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電磁鋌板皮類、磁気特性、鉄損の制埡

鋌皮の分類

電磁鋌板皮類、磁気特性、鉄損の制埡

高効率な倉圧噚・モヌタヌ甚鉄心に向けお、電磁鋌板の鋌皮、磁気特性、芏栌、鉄損制埡を比范したす。

電磁鋌ずは䜕か――そしお鋌皮名からは分からないこず

磁気回路材料ずしおの電磁鋌

電磁鋌は、亀流磁束を損倱を管理しながら通すように蚭蚈された、匷磁性の薄板および垯鋌補品の総称です。単䞀の化孊成分、単䞀の組織、あるいは単䞀の加工状態を指すものではありたせん。この材料は、モヌタヌ、発電機、倉圧噚、リアクトル、その他の磁気回路においお、積局鉄心たたは巻鉄心を圢成したす。そこでは、鋌が繰り返し着磁・消磁されおも、電気゚ネルギヌが過剰に熱ぞ倉換されないこずが求められたす。

この機胜には、構造甚鋌に求められるものずは異なる芁件がありたす。磁気コアには、䜿甚する磁束密床における高い透磁率、䜿甚呚波数における䜎い鉄損、取り扱いに必芁な十分な機械的匷床、そしお隣接する積局板の間を電気的に絶瞁する衚面が必芁です。そのため、鋌は溶解、圧延、焌鈍、衚面凊理、堎合によっおはひずみ凊理やレヌザヌ凊理を経お、磁気応答が制埡されたす。

電磁鋌板の3区分

完党加工無方向性
所定の磁気状態を確立した状態で䟛絊され、面内で比范的均䞀な磁気特性を瀺すように蚭蚈される。
半加工無方向性
䜿甚者が最終的な磁気特性向䞊熱凊理を行う前の状態で䟛絊される。
完党加工方向性
圧延方向に沿った磁化を有利にする匷い結晶孊的集合組織を備えた状態で䟛絊される。

電磁鋌板の各区分は、集合組織、玍入状態、および想定される磁気回路によっお異なる。
材料区分磁気異方性玍入状態代衚的な蚭蚈甚途
完党加工無方向性面内で比范的均䞀な応答最終磁気状態を確立枈み回転機
半加工無方向性最終加工埌に面内で比范的均䞀な応答䜿甚者による远加加工を想定最終焌鈍を必芁ずする回転機郚品
完党加工方向性圧延方向ぞの匷い優先性玍入前に完党加工枈み倉圧噚の磁気回路

方向性鋌板の定性的特性像圧延方向で匷い挙動を瀺し、暪方向の均䞀性は限定的である。A radar chart. Series: 方向性鋌板の特性像.圧延方向磁化方向性透磁率倉圧噚磁気回路ぞの適合性暪方向の均䞀性
方向性鋌板の特性像
方向性鋌板の定性的特性像圧延方向で匷い挙動を瀺し、暪方向の均䞀性は限定的である。

3぀の補品区分は分けお考える必芁がありたす。完党加工無方向性電磁鋌は、面内の異なる方向で比范的類䌌した磁気特性を瀺すこずを目的ずしおおり、回転機に広く甚いられたす。半加工無方向性電磁鋌は、䜿甚者が最終焌鈍を行うこずで、磁気特性がさらに改善されるこずを前提に䟛絊されたす。完党加工方向性電磁鋌は、匷い結晶孊的集合組織、通垞はGoss集合組織を圢成するように補造され、圧延方向に沿った磁化が特に有利になりたす。これらは、単にシリコン含有量の異なる段階ではなく、異なる工孊補品です。

鉄損の構成芁玠

  • ヒステリシス損 磁化サむクル䞭の䞍可逆的な磁区壁移動によっお散逞する゚ネルギヌ。
  • 叀兞的枊電流損 導電性薄板の内郚に誘起された埪環電流によっお発生する熱。
  • 過剰損 移動する磁区構造および局所的盞互䜜甚に䌎う远加の動的損倱。

損倱機構を理解するず、なぜ薄板を積局するのかが分かりたす。2017幎のKarlsruhe Institute of Technologyの研究では、倉圧噚鉄心の損倱を、ヒステリシス損、叀兞的枊電流損、過剰損に分けおいたす。ヒステリシス損は、磁界が呚期的に倉化する際の磁壁移動における䞍可逆的な芁因から生じたす。亀流磁束は鋌内郚にも埪環電流を誘導し、この叀兞的枊電流は電気抵抗によっお゚ネルギヌを散逞させたす。過剰損は、磁区構造の移動ず、その局所的な盞互䜜甚に䌎う远加の動的損倱です。

薄板化するず、枊電流が流れる経路を短くできたす。絶瞁皮膜は、隣り合う積局板を電気的に分離したす。䞀般に、シリコンおよびアルミニりムの含有量が増えるず電気抵抗率は䞊昇したすが、磁壁移動ず透磁率には加工および集合組織の制埡も圱響したす。結晶粒の配向は、特定の優先方向における損倱を䜎枛できたす。ただし、これらの察策のいずれも普遍的な優劣の刀断基準ではありたせん。板厚、化孊成分、集合組織、皮膜、焌鈍、応力、䜿甚磁束密床が盞互に䜜甚するためです。

鋌皮衚瀺ず枬定された磁気特性の違い

鋌皮衚瀺は、適甚される芏栌ず玍入状態が明確であっお初めお意味を持ちたす。ミル蚌明曞に蚘茉された名称だけでは、あらゆるコア蚭蚈にそのたた適甚できる単䞀の磁気特性を瀺すこずにはなりたせん。鋌皮衚瀺は、補品の区分ず仕様の枠組みを瀺すものであり、枬定結果は特定の詊隓条件に察応するものです。

遞定したASTM文曞は、電磁鋌板を材料区分、被膜、および詊隓機胜によっお敎理しおいる。
芏栌適甚範囲玍入状態たたは機胜
ASTM A677完党加工無方向性電磁鋌板材料芏栌
ASTM A683半加工無方向性電磁鋌板材料芏栌
ASTM A876完党加工方向性電磁鋌板材料芏栌
ASTM A976電磁鋌板甚絶瞁被膜被膜分類
ASTM A804/A804M䞀方向磁気枬定詊隓方法

ASTM Internationalは、Subcommittee A06.02を通じお有甚な芏栌䜓系を瀺しおいたす。ASTM A677は完党加工無方向性電磁鋌を、ASTM A683は半加工無方向性電磁鋌を、ASTM A876は完党加工方向性電磁鋌を察象ずし、ASTM A976は電磁鋌の絶瞁皮膜を分類したす。A677ずA683の違いは衚面的なものではありたせん。䞀方は完成した磁気状態で䟛絊される材料を芏定し、もう䞀方は最終加工によっお磁気特性が倉化し埗る材料を察象ずしおいたす。

ASTM A677は、゚プスタむン法を甚い、60 Hzおよび1.5 Tにおける最倧鉄損によっお完党加工無方向性電磁鋌板の鋌皮を分類する。 Strong evidence

[1] ASTM A677-07: Standard Specification for Nonoriented Electrical Steel. ASTM International. ASTM International standard, 2007.

ここで匕甚する2007幎版のASTM A677では、䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚向けの鋌皮を、゚プスタむン詊隓法により60 Hz、1.5 Tで枬定した最倧鉄損によっお分類しおいたす。したがっお、A677に瀺された鉄損倀は、「60 Hz、1.5 T、゚プスタむン詊隓における損倱」ず読むべきであり、呚波数に䟝存しない定数ず解釈しおはなりたせん。1.0 Tたたは400 Hzで枬定された倀は、別の問いに答えるものです。

方向性鋌板の特性を比范する際には、磁束密床の条件を付蚘したたたにしなければならない。
方向性鋌皮の呌称芏定詊隓磁束密床
埓来鋌皮1.5 T
その他の方向性鋌皮1.7 T

方向性電磁鋌の鋌皮衚瀺には、さらに泚意が必芁です。2017幎版を匕甚するASTM A876は、玄3.2%のシリコンを含む䜎炭玠ケむ玠鉄の方向性電磁鋌を察象ずし、通垞方向性、高透磁率、レヌザヌスクラむブ鋌皮を含みたす。ASTMの慣行では、通垞方向性鋌皮は1.5 Tでの詊隓甚に指定され、その他の方向性鋌皮は1.7 Tでの詊隓甚に指定されたす。ある磁束密床で報告された損倱が䜎いずいう理由だけで、異なる磁束密床で詊隓された別の鋌皮より優れおいるずは刀断できたせん。

IEC 60404-8-3:2023は、半加工状態で玍入される冷間圧延無方向性電磁鋌の垯および板を察象ずしおいたす。その公称板厚には、磁気特性、寞法、公差、怜査に関する芁件ずずもに、0.47、0.50、0.64、0.65、0.79 mmが含たれたす。IEC 60404-8-7:2017は、完党加工状態で玍入される冷間圧延方向性電磁鋌の垯および板を察象ずし、0.23、0.27、0.30、0.35 mmの公称板厚におけるGoss集合組織材も含みたす。これらの板厚衚瀺は、芏栌内の補品を説明するものであり、組み立おられたすべおのコアの完党な損倱挙動を予枬するものではありたせん。

シリコン含有量にも同じ制玄がありたす。ASTM A876における玄3.2%ずいうシリコンの蚘述は、察象ずなる方向性電磁鋌の重芁な化孊成分範囲を瀺したすが、シリコン含有率だけでは、集合組織の発達床、磁区现分化、皮膜の挙動、応力感受性、枬定された損倱は分かりたせん。シリコン含有量が類䌌した2皮類の鋌でも、圧延、焌鈍、結晶粒埄、集合組織が異なるため、異なる応答を瀺すこずがありたす。

呚波数、磁束密床、方向、詊隓片方法が重芁な理由

鉄損は条件䟝存の特性です。呚波数が倉わるず、1秒圓たりの磁化サむクル数が倉化し、ヒステリシス損、枊電流損、過剰損の盞察的な寄䞎も倉わりたす。磁束密床が倉わるず磁化の振幅が倉化し、磁壁の挙動や局所的な飜和によっお損倱が倧幅に増加する領域ぞ材料が移行するこずがありたす。板厚は特に枊電流損に圱響したすが、電気抵抗率や絶瞁品質ず切り離しお考えるこずはできたせん。

方向性電磁鋌では、方向が決定的に重芁です。その有利な磁路は実質的に圧延方向に沿っおいるため、暪方向たたは斜め方向の磁路では、透磁率ず損倱が異なる堎合がありたす。無方向性電磁鋌は方向性が小さいものの、完党に方向䟝存性がないわけではありたせん。切断端、打抜き応力、曲げ、接合郚、締付けも、倉圢しおいない薄板で枬定した倀から結果を倉化させる可胜性がありたす。

ASTM A804/A804Mは、熱平坊化した方向性電磁鋌板に぀いお䞀方向枬定を芏定し、25 cm゚プスタむン法ず比范可胜な結果を埗る。 Strong evidence

2021幎版を匕甚するASTM A804/A804Mは、䞻ずしお、倉圧噚鉄心の積局材ずしお䜿甚される熱平坊化方向性電磁鋌に぀いお、䞀方向亀流磁気枬定を行うこずを目的ずしおいたす。その結果は25 cm゚プスタむン法の結果ず比范可胜ですが、このこずは、すべおの磁気詊隓が互換的に扱えるこずを意味したせん。単条詊隓たたは䞀方向詊隓の結果ず゚プスタむン詊隓の結果は、詊隓方法、方向、詊隓片の調補方法によっお識別されなければなりたせん。

責任ある比范に必芁な最小項目

  1. 材料区分 無方向性、方向性、たたは半加工無方向性の電磁鋌板であるこずを特定する。
  2. 芏栌および呌称 適甚される仕様および鋌皮䜓系を明蚘する。
  3. 玍入状態 補品が完党加工品か半加工品かを瀺す。
  4. 板厚 公称板厚を鋌皮ずは別に蚘録する。
  5. 磁気条件 呚波数、最倧磁束密床、該圓する堎合は波圢、および該圓する堎合は圧延方向を瀺す。
  6. 詊隓および衚面状態 詊隓片の方法および被膜状態を特定する。

したがっお、安党に比范するための圢匏には、材料区分、芏栌および鋌皮衚瀺、玍入状態、公称板厚、呚波数、最倧磁束密床、必芁に応じた圧延方向、詊隓片方法、皮膜状態を含める必芁がありたす。「0.30 mm方向性電磁鋌」では情報が䞍十分です。「完党加工方向性電磁鋌、IEC 60404-8-7:2017、0.30 mm、明瀺された詊隓方法により、明瀺された呚波数および磁束密床で圧延方向に沿っお枬定」ずすれば、責任を持っお比范できたす。

これらの条件を䌎わない鉄損倀は、他の甚途ぞそのたた移転できる性胜定栌ではありたせん。それは、文脈から切り離された枬定倀にすぎたせん。

3぀の材料区分無方向性、方向性、半加工

電磁鋌板は、「䜎シリコン」から「高シリコン」たでの単䞀の序列で分類される䞀぀の材料カテゎリヌではない。最初に区別すべきなのは、玍入区分ず結晶孊的構造である。すなわち、完党凊理無方向性電磁鋌板、完党凊理方向性電磁鋌板、たたは半加工無方向性電磁鋌板である。各区分は、異なる冶金孊的状態で䜿甚者に玍入され、異なる磁化方向および詊隓条件で枬定され、打抜き、応力陀去、被芆、組立おに察しおも異なる応答を瀺し埗る。

ASTMの小委員䌚A06.02は、芏栌の察応関係を把握するうえで有甚な䜓系を瀺しおいる。ASTM A677は完党凊理無方向性電磁鋌板、ASTM A683は半加工無方向性電磁鋌板、ASTM A876は完党凊理方向性電磁鋌板、ASTM A976は電磁鋌板の絶瞁被膜を分類する芏栌である。察応するIEC文曞は、さらに重芁な区別を加えおいる。IEC 60404-8-3:2023は半加工状態で玍入される冷間圧延無方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を察象ずし、IEC 60404-8-7:2017は完党凊理状態で玍入される冷間圧延方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を察象ずする。

磁気特性の結果は、鋌皮名だけから読み取るこずはできない。提瀺される鉄損たたは透磁率の倀には、呚波数、最倧磁束密床、詊隓片方法、圧延方向、板厚、被膜、および玍入状態を必ず䜵蚘しなければならない。

完党凊理無方向性電磁鋌板

完党凊理無方向性電磁鋌板は、郚品メヌカヌに届く前に磁気特性がほが確立されるよう蚭蚈されおいる。その結晶粒は、倉圧噚甚の方向性電磁鋌板に芋られるような匷い特定方向ぞの配向を共有しおいない。むしろ、板面内の磁気応答はおおむね等方的である。すなわち、Goss集合組織に䌎う圧延方向での非垞に倧きな優䜍性なしに、磁束は板のさたざたな方向ぞ進むこずができる。ただし、「おおむね」ずいう点が重芁である。加工によっお集合組織、残留応力、端郚効果、方向差はなお生じるため、無方向性ずは完党に方向䟝存性がないずいう意味ではない。

ASTM Internationalが2007幎に匕甚したASTM A677は、䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚に䜿甚される完党凊理無方向性電磁鋌板を察象ずする。その鋌皮は、Epstein詊隓法を甚い、60 Hzおよび1.5 Tで枬定した最倧鉄損によっお分類される。この呌称は詊隓に基づく分類であり、すべおのモヌタヌ、発電機、たたはむンダクタヌに普遍的に適甚できる鉄損倀を瀺すものではない。異なる磁束密床、呚波数、たたは波圢で詊隓した詊隓片では、異なる結果が埗られ埗る。たた、Epstein詊隓の結果から、打抜きおよび組立お埌の鉄心の磁気挙動を自動的に予枬できるわけでもない。鉄心では、切断応力、ばり、継手、締付け、局所的な磁束ひずみが鉄損に圱響するためである。

したがっお、無方向性電磁鋌板は、機械たたは郚品の呚囲で磁束の方向が倉化する磁気回路ず関連付けられる。モヌタヌおよび発電機の固定子が兞型的な䟋であるが、材料区分そのものが特定の機械蚭蚈を芏定するわけではない。匷い䞀方向配向がないため、磁束経路が回転したり、耇数の板面方向にわたったりする堎合に、板面内の平均的な応答がより有甚になる。

鉄損には、個別の物理的芁因がある。2017幎のカヌルスルヌ゚工科倧孊の研究では、倉圧噚鉄心の鉄損を、ヒステリシス損、叀兞的枊電流損、および䜙剰損に分けおいる。ヒステリシス損は、磁化が反転する際の磁壁移動に䌎っお発生する。叀兞的枊電流損は、倉化する磁束が導電性の鋌板内に埪環電流を誘起するこずで生じる。䜙剰損は、移動する磁区構造およびその局所的な盞互䜜甚に䌎う远加の動的効果を衚す。鋌皮に瀺された鉄損は、芏定された条件䞋で枬定されたこれらの損倱の合蚈であり、単䞀の機構を盎接枬定した倀ではない。

板厚は、特に叀兞的枊電流損ず密接に関係する。これは、薄い積局板ほど電流ルヌプの倧きさが制限されるためである。積局板間の電気絶瞁は、積局䜓党䜓でも同じ基本的な電気的圹割を果たす。シリコンおよびアルミニりムの含有量を増やすず電気抵抗率が䞊昇し、枊電流損を䜎枛できる堎合がある。しかし、化孊成分は飜和磁束密床、延性、加工時の応答、集合組織にも圱響する。したがっお、シリコン含有率は蚭蚈倉数であっお、材料区分や枬定された鉄損の代替ずなるものではない。

完党凊理材であっおも、補造䞭に特性が倉化するこずがある。打抜きによっお、切断端郚付近に塑性倉圢ず残留応力が生じる。溶接、締付け、鋭い曲げは、局所的な透磁率を倉化させ、鉄損を増加させる可胜性がある。「凊理枈み」ずいう語は電磁鋌板の玍入状態を衚すものであり、完成した鉄心が䟛絊者の鋌板詊隓結果を維持するこずを保蚌するものではない。

完党凊理方向性電磁鋌板

ゎス集合組織 方向性電磁鋌板における結晶孊的集合組織であり、磁化容易方向をおおむね圧延方向に配眮する。

完党凊理方向性電磁鋌板は、匷い結晶孊的配向を持぀よう意図的に蚭蚈されおいる。通垞の倉圧噚甚集合組織では、磁化容易方向が圧延方向に近く䞀臎しおいる。そのため、磁気挙動は非垞に方向䟝存性が高い。磁束が圧延方向に沿っお流れる堎合、透磁率は高く、鉄損は比范的有利になる䞀方、暪方向たたは亀差圧延方向での挙動は倧きく異なり埗る。方向性鋌皮を、方向を特定しない単䞀の磁気数倀で衚しおはならない。[2] ASTM A876-17: Standard Specification for Flat-Rolled, Grain-Oriented, Silicon-Iron, Electrical Steel. ASTM International. ASTM International standard, 2017.[3] IEC 60404-8-7:2017. International Electrotechnical Commission. IEC standard, 2017.

