(57)【要約】  分離可能な電磁誘導装置を製造する方法を提供する。分離可能な電磁誘導装置を製造する方法は、磁心を形成するために圧延された非晶質磁気合金からできている鋼鈑を円形状に巻くステップと、コバルトを加えずに巻かれた磁心を加熱して含侵するための加熱含侵ステップと、磁心の巻かれた方向に対して直交する方向に加熱含侵された磁心を切断するためのステップと、さらに磁心のカット面の三次元表面を平らに配置して固定された状態でカット面を研磨するための研磨ステップとを備えている。【選択図】図２
2017516301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離可能な電磁誘導装置を製造する方法であって、
かかる方法が、 
‐  圧延された非晶質磁気合金からできている鋼鈑を円形に巻いて磁心を形成するステップと、
‐  コバルトを加えずに巻かれた磁心を加熱処理して含侵させるステップと、
‐  磁心の巻きの方向に直行する方向で加熱処理して含侵させた磁心を切断するステップと、
‐  さらに、磁心の切断面の三次元表面が均等に水平になるようにカットされた磁心を固定して磁心のカット面を磨くステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項２】
非晶質磁性合金が珪素鋼（Ｓｉ鋼）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
含侵は真空含侵であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
磁心が磁心の切断方向及び切断方向に直交する方向に関わって固定された状態で、磁心を半管状に切断するステップを備えているとこを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
研磨ステップが研磨と同時に冷却液を加えることを包含することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分離可能な電磁誘導装置の製造方法に関するものであり、より詳細には、分離可能な磁心の製造工程中にエアギャップが最小化される方法で、非コバルト材から作られた磁心を巻いてから切断することによって、低コストの分離可能な電力用電磁誘導装置を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
結合装置は、低周波信号を減衰し、高周波信号特性を改善する方向で開発が成されてきた。なぜなら一般的に電力システムで使用される結合装置は、電力周波数を遮断し、高周波帯域で通信信号だけを伝える目的のために使用されてきたからである。さらに変流器（以下ＣＴ）適用の場合、ＣＴは、特に理想的なＢ−Ｈ特性を得るために曲線を改善する方向で開発されてきた。
【０００３】
しかしながらこれらの結合装置が発電に利用される場合、そのような結合装置の特性は無意味で、しかも電力周波数を減衰させる特性は発電に致命的な場合がある。従って以下のように、電力ＣＴは既存のＣＴに対して逆の特性を持つように構成されるべきである。
【０００４】
（１）電力周波数特性は最大化され、その他の高周波信号は最小化されるべきである。すなわち、この特性は、６０Ｈｚの電力周波数の倍の周波数である１２０Ｈｚ未満の周波数範囲において最大化されるべきであり、１２０Ｈｚを上回る周波数範囲では可能な限り低くなるよう最小化されるべきである。
【０００５】
（２）一般的なＣＴによって要求されるＢ−Ｈ曲線特性は必ずしも必要ではない。
【０００６】
（３）一般的な高い飽和特性は不要で、むしろ必要な電力エネルギーによる比較的低い飽和特性の方が有効である（高電線電流の過度の誘導電圧は、防止されるべきである）（図１を参照）。
【０００７】
（４）既存のＣＴ製造工程はそのまま使用されるべきであり、低コスト材からであっても実現されるべきである。
【０００８】
しかしながら、そのような条件は、電力ＣＴを製造するための非常に適切な特性ではあるけれども、インダクタや一般的なＣＴ等によって要求される特性の逆の特性であるので、一般的なインダクタやＣＴの生産技術は、それが所望の特性を有する電力ＣＴを製造するために使用される場合には、大きな問題を招く恐れがある。
【０００９】
すなわち、高い飽和誘導特性は、直線性を向上させ且つ高周波数帯域で信号対雑音比を高めるためにインダクタまたはＣＴ用途で必要とされているが、逆に、高い飽和誘導特性はむしろ高電力線電流に過度に高い誘導電圧を発生させるので、分離可能なＣＴは、電力源として使用される高誘導電圧を扱う際に、多くの問題点を引き起こす。
【００１０】
