JP2012075219A - Motor core with less iron loss deterioration under compressive stress - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械等の駆動モータのように、高速回転かつ高周波数域で駆動されるモータのコアに関し、具体的には、焼き嵌め等による圧縮応力の存在下においても鉄損劣化が小さい（鉄損増加が小さい）モータコアに関するものである。 The present invention relates to a core of a motor that is driven at a high speed and in a high frequency range, such as a drive motor for a machine tool or the like. It relates to a motor core (small increase in iron loss).
工作機械等の駆動モータには、加工精度の向上を図る観点から、数万ｒｐｍの高速度で回転するものが用いられており、その駆動には、最高周波数が数ｋＨｚ程度の電源が使用されている。さらに、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式のインバータ制御がなされているものでは、数１０ｋＨｚのキャリア周波数が重畳されて使用されている。そのため、このようなモータのコア（ステータ、ロータ）に用いられている無方向性電磁鋼板には、エネルギー効率を向上する観点から、高周波鉄損の低い特性を有することが必要であり、通常、このような用途には、ＳｉとＡｌの合計含有量が３〜４ｍａｓｓ％程度のハイグレードの電磁鋼板が使用されている。 Drive motors for machine tools, etc., are used that rotate at a high speed of tens of thousands of rpm from the viewpoint of improving machining accuracy. A power source with a maximum frequency of several kHz is used for the drive. ing. Furthermore, in a case where PWM (Pulse Width Modulation) type inverter control is performed, a carrier frequency of several tens of kHz is superimposed and used. Therefore, the non-oriented electrical steel sheet used for the core (stator, rotor) of such a motor is required to have a low frequency iron loss characteristic from the viewpoint of improving energy efficiency. For such applications, high-grade electrical steel sheets having a total content of Si and Al of about 3 to 4 mass% are used.
ところで、近年、高速モータの低コスト化を図る観点から、ステータを「分割コア」とすることが検討されている。この分割コアでは、コアをモータケースに固定する手段として、主に焼き嵌め法が適用されている。この場合、焼き嵌められたステータコアの周方向には４０〜２００ＭＰａ程度の大きな圧縮力が加わる。そして、このような大きな圧縮応力下では、コアを構成している電磁鋼板の磁気特性は大きく低下（鉄損が増大）し、モータ効率も大きく低下することが知られている。したがって、このような圧縮応力が付与された状態で駆動されるモータのコアに用いられる材料には、圧縮応力による鉄損劣化が小さい特性が強く求められている。 By the way, in recent years, from the viewpoint of reducing the cost of a high-speed motor, it has been studied to use a “divided core” as a stator. In this divided core, a shrink fitting method is mainly applied as means for fixing the core to the motor case. In this case, a large compressive force of about 40 to 200 MPa is applied in the circumferential direction of the shrink-fitted stator core. Under such a large compressive stress, it is known that the magnetic properties of the electrical steel sheet constituting the core are greatly reduced (iron loss is increased), and the motor efficiency is also greatly reduced. Therefore, the material used for the core of the motor driven in a state where such compressive stress is applied is strongly required to have a characteristic that iron loss deterioration due to the compressive stress is small.
斯かる要求に応える材料としては、例えば、特許文献１には、Ｓｉ：２．６〜４ｍａｓｓ％を添加して比抵抗を５０〜７５×１０−８Ωｍとし、さらに、平均結晶粒径を６０μｍ超１６５μｍ以下とした無方向性電磁鋼板が開示されている。
As a material meeting such a requirement, for example, in
しかしながら、特許文献１の無方向性電磁鋼板は、現在市販されているハイグレード電磁鋼板と同等レベルの固有抵抗、結晶粒径でしかない。そのため、この材料を用いてモータコアを製造したとしても、圧縮応力による鉄損劣化の程度は従来材と大きく異なるものではない。そのため、鉄損の応力依存性をさらに小さくできる技術の開発が求められている。
However, the non-oriented electrical steel sheet of
そこで、本発明の目的は、圧縮応力の存在下においても高周波での鉄損特性の劣化が小さいモータコアを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor core in which deterioration of iron loss characteristics at a high frequency is small even in the presence of compressive stress.
