KR20220088757A

KR20220088757A - 스테이터 코어, 회전 전기 기기, 스테이터 코어의 설계 방법

Info

Publication number: KR20220088757A
Application number: KR1020227017440A
Authority: KR
Inventors: 야스오 오스기; 미호 도미타; 뎃슈 무라카와
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2020-11-13
Publication date: 2022-06-28
Also published as: CN114667661A; TW202135428A; WO2021095861A1; BR112022009062A2; EP4060869A1; EP4060869A4; TWI769583B; US20220407371A1; JPWO2021095861A1

Abstract

본 발명은, 적층된 복수의 전자 강판을 갖는 스테이터 코어이며, 스테이터 코어의 복수의 티스(121a 내지 121p) 중, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스의 폭이, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스의 폭보다도 좁다.

Description

스테이터 코어, 회전 전기 기기, 스테이터 코어의 설계 방법

본 발명은, 스테이터 코어, 회전 전기 기기, 스테이터 코어의 설계 방법에 관한 것이다. 특히, 적층된 복수의 전자 강판을 갖는 스테이터 코어에 사용하기에 적합한 것이다.

본원은, 2019년 11월 15일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2019-206649호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

회전 전기 기기의 스테이터 코어(철심)로서 주로 전자 강판이 사용된다. 전자 강판은 방향성 전자 강판과 무방향성 전자 강판으로 크게 구별된다. 전자 강판의 자기 특성은 일반적으로 판면 내에 있어서 이방성을 갖고 있다. 특히 방향성 전자 강판은 자기 특성의 이방성이 커서, 압연 방향의 자기 특성이 다른 방향보다도 극단적으로 양호하다. 한편, 무방향성 전자 강판이라도 방향성 전자 강판보다도 작지만, 자기 특성에 이방성이 있다. 이와 같은 자기 특성에 이방성이 있는 전자 강판을 적층하여 스테이터 코어를 구성하면, 자기 특성이 양호한 부분과 그렇지 않은 부분이 발생하여, 스테이터 코어의 자기 특성의 분포에 변동이 발생한다. 구체적으로는, 스테이터 코어 내의 자속 밀도의 변동이 발생해 버려 철손은 커져 버린다.

특허문헌 1에는, 스테이터 코어의 홈 바닥과 외주 사이의 자속의 통로 치수(즉, 스테이터 코어의 요크의 직경 방향의 길이)를, 자기 특성이 양호한 영역에서 작게 하고, 자기 특성이 떨어지는 영역에서 크게 하는 회전 전기 기기의 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 회전 전기 기기의 기술에서는, 스테이터 코어의 요크의 단면적을 자기 특성에 따라서 다르게 함으로써, 동일한 자속에 대하여, 자속 밀도가, 자기 특성이 떨어지는 영역일수록 낮아지도록 한다.

특허문헌 2에는, 압연 방향 혹은 압연 직각 방향을 따르는 방향의 자극 티스의 표면적을 다른 자극 티스의 표면적보다도 좁게 하는 3극 코어의 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 2에 개시된 3극 코어에서는, 압연 방향 혹은 압연 직각 방향을 따르는 방향의 자극 티스의 표면적을 다른 자극 티스의 표면적보다도 좁게 함으로써, 저렴하고 게다가 자속의 언밸런스를 해소할 수 있다.

일본 특허 공개 소59-10142호 공보 일본 특허 공개 평8-214476호 공보

그러나, 특허문헌 1에 개시된 기술에서는, 티스로부터 요크에 자속이 구부러지면서 유입되기 때문에, 요크의 둘레 방향 중 어느 부위의 통로 치수를 크게 하거나 작게 하거나 할지를 특정하는 것이 용이하지는 않다. 즉, 특허문헌 1의 기술에서는, 스테이터 코어의 형상을 결정하는 것이 어려워 자속 밀도의 변동을 저감시킬 수 없을 우려가 있다.

또한, 특허문헌 2에 개시된 기술에서는, 압연 방향 혹은 압연 직각 방향을 따르는 방향의 자속이 그 이외의 방향의 자속에 비해 통과하기 쉬운 것을 전제하고 있지만, 압연 방향 혹은 압연 직각 방향을 따르는 방향의 자속이 통과하기 어려운 경우가 있다. 즉, 특허문헌 2의 기술과 같이 압연 방향에 기초하여 3극 코어의 형상을 결정해도, 자속 밀도의 변동을 저감시킬 수 없을 우려가 있다.

본 발명은, 이상과 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 자속 밀도의 변동을 저감하여, 철손을 억제하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 구성을 채용한다.

(1) 본 발명의 일 양태에 관한 스테이터 코어는, 적층된 복수의 전자 강판을 갖는 스테이터 코어이며, 상기 스테이터 코어의 복수의 티스 중, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스의 폭이, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스의 폭보다도 좁다.

(2) 상기 (1)에 기재된 스테이터 코어는, 상기 스테이터 코어의 티스에 있어서, 상기 스테이터 코어의 티스의 폭과, 소정의 자계의 강도로 여자하였을 때의 티스의 자속 밀도와의 곱이 각 티스에서 대략 일정해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 스테이터 코어는, 상기 스테이터 코어는 압연된 전자 강판이 적층되어 구성되고, 상기 전자 강판은, 질량％로, C: 0.0100％ 이하, Si: 1.50％ 내지 4.00％, sol.Al: 0.0001％ 내지 1.0％, S: 0.0100％ 이하, N: 0.0100％ 이하, Mn, Ni, Co, Pt, Pb, Cu, Au로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 총계로 2.50％ 내지 5.00％, Sn: 0.000％ 내지 0.400％, Sb: 0.000％ 내지 0.400％, P: 0.000％ 내지 0.400％, 및 Mg, Ca, Sr, Ba, Ce, La, Nd, Pr, Zn 및 Cd로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 총계로 0.0000％ 내지 0.0100％를 함유하고, Mn 함유량(질량％)을 [Mn], Ni 함유량(질량％)을 [Ni], Co 함유량(질량％)을 [Co], Pt 함유량(질량％)을 [Pt], Pb 함유량(질량％)을 [Pb], Cu 함유량(질량％)을 [Cu], Au 함유량(질량％)을 [Au], Si 함유량(질량％)을 [Si], sol.Al 함유량(질량％)을 [sol.Al]로 하였을 때, 이하의 (1)식을 충족하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고, 압연 방향에 있어서의 B50의 값을 B50L, 압연 방향으로부터 45° 기운 방향에 있어서의 B50의 값을 B50D1, 압연 방향으로부터 90° 기운 방향에 있어서의 B50의 값을 B50C, 압연 방향으로부터 135° 기운 방향에 있어서의 B50의 값을 B50D2라 하였을 때, 이하의 (2)식 또한 (3)식을 충족하고, {100}<011>의 X선 랜덤 강도비가 5 이상 30 미만이며, 판 두께가 0.50㎜ 이하이고, 상기 자기 특성이 우수한 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 45°인 방향이며, 상기 자기 특성이 떨어진 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 0° 및 90°인 방향이고, 상기 압연 방향으로부터의 각도가 45°인 방향을 따른 티스의 폭이, 상기 압연 방향으로부터의 각도가 0°인 방향을 따른 티스의 폭, 및 상기 압연 방향으로부터의 각도가 90°인 방향을 따른 티스의 폭 중 어느 폭보다도 좁아도 된다.

([Mn]+[Ni]+[Co]+[Pt]+[Pb]+[Cu]+[Au])-([Si]+[sol.Al])>0％ ···(1)

(B50D1+B50D2)/2>1.7T ···(2)

(B50D1+B50D2)/2>(B50L+B50C)/2 ···(3)

여기서, 자속 밀도 B50이란, 자계의 강도 5000A/m으로 여자하였을 때의 자속 밀도이다.

(4) 상기 (3)에 기재된 스테이터 코어는, 이하의 (4)식을 충족해도 된다.

(B50D1+B50D2)/2>1.1×(B50L+B50C)/2 ···(4)

(5) 상기 (3)에 기재된 스테이터 코어는, 이하의 (5)식을 충족해도 된다.

(B50D1+B50D2)/2>1.2×(B50L+B50C)/2 ···(5)

(6) 상기 (3)에 기재된 스테이터 코어는, 이하의 (6)식을 충족해도 된다.

(B50D1+B50D2)/2>1.8T ···(6)

(7) 본 발명의 일 양태에 관한 회전 전기 기기는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 스테이터 코어를 구비한다.

(8) 본 발명의 일 양태에 관한 스테이터 코어의 설계 방법은, 적층된 전자 강판을 갖는 스테이터 코어의 설계 방법이며, 소정의 자계의 강도로 여자하였을 때의 티스의 자속 밀도의 정보를 취득하는 티스 자속 밀도 취득 공정과, 상기 스테이터 코어의 티스의 폭과, 상기 티스 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된 티스의 자속 밀도와의 곱이 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 상기 스테이터 코어의 티스의 폭을 결정하는 결정 공정을 갖는다.

(9) 상기 (8)에 기재된 스테이터 코어의 설계 방법은, 상기 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기를 운전시키는 경우의 상기 회전 전기 기기의 운전 데이터를 취득하는 운전 데이터 취득 공정과, 상기 운전 데이터 취득 공정에 의해 취득된 운전 데이터에 기초하여, 복수의 운전 조건 중 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건을 특정하는 특정 공정과, 상기 특정 공정에 의해 특정된 비율이 가장 높은 운전 조건에 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득하는 평균 자속 밀도 취득 공정과, 상기 평균 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터, 티스의 평균 자계의 강도를 산출하는 평균 자계의 강도 산출 공정을 갖고, 상기 티스 자속 밀도 취득 공정에서는, 상기 평균 자계의 강도 산출 공정에 의해 산출된 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의 티스의 자속 밀도의 정보를 취득해도 된다.

(10) 상기 (8)에 기재된 스테이터 코어의 설계 방법은, 상기 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기를 운전시키는 경우의 상기 회전 전기 기기의 운전 데이터를 취득하는 운전 데이터 취득 공정과, 상기 운전 데이터 취득 공정에 의해 취득된 운전 데이터에 기초하여, 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율을 특정하는 특정 공정과, 상기 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득하는 평균 자속 밀도 취득 공정과, 상기 평균 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된, 상기 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터, 상기 복수의 운전 조건마다 티스의 평균 자계의 강도를 산출하는 평균 자계의 강도 산출 공정을 갖고, 상기 티스 자속 밀도 취득 공정에서는, 상기 평균 자계의 강도 산출 공정에 의해 산출된 상기 복수의 운전 조건마다의 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 상기 복수의 운전 조건마다의 티스의 자속 밀도의 정보를 취득하고, 상기 결정 공정에서는, 상기 스테이터 코어의 티스의 폭과, 상기 티스 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된 티스의 자속 밀도와의 곱이 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 상기 복수의 운전 조건마다 티스의 폭을 산출하고, 산출한 상기 복수의 운전 조건마다의 티스의 폭을, 상기 특정 공정에 의해 특정된 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여하여, 가중치 부여 후의 티스의 폭을 결정해도 된다.

(11) 상기 (8)에 기재된 스테이터 코어의 설계 방법은, 상기 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기를 운전시키는 경우의 상기 회전 전기 기기의 운전 데이터를 취득하는 운전 데이터 취득 공정과, 상기 운전 데이터 취득 공정에 의해 취득된 운전 데이터에 기초하여, 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율을 특정하는 특정 공정과, 상기 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득하는 평균 자속 밀도 취득 공정과, 상기 평균 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된, 상기 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터, 상기 특정 공정에 의해 특정된 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 평가 자속 밀도를 산출하는 평가 자속 밀도 산출 공정과, 상기 평가 자속 밀도 산출 공정에 의해 산출된 티스의 평가 자속 밀도로부터, 티스의 평균 자계의 강도를 산출하는 평균 자계의 강도 산출 공정을 갖고, 상기 티스 자속 밀도 취득 공정에서는, 상기 평균 자계의 강도 산출 공정에 있어서 산출된 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의 티스의 자속 밀도의 정보를 취득해도 된다.

(12) 상기 (9) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 스테이터 코어의 설계 방법은, 상기 운전 데이터 취득 공정에서는, 상기 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기의 계획 데이터 및 실적 데이터 중 적어도 어느 운전 데이터를 취득해도 된다.

본 발명의 상기 양태에 의하면, 자속 밀도의 변동을 저감하여, 철손을 억제할 수 있다.

도 1은 회전 전기 기기의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 압연 방향으로부터의 각도와, 자기 특성의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 티스의 폭을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 모터의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 스테이터 코어 중 압연 방향으로부터의 각도 0° 내지 90°를 도시하는 도면이다.
도 6은 토크 비율과 티스의 평균 자속 밀도의 관계를 나타내는 표이다.
도 7은 토크 비율과 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도의 관계를 나타내는 표이다(소재 A).
도 8은 토크 비율과 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 최적 폭의 관계를 나타내는 표이다(소재 A).
도 9는 비교예와 발명예의 철손 비율을 나타내는 표이다(소재 A).
도 10은 운전 데이터의 일례를 나타내는 표이다.
도 11은 압연 방향으로부터의 각도마다의, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 나타내는 표이다(소재 A).
도 12는 토크 비율과 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도의 관계를 나타내는 표이다(소재 B).
도 13은 토크 비율과 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 최적 폭의 관계를 나타내는 표이다(소재 B).
도 14는 비교예와 발명예의 철손 비율을 나타내는 표이다(소재 B).
도 15는 압연 방향으로부터의 각도마다의, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 나타내는 표이다(소재 B).
도 16은 모터의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 17은 스테이터 코어 중 압연 방향으로부터의 각도 0° 내지 90°를 도시하는 도면이다.
도 18은 토크 비율과 티스의 평균 자속 밀도의 관계를 나타내는 표이다.
도 19는 토크 비율과 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도의 관계를 나타내는 표이다(소재 A).
도 20은 토크 비율과 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 최적 폭의 관계를 나타내는 표이다(소재 A).
도 21은 비교예와 발명예의 철손 비율을 나타내는 표이다(소재 A).
도 22는 압연 방향으로부터의 각도마다의, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 나타내는 표이다(소재 A).
도 23은 토크 비율과 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도의 관계를 나타내는 표이다(소재 B).
도 24는 토크 비율과 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 최적 폭의 관계를 나타내는 표이다(소재 B).
도 25는 비교예와 발명예의 철손 비율을 나타내는 표이다(소재 B).
도 26은 압연 방향으로부터의 각도마다의, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 나타내는 표이다(소재 B).
도 27은 스테이터 코어의 설계 장치의 기능 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 28은 스테이터 코어의 설계 장치의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 29는 스테이터 코어의 설계 장치의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 30은 스테이터 코어의 설계 장치의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태를 설명한다. 또한, 각 도면에 나타내는 X-Y-Z 좌표는, 각 도면에 있어서의 방향의 관계를 나타내는 것이며, X-Y-Z 좌표의 원점은, 각 도면에 나타내는 위치에 한정되지는 않는다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 길이, 형상, 방향, 크기, 간격, 그 밖의 물리량이 동일한 것은, 완전히 동일한 것에 한정되지는 않고, 대상이 되는 부분의 기능이 손상되지 않는 범위에서 다른 경우도 포함한다.

<회전 전기 기기의 구성>

도 1은 회전 전기 기기(100)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 구체적으로 도 1은 회전 전기 기기(100)를, 그 축 O에 수직으로 자른 단면을 도시하는 도면이다. 이하의 설명에서는, 회전 전기 기기(100)의 둘레 방향(회전 전기 기기(100)의 축 O 주위의 방향), 직경 방향(회전 전기 기기(100)의 축 O로부터 방사상으로 연장되는 방향), 높이 방향(축 O에 평행한 방향(Z축 방향))을, 필요에 따라, 각각, 둘레 방향, 직경 방향, 높이 방향이라 약칭한다. 또한, 회전 전기 기기(100)의 축 O를, 필요에 따라, 축 O라 약칭한다.

도 1에 있어서, 회전 전기 기기(100)는, 로터(110)와, 스테이터(120)를 갖는다.

로터(110)는, 회전축(130)(축 O)과 동축으로 되도록, 직접 또는 부재를 통해 회전축(130)에 설치된다. 로터(110)는, 예를 들어 로터 코어(철심)와, 영구 자석과, 회전축(샤프트)을 갖는다. 로터(110)는, 공지의 기술로 실현할 수 있으므로, 여기에서는 그 상세한 설명을 생략한다.

