低噪音变压器用的单向性电磁钢板 本发明涉及变压器等的铁心用的磁致伸缩特性优良的低噪音变压器用单向性电磁钢板。
在电气、电子装置中广泛使用的磁性材料中，施加磁场时长度的变化程度(称之为磁致伸缩)由于是变压器噪音的原因，所以成为在质量管理中的一个重要的评价项目。近年来，由于对生活环境舒适的要求和限制，对电动装置的噪音更加严格要求。因此，对于减小磁致伸缩实现低噪音化的研究十分活跃。
作为磁性材料之一的变压器的铁心中使用的单向性电磁钢板，有减少闭合磁畴以减小磁致伸缩的方法。这里所称的闭合磁畴是有与磁场施加方向成直角的磁化的区域。由于施加磁场该磁化向与磁场平行的方向移动时就产生磁致伸缩。因此，闭合磁畴越少，磁致伸缩就越小。作为主要的减小磁致伸缩的方法，已公知有以下几种：
(1)使晶粒的<001>方向向轧制方向靠拢，不形成因磁化旋转而产生形状变化的闭合磁畴的方法(T.Nozawa等，“Relationship BetweenTotal Losses under Tensile Stress in 3 Percent Si-Fe Single Crystals andTheir Orientations near(110)
”，IEEE Trans.on Mag.，Vol.MAG-14，No.4，1978.)，
(2)使塑性畸变释放以去除闭合磁畴的方法(日本专利特开平7—305115，“标记地方向性硅钢板方位中心和配置开发”，OHM 1972.2)
(3)向钢板施加覆盖膜张力以去除闭合磁畴的方法(T.Nozawa等，“Relationship between Total Losses under Tensile Stress in 3 PercentSi-Fe Single Crystals and Their Orientations near(110)
”，IEEETrans.on Mag.，Vol.MAG-14，No.4,1978.)
主要通过这三种方法，减小磁致伸缩，使电动装置低噪音化。
单向性电磁钢板作为变压器组装、励磁时，构造体中发生各种振动模式，产生高次振动频率。尤其是励磁的基本振动频率(例如励磁电流频率为50Hz时是100Hz)及其整数倍的频率(例如励磁电流频率为50Hz时，200Hz，300Hz，400Hz…)在变压器的噪音中也具有特别大的强度。其中较低的频率成分直接振动铁心本体，而高频率成分使水槽、冷却装置、存油器等变压器的附加装置发生共振。但是，由于高频率成分的幂指数低对振动强度的影响小，在现有技术中主要是减小低频率成分的振动。
但是由于对进一步低噪音化的要求加强，必须有更高级的技术。
本发明目的在于提供减小磁致伸缩波形的高频率成分，实现低噪音化效果，磁致伸缩特性优良的低噪音变压器用电磁钢板。
本发明的具体手段如下：
(1)一种低噪音变压器用单向性电磁钢板，其中具有赋予钢板0.5MPa以上、4.0MPa以下的张力的覆盖膜。
(2)一种低噪音变压器用单向性电磁钢板的制造方法，其特征在于：对于单向性电磁钢板，在预先不形成玻璃覆盖膜或在形成玻璃覆盖膜后以任意方法将其除去之后，用在表面涂覆或类似方法向其赋予0.5MPa以上、4.0MPa以下的张力。
(3)一种低噪音变压器用单向性电磁钢板，其特征在于λ1.9在1.5×10-6以下。
(4)如上述(1)或(3)所述的低噪音变压器用单向性电磁钢板，其特征在于板厚在0.27mm以上。
图1是磁致伸缩的曲线示图；
图2是对磁致伸缩傅里叶分解，进行听觉补正的例子；
图3是变压器的噪音特性；
图4是覆盖膜张力和磁致伸缩的关系。
本发明的要点在于，是通过用任意方法不形成或除去玻璃覆盖膜之后，在表面上涂敷适量的涂层，控制磁致伸缩波形，来减少振动的高频成分，大大减小人的听觉感觉得到的噪音的低噪音变压器用单向性电磁钢板。
如上所述，迄今为止的研究都是通过减少闭合磁畴来减小磁致伸缩。但是，本发明人发现即使用磁致伸缩比较小的材料，对人的听觉比较敏感的较高音域的噪音仍然几乎没有降低，为此进行了认真研究。在下面的实验中继续说明。