発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討した。その結果、ステータを構成する電磁鋼板（以降、「ステータコア材」とも称する。）のバックヨーク部にショットブラスト加工を施すことにより、圧縮応力による鉄損特性の劣化を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。 The inventors diligently studied to solve the above problems. As a result, it has been found that by performing shot blasting on the back yoke portion of an electromagnetic steel sheet (hereinafter also referred to as “stator core material”) constituting the stator, it is possible to suppress deterioration of iron loss characteristics due to compressive stress. Completed.
すなわち、本発明は、積層した電磁鋼板からなり、周方向に４０ＭＰａ以上の圧縮応力が付与されるモータコアにおいて、上記モータコアを構成する電磁鋼板のバックヨーク部にショットブラスト加工が施されてなることを特徴とするモータコアである。 That is, the present invention is a motor core made of laminated electromagnetic steel sheets and applied with a compressive stress of 40 MPa or more in the circumferential direction, and the back yoke portion of the electromagnetic steel sheets constituting the motor core is subjected to shot blasting. This is a featured motor core.
本発明のモータコアにおける上記電磁鋼板は、直径が０．１〜２ｍｍの球状粒子を投射圧力０．１〜５ＭＰａでショットブラスト加工してなるものであることを特徴とする。 The electromagnetic steel sheet in the motor core of the present invention is characterized by being formed by shot blasting spherical particles having a diameter of 0.1 to 2 mm at a projection pressure of 0.1 to 5 MPa.
また、本発明のモータコアにおける上記電磁鋼板は、Ｓｉ：７ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．０１０ｍａｓｓ％以下、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする。 Further, the electromagnetic steel sheet in the motor core of the present invention has Si: 7 mass% or less, Al: 3 mass% or less, Mn: 0.05 to 3 mass%, S: 0.005 mass% or less, N: 0.005 mass% or less, O : 0.010 mass% or less, with the balance being a component composition consisting of Fe and inevitable impurities.
本発明によれば、高い圧縮応力の存在下においても高周波での鉄損増加が小さいモータコアを提供することができる。したがって、本発明によれば、焼き嵌め等によって高い圧縮応力が付与された状態で使用される工作機械等の高速回転モータの低鉄損化、高効率化に大いに寄与することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a motor core with a small increase in iron loss at high frequencies even in the presence of high compressive stress. Therefore, according to the present invention, it is possible to greatly contribute to lower iron loss and higher efficiency of a high-speed rotary motor such as a machine tool used in a state where a high compressive stress is applied by shrink fitting or the like.
先ず、本発明の基本的な技術思想について説明する。
先述したように、分割コア構造を採用したモータコア（ステータコア）は、モータケース（ハウジング）への固定は、主として焼き嵌め法を用いて行われている。この場合、焼き嵌めによりモータコアの周方向に付与される圧縮応力は、４０〜２００ＭＰａ程度である。そして、斯かる圧縮応力は、モータコアを構成する電磁鋼板の鉄損特性を劣化させ、ひいては、モータ効率を大きく低下させる。そのため、圧縮応力下においても鉄損特性の劣化が小さいモータコアが望まれている。
First, the basic technical idea of the present invention will be described.
As described above, the motor core (stator core) adopting the split core structure is fixed to the motor case (housing) mainly by shrink fitting. In this case, the compressive stress applied in the circumferential direction of the motor core by shrink fitting is about 40 to 200 MPa. Such compressive stress degrades the iron loss characteristics of the electrical steel sheet that constitutes the motor core, and consequently greatly reduces the motor efficiency. Therefore, there is a demand for a motor core with little deterioration in iron loss characteristics even under compressive stress.
