(57)【要約】  本発明は、電気機械、特に電力用変圧器やリアクトル用ノ強磁性鉄心板を製造するための方法に関する。同様に、本発明は強磁性鉄心板（６０）に関する。電磁鋼帯（１０、１１、１２）を積層した構造と、結合層（３０）、特に接着層による電磁鋼帯の結合とによって、ごく僅かな層厚の個々の電磁鋼帯を有する鉄心板が製造可能である。これにより、低減された渦電流損を有する鉄心板を積層した鉄心を電磁機械用に提供することが可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械用強磁性鉄心板（６０）を製造するための方法において、強磁性材料から成る１つの第１電磁鋼帯（１０）と少なくとも１つの第２電磁鋼帯（１１）が結合層（３０）によって互いに結合される方法。
【請求項２】
電磁鋼帯（１０、１１）が少なくとも部分的に絶縁層（２０、２１）によって包み込まれており、第１電磁鋼帯（１０）の絶縁層（２０）が結合層（３０）によって第２電磁鋼帯（１１）の絶縁層（２１）と互いに結合される請求項１記載の方法。
【請求項３】
絶縁層（２０）が、特にフォステライト又はファヤライトから冶金的に製造されたカバー層である請求項１又は２の記載の方法。
【請求項４】
絶縁層（２０、２１、２２）の間の結合層（３０）が接着層である請求項１から３の１つに記載の方法。
【請求項５】
結合層（３０）が電磁鋼帯に強い粘着力で付着する請求項４記載の方法。
【請求項６】
結合層（３０）が機械的に切断可能かつ柔軟である請求項４又は５の記載の方法。
【請求項７】
結合層（３０）が−７５℃〜＋２００℃の温度範囲において温度安定性である請求項４から６の１つに記載の方法。
【請求項８】
結合層（３０）が鉱油、ミデル（エステル）および／又はシリコーンに耐える請求項４から７の１つに記載の方法。
【請求項９】
結合層（３０）が絶縁層（２０、２１、２２）の間に冶金的に製造された層であり、この層が特に一時的再結晶焼鈍によって生成される請求項１から３の１つに記載の方法。
【請求項１０】
電磁鋼帯（１０）が粒方向性を有する請求項１から９の１つに記載の方法。
【請求項１１】
絶縁層（２０）および／又は結合層（３０）が、鉄心板（６０）の機械的安定性に寄与する機械的構造を有する請求項１から１０の１つに記載の方法。
【請求項１２】
第１電磁鋼帯（１０）が絶縁層（２０）で包み込まれ、引き続き電磁鋼帯（１０）の上面と下面とに結合層（３０）が被着され、包み込む絶縁層（２１、２２）を有する第２電磁鋼帯（１１、１２）が各々電磁鋼帯（１０）の上面および下面で加圧ロール（４０）によって第１電磁鋼帯（１０）に押付けられる請求項１から１１の１つに記載の方法。
【請求項１３】
鉄心板（６０）内で電磁鋼帯（１０）、絶縁層（２０）および結合層（３０）の少なくとも１つが変化する請求項１から１２の１つに記載の方法。
【請求項１４】
電気機械用強磁性鉄心板（６０）において、鉄心板（６０）が個々の電磁鋼帯（１０、１１、１２）で構成されており、電磁鋼帯（１０、１１、１２）が各々１つの絶縁層（２０、２１、２２）を有し、絶縁層（２０、２１、２２）が結合層（３０）によって互いに結合されている強磁性鉄心板。
【請求項１５】
結合層（３０）が接着層である請求項１４記載の強磁性鉄心板。
【請求項１６】
結合層（３０）が電磁鋼帯（１０、１１、１２）の各絶縁層（２０、２１、２２）の間の冶金的結合部である請求項１４記載の強磁性鉄心板。
【請求項１７】