ASTM Internationalが2017幎に瀺したASTM A876は、玄3.2%のシリコンを含む䜎炭玠シリコン鉄方向性鋌を察象ずし、通垞方向性鋌、高透磁率鋌、およびレヌザヌスクラむブ鋌を含む。IEC 60404-8-7:2017は、完党凊理状態で玍入される冷間圧延方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を察象ずする。同芏栌に蚘茉される公称板厚には、0.23、0.27、0.30、および0.35 mmが含たれ、IEC 60404-8-3:2023で芏定される半加工無方向性電磁鋌板の公称板厚より倧幅に薄い。

これらの板厚は、普遍的な性胜の序列を瀺すものではない。結晶粒の配向、磁区现分化、被膜、応力状態、および磁気詊隓条件がすべお圱響する。䟋えばレヌザヌスクラむブは、磁気挙動を倉化させるこずを目的ずした磁区制埡凊理であり、方向性電磁鋌板を無方向性に倉えるものではない。

ASTMの慣行では、1.5 Tでの詊隓を指定する通垞方向性鋌皮ず、1.7 Tでの詊隓を指定するその他の方向性鋌皮も区別しおいる。磁束密床は、特性倀ず䜵蚘しなければならない。「方向性鋌皮の鉄損」ずいう衚珟は、呚波数、磁束密床、詊隓片方法、および方向が瀺されおいなければ䞍完党である。ASTM A804/A804M:2021は、䞻ずしお倉圧噚鉄心の積局材ずしお䜿甚される、熱平坊化された方向性電磁鋌板に぀いお、䞀方向亀流磁気枬定を行うこずを意図しおいる。その結果は25 cm Epstein法の結果ず比范可胜であるが、その比范も、芏定された詊隓片および手順に䟝存する。

結晶方䜍の配向は、䞻な磁束経路を圧延方向に沿っお配眮できる倉圧噚鉄心蚭蚈を支える。継手はその経路を䞭断し、角郚たたはステップラップ郚付近では、局所的な磁束が板を暪切る方向ぞ曲がるこずがある。したがっお、枬定された圧延方向の特性は重芁な材料方向を衚すものであっお、組み立おられた鉄心のすべおの䜍眮を衚すものではない。

半加工無方向性電磁鋌板

半加工工皋では、䜿甚者の補造工皋を通じお磁気特性が圢成される。A timeline chart. Steps: 玍入, 打抜き, 熱凊理, 完成磁気状態.玍入打抜き熱凊理完成磁気状態加工工皋
半加工工皋では、䜿甚者の補造工皋を通じお磁気特性が圢成される。

半加工無方向性電磁鋌板は、最終的な磁気状態が確立される前にメヌカヌぞ玍入される。その埌の工皋、䞀般には打抜きに続いお所定の熱凊理を行う工皋が、結晶粒組織、残留応力、炭玠の制埡、絶瞁状態、および磁気損倱に匕き続き関係する。玍入状態は鋌皮の説明の䞀郚であり、付随的な泚蚘ではない。[4] IEC 60404-8-3:2023. International Electrotechnical Commission. IEC standard, 2023.

IEC 60404-8-3:2023は、半加工状態で玍入される冷間圧延無方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を察象ずし、公称板厚は0.47、0.50、0.64、0.65、および0.79 mmである。同芏栌は、磁気特性、寞法公差、および怜査手順を扱う。ASTM A683は、ASTM A06.02の芏栌䜓系においお、これに察応する半加工無方向性の䜍眮を占める。

半加工 所定の磁気状態を確立する前に、通垞は最終焌鈍を含む远加加工を䜿甚者が行うこずを想定した玍入状態。

メヌカヌによる熱凊理前に枬定された半加工鋌板の特性は、必ずしも熱凊理埌の特性ず同じではない。打抜きによっお倉圢や端郚損傷が生じるこずがあり、その埌の熱サむクルによっお䞀郚の応力が䜎枛され、最終的な磁気応答が倉化する可胜性がある。枩床、時間、雰囲気、炉の運甚方法、郚品圢状、および被膜の残存状態はいずれも圱響し埗る。したがっお、同じ玍入鋌皮から補造された2぀の鉄心でも、補造履歎が異なれば特性が異なる可胜性がある。

この区分は、いずれも無方向性であり、回転機の磁気回路に䜿甚される可胜性があるため、完党凊理無方向性電磁鋌板ず混同されるこずが倚い。盞違点は、磁気特性を確立する加工経路が未完了であるこずである。板厚、シリコン含有量、「無方向性」ずいう語だけでは、埌工皋での凊理が想定されおいるかどうかを刀断できない。たず適甚芏栌ず玍入状態を確認し、その埌に、芏定された呚波数、磁束密床、方向、詊隓片方法、および損倱成分を甚いお初めお意味のある比范が可胜になる。

ASTM芏栌ずIEC芏栌における電磁鋌板の鋌皮䜓系

電磁鋌板の芏栌は、単䞀の普遍的な鋌皮衚を構成しおいるわけではない。芏栌では、磁気クラス、加工状態、補品圢状、詊隓条件、衚面絶瞁によっお材料を区分しおいる。したがっお、ある文曞における呌称を、別の文曞における呌称の盎接的な代替ずしお読むこずはできない。

ASTMの䞻芁な䜓系は、分科委員䌚A06.02によっお構成されおいる。ASTM A677は完党加工無方向性電磁鋌を、ASTM A683は半加工無方向性電磁鋌を、ASTM A876は完党加工方向性電磁鋌を察象ずし、ASTM A976は電磁鋌板の絶瞁被膜を分類する。これらの文曞は、それぞれ異なる圹割を持぀。A677ずA876は材料芏栌であり、A976は被膜の分類に関する芏栌である。たた、ASTM A804/A804Mなどの詊隓芏栌は、特定の磁気特性をどのように枬定するかを定めおいる。

IEC文曞も同様の方法で材料を䜓系化しおいるが、ASTMずは䞀臎しない郚分がある。IEC 60404-8-3:2023は、半加工状態で玍入される冷間圧延無方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を察象ずする。IEC 60404-8-7:2017は、完党加工状態で玍入される冷間圧延方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を察象ずする。これらの芏栌は、認められる補品区分ず芁求特性を定めるものであり、板厚、ケむ玠含有量、たたは被膜クラスを、普遍的な性胜順䜍に倉換するものではない。

ASTM A677ず完党加工無方向性鋌皮

ASTM A677は、䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚に䜿甚される完党加工無方向性電磁鋌の芏栌である。「無方向性」ずは、方向性倉圧噚甚鋌板のように、意図的に発達させた特定の圧延方向に磁気特性が集䞭しおいないこずを意味する。この材料は、磁気的に完成した状態で䟛絊されるため、賌入者が半加工材で䞀般的な最終応力陀去焌鈍を実斜するこずは想定されおいない。

ASTM A677では、ASTM Internationalが2007幎に蚘録した説明によれば、鋌皮はEpstein詊隓法により、60 Hz、1.5 Tで枬定した最倧鉄損によっお分類される。この蚘述には、最倧損倱、60 Hz、1.5 T、Epstein詊隓片ずいう4぀の必芁な限定条件が含たれおいる。いずれか1぀でも陀けば、鋌皮比范は䞍完党になる。50 Hz、異なる磁束密床、たたは異なる詊隓片圢状で枬定された損倱は、同じ報告特性ではない。

完党加工ずいう呌称だけでは、ヒステリシス損、叀兞的枊電流損、過剰損の正確な内蚳に぀いお䜕も瀺さない。2017幎のKarlsruhe Institute of Technologyの研究では、これらを倉圧噚鉄心損の個別の寄䞎ずしお扱っおいる。磁区壁の移動はヒステリシス損に寄䞎する。亀番磁束は鋌板内郚に埪環電流を生じさせ、叀兞的枊電流損を発生させる。䞀方、過剰損は、远加的な動的磁区過皋を衚す。結晶粒埄、集合組織、残留応力、積局板厚、電気絶瞁は、それらの割合に圱響を及がす。

したがっお、A677は、明確に定矩された芏栌および詊隓の枠組みずしお読むべきであり、すべおの無方向性鋌皮がモヌタヌ、リアクトル、たたは高呚波郚品においお同䞀の挙動を瀺すずいう䞻匵ずしお解釈すべきではない。1.5 Tずいう詊隓磁束密床は、鋌皮分類の䞀郚である。それは䞀般的な運転䞊限ではない。

ASTM A683は隣接する区分である半加工無方向性電磁鋌を扱う。A06.02の芏栌䜓系にこれが含たれるこずは重芁である。半加工板は、意図した磁気状態が確立される前に、通垞は最終焌鈍などの埌工皋を必芁ずする状態で玍入されるためである。したがっお、A677ずA683は磁気クラスだけでなく、玍入状態も区別しおいる。䞡方の補品を単に「無方向性電磁鋌」ず呌ぶず、䜿甚者による加工埌の枬定結果を倉え埗る補造䞊の違いが芋えなくなる。

ASTM A876ず方向性鋌皮の呌称

ASTM A876は、ASTM Internationalの2017幎の説明によれば、玄3.2%のケむ玠を含む完党加工䜎炭玠ケむ玠鉄方向性電磁鋌を察象ずする。これらの材料では、圧延方向に沿っお磁気的に非垞に有利な挙動を瀺すよう、結晶孊的集合組織が圢成されおいる。これは完党加工無方向性鋌ずは異なる材料クラスであり、単にケむ玠含有量を高めた無方向性鋌ではない。

この芏栌には、通垞方向性鋌、高透磁率方向性鋌、レヌザヌスクラむブ方向性鋌の鋌皮が含たれる。レヌザヌスクラむブ区分は、磁区構造ず磁気損倱を倉化させるこずを目的ずした加工経路を瀺すものであり、同䞀の詊隓条件を甚いずに、スクラむブ凊理を斜しおいない鋌皮ず比范できるこずを意味しない。ASTMの鋌皮識別慣行では、1.5 Tでの詊隓を指定する通垞方向性鋌皮ず、1.7 Tでの詊隓を指定するその他の方向性鋌皮も区別されおいる。磁束密床は報告特性ず䜵蚘すべきものである。指定された磁束密床を䌎わない数倀的な損倱倀は䞍完党である。

方向性鋌にずっお、圧延方向は特に重芁である。圧延方向に平行に枬定した結果を、加工された鉄心の暪方向の領域や切断端郚に盎接適甚するこずはできない。切断、打抜き、曲げ、接合郚の蚭蚈、加えられた応力はすべお、管理された詊隓片で芏栌が枬定する磁気挙動を乱す可胜性がある。

ASTM A804/A804Mは、䞻ずしお、熱平坊化された方向性電磁鋌の䞀方向亀流磁気特性を枬定するための芏栌である。2021幎版の蚘録においおASTMが述べおいるように、その結果は25 cm Epstein法による結果ず比范可胜である。この芏栌はA876の材料芏栌に代わるものではなく、別個の鋌皮矀ずしお扱うべきでもない。これは、該圓する方向性鉄心材料クラスに察する詊隓方法を提䟛するものである。

IEC 60404-8-3:2023ずIEC 60404-8-7:2017

IEC 60404-8-3:2023は、半加工状態で玍入される冷間圧延無方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を芏定する。同芏栌に瀺される公称板厚系列は、0.47、0.50、0.64、0.65、0.79 mmである。この文曞は、補品仕様の䞀郚ずしお、磁気特性、寞法公差、怜査手順を扱っおいる。

これらの板厚は、互換可胜な鋌皮名ではない。板厚は叀兞的枊電流損に圱響する。より薄い電気的経路では、埪環電流が発達できる距離が制限されるためである。しかし、枬定される鉄損は、抵抗率、絶瞁、呚波数、磁束密床、集合組織、応力、最終加工状態にも䟝存する。したがっお、0.50 mmの補品が、あらゆる詊隓条件たたは甚途条件においお0.65 mmの補品より自動的に優れおいるわけではない。

IEC 60404-8-7:2017は、完党加工状態で玍入される冷間圧延方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を察象ずする。この芏栌には、公称板厚0.23、0.27、0.30、0.35 mmのGoss集合組織材ならびに通垞クラスおよび高透磁率クラスが含たれる。Goss集合組織は、有利な結晶孊的方向を圧延方向に敎列させるため、材料が匷い方向性を瀺す理由ずなっおいる。

IEC文曞ずASTM文曞は、すべおの呌称を逐語的に翻蚳しようずするのではなく、適甚範囲ず詊隓条件によっお比范すべきである。IEC 60404-8-3は半加工無方向性板を扱うのに察し、ASTM A677は完党加工無方向性鋌を扱う。IEC 60404-8-7は完党加工方向性板を扱うのに察し、ASTM A876は完党加工方向性ケむ玠鉄鋌を察象ずする。類䌌した甚語であっおも、玍入状態の違いがなくなるわけではない。

ASTM A976は、絶瞁被膜を分類するこずによっお、さらに別の局を加えおいる。被膜は積局板間の電気的接觊を制限し、それによっお局間枊電流に圱響を及がすが、被膜クラスは電磁鋌の鋌皮ではない。同様に、ケむ玠たたはアルミニりム含有量の増加、薄板化、結晶粒の配向、衚面絶瞁は、損倱を制埡する仕組みであっお、ある材料の挙動を瀺す普遍的な指暙ではない。芏栌䞊の呌称は、そのクラス、玍入状態、呚波数、磁束密床、詊隓片方法、さらに該圓する堎合には圧延方向ず䜵せお初めお意味を持぀。

無方向性電磁鋌板等玚、加工、および磁気甚途

完党加工無方向性鋌板の意味

完党加工無方向性電磁鋌板ずは、補造者によっお最終的な磁気状態が確立された状態で䟛絊される、冷間圧延されたケむ玠含有磁性鋌板である。その結晶粒は、単䞀の匷い結晶孊的方向に配向しおいない。むしろ、材料は、磁束が面内の異なる方向に進む堎合でも磁気特性が抂ね同等に保たれるよう加工される。したがっお、「無方向性」は磁気的な組織を衚し、「完党加工」は䟛絊時の状態を衚す。いずれの甚語も、それだけではケむ玠含有量、厚さ、たたは特定の鉄損倀を芏定するものではない。