そこで、発明者らは、モータのステータを構成する電磁鋼板の圧縮応力下における高周波鉄損特性について調査したところ、圧縮応力の存在下では、ヒステリシス損だけでなく、渦電流損も増加していることが明らかとなった。なお、工作機械等に用いられる高速回転するモータは、基本周波数が数ｋＨｚの高周波だけでなく、インバータ制御のため、数１０ｋＨｚの高調波も重畳されて駆動されているのが一般的である。したがって、高周波鉄損特性を改善するには、渦電流損の増加を抑制することが重要な課題となる。 Therefore, the inventors investigated the high-frequency iron loss characteristics under the compressive stress of the electrical steel sheet constituting the stator of the motor, and in the presence of the compressive stress, not only the hysteresis loss but also the eddy current loss increased. It became clear. In general, a motor that rotates at high speed used in a machine tool or the like is driven not only with a high frequency with a fundamental frequency of several kHz but also with a harmonic of several tens of kHz being superimposed for inverter control. Therefore, in order to improve the high frequency iron loss characteristic, it is an important issue to suppress an increase in eddy current loss.
そこで、圧縮応力の存在下で渦電流損が増加する原因について調査したところ、材料に圧縮応力が付与されると、鋼板内の磁化ベクトルは、圧縮応力を緩和するため、鋼板の板面内で圧縮応力と直角方向に向くよう変化する。そのため、この鋼板を磁化しようとすると、圧縮応力がない場合と比べて磁化ベクトルの向きを大きく変化させることが必要となり、そのための異常渦電流が鋼板板面内に流れるため、無応力のときに比べて渦電流損が増加することが明らかとなった。 Therefore, when the cause of the increase in eddy current loss in the presence of compressive stress was investigated, when compressive stress was applied to the material, the magnetization vector in the steel plate relaxed within the plate surface of the steel plate to relieve the compressive stress. It changes to face the direction perpendicular to the compressive stress. Therefore, when trying to magnetize this steel plate, it is necessary to change the direction of the magnetization vector greatly compared to the case where there is no compressive stress, and the abnormal eddy current flows in the steel plate surface for that purpose. The eddy current loss increased as compared with that.
そこで、発明者らは、圧縮応力が付与されても、渦電流損が増大しないモータコア（ステータ）について検討を重ねた。その結果、圧縮応力が付与されるステータのコアバック部の磁区幅を、何らかの手段で微細化できれば、焼き嵌めによる鉄損特性の劣化を抑制できるのではと考え、磁区細分化手段として、電磁鋼板表面にショットブラスト加工を施すことに想到した。すなわち、ステータを構成する積層された電磁鋼板（ステータコア材）のバックヨーク部にショットブラスト加工を施すことで、鋼板板面内に流れる渦電流の経路を小さくすることができ、ひいては、渦電流による鉄損の増加を効果的に抑制できるのではないかと考えた。 Therefore, the inventors have repeatedly studied a motor core (stator) in which eddy current loss does not increase even when compressive stress is applied. As a result, if the magnetic domain width of the core back portion of the stator to which compressive stress is applied can be refined by any means, it is considered that the deterioration of the iron loss characteristics due to shrink fitting can be suppressed. I came up with shot blasting on the surface. That is, by performing shot blasting on the back yoke portion of the laminated electromagnetic steel plates (stator core material) constituting the stator, the path of the eddy current flowing in the steel plate surface can be reduced. We thought that the increase in iron loss could be effectively suppressed.
上記考えを検証するため、以下の実験を行った。
Ｓｉ：３．５ｍａｓｓ％−Ａｌ：１ｍａｓｓ％−Ｍｎ：０．３ｍａｓｓ％−Ｓ：０．００３ｍａｓｓ％−Ｎ：０．００１０ｍａｓｓ％−Ｏ：０．００１２ｍａｓｓ％の成分組成からなる板厚：０．３５ｍｍの冷延無方向性電磁鋼板を用いて、外径：８０ｍｍφ、バックヨーク幅：１５ｍｍで、１２スロットのステータコア材を打抜加工し、次いで、上記ステータコア材のバックヨーク部に、図１に示したように、直径が０．５ｍｍφの鋼球を投射圧力０．５ＭＰａで吹き付けてショットブラスト加工を施した。なお、このショットブラスト加工によって、鋼板表面に被覆された絶縁被膜は損傷を受けるため、改めてコアバック部に有機無機の絶縁被膜を塗布した。
In order to verify the above idea, the following experiment was conducted.
