JP5613134B2 - Rotor core for permanent magnet motor - Google Patents

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Description

本発明は、永久磁石モータに用いられるロータ鉄心、およびこのロータ鉄心を備えたロータに関するものである。   The present invention relates to a rotor iron core used in a permanent magnet motor and a rotor provided with the rotor iron core.

永久磁石モータとしては、SPM(Surface Permanent Magnet)モータが知られている。図1は、SPMモータの構造の一例を模式的に示した部分拡大図であり、SPMモータ1は、ロータ鉄心2(2aはロータ鉄心の端面、2bはロータ鉄心の側面)の表面に永久磁石3を固定したロータ4と、ステータ鉄心5にコイル6を巻きつけたステータ7で構成されている。ロータ鉄心2としては、図1に示すように、内部にシャフト8を挿入したものを用いる場合や、シャフト8を挿入せず、柱状(中実)のステータ鉄心を用いる場合がある(図示せず)。SPMモータは、構造がシンプルで、小型化(軽量化)やモータ特性(高トルク)に優れているため、産業用モータや自動車用モータとして広く普及している。   An SPM (Surface Permanent Magnet) motor is known as a permanent magnet motor. FIG. 1 is a partially enlarged view schematically showing an example of the structure of an SPM motor. The SPM motor 1 has a permanent magnet on the surface of a rotor core 2 (2a is an end surface of the rotor core, 2b is a side surface of the rotor core). 3 and a stator 7 in which a coil 6 is wound around a stator iron core 5. As shown in FIG. 1, the rotor core 2 may have a shaft 8 inserted therein, or may not use the shaft 8 and may use a columnar (solid) stator core (not shown). ). SPM motors have a simple structure, and are widely used as industrial motors and automobile motors because they are excellent in miniaturization (weight reduction) and motor characteristics (high torque).

上記ステータ鉄心は、通常、電磁鋼板の積層体を打ち抜いて作製され、ステータ鉄心を打ち抜いた後の残材を切削加工してロータ鉄心が作製されていた。ステータ鉄心の素材としては、モータ特性を向上させるために、交流磁界中で鉄損が少ないことが要求され、電磁鋼板は、交流磁界での鉄損低減に主眼を置いて開発されている。例えば、電磁鋼板を高電気抵抗化するために、SiやAlを多く含有させると共に、鋼板表面に絶縁層を形成することが行われていた。   The stator iron core is usually produced by punching a laminate of electromagnetic steel sheets, and the rotor iron core is produced by cutting the remaining material after the stator iron core is punched. In order to improve motor characteristics, the stator core material is required to have low iron loss in an alternating magnetic field, and electromagnetic steel sheets have been developed with a focus on reducing iron loss in an alternating magnetic field. For example, in order to increase the electrical resistance of an electromagnetic steel sheet, a large amount of Si or Al is contained, and an insulating layer is formed on the steel sheet surface.

一方、ロータ鉄心の担う磁束は直流成分が大半であるため、直流磁界において高磁束密度であることが望まれる。しかし、SiやAlを積極添加すると、電磁鋼板に含まれるフェライト相率が低くなり、直流磁界中で高磁束密度を得ることが困難であった。従ってSiやAlを積極的に添加した電磁鋼板から切り出したロータ鉄心を用いると、SPMモータの性能を最大限に発揮させるのには限界があった。   On the other hand, since the magnetic flux carried by the rotor core is mostly DC component, it is desired that the magnetic flux density is high in the DC magnetic field. However, when Si or Al is positively added, the ferrite phase ratio contained in the magnetic steel sheet is lowered, and it is difficult to obtain a high magnetic flux density in a DC magnetic field. Therefore, when a rotor core cut out from an electromagnetic steel sheet to which Si or Al is positively added is used, there is a limit in maximizing the performance of the SPM motor.

近年では、ステータの巻線密度を高めるため、ステータ鉄心を分割成形することが検討されている。そのためステータ鉄心を打ち抜いた後の残材を利用してロータ鉄心を製造する必要はなく、ステータ鉄心とロータ鉄心の夫々について、適した素材を選定することが検討されている。   In recent years, in order to increase the winding density of the stator, it has been studied to separately form the stator core. Therefore, it is not necessary to manufacture the rotor core using the remaining material after the stator core is punched out, and it has been considered to select suitable materials for the stator core and the rotor core.

直流磁界における磁束密度を高めるには、純鉄系の軟磁性材料を用いればよいことが知られている。軟磁性材料を鍛造加工でロータ鉄心の形状に成形することによって、製造コストの低減とモータ特性の向上が期待できる。   It is known that a pure iron-based soft magnetic material may be used to increase the magnetic flux density in a DC magnetic field. By forming the soft magnetic material into the shape of the rotor core by forging, it can be expected to reduce the manufacturing cost and improve the motor characteristics.

磁性素材からなるロータコアの外側面に、永久磁石が複数個、接着剤により貼付固定された永久磁石型ロータが特許文献1に提案されている。この文献には、ロータコアや永久磁石の表面にAl被膜を形成することによって、ロータコアと永久磁石との接着強度を高める技術が開示されている。   Patent Document 1 proposes a permanent magnet rotor in which a plurality of permanent magnets are bonded and fixed to an outer surface of a rotor core made of a magnetic material with an adhesive. This document discloses a technique for increasing the adhesive strength between the rotor core and the permanent magnet by forming an Al film on the surface of the rotor core or the permanent magnet.

特許文献2には、電気抵抗が高く、優れた高速応答性を有し、且つ量産可能にして製品コストの低減化を図り得る交流用の電磁弁用磁気回路部材が開示されている。この文献には、磁気回路部材の母材として電磁軟鉄あるいは低炭素鋼を用いることで切削加工性および冷間鍛造性を改善できること、磁気回路部材中にAlを含有させることにより電気抵抗が高くなり、渦電流損を低減できることが記載されている。磁気回路部材中にAlを含有させる方法としては、Al粉末とAl23粉末の混合粉にNH4Clを加えたものの中に電磁軟鉄製の磁気回路部材を埋め込み、水素気流中で900℃、3時間の加熱処理を施す方法を採用している。 Patent Document 2 discloses a magnetic circuit member for an alternating current electromagnetic valve that has high electrical resistance, has excellent high-speed response, can be mass-produced, and can reduce product cost. In this document, it is possible to improve the machinability and cold forgeability by using electromagnetic soft iron or low carbon steel as the base material of the magnetic circuit member, and the electrical resistance is increased by containing Al in the magnetic circuit member. It is described that eddy current loss can be reduced. As a method for incorporating Al in the magnetic circuit member, a magnetic circuit member made of electromagnetic soft iron is embedded in a mixture of Al powder and Al 2 O 3 powder and NH 4 Cl added, and 900 ° C. in a hydrogen stream. A method of performing a heat treatment for 3 hours is adopted.

特開2003−224944号公報JP 2003-224944 A 特開昭63−318380号公報JP-A-63-3318380

本発明者らが検討したところ、上記特許文献1に提案されているように、ロータ鉄心と永久磁石との間(即ち、ロータ鉄心の側面)にAl被膜を形成すると、ロータ鉄心の磁気抵抗を増加すること、およびこのロータ鉄心を備えた永久磁石モータは、モータ特性が低下することが判明した。   As a result of studies by the present inventors, as proposed in Patent Document 1, when an Al coating is formed between the rotor iron core and the permanent magnet (that is, the side surface of the rotor iron core), the magnetoresistance of the rotor iron core is reduced. It has been found that the motor characteristics of the permanent magnet motor provided with the increase and the rotor iron core are deteriorated.

また、上記特許文献2に提案されているように、粉末塗布法により磁気回路部材中にAlを拡散させると、部材表面のAl濃度にバラツキが生じること、またAl濃度が著しく高い層(例えば、Alを20質量%以上含有する層)が形成されると、その部分が非磁性相となり、モータ特性が劣化することが判明した。   Further, as proposed in Patent Document 2, when Al is diffused in a magnetic circuit member by a powder coating method, the Al concentration on the surface of the member varies, and a layer having a significantly high Al concentration (for example, It was found that when a layer containing 20% by mass or more of Al) is formed, the portion becomes a nonmagnetic phase and the motor characteristics deteriorate.

ところで、モータ特性は、ロータ鉄心の鉄損量に大きく影響を受けること、ロータ鉄心の鉄損は、ステータ鉄心からの漏れ磁束(交流磁界)によってロータ鉄心の端部に発生することが分かった。そのためロータ鉄心の鉄損を低減するには、ロータ鉄心をステータ鉄心よりも長くすることが考えられるが、モータを小型化できないという問題がある。   By the way, it has been found that the motor characteristics are greatly influenced by the amount of iron loss of the rotor core, and that the iron loss of the rotor core is generated at the end of the rotor core due to leakage magnetic flux (AC magnetic field) from the stator core. Therefore, in order to reduce the iron loss of the rotor core, it is conceivable to make the rotor core longer than the stator core, but there is a problem that the motor cannot be reduced in size.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、電磁鋼板を用いて作製したロータ鉄心を備えた永久磁石モータと同等以上のモータ特性を有するモータを製造できる永久磁石モータ用ロータ鉄心を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記ロータ鉄心を備えた永久磁石モータ用ロータを提供することにある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and a rotor core for a permanent magnet motor that can manufacture a motor having motor characteristics equal to or higher than that of a permanent magnet motor provided with a rotor core manufactured using an electromagnetic steel sheet. Is to provide. Another object of the present invention is to provide a rotor for a permanent magnet motor provided with the rotor core.

上記課題を解決することのできた本発明に係る永久磁石モータ用ロータ鉄心とは、母相の化学成分組成が、C:0.002〜0.02%(質量%の意味。以下同じ。)、Si:3%以下(0%を含まない)、Mn:0.1〜0.5%、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.03%以下(0%を含まない)、Cu:0.1%以下(0%を含まない)、Ni:0.1%以下(0%を含まない)、Cr:1.6%以下(0%を含まない)、Al:0.002〜0.04%、N:0.005%以下(0%を含まない)、残部:鉄および不可避不純物で、柱状または筒状の永久磁石モータ用ロータ鉄心である。   The rotor core for a permanent magnet motor according to the present invention that has solved the above problems has a chemical composition of the parent phase of C: 0.002 to 0.02% (meaning mass%; the same applies hereinafter). Si: 3% or less (excluding 0%), Mn: 0.1 to 0.5%, P: 0.03% or less (excluding 0%), S: 0.03% or less (0% Cu: 0.1% or less (not including 0%), Ni: 0.1% or less (not including 0%), Cr: 1.6% or less (not including 0%), Al : 0.002 to 0.04%, N: 0.005% or less (excluding 0%), balance: iron and inevitable impurities, which is a rotor core for a columnar or cylindrical permanent magnet motor.

