TW201728768A - 永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板及其製造方法、永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯以及永久磁鐵內嵌式馬達 - Google Patents

Abstract

本發明之永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板，具有以下成分組成：碳：超過0.01質量%至0.90質量%；矽：0質量%至3.0質量%；錳：0.05質量%至2.5質量%；磷：0.05質量%以下；硫：0.02質量%以下；酸可溶鋁：0.005質量%至3.0質量%，且矽+鋁為5.0質量%以下；以及剩餘部分由鐵以及不可避免的雜質所構成；磁場的強度為8000A/m時的磁束密度B8000為1.75T以上，磁化至8000A/m時的殘留磁束密度Br超過1.30T，並且，將長度1m以上的鋼板或鋼帶靜置於定盤時的最大峰高為1.0mm以下。

Description

永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板及其製造方法、永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯以及永久磁鐵內嵌式馬達

本發明係有關於主要使用在電動汽車、油電複合汽車或工作機械等的永久磁鐵埋入型馬達(以下稱「永久磁鐵內嵌式(IPM；Interior Permanent Magnet)馬達」)的轉子鐵芯用鋼板及其製造方法、永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯以及永久磁鐵內嵌式馬達。

一般而言，永久磁鐵內嵌式馬達相較於感應電動機馬達由於係使用高價的永久磁鐵，故雖成本高但高效率，被廣泛使用於作為油電複合汽車或電動汽車的驅動用馬達、發電用馬達甚至各種工作機械用的馬達。

永久磁鐵內嵌式馬達的鐵芯雖分為定子(stator)與轉子(rotor)，但在定子側係透過繞線而直接賦予交流磁場，故為了高效率化，要求鐵芯為高磁通率(magnetic permeability) 並且必須提高體積電阻率、降低鐵損。因此，於定子用的鐵芯係使用在極低碳鋼添加矽(Si)或鋁(Al)而改善軟磁特性後的電磁鋼板。

另一方面，於轉子側係埋設有永久磁鐵，鐵芯的主要作用是作為磁軛(yoke)以提高磁束密度，雖會受到從定子側發生的些微交流磁場的影響然該影響有限。但是，若只在定子使用電磁鋼板，由於亦有電磁鋼板的產品良率降低而使馬達的製造成本提高的情形，故通常在轉子側亦使用與定子側完全相同的電磁鋼板作為素材。

一般而言，在汽車驅動用的永久磁鐵內嵌式馬達中，雖推行了以高速旋轉化所致的體積的小型化，但由於在轉子埋入有永久磁鐵，故若旋轉速度過快，則將因作用於永久磁鐵的遠心力而使轉子的突極部附近變形且與定子接觸，最後導致馬達破損。

旋轉速度的極限在轉子用鐵芯的板厚、形狀相同時依存於轉子用鐵芯的屈服強度(yield strength)。例如，在含有3質量%左右的矽的非定向電磁鋼板(35A300)的情形，磁性退火後的屈服強度為約400N/mm²左右，現狀認為最多至15000rpm左右為旋轉速度的極限。至今為止，已進行了種種用以提高以電磁鋼板為基本的鐵芯的屈服強度之研究。

例如，於專利文獻1揭示了磁特性以及耐變形性優良的電磁鋼板以及其製造方法。另外，於專利文獻2已揭露一種鋼板以及其製造方法，尤其在鐵損特性之中，相較於磁滯損耗(hysteresis loss)更著眼於渦流損耗的改善，而謀求與高強度化的兼顧。專利文獻2所揭示的製造方法中，其特徵係使碳(C)較通常的電磁鋼板更高，於連續退火設備進行相變硬化。另外，於專利文獻3已揭示有一種永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板之製造方法，係將具有超過0.06質量%至0.90質量%之碳、0.05質量%至3.0質量%之矽、0.2質量%至2.5質量%之錳(Mn)、0.05質量%以下之磷(P)、0.02質量%以下之硫(S)以成為矽+鋁為5.0質量%以下之條件含有0.005質量%至4.95質量%之酸可溶鋁(Al)、以及剩餘部分由鐵以及不可避免的雜質所構成的成分組成的熱軋鋼板，施以1次或含有中間退火的2次以上的冷軋而成為預定的板厚，之後，加熱至200℃至500℃的溫度。此外，於專利文獻4已揭示有一種永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板以及其製造方法，將具有與專利文獻3同樣的成分組成的冷軋後的鋼板施以張力退火(tension annealing)或加壓退火(press temper)處理而提高平坦度。

