TWI815383B - 旋轉電機、定子鐵心及轉子鐵心的組合、旋轉電機的製造方法、無方向性電磁鋼板的製造方法、旋轉電機之轉子及定子的製造方法、以及無方向性電磁鋼板的組合 - Google Patents

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Abstract

本發明之旋轉電機具有：定子、轉子及殼體，該殼體係用以容置定子及轉子，定子之鐵心胚料的{111}＜211＞方位強度(A)為2~30，轉子之鐵心胚料的{111}＜211＞方位強度(B)為1~15，且兩者之方位強度滿足式(1)A＞B之關係。

Description

旋轉電機、定子鐵心及轉子鐵心的組合、旋轉電機的製造方法、無方向性電磁鋼板的製造方法、旋轉電機之轉子及定子的製造方法、以及無方向性電磁鋼板的組合
本發明係關於旋轉電機、定子鐵心及轉子鐵心的組合、旋轉電機的製造方法、無方向性電磁鋼板的製造方法、旋轉電機之轉子及定子的製造方法、以及無方向性電磁鋼板的組合。
本發明係基於2021年3月31日於日本申請之特願2021-061734號及2021年6月4日於日本申請之特願2021-094801號而主張優先權，並於此援引其內容。
旋轉電機(馬達)係由定子、轉子及殼體所構成。定子鐵芯係藉由在將無方向性電磁鋼板沖裁為特定形狀後進行積層，並利用夾鉗等予以固著來形成。然後，定子鐵芯會在實施繞線處理後，藉由收縮配合(shrink fit)等來裝設殼體(例如，參照專利文獻1)。又，除了收縮配合以外，還有膨脹配合(expansion fit)、壓入、螺栓緊固等手段，但不論何者皆會對定子鐵芯施加壓縮應力。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：國際公開第2018/167853號
由於定子通常會受到來自殼體之壓縮應力，而有其鐵損容易增加之課題。另 一方面，由於轉子會將磁轉矩傳至定子，故而有期望磁通密度高之材料的課題。
鐵損不易因壓縮應力而增加之無方向性電磁鋼板的結晶方位為{111}<211>方位。然而，{111}<211>方位之磁通密度會有下降的傾向。本案發明人等係探討藉由在定子與轉子使用不同結晶方位的材料，來使定子、轉子兩者皆具有良好特性。
為了降低對於壓縮應力之敏感性，{111}<211>方位強度越高越好，但若{111}<211>方位強度高，則磁通密度會降低。
於是，本發明之目的在於提供以下技術：提高會受到來自殼體之壓縮應力的定子材料之{111}<211>方位強度而提高對於壓縮應力之敏感性，並使需要高磁通密度的轉子材料之{111}<211>方位強度下降而確保磁通密度，藉此使定子、轉子兩者皆具有良好磁特性，並且提高馬達效率。
為了解決上述課題，本發明主旨在於以下。
(1)一種旋轉電機，特徵在於：其具有：定子、轉子及殼體，該殼體係用以容置定子及轉子；前述定子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(A)為2~30，前述轉子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(B)為1~15，且兩者之方位強度滿足式(1)A>B之關係。
(2)如前述(1)之旋轉電機，其中前述轉子之鐵心胚料的{411}<148>方位強度(C)小於4。
(3)如前述(1)或(2)之旋轉電機，其中前述定子鐵心及前述轉子鐵心的化學組成係由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)： 0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
(4)一種定子鐵心及轉子鐵心的組合，係使用於如前述(1)至(3)中任一項之旋轉電機。
(5)如前述(4)之定子鐵心及轉子鐵心的組合，其中前述定子鐵心及前述轉子鐵心的化學組成係由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
(6)一種旋轉電機的製造方法，其特徵在於：使用如前述(4)或(5)之定子鐵心及轉子鐵心的組合來製造旋轉電機。
(7)一種如前述(1)之旋轉電機之轉子鐵心用無方向性電磁鋼板及定子鐵心用無方向性電磁鋼板的製造方法，該方法之特徵在於：在藉由包含：製鋼、熱軋延、熱軋延板退火、酸洗、冷軋延及精加工退火之步驟來製造無方向性電磁鋼板時，將前述熱軋延板退火的退火溫度設定為2種，令前述轉子鐵心用之無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度為860℃~1000℃，且令該退火溫度高於前述定子鐵心用之無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度，該無方向性電磁鋼板的化學組成由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、 Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