そして本発明の永久磁石用ロータ鉄心は、
(a)端部の最表面側から中心部に向かってAl量が減少するAl拡散層が形成されており、且つ端面におけるAl濃度を複数箇所測定したときに、最大値(Almax)と最小値(Almin)の比(Almax/Almin)が1.0〜1.5であるか、または、
(b)端部の最表面側から中心部に向かってSn量が減少するSn拡散層が形成されており、且つ端面におけるSn濃度を複数箇所測定したときに、最大値(Snmax)と最小値(Snmin)の比(Snmax/Snmin)が1.0〜1.5である点に要旨を有している。
And the rotor core for permanent magnets of the present invention is
(A) When an Al diffusion layer in which the Al amount decreases from the outermost surface side of the end portion toward the center portion and when the Al concentration on the end surface is measured at a plurality of locations, the maximum value (Al max ) and the minimum The value (Al min ) ratio (Al max / Al min ) is 1.0 to 1.5, or
(B) The Sn diffusion layer in which the Sn amount decreases from the outermost surface side of the end portion toward the center portion, and the maximum value (Sn max ) and the minimum when the Sn concentration on the end surface is measured at a plurality of locations. value ratio (Sn min) (Sn max / Sn min) has a gist in that 1.0 to 1.5.

前記Al拡散層のうち、Alを1質量%以上含有する最適Al拡散層の厚みは40μm以上であることが好ましい。前記端面におけるAl濃度は18質量%以下(0質量%を含まない)であることが好ましい。   Of the Al diffusion layers, the thickness of the optimum Al diffusion layer containing 1% by mass or more of Al is preferably 40 μm or more. The Al concentration in the end face is preferably 18% by mass or less (excluding 0% by mass).

前記Sn拡散層のうち、Snを1質量%以上含有する最適Sn拡散層の厚みは40μm以上であることが好ましい。前記端面におけるSn濃度は18質量%以下(0質量%を含まない)であることが好ましい。   Of the Sn diffusion layers, the thickness of the optimum Sn diffusion layer containing 1% by mass or more of Sn is preferably 40 μm or more. The Sn concentration in the end face is preferably 18% by mass or less (not including 0% by mass).

前記母相の金属組織に占めるフェライト分率は99面積%以上であり、フェライト結晶粒の粒度番号が5.5以下であることが推奨される。   It is recommended that the ferrite fraction in the matrix metal structure is 99 area% or more and the ferrite grain size number is 5.5 or less.

前記母相は、更に、他の元素として、B:0.006%以下(0%を含まない)を含有していてもよい。   The parent phase may further contain B: 0.006% or less (excluding 0%) as another element.

本発明には、上記永久磁石モータ用ロータ鉄心の外側面に永久磁石が固定されている永久磁石モータ用ロータ、およびこのロータを備えた永久磁石モータも包含される。   The present invention also includes a permanent magnet motor rotor in which a permanent magnet is fixed to the outer surface of the permanent magnet motor rotor core, and a permanent magnet motor including the rotor.

本発明によれば、ロータ鉄心の端部にAl拡散層またはSn拡散層を形成しているため、このAl拡散層またはSn拡散層が端部の電気抵抗を高め、渦電流損を低減できる。その結果、ロータ鉄心の磁気特性が改善されるため、このロータ鉄心を備えた永久磁石モータはモータ特性が良好なものとなる。   According to the present invention, since the Al diffusion layer or the Sn diffusion layer is formed at the end portion of the rotor core, the Al diffusion layer or the Sn diffusion layer can increase the electric resistance of the end portion and reduce the eddy current loss. As a result, since the magnetic characteristics of the rotor core are improved, the permanent magnet motor having the rotor core has good motor characteristics.

図1は、SPMモータの構造の一例を模式的に示した部分拡大図である。FIG. 1 is a partially enlarged view schematically showing an example of the structure of an SPM motor. 図2は、実施例で用いたロータ鉄心とシャフトを組合せた試験片の形状を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the shape of a test piece in which the rotor core and the shaft used in the examples are combined. 図3は、評価用モータに付与したトルクとモータ効率の関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between torque applied to the evaluation motor and motor efficiency. 図4は、評価用モータの回転数とモータ効率の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the rotation speed of the evaluation motor and the motor efficiency.

本発明者らは、永久磁石モータのモータ特性と、永久磁石モータに備えられているロータ鉄心との関係について検討を重ねてきた。その結果、
(1)ステータからの漏れ磁束によりロータ鉄心の端部に渦電流損が発生し、この渦電流損が、永久磁石モータのモータ特性に悪影響を及ぼしていること、
(2)この渦電流損を低減するには、ロータ鉄心の素材として高磁束密度を有する純鉄系の鋼材を用いると共に、ロータ鉄心の端部における電気抵抗を高めればよいこと、
(3)電気抵抗を高めるには、Al拡散層またはSn拡散層を形成すればよいことを見出し、本発明を完成した。
The present inventors have repeatedly investigated the relationship between the motor characteristics of a permanent magnet motor and the rotor core provided in the permanent magnet motor. as a result,
(1) Leakage magnetic flux from the stator causes eddy current loss at the end of the rotor core, and this eddy current loss has an adverse effect on the motor characteristics of the permanent magnet motor;
(2) In order to reduce this eddy current loss, a pure iron-based steel material having a high magnetic flux density may be used as a material for the rotor core, and the electrical resistance at the end of the rotor core may be increased.
(3) The present invention has been completed by finding that an Al diffusion layer or a Sn diffusion layer may be formed in order to increase the electric resistance.

即ち、本発明のロータ鉄心は、その素材としてC量の少ない高磁束密度材を用い、端部を局所的に高電気抵抗化することによって、ロータ鉄心自体の鉄損を低減でき、しかもステータ鉄心からの漏れ磁束による端部の鉄損を低減できるため、モータ特性を向上させることができる。端部の鉄損低減を抑制するには、Al拡散層またはSn拡散層を形成することが有効であり、例えば、端面にAl皮膜またはSn皮膜を有し、且つロータ鉄心の形状に加工された鋼材に熱処理を施すことによって、端面の表面に形成したAlまたはSnが鋼材内へ均一に拡散して形成される。この方法によれば、AlまたはSnが鋼材の端面から一様に拡散浸透するため、端面の表面に局所的にAlやSnが濃化し過ぎた部分は発生しない。従って端面には非磁性相が形成されず、モータ特性の劣化を防止できることも明らかとなった。   That is, the rotor core of the present invention can reduce the iron loss of the rotor core itself by using a high magnetic flux density material with a small amount of C as the material, and locally increasing the electrical resistance at the end, and further reducing the stator core itself. Since the iron loss at the end due to the magnetic flux leaked from can be reduced, the motor characteristics can be improved. In order to suppress the iron loss reduction at the end, it is effective to form an Al diffusion layer or a Sn diffusion layer. For example, the end surface has an Al coating or a Sn coating and is processed into the shape of a rotor core. By heat-treating the steel material, Al or Sn formed on the surface of the end face is uniformly diffused into the steel material. According to this method, since Al or Sn diffuses and penetrates uniformly from the end face of the steel material, a portion where Al or Sn is excessively concentrated locally does not occur on the surface of the end face. Accordingly, it has been clarified that the non-magnetic phase is not formed on the end face and the deterioration of the motor characteristics can be prevented.

以下、本発明のロータ鉄心について詳細に説明する。   Hereinafter, the rotor core of the present invention will be described in detail.

本発明のロータ鉄心の形状は、柱状(例えば、円柱状)または筒状(例えば、円筒状)であり、端部にAl拡散層またはSn拡散層が形成されている。柱状には、軸方向に直径の異なるリングを重ねたような段差が設けられた略柱状(例えば、略円柱状)を含む意味であり、筒状とは、軸方向に直径の異なるリングを重ねたような段差が設けられた略筒状(例えば、略円筒状)を含む意味である。端面とは、ロータ鉄心のうち軸方向に対して垂直な面を意味している。端部とは、端面を含む近傍を意味し、例えば、端面から深さ500μm位置程度までの領域を指す。   The rotor core of the present invention has a columnar shape (for example, a columnar shape) or a cylindrical shape (for example, a cylindrical shape), and an Al diffusion layer or an Sn diffusion layer is formed at the end. The columnar shape includes a substantially columnar shape (for example, a substantially columnar shape) provided with a stepped portion in which rings having different diameters are stacked in the axial direction, and the cylindrical shape is a stack of rings having different diameters in the axial direction. This means that it includes a substantially cylindrical shape (for example, a substantially cylindrical shape) provided with a level difference. The end surface means a surface perpendicular to the axial direction of the rotor core. The end means the vicinity including the end face, and refers to, for example, a region from the end face to a depth of about 500 μm.

《Al拡散層について》
上記Al拡散層とは、母相に含まれるAl量よりも多く、且つ端部の最表面側から中心部に向かってAl量が減少している領域を意味している。端部におけるAl濃度を傾斜させることによって端面に発生する渦電流損を重点的に低減できるため、モータ特性を効果的に向上させることができる。
<About Al diffusion layer>
The Al diffusion layer means a region where the amount of Al is larger than the amount of Al contained in the parent phase and the amount of Al decreases from the outermost surface side of the end toward the center. Since the eddy current loss generated on the end face can be reduced by tilting the Al concentration at the end, the motor characteristics can be effectively improved.

上記Al拡散層は、Alを1質量%以上含有するAl拡散層(以下、最適Al拡散層という。)が形成されていることが好ましい。Alが1質量%未満では、端部の電気抵抗を充分に高めることができないため、渦電流損を低減できず、モータ特性を充分に改善できない。   The Al diffusion layer is preferably formed with an Al diffusion layer containing 1% by mass or more of Al (hereinafter referred to as an optimal Al diffusion layer). If the Al content is less than 1% by mass, the electrical resistance at the end cannot be sufficiently increased, so that eddy current loss cannot be reduced and the motor characteristics cannot be sufficiently improved.

上記最適Al拡散層の厚みは、40μm以上であることが好ましい。厚みを40μm以上とすることによって、端部の電気抵抗を充分に高めることができるため、渦電流損が小さくなり、モータ特性を一段と改善できる。最適Al拡散層の厚みは、より好ましくは50μm以上、更に好ましくは70μm以上、特に好ましくは100μm以上である。なお、最適Al拡散層の厚みの上限は特に限定されず、例えば、250μmを超えて生成していてもよいが、熱処理によるコスト増加を抑制する観点から、500μm以下であればよい。   The thickness of the optimum Al diffusion layer is preferably 40 μm or more. By setting the thickness to 40 μm or more, the electric resistance at the end can be sufficiently increased, so that the eddy current loss is reduced and the motor characteristics can be further improved. The thickness of the optimum Al diffusion layer is more preferably 50 μm or more, further preferably 70 μm or more, and particularly preferably 100 μm or more. Note that the upper limit of the thickness of the optimum Al diffusion layer is not particularly limited, and may be, for example, more than 250 μm, but may be 500 μm or less from the viewpoint of suppressing cost increase due to heat treatment.

