JP5561094B2 - Motor core with low iron loss degradation under compressive stress - Google Patents

Motor core with low iron loss degradation under compressive stress Download PDF

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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

本発明は、家庭用エアコンのコンプレッサーモータや、ハイブリッド電気自動車(EV;Electric Vehicle)の駆動モータや発電機(以降、単に「モータ」という。)などに用いられるモータコアに関し、具体的には、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 motor core used in a compressor motor of a home air conditioner, a drive motor or a generator (hereinafter simply referred to as “motor”) of a hybrid electric vehicle (EV), and more specifically, compression. The present invention relates to a motor core that is small in iron loss degradation (small increase in iron loss) even in the presence of stress.

家庭用エアコンのコンプレッサーモータは、一般に最高周波数が200〜400Hz程度での可変速運転が行われており、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kHzのキャリア周波数が重畳されて使用されている。また、最近、急速に普及しているハイブリッド電気自動車の駆動モータや発電機も、高出力化や小型化を図る観点から、数kHz程度の周波数で駆動されている。   Compressor motors for home air conditioners are generally operated at variable speeds with a maximum frequency of about 200 to 400 Hz, and are controlled by PWM (Pulse Width Modulation) type inverter control. The frequency is superimposed and used. Recently, drive motors and generators of hybrid electric vehicles that are rapidly spreading are also driven at a frequency of about several kHz from the viewpoint of achieving high output and miniaturization.

上記のようなモータのステータ(固定子)やロータ(回転子)等のコアに用いられる素材(コア材)には、エネルギー効率を向上する観点から、鉄損が低いことが求められる。そこで、上記モータコア材には、使用される高周波域における鉄損を低減するため、一般に、SiとAlを合計で3〜4mass%程度添加したハイグレードの無方向性電磁鋼板が使用されている。   A material (core material) used for a core such as a stator (stator) or a rotor (rotor) of the motor as described above is required to have low iron loss from the viewpoint of improving energy efficiency. Therefore, in order to reduce the iron loss in the high frequency region to be used, a high-grade non-oriented electrical steel sheet to which Si and Al are added in total of about 3 to 4 mass% is used for the motor core material.

ところで、エアコンのコンプレッサーモータやハイブリッド電気自動車のモータでは、ステータをハウジング(モータケース)に固定する方法として、焼き嵌め法や圧入法が採用されており、これに起因して、ステータの円周方向には数10〜100MPa程度の圧縮応力が発生する。また、ハイブリッド電気自動車の駆動モータには、一般に樹脂モールドが施されるため、やはりモータコアには圧縮応力が加わることとなる。このような圧縮応力の存在下では、コアを構成する電磁鋼板の磁気特性が大きく劣化する(鉄損が増加する)ことが知られている。   By the way, in a compressor motor of an air conditioner or a motor of a hybrid electric vehicle, a shrink fitting method or a press-fitting method is adopted as a method for fixing the stator to the housing (motor case). A compressive stress of about several tens to 100 MPa is generated. Moreover, since the resin motor is generally applied to the drive motor of the hybrid electric vehicle, a compression stress is also applied to the motor core. In the presence of such compressive stress, it is known that the magnetic properties of the electrical steel sheet constituting the core are greatly deteriorated (iron loss increases).

そのため、圧縮応力による鉄損劣化が小さい電磁鋼板の開発が望まれており、斯かる材料としては、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。 Therefore, it is desired to develop an electromagnetic steel sheet with small iron loss degradation due to compressive stress. As such a material, for example, Si: 2.6 to 4 mass% is added to Patent Document 1 and the specific resistance is 50. A non-oriented electrical steel sheet having a grain size of ˜75 × 10 −8 Ωm and an average crystal grain size of more than 60 μm and 165 μm or less is disclosed.

特許第4023183号公報Japanese Patent No. 4023183

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 Patent Document 1 has only a specific resistance and a crystal grain size equivalent to those of a currently available high-grade electrical steel sheet. Therefore, even if a motor core is manufactured using this material, the degree of iron loss deterioration due to compressive stress is not significantly different from that of conventional materials. Therefore, development of a technique that can further reduce the stress dependence of iron loss is required.

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 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、ガラス質の絶縁被膜を塗布した電磁鋼板(以降、「ステータコア材」とも称する。)のバックヨーク部にレーザー照射することにより、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, by irradiating the back yoke part of a magnetic steel sheet (hereinafter also referred to as “stator core material”) coated with a glassy insulating film that constitutes the stator, the deterioration of iron loss characteristics due to compressive stress is suppressed. The present invention has been completed by finding out what can be done.

