(57)【要約】【課題】より良いエネルギ性能を有する磁気コアを設計することおよびこのような磁気コアの有利な使用を行うことにある。【解決手段】透磁率の既知の優先方向をもつ電気鋼板のスタックからなる磁気コア。連続する単一鋼板および／または一群の鋼板の透磁率の優先方向は、スタック内で所定のシフト角だけ異なっている。上記磁気コアの使用方法も開示する。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透磁率の既知の優先方向をもつ電気鋼板のスタックからなる磁気コアにおいて、連続する単一鋼板および／または一群の鋼板の透磁率の優先方向は、スタック内で所定のシフト角だけ異なっていることを特徴とする磁気コア。
【請求項２】
前記磁気コアの電気鋼板のスタックは、方向性電気鋼板で作られていることを特徴とする請求項１記載の磁気コア。
【請求項３】
前記シフト角は、連続する各対の単一鋼板または連続する鋼板群について同じであることを特徴とする請求項１または２記載の磁気コア。
【請求項４】
前記電気鋼板の透磁率の優先方向は、それぞれの鋼板の圧延方向に対して本質的に平行であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の磁気コア。
【請求項５】
前記シフト角は、５０°と７０°との間にあることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の磁気コア。
【請求項６】
個々の鋼板は、５００μｍから２３０μｍまでの範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の磁気コア。
【請求項７】
前記単一鋼板は、８００アンペア（Ａ）／メートル（ｍ）の磁界強度Ｈに露出されたときに、１．８５テスラより大きい磁束密度Ｂ８００Ａ／ｍを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の磁気コア。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の磁気コアを電気回転機械のステータおよび／またはロータとして使用することを特徴とする磁気コアの使用方法。
【請求項９】
前記ステータの２つの連続歯の間の角度は、シフト角の整数因子であることを特徴とする請求項８記載の磁気コアの使用方法。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれか１項記載の磁気コアを変圧器の構造に使用することを特徴とする磁気コアの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透磁率の既知の優先方向をもつ電気鋼板のスタックからなる磁気コアに関する。また、磁気コアが可変磁界を受ける交流電気機械のエネルギ効率を高めるための、方向性鋼板（grain oriented sheets）からなる磁気コアを製造する技術を開示する。
【背景技術】
【０００２】
広範囲の電気機械は、しばしば、実質的に電気鋼板で作られた磁気コア（以下、「ＭＣ」（Magnetic Cores）とも呼ぶ）を有している。本来、実質的に磁気コアを形成する電気鋼板の特性は、電気機械の種々の特性に影響を与える。特に、磁気コアには、方向性電気鋼板が使用される。
【０００３】
図１（ａ）に示す方向性（以下、「ＧＯ」（Grain Oriented）とも呼ぶ）電気鋼板の顕微鏡組織は、結晶が、圧延方向（以下、「ＲＤ」（Rolling Direction）とも呼ぶ）に平行な＜００１＞結晶軸方向（＜００１＞ crystallographic direction）に整合していること、および横方向は、結晶の＜１１０＞結晶軸方向に平行であることを示している。
【０００４】
角度α１は、鋼板の各結晶のＲＤと＜００１＞方向との間の差として定義される。この角度は、図１（ｂ）に概略的に示されている。磁束がＲＤに沿って流れる場合には、角度α１がゼロに近いほど、磁気性能は向上する。
【０００５】
図２には、３％シリコンを含有する鋼板の単結晶磁気挙動が示されている。下記非特許文献１にも同様に示されているように、磁界強度Ｈ（キロアンペア／メートル：ｋＡ／ｍ）に対する磁束密度Ｊ（テスラ：Ｔ）を、ミラー指数により表される３つの結晶方向すなわち磁化容易軸＜００１＞、磁化最困難軸＜１１１＞および中間軸＜１１０＞についてプロットした。