[先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本特開2005-133175號公報。

專利文獻2：日本特開2005-60811號公報。

專利文獻3：日本特開2009-46738號公報。

專利文獻4：日本特開2013-76161號公報。

然而，於專利文獻1所提案的方法中，由於係致力於軟磁特性的改善，故無法確保充分的強度。另外，在專利文獻2所揭示的方法中，淬火的狀態下，磁滯損耗將變得過大，即使賦予交流磁場亦無法充分地激磁(excitation)，而將導致磁束密度變低。因此，永久磁鐵內嵌式馬達的磁阻轉矩(reluctance torque)降低而使馬達效率降低。又，於專利文獻2的圖2中，淬火的電磁鋼板雖成為渦流損耗為較相同體積電阻率的以習知技術所得的電磁鋼板更低的值，但這可推想為係因即使以相同條件激磁，磁壁的移動無法追隨磁場的變化，而使磁場的變化幅在表面上變小之故。亦即，於專利文獻2所揭示的電磁鋼板中，在鋼中的轉位密度係非常高，且係複雜地纏合，故即使激磁，磁壁的移動亦無法追隨磁場的變化，結果即使磁束密度的值變低。另外，於專利文獻3中，雖可獲得高強度且高磁束密度的鋼帶，但在利用加工強化的冷軋的狀態下，則有無法獲得充分的平坦度的情形。因此，若以依專利文獻3而得的鋼板積層而製作轉子，則占積率將變低，導致轉子的製造性惡化，並且，轉子的平衡惡化，有在高速旋轉時容易產生大振動的情形的問題。於專利文獻4中，已揭示有一種永 久磁鐵內嵌式馬達的旋轉子鐵芯用鋼板以及其製造方法，其目的為改善平坦度，其特徵為於冷軋後加熱至200℃至500℃的溫度域而施行張力退火或加壓退火。但是，雖可充分獲得板形狀的改善效果，且在高速旋轉域的轉矩特性與電磁鋼板比較較為優秀，但在高速旋轉域的轉矩特性並不必然充分。

本發明係為了解決上述課題而研發產生，目的為提供轉子鐵芯用鋼板，該轉子鐵芯用鋼板在作為永久磁鐵內嵌式馬達的轉子用鐵芯使用時，不會導致永久磁鐵內嵌式馬達的磁阻轉矩的降低，高速旋轉域的轉矩特性優良，可進行由高強度化而得的順暢的高速旋轉且平坦度優良。

另外，本發明之目的亦包含提供該種永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板之製造方法、永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯以及永久磁鐵內嵌式馬達。

因此，本案發明者們為了解決上述課題，而探索了一種的方法，可以謀求足以承受高速旋轉的高強度化，並且亦可將馬達的磁阻轉矩最大限度地有效活用。於是，本發明者們在專心檢討了鋼材的成分組成、金屬組織的調整法等後，結果，發現了可獲得一種鋼板，在採用特定成分組成的前提上，藉由以冷軋而行的加工強化而謀求高強度化，且藉由在冷軋後的再結晶溫度以下的相對的高溫域加 熱且施以張力退火處理，而使由冷軋所導入的轉位產生再排列，並且析出細微的碳化物，伴隨於此使殘留磁束密度上升且大幅改善高速旋轉時的轉矩特性，以及具有可獲得足以承受高速旋轉的高強度、用以獲得高磁阻轉矩的高磁束密度及用以順暢地高速旋轉的優良平坦度，而完成本發明。

亦即，本發明為永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板，具有以下成分組成：碳：超過0.01質量%至0.90質量%；矽：0質量%至3.0質量%；錳：0.05質量%至2.5質量%；磷：0.05質量%以下；硫：0.02質量%以下；酸可溶鋁：0.005質量%至3.0質量%，且矽+鋁為5.0質量%以下；以及剩餘部分由鐵以及不可避免的雜質所構成；磁場的強度為8000A/m時的磁束密度B₈₀₀₀為1.75T以上，磁化至8000A/m時的殘留磁束密度Br超過1.30T，並且，將長度1m以上的鋼板或鋼帶靜置於定盤時的最大峰高為1.0mm以下。因應需要，亦可含有：由鈦、鈮以及釩所組成之群組之中選擇的1種以上的成分合計為0.01質量%至0.20質量%；及/或從由0.1質量%至0.6質量%之鉬、0.1質量%至1.0質量%之鉻、0.1質量%至1.5質量%之銅、0.1質量%至1.0質量%之鎳以及0.0005質量%至0.005質量%之硼所組成之群組之中選擇的1種以上的成分。