Si: 3.5 mass% -Al: 1 mass% -Mn: 0.3 mass% -S: 0.003 mass% -N: 0.0010 mass% -O: 0.0012 mass% Thickness of the plate: 0.35 mm A cold rolled non-oriented electrical steel sheet was used to punch out a 12-slot stator core material with an outer diameter of 80 mmφ and a back yoke width of 15 mm, and then the back yoke portion of the stator core material shown in FIG. As described above, shot blasting was performed by spraying a steel ball having a diameter of 0.5 mmφ at a projection pressure of 0.5 MPa. In addition, since the insulating coating coated on the steel plate surface is damaged by this shot blasting, an organic-inorganic insulating coating was applied again to the core back portion.
次いで、上記ステータコア材を積み厚２５ｍｍに積層してステータコアを作製し、モータケースを模した非磁性のＡｌ合金製リングに、焼き嵌め代を０〜１００μｍの範囲で変化させて焼き嵌め、固定した。この際、焼き嵌めにより発生する周方向の圧縮応力を、バックヨーク中央部に歪みゲージを貼り付けて測定した。ここで、焼き嵌め代が０μｍとは、ステータコアがリングにまったく固定されていないフリーな状態を意味している。 Next, the stator core material was laminated to a stack thickness of 25 mm, and a stator core was produced. The stator core material was shrink-fitted and fixed to a non-magnetic Al alloy ring imitating a motor case by changing the shrinkage allowance in the range of 0 to 100 μm. . At this time, the circumferential compressive stress generated by shrink fitting was measured by attaching a strain gauge to the central portion of the back yoke. Here, the shrinkage allowance of 0 μm means a free state in which the stator core is not fixed to the ring at all.
次いで、上記Ａｌ合金製リングに固定したステータコアに、図２のように、Ａｌ合金製リングも含めてバックヨーク部の周囲に励磁コイルおよびピックアップコイルを巻き線し、モータコア円周方向の高周波鉄損（Ｗ１０／３ｋ）を測定した。図３は、上記測定の結果を、焼き嵌めによって発生したステータ周方向の圧縮応力と高周波鉄損との関係として示したものである。なお、上記圧縮応力は、ショットブラスト加工を施していないコアの実測値であり、同じ焼き嵌め代で焼き嵌めたショットブラスト加工を施したコアもその値を用いた。その理由は、ショットブラスト加工後の表面は粗いため、歪ゲージで圧縮応力を正確に測定することが難しいからである。 Next, as shown in FIG. 2, an excitation coil and a pickup coil are wound around the back yoke portion including the Al alloy ring on the stator core fixed to the Al alloy ring, and the high frequency iron loss in the motor core circumferential direction is wound. (W 10 / 3k ) was measured. FIG. 3 shows the result of the above measurement as a relationship between the compressive stress in the circumferential direction of the stator generated by shrink fitting and the high-frequency iron loss. The compressive stress is an actual measurement value of a core not subjected to shot blasting, and the value was also used for a core subjected to shot blasting that was shrink-fitted with the same shrinkage allowance. This is because the surface after shot blasting is rough, and it is difficult to accurately measure the compressive stress with a strain gauge.
図３から、焼き嵌めを行わない圧縮応力が０ＰＭａのモータコアでは、ショットブラスト加工により鉄損は大きく増加するが、圧縮応力による鉄損の増大を抑制できるので、焼き嵌めによる圧縮応力が４０ＭＰａ以上発生するモーコアでは、逆に、バックヨーク部にショットブラスト加工を施さないモータコアより鉄損が低くなっていることがわかる。 From FIG. 3, in the motor core with a compression stress of 0 PMa without shrink fitting, the iron loss is greatly increased by shot blasting. However, since the increase in iron loss due to the compression stress can be suppressed, the compression stress due to shrink fitting is 40 MPa or more. On the other hand, it can be seen that the iron loss is lower in the motor core than in the motor core in which the back yoke portion is not subjected to shot blasting.
