CRGOラミネーションとCRNGOラミネーション：どちらのコアスチールを選ぶべきか？

磁束の経路がほとんど一方向で、無負荷損失が1ワットでもあると困る場合は、次のものを選ぶ。 CRGO.フィールドが振り回されたり、ジオメトリーが乱雑だったり、コストやパンチングがシンプルであることが、最後の何パーセントかの効率を絞り出すことよりも重要だったりする場合は、次のような選択をする。 クロンゴ.それ以外はすべて、あなたがその決断を自分自身や購買、そして損失予算に対して証明しているだけなのだ。

教科書的な答えはすでに知っている

粒配向電気鋼（CRGO）は圧延方向に沿った磁化に最適化されており、電力変圧器や配電変圧器の主流である。非粒配向電気鋼（CRNGO）は板面内でほぼ等方的な特性を持ち、モーター、発電機、回転機械のデフォルトである。

そのような記事は、1年目のエンジニアにとっては問題ない。結晶粒の配列、製造工程、シリコンの含有量、時にはきれいな顕微鏡写真まで掲載されている。一度は役に立つ。損失が爆発する前にBをどこまで押せるか、スタンピングによる応力下で何が起こるか、CRNGOはトランスにとっていつ「十分」なのか。これが、実際の選択の分かれ目です。

実際のプロジェクトで決断を促すもの

設計チームがCRGO対CRNGOについて議論するとき、定義について議論することはほとんどない。彼らは、データシートよりも少し厄介な3つの事柄について議論する。

まずはフラックス・パターンだ。理想化された図面ではなく、ジョイント、カットアウト、ノッチ、公差を追加した後の実際の図面です。スタックを貫く主経路がシートの一方向に整列し、その状態を維持するのであれば、CRGOは純粋に利益を得ることができます。フィールドが電気サイクルごとに回転したり、ラミネーションが圧延方向を常に横切るような形状を余儀なくされたりすると、優位性は縮小し、CRNGOの方がまっとうな選択に見えてくる。

第二に、実際の運転誘導と周波数における損失予算であり、マーケティングの数字ではない。CRGOは古典的なP1.5/50テストでは素晴らしく見えますが、CRNGOは設計上悪く見えます。しかし、一部の高級CRNGO鋼は、より高い周波数や異なるフラックス密度用に調整されており、教科書的な50/60 Hzの世界を離れると、図式が少し変わります。

第三は製造性とコストである。パンチ品質、バリの高さ、コーティング、応力除去、スクラップ率、コイル幅。CRGOの方が薄いことが多く、ハンドリングダメージに敏感で、荒いツーリングに寛容でない。CRNGOは通常、キログラム当たりで安く、0.35-0.50mmのようなモーターに適した厚さで入手でき、すでにモーター用に購入しているグレードで調達しやすい。

この3つを無視して、カタログの1行の損失数字だけを見つめると、スプレッドシートに「勝っても」システムに負けることがある。

実際に作るコアの磁気挙動

書類上では、CRGOは無方向性鋼と比較して、同程度のシリコンレベルで、圧延方向に沿っておよそ30%高い磁束密度を提供します。これが、変圧器メーカーがCRGOにこだわる理由です。うまく設計された脚部では、接合部が整列し、応力が制御されているため、同じかそれ以下のコア損失でより高いBを実現できます。

しかし、本物のコアはエプスタイン・ストリップではない。カット、パンチ、ミッター、スタック、クランプ。これらの各工程では、局所的な応力が発生し、フラックスが理想的でない経路をとる領域が生じます。結晶粒の配向は、フラックスの経路が長く、まっすぐで、圧延方向に平行な場合に最も役立ちます。コーナーやヨーク、Tジョイントがあるところでは、その利点は損なわれる。このため、一部のメーカーは、主脚部のみに高級CRGOを使用し、ヨーク部には普通の材料を使用したり、コストと性能のバランスをとるためにグレードを混ぜたりしています。

対照的に、CRNGOは回転機械が必要とする方法で正確にボーリングされている。シート面内の特性は、可能な限り均一になるように設計されています。そのため、圧延時の性能は最良のケースを犠牲にすることになりますが、フィールドが回転する際の破滅的な最悪のケースを避けることができます。モーター設計者にとって、この極端な平坦化は、印象的な単一方向のB-Hカーブよりも価値がある場合が多い。

つまり、完璧な材料対称性をオンにしたFEAではなく、完成品においてフラックスがどれだけ「一次元」であるかが問題になるのです。

損失、厚み、運転誘導：効率を左右する数字

単なる形容詞ではなく、実際に公表されている数字を使ってトレードオフの尺度を決めてみよう。

現在市販されている典型的なCRGOラミネーショ ンでは、グレード（M2～M6、0.18～0.35 mm）に応じて、1.5 T、50 Hzで約0.7～1.1 W/kgのコア損失を示している。メーカーや試験所による実際の変圧器のデータでは、系統変圧器に実際に使用されている鋼材の場合、1.5 T、50 Hzで約0.9-1.3 W/kgと見積もられていることが多い。