本発明のロータ鉄心は、端面におけるAl濃度を複数箇所測定したときに、最大値(Almax)と最小値(Almin)の比(Almax/Almin)が1.0〜1.5である。比が1.5を超えると、端面におけるAl濃度のバラツキが大きくなるため、局所的に非磁性相が発生し、モータ特性が劣化する。比は好ましくは1.0〜1.3である。 The rotor iron core of the present invention has a ratio (Al max / Al min ) between the maximum value (Al max ) and the minimum value (Al min ) of 1.0 to 1.5 when the Al concentration on the end face is measured at a plurality of locations. is there. If the ratio exceeds 1.5, the variation in Al concentration at the end face increases, and a nonmagnetic phase is locally generated, resulting in deterioration of motor characteristics. The ratio is preferably 1.0 to 1.3.

上記端面におけるAl濃度の最大値は、18質量%以下(0質量%を含まない)であることが好ましい。最大Al濃度が18質量%を超えると自発磁化の低下が生じることがあるため、モータ特性を劣化させることがある。従って最大Al濃度は18質量%以下であることが好ましく、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。   The maximum value of Al concentration at the end face is preferably 18% by mass or less (not including 0% by mass). If the maximum Al concentration exceeds 18% by mass, the spontaneous magnetization may be reduced, and the motor characteristics may be deteriorated. Therefore, the maximum Al concentration is preferably 18% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less.

《Sn拡散層について》
上記Sn拡散層とは、端部の最表面側から中心部に向かってSn量が減少している領域を意味している。端部におけるSn濃度を傾斜させることによって端面に発生する渦電流損を重点的に低減できるため、モータ特性を効果的に向上させることができる。
<< Sn diffusion layer >>
The Sn diffusion layer means a region where the amount of Sn decreases from the outermost surface side of the end toward the center. Since the eddy current loss generated on the end face can be reduced intensively by inclining the Sn concentration at the end, the motor characteristics can be effectively improved.

上記Sn拡散層は、上記Al拡散層と同じ作用効果を発揮するため、その規定理由も同じである。   Since the Sn diffusion layer exhibits the same effect as the Al diffusion layer, the reason for its definition is the same.

即ち、上記Sn拡散層は、Snを1質量%以上含有するSn拡散層(以下、最適Sn拡散層という。)が形成されていることが好ましい。Snが1質量%未満では、端部の電気抵抗を充分に高めることができないため、渦電流損を低減できず、モータ特性を充分に改善できない。   That is, the Sn diffusion layer is preferably formed with an Sn diffusion layer containing 1% by mass or more of Sn (hereinafter referred to as an optimal Sn diffusion layer). If Sn is less than 1% by mass, the electric resistance at the end cannot be sufficiently increased, so eddy current loss cannot be reduced and the motor characteristics cannot be improved sufficiently.

上記最適Sn拡散層の厚みは、40μm以上であることが好ましい。厚みを40μm以上とすることによって、端部の電気抵抗を充分に高めることができるため、渦電流損が小さくなり、モータ特性を一段と改善できる。最適Sn拡散層の厚みは、より好ましくは50μm以上、更に好ましくは70μm以上、特に好ましくは100μm以上である。なお、最適Sn拡散層の厚みの上限は特に限定されず、例えば、250μmを超えて生成していてもよいが、熱処理によるコスト増加を抑制する観点から、500μm以下であればよい。   The thickness of the optimum Sn diffusion layer is preferably 40 μm or more. By setting the thickness to 40 μm or more, the electric resistance at the end can be sufficiently increased, so that the eddy current loss is reduced and the motor characteristics can be further improved. The thickness of the optimum Sn diffusion layer is more preferably 50 μm or more, further preferably 70 μm or more, and particularly preferably 100 μm or more. Note that the upper limit of the thickness of the optimum Sn diffusion layer is not particularly limited, and may be, for example, more than 250 μm, but may be 500 μm or less from the viewpoint of suppressing cost increase due to heat treatment.

本発明のロータ鉄心は、端面におけるSn濃度を複数箇所測定したときに、最大値(Snmax)と最小値(Snmin)の比(Snmax/Snmin)が1.0〜1.5である。比が1.5を超えると、端面におけるSn濃度のバラツキが大きくなるため、局所的に非磁性相が発生し、モータ特性が劣化する。比は好ましくは1.0〜1.3である。 The rotor core of the present invention has a ratio (Sn max / Sn min ) between the maximum value (Sn max ) and the minimum value (Sn min ) of 1.0 to 1.5 when the Sn concentration at the end face is measured at a plurality of locations. is there. If the ratio exceeds 1.5, the variation in Sn concentration at the end face increases, so a nonmagnetic phase is locally generated and the motor characteristics deteriorate. The ratio is preferably 1.0 to 1.3.

上記端面におけるSn濃度の最大値は、18質量%以下(0質量%を含まない)であることが好ましい。最大Sn濃度が18質量%を超えると自発磁化の低下が生じることがあるため、モータ特性を劣化させることがある。従って最大Sn濃度は18質量%以下であることが好ましく、より好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。   The maximum value of the Sn concentration at the end face is preferably 18% by mass or less (not including 0% by mass). If the maximum Sn concentration exceeds 18% by mass, the spontaneous magnetization may be reduced, which may deteriorate the motor characteristics. Accordingly, the maximum Sn concentration is preferably 18% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or less.

上記端部および端面におけるAl濃度またはSn濃度は、ロータ鉄心の軸方向に平行となるように切断して露出させた切断面において、端面から深さ500μm位置までの領域を、例えば、電子プローブX線マイクロアナライザー(Electron Probe X−ray Micro Analyzer;EPMA)で複数箇所(例えば、4箇所以上)測定すればよい。   The Al concentration or the Sn concentration in the end portion and the end surface is determined by, for example, an electron probe X in a region from the end surface to a depth of 500 μm on the cut surface exposed by cutting so as to be parallel to the axial direction of the rotor core. What is necessary is just to measure several places (for example, four or more places) with a line microanalyzer (Electron Probe X-ray Micro Analyzer; EPMA).

次に、本発明に係るロータ鉄心の成分組成について説明する。   Next, the component composition of the rotor core according to the present invention will be described.

本発明のロータ鉄心は、母相の化学成分組成が、C:0.002〜0.02%、Si:3%以下(0%を含まない)、Mn:0.1〜0.5%、P:0.03%以下(0%を含まない)、S:0.03%以下(0%を含まない)、Cu:0.1%以下(0%を含まない)、Ni:0.1%以下(0%を含まない)、Cr:1.6%以下(0%を含まない)、Al:0.002〜0.04%、およびN:0.005%以下(0%を含まない)を含有し、残部:鉄および不可避不純物である。こうした範囲を規定した理由は次の通りである。   In the rotor core of the present invention, the chemical composition of the parent phase is C: 0.002 to 0.02%, Si: 3% or less (not including 0%), Mn: 0.1 to 0.5%, P: 0.03% or less (not including 0%), S: 0.03% or less (not including 0%), Cu: 0.1% or less (not including 0%), Ni: 0.1 % Or less (not including 0%), Cr: 1.6% or less (not including 0%), Al: 0.002 to 0.04%, and N: 0.005% or less (not including 0%) ) And the balance: iron and inevitable impurities. The reason for specifying such a range is as follows.

Cは、ロータ鉄心の強度を確保するために重要な元素である。しかしCを過剰に含有すると、鋼中に固溶したCがFe格子を歪ませて磁気モーメントを低下させ、磁束密度を小さくするため、モータ特性が劣化する。従ってC量は0.02%以下、好ましくは0.015%以下、より好ましくは0.01%以下とする。ロータ鉄心(特に、SPM用のロータ鉄心)には高磁束密度であることが要求されるため、C量はできるだけ少ない方が望ましい。しかしC量を低減して磁気モーメントを増加させる効果は、C量が0.002%程度で飽和する。また、C量を低減し過ぎるとロータ鉄心の強度が低下し過ぎる。従ってCは0.002%以上、好ましくは0.003%以上、より好ましくは0.004%以上とする。   C is an important element for securing the strength of the rotor core. However, when C is excessively contained, C dissolved in the steel distorts the Fe lattice, lowers the magnetic moment, and decreases the magnetic flux density, so that the motor characteristics deteriorate. Accordingly, the C content is 0.02% or less, preferably 0.015% or less, more preferably 0.01% or less. Since the rotor core (particularly, the SPM rotor core) is required to have a high magnetic flux density, it is desirable that the C amount be as small as possible. However, the effect of reducing the C amount and increasing the magnetic moment is saturated when the C amount is about 0.002%. Moreover, if the amount of C is reduced too much, the strength of the rotor iron core will be too low. Therefore, C is 0.002% or more, preferably 0.003% or more, more preferably 0.004% or more.

Siは、溶製時に脱酸材として作用する元素である。また、Siは、磁気異方性を低減し、磁束密度を大きくしてモータ特性を向上させる作用も有している。こうした効果を有効に発揮させるには、Siは0.001%以上含有させることが好ましい。より好ましくは0.003%以上であり、更に好ましくは0.005%以上である。しかしこうした効果はSiを3%を超えて含有させても飽和する。また、過剰に含有させると、鋼材をロータ鉄心の形状に成形するときの冷間鍛造性が大幅に劣化する。従ってSi量は3%以下、好ましくは2.5%以下、より好ましくは2.00%以下である。   Si is an element that acts as a deoxidizer during melting. Si also has the effect of reducing the magnetic anisotropy and increasing the magnetic flux density to improve the motor characteristics. In order to exhibit such an effect effectively, it is preferable to contain Si 0.001% or more. More preferably, it is 0.003% or more, More preferably, it is 0.005% or more. However, these effects are saturated even if Si is contained in excess of 3%. Moreover, when it contains excessively, the cold forgeability at the time of shape | molding steel materials in the shape of a rotor iron core will deteriorate significantly. Therefore, the amount of Si is 3% or less, preferably 2.5% or less, more preferably 2.00% or less.

Mnは、溶製時に脱酸剤として用いる元素である。また、鋼中ではSと結合して硫化物(MnS)を形成し、Sによる脆化を抑制する作用を有している。更に、硫化物や、鋼中の酸化物の周囲に硫化物が析出して複合析出物を形成することで、ロータ鉄心の電気抵抗率を高めて渦電流損失を低減し、モータ特性を向上させる作用を有している。こうした効果を発揮させるために、Mnは0.1%以上、好ましくは0.15%以上、更に好ましくは0.2%以上、特に好ましくは0.25%以上とする。しかしMnが過剰になると、フェライト相が不安定となり、磁気モーメントが低下し、磁束密度が小さくなってモータ特性が劣化する。従ってMnは0.5%以下、好ましくは0.45%以下、より好ましくは0.4%以下とする。   Mn is an element used as a deoxidizer during melting. Moreover, in steel, it combines with S to form sulfide (MnS) and has an action of suppressing embrittlement due to S. Furthermore, sulfide precipitates around sulfides and oxides in steel to form composite precipitates, increasing the electrical resistivity of the rotor core and reducing eddy current loss, improving motor characteristics Has an effect. In order to exhibit such an effect, Mn is 0.1% or more, preferably 0.15% or more, more preferably 0.2% or more, and particularly preferably 0.25% or more. However, when Mn becomes excessive, the ferrite phase becomes unstable, the magnetic moment decreases, the magnetic flux density decreases, and the motor characteristics deteriorate. Therefore, Mn is 0.5% or less, preferably 0.45% or less, more preferably 0.4% or less.

