(57)【要約】【課題】直流リアクトル用として、直流磁界が増加しても増分透磁率ひいてはインダクタンスが低下しない方向性電磁鋼板と鉄心を提供する。【解決手段】直流磁界ｈ（Ａ／ｍ）が発生する時に、その鉄心に用いる方向性電磁鋼板に対して照射するレーザーの単位面積あたりのエネルギーＥ（ｍＪ／ｍｍ2）とｈとの関係が次式を満足する様にレーザー照射されることを特徴とする方向性電磁鋼板を用いる。  Ｅ≧１．５１×１０-7×ｈ3−７．８×１０-5×ｈ2＋２．９６×１０-2×ｈ−１【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流リアクトル用鉄心に直流磁界ｈ（Ａ／ｍ）が発生する時に、その鉄心に用いる方向性電磁鋼板に対して照射するレーザーの単位面積あたりのエネルギーＥ（ｍＪ／ｍｍ2）と直流磁界ｈとの関係が次式を満足するようにレーザーを照射したことを特徴とする方向性電磁鋼板。
Ｅ≧１．５１×１０-7×ｈ3−７．８×１０-5×ｈ2＋２．９６×１０-2×ｈ−１
【請求項２】
請求項１記載の方向性電磁鋼板を用いる鉄心において、発生する直流磁界ｈが４０Ａ／ｍ以上となるように、鉄心磁路長、巻線ターン数を決めることを特徴とする直流リアクトル用鉄心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流を巻線に流して、そこに重畳している交流電圧を平滑化する目的で用いる直流リアクトルについて、その鉄心に用いる方向性電磁鋼板とその鉄心自身に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統や電気回路でインダクタンス素子として用いられるリアクトルには複数の種類があるが、その内で、直流電流が流れる回路に用いられる機器は、直流リアクトルと呼ばれる。これは、直流成分中に重畳されている不要な交流成分を除去し、平滑化するために用いられる。また、短絡事故時などの異常電流抑制も、その他の目的の一つである。
【０００３】
この直流リアクトルは、巻線に流れる直流電流のため、鉄心が直流偏磁されて、磁化が飽和に近づく。このため、増分透磁率ひいてはインダクタンスが減少し、交流成分の除去能力が低下してしまう。この現象を、図１で説明する。１は、直流磁化曲線で、直流電流による磁界で、一定値まで磁化される。
【０００４】
磁化の途中の位置２で、重畳されている交流成分によって、交流磁化が発生し、３のマイナーヒステリシスループが描かれる。このループの幅に対する高さの比、即ち、Δｂ／Δｈが増分透磁率で、この値に比例したインダクタンスが発生して、平滑化が行われる。
【０００５】
前述の例では、直流磁化が飽和レベルよりも十分低いが、直流磁界が増加して、飽和に近づいた位置４では、マイナーヒステリシスループの傾斜が減少するため、増分透磁率も低下し、十分なインダクタンスが得られず、平滑化に問題が生じる。
【０００６】
この問題を解決するために、例えば、特許文献１で示されているように、鉄心の脚部分の一部に、図２に示すようなギャップ５を設ける方法が採用される。なお、６は、鉄心を示す。
【０００７】
磁気回路にギャップが設けられると、空気部分の磁気抵抗によって、鉄心の直流磁化曲線は、図３に示すように変化する。この曲線上において、図１の位置４に相当する位置７でのマイナーループは、傾斜即ち増分透磁率が確保されており、十分なインダクタンスが得られることになる。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３０２４４０号公報
【非特許文献２】電気学会技術報告  第６１６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述のように、直流磁界の増加によって発生する問題に対しては、鉄心にギャップを設けることが有効である。しかし、鉄心を流れる磁束は、ギャップ部分では、鉄心よりも外側に広がる、いわゆる、フリンジング磁束となる。非特許文献２では、この磁束が巻線と鎖交して、巻線の交流電流との相互作用で巻線が振動し、騒音が増加する問題が示されている。
【００１０】
したがって、ギャップは、できるだけ短縮するのが望ましいが、短縮の影響を補うために、直流磁界が増加した時の増分透磁率を増す他の方法が必要となる。
