JP4165848B2

JP4165848B2 - Electric power steering motor core

Info

Publication number: JP4165848B2
Application number: JP17913899A
Authority: JP
Inventors: 善彦尾田; 昭日裏; 孝寒川; 義彦小野; 靖田中
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: JP2001011585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のパワーステアリングシステムにおける、電動パワーステアリングモータコアに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のパワーステアリングシステムは、自動車の消費エネルギーの3〜5％を占め、エアコンと並んでエネルギー消費の多い装置である。従来のパワーステアリングシステムは油圧により操舵を補助していたが、本システムでは油圧ポンプが常にエンジンにより駆動されているため、直進走行時にもエネルギーが消費されるという問題があった。この無駄を解消するため、モータにより操舵を補助する電動パワーステアリング（以下、EPSと略す）システムが開発されている。EPSシステムではコーナリング時等の操舵補助が必要なときのみモータに電流を流しパワーをアシストするため、油圧システムに比べ燃費が2〜3％程度向上する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなEPSシステムにおいては、小型、高トルクの観点から永久磁石を使用するPMモータが使用されており、コア材にはコストの観点からSPCC材が使用されている。しかし、PMモータでは操舵後、比較的大きなロストルクが生じることから、旋回後直進状態になるまでに時間遅れが発生し、このため操舵感が油圧方式に比べ劣るという問題があった。
【０００４】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ロストルクが低い、電動パワーステアリングモータコアを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、最大磁束密度1.5Tまで磁化した場合における周波数1Hz当たりのヒステリシス損が0.10J/kg以下であることを特徴とする電動パワーステアリングモータコア用鋼板によって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らがEPSモータコア材として好適な材料すなわちロストルクが低い材料について検討した結果、このロストルクはベアリング損等に代表される機械損とコア材のヒステリシスに依存するヒステリシス損に起因することを見いだした。
【０００７】
これらの内、機械損の低減についてはベアリングの転がり抵抗を低減することが有効であるが、転がり抵抗低減は現状ではほぼ限界に近づいており、これ以上の機械損の低減は事実上不可能に近い。そこで、ヒステリシス損低減によるロストルク低減について検討した。
【０００８】
以下、本発明に至る経緯を実験結果に基づいて詳細に説明する。
ロストルクとヒステリシス損との関係を調査するため、重量％でC：0.0020％、Si：0.50％、Mn：0.25％、P：0.01％、Al=0.20％、N=0.0020％を含む鋼をラボ溶解し、熱延後、酸洗した。その後、板厚0.50mmまで冷間圧延し、10％H₂-90％N₂雰囲気で750〜950℃×1min間の仕上焼鈍を行うことにより、1.5Tまで磁化した場合における周波数1Hz当たりのヒステリシス損を0.04〜0.15J/kgまで変化させた試供材を得た。また比較材として、従来EPSモータコア材として使用されている、ヒステリシス損0.17J/kg（鉄損W15/50＝11W/kg）、板厚0.5mm のSPCC材（C：0.015％、Si：0.01％、Mn：0.15％、P：0.01％、Al=0.04％、N=0.0020％）を用いた。これらを用いて出力300W、極数8極のEPSモータを作製し、周波数1Hzでモータを空転させることによりロストルクの測定を行った。なお、永久磁石はフェライトを使用した。
【０００９】
図1に、このようにして得られた試供材の1.5Tまで磁化した場合における周波数1Hz当たりのヒステリシス損とロストルク比の関係を示す。なお、ヒステリシス損は25cmエプスタイン法にて得られた50、60Hzの鉄損より2周波法にて計算した。また、ロストルク比とは、比較材（SPCC材）のロストルクを1とした場合の試供材のロストルク比率を示している。
【００１０】
図1より、ヒステリシス損低減に伴い試供材のロストルク比は低減する。特にヒステリシス損0.10J/kg以下とした場合、試供材のロストルク比は0.6以下になっている。ロストルク比が0.6以下であれば操蛇性に問題がないことから、ヒステリシス損の上限は0.10J/kgとする。さらなるロストルクの低減の観点から、より好ましくは0.08J/kg以下とする。
【００１１】
本発明において、ヒステリシス損を低減する手法はどのような方法でもかまわない。たとえば、本実験では仕上焼鈍温度を高めることにより、鋼板結晶粒径を粗大化させヒステリシス損を低減しており、図1の成分では仕上焼鈍温度800℃以上とすることによりヒステリシス損0.10J/kg以下が達成できている。
【００１２】
次に、製造方法について説明する。
本発明においては、ヒステリシス損が所定の範囲内であればよく、どのような鋼板を使用してもよい。鋼板を得るための製造方法は一般の鋼板の製造プロセスが適用できる。すなわち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き続き鋳造、熱間圧延を行う。熱間圧延時の仕上焼鈍温度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、通常でかまわない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須ではない。次いで一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ2回以上の冷間圧延により所定の板厚とした後に、例えば、所定のヒステリシス損となるように最終焼鈍を制御する。
【００１３】
但し、ヒステリシス損を制御する方法は焼鈍温度制御以外のどのような方法でもかまわない。
【００１４】
【実施例】
転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し、表1の成分に調整後鋳造し、スラブを1200℃で1hr加熱した後、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。熱延仕上げ温度は800℃とした。巻取り温度は700℃とした。その後、板厚0.50mmまで冷間圧延を行い、10％H₂−90％N₂雰囲気中で表1に示す仕上焼鈍条件で焼鈍を行った。
【００１５】
ここでヒステリシス損は25cmエプスタイン法にて得られた50、60Hzの鉄損より2周波法にて計算し、1.5Tまで磁化した場合における周波数1Hz当たりのヒステリシス損で評価した。各鋼板の磁気特性を表1に併せて示す。
【００１６】
【表１】