Pは、粒界に偏析して熱間加工性や冷間加工性を劣化させる元素である。従ってPは0.03%以下、好ましくは0.02%以下、更に好ましくは0.01%以下とする。Pはできるだけ低減されていることが望ましい。   P is an element that segregates at grain boundaries and degrades hot workability and cold workability. Therefore, P is 0.03% or less, preferably 0.02% or less, more preferably 0.01% or less. It is desirable that P is reduced as much as possible.

Sは、Mn等と結合して硫化物(例えば、MnS)を形成し、ロータ鉄心の電気抵抗率を高めて渦電流損失を低減し、モータ特性を向上させる作用を有している。しかしSを過剰に含有すると、多量に粒界に生成したFeSや鋼中に生成したMnSにより磁気特性と冷間鍛造性が低下する。従ってSは0.03%以下、好ましくは0.02%以下、より好ましくは0.015%以下である。   S combines with Mn or the like to form a sulfide (for example, MnS), increases the electrical resistivity of the rotor core, reduces eddy current loss, and has an effect of improving motor characteristics. However, when S is contained excessively, magnetic properties and cold forgeability are lowered by FeS produced at a grain boundary in large quantities and MnS produced in steel. Therefore, S is 0.03% or less, preferably 0.02% or less, more preferably 0.015% or less.

Cuは、フェライトに固溶して強度を向上させる元素である。また、電気抵抗率を高めて渦電流損失を低減し、モータ特性を向上させる作用を有している。こうした作用を有効に発揮させるには、Cuは0.005%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.01%以上である。しかし過剰に含有させると、磁束密度が低下してモータ特性が劣化し、また冷間鍛造性も悪くなる。従ってCuは0.1%以下、好ましくは0.08%以下、より好ましくは0.05%以下とする。   Cu is an element that improves the strength by dissolving in ferrite. Moreover, it has the effect | action which raises an electrical resistivity and reduces eddy current loss and improves a motor characteristic. In order to effectively exhibit such an action, Cu is preferably contained in an amount of 0.005% or more, and more preferably 0.01% or more. However, if it is contained excessively, the magnetic flux density is lowered, the motor characteristics are deteriorated, and the cold forgeability is also deteriorated. Therefore, Cu is 0.1% or less, preferably 0.08% or less, more preferably 0.05% or less.

Niは、Cuと同様の作用を有する元素である。即ち、フェライトに固溶して強度を向上させる元素である。また、電気抵抗率を高めて渦電流損を低減し、モータ特性を向上させる作用を有している。こうした作用を有効に発揮させるには、Niは0.005%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.01%以上である。しかし過剰に含有させると、磁束密度が低下してモータ特性が劣化し、また冷間鍛造性も悪くなる。従ってNiは0.1%以下、好ましくは0.08%以下、より好ましくは0.05%以下とする。   Ni is an element having the same action as Cu. That is, it is an element that improves the strength by dissolving in ferrite. Moreover, it has the effect | action which raises an electrical resistivity and reduces an eddy current loss and improves a motor characteristic. In order to effectively exhibit such an action, Ni is preferably contained in an amount of 0.005% or more, and more preferably 0.01% or more. However, if it is contained excessively, the magnetic flux density is lowered, the motor characteristics are deteriorated, and the cold forgeability is also deteriorated. Therefore, Ni is 0.1% or less, preferably 0.08% or less, more preferably 0.05% or less.

Crは、ロータ鉄心の電気抵抗を大きくし、渦電流損を低減してモータ特性を向上させるのに作用する元素である。また、ロータ鉄心の金属組織をフェライト化し、モータ特性を向上させる作用も有している。こうした作用を有効に発揮させるには、Crは0.005%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.01%以上、更に好ましくは0.1%以上とする。しかしCrが1.6%を超えると磁気モーメントが低下し、高磁束密度が得られなくなる。従ってCrは1.6%以下、好ましくは1%以下、より好ましくは0.5%以下である。   Cr is an element that acts to increase the electrical resistance of the rotor core, reduce eddy current loss, and improve motor characteristics. It also has the effect of improving the motor characteristics by making the metal structure of the rotor core ferrite. In order to effectively exhibit these actions, Cr is preferably contained in an amount of 0.005% or more, more preferably 0.01% or more, and further preferably 0.1% or more. However, when Cr exceeds 1.6%, the magnetic moment is lowered and a high magnetic flux density cannot be obtained. Therefore, Cr is 1.6% or less, preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less.

Alは、鋼中のNと結合してAlNを形成し、固溶Nによる磁気特性の低下を抑制してモータ特性を向上させる作用を有している元素である。従ってAlは0.002%以上、好ましくは0.003%以上とする。しかし過剰に含有すると、AlNを多量に形成し、このAlNにより結晶粒の成長が阻害され、結晶粒界が増加することにより磁気特性が劣化する。また、Nと結合しなかったAlはフェライトに固溶し、強度を高めるのに作用するため、変形抵抗が高くなり、冷間鍛造性が劣化する。従ってAlは0.04%以下、好ましくは0.02%以下、より好ましくは0.015%以下とする。   Al is an element that has the effect of improving the motor characteristics by combining with N in the steel to form AlN and suppressing the deterioration of the magnetic characteristics due to solute N. Therefore, Al is made 0.002% or more, preferably 0.003% or more. However, if it is contained excessively, a large amount of AlN is formed, the growth of crystal grains is inhibited by this AlN, and the grain boundaries increase, thereby deteriorating the magnetic properties. Further, Al that is not bonded to N dissolves in the ferrite and acts to increase the strength, so that the deformation resistance increases and the cold forgeability deteriorates. Therefore, Al is 0.04% or less, preferably 0.02% or less, more preferably 0.015% or less.

Nを過剰に含有すると多量のAlNを形成し、このAlNが結晶粒の成長を阻害して結晶粒界を増加させるため磁気特性が劣化し、モータ特性が悪くなる。また、Nを過剰に含有して固溶Nが増加すると磁気特性が低下し、モータ特性が劣化する。更に、過剰なNにより鋼材が時効硬化し、冷間鍛造時に割れが発生して冷間鍛造性が劣化する。従ってNは0.005%以下、好ましくは0.004%以下、より好ましくは0.003%以下とする。   If N is contained excessively, a large amount of AlN is formed, and this AlN inhibits the growth of crystal grains and increases the grain boundaries, so that the magnetic characteristics deteriorate and the motor characteristics deteriorate. Further, when N is contained excessively and the solid solution N increases, the magnetic characteristics are lowered and the motor characteristics are deteriorated. Furthermore, the steel material is age-hardened by excessive N, cracks are generated during cold forging, and cold forgeability deteriorates. Therefore, N is 0.005% or less, preferably 0.004% or less, more preferably 0.003% or less.

上記鋼材の残部は、鉄および不可避不純物である。不可避不純物としては、原料、資材、製造設備等の状況によって混入する元素が許容される。   The balance of the steel material is iron and inevitable impurities. As inevitable impurities, elements mixed in depending on the situation of raw materials, materials, manufacturing equipment, etc. are allowed.

上記鋼材は、更に他の元素として、B:0.006%以下(0%を含まない)を含有してもよい。   The steel material may further contain B: 0.006% or less (not including 0%) as another element.

Bは、鋼中の固溶NをBNとして析出させる元素であり、固溶Nを低減することによって動的ひずみ時効に起因する冷間鍛造性の劣化を抑制できると共に、フェライト組織の磁気モーメントを増加させて磁気特性を向上させることができる。また、結晶粒成長を阻害するAlNを減少させ、Ac3点を上昇させてフェライト安定化領域を拡大する作用を有するため、磁気特性に有害な結晶粒界が減少し、磁気特性に優れた組織を実現できる。こうした効果を有効に発揮させるには、0.001%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.0015%以上である。しかし過剰に含有すると、Fe2Bが粒界に沿って析出し、粒界強度が低下して磁気特性および冷間鍛造性が劣化する。従ってB量は0.006%以下、好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.004%以下とする。 B is an element for precipitating solute N in steel as BN, and by reducing the solute N, it is possible to suppress deterioration of cold forgeability due to dynamic strain aging and to reduce the magnetic moment of the ferrite structure. It can be increased to improve the magnetic properties. In addition, it has the effect of reducing AlN that inhibits crystal grain growth and increasing the Ac 3 point to expand the ferrite stabilization region. Can be realized. In order to exhibit such an effect effectively, it is preferable to make it contain 0.001% or more, More preferably, it is 0.0015% or more. However, if contained excessively, Fe 2 B precipitates along the grain boundary, the grain boundary strength decreases, and the magnetic properties and cold forgeability deteriorate. Therefore, the B content is 0.006% or less, preferably 0.005% or less, more preferably 0.004% or less.

次に、本発明のロータ鉄心を製造するにあたり、好適に採用できる製造方法について説明する。   Next, a manufacturing method that can be suitably used in manufacturing the rotor core of the present invention will be described.

上記ロータ鉄心は、上記化学成分組成を満足する柱状または筒状の鋼材の端面に、Al皮膜またはSn皮膜を有している鋼材を熱処理することによって製造できる。即ち、鋼材の端面にAl皮膜またはSn皮膜を形成し、これを熱処理することによって端面から内部へAlまたはSnを均一に拡散浸透させることができる。この拡散浸透によって端部に上記Al拡散層またはSn拡散層を形成でき、これらの拡散層が高電気抵抗層となり、渦電流損が低減される結果、モータ特性を向上できる。このように本発明ではAlまたはSnを表面から内部へ均一に拡散浸透させているため、Al濃度またはSn濃度が局所的に高くなることを防止できる。   The rotor core can be manufactured by heat-treating a steel material having an Al film or a Sn film on the end face of a columnar or cylindrical steel material that satisfies the chemical component composition. That is, by forming an Al film or Sn film on the end face of the steel material and heat-treating it, Al or Sn can be diffused and penetrated uniformly from the end face to the inside. As a result of this diffusion permeation, the Al diffusion layer or Sn diffusion layer can be formed at the end, and these diffusion layers become high electrical resistance layers, and eddy current loss is reduced. As a result, motor characteristics can be improved. As described above, in the present invention, Al or Sn is uniformly diffused and penetrated from the surface to the inside, so that it is possible to prevent the Al concentration or the Sn concentration from being locally increased.

熱処理前の上記鋼材は、端面の表面にAl皮膜またはSn皮膜を有し、柱状または筒状の部品形状に加工されていればよく、鋼材の端面にAl皮膜またはSn皮膜を形成する工程と、鋼材を部品形状に加工する工程の順番は特に限定されない。即ち、上記鋼材を部品形状に加工してからAl皮膜またはSn皮膜を形成してもよいし、上記鋼材にAl皮膜またはSn皮膜を形成してから部品形状に加工してもよい。部品形状は、柱状または筒状であり、例えば、円柱状または円筒状であればよい。部品形状への加工は、例えば、冷間鍛造によって行えばよい。   The steel material before heat treatment has an Al film or Sn film on the surface of the end surface, and may be processed into a columnar or cylindrical part shape, and the step of forming the Al film or Sn film on the end surface of the steel material; The order of the steps for processing the steel material into the part shape is not particularly limited. That is, the steel material may be processed into a part shape and then an Al film or Sn film may be formed, or an Al film or Sn film may be formed on the steel material and processed into a part shape. The component shape is a columnar shape or a cylindrical shape, and may be a columnar shape or a cylindrical shape, for example. The processing to the part shape may be performed by cold forging, for example.