この区別が重芁なのは、電磁鋌板の designation が芏栌および詊隓条件に結び付いおいるためである。ASTM A677 は、䞻ずしお 50 Hz および 60 Hz の磁気機噚に䜿甚される完党加工無方向性電磁鋌板を察象ずしおいる。この仕様では、ASTM International2007に基づき、Epstein 詊隓法を甚いお 60 Hz、1.5 T で枬定した最倧鉄損によっお等玚が分類される。したがっお、等玚 designation は、芏定された枬定手順における䞊限倀であり、あらゆる呚波数、磁束密床、波圢、枩床、たたは磁化方向における鉄損を普遍的に予枬するものではない。

Epstein 詊隓の結果にも文脈が必芁である。この詊隓では、芏定された詊隓片の配眮および指定された亀流磁気条件が甚いられるが、モヌタヌの固定子に存圚するあらゆる応力、接合郚、打抜き端郚、被膜、たたは局所的な磁束歪みを再珟するものではない。60 Hz、1.5 T で枬定した鉄損は、これらの条件を付蚘しお報告すべきである。呚波数、磁束密床、および詊隓片の方法を䌎わない数倀は、誀解を招く比范に぀ながる。

完党加工無方向性鋌板は、半加工無方向性鋌板ずは異なる。ASTM の A06.02 小委員䌚は、完党加工無方向性鋌板に぀いお ASTM A677、半加工無方向性鋌板に぀いお ASTM A683 を芏定しおいる。IEC 60404-8-3:2023 は、半加工状態で䟛絊される冷間圧延無方向性電磁鋌垯および鋌板を察象ずしおおり、公称厚さ 0.47、0.50、0.64、0.65、および 0.79 mm が含たれる。半加工材は、打抜き埌に最終焌鈍を受ける堎合があり、これは補造者の加工工皋の䞀郚ずしお行われるこずが倚い。そのため、䟛絊時の磁気状態は完党加工鋌板の状態ず同等ではない。

この区別により、厚さたたは公称ケむ玠含有量を等玚であるかのように扱う、よくある誀りを防ぐこずができる。同じ厚さの 2 枚の鋌板でも、組織、結晶粒埄、残留応力、被膜、および枬定鉄損が異なる堎合がある。逆に、加工条件たたは磁気詊隓条件が異なれば、薄い鋌板だからずいっお総鉄損が自動的に䜎くなるわけでもない。

圧延および焌鈍履歎の圹割

磁気応答に圱響する補造倉数

  • 冷間圧䞋 転䜍、蓄積ひずみ、および集合組織の倉化を生じさせる。
  • 回埩および再結晶 倉圢を緩和し、新たな結晶粒構造を圢成する。
  • 結晶粒成長 結晶粒界密床および磁区壁の経路を倉化させる。
  • 切断および打抜き 局所的な塑性倉圢および残留応力を加える。
  • 締付けおよび積局 機械的応力を加え、局間絶瞁を損なう可胜性がある。

圧延は鋌板の圢状を圢成するだけでなく、金属内郚の状態も倉化させる。塑性倉圢によっお転䜍が導入され、結晶孊的集合組織が倉化し、ひずみ゚ネルギヌが蓄積される。焌鈍前には、通垞、これらの圱響によっお磁壁の移動が困難になり、磁気損倱が増加する。打抜き、せん断、曲げ、および組立おによっお、特に切断端郚付近に局所的な応力がさらに加わるこずがある。したがっお、最終特性は化孊成分だけで決たるものではなく、加工工皋の結果ずしお決たる。

焌鈍によっお回埩および再結晶が進行する。回埩の過皋では、蓄積された倉圢゚ネルギヌの䞀郚が解攟される。再結晶の過皋では、比范的ひずみのない新しい結晶粒が圢成され、成長する。その埌の結晶粒埄および結晶孊的集合組織は、枩床、時間、加熱・冷华条件、圧䞋スケゞュヌル、および先行する補鋌工皋に巊右される。結晶粒の成長によっお、移動する磁壁が暪切る結晶粒界の数を枛らせる堎合があるが、過床たたは䞍適切に制埡された成長は機械的挙動に圱響し、䞍適切な集合組織を生じさせる可胜性がある。有甚な磁気状態は、工皋党䜓によっお確立されるバランスである。

ケむ玠およびアルミニりムの含有量は、電気抵抗率および磁気挙動に圱響を及がすが、化孊成分だけで性胜が決たるわけではない。電気抵抗率が高くなるず埪環する枊電流を䜎枛できる䞀方、圧延および焌鈍によっお、その化孊成分が集合組織、結晶粒埄、および応力状態を通じおどのように発珟するかが決たる。このため、公称䞊は類䌌した等玚であっおも、䞀方が補造䞭にひずみを受けおいたり、異なる焌鈍埌に詊隓されたりするず、鉄損が異なる堎合がある。

鉄損自䜓も耇数の成分に分かれる。2017 幎の Karlsruhe Institute of Technology の研究では、倉圧噚鉄心の損倱を、ヒステリシス損、叀兞的枊電流損、および過剰損の寄䞎によっお説明しおいる。ヒステリシス損は、䞍可逆的な磁壁移動および磁化倉化に関連する。叀兞的枊電流損は、亀番磁束によっお鋌板内郚に電流が誘導されるこずで生じる。過剰損は、磁区の移動および盞互䜜甚に関連する远加的な動的効果を衚す。これらの成分は、呚波数、磁束密床、電気抵抗率、結晶粒構造、および応力に察しおそれぞれ異なる応答を瀺す。

鋌板の厚さは䞻に、枊電流が流れる経路に関係するため、薄い積局板によっおその寄䞎を䜎枛できる。しかし、ヒステリシス損たたは過剰損がなくなるわけではない。たた、公称䞊䜎損倱の等玚であっおも、打抜きによっお倧きな残留応力が生じたり、損傷した被膜によっお積局板同士が電気的に接続されたりすれば、詊隓時の特性を維持できない。

衚面絶瞁は磁気システムの䞀郚である。絶瞁被膜によっお隣接する積局板間の電気抵抗が高たり、局間電流が制限される。ASTM A976 は、電磁鋌板甚絶瞁被膜の分類を察象ずしおいる。被膜の皮類、被芆状態、密着性、硬化、および切断や積局時の損傷は、組立お埌の鉄心損倱に圱響を及がす可胜性がある。したがっお、鋌板基材ずその被膜は䞀䜓ずしお考慮しなければならない。

回転磁気回路においお無方向性の挙動が重芁な理由

倉圧噚は䞀般に、磁束を優先方向に沿っお通すため、結晶孊的配向が匷い方向性電磁鋌板の特性を掻甚できる。これに察しお、モヌタヌや発電機は異なる。ロヌタヌが移動するず、機械の固定子の歯郚およびペヌクでは、磁束が機械の呚囲で方向を倉化させる。たた、歯元、スロット、角郚、および接合郚の近傍では、磁束が局所的に方向転換する。䞀぀の優先方向にだけ䜎損倱を瀺す鋌板では、回転磁気回路党䜓にわたっおその特性を発揮できない。

無方向性鋌板は、鋌板面内における磁気応答の差を抑えるこずで、この方向性の問題に察応する。目暙は、あらゆる方向で完党に同䞀の挙動を実珟するこずではない。実際の集合組織および加工によっお、方向による差はなお生じる。目的は、回転機に芋られる倉化する磁束経路党䜓においお、適切な磁気応答を埗るこずである。[5] ASTM A804/A804M-04(2021): Standard Test Method for Alternating-Current Magnetic Properties of Thermally Treated Grain-Oriented Electrical Steel. ASTM International. ASTM International standard, 2021.

方向性鋌板ずの区別は、芏栌の䜓系に明確に瀺されおいる。ASTM A876 は、玄 3.2% のケむ玠を含む䜎炭玠ケむ玠鉄方向性鋌板を察象ずしおおり、通垞品、高透磁率品、およびレヌザヌスクラむブ品が含たれる。IEC 60404-8-7:2017 は、公称厚さ 0.23、0.27、0.30、および 0.35 mm の完党加工方向性鋌板を察象ずしおいる。通垞の方向性鋌板の等玚は 1.5 T での詊隓甚に指定される䞀方、その他の方向性鋌板の等玚は 1.7 T での詊隓甚に指定される。ASTM A804/A804M は、䞻ずしお熱平坊化された方向性鋌板の䞀方向枬定を目的ずしおおり、その結果は 25 cm Epstein 法ず比范可胜である。これらの結果を、回転機に甚いる無方向性鋌板の等玚に盎接適甚しおはならない。

無方向性材料に぀いお、技術者は、甚途に適合する呚波数、磁束密床、波圢、圧延方向、詊隓片方法、および䟛絊状態における関連鉄損ず透磁率を比范する。重芁なのは、その鋌板のケむ玠量が倚いか、あるいは薄いかずいうこずではない。完成した鉄心内で磁束の方向が繰り返し倉化する際に、その加工によっお圢成された磁気構造、絶瞁、および詊隓鉄損が、なお甚途に適しおいるかどうかである。

方向性電磁鋌板ずゎス方䜍組織

電磁鋌板皮類、磁気特性、鉄損の制埡
Grain-oriented steel gains its magnetic advantage from texture aligned with the rolling direction.

ゎス方䜍組織ず圧延方向磁化

方向性電磁鋌板は、シリコン含有量や板厚だけで定矩されるものではない。その決定的な特城は、圧延、焌鈍、二次再結晶によっお圢成される、制埡された結晶孊的集合組織にある。望たしいゎス方䜍では、䜓心立方構造の鉄結晶におけるおよそ \(\{110\}\) 面が鋌板衚面に平行ずなり、\(\langle001\rangle\) 方向が圧延方向に平行ずなる。この方䜍は、䞀般に \(\{110\}\langle001\rangle\) ず衚蚘される。

この方䜍が重芁なのは、立方晶の磁化容易方向である \(\langle001\rangle\) 方向に沿った磁化が、磁化困難な結晶孊的方向に沿った磁化より容易だからである。倚くの結晶粒で磁化容易方向が圧延方向に近くなるず、磁区は成長しやすくなり、磁壁もより小さい印加磁界で移動できる。その結果、亀流磁束が圧延方向に沿っお流れる堎合、高い透磁率ず䜎いヒステリシス損が埗られる。同じ材料でも、鋌板の幅方向では磁気特性が倧きく異なるこずがある。したがっお、圧延方向に察しお暪方向で枬定した倀を、圧延方向の倀ず同じものずしお扱うこずはできない。

集合組織が完党に均䞀になるこずはない。結晶粒は理想的なゎス方䜍から偏䜍しおおり、その偏䜍分垃が透磁率、保磁力、損倱に圱響を及がす。局所的な集合組織、結晶粒埄、残留応力、衚面状態、さらに隣接する結晶粒間の磁気的盞互䜜甚もすべお寄䞎する。鋌皮名だけでは、これらの倉数を衚すこずはできない。

方向性電磁鋌板は通垞、倉圧噚の脚やペヌクのように、磁路を圧延方向に合わせお䜿甚される。切断、継手蚭蚈、打抜きひずみ、曲げ、締付けによっお、本来意図された挙動が損なわれるこずがある。そのため、損傷がなく、完党に加工された詊隓片ずしお枬定した垯状鋌板は、切断端、継手、印加応力を含む完成コアよりも䜎い損倱を瀺す堎合がある。

コア損は、物理的な寄䞎ごずにも分けお考える必芁がある。2017幎に発衚されたカヌルスルヌ゚工科倧孊の研究では、倉圧噚コアの損倱を、ヒステリシス損、叀兞的枊電流損、過剰損の合蚈ずしお扱っおいる。ヒステリシス損は、各磁化サむクル䞭に生じる䞍可逆的な磁壁移動および磁化回転に関連する。叀兞的枊電流損は、倉化する磁束によっお誘導される電流から生じる。䞀方、過剰損は、䞍均䞀な磁壁移動や局所的な磁気過皋に関係する远加の動的損倱を衚す。

薄い鋌板は、枊電流が流れる経路を枛少させる。さらに、電気絶瞁性の被膜によっお積局板間の電気抵抗が増倧し、コア積局䜓を通る電流の埪環が抑制される。シリコンやアルミニりムは電気抵抗率を高める可胜性があるが、その効果は集合組織、加工性、延性、結晶粒組織、焌鈍ずも盞互に䜜甚する。これらの察策のいずれも、単独で鋌皮の総損倱を特定するものではない。

あらゆる特性倀の蚘述には、詊隓条件を䜵蚘しなければならない。呚波数、最倧磁束密床、詊隓片方法、方向を瀺さない「コア損」ずいう衚珟は䞍完党である。単方向枬定に぀いおは、ASTM A804/A804M-04(2021)は、䞻ずしお熱平坊化された方向性電磁鋌板を察象ずしおおり、25 cm Epstein法ず比范可胜な結果を埗るこずを目的ずしおいる。この枬定は、磁束が倚くのモヌタヌコアのように回転するのではなく、䞀方向に流れるこずを意図した倉圧噚コア甚積局材料に特に関連する。

通垞透磁率玚ず高透磁率玚

IEC 60404-8-7:2017は、完党凊理状態で玍入される冷間圧延方向性電磁鋌垯および鋌板を察象ずしおいる。その適甚範囲には、公称板厚0.23、0.27、0.30、0.35 mmのゎス方䜍組織材料が含たれ、通垞透磁率玚ず高透磁率玚が区別されおいる。「完党凊理」ずは、補品に぀いお芏定された最終焌鈍や絶瞁凊理を含む磁気的凊理が、玍入前に完了しおいるこずを意味する。したがっお、䜿甚者が远加の最終焌鈍によっお磁気特性を発珟させるこずは想定されおいない。

通垞透磁率玚および高透磁率玚ずいう衚瀺は、方向性電磁鋌板における磁気性胜の区分を瀺すものである。これは、あらゆる磁束密床、呚波数、方向、コア構造においお、すべおの高透磁率鋌板が䜎損倱になるこずを意味しない。透磁率は磁界および磁束密床に䟝存し、コア損は呚波数、最倧磁束密床、波圢、応力、詊隓片圢状、局間絶瞁に応じお倉化する。

ASTM A876は、玄3.2%のシリコンを含む䜎炭玠シリコン鉄系方向性鋌を察象ずしおいる。この芏栌には、通垞透磁率、高透磁率、レヌザヌスクラむブの各区分が含たれる。ASTMの鋌皮識別方法では、1.5 Tでの詊隓を指定する通垞方向性鋌皮ず、1.7 Tでの詊隓を指定するその他の方向性鋌皮も区別されおいる。これらの磁束密床の指定は䞍可欠である。1.5 Tでの損倱倀を1.7 Tでの倀ず盎接比范し、鋌材そのものの優劣順䜍ずしお扱うこずはできない。

このこずが、鋌皮番号や板厚が、枬定された磁気デヌタの代替ずしお䞍十分である理由の䞀぀である。他の条件が同等であれば、薄い積局板ほど叀兞的枊電流損は通垞䜎枛する。しかし、枬定結果には、集合組織の品質、抵抗率、被膜抵抗、磁区構造、印加された磁束密床波圢も反映される。高透磁率ずいう指定は、適甚芏栌の芁求事項によっお定矩された区分を瀺すものであり、板厚を普遍的な性胜指暙に倉えるものではない。

芏栌䜓系を確認するず、鋌皮区分の違いがさらに明確になる。ASTM A06.02小委員䌚は、完党凊理無方向性電磁鋌をASTM A677、半凊理無方向性電磁鋌をASTM A683、完党凊理方向性電磁鋌をASTM A876、電磁鋌の絶瞁被膜の分類をASTM A976で芏定しおいる。これらの文曞は、盞互に眮き換え可胜な単䞀の材料矀を蚘述したものではない。方向性鋌は特定の磁束方向を優先するように加工されるのに察し、無方向性鋌は鋌板面内でより均䞀に近い磁気挙動を瀺すよう蚭蚈される。

比范ずしお、ASTM A677は、䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚に䜿甚される完党凊理無方向性電磁鋌を察象ずしおいる。その鋌皮は、Epstein詊隓法を甚い、60 Hzおよび1.5 Tで枬定した最倧コア損によっお分類される。この分類をASTM A876の方向性鋌皮にそのたた適甚するこずはできない。鋌皮区分、詊隓片方法、方向、磁束密床、玍入状態を維持した比范でなければならない。

レヌザヌスクラむブ方向性鋌皮

レヌザヌスクラむブは磁区现分化凊理であり、高透磁率の同矩語ではない。レヌザヌによっお、通垞は圧延方向を䞻ずする磁束に察しお暪方向に、近接したトラックが圢成される。これは、衚面に局所的な熱倉化たたは応力倉化を生じさせるこずによっお行われる。これらのトラックは磁区を现分化するか、その幅を制限する。磁区が小さくなるず、指定された詊隓条件䞋で動的な磁壁移動が抑制され、総コア損が䜎䞋する可胜性がある。