另外，本發明的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼 板從轉子鐵芯的減低鐵損的觀點來看，較佳為於鋼板的至少一方的表面形成有：由有機材料構成的絕緣皮膜、或由無機材料構成的絕緣皮膜、或由有機無機複合材料構成的絕緣皮膜。

上述的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板係藉由以下方法製造：將具有上述的成分組成的熱軋鋼板以1次冷軋或含有中間退火的2次以上的冷軋使其成為預定的板厚，之後，加熱至超過500℃至600℃、或超過500℃至650℃的溫度域，且在保持於同溫度域的狀態下賦予5N/mm²至50N/mm²的張力而施行張力退火處理。

由獲得高磁束密度的鋼板的觀點來看，較佳為冷軋前的金屬組織為由屬於強磁性體的肥粒鐵(ferrite)、波來鐵(pearlite)、變韌鐵(bainite)以及馬氏體(martensite)所組成之群組之中選擇的1種以上構成，並且，因應需要而含有由鐵(Fe)、鉬、鉻、銅、鎳以及硼所組成之群組之中選擇的1種以上的碳氮化物。

依據本發明，可提供以強度、殘留磁束密度Br為首的磁氣特性以及平坦度優良的轉子鐵芯用鋼板。藉由將該鋼板作為永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯使用，可獲得不會導致永久磁鐵內嵌式馬達的磁阻轉矩之降低，具有高強度 且高速旋轉域的轉矩特性優良的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子、以及永久磁鐵內嵌式馬達。

1‧‧‧轉子

10‧‧‧轉子鐵芯

10a‧‧‧旋轉中心

11‧‧‧永久磁鐵插入孔

11a‧‧‧第1插入孔

11b‧‧‧第2插入孔

11c‧‧‧橋

12‧‧‧永久磁鐵

圖1為顯示具有轉子鐵芯的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子的前視圖，該轉子鐵芯係藉由積層本發明之實施形態的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板所形成。

圖2為顯示殘留磁束密度Br與15000rpm的最大轉矩的關係圖。

以下，針對用以實施本發明的形態參照圖式進行說明。

圖1為顯示具有轉子鐵芯的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子的前視圖，該轉子鐵芯係藉由積層本發明之實施形態的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板所形成。如圖所示，於永久磁鐵內嵌式馬達的轉子1含有：轉子鐵芯10(轉子本體)，藉由積層本發明的轉子鐵芯用鋼板(素材鋼板)而形成；複數個永久磁鐵插入孔11，沿著轉子鐵芯10的周方向彼此分開間隔地設置於轉子鐵芯10；以及永久磁鐵12，被埋入各永久磁鐵插入孔11。又，於轉子1的外周配置未圖示的定子，藉此構成永久磁鐵內嵌式馬達。

於各永久磁鐵插入孔11係含有：第1插入孔11a與第2插入孔11b，係以轉子鐵芯10的旋轉中心10a側作為頂 部的方式配置成V字狀；以及在該頂部分隔第1插入孔11a以及第2插入孔11b間的橋11c。永久磁鐵12係分別埋入第1插入孔11a以及第2插入孔11b內。亦即，於永久磁鐵插入孔11埋入有2個永久磁鐵12。

如圖1所示，在使用轉子1的永久磁鐵內嵌式馬達中，如廣為習知地在高速旋轉域進行運轉時，會進行將從定子側發生將永久磁鐵12的磁束抵銷之方向的磁束，抑制感應電動勢的弱磁場控制。上述的永久磁鐵內嵌式馬達的額定旋轉速度為在使用圖1的轉子1的情形被定為7500rpm。上述的弱磁場控制係在超過該旋轉速度的高速旋轉域進行。