【０００６】
工業的に製造されるＧＯ鋼板およびストリップが単結晶として挙動する場合には、磁化容易軸はＲＤに近接していることが分かるであろう。したがって、＜１１１＞結晶軸に一致する磁化困難軸（該磁化困難軸は、立方晶の＜００１＞軸に対して５４．７４°の角度を形成する。図３参照）は、ＲＤから５４．７４°の角度に近接していると理解すべきである。
【０００７】
ＧＯグレード鋼板は、種々のセクタに切断された鋼板を用いることにより、高出力回転電気機械（１ｍより大きいステータ直径）に既に使用されている。図４は、この設計を用いたこのような機械のＭＣの一部を示すものである。ＲＤが実際に歯軸（tooth axis）に整合するように、ＧＯを用いてこれらのセグメントを作る機会を得ることができるであろう。最高磁束密度を受ける歯内の磁束は、角度α２（この角度は、磁束密度の方向と、歯の結晶のミラー指数＜００１＞により与えられる方向に一致するＲＤとの間の角度として定義され、０°に近い）で作用することが理解されよう。これは、角度α２がほぼ９０°に等しく、磁束方向の変化に対応して変化する他の領域をもつセグメントコアでは異なっている。
【０００８】
このアセンブリの問題を示すため、ＧＯを用いて作られたトーラス形ＭＣを考察する。図５に示すこのトーラスは、この図面に示すように構成されたコイルにより付勢される。このＭＣは、αが連続的に変化するという特性をもつ単方向磁界を受ける。本明細書では、単方向磁界とは、磁界の方向が、時計回り方向であるか反時計回り方向であるかを問わず、ＭＣ内で変化しないことをいう。
【０００９】
第１概要では、ＲＤを考慮に入れて、図６に示すように、２つずつ対をなして組合せることができる６つの領域に特徴付けることができる。Ｚ２領域では、角度α２（ここでも、角度α２は、磁束密度の方向と、結晶のミラー指数＜００１＞により与えられる方向に一致するＲＤとの間の角度として定義される）はゼロであると考えることができる。領域Ｚ１、Ｚ３についても６０°に等しいと考えることができる（空間的周期性（spatial periodicity）によれば、α２＝１２０°はα２＝６０°と同じである）。異なる領域が同じ角度をカバーするので、エネルギ性能の低下は重大であり、これは単に、磁束路のせいで全ての可能な値をとらなくてはならないα２のためである。
【００１０】
損失による大きいエネルギ消失により、機械の全体としてのエネルギ効率は低下するであろう。
【００１１】
このため、単方向磁界の場合には、トーラス形ＭＣに多くの問題が生じることが理解されよう。
【００１２】
前述のような交流回転電気機械の回転磁界についても同じ傾向がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】P. Brissonneau著「磁気および磁気材料（”Magnetisme et materiaux magnetiques”）」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
解決すべき問題は、より良いエネルギ性能を有する磁気コアを設計することにある。また、このような磁気コアの有利な使用を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記問題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する本発明の磁気コアおよび請求項８に記載の特徴を有する本発明の磁気コアの使用方法により解決される。
【００１６】
本発明によれば、透磁率の既知の優先方向をもつ電気鋼板のスタックからなる磁気コアが開示される。連続する単一鋼板および／または一群の鋼板の透磁率の優先方向は、スタック内で所定のシフト角だけ異なっている。
【００１７】
また本発明によれば、透磁率の既知の優先方向をもつ電気鋼板のスタックからなる磁気コアを電気回転機械のステータおよび／またはロータとして使用することを開示する。この場合にも、連続する単一鋼板および／または一群の鋼板の透磁率の優先方向は、スタック内で所定のシフト角だけ異なっている。
【００１８】
また、透磁率の既知の優先方向をもつ電気鋼板をスタッキングすることからなる、電気回転機械用磁気コアの組立て方法も開示される。連続する単一鋼板および／または一群の鋼板の透磁率の優先方向は、スタック内で所定のシフト角だけ異なっている。
【００１９】