この凊理はゎス方䜍組織に取っお代わるものではない。レヌザヌスクラむブ補品は䟝然ずしお方向性電磁鋌であり、その圧延方向の挙動は、結晶孊的配向、加工履歎、磁気的応力状態に䟝存する。たた、レヌザヌスクラむブを斜したからずいっお、材料が自動的に高透磁率玚になるわけでもない。ASTM A876がレヌザヌスクラむブ鋌皮を、通垞透磁率玚および高透磁率玚ず䞊ぶ別個の区分ずしお掲げおいるのは、この分類が䞀぀の普遍的な透磁率氎準ではなく、加工経路たたはその結果ずしお埗られる区分を瀺しおいるためである。

その効果は条件に䟝存する。スクラむブによっお、特定の呚波数および磁束密床では損倱が䜎䞋しおも、別の磁束密床では透磁率、磁歪、損倱に異なる倉化が生じる可胜性がある。トラック間隔、深さ、投入゚ネルギヌ、被膜状態、凊理埌の応力が圱響するこずもある。コアの組立おも結果を倉え埗る。切断や積局によっお意図された磁区パタヌンが分断されるこずがあり、締付け応力によっお損倱が増加する堎合もある。

したがっお、適切な仕様では、鋌皮区分、公称板厚、玍入状態、圧延方向、詊隓磁束密床、呚波数、詊隓方法を明蚘する必芁がある。䟋えば、完党凊理されたゎス方䜍組織鋌板を、適甚されるEpstein法たたは単方向詊隓法に基づき、1.5 T、圧延方向で詊隓した、ずいう蚘述は明確な枬定条件を瀺しおいる。䞀方、「シリコン3.2%、薄板、高透磁率鋌」ずいう衚珟は明確ではない。前者は磁気挙動を巊右する倉数を保持しおいるのに察し、埌者は集合組織、加工、磁区现分化、詊隓条件を䞀぀の誀解を招くラベルにたずめおしたっおいる。

シリコン、アルミニりム、炭玠、そしお磁気損倱の冶金孊

シリコンず電気抵抗率

シリコンが䞻に鉄に添加されるのは、電気抵抗率を高め、合金の磁気的挙動を倉化させるためである。電気抵抗率が高いほど、磁束が倉化した際に鋌板内郚を埪環できる電流が小さくなる。これらの埪環電流は、鉄心損における叀兞的な枊電流成分である。所定の磁束密床波圢ず呚波数においおは、薄い積局板ず高い電気抵抗率のいずれも、こうした電流経路の芏暡を制限するが、どちらも枊電流損を完党になくすものではない。

シリコンは、鉄の結晶特性および磁気特性も倉化させる。䞀般に飜和磁束密床を䜎䞋させ、濃床が高くなるず加工を難しくする可胜性があるため、組成は䞀方向の品質尺床ではなく、劥協によっお決たる。電気抵抗率ぞの圱響は䟝然ずしお重芁である。シリコンを添加するこずで、電気甚鋌の挙動は、電気抵抗率が䜎く、誘導電流がより倧きくなりやすい䜎炭玠構造甚鉄の挙動から分離される。

ただし、鋌皮蚘号は詊隓条件ずずもに読み取らなければならない。2007幎にASTM Internationalが匕甚したASTM A677は、䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚に甚いられる完党凊理無方向性電磁鋌を察象ずしおいる。その鋌皮は、Epstein詊隓法により60 Hz、1.5 Tで枬定した最倧鉄心損によっお分類される。この条件䞋で報告された損倱は、普遍的な材料定数ではない。特定の鋌材、玍入状態、詊隓片の配眮、呚波数、磁束密床を蚘述するものである。

方向性電磁鋌に関連付けられるシリコン量も、しばしば誀っお単玔化される。ASTM A876は、玄3.2%のシリコンを含む䜎炭玠シリコン鉄系の方向性電磁鋌を芏定しおいる。この数倀は、その鋌皮矀の倧たかな化孊組成を瀺すものであり、それだけで透磁率や鉄心損を決定するものではない。方向性電磁鋌が磁気的優䜍性の倚くを埗るのは、結晶孊的集合組織、特に有利な結晶方向を圧延方向にそろえるこずによる。シリコンは電気的・磁気的蚭蚈を支えるが、化孊組成だけでゎス方䜍組織を圢成するわけではない。

呚波数が高くなるず、電気抵抗率の利点はより重芁になる。叀兞的な枊電流損は呚波数ずずもに倧きく増加し、積局板の厚さ、電気抵抗率、局所的な磁束波圢に䟝存する。高抵抗率鋌から䜜られた厚い鋌板でも、䜎抵抗率鋌から䜜られた薄い鋌板ずは異なる損倱を瀺すこずがあり、ヒステリシス損ず過剰損はそれぞれ独立に倉化し埗る。したがっお、「シリコンが倚い」こずは、厚さ、呚波数、磁束密床、さらに枬定された損倱成分たたは総損倱を明瀺する代わりにはならない。

アルミニりム、炭玠制埡、二次的圱響

アルミニりムは電気抵抗率を高めるこずがあり、電磁鋌の加工冶金にも寄䞎する。方向性電磁鋌では、特に窒化アルミニりムなどのアルミニりム含有析出物が、異垞粒成長を制埡する䞀連の焌鈍凊理においお、むンヒビタヌずしお䜜甚するこずがある。望たしい最終集合組織は、組成、熱間圧延、冷間圧䞋、焌鈍、析出物の安定性の盞互䜜甚によっお決たる。そのため、方向性電磁鋌の補造においお、アルミニりムは単なる電気抵抗率向䞊添加元玠以䞊の圹割を持぀。

その効果は条件付きである。アルミニりム含有粒子の量、圢態、熱履歎が重芁であり、窒玠、マンガン、硫黄、焌鈍スケゞュヌルも同様に重芁である。析出物の状態を瀺さずにアルミニりム含有量だけを報告した化孊分析からは、最終的な結晶粒組織が意図した磁気応答を生み出すかどうかに぀いお、ほずんど刀断できない。むンヒビタヌが匱すぎる、粗倧すぎる、たたは䞍適切な段階で固溶するず、二次再結晶ず集合組織の発達が倉化する可胜性がある。

炭玠の制埡も同様に重芁である。䜎炭玠化により、最終加工䞭の脱炭が可胜になり、磁気時効のリスクが䜎枛する。残留炭玠は鉄や合金元玠ず結合しお炭化物を圢成するこずがあり、䟵入型原子は磁壁の移動を劚げたり、時間や枩床によっお倉化したりする。これらの䜜甚は、ヒステリシス損を増加させたり、磁気特性を䞍安定にしたりする可胜性がある。完党凊理方向性電磁鋌では、最終的な絶瞁状態および磁気状態が確立される前に、炭玠が䜎いレベルたで陀去される。重芁なのは加工の結果であり、あらゆる芏栌に適甚できる普遍的な炭玠数倀ではない。

炭玠は、間接的に結晶粒成長ず集合組織にも圱響を及がす。再結晶、炭化物の析出、結晶粒が隣接する結晶粒を取り蟌む条件に圱響する。䜎炭玠組成であるこずは、倧きく、望たしい方䜍を持぀結晶粒を保蚌するものではない。必芁な加工経路を支え埗る化孊組成を䜜り出すだけである。最終結果は、圧延ひずみ、焌鈍、むンヒビタヌ、脱炭によっお意図した結晶粒組織が圢成されるかどうかに巊右される。

損倱機構を理解するず、これらの詳现が重芁である理由が分かる。2017幎のKarlsruhe Institute of Technologyの研究では、倉圧噚鉄心の損倱を、ヒステリシス損、叀兞的な枊電流損、過剰損の䞉぀に分けおいる。ヒステリシス損は、磁化が反転する際の䞍可逆的な磁壁移動を反映する。叀兞的な枊電流損は、倉化する磁束によっお誘導される電流から生じる。過剰損は、叀兞的な項では捉えられない、動的な磁区過皋による远加的な損倱を衚す。シリコンずアルミニりムは、䞻ずしお電気抵抗率を高め、埮现組織に圱響を䞎えるこずによっお寄䞎する。䞀方、炭玠制埡は、磁壁の挙動、結晶粒組織、磁気時効に圱響する。これらの効果は重なり合うが、互いに眮き換えられるものではない。

絶瞁も、化孊的および加工䞊の別の倉数ずなる。積局板間の被膜は、鋌板同士の接觊郚を暪切る電気抵抗を高め、局間電流を制限する。ASTM A976は電磁鋌の絶瞁被膜を分類する芏栌であり、被膜の分類蚘号を総鉄心損の盎接的な順䜍付けに倉えるものではない。被膜の厚さ、被芆状態、密着性、打抜き時の損傷、さらにその結果生じる締付け応力は、完成した鉄心に圱響を及がし埗る。

倚くの倉数の䞀぀ずしおの組成

電磁鋌は䞀぀の材料分類ではない。完党凊理無方向性電磁鋌、半加工無方向性電磁鋌、完党凊理方向性電磁鋌は、それぞれ異なる補造経路をたどるため、シリコン含有率だけで比范すべきではない。ASTM Subcommittee A06.02は、完党凊理無方向性電磁鋌に぀いおASTM A677、半加工無方向性電磁鋌に぀いおASTM A683、完党凊理方向性電磁鋌に぀いおASTM A876、絶瞁被膜の分類に぀いおASTM A976を芏定しおいる。IEC 60404-8-3:2023は、半加工状態で玍入される冷間圧延無方向性垯鋌および鋌板を察象ずし、公称厚さ0.47、0.50、0.64、0.65、0.79 mmを含んでいる。IEC 60404-8-7:2017は、公称厚さ0.23、0.27、0.30、0.35 mmの完党凊理方向性電磁鋌板を察象ずしおいる。

枊電流損は積局板の厚さに匷く反応するため、これらの厚さは重芁である。しかし、詊隓のその他の説明がなければ、厚さだけから総損倱を予枬するこずはできない。結晶粒埄、集合組織の鋭さ、残留応力、衚面状態、打抜き損傷、被膜、付加匵力は、磁壁の移動を倉化させ、その結果ずしおヒステリシス損たたは過剰損を倉化させる可胜性がある。レヌザヌスクラむブ凊理された方向性電磁鋌板は、公称化孊組成が類䌌した埓来型たたは高透磁率鋌皮ずは異なる方法で磁区を制埡するこずがある。

詊隓方向ず磁束密床は䞍可欠である。ASTM A804/A804Mは、䞻ずしお倉圧噚鉄心の積局材料ずしお甚いられる、熱平坊化された方向性電磁鋌に぀いお、䞀方向亀流枬定を行うこずを目的ずしおおり、その結果は25 cm Epstein法ず比范可胜である。ASTM A876には、1.5 Tたたは1.7 Tで詊隓される埓来型、高透磁率型、レヌザヌスクラむブ型の鋌皮が含たれる。ASTMの鋌皮識別慣行では、埓来型方向性電磁鋌を、1.5 Tでの詊隓甚に指定された鋌皮ず、1.7 Tでの詊隓甚に指定された鋌皮ずに区別しおいる。1.5 Tで報告された損倱を、1.7 Tで枬定された損倱ず同等に扱うこずはできない。

同じ原則は無方向性電磁鋌にも適甚される。ASTM A677に基づいお分類された数倀は、Epstein法による60 Hz、1.5 Tでの最倧鉄心損を意味するのであっお、あらゆるモヌタヌ呚波数、磁束密床、波圢における性胜を意味するものではない。IEC 60404-8-3:2023に基づく半加工材料では、その磁気特性が意図した䜿甚状態を衚す前に、最終焌鈍たたは補造者が定めるその他の加工が必芁になる堎合がある。

組成は磁気性胜を支えるが、それを決定するものではない。シリコンずアルミニりムは、電気抵抗率を高めるこずで枊電流損を䜎枛でき、アルミニりム含有析出物は結晶粒の発達制埡に圹立぀堎合がある。䜎炭玠化は、脱炭、加工安定性、磁気時効ぞの耐性を支える。しかし、完成品の特性は、化孊組成に加えお、集合組織、結晶粒埄、応力、厚さ、被膜、玍入状態、枬定条件が組み合わさっお珟れる。これらの倉数を省いた比范は、磁気的挙動ではなく、単なるラベルを比范しおいるにすぎない。

電磁鋌板皮類、磁気特性、鉄損の制埡
Core loss combines irreversible magnetization, induced currents, and dynamic domain effects.

鉄心損を分解するヒステリシス、枊電流、過剰損

鉄心損ずは、匷磁性鉄心が亀番磁束を受ける際に、電力が熱ぞ倉換される珟象である。枬定倀は単䞀の材料定数ではない。呚波数、最倧磁束密床、波圢、詊隓片圢状、圧延方向、積局板厚さ、絶瞁、応力、鋌材の玍入状態に䟝存する。60 Hz、1.5 Tで報告された損倱倀は、䞡方の詊隓片が同じ鋌皮蚘号を持っおいおも、50 Hz、1.7 Tで報告された倀ず盎接比范するこずはできない。[6] Transformer-core loss separation study. Karlsruhe Institute of Technology. Karlsruhe Institute of Technology publication, 2017.

2017幎のKarlsruhe Institute of TechnologyKITの研究では、倉圧噚鉄心の損倱を、ヒステリシス損、叀兞的な枊電流損、過剰損たたは異垞損の䞉぀の寄䞎に分けおいる。この区分は物理的な枠組みであり、芏栌蚌明曞に䞉぀の独立した特性倀ずしお印刷されるものではない。枬定された総損倱は、これらを組み合わせた結果である。

Ptotal=Ph+Pcl+Pex

これらの項は、加工および埮现構造を介しお盞互に圱響し埗る。粒埄、結晶方䜍組織、残留応力、被膜抵抗、磁区埮现化は、耇数の寄䞎を同時に倉化させる可胜性がある。

ヒステリシス損ず磁壁運動

ヒステリシス損ずは、䞍可逆的な磁化サむクルの過皋で散逞する゚ネルギヌである。亀番磁界の方向が倉化するず、磁区は同じ磁化経路をたどっお戻るわけではない。磁気ヒステリシスルヌプが囲む面積は、1サむクル圓たり、か぀単䜍䜓積圓たりの損倱゚ネルギヌを衚す。この゚ネルギヌに呚波数を乗じるず、電力損倱ぞの寄䞎が埗られる。

磁区壁 異なる磁化方向を持぀磁区を分ける遷移領域。

䜎い磁束密床では、磁化はしばしば磁壁の移動によっお始たる。磁壁は、磁気モヌメントが異なる結晶方䜍を向く領域を隔おおいる。完党な結晶では、小さな印加磁界によっお磁壁をほずんど抵抗なく移動させられる可胜性がある。しかし、実際の電磁鋌板には、転䜍、結晶粒界、介圚物、残留応力、衚面の䞍芏則性、局所的な方䜍組織の倉動が存圚する。これらの特城が磁壁をピン止めしたり、倉圢させたりする。そのため、磁壁が拘束から解攟される前に磁界を増加させる必芁が生じ、䞍可逆的な跳躍ず゚ネルギヌ散逞が発生する。

より高い磁束密床では、磁壁の移動に加えお、印加磁界の方向ぞの磁化回転が生じる。磁壁運動ず磁化回転のバランスは、結晶方䜍に䟝存する。これが、方䜍組織が重芁である理由である。完党凊理方向性電磁鋌板では、匷いGoss方䜍組織が圢成され、倚くの結晶粒が圧延方向に沿った䜎損倱磁化に適した方䜍ずなる。ただし、その䜎損倱特性は、指定された方向および詊隓条件においお適甚されるものであり、鋌板があらゆる方向で同じ磁気応答を瀺すこずを意味しない。

無方向性電磁鋌板は、支配的な䞀぀の容易磁化方向を圢成するのではなく、方向による差を䜎枛するように加工される。完党凊理無方向性材は、䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚に䜿甚される甚途に぀いお、ASTM A677の察象ずなる。同芏栌では、゚プスタむン詊隓法を甚い、60 Hzおよび1.5 Tで枬定した最倧鉄損によっお等玚が分類される。したがっお、等玚衚瀺が䌝えるのは定矩された詊隓条件䞋での結果であり、あらゆる磁束密床および呚波数における普遍的なヒステリシス損の倀ではない。

玍入状態も磁壁運動を倉化させる。完党凊理鋌板には、磁気特性を確立するための最終焌鈍および衚面凊理が斜されおいる。ASTM A683およびIEC 60404-8-3:2023の察象ずなる半加工無方向性鋌板は、䜿甚者が埌続凊理を行うこずを前提に䟛絊される。切断、打抜き、応力陀去、最終焌鈍によっお、磁壁のピン止め状態は倉化し埗る。半加工材ずいう衚瀺を、完党凊理材の単に分解胜が䜎い等玚ずしお扱うこずはできない。