(8)一種如前述(1)之旋轉電機之轉子及定子的製造方法，該方法係藉由包含：製鋼、熱軋延、熱軋延板退火、酸洗、冷軋延及精加工退火之步驟來製造無方向性電磁鋼板，從所得之無方向性電磁鋼板沖裁出前述用於定子鐵心的鐵心胚料與用於轉子的鐵心胚料，並分別進行積層，且僅對定子進行弛力退火以滿足前述式(1)，該無方向性電磁鋼板的化學組成由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
(9)如前述(7)之旋轉電機之轉子鐵心用無方向性電磁鋼板及定子鐵心用無方向性電磁鋼板的製造方法，其中前述無方向性電磁鋼板之化學組成以質量%計含有Cr：0.001~5.000%。
(10)如前述(8)之旋轉電機之轉子及定子的製造方法，其中前述無方向性電磁鋼板之化學組成以質量%計含有Cr：0.001~5.000%。
(11)一種無方向性電磁鋼板的組合，係用於旋轉電機之鐵心胚料；該無方向性電磁鋼板的組合之特徵在於：定子用無方向性電磁鋼板的{111}<211>方位強度(A)為2~30，轉子用無方向性電磁鋼板的{111}<211>方位強度(B)為1~15，且兩者之方位強度滿足式(1)A>B之關係。
(12)如前述(11)之無方向性電磁鋼板的組合，其中前述定子用無方向性電磁鋼板及前述轉子用無方向性電磁鋼板之化學組成係由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
本發明中，可使定子、轉子兩者皆具有良好磁特性並可提升馬達效率。
1:方向性電磁鋼板
3:定子鐵芯
300:旋轉電機
301:殼體
302:轉子
圖1係實施例所使用之旋轉電機的部分俯視圖。
用以實施發明之形態
以下，詳細說明本發明之較佳實施形態。另外，只要無特別說明，關於數值a及b之「a~b」之記載意指「a以上且b以下」。在所述記載中僅於數值b附加單位時，該單位亦應用於數值a。
本發明之第一實施形態為具備以下構成之旋轉電機。
一種旋轉電機，特徵在於：其具有：定子、轉子及殼體，該殼體係用以容置定子及轉子；前述定子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(A)為2~30，前述轉子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(B)為1~15，且兩者之方位強度滿足式(1)A>B之關係。
又，本發明之第一實施形態亦包含一種使用於此旋轉電機之定子鐵心及轉子鐵心的組合。
又，本發明之第一實施形態包含一種旋轉電機的製造方法，該方法係使用上述定子鐵心及轉子鐵心的組合來製造旋轉電機。
以下，具體說明本實施形態之旋轉電機。
本發明之旋轉電機至少具有：定子、轉子及殼體，該殼體係用以容置定子及轉子。定子、轉子及殼體除了後述構成(例如{111}<211>方位強度)之外，關於其等之形狀、構成並無特別限定，可具備通常之形狀、構成。
本發明之定子之鐵心胚料具有2~30的{111}<211>方位強度(A)，轉子之鐵心胚料具有1~15的{111}<211>方位強度(B)，且兩者之{111}<211>方位強度滿足式(1)A>B之關係式。
關於本發明中之{111}<211>方位強度的測定，首先係將作為定子鐵心、轉子鐵心所積層之複數片鐵心胚料分解為1片。接著，以使任1片鐵心胚料的板厚中心露出之方式進行研磨，然後在其研磨面中以EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)觀察2500μm2以上之區域。若觀察之合計面積為2500μm2以上的話，則亦可在區分為幾個小區塊之數個位置上進行。在定子鐵心中，較佳係觀察2500000μm2以上之領域。測定時之間距(step)間隔設為1μm。由EBSD之觀察數據求算{111}<211>方位強度。方位強度之單位係使用對隨機比(I/I0)。
定子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(A)為2~30之範圍。若定子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(A)小於2，關於壓縮應力，鐵損增加量會增大，馬達損耗增加。又，若大於30，則結晶方位本身會使鐵損變差，馬達損耗增加。{111}<211>方位強度(A)宜為4~10之範圍。
轉子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(B)為1~15之範圍。若轉子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(B)小於1，則材料之各向異性增強，在沖裁出轉子形狀時真圓度會變差，馬達損耗增加，又，若大於15則磁通密度下降，馬達損耗增加。{111}<211>方位強度(B)宜為2~8之範圍。
本發明之定子、轉子之鐵心胚料在各自具有上述{111}<211>方位強度範圍的同時，兩者之{111}<211>方位強度必須滿足式(1)A>B之關係式。當兩者之{111}<211>方位強度處於A>B之關係時，定子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(A)會大於轉子之鐵心胚料的{111}<211>方位強度(B)，因此，兩者之磁特性會提升，可提高馬達效率。