そこで、ショットブラスト加工により鉄損が低下する原因を調査するため、焼き嵌めしたコアの鉄損分離を行ったところ、ヒステリシス損はショットブラスト加工により増加するが、渦電流損は、ショットブラスト加工によって大きく低下していることが明らかとなった。ショットブラスト加工により渦電流損が低下する原因は、まだ明確となっていないが、ショットブラスト加工による歪によって磁区幅が小さくなったためと考えられる。 Therefore, when investigating the cause of iron loss reduction by shot blasting, when the core loss of the shrink-fit core was separated, the hysteresis loss increased by shot blasting, but the eddy current loss increased by shot blasting. It became clear that it had fallen greatly. The cause of the decrease in eddy current loss due to shot blasting has not been clarified yet, but it is thought that the magnetic domain width was reduced due to distortion caused by shot blasting.
また、焼き嵌めしないコアで、ショットブラスト加工により鉄損が増加した理由は、ショットブラスト加工による歪によってヒステリシス損が増加したためと考えられる。したがって、焼き嵌め応力が発生していないティース部にショットブラスト加工を施すことは、却って鉄損の上昇を招くことになると考えられることから、本発明では、ショットブラスト加工は、圧縮応力が付与されるコアバック部のみに行うこととした。 In addition, it is considered that the reason why the iron loss increased by shot blasting in the core not shrink-fitted is that the hysteresis loss increased due to distortion caused by shot blasting. Therefore, since it is considered that performing shot blasting on the teeth portion where shrinkage fitting stress has not occurred will lead to an increase in iron loss, in the present invention, shot blasting is applied with compressive stress. To be performed only on the core back.
なお、ショットブラスト加工は、図１に示したように、バックヨーク部の全周に亘って施してもよく、また、図４に示したように、ティース接続部を除いたバックヨーク部のみに施すようにしてもよい。 The shot blasting may be performed over the entire circumference of the back yoke portion as shown in FIG. 1, or only on the back yoke portion excluding the teeth connecting portion as shown in FIG. You may make it give.
なお、ショットブラスト加工に用いる投射材（ショット材）の材質は、球形粒子であれば特に制限はなく、金属系、セラミック系いずれでもよいが、コスト面からは、アトマイズ法等で作製された鋼球（スチールショット、スチールビーズ）を用いることが望ましい。また、上記投射材の大きさは、直径が０．１〜ｍｍφのものが好ましい。０．１ｍｍ未満では、投射材コストが高くなり、一方、直径が２ｍｍを超えると、ショットブラストによる歪みが大きくなりすぎて、鉄損特性の改善効果が得られなくなるためである。 In addition, the material of the projection material (shot material) used for shot blasting is not particularly limited as long as it is a spherical particle, and may be either metal or ceramic, but from the viewpoint of cost, steel produced by an atomizing method or the like. It is desirable to use a sphere (steel shot, steel bead). The size of the projection material is preferably 0.1 to 0.1 mm in diameter. If the diameter is less than 0.1 mm, the cost of the projection material becomes high. On the other hand, if the diameter exceeds 2 mm, the distortion due to shot blast becomes too large, and the effect of improving the iron loss characteristics cannot be obtained.
また、ショットブラスト加工する際の投射圧力は、０．１〜５ＭＰａの範囲とするのが好ましい。投射圧力が０．１ＭＰａ未満では、磁区を細分化するための十分な歪みを与えることができず、一方、５ＭＰａを超えると、逆に歪みが大きくなってヒステリシス損が増加し、鉄損低減効果が得られなくなるからである。
なお、投射方法は、同程度のショットブラスト効果が得られれば、上記のような空気式の他に、機械式を用いてもよいことはもちろんである。
Moreover, it is preferable to make the projection pressure at the time of shot blasting into the range of 0.1-5 Mpa. If the projection pressure is less than 0.1 MPa, sufficient strain to subdivide the magnetic domain cannot be given. On the other hand, if it exceeds 5 MPa, the distortion increases and the hysteresis loss increases, resulting in an iron loss reduction effect. It is because it becomes impossible to obtain.