上記Al皮膜の厚みは、例えば、5〜20μmとすればよい。好ましくは8〜18μmである。   The thickness of the Al film may be, for example, 5 to 20 μm. Preferably it is 8-18 micrometers.

上記Al皮膜を形成する方法は特に限定されず、例えば、化学気相蒸着(CVD)法、物理気相蒸着(PVD)法、めっき法等が挙げられる。めっき法としては、溶融Alめっき法や電気Alめっき法が挙げられる。これらの中でも溶融Alめっき法によって製造することが好ましい。   The method for forming the Al film is not particularly limited, and examples thereof include chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), and plating. Examples of the plating method include a molten Al plating method and an electric Al plating method. Among these, it is preferable to manufacture by the hot Al plating method.

溶融Alめっき法でAl皮膜を形成する場合は、例えば、めっき浴として、純Alめっき浴や、Siを15質量%以下(0%を含まない)含有するAlめっき浴を用い、めっき浴の温度を800℃以下(例えば、650〜700℃)、浸漬時間を1〜10分間とすればよい。   When forming an Al film by the hot-dip Al plating method, for example, a pure Al plating bath or an Al plating bath containing 15% by mass or less (not including 0%) of Si is used as a plating bath. May be set to 800 ° C. or lower (for example, 650 to 700 ° C.), and the immersion time may be set to 1 to 10 minutes.

一方、上記Sn皮膜の厚みは、例えば、5〜20μmとすればよい。好ましくは8〜18μmである。   On the other hand, the thickness of the Sn film may be 5 to 20 μm, for example. Preferably it is 8-18 micrometers.

上記Sn皮膜を形成する方法は特に限定されず、例えば、化学気相蒸着(CVD)法、物理気相蒸着(PVD)法、めっき法等が挙げられる。めっき法としては、溶融Snめっき法や電気Snめっき法が挙げられる。これらの中でも電気Snめっき法によって製造することが好ましい。   The method for forming the Sn film is not particularly limited, and examples thereof include chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), and plating. Examples of the plating method include a hot Sn plating method and an electric Sn plating method. Among these, it is preferable to manufacture by an electric Sn plating method.

上記熱処理は、加熱温度を850℃以上で、加熱時間を1時間以上とすることが好ましい。上記加熱温度が850℃を下回るか、上記加熱時間が1時間より短いと、AlまたはSnが表面側から内部に向かって充分に拡散浸透しないため、所望のAl拡散層またはSn拡散層を形成できないことがある。   The heat treatment is preferably performed at a heating temperature of 850 ° C. or higher and a heating time of 1 hour or longer. When the heating temperature is lower than 850 ° C. or the heating time is shorter than 1 hour, Al or Sn does not sufficiently diffuse and penetrate from the surface side toward the inside, so that a desired Al diffusion layer or Sn diffusion layer cannot be formed. Sometimes.

上記加熱温度は、より好ましくは900℃以上、更に好ましくは950℃以上、特に好ましくは1000℃以上である。上記加熱温度は、AlまたはSnを表面側から内部に向かって拡散浸透させるために、できるだけ高く設定することが望ましい。また、高温で熱処理することによって端部にFeAlなどの非磁性相が形成されるのを防止できるため、磁気特性を向上でき、モータ特性が良好となる。   The heating temperature is more preferably 900 ° C. or higher, further preferably 950 ° C. or higher, and particularly preferably 1000 ° C. or higher. The heating temperature is desirably set as high as possible in order to diffuse and infiltrate Al or Sn from the surface side toward the inside. Moreover, since heat treatment at a high temperature can prevent the formation of a nonmagnetic phase such as FeAl at the end, magnetic characteristics can be improved and motor characteristics can be improved.

上記加熱時間は、より好ましくは3時間以上、更に好ましくは5時間以上である。上記加熱時間は、AlまたはSnを表面側から内部に向かって拡散浸透させるために、できるだけ長く設定することが望ましい。但し、加熱時間を長くし過ぎると生産性が悪くなるため、上限は例えば15時間とするのがよい。   The heating time is more preferably 3 hours or longer, and still more preferably 5 hours or longer. The heating time is desirably set as long as possible in order to diffuse and penetrate Al or Sn from the surface side toward the inside. However, if the heating time is too long, the productivity will deteriorate, so the upper limit is preferably set to 15 hours, for example.

上記熱処理は、表層部の酸化を抑制するため、不活性ガス雰囲気(例えば、N2ガス雰
囲気やArガス雰囲気など)や還元性雰囲気で行うのが推奨される。還元性ガスとしては、例えば、水素を含有すればよい。
It is recommended that the heat treatment be performed in an inert gas atmosphere (for example, an N 2 gas atmosphere or an Ar gas atmosphere) or a reducing atmosphere in order to suppress oxidation of the surface layer portion. As the reducing gas, for example, hydrogen may be contained.

上記加熱温度に加熱するときの昇温速度は、例えば、100〜400℃/時間とすればよい。また、熱処理後、室温まで冷却するときの降温速度は、例えば、100〜400℃/時間とすればよい。   What is necessary is just to let the temperature increase rate when heating to the said heating temperature be 100-400 degreeC / hour, for example. Moreover, what is necessary is just to let the temperature fall rate when cooling to room temperature after heat processing be 100-400 degreeC / hour, for example.

得られたロータ鉄心は、外側面に永久磁石を固定することによって永久磁石モータ用ロータを製造できる。永久磁石は公知の方法で固定すればよく、例えば、接着剤を用いることができる。永久磁石は、ロータ鉄心の外周に沿って多極着磁した一体型のものを固定してもよいし、磁極毎に分割したものを固定してもよい。   The obtained rotor iron core can manufacture a rotor for a permanent magnet motor by fixing a permanent magnet to the outer surface. The permanent magnet may be fixed by a known method, and for example, an adhesive can be used. The permanent magnet may be fixed as an integral type magnetized with multiple poles along the outer periphery of the rotor core, or may be fixed as divided for each magnetic pole.

上記ロータ鉄心が筒状の場合には、軸位置に金属製(例えば、鋼製)のシャフトを挿入すればよい。   When the rotor core is cylindrical, a metal (for example, steel) shaft may be inserted into the shaft position.

一方、電磁鋼板等を用いて製造したステータにコイルを巻きつけたものを準備し、上記永久磁石モータ用ロータと組み合わせれば、永久磁石モータを製造できる。   On the other hand, a permanent magnet motor can be manufactured by preparing a stator manufactured using a magnetic steel sheet or the like and winding the coil around the stator and combining it with the rotor for the permanent magnet motor.

本発明のロータ鉄心は、端部の磁気特性が向上させているため、このロータ鉄心を備えた永久磁石モータは、モータ特性が良好となる。永久磁石モータは、例えば、自動車や産業機械に実装されている部品のうち、磁力を介して駆動する電装部品(例えば、SPMモータ)として用いることができる。   Since the rotor core of the present invention has improved magnetic characteristics at the end, the permanent magnet motor provided with this rotor core has good motor characteristics. The permanent magnet motor can be used, for example, as an electrical component (for example, an SPM motor) that is driven through a magnetic force among components mounted on an automobile or an industrial machine.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by the following examples, but may be appropriately modified within a range that can meet the purpose described above and below. Of course, it is possible to implement them, and they are all included in the technical scope of the present invention.

[No.1〜15、17〜21]
下記表1に示す化学成分組成の鋼(残部は鉄および不可避不純物。鋼種a〜c、鋼種e)を、240ton転炉、80ton転炉、または50kg真空炉で溶製した。240ton転炉または80ton転炉で溶製した溶製材は、熱間圧延して直径50mmの圧延材を作製した。50kg真空炉で溶製した溶製材から得られた鋼塊は、鍛伸加工し、直径50mmの鍛伸材を作製した後、熱間圧延を模擬して30分間加熱→空冷の熱処理を行った。
[No. 1-15, 17-21]
Steels having the chemical composition shown in Table 1 below (the balance being iron and inevitable impurities; steel types a to c and steel types e) were melted in a 240 ton converter, an 80 ton converter, or a 50 kg vacuum furnace. The melted material melted in the 240 ton converter or 80 ton converter was hot-rolled to produce a rolled material having a diameter of 50 mm. A steel ingot obtained from a smelted material melted in a 50 kg vacuum furnace was forged to produce a forged material having a diameter of 50 mm, and then subjected to a heat treatment of 30 minutes heating → air cooling by simulating hot rolling. .

上記圧延材または熱処理後の鍛伸材をロータ鉄心の形状に切削加工し、得られた供試用ロータ鉄心を評価用モータに取り付け、モータ特性を評価した。評価用モータとしては、市販されているSPMモータ[ミネベア製DCブラシレスモータ(24DCM−371)、定格回転数:3000rpm、定格トルク:0.159Nm]を準備した。評価用モータに備えられているロータ鉄心を取出し、同じ形状となるように上記圧延材または熱処理後の鍛伸材を切削加工した。供試用ロータ鉄心とシャフトを組合せた試験片の形状を図2(b)に示す。図2(b)において2は供試用ロータ鉄心、2aは供試用ロータ鉄心の端面、8はシャフトを示している。供試用ロータ鉄心2は、図2に示すように、最大直径27mm×最大高さ34mmの略円筒状であり、両端近傍には、直径の異なるリングを重ねたような段差が設けられている。なお、図2(a)は図2(b)に示した部材を紙面左方向から見た図、図2(c)は図2(b)に示した部材を紙面右方向から見た図を夫々示している。また、下記表2に示すロータ構造の「一体品」とは、一塊の条鋼を鍛造、切削加工してロータ鉄心2とシャフト8とを一体成形したことを意味している。   The rolled material or the forged material after heat treatment was cut into the shape of a rotor core, and the obtained rotor core for test was attached to an evaluation motor, and the motor characteristics were evaluated. As an evaluation motor, a commercially available SPM motor [Minebea DC brushless motor (24DCM-371), rated rotational speed: 3000 rpm, rated torque: 0.159 Nm] was prepared. The rotor core provided in the evaluation motor was taken out, and the rolled material or the forged material after heat treatment was cut so as to have the same shape. FIG. 2B shows the shape of a test piece in which a test rotor core and a shaft are combined. In FIG. 2B, reference numeral 2 denotes a test rotor core, 2a denotes an end surface of the test rotor core, and 8 denotes a shaft. As shown in FIG. 2, the test rotor core 2 has a substantially cylindrical shape with a maximum diameter of 27 mm and a maximum height of 34 mm, and is provided with a level difference in the vicinity of both ends such that rings with different diameters are stacked. 2A is a view of the member shown in FIG. 2B viewed from the left side of the drawing, and FIG. 2C is a view of the member shown in FIG. 2B viewed from the right side of the drawing. Each shows. The “integrated product” of the rotor structure shown in Table 2 below means that the rotor core 2 and the shaft 8 are integrally formed by forging and cutting a lump of strip steel.