本发明人认为以一定频率(通常为50Hz或60Hz)励磁的变压器产生高频磁致伸缩的理由是不平滑的磁致伸缩波形造成的。并分析了该平滑性和覆盖膜张力的关系。
图1示出以1.9T、60Hz对覆盖膜张力变化的两种单向性电磁钢板励磁时磁致伸缩随时间的变化。众所周知，通过改变激光照射条件和覆盖膜张力等，可大大改变单向性电磁钢板的磁致伸缩波形。在本例中采用常规方法制造的单向性电磁钢板，其中试样1上的覆盖膜涂敷量比常规的少80％，张力大大减小。用酸除去一面上的覆盖膜，将钢板弯曲，用其曲率计算覆盖膜张力(式1)。钢板的曲率H(mm)是，把弯曲后的试样放在平板上，测量从一个端部到另一端得到的距离。
其中，σB：覆盖膜张力(g/mm2)
E：杨氏模量(kg/mm2)
υ：泊松比(＝0.3)
t：钢板厚度(mm)
T：试样厚度(mm)
H：钢板曲率(mm)
λ：试样长度(mm)
图1中的磁致伸缩的最高值和最低值的差λp-p’对试样1是0.62×10-6，对试样2是0.64×10-6，根据现有指标即磁致伸缩的振幅可以预测噪音是基本上相同的值。
图2示出以60Hz在0～1.9T范围内对试样1和2励磁时的励磁磁场强度B和磁致伸缩λB(励磁磁场强度为BT时钢板的Δl/l即为o-p值。λ19是B＝1.9T时的o-p值)的关系。
若用λB表示，如图2所示，覆盖膜张力小的试样1中，与λB在全部磁场强度下为正值不同，在通常的有张力的材料中，B不大于1.7T时向负的方向增大，在更高的磁场强度下显示正值。
组装使用这两种材料的630kVA的三相变压器，测量对其以60Hz、1.9T励磁时的噪音，用试样1时为66dB，用试样2时为73dB，虽然λp-p基本上相同，但噪音有很大差别。为此，对这些材料的波形进行详细分析。
图3示出分别对试样1、2以60Hz、1.9T励磁时，每频率成分的磁致伸缩速度大小(LVA)。它是对用速度直接表示的磁致伸缩随时间的变化以每频率的强度用傅里叶变换进行分解，用每频率的人的听觉水平(A特性)对其进行修正的值。听觉水平的修正是加上与每频率的感觉强度相对应的系数。
从图3可看出，若比较每频率成分的磁致伸缩速度大小，组装变压器时，噪音大的试样2与试样1相比，基本频率成分(120Hz)的LVA相同，第二高频成分(240Hz)以后的都更大。由于在4KHz以下频率越高人的听觉感到的声音越大，在进行听觉修正时，在4KHz以下频率越高强度的修正越大。为此，试样2在组装变压器时的噪音大。
本发明人认为，上述的试样2的高频成分高的理由是磁致伸缩波形不同。参见图2可看出，张力大的试样2的λo-B在励磁磁场强度1.7T附近有弯曲点，在比它更高的磁场强度下磁致伸缩陡峭地增加。
发明人认为，由于覆盖膜张力减小的试样1和试样2相比，感应磁各向异性小，在1.7T附近，产生较多的抑制表面漏泄磁力线的闭合磁畴。这种闭合磁畴在1.7以上会消失，相应地磁致伸缩增加。由于试样1的闭合磁畴的变化大，磁致伸缩的增加陡峭，作为高频成分的LVA反映了这一点。这种陡峭的变化是更高的频率成分的噪音产生的原因，整体上对于噪音大小的增加是不优选的。
另一方面，试样1的磁致伸缩不陡峭变化，在全部的磁场强度下波形平滑增加。认为其原因在于，由于产生的闭合磁畴比较少，所以磁致伸缩从低磁场强度缓缓增加。
图4示出覆盖膜张力和LVA的关系，覆盖膜张力大时LVA减小，在2.0MPa到达极小点后再次增加。此时在1.7T下测量的理由是，在该磁场强度下最容易产生闭合磁畴，λB容易成为负值。而且变压器的设计磁场强度在其附近也是原因。
覆盖膜张力比现有制品小很多的制品，通过在用不形成玻璃覆盖膜的工艺制造的钢板上涂敷绝缘覆盖膜的单向性电磁钢板制造。(Y.Yoshitomi.O.Tanaka等：Ultrathick glassless high-permeability，grain-oriented silioon steel sheets with high workability，JMMM，160，(1996)，1233.)。它是涂敷与现有制品同样的覆盖膜(8MPa)，张力比本发明大。另外，美国专利第5,961,744号中公开了在无玻璃覆盖膜的材料上涂敷与通常的单向性电磁钢板同样的绝缘覆盖膜的钢板。但是，这些材料的目的是涡旋发电机用铁心必需的，要求覆盖膜厚度为2.5μm(＝8MPa)以上，抑制良好的拉拔性和剪切性，没有减小磁致伸缩的目的。