本發明的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板係具有以下的成分組成：碳：超過0.01質量%至0.90質量%；矽：0質量%至3.0質量%；錳：0.05質量%至2.5質量%；磷：0.05質量%以下；硫：0.02質量%以下；酸可溶鋁：0.005質量%至3.0質量%且矽+鋁為5.0質量%以下；以及剩餘部分由鐵以及不可避免的雜質構成；磁場的強度為8000A/m時的磁束密度B₈₀₀₀為1.75T以上，磁化至8000A/m時的殘留磁束密度Br超過1.30T，並且，將長度1m以上的鋼板或鋼帶靜置於定盤時的最大峰高為1.0mm以下。於鋼材的成分亦可含有從鈦、鈮以及釩所組成之群組之中選擇的1種以上的成分合計為0.01質量%至0.20質量%、及/ 或從由0.1質量%至0.6質量%之鉬、0.1質量%至1.0質量%之鉻、0.1質量%至1.5質量%之銅、0.1質量%至1.0質量%之鎳以及0.0005質量%至0.005質量%之硼所組成之群組之中選擇的1種以上的成分。

如上所述地將鋼材的成分組成限定的理由將於以下敘述。

<碳：超過0.01質量%至0.90質量%>

碳為固溶於鋼中或作為雪明碳鐵(Fe₃C)而析出，對於高強度化有效的元素。為了得到780N/mm²以上的屈服強度，必須含有超過0.01質量%的碳。但是，若含有超過0.90質量%，則磁束密度將變低。

<矽：0質量%至3.0質量%>

矽為不僅有效於高強度化，且亦有效於提高體積電阻率，減小渦流損耗的元素，但於本發明中亦可不添加。為了獲得抑制渦流損耗、高強度化的效果，必須含有0.01質量%以上。但是，若含有超過3.0質量%，則反而會導致磁束密度降低，並且，使鋼板的韌性劣化。

<錳：0.05質量%至2.5質量%>

錳為對高強度化而言有效的元素。為了獲得其效果，必須含有0.05質量%以上。但是，若含有超過2.5質量%，則強度的提高效果將飽和，並且，反而將導致磁束密度降 低。

<磷：0.05質量%以下>

磷為對高強度化而言有效的元素，但將使鋼的韌性明顯降低。由於可容許至0.05質量%，故將上限定為0.05質量%。

<硫：0.02質量%以下>

硫為引起高溫脆化的元素，若含有大量則於熱軋時將產生表面缺陷，使表面品質劣化。因此，期望將其盡可能地減低。由於可容許至0.02質量%，故將其上限定為0.02質量%。

<酸可溶鋁：0.005質量%至3.0質量%、矽+鋁：5.0質量%以下>

鋁可作為脫酸劑而添加，且為與矽同樣地有效於提高鋼的體積電阻率的元素。為了發揮其效果，必須含有0.005質量%以上的酸可溶鋁。但若鋁單獨含有3.0質量%、或與矽的合計為含有超過5.0質量%，則磁束密度的降低將變大，馬達的性能將劣化。

<鈦、鈮以及釩的1種以上：0.01質量%至0.20質量%>

鈦、鈮以及釩係在鋼中形成碳氮化物，為有效於以析 出強化進行的高強度化的元素。另外，由於作為微細析出物或固溶元素亦有妨礙轉位之移動的效果，故即使提高冷軋後的再結晶溫度且提高張力退火的溫度亦難以產生再結晶，抑制強度降低，並且，由於亦妨礙磁壁的移動，故亦有效於殘留磁束密度的提高。為了獲得其效果，必須含有1種或2種以上且合計添加0.01質量%以上。但是，即使添加超過0.20質量%，亦會因析出物的粗大化所致的強度上升、再結晶的抑制以及殘留磁束密度的提高效果飽和而反而成為降低，並且，亦導致製造成本的增加。

<鉬：0.1質量%至0.6質量%、鉻：0.1質量%至1.0質量%、銅：0.1質量%至1.5質量%、鎳：0.1質量%至1.0質量%以及硼：0.0005質量%至0.005質量%的1種以上>

鉬、鉻、銅、鎳以及硼為提高鋼的燒入性，對於高強度化有效的元素。為了獲得其效果，必須含有鉬、鉻、銅、鎳以及硼的1種以上且以各自設定的下限值以上予以添加。但是，即使超過各自設定的上限值予以添加，其效果亦將飽和，並導致製造成本的增加。又，雖僅添加1種或添加2種以上皆可確認其效果，但以2種以上進行添加時，若以超過各自設定的上限值的1/2的量進行添加，則相較於其效果，製造成本的上升將變大，故期望以1/2以下的量予以添加。