得られた供試用ロータ鉄心の端面または全面に、下記の手順でAl皮膜またはSn皮膜を形成し、これを熱処理してAl拡散層またはSn拡散層を形成した(下記表2、表3のNo.7、12、15、16、21を除く)。上記供試用ロータ鉄心の端面2aとは、上底面および下底面の両端面であり、上記供試用ロータ鉄心の全面とは、上底面、下底面、および側面の全てを意味する(図1、図2を参照)。下記表2に皮膜を形成した位置を示す。なお、表中、「−」は、皮膜を形成していないことを意味している。   An Al coating or Sn coating was formed on the end face or the entire surface of the obtained test rotor core by the following procedure, and this was heat-treated to form an Al diffusion layer or an Sn diffusion layer (No in Tables 2 and 3 below). .7, 12, 15, 16, 21). The end surface 2a of the test rotor core is the both end surfaces of the upper bottom surface and the lower bottom surface, and the entire surface of the test rotor core means all of the upper bottom surface, the lower bottom surface, and the side surfaces (FIG. 1, FIG. 2). Table 2 below shows the position where the film was formed. In the table, “-” means that no film is formed.

《Al皮膜について》
上記Al皮膜は、溶融Alめっき法または粉末塗布法で形成した。
<About Al film>
The Al film was formed by a hot Al plating method or a powder coating method.

上記溶融Alめっき法では、上記供試用ロータ鉄心を、Siを約10質量%含有する溶融Alめっき浴(浴温は670℃)に2分間浸漬してAl皮膜を形成した。Al皮膜の付着量は41g/m2とした。次いで、水素還元雰囲気中で下記表2に示す温度まで昇温速度300℃/時間で加熱した後、この温度で3時間保持して熱処理した。熱処理後は、降温速度300℃/時間で室温まで冷却した。 In the molten Al plating method, the test rotor iron core was immersed in a molten Al plating bath (bath temperature: 670 ° C.) containing about 10% by mass of Si for 2 minutes to form an Al film. The adhesion amount of the Al film was 41 g / m 2 . Subsequently, after heating to a temperature shown in the following Table 2 in a hydrogen reduction atmosphere at a temperature rising rate of 300 ° C./hour, heat treatment was performed by holding at this temperature for 3 hours. After the heat treatment, it was cooled to room temperature at a temperature drop rate of 300 ° C./hour.

上記粉末塗布法では、Al粉末(500g)およびAl23粉末(500g)を等量混合した混合粉に、NH4Clを10g加えたものをステンレスケースに入れ、この中に上記供試用ロータ鉄心を埋め込み、水素還元雰囲気中で、900℃で、3時間保持して熱処理した。 In the above-mentioned powder coating method, a mixed powder obtained by mixing equal amounts of Al powder (500 g) and Al 2 O 3 powder (500 g) and 10 g of NH 4 Cl is put in a stainless steel case, and the above-described rotor for test is contained therein. The iron core was embedded and heat-treated in a hydrogen reduction atmosphere at 900 ° C. for 3 hours.

《Sn皮膜について》
上記Sn皮膜は、電気Snめっき法で形成した。
<< Sn film >>
The Sn film was formed by an electric Sn plating method.

上記電気Snめっき法では、上記供試用ロータ鉄心の端面または全面に、付着量約95g/m2(厚み約13μm)のSn皮膜を形成した。次いで、水素還元雰囲気中で下記表2に示す温度まで昇温速度300℃/時間で加熱した後、この温度で3時間保持して熱処理した。熱処理後は、降温速度300℃/時間で室温まで冷却した。 In the electric Sn plating method, an Sn film having an adhesion amount of about 95 g / m 2 (thickness of about 13 μm) was formed on the end face or the entire surface of the test rotor core. Subsequently, after heating to a temperature shown in the following Table 2 in a hydrogen reduction atmosphere at a temperature rising rate of 300 ° C./hour, heat treatment was performed by holding at this temperature for 3 hours. After the heat treatment, it was cooled to room temperature at a temperature drop rate of 300 ° C./hour.

次に、熱処理して得られた供試用ロータ鉄心の端部におけるAl濃度またはSn濃度をEPMA(日本電子株式会社製「JXA−8900RL(装置名)」)を用いて測定した。測定は、上記供試用ロータ鉄心の軸方向に平行となるように切断して露出させた切断面において、Al皮膜形成面またはSn皮膜形成面から深さが500μm位置までの領域を、EPMAのビーム直径を1μmとし、1μm間隔で行った。その結果、上記供試用ロータ鉄心の表面に形成したAl皮膜またはSn皮膜は、熱処理により供試用ロータ鉄心内へ拡散していた。また、熱処理して得られた供試用ロータ鉄心の端部では、最表面のAl量またはSn量が最も多く、中心部に向かうほどAl量またはSn量が減少する傾斜組成であり、Al拡散層またはSn拡散層が形成されていることが分かった。   Next, the Al concentration or the Sn concentration at the end of the rotor core for test obtained by heat treatment was measured using EPMA (“JXA-8900RL (device name)” manufactured by JEOL Ltd.). In the measurement, the area from the Al film formation surface or the Sn film formation surface to a depth of 500 μm on the cut surface exposed by cutting so as to be parallel to the axial direction of the rotor core for test was measured with the EPMA beam. The diameter was 1 μm, and the measurement was performed at 1 μm intervals. As a result, the Al coating or Sn coating formed on the surface of the test rotor core diffused into the test rotor core by heat treatment. Further, the end portion of the test rotor core obtained by heat treatment has the gradient composition in which the Al amount or the Sn amount on the outermost surface is the largest and the Al amount or the Sn amount decreases toward the center, and the Al diffusion layer Or it turned out that Sn diffused layer is formed.

なお、上記供試用ロータ鉄心の全面に上記Al皮膜またはSn皮膜を形成し、これを熱処理した場合には、供試用ロータ鉄心の側面についても上記手順でAl濃度またはSn濃度を測定し、Al拡散層またはSn拡散層が形成されていることを確認した。   When the Al coating or Sn coating is formed on the entire surface of the rotor core for test, and this is heat-treated, the Al concentration or Sn concentration is measured for the side surface of the rotor core for test by the above procedure, and Al diffusion is performed. It was confirmed that a layer or a Sn diffusion layer was formed.

次に、熱処理して得られた供試用ロータ鉄心の端部において、Alを1質量%以上含有する最適Al拡散層の厚み、またはSnを1質量%以上含有する最適Sn拡散層の厚みを測定した。測定結果を下記表2に示す。   Next, the thickness of the optimum Al diffusion layer containing 1 mass% or more of Al or the thickness of the optimum Sn diffusion layer containing 1 mass% or more of Sn is measured at the end of the rotor core for test obtained by heat treatment. did. The measurement results are shown in Table 2 below.

次に、熱処理して得られた供試用ロータ鉄心について、最表面におけるAl濃度またはSn濃度(拡散元素濃度)を、上記EPMAを用いてライン分析を行い、最大値(Max)と最小値(Min)を求めた。ライン分析は、2つのラインでおこない、ラインが直角に交差するように90°ずらして行った。測定結果のうち最大値(質量%)と最小値(質量%)を下記表2に示す。また、最大値と最小値の比(Max/Min)を算出し、下記表2に示す。   Next, for the test rotor core obtained by heat treatment, the Al concentration or Sn concentration (diffusion element concentration) on the outermost surface is subjected to line analysis using the above EPMA, and the maximum value (Max) and the minimum value (Min) ) The line analysis was performed on two lines and shifted by 90 ° so that the lines intersected at a right angle. The maximum value (mass%) and the minimum value (mass%) of the measurement results are shown in Table 2 below. Further, the ratio between the maximum value and the minimum value (Max / Min) is calculated and shown in Table 2 below.

なお、Al拡散層を設けたときの最大値(Max)はAlmax、最小値(Min)はAlmin、Sn拡散層を設けたときの最大値(Max)はSnmax、最小値(Min)はSnminに相当している。 The maximum value (Max) when the Al diffusion layer is provided is Al max , the minimum value (Min) is Al min , and the maximum value (Max) when the Sn diffusion layer is provided is Sn max and the minimum value (Min). Corresponds to Sn min .

下記表2から明らかなように、溶融Alめっき法でAl皮膜を形成した場合には、熱処理後の最表面におけるAl濃度の測定結果にバラツキは殆ど無かった。また、電気Snめっき法でSn皮膜を形成した場合には、熱処理後の最表面におけるSn濃度の測定結果にバラツキは殆ど無かった。従って熱処理後の最表面における電気抵抗率は、ほぼ均一となり、電気抵抗率の局所的な偏りが少ないため、モータ回転時の変動磁界に伴う渦電流の影響を効率的に抑制できることが期待できる。   As apparent from Table 2 below, when the Al film was formed by the hot-dip Al plating method, there was almost no variation in the measurement result of the Al concentration on the outermost surface after the heat treatment. Further, when the Sn film was formed by the electric Sn plating method, there was almost no variation in the measurement result of the Sn concentration on the outermost surface after the heat treatment. Therefore, the electrical resistivity on the outermost surface after the heat treatment becomes substantially uniform, and there is little local bias in the electrical resistivity, so that it can be expected that the influence of eddy currents associated with the varying magnetic field during motor rotation can be efficiently suppressed.

一方、粉末塗布法でAl皮膜を形成した場合には、Al濃度の測定結果にバラツキがあり、最大値と最小値の比は1.5を超えていた。従って熱処理後の最表面における電気抵抗率には、局所的な偏りが生じ、モータ回転時の変動磁界に伴う渦電流の影響を効率的には抑制できないと考えられる。   On the other hand, when the Al coating was formed by the powder coating method, the measurement result of the Al concentration varied, and the ratio between the maximum value and the minimum value exceeded 1.5. Therefore, it is considered that the electric resistivity at the outermost surface after the heat treatment is locally biased, and the influence of the eddy current accompanying the fluctuating magnetic field during motor rotation cannot be effectively suppressed.