鋼板は任意の方向にスタックされる。スタックされる鋼板は、オーバーラップさせてもさせなくてもよい。透磁率の優先方向は、透磁率が相対的に最大になる方向に定めることができかつ鋼板の圧延方向に対する空間角に定めることができる。各鋼板群は、同数の単一鋼板で構成するか、数を変えることもできる。
【００２０】
連続する単一鋼板間および／または連続する鋼板群間の所定のシフト角による透磁率の優先方向の差は、磁束を、最小磁気リラクタンスの原理により鋼板から鋼板へと「ジャンプ」させ、これにより、磁束路に沿うより高い磁化を達成することを可能にする。
【００２１】
このコアの有利な実施形態は次の通りである。
【００２２】
本発明の一例示実施形態によれば、磁気コアの電気鋼板のスタックは方向性電気鋼板で作られる。これは、透磁率の優先方向をもつ電気鋼板の容易な製造を可能にする技術的効果を有する。
【００２３】
本発明の一例示実施形態では、シフト角は、連続する各対の単一鋼板または連続する鋼板群について同じである。連続する各対の単一鋼板または連続する鋼板群のシフト角は、０°と１８０°との間のシフト角に定めることができる。シフト角を、連続する各対の単一鋼板または連続する鋼板群について同じにすることによって、磁化の対称的分布を形成し、これにより磁束路に沿う局部的効率を高める技術的効果が得られる。
【００２４】
本発明の一例示実施形態によれば、電気鋼板の透磁率の優先方向は、それぞれの鋼板の圧延方向に対して本質的に平行である。これにより、製造プロセスのパラメータに基いて透磁率の優先方向を容易に決定できる。
【００２５】
本発明の一例示実施形態では、シフト角は、５０°と７０°との間、より詳しくは５５°と６５°との間、特に６０°に近い角度である。これは、連続する各対の単一鋼板または連続する鋼板群の相対透磁率の相対的に最小なものを、連続する各対の単一鋼板または連続する鋼板群の相対透磁率の相対的に最大なものに隣接させる技術的効果を有し、これにより、磁束が高い相対透磁率をもつ領域を通って連続的に流れることができるようにする。６０°のシフト角は、３相電気機械に特に適している。
【００２６】
本発明の一例示実施形態によれば、個々の鋼板は、５００μｍから２３０μｍまでの範囲内の厚さを有する。これは、渦電流によるエネルギ消失を低減させ、かつ磁束を、一電気鋼板から連続する電気鋼板へと「ジャンプ」させることを容易にするという技術的効果を有する。
【００２７】
本発明の一例示実施形態では、単一鋼板は、８００アンペア（Ａ）／メートル（ｍ）の磁界強度Ｈに露出されたときに、１．８５テスラより大きい磁束密度Ｂ８００Ａ／ｍを有する。これは、高い飽和磁束密度を確保し、これにより磁気コアのワット損を低減させる技術的効果を有する。
【００２８】
本発明の一例示実施形態によれば、ステータの２つの連続歯（successive teeth）の間の角度がシフト角の整数因子（integer divisor）である磁気コアの使用方法が開示される。これは、各歯に最適磁束を確保し、これにより全体としてステータの効率を高める技術的効果を有する。
【００２９】
本発明の一例示実施形態では、磁気コアを変圧器の構造に使用する方法が開示される。これは、変圧器の効率を向上させる技術的効果を有する。
【００３０】
本発明の一例示実施形態によれば、電気鋼板の圧延方向をマーキングする段階と、電気鋼板をスタンピングまたはレーザカッティングする段階とを有する電気回転機械用磁気コアの組立て方法が開示される。連続する単一鋼板または連続する鋼板群の透磁率の優先方向間の所定のシフト角は、圧延方向と、結晶軸の＜１１１＞ミラー指数に一致する方向との間の角度（この角度は、立方晶の＜００１＞軸から５４．７４°の角度である）に近い。これは、磁気コアの組立て中の電気鋼板の容易な配向を可能にする技術的効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】例示のＧＯ電気鋼板の顕微鏡組織を示す概略図である。
【図２】３％シリコンを含有する単結晶鋼板の磁束密度と磁界強度との間の変化を示すグラフである。
【図３】例示の立方晶の角度と結晶軸との間の関係を示す概略図である。
【図４】種々のセクタに切断鋼板を用いた従来技術による例示の回転電気機械を示す概略図である。
【図５】従来技術のコイルにより付勢される、ＧＯを用いたトーラス形ＭＣを示す概略図である。
【図６】従来技術によるＧＯおよび磁束を用いたＭＣを示す断面図である。