一方で、電力ＣＴはＡＣ線上で動作するため、一般的な磁力線に発生する磁束密度の形状も正弦波形状であるように見える、また発生するとしても、磁気飽和は一時的な現象であるので電源の確保に大きな問題を伴うことはなくむしろ高い磁気飽和は高すぎる誘導起電力を発生させるので、それが発電管理の難しさにつながる恐れがある。
【００１１】
図１は、電力ＣＴの好ましい特性を示すＢ−Ｈ曲線のグラフである。
【００１２】
図１に示されるように、インダクタまたは典型的なコアとは異なり、低電流が電線を通って流れる場合、電力ＣＴは典型的なコアより高い特性を示している、また高電圧が電線を通って流れる場合、過度の電圧が生じるのを防ぐために、電力ＣＴはインダクタまたは典型的なコアのものほど高くない特性を有するべきである。
【００１３】
しかし、電力ＣＴが上記のような既存の共通するインダクタまたはＣＴに使用される磁気合金から作られている場合には、多くの様々な制限が引き起こされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
関連技術の制限を解決するため、本発明は、低い電線電流から必要な電力を発生させ且つ低い磁気飽和点を有することができる分離可能な起電誘導装置を製造する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、磁心を形成するために、圧延された非晶質磁気合金からできている鋼鈑を管状に巻くステップと、コバルトを加えずに巻かれた磁心を加熱・含侵するステップと、加熱処理され且つ含侵された磁心を磁心が巻かれた方向に対して直交する方向に切断するステップと、さらに均一に配置して固定された状態で三次元表面を有する磁心のカット面を研磨するステップとを備えている。
【００１６】
実施形態では、非晶質磁気合金は珪素鋼（Ｓｉ鋼）で構成することができる。
【００１７】
実施形態における含侵は、真空含浸を含むことができる。
【００１８】
実施形態における切断は、固定された状態で、切断方向に及び磁心の切断方向に対して直角の方向に、磁心を半管形状に切断することを含むことができる。
【００１９】
実施形態における研磨は、研磨工程で同時に適用される冷却液を備えた研磨を含むことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、分離可能な電磁誘導装置の製造方法は、電力線システムを通って流れる電流から、非接触の電磁誘導方式によって電力を生成することができ、低い電流が電力線を通って流れる際には高い飽和誘導特性を示し且つ高い電流が電力線を通って流れる際には高くない飽和誘導特性を示す高性能な分離型誘導装置を製造することができる。よって、電力出力を容易に調整することができる。
【００２１】
また本発明は、高くない飽和特性によって過度に電圧が生じるのを防ぐことができ、負荷側に安定した電力源を供給することができる分離可能な誘導装置の製造を可能にする。
【００２２】
さらに本発明によれば、高くない飽和誘導特性を有する電力エネルギー源に適した分離可能な電磁誘導装置は、熱処理工程でコバルトを使用せず、既存の磁心製造工程で安価な材料から製造されることによって、より低コストで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は好ましい電力ＣＴの特性を示すＢ−Ｈ曲線のグラフである。
【図２】図２は本発明の実施形態による分離可能な電磁誘導装置を製造するための方法のフローチャートである。
【図３】図３は図２の巻きステップに従って巻かれた磁心の斜視図である。
【図４】図４は図２の切断ステップに従って切断された磁心の斜視図である。
【図５】図５は磁心の切断に従ってＢ−Ｈ特性の変化を説明するグラフである。
【図６】図６は図２に示されたコアの切断を行なうための切断治具を説明する分解図である。
【図７】図７は図２に示された研磨ステップを行なうための研磨治具の動作状態を説明する斜視図である。
【図８】図８は比較例（ａ）及び実施例（ｂ）の分離可能な磁心の写真を示す。
【図９】図９は図８に示された磁心の各例からの出力比較グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。しかしながら本発明は、異なる形態で実施することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈すべきではない。
【００２５】
本発明は、電線から生じる磁界信号を使用して電力を生成する電力ＣＴとして機能する電磁誘導装置を製造するための方法に関する。本発明によれば、電磁誘導装置は、使用中、電線への脱着を容易にできる分離可能な形状で製造され、また二つのコアが互いに連結される面から漏れる磁束の量を最小化するために、カット面の三次元表面は均一に水平になるように切断される。さらに、本発明によれば、非コバルト珪素鋼は、低周波数帯、特に１２０Ｈｚ以下の電力周波数範囲で信号伝達特性を向上させ、低い電線電流で高い誘導電力を得るために使用される。高い透磁率を維持すると共に低コスト生産を達成するために、磁心は、鋼鈑の使用によりエアギャップの影響を低減するよう製造される。