すなわち、本発明は、ガラス質の絶縁被膜を塗布した電磁鋼板を積層し、周方向に10MPa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0.3〜5mmの間隔でレーザー照射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 provides a motor core in which electromagnetic steel sheets coated with a vitreous insulating coating are laminated and a compressive stress of 10 MPa or more is applied in the circumferential direction. It is a motor core characterized by being irradiated with laser at intervals of ˜5 mm.

本発明のモータコアにおける上記電磁鋼板は、Si:4mass%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。   The magnetic steel sheet in the motor core of the present invention has Si: 4 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 0.010 mass% or less, and the balance is a component composition of Fe and inevitable impurities.

また、本発明のモータコアにおける上記電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、SnおよびSbから選ばれる1種または2種を合計で0.20mass%以下含有することを特徴とする。   In addition to the above component composition, the electromagnetic steel sheet in the motor core of the present invention further contains one or two selected from Sn and Sb in a total amount of 0.20 mass% or less.

本発明によれば、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、本発明のモータコアは、焼き嵌めや圧入あるいは樹脂モールド等によって圧縮応力が付与された状態で使用されるエアコンのコンプレッサ用モータや、ハイブリッド自動車(HV)や電気自動車(EV)の駆動モータや発電機、燃料電池自動車(FCEV)の駆動モータ、高速発電機の高周波回転機等に好適に用いることができる。   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 compressive stress. Accordingly, the motor core of the present invention is a compressor motor for an air conditioner used in a state where compressive stress is applied by shrink fitting, press fitting, resin molding, or the like, a drive motor for a hybrid vehicle (HV) or an electric vehicle (EV), It can be suitably used for a generator, a drive motor of a fuel cell vehicle (FCEV), a high-frequency rotating machine of a high-speed generator, and the like.

本発明のモータコアを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the motor core of this invention. ステータコアの高周波鉄損を測定する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method to measure the high frequency iron loss of a stator core. 圧縮応力がモータコアの鉄損に及ぼす影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which the compressive stress has on the iron loss of a motor core. 本発明のモータコアの他の例を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the other example of the motor core of this invention.

先ず、本発明の基本的な技術思想について説明する。
家電用エアコンのコンプレッサ用モータやハイブリッド電気自動車用等の駆動モータでは、コアをモータケースに固定する手段として、一般に焼き嵌め法や圧入法が採用されている。この焼き嵌め法や圧入法によってモータコアの周方向に付与される圧縮応力は、20〜150MPa程度であると言われている。この圧縮応力は、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.
In drive motors such as compressor motors for home appliance air conditioners and hybrid electric vehicles, shrink fitting or press-fitting methods are generally employed as means for fixing the core to the motor case. It is said that the compressive stress applied in the circumferential direction of the motor core by this shrink-fitting method or press-fitting method is about 20 to 150 MPa. This 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、エアコンのコンプレッサ用モータやハイブリッド自動車等のモータは、基本周波数が高周波であることに加えて、インバータ制御するために数kHz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, motors such as compressor motors for air conditioners and hybrid vehicles are driven with harmonics of several kHz superimposed on them in order to control the inverter in addition to the high fundamental frequency. . 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, the cause of the increase in eddy current loss in the presence of compressive stress was investigated. 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 eddy current for that flow flows in the steel plate surface. As a result, eddy current loss increased.

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、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レーザー照射してやれば、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。ところが、発明者らの調査の結果、無方向性電磁鋼板の絶縁被膜として通常使われている有機樹脂−無機混合被膜や、有機樹脂被膜あるいは無機(りん酸塩)被膜が被成された電磁鋼板では、レーザー照射された部分の被膜が消失し、これを積層してコアとした場合には、被膜が焼失した個所で短絡を起こして鉄損特性が低下してしまうこと、これに対して、ガラス質の絶縁被膜を被成した電磁鋼板では、レーザー照射されても被膜が消失することなく残存するため、レーザー照射の効果を得ることができることを見出した。以下、上記知見を見出す根拠となった実験について説明する。   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 back yoke part of the laminated electromagnetic steel plates (stator core material) constituting the stator is irradiated with laser, the path of the eddy current flowing in the steel plate surface can be reduced, and consequently the iron loss due to the eddy current can be reduced. We thought that the increase in the amount could be effectively suppressed. However, as a result of investigations by the inventors, an electromagnetic steel sheet coated with an organic resin-inorganic mixed film, an organic resin film, or an inorganic (phosphate) film, which is usually used as an insulating film for non-oriented electrical steel sheets. Then, the film of the part irradiated with the laser disappears, and when this is laminated and made into a core, a short circuit occurs at the place where the film is burnt down, and the iron loss characteristic is lowered. It has been found that an electromagnetic steel sheet coated with a glassy insulating film can obtain the effect of laser irradiation because the film remains without being lost even when irradiated with laser. Hereinafter, the experiment that became the basis for finding the above knowledge will be described.

