JP2004047505A

JP2004047505A - 焼鈍鉄芯と鉄芯の焼鈍方法

Info

Publication number: JP2004047505A
Application number: JP2002199002A
Authority: JP
Inventors: Norito Abe; 阿部　憲人; Kazutoshi Takeda; 竹田　和年
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-07-08
Filing date: 2002-07-08
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】鉄損特性の優れた電動機モータ、トランス用鉄芯、特に電気ハイブリット自動車用に使用される電動機モータ、トランス用鉄芯を提供する。
【解決手段】Ａｌを０．０１質量％以上含有する電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き調整後、積層、或いは巻いて鉄芯形状に成形、溶接、カシメ、ボルト締めの工程を経て固定され、焼鈍された鉄芯表面層の酸化膜が１．０μｍ以下であることを特徴とする焼鈍鉄芯であり、また、本発明は、Ａｌを０．０１質量％以上含有する電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き調整後、積層、或いは巻いて鉄芯形状に成形、溶接、カシメ、ボルト締めの工程を経て固定され、次いで、該鉄芯を焼鈍し、焼鈍後の脱炉温度を３５０℃以下として鉄芯表面層の酸化膜が１．００μｍ以下とすることを特徴とする鉄芯の焼鈍方法、である。なお、上記酸化膜の厚みは０．４μｍ以下であることが望ましい。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機モータ、トランス用鉄芯、特に電気ハイブリット自動車用に使用される電動機モータ、トランス用鉄芯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギーの観点から各種電気機器、および電気ハイブリット自動車の効率向上が追及されている。特に、電気機器の効率は各種要因に影響されるが、モータやトランスの鉄芯で発生する損失である鉄損は比較的大きな比重を占めており、そのために、最近ではより鉄損の少ない電磁鋼板の使用が求められている。
【０００３】
このような電磁鋼板を用いてモータやトランス等の積層鉄芯を製造する方法としては、電磁鋼板を所望の鉄芯形状に打ち抜いた後、必要枚数を単位鉄芯として積層し、周囲をボルト締め、カシメ、溶接して固着して鉄芯とするのが一般的である。このようにして製造された積層鉄芯は、その性能を更に向上させるために、巻線コイルの組み立て工程前に焼鈍を施す。この焼鈍は、それまでに鉄芯に導入された打ち抜き、ボルト締め、カシメ、溶接等で加工歪みを除去し、かつ鉄芯を構成する電磁鋼板の結晶粒の粒径を適正化させるために行われ、これにより鉄芯としての性能向上を図るものである。その後、巻線コイルの組み立て工程を経て、最終的にモータやトランスの一部品として組み込まれる。
【０００４】
ところが、現実には、焼鈍により十分な熱を鉄芯に付与して、それまでに導入された打ち抜き、ボルト締め、カシメ、溶接等で加工歪みを除去したり、鉄芯を構成する電磁鋼板の結晶粒の粒径を適正化しても、鉄損特性が必ずしも改善されないという事態に直面している。
【０００５】
上記問題解決のために鉄芯の焼鈍方法について、様々な提案がなされている。例えば、特開昭５４−１８０３号公報では鉄芯を焼鈍後に接着する方法、特開昭６３−３９４４４号公報では真空中で、かつ還元雰囲気中で鉄芯を焼鈍後、プレス時に使用した油の炭化防止と絶縁皮膜の酸化劣化を防止する方法、特開平１１−２３４９７１号公報および特開平１１−２４３６７０号公報では８００℃以上の温度で水素およびアルゴン雰囲気中で鉄芯を焼鈍することによりＡｌＮの析出を防止する方法、特開２００１−３３８８２４号公報では積層接着鋼板の冷却速度を制御してコアの割れ、或いは皮膜剥離を防止する方法、および特開２００１−２９４９９９号公報ではＳｉ：４質量％以上の電磁鋼板の平坦度を制御してボルト締めした時の緩みを防止する方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、これら従来の方法においては、何れも焼鈍鉄芯の最終特性、特に鉄損値の改善効果を狙ったものでなく、このために本発明の目的である特に電気ハイブリット自動車用に使用される電動機モータ、トランス用鉄芯には適用できないという問題点がある。
【０００７】
【発明が解決すべき課題】
本発明者らは、これらの問題の原因について種々検討したところ、焼鈍された鉄芯表層部には焼鈍中に焼鈍雰囲気と電磁鋼板との化学反応により磁気特性、特に鉄損を阻害する酸化層が形成されていることを知見し、この酸化層を極力薄く、好ましくは略０に近い数値まで極限化することで、焼鈍後に大幅に鉄損が改善された焼鈍鉄芯を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、Ａｌを０．０１質量％以上含有する電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き調整後、積層、或いは巻いて鉄芯形状に成形、溶接、カシメ、ボルト締めの工程を経て固定され、焼鈍された鉄芯表面層の酸化膜が１．０μｍ以下であることを特徴とする焼鈍鉄芯であり、また、本発明は、Ａｌを０．