次に、熱処理して得られた供試用ロータ鉄心を、軸に対して縦断面(軸と平行な切断面)が露出するように切断し、供試用ロータ鉄心の長手方向の中心位置における最表面部(外周側)とD/4位置(Dは供試用ロータ鉄心の直径)を光学顕微鏡にて金属組織を観察した。上記観察は、上記縦断面を研磨後、5%ピクリン酸アルコール液に15〜30秒間浸漬して腐食させてから行った。観察倍率は、100倍および400倍とし、金属組織の同定を行った。いずれの供試用ロータ鉄心においても最表面部とD/4位置の金属組織は同じであった。観察された金属組織の結果を下記表3に示す。なお、下記表3の「フェライト」は、金属組織に占めるフェライト分率が99面積%以上であることを意味し、「フェライト+パーライト」は、5面積%以上のパーライトを含み、残部がフェライトであることを意味している。   Next, the rotor core for test obtained by heat treatment is cut so that the longitudinal section (cut surface parallel to the shaft) is exposed with respect to the shaft, and the outermost surface at the center position in the longitudinal direction of the rotor core for test The metal structure was observed with an optical microscope at the part (outer peripheral side) and the D / 4 position (D is the diameter of the test rotor core). The observation was performed after the vertical section was polished and immersed in a 5% picric acid alcohol solution for 15 to 30 seconds to cause corrosion. The observation magnification was 100 times and 400 times, and the metal structure was identified. In any of the tested rotor cores, the outermost surface portion and the metal structure at the D / 4 position were the same. The results of the observed metal structure are shown in Table 3 below. “Ferrite” in Table 3 below means that the ferrite fraction in the metal structure is 99 area% or more, and “ferrite + pearlite” includes 5 area% or more pearlite, with the balance being ferrite. It means that there is.

また、D/4位置におけるフェライトの粒度番号を、JIS G0552に規定される方法で求めた。フェライト粒度番号の測定箇所は4箇所とし、平均値を算出した。算出結果を下記表3に示す。   Further, the particle size number of the ferrite at the D / 4 position was determined by the method defined in JIS G0552. The number of measurement points of the ferrite particle size number was four, and the average value was calculated. The calculation results are shown in Table 3 below.

次に、供試用ロータ鉄心の電気抵抗率は次の手順で評価した。電気抵抗率は、一般的に用いられる通電法(四端子法)により通電電流との比から算出した。試験は、上記圧延材または熱処理後の鍛伸材から採取した2mm角×200mm長さの試験片を用い、電圧端子間距離を60mmとして行った。なお、上記試験片には、Al拡散層やSn拡散層は形成せず、母材の電気抵抗を測定した。また、通電方向を正逆2通り実施して接触抵抗、偏電流、熱起電力などの影響を除いている。測定結果を下記表3に示す。   Next, the electrical resistivity of the test rotor core was evaluated by the following procedure. The electrical resistivity was calculated from the ratio to the energization current by a commonly used energization method (four-terminal method). The test was performed using a test piece of 2 mm square × 200 mm length collected from the rolled material or the forged material after the heat treatment, and the distance between the voltage terminals was 60 mm. The test piece was not formed with an Al diffusion layer or an Sn diffusion layer, and the electrical resistance of the base material was measured. In addition, the energization direction is carried out in two forward and reverse directions to eliminate the influence of contact resistance, bias current, thermoelectromotive force and the like. The measurement results are shown in Table 3 below.

次に、得られた供試用ロータ鉄心を上記評価用モータに取り付けてモータ特性を評価した。   Next, the obtained test rotor iron core was attached to the evaluation motor, and the motor characteristics were evaluated.

モータ特性は、上記評価用モータに、ACサーボモータ(3kW)を負荷源として直結させた状態で、評価用モータへの投入電力を調整して評価用モータに付与するトルクを制御し、付与した各トルクにおけるモータ効率を測定した。また、モータ効率の最大値、定格トルク(0.159Nm)におけるモータ効率、78%以上のモータ効率を確保しているときの許容回転数の上限および下限を夫々測定した。トルク検出器としては「ss200ss020」(小野測器製)を用い、回転速度検出器としては「MP981」(小野測器製)を用いた。また、許容回転数の上限から下限を引いた値を算出した。結果を下記表3に示す。   The motor characteristics were applied by controlling the torque applied to the evaluation motor by adjusting the input power to the evaluation motor in a state where the AC servo motor (3 kW) was directly connected to the evaluation motor as a load source. The motor efficiency at each torque was measured. Further, the maximum value and the lower limit of the allowable rotational speed when the maximum value of the motor efficiency, the motor efficiency at the rated torque (0.159 Nm), and the motor efficiency of 78% or more were secured were measured. “Ss200ss020” (manufactured by Ono Sokki) was used as the torque detector, and “MP981” (manufactured by Ono Sokki) was used as the rotational speed detector. Further, a value obtained by subtracting the lower limit from the upper limit of the allowable rotational speed was calculated. The results are shown in Table 3 below.

本発明では、モータ効率の最大値が82.0%以上、定格トルクにおけるモータ効率が82.0%以上、78%以上のモータ効率を確保したときの許容回転数の上限から下限を引いた値が670以上の全てを満足している場合を本発明例、これらのうち一つでも基準を満足していない場合を比較例とする。   In the present invention, the maximum value of the motor efficiency is 82.0% or more, and the motor efficiency at the rated torque is 82.0% or more. When the motor efficiency is 78% or more, the lower limit is subtracted from the upper limit of the allowable rotational speed. Is a case of satisfying all of 670 or more, and a comparative example is a case of not satisfying any of the criteria.

一方、下記表2、表3のNo.7、12、15、および21は、ロータ鉄心にAl拡散層もSn拡散層も形成しなかった例である。これらのうち下記表2、表3のNo.7、12、および21は、上記圧延材または熱処理後の鍛伸材を上記評価用モータに備えられているロータ鉄心の形状に切削加工し、得られた供試用ロータ鉄心に、850℃、3時間の磁気焼鈍を行ったものを用いた例である。即ち、これらは、Al皮膜およびSn皮膜を形成せず、また皮膜形成後の熱処理も行っていない例である。   On the other hand, No. in Table 2 and Table 3 below. 7, 12, 15, and 21 are examples in which neither the Al diffusion layer nor the Sn diffusion layer was formed in the rotor core. Among these, No. in Table 2 and Table 3 below. 7, 12, and 21 cut the rolled material or the forged material after the heat treatment into the shape of the rotor core provided in the motor for evaluation, and obtained rotor cores for test were obtained at 850 ° C., 3 It is an example using what performed magnetic annealing of time. That is, these are examples in which the Al film and the Sn film are not formed, and the heat treatment after the film formation is not performed.

磁気焼鈍して得られた供試用ロータ鉄心の金属組織、フェライト結晶粒度、および電気抵抗率を上記と同じ手順で測定し、測定結果を下記表3に示す。   The metal structure, ferrite crystal grain size, and electrical resistivity of the test rotor core obtained by magnetic annealing were measured in the same procedure as described above, and the measurement results are shown in Table 3 below.

次に、磁気焼鈍して得られた供試用ロータ鉄心を上記評価用モータに取り付け、上記と同じ手順で測定した。測定結果を下記表3に示す。   Next, the test rotor core obtained by magnetic annealing was attached to the evaluation motor, and the measurement was performed in the same procedure as described above. The measurement results are shown in Table 3 below.

下記表2、表3のNo.15は、上記圧延材を上記評価用モータに備えられているロータ鉄心の形状に切削加工したものを用いた例である。即ち、No.15は、磁気焼鈍も、Al皮膜およびSn皮膜の形成も行わず、また皮膜形成後の熱処理も行っていない例である。   No. in Table 2 and Table 3 below. 15 is an example in which the rolled material is cut into the shape of the rotor core provided in the evaluation motor. That is, no. No. 15 is an example in which neither the magnetic annealing nor the formation of the Al film and the Sn film is performed, and the heat treatment after the film formation is not performed.

切削加工して得られた供試用ロータ鉄心の金属組織、フェライト結晶粒度、および電気抵抗率を上記と同じ手順で測定し、測定結果を下記表3に示す。   The metal structure, ferrite crystal grain size, and electrical resistivity of the test rotor core obtained by cutting were measured in the same procedure as described above, and the measurement results are shown in Table 3 below.

次に、切削加工して得られた供試用ロータ鉄心を上記評価用モータに取り付け、上記と同じ手順で測定した。測定結果を下記表3に示す。   Next, the rotor iron core for test obtained by cutting was attached to the motor for evaluation, and measured by the same procedure as described above. The measurement results are shown in Table 3 below.

[No.16]
下記表2、表3のNo.16は、下記表1に示した鋼種d(残部は鉄および不可避不純物)を用いた例である。鋼種dは、一般に市販されている無方向性電磁鋼板(JIS C2552で規定される50A600相当鋼である新日本製鉄製「50H600」、厚み0.5mm)である。No.16では、上記電磁鋼板を上記評価用モータに備えられているロータ鉄心の形状(図2参照)に積層したものを用いている。即ち、No.16は、磁気焼鈍も、Al皮膜およびSn皮膜の形成も行わず、また皮膜形成後の熱処理も行っていない例である。下記表2に示す「積層鋼板」とは、上記無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工して積層したものについて、かしめ加工と一部溶接接合を行ってロータ鉄心を作製し、得られたロータ鉄心とシャフトを組み合わせたこと意味している。シャフトの成分組成は、上記無方向性電磁鋼板と同じである。
[No. 16]
No. in Table 2 and Table 3 below. 16 is an example using the steel type d shown in Table 1 below (the balance is iron and inevitable impurities). The steel type d is a non-oriented electrical steel sheet that is generally available on the market (“50H600” made by Nippon Steel, which is a 50A600 equivalent steel specified by JIS C2552, thickness 0.5 mm). No. No. 16 uses a laminate of the magnetic steel sheet in the shape of the rotor core (see FIG. 2) provided in the evaluation motor. That is, no. No. 16 is an example in which neither the magnetic annealing nor the formation of the Al film and the Sn film is performed, and the heat treatment after the film formation is not performed. The “laminated steel sheet” shown in Table 2 below refers to a laminate obtained by punching and laminating the non-oriented electrical steel sheet, and performing a caulking process and a partial weld joint to produce a rotor core. It means that the shaft is combined. The component composition of the shaft is the same as that of the non-oriented electrical steel sheet.

得られた供試用ロータ鉄心の金属組織、フェライト結晶粒度、および電気抵抗率を上記と同じ手順で測定し、測定結果を下記表3に示す。   The metal structure, ferrite grain size, and electrical resistivity of the obtained test rotor core were measured in the same procedure as described above, and the measurement results are shown in Table 3 below.

次に、得られた供試用ロータ鉄心を上記評価用モータに取り付け、上記と同じ手順で測定した。測定結果を下記表3に示す。   Next, the obtained test rotor iron core was attached to the evaluation motor and measured in the same procedure as described above. The measurement results are shown in Table 3 below.

次に、図3に、評価用モータに付与したトルクとモータ効率の関係を示す。また、図4に、評価用モータの回転数とモータ効率の関係を示す。なお、図3、図4には、代表値として下記表3に示したNo.1、3、4、7、16の結果を示す。図3、図4において、◇はNo.1の結果、□はNo.3の結果、△はNo.4の結果、◆はNo.7の結果、■はNo.16の結果を夫々示している。   Next, FIG. 3 shows the relationship between the torque applied to the evaluation motor and the motor efficiency. FIG. 4 shows the relationship between the rotation speed of the evaluation motor and the motor efficiency. 3 and 4, No. 1 shown in Table 3 below as a representative value. The results of 1, 3, 4, 7, 16 are shown. In FIG. 3 and FIG. As a result of No. 1, □ is No. 3. As a result, Δ is No. As a result of No. 4, ◆ is No. As a result of No. 7, ■ is No. 16 results are shown respectively.