【図７】ＲＤから種々の角度で、ＧＯから切断したエプスタインストリップを示す図面である。
【図８】エプスタインストリップについての磁束密度と負担磁界強度との関係を示すグラフである。
【図９】磁界の方向と圧延方向との間の角度と、飽和磁束密度の変化との関係を示すグラフである。
【図１０】磁界の方向と圧延方向との間の角度と、最大相対透磁率の変化との関係を示すグラフである。
【図１１】磁界の方向と圧延方向との間の種々の角度についての磁束密度に対する鉄ワット損の変化との関係を示すグラフである。
【図１２】従来技術によるアセンブリＧＯ  ００°に一致するＧＯ鋼板のシフトされないスタックの一例を示す概略図である。
【図１３】本発明の一例示実施形態による２つの連続ＧＯ鋼板間の６０°の角度でシフトされたＧＯ鋼板のスタックを示す概略図である。
【図１４】本発明の一例示実施形態によるＧＯ鋼板のシフトされていないスタックおよびシフトされたスタックの一例についての印加電圧に対する磁化電流成分の変化を示すグラフである。
【図１５】本発明の一例示実施形態によるＧＯ鋼板のシフトされていないスタックおよびシフトされたスタックの一例についての印加電圧に対する磁束密度の変化を示すグラフである。
【図１６】本発明の一例示実施形態によるＧＯ鋼板のシフトされていないスタックおよびシフトされたスタックの一例についての印加電圧に対する鉄ワット損の変化を示すグラフである。
【図１７】本発明の一例示実施形態によるＮＯ鋼板の例示スタックおよびＧＯ鋼板のシフトされていないスタックおよびシフトされたスタックの一例についての印加電圧に対する磁化電流成分の変化を示すグラフである。
【図１８】本発明の一例示実施形態によるＮＯ鋼板の例示スタックおよびＧＯ鋼板のシフトされていないスタックおよびシフトされたスタックの一例についての印加電圧に対する鉄ワット損の変化を示すグラフである。
【図１９】本発明の一例示実施形態によるＮＯ鋼板の例示スタックおよびＧＯ鋼板のシフトされていないスタックおよびシフトされたスタックの一例についての磁化電流を示すグラフである。
【図２０】本発明の一例示実施形態によるＮＯ鋼板の例示スタックおよびＧＯ鋼板のシフトされていないスタックおよびシフトされたスタックの一例についての鉄ワット損を示すグラフである。
【図２１】本発明の一例示実施形態によるＧＯ鋼板のシフトされていないスタックおよびシフトされたスタックの一例についての磁化電流時間フェーザー（magnetizing current time phasors）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
実際のＧＯ鋼板およびストリップが単結晶磁気挙動を呈するか否かをチェックするため、図７に示すように、ＲＤから種々の角度α３で切断されたエプスタインストリップについて実験が行われた。使用されたＧＯ材料のグレードはPowercore C 140-35（登録商標）であり、エプスタインフレーム内で５０Ｈｚで試験された。作動プロセスは、これらのストリップで作られたＭＣの消磁からなり、その後、８００Ａ／ｍまで磁界強度範囲を変化させることにより一連のループを作る。エプスタインストリップでは、磁束は、主として角度α３に沿って流れることに留意されたい。
【００３３】
図８には、負担最大磁界強度（Ｈ）に対する最大磁束密度値Ｂ（テスラ：Ｔ）がプロットされている。ＢおよびＨの値は、各Ｂ（Ｈ）ループから演繹される。
【００３４】
磁界の方向と、０°、５５°および９０°の圧延方向との間の角度α３に対して得られる結果は、図２に示された結果と同様な形状を呈している。すなわち、
・α３＝０°は、＜００１＞結晶軸方向と同様であり、
・α３＝９０°は、＜１１０＞結晶軸方向と同様であり、
・α３＝５５°は、＜１１１＞結晶軸方向と同様である。
【００３５】
このため、ＧＯ材料の磁気結晶異方性は、３％シリコンを含有する鋼の単結晶と同様である。
【００３６】
α３＝０°の場合には磁界の方向に一致しかつＲＤが平行であり、これらの性能は、
・高い飽和磁束密度レベルＢｓａｔ
・非常に高い最大相対透磁率μｒｍａｘ
から得られる。
【００３７】
相対透磁率μｒは最大磁束密度Ｂｍａｘ（Ｈｍａｘ）のプロットから演繹され、μｒｍａｘは相対透磁率μｒと最大磁界強度Ｈｍａｘとの関係のプロットの最大値である。
【００３８】
これらの全ての性能は、
・α３による飽和磁束密度Ｂｓａｔ（Ｔ）の変化（図９）