０１質量％以上含有する電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き調整後、積層、或いは巻いて鉄芯形状に成形、溶接、カシメ、ボルト締めの工程を経て固定され、次いで、該鉄芯を焼鈍し、焼鈍後の脱炉温度を３５０℃以下として鉄芯表面層の酸化膜が１．００μｍ以下とすることを特徴とする鉄芯の焼鈍方法、である。なお、本発明においては上記酸化膜の厚みは０．４μｍ以下であることが望ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明において使用される電磁鋼板は、方向性或いは無方向性電磁鋼板を使用することができる。この場合、これら電磁鋼板の鉄損特性は高磁束密度で、かつ低鉄損材であることが望ましい。すなわち、電気ハイブリット自動車用に使用されるモータやトランスでは局所的に磁束密度が２．０（Ｔ）近傍となり、しかも高速回転に対応した４００Ｈｚ以上という高周波駆動が要求される。それには上述したように素材自体が極めて磁気特性の優れたもので、かつ、強度のある電磁鋼板を使用する必要がある。このように、電気ハイブリット自動車用に使用されるモータやトランスでは小型化、軽量化された高出力モータが望まれている。
【００１０】
このような特性を有する電磁鋼板は、使用箇所の形状に応じて所定の形状に打ち抜かれた後、必要枚数を積層して積み鉄芯とするか、或いは巻いて巻き鉄芯の形状に成形される。次いで、この鉄芯は、必要箇所を溶接後、カシメまたはボルト締めでブロックにされる。次いで、この鉄芯は、その性能を更に向上させるために、巻線コイルの組み立て工程前に焼鈍を施こされる。この焼鈍は、それまでに鉄芯に導入された打ち抜き、ボルト締め、カシメ、溶接等で加工歪みを除去し、かつ鉄芯を構成する電磁鋼板の結晶粒の粒径を適正化させるために行われるもので、本発明においては、約７００〜８５０℃で１〜３時間均熱の焼鈍処理が行われる。この鉄芯焼鈍処理においては、焼鈍炉の定盤上に鉄芯を載置して焼鈍する。
【００１１】
この鉄芯焼鈍工程において、本発明者らは、焼鈍後の鉄芯の表面酸化層と鉄損との関係、すなわち、焼鈍された鉄芯表層部には焼鈍中に焼鈍雰囲気と電磁鋼板との化学反応により磁気特性、特に鉄損を阻害する酸化層が形成されていることを知見を基に、この酸化層を極力薄く、好ましくは略０に近い数値まで極限化することで、焼鈍後に焼鈍鉄芯の鉄損値が大幅に改善されることを実験により確認した。すなわち、Ａｌを含まないＳｉ含有、例えば２〜４質量％、の電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き調整後、積層、或いは巻いて鉄芯形状に成形し、溶接、カシメ、ボルト締めの工程を経て固定された鉄芯を還元性雰囲気内で１〜３時間の焼鈍をおこなった場合には、鉄芯の各積層された電磁鋼板表面には還元性雰囲気中の極微量の酸素と電磁鋼板中に含有するＳｉとの化学反応によりＳｉＯ_２　の皮膜がオングストロング（Å）オーダーで生成する。従って、このＳｉＯ_２　層は鉄損特性の劣化は殆んどない。一方、上記電磁鋼板にＡｌを０．０１質量％以上含有する場合には、Ａｌは酸化傾向が強いために、焼鈍中に鉄芯の各積層された電磁鋼板表面には上記反応によりＡｌ_２　Ｏ_３　が生成する。このＡｌ_２　Ｏ_３　の生成は、図１に示すように、磁束の流れを悪化させるために必然的に鉄損値が劣化する。電磁鋼板を鉄芯に生成する際に相当タイトに積層すると言えども、積層された各鋼板の間には極く狭い隙間が生ずることは避けられず、この隙間に焼鈍雰囲気が入り込むため、酸化膜の生成は避けられないことになる。図１から分かるように、Ａｌ_２　Ｏ_３　からなる酸化皮膜の厚みが１．０μｍ近傍から改善され始め、本発明の範囲である０．４μｍを境にそれ以下で急激に改善される。すなわち、鉄損値からみれば酸化膜の生成は極力ない方が好ましいということになる。
【００１２】
また、図２に示したように、鉄芯の焼鈍後の脱炉温度と鉄損値には相関関係があり、脱炉温度が３５０℃以下になると酸化膜の厚みが薄なり、０．４μｍ以下という最も望ましい厚みとなり低鉄損値が得られることが分かった。前記脱炉温度が３５０℃以上では在炉温度が依然高温に晒されているために酸化反応が進行中で、酸化膜の厚みは厚くなる傾向になり、鉄損を劣化させる。すなわち、脱炉温度が低くなればなる程、鉄損値は改善されることになる。より好ましくは、脱炉温度は２００℃以下が望ましい。
【００１３】
【実施例】
＜実施例１＞
質量％で、Ｓｉ：３．０％を含有する板厚０．３５ｍｍの無方向性電磁鋼板を、外径：１２０ｍｍφ、内径：８０ｍｍφに打ち抜き、積層後、外周部を１２０°間隔でＴＩＧ溶接して鉄芯を製作した。次いで、還元雰囲気中で７５０℃×２時間の均熱焼鈍を行い、引き続き、５０℃／ｈｒで冷却後、種々の温度で焼鈍された鉄芯を焼鈍炉から取り出した。脱炉した。その後、コアバック部に巻き線を施して鉄損測定に供した。その結果を表１に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表１から分かるように、脱炉温度を３５０℃以下とすることにより、酸化層厚みはそれぞれ０．４μｍ以下で、焼鈍後の鉄損特性が大幅に改善されていることが分かる。
【００１６】
＜実施例２＞
Ａｌを質量％で０．０３％含有する０．２３ｍｍ厚の方向性電磁鋼板を６０ｍｍ幅、３００ｍｍ長に打ち抜き後、積層し、外周部４角をレーザー溶接して鉄芯を製作した。その後、還元性雰囲気で８００℃×２時間の均熱焼鈍を施して、５０℃／ｈｒで冷却し、種々の温度で脱炉した。その後、コアバック部に巻き線を施して鉄損測定に供した。その結果を表２に示す。
【００１７】
【表２】