스테이터(120)는, 회전축(130)(축 O)과 동축으로 되도록, 로터(110)의 외측에 배치된다. 스테이터(120)는, 스테이터 코어와, 코일을 갖는다. 표기의 사정상, 도 1에서는, 코일의 도시를 생략한다. 스테이터 코어는, 복수의 티스(121a 내지 121p)와 요크(122)를 갖는다. 요크(122)는, 대략 중공 원통 형상을 갖는다. 티스(121a 내지 121p)는, 요크(122)의 내주면으로부터 축 O를 향하도록 직경 방향으로 연장된다. 티스(121a 내지 121p)는, 둘레 방향에 있어서 등간격으로 배치된다. 티스(121a 내지 121p) 및 요크(122)는 일체로 되어 있다. 즉, 티스 및 요크에 경계선은 없다. 또한, 소위 분할 코어의 경우에 요크 내에 존재하는 경계선도 없다.

복수의 티스(121a 내지 121p)의 선단면이, 로터(110)의 로터 코어의 외주면과 간격(에어 갭)을 두고 대향하도록, 로터(110) 및 스테이터(120)의 위치가 결정된다. 또한, 복수의 티스(121a 내지 121p)의 각각에 대하여 코일(권선)이, 티스(121a 내지 121p)와 전기적으로 절연된 상태로 배치된다. 코일의 권취 방법은, 분포권이어도 집중권이어도 된다. 스테이터(120)의 코일에 대하여 여자 전류를 흘림으로써 회전 자계가 발생하고, 당해 회전 자계에 의해 로터(110)가 회전한다.

여기에서는, 회전 전기 기기(100)가, 이너 로터형 모터(전동기)인 경우를 예로 들어 설명한다. 모터의 적용처로서는, 예를 들어 전기 자동차(Electric Vehicle), 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle), 또는 컴프레서를 들 수 있지만, 모터의 적용처는 특별히 한정되지는 않는다.

본 실시 형태에서는, 스테이터 코어는, 전자 강판의 일례로서, 무방향성 전자 강판을 사용하여 구성된다. 무방향성 전자 강판은, 예를 들어 JIS C 2552(2014)에 규정되는 「무방향성 전자 강대」에 준하는 것이 사용된다.

스테이터 코어의 평면의 전체 형상(도 1에 도시한 형상)에 맞추어 잘려내어진 무방향성 전자 강판으로서, 동일한 형상 및 크기를 갖는 복수의 무방향성 전자 강판을 적층하여 고정함으로써 스테이터 코어가 구성된다. 스테이터 코어의 고정은, 예를 들어 코오킹을 사용함으로써 실현된다. 무방향성 전자 강판을 오려내는 방법은, 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 금형에 의한 펀칭 가공이나, 와이어 방전 가공 등을 사용하여, 무방향성 전자 강판을 잘라낼 수 있다.

도 1에 있어서, 후술하는 설명의 사정상, 각도를 2종류로 표기한다. 도 1에 괄호를 붙이지 않고 나타내는 각도(0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°)는, 무방향성 전자 강판의 압연 방향을 기준으로 한 경우의, 무방향성 전자 강판의 압연 방향과, 티스(121a 내지 121p)의 직경 방향이 이루는 각도 중 90° 이하를 나타내는 각도이다. 도 1에 괄호를 붙여 나타내는 각도(0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°, 112.5°, 135°, 157.5°, 180°, 202.5°, 225°, 247.5°, 270°, 292.5°, 315°, 337.5°, 360°)는, 무방향성 전자 강판의 압연 방향 중 X축의 정의 방향을 향하는 방향을 기준(0[°])으로 하고, 도 1의 지면을 향하여 반시계 방향을 정의 방향으로 하여 나타내는 경우의 각도를 나타낸다. 이와 같이, 도 1에 있어서, 괄호를 붙이지 않고 나타내는 각도와, 그 후에 괄호를 붙여 나타내는 각도는, 표기의 방법이 다른 것이며, 그 의미는 동일하다.

여기서, 티스(121a 내지 121p)의 직경 방향은, 당해 티스(121a 내지 121p)의 둘레 방향의 중심과, 축 O를 통과하는 가상선이며, 축 O(스테이터 코어의 축)에 수직인 평면(X-Y 평면)에 평행한 가상선(도 1에 있어서 파선으로 나타내는 직선)이 신장되는 방향에 평행한 방향이다. 도 1에서는, 무방향성 전자 강판의 압연 방향이 X축 방향인 경우를 예로 들어 나타낸다.

이하의 설명에서는, 무방향성 전자 강판의 압연 방향을 기준으로 한 경우의, 무방향성 전자 강판의 압연 방향과, 티스(121a 내지 121p)의 직경 방향이 이루는 각도를, 필요에 따라, 압연 방향으로부터의 각도라 칭한다. 또한, 이하의 설명에서는, 설명의 사정상, 압연 방향으로부터의 각도를, 도 1에 괄호를 붙이지 않고 나타내는 각도와 같이 정의한 각도로서 설명하는 경우와, 도 1에 괄호를 붙여 나타내는 각도와 같이 정의한 각도로서 설명하는 경우가 있지만, 전술한 바와 같이, 괄호를 붙이지 않고 나타내는 각도와, 그 후에 괄호를 붙여 나타내는 각도란, 표기의 방법이 다른 것이며, 그 의미는 동일하다.

본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이 하여 잘려내어진 복수의 무방향성 전자 강판은, 압연 방향으로부터의 각도를 일치시킨 상태에서 적층된다. 즉, 전술한 바와 같이 하여 잘려내어진 복수의 무방향성 전자 강판의 영역 중, 동일한 티스에 속하는 영역의, (도 1에 괄호를 붙이지 않고 나타내는 각도와 같이 정의로 한 각도로서 나타내는 경우의) 압연 방향으로부터의 각도는 동일하게 된다.

본 실시 형태에서는, 압연 방향으로부터의 각도에 대하여 자기 특성이 다른, 제1 무방향성 전자 강판(소재 A라 칭함)과, 제2 무방향성 전자 강판(소재 B라 칭함)의 2종류의 무방향성 전자 강판을 사용하여, 각각 스테이터 코어를 구성하는 경우에 대하여 설명한다.

소재 A는, 압연 방향으로부터의 각도 0°가 가장 자기 특성이 우수한 방향이며 비교적으로 이방성이 작은 강판이다. 소재 B는, 압연 방향으로부터의 각도 45°가 가장 자기 특성이 우수한 방향이며 비교적으로 이방성이 큰 강판이다.

도 2는 압연 방향으로부터의 각도와, 소재 A 및 소재 B 각각의 자기 특성의 관계를 나타내는 그래프이다. 자기 특성은, 일례로서 자속 밀도의 크기이며, 여기에서는 자계의 강도 5000[A/m]으로 여자하였을 때의 자속 밀도의 크기(B50)이다.

그래프(201)는, 소재 A의 정규화된 자속 밀도 B50을 나타내고, 그래프(502)는, 소재 B의 정규화된 자속 밀도 B50을 나타낸다. 그래프(201) 및 그래프(202)에 있어서의 정규화된 자속 밀도 B50은, 각각 소재 A에 있어서의 압연 방향으로부터의 각도마다의 B50의 평균을 1.000으로 규격화하였을 때의 비율로 나타내고 있다. 또한, 도 2에서는, 표기의 사정상, 압연 방향으로부터의 각도의 표기를, 도 1에 있어서 괄호를 붙여 나타내는 각도와 마찬가지의 표기로 한다.

소재 A는, 압연 방향으로부터의 각도 0°에서 가장 자속 밀도가 크고, 각도 0°로부터 90°마다의 간격으로 자속 밀도가 크게 되어 있다. 또한, 압연 방향으로부터의 각도 45° 근방에서 자속 밀도가 작고, 각도 45°로부터 90°마다의 간격으로 자속 밀도가 작게 되어 있다. 즉, 소재 A는, 자기 특성이 우수한 방향이 압연 방향으로부터의 각도 0°, 90°, 180°, 270°이고, 자기 특성이 떨어진 방향이 압연 방향으로부터의 각도 45°, 135°, 225°, 315°의 근방이다. 이하에서는, 소재 A의 자기 특성이 떨어진 방향의 대푯값으로서, 압연 방향으로부터의 각도 45°, 135°, 225°, 315°로 기재한다. 또한, 소재 A는, 각도 0° 내지 90°의 범위에서의 자속 밀도와, 각도 90° 내지 180°의 범위에서의 자속 밀도가 각도 90°를 경계로 하여 대략 대칭이다. 또한, 소재 A는, 각도 0° 내지 180°의 범위에서의 자속 밀도와, 각도 180° 내지 360°의 범위에서의 자속 밀도가 각도 180°를 경계로 하여 대략 대칭이다.

한편, 소재 B는, 압연 방향으로부터의 각도 45°에서 가장 자속 밀도가 크고, 각도 45°로부터 90°마다의 간격으로 자속 밀도가 크게 되어 있다. 또한, 압연 방향으로부터의 각도 0° 근방에서 자속 밀도가 작고, 각도 0°로부터 90°마다의 간격으로 자속 밀도가 작게 되어 있다. 즉, 소재 B는, 자기 특성이 우수한 방향이 압연 방향으로부터의 각도 45°, 135°, 225°, 315°이고, 자기 특성이 떨어진 방향이 압연 방향으로부터의 각도 0°, 90°, 180°, 270°의 근방이다. 이하에서는, 소재 B의 자기 특성이 떨어진 방향의 대푯값으로서, 압연 방향으로부터의 각도 0°, 90°, 180°, 270°로 기재한다. 또한, 소재 B는, 각도 0° 내지 90°의 범위에서의 자속 밀도와, 각도 90° 내지 180°의 범위에서의 자속 밀도가 각도 90°를 경계로 하여 대략 대칭이다. 또한, 소재 B는, 각도 0° 내지 180°의 범위에서의 자속 밀도와, 각도 180° 내지 360°의 범위에서의 자속 밀도가 각도 180°를 경계로 하여 대략 대칭이다.

도 2에 도시한 바와 같이 압연 방향으로부터의 각도에 따라 자속 밀도의 크기가 다른 소재 A 혹은 소재 B에 의해 스테이터 코어를 구성한 경우, 스테이터 코어의 각 티스의 직경 방향은 각각 압연 방향으로부터의 각도가 다르기 때문에, 소정의 자계의 강도를 여자하였을 때의 각 티스의 자속 밀도가 달라져 버리게 된다. 따라서, 스테이터 코어 내의 자속 밀도의 변동이 발생하기 때문에 철손이 커져 버린다. 이와 같은 스테이터 코어를 사용하여 회전 전기 기기를 구성한 경우에는 회전 전기 기기의 효율이 저하되어 버린다.

본 발명자들은, 스테이터 코어 내의 자속 밀도의 변동을 저감하기 위해서는 각 티스의 폭을 조정하면 되는 것에 착상하였다. 구체적으로, 발명자들은, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스의 폭을 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스의 폭보다도 좁게 하면 되거나, 혹은 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스의 폭을 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스의 폭보다도 넓게 하면 된다고 하는 생각에 이르렀다. 또한, 발명자들은, 자속 밀도의 변동을 보다 저감하기 위해서는 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정하면 된다고 하는 생각에 이르렀다.

상술한 바와 같은 착상에 기초하여 스테이터 코어를 구성하면, 도 1에 도시한 티스(121a 내지 121p) 중, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스의 폭이, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스의 폭보다도 좁아지도록 스테이터 코어가 구성된다.

구체적으로, 먼저, 소재 A를 사용하여 도 1에 도시한 스테이터 코어를 구성하는 경우, 소재 A에서는 자기 특성이 우수한 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 0°인 방향이다. 여기서, 소재 A에 있어서, 자기 특성이 우수한 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 0°인 방향이란, 각도 0°에 더하여, 압연 방향으로부터의 각도 90°, 180°, 270°의 방향을 말한다. 또한, 소재 A에서는, 자기 특성이 떨어진 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 45°인 방향이다. 여기서, 소재 A에 있어서, 자기 특성이 떨어진 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 45°인 방향이란, 각도 45°에 더하여, 압연 방향으로부터의 각도 135°, 225°, 315°의 방향을 말한다. 즉, 소재 A에서는, 압연 방향으로부터의 각도 0°, 90°, 180°, 270°가 자기 특성이 우수한 방향이며, 각도 45°, 135°, 225°, 315°가 자기 특성이 떨어진 방향이다. 따라서, 티스(121a, 121e, 121i, 121m)의 각 티스의 폭을, 티스(121c, 121g, 121k, 121o)의 각 티스의 폭보다도 좁게 함으로써, 스테이터 코어 내의 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있다.

한편, 소재 B를 사용하여 도 1에 도시한 스테이터 코어를 구성하는 경우, 소재 B에서는 자기 특성이 우수한 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 45°인 방향이다. 여기서, 소재 B에 있어서, 자기 특성이 우수한 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 45°인 방향이란, 각도 45°에 더하여, 압연 방향으로부터의 각도 135°, 225°, 315°인 방향을 말한다. 또한, 소재 B에서는, 자기 특성이 떨어진 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 0° 및 90°인 방향이다. 여기서, 소재 B에 있어서, 자기 특성이 떨어진 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 0° 및 90°인 방향이란, 각도 0° 및 90°에 더하여, 압연 방향으로부터의 각도 180°, 270°인 방향을 말한다. 즉, 소재 B에서는, 압연 방향으로부터의 각도 45°, 135°, 225°, 315°가 자기 특성이 우수한 방향이고, 각도 0°, 90°, 180°, 270°가 자기 특성이 떨어진 방향이다. 따라서, 티스(121c, 121g, 121k, 121o)의 각 티스의 폭을, 티스(121a, 121e, 121i, 121m)의 각 티스의 폭보다도 좁게 함으로써, 스테이터 코어 내의 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있다.

여기서, 티스의 폭에 대하여 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 티스의 폭을 설명하기 위한 도면이다. 도 3의 (a)는 직경 방향을 따라서 평행한 티스의 일례이다. 이 예에서는, 티스 자신이 직경 방향을 따라서 평행하다. 도 3의 (b)는 슬롯이 직경 방향을 따라서 평행한 티스의 일례이다. 이 예에서는, 둘레 방향으로 인접하는 티스끼리의 사이에 위치하는 슬롯이 직경 방향을 따라서 평행하다.

본 실시 형태에 있어서의 티스의 폭이란, 티스 직선 영역의 중앙의 위치에서의 스테이터 코어의 둘레 방향 길이로 한다. 티스 직선 영역이란, 스테이터 코어의 축에 수직인 방향으로 자른 경우의 스테이터 코어의 단면에 있어서, 스테이터 코어의 둘레 방향에 있어서의 티스의 단부를 구성하는 직선 중 최장의 직선의 영역을, 스테이터 코어의 둘레 방향에 있어서의 티스의 2개의 단부의 각각에 대하여 구한 것이다.

도 3의 (a)에 도시한 예에서는, 위치(311, 312)를 서로 연결하는 직선과, 위치(313, 314)를 서로 연결하는 직선이, 티스 직선 영역이다. 또한, 도 3의 (a)에 도시한 예에서는, 티스 직선 영역의 중앙의 위치는, 위치(321, 322)이다. 따라서, 도 3의 (a)에 도시한 티스의 폭은, 위치(321)와 위치(322) 사이의 거리 TW이다.

도 3의 (b)에 도시한 예에서는, 위치(315, 316)를 서로 연결하는 직선과, 위치(317, 318)를 서로 연결하는 직선이, 티스 직선 영역이다. 또한, 도 3의 (b)에 도시한 예에서는, 티스 직선 영역의 중앙의 위치는, 위치(323, 324)이다. 따라서, 도 3의 (b)에 도시한 티스의 폭은, 위치(323)와 위치(324) 사이의 거리 TW이다.

도 3의 (a)에서는, 직경 방향을 따라서 평행한 티스의 일례이기 때문에, 티스의 폭은 티스 직선 영역에 있어서의 직경 방향 중 어느 장소에 상관없이 일정하다.