・α３による最大相対透磁率μｒｍａｘの変化（図１０）
・種々のα３についての磁束密度Ｂ（Ｔ）による鉄ワット損（iron power dissipation losses：Ｗ／ｋｇ）の変化（図１１）
を示す図９−図１２から明らかなように、α３がゼロから逸脱しているため低下される。
【００３９】
α３＝０の場合に得られる低下した鉄ワット損は、非常に薄いヒステリシスループから生じる。
【００４０】
最も厳しい場合は、α３＝５５°に一致する。この角度は、最小相対透磁率の方向に一致する困難軸＜１１１＞と、ＲＤに一致する単結晶の＜００１＞軸との間の角度５４．７４°にかなり良く一致する。したがって、磁気結晶異方性を考慮に入れてＧＯ鋼板のスタックで作られたＭＣを製造するのに、これらの性能を使用できる。
【００４１】
トーラスは、ｎ＝５ターンからなるコイル（ワイヤ断面は１．５ｍｍ２に等しい）を受入れるべく専用化されたＭＣを作るため積重ねられた円形鋼板からなる。電気的に絶縁されたこれらの鋼板は直径Ｄが１０ｃｍであり、かつこれらの軸線に平行に直径ｄが１．６ｃｍの孔がドリリングされる。
【００４２】
ＭＣは、この各端部が、２つのジョーの間にクランプされる。その長さＬは、試験された各組について６．７ｃｍに等しい。したがって、アセンブリを圧縮する応力は、各プロトタイプ（原型）について同じであると考えられる。
【００４３】
２つの異なるアセンブリ状況、すなわち、図１２に示すように、ＧＯ鋼板（アセンブリＧＯ  ００°）の変位されないスタックと、２つの連続鋼板（アセンブリＧＯ  ６０°）の間で６０°に等しい角度で変位されたＧＯ鋼板のスタック（図１３参照）とを試験しかつ比較した。
【００４４】
図１０に示すプロトタイプを用いて実験を行った。各ＭＣが２００個作られ、０．３５ｍｍ厚のＧＯ鋼板が、Powercore C 140-35（登録商標）電気鋼板グレードでスタンピングされた。この目的は、ＧＯ  ６０°およびＧＯ  ００°アセンブリの性能を比較することにある。すなわち、
・図１４に示す曲線は、上記両形状について、印加電圧Ｖに対する有効Ｉμａおよび無効Ｉｕｒ磁化電流Ｉμ成分の変化を示すものである。所与の電圧Ｖしたがってほぼ所与の磁束密度Ｂについて、アセンブリＧＯ  ６０°は、下方の電流成分、特にＩμｒに関する電流成分を必要とすることに留意されたい。
・電圧Ｖが０Ｖから５Ｖに変化すると、両形状についての電圧Ｖによる磁束密度Ｂの演繹される変化は、特性が事実上一体に融合すること、およびアセンブリＧＯ  ００°について、Ｖ＝０Ｖに対する０Ｔから、Ｖ＝５Ｖに対する１．５５６Ｔまでリニアに増加することを示している（アセンブリＧＯ  ６０°に対しては１．５７２Ｔ）。Ｖ＝２Ｖの近傍の磁束密度Ｂ（Ｖ）のズームを示す図１５は、無効磁化電流成分は低いが、アセンブリＧＯ  ６０°は、所与のＶに対してより高い磁束密度Ｂを呈していることを強調している（この特徴は、主として、アセンブリＧＯ  ６０°に対しては低い、コイルの抵抗電圧降下によるものである）。Ｖ＝４．５Ｖに対する有効相対透磁率μｒは、アセンブリＧＯ  ００°に対してμｒ＝２６８０、アセンブリＧＯ  ６０°に対してμｒ＝１８８１０を与え、これは興味深い差異である。図１０に戻ってみると、μｒ＝１８８１０は、それぞれ、α３＝０°およびα３＝５５°から得られる平均相対透磁率の値２００００に近いことが分かるであろう。
・図１６には、Ｖ２での鉄ワット損の変化Ｐμが示されている。アセンブリＧＯ  ６０°は、より弱い鉄損（iron losses）をもたらすことが理解されよう。また、これらの損失は、Ｖ２＝２０ＶＶ（Ｖ＝４．５Ｖ）まで、Ｖ２の関数として明らかにリニアな態様で増加する。この値Ｖ＝４．５Ｖは、図１４に示されたＩμａ変化と矛盾しない（Ｖ＝４．５Ｖより大きいこの電流成分の速い成長）。かくして、飽和は、Ｖ＞４．５Ｖ（Ｂ＞１．４２Ｔ）に対するＭＣ挙動に顕著に影響を与えるべく開始すると結論付けることができる。この磁束密度飽和レベルは、それぞれα３＝０°および５５°に対して図８に示された曲線Ｂ（Ｈ）から演繹される量の平均値にほぼ一致することが理解されよう。
【００４５】
これらの基本的考察は、磁束が、最小磁気リラクタンスの経路にしたがって、一鋼板から隣接鋼板へと進行いわばジャンプすることを良く示している。この特徴は、整合形態（ＧＯ  ００°）と比較した形態ＧＯ  ６０°について、小さい鉄ワット損および同じ供給電圧の下での小さい磁化電流をもたらし、これは、間接的に、コイル抵抗における小さい銅損（copper losses）をもたらす。
