CN104245986A - Ipm马达的转子铁芯用钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：磁场强度为8000A/m时的磁通密度B8000的值为1.65T以上且此时的剩余磁通密度Br为0.5T以上，磁场强度根据需要磁化至8000A/m时的矫顽力Hc为100A/m以上。通过将本发明的钢板用作IPM马达的转子用铁芯，能使高速旋转范围内的输出转矩更大，能使最大转数更高。

Description

IPM马达的转子铁芯用钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及主要使用于电动汽车、混合动力汽车或机床等的永磁铁嵌入型马达(IPM马达)的转子铁芯用钢板及其制造方法。
背景技术
一般来说，IPM马达虽然由于使用了昂贵的永磁铁而成本变高，但与感应电动机相比效率要高。因此，IPM马达在例如混合动力汽车以及电动汽车的驱动用马达以及发电用的马达、家电产品、和各种机床以及产业机械用的马达等中被广泛应用。
IPM马达的铁芯分为定子(stator)和转子(rotor)。由于通过绕组直接对定子侧的铁芯赋予交流磁场，因此为了提高效率，对定子侧的铁芯要求在为高导磁率的同时还能提高体积电阻率，并能减少铁损。因此，在定子侧的铁芯中使用了在超低碳钢中添加Si而改善了软磁特性的电磁钢板(例如参照专利文献1和2)。
另一方面，因为在转子侧的铁芯中嵌入了永磁铁，所以转子侧的铁芯主要承担作为磁轭提高磁通密度的作用。转子侧的铁芯虽然会微弱地受到从定子侧产生的交流磁场的影响，但该影响是有限的。因此，从特性的观点来看，无需在转子侧的铁芯中使用有利于铁损特性的电磁钢板。然而，由于当仅对定子使用电磁钢板时，会降低电磁钢板的产品成品率，而提高马达的制造成本，所以通常在转子侧的铁芯中也使用和定子侧相同的电磁钢板。
在IPM马达被装载于汽车中的情况下，从汽车的小型轻型化的需求出发对IPM马达也要求小型化。在这种情况下，为了即使小型化也能得到和以往同等以上的马达输出(转矩)而提高转子的转数。一般来说，转子的旋转速度越高马达的效率越好。但是，在IPM马达中，因嵌入的永磁铁的旋转，会在定子绕组中产生感应电动势。该感应电动势会随着旋转速度的上升而增加。而且，即便感应电动势超过输入电压马达也会变得无法旋转。因此例如专利文献3所示那样，在IPM马达中，在高速旋转范围内运转时，进行从定子侧产生抵消永磁铁磁通量的方向的磁通量来抑制感应电动势的弱磁控制。通过该弱磁控制，一方面可进行在高速旋转范围内的运转，而另一方面为了抵消永磁铁的磁通量而使用电力，所以马达转矩会下降。此外，在专利文献3中，通过在磁铁的形状上想办法，从而实现减少在弱磁控制上使用的电量。
另一方面，当为了即使将IPM马达小型化也能得到和以往同等以上的转矩而提高转子的转数时，存在作用于嵌入转子的永磁铁的离心力增大以致转子破损的问题。为了不引起破损，优选屈服强度高的材料作为转子的原材料。例如在含有3％左右的Si的无方向性电磁钢板(35A300)的情况下，磁性退火后的屈服强度大约为400N/mm2左右。因此，在转子的直径为80mm以上的较大型IPM马达的情况下，虽然根据转子的构造不同会有差异，但可以认为20000rpm左右是不会引起破损的旋转速度的极限。以往，尽管进行了各种基于电磁钢板来提高铁芯的屈服强度的研究，但屈服强度也至多为780N/mm2左右。因此，作为抑制因为高速旋转化而造成转子铁芯的破损的方法，例如在专利文献4中，提出了作为转子铁芯用的原材料，不使用电磁钢板，而使用高强度且高饱和磁通密度的钢板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005-133175号公报
专利文献2：日本特开2005-60811号公报
专利文献3：日本特开2000-278900号公报
专利文献4：日本特开2009-46738号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而，在专利文献3中，虽然通过在磁铁的形状上想办法从而实现减小在弱磁控制中使用的电量，但没有考虑到调节原材料钢板的剩余磁通密度以及矫顽力这一点。另外，专利文献4虽然利用高强度化而能高速旋转，但是未获得关于剩余磁通密度以及矫顽力的知见，关于弱磁控制时的高转矩化的可能性不明。