シリコンおよびアルミニりムは電気抵抗率を高め、磁気挙動を倉化させる可胜性があるが、化孊成分だけでヒステリシス損が決たるわけではない。焌鈍、結晶粒成長、方䜍組織、応力制埡は、公称シリコン含有率を単玔に比范した堎合に瀺唆される以䞊に、ルヌプ圢状ぞ倧きな圱響を及がすこずがある。厚さに぀いおも同じ泚意が必芁である。薄い鋌板は枊電流損を䜎枛できる䞀方、ヒステリシス損は䞻ずしお方䜍組織、欠陥、磁壁のピン止めによっお決たる状態が残り埗る。

積局板における叀兞的枊電流損

磁束が倉化するず、導電性の鋌板内郚に電界が誘起される。その電界によっお、倉化する磁束ず鎖亀する面内に埪環電流が流れる。この電流は鋌板の電気抵抗を受け、熱ずしお電力を散逞させる。これが叀兞的枊電流損の寄䞎である。

正匊波励磁を受ける単玔な積局鋌板モデルでは、叀兞的枊電流損は、呚波数の二乗、最倧磁束密床の二乗、積局板厚の二乗にほが比䟋しお増加し、電気抵抗率の䞊昇に䌎っお枛少する。この関係は、厚さだけを取り出しお比范しおよいこずを意味しない。係数は、圢状、磁束分垃、波圢、さらに絶瞁が電流経路をどの皋床遮断するかに䟝存する。

積局板は、埪環電流が流れる領域を瞮小する。各鋌板に斜された電気絶瞁性被膜は、隣接局間の抵抗を増加させ、積局䜓を暪切る倧きな電流ルヌプの圢成を防ぐ。ASTM A976は電磁鋌板の絶瞁被膜を分類しおいる。したがっお、被膜の等玚衚瀺は単なる衚面仕䞊げの説明ではなく、磁気回路の構成芁玠である。母材が芏定の磁気等玚を満たしおいおも、損傷した被膜、薄い被膜、䞍連続な被膜、たたは導電性の被膜は、積局鉄損を増加させる可胜性がある。

シリコンは抵抗率を高め、アルミニりムも、該圓する成分および加工システムの範囲内で含有される堎合には、同じ損倱制埡の方策に寄䞎し埗る。抵抗率が高いほど叀兞的枊電流は抑制されるが、延性、方䜍組織の圢成、結晶粒成長、飜和挙動にも圱響を及がす可胜性がある。したがっお、シリコン含有量は蚭蚈倉数であっお、等玚同等性を刀断する芏則ではない。「シリコンが倚い」ずいうだけで特定の芏栌等玚を瀺すこずも、枬定される党損倱が䜎くなるこずを保蚌するこずもできない。

厚さも、詊隓条件ず䜵せお解釈しなければならない。IEC 60404-8-3:2023は、半加工状態で玍入される冷間圧延無方向性電磁鋌垯および鋌板を察象ずし、公称厚さ0.47、0.50、0.64、0.65、0.79 mmを含む。IEC 60404-8-7:2017は、公称厚さ0.23、0.27、0.30、0.35 mmの完党凊理方向性材を察象ずする。これらの範囲は構造䞊の違いを瀺すが、すべおの0.23 mm鋌板の党損倱が、すべおの0.35 mm鋌板より䜎いこずを瀺すものではない。ヒステリシス損および過剰損の寄䞎は残り、詊隓磁束密床も異なる可胜性がある。

切断および積局も実際の結果に圱響する。ばりは積局板間に電気的なブリッゞを圢成する可胜性がある。打抜きは、端郚付近に塑性倉圢ず残留応力を導入し、局所的なヒステリシス損を増加させるずずもに、磁区パタヌンを倉化させる。応力陀去焌鈍によっお磁気性胜の䞀郚を回埩できる堎合があるが、その効果は鋌皮、被膜、雰囲気、熱サむクルに䟝存する。

過剰損たたは異垞損ず実際の埮现構造

過剰損ずは、磁区構造および䞍均䞀な磁化に関連する远加の動的寄䞎である。これは、厚さず抵抗率から蚈算される叀兞的枊電流項そのものではない。亀番励磁䞭、磁壁は䞀぀の滑らかで均䞀に前進する境界ずしお移動するのではなく、䞍連続な段階を螏んで移動する。移動する各磁壁は磁束に局所的な倉化を生じさせ、その結果、局所的な枊電流が発生する。これらの電流は磁壁運動ず盞互䜜甚し、理想化された叀兞的蚈算を超える動的損倱を生じさせる。

実際の磁区パタヌンが、この寄䞎を支配する。結晶粒界、介圚物、応力堎、衚面損傷、さらに磁区の間隔および圢状によっお、異なる磁界および異なる時刻で反転する領域が圢成される。呚波数が高くなるず、印加磁界が再び倉化する前に磁壁が応答できる時間は短くなる。その結果生じる䞍均䞀な磁化によっお、過剰損成分が増加する。磁区埮现化によっお局所的な磁束倉化の倧きさを䜎枛し、移動する磁壁の呚囲に圢成される電流経路を短くできるため、䞀郚の方向性補品では磁区制埡凊理が甚いられおいる。

方向性電磁鋌板は、これらの機構を分離しお考える重芁性を瀺しおいる。ASTM A876は、玄3.2%のシリコンを含む䜎炭玠シリコン鉄系の方向性鋌を察象ずし、通垞玚、高透磁率玚、レヌザヌスクラむブ玚を含む。ASTMの等玚識別慣行では、1.5 Tでの詊隓を指定する通垞方向性等玚ず、1.7 Tでの詊隓を指定する等玚を区別しおいる。報告される損倱には、その磁束密床条件を明蚘しなければならない。ASTM A804/A804Mは、䞻ずしお熱平坊化された方向性鋌に぀いお䞀方向亀流枬定を行うこずを目的ずし、その結果は25 cm゚プスタむン法ず比范可胜である。ただし、その䞀方向構成を等方的な詊隓ず眮き換えるこずはできない。

レヌザヌスクラむブは局所的に磁区構造を倉化させ、指定された条件䞋で損倱を䜎枛できるが、応力、切断、積局、暪方向磁束の圱響を消し去るものではない。同様に、結晶粒の配向によっお圧延方向に沿っお枬定される損倱を䜎枛できおも、その方向から倖れた堎合には異なる応答が生じる可胜性がある。したがっお、IEC 60404-8-7:2017に基づく完党凊理方向性鋌ず、ASTM A677に基づく完党凊理無方向性鋌は、単䞀の詊隓結果によっお党損倱が類䌌しお芋える堎合でも、異なる磁気クラスに属する。

実務䞊の結論は明確である。鉄損を制埡するには、鋌皮、玍入状態、厚さ、被膜、方䜍、呚波数、磁束密床、波圢、詊隓片方法を甚途に適合させなければならない。ヒステリシス損は䞍可逆的な磁化サむクルを衚し、叀兞的枊電流損は倉化する磁束によっお誘起される電流を衚し、過剰損は磁区構造および䞍均䞀な磁化による動的効果を捉える。枬定される党損倱には、この3぀すべおが含たれる。これをそのうちの䞀぀だけずしお扱うず、誀った説明に぀ながり、材料たたは加工条件の遞択を誀る可胜性がある。

損倱制埡ずしおの板厚、積局、絶瞁被膜

電磁鋌板の板厚、被膜厚さ、組み立お埌のコア寞法は、それぞれ異なる物理的特城を衚したす。これらを互換的に扱うず、コア損倱の予枬を誀るこずになりたす。板厚は、1枚の電磁鋌板の厚さです。被膜厚さは、その衚面にある電気抵抗性の被膜の厚さです。積局圢状には、電磁鋌板の枚数、重なりや継ぎ目、占積率、磁束の方向、組み立おられた磁気回路が含たれたす。より薄い鋌板で䜜ったコアであっおも、切断損傷、絶瞁䞍良、過倧な締付け、たたは䞍適切な磁性グレヌドによっお枊電流損倱の䜎枛効果が盞殺されれば、総損倱が自動的に䜎くなるわけではありたせん。

2017幎に発衚されたKITの研究では、倉圧噚コアの損倱を、ヒステリシス損倱、叀兞的枊電流損倱、過剰損倱に分けおいたす。磁区壁の移動はヒステリシス損倱に関連し、亀番磁束は埪環電流を誘起したす。残りの動的な寄䞎は過剰損倱ずしお扱われたす。電磁鋌板の積局および被膜蚭蚈が盎接䜜甚するのは、䞻ずしお電流に関連する項であり、適切な結晶方䜍、化孊組成、応力制埡、たたは詊隓条件の代替ずなるものではありたせん。

薄い鋌板が通垞、局間枊電流経路を枛少させる理由

倉化する磁束は電界を発生させたす。固䜓の鋌補コアでは、この電界によっお材料党䜓に広がるルヌプ状の埪環電流が流れるこずがありたす。これらの電流は鋌の電気抵抗によっお電力を消費し、叀兞的枊電流損倱を生じさせるずずもに、局所的な磁界を倉化させたす。倉化する磁束の圱響を受ける方向においお、利甚可胜な電流ルヌプの寞法が倧きいほど、そのルヌプに誘起される電圧は倧きくなりたす。

積局コアは、1぀の倧きな導電䜓積を倚数の薄い鋌板に分割したす。各鋌板は䞻ずしおその面内で磁束を通し、鋌板間の界面は、ある鋌板から次の鋌板ぞ電流が流れるのを劚げたす。叀兞的枊電流成分に぀いおは、よく知られた簡略関係匏に積局板厚の2乗が含たれたす。呚波数、磁束密床、抵抗率、波圢を䞀定ずすれば、板厚を枛少させるこずで、䞀般にこの成分は䞍釣り合いなほど倧きく䜎枛したす。ただし、これは傟向を瀺すものであり、グレヌドに䟝存しない保蚌ではありたせん。実際の損倱にはヒステリシス損倱ず過剰損倱も含たれ、補造時の応力によっおこれらが増加するこずもありたす。

物理的な効果は、盞互に関連する2぀の䜜甚によっお生じたす。第䞀に、薄い鋌板では、誘起電流ルヌプが圢成される寞法が短くなりたす。第二に、個々に絶瞁された鋌板を積局するこずで、隣接する鋌板の広い面を通じおこれらのルヌプが぀ながるのを防ぎたす。界面が電気的に短絡されるず、実効的な電流ルヌプの寞法はコアの倧郚分の高さたたは幅に近づくこずがあり、積局蚭蚈による効果の倚くが倱われたす。

したがっお、補品芏栌で芏定される板厚の倀は、材料クラスおよび玍入状態ず䜵せお初めお意味を持ちたす。IEC 60404-8-3:2023は、半加工状態で玍入される冷間圧延無方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を察象ずしおおり、公称板厚ずしお0.47、0.50、0.64、0.65、0.79 mmを芏定しおいたす。これらは芏栌で定矩された補品板厚であり、普遍的な性胜順䜍を瀺すものではありたせん。これらのいずれかの板厚を持぀半加工無方向性鋌板であっおも、指定された磁気詊隓条件および加工条件の䞋で評䟡する必芁がありたす。

IEC 60404-8-7:2017は、完党加工状態で玍入される冷間圧延方向性電磁鋌を察象ずしおおり、公称板厚0.23、0.27、0.30、0.35 mmなどを含みたす。方向性材料は通垞、磁束が䞻ずしお圧延方向に沿っお流れるように䜿甚されるため、板厚ず結晶方䜍は盞互に䜜甚したす。0.27 mmの方向性電磁鋌板ず0.50 mmの半加工無方向性電磁鋌板は、板厚だけでは比范できたせん。結晶方䜍、熱凊理、磁化方向、玍入状態が異なるためです。

薄い積局板では、䞀定の積局高さに含たれる界面の数も増加したす。その結果、被膜や小さな隙間が積局䜓の䞀郚を占めるため、倖圢寞法単䜍圓たりの鋌の䜓積が枛少するこずがありたす。ここで占積率が重芁になりたす。公称高さ100 mmの積局䜓に、磁性鋌が100 mm分含たれおいるずは限りたせん。切断および打抜きに぀いおも、別の泚意が必芁です。ばりは隣接する積局板を電気的に接続する可胜性があり、切断端郚付近の残留応力はヒステリシス損倱および過剰損倱を増加させるこずがありたす。したがっお、薄い材料は叀兞的枊電流損倱を䜎枛できおも、加工状態が悪ければ他の損倱成分が増加する可胜性がありたす。

衚面絶瞁の電気的圹割

被膜は、単なる防食局や取扱い甚の仕䞊げではありたせん。その電気的機胜は、隣接する積局板の広い面の間に高い抵抗を維持し、誘起電流を䞻ずしお自身の鋌板内に閉じ蟌めるこずです。被膜は、積局板に沿っお流れる電流たで阻止する必芁はありたせん。そのようなこずは、鋌そのものを倉えなければ䞍可胜です。被膜が制限すべきなのは、積局板ず積局板の界面を暪切る電流です。

この区別から、被膜の連続性が重芁である理由が分かりたす。小さな損傷郚、露出した端郚、導電性の汚染物、たたは打抜きばりが、耇数の鋌板を暪断するブリッゞを圢成するこずがありたす。1か所のブリッゞでコア党䜓が必ず短絡するわけではありたせんが、倚数のブリッゞが長い局間電流経路を圢成する可胜性がありたす。締付け圧力によっお被膜が圧瞮たたは損傷するこずもあり、溶接たたは接着工皋によっお局所的な導電接続が生じるこずもありたす。したがっお、鋌板ずその公称被膜が倉わっおいなくおも、コアの組立状態は損倱に圱響したす。

被膜厚さず板厚は、異なる結果をもたらしたす。板厚を増加させるず、磁束および枊電流が発生する鋌の領域が倉化したす。䞀方、被膜厚さを増加させるず、䞻ずしお電気的な分離が倧きくなり、䞀定の積局䜓に占める鋌の割合が䜎䞋したす。厚い積局板が薄い積局板に倉わるわけではありたせん。逆に、薄い鋌板に非垞に薄い被膜を斜したものは、積局䜓党䜓の厚さが同じであっおも、より厚い鋌板ず同等ではありたせん。

絶瞁は、芏定された補造工皋および熱凊理工皋にも耐えなければなりたせん。完党加工方向性電磁鋌には、その仕様に関連する応力陀去凊理など、管理された凊理が斜されるこずがありたす。半加工無方向性電磁鋌は、その埌の加工によっお磁気特性が倉化する可胜性を前提ずしお䟛絊されたす。電気抵抗、密着性、耐熱性、切断たたは焌鈍に察する応答は、盞互に関連づけお考慮する必芁がありたす。ただし、被膜の呌称を数倀的なコア損倱倀ずしお扱っおはなりたせん。

ASTM A976は、電磁鋌の絶瞁被膜を分類するための関連ASTM芏栌です。ASTMは、A976を磁性鋌補品芏栌の代替ずしお䜿甚しおいたせん。ASTM分科委員䌚A06.02は、完党加工無方向性電磁鋌に぀いおASTM A677、半加工無方向性電磁鋌に぀いおASTM A683、完党加工方向性電磁鋌に぀いおASTM A876、絶瞁被膜の分類に぀いおASTM A976を特定しおいたす。被膜分類は、該圓する芏栌䜓系における被膜の皮類たたはクラスを瀺すものです。それだけで、呚波数および磁束密床が明瀺されおいない条件における特定鋌材のコア損倱を確定するものではありたせん。したがっお、被膜クラスおよび枬定性胜は、鋌板の倖芳から掚定たたは割り圓おるのではなく、該圓するASTM A976の版から確認する必芁がありたす。

コア損倱の比范は、枬定条件ず匕き続き密接に結び付いおいたす。䟋えばASTM A677は、䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚に䜿甚される完党加工無方向性電磁鋌を察象ずしおおり、グレヌドは、Epstein詊隓法を甚いお60 Hz、1.5 Tで枬定した最倧コア損倱によっお分類されたす。ASTM A804/A804Mは、䞻ずしお熱平坊化された方向性電磁鋌に぀いお䞀方向亀流枬定を行うための芏栌であり、結果は25 cm Epstein法ず比范可胜です。方向性グレヌドの呌称では、1.5 Tで詊隓される埓来グレヌドず、1.7 Tでの詊隓を指定された他のグレヌドも区別されたす。呚波数、磁束密床、詊隓片方法、該圓する堎合の圧延方向、玍入状態を䌎わない損倱倀の匕甚は䞍完党です。板厚ず被膜は電気的な電流経路を制埡したすが、これらの枬定条件をなくすものではありたせん。

磁気詊隓゚プスタむン法、単板法、䞀方向法

磁気特性は、単独で存圚する数倀ではありたせん。それは、材料区分、玍入状態、詊隓片の圢状、磁気回路、呚波数、最倧磁束密床、圧延方向に察する方向、ならびに積局板間の電気絶瞁ずいった詊隓条件に属するものです。これらの詳现を瀺さずに「鉄損」を報告するず、劥圓な2぀の枬定倀が矛盟しおいるように芋えるこずがありたす。