한편, 도 3의 (b)에서는, 슬롯이 직경 방향을 따라서 평행한 티스의 일례이기 때문에, 실제의 티스의 폭이 티스 직선 영역에 있어서의 직경 방향의 어느 장소에 따라서 다르기 때문에, 티스의 폭은, 대푯값으로서 상술한 위치(323)와 위치(324) 사이의 거리 TW로 한다.

<티스의 폭의 결정예(슬롯이 직경 방향을 따라서 평행한 티스(소재 A))>

다음으로, 전자 강판이 소재 A이고, 매립 영구 자석식 동기 모터의 스테이터 코어를 설계하는 경우에, 상술한 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록 티스의 폭을 결정하는 일례에 대하여 설명한다. 또한, 여기에서 나타내는 매립 영구 자석식 동기 모터의 예에서는, 스테이터 코어의 티스가, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 슬롯이 직경 방향을 따라서 평행하다.

도 4는 티스의 폭을 결정하기 전, 즉 각 티스의 폭이 전체 둘레에 있어서 일정한 모터(400)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4에서는, 모터(400)를, 그 축 O에 수직으로 자른 단면을 나타내고 있다.

도 4에 있어서, 모터(400)는, 매립 영구 자석식 동기 모터(IPMSM: Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)이며, 로터(410)와, 스테이터(420)를 갖는다.

로터(410)는, 회전축(430)(축 O)과 동축으로 되도록 회전축(430)에 설치된다. 로터(410)는, 복수의 영구 자석(411)을 갖는다. 영구 자석(411)은 로터 코어(415)에 매립되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이 모터(400)의 극수는 8이다. 로터(410)의 외경은 133[㎜]이다.

스테이터(420)는, 스테이터 코어(421)와 코일(422)를 갖는다. 스테이터(420)의 외경은 207[㎜]이며, 스테이터(420)의 내경은 135[㎜]이다. 또한, 스테이터 코어(421)의 슬롯수는 48이다. 또한, 코일(422)은 분포권이다.

도 5는 도 4의 스테이터 코어(421) 중 압연 방향으로부터의 각도 0° 내지 90°의 부분을 발출하여 확대한 확대도이다. 여기에서는, 스테이터 코어(421)의 티스(501a 내지 501m) 중 티스(501a)는 압연 방향으로부터의 각도 0°에 위치하고 있어 티스의 폭 1/2를 생략하여 도시하고 있다. 또한, 티스(501a 내지 501m) 중 티스(501m)는 압연 방향으로부터의 각도 90°에 위치하고 있어 티스의 폭 1/2를 생략하여 도시하고 있다.

또한, 각 티스는, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이 슬롯이 직경 방향을 따라서 평행한 형상이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 티스 중 근원의 폭 TW1이 6.56㎜이고, 선단의 폭 TW2가 5.16㎜이다. 따라서, 티스의 폭(도 3의 (b)에 도시한 TW)은, (6.56㎜+5.16㎜)÷2를 계산함으로써 5.86㎜이다.

여기서, 모터(400)의 회전수 3,000[rpm]으로서, 스테이터 코어(421)의 전체 둘레에 있어서 티스의 폭이 일정한 경우의, 운전 조건(토크 비율)과 티스의 평균 자속 밀도의 관계에 대하여 해석한 결과를 도 6에 도시한다.

도 6은 모터(400)의 운전 조건인 토크 비율[％]과, 티스의 평균 자속 밀도 B[T^peak]의 관계를 나타내는 표이다. 여기서, 토크 비율이란, 최대 토크 시를 100[％]로 하여, 각 운전 조건에 있어서의 토크의 비율을 나타낸다. 예를 들어, 토크 비율 20[％]란, 최대 토크[Nm]×0.2의 토크값[Nm]으로 운전하는 것을 의미한다. 또한, 티스의 평균 자속 밀도란, 티스 48개에 있어서 각 장소에 있어서의 자속 밀도의 최댓값을 평균화한 값이다. 즉, [T^peak]에 있어서의 peak란, 시간 경과에 따라서 자속 밀도가 변화되었을 때의 피크 자속 밀도를 나타내고 있다. 도 6에서는 토크 비율을 높임에 따라서 티스의 평균 자속 밀도가 증대되고 있다. 도 6에 도시한 토크 비율과 티스의 평균 자속 밀도의 관계는, 맥스웰 방정식에 기초하는 전자장 해석(수치 해석)을 행하거나, 제작한 모터의 코어에 있어서 서치 코일을 사용하여 유기 전압을 실측하여 유기 전압을 적분하거나 함으로써 유도할 수 있다. 전자장 해석(수치 해석)으로부터 구하는 경우에는, 유한 요소법에 있어서 티스부(본 예에서는 48개의 티스 모두)에 포함되는 모든 요소(모든 메쉬)에 있어서, 각각 최대 자속 밀도를 산출하고, 각 요소의 면적을 고려하여 평균화함으로써 평균 자속 밀도가 구해진다. 서치 코일을 사용하여 실측하는 경우에는, 서치 코일마다, 측정되는 유기 전압을 적분하여 자속 밀도의 시간 파형을 구한 후에 최대 자속 밀도를 산출하고, 각 서치 코일에 의해 둘러싸이는 코어의 단면적을 고려하여 평균화함으로써, 평균 자속 밀도가 구해진다.

도 6에 도시한 티스의 평균 자속 밀도로부터, 티스의 평균 자계의 강도 H[A/m]를 산출한다. 티스의 평균 자계의 강도는, 소재 A의 비투자율에 기초하여 산출할 수 있다. 여기에서는, 토크 비율마다(즉 도 6에 도시한 티스의 평균 자속 밀도마다) 각각 티스의 평균 자계의 강도를 산출한다. 다음으로, 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]를 소재 A의 재료 특성에 기초하여 산출한다. 따라서, 토크 비율마다(즉 도 6에 도시한 티스의 평균 자속 밀도마다) 각각 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도가 산출된다.

도 7은 토크 비율[％]과, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]의 관계를 나타내는 표이다. 여기에서는, 압연 방향으로부터의 각도 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°를 대푯값으로 하여, 대푯값의 각도를 중심으로 한 3개의 티스를 동일한 자속 밀도로 한다.

압연 방향으로부터의 각도 0°의 티스는, 도 5에 도시한 0° 범위(A1)에 포함되는 티스(501a, 501b)이다. 또한, 압연 방향으로부터의 각도 22.5°의 티스는, 도 5에 도시한 22.5° 범위에 포함되는 티스(501c 내지 501e)이다. 또한, 압연 방향으로부터의 각도 45°의 티스는, 도 5에 도시한 45° 범위(A3)에 포함되는 티스(501f 내지 501h)이다. 또한, 압연 방향으로부터의 각도 67.5°의 티스는, 도 5에 도시한 67.5° 범위(A4)에 포함되는 티스(501i 내지 501k)이다. 또한, 압연 방향으로부터의 각도 90°의 티스는, 도 5에 도시한 90° 범위(A5)에 포함되는 티스(501l, 501m)이다.

도 7에 도시한 바와 같이 토크 비율이 20[％], 40[％], 60[％], 80[％]에서는, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도에 변동이 발생하였다. 또한, 토크 비율이 40[％], 60[％], 80[％]에서는, 압연 방향으로부터의 각도 0° 및 90°의 티스의 자속 밀도가 크고, 압연 방향으로부터의 각도 45°의 티스의 자속 밀도가 작다. 이와 같은 경향은, 도 2에 도시한 소재 A의 그래프(201)에 나타내는 바와 같은 압연 방향으로부터의 각도 0° 및 90°에서 B50 비율이 크고, 압연 방향으로부터의 각도 45°에서 B50 비율이 작은 경향과 합치하고 있다. 한편, 도 7에 도시한 바와 같이 토크 비율이 100[％]에서는, 자기 포화되어 있기 때문에 티스의 자속 밀도는 압연 방향으로부터의 각도에 상관없이 일정하다.

도 7에 도시한 토크 비율과, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도의 관계는, 압연 방향으로부터의 각도에 있어서의 소재 A의 B-H 특성에 의해 유도할 수 있다.

다음으로, 티스의 자속 밀도에 발생한 변동을 저감하기 위해, 압연 방향으로부터의 각도마다 최적의 티스의 폭을 결정한다. 구체적으로는, 도 7에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도에 기초하여, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정한다. 여기에서는, 토크 비율마다, 각각 티스의 폭을 결정한다.

예를 들어, 도 7에 있어서, 토크 비율 60[％]의 경우를 예로 하면, 압연 방향으로부터의 각도 0°에서는 티스의 자속 밀도 1.65[T], 각도 22.5°에서는 티스의 자속 밀도 1.61[T], 각도 45°에서는 티스의 자속 밀도 1.55[T], 각도 67.5°에서는 티스의 자속 밀도 1.56[T], 각도 90°에서는 티스의 자속 밀도 1.59[T]이다. 따라서, 각도 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90° 중 어느 것이라도, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 대략 일정하게 되도록 티스의 폭을 결정한다. 이와 같이 결정된 티스의 폭을 최적 폭이라 한다.

도 8은 토크 비율[％]과, 압연 방향으로부터의 각도마다 결정된 티스의 최적 폭[㎜]의 관계를 나타내는 표이다.

예를 들어, 도 8에 있어서, 토크 비율 60[％]의 경우를 예로 하면, 압연 방향으로부터의 각도 0°에서는 티스의 최적 폭 5.64[㎜], 각도 22.5°에서는 티스의 최적 폭 5.76[㎜], 각도 45°에서는 티스의 최적 폭 5.99[㎜], 각도 67.5°에서는 티스의 최적 폭 5.96[㎜], 각도 90°에서는 티스의 최적 폭 5.85[㎜]이다. 여기서, 도 7에 있어서의 토크 비율 60[％]의 경우의 「티스의 자속 밀도」와, 도 8에 있어서의 토크 비율 60[％]의 경우의 「티스의 최적 폭」을 압연 방향으로부터의 각도마다 승산한 곱은, 모두 9.3이며 대략 일정하다.

이와 같이 결정된 티스의 최적 폭을, 압연 방향으로부터의 각도에 따른 티스의 폭에 적용시켜 스테이터 코어를 설계한다.

예를 들어, 도 8에 있어서, 토크 비율 60[％]의 경우를 예로 하면, 도 5에 도시한 0° 범위(A1)에 포함되는 티스(501a, 501b)의 폭을 5.64[㎜], 22.5° 범위(A2)에 포함되는 티스(501c 내지 501e)의 폭을 5.76[㎜], 45° 범위(A3)에 포함되는 티스(501f 내지 501h)의 폭을 5.99[㎜], 67.5° 범위(A4)에 포함되는 티스(501i 내지 501k)의 폭을 5.96[㎜], 90° 범위(A5)에 포함되는 티스(501l, 501m)의 폭을 5.85[㎜]로 하여 설계한다.

또한, 상술한 도 2에 있어서, 압연 방향으로부터의 각도와, 소재 A의 자기 특성의 관계를 나타내는 그래프(201)에서 설명한 바와 같이, 소재 A는, 각도 0° 내지 90°의 범위에서의 자속 밀도와, 각도 90° 내지 180°의 범위에서의 자속 밀도가 각도 90°를 경계로 하여 대략 대칭이다. 또한, 소재 A는, 각도 0° 내지 180°의 범위에서의 자속 밀도와, 각도 180° 내지 360°의 범위에서의 자속 밀도가 각도 180°를 경계로 하여 대략 대칭이다.

따라서, 도 7에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]는, 압연 방향으로부터의 각도 0°의 범위(각도 348.75° 내지 11.25°: A1)에 더하여, 도 4에 도시한 각도 168.75° 내지 191.25°도 대략 마찬가지이기 때문에, 각도 168.75° 내지 191.25°에 포함되는 티스도 0° 범위(A1)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

마찬가지로, 도 4에 도시한 각도 146.25° 내지 168.75°, 191.25° 내지 213.75°, 326.25° 내지 348.75°에 포함되는 티스도 22.5° 범위(11.25° 내지 33.75°: A2)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

마찬가지로, 도 4에 도시한 각도 123.75° 내지 146.25°, 213.75° 내지 236.25°, 303.75° 내지 326.25°에 포함되는 티스도 45° 범위(각도 33.75° 내지 56.25°: A3)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

마찬가지로, 도 4에 도시한 각도 101.25° 내지 123.75°, 236.25° 내지 258.75°, 281.25° 내지 303.75°에 포함되는 티스도 67.5° 범위(각도 56.25° 내지 78.75°: A4)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

마찬가지로, 도 4에 도시한 각도 258.75° 내지 281.25°에 포함되는 티스도 90° 범위(78.75° 내지 101.25°: A5)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

이와 같이, 설계된 스테이터 코어에서는, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스의 폭이, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스의 폭보다도 좁아진다. 소재 A에 있어서, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스란, 압연 방향으로부터의 각도가 0°를 따른 티스, 및 압연 방향으로부터의 각도가 90°를 따른 티스에 한정되지는 않고, 이들 티스의 근방에 위치하는 티스도 포함된다. 구체적으로 소재 A에서는, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스는, 각도 348.75° 내지 11.25°에 포함되는 티스, 각도 168.75° 내지 191.25°에 포함되는 티스, 각도 78.75° 내지 101.25°에 포함되는 티스, 각도 258.75° 내지 281.25°에 포함되는 티스이다.

또한, 소재 A에 있어서, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스란, 압연 방향으로부터의 각도가 45°를 따른 티스, 및 압연 방향으로부터의 각도가 135°, 225°, 315°를 따른 티스에 한정되지는 않고, 이들 티스의 근방에 위치하는 티스도 포함된다. 구체적으로 소재 A에서는, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스는, 각도 33.75° 내지 56.25°에 포함되는 티스, 각도 123.75° 내지 146.25°에 포함되는 티스, 각도 213.75° 내지 236.25°에 포함되는 티스, 각도 303.75° 내지 326.25°에 포함되는 티스이다.

도 9는 토크 비율[％]마다의, 티스의 폭을 최적 폭으로 설계한 스테이터 코어와 티스의 폭을 전체 둘레에 있어서 일정하게 한 스테이터 코어 사이의 철손 비율[-]의 관계를 나타내는 표이다. 철손 비율은, 티스의 폭을 최적 폭으로 설계한 스테이터 코어를 구비한 모터를 발명예로 하고, 티스의 폭을 전체 둘레에 있어서 일정하게 한 스테이터 코어를 구비한 모터를 비교예로 하면, 발명예의 모터의 철손을 비교예의 모터의 철손으로 나눈 값이다. 여기에서는, 토크 비율마다 각각 철손 비율을 산출하고 있다. 또한, 철손은, 발명예의 모터 및 비교예의 모터를 각각 회전수 3,000[rpm]으로 상술한 각 토크 비율「％」로 되도록 동작시키는 것을 조건으로 하여 전자장 해석(수치 해석)을 행함으로써 유도할 수 있다. 또한, 제작한 모터를 실측하여 도출할 수도 있다.

도 9에 도시한 철손 비율의 결과로부터 토크 비율 20[％], 40[％], 60[％], 80[％]에서는 0.1[％] 내지 1.3[％]의 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 토크 비율 100[％]에서는, 상술한 바와 같이, 자기 포화되어 있어 티스의 자속 밀도는 압연 방향으로부터의 각도에 상관없이 일정하기 때문에 철손을 억제할 수 있는 효과를 확인할 수 없었다.

이와 같이, 토크 비율 등의 운전 조건에 의해, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정함으로써 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있어, 자기 포화되지 않는 영역에 있어서 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다.

또한, 일단 티스의 폭을 결정한 후에 실제로 제조된 스테이터 코어는, 토크 비율 등의 운전 조건이 변화될 때마다 티스의 폭을 변경하는 것은 불가능하다. 따라서, 스테이터 코어를 설계하기 위해서는, 예를 들어 스테이터 코어의 설계 장치 등이, 복수의 운전 조건(복수의 토크 비율) 중, 어느 하나의 운전 조건(토크 비율)을 선택한다. 선택한 운전 조건에 있어서, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 일정하게 되도록 티스의 폭을 결정하여 스테이터 코어를 설계한다. 이에 의해, 선택한 운전 조건에 있어서 스테이터 코어의 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있다.