因此，本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种在用作IPM马达的转子用铁芯时，能使高速旋转范围内的输出转矩更大，能使最大转数更高的钢板。
另外，本发明的目的还在于提供一种这样的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法。
用于解决问题的方案
因此，本发明人为了解决上述问题，以各种钢板为原材料试制了IPM马达，进行马达的性能评价的结果是，发现：为了降低来自永磁铁的漏磁而增加对磁矩有效的磁通量，并且在进行弱磁控制的高速旋转范围内获得大的输出转矩，调节原材料钢板磁通密度以及剩余磁通密度是有效的，调节原材料钢板的磁通密度、剩余磁通密度以及矫顽力更加有效。
即，本发明提供一种IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于，磁场强度
为8000A/m时的磁通密度B8000的值为1.65T以上且此时的剩余磁通密度Br为0.5T以上，根据需要磁化至8000A/m时的矫顽力Hc为100A/m以上。
另外，本发明提供一种磁场强度为8000A/m时的磁通密度B8000的值为1.65T以上且此时的剩余磁通密度Br为0.5T以上，根据需要磁化至8000A/m时的矫顽力Hc为100A/m以上的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其特征在于：将具有C为超过0.0005质量百分比～0.90质量百分比、Si为0质量百分比～3.0质量百分比、Mn为0质量百分比～2.5质量百分比、P为0.05质量百分比以下、S为0.02质量百分比以下、酸溶Al为0.005质量百分比～3.0质量百分比且Si+Al为5.0质量百分比以下、以及剩余部分为由Fe以及不可避免的杂质构成的成分组成的热轧钢板，经过一次冷轧或包含中间退火的两次以上的冷轧而使最终轧制率为10％以上之后，加热至200～500℃的温度。
发明的效果
根据本发明，能提供一种在用作IPM马达的转子用铁芯时，降低来自永磁铁的漏磁而增加对磁矩有效的磁通量，并且能使高速旋转范围内的输出转矩更大，能使最大转数更高的钢板。
附图说明
图1是以实施例制作的转子的部分放大图。
图2是表示以实施例1以及实施例2评价的试制马达在15000rpm下的最大转矩与转子原材料的剩余磁通密度的关系的图表。
图3是表示以实施例1以及实施例2评价的试制马达在15000rpm下的最大转矩与转子原材料的矫顽力的关系的图表。
具体实施方式
本发明的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：磁场强度为8000A/m时的磁通密度B8000的值为1.65T以上且此时的剩余磁通密度Br为0.5T以上，根据需要而磁化至8000A/m时的矫顽力Hc为100A/m以上。
限定磁特性的理由如下。
<磁场强度为8000A/m时的磁通密度B8000的值为1.65T以上>
磁通密度B8000的值为1.65T以上的原因是：有效地利用基于作为转子高速旋转时在插入永磁铁12的位置(d轴)与不插入的位置(q轴)的电感值之差的磁阻转矩，尤其是在高速旋转范围内发挥与以往的钢板同等以上的转矩性能。
<磁化至8000A/m时的剩余磁通密度Br为0.5T以上>
磁化至8000A/m时的剩余磁通密度Br设为0.5T以上的原因如下。即，在IPM马达中，除了由永磁铁产生的磁铁磁通量(d轴磁通量)之外，为了获得磁阻转矩还从定子侧流过贯通转子内的磁通量(q轴磁通量)，达成高转矩化以及高效率化。但是，已知像例如“平成23年度电气学会产业应用部门大会演讲论文集，3-24(2011)，PIII-179”那样，当增加给马达的输入电流，增加q轴磁通量时，由于与d轴磁通量的相互干涉，d轴磁通量的朝向向与旋转方向相反的方向偏离偏移，通过d轴以及q轴磁阻的变化而减少最大转矩。此现象被称为dq轴相互干涉，虽然是由在原来的d轴磁通量更靠旋转方向前方磁通量相长，在旋转方向后方相消引起的，但是在如电磁钢板那样矫顽力小且剩余磁通密度也小的高磁导率材料中，处于旋转方向后方的磁通量的相消顺畅地进行，与之相对，由于在矫顽力大的低磁导率材料中剩余磁通密度大，抑制了磁通量的相消，因此由上述的d轴磁通量的偏离而产生的偏移变小。其结果是，能抑制伴随dq轴相互干涉的最大转矩的减少。为了获得该效果，需要磁化至8000A/m时的剩余磁通密度Br至少为0.5T以上，优选为1.0T以上。本发明人以各种钢板为原材料来试制了IPM马达，进行了马达的性能评价后发现：通过用具有0.5T以上、优选为1.0T以上的剩余磁通密度的钢板形成转子铁芯，能降低在高速旋转时进行的弱磁控制的耗电，能提高输出转矩。