【００２６】
特に、本発明の方法によって製造された電磁誘導装置は、一般的なセンサまたはＣＴのよりも相対的に低い値で磁気飽和点を維持することによって、高い電線電流に誘導される過度の電圧を防止しつつ、低い電線電流で高い出力を提供することができる。
【００２７】
まず、本発明の実施形態による分離可能な電磁誘導装置の製造方法は、図２を参照して説明される。図２は、本発明の実施形態による電磁誘導装置を製造する方法のフローチャートである。
【００２８】
電磁誘導装置を製造するための方法（２００）は、磁心を構成する鋼鈑を切断する切断ステップ（Ｓ２０１）と、切断された鋼板を管状にローリングする巻きステップ（Ｓ２０２）と、巻かれた磁心を加熱処理及び含侵する加工ステップ（Ｓ２０３）と、加熱処理及び含侵された磁心を切断する切断ステップ（Ｓ２０４）と、磁心の切断面を磨く切断面処理ステップ（Ｓ２０５）とを含んでいる。
【００２９】
より詳細には、まず、圧延された非晶質磁性合金で作られた鋼板は、図２に示すように、磁気コアを製造するために切断される（Ｓ２０１）。本発明によれば、電磁誘導装置に使用される材料は、最大磁束密度、高い共振周波数、低い抵抗、低い鉄損、それほど高くない透磁率を有する。これは、磁気飽和点が上記のように高くなる必要はないからであり、損失係数及び材料加工性が考慮されるからである。今のところ、材料が完全にそのような条件を満たしてはいない。電力ＣＴの動作周波数は５０−６０Ｈｚの電力周波数範囲内にあるので、抵抗率はそれほど考慮されていない。そのような条件に最も近い材料は、低いコバルト含有量の金属素材である珪素鋼である。従って、非コバルト磁性材または（珪素鋼などの）最小コバルト含有量の磁性材の使用は、高誘導力を低電線電流で得られるのと同時に磁気飽和点を下げることを可能にする。
【００３０】
一方、渦電流損失は、コア損失の主な要因であるが、圧延技術で巻かれ、高くない透磁率を有する珪素鋼製の薄鋼板が使用される場合、大幅に低減することができる。
【００３１】
その後、管状の磁心が形成されるように、カット鋼鈑は圧延技術によって巻かれる（Ｓ２０２）。巻くステップで、多数のコア層１２０は単体の管状コアを形成するために積層される。
【００３２】
図３は、図２の巻くステップに従って巻かれた磁心の斜視図である。
【００３３】
図３に示されるように、幅Ｗ及び厚さｄを有するコア層１１０は、圧延技術によって総合的な厚さＴを持つまで巻かれる。本発明は、磁心の透磁率を低減させ、コア層１１０間の連結面で生じると思われるエアギャップ１２０を最小化するために、圧延技術を使用して鋼鈑を巻いている。すなわち、管状の磁心が圧延技術によって製造されると、コア層１１０間のエアギャップ１２０を最小化することができ、渦電流損失はそれに応じて低減され、よって性能の劣化特にエアギャップによる透磁率の劣化を大幅に低減することができる。一般的に、製造工程を考慮する中で、所定の高価で高い透磁率の材料でエアギャップを減少させることは容易ではない。従って、高い製造コストにも関らず、想定よりも低い透磁率でパフォーマンスも低い。
【００３４】
次いで、管形の磁心は、加熱処理されて含侵される（Ｓ２０３）。このステップで、加熱処理及び含侵工程は任意の順序で実行することができる。例えば、加熱処理は含侵工程の後にまたはその逆に実行することができるし、含侵及び加熱工程を同時に行なってもよい。加熱処理及び含侵の特定の条件は、磁心の一般的な処置の方法を使用するので、詳細な記述は省略する。
【００３５】
しかしながら、本発明の加熱処理工程は、工程中、コバルトを加えずに行なわれ、熱処理工程を経て鋼板自体の耐性に最小量のコバルトが含まれている場合、均一な密度及び高くない飽和誘導特性を維持することができる。
【００３６】
さらに、含侵工程は、好ましくは、真空含浸工程である。また、真空含浸工程は、管状磁心のエアギャップを最小化することができる。従って、図１に示されるように、本発明による磁心は、一般的なコアやインダクタと比較して低い電線電流での特性を改善して、相対的により低い飽和特性を有することができる。
【００３７】
その後、含侵加熱された磁心は分離可能な磁心を形成するために切断される（Ｓ２０４）。磁心は、この工程で磁心の巻き方向に対して直交する方向に切断される。すなわち、磁心は、磁心１００の切断方向に及び切断方向に対して直交する方向に固定された状態で、半管状に切断される。
【００３８】
切断工程は、電線の状態に関わらず、電線へ着脱ができる分離可能な磁心を製造するための工程であって、図４及び５を参照して詳細に説明する。図４は、切断工程で切断された磁心の斜視図である。図５は、磁心の切断によって変わるＢ−Ｈ特性の変化を示すグラフである。