Si:3.5mass%、Al:0.5mass%、Mn:0.3mass%、S:0.003mass%、N:0.0010mass%、Sb:0.03mass%、O:0.0012mass%の成分組成からなる板厚:0.30mmの鋼板表面に、絶縁被膜として有機樹脂−無機混合被膜(重クロム酸アルミニウム−アクリル樹脂エマルジョン−エチレングリコール)とガラス質の絶縁被膜(SiO-B−ZnO系)を被成した2種類の無方向性電磁鋼板を用いて、外径:100mmφ、バックヨーク幅:16mm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、周方向に、同心円状に1mm間隔でレーザー照射した。なお、レーザービーム照射は、波長が1.06μmのYAGレーザーを、ビーム径0.2mmとして鋼板表面に照射した。 Components of Si: 3.5 mass%, Al: 0.5 mass%, Mn: 0.3 mass%, S: 0.003 mass%, N: 0.0010 mass%, Sb: 0.03 mass%, O: 0.0012 mass% Thickness of composition: on a steel plate surface of 0.30 mm, an organic resin-inorganic mixed coating (aluminum dichromate-acrylic resin emulsion-ethylene glycol) and a glassy insulating coating (SiO 2 -B 2 O 3 ) as an insulating coating -ZnO-based) two types of non-oriented electrical steel sheets, a 12-slot stator core material was punched with an outer diameter of 100 mmφ and a back yoke width of 16 mm, and then the stator core material back As shown in FIG. 1, the yoke was irradiated with laser at 1 mm intervals in a concentric manner in the circumferential direction. In the laser beam irradiation, a steel sheet surface was irradiated with a YAG laser having a wavelength of 1.06 μm with a beam diameter of 0.2 mm.

次いで、上記ステータコア材を積み厚30mm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ステンレス製リングに、焼き嵌め代を0〜100μmの範囲で変化させて焼き嵌めて固定した。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 30 mm to produce a stator core, and the shrink-fitting allowance was changed in a range of 0 to 100 μm and fixed to a non-magnetic stainless steel ring imitating a motor case. 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、上記ステンレス製リングに固定したステータコアに、図2のように、ステンレス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(W10/1k)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。 Next, an excitation coil and a pickup coil are wound around the back yoke portion including the stainless steel ring on the stator core fixed to the stainless steel ring, as shown in FIG. 10 / 1k ) 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.

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、レーザー照射により鉄損は増加すること、レーザー照射をしないモータコアでは、圧縮応力が大きくなるのにともなって鉄損は急激に上昇するが、レーザー照射したモータコアでは、圧縮応力による鉄損の上昇が小さいこと、また、絶縁被膜が有機樹脂−無機混合被膜とガラス質の絶縁被膜では、後者の方が鉄損の上昇量が小さいこと、その結果、焼き嵌めによる圧縮応力が10MPa以上発生しているモーコアでは、バックヨーク部にレーザー照射することによって、照射しない場合よりも圧縮応力による鉄損の増大を抑制できていることがわかる。   From FIG. 3, in the motor core with 0 PMa compressive stress without shrink fitting, the iron loss increases due to laser irradiation, and in the motor core without laser irradiation, the iron loss increases rapidly as the compressive stress increases. However, in the laser-irradiated motor core, the increase in iron loss due to compressive stress is small, and when the insulating coating is an organic resin-inorganic mixed coating and a glassy insulating coating, the latter has a smaller increase in iron loss. As a result, it can be seen that in the mocore in which compressive stress due to shrink fitting is generated at 10 MPa or more, by increasing the iron loss due to the compressive stress by irradiating the back yoke part with laser as compared with the case where it is not irradiated.

