제작하였다. 상기 변압기용 철심은, 삼상 삼각 (三相三脚) 의 적철심으로 하고, 폭 160 ㎜ 의 방향성 전기 강판의 코일을 사각 절단하고, 적층함으로써 제작하였다. 철심 전체의 치수는, 폭 : 890 ㎜, 높이 : 800 ㎜, 적층 두께 : 244 ㎜ 로 하였다.

상기 순서로 얻은 방향성 전기 강판의, 철심 전체에 대한 비율 (％) 을 표 2 ∼ 4 에 병기하였다. 상기 비율이 100 ％ 인 철심은, 상기 서술한 순서로 전자빔을 조사한 방향성 전기 강판만을 적층하여 제작한 것이다. 상기 비율이 100 ％ 미만인 철심에 대해서는, 도 14 에 나타낸 패턴으로 전자빔을 조사한 방향성 전기 강판에 더하여, 빔 전류 7 ㎃ 로 강판 전체면에 전자빔을 조사한 방향성 전기 강판을 적층하여 제작하였다.

이어서, 얻어진 철심에 여자 코일을 감은 후, 표 5 ∼ 10 에 나타낸 조건에서 여자하고, 각 여자 조건에 있어서의 변압기 소음 및 변압기 철손 (무부하 손실) 을 측정하였다. 여자는, 주파수 50 ㎐ 또는 60 ㎐ 의 교류로 실시하고, 최대 자속 밀도는 1.3 T, 1.5 T, 1.7 T 의 3 조건으로 하였다.

소음은, 철심의 3 개의 각 (脚) 각각의 전면과 배면, 합계 6 개 지점에서 측정하였다. 측정 위치는, 높이 400 ㎜, 철심의 표면으로부터 300 ㎜ 의 위치로 하였다. 상기 6 개 지점에서 측정된 소음의 평균치를 표 5 ∼ 7 에 나타낸다. 또, 측정된 철손을 표 8 ∼ 10 에 나타낸다.

표 5 ∼ 10 에 나타낸 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 조건을 만족하는 변압기용 철심은, 비교예에 비해 소음이 저감되어 있고, 또, 철손의 증가도 억제되어 있었다.

1 : 방향성 전기 강판
10 : 환류 자구 형성 영역
11 : 선상 변형
20 : 환류 자구 미형성 영역

Claims (3)

1. 복수의 방향성 전기 강판을 적층한 변압기용 철심으로서,
   상기 방향성 전기 강판의 적어도 1 장이,
   (1) 압연 방향을 가로지르는 방향으로 환류 자구가 형성된 영역과, 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역을 가지고 있으며, 또한
   상기 방향성 전기 강판의 면적을 S,
   상기 환류 자구가 형성된 영역의 면적을 S₁,
   상기 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역의 면적을 S₀,
   상기 환류 자구가 형성된 영역 중, 최대 자속 밀도 : 1.7 T, 주파수 : 50 ㎐ 로 압연 방향으로 여자했을 때의 최대 변위 포인트에 있어서의 신장량이, 상기 환류 자구가 형성되어 있지 않은 영역에 있어서의 신장량보다 2 × 10^-7 이상 큰 영역의 면적을 S_1a 로 했을 때,
   (2) S 에 대한 S₀ 의 비율로서 정의되는 면적률 R₀ 이 0.10 ∼ 3.0 ％ 이고,
   (3) S₁ 에 대한 S_1a 의 비율로서 정의되는 면적률 R_1a 가 50 ％ 이상인, 변압기용 철심.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 환류 자구의 압연 방향에 대한 각도가, 60 ∼ 90° 인, 변압기용 철심.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 환류 자구의, 압연 방향에 있어서의 간격이 3 ∼ 15 ㎜ 인, 변압기용 철심.

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