この区別が重芁なのは、電磁鋌板が単䞀の材料区分ではないためです。完党凊理無方向性電磁鋌板、半凊理無方向性電磁鋌板、完党凊理方向性電磁鋌板では、集合組織、熱凊理、想定甚途、詊隓䞊の慣行がそれぞれ異なりたす。ASTM 小委員䌚 A06.02 は、これらの区別を個別の芏栌に察応させおいたす。ASTM A677 は完党凊理無方向性鋌板、ASTM A683 は半凊理無方向性鋌板、ASTM A876 は完党凊理方向性鋌板を察象ずし、ASTM A976 は絶瞁被膜を分類しおいたす。

枬定される損倱にも、耇数の物理的芁因がありたす。2017幎のカヌルスルヌ゚工科倧孊の研究では、倉圧噚鉄心の損倱を、ヒステリシス損、叀兞的枊電流損、過剰損に分けおいたす。ヒステリシス損は、磁化反転の際に磁壁が欠陥やピン止めサむトを通過しお移動するこずで生じたす。叀兞的枊電流損は、亀番磁束が倉化する際に鋌䞭に誘導電流が発生するこずによっお生じたす。過剰損は、磁壁の䞍均䞀な移動や局所的な磁気過皋に䌎う远加的な動的損倱を衚したす。詊隓方法は、芏定された波圢ず呚波数のもずで、これらを合わせた圱響を蚘録するものであり、化孊成分だけから鋌皮を特定するものではありたせん。

25 cm゚プスタむン法ず垯状詊隓片

磁気詊隓方法は異なる詊隓片圢状を芏定するため、盞互に代替可胜なものずしお扱っおはならない。
詊隓方法磁気回路最も関連する甚途
25 cm゚プスタむン法方向別応答を平均化した、芏定の垯鋌組立䜓暙準化された薄板比范
単板法たたは䞀方向法芏定した遞択方向方向性鋌板の磁気枬定
完成鉄心枬定実際の継手、積局、応力、および組立郚品レベルの怜蚌

25 cm゚プスタむン法では、现長い長方圢の垯状詊隓片を組み合わせお、正方圢の磁気回路を構成したす。詊隓片の長さは慣䟋的に25 cmであり、磁路に䞻芁な詊隓方向に沿っお切断された材料が含たれるように配眮したす。この詊隓は、孀立した1枚の鋌板郚分を枬定するものではありたせん。印加磁化力、誘起電圧、磁束、ならびに詊隓片の質量たたは䜓積が、報告される磁気量ず関連付けられる、管理された組立䜓での詊隓です。

無方向性鋌板では、この配眮により、異なる方向から採取された材料の暙準化された平均応答が埗られたす。この平均倀が有甚なのは、無方向性電磁鋌板が、特定の結晶孊的方向に磁気性胜を集䞭させるのではなく、方向による差を抑えるように蚭蚈されおいるためです。ただし、結果は切断状態、バリ、詊隓片の状態、積局、絶瞁、励磁の制埡方法にも䟝存したす。

ASTM A677が䞭心的な䟋です。この芏栌は、䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚に䜿甚される完党凊理無方向性電磁鋌を察象ずし、60 Hzおよび1.5 Tで゚プスタむン詊隓法を甚いお枬定した最倧鉄損によっお鋌皮を分類したす。呚波数ず磁束密床は、鋌皮の刀定基準の䞀郚です。垯状詊隓片ず枬定噚が同じであっおも、50 Hzたたは1.0 Tで枬定した倀は、ASTM A677による同じ分類結果にはなりたせん。

垯状詊隓片は、指定された玍入状態も反映しおいなければなりたせん。完党凊理鋌板には、䟛絊時の磁気状態を確立するために必芁な最終焌鈍および絶瞁凊理が斜されおいたす。半凊理無方向性鋌はこれずは異なり、最終的な磁気特性の発珟が䜿甚者による加工に䟝存するこずがありたす。䞀般的には、応力陀去焌鈍などが含たれたす。IEC 60404-8-3:2023は、半凊理状態で玍入される冷間圧延無方向性電磁鋌垯および鋌板を察象ずしおおり、公称厚さ0.47、0.50、0.64、0.65、0.79 mmを含みたす。これらの厚さの区分が、ASTM A677の完党凊理鋌皮に自動的に眮き換わるわけではありたせん。

厚さは損倱に圱響したすが、鋌皮の衚瀺に代わるものではありたせん。䞀般に、積局板の厚さを小さくするず、埪環枊電流が流れる経路が短くなりたす。衚面の電気絶瞁はこれらの電流をさらに遮断し、シリコンおよびアルミニりムの添加は電気抵抗率を高めたす。しかし、最終的な損倱は、集合組織、結晶粒埄、応力、被膜、波圢、呚波数にも䟝存したす。ある状態で詊隓した薄い鋌板を、別の芏栌のもずで詊隓した厚い鋌板に察しお、厚さだけで順䜍付けするこずはできたせん。

方向性鋌板に察するASTM A804/A804M

方向性電磁鋌板では、磁気特性が意図的に方向䟝存ずなっおいるため、別の芳点が必芁です。熱間平坊化凊理を斜した方向性材料では、圧延方向に匷いGoss集合組織が圢成されるため、その方向に沿った磁化は、圧延方向に察しお暪方向の磁化ず倧きく異なるこずがありたす。方向を平均する詊隓では、倉圧噚鉄心で重芁な特性が隠れおしたう可胜性がありたす。

ASTM A804/A804Mは、䞻ずしお倉圧噚鉄心甚積局材料ずしお䜿甚される熱間平坊化方向性電磁鋌に぀いお、䞀方向亀流磁気枬定を行うこずを目的ずしおいたす。埓来の゚プスタむン詊隓䜓ずは異なり、この方法は、芏定された磁気方向における材料の枬定を目的ずしおいたす。ASTM Internationalは、ASTM A804/A804Mによる結果が25 cm゚プスタむン法による結果ず比范可胜であるずしおいたす。しかし、「比范可胜」ずは、詊隓片の配眮ず方向情報を盞互に眮き換えられるずいう意味ではありたせん。結果には、詊隓方法を明蚘する必芁がありたす。

単板法たたは䞀方向法による詊隓では、倚方向の垯状詊隓片組立䜓よりも、方向性材料の圧延方向における挙動を盎接的に明らかにできたす。詊隓片は遞択した方向に沿っお磁化され、亀流磁束密床は誘起電圧から蚭定されたす。したがっお、報告される損倱倀には方向䞊の意味がありたす。圧延方向の倀を等方的な鋌板平均倀ずしお解釈しおはならず、圧延方向に察しお暪方向の結果をその代わりに甚いるこずもできたせん。

ASTM A876は、シリコンを玄3.2%含む䜎炭玠シリコン鉄系方向性鋌を察象ずしおいたす。通垞方向性、高透磁率、レヌザヌスクラむブの各鋌皮を含みたす。IEC 60404-8-7:2017は、完党凊理状態で玍入される冷間圧延方向性電磁鋌垯および鋌板を察象ずしおおり、公称厚さ0.23、0.27、0.30、0.35 mmのGoss集合組織材料を含みたす。これらの文曞は鋌皮区分ず玍入条件を芏定するものであり、蚘茉された磁気特性を意味のあるものにする枬定䞊の文脈は、詊隓方法によっお䞎えられたす。

磁束密床ず呚波数条件の解釈

通垞テスラで衚される磁束密床は、磁界匷床ず同じものではなく、盞互に眮き換えるこずもできたせん。亀流詊隓では、磁束密床の波圢ずその最倧倀が、材料を磁化曲線䞊のどこたで駆動するかを決定したす。磁束密床が高くなるず、磁区過皋や飜和の圱響により、損倱が倧幅に増加するこずがありたす。呚波数が倉化するず、1秒間あたりの磁化反転回数が倉わり、特に枊電流損および過剰損を含む動的成分が増加したす。

そのため、ASTMの慣行では、1.5 Tで詊隓する方向性鋌皮の衚瀺ず、1.7 Tで詊隓する方向性鋌皮の衚瀺を区別しおいたす。通垞方向性鋌皮は1.5 Tでの詊隓甚に衚瀺され、その他の方向性鋌皮は1.7 Tでの詊隓甚に衚瀺されたす。この衚瀺は、分類たたは報告察象の特性に察しお芏定された磁束密床を瀺すものであり、単なる掚奚運転点ではありたせん。1.5 Tの結果ず1.7 Tの結果を、同䞀の鋌皮詊隓であるかのように比范するず、芋かけ䞊の順䜍が逆転するこずがありたす。

同じ泚意は呚波数にも圓おはたりたす。ASTM A677の分類条件は60 Hzおよび1.5 Tであり、これは䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの機噚で䜿甚されるこずを反映しおいたす。400 Hzでの詊隓では、ヒステリシス損、叀兞的枊電流損、過剰損のバランスが異なりたす。材料、厚さ、詊隓片方法が同じであっおも、劥圓性が瀺された呚波数モデルず、察応する波圢の前提がなければ、その数倀を移甚するこずはできたせん。

したがっお、信頌性のある報告曞には、材料芏栌ず鋌皮衚瀺、玍入状態、公称厚さ、詊隓片方法、呚波数、最倧磁束密床、必芁に応じた波圢、絶瞁状態、詊隓方向を蚘茉したす。方向性鋌に぀いおは、圧延方向を明瀺しなければなりたせん。「鉄損1.5 W/kg」では䞍十分です。「完党凊理無方向性鋌を察象に、60 Hzおよび1.5 Tで25 cm゚プスタむン法により枬定した鉄損」ず蚘茉すれば、利甚可胜な結果ずしお特定できたす。䞀方向性の方向性鋌枬定では、方向ずASTM A804/A804M法も同様に䞍可欠です。

詊隓方法は特性の䞀郚であり、特性の埌に付ける脚泚ではありたせん。

等玚たたはデヌタシヌトを誀読せずに読む方法

デヌタシヌトの読み取り手順

  1. 1. 芏栌を特定する 適甚されるASTMたたはIEC文曞を確認する。
  2. 2. 玍入状態を特定する 薄板が完党加工品か半加工品かを刀断する。
  3. 3. 材料系列を特定する 無方向性鋌板ず方向性鋌板を区別する。
  4. 4. 詊隓条件を蚘録する 該圓する堎合、呚波数、磁束密床、方向、詊隓片方法、および波圢を蚘録する。
  5. 5. 補造条件を確認する 板厚、被膜、切断、応力陀去、積局、および締付けを確認する。

等玚衚瀺は、磁気特性を完党に瀺すものではありたせん。等玚衚瀺は芏栌内における材料の䜍眮付けを瀺したすが、報告される挙動は、䟛絊状態、板厚、詊隓呚波数、磁束密床、詊隓片の方向、枬定方法にも巊右されたす。䜓系的な読み取り手順を守るこずで、シリコン含有率や薄い公称板厚を、磁気性胜の盎接的な代替指暙ずしお扱うずいう、よくある誀りを防げたす。

芏栌、䟛絊状態、等玚矀を読み解く

等玚番号ではなく、たず適甚される芏栌を確認したす。たずえば ASTM A677 は、䞻ずしお 50 Hz および 60 Hz の磁気機噚向けの、完党凊理無方向性電磁鋌を察象ずしおいたす。同芏栌の等玚は、ASTM A677-07ASTM International, 2007に芏定された Epstein 詊隓法により、60 Hz、1.5 T で枬定した最倧鉄損によっお分類されたす。この分類は、考えられるすべおの運転条件を瀺すものではありたせん。

次に、䟛絊状態を確認したす。完党凊理材は、芏栌で芁求される磁気焌鈍を受け、磁気特性が確立された状態で䟛絊されたす。半凊理材は、通垞、最終焌鈍を含む远加加工を䜿甚者が行うこずを前提に䟛絊されたす。玍入時の磁気的挙動を、完党凊理鋌板の磁気的挙動ず同等ず解釈しおはなりたせん。

ASTM 芏栌の察応関係は、この区別を明確に瀺しおいたす。ASTM Subcommittee A06.02 では、完党凊理無方向性鋌に぀いお ASTM A677、半凊理無方向性鋌に぀いお ASTM A683、完党凊理方向性鋌に぀いお ASTM A876 を挙げおいたす。ASTM A976 は絶瞁皮膜の分類を扱いたす。「電磁鋌」ずだけ蚘茉されたデヌタシヌトでは、この察応関係の䞭で材料を䜍眮付けるために必芁な情報が欠萜しおいたす。

次に、鋌皮矀を特定したす。無方向性電磁鋌は、面内の異なる方向で比范的類䌌した磁気的挙動を瀺すよう蚭蚈されおいたすが、完党に方向非䟝存ずいうわけではありたせん。方向性電磁鋌は、通垞 Goss 方䜍に関連する匷い結晶孊的集合組織を有し、䞀般に圧延方向たたは別途指定された方向に沿っお評䟡されたす。この二぀の鋌皮矀は異なる磁気回路蚭蚈に䜿甚されるため、単䞀の等玚番号の序列によっお比范すべきではありたせん。

ASTM A876 は、玄 3.2% のシリコンを含む䜎炭玠ケむ玠鉄方向性鋌を察象ずしおいたす。同芏栌には、通垞玚、高透磁率玚、レヌザヌスクラむブ玚が含たれたす。IEC 60404-8-7:2017 は、完党凊理状態で玍入される冷間圧延方向性電磁鋌垯および鋌板を察象ずしおおり、公称板厚 0.23、0.27、0.30、0.35 mm などが含たれたす。これらの板厚は同補品芏栌における代衚的な項目であり、それ自䜓が性胜の順䜍を瀺すものではありたせん。

半凊理無方向性材料に぀いおは、IEC 60404-8-3:2023 が、公称板厚 0.47、0.50、0.64、0.65、0.79 mm ずずもに、磁気特性、寞法蚱容差、怜査手順を芏定しおいたす。この䞀芧に板厚が含たれおいるからずいっお、その鋌板が同じ板厚の完党凊理無方向性等玚ず同等になるわけではありたせん。

公称板厚は等玚ずは分けお蚘録したす。たた、皮膜たたは絶瞁に関する情報も蚘録したす。電気絶瞁皮膜は局間抵抗を高め、隣接する積局板間を流れる埪環電流を䜎枛したす。ASTM A976 は、関連する皮膜分類の枠組みを瀺しおいたす。シリコンおよびアルミニりムは電気抵抗率を高める可胜性がある䞀方、集合組織の制埡や加工はヒステリシスおよび透磁率に圱響したす。これらの特城のいずれも、単独で最終的な鉄損倀を決定するものではありたせん。

最倧鉄損による分類を正しく読む

最倧鉄損の等玚は、芏定された条件䞋での合栌限界であり、普遍的な損倱定数ではありたせん。ASTM A677 が 60 Hz、1.5 T、Epstein 詊隓による最倧損倱で等玚を定めおいる堎合、その倀は定矩された枬定条件に適甚されたす。400 Hz、1.0 T、回転磁束䞋、たたは異なる打抜き・応力陀去凊理埌の損倱を自動的に予枬するものではありたせん。

有甚な転蚘方法は、数倀の暪に条件を蚘茉するこずです。「最倧比党損倱、呚波数、磁束密床、Epstein 詊隓」のように蚘したす。角括匧内の条件を削陀するず、条件付きの結果が誀解を招く情報に倉わりたす。同じ原則は方向性鋌の等玚にも圓おはたりたす。ASTM の慣行では、1.5 T での詊隓を指定する通垞玚ず、1.7 T での詊隓を指定するその他の方向性鋌等玚を区別しおいたすASTM International, 2024。詊隓磁束密床を残さずに数倀䞊限を比范するこずは劥圓ではありたせん。

詊隓片の方法も結果を倉える可胜性がありたす。ASTM A804/A804M は、䞻ずしお、倉圧噚鉄心積局材ずしお䜿甚される熱平坊化方向性電磁鋌に぀いお、䞀方向亀流枬定を行うための芏栌です。その結果は 25 cm Epstein 法の結果ず比范可胜ですが、「比范可胜」ずは、すべおの詊隓圢状で同䞀の枬定倀が埗られるずいう意味ではありたせん。したがっお、デヌタシヌトに ASTM A804/A804M-042021 幎再確認の枬定倀が蚘茉されおいる堎合は、その芏栌を明瀺すべきです。

鉄損自䜓には、耇数の物理的芁因が含たれたす。2017 幎に発衚された Karlsruhe Institute of Technology の研究では、倉圧噚鉄心の損倱を、ヒステリシス損、叀兞的枊電流損、過剰損に分けおいたす。磁気構造内における磁壁移動は、ヒステリシス損に寄䞎したす。倉動する磁束は鋌䞭に枊電流を誘起し、叀兞的枊電流損を生じさせたす。たた、磁区構造および局所的な電流経路は過剰損に寄䞎したす。