Of course, as long as the same shot blasting effect can be obtained, a mechanical method may be used in addition to the pneumatic method as described above.
また、本発明において、モータコアに発生した圧縮応力の値を４０ＭＰａ以上に制限する理由は、４０ＭＰａ未満では、図３に示したように、ショットブラスト加工による鉄損低減効果が得られないからである。 Further, in the present invention, the reason why the value of the compressive stress generated in the motor core is limited to 40 MPa or more is that if it is less than 40 MPa, the effect of reducing iron loss by shot blasting cannot be obtained as shown in FIG. .
次に、本発明のモータコアの素材となる電磁鋼板の成分組成について説明する。
Ｓｉ：７ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、鋼の固有抵抗を高めるのに有効な元素であるが、７ｍａｓｓ％を超えて添加すると、飽和磁束密度の低下に伴い、モータコアの磁束密度も低下するようになる。また、最終板厚に圧延する際、たとえ温間圧延しても板破断を起こすおそれがあるため、上限は７ｍａｓｓ％とするのが好ましい。なお、下限は特に制限しないが、固有抵抗を高める観点からは、０．１ｍａｓｓ％以上であることが好ましい。より好ましくは１〜４ｍａｓｓ％の範囲である。
Next, the component composition of the electrical steel sheet used as the material for the motor core of the present invention will be described.
Si: 7 mass% or less Si is an element effective for increasing the specific resistance of steel. However, when added in excess of 7 mass%, the magnetic flux density of the motor core also decreases as the saturation magnetic flux density decreases. Further, when rolling to the final plate thickness, there is a possibility that the plate breaks even if it is warm-rolled, so the upper limit is preferably 7 mass%. In addition, although a minimum in particular is not restrict | limited, From a viewpoint of raising specific resistance, it is preferable that it is 0.1 mass% or more. More preferably, it is the range of 1-4 mass%.
Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下
Ａｌは固有抵抗を高めるのに有効な元素であるが、３ｍａｓｓ％を超えると飽和磁束密度が低下するのに伴い、モータコアの磁束密度も低下するため、上限は３ｍａｓｓ％とするのが好ましい。より好ましくは２ｍａｓｓ％以下である。
Al: 3 mass% or less Al is an element effective for increasing the specific resistance. However, if it exceeds 3 mass%, the magnetic flux density of the motor core decreases as the saturation magnetic flux density decreases. Therefore, the upper limit is set to 3 mass%. Is preferred. More preferably, it is 2 mass% or less.
Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％
Ｍｎは、Ｓによる赤熱脆性を防止するために必要な元素であり、０．０５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。一方、３ｍａｓｓ％を超えて添加すると、飽和磁束密度が低下するため、上限は３ｍａｓｓ％とするのが好ましい。より好ましくは、０．１〜２ｍａｓｓ％の範囲である。
Mn: 0.05-3 mass%
Mn is an element necessary for preventing red heat brittleness due to S, and it is preferable to add 0.05 mass% or more. On the other hand, if the addition exceeds 3 mass%, the saturation magnetic flux density decreases, so the upper limit is preferably 3 mass%. More preferably, it is the range of 0.1-2 mass%.
Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下
Ｓは、不可避的に混入してくる不純物であり、その含有量が多くなると、硫化物系介在物が多量に形成されて、鉄損が増加する原因となる。よって、本発明では、上限を０．００５ｍａｓｓ％とするのが好ましい。より好ましくは０．００２ｍａｓｓ％以下である。
S: 0.005 mass% or less S is an impurity that is inevitably mixed. When the content of S is increased, a large amount of sulfide inclusions are formed, which causes an increase in iron loss. Therefore, in the present invention, the upper limit is preferably set to 0.005 mass%. More preferably, it is 0.002 mass% or less.
Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下
Ｎは、Ｓと同様、不可避的に混入してくる不純物であり、含有量が多いと窒化物が多量に形成されて、鉄損が増加する原因となるため、上限は０．００５ｍａｓｓ％とするのが好ましい。
N: 0.005 mass% or less N is an impurity that is inevitably mixed in as in S, and if the content is large, a large amount of nitride is formed, causing iron loss to increase. Is preferably 0.005 mass%.
Ｏ：０．０１０ｍａｓｓ％以下
Ｏは、ＳやＮと同様、不可避的に混入してくる不純物であり、含有量が多いと酸化物系介在物が多量に形成されて、鉄損が増加する原因となるため、上限は０．０１０ｍａｓｓ％とするのが好ましい。
O: 0.010 mass% or less O, like S and N, is an impurity that is inevitably mixed in. If the content is large, a large amount of oxide inclusions are formed, and the iron loss increases. Therefore, the upper limit is preferably 0.010 mass%.
本発明のモータコアに用いる電磁鋼板は、上記成分以外の残部はＦｅおよび不可避不純物である。ただし、本発明の効果を害さない範囲内であれば、上記以外の成分の含有を拒むものではない。 In the electrical steel sheet used for the motor core of the present invention, the balance other than the above components is Fe and inevitable impurities. However, as long as the effects of the present invention are not impaired, the inclusion of components other than those described above is not rejected.
なお、本発明のモータコアが適用できるモータは、モータコアに圧縮応力が付与されるものであれば、いずれの形式のものでもよく、例えば、集中巻形式の永久磁石モータ、分布巻き形式の永久磁石モータ、分割コアタイプの永久磁石モータ、誘導モータ、リラクタンスモータ等に適用することができる。 The motor to which the motor core of the present invention can be applied may be of any type as long as compressive stress is applied to the motor core. For example, a concentrated winding type permanent magnet motor or a distributed winding type permanent magnet motor. It can be applied to a split core type permanent magnet motor, an induction motor, a reluctance motor, and the like.
転炉−脱ガス処理等の通常公知の精錬プロセスで、表１に示す成分組成の鋼を溶製し、連続鋳造して鋼スラブとした。次いで、この鋼スラブを１１４０℃×１ｈｒの再加熱後、仕上圧延終了温度を８００℃とする熱間圧延で板厚２．０ｍｍの熱延板とし、６１０℃で巻き取った後、この熱延板を１０００℃×３０ｓｅｃで熱延板焼鈍し、酸洗し、冷間圧延して、板厚が０．３５ｍｍおよび０．２０ｍｍの冷延板とし、９５０℃×１０ｓｅｃの仕上焼鈍を施した後、絶縁被膜を被成して、各種の無方向性電磁鋼板を製造した。 Steel having the composition shown in Table 1 was melted and continuously cast into a steel slab by a generally known refining process such as converter-degassing. Next, this steel slab was reheated at 1140 ° C. × 1 hr, and hot rolled to a finish rolling temperature of 800 ° C. to obtain a hot rolled sheet having a thickness of 2.0 mm, and wound at 610 ° C. After hot-rolling sheet annealing at 1000 ° C. × 30 sec, pickling, cold rolling to form cold-rolled sheets with sheet thicknesses of 0.35 mm and 0.20 mm, and finishing annealing at 950 ° C. × 10 sec In addition, various non-oriented electrical steel sheets were manufactured by applying an insulating coating.