한편, 설계한 스테이터 코어를 구비한 모터를 운전시켰을 때, 선택된 운전 조건에서 운전하는 시간이 없거나 적거나 하는 경우에는, 실제로 자속 밀도의 변동을 저감시켜 철손을 억제시킬 수 없다. 따라서, 스테이터 코어를 설계하기 위해서는 회전 전기 기기의 운전을 고려하여 철손을 가장 억제할 수 있도록 미리 티스의 폭을 결정할 필요가 있다.

이하에서는, 스테이터 코어의 2개의 설계 방법에 대하여 설명한다. 또한, 2개의 설계 방법은, 후술하는 스테이터 코어의 설계 장치가 행해도 되고, 스테이터 코어의 설계자가 행해도 된다.

[스테이터 코어의 제1 설계 방법]

제1 설계 방법은, 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기가 운전하는 것을 상정한 경우에, 복수의 운전 조건 중 운전 시간의 전체에 대한 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건을 특정하고, 특정한 운전 조건에 있어서 티스의 최적 폭을 결정하는 방법이다.

도 10은 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기가 운전하는 것을 상정한 경우의 운전 데이터의 일례를 도시하고 있다. 구체적으로, 도 10은 설계하는 스테이터 코어를 구비한 모터(600)에 있어서, 토크 비율에 따른 운전 시간의 비율의 일례를 나타내고 있다. 여기서, 운시 시간이란, 모터(600)가 회전하고 있는 시간을 말한다. 또한, 도 10에 도시한 운전 데이터는, 스테이터 코어를 설계하기 전에 미리 취득해 둔다.

도 10에서는, 복수의 운전 조건 중 토크 비율 30[％] 내지 50[％]이 운전 시간의 비율 45[％]이기 때문에, 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건에 상당한다. 따라서, 이 경우에는, 도 6에 도시한 토크 비율 중 토크 비율 40[％]에 대응하는 티스의 평균 자속 밀도 1.44[T^peak]로부터, 티스의 평균 자계 강도 H[A/m]를 산출한다. 상술한 <티스의 폭의 결정예(슬롯이 직경 방향을 따라서 평행한 티스(소재 A))>의 설명에서는, 토크 비율마다, 도 7에 도시한 바와 같이 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]를 산출하고, 도 8에 도시한 바와 같이 압연 방향으로부터의 각도마다 티스의 최적 폭을 결정하였다. 한편, 여기에서는, 운전 시간의 비율이 가장 높은 토크 비율 40[％]에서만, 도 7에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]를 산출한다. 운전 시간의 비율이 가장 높은 토크 비율 40[％]에서만, 도 8에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다 티스의 최적 폭을 결정한다.

따라서, 각 티스의 최적 폭이 각각 하나로 결정된다. 이와 같이 결정된 최적 폭을 티스의 폭에 적용하여 스테이터 코어를 설계함으로써, 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건에 있어서, 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있어, 철손을 억제할 수 있다.

[스테이터 코어의 제2 설계 방법]

제2 설계 방법은, 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기가 운전하는 것을 상정한 경우에, 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율을 특정하고, 특정한 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율에 기초하여 티스의 폭을 가중치 부여하는 방법이다.

또한, 제2 설계 방법에서도, 도 10에 도시한 운전 데이터의 일례를 참조하여 설명한다. 또한, 제2 설계 방법에서도, 도 10에 도시한 운전 데이터는, 스테이터 코어를 설계하기 전에 미리 취득해 둔다.

제2 설계 방법에서는, 상술한 <티스의 폭의 결정예(슬롯이 직경 방향을 따라서 평행한 티스(소재 A))>와 마찬가지로, 도 6에 도시한 토크 비율과 티스의 평균 자속 밀도의 관계를 유도하고, 도 7에 도시한 토크 비율과 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도의 관계를 유도한다. 이에 의해, 도 8에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 최적 폭을 토크 비율마다 산출한다.

다음으로, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 최적 폭을, 도 10에 도시한 토크 비율에 따른 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한다. 구체적으로는, 도 8에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다, 각 토크 비율의 티스의 최적 폭에, 각각 도 10에 도시한 토크 비율에 따른 운전 시간의 비율을 승산한다. 여기에서는, 5종류의 토크 비율이 있기 때문에, 각 토크 비율의 티스의 최적 폭에, 토크 비율에 따른 운전 시간의 비율을 승산함으로써, 5개의 값이 산출된다. 다음으로, 산출된 5개의 값을 가산하여 100으로 나눔으로써, 소정의 압연 방향으로부터의 각도에 있어서, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 산출할 수 있다. 마찬가지로, 다른 압연 방향으로부터의 각도에 있어서도, 마찬가지로 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 산출한다.

예를 들어, 압연 방향으로부터의 각도 0°의 경우를 예로 하면, 도 8에 있어서, 토크 비율 20[％], 40[％], 60[％], 80[％], 100[％]에서는, 각각 티스의 최적 폭이 5.40[㎜], 5.57[㎜], 5.64[㎜], 5.79[㎜], 5.86[㎜]이다. 티스의 최적 폭에, 각각 도 10에 도시한 토크 비율에 따른 운전 시간의 비율 20[％], 45[％], 20[％], 10[％], 5[％]를 승산함으로써, 108[㎜·％], 250.65[㎜·％], 112.8[㎜·％], 57.9[㎜·％], 29.3[㎜·％]의 5개의 값이 산출된다. 5개의 값을 가산하여 100[％]으로 나눔으로써, 압연 방향으로부터의 각도 0°에 있어서, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭 5.58[㎜]이 산출된다. 압연 방향으로부터의 각도 22.5°, 45°, 67.5°, 90°에 대해서도, 마찬가지로 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 산출한다.

도 11은 압연 방향으로부터의 각도마다의, 도 10에 도시한 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 나타내는 표이다. 도 10에서는, 토크 비율 30[％] 내지 50[％]의 운전 시간의 비율이 45[％]이며 가장 운전 시간의 비율이 높다. 따라서, 도 11에 도시한 바와 같이 가중치 부여한 티스의 폭은, 도 8에 도시한 토크 비율 40[％]일 때의 티스의 최적 폭에 가까운 값이 산출되어 있다.

이와 같이, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 적용하여 스테이터 코어를 설계함으로써, 운전 시간 전체에 걸쳐 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있다.

여기서, 도 11에 도시한 바와 같이 가중치 부여한 티스의 폭으로 설계한 스테이터 코어를 구비한 모터를 발명예로 하고, 티스의 폭을 전체 둘레에 있어서 일정하게 한 스테이터 코어를 구비한 모터를 비교예로 하였다. 각각 회전수 3,000[rpm]으로 도 10에 도시한 운전 시간의 비율로 동작시켰을 때의 철손 비율은 0.993이며, 0.7[％]의 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 적용하여 스테이터 코어를 설계하여 회전 전기 기기를 구성함으로써 철손을 억제할 수 있다.

[운전 데이터의 취득 방법]

상술한 [스테이터 코어의 제1 설계 방법]에서는, 스테이터 코어를 설계하기 전에, 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기에 있어서, 복수의 운전 조건 중 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건을 특정해 둘 필요가 있다. 또한, 상술한 [스테이터 코어의 제2 설계 방법]에서는, 스테이터 코어를 설계하기 전에, 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기에 있어서, 운전 조건에 따른 운전 시간의 비율을 특정해 둘 필요가 있다.

즉, 제1 설계 방법 및 제2 설계 방법 중 어느 경우라도 스테이터 코어를 설계하기 위해서는, 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기가 운전하는 것을 상정한 경우의 운전 데이터를 미리 취득할 필요가 있다.

여기서, 운전 데이터는 계획 데이터와 실적 데이터의 2개로 크게 구별된다.

계획 데이터란, 회전 전기 기기의 동작이 미리 정해져 있어 운전 조건에 따른 운전 시간이 계획된 데이터이다. 예를 들어, 소정의 생산 설비에 사용되는 회전 전기 기기는, 일정한 동작을 계속하거나, 일정한 동작을 반복하거나 하는 경우가 많다. 이와 같은 회전 전기 기기에서는, 계획 데이터를 미리 취득할 수 있다. 계획 데이터를 취득함으로써, 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건의 정보를 특정하거나, 운전 조건에 따른 운전 시간의 비율을 특정하거나 할 수 있다.

한편, 실적 데이터란, 이미 동종의 회전 전기 기기가 동작하고 있어 운전 조건에 따른 운전 시간이 실적으로서 축적된 데이터이다. 예를 들어, HEV(Hybrid Electric Vehicle)나 EV(Electric Vehicle)에 사용되는 회전 전기 기기는, 사용자(운전자)에 따라 운전 조건에 따른 운전 시간이 다르기 때문에 계획 데이터를 취득할 수 없다. 이와 같은 경우에는, 실제로 차량이 운전되고 있는 방대한 데이터를 수집하고, 수집한 빅 데이터를 해석함으로써 실적 데이터를 미리 취득할 수 있다. 예를 들어, 일본의 연비 계측 기준인 JC08 모드에서 차량을 주행시킬 때의 회전 전기 기기의 운전 조건에 따른 운전 시간을 해석함으로써 데이터를 취득해도 된다. 실적 데이터를 취득함으로써, 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건의 정보를 특정하거나, 운전 조건에 따른 운전 시간의 비율을 특정하거나 할 수 있다.

이와 같이, 운전 데이터를 계획 데이터 혹은 실적 데이터에 의해 취득함으로써, 스테이터 코어를 설계하기 전에, 복수의 운전 조건 중 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건을 특정하거나, 운전 조건에 따른 운전 시간의 비율을 특정하거나 할 수 있다.

<티스의 폭의 결정예(슬롯이 직경 방향을 따라서 평행한 티스(소재 B))>

다음으로, 전자 강판이 소재 B이며, 매립 영구 자석식 동기 모터의 스테이터 코어를 설계하는 경우에, 상술한 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정하는 일례에 대하여 설명한다. 또한, 상술한 <티스의 폭의 결정예(슬롯이 직경 방향을 따라서 평행한 티스(소재 A))>와 마찬가지의 내용은 적절히, 설명을 생략한다.

여기에서는, 도 4에 도시한 모터(400)의 회전수 3,000[rpm]으로서, 스테이터 코어(421)의 전체 둘레에 있어서 티스의 폭이 일정한 경우의, 운전 조건(토크 비율)과 티스의 평균 자속 밀도의 관계에 대하여 해석한 결과는 도 6과 마찬가지이다.

도 6에 도시한 티스의 평균 자속 밀도로부터, 티스의 평균 자계의 강도 H[A/m]를 산출한다. 다음으로, 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]를 소재 B의 재료 특성에 기초하여 산출한다.

도 12는 토크 비율[％]과, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]의 관계를 나타내는 표이다.

도 12에 도시한 바와 같이 토크 비율이 20[％], 40[％], 60[％], 80[％]에서는, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도에 변동이 발생하였다. 또한, 토크 비율이 20[％], 40[％], 60[％], 80[％]에서는, 압연 방향으로부터의 각도 45°의 티스의 자속 밀도가 크고, 압연 방향으로부터의 각도 0° 및 90°의 티스의 자속 밀도가 작다. 이와 같은 경향은, 도 2에 도시한 소재 B의 그래프(202)에 나타내는 바와 같은 압연 방향으로부터의 각도 45°에서 B50 비율이 크고, 압연 방향으로부터의 각도 0° 및 90°에서 B50 비율이 작은 경향과 합치하고 있다. 한편, 도 12에 도시한 바와 같이 토크 비율이 100[％]에서는, 자기 포화되어 있기 때문에 티스의 자속 밀도는 압연 방향으로부터의 각도에 상관없이 일정하다.

다음으로, 도 12에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도에 기초하여, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정한다.

도 13은 토크 비율[％]과, 압연 방향으로부터의 각도마다 결정된 티스의 최적 폭[㎜]의 관계를 나타내는 표이다. 결정된 티스의 최적 폭을, 압연 방향으로부터의 각도에 따른 티스의 폭에 적용시켜 스테이터 코어를 설계한다.

이와 같이, 설계된 스테이터 코어에서는, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스의 폭이, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스의 폭보다도 좁아진다. 소재 B에 있어서, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스란, 압연 방향으로부터의 각도가 45°를 따른 티스, 및 압연 방향으로부터의 각도가 135°, 225°, 315°를 따른 티스에 한정되지는 않고, 이들 티스의 근방에 위치하는 티스도 포함된다. 구체적으로 소재 B에서는, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스는, 각도 33.75° 내지 56.25°에 포함되는 티스, 각도 123.75° 내지 146.25°에 포함되는 티스, 각도 213.75° 내지 236.25°에 포함되는 티스, 각도 303.75° 내지 326.25°에 포함되는 티스이다.

또한, 소재 B에 있어서, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스란, 압연 방향으로부터의 각도가 0° 및 90°를 따른 티스에 한정되지는 않고, 이들 티스의 근방에 위치하는 티스도 포함된다. 구체적으로 소재 B에서는, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스는, 각도 348.75° 내지 11.25°에 포함되는 티스, 각도 168.75° 내지 191.25°에 포함되는 티스, 각도 78.75° 내지 101.25°에 포함되는 티스, 각도 258.75° 내지 281.25°에 포함되는 티스이다.

도 14는 토크 비율[％]마다의, 티스의 폭을 최적 폭으로 설계한 스테이터 코어와 티스의 폭을 전체 둘레에 있어서 일정하게 한 스테이터 코어 사이의 철손 비율[-]의 관계를 나타내는 표이다.

도 14에 도시한 철손 비율의 결과로부터 토크 비율 20[％], 40[％], 60[％], 80[％]에서는 0.6[％] 내지 6.4[％]의 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 토크 비율 100[％]에서는, 자기 포화되어 있어 티스의 자속 밀도는 압연 방향으로부터의 각도에 상관없이 일정하기 때문에 철손을 억제할 수 있는 효과를 확인할 수 없었다.

다음으로, 상술한 [스테이터 코어의 제2 설계 방법]과 마찬가지로, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 최적 폭을, 도 10에 도시한 토크 비율에 따른 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한다.

도 15는 압연 방향으로부터의 각도마다의, 도 10에 도시한 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 나타내는 표이다.

여기서, 도 15에 도시한 바와 같이 가중치 부여한 티스의 폭으로 설계한 스테이터 코어를 구비한 모터를 발명예로 하고, 티스의 폭을 전체 둘레에 있어서 일정하게 한 스테이터 코어를 구비한 모터를 비교예로 하였다. 각각 회전수 3,000[rpm]으로 도 10에 도시한 운전 시간의 비율로 동작시켰을 때의 철손 비율은 0.958이며, 4.2[％]의 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다.

<티스의 폭의 결정예(직경 방향을 따라서 평행한 티스(소재 A))>

다음으로, 전자 강판이 소재 A이며, 유도 모터의 스테이터 코어를 설계하는 경우에, 상술한 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록 티스의 폭을 결정하는 일례에 대하여 설명한다. 또한, 상술한 <티스의 폭의 결정예(슬롯이 직경 방향을 따라서 평행한 티스(소재 A))>와 마찬가지의 내용은 적절히, 설명을 생략한다. 유도 모터는, 스테이터 코어의 티스가, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 직경 방향을 따라서 평행하다.

도 16은 티스의 폭을 결정하기 전, 즉 각 티스의 폭이 전체 둘레에 있어서 일정한 모터(1600)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 16에서는, 모터(1600)를, 그 축 O에 수직으로 자른 단면을 나타내고 있다.

도 16에 있어서, 모터(1600)는, 유도 모터(Induction motor)이며, 로터(1610)와, 스테이터(1620)를 갖는다.

로터(1610)는, 회전축(1630)(축 O)과 동축으로 되도록 회전축(1630)에 설치된다. 로터(1610)는, 복수의 코일을 갖는다. 도 16에 도시한 바와 같이 모터(1600)의 극수는 4이다. 또한, 로터(1610)의 외경은 134[㎜]이다.

스테이터(1620)는, 스테이터 코어(1621)와 코일(1622)을 갖는다. 스테이터(1620)의 외경은 220[㎜]이며, 스테이터(1620)의 내경은 136[㎜]이다. 스테이터 코어(1621)의 슬롯수는 60이다. 또한, 코일(1622)은 분포권이다.