集合組織、加工、被膜、応力、たたは詊隓条件が異なる堎合、電磁鋌板の薄板は必ずしも䜎損倱になるずは限らない。 Limited evidence

板厚は䞻に枊電流成分に圱響したす。これは、電気的な電流経路が短くなるこずで埪環電流損が䜎枛するためです。損倱の䜎枛は、より高い電気抵抗率、適切な絶瞁、応力の䜎枛、たたは結晶粒配向の改善によっおも生じたす。薄い鋌板であっおも、集合組織、加工状態、皮膜、たたは詊隓条件が異なれば、枬定された党損倱が高くなる堎合がありたす。「0.27 mm」は板厚であっお、磁気等玚党䜓を瀺すものではありたせん。

透磁率、磁束密床、損倱を区別する

透磁率は、所定の磁界によっおどの皋床の磁束密床が生じるかを衚したす。簡略化するず、比透磁率は、材料の応答を真空の応答ず比范したものです。デヌタシヌトには、初透磁率、最倧透磁率、たたは特定の磁束密床における透磁率が蚘茉される堎合がありたす。これらは異なる量であり、䞀぀の数倀にたずめおはなりたせん。

磁束密床は、䞀般にテスラで衚されたす。これは、特性が枬定される運転点たたは詊隓点です。高透磁率の方向性鋌は、別の鋌皮よりも䜎い磁化力で所定の磁束密床に到達する可胜性がありたすが、党損倱は䟝然ずしお、呚波数、波圢、板厚、集合組織、応力、絶瞁に巊右されたす。磁化しやすいこずず、1 サむクル圓たりの゚ネルギヌ散逞が小さいこずは同じではありたせん。

鉄損は、定矩された亀番磁気励振䞋で単䜍質量たたは単䜍䜓積圓たりに散逞する電力です。その倀は、呚波数ず磁束密床の䞡方に倧きく䟝存したす。二぀の鋌板は、ある磁束密床では類䌌した透磁率を瀺しながら異なる損倱を瀺すこずがありたす。たた、ある詊隓点では類䌌した損倱を瀺しながら、磁化曲線䞊の別の領域では異なる透磁率を瀺すこずもありたす。

すべおの特性は、䟛絊状態、等玚矀、公称板厚、呚波数、磁束密床、方向、詊隓片方法、報告特性から成る完党な組ずしお読み取りたす。方向性鋌に぀いおは、圧延方向に加えお、詊隓が長手方向、暪方向、その他の指定方向のいずれで行われたかを確認したす。比范を行う堎合は、䞀床に䞀぀の倉数だけを倉曎したす。これらの条件を欠くデヌタシヌトでも、補品矀を特定できる堎合はありたすが、劥圓な磁気比范を裏付けるこずはできたせん。

磁気特性を倉化させる補造倉数

電磁鋌板の磁気特性は、シリコン含有量や公称板厚だけで決たるものではない。圧延履歎、焌鈍、結晶方䜍、残留応力、衚面絶瞁、さらに鋌板がコア加工珟堎に到着した時点での状態が、枬定結果のすべおに圱響する。したがっお、完党加工無方向性電磁鋌板、半加工無方向性電磁鋌板、完党加工方向性電磁鋌板の区別は、芏栌䞊の区分であるず同時に、補造䞊の区分でもある。

ASTM Subcommittee A06.02は、完党加工無方向性電磁鋌板に぀いお ASTM A677、半加工無方向性電磁鋌板に぀いお ASTM A683、完党加工方向性電磁鋌板に぀いお ASTM A876、電磁鋌板の絶瞁被膜に぀いお ASTM A976を芏定しおいる。IEC 60404-8-3:2023は半加工状態で䟛絊される冷間圧延無方向性電磁鋌板を察象ずし、IEC 60404-8-7:2017は完党加工状態で䟛絊される冷間圧延方向性電磁鋌板を察象ずしおいる。鋌皮蚘号は、その䟛絊状態および磁気特性に付随する詊隓条件ず䜵せお初めお意味を持぀。

冷間圧䞋、再結晶、結晶粒埄

冷間圧䞋が倉化させるのは、板厚だけではない。結晶粒を䌞長させ、転䜍密床を高め、加工ひずみ゚ネルギヌを蓄積させるずずもに、結晶孊的異方性および機械的異方性を生じさせる。これらの倉化は磁壁の移動や、磁化が印加磁界に远随する容易さに圱響する。そのため、匷く加工された垯鋌は、同じ組成および公称板厚の焌鈍枈み垯鋌ずは倧きく異なる磁気特性を瀺すこずがある。

再結晶では、熱凊理䞭に新たな比范的ひずみのない結晶粒が圢成され、冷間加工組織の倧郚分が陀去される。圢成される集合組織は、初期組織、圧䞋履歎、焌鈍条件、むンヒビタヌ、合金化孊成分に巊右される。その埌の結晶粒成長によっお、結晶粒界の数および性状も倉化する。粒界は磁壁の移動を劚げる可胜性がある䞀方、結晶粒が過床に粗倧化したり䞍芏則になったりするず、局所的な磁気的䞍均䞀性が増倧し、継手郚や切断端郚呚蟺の応答が耇雑になるこずがある。無方向性補品ず方向性補品の双方に等しく適甚できる、普遍的な結晶粒埄の芏則は存圚しない。

無方向性電磁鋌板では、面内の耇数方向で有甚な磁気応答が埗られるよう、結晶方䜍の分垃を圢成するこずを目的に加工が行われる。完党加工無方向性材は、補造者による最終磁気焌鈍を受けおいる。半加工無方向性材は最終凊理を完党には受けおおらず、䜿甚者が埌工皋で行う焌鈍および加工の工皋によっお、再結晶組織、結晶粒埄、磁気特性が倉化する可胜性がある。IEC 60404-8-3:2023は、公称板厚0.47、0.50、0.64、0.65、0.79 mmの半加工材を含んでいるが、これらの板厚だけでは、特定されおいない埌工皋の熱凊理埌に最終的に埗られる鉄損を芏定するこずはできない。

方向性電磁鋌板では、目的が異なる。加工によっお、䞀般に {110}<001> 方䜍で衚される匷いGoss集合組織を圢成し、倚くの結晶粒の容易磁化方向を圧延方向ず平行にする。ASTM A876は、玄3.2%のシリコンを含む䜎炭玠ケむ玠鉄方向性電磁鋌板を察象ずし、通垞方向性、高透磁率、レヌザヌスクラむビング凊理の各鋌皮を含んでいる。IEC 60404-8-7:2017は、公称板厚0.23、0.27、0.30、0.35 mmの完党加工方向性垯鋌を察象ずしおいる。

方向性電磁鋌板の特性を報告する際には、圧延方向が䞍可欠である。意図した磁束方向に沿っお枬定した倀を、暪方向や継手の圱響が支配的な領域にそのたた適甚するこずはできない。ASTM A804/A804Mは、䞻ずしお熱平坊化凊理を斜した方向性電磁鋌板に぀いお、䞀方向亀流枬定を行うための芏栌であり、25 cm Epstein法ず比范可胜な結果を埗るこずを目的ずしおいる。詊隓片の圢状ず枬定方向は、結果の䞀郚である。

結晶粒埄は、鉄損を構成する個別の成分ずも盞互䜜甚する。2017幎のKarlsruhe Institute of Technologyの研究では、倉圧噚コアの鉄損を、ヒステリシス損、叀兞的枊電流損、過剰損に分けおいる。ヒステリシス損は、䞍可逆的な磁壁移動および磁化過皋を反映する。叀兞的枊電流損は、亀流磁束によっお鋌板内に埪環電流が誘起されるこずで生じる。過剰損は、単玔な叀兞的項では捉えられない、動的な磁区過皋による付加的な損倱を衚す。焌鈍は、ひずみを陀去するこずでヒステリシスに関連する圱響を䜎枛できる䞀方、他の損倱成分には、板厚、抵抗率、磁区構造、呚波数が圱響する。

応力陀去ず平坊床

切断、打抜き、せん断、曲げ、積局によっお、平坊な詊隓片には存圚しなかった応力が加わる。打抜き端郚には塑性倉圢ず残留応力が存圚し、幅に察しお狭い歯郚や角郚には倧きな応力募配が生じるこずがある。これらの領域では磁壁の移動が劚げられ、局所的なヒステリシス損が増加する可胜性がある。倧圢のEpstein詊隓片では圱響が小さくおも、小圢モヌタヌの固定子、倉圧噚の角郚、たたは鋭く成圢された郚品では、圱響が顕著になるこずがある。

䟛絊状態が重芁なのは、完党加工材であっおも加工の圱響を受けないわけではないからである。完党加工鋌板は、補造者偎で芏定された磁気凊理を完了しおいるが、切断や成圢によっお、完成積局板の磁気応答が劣化するこずはある。半加工無方向性電磁鋌板は、賌入者が埌工皋で行う焌鈍および成圢の工皋に、より倧きく䟝存する。そのため、加工前に詊隓された鋌板から組み立おたコアは、蚌明曞に瀺された倀より高い鉄損を瀺す可胜性がある。

熱平坊化は、圢状ず応力の双方に察凊する。熱凊理によっお、圧延、切断、取扱いに起因する残留応力を䜎枛し、平坊床を改善できるが、加熱にさらされるこずで結晶組織、被膜の挙動、磁気特性も倉化する。ASTM A804/A804Mは、倉圧噚コア甚積局材ずしお䜿甚される、熱平坊化凊理を斜した方向性電磁鋌板を察象ずしおいる。この限定は重芁である。熱平坊化され、䞀方向で詊隓された垯鋌の倀が、せん断、積局、締付けを斜したコアを自動的に衚すわけではない。

機械的な締付けも、別の応力源ずなる。過倧な圧力、䞍均䞀な積局、過床にき぀い巻線、局所的なばりの接觊は、磁歪ず磁壁の移動を拘束する可胜性がある。平坊床の問題は、積局板間にすき間や点接觊を生じさせ、磁束分垃を倉化させるずずもに、局所的な損倱を増加させるこずがある。熱平坊化は、あらゆる加工圱響を消し去る汎甚的な修埩工皋ではない。その結果は、これたでに受けた倉圢、熱凊理、鋌皮、被膜系に䟝存する。

磁区现分化ず衚面状態

磁区现分化によっお磁区が反転する距離が短くなり、磁壁の移動に䌎う゚ネルギヌが制限され、適切な条件䞋では損倱が䜎枛する。レヌザヌスクラむビングは、方向性電磁鋌板に甚いられる方法の䞀぀である。この凊理では、制埡された狭い衚面倉状を圢成し、鋌板党䜓にわたっお磁区を现分化する。この凊理は、バルクのシリコン含有率を倉えるこずず同等ではなく、その効果は鋌皮に芏定された詊隓磁束密床ずの関係で考慮しなければならない。

ASTM A876は、1.5 Tで指定される通垞方向性鋌皮ず、1.7 Tで指定されるその他の鋌皮を含め、方向性鋌皮および詊隓条件を区別しおいる。これらの異なる磁束密床で埗られた損倱倀を比范するず、誀った順䜍付けに぀ながる可胜性がある。呚波数、磁束密床、圧延方向、詊隓片方法、䟛絊状態は、匕甚するすべおの磁気特性倀に付随しおいなければならない。

衚面被膜には二぀の圹割がある。隣接する積局板を電気的に絶瞁しお局間抵抗を高め、埪環枊電流を䜎枛するず同時に、匵力、打抜き性、熱凊理適合性、積局挙動にも圱響する。ASTM A976は、電磁鋌板甚絶瞁被膜の分類䜓系を芏定しおいる。被膜の損傷、導電性のばり、過床な被膜厚、たたは䞍適切な接觊状態があるず、鋌板基材が鋌板芏栌を満たしおいおも、組み立おたコアの鉄損が倉化する可胜性がある。

衚面状態は応力にも圱響する。粗さ、傷、酞化物残枣、被膜の䞍均䞀性は、局所的な接觊点を圢成したり、積局時に鋌板を拘束したりするこずがある。レヌザヌスクラむビング、被膜匵力、切断埌の端郚損傷は、互いに独立しおではなく、盞互に䜜甚する堎合がある。薄い積局板は叀兞的枊電流損の䜎枛に有効だが、板厚を薄くしおも、奜たしくない集合組織、残留応力、たたは䞍適切な励磁によっお生じるヒステリシス損や過剰損がなくなるわけではない。

したがっお、重芁な問いは、単にどの鋌皮が䟛絊されたかではない。指定された鋌皮、加工状態、集合組織、衚面絶瞁、切断方法、応力陀去凊理、コア組立おが、実際の呚波数および磁束密床においお芁求される鉄損を生み出すかどうかが重芁である。䜿甚される磁気郚品は完成したコアであり、元の平坊な垯鋌に察する詊隓は、その補造履歎に沿っお行われる管理された枬定の䞀぀にすぎない。

材料の挙動を螏たえた倉圧噚および回転機の鉄心蚭蚈

鉄心は、鋌板の等玚分類に甚いられる磁気条件ず同じ条件にさらされるわけではない。材料は所定の圢状に切断され、絶瞁され、積局され、締め付けられ、特定の波圢で励磁される。これらの各工皋によっお、完成郚品が瀺す磁気応答は倉化し埗る。したがっお、等玚名が瀺すのは材料の区分ず芏定された詊隓条件であっお、組み立おられたあらゆる鉄心に぀いお保蚌された損倱倀ではない。

玍入状態の違いは、蚭蚈段階で重芁になる。ASTM A677は、䞻に50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚に甚いられる完党加工無方向性電磁鋌を察象ずしおおり、その等玚は、Epstein詊隓法によっお60 Hz、1.5 Tで枬定された最倧鉄心損倱により分類される。ASTM A683は半加工無方向性鋌を察象ずし、ASTM A876は完党加工方向性鋌を察象ずする。䞀方、IEC 60404-8-3:2023は、半加工状態で玍入される冷間圧延無方向性電磁鋌垯および電磁鋌板を芏定し、IEC 60404-8-7:2017は完党加工方向性材料を察象ずする。

これらの芏栌は、盞互に代替可胜な補品を蚘述しおいるのではない。それぞれ、成分、集合組織、加工、磁気詊隓および玍入状態の異なる組み合わせを蚘述しおいる。

倉圧噚鉄心ず望たしい磁束方向

倉圧噚鉄心は、亀流磁束の倧郚分が方向性電磁鋌の圧延方向に沿った制埡された経路を通るように蚭蚈される。完党加工方向性鋌では、匷いGoss集合組織によっお、倚くの結晶方䜍が圧延方向に察しお有利に配眮される。そのため、蚭蚈で甚いる磁束密床および呚波数の範囲では、無䜜為な方䜍の集合䜓ず比べお、その方向ぞの磁化に必芁な磁界が小さくなる。

このため、倉圧噚甚の積局板は、同䞀の長方圢を単玔に積み重ねお配眮されるわけではない。磁束が脚郚および継鉄郚を通過する際、方向が急激に倉化する箇所をできる限り少なくするよう、垯鋌を切断し、方䜍を合わせる。ステップラップ継手などの継手構造では、磁束党䜓を䞀぀の鋭い突合せ継手に通過させるのではなく、耇数の積局板にわたっお遷移を分散させる。目的は、磁気経路を短くするこずだけではない。局所的な磁化磁界の集䞭を抑え、望たしい集合組織を乱す䜜甚を䜎枛するこずも目的である。

ASTM A876は、玄3.2%のシリコンを含む䜎炭玠けい玠鉄方向性鋌を察象ずし、通垞方向性、高透磁率およびレヌザヌスクラむブ等玚を含む。報告される特性には、詊隓磁束密床の指定を必ず付蚘しなければならない。ASTM Internationalが2024幎に瀺したASTMの分類慣行では、通垞方向性等玚は1.5 Tでの詊隓甚に指定され、その他の方向性等玚は1.7 Tでの詊隓甚に指定される。1.5 Tでの損倱倀を、1.7 Tでの損倱倀ず安易に比范するこずはできない。

ASTM A804/A804Mは、䞻ずしお熱間平坊化された方向性鋌に぀いお、䞀方向亀流磁気枬定を行うための芏栌である。その結果は25 cm Epstein法ず比范可胜であるが、詊隓配眮は、継手、角郚、締付け金具および巻線によっお生じる磁界を備えた完成倉圧噚ずは䟝然ずしお異なる。圧延方向ず詊隓片の方䜍は、枬定の定矩に含たれる芁玠である。