<平坦度：將長度1m以上的鋼板或鋼帶靜置於定盤 時的最大峰高為1.0mm以下>

轉子為將深衝為轉子的形狀的鋼板積層而製造，故積層時的占積率(space factor)良好是必要的。為了獲得良好的占積率，就平坦度而言使將長度1m以上的鋼板或鋼帶靜置於定盤時的最大峰高成為1.0mm以下。又，峰高係被定義為以定盤作為基準面予以測定時的從鋼板表面的最大高度減去板厚的值。

如上所述地限定磁氣特性的理由係如以下所述。

<磁場的強度為8000A/m時的磁束密度B₈₀₀₀：1.75T以上>

用於轉子鐵芯的鋼板係主要扮演磁軛的角色，並且，將依據作為轉子而高速旋轉時插入磁鐵的位置(d軸)與未插入的位置(q軸)間的電感值(inductance)的差的磁阻轉矩有效地活用，尤其為了在高速旋轉領域中發揮與以往的鋼板同等甚至以上的轉矩性能，磁場的強度為8000A/m時的磁束密度必須為1.75T以上。

<磁化至8000A/m時的殘留磁束密度Br：超過1.30T>

使殘留磁束密度Br超過1.30T的理由如以下所述。亦即，永久磁鐵內嵌式馬達中，不僅活用由永久磁鐵而得的磁鐵磁束，且為了獲得磁阻轉矩亦流動由定子側貫通旋轉子內的磁束(q軸磁束)，達成高轉矩化、高效率化。但是， 例如「平成23年度(西元2011年)電氣學會產業應用部門大會演講論文集、3-24(2011)、PIII-179」所述，使對於馬達的輸入電流增加，使q軸磁束增加，則由於與d軸磁束的相互干涉而使磁鐵磁束的方向偏離，透過d軸、q軸電感的變化而使最大轉矩減少是已知的。該現象係被稱為dq軸相互干涉，雖係起因於在較d軸更於旋轉方向的前方中磁束互相增強，於後方中則互相削弱，但在如電磁鋼板般的保磁力小，殘留磁束密度也小的高磁通率材料中，在旋轉方向的後方的磁束互相削弱順利地進行，相對於此，由於在殘留磁束密度Br大的低磁通率材料中，磁束的互相削弱被抑制，故前述的因磁鐵磁束的偏差所致的偏離將變小。結果，成為可抑制隨dq軸相互干涉而生的最大轉矩的減少。本發明者們以種種鋼板作為素材而試作永久磁鐵內嵌式馬達，進行馬達的性能評價時，發現了藉由使用具有0.5T以上的殘留磁束密度Br的鋼板形成旋轉子鐵芯，而可減低於高速旋轉時進行的弱磁場控制的消耗電力，可提高輸出轉矩，但本發明中，由於使獲得更高的超過1.30T的殘留磁束密度Br一事成為可能，故在高速旋轉域可得到更高的轉矩。

如上所述，本發明的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板為了在高速旋轉域獲得高轉矩，故具有高磁束密度、尤其具有高殘留磁束密度，並且亦具有非常良好的平坦度。該種永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板僅靠調 整鋼板的成分組成無法獲得，需要藉由以冷軋而行的加工強化與冷軋後的超過500℃的至較高溫域的加熱而行的張力退火處理才可獲得。此係推想為藉由在再結晶溫度附近的較高溫域一邊加熱一邊施行張力退火處理，而可充分產生由冷軋所導入的轉位之再排列以及碳化物粒子的析出，有效地防止了磁壁之移動的結果。以下，係針對製造條件的詳細進行說明。

<熱軋條件>

對於熱軋條件不需要特別的規定，只須以通常的方法予以實施即可，但熱軋的完成溫度期望在γ單相域實施。 另外，由於若捲取溫度過於高溫則氧化皮(scale)將變厚，將阻礙之後的酸洗性，故期望設為700℃以下。