【００４６】
これらの条件では、所与の電圧Ｖについてのピーク磁束密度は、ＧＯ  ６０°の方がＧＯ  ００°より高い。ＧＯ  ６０°シフト鋼板を組立てるには注意を要するため、経済的見地から見れば労働コストは高くなる。しかしながら、所与のＢについてのワット損（鉄＋銅）でのゲインは、電気装置のエネルギ効率の向上を考慮に入れたとき、この技術を有益なものとする。整合形態ＧＯ  ００°と比較したＧＯ  ６０°の優れた性能を証明して、非方向性（non oriented sheets）（以下、「ＮＯ」とも呼ぶ）鋼板を用いて比較がなされる。
【００４７】
ＧＯは前の文節（パラグラフ）で引用されたものである。ＮＯに関しては２つのグレードがある。すなわち、
・ＴＯ  ４００−５０ＡＰ（５０Ｈｚおよび１．５Ｔで、鉄ワット損：４Ｗ／ｋｇ、厚さ：０．５ｍｍ）
・ＴＯ  Ｈ−Ｍ  ６００−５０（５０Ｈｚおよび１．５Ｔで、鉄ワット損：６Ｗ／ｋｇ、厚さ：０．５ｍｍ）
ＮＯは、いかなる特殊警戒もなくして重畳される（アセンブリ損）。この方法で組立てられた装置は、基準ＮＯ４００−５０およびＮＯ６００−５０がマークされる。
【００４８】
同じ体積の鉄を得るには、ＮＯを用いたＭＣが、１４０枚の鋼板で作られる。
【００４９】
図１６の曲線は、Ｖによる電流ｉμの変化を示す。図１７の曲線は、Ｖによる鉄ワット損Ｐμの変化を示す。これらの鉄ワット損には、渦電流損およびヒステリシス損が含まれる。０．５ｍｍ厚のＮＯは０．３５ｍｍ厚のＧＯより大きい損失を生じることを示すこれらの曲線から１つの結論を引出すことはかなり困難である。なぜならば、渦電流損は鋼板の厚さの２乗の関数であることが知られているからである。したがって、渦電流損は、０．３５ｍｍ厚のＧＯおよび０．５ｍｍ厚のＮＯの１／２ほど小さい。０．３５ｍｍ厚に対する曲線は０．５ｍｍに対する曲線より小さいことは、優先的論理であると考えられる。
【００５０】
適当な比較を行うには、０．５ｍｍ  ＮＯの曲線から、同じ金属学的組成を有するが同じ鉄体積を維持する０．３５ｍｍ厚の鋼板のワット損に理論的切換えるのが有効である。この切換えを行うには、ＮＯについて、渦電流損が５０Ｈｚで全鉄損の１／８に過ぎないことを示すことを述べた文献に言及するだけでよい。したがって、０．５ｍｍ厚をもつＮＯから得られる曲線を簡単に補正できる。好ましくない場合（渦電流損が全損失の１／５に等しい場合）を考慮するときは、Ｖ識別されたＮＯ４００−３５およびＮＯ６００−３５によるワット損Ｐ′μの変化を与える補正曲線を得る（図１８参照）。ワット損Ｐ′μは、下記関係を用いて得ることができる。
【００５１】
【数１】
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【００５２】
渦電流の寄与に関してなされる評価を考察すると、得られる曲線はオリジナルの曲線に非常に近接している。
【００５３】
同じ厚さの鋼板については、組立て技術の如何にかかわらず、ＧＯは、ＮＯより非常に小さい（ＮＯ４００−３５について２に近い比）鉄ワット損を呈する。
【００５４】
ＧＯ  ６０°についての鉄ワット損は、ＮＯの鉄ワット損のスケールでＧＯ  ００°に比べてそれほど小さくはない。
【００５５】
実際に、シフトによりもたらされる長所は、磁化電流に非常に明瞭に現れる（図１７の曲線参照）。Ｖ＝３Ｖについて得られた図１９および図２０のグラフ（Ｂは約１Ｔ。これは、ＭＣの幾つかの部品は、特にＧＯについて非常に高い磁束密度に寄与することを意味する）は、この特性を示している（形態ＮＯ４００−３５およびＮＯ６００−３５についての電流Ｉ′μは、鉄ワット損についての補正を考慮に入れて、Ｉμ値から演繹される。補正された値は、最初の値に非常に近い）。ＭＣが重要な飽和レベルに到達すると、電流のこの特性は、それでも鉄ワット損に関する非常に満足できる性能を維持しつつ消失する。
【００５６】
図２１のグラフは、Ｖ＝３Ｖの場合の、形態ＧＯ  ００°およびＧＯ  ６０°についての磁化電流時間フェーザー（magnetizing currents time phasors）Ｉμを示すものである。ＧＯ  ６０°については、この電流が減少するだけでなく、Ｉμとその有効分Ｉμａとの間の角度φμの減少により、力率cos（φμ）も改善される。これにより更に、磁化電流により誘起されるグリッドの電圧降下も生じる。