そこで、レーザー照射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、ヒステリシス損はレーザー照射により若干増加するが、渦電流損は、レーザー照射によって大きく低下していることが明らかとなった。レーザー照射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、レーザー照射による熱歪により鋼板に引張応力が付与され、その結果、焼き嵌めによる圧縮応力の影響が緩和されたものと考えられる。   Therefore, in order to investigate the cause of the decrease in iron loss due to laser irradiation, when the core loss separation of the shrink-fit core was performed, the hysteresis loss increased slightly by laser irradiation, but the eddy current loss decreased greatly by laser irradiation. It became clear that The cause of the decrease in eddy current loss due to laser irradiation has not yet been clarified, but the tensile stress was applied to the steel sheet due to thermal strain due to laser irradiation, and as a result, the effect of compressive stress due to shrink fitting was alleviated. Conceivable.

また、有機樹脂−無機混合被膜の絶縁被膜を塗布した鋼板を用いたモータコアでレーザー照射の効果が十分でない理由は、レーザー照射により絶縁被膜が破壊されて消失したことによって鋼板間で短絡が生じて、レーザー照射による渦電流損の低減効果が相殺されたためであると考えられる。   Moreover, the reason why the laser irradiation effect is not sufficient in the motor core using the steel sheet coated with the insulating coating of the organic resin-inorganic mixed coating is that the short-circuit occurs between the steel plates because the insulating coating is destroyed and disappears by the laser irradiation. This is thought to be because the effect of reducing eddy current loss due to laser irradiation was offset.

なお、ガラス質の張力付加性絶縁被膜が、方向性電磁鋼板の磁気特性の向上に有効であることはよく知られていることである。また、りん酸−コロイダルシリカ系のガラス質の張力付加性絶縁被膜を無方向性電磁鋼板に適用することも知られている(例えば、特開平06−188115号公報)。しかし、本発明におけるガラス質の絶縁被膜は、上記絶縁被膜のように張力付加性絶縁被膜である必要はなく、ガラス質でありさえすればよい。すなわち、本発明の特徴は、無方向性電磁鋼板の絶縁被膜として通常用いられている有機樹脂−無機混合被膜では、レーザー照射によって、鋼板間に短絡が生じてレーザー照射による鉄損低減効果が相殺されてしまうが、ガラス質の絶縁被膜を用いることによってレーザー照射による絶縁被膜の破壊を防止し、鉄損低減効果を享受しようとするところにある。これは、ガラス質の絶縁被膜は、レーザーを透過しやすいので、エネルギーを効果的に鋼板に付与することができるという知見に基づくものである。   It is well known that a vitreous tension-added insulating coating is effective in improving the magnetic properties of a grain-oriented electrical steel sheet. It is also known to apply a phosphate-colloidal silica-based vitreous tension-added insulating coating to a non-oriented electrical steel sheet (for example, JP-A-06-188115). However, the vitreous insulating film in the present invention does not need to be a tension-adding insulating film like the above-described insulating film, and it is only required to be vitreous. That is, the feature of the present invention is that, in the organic resin-inorganic mixed coating normally used as the insulating coating of the non-oriented electrical steel sheet, a short circuit occurs between the steel sheets by the laser irradiation, and the iron loss reduction effect by the laser irradiation is offset. However, the use of a vitreous insulating coating prevents the insulating coating from being destroyed by laser irradiation and is intended to enjoy the effect of reducing iron loss. This is based on the knowledge that the vitreous insulating coating easily transmits laser, so that energy can be effectively applied to the steel sheet.

また、焼き嵌めしないコアで、レーザー照射により鉄損が増加した理由は、レーザー照射による熱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レーザー照射することは、却って鉄損の上昇を招くことになるので、本発明では、レーザー照射は、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。   Moreover, it is thought that the reason why the core loss increased by laser irradiation in the core not shrink-fitted was that the hysteresis loss increased due to thermal strain due to laser irradiation. Therefore, irradiating the teeth portion where no shrink fitting stress occurs with a laser leads to an increase in iron loss. Therefore, in the present invention, laser irradiation is performed only on the core back portion to which compressive stress is applied. I decided to do it.

なお、レーザー照射する方向は、バックヨーク部の周方向、径方向のいずれでもよく、また、図4のように、不連続に照射してもよい。   The laser irradiation direction may be either the circumferential direction or the radial direction of the back yoke part, or may be discontinuously irradiated as shown in FIG.