市販のCRNGOグレードは、より広い帯域に及ぶ。モーターや汎用変圧器用の標準グレードは、1.5T、50Hzで4～6W/kgの範囲にあることが多く、4W/kg以下の改良グレードとそれ以上の安価なグレードがある。厚さは通常0.35mm、0.5mm、0.65mmで、より薄いシートは高性能機や高周波用に確保される。

つまり、100kgのコアが公称電圧で約1.5Tで動作していると想像してください。1W/kgのCRGOから4W/kgのCRNGOにシフトすると、無負荷損失がおよそ300W追加される。20年間の連続運転では、この余分な0.3kWは約52,000kWhになる。1kWhあたり0.10米ドルとしても、変圧器1台で5,000米ドルの追加エネルギー・コストが発生することになる。初日の鉄鋼価格の差がこれほど大きくなることはめったにありません。変電所では、CRGOがほぼ毎回この議論に勝ちます。

ここで、定格電圧でほとんど動作しない3kVAの小型低周波変圧器に話を移そう。コアの質量は小さく、デューティ・サイクルは低い。同じキログラムあたりの数値が、設備全体のノイズフロアに縮小されます。突然、CRNGOの低い購入価格と容易な調達は、完全に合理的である可能性があり、多くのベンダーは、低電力機器のために静かにまさにそれを行います。

同じ素材であっても、文脈によって正解は変わる。

製造、ストレス、ノイズ：データシートの脚注が示唆するもの

データシートは応力感受性を示唆しています。CRGOの低損失数値は、入念な応力除去アニールか、少なくとも最小限の塑性変形を想定しています。強引な打ち抜き、きつい曲げ、考えなしのクランプは、せっかくの利点を台無しにしてしまいます。

CRNGOグレードは打ち抜き損傷に無縁ではありませんが、特に自動車に特化したシリーズでは、機械的強度と打ち抜き性を設計目標の一部として配合されているものもあります。工場が比較的古い金型を使用し、生産量が多く、穏やかな取り扱いを保証できない場合は、カタログに記載されている理想的なCRGOの数値に達することはないと考えた方が安全かもしれません。

ノイズも静かな差別化要因のひとつです。CRGOは、磁歪に強い異方性を持っています。圧延方向に沿って磁化し、接合部をうまく設計すれば、有用な程度まで可聴ノイズを抑えることができます。磁束がずれていたり、横方向の磁化が強かったりすると、予想以上にノイズが大きくなることがあります。CRNGOは、より均一な磁歪挙動を示します。ローターとステーターの設計者は、材料の異方性に頼るのではなく、スロットの形状、スキュー、励磁によって音響ノイズを管理します。

CRGO対CRNGO」という単純なマーケティング比較では、そのようなことは一切出てこないが、プロトタイプがモデルと同じような挙動を示すかどうかは決まる。

コストと入手可能性：購買が気にする部分

1キログラム当たりでは、CRNGOは同程度の厚さのCRGOよりも、特に大量生産用の標準グレードでは通常安い。CRGO、特にHi-Bとプレミアム・グレードは、価格と、時にはリードタイム・ペナルティを伴う。特殊なコーティングや厳しい公差は、さらに制約を増やす。

一方、CRNGOは、モーター、コンプレッサー、オルタネーター用として既に購入されている材料であることが多い。数量だけで、より良い価格、より良いサービス、より多くのコイル幅のオプションを確保することができます。サプライチェーンの簡素化は、多くのメーカーがCRNGOを効率規制が許す限り、100-150kVAまでの小型変圧器に使用する静かな、しかし現実的な理由です。

だから、「CRGOは高すぎる」と誰かが言うたびに、問題は鋼材価格だけではありません。それは、その製品群の強制効率レベルはどの程度か、デューティ・サイクルはどの程度か、そして、発注書にサインする人が、その車両の生涯エネルギー・コストのどの程度を目にすることができるかということである。

CRGOとCRNGOの比較

ここでは、実用的でありながら正直な数字をコンパクトに比較する。数値は典型的な範囲であり、特定のグレードは異なる。

この表は試験の解答ではない。あなたが実際に何を取引しているかを思い出させるものです。

CRGOがほとんど常に意味を持つところ

ほとんど考える必要がない場合もある。

中型から大型の電力用変圧器や配電用変圧器を連続的に送電網で使用するために設計する場合、無負荷損失に関する規制やバイヤーの期待により、CRGOやアモルファス鋼を使用せざるを得ないことがほとんどです。コア質量が数百キログラムに達すると、50/60 HzでのCRNGOの損失ペナルティは単純に大きすぎます。初日に鋼材を節約しても、運転コストとコンプライアンス上の問題で蒸発します。

もしフラックスパスがきれいな方向に向いていて、製造ラインがその材料を尊重でき（良い打ち抜き、低いバリ、適切な積層、制御されたクランプ）、現実的な動作誘導限界に自分を縛るなら、CRGOは静かな主力製品であり続ける。その選択を正当化するために、その粒子について詩的な説明は必要ありません。