【００１７】
表１において、No.5の比較鋼は、従来EPSモータコア材として使用されている、鉄損W15/50＝11W/kg（ヒステリシス損0.17J/kg）、板厚0.5mm のSPCC材であり、ロストルク比は、No.5の比較鋼（SPCC材）のロストルクを1とした場合のロストルク比率を示している。
【００１８】
表１より、ヒステリシス損を本発明の範囲に制御したNo.1〜No.4の本発明鋼において、ロストルク比が低い鋼板が得られることがわかる。
【００１９】
これに対し、No.5〜No.7の比較鋼はヒステリシス損が本発明の範囲を外れているので、ロストルク比が高くなっている。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ロストルクの低い鋼板を得ることができ、EPSモータのロストルク低減に効果的な電動パワーステアリングモータコア用鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ヒステリシス損とロストルク比との関係を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, in an automotive power steering system, the present invention relates to an electric power steering motor core.
[0002]
[Prior art]
The power steering system for automobiles accounts for 3 to 5% of the energy consumption of automobiles. The conventional power steering system assists steering by hydraulic pressure. However, in this system, since the hydraulic pump is always driven by the engine, there is a problem that energy is consumed even when traveling straight ahead. In order to eliminate this waste, an electric power steering (hereinafter abbreviated as EPS) system that assists steering by a motor has been developed. The EPS system assists the power by supplying current to the motor only when steering assistance is required, such as during cornering, so fuel efficiency is improved by 2-3% compared to the hydraulic system.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in such an EPS system, a PM motor using a permanent magnet is used from the viewpoint of small size and high torque, and an SPCC material is used as the core material from the viewpoint of cost. However, since a relatively large loss torque is generated after steering in a PM motor, there is a problem that a time delay occurs until the vehicle goes straight after turning, and the steering feeling is inferior to that of the hydraulic system.
[0004]
The present invention has been made in order to solve these problems, the loss torque is not low, and to provide an electric power steering motor core.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The object is solved by a steel sheet for an electric power steering motor core, wherein the hysteresis loss per frequency of 1 Hz when magnetized to a maximum magnetic flux density of 1.5 T is 0.10 J / kg or less.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As a result of studying a material suitable for the EPS motor core material, that is, a material having a low loss torque, the present inventors have found that this loss torque is caused by a mechanical loss represented by bearing loss and the like and a hysteresis loss depending on the hysteresis of the core material. It was.
[0007]
Of these, it is effective to reduce the rolling resistance of the bearing to reduce the mechanical loss, but the rolling resistance reduction is almost approaching the limit at present, and further reduction of the mechanical loss is virtually impossible. close. Therefore, reduction of loss torque by reducing hysteresis loss was examined.
[0008]
Hereinafter, the background to the present invention will be described in detail based on experimental results.
In order to investigate the relationship between loss torque and hysteresis loss, steel containing C: 0.0020%, Si: 0.50%, Mn: 0.25%, P: 0.01%, Al = 0.20%, N = 0.0020% in weight% was lab melted. Then, after hot rolling, pickling was performed. Thereafter, it is cold-rolled to a thickness of 0.50 mm, and is annealed in a 10% H ₂ -90% N ₂ atmosphere at 750 to 950 ° C for 1 min. A sample material with a loss varied from 0.04 to 0.15 J / kg was obtained. As a comparative material, a hysteresis loss of 0.17 J / kg (iron loss W15 / 50 = 11 W / kg), 0.5 mm thick SPCC material (C: 0.015%, Si: 0.01%), which has been used as an EPS motor core material in the past Mn: 0.15%, P: 0.01%, Al = 0.04%, N = 0.0020%). Using these, an EPS motor with an output of 300 W and 8 poles was produced, and the loss torque was measured by idling the motor at a frequency of 1 Hz. In addition, the permanent magnet used the ferrite.
[0009]