도 17은 도 16의 스테이터 코어(1621) 중 압연 방향으로부터의 각도 0° 내지 90°의 부분을 발출하여 확대한 확대도이다. 여기에서는, 스테이터 코어(1621)의 티스(1701a 내지 1701p) 중 티스(1701a)는 압연 방향으로부터의 각도 0°에 위치하고 있어 티스의 폭 1/2를 생략하여 도시하고 있다. 또한, 티스(1701a 내지 1701p) 중 티스(1701p)는 압연 방향으로부터의 각도 90°에 위치하고 있어 티스의 폭 1/2를 생략하여 도시하고 있다. 또한, 각 티스는, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이 직경 방향을 따라서 평행한 형상이다. 각 티스의 폭은 4㎜이다.

여기서, 모터(1600)의 회전수 3,000[rpm]으로서, 스테이터 코어(1621)의 전체 둘레에 있어서 티스의 폭이 일정한 경우의, 운전 조건(토크 비율)과 티스의 평균 자속 밀도의 관계에 대하여 해석한 결과를 도 18에 도시한다.

도 18은 모터(1600)의 운전 조건인 토크 비율[％]과, 티스의 평균 자속 밀도 B[T^peak]의 관계를 도시하는 도면이다.

도 18에 도시한 티스의 평균 자속 밀도로부터, 티스의 평균 자계의 강도 H[A/m]를 산출한다. 다음으로, 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]를 소재 A의 재료 특성에 기초하여 산출한다.

도 19는 토크 비율[％]과, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]의 관계를 나타내는 표이다.

도 19에 도시한 바와 같이 토크 비율이 20[％], 40[％], 60[％], 80[％]에서는, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도에 변동이 발생하였다. 또한, 토크 비율이 40[％], 60[％], 80[％]에서는, 압연 방향으로부터의 각도 0° 및 90°의 티스의 자속 밀도가 크고, 압연 방향으로부터의 각도 45°의 티스의 자속 밀도가 작다. 이와 같은 경향은, 도 2에 도시한 소재 A의 그래프(201)에 나타내는 바와 같은 압연 방향으로부터의 각도 0° 및 90°에서 B50 비율이 크고, 압연 방향으로부터의 각도 45°에서 B50 비율이 작은 경향과 합치하고 있다. 한편, 도 19에 도시한 바와 같이 토크 비율이 100[％]에서는, 자기 포화되어 있기 때문에 티스의 자속 밀도는 압연 방향으로부터의 각도에 상관없이 대략 일정하다.

다음으로, 도 19에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도에 기초하여, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정한다.

도 20은 토크 비율[％]과, 압연 방향으로부터의 각도마다 결정된 티스의 최적 폭[㎜]의 관계를 나타내는 표이다.

예를 들어, 도 20에 있어서, 토크 비율 60[％]의 경우를 예로 하면, 압연 방향으로부터의 각도 0°에서는 티스의 최적 폭 3.85[㎜], 각도 22.5°에서는 티스의 최적 폭 3.96[㎜], 각도 45°에서는 티스의 최적 폭 4.08[㎜], 각도 67.5°에서는 티스의 최적 폭 4.06[㎜], 각도 90°에서는 티스의 최적 폭 3.96[㎜]이다. 여기서, 도 19에 있어서의 토크 비율 60[％]의 경우의 「티스의 자속 밀도」와, 도 20에 있어서의 토크 비율 60[％]의 경우의 「티스의 최적 폭」을 압연 방향으로부터의 각도마다 승산한 곱은, 모두 6.7이며 대략 일정하다.

예를 들어, 도 20에 있어서, 토크 비율 60[％]의 경우를 예로 하면, 도 17에 도시한 0° 범위(A1)에 포함되는 티스(1701a 내지 1701b)의 폭을 3.85[㎜], 22.5° 범위(A2)에 포함되는 티스(1701c 내지 1701f)의 폭을 3.96[㎜], 45° 범위(A3)에 포함되는 티스(1701g 내지 1701j)의 폭을 4.08[㎜], 67.5° 범위(A4)에 포함되는 티스(1701k 내지 1701n)의 폭을 4.06[㎜], 90° 범위(A5)에 포함되는 티스(1701o 내지 1701p)의 폭을 3.96[㎜]으로 하여 설계한다.

또한, 도 19에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]는, 압연 방향으로부터의 각도 0°의 범위(각도 11.25° 내지 33.75: A1)에 더하여, 도 16에 도시한 각도 168.75° 내지 191.25°도 대략 마찬가지의 것이기 때문에, 각도 168.75° 내지 191.25°에 포함되는 티스도 0° 범위(A1)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

마찬가지로, 도 16에 도시한 각도 146.25° 내지 168.75°, 191.25° 내지 213.75°, 326.25° 내지 348.75°에 포함되는 티스도 22.5° 범위(A2)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

마찬가지로, 도 16에 도시한 각도 123.75° 내지 146.25°, 213.75° 내지 236.25°, 303.75° 내지 326.25°에 포함되는 티스도 45° 범위(각도 33.75° 내지 56.25°: A3)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

마찬가지로, 도 16에 도시한 각도 101.25° 내지 123.75°, 236.25° 내지 258.75°, 281.25° 내지 303.75°에 포함되는 티스도 67.5° 범위(각도 56.25° 내지 78.75°: A4)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

마찬가지로, 도 16에 도시한 각도 258.75° 내지 281.25°에 포함되는 티스도 90° 범위(78.75° 내지 101.25°: A5)에 포함되는 티스의 폭과 대략 동일한 폭으로 설계한다.

또한, 0° 범위(A1)와 22.5° 범위(A2) 사이에 위치하는 티스(1701c)를 22.5° 범위로 하였지만, 0° 범위로 해도 된다. 또한, 67.5° 범위(A4)와 90° 범위(A5)의 경계에 위치하는 티스(1701n)를 67.5° 범위로 하였지만, 90° 범위로 해도 된다.

도 21은 토크 비율[％]마다의, 티스의 폭을 최적 폭으로 설계한 스테이터 코어와 티스의 폭을 전체 둘레에 있어서 일정하게 한 스테이터 코어 사이의 철손 비율[-]의 관계를 나타내는 표이다.

도 21에 도시한 철손 비율의 결과로부터 토크 비율 20[％], 40[％], 60[％], 80[％]에서는 0.1[％] 내지 1.4[％]의 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 토크 비율 100[％]에서는, 자기 포화되어 있어 티스의 자속 밀도는 압연 방향으로부터의 각도에 상관없이 대략 일정하기 때문에 철손을 억제할 수 있는 효과를 확인할 수 없었다.

도 22는 압연 방향으로부터의 각도마다의, 도 10에 도시한 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 나타내는 표이다.

여기서, 도 22에 도시한 바와 같이 가중치 부여한 티스의 폭으로 설계한 스테이터 코어를 구비한 모터를 발명예로 하고, 티스의 폭을 전체 둘레에 있어서 일정하게 한 스테이터 코어를 구비한 모터를 비교예로 하였다. 각각 회전수 3,000[rpm]으로 도 10에 도시한 운전 시간의 비율로 동작시켰을 때의 철손 비율은 0.995이며, 0.5[％]의 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다.

<티스의 폭의 결정예(직경 방향을 따라서 평행한 티스(소재 B))>

다음으로, 전자 강판이 소재 B이며, 유도 모터의 스테이터 코어를 설계하는 경우에, 상술한 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정하는 일례에 대하여 설명한다. 또한, 상술한 <티스의 폭의 결정예(직경 방향을 따라서 평행한 티스(소재 A))>와 마찬가지의 내용은 적절히, 설명을 생략한다.

여기에서는, 도 16에 도시한 모터(1600)의 회전수 3,000[rpm]으로서, 스테이터 코어(1621)의 전체 둘레에 있어서 티스의 폭이 일정한 경우의, 운전 조건(토크 비율)과 티스의 평균 자속 밀도의 관계에 대하여 해석한 결과는 도 18과 마찬가지이다.

도 18에 도시한 티스의 평균 자속 밀도로부터, 티스의 평균 자계의 강도 H[A/m]를 산출한다. 다음으로, 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]를 소재 B의 재료 특성에 기초하여 산출한다.

도 23은 토크 비율[％]과, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]의 관계를 나타내는 표이다.

도 23에 도시한 바와 같이 토크 비율이 어느 경우라도, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도에 변동이 발생하였다. 또한, 토크 비율이 어느 경우라도, 압연 방향으로부터의 각도 45°의 티스의 자속 밀도가 크고, 압연 방향으로부터의 각도 0° 및 90°의 티스의 자속 밀도가 작다. 이와 같은 경향은, 도 2에 도시한 소재 B의 그래프(202)에 나타내는 바와 같은 압연 방향으로부터의 각도 45°에서 B50 비율이 크고, 압연 방향으로부터의 각도 0° 및 90°에서 B50 비율이 작은 경향과 합치하고 있다.

다음으로, 도 23에 도시한 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도에 기초하여, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정한다.

도 24는 토크 비율[％]과, 압연 방향으로부터의 각도마다 결정된 티스의 최적 폭[㎜]의 관계를 나타내는 표이다.

도 25는 토크 비율[％]마다의, 티스의 폭을 최적 폭으로 설계한 스테이터 코어와 티스의 폭을 전체 둘레에 있어서 일정하게 한 스테이터 코어 사이의 철손 비율[-]의 관계를 나타내는 표이다.

도 25에 도시한 철손 비율의 결과로부터 토크 비율 20[％], 40[％], 60[％], 80[％]에서는 1.1[％] 내지 5.6[％]의 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 토크 비율 100[％]에서는, 자기 포화되어 있어 티스의 자속 밀도는 압연 방향으로부터의 각도에 상관없이 대략 일정하기 때문에 철손을 억제할 수 있는 효과를 확인할 수 없었다.

이와 같이, 토크 비율 등의 운전 조건에 의해, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 각 티스의 폭을 결정함으로써 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있어, 자기 포화되지 않는 영역에 있어서 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다.

도 26은 압연 방향으로부터의 각도마다의, 도 10에 도시한 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭을 나타내는 표이다.

여기서, 도 26에 도시한 바와 같이 가중치 부여한 티스의 폭으로 설계한 스테이터 코어를 구비한 모터를 발명예로 하고, 티스의 폭을 전체 둘레에 있어서 일정하게 한 스테이터 코어를 구비한 모터를 비교예로 하였다. 각각 회전수 3,000[rpm]으로 도 10에 도시한 운전 시간의 비율로 동작시켰을 때의 철손 비율은 0.972이며, 2.8[％]의 철손을 억제할 수 있음을 확인할 수 있었다.

<스테이터 코어의 설계 장치>

다음으로, 상술한 [스테이터 코어의 제1 설계 방법] 및 [스테이터 코어의 제2 설계 방법]을 스테이터 코어의 설계 장치(2700)를 사용하여 실시하는 경우에 대하여 설명한다. 스테이터 코어의 설계 장치(2700)의 하드웨어는, 예를 들어 CPU, ROM, RAM, HDD 및 각종 하드웨어를 갖는 정보 처리 장치, 또는, 전용의 하드웨어를 사용함으로써 실현된다.

도 27은 스테이터 코어의 설계 장치(2700)의 기구 구성의 일례를 도시하는 도면이다.

스테이터 코어의 설계 장치(2700)는, 운전 데이터 취득부(2701)와, 운전 조건/운전 비율 특정부(2702)와, 평균 자속 밀도 취득부(2703)와, 평가 자속 밀도 산출부(2704)와, 평균 자계의 강도 산출부(2705)와, 티스 자속 밀도 취득부(2706)와, 티스 폭 결정부(2707)와, 스테이터 코어 설계부(2708)를 갖는다.

도 28은 스테이터 코어의 설계 장치(2700)의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 28의 흐름도는, 상술한 [스테이터 코어의 제1 설계 방법]을 스테이터 코어의 설계 장치(2700)에 의해 실현하는 일례를 나타내고 있다. 또한, 상술한 설명과 마찬가지의 설명은 적절히, 설명을 생략한다.

S101에서는, 운전 데이터 취득부(2701)는, 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기를 운전시키는 경우의 회전 전기 기기의 운전 데이터를 취득한다. 즉, 운전 데이터 취득부(2701)는, 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기가 운전하는 것을 상정한 경우의 운전 데이터를 취득한다.

상술한 바와 같이, 운전 데이터에는 계획 데이터와 실적 데이터가 있다. 운전 데이터 취득부(2701)는, 동작이 미리 정해져 있는 회전 전기 기기의 경우에는 계획 데이터를 취득하고, 이미 동종의 회전 전기 기기가 동작하고 있어 실적으로서 축적되어 있는 경우에는 실적 데이터를 취득한다. 또한, 운전 데이터 취득부(2710)는, 계획 데이터 또는 실적 데이터 중 어느 운전 데이터에 한정되지는 않고, 계획 데이터 및 실적 데이터 중 적어도 어느 운전 데이터를 취득해도 된다. S101의 처리에 의해, 예를 들어 도 10에 도시한 운전 데이터가 취득된다.

S102에서는, 운전 조건/운전 비율 특정부(2702)는, S101에 있어서 취득된 운전 데이터에 기초하여, 복수의 운전 조건 중 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건을 특정한다. S102의 처리에 의해, 예를 들어 도 10에 도시한 운전 데이터에 기초하여, 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건으로서 토크 비율 30[％] 내지 50[％], 즉 토크 비율 40[％]이 특정된다.

S103에서는, 평균 자속 밀도 취득부(2703)는, S102에 있어서 특정된 운전 조건에 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득한다. 구체적으로는, 평균 자속 밀도 취득부(2703)는, S102에 있어서 특정된 운전 조건이며, 스테이터 코어의 전체 둘레에 있어서 티스의 폭이 일정한 경우에, 맥스웰 방정식에 기초하는 전자장 해석(수치 해석)을 행하거나, 서치 코일을 사용하여 유기 전압을 실측하여 유기 전압을 적분하거나 함으로써, 티스의 평균 자속 밀도를 취득한다.

S103의 처리에 의해, 예를 들어 도 6에 도시한 토크 비율과 티스의 평균 자속 밀도의 관계와 같이, 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건인 토크 비율 40[％]에 대응하는 티스의 평균 자속 밀도 1.44[T^peak]가 취득된다.

S104에서는, 평균 자계의 강도 산출부(2705)는, S103에 의해 취득된 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터, 티스의 평균 자계의 강도를 산출한다. 티스의 평균 자계의 강도는, 전자 강판의 비투자율에 기초하여 산출할 수 있다.

S105에서는, 티스 자속 밀도 취득부(2706)는, S104에 의해 산출된 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 티스의 자속 밀도 정보를 취득한다. 구체적으로는, 티스 자속 밀도 취득부(2706)는, 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]를 재료 특성, 보다 상세하게는 전자 강판의 압연 방향으로부터의 각도마다의 B-H 특성에 기초하여 취득한다.

S105의 처리에 의해, 예를 들어 도 7에 도시한 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건인 토크 비율 40[％]에 있어서, 압연 방향으로부터의 각도 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°에 있어서 각각 티스의 자속 밀도 1.51[T], 1.47[T], 1.42[T], 1.42[T] 1.44[T]가 취득된다.

S106에서는, 티스 폭 결정부(2707)는, 「티스의 폭」과, S105에 의해 취득된 「티스의 자속 밀도」의 곱이 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정한다. 이와 같이 결정된 티스의 폭이 티스의 최적 폭이다.

S106의 처리에 의해, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건인 토크 비율 40[％]에 있어서, 압연 방향으로부터의 각도 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°에 있어서 각각 티스의 최적 폭 5.57[㎜], 5.72[㎜], 5.95[㎜], 5.93[㎜], 5.85[㎜]가 결정된다.

S107에서는, 스테이터 코어 설계부(2708)는, 결정된 티스의 최적 폭을, 압연 방향으로부터의 각도에 따른 티스의 폭에 적용시켜 스테이터 코어를 설계한다.

S107의 처리에 의해, 예를 들어 압연 방향으로부터의 각도 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°에서의 티스의 최적 폭을, 도 4에 도시한 0° 범위(2개의 A1), 22.5° 범위(4개의 A2), 45° 범위(4개의 A3), 67.5° 범위(4개의 A4), 90 범위(2개의 A5)에 각각 포함되는 티스의 폭에 적용시켜 스타터 코어가 설계된다.

이와 같이, 스테이터 코어의 설계 장치(2700)가 스테이터 코어를 설계함으로써, 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건에 있어서, 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있어, 철손을 억제할 수 있다.