また、レーザー照射に用いるレーザービームは、波長が1〜2μmのYAGレーザー、VOレーザー、ディスクレーザー、ファイバーレーザーおよびこれらの第2、第3高調波レーザー、波長が10.6μmのCOレーザー等を用いることができる。また、レーザーの出力形態には、連続発振とパルス発振がある。さらに、パルス発振には、ノーマルパルス発振とQスイッチパルス発振があるが、校舎のQスイッチパルス発振は、瞬間的に高い出力で照射されるため、絶縁被膜へのダメージが大きくなるおそれがある。したがって、連続発振あるいはノーマルパルス発振レーザーが好ましい。また、照射する際のビーム径は、0.02〜1mmの範囲とするのが好ましい。0.02mm未満では、エネルギー密度が高すぎて、鋼板が部分溶融を起こすおそれがあり、一方、1mm超えでは、歪領域が広いため、鋼板の変形が大きくなるおそれがあるからである。 The laser beam used for the laser irradiation is a YAG laser having a wavelength of 1 to 2 μm, a VO 4 laser, a disk laser, a fiber laser, and these second and third harmonic lasers, a CO 2 laser having a wavelength of 10.6 μm, and the like. Can be used. Laser output forms include continuous oscillation and pulse oscillation. Furthermore, pulse oscillation includes normal pulse oscillation and Q-switch pulse oscillation. However, since the Q-switch pulse oscillation in the school building is irradiated with a high output instantaneously, there is a possibility that damage to the insulating film is increased. Therefore, a continuous wave or normal pulsed laser is preferable. Moreover, it is preferable to make the beam diameter at the time of irradiation into the range of 0.02-1 mm. If the thickness is less than 0.02 mm, the energy density is too high, and the steel sheet may partially melt. On the other hand, if it exceeds 1 mm, the strain region is wide, so that the deformation of the steel sheet may increase.

また、レーザー照射は、図1や図4のように線状、あるいは、破線状に、間隔をおいて行うのがよく、その場合の線間隔は、0.3〜5mm程度とするのが好ましい。0.3mm未満では、レーザー照射による熱歪によって鋼板に大きな歪が導入され、鉄損が上昇したり、コア材が変形したりする。一方、5mmを超えると、レーザー照射による鉄損低減効果が充分に得られなくなるためである。なお、径方向に照射する場合、内径側、外径側のいずれも0.3〜5mmの間隔とするのが好ましい。   Laser irradiation is preferably performed in a linear or broken line manner as shown in FIGS. 1 and 4, with the line interval being preferably about 0.3 to 5 mm. . If it is less than 0.3 mm, a large strain is introduced into the steel sheet due to thermal strain caused by laser irradiation, and iron loss increases or the core material is deformed. On the other hand, if it exceeds 5 mm, the effect of reducing iron loss by laser irradiation cannot be obtained sufficiently. In addition, when irradiating to radial direction, it is preferable to set it as the space | interval of 0.3-5 mm on both an inner diameter side and an outer diameter side.

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10MPa以上に制限する理由は、10MPa未満ではモータコアを充分に固定することができないことのほか、図3に示したように、レーザー照射による鉄損低減効果が得られないからである。   In addition, in the present invention, the reason why the value of the compressive stress generated in the motor core is limited to 10 MPa or more is that the motor core cannot be sufficiently fixed at less than 10 MPa, and as shown in FIG. This is because the iron loss reduction effect cannot be obtained.

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:4mass%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、4mass%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4mass%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: 4 mass% or less Si is an element effective for increasing the specific resistance of steel. However, when it exceeds 4 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 4 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、上記成分のほか、SnおよびSbを下記の範囲で含有してもよい。
SnおよびSbのうちから選ばれる1種または2種:合計で0.20mass%以下
SnおよびSbは、集合組織を改善して磁気特性を向上させるだけでなく、鋼板表層の酸窒化やそれに伴う表層微細粒の生成を抑制することによって、磁気特性の劣化を防止する作用を有する元素である。ただし、上記元素の合計含有量が0.20mass%を超えると、結晶粒の成長を阻害し、磁気特性の劣化を招くようになるので、添加する場合は、0.20mass%以下とするのが好ましい。
The electrical steel sheet used for the motor core of the present invention may contain Sn and Sb in the following ranges in addition to the above components.
One or two types selected from Sn and Sb: 0.20 mass% or less in total Sn and Sb not only improve the texture by improving the texture, but also oxynitriding of the steel sheet surface layer and the accompanying surface layer It is an element that has the effect of preventing the deterioration of magnetic properties by suppressing the formation of fine particles. However, if the total content of the above elements exceeds 0.20 mass%, the growth of crystal grains is inhibited and the magnetic properties are deteriorated. Therefore, when added, the content should be 0.20 mass% or less. preferable.

