CN104254629B - Ipm马达的转子铁芯用钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明制造一种磁场强度为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。通过将按本发明制造的钢板用作IPM马达的转子用的铁芯，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的制造方法
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(以下记作“IPM马达”)的转子铁芯用钢板的制造方法。
背景技术
一般来说，IPM马达虽然由于使用了高价的永磁铁而成本变高，但与感应电动机相比效率高。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和发电用的马达、家电产品、以及各种机床以及产业机械用的马达等中被广泛使用。
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，调节具有特定的成分组成的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冷轧，在连续退火线或者连续淬火线上加热到800度以上之后，以10℃/s以上的冷却速度冷却至450℃以下，在200～450℃的温度范围内保持20秒以上。
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
根据本发明的制造方法得到的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：为了有效地利用基于作为转子在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，尤其是为了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，需要含有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，马达的性能变差。
<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0.05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冷轧，在连续淬火线上加热至800℃以上后，以10℃/s以上的冷却速度冷却至450℃以下，在200～450℃的温度范围内保持20秒以上。
<热轧、冷轧条件>
虽然热轧、冷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α单相域或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，因此优选采用700℃以下。
<退火加热温度为800℃以上>
在通过连续热处理来实现高强度化的情况下，加热温度不足800℃则奥氏体化不充分，得不到足够的屈服强度。因此，需要加热至800℃以上的温度。
<冷却条件：以10℃/s以上的平均冷却速度冷却至450℃以下，在200～450℃保持20秒以上>
在冷却速度不足10℃/s的情况下或冷却结束温度比450℃高的情况下，硬质相的体积率变小，得不到足够的屈服强度。另外，在冷却后的保持温度不足200℃或保持时间不足20秒的情况下，除了借助回火的韧性恢复不足之外，加压回火处理或张力退火处理的效果也不充分。另一面，若冷却后的保持温度超过450℃则会软质化，得不到足够的屈服强度。
<加压回火处理>
通过对淬火状态的钢板在回火温度范围内实施加压回火处理，能在借助回火的韧性恢复的同时也恢复淬火形变以及残余应力，能使钢板的平坦度为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450℃，则如上所述会软质化，不能获得足够的屈服强度。此外，假若加压回火的压力为能使钢板的形状保持平坦的程度，则不需要特别大，例如在板厚为1.0mm以下的薄钢板的情况下，不足1kg/cm2的低压力也足够了。加压回火处理无论是通过连续淬火装置的在线淬火在淬火处理后的回火加热保持时实施，还是在暂时施以淬火处理后通过离线淬火再加热至200～450℃而实施都能获得同样的效果。在这种情况下，虽然即使将回火处理在加压回火之前进行也能充分得到发明的效果，但是优选对淬火状态的钢板。。进行加压回火处理。
<张力退火处理>
与上述的加压回火处理相同，通过对淬火状态的钢板在回火温度范围内实施张力退火处理，由此能在借助回火的韧性恢复的同时也恢复淬火形变以及残余应力，能使钢板的平坦度为0.1％以下。加热温度不足200℃时，不能获得良好的平坦度，若超过450℃，则如上所述会软质化，不能获得足够的屈服强度。另外，假若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。张力退火处理无论是通过连续线的在线淬火在回火加热保持时实施，还是在暂时实施了淬火处理后通过离线淬火再加热至200～450℃而实施都能获得同样的效果。在这种情况下，虽然即使将回火处理在张力退火之前进行也能充分得到发明的效果，但是优选对淬火状态的钢板进行张力退火处理。
<金属组织>
在需要机械强度的情况下，通过上述的成分组成的调整以及相变后的回火而得到的钢板的金属组织优选为马氏体单相、贝氏体单相、或为除马氏体之外还具有不足10％体积的铁素体的复合组织。在马氏体相或贝氏体相那样的位错密度高的金属组织中，在加压回火处理或张力退火处理中产生因回火所致的细小的碳化物的析出以及伴随着位错的恢复的组织变化，使钢板的形状能凝固成平坦的状态。这些以外的组织形态即使施以加压回火处理或张力退火处理，也难以获得形状修正效果。
<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。绝缘皮膜的涂覆为在线处理或离线处理的任一项都没有问题。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，在通过离线施以加压回火处理的情况下，优选在加压回火处理之前，将上述示例了的材料涂覆于钢板的表面。
实施例
<实施例1>
将具有如表1以及2所示成分组成的钢熔化，将它们的连铸片加热到1250℃，在850℃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，进行冷轧得到板厚0.35mm的冷轧钢板。
将得到的冷轧钢板加热至900℃，在设定为250℃的Pb-Bi合金浴中进行通板，以100℃/s的平均冷却速度冷却至250℃，接着在设定为400℃的电炉中持续保持60秒，施以加压回火处理(压力约1kg/cm2)。对No.8、No.30钢的钢带的一部分不施以加压回火地进行通板。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孔来制成内径33mm以及外径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，检测所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(×)。金属组织通过将轧制方向的板厚剖面用2％Nital(硝酸乙醇腐蚀液)(2％硝酸、乙醇溶液)施以蚀刻，用扫描型电子显微镜进行观察，根据其组织形态分类成马氏体、贝氏体、铁素体、以及珠光体的组织。马氏体的面积比通过1000倍倍率、10视野的图像解析而求得。
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)、弯曲性和金属组织如表3以及4所示。
[表3]
表3.钢板的各种特性
下划线表示偏离出本发明所规定的条件
*“金属组织”栏中，B、M分别表示贝氏体、马氏体。
[表4]
表4.钢板的各种特性
下划线表示偏离出本发明所规定的条件
*“金属组织”栏中，B、M分别表示贝氏体、马氏体。
从表3以及表4的结果很清楚地看到，在C含量高的No.17钢和Si、Al以及Mn含量高的No.24～No.27钢的磁通密度(B8000)不足1.65T，未能获得具有本发明所规定的磁通密度和矫顽力的钢板。另外，No.8钢、No.30钢的未施以加压回火的部位的平坦度差。
在得到的钢带中，关于No.1钢、No.2钢、No.16钢以及No.17钢，通过冲孔加工制成图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2.0N·m以上的高值，效率也为高值。
另一方面，虽然具有高矫顽力但是磁通密度B8000低的No.17钢因为磁通密度低而导致在实施了弱磁控制的15000rpm条件下的最大转矩以及效率低。
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。
*“金属组织”栏中，α、P、T分别表示α：铁素体；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的结果很清楚地看到，组装了将剩余磁通密度Br不足0.5T的钢板(No.1以及2钢)制成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)和矫顽力Hc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。

Claims (7)

1.一种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、Si+Al为5.0质量百分比以下、且从由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质量百分比构成的组中选择的一种以上、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冷轧，在连续退火线或连续淬火线上加热至800℃以上后，以10℃/s以上的冷却速度冷却至450℃以下，在200～450℃的温度范围内保持20秒以上，通过在线淬火或离线淬火，在保持于所述200～450℃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。
2.根据权利要求1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IPM马达的转子铁芯用钢板在磁化至8000A/m时具有100A/m以上的矫顽力Hc。
3.根据权利要求1或2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IPM马达的转子铁芯用钢板的金属组织为马氏体单相、贝氏体单相、或为除马氏体之外还具有不足10％的铁素体的复合组织。
4.根据权利要求1或2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。
5.根据权利要求1或2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。
6.根据权利要求1或2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。
7.根据权利要求1或2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，在所述IPM马达的转子铁芯用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或由有机、无机复合材料构成的绝缘皮膜。
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