基于以上观点，本发明人提供了这样的单向性电磁钢板，为了减少磁致伸缩中对噪音影响大的高频成分而赋予适当的覆盖膜张力，具有陡峭处少的平滑的磁致伸缩波形，认为可以有效地减小变压器等电动装置的噪音，由此完成了本发明。
下面，说明本发明的限定理由。
本发明中，作为减小实际的磁致伸缩波形的陡峭程度的条件，基于图4的结果，规定具有赋予钢板0.5MPa以上、4.0MPa以下的张力的覆盖膜是材料低噪音化的良好范围。
下限为0.5MPa的理由是，制作变压器铁心时，钢板结束，但其压缩力在0.5MPa以上，抵抗这种大小的应力的张力不会向钢板引入因外部应力造成的畸变，增加磁致伸缩。上限是4.0MPa的理由是，若覆盖膜张力超过该值，在1.7T下钢板一旦收缩，并向饱和状态急剧伸张，波形就失去平滑性，LVA增加。而且被膜张力的优选范围为1.0MPa以上，3.0MPa以下。
λ1.9在1.5×10-6以下的理由是在高磁场下为了得到比现有的低噪音必须满足该条件。
板厚为0.27mm以上的原因是变压器多在该条件下组装装，为了低噪音化该板厚必须满足上述条件。
如上所述，作为可通过覆盖膜张力控制磁致伸缩波形的理由，可如下考虑。由于与施加覆盖膜张力相反的磁致伸缩的效果，闭合磁畴以消磁状态消灭。该消灭量与覆盖膜张力的强度基本上成比例。这种磁畴在磁场强度小于约1.7T时励磁时开始出现，在比它更高的磁场强度下又消失。因此，通过适当调整该张力可以抑制磁致伸缩，可根据条件作成平滑的波形。
实施例1
对用常规方法制造的板厚0.30mm的单向性电磁钢板，在五个条件下振动涂敷，涂敷量为使得张力在0～7.0MPa范围内。用激光多普勒(laser Doppler)方式的非接触式磁致伸缩测量装置测量对这五个试样在1.4T、1.7T、1.9T励磁时的磁致伸缩。结果示于表1。
从中选择满足本发明的波形条件的试样D、不满足的试样A、E组装500kVA的三相变压器，在50Hz、1.5T的励磁状态下测量噪音。其结果示于表2。
用满足本发明的条件的材料制作的变压器，噪音可以降低。表1 试样号 覆盖膜张力 (MPa) λ14 (×10-6) λ17 (×10-6) λ19 (×10-6) 备注 A 0 0.05 1.52 4.82 比较例 B 0.7 0.26 0.43 1.46 本发明 C 1.5 0.03 0.43 0.95 本发明 D 2.1 0.07 0.13 0.42 本发明 E 7.0 -0.52 -1.13 0.54 比较例
表2 试样号 噪音 备注 A 49.5dB(A) 现有技术 D 41.0dB(A) 本发明 E 47.8dB(A) 现有技术实施例2
对用常规方法制造的板厚0.30mm的单向性电磁钢板，在五个条件下振动涂敷，涂敷量为使得张力在0.02～7.0MPa范围内。用激光多普勒方式的非接触式磁致伸缩测量装置测量对这五个试样在1.4T、1.7T、1.9T励磁时的磁致伸缩。结果示于表3。
从中选择满足本发明的波形条件的试样D、不满足的试样A、E组装500kVA的三相变压器，在50Hz、1.5T的励磁状态下测量噪音。其结果示于表4。
用满足本发明的条件的材料制作的变压器，噪音可以降低。表3 试样号 覆盖膜张力 (MPa) λ14 (×10-6) λ17 (×10-6) λ19 (×10-6) 备注 A 0.02 1.03 2.08 4.71 比较例 B 0.7 0.13 0.55 1.24 本发明 C 1.4 0.03 0.04 0.34 本发明 D 2.5 0.28 0.30 0.86 本发明 E 7.0 -0.63 -1.23 0.43 比较例表4 试样号 噪音 备注 A 47.2dB(A) 现有技术 D 39.8dB(A) 本发明 E 46.5dB(A) 现有技术