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1120℃×1hrの再加熱後、仕上圧延終了温度を850℃とする熱間圧延で板厚2.0mmの熱延板とし、600℃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0.30mmおよび0.20mmの冷延板とし、1000℃×10secの仕上焼鈍を施した後、表1に示した絶縁被膜を被成して、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 1120 ° C. × 1 hr, and hot rolled to a finish rolling finish temperature of 850 ° C. to obtain a hot rolled sheet having a thickness of 2.0 mm. After hot-rolling sheet annealing at 1000 ° C. × 30 sec, pickling, cold rolling to form cold-rolled sheets with thicknesses of 0.30 mm and 0.20 mm, and finishing annealing at 1000 ° C. × 10 sec A non-oriented electrical steel sheet was manufactured by applying the insulating coating shown in Table 1.

Figure 0005561094
Figure 0005561094

上記電磁鋼板について、以下の評価を行った。
<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:100mmφ、バックヨーク幅:16mmのステータコア材に打抜加工した後、波長が1.06μmの連続発振YAGレーザーを用いて、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レーザーを照射した。
次いで、レーザー照射したコア材を積み厚:30mm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100mmφの非磁性ステンレスリングに、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、ステンレス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1kHz、最大磁束密度1Tにおけるモータコア円周方向の鉄損W10/1kを測定した。
The following evaluation was performed on the electromagnetic steel sheet.
<Measurement of magnetic flux density B 50 >
From the magnetic steel sheet, an Epstein specimen 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>
After punching the non-oriented electrical steel sheet into a stator core material having the same 12 slots as in FIG. 1 and having an outer diameter of 100 mmφ and a back yoke width of 16 mm, a continuous wave YAG laser having a wavelength of 1.06 μm is used. A laser was irradiated to the back yoke portion of the stator core material under various conditions shown in Table 1.
Next, the laser-irradiated core material is laminated at a stacking thickness of 30 mm to produce a stator core, and this stator core is shrink-fit into a nonmagnetic stainless steel ring having an inner diameter of about 100 mmφ with a shrinkage allowance of 0 to 100 μm. Then, 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 excitation coil and a pickup coil including the stainless steel 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 1 kHz and a maximum magnetic flux density of 1T. 1k 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レーザー照射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 irradiated with laser under the conditions suitable for the present invention can suppress the deterioration of the iron loss property under the compressive stress.

本発明のモータコア技術は、ハイブリッド電気自動車の駆動モータや発電機、エアコンのコンプレッサ用モータ、工作機械の主軸モータ等、焼き嵌めして固定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 can be applied to high-speed motors that are fixed by shrinkage fitting, such as drive motors and generators for hybrid electric vehicles, compressor motors for air conditioners, and spindle motors for machine tools.

1:ステータコア
2:レーザー照射位置
3:ロータ
4:永久磁石
5:ステンレス製リング(非磁性)
6:巻き線
1: Stator core 2: Laser irradiation position 3: Rotor 4: Permanent magnet 5: Stainless steel ring (non-magnetic)
6: Winding

Claims (3)

ガラス質の絶縁被膜を塗布した電磁鋼板を積層し、周方向に10MPa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0.3〜5mmの間隔でレーザー照射されてなることを特徴とするモータコア。 In a motor core in which electromagnetic steel sheets coated with a glassy insulating coating are laminated and a compressive stress of 10 MPa or more is applied in the circumferential direction, a laser is provided at intervals of 0.3 to 5 mm on the back yoke portion of the electromagnetic steel sheet constituting the motor core. A motor core characterized by being irradiated. 上記電磁鋼板は、Si:4mass%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請求項1に記載のモータコア。 The magnetic steel sheet has Si: 4 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, The motor core according to claim 1, wherein the balance has a composition composed of Fe and inevitable impurities. 上記電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、SnおよびSbから選ばれる1種または2種を合計で0.20mass%以下含有することを特徴とする請求項1または2に記載のモータコア。 3. The motor core according to claim 1, wherein the electromagnetic steel sheet further contains one or two selected from Sn and Sb in a total of 0.20 mass% or less in addition to the component composition.
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