異なる結合方式が結合層（３０）として使用可能である請求項１５又は１６の記載の強磁性鉄心板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械用強磁性鉄心板を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば電力用変圧器やリアクトル等の電磁機械の運転は、構造態様および使用材料に関して正確に調整された電気機械の構成を必要とする。それ故に電力用変圧器、配電用変圧器の鉄心は、しばしば、粒方向性強磁性ケイ素鋼で構成される。これが不可欠なのは、鉄心内を伝搬する時間依存磁束が電気損失を発生するためである。一方で、鉄心内で磁化方向が周期的に反転することで鉄損が発生する。同様に、鉄心内に渦電流が誘導され、渦電流は伝搬する磁束に対し垂直に向いている。それ故に、渦電流損を減らすために変圧器鉄心は中実にではなく、粒方向性強磁性ケイ素鋼の積層した個別板から製造される。
【０００３】
鉄損を避けるために鉄心板は、粒方向性の改良と、例えばフォステライト（Fosterit）等のガラス状絶縁層への電磁鋼帯の表面処理とが達成されるように処理される。粒方向性電磁鋼帯は冷間圧延された熱間鋼帯から製造される。中間で脱炭焼鈍、再結晶焼鈍および応力除去焼鈍を行う冷間圧延は、明確な磁化優先方向を有する規則的冶金結晶構造を生成する。
【０００４】
酸化マグネシウムによる表面処理では、再結晶焼鈍中に絶縁ガラス状カバー層（フォステライト）の生成を伴う。引き続きリン溶液を被着し、次いで乾燥させると、最終的絶縁層膜（リン酸塩）が生ずる。絶縁被覆は、通常、粒方向性電磁鋼帯の両方の表面に被着される。
【０００５】
改良された粒方向性とレーザ、エッチング又は機械的処理を介した磁区精密化とにより鉄損の低減は系統的に保証される。渦電流損の減少は鉄心板の磁気有効厚によって本質的な影響を受ける。鉄心板が薄ければ薄い程、渦電流損は一層少なくなる。渦電流損を避けるべく、中実変圧器鉄心は使用されず、鉄心は相応する薄い電磁鋼帯で積層構成される。
【０００６】
一部で複数回冷間圧延された熱間鋼帯として粒方向性電磁鋼帯が製造され、中間の脱炭焼鈍、再結晶焼鈍および応力除去焼鈍により、明確な磁化優先方向を有する冶金的に変化した結晶構造が生ずるように、製造プロセスは従来どおり構成される。表面処理は上述の絶縁ガラス状カバー層（フォステライトとリン酸塩）を生成する。
【０００７】
このように製造され、処理された電磁鋼帯は、単層ロールとして縦方向切断設備において部分ロールに切断される。引き続き、変圧器鉄心用に最終的鉄心板の横方向切断又は打抜きが行われる。打抜きプロセスは、電磁鋼帯の縦方向切断のプロセスラインの内部で又は個別の打抜きプロセスの枠内で行われる。こうして打抜かれた鉄心板は、引き続き鉄心装着装置で、手動で又は自動的に積層して変圧器鉄心とされる。
【０００８】
米国特許出願公開第２００２／０１５８７４４号明細書は、積層した鉄心板を有する大型変圧器を製造するための装置と方法を述べている。
【０００９】
更に米国特許第６４１６８７９号明細書は、材料を積層した鉄心内での鉄損と渦電流損とを最少とすべく、鉄心板製造用の出発材料としての鉄含有材料組成を開示している。
【００１０】
粒方向性電磁鋼帯を製造するための方法とこれから製造された磁心を開示する独国特許出願公開第４３３７６０５号明細書にも同じことがあてはまる。
【００１１】
先行技術の全ての方法および使用される鉄心板構造では、こうして製造された鉄心板の幅が０．２３ｍｍの最小厚を下まわってはならないと言う欠点がある。それは、鉄心製造プロセスにおいて材料が機械的に過度に強く負荷されるからである。そのことから、こうして機械的に負荷された鉄心板の電磁特性が悪化する可能性がある。そこでこれらの製造技術的制限の故に、これらの鉄心板を相応に積層した変圧器鉄心において、鉄心板のこの幅と結び付いた渦電流損を更に減らすことが従来は不可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明の課題は、例えば鉄心装着プロセス等の機械的負荷時にもその電磁的性質を減退させない僅かな厚さの鉄心板の製造を可能とする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の課題は、請求項１の特徴事項によって解決される。