<磁化至8000A/m时的矫顽力Hc为100A/m以上>
本发明的钢板在高速旋转范围中需要更高转矩的情况下，优选具有100A/m以上的矫顽力。其理由如下。即，由于伴随着矫顽力的增大造成磁导率变小，在桥部的来自永磁铁的漏磁变小，其结果是能有效地利用来自永磁铁的磁通量。为了获得该效果，磁化至8000A/m时的矫顽力需要优选为100A/m以上，更优选为300A/m以上，最优选为1000A/m以上。其效果是，虽然该效果根据转子的结构而变化，但是在例如为了经受住高速旋转时的离心力而采用了将永磁铁分割成两部分并设置中心桥等情况等，在来自永磁铁的漏磁变多的结构的情况下，会更有效地发挥作用。
本发明的钢板虽然未必需要机械强度，但是在适用于需要高速旋转的IPM马达用途的情况下，优选具有780N/mm2以上的屈服强度。通过将屈服强度定为这样的范围，能经受住转子铁芯高速旋转时作用于永磁铁的离心力，即使在高速旋转范围内转子也不会破损。而且，因为本发明的钢板的弱磁控制性优越，由此即使在高速旋转范围内也可抑制转矩的降低，所以能提供可得到高速旋转和高转矩的高性能的马达。由此，可适用于以汽车、家电为代表的各种用途。另外，通过使钢板拥有充分的强度，从而能减小设置于转子的各个永磁铁插入孔的桥的宽度，由此能进一步减漏磁。只要通过提高转子铁芯的强度使得即使减小桥的宽度转子也不破损漏磁也能减少，转子的设计自由度就会提高。另外由于也可以通过漏磁的减少而使永磁铁小型化，因此能大幅降低马达的成本。另外也可以不缩小永磁铁地实现输出转矩的提高。也可以考虑由可高速旋转带来的高转矩化和永磁铁的小型化这两者来设计桥的宽度。本发明的钢板的屈服强度的上限为2000N/mm2。这是因为，在呈现超过2000N/mm2的屈服强度的材料中，磁场的强度为8000A/m时的磁通密度B8000的值无法获得1.65T以上。
此外，本发明中的屈服强度为用JIS5号拉伸试验片，利用依照了JISZ2241的拉伸试验方法而测定的数据。
另外，本发明的钢板的以每板宽的急峻度定义的平坦度优选为0.1％以下。IPM马达的转子由于是将冲裁成转子的形状的钢板层叠而制造的，因此优选层叠时的堆垛密度良好。为了获得良好的堆垛密度，以每板宽的急峻度定义的平坦度优选为0.1％以下。此外，本发明的平坦度是指以百分率表示将长1m以上的钢板载于平板上时的每宽度方向单位长度的最高高度(除去板厚而得的高度)。
本发明的钢板优选具有C为超过0.0005质量百分比～0.90质量百分比、Si为0质量百分比～3.0质量百分比、Mn为0质量百分比～2.5质量百分比、P为0.05质量百分比以下、S为0.02质量百分比以下、酸溶Al为0.005质量百分比～3.0质量百分比且Si+Al为5.0质量百分比以下、以及剩余部分为由Fe以及不可避免的杂质构成的成分组成。在钢板的成分中，也可含有合计为0.01质量百分比～0.20质量百分比的从由Ti、Nb以及V所组成的群中选择的一种以上的成分；也可含有从由Mo为0.1质量百分比～0.6质量百分比、Cr为0.1质量百分比～1.0质量百分比以及B为0.0005质量百分比～0.005质量百分比所组成的群中选择的一种以上的成分；另外也可含有从由Cu为0.05质量百分比～1.5质量百分比以及Ni为0.05质量百分比～1.0质量百分比所组成的群中选择的一种以上的成分。
限定钢材的成分组成的理由如下。
<C为超过0.0005质量百分比～0.90质量百分比>
C在钢中固溶或以碳化铁(Fe3C)的形式析出，是对高强度化有效的元素。为了获得适合用作IPM马达的转子铁芯的屈服强度，优选含有超过0.0005质量百分比的C。但是，若含有超过0.90质量百分比的C，则有磁通密度降低的倾向。尤其是为了获得780N/mm2以上的屈服强度，优选含有0.05质量百分比以上的C。
<Si为0质量百分比～3.0质量百分比>
虽然Si对高强度化有效之外，还是对提高体积电阻率、减小涡流损耗有效的元素，但是在本发明中也可不添加。为了获得涡流损耗的抑制以及高强度化的效果，优选含有0.01质量百分比以上。但是，若含有超过3.0质量百分比，则钢板的韧性变差，并且，有时反而会招致磁通密度降低。