【００１８】
表２から分かるように、脱炉温度を３５０℃以下とすることにより、酸化層厚みはそれぞれ０．４μｍ以下で、焼鈍後の鉄損特性が大幅に改善されていることが分かる。
【００１９】
＜実施例３＞
Ａｌを質量％で０．００２％、０．６％を含有する０．２５ｍｍ厚の無方向性電磁鋼板をそれぞれ外径６０ｍｍφ、内径３５ｍｍφ、コアバック幅６ｍｍ、ティース幅３ｍｍ、スロット数２０のモータコア形状に打ち抜き、カシメを実施して鉄芯を製作した。その後、還元性雰囲気で７５０℃×２時間の均熱焼鈍を施して、５０℃／ｈｒで冷却し、種々の温度で脱炉した。その後、コアバック部に巻き線を施して鉄損測定に供した。その結果を表３に示す。
【００２０】
【表３】

【００２１】
表３から分かるように、Ａｌを０．６質量％含有する電磁鋼板で構成された鉄芯は、脱炉温度を３５０℃以下とすることにより、焼鈍後の鉄損特性が大幅に改善されていることが分かる。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、鉄損特性の優れた電動機モータ、トランス用鉄芯、特に電気ハイブリット自動車用に使用される電動機モータ、トランス用鉄芯を提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】焼鈍時の酸化膜厚みと鉄損特性の関係を示す図。
【図２】焼鈍時の脱炉温度と焼鈍前後の鉄損特性の関係を示す図。

Claims

Ａｌを０．０１質量％以上含有する電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き調整後、積層、或いは巻いて鉄芯形状に成形、溶接、カシメ、ボルト締めの工程を経て固定され、焼鈍された鉄芯表面層の酸化膜が１．０μｍ以下であることを特徴とする焼鈍鉄芯。
Ａｌを０．０１質量％以上含有する電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き調整後、積層、或いは巻いて鉄芯形状に成形、溶接、カシメ、ボルト締めの工程を経て固定され、次いで、該鉄芯を焼鈍し、焼鈍後の脱炉温度を３５０℃以下として鉄芯表面層の酸化膜が１．０μｍ以下とすることを特徴とする鉄芯の焼鈍方法。
前記酸化膜の厚みが０．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の焼鈍鉄芯と鉄芯の焼鈍方法。