<金屬組織>

藉由熱軋而得的鋼板(冷軋前的鋼板)的金屬組織為了獲得高磁束密度，而期望係由屬於強磁性體的肥粒鐵(ferrite)、波來鐵(perlite)、變韌鐵(bainite)以及馬氏體(martensite)所組成之群組之中選擇的1種以上構成，並且，視需要而含有包含了由鐵、鈦、鈮、釩、鉬以及鉻以及硼所組成之群組之中選擇的1種以上的碳氮化物。又，由於若含有屬於非磁性的奧氏體(austenite)相則磁束密度會降低，故使其成為不含有奧氏體的組織。又，由高殘留磁束密度化的觀點來看，期望為保持冷軋狀態的未再結晶組 織，但只要面積率為50%以下，則即使混在有再結晶組織仍可將殘留磁束密度維持在超過1.30T的高範圍。

<冷軋條件>

所得的熱軋鋼板亦可於退火後施行1次的冷軋，或亦可施行含有中間退火的2次以上的冷軋，但期望使最後壓延率成為10%以上。若冷軋率未滿10%，則張力退火時的轉位的再排列以及碳化物的析出將變得不充分，使得殘留磁束密度變低。

<張力退火處理>

藉由對於冷軋狀態的鋼板以超過500℃至600℃、或超過500℃至650℃施行張力退火處理，而產生由冷軋所導入的轉位的再排列，隨此即可大幅改善鋼板的平坦度。另外，藉由加熱至超過500℃的相對地高溫域而使碳化物的析出顯著地發生，而可獲得超過1.30T的高殘留磁束密度。另一方面，在不含有鈦、鈮、釩等的情形中加熱至超過600℃的溫度域、在含有的情形中加熱至超過650℃的溫度域則產生面積率超過50%的再結晶，導致強度降低並且大幅降低殘留磁束密度。因此，加熱溫度在不含有鈦、鈮、釩等的情形中以600℃為上限，在含有的情形中以650℃為上限。張力退火的張力只要可將鋼板的形狀保持為平坦即可，沒有特別增大的需要，只要有5N/mm²以上的張力即可充分獲得其效果。另一方面，雖然在爐內以不產生板斷裂 程度的張力提高張力亦沒有問題，但即使賦予超過50N/mm²的張力其形狀改善效果亦將飽和，並且，有產生皺縮(crawling)、板裂等的通板上的缺陷的可能性，故本發明中將張力的上限定為至50N/mm²。又，當使用具有過時效爐的連續退火設備實施張力退火處理時，亦可接續前述的在相對高溫域的張力退火處理而施行在300℃以上且500℃以下的溫度域賦予5N/mm²至50N/mm²的拉伸力的張力退火處理。

<絕緣皮膜的形成>

本發明中，以減低於轉子發生的渦流損耗為目的，較佳為在鋼板的至少單方的表面形成由有機材料構成的絕緣皮膜、由無機材料構成的絕緣皮膜、或由有機、無機複合材料構成的絕緣皮膜。就由無機材料構成的絕緣皮膜之例而言，可列舉：不包含六價鉻般的有害物質且含有磷酸二氫鋁的無機質系水溶液，但只要可獲得良好的絕緣，則亦可使用由有機材料構成的絕緣皮膜、或有機、無機複合材料構成的絕緣皮膜。絕緣被膜可藉由將在上述所例示的材料塗布於鋼板的表面而形成。又，絕緣皮膜的塗布係活用前述張力退火設備的後處理設備而在線(in line)塗布就製造成本之點而言較佳。

本發明的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板深衝成預定的形狀而成為深衝片，藉由將其積層複數片而獲得 永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯。藉由在設置於該轉子鐵芯的磁鐵埋入用的收容孔埋入永久磁鐵，而可獲得永久磁鐵內嵌式馬達用的轉子。由於本發明的永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板為極高強度，故即使省略永久磁鐵間的中心橋(center bridge)，仍可確保足以承受高速旋轉的轉子強度。藉由如上所述地省略中心橋，可抑制來自永久磁鐵的漏磁束，藉此可成為將轉矩性能提高的永久磁鐵內嵌式馬達。就結果而言，可期待永久磁鐵內嵌式馬達的更進一步小型化及永久磁鐵的小型化。

(實施例)

<實施例1>

連續鑄造具有表1所示的成分組成的鋼，將該等連鑄片加熱至1250℃，以830℃實行完成壓延且以560℃捲取，而得到板厚1.8mm的熱軋鋼板。將該等熱軋鋼板酸洗後，冷軋而得到板厚0.35mm的冷軋鋼帶。將該等冷軋鋼帶於設定在550℃的連續退火爐通板60秒，並且於爐中施行賦予20N/mm²的張力的張力退火處理，之後，將含有磷酸二氫鋁的半有機組成的約1μm厚度的絕緣皮膜形成於鋼板的兩面。