<Mn为0质量百分比～2.5质量百分比>
Mn虽然是对高强度化有效的元素，但是在本发明中也可不添加，为了获得高强度化的效果，优选含有0.05质量百分比以上。但是，若含有超过2.5质量百分比，则强度的提高效果饱和，并且，有时反而会招致磁通密度降低。
<P为0.05质量百分比以下>
P虽然是对高强度化有效的元素，但是会使钢的韧性显著降低。由于能允许最高为0.05质量百分比，因此将上限设为0.05质量百分比。
<S为0.02质量百分比以下>
S为引起高温脆化的元素，若大量含有，则在热轧时产生表面缺陷，使表面品质变差。因此，优选尽量降低。由于能允许最高为0.02质量百分比，因此将上限定为0.02质量百分比。
<酸溶Al为0.005质量百分比～3.0质量百分比、Si+Al为5.0质量百分比以下>
Al除了作为脱氧剂添加之外，与Si同样是对提高钢的体积电阻率有效的元素。为了发挥其效果，优选含有0.005质量百分比以上的酸溶Al。但是，若与Si合计含有超过5.0质量百分比则会较大地降低磁通密度，有时马达的性能会变差。
<Ti、Nb以及V的一种以上为0.01质量百分比～0.20质量百分比>
Ti、Nb以及V在钢中形成碳氮化物，是对基于析出强化的高强度化有效的元素。为了获得其效果，优选添加合计0.01质量百分比以上的一种或两种以上。但是，即使添加超过0.20质量百分比，由于析出物的粗大化也会使强度上升饱和，并且有时会招致制造成本增大。
<Mo为0.1质量百分比～0.6质量百分比、Cr为0.1质量百分比～1.0质量百分比以及B为0.0005质量百分比～0.005质量百分比的一种以上>
Mo、Cr以及B提高钢的淬火性，是对高强度化有效的元素。为了获得其效果，优选分别以设定了的下限值以上添加Mo、Cr以及B的一种以上。但是，即使超过分别设定的上限值地添加，其效果也会饱和并且会招致制造成本的增加。此外，虽然不管是只添加一种还是添加两种以上其效果都被认可，但是在添加两种以上的情况下，若添加超过分别设定的上限值的1/2的量，则与其效果相比制造成本的上升更大，因此优选以1/2以下的量进行添加。
<Cu为0.02质量百分比～1.5质量百分比以及Ni为0.02质量百分比～1.0质量百分比的一种以上>
Cu以及Ni除了提高钢的淬火性，对高强度化有效之外，还是对提高饱和磁通密度有效的元素。为了获得其效果，优选添加分别设定的下限值以上的量。但是，即使超过分别设定的上限值地添加，其效果也会饱和并且会招致制造成本的增加。
接着，就本发明的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法进行说明。基于本发明的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其特征在于，将具有上述成分组成的热轧钢板按最终轧制率10％以上施以冷轧后，加热至200～500℃的温度，或者经过一次冷轧或包含中间退火的两次以上的冷轧使得最终轧制率为3％以上。
<热轧条件>
虽然热轧条件不需要特别规定，按照普通的方法实施即可，但是热轧的精轧温度优选在γ单相域实施。另外，由于若收卷温度过于高温则氧化皮变厚，妨碍之后的酸洗，因此优选设为700℃以下。
<金属组织>
通过热轧而获得的钢板(冷轧前的钢板)的金属组织为了获得高磁通密度，优选从由作为强磁性体的铁氧体、珠光体、贝氏体以及马氏体组成的群中选择一种以上构成，并且根据需要含有包含从由Fe、Ti、Nb、V、Mo以及Cr组成的群中选择一种以上的碳、氮化物。此外，由于若包含为非磁性的奥氏体相则磁通密度会降低，因此设为不包含奥氏体的组织。
<冷轧条件>
虽然获得的热轧钢板可以在退火后施以一次冷轧，也可以施以包含中间退火的两次以上的冷轧，但是，优选使最终轧制率为10％以上。冷轧率不足10％时屈服强度有时会低于780N/mm2。
<加压回火处理>
通过对冷轧状态的钢板在不足重结晶温度的较低温区域的200～500℃下再施以加压回火处理，从而产生因冷轧而引入的位错的重新排列，能降低残余应力而使钢板的平坦度为0.1％以下。加热温度不足200℃时，不能获得良好的平坦度，另一方面，若超过500℃，则伴随着位错的恢复的进行而大幅地软质化，不能获得足够的屈服强度。此外，如果加压回火的压力为能使钢板的形状保持平坦的程度，则不需要特别加大，例如在板厚为1.0mm以下的薄钢板的情况下，不足1kg/cm2的小压力也足够了。