또한, 상술한 설명에서는, S102에서는 복수의 운전 조건 중 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건을 특정하고, S103에서는 특정된 운전 조건에 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득하고, S104에서는 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터 티스의 평균 자계의 강도를 산출하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이 경우에 한정되지는 않는다. 예를 들어, S101 내지 S104까지의 처리를 생략하고, 스테이터 코어의 설계 장치(2700)의 오퍼레이터가 소정의 자계의 강도를 입력함으로써, 스테이터 코어의 설계 장치(2700)의 티스 자속 밀도 취득부(2706)는 티스의 평균 자계의 강도의 정보를 취득해도 된다. 이 경우에는, S105에 있어서, 티스 자속 밀도 취득부(2706)는, 입력된 티스의 평균 자계의 강도의 정보를 취득하고, 취득한 티스의 평균 자계의 강도 정보로부터 티스의 자속 밀도를 취득할 수 있다.

도 29는 스테이터 코어의 설계 장치(2700)의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 29의 흐름도는, 상술한 [스테이터 코어의 제2 설계 방법]을 스테이터 코어의 설계 장치(2700)에 의해 실현하는 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 28의 흐름도와 마찬가지의 처리는 적절히, 설명을 생략한다.

S201에서는, 운전 데이터 취득부(2701)는, 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기를 운전시키는 경우의 회전 전기 기기의 운전 데이터를 취득한다. 이 처리는, S101의 처리와 마찬가지이다. S201의 처리에 의해, 예를 들어 도 10에 도시한 운전 데이터가 취득된다.

S202에서는, 운전 조건/운전 비율 특정부(2702)는, S101에 있어서 취득된 운전 데이터에 기초하여, 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율을 특정한다. S202의 처리에 의해, 예를 들어 도 10에 도시한 운전 데이터에 기초하여, 토크 비율에 따른 운전 시간의 비율이 특정된다.

S203에서는, 평균 자속 밀도 취득부(2703)는, 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득한다. 구체적으로는, 평균 자속 밀도 취득부(2703)는, 복수의 운전 조건마다, 스테이터 코어의 전체 둘레에 있어서 티스의 폭이 일정한 경우에, 맥스웰 방정식에 기초하는 전자장 해석(수치 해석)을 행하거나, 서치 코일을 사용하여 유기 전압을 실측하여 유기 전압을 적분하거나 함으로써, 복수의 운전 조건마다, 티스의 평균 자속 밀도를 취득한다.

S203의 처리에 의해, 예를 들어 도 6에 도시한 토크 비율과 티스의 평균 자속 밀도의 관계와 같이, 토크 비율마다 티스의 평균 자속 밀도가 취득된다.

S204에서는, 평균 자계의 강도 산출부(2705)는, S203에 의해 취득된, 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터, 복수의 운전 조건마다 티스의 평균 자계의 강도를 산출한다. 티스의 평균 자계의 강도는, 전자 강판의 비투자율에 기초하여 산출할 수 있다.

S205에서는, 티스 자속 밀도 취득부(2706)는, S204에 의해 산출된, 복수의 운전 조건마다의 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때, 복수의 운전 조건마다의 티스의 자속 밀도의 정보를 취득한다. 구체적으로는, 티스 자속 밀도 취득부(2706)는, 복수의 운전 조건마다, 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 압연 방향으로부터의 각도마다의 티스의 자속 밀도 B[T]를 재료 특성, 보다 상세하게는 전자 강판의 압연 방향으로부터의 각도마다의 B-H 특성에 기초하여 취득한다.

S205의 처리에 의해, 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 토크 비율마다, 압연 방향으로부터의 각도 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°에 있어서 각각 티스의 자속 밀도가 취득된다.

S206에서는, 티스 폭 결정부(2707)는, 「티스의 폭」과, S205에 의해 취득된 「티스의 자속 밀도」의 곱이 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 복수의 운전 조건마다 티스의 폭을 산출한다. 이와 같이 산출된 티스의 폭이 티스의 최적 폭이다.

S206의 처리에 의해, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같이, 토크 비율마다, 압연 방향으로부터의 각도 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°에 있어서 각각 티스의 최적 폭이 산출된다.

S207에서는, 티스 폭 결정부(2707)는, S206에서 산출된 복수의 운전 조건마다의 티스의 최적 폭을, S202에 의해 특정된 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여하여, 가중치 부여 후의 티스의 폭을 결정한다.

S207의 처리에 의해, 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같이, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭이 결정된다.

S208에서는, 스테이터 코어 설계부(2708)는, 가중치 부여한 티스의 폭을, 압연 방향으로부터의 각도에 따른 티스의 폭에 적용시켜 스테이터 코어를 설계한다.

S208의 처리에 의해, 예를 들어 압연 방향으로부터의 각도 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°에 있어서 각각 가중치 부여한 티스의 폭을, 도 4에 도시한 0° 범위(2개의 A1), 22.5° 범위(4개의 A2), 45° 범위(4개의 A3), 67.5° 범위(4개의 A4), 90° 범위(2개의 A5)에 각각 포함되는 티스의 폭에 적용시켜 스타터 코어가 설계된다.

이와 같이, 스테이터 코어의 설계 장치(2700)가 스테이터 코어를 설계함으로써, 운전 시간의 전체에 걸쳐 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있어, 철손을 억제할 수 있다.

또한, 도 29의 흐름도에서는, S207에 있어서, 복수의 운전 조건마다의 티스의 최적 폭을, 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이 경우에 한정되지는 않는다.

도 30은 스테이터 코어의 설계 장치(2700)의 처리의 일례를 나타내는 흐름도이다. 도 30의 흐름도는, 상술한 [스테이터 코어의 제2 설계 방법]과는 다른 방법을 스테이터 코어의 설계 장치(2700)에 의해 실현하는 일례를 나타내고 있다. 또한, 도 28의 흐름도 및 도 29의 흐름도와 마찬가지의 처리는 적절히, 설명을 생략한다.

S301에서는, 운전 데이터 취득부(2701)는, 설계하는 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기를 운전시키는 경우의 회전 전기 기기의 운전 데이터를 취득한다. 이 처리는, S101 및 S201의 처리와 마찬가지이다. S301의 처리에 의해, 예를 들어 도 10에 도시한 운전 데이터가 취득된다.

S302에서는, 운전 조건/운전 비율 특정부(2702)는, S301에 있어서 취득된 운전 데이터에 기초하여, 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율을 특정한다. 이 처리는, S202의 처리와 마찬가지이다.

S303에서는, 평균 자속 밀도 취득부(2703)는, 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득한다. 이 처리는, S203과 마찬가지의 처리이다. S303의 처리에 의해, 예를 들어 도 6에 도시한 토크 비율과 티스의 평균 자속 밀도의 관계와 같이, 토크 비율마다 티스의 평균 자속 밀도가 취득된다.

S304에서는, 평가 자속 밀도 산출부(2704)는, S303에 의해 취득된 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터, S302에 의해 특정된 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 평가 자속 밀도를 산출한다. 평가 자속 밀도는, 티스의 평균 자속 밀도를, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 자속 밀도이다. 구체적으로, 평가 자속 밀도 산출부(2704)는, 토크 비율마다, 티스의 평균 자속 밀도와 운전 시간의 비율을 승산하고, 승산한 값을 가산하여 100으로 나눔으로써 평가 자속 밀도를 산출할 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같은 토크 비율과 티스의 평균 자속 밀도의 관계이며, 도 10에 도시한 바와 같은 운전 데이터인 경우에는, S304의 처리에 의해, 티스의 평가 자속 밀도 Bv[T^peak]는, (1.22[T^peak]×20[％]+1.44[T^peak]×45[％]+1.59[T^peak]×20[％]+1.82[T^peak]×10[％]+2.04[T^peak]×5[％])를 100으로 나눔으로써 산출된다.

S305에서는, 평균 자계의 강도 산출부(2705)는, S304에 의해 산출된 티스의 평가 자속 밀도로부터, 티스의 평균 자계의 강도를 산출한다. 티스의 평균 자계의 강도는, 전자 강판의 비투자율에 기초하여 산출할 수 있다.

S306에서는, 티스 자속 밀도 취득부(2706)는, S305에 의해 산출된 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 티스의 자속 밀도의 정보를 취득한다. 이 처리는, S105와 마찬가지의 처리이다.

S307에서는, 티스 폭 결정부(2707)는, 「티스의 폭」과, S306에 의해 취득된 「티스의 자속 밀도」의 곱이 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 티스의 폭을 결정한다. 이 처리는, S106과 마찬가지의 처리이다.

S307의 처리에 의해, 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같이, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 폭이 결정된다.

S308에서는, 스테이터 코어 설계부(2708)는, 결정된 티스의 폭을, 압연 방향으로부터의 각도에 따른 티스의 폭에 적용시켜 스테이터 코어를 설계한다. 이 처리는, S107과 마찬가지의 처리이다.

이와 같이, 스테이터 코어의 설계 장치(2700)가 스테이터 코어를 설계함으로써, 운전 시간의 전체에 걸쳐 자속 밀도의 변동을 저감할 수 있어, 철손을 억제할 수 있다. 또한, 티스의 평균 자속 밀도를, 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 평가 자속 밀도를 산출하고, 산출한 티스의 평가 자속 밀도에 기초하여 이후의 처리를 행함으로써, 처리의 저감을 도모할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시 형태에 따르면, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」가 각 티스에서 대략 일정하게 되도록 티스의 폭을 결정함으로써, 자속 밀도의 변동을 저감하여, 철손을 억제할 수 있다.

또한, 각 티스란, 상술한 바와 같이 예를 들어, 압연 방향으로부터의 각도 0°, 22.5°, 45°, 67.5°, 90°와 같이 소정의 간격마다의 티스여도 되고, 모든 티스여도 된다. 또한, 대략 일정이란 완전히 일정한 경우에 한정되지는 않고, 비교예보다도 철손을 억제할 수 있는 범위가 대략 일정에 포함된다. 구체적으로, 대략 일정이란, 「티스의 폭」×「티스의 자속 밀도」의 최댓값과 최솟값의 차이가 ±1％ 이내, 바람직하게는 ±0.5％ 이내이다. 상술한 바와 같이, 도 7에 있어서의 토크 비율 60[％]의 경우의 「티스의 자속 밀도」와, 도 8에 있어서의 토크 비율 60[％]의 경우의 「티스의 최적 폭」을 압연 방향으로부터의 각도마다 승산한 곱은, 모두 9.3이며 대략 일정한 것으로서 설명하였다. 구체적으로는, 압연 방향으로부터의 각도 0°에서는 티스의 자속 밀도 1.65[T]×티스의 최적 폭 5.64[㎜]=9.306≒9.3, 압연 방향으로부터의 각도 22.5°에서는 티스의 자속 밀도 1.61[T]×티스의 최적 폭 5.76[㎜]=9.2736≒9.3, 압연 방향으로부터의 각도 45°에서는 티스의 자속 밀도 1.55[T]×티스의 최적 폭 5.99[㎜]=9.2845≒9.3, 압연 방향으로부터의 각도 67.5°에서는 티스의 자속 밀도 1.56[T]×티스의 최적 폭 5.96[㎜]=9.2976≒9.3, 압연 방향으로부터의 각도 90°에서는 티스의 자속 밀도 1.59[T]×티스의 최적 폭 5.85[㎜]=9.3015≒9.3이다. 이 경우의 최댓값과 최솟값의 차이는 9.306÷9.2736≒1.0035로 되기 때문에, 대략 일정은 0.5％ 이내이다. 또한, 9.3의 반올림의 범위로서 9.25 내지 9.34를 허용하면, 9.34÷9.25≒1.0097이 되기 때문에, 대략 일정은 1％ 이내이다.

다음으로, 상술한 전자 강판 중 소재 B는, 소재 A보다도 철손을 억제할 수 있다.

여기서, 소재 B에 관한 전자 강판에 대하여 설명한다.

또한, 이하의 설명에서는, 압연 방향으로부터의 각도가 45°인 방향을, 압연 방향으로부터 45° 기운 방향이라 칭하고, 압연 방향으로부터의 각도 135°의 방향을, 압연 방향으로부터 135° 기운 방향이라 칭한다. 그 밖에, 압연 방향으로부터의 각도 θ°의 방향을, 압연 방향으로부터 θ° 기운 방향이라 칭한다. 이와 같이, 압연 방향으로부터의 각도 θ°의 방향과, 압연 방향으로부터 θ° 기운 방향은, 동일한 의미이다.

먼저, 소재 B에 관한 전자 강판의 일례인 무방향성 전자 강판(이하, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판이라 함) 및 그 제조 방법에서 사용되는 강재의 화학 조성에 대하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판 또는 강재에 포함되는 각 원소의 함유량 단위인 「％」는, 특별히 정함이 없는 한 「질량％」를 의미한다. 또한, 「내지」를 사이에 두고 기재하는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「미만」 또는 「초과」로 나타내는 수치에는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 무방향성 전자 강판 및 강재는, 페라이트-오스테나이트 변태(이하, α-γ 변태)가 발생할 수 있는 화학 조성이며, C: 0.0100％ 이하, Si: 1.50％ 내지 4.00％, sol.Al: 0.0001％ 내지 1.0％, S: 0.0100％ 이하, N: 0.0100％ 이하, Mn, Ni, Co, Pt, Pb, Cu, Au로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 총계로 2.50％ 내지 5.00％, Sn: 0.000％ 내지 0.400％, Sb: 0.000％ 내지 0.400％, P: 0.000％ 내지 0.400％, 및 Mg, Ca, Sr, Ba, Ce, La, Nd, Pr, Zn 및 Cd로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 총계로 0.0000％ 내지 0.0100％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는다. 또한, Mn, Ni, Co, Pt, Pb, Cu, Au, Si 및 sol.Al의 함유량이 후술하는 소정의 조건을 충족한다. 불순물로서는, 광석이나 스크랩 등의 원재료에 포함되는 것, 제조 공정에 있어서 포함되는 것이 예시된다.

<<C: 0.0100％ 이하>>

C는, 철손을 높이거나, 자기 시효를 야기하거나 한다. 따라서, C 함유량은 낮으면 낮을수록 좋다. 이와 같은 현상은, C 함유량이 0.0100％ 초과에서 현저하다. 이 때문에, C 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. C 함유량의 저감은, 판면 내의 전방향에 있어서의 자기 특성의 균일한 향상에도 기여한다. 또한, C 함유량의 하한은 특별히 한정되지는 않지만, 정련 시의 탈탄 처리의 비용을 근거로 하여, 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

<<Si: 1.50％ 내지 4.00％>>

Si는, 전기 저항을 증대시켜, 와전류손을 감소시켜, 철손을 저감하거나, 항복비를 증대시켜, 철심에 대한 펀칭 가공성을 향상시키거나 한다. Si 함유량이 1.50％ 미만이면, 이들 작용 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, Si 함유량은 1.50％ 이상으로 한다. 한편, Si 함유량이 4.00％ 초과이면, 자속 밀도가 저하되거나, 경도의 과도한 상승에 의해 펀칭 가공성이 저하되거나, 냉간 압연이 곤란해지거나 한다. 따라서, Si 함유량은 4.00％ 이하로 한다.

<<sol.Al: 0.0001％ 내지 1.0％>>

sol.Al은, 전기 저항을 증대시켜, 와전류손을 감소시켜, 철손을 저감한다. sol.Al은, 포화 자속 밀도에 대한 자속 밀도 B50의 상대적인 크기의 향상에도 기여한다. 여기서, 자속 밀도 B50이란, 자계의 강도 5000A/m으로 여자하였을 때의 자속 밀도이다. sol.Al 함유량이 0.0001％ 미만이면, 이들의 작용 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 또한, Al에는 제강에서의 탈황 촉진 효과도 있다. 따라서, sol.Al 함유량은 0.0001％ 이상으로 한다. 한편, sol.Al 함유량이 1.0％ 초과이면, 자속 밀도가 저하되거나, 항복비를 저하시켜, 펀칭 가공성을 저하시키거나 한다. 따라서, sol.Al 함유량은 1.0％ 이하로 한다.