【００３９】
上記のように、高くない飽和誘導特性は、加熱処理工程中コバルト（Ｃｏ）成分を添加することなく、珪素鉄（Ｓｉ−Ｆｅ）など冷間圧延された磁性合金中のコバルト含有量を最小化することによって、安価な方法で提供することができる。しかしながら磁心が分離可能なコアの製造のために切断される場合、切断面間のギャップによって磁気抵抗が生じ、磁束の漏出を引き起こす。
【００４０】
図４に示されるように、２つの磁心がともに連結される場合、ギャップは、２つの磁心１００ａ及び１００ｂの切断面１０２間の切断部によって形成され得る。
【００４１】
図５に示されたＢ−Ｈ特性の変化と同じ影響を示すように、切断面１０２間の上記ギャップは、電線に発生する磁界のループが大きさに依存して増加する影響と一致する。特に、低電線電流での特性はより低下する、すなわち低電線電流での電力の発生を減少させる恐れがある。
【００４２】
本発明の実施形態では、磁心１００は、磁心の切断方向に及び切断方向に対して直交する方向に固定された状態で、半管状に切断される。すなわち、磁心の切断面１０２間のギャップは最小化され、よってギャップで引き起こされる磁気抵抗を減らすことができる。従って、切断面１０２で漏れる磁束を最小化するために別の磁性材や酸化物をギャップに加えることなく、磁心の優れたパフォーマンスを維持することができる（図５Ａ参照）。
【００４３】
これは、磁心に低いＬを持たせ得ることによって磁心の共振周波数を低減させるけれども、電力ＣＴの動作周波数が電力源周波数であるため大きな問題はなく、むしろ磁性体の固有の透磁率を維持できることによって低電線電流でより有効な特性が発揮される。
【００４４】
切断工程の特定の例は、図６を参照して詳細に説明される。図６は、図２に示される切断工程を実行するために、切断治具を示す分解斜視図である。
【００４５】
図６に示されるように、磁心１００を切断するための治具は、ガイド板３０と固定板６０との間に管状コア１０を配置してボルト４０及びナット５０を使用して固定することにより、ベース２０の天面に固定される。管状コア１０が上記固定状態にある場合、ガイド板３０または固定板６０上に切断用の溝３０ａまたは６０ａに挿入される放電加工機のワイヤーなどの切断手段は、磁心の巻きの方向に直交する方向に向かって移動しながら磁心を切断する。上記のように、切断溝３０ａは案内板３０にまた切断溝６０ａは固定板６０にそれぞれ形成されると共に、別の溝６０ｂが２つに切断されるコアの一方の面と他方の面とをマウントするために固定板６０にそれぞれ形成されている。従ってコア１０は、コアの大きさに適合するよう設計されたマウント溝６０ｂに挿入され、さらにボルト４０及びナット５０などの固定手段を設けることによってコア１０はベース２０の天面上に完全に固定される。
【００４６】
切断治具がＸ軸（切断方向）及びＹ軸（切断方向に直交する方向）の両方に固定されるので、目的のコア１０は、切断工程中に架かる力の不均衡が最小限に抑えられるように所定の中心部を中心として完全な半管状に切断され、コア１０を変形から保護することができる。
【００４７】
本発明は、図６に示される切断治具を使用してコアを切断する方法に制限されるものではない。しかし、磁心が切断方向及び切断方向に直交する方向の両方向に固定された状態で磁心を切断するのが、好ましい。
【００４８】
再び図２を参照する。冷却液は、磁心１００のカット面１０２が磨かれている間に提供される。研磨工程は、磁心１００の連結面を均一にすると共に磁心１００の切断面１０２のギャップを最小化するための工程である。また切断面１０２は、磁心の切断面１０２の三次元表面が均一に水平になるよう固定された後、砥石で切断面を研くことによって磨かれる。
【００４９】
そのような研磨工程の特定の実施例は、図７を参照してより詳細に説明される。図７は、図２の磨くステップを行なうために研磨治具の動作状態を示す透視図である。
【００５０】
図７に示すように、 磁心１００の切断面１０２を研磨するための研磨用治具は、水平面を画定するベース板２０と、磁心１０の切断面を上方向に向けて配置すると共に磁心１０の軸方向と直交する方向で磁心１０の上下面に接触するよう設置され且つ磁心１０の軸方向に沿って移動するよう設置されている上下一対の固定板６０と、磁心１０の切断面１１の水平性を維持するために磁心１０の側面に密着してベース板２０に設けられた側板４０と、一方の磁心の上面ともう一方の磁心１０の下面とに密着するために磁心の間に配置され且つベース板２０の上面に設置されているセンター板３０とを備えている。
【００５１】