底線表示超出本發明所規定的條件。

底線表示超出本發明所規定的條件。

將所獲得的鋼帶靜置於長度2m的定盤上而測定最大 峰高。另外，從所獲得的鋼帶以與壓延方向成直角的方向切出JIS 5號試驗片，以供拉伸試驗使用。此外，藉由深衝而製作內徑33mm、外形45mm的環狀的試驗片，以供磁化測定。冷軋前的金屬組織為將冷軋前的鋼板的壓延方向的板厚斷面於2%硝酸酒精(nital)試藥(2%硝酸‧乙醇(ethyl alcohol)溶液)中實行蝕刻，藉由使用了掃描型電子顯微鏡的觀察，而依據其組織形態分類為肥粒鐵、波來鐵、變韌鐵、馬氏體等的組織。

鋼帶的最大峰高及各樣品的屈服強度、拉伸強度、磁場的強度為8000A/m時的磁束密度(B₈₀₀₀)、殘留磁束密度、還有冷軋前的金屬組織顯示於表3以及表4。

底線表示超出本發明所規定的條件。

＊「冷軋前的金屬組織」欄中，分別表示為α：肥粒鐵，P：波來鐵，T：含有由鐵、鈦、鈮、釩、鉬以及鉻所組成之群組之中選擇的1種以上的碳氮化物。

底線表示超出本發明所規定的條件。

＊「冷軋前的金屬組織」欄中，分別表示為α：肥粒鐵，P：波來鐵，T：含有由鐵、鈦、鈮、釩、鉬以及鉻所組成之群組之中選擇的1種以上的碳氮化物。

由表3以及表4的結果可以明白，碳含量少的No.1鋼中，殘留磁束密度Br顯示為1.30T以下的低值。另外，碳、錳、矽+鋁的添加量超過本發明的範圍的No.15、No.22以及No.23鋼中，殘留磁束密度Br以及B₈₀₀₀的任一者皆顯示較本發明範圍低的值。

另一方面，關於具有滿足本發明的範圍之成分組成，且以550℃施行了張力退火處理者，則具有高磁束密度以及高殘留磁束密度，並且平坦度優，適合作為高速旋轉永久磁鐵內嵌式馬達的轉子用鋼板。

<實施例2>

於具有表1所示之成分組成的鋼內，對於No.3、No.8、No.21以及No.24鋼係與實施例1同樣的方式獲得了板厚0.35mm的冷軋鋼帶。將該等冷軋鋼帶於設定為400℃、650℃以及700℃的連續退火爐通板60秒，並且，於爐中施行賦予了10N/mm²的張力的張力退火處理，之後，將含有磷酸二氫鋁的半有機組成的約1μm的厚度的絕緣皮膜形成於鋼板的兩面。

於表5一併顯示了鋼帶的最大峰高以及各樣品的屈服強度、拉伸強度、磁場的強度為8000A/m時的磁束密度(B₈₀₀₀)、殘留磁束密度、還有為了比較冷軋前的金屬組織而沒有施行張力退火處理的樣品的試驗結果。

底線表示超出本發明所規定的條件。

另外，以除了冷軋狀態之外所得的鋼帶藉由深衝加工而製作分別8極(4極對)構造的轉子，以供賦予負荷轉矩的馬達性能評價試驗。又，為了比較，同時製作了以市售的電磁鋼板(35A300)作為素材的轉子，以供同樣地進行評價。另外，定子僅製造1個，以供與所製造的轉子輪流組合以進行作為馬達的性能評價。

又，對於市售的電磁鋼板(35A300，板厚：0.35mm)，以與本發明的素材鋼板同樣的方法而評價了機械特性以及 磁氣特性，屈服強度為381N/mm²，拉伸強度為511N/mm²，飽和磁束密度B₈₀₀₀為1.76T，殘留磁束密度Br為0.42T，保磁力HC為61A/m。