CRNGOが静かに勝利する場所

CRNGOは「安い代用品」ではありません。ほとんどの回転機械では正解であり、多くの小型変圧器では妥当な答えである。

モーター、発電機、オルタネーターでは、磁束が回転します。高級無延伸鋼板は、そのような現実のために設計されている。あらゆる方向でバランスの取れた特性を持ち、多くの場合、狭いスロットのパンチングや高速ローターに適したコーティングや機械的強度を備えている。変圧器グレードのCRGOで最新のトラクション・モーターを作ろうとすれば、素材と戦うことになる。

小型トランス、バラスト、補助電源、低デューティーマグネティックでは、コストと供給という異なる制約があります。CRNGOでは、モーター製品と同じ鋼種と加工ラインを再利用し、購買を簡素化することができます。

鉄鋼メーカーのデータシートには、それに従って設計すれば、ある電力レベル（150kVAのオーダー）までの変圧器には無配向グレードが許容されるという注意書きさえある。これはトリックではなく、設計の道筋として認められているものです。

ルール」が曖昧なエッジケース

もしルールが破られなければ、人生は退屈なものになるだろう。

パワーエレクトロニクスの高周波トランスは、時に戦略が混在する。例えば、アモルファス金属やナノ結晶金属のコストや入手性が制限される場合、設計者は非常に薄いCRNGOや特殊な高周波グレードを選ぶかもしれません。実際の動作点は数十キロヘルツで上昇し、相対的な差はシフトする。

異常に固定された磁束経路や型破りなトポロジーを持つ大型モーターは、特定のラミネーションで配向鋼を試すかもしれない。学術的な研究では、CRNGOで部分的に配向させたテクスチャーを検討し、圧延方向の性能向上と等方性を交換することで、その境界線を少し曖昧にしている。

そして、規制もある。変圧器もモーターも効率クラスが厳しくなるにつれて、鉄鋼メーカーは新しい高品位CRNGOと改良型CRGOを導入し続けています。ある動作点でのプレミアムCRNGOとミッドレンジCRGOの損失の差は、決定が明白でなくなり、単一のW/kgの数値よりも、下流の製造可能性と機械的制約の方が重要になる程に縮小する可能性があります。

データシートから目を離さないのは、基本を忘れたからではなく、フロンティアが動き続けているからだ。

プロジェクトごとに決める現実的な方法

新しいデザインでCRGOラミネートとCRNGOラミネートのどちらかを選択する場合、ほとんど自分自身との短いデザインレビューのように扱うことができます。

磁束の挙動から始める。主脚だけでなく、継ぎ目やスロットを含めて、コアを通る実際の経路をスケッチしてください。磁束がほとんど一方向であり、グリッド接続やエネルギーコストに敏感なアプリケーションの場合は、何か強いものがそれを遠ざけるまでCRGOと仮定してください。磁束が回転していたり、軸から大きく外れていたりする場合は、CRNGOを想定してください。

次に、実際に使用するBと周波数での損失バジェットを調べます。P1.5/50の見出しの数字だけでなく、その動作点におけるメーカーのコアロス・データまたは独自の測定値を使用してください。CRNGOに移行することで数十ワットから数百ワットの連続損失が追加されるのであれば、ワットだけでなく金額で生涯エネルギーヒットを計算し、CRGOで追加される鋼材コストと比較してください。

その後、工場の現実を調査する。金型年齢、バリ制御、アニール能力、積層方法、コーティング、ハンドリング。CRGOのデリケートな微細構造を、コイルから完成コアまで現実的に維持することができないのであれば、決して見ることのできない性能の代償を払うことになります。その場合、CRNGOは、たとえ理想的な損失が高くても、CRGOよりもデータシートに近い完成品が得られるかもしれません。

最後に、購買と規制の制約を同じ部屋に持ち込む。効率基準、CO₂報告、供給リスク、ベンダーの多様化。規模で調達できない「最良」の技術的な答えは、最良の答えではない。

どれも劇的な理論は必要ない。ただ、最初に読んだ記事のマーケティングスローガンではなく、設計の実際の物理学と経済学に鋼鉄を一致させるよう求めるだけだ。

結論

CRGOとCRNGOを真空中で選択することはほとんどない。低損失で方向性が最適化された材料は、慎重な取り扱いが要求され、一般的にコストが高くなります。一方、より寛容で等方性の材料は、古典的な電力周波数動作点では損失ペナルティーを伴いますが、回転機械や小型静止機械の大量生産にスムーズに統合されます。

それを一行のスローガンとして扱えば、他の誰もが発表するのと同じ記事を得ることになる。これを出発点として、磁束経路、実際のコアの形状、工場の制限、生涯エネルギーコストなどを考慮すれば、「正しい」答えはかなり早く明らかになる傾向がある。大型で効率的な系統連系変圧器はCRGOに傾き、回転機械やコスト重視の小型ユニットはCRNGOに傾く。価値は、そのルールを暗記することではない。なぜ、どこで、そのルールを破っていいのかを正確に知ることである。