工程のシーケンスは、磁心１０の大きさに適した位置にセンター板３０を置き、調節スライダー２３のスロット２２ａを通る調節ボルト２３をセンター板３０にネジ留めしてセンター板３０を固定することから始まる。磁心１０が支持基板２１に置かれると、側板４０を磁心１０の大きさに合うように高さを調整し、ボルト２５でネジ留めして固定すると共に、磁心１０の上下面がセンター板３０のポインタ３１に接触している間に、磁心の切断面１１が側板４０と平行になるよう支持基板２１上で磁心１０を調整する。その後、支持バー５０のハンドル５２を回すことによって、固定板６０のポインタ６１を磁心１０の上下面と密着するまで移動する。そのような方法で磁心１０は固定される。磁心１０が固定されると研磨工程が開始される。
【００５２】
研磨工程では、磁心１０が治具に固定された状態にある間、ベース板２０は電子的にまたはクランプで研磨装置に固定される。図７に示すように、この状態で砥石２００を降ろして研磨処理を開始する。
【００５３】
本発明は、図７に示されるように、研磨のための研磨治具を使用する方法に限定されるものではなく、カット面の三次元表面が均一に水平になるよう固定された状態で、磁心の切断面を磨く任意の好ましい方法を包含することができる。
【００５４】
図８は比較例（ａ）及び実施例（ｂ）による分離可能な磁心の写真である。比較例（ａ）及び実施例（ｂ）の磁心は、異なるコバルト成分を有する異なる珪素鋼板を用いて同様の方法で製造されたものである。このようにして製造された磁心は、図８に示され、実施例（ｂ）のコバルト含有量は、比較例（ａ）のコバルト含有量よりも約５０％少ない量である。
【００５５】
比較例と実施例との間の出力特性は、図９に示されている。図９は、図８に示された２つの磁心の出力特性を示す比較グラフである。
【００５６】
図９に示されたように、低い飽和特性を有する磁性材で製造された磁心（ｂ）は、低電線電流で高いパワー特性を示し、また磁性飽和点が低いため高電線電流で比較的低い出力値を示す。この特性は、電力ＣＴが、電子システムに要求されるものよりも高い超過電力を駆動することを防止するための主要な役割を果たすことができる。
【００５７】
【表１】
2017516301.tif 000003
【００５８】
図９及び表１に示されるように、既存の場合と比較して、本発明の実施形態によって製造された磁心は、低い電線電流で高い電力特性を持ち、それが磁性飽和状態により速く達するので比較的低い出力値を示す。
【００５９】
このような方法によって、低い電線電流で高い特性を有し、高い電線電流で飽和誘導特性を有すると共に、容易に調整可能な出力電力を備えた高性能で分離可能な誘導装置を製造することができる。またこのような方法によって、過度の誘起電圧の発生を防止する高くない飽和特性を有し、それに応じて負荷側に安定した電力を供給し、既存の磁心製造工程で製造され、さらに電源に適した高くない飽和特性を有する分離可能な電磁誘導装置は、熱処理工程でコバルトを使用することなく安価に製造することができる。
【００６０】
本発明の好ましい実施形態が明らかにされてきたが、添付の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及び精神から逸脱することなく、当業者によって様々な変更及び修正が成されてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１０    磁心
１１    切断面
２０    ベース板
２１    支持基盤
２２    スロット
２３    調節ボルト（スライダー）
３０    センター板（案内板）
３０ａ    溝
３１    ポインタ
４０    側板
４０    ボルト（図６）
５０    ナット（図６）
５０    支持バー
５２    ハンドル
６０    固定板
６１    ポインタ
６０ａ；６０ｂ    溝
１００    磁心
１０２    切断面
１１０    コア層
１２０    エアギャップ
２００    砥石
ＣＴ    変流器
Ｗ    幅
ｄ    厚さ
Ｔ    総厚
【図１】
2017516301.tif 000004
【図２】
2017516301.tif 000005
【図３】
2017516301.tif 000006
【図４】
2017516301.tif 000007
【図５】
2017516301.tif 000008
【図６】
2017516301.tif 000009
【図７】
2017516301.tif 000010
【図８（ａ）】
2017516301.tif 000011
【図８（ｂ）】
2017516301.tif 000012
【図９】
2017516301.tif 000013
【国際調査報告】
2017516301.tif 000014
2017516301.tif 000015
2017516301.tif 000016
2017516301.tif 000017
2017516301.tif 000018
2017516301.tif 000019