【００５７】
結論として、ＧＯを用いてＭＣを作ることは興味深いものである。なぜならば、鉄損および磁化電流が大幅に低減されるからである。
【００５８】
ＧＯ  ６０°アセンブリは、磁化電流の大幅な低減により、整合アセンブリＧＯ  ００°と比較して鉄ワット損が小さい。この 磁化電流の低減は、主として成分Ｉμｒに作用し、これは、μｒ  ＧＯ  ６０°≫μｒ  ＧＯ  ００°として解釈できる。Ｉμｒのこの顕著な低減は、ＭＣの磁束密度が高い場合でも、力率の大きな改善をもたらす。電流の減少および力率の向上のダブル効果は、グリッド供給電圧の降下に非常に有利な効果を与え、これは大きな経済的利益を意味する。特殊な切断を必要としない本発明のアセンブリは、過度の付加労働コストが不要であり、したがって、非常に広い適用分野をカバーする低出力交流回転電気機械の製造に完全に適応できることに留意されたい。
【００５９】
本発明のアセンブリＧＯ  ６０°はトーラス形装置に興味深い性能をもたらし、特に、所与の効果に応答することを意図する場合には、他の整合（ゼロ以外の全てのシフト角）も、或る電気装置には有益である。
【符号の説明】
【００６０】
ＧＯ    方向性
ＲＤ    圧延方向
ＭＣ    磁気コア
ＮＯ    非方向性
【図１】
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【図２】
2010538485.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年5月12日(2010.5.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記問題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の特徴を有する本発明の磁気コアおよび請求項６に記載の特徴を有する本発明の磁気コアの使用方法により解決される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
本発明の一例示実施形態では、シフト角は、５０°と７０°との間、より詳しくは５５°と６５°との間、特に６０°に近い角度である。これは、連続する各対の単一鋼板または連続する鋼板群の相対透磁率の相対的に最小なものを、連続する各対の単一鋼板または連続する鋼板群の相対透磁率の相対的に最大なものに隣接させる技術的効果を有し、これにより、磁束が高い相対透磁率をもつ領域を通って連続的に流れることができるようにする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
本発明の一例示実施形態によれば、個々の鋼板は、５００μｍから２３０μｍまでの範囲内の厚さを有する。これは、渦電流によるエネルギ消失を低減せるという技術的効果を有する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
これらの全ての性能は、
・α３による飽和磁束密度Ｂｓａｔ（Ｔ）の変化（図９）
・α３による最大相対透磁率μｒｍａｘの変化（図１０）
・種々のα３についての磁束密度Ｂ（Ｔ）による鉄ワット損（iron power dissipation losses：Ｗ／ｋｇ）の変化（図１１）
を示す図９−図１１から明らかなように、α３がゼロから逸脱しているため低下される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
図５に示すプロトタイプを用いて実験を行った。各ＭＣが２００個作られ、０．３５ｍｍ厚のＧＯ鋼板が、Powercore C 140-35（登録商標）電気鋼板グレードでスタンピングされた。この目的は、ＧＯ  ６０°およびＧＯ  ００°アセンブリの性能を比較することにある。すなわち、
・図１４に示す曲線は、上記両形状について、印加電圧Ｖに対する有効Ｉμａおよび無効Ｉｕｒ磁化電流Ｉμ成分の変化を示すものである。所与の電圧Ｖしたがってほぼ所与の磁束密度Ｂについて、アセンブリＧＯ  ６０°は、下方の電流成分、特にＩμｒに関する電流成分を必要とすることに留意されたい。