図3、図4から明らかなように、いずれの試験片も、評価用モータに付与するトルクに対するモータ効率はほぼ等しい傾向を示しているが、電磁鋼板を積層して得られたロータ鉄心を用いたNo.16は、モータ回転数が大きくなるに従ってモータ効率の低下が著しく大きくなることが分かる。   As is clear from FIGS. 3 and 4, the motor efficiencies of the test pieces with respect to the torque applied to the evaluation motor tend to be almost equal, but the rotor core obtained by laminating electromagnetic steel sheets is used. No. No. 16 shows that the decrease in motor efficiency increases remarkably as the motor speed increases.

下記表1〜表3から次のように考察できる。No.1、5、8、10、17、19は、本発明で規定する要件を満足する例であり、得られたロータ鉄心を備えた評価用モータは、目標としているモータ効率を満足しており、しかも78%以上のモータ効率を広い回転数領域で実現できている。また、Al拡散層を設けたNo.1とNo.17、Sn拡散層を設けたNo.5とNo.19を比較すると、B(ホウ素)を添加していない鋼種aを用いた例(No.1とNo.5)よりも、Bを添加した鋼種eを用いた例(No.17とNo.19)の方が、磁気特性が一層向上していることが分かる。   The following Table 1 to Table 3 can be considered as follows. No. 1, 5, 8, 10, 17, 19 are examples that satisfy the requirements defined in the present invention, and the evaluation motor provided with the obtained rotor core satisfies the target motor efficiency, In addition, motor efficiency of 78% or more can be realized in a wide rotational speed range. No. 1 provided with an Al diffusion layer. 1 and No. No. 17 provided with a Sn diffusion layer. 5 and No. 19 is compared with the example (No. 17 and No. 19) using the steel type e to which B is added rather than the example (No. 1 and No. 5) using the steel type a to which B (boron) is not added. It can be seen that the magnetic properties are further improved.

一方、No.2〜4、6、7、9、11〜16、18、20、21は、本発明で規定するいずれかの要件を満足しない例であり、得られたロータ鉄心を備えた評価用モータは、目標としているモータ効率を満足しておらず、更に、78%以上のモータ効率を実現できる回転数領域が狭くなっている例もあった。具体的には、No.16は、電磁鋼板を積層して得られたロータ鉄心を用いた従来例であり、モータ効率は目標としている基準に到達していない。   On the other hand, no. 2 to 4, 6, 7, 9, 11 to 16, 18, 20, and 21 are examples that do not satisfy any of the requirements defined in the present invention, and the evaluation motor including the obtained rotor iron core is In some cases, the target motor efficiency is not satisfied, and the rotation speed region in which the motor efficiency of 78% or more can be realized is narrow. Specifically, no. Reference numeral 16 is a conventional example using a rotor core obtained by laminating electromagnetic steel sheets, and the motor efficiency does not reach the target standard.

No.7、12、15、21は、いずれもロータ鉄心の端部にAl拡散層もSn拡散層も形成していない例であり、このロータ鉄心を備えた評価用モータは、モータ効率が目標としている基準に到達しておらず、また78%以上のモータ効率を達成するための回転数領域は狭くなっている。   No. Nos. 7, 12, 15, and 21 are examples in which neither an Al diffusion layer nor an Sn diffusion layer is formed at the end of the rotor core, and the motor efficiency of the evaluation motor equipped with this rotor core is the target. The rotation speed region for achieving motor efficiency of 78% or more is narrower than the standard has been reached.

No.2は、ロータ鉄心の端部にAl拡散層が形成されているため、78%以上のモータ効率を達成するための回転数領域は930と広くなっている。しかし、Al拡散層を粉末塗布法で形成しているため、最大値(Almax)と最小値(Almin)の比が1.5を超えており、最表面におけるAl濃度にバラツキが生じている。また、最表面におけるAl濃度が18質量%を超えているため、非磁性相部も生成している。従って渦電流損が局所的に発生し、モータ効率自体が目標としている基準に到達していなかった。 No. In No. 2, since the Al diffusion layer is formed at the end of the rotor core, the rotational speed region for achieving motor efficiency of 78% or more is as wide as 930. However, since the Al diffusion layer is formed by the powder coating method, the ratio between the maximum value (Al max ) and the minimum value (Al min ) exceeds 1.5, and the Al concentration on the outermost surface varies. Yes. Moreover, since the Al concentration on the outermost surface exceeds 18% by mass, a nonmagnetic phase part is also generated. Therefore, eddy current loss occurred locally, and the motor efficiency itself did not reach the target standard.

No.13は、ロータ鉄心の端部にAl拡散層を形成した例であるが、母相の化学成分組成が本発明で規定する要件を満足していないため、ロータ鉄心として必要な磁気特性が不足し、モータ効率が目標としている基準に到達しておらず、また78%以上のモータ効率を達成するための回転数領域は狭くなっている。   No. No. 13 is an example in which an Al diffusion layer is formed at the end of the rotor core. However, since the chemical composition of the matrix does not satisfy the requirements defined in the present invention, the magnetic properties necessary for the rotor core are insufficient. The motor efficiency does not reach the target standard, and the rotational speed region for achieving motor efficiency of 78% or more is narrow.

No.3、4、9、14、18は、いずれもロータ鉄心の全面にAl拡散層を形成した例であり、モータ効率が目標としている基準に到達しておらず、また78%以上のモータ効率を達成するための回転数領域は狭くなっている。   No. 3, 4, 9, 14, and 18 are examples in which an Al diffusion layer is formed on the entire surface of the rotor core. The motor efficiency does not reach the target standard, and the motor efficiency is 78% or more. The rotational speed region to achieve is narrow.

No.6、11、20は、いずれもロータ鉄心の全面にSn拡散層を形成した例であり、モータ効率が目標としている基準に到達しておらず、また78%以上のモータ効率を達成するための回転数領域は狭くなっている。   No. Nos. 6, 11, and 20 are examples in which an Sn diffusion layer is formed on the entire surface of the rotor core. The motor efficiency does not reach the target standard, and a motor efficiency of 78% or more is achieved. The rotation speed region is narrow.

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Claims (9)

母相の化学成分組成が、
C :0.002〜0.02%(質量%の意味。以下同じ。)、
Si:3%以下(0%を含まない)、
Mn:0.1〜0.5%、
P :0.03%以下(0%を含まない)、
S :0.03%以下(0%を含まない)、
Cu:0.1%以下(0%を含まない)、
Ni:0.1%以下(0%を含まない)、
Cr:1.6%以下(0%を含まない)、
Al:0.002〜0.04%、
N :0.005%以下(0%を含まない)、
残部:鉄および不可避不純物で、
柱状または筒状の永久磁石モータ用ロータ鉄心であり、
(a)端部の最表面側から中心部に向かってAl量が減少するAl拡散層が形成されており、且つ端面におけるAl濃度を複数箇所測定したときに、最大値(Almax)と最小値(Almin)の比(Almax/Almin)が1.0〜1.5であるか、または、
(b)端部の最表面側から中心部に向かってSn量が減少するSn拡散層が形成されており、且つ端面におけるSn濃度を複数箇所測定したときに、最大値(Snmax)と最小値(Snmin)の比(Snmax/Snmin)が1.0〜1.5であることを特徴とする永久磁石モータ用ロータ鉄心。
The chemical composition of the parent phase is
C: 0.002 to 0.02% (meaning mass%, the same shall apply hereinafter),
Si: 3% or less (excluding 0%),
Mn: 0.1 to 0.5%
P: 0.03% or less (excluding 0%),
S: 0.03% or less (excluding 0%),
Cu: 0.1% or less (excluding 0%),
Ni: 0.1% or less (excluding 0%),
Cr: 1.6% or less (excluding 0%),
Al: 0.002 to 0.04%,
N: 0.005% or less (excluding 0%),
The rest: iron and inevitable impurities
It is a rotor core for a columnar or cylindrical permanent magnet motor,
(A) When an Al diffusion layer in which the Al amount decreases from the outermost surface side of the end portion toward the center portion and when the Al concentration on the end surface is measured at a plurality of locations, the maximum value (Al max ) and the minimum The value (Al min ) ratio (Al max / Al min ) is 1.0 to 1.5, or
(B) The Sn diffusion layer in which the Sn amount decreases from the outermost surface side of the end portion toward the center portion, and the maximum value (Sn max ) and the minimum when the Sn concentration on the end surface is measured at a plurality of locations. value (Sn min) ratio (Sn max / Sn min) is the rotor iron core permanent magnet motor, characterized in that 1.0 to 1.5.
前記Al拡散層のうち、Alを1質量%以上含有する最適Al拡散層の厚みが40μm以上である請求項1に記載のロータ鉄心。   The rotor core according to claim 1, wherein, in the Al diffusion layer, the thickness of the optimum Al diffusion layer containing 1% by mass or more of Al is 40 µm or more. 前記端面におけるAl濃度が18質量%以下(0質量%を含まない)である請求項1または2に記載のロータ鉄心。   The rotor core according to claim 1 or 2, wherein an Al concentration in the end face is 18 mass% or less (not including 0 mass%). 前記Sn拡散層のうち、Snを1質量%以上含有する最適Sn拡散層の厚みが40μm以上である請求項1に記載のロータ鉄心。   2. The rotor core according to claim 1, wherein among the Sn diffusion layers, an optimum Sn diffusion layer containing 1 mass% or more of Sn is 40 μm or more. 前記端面におけるSn濃度が18質量%以下(0質量%を含まない)である請求項1または4に記載のロータ鉄心。   The rotor core according to claim 1 or 4, wherein the Sn concentration in the end face is 18 mass% or less (excluding 0 mass%). 前記母相の金属組織に占めるフェライト分率が99面積%以上であり、
フェライト結晶粒の粒度番号の平均値が5.5以下である請求項1〜5のいずれかに記載のロータ鉄心。
The ferrite fraction in the matrix metal structure is 99 area% or more,
The rotor core according to any one of claims 1 to 5, wherein the average value of the grain number numbers of the ferrite crystal grains is 5.5 or less.
前記母相は、更に、他の元素として、
B:0.006%以下(0%を含まない)を含有するものである請求項1〜6のいずれかに記載のロータ鉄心。
The parent phase further includes other elements,
The rotor core according to any one of claims 1 to 6, wherein B: 0.006% or less (excluding 0%) is contained.
請求項1〜7のいずれかに記載の永久磁石モータ用ロータ鉄心の外側面に永久磁石が固定されている永久磁石モータ用ロータ。   A rotor for a permanent magnet motor, wherein a permanent magnet is fixed to the outer surface of the rotor core for a permanent magnet motor according to any one of claims 1 to 7. 請求項8に記載の永久磁石モータ用ロータを備えた永久磁石モータ。   A permanent magnet motor comprising the rotor for a permanent magnet motor according to claim 8.
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