所製作的轉子以及定子的規格係如以下所述。

<轉子的規格>

‧外徑：80.1mm、軸長50mm。

‧積層片數：0.35mm/140片。

‧中心橋、外部橋(outer bridge)的寬度：1.00mm。

‧永久磁鐵：釹磁鐵(NEOMAX-38VH)，9.0mm寬×3.0mm厚×50mm長，合計埋入16個。

<定子的規格>

‧間距(gap)長：0.5mm。

‧外徑：138.0mm，磁軛厚：10mm，長度：50mm。

‧鐵芯素材：電磁鋼板(35A300)，板厚0.35mm。

‧積層片數：140片。

‧繞線方式：分布捲繞。

在載波頻率為20kHz、最大電壓為220V、最大電流為24A的輸入條件中，從組入了各轉子的永久磁鐵內嵌式馬達的以可得到最大轉矩的方式施以電流進角(β)為30°的弱磁場控制而求得15000rpm的最大轉矩，於圖2顯示與殘留磁束密度的關係。

從表5可以明白，若張力退火處理以較本發明範圍低的400℃實施，則雖平坦度為良好但殘留磁束密度Br係顯示1.30T以下的低值。另一方面，可知於不含有鈦、鈮及釩的No.3、No.8以及No.21鋼中以650℃以上，或於含有鈦、鈮的No.24鋼中以700℃實施張力退火處理則殘留磁束密度Br將大幅降低。此係起因於溫度上升使再結晶進行，且再結晶組織成為50%以上之故。若在本案發明範圍的溫度施行張力退火處理，則殘留磁束密度Br可獲得超過1.30T的高值，並且，可得到非常良好的平坦度。

由圖2可知，顯示施以弱磁場控制且以15000rpm高速旋轉時的最大轉矩為殘留磁束密度Br愈高則成為愈高的傾向，藉由設為超過1.30T的高殘留磁束密度，而使成為超過3.0N‧m的高值一事成為可能。

1‧‧‧轉子

10‧‧‧轉子鐵芯

10a‧‧‧旋轉中心

11‧‧‧永久磁鐵插入孔

11a‧‧‧第1插入孔

11b‧‧‧第2插入孔

11c‧‧‧橋

12‧‧‧永久磁鐵

Claims (8)

1. 一種永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板，具有以下成分組成：碳：超過0.01質量%至0.90質量%；矽：0質量%至3.0質量%；錳：0.05質量%至2.5質量%；磷：0.05質量%以下；硫：0.02質量%以下；酸可溶鋁：0.005質量%至3.0質量%，且矽+鋁為5.0質量%以下；以及剩餘部分由鐵以及不可避免的雜質所構成；磁場的強度為8000A/m時的磁束密度B₈₀₀₀為1.75T以上，磁化至8000A/m時的殘留磁束密度Br超過1.30T，並且，將長度1m以上的鋼板或鋼帶靜置於定盤時的最大峰高為1.0mm以下。
2. 如請求項1所記載之永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板，其中復含有由鈦、鈮以及釩所組成之群組之中選擇的1種以上的成分合計為0.01質量%至0.20質量%。
3. 如請求項1或2所記載之永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板，其中復含有：由0.1質量%至0.6質量%之鉬、0.1質量%至1.0質量%之鉻、0.1質量%至1.5質量%之銅、0.1質量%至1.0質量%之鎳以及0.0005質量%至0.005質量%之硼所組成之群組之中選擇的1種以上的成分。
4. 如請求項1至3中任一項所記載之永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板，其中於鋼板的至少一方的表面形成有由有機材料構成的絕緣皮膜、或由無機材料構成的絕緣皮膜、或由有機無機複合材料構成的絕緣皮膜。
5. 一種永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板的製造方法，係將具有如請求項1所記載之成分組成的熱軋鋼板以1次冷軋或含有中間退火的2次以上的冷軋使其成為預定的板厚，之後，加熱至超過500℃至600℃的溫度域，且在保持於同溫度域的狀態下賦予5N/mm²至50N/mm²的張力。
6. 一種永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板的製造方法，係將具有如請求項2或3所記載之成分組成的熱軋鋼板以1次冷軋或含有中間退火的2次以上的冷軋使其成為預定的板厚，之後，加熱至超過500℃至650℃的溫度域，且在保持於同溫度域的狀態下賦予5N/mm²至50N/mm²的張力。
7. 一種永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯，係將如請求項1至4中任一項所記載之永久磁鐵內嵌式馬達的轉子鐵芯用鋼板的深衝片積層而得。
8. 一種永久磁鐵內嵌式馬達，係具有在如請求項7所記載之轉子鐵芯埋入永久磁鐵而成的轉子。