・電圧Ｖが０Ｖから５Ｖに変化すると、両形状についての電圧Ｖによる磁束密度Ｂの演繹される変化は、特性が事実上一体に融合すること、およびアセンブリＧＯ  ００°について、Ｖ＝０Ｖに対する０Ｔから、Ｖ＝５Ｖに対する１．５５６Ｔまでリニアに増加することを示している（アセンブリＧＯ  ６０°に対しては１．５７２Ｔ）。Ｖ＝２Ｖの近傍の磁束密度Ｂ（Ｖ）のズームを示す図１５は、無効磁化電流成分は低いが、アセンブリＧＯ  ６０°は、所与のＶに対してより高い磁束密度Ｂを呈していることを強調している（この特徴は、主として、アセンブリＧＯ  ６０°に対しては低い、コイルの抵抗電圧降下によるものである）。Ｖ＝４．５Ｖに対する有効相対透磁率μｒは、アセンブリＧＯ  ００°に対してμｒ＝２６８０、アセンブリＧＯ  ６０°に対してμｒ＝１８８１０を与え、これは興味深い差異である。図１０に戻ってみると、μｒ＝１８８１０は、それぞれ、α３＝０°およびα３＝５５°から得られる平均相対透磁率の値２００００に近いことが分かるであろう。
・図１６には、Ｖ２での鉄ワット損の変化Ｐμが示されている。アセンブリＧＯ  ６０°は、より弱い鉄損（iron losses）をもたらすことが理解されよう。また、これらの損失は、Ｖ２＝２０ＶＶ（Ｖ＝４．５Ｖ）まで、Ｖ２の関数として明らかにリニアな態様で増加する。この値Ｖ＝４．５Ｖは、図１４に示されたＩμａ変化と矛盾しない（Ｖ＝４．５Ｖより大きいこの電流成分の速い成長）。かくして、飽和は、Ｖ＞４．５Ｖ（Ｂ＞１．４２Ｔ）に対するＭＣ挙動に顕著に影響を与えるべく開始すると結論付けることができる。この磁束密度飽和レベルは、それぞれα３＝０°および５５°に対して図８に示された曲線Ｂ（Ｈ）から演繹される量の平均値にほぼ一致することが理解されよう。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
図１７の曲線は、Ｖによる電流Ｉμの変化を示す。図１８の曲線は、Ｖによる鉄ワット損Ｐμの変化を示す。これらの鉄ワット損には、渦電流損およびヒステリシス損が含まれる。０．５ｍｍ厚のＮＯは０．３５ｍｍ厚のＧＯより大きい損失を生じることを示すこれらの曲線から１つの結論を引出すことはかなり困難である。なぜならば、渦電流損は鋼板の厚さの２乗の関数であることが知られているからである。したがって、渦電流損は、０．３５ｍｍ厚のＧＯおよび０．５ｍｍ厚のＮＯの１／２ほど小さい。０．３５ｍｍ厚に対する曲線は０．５ｍｍに対する曲線より小さいことは、優先的論理であると考えられる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透磁率の既知の優先方向をもつ電気鋼板のスタックからなり、連続する単一鋼板および／または一群の鋼板の透磁率の優先方向は、スタック内で所定のシフト角だけ異なっている磁気コアにおいて、前記磁気コアの電気鋼板のスタックは、方向性電気鋼板で作られており、シフト角は、５０°と７０°との間にあることを特徴とする磁気コア。
【請求項２】
前記シフト角は、連続する各対の単一鋼板または連続する鋼板群について同じであることを特徴とする請求項１記載の磁気コア。
【請求項３】
前記電気鋼板の透磁率の優先方向は、それぞれの鋼板の圧延方向に対して本質的に平行であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気コア。
【請求項４】
個々の鋼板は、５００μｍから２３０μｍまでの範囲内の厚さを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の磁気コア。
【請求項５】
前記単一鋼板は、８００アンペア（Ａ）／メートル（ｍ）の磁界強度Ｈに露出されたときに、１．８５テスラより大きい磁束密度Ｂ８００Ａ／ｍを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の磁気コア。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載の磁気コアを電気回転機械のステータおよび／またはロータとして使用することを特徴とする磁気コアの使用方法。
【請求項７】
前記ステータの２つの連続歯の間の角度は、シフト角の整数因子であることを特徴とする請求項６記載の磁気コアの使用方法。
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【国際調査報告】
2010538485.tif 000026
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