【００１１】
また、別の観点で、直流磁界が増加した時の増分透磁率を増すことのできる方法は、それのみの効果でインダクタンスを増加させることができ、直流リアクトルとしての平滑化の性能を向上させることができる。
【００１２】
よって、直流磁界が増加した時の増分透磁率を増すことのできる方法を開発することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の要旨は以下の通りである。
【００１４】
（１）直流リアクトル用鉄心に直流磁界ｈ（Ａ／ｍ）が発生する時に、その鉄心に用いる方向性電磁鋼板に対して照射するレーザーの単位面積あたりのエネルギーＥ（ｍＪ／ｍｍ2）と直流磁界ｈとの関係が次式を満足するようにレーザーを照射したことを特徴とする方向性電磁鋼板。
Ｅ≧１．５１×１０-7×ｈ3−７．８×１０-5×ｈ2＋２．９６×１０-2×ｈ−１
【００１５】
（２）請求項１記載の方向性電磁鋼板を用いる鉄心において、発生する直流磁界ｈが４０Ａ／ｍ以上となるように、鉄心磁路長、巻線ターン数を決めることを特徴とする直流リアクトル用鉄心。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、増分透磁率の高い方向性電磁鋼板と、それを用いた直流リアクトル用鉄心を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
方向性電磁鋼板へのレーザー照射は、鉄損を低減する方法として知られているが、図４に示すように、増分透磁率を上昇させる効果も持つ。この現象の原理は、以下のように考えられる。
【００１８】
レーザー照射は、鋼板に局部的な歪を発生させ、それが、板厚方向の磁化成分を持つ還流磁区を発生させる。鋼板の圧延方向に外部磁界をかけていくと、まず、レーザー照射部分以外にある圧延方向に磁化成分を持つ磁区の体積が変化することで、磁化していくが、レーザー照射で発生した還流磁区は、一定以上の磁界がかからなければ、圧延方向への磁化回転が発生しない。
【００１９】
これが、直流磁界が増加した時の増分透磁率を増す効果を発生させると考えられる。
【００２０】
レーザー照射による増分透磁率の増加の効果は、直流磁界とレーザー照射の条件によって変化する。直流磁界ｈとレーザー照射の単位面積あたりのエネルギーＥを変化させて、レーザー照射なしでの増分透磁率に対するレーザー照射後の増分透磁率の比を示したのが、図５である。
【００２１】
十分な効果を得るための増分透磁率比は１．５以上と考えて、これを満たす条件を、この図から導出した。
【００２２】
まず、直流磁界が増加していくと、条件を満たすためのレーザー照射の単位面積あたりのエネルギー下限値も増加していく。この直流磁界ｈ（Ａ／ｍ）と単位面積あたりのレーザーエネルギー下限値Ｅ（ｍＪ／ｍｍ2）の関係を、図５から読み取って式で表すと、次式が得られる。
Ｅ＝１．５１×１０-7×ｈ3−７．８×１０-5×ｈ2＋２．９６×１０-2×ｈ−１
【００２３】
即ち、レーザー照射の単位面積あたりのエネルギーが、この式で得られる値以上となるようにする必要がある。
【００２４】
次に、図５から、直流磁界が０に近づく領域で、増分透磁率比が１．５未満となる部分があることがわかる。この条件は、レーザー照射の単位面積あたりのエネルギーに依存することはなく、直流磁界のみによって決まることが見て取れる。その値が４０Ａ／ｍであることから、本発明の効果を得るためには、直流磁界は４０Ａ／ｍとする必要がある。
【００２５】
以上の条件をまとめて示したのが図６で、斜線で示す部分が、本発明に適合する範囲、即ち、レーザー照射によって増分透磁率の十分な増加が得られる条件となる。
【００２６】
一般に、直流リアクトルの仕様は、外部回路から流れ込む直流電流Ｉ（Ａ）で与えられる。このときの直流磁界ｈ（Ａ／ｍ）は、鉄心の磁路長をＬ（ｍ）、巻線のターン数をＴとすると、次式で表される。
ｈ  ＝  Ｉ×Ｔ／Ｌ
【００２７】
リアクトルの設計時に、この式および前出のｈとＥの関係式を用いて、Ｔ，Ｌ，Ｅに、それぞれ適当な値を設定すればよい。また、直流磁界ｈを４０Ａ／ｍ以上とするためにも、前式を用いて、適当なＴとＬを設定する必要がある。