<张力退火处理>
与上述的加压回火处理相同，通过对冷轧状态的钢板在不足重结晶温度的较低温区域的200～500℃下再施以张力退火处理，能产生因冷轧而引入的位错的重新排列，降低残余应力而使钢板的平坦度为0.1％以下。加热温度不足200℃时，不能获得良好的平坦度，另一方面，若超过500℃，则如上所述会软质化，不能获得足够的屈服强度。另外，如果张力退火的拉伸张力为能使钢板的形状保持平坦的程度，则不需要特别加大，以1N/mm2以上的张力便能充分获得其效果。但是，若施加超过200N/mm2的张力，则有时会产生炉内断带，优选将上限设为200N/mm2。
<绝缘皮膜的形成>
本发明的目的在于减少转子中产生的涡流损耗，优选在钢板的至少一侧表面上，形成由有机材料构成的绝缘皮膜、由无机材料构成的绝缘皮膜以及由有机、无机复合材料构成的绝缘皮膜。作为由无机材料构成的绝缘皮膜的例子，虽然可举出不包含六价铬那样的有害物质、而含有磷酸二氢铝的无机物系水溶液，但是若能获得良好的绝缘，也可使用由有机材料构成的绝缘皮膜或由有机、无机复合材料构成的绝缘皮膜。绝缘皮膜能通过将上述示例了的材料涂覆于钢板的表面而形成。另外，在施以加压回火处理的情况下，优选在加压回火处理之前，先将上述示例了的材料涂覆于钢板的表面。
<实施例1>
将具有如表1以及2所示成分组成的钢真空熔化，将它们的连铸片加热到1250℃，在950℃下精轧并在560℃下收卷，得到板厚1.8mm的热轧钢板。将这些热轧钢板酸洗之后，利用一次冷轧来得到板厚0.35mm的冷轧钢带(最终轧制率：约81％)。
使这些冷轧钢带在设定为400℃的连续炉中进行60秒通板，并且施加在炉中赋予100N/mm2张力的张力退火处理。之后，将含有Cr系氧化物以及Mg系氧化物的半有机组成的约1μm的厚度的绝缘皮膜形成于钢板的两面。
[表1]
表1.供试验材料的成分组成
[表2]
表2.供试验材料的成分组成
从得到的钢带通过冲裁来制成内径33mm以及外形45mm的环状的试验片，在磁化至8000A/m的条件下供直流磁化检测使用。另外，检测得到的钢带的每板宽的急峻度，并且从得到的钢带中切出JIS5号试验片，供拉伸试验使用。在弯曲试验中，以如下方式评价弯曲性，即将未发生破裂的对象评价为弯曲性良好(○)，将发生破裂的对象评价为弯曲性不良(·)。金属组织通过将冷轧前的钢板的轧制方向的板厚剖面用2％Nital(硝酸乙醇腐蚀液)试剂(2％硝酸、乙醇溶液)施以蚀刻，用扫描型电子显微镜进行观察，按照其组织形态分类成铁氧体、珠光体、贝氏体、马氏体等组织。
各样品的磁场强度为8000A/m时的磁通密度B8000、此时的剩余磁通密度Br以及矫顽力Hc、平坦度、屈服强度、拉伸强度、屈服比(YR)和冷轧前的金属组织如表3和4所示。
[表3]
表3.钢板的各种特性
*“冷轧前的金属组织”栏中，α、P、T分别表示α：铁氧体；P:珠光体；T：包含Fe、Ti、Nb、V、Mo以及Cr的一种以上的碳、氮化物。
[表4]
表4.钢板的各种特性
*“冷轧前的金属组织”栏中，α、P、T分别表示α：铁氧体；P:珠光体；T：包含Fe、Ti、Nb、V、Mo以及Cr的一种以上的碳、氮化物。
从表3以及表4的结果很清楚地看到，由于因冷轧而产生的加工形变，虽然在任一钢中剩余磁通密度Br以及矫顽力Hc都能得到良好的值，但是根据本申请发明的范围的C含量高的No.17钢的磁通密度B8000低。另外，在Si、Al以及Mn含量高的No.24～27钢中磁通密度B8000也变低。进而，Si含量高的No.24钢的弯曲性差。与此相对，具有本申请发明的范围的化学成分的钢板得到1.65T以上的高磁通密度B8000、0.5T以上的良好的剩余磁通密度Br以及100A/m以上的良好的矫顽力Hc。
在得到的钢带中，对于No.1钢、No.4钢、No.11钢以及No.29钢，通过冲裁加工制成图1所示的8极(4极对)结构的转子，供赋予了负荷转矩的马达性能评价试验使用。此外，为了进行比较同时也制成以市售的电磁钢板(35A300)为原材料的转子，供同样的评价使用。另外，只制造一个定子，将制造的转子重新编组供作为马达的性能评价使用。在该性能评价中，在10000rpm以上的条件下进行了弱磁控制。
此外，关于市售的电磁钢板(35A300、板厚为0.35mm)，通过与本发明的原材料钢板相同的方法评价了机械特性以及磁特性，结果屈服强度为381N/mm2、拉伸强度为511N/mm2、饱和磁通密度B8000为1.76T、剩余磁通密度Br为0.42T、矫顽力Hc为61A/m。