上記電磁鋼板について、以下の評価試験に供した。
＜磁束密度Ｂ５０の測定＞
上記電磁鋼板から、幅３０ｍｍ、長さ２８０ｍｍのエプスタイン試験片を圧延方向および圧延直角方向より採取し、ＪＩＳ Ｃ２５５０に準拠して、５０００Ａ／ｍで磁化したときの磁束密度Ｂ５０を測定した。
＜モータコアの鉄損測定＞
上記無方向性電磁鋼板を、図１と同じ１２スロットで、外径：８０ｍｍφ、バックヨーク幅：１５ｍｍのステータコア材に打抜加工した後、表１に示した各種条件でステータコア材のバックヨーク部にショットブラスト加工を施した。なお、投射口と被投射材の間は５０ｍｍとした。次いで、ショットブラスト加工を施したコア材表面に、有機無機の絶縁被膜を塗布した後、積み厚：２５ｍｍに積層し、ステータコアを作製し、このステータコアを、内径が約８０ｍｍφの非磁性のＡｌ合金製リングに、焼き嵌め代を０〜１００μｍの範囲で変えて焼き嵌めし、ステータの周方向に圧縮応力を発生させた。なお、上記圧縮応力は、ステータのバックヨーク中央部に貼り付けた歪みゲージを用いて測定した。次いで、図２に示したように、Ａｌ合金製リングも含めてバックヨーク部の周囲に励磁コイルおよびピックアップコイルを巻き線し、周波数３ｋＨｚ、最大磁束密度１Ｔにおけるモータコア円周方向の鉄損Ｗ１０／３ｋを測定した。
The electromagnetic steel sheet was subjected to the following evaluation test.
<Measurement of magnetic flux density B 50 >
From the magnetic steel sheet, an Epstein test piece having a width of 30 mm and a length of 280 mm was taken from the rolling direction and the direction perpendicular to the rolling direction, and the magnetic flux density B 50 when magnetized at 5000 A / m was measured according to JIS C2550.
<Motor core iron loss measurement>
The non-oriented electrical steel sheet is stamped into a stator core material having the same 12 slots as in FIG. 1 and having an outer diameter of 80 mmφ and a back yoke width of 15 mm, and then the back yoke portion of the stator core material under various conditions shown in Table 1. Was shot blasted. The distance between the projection port and the projection target material was 50 mm. Next, an organic / inorganic insulating coating is applied to the surface of the core material subjected to shot blasting, and then laminated to a stacking thickness of 25 mm to produce a stator core. This stator core is made of a nonmagnetic Al alloy having an inner diameter of about 80 mmφ. The shrink-fitting allowance was changed in the range of 0 to 100 μm in the ring made by shrink fitting, and compressive stress was generated in the circumferential direction of the stator. The compressive stress was measured using a strain gauge attached to the center of the back yoke of the stator. Next, as shown in FIG. 2, an exciting coil and a pickup coil including the Al alloy ring are wound around the back yoke portion, and the iron loss W 10 in the circumferential direction of the motor core at a frequency of 3 kHz and a maximum magnetic flux density of 1T. / 3k was measured.
表１に、上記測定の結果を併記して示した。この結果から、本発明に適合する条件でショットブラスト加工を施したステータコアは、圧縮応力下における鉄損特性の劣化を抑制できることが確認された。 Table 1 also shows the results of the above measurements. From this result, it was confirmed that the stator core subjected to the shot blasting process under the conditions suitable for the present invention can suppress the deterioration of the iron loss characteristic under the compressive stress.
本発明のモータコア技術は、工作機械等に用いられる高速回転モータのほか、エアコンのコンプレッサ用モータ、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）等の駆動モータや発電機等、焼き嵌め等によって圧縮応力が負荷された状態で駆動される高速モータに適用することができる。 The motor core technology of the present invention includes a high-speed motor used for machine tools and the like, a motor for an air conditioner compressor, a drive motor and a generator for a hybrid vehicle (HEV), an electric vehicle (EV), a fuel cell vehicle (FCEV), etc. The present invention can be applied to a high-speed motor that is driven in a state in which a compressive stress is applied by shrink fitting or the like.
１：ステータコア
２：ショットブラスト加工位置
３：ロータ
４：永久磁石
５：Ａｌ合金製リング（非磁性）
６：巻き線
1: Stator core 2: Shot blasting position 3: Rotor 4: Permanent magnet 5: Al alloy ring (non-magnetic)
6: Winding
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