<<S: 0.0100％ 이하>>

S는, 필수 원소가 아니라, 예를 들어 강 중에 불순물로서 함유된다. S는, 미세한 MnS의 석출에 의해, 어닐링에 있어서의 재결정 및 결정립의 성장을 저해한다. 따라서, S 함유량은 낮으면 낮을수록 좋다. 이와 같은 재결정 및 결정립 성장의 저해에 의한 철손의 증가 및 자속 밀도의 저하는, S 함유량이 0.0100％ 초과에서 현저하다. 이 때문에, S 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. 또한, S 함유량의 하한은 특별히 한정되지는 않지만, 정련 시의 탈황 처리의 비용을 근거로 하여, 0.0003％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

<<N: 0.0100％ 이하>>

N은 C와 마찬가지로, 자기 특성을 열화시키므로, N 함유량은 낮으면 낮을수록 좋다. 따라서, N 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. 또한, N 함유량의 하한은 특별히 한정되지는 않지만, 정련 시의 탈질소 처리의 비용을 근거로 하여, 0.0010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

<<Mn, Ni, Co, Pt, Pb, Cu, Au로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 총계로 2.50％ 내지 5.00％>>

이들 원소는, α-γ 변태를 발생시키기 위해 필요한 원소이기 때문에, 이들 원소를 총계로 2.50％ 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 총계로 5.00％를 초과하면, 고비용이 되고, 자속 밀도가 저하되는 경우도 있다. 따라서, 이들 원소를 총계로 5.00％ 이하로 한다.

또한, α-γ 변태가 발생할 수 있는 조건으로서, 또한 이하의 조건을 충족하고 있는 것으로 한다. 즉, Mn 함유량(질량％)을 [Mn], Ni 함유량(질량％)을 [Ni], Co 함유량(질량％)을 [Co], Pt 함유량(질량％)을 [Pt], Pb 함유량(질량％)을 [Pb], Cu 함유량(질량％)을 [Cu], Au 함유량(질량％)을 [Au], Si 함유량(질량％)을 [Si], sol.Al 함유량(질량％)을 [sol.Al]로 하였을 때, 질량％로, 이하의 (1)식을 충족하는 것이 바람직하다.

([Mn]+[Ni]+[Co]+[Pt]+[Pb]+[Cu]+[Au])-([Si]+[sol.Al])>0％ ···(1)

전술한 (1)식을 충족하지 않는 경우에는, α-γ 변태가 발생하지 않기 때문에, 자속 밀도가 낮아진다.

<<Sn: 0.000％ 내지 0.400％, Sb: 0.000％ 내지 0.400％, P: 0.000％ 내지 0.400％>>

Sn이나 Sb는 냉간 압연, 재결정 후의 집합 조직을 개선하여, 그 자속 밀도를 향상시킨다. 그 때문에, 이들 원소를 필요에 따라서 함유시켜도 되지만, 과잉으로 포함되면 강을 취화시킨다. 따라서, Sn 함유량, Sb 함유량은 모두 0.400％ 이하로 한다. 또한, P는 재결정 후의 강판의 경도를 확보하기 위해 함유시켜도 되지만, 과잉으로 포함되면 강의 취화를 초래한다. 따라서, P 함유량은 0.400％ 이하로 한다. 이상과 같이 자기 특성 등의 한층 더한 효과를 부여하는 경우에는, 0.020％ 내지 0.400％의 Sn, 0.020％ 내지 0.400％의 Sb, 및 0.020％ 내지 0.400％의 P로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상을 함유하는 것이 바람직하다.

<<Mg, Ca, Sr, Ba, Ce, La, Nd, Pr, Zn, 및 Cd로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 총계로 0.0000％ 내지 0.0100％>>

Mg, Ca, Sr, Ba, Ce, La, Nd, Pr, Zn 및 Cd는, 용강의 주조 시에 용강 중의 S와 반응하여 황화물 혹은 산 황화물 또는 이들 양쪽의 석출물을 생성한다. 이하, Mg, Ca, Sr, Ba, Ce, La, Nd, Pr, Zn 및 Cd를 총칭하여 「조대 석출물 생성 원소」라 하는 경우가 있다. 조대 석출물 생성 원소의 석출물의 입경은 1㎛ 내지 2㎛ 정도이며, MnS, TiN, AlN 등의 미세 석출물의 입경(100㎚ 정도)보다 훨씬 크다. 이 때문에, 이들 미세 석출물은 조대 석출물 생성 원소의 석출물에 부착되어, 중간 어닐링에 있어서의 재결정 및 결정립의 성장을 저해하기 어려워진다. 이들 작용 효과를 충분히 얻기 위해서는, 이들 원소의 총계가 0.0005％ 이상인 것이 바람직하다. 단, 이들 원소의 총계가 0.0100％를 초과하면, 황화물 혹은 산 황화물 또는 이들 양쪽의 총량이 과잉으로 되어, 중간 어닐링에 있어서의 재결정 및 결정립의 성장이 저해된다. 따라서, 조대 석출물 생성 원소의 함유량은 총계로 0.0100％ 이하로 한다.

<<집합 조직>>

다음으로, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판의 집합 조직에 대하여 설명한다. 제조 방법의 상세에 대해서는 후술하지만, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판은 α-γ 변태가 발생할 수 있는 화학 조성이며, 열간 압연에서의 마무리 압연 종료 직후의 급랭에 의해 조직을 미세화함으로써 {100} 결정립이 성장한 조직이 된다. 이에 의해, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판은 {100}<011> 방위의 집적 강도가 5 내지 30이 되고, 압연 방향에 대하여 45° 방향의 자속 밀도 B50이 특히 높아진다. 이와 같이 특정 방향에서 자속 밀도가 높아지지만, 전체적으로 전방향 평균으로 높은 자속 밀도가 얻어진다. {100}<011> 방위의 집적 강도가 5 미만으로 되면, 자속 밀도를 저하시키는 {111}<112> 방위의 집적 강도가 높아져, 전체적으로 자속 밀도가 저하되어 버린다. 또한, {100}<011> 방위의 집적 강도가 30을 초과하는 제조 방법은 열간 압연판을 두껍게 할 필요가 있어, 제조가 곤란하다고 하는 과제가 있다.

{100}<011> 방위의 집적 강도는, X선 회절법 또는 전자선 후방 산란 회절(electron backscatter diffraction: EBSD)법에 의해 측정할 수 있다. X선 및 전자선의 시료로부터의 반사각 등이 결정 방위마다 다르기 때문에, 랜덤 방위 시료를 기준으로 하여 이 반사 강도 등으로 결정 방위 강도를 구할 수 있다. 본 실시 형태의 적합한 무방향성 전자 강판의 {100}<011> 방위의 집적 강도는, X선 랜덤 강도비로 5 내지 30이 된다. 이때, EBSD에 의해 결정 방위를 측정하고, X선 랜덤 강도비로 환산한 값을 사용해도 된다.

<<두께>>

다음으로, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판의 두께에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판의 두께는, 0.50㎜ 이하이다. 두께가 0.50㎜ 초과이면, 우수한 고주파 철손을 얻을 수 없다. 따라서, 두께는 0.50㎜ 이하로 한다.

<<자기 특성>>

다음으로, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판의 자기 특성에 대하여 설명한다. 자기 특성을 조사할 때는, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판의 자속 밀도인 B50의 값을 측정한다. 제조된 무방향성 전자 강판에 있어서, 그 압연 방향의 한쪽과 다른 쪽은 구별할 수 없다. 그 때문에 본 실시 형태에서는, 압연 방향이란 그 한쪽 및 다른 쪽의 쌍방향을 말한다. 압연 방향에 있어서의 B50의 값을 B50L, 압연 방향으로부터 45° 기운 방향에 있어서의 B50의 값을 B50D1, 압연 방향으로부터 90° 기운 방향에 있어서의 B50의 값을 B50C, 압연 방향으로부터 135° 기운 방향에 있어서의 B50의 값을 B50D2라 하면, B50D1 및 B50D2가 가장 높고, B50L 및 B50C가 가장 낮다고 하는 자속 밀도의 이방성이 보인다.

여기서, 예를 들어 시계 방향(반시계 방향이어도 됨)의 방향을 정의 방향으로 한 자속 밀도의 전방위(0° 내지 360°) 분포를 고려한 경우, 압연 방향을 0°(일방향) 및 180°(타방향)로 하면, B50D1은 45° 및 225°의 B50값, B50D2는 135° 및 315°의 B50값이 된다. 마찬가지로, B50L은 0° 및 180°의 B50값, B50C는 90° 및 270°의 B50값이 된다. 45°의 B50값과 225°의 B50값은 엄밀하게 일치하고, 135°의 B50값과 315°의 B50값은 엄밀하게 일치한다. 그러나, B50D1과 B50D2는, 실제의 제조 시에 자기 특성을 동일하게 하는 것이 용이하지 않은 경우가 있기 때문에, 엄밀하게는 일치하지 않는 경우가 있다. 마찬가지로, 0°의 B50값과 180°의 B50값은 엄밀하게 일치하고, 90°의 B50값과 270°의 B50값은 엄밀하게 일치하는 한편, B50L과 B50C는 엄밀하게는 일치하지 않는 경우가 있다. 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판에서는, B50D1 및 B50D2의 평균값과, B50L과 B50C의 평균값을 사용하여, 이하의 (2)식 또한 (3)식을 충족한다.

(B50D1+B50D2)/2>1.7T ···(2)

(B50D1+B50D2)/2>(B50L+B50C)/2 ···(3)

이와 같이, 자속 밀도를 측정하면, (2)식과 같이 B50D1 및 B50D2의 평균값이 1.7T 이상이 됨과 함께, (3)식과 같이 자속 밀도가 높은 이방성이 확인된다.

또한, (1)식을 충족하는 것에 더하여, 이하의 (4)식과 같이, (3)식보다도 자속 밀도의 이방성이 높은 것이 바람직하다.

(B50D1+B50D2)/2>1.1×(B50L+B50C)/2 ···(4)

또한, 이하의 (5)식과 같이, 자속 밀도의 이방성이 보다 높은 것이 바람직하다.

(B50D1+B50D2)/2>1.2×(B50L+B50C)/2 ···(5)

또한, 이하의 (6)식과 같이, B50D1 및 B50D2의 평균값이 1.8T 이상이 되는 것이 바람직하다.

(B50D1+B50D2)/2>1.8T ···(6)

또한, 상기의 45°는, 이론적인 값이며, 실제의 제조 시에는 45°에 일치시키는 것이 용이하지 않은 경우가 있기 때문에, 엄밀하게는 45°에 일치하고 있지 않은 것도 포함하는 것으로 한다. 이것은, 당해 0°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°에 대해서도 마찬가지이다.

자속 밀도의 측정은, 압연 방향에 대하여 45°, 0° 방향 등으로부터 한 변이 55㎜인 정사각형 시료를 잘라내어, 단판 자기 측정 장치를 사용하여 행할 수 있다.

<<제조 방법>>

다음으로, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판을 제조할 때는, 예를 들어 열간 압연, 냉간 압연(제1 냉간 압연), 중간 어닐링(제1 어닐링), 스킨 패스 압연(제2 냉간 압연), 마무리 어닐링(제3 어닐링), 응력 제거 어닐링(제2 어닐링) 등이 행해진다.

먼저, 전술한 강재를 가열하여, 열간 압연을 실시한다. 강재는, 예를 들어 통상의 연속 주조에 의해 제조되는 슬래브이다. 열간 압연의 조압연 및 마무리 압연은 γ 영역(Ar1 온도 이상)의 온도에서 행한다. 즉, 마무리 압연의 마무리 온도가 Ar1 온도 이상, 권취 온도가 250℃ 초과, 600℃ 이하가 되도록 열간 압연을 행한다. 이에 의해, 그 후의 냉각에 의해 오스테나이트로부터 페라이트로 변태함으로써 조직은 미세화된다. 미세화된 상태에서 그 후 냉간 압연을 실시하면, 돌출 재결정(이하, 벌징)이 발생하기 쉬워지므로, 통상은 성장하기 어려운 {100} 결정립을 성장시키기 쉽게 할 수 있다.

또한, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판을 제조할 때는, 또한 마무리 압연의 최종 패스를 통과할 때의 온도(마무리 온도)를 Ar1 온도 이상, 권취 온도가 250℃ 초과, 600℃ 이하로 한다. 오스테나이트로부터 페라이트로 변태함으로써 결정 조직을 미세화하도록 하고 있다. 이와 같이 결정 조직을 미세화시킴으로써 그 후의 냉간 압연, 중간 어닐링을 거쳐 벌징을 발생시키기 쉽게 할 수 있다.

그 후, 열간 압연판 어닐링은 행하지 않고 권취하고, 산세를 거쳐, 열간 압연 강판에 대하여 냉간 압연을 행한다. 냉간 압연에서는 압하율을 80％ 내지 95％로 하는 것이 바람직하다. 압하율이 85％ 미만이면 벌징이 발생하기 어려워진다. 압하율이 95％ 초과이면 그 후의 벌징에 의해 {100} 결정립이 성장하기 쉬워지지만, 열간 압연 강판을 두껍게 해야만 하여, 열간 압연의 권취가 곤란해져, 조업이 곤란해지기 쉬워진다. 냉간 압연의 압하율은 보다 바람직하게는 86％ 이상이다. 냉간 압연의 압하율이 86％ 이상이면, 보다 벌징이 발생하기 쉬워진다.

냉간 압연이 종료되면, 계속해서 중간 어닐링을 행한다. 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판을 제조할 때는, 오스테나이트로 변태하지 않는 온도에서 중간 어닐링을 행한다. 즉, 중간 어닐링의 온도를 Ac1 온도 미만으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 중간 어닐링을 행함으로써 벌징이 발생하여, {100} 결정립이 성장하기 쉬워진다. 또한, 중간 어닐링의 시간은, 5초간 내지 60초간으로 하는 것이 바람직하다.

중간 어닐링이 종료되면, 다음으로 스킨 패스 압연을 행한다. 전술한 바와 같이 벌징이 발생한 상태에서 스킨 패스 압연, 어닐링을 행하면, 벌징이 발생한 부분을 기점으로 {100} 결정립이 더 성장한다. 이것은 스킨 패스 압연에 의해, {100}<011> 결정립에는 변형이 축적되기 어렵고, {111}<112> 결정립에는 변형이 축적되기 쉬운 성질이 있어, 그 후의 어닐링에서 변형이 적은 {100}<011> 결정립이 변형의 차를 구동력으로 {111}<112> 결정립을 잠식하기 때문이다. 변형차를 구동력으로 하여 발생하는 이 잠식 현상은 변형 유기 입계 이동(이하, SIBM)이라 불린다. 스킨 패스 압연의 압하율은 5％ 내지 25％로 하는 것이 바람직하다. 압하율이 5％ 미만이면 변형량이 너무 적기 때문에, 이후의 어닐링에서 SIBM이 일어나지 않게 되어, {100}<011> 결정립은 커지지 않다. 한편, 압하율이 25％ 초과이면 변형량이 너무 많아져, {111}<112> 결정립 중으로부터 새로운 결정립이 생성되는 재결정 핵 생성(이하 Nucleation)이 발생한다. 이 Nucleation에서는 대부분의 생성되는 입자가 {111}<112> 결정립이기 때문에, 자기 특성이 나빠진다.

스킨 패스 압연을 실시한 후, 변형을 개방하여 가공성을 향상시키기 위해 마무리 어닐링을 행한다. 마무리 어닐링도 마찬가지로 오스테나이트로 변태하지 않는 온도로 하고, 마무리 어닐링의 온도를 Ac1 온도 미만으로 한다. 이와 같이 마무리 어닐링을 행함으로써, {100}<011> 결정립이 {111}<112> 결정립을 잠식하여, 자기 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 마무리 어닐링 시에 600℃ 내지 Ac1 온도가 되는 시간을 1200초 이내로 한다. 이 어닐링 시간이 너무 짧으면 스킨 패스에서 생긴 변형이 거의 남아, 복잡한 형상을 펀칭할 때 휨이 발생한다. 한편, 어닐링 시간이 너무 길면 결정립이 너무 조대해져, 펀칭 시에 늘어짐이 커져, 펀칭 정밀도가 나오지 않게 된다.