制成的转子以及定子的规格如下。
<转子的规格>
外径：80.1mm，轴长50mm
层叠张数：0.35mm/140张
中心桥、外桥的宽度：1.00mm
永磁铁：钕磁铁(NEOMAX-38VH)，9.0mm宽度·3.0mm厚度·50mm长度，合计嵌入16个
<定子的规格>
间隙长：0.5mm
外径：138.0mm，磁轭厚度：10mm，长度：50mm
铁芯原材料：电磁钢板(35A300)，板厚0.35mm
层叠张数：140张
绕组方式：分布绕组
表5示出了：在载波频率为1000Hz、最大电压为220V、最大电流为24A的输入条件下，在组装了各自的转子的IPM马达的5000rpm、电流提前角(β)为0°的条件下的最大转矩以及效率、以及为了得到最大转矩而实施了弱磁控制的15000rpm条件下的最大转矩以及效率。
[表5]
表5.评价结果
下划线表示偏离出本发明所规定的条件。
从表5的结果很清楚地示出，组装了将剩余磁通密度Br不足0.5T以及矫顽力Hc不足100A/m的钢板(电磁钢板)制成转子铁芯的原材料的转子的马达，除了在5000rpm、β为0°的条件下的最大转矩低，效率差之外，还示出了在实施了弱磁控制的15000rpm条件下的最大转矩为不足2.0N·m的低值，效率也是低值。与此相对，在将具有本发明所规定的磁通密度(B8000以及Br)和矫顽力Hc的钢板制成转子铁芯的马达中，除了示出了在5000rpm、β为0°条件下的最大转矩为高值，效率也高之外，还示出了在实施了弱磁控制的15000rpm条件下的最大转矩也为2.5N·m以上的高值，效率也为高值。
此外，因为由dq轴相互干涉而产生的d轴磁通量的偏离所致的偏移小，导致在本发明中在15000rpm条件下的成为最大转矩的电流提前角β的值与比较材料相比为较低的值。
<实施例2>
将具有表1所示成分组成的钢中的，No.1、2、3、4、8、9以及11的连铸片与实施例1同样处理而加热到1250℃，在950℃下精轧并在560℃下收卷，得到板厚1.8mm的热轧钢板。将这些热轧钢板酸洗之后，利用一次冷轧来得到板厚0.35mm的冷轧钢带(最终轧制率：约81％)。
实施将得到的冷轧钢带在设定为800℃的连续炉中进行60秒通板的重结晶退火。此外，冷却是在8℃/s下冷却至550℃后，实施在设定为450℃的连续炉中保持120秒以上的过时效处理。之后，进行0.3％的延展率的轻冷轧，进而将含有Cr系氧化物以及Mg系氧化物的半有机组成的约1μm的厚度的绝缘皮膜形成于钢板的两面。
将各样品的磁场强度为8000A/m时的磁通密度B8000、此时的剩余磁通密度Br以及矫顽力Hc、平坦度、屈服强度、拉伸强度、屈服比(YR)、弯曲性和金属组织与实施例1同样处理并进行评价。结果如表6所示。
[表6]
表6.钢板的各种特性
下划线表示偏离出本发明所规定的条件。
*“冷轧前的金属组织”栏中，α、P、T分别表示α：铁氧体；P:珠光体；T：包含Fe、Ti、Nb、V、Mo以及Cr的一种以上的碳、氮化物。
从表6的结果可知，即使在没有赋予冷轧以及热处理产生的形变的情况下，只要像No.3钢那样大量析出细小析出物，就能得到0.5T以上的剩余磁通密度Br。另外，只要C含量为0.05质量百分比以上，矫顽力Hc就能得到100A/m以上的良好的值。另外，即使在C含量低的情况下，虽然通过赋予实施例1那样的形变就能得到具有本发明所规定的磁通密度(B8000以及Br)和矫顽力Hc的钢板，但是C含量的优选范围为0.05质量百分比以上。
在得到的钢带中，用No.1钢、No.2钢、No.3钢、No.9钢以及No.11钢，与实施例1同样处理而制成转子，供马达性能评价试验使用。
表7示出了：在载波频率为1000Hz、最大电压为220V、最大电流为24A的输入条件下，在组装了各自的转子的IPM马达的15000rpm条件下的最大转矩以及效率。此外，任一项都是在能得到最大转矩的最佳弱磁控制条件下实施的评价。
[表7]
表7.评价结果
下划线表示偏离出本发明所规定的条件。
从表7的结果很清楚地示出，组装了将磁化至8000A/m时的剩余磁通密度Br不足0.5T的钢板(No.1以及2钢)作为转子铁芯的原材料的转子的马达，在15000rpm的条件下的最大转矩为不足2.0N·m的低值，还示出了效率也是低值。与此相对，在将具有本发明所规定的磁通密度(B8000以及Br)的钢板制成转子铁芯的马达中，得到了2.0N·m以上的高的最大转矩和良好的效率。