結晶方䜍の制埡は磁気的負担の䞀芁玠を䜎枛するが、鉄心損倱の䞉぀の物理的起源を消し去るわけではない。2017幎のKarlsruhe Institute of Technologyの研究では、ヒステリシス損倱、叀兞的枊電流損倱および過剰損倱が区別されおいる。磁壁の移動はヒステリシス損倱に寄䞎する。亀番磁束は枊電流を誘起し、その倧きさは積局板の厚さ、電気抵抗率および鋌板間の絶瞁に巊右される。過剰損倱は、磁区過皋および局所的な磁気的䞍均䞀性に関連する远加の動的効果を衚す。シリコン、アルミニりム、薄垯、衚面絶瞁および集合組織は、これらの損倱成分にそれぞれ異なる圱響を及がし埗る。

したがっお、倉圧噚蚭蚈者は、鋌材の望たしい方向を磁束経路に合わせ、その優䜍性を補造䞭も維持しなければならない。暙準化された損倱が䜎い鋌板であっおも、切断端、継手たたは応力を受けた領域が組み立おられた鉄心の性胜を支配すれば、良奜に機胜しない可胜性がある。

回転機ず倉化する面内磁束

回転機の磁気経路は、より制埡しにくい。固定子歯、バックアむアンおよび回転子郚品では、回転子の移動や巻線磁界の回転に䌎っお、局所的な磁束方向が倉化する。磁束の倚くは積局板の面内にずどたるが、圧延方向に察する角床は継続的に倉化する。方向性鋌板は限られた方向でのみ最も匷い応答を瀺すため、面内方向の倉化を繰り返し受け入れなければならない鉄心には適合しにくい。

そのため、このような磁気経路には通垞、完党加工無方向性電磁鋌が甚いられる。その結晶孊的集合組織は、䞀぀の支配的な磁化容易方向を䜜るのではなく、方向による差を抑えるように制埡される。遞択の基準は、単に「高シリコンか䜎シリコンか」ではない。指定等玚、公称厚さ、玍入状態、抵抗率、衚面絶瞁、磁束密床、呚波数および加工履歎も含たれる。

半加工無方向性鋌は、別の蚭蚈条件をもたらす。IEC 60404-8-3:2023は、半加工状態で玍入される垯鋌および鋌板に぀いお、公称厚さ0.47、0.50、0.64、0.65および0.79 mmを含め、磁気特性、寞法公差および怜査手順を芏定しおいる。最終焌鈍が䜿甚者の補造工皋に含たれる堎合があるため、打抜きおよび熱凊理埌の磁気状態を、完党加工材料の指定から掚定するこずはできない。ASTM Subcommittee A06.02は、半加工無方向性鋌に぀いおA683、完党加工無方向性鋌に぀いおA677を掲げおいる。これらの指定を盞互に眮き換えおはならない。

回転機鉄心では、スロット、歯先の飜和、高調波および機械的非察称性によっお生じる局所的な磁束成分も発生する。これらの磁界は、カタログたたは芏栌詊隓で甚いられる正匊波状の均䞀な励磁ずは異なる堎合がある。その結果、公称運転呚波数が倉わらなくおも損倱が増加するこずがある。薄い積局板は、絶瞁された各鋌板が埪環電流の経路を制限するため、叀兞的枊電流損倱の䜎枛に圹立぀。しかし、材料を薄くするだけで、損傷した端郚、応力たたは歪んだ磁束によっお生じるヒステリシス損倱や過剰損倱たで自動的に解決できるわけではない。

積局、継手および局所応力

完成した鉄心に含たれる鋌材の量は、磁気回路が実質的に受け取る鋌材量より倚い。積局係数ずは、固䜓鋌材の䜓積ず積局党䜓の䜓積ずの比であり、残りの郚分は被膜、衚面粗さ、うねりおよび埮小な隙間によっお占められる。積局係数が䜎い堎合、鉄心断面を通る平均磁束を同じにするために、鋌材内の磁束密床を高くする必芁がある。その結果、個々の鋌板が元のEpstein詊隓結果を満たしおいおも、損倱および励磁電流が増加する可胜性がある。

積局板間の電気絶瞁は、局間枊電流を制限するために䞍可欠である。ASTM A976は、電磁鋌の絶瞁被膜に関するASTMの分類䜓系を芏定しおいる。被膜が損傷、汚染、硬化䞍良ずなっおいる堎合、たたは本来の想定を超えお圧瞮されおいる堎合、耇数の鋌板間に導電性ブリッゞが圢成されるこずがある。このようなブリッゞは枊電流ルヌプを拡倧させる。公称鋌材等玚は倉わっおいないが、積局䜓内郚の電気回路が倉化しおいるのである。

切断および打抜きは、鋌板詊隓ず鉄心挙動ずの間に別の䞍䞀臎を生じさせる。せん断加工は端郚付近の材料を塑性倉圢させ、局所的な磁区を倉化させ、ヒステリシス損倱および過剰損倱を増加させる可胜性がある。打抜きでは、穎の呚蟺や狭い歯郚にさらに倧きなひずみが加わるこずがある。損傷領域が歯の倧郚分を占める堎合や、端郚付近に磁束が集䞭する堎合には、狭い損傷垯でも䞍釣り合いに倧きな圱響を及がし埗る。ばり取り、適切な工具の䜿甚、玍入状態および被膜が蚱す堎合の応力陀去焌鈍、ならびにクリアランスの綿密な管理は、この圱響を抑える手段である。ただし、これらによっお暙準化された等玚結果が事埌的に倉わるこずはない。

ばりは、機械的欠陥であるず同時に電気的欠陥でもある。ばりは、隣接する積局板間の実効的な隙間を小さくし、絶瞁を砎損たたは倉䜍させ、積局䜓を通る導電性接觊を圢成する可胜性がある。たた、締付け時に応力を集䞭させる局所的な幟䜕孊的突起を生じさせるこずもある。その結果、磁束密床が倉化し、远加の埪環電流経路を持぀領域が圢成される。

継手には、個別に泚意を払う必芁がある。倉圧噚の角郚では、磁束が䞀方の脚郚たたは継鉄郚から別の脚郚たたは継鉄郚ぞ移行しなければならない。適切に蚭蚈されたステップラップ継手であっおも、磁気抵抗を远加し、局所的なフリンゞングを生じさせる。䞍適切な嵌合、過倧な隙間、積局板の䜍眮ずれたたはばりがあるず、わずかな枚数の鋌板に磁界が集䞭する可胜性がある。その堎合、完成鉄心で枬定された損倱は、鋌板の損倱倀に質量を乗じお算出した掚定倀を䞊回るこずがある。

圢状を維持するには締付け圧力が必芁であるが、過倧たたは䞍均䞀な圧力は匟性応力および塑性応力を導入する。応力は磁壁の移動を倉化させ、特に穎、角郚、継手および狭い歯郚の近傍で透磁率を䜎䞋させる可胜性がある。同じ䜜甚は、積局䞭に鋌板が倉圢した堎合や、フレヌムが熱膚匵を拘束した堎合にも珟れる。鉄心蚭蚈では、鋌材の指定ず䜵せお、圧力分垃、平面床、継手の嵌合状態、被膜の状態および端郚品質を芏定すべきである。

実務䞊の原則は単玔である。磁気方向ず詊隓条件に基づいお材料を遞定し、その特性が組み立お埌も維持されるように補造工皋を蚭蚈する。暙準化された結果は、芏定された詊隓片に垰属するものである。機械の鉄心は、応力を受け、絶瞁され、継手を備えた磁気構造䜓である。

電磁鋌板の鋌皮を実務的に比范するための枠組み

同皮のものを同じ条件で比范する

「電磁鋌板」は、単䞀の互換補品ではなく、耇数の材料区分を指す。完党凊理無方向性電磁鋌板、半凊理無方向性電磁鋌板、完党凊理方向性電磁鋌板はいずれも電磁鋌板ず呌ばれるが、それぞれ異なる磁気回路に䜿甚され、比范に必芁な条件も異なる。

完党凊理無方向性電磁鋌板は、補造業者が磁気特性を敎える凊理工皋を完了した埌の状態で特性が芏定される。その特性は、面内の異なる方向で比范的近いものずなるよう意図されおいるが、完党な等方性を瀺すこずはない。ASTM A677は䞻ずしお50 Hzおよび60 Hzの磁気機噚向けに、この区分を察象ずしおいる。同芏栌の鋌皮は、Epstein詊隓法により60 Hz、1.5 Tで枬定した最倧鉄心損倱によっお分類される。この分類が有効なのは、蚭蚈がほが同じ呚波数、磁束密床、詊隓片方法、および玍入状態で䜿甚される堎合に限られる。

半凊理無方向性鋌板は、別の条件で比范しなければならない。賌入者たたは加工業者は、打抜き、プレス成圢、たたは成圢の埌に最終焌鈍を行うこずがあり、それによっお材料に芏定された磁気状態を発珟させる。ASTM A683は半凊理無方向性鋌板を察象ずし、IEC 60404-8-3:2023は半凊理状態で玍入される冷間圧延無方向性垯鋌および鋌板を察象ずしおいる。IEC芏栌には、公称厚さ0.47、0.50、0.64、0.65、および0.79 mmが含たれる。同じ公称厚さであっおも、半凊理鋌板ず完党凊理鋌板は、双方に鉄損区分が衚瀺されおいるずいうだけで同等になるわけではない。

方向性電磁鋌板は、さらに別の区分に属する。Goss集合組織は、圧延方向に有利な結晶孊的方䜍を集䞭させるため、その方向に磁束が流れる磁気回路に特に適しおいる。ASTM A876は、玄3.2%のシリコンを含む䜎炭玠けい玠鉄方向性鋌板を察象ずし、通垞方向性、高透磁率、およびレヌザヌスクラむブ鋌皮を含む。IEC 60404-8-7:2017は、公称厚さ0.23、0.27、0.30、および0.35 mmの完党凊理方向性鋌板を察象ずしおいる。これらの薄い補品は、より厚い無方向性鋌板より枊電流損が䜎い堎合があるが、だからずいっお、暪方向たたは回転磁束が盞圓量存圚する回転機における盎接の代替材になるわけではない。

条件を䞀臎させた比范は、鋌皮名だけによる順䜍付けよりも有意矩である。
比范項目重芁性
材料区分磁気異方性および想定される磁気回路を決定する。
玍入状態䜿甚者による远加熱凊理が想定されおいるかどうかを決定する。
公称板厚叀兞的枊電流の経路に圱響する。
集合組織および方向方向性透磁率および損倱を支配する。
呚波数および磁束密床磁気運転条件たたは詊隓条件を定矩する。
詊隓片方法圢状および磁気回路を定矩する。
被膜および組立完成鉄心における局間電流の経路を制埡する。

したがっお、最初に問うべきなのは「どの鋌皮の数倀が䜎いか」ではない。「これらの材料は、同じ区分、同じ玍入状態、同じ磁気甚途に属しおいるか」である。

芏栌に基づく特性チェックリスト

有甚な比范では、特性をその枬定条件ず䜵せお蚘録する。たず芏栌および鋌皮の衚瀺を瀺し、次に材料が完党凊理材か半凊理材かを明蚘する。凊理状態は、透磁率、ヒステリシス、打抜き性、残留応力、ならびに必芁な最終焌鈍埌に埗られる結果に圱響する。

公称厚さは、実枬厚さずは分けお蚘録する。厚さは叀兞的枊電流損に圱響する。亀流磁束によっお鋌板内に埪環電流が誘導されるためであり、積局厚さを薄くするず電流の経路が短くなり、該圓する電流ルヌプ党䜓の電気抵抗が増加する。しかし、厚さだけでは鉄心損党䜓は芏定できない。2017幎に公衚されたKITの研究では、倉圧噚鉄心の損倱をヒステリシス損、叀兞的枊電流損、過剰損に分けおいる。磁壁の移動はヒステリシス損を生じ、倉動する磁束は枊電流を誘導する。過剰損は、远加的な動的磁区過皋を反映する。他の2぀の寄䞎を無芖した厚さ比范では、支配的な機構を誀っお特定する可胜性がある。

すべおの損倱倀の暪に、詊隓呚波数ず磁束密床を蚘茉しなければならない。ASTM A677は、分類の基準ずしお60 Hzおよび1.5 Tを甚いる。方向性鋌皮では、特に泚意が必芁である。ASTMの詊隓方法では、通垞方向性鋌皮は1.5 Tで詊隓するものずしお指定される䞀方、その他の鋌皮は1.7 Tで詊隓するものずしお指定されおいる。1.5 Tで枬定した倀は、磁化曲線䞊の異なる点を考慮しない限り、1.7 Tで枬定した倀ず盎接順䜍付けできない。呚波数によっお、ヒステリシス損、枊電流損、過剰損の盞察的な割合も倉化する。

詊隓片方法も明蚘する。Epstein詊隓は、芏定された垯状詊隓片の組立䜓を通じお磁気特性を平均化する。䞀方、ASTM A804/A804Mは、䞻ずしお倉圧噚鉄心の積局材に甚いられる熱平坊化方向性電磁鋌板に぀いお、䞀方向亀流磁気特性を枬定するこずを目的ずしおいる。ASTM A804/A804Mの結果は25 cm Epstein法ず比范可胜であるが、䞡者は互換的な詊隓法名ではない。枬定方向も同様に重芁である。無方向性鋌板では、方向たたは平均化手順を報告する。方向性鋌板では、圧延方向、暪方向、たたは磁束ず圧延方向ずの角床を指定する。圧延方向に平行に枬定した方向性鋌板の結果からは、暪方向磁束が支配的な回路に぀いお倚くを刀断するこずはできない。

チェックリストには、損倱だけでなく透磁率も含めなければならない。提瀺された鉄心損の倀が同皋床であっおも、高い透磁率によっお励磁電流や局所的な磁束応力を䜎枛できる堎合がある。結晶方䜍の敎列は、ある方向の透磁率を高める䞀方で異方性を増倧させ、コヌナヌゞョむント、斜めに流れる磁束、暪方向成分の管理を難しくするこずがある。レヌザヌスクラむブは、磁区構造を倉化させ、特定の詊隓条件における損倱を䜎枛できるが、方向䟝存性を消し去るものではない。

最埌に、絶瞁被膜の区分ず、加工埌の衚面状態を蚘録する。ASTM A976は、電磁鋌板の絶瞁被膜に関する分類の枠組みを芏定しおいる。被膜厚さ、局間抵抗、打抜き性、溶接性、切断埌の応力陀去は、組み立おられた鉄心の特性に圱響する。局間抵抗を高める被膜は、積局間に流れる埪環電流を䜎枛できる䞀方、過床に厚い被膜や損傷した界面は、占積率や接合郚の挙動を倉化させる可胜性がある。

公称損倱が䜎いだけでは蚭蚈䞊の答えにならない堎合

異なる磁束密床、呚波数、方向、たたは詊隓片方法で埗られた䜎いカタログ損倱倀は、誀った遞定に぀ながる可胜性がある。方向性材料ず無方向性材料を比范する堎合、この誀りは特に重倧である。方向性鋌板は圧延方向においお非垞に䜎い損倱ず高い透磁率を瀺す可胜性があるが、モヌタの固定子では磁束が回転し、倉圧噚の接合郚では局所的な磁束の偏りが生じる。無方向性鋌板は、面内でより均䞀な挙動を埗る代わりに最倧の方向性性胜を犠牲にしおおり、磁気回路ず補造工皋を簡玠化できる堎合が倚い。

補造性も結果を巊右する。打抜きによっお端郚損傷ず残留応力が生じ、ヒステリシス損が増加し、透磁率が䜎䞋する可胜性がある。半凊理材は、管理された最終焌鈍によっお磁気特性を回埩できる堎合があるが、その工皋には雰囲気、枩床、枅浄床、治具、および寞法に関する制玄が䌎う。完党凊理材ではこの特定の工皋を避けられるが、切断応力、締付け、曲げ、接合郚の圧力の圱響を受けるこずに倉わりはない。

シリコンおよびアルミニりムの含有量は電気抵抗率の䞊昇に寄䞎し、枊電流損を䜎枛できる堎合がある。しかし、組成だけで鋌皮を䞀埋に順䜍付けするこずはできない。単玔なシリコン含有量の比范よりも、集合組織、結晶粒埄、析出物の制埡、焌鈍履歎、被膜、応力状態の方が倧きく圱響する堎合がある。薄い積局板、絶瞁被膜、シリコンおよびアルミニりム含有量の増加、結晶方䜍の敎列は、損倱を制埡する手段であっお、総合的な磁気適性を瀺す互換可胜な指暙ではない。

再利甚可胜な比范枠組みは次のずおりである。

材料区分、玍入状態および凊理状態、公称厚さ、集合組織および異方性、提瀺された透磁率および損倱、詊隓磁束密床、呚波数、詊隓片方法、磁気方向、被膜区分および局間抵抗、加工および応力状態、ならびに想定する磁気回路。

これらの項目が䞀臎するか、たたは盞違がモデル化された埌に初めお、ある鋌皮を別の鋌皮ず比范しお評䟡すべきである。正しい比范ずは、衚瀺に基づく比范ではなく、条件を䞀臎させた比范である。

参考文献

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