마무리 어닐링이 종료되면, 원하는 철강 부재로 하기 위해, 무방향성 전자 강판의 성형 가공 등이 행해진다. 그리고, 무방향성 전자 강판으로 이루어지는 철강 부재에 성형 가공 등(예를 들어 펀칭)에 의해 발생한 변형 등을 제거하기 위해, 철강 부재에 응력 제거 어닐링을 실시한다. 본 실시 형태에서는, Ac1 온도보다도 하에서, SIBM이 발생하고, 결정 입경도 조대하게 할 수 있도록 하기 위해, 응력 제거 어닐링의 온도를 예를 들어 800℃ 정도로 하고, 응력 제거 어닐링의 시간을 2시간 정도로 한다. 응력 제거 어닐링에 의해, 자기 특성을 향상시킬 수 있다.

본 실시 형태의 무방향성 전자 강판(철강 부재)에서는, 전술한 제조 방법 중, 주로 열간 압연 공정에 있어서 Ar1 온도 이상에서 마무리 압연을 함으로써, 상기 (1)식의 높은 B50 및 상기 (2)식의 우수한 이방성이 얻어진다. 또한, 스킨 패스 압연 공정에 있어서 압하율을 10％ 정도로 함으로써 상기 (4)식의 보다 우수한 이방성이 얻어진다.

또한, 본 실시 형태에 있어서 Ar1 온도는, 1℃/초의 평균 냉각 속도로 냉각중인 강재(강판)의 열팽창 변화로부터 구한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 Ac1 온도는, 1℃/초의 평균 가열 속도로 가열 중인 강재(강판)의 열팽창 변화로부터 구한다.

이상과 같이 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판으로 이루어지는 철강 부재를 제조할 수 있다.

다음으로, 본 실시 형태의 무방향성 전자 강판에 대하여, 실시예를 나타내면서 구체적으로 설명한다. 이하에 나타내는 실시예는, 무방향성 전자 강판의 어디까지나 일례에 지나지 않고, 무방향성 전자 강판이 하기의 예에 한정되는 것은 아니다.

<<제1 실시예>>

용강을 주조함으로써, 이하의 표 1 내지 표 2에 나타내는 성분의 잉곳을 제작하였다. 여기서, 식 좌변이란, 전술한 (1)식의 좌변의 값을 나타내고 있다. 그 후, 제작한 잉곳을 1150℃까지 가열하여 열간 압연을 행하여, 판 두께가 2.5㎜가 되도록 압연하였다. 그리고, 마무리 압연 종료 후에 수랭하여 열간 압연 강판을 권취하였다. 이때의 마무리 압연 최종 패스의 단계에서의 온도(마무리 온도)는 830℃이고, 모두 Ar1 온도보다 큰 온도였다. 또한, γ-α 변태가 일어나지 않는 No.108에 대해서는, 마무리 온도를 850℃로 하였다. 또한, 권취 온도에 대해서는 표 1에 나타내는 조건에서 행하였다.

다음으로, 열간 압연 강판에 있어서 산세에 의해 스케일을 제거하고, 표 1에 나타내는 냉간 압연 후의 압하율로 압연하였다. 그리고, 무산화 분위기에서 700℃에서 30초의 중간 어닐링을 행하였다. 다음으로, 표 1에 나타내는 2회째의 냉간 압연(스킨 패스 압연) 압하율로 압연하였다.

다음으로, 자기 특성을 조사하기 위해 2회째의 냉간 압연(스킨 패스 압연) 후에 800℃에서 30초의 마무리 어닐링을 행하여, 한 변이 55㎜인 정사각형 시료를 전단 가공으로 제작한 후, 800℃에서 2시간의 응력 제거 어닐링을 행하여, 자속 밀도 B50을 측정하였다. 측정 시료는 한 변이 55㎜인 정사각형 시료를 압연 방향으로 0°와 45°의 2종류의 방향으로 채취하였다. 그리고, 이 2종류의 시료를 측정하고, 압연 방향에 대하여 0°, 45°, 90°, 135°의 자속 밀도 B50을 각각 B50L, B50D1, B50C, B50D2로 하였다.

표 1 내지 표 2 중의 밑줄은, 본 발명의 범위로부터 벗어난 조건을 나타내고 있다. 발명예인 No.101 내지 No.107, No.109 내지 No.111, No.114 내지 No.130은, 모두 45° 방향 및 전체 둘레 평균 모두 자속 밀도 B50은 양호한 값이었다. 단, No.116과 No.127은 적절한 권취 온도로부터 벗어갔기 때문에, 자속 밀도 B50은 약간 낮았다. No.129와 No.130은 냉간 압연의 압하율이 낮았기 때문에, 동등한 성분, 권취 온도인 No.118과 비교하여 자속 밀도 B50은 약간 낮았다. 한편, 비교예인 No.108은 Si 농도가 높고, 식 좌변의 값이 0 이하이며, α-γ 변태하지 않는 조성이었기 때문에, 자속 밀도 B50은 모두 낮았다. 비교예인 No.112는, 스킨 패스 압연율을 낮게 하였기 때문에, {100}<011> 강도가 5 미만이며, 자속 밀도 B50이 모두 낮았다. 비교예인 No.113은 {100}<011> 강도가 30 이상이 되어, 본 발명으로부터 벗어나 있다. No.113은 열간 압연판의 두께가 7㎜나 되었기 때문에, 조업하기 어렵다고 하는 난점이 있었다.

<<제2 실시예>>

용강을 주조함으로써, 이하의 표 3에 나타내는 성분의 잉곳을 제작하였다. 그 후, 제작한 잉곳을 1150℃까지 가열하여 열간 압연을 행하여, 판 두께가 2.5㎜로 되도록 압연하였다. 그리고, 마무리 압연 종료 후에 수랭하여 열간 압연 강판을 권취하였다. 이때의 마무리 압연의 최종 패스의 단계에서의 마무리 온도는 830℃이고, 모두 Ar1 온도보다 큰 온도였다.

다음으로, 열간 압연 강판에 있어서 산세에 의해 스케일을 제거하고, 판 두께가 0.385㎜로 될 때까지 냉간 압연을 행하였다. 그리고, 무산화 분위기 중에서 중간 어닐링을 행하고, 재결정률이 85％가 되도록 중간 어닐링의 온도를 제어하였다. 다음으로, 판 두께가 0.35㎜로 될 때까지 2회째의 냉간 압연(스킨 패스 압연)을 행하였다.

다음으로, 자기 특성을 조사하기 위해 2회째의 냉간 압연(스킨 패스 압연) 후에 800℃에서 30초의 마무리 어닐링을 행하고, 한 변이 55㎜인 정사각형 시료를 전단 가공으로 제작한 후, 800℃에서 2시간의 응력 제거 어닐링을 행하여, 자속 밀도 B50과 철손 W10/400을 측정하였다. 자속 밀도 B50에 관해서는 제1 실시예와 마찬가지의 수순으로 측정하였다. 한편 철손 W10/400은, 최대 자속 밀도가 1.0T로 되도록 400Hz의 교류 자장을 가하였을 때 시료에 발생하는 에너지 손실(W/kg)로서 측정하였다. 철손은 압연 방향에 대하여 0°, 45°, 90°, 135°로 측정한 결과의 평균값으로 하였다.

No.201 내지 No.214는 모두 발명예이며, 모두 자기 특성이 양호하였다. 특히, No.202 내지 No.204는 No.201, No.205 내지 No.214보다도 자속 밀도 B50이 높고, No.205 내지 No.214는 No.201 내지 No.204보다도 철손 W10/400이 낮았다.

이상, 본 발명을 다양한 실시 형태와 함께 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시 형태에만 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 범위 내에서 변경 등이 가능하다.

상술한 설명에서는, 운전 조건이 토크 비율인 경우에 대하여 설명하였지만, 이 경우에 한정되지는 않고, 운전 조건은, 회전수 비율이어도 되고, 회전수 비율마다의 토크 비율이어도 된다.

본 발명에 따르면, 자속 밀도의 변동을 저감하여, 철손을 억제할 수 있다. 따라서, 산업상 이용 가능성이 높다.

100: 회전 전기 기기
110: 로터
120: 스테이터
121a 내지 121p: 티스
122: 요크
130: 회전축
400: 모터
410: 로터
411: 영구 자석
421: 스테이터 코어
422: 코일
501a 내지 501m: 스테이터
1600: 모터
1610: 로터
1621: 스테이터 코어
1622: 코일
1701a 내지 1701p: 스테이터
2700: 스테이터 코어의 설계 장치
2701: 운전 데이터 취득부
2702: 운전 조건/운전 비율 특정부
2703: 평균 자속 밀도 취득부
2704: 평가 자속 밀도 산출부
2705: 평균 자계의 강도 산출부
2706: 티스 자속 밀도 취득부
2707: 티스 폭 결정부
2708: 스테이터 코어 설계부

Claims

적층된 복수의 전자 강판을 갖는 스테이터 코어이며,
상기 스테이터 코어의 복수의 티스 중, 자기 특성이 우수한 방향을 따른 티스의 폭이, 자기 특성이 떨어진 방향을 따른 티스의 폭보다도 좁은 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
제1항에 있어서,
상기 스테이터 코어의 티스에 있어서,
상기 스테이터 코어의 티스의 폭과, 소정의 자계의 강도로 여자하였을 때의 티스의 자속 밀도와의 곱이 각 티스에서 대략 일정한 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 스테이터 코어는 압연된 전자 강판이 적층되어 구성되고,
상기 전자 강판은,
질량％로,
C: 0.0100％ 이하,
Si: 1.50％ 내지 4.00％,
sol.Al: 0.0001％ 내지 1.0％,
S: 0.0100％ 이하,
N: 0.0100％ 이하,
Mn, Ni, Co, Pt, Pb, Cu, Au로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 총계로 2.50％ 내지 5.00％,
Sn: 0.000％ 내지 0.400％,
Sb: 0.000％ 내지 0.400％,
P: 0.000％ 내지 0.400％, 및
Mg, Ca, Sr, Ba, Ce, La, Nd, Pr, Zn 및 Cd로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상: 총계로 0.0000％ 내지 0.0100％를 함유하고,
Mn 함유량(질량％)을 [Mn], Ni 함유량(질량％)을 [Ni], Co 함유량(질량％)을 [Co], Pt 함유량(질량％)을 [Pt], Pb 함유량(질량％)을 [Pb], Cu 함유량(질량％)을 [Cu], Au 함유량(질량％)을 [Au], Si 함유량(질량％)을 [Si], sol.Al 함유량(질량％)을 [sol.Al]로 하였을 때, 이하의 (1)식을 충족하고,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
압연 방향에 있어서의 B50의 값을 B50L, 압연 방향으로부터 45° 기운 방향에 있어서의 B50의 값을 B50D1, 압연 방향으로부터 90° 기운 방향에 있어서의 B50의 값을 B50C, 압연 방향으로부터 135° 기운 방향에 있어서의 B50의 값을 B50D2라 하였을 때, 이하의 (2)식 또한 (3)식을 충족하고, {100}<011>의 X선 랜덤 강도비가 5 이상 30 미만이며, 판 두께가 0.50㎜ 이하이고,
상기 자기 특성이 우수한 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 45°인 방향이며, 상기 자기 특성이 떨어진 방향이 압연 방향으로부터의 각도가 0° 및 90°인 방향이고,
상기 압연 방향으로부터의 각도가 45°인 방향을 따른 티스의 폭이, 상기 압연 방향으로부터의 각도가 0°인 방향을 따른 티스의 폭, 및 상기 압연 방향으로부터의 각도가 90°인 방향을 따른 티스의 폭 중 어느 폭보다도 좁은 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
([Mn]+[Ni]+[Co]+[Pt]+[Pb]+[Cu]+[Au])-([Si]+[sol.Al])>0％ ···(1)
(B50D1+B50D2)/2>1.7T ···(2)
(B50D1+B50D2)/2>(B50L+B50C)/2 ···(3)
제3항에 있어서,
이하의 (4)식을 충족하는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
(B50D1+B50D2)/2>1.1×(B50L+B50C)/2 ··· (4)
제3항에 있어서,
이하의 (5)식을 충족하는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
(B50D1+B50D2)/2>1.2×(B50L+B50C)/2 ··· (5)
제3항에 있어서,
이하의 (6)식을 충족하는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어.
(B50D1+B50D2)/2>1.8T ···(6)
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 스테이터 코어를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 기기.
적층된 전자 강판을 갖는 스테이터 코어의 설계 방법이며,
소정의 자계의 강도로 여자하였을 때의 티스의 자속 밀도의 정보를 취득하는 티스 자속 밀도 취득 공정과,
상기 스테이터 코어의 티스의 폭과, 상기 티스 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된 티스의 자속 밀도와의 곱이 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 상기 스테이터 코어의 티스의 폭을 결정하는 결정 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어의 설계 방법.
제8항에 있어서,
상기 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기를 운전시키는 경우의 상기 회전 전기 기기의 운전 데이터를 취득하는 운전 데이터 취득 공정과,
상기 운전 데이터 취득 공정에 의해 취득된 운전 데이터에 기초하여, 복수의 운전 조건 중 운전 시간의 비율이 가장 높은 운전 조건을 특정하는 특정 공정과,
상기 특정 공정에 의해 특정된 비율이 가장 높은 운전 조건에 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득하는 평균 자속 밀도 취득 공정과,
상기 평균 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터, 티스의 평균 자계의 강도를 산출하는 평균 자계의 강도 산출 공정을 갖고,
상기 티스 자속 밀도 취득 공정에서는,
상기 평균 자계의 강도 산출 공정에 의해 산출된 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의 티스의 자속 밀도의 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어의 설계 방법.
제8항에 있어서,
상기 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기를 운전시키는 경우의 상기 회전 전기 기기의 운전 데이터를 취득하는 운전 데이터 취득 공정과,
상기 운전 데이터 취득 공정에 의해 취득된 운전 데이터에 기초하여, 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율을 특정하는 특정 공정과,
상기 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득하는 평균 자속 밀도 취득 공정과,
상기 평균 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된, 상기 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터, 상기 복수의 운전 조건마다 티스의 평균 자계의 강도를 산출하는 평균 자계의 강도 산출 공정을 갖고,
상기 티스 자속 밀도 취득 공정에서는,
상기 평균 자계의 강도 산출 공정에 의해 산출된 상기 복수의 운전 조건마다의 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의, 상기 복수의 운전 조건마다의 티스의 자속 밀도의 정보를 취득하고,
상기 결정 공정에서는,
상기 스테이터 코어의 티스의 폭과, 상기 티스 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된 티스의 자속 밀도와의 곱이 각 티스에서 대략 일정하게 되도록, 상기 복수의 운전 조건마다 티스의 폭을 산출하고, 산출한 상기 복수의 운전 조건마다의 티스의 폭을, 상기 특정 공정에 의해 특정된 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여하여, 가중치 부여 후의 티스의 폭을 결정하는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어의 설계 방법.
제8항에 있어서,
상기 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기를 운전시키는 경우의 상기 회전 전기 기기의 운전 데이터를 취득하는 운전 데이터 취득 공정과,
상기 운전 데이터 취득 공정에 의해 취득된 운전 데이터에 기초하여, 복수의 운전 조건마다의 운전 시간의 비율을 특정하는 특정 공정과,
상기 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보를 취득하는 평균 자속 밀도 취득 공정과,
상기 평균 자속 밀도 취득 공정에 의해 취득된, 상기 복수의 운전 조건마다 대응하는 티스의 평균 자속 밀도의 정보로부터, 상기 특정 공정에 의해 특정된 운전 시간의 비율에 기초하여 가중치 부여한 티스의 평가 자속 밀도를 산출하는 평가 자속 밀도 산출 공정과,
상기 평가 자속 밀도 산출 공정에 의해 산출된 티스의 평가 자속 밀도로부터, 티스의 평균 자계의 강도를 산출하는 평균 자계의 강도 산출 공정을 갖고,
상기 티스 자속 밀도 취득 공정에서는,
상기 평균 자계의 강도 산출 공정에 있어서 산출된 티스의 평균 자계의 강도로 여자하였을 때의 티스의 자속 밀도의 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어의 설계 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 운전 데이터 취득 공정에서는,
상기 스테이터 코어를 구비한 회전 전기 기기의 계획 데이터 및 실적 데이터 중 적어도 어느 운전 데이터를 취득하는 것을 특징으로 하는 스테이터 코어의 설계 방법.