在图2中，将以实施例1以及实施例2评价的试制马达在15000rpm条件下的最大转矩和转子原材料的剩余磁通密度Br的关系加以总结以图表示出。从该图也可知，只要使转子原材料的剩余磁通密度Br为0.5T以上，就能在15000rpm的高速旋转范围内得到2.0N·m以上的高的最大转矩。
另外，在图3中，将以实施例1以及实施例2评价了的试制马达在15000rpm条件下的最大转矩和转子原材料的矫顽力Hc的关系加以总结以图表示出。从该图可知，有时即使矫顽力Hc不足100A/m，但只要剩余磁通密度Br为0.5T以上就能得到高转矩，但是为了在15000rpm的高速旋转范围内稳定地得到更高的转矩，使用高矫顽力Hc的转子原材料是有效的。
<实施例3>
将具有表1所示成分组成的钢中的No.1以及No.9的连铸片与实施例2同样处理而加热到1250℃，在950℃下精轧并在560℃下收卷，得到板厚1.8mm的热轧钢板。将这些热轧钢板酸洗之后，利用一次冷轧来得到板厚0.306mm～0.400mm的冷轧钢带。
将得到的冷轧钢带实施在800℃下在连续炉中保持60秒的重结晶退火。此外，冷却是在8℃/s下冷却至550℃后，实施在设定为450℃的连续炉中保持120秒以上的过时效处理。之后，进行冷轧至板厚为0.300mm，使最终的轧制率变化至2％～25％。对于No.1钢，还要在设定为500℃的连续炉中进行60秒通板而实施张力退火处理(拉伸张力100N/mm2)。之后，将含有Cr系氧化物以及Mg系氧化物的半有机组成的约1μm的厚度的绝缘皮膜形成于钢板的两面。
将各样品的磁场强度为8000A/m时的磁通密度B8000、此时的剩余磁通密度Br以及矫顽力Hc、平坦度、屈服强度、拉伸强度、屈服比(YR)、弯曲性和金属组织与实施例1同样处理并进行评价。结果如表8所示。
[表8]
表8.钢板的各种特性
下划线表示偏离出本发明所规定的条件。
*“冷轧前的金属组织”栏中，α、T分别表示α：铁氧体；T：包含Fe、Ti、Nb、V、Mo以及Cr的一种以上的碳、氮化物。
从表8的结果可知，即使在No.1钢中，为了通过冷轧而取得0.5T以上的良好的剩余磁通密度Br，在冷轧后不加热的情况下，只要按3％以上的轧制率实施冷轧就足够了，在200～500℃下施以加热处理的情况下，只要按10％以上的轧制率实施冷轧即可。另外，可知若实施10％以上的冷轧，即使在冷轧后在500℃下施以张力退火的情况下也能得到良好的剩余磁通密度Br和矫顽力Hc。此外，C含量为0.05质量百分比以上的No.9钢虽然无论有无冷轧都能得到100A/m以上的矫顽力Hc，但是具有冷轧率越高，剩余磁通密度Br以及矫顽力Hc越高的倾向。

Claims (17)

1.一种IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：磁场强度为8000A/m时的磁通密度B8000的值为1.65T以上且此时的剩余磁通密度Br为0.5T以上。
2.根据权利要求1所述的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：磁化至8000A/m时的矫顽力Hc为100A/m以上。
3.根据权利要求1或2所述的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：根据拉伸试验的屈服强度为780N/mm2以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：具有C为超过0.0005质量百分比～0.90质量百分比、Si为0质量百分比～3.0质量百分比、Mn为0质量百分比～2.5质量百分比、P为0.05质量百分比以下、S为0.02质量百分比以下、酸溶Al为0.005质量百分比～3.0质量百分比且Si+Al为5.0质量百分比以下、以及剩余部分为由Fe以及不可避免的杂质构成的成分组成。
5.根据权利要求4所述的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：C为0.05质量百分比～0.90质量百分比。
6.根据权利要求4或5所述的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：还含有合计为0.01质量百分比～0.20质量百分比的从由Ti、Nb以及V所组成的群中选择的一种以上的成分。