FIG. 1 shows the relationship between the hysteresis loss per frequency of 1 Hz and the loss torque ratio when the sample material thus obtained is magnetized up to 1.5T. The hysteresis loss was calculated by the two-frequency method from the iron loss at 50 and 60 Hz obtained by the 25 cm Epstein method. The loss torque ratio indicates the loss torque ratio of the sample material when the loss torque of the comparative material (SPCC material) is 1.
[0010]
From Fig. 1, the loss torque ratio of the sample decreases as the hysteresis loss decreases. In particular, when the hysteresis loss is 0.10 J / kg or less, the loss torque ratio of the sample material is 0.6 or less. If the loss torque ratio is 0.6 or less, there is no problem with the operability, so the upper limit of the hysteresis loss is 0.10 J / kg. From the viewpoint of further reducing the loss torque, it is more preferably 0.08 J / kg or less.
[0011]
In the present invention, any method may be used to reduce the hysteresis loss. For example, in this experiment, by increasing the finish annealing temperature, the grain size of the steel sheet is increased to reduce the hysteresis loss, and with the components shown in FIG. The following has been achieved.
[0012]
Next, a manufacturing method will be described.
In the present invention, any steel sheet may be used as long as the hysteresis loss is within a predetermined range. As a manufacturing method for obtaining a steel sheet, a general steel sheet manufacturing process can be applied. That is, the molten steel blown in the converter is degassed and adjusted to a predetermined component, and then casting and hot rolling are performed. The finish annealing temperature and the coiling temperature during hot rolling need not be specified and may be normal. Moreover, although hot-rolled sheet annealing after hot rolling may be performed, it is not essential. Next, after a predetermined sheet thickness is obtained by one or more cold rollings or two or more cold rollings with intermediate annealing, the final annealing is controlled so that, for example, a predetermined hysteresis loss is obtained.
[0013]
However, the hysteresis loss can be controlled by any method other than the annealing temperature control.
[0014]
【Example】
The molten steel blown in the converter was degassed, adjusted to the components shown in Table 1 and cast, and the slab was heated at 1200 ° C. for 1 hr, and then hot rolled to a thickness of 2.0 mm. The hot rolling finishing temperature was 800 ° C. The winding temperature was 700 ° C. Thereafter, cold rolling was performed to a plate thickness of 0.50 mm, and annealing was performed under the finish annealing conditions shown in Table 1 in a 10% H ₂ -90% N ₂ atmosphere.
[0015]
Here, the hysteresis loss was calculated by the 2-frequency method from the iron loss of 50 and 60 Hz obtained by the 25 cm Epstein method, and evaluated by the hysteresis loss per frequency of 1 Hz when magnetized to 1.5 T. Table 1 shows the magnetic properties of each steel sheet.
[0016]
[Table 1]

[0017]
In Table 1, the No. 5 comparative steel is an SPCC material with iron loss W15 / 50 = 11 W / kg (hysteresis loss 0.17 J / kg) and plate thickness 0.5 mm, which is conventionally used as an EPS motor core material. The loss torque ratio indicates the loss torque ratio when the loss torque of No. 5 comparative steel (SPCC material) is 1.
[0018]
From Table 1, it can be seen that a steel sheet having a low loss torque ratio can be obtained in No. 1 to No. 4 of the present invention steel in which the hysteresis loss is controlled within the range of the present invention.
[0019]
On the other hand, the comparative steels No. 5 to No. 7 have a high loss torque ratio because the hysteresis loss is outside the range of the present invention.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a steel plate having a low loss torque can be obtained, and a steel plate for an electric power steering motor core that is effective in reducing the loss torque of an EPS motor can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between hysteresis loss and loss torque ratio.

Claims

An electric power steering motor core using a permanent magnet, and an electric power steering motor using a steel plate whose hysteresis loss per frequency of 1 Hz is 0.10 J / kg or less when magnetized to a maximum magnetic flux density of 1.5 T as the motor core material Core .