本発明によれば、強磁性材料から成る１つの第１電磁鋼帯と、少なくとも１つの第２電磁鋼帯が各々少なくとも１つの絶縁層で少なくとも部分的に包み込まれており、第１電磁鋼帯の絶縁層が結合層によって第２電磁鋼帯の絶縁層と互いに結合される。個々の電磁鋼帯の間で結合層を使用することによって得られる利点は、こうして製造された鉄心板が積層構造を有し、それと共に本発明に係る鉄心板を積層した鉄心内で渦電流損が著しく低減する点にある。１つの電磁鋼帯のみで構成された従来の鉄心板と異なり、本発明に係る方法で製造された鉄心板は複数の電磁鋼帯の１層で構成される。結合層は、鉄心板の電磁鋼帯の積層組織が、例えば製造プロセス時又は応力負荷時等の鉄心板の機械的応力にも耐え、それと共に鉄心の機械的負荷にも耐えることを確保する。
【００１４】
本方法の１構成では、絶縁層は、特にフォステライト又はファヤライト(Fayalit)から冶金的に製造されたカバー層であるとよい。絶縁層間の結合層が接着層であると好適である。個々の電磁鋼帯間で固着物質を使用すると、一方で絶縁層間に、従って個々の電磁鋼帯間に永続的結合が保証され、渦電流損を著しく低減できる。同時に鉄心板のこの積層構造は、鉄心板が高い機械的安定性を有し、製造プロセスにて無制限に利用可能である。
【００１５】
結合層は鉱油、ミデル、シリコーンに対して持続的に耐え、−７５℃〜＋２００℃の範囲において温度安定性で、電磁鋼帯に強く付着していなければならない。固着された電磁鋼帯の積層体は可撓性で、一般的縦方向および横方向切断プロセスにおいて加工可能でなければならない。固着層の硬さが鉄心板切断工具の摩耗の増大をもたらしてはならない。
【００１６】
本方法の有利な１構成では、結合層は絶縁層の間に冶金的に製造された層であり、この層は特に一時的再結晶焼鈍によって生成される。鉄心板用電磁鋼帯上の絶縁層は従来どおり電磁鋼帯表面の冶金的加工、例えば表面の酸洗又はエッチングによって生成される。表面上に絶縁層を形成上で電磁鋼帯の熱処理も不可欠なので、従来の製造法は個々の絶縁層の間に結合層を製造するのにも利用できる。
【００１７】
絶縁層および／又は結合層が、鉄心板の機械的安定性に寄与する機械的構造を有すると好ましい。例えば飛行機におけるような格子構造を結合層に挿入することで、結合層の機械的安定性を向上できる。このことは、固着物質として異なる材料を使用して結合層を形成する場合にも同様にあてはまる。絶縁層も、他の格子層を付加しおよび／又は電磁鋼帯の位置依存的表面処理によって機械的に強化可能である。
【００１８】
第１電磁鋼帯が絶縁層で包み込まれ、引き続き電磁鋼帯の上面と下面とで絶縁層に結合層が被着され、包み込む絶縁層を有する第２電磁鋼帯が各々電磁鋼帯の絶縁層の上面および下面で加圧ロールによって第１電磁鋼帯に押付けられると有利である。有利には、鉄心板内で電磁鋼帯および／又は絶縁層および／又は結合層が変化し、鉄心板を積層構成するとき構造的および／又は電気機械的諸条件も考慮することができる。
【００１９】
積層は既存の製造プロセスに一体化し得る。２つ以上の単層完全ロールを積層して１つの積層ロールを完成できる。この積層完成ロールはスリット形成プロセスの出発材料として役立つ。或いは選択的に、所定幅に切断した２つ以上の単層部分幅ロールを積層して１つの積層部分幅ロールとすることができ、この積層部分幅ロールが後続の横切断プロセス（打抜きプロセス）用の出発材料となる。同様に、打抜いた２つ以上の個別鋼板を積層して１つの積層鉄心板とすることも考えられる。
【００２０】
本発明に係る方法の利点として、従来よりも僅かな板厚（板厚＜０．２３ｍｍ）が使用可能である。この結果、一定した設計・製造費用において、鉄心内の渦電流を系統的に減らすことができる。本発明に係る方法は、更に従来の鉄心板製造プロセスおよび既存の鉄心装着方法の変更を必要としない。