7.根据权利要求4～6中任一项所述的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：还含有从由Mo为0.1质量百分比～0.6质量百分比、Cr为0.1质量百分比～1.0质量百分比以及B为0.0005质量百分比～0.005质量百分比所组成的群中选择的一种以上的成分。
8.根据权利要求4～7中任一项所述的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：还含有从由Cu为0.02质量百分比～1.5质量百分比以及Ni为0.02质量百分比～1.0质量百分比所组成的群中选择的一种以上的成分。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：以每板宽的急峻度定义的平坦度为0.1％以下。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的IPM马达的转子铁芯用钢板，其特征在于：在钢板的最少一侧表面上，形成由有机材料构成的绝缘皮膜、由无机材料构成的绝缘皮膜或由有机、无机复合材料构成的绝缘皮膜。
11.一种IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其是磁场强度为8000A/m时的磁通密度B8000的值为1.65T以上且此时的剩余磁通密度Br为0.5T以上的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其特征在于：将具有C为超过0.0005质量百分比～0.90质量百分比、Si为0质量百分比～3.0质量百分比、Mn为0质量百分比～2.5质量百分比、P为0.05质量百分比以下、S为0.02质量百分比以下、酸溶Al为0.005质量百分比～3.0质量百分比且Si+Al为5.0质量百分比以下、以及剩余部分为由Fe以及不可避免的杂质构成的成分组成的热轧钢板，按最终轧制率10％以上施以冷轧后，加热至200～500℃的温度，或者经过一次冷轧或包含中间退火的两次以上的冷轧而使最终轧制率为3％以上。
12.根据权利要求11所述的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其特征在于：通过在线淬火或离线淬火，在保持于所述200～500℃的温度范围内的状态下施以加压回火处理或张力退火处理，由此，使以每板宽的急峻度定义的平坦度为0.1％以下。
13.根据权利要求11或12所述的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其特征在于：所述热轧钢板的C为0.05质量百分比～0.90质量百分比。
14.根据权利要求11～13中任一项所述的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其特征在于：所述热轧钢板还含有合计为0.01质量百分比～0.20质量百分比的从由Ti、Nb以及V所组成的群中选择的一种以上的成分。
15.根据权利要求11～14中任一项所述的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其特征在于：所述热轧钢板还含有从由Mo为0.1质量百分比～0.6质量百分比、Cr为0.1质量百分比～1.0质量百分比以及B为0.0005质量百分比～0.005质量百分比所组成的群中选择的一种以上的成分。
16.根据权利要求11～15中任一项所述的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其特征在于：所述热轧钢板还含有从由Cu为0.02质量百分比～1.5质量百分比以及Ni为0.02质量百分比～1.0质量百分比所组成的群中选择的一种以上的成分。
17.根据权利要求11～16中任一项所述的IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法，其特征在于：所述冷轧前的金属组织由从铁氧体、珠光体、贝氏体以及马氏体组成的群中选择的一种以上构成，并且根据需要含有包含从由Fe、Ti、Nb、V、Mo以及Cr组成的群中选择一种以上的碳、氮化物。
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