【実施例】
【００２８】
（実施例１）
本発明の実施例として、直流電流４Ａを流す直流リアクトルを設計し、製作した。鉄心として、板厚０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板を用いて、図７に示す積鉄心を製作した。この鉄心の平均磁路長は１．８ｍとなる。鉄心の幅は１５０ｍｍ、厚みは２２ｍｍとした。また、巻線のターン数は１２０ターンとした。この条件で、鉄心に発生する直流磁界は、２６６Ａ／ｍとなる。
【００２９】
このリアクトルの平滑化能力を検証するため、直流電流４Ａを流しながら周波数３００Ｈｚで、鉄心に、０．１Ｔの磁束密度を発生させる交流電圧を重畳させて、交流インダクタンスを測定した。その測定結果を、表１に示す。
【００３０】
【表１】
2008255454.tif 000003
【００３１】
本発明に適合するレーザー照射の単位面積あたりのエネルギーが７ｍＪ／ｍｍ2の条件では、レーザー照射のない条件に対して、インダクタンスで約２倍の向上が得られている。一方、本発明に適合しない２ｍＪ／ｍｍ2の条件では、インダクタンスの向上は見られるものの、わずかにとどまっている。
【００３２】
（実施例２）
本発明の実施例として、直流電流１Ａを流す直流リアクトルを設計し、製作した。鉄心として、板厚０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板を用いて、図８に示す積鉄心を製作した。この鉄心の平均磁路長は１．２ｍとなる。鉄心の幅は１００ｍｍ、厚みは１００ｍｍとした。この鉄心の２箇所には、間隔が０．５ｍｍのギャップ５を設けてある。また、巻線のターン数は２００ターンとした。この条件で、鉄心に発生する直流磁界は、１６６Ａ／ｍとなる。
【００３３】
このリアクトルの平滑化能力を検証するため、直流電流１Ａを流しながら、周波数１０２０Ｈｚで、鉄心に、０．１Ｔの磁束密度を発生させる交流電圧を重畳させて、交流インダクタンスを測定した。その測定結果を、表２に示す。
【００３４】
【表２】
2008255454.tif 000004
【００３５】
本発明に適合するレーザー照射の単位面積あたりのエネルギーが１３ｍＪ／ｍｍ2の条件では、レーザー照射のない条件に対して、インダクタンスで６０％の向上が得られている。一方、本発明に適合しない２ｍＪ／ｍｍ2の条件では、インダクタンスの向上は見られるものの、その効果は、１３ｍＪ／ｍｍ2条件の半分にとどまっている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】直流磁化曲線とマイナーヒステリシスループを示す図である。
【図２】一部に複数のギャップを有するリアクトル鉄心の一例を示す図である。
【図３】一部にギャップがある鉄心の直流磁化曲線とマイナーヒステリシスループを示す図である。
【図４】レーザー照射による増分透磁率の変化を示す図である。
【図５】レーザー照射なしに対するレーザー照射ありの増分透磁率比を示す図である。
【図６】本発明に適合する条件を示す図である。
【図７】実施例として製作した鉄心を示す図である。
【図８】実施例として製作した別の鉄心を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    直流磁化曲線
２    飽和磁化よりも十分低い位置の磁化点
３    マイナーヒステリシスループ
４    飽和磁化に近い位置の磁化点
５    鉄心に設けられたギャップ
６    鉄心
７    図１の位置４に相当する磁化点
【図１】
2008255454.tif 000005
【図２】
2008255454.tif 000006
【図３】
2008255454.tif 000007
【図４】
2008255454.tif 000008
【図５】
2008255454.tif 000009
【図６】
2008255454.tif 000010
【図７】
2008255454.tif 000011
【図８】
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