【００２１】
本発明の課題は、請求項１４の特徴によって同様に解決される。本発明によれば、鉄心板（６０）が個々の電磁鋼帯で構成され、電磁鋼帯が各々１つの絶縁層を有し、絶縁層が結合層によって互いに結合される。強磁性鉄心板の有利な１構成では、結合層は接着層である。選択的に、結合層は電磁鋼帯の各絶縁層の間の冶金的結合部であってもよい。鉄心板の様々な結合層用の異なる結合方式を組合せることも可能である。
【００２２】
その他の有利な措置は残りの従属請求項に明示している。実施例と図とに基づき、本発明を詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は積層された電磁鋼帯１０、１１、１２の本発明に係る製造方法の略図である。中央の電磁鋼帯１０は、冶金的に処理された表面又は別の方法で被着された、図１には示さない絶縁層２０を既に有し、固着剤５０を吹き付けられる。中央電磁鋼帯１０の外側絶縁材に被着される接着物質が図１には示さない結合層３０を形成し、中央電磁鋼帯１０を基準に結合層の上面と下面に他の電磁鋼帯１１、１２が被着される。こうして形成される結合層３０は各電磁鋼帯１０、１１、１２の絶縁層２０、２１、２２の間で加圧ロール４０により圧縮され、こうして個々の電磁鋼帯１０、１１、１２の間に寿命の長い永続的結合層３０を形成する。この結果、一方でこうして製造された鉄心板６０の機械的安定性が達成される。更に電磁鋼帯１０、１１、１２を積層構成して１つの鉄心板６０とすると、鉄心板６０に関する０．２３ｍｍの従来の製造技術的限界が低減し、その際渦電流損は更に低減可能である。
【００２４】
図２は既に打抜かれた電磁鋼帯１０、１１、１２の製造時における本発明に係る方法の応用を示し、この電磁鋼帯が鉄心板６０の製造の出発点である。図１の方法におけると同様に、打抜かれた電磁鋼帯１０の、図２には示さない絶縁層２０に両側で結合物質５０が被着されて結合層を形成する。この結合層３０に、打抜かれた電磁鋼帯１０に対応した他の電磁鋼帯１１、１２が電磁鋼帯１０の上と下とに配置され、加圧ロール４０によって加圧される。これにより、相応する鉄心板６０が積層構造となる。
【００２５】
こうして製造された鉄心板６０の略構造を図３と４に示す。図３では、鉄心板６０の個々の電磁鋼帯１０、１１、１２が固着物質５０により互いに貼り付けられている。
【００２６】
接着剤が結合層３０の付加的絶縁作用を提供するので、電磁鋼帯の絶縁層２０を省くことができる。それは、絶縁特性は専ら結合層３０と絶縁層２１、２２により保証されているからである。選択的に、鉄心板６０の電磁鋼帯１０、１１、１２の間の結合層３０は、例えば個々の電磁鋼帯１０、１１、１２相互の完全焼鈍等の冶金方法によっても保証できる。その際、個々の絶縁層２０、２１、２２が相互に冶金的に結合する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】積層された電磁鋼帯用の本発明に係る製造方法の略図である。
【図２】既に打抜かれた鉄心板の積層プロセスの略図である。
【図３】接着層によって互いに結合された、絶縁層を備える３つの冶金処理された電磁鋼帯の略積層構造を示す。
【図４】結合層としての冶金的結合部によって互いに結合された３つの平行に配置された電磁鋼帯を有する本発明に係る鉄心板の略構造を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１０、１１、１２  電磁鋼帯、２０、２１、２２  絶縁層、３０  結合層、４０  加圧ロール、６０  鉄心板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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