反之，當兩者之{111}<211>方位強度處於A≦B之關係時，定子中會因外殼所致之壓縮應力而造成鐵損增加，轉子之磁通密度會下降，因此無法提高旋轉電機之效率。
而且，轉子之鐵心胚料的{411}<148>方位強度(C)宜小於4。在此情況下，在沖裁出轉子形狀時可獲得真圓度更提升之效果。方位強度(C)可藉由測定前述方位強度(A)與方位強度(B)之方法(EBSD)來測定。
可用於前述第一實施形態之旋轉電機之定子與轉子的無方向性電磁鋼板，其化學組成若可提供{111}<211>方位強度之式(1)的關係，則無特別限定。於以下顯示本發明之無方向性電磁鋼板的較佳化學組成之例。化學組成之說明的「%」意指「質量%」。
例如，該等無方向性電磁鋼板之化學組成以質量%計宜含有：C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下，以及剩餘部分：Fe及不純物。
C：0.0100%以下
C係作為不純物而含有。為了減低鐵損，含量宜設為0.0100%以下。上限較宜為0.0025%，更宜為0.0020%。
Si：2.6%以上且4.5%以下
Si為會提高鋼板強度之元素。又為會使比電阻增加之元素，為了降低鐵損而可含有Si。又，其亦可有效提升鋼板強度。由此效果及防止飽和磁通密度的下降、鋼之脆化的觀點來看，含量宜設為2.5~4.5%。下限較宜為2.8%，更宜為3.0%。上限較宜為4.2%，更宜為4.0%。
Mn：0.10%以上且3.00%以下
Mn係與Si、Al同樣具有會使比電阻增加之作用，因此為了降低鐵損而可含有Mn。又，其亦為會提高鋼板強度之元素。由此效果及防止飽和磁通密度下降、鋼之脆化的觀點來看，含量宜設為0.20~3.00%。下限較宜為0.30%，更宜為0.60%。上限較宜為2.8%，更宜為2.5%。
P：0.15%以下
P係會提升鋼板強度之元素。鋼板強度亦可藉由Si或Mn來提升，故亦可不含有P。由防止鋼板脆化的觀點來看，含量宜設為0.15%以下。上限較宜為0.08%，更宜為0.06%。
S：0.0030%以下
S為不純物。為了減低鐵損，含量宜設為0.0030%以下。上限較宜為0.0025%，更宜為0.0020%。
N：0.0040%以下
氮(N)為不純物。N會使追加熱處理後之磁特性下降。因此，N含量宜為0.0040%以下。N含量較宜為0.0020%以下。
Al：0.10%以上且2.00%以下
Al係與Si同樣會使比電阻增加之元素，且為了降低鐵損而可含有Al。Al小於0.10%時無法充分獲得該效果，故而將下限設為0.10%。下限較宜為0.15%，更宜為0.20%。由防止飽和磁通密度下降的觀點來看，含量宜設為2.0%以下。上限較 宜為1.8%，更宜為1.5%。
選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%
Sn係一種對磁特性有利之結晶方位發達之元素。Sn並不一定要含有，其含量下限為0%。即便係微量也能獲得含有Sn之效果，但為了確實獲得含有之效果，含量宜設為0.01%以上，較宜設為0.02%以上。由防止磁特性劣化的觀點來看，含量上限宜設為0.200%，較宜設為0.100%。
Sb係一種對磁特性有利之結晶方位發達之元素。Sb並不一定要含有，其含量下限為0。即便係微量也能獲得含有Sb之效果，但為了確實獲得含有之效果，含量宜設為0.01%以上，較宜設為0.02%以上。由防止磁特性劣化的觀點來看，含量上限宜設為0.200%，較宜設為0.100%。
Cr：0~5.0%
Cr係會提升耐蝕性、高頻特性及集合組織之元素。Cr並不一定要含有，其含量下限為0%。即便係微量也能獲得含有Cr之效果，但為了確實獲得含有之效果，含量宜設為0.001%以上，較宜設為0.01%以上，更宜設為0.02%以上。由製品成本的觀點來看，含量上限為5.0%，且宜設為0.5%，較宜設為0.4%。
Ni：0~5.0%
Ni係會提高鋼板之電阻並減低鐵損之元素。Ni並不一定要含有，其含量下限為0%。即便係微量也能獲得含有Ni之效果，但為了確實獲得含有之效果，含量宜設為0.01%以上，較宜設為0.02%以上。由製品成本的觀點來看，含量上限為5.0%，且宜設為0.5%，較宜設為0.4%。
Cu：0~5.0%
Cu係會提高鋼板之電阻並減低鐵損之元素。Cu並不一定要含有，其含量下限為0%。即便係微量也能獲得含有Cu之效果，但為了確實獲得含有之效果，含量宜設為0.01%以上，較宜設為0.02%以上。由製品成本的觀點與防止鋼之脆化 的觀點來看，含量上限為5.0%，且宜設為0.5%，較宜設為0.4%。
Ca：0~0.010%
Ca係一種會使硫化物粗大化並改善熱處理步驟中之晶粒成長性，而有助於低鐵損化之元素。Ca並不一定要含有，其含量下限為0%。即便係微量也能獲得含有Ca之效果，但為了確實獲得含有之效果，含量宜設為0.005%以上，較宜設為0.0010%以上。由防止磁特性劣化的觀點來看，含量上限為0.010%，且宜設為0.0050%，較宜設為0.0030%。
Mg：0~0.0100%
Mg係會透過促進晶粒成長之作用來使鐵損減低之元素，同時亦為會令夾雜物中之硫化物成為含有Mg之更加硬化的夾雜物，而使疲勞強度提升之元素。為了獲得其效果，考慮到成本面，含量宜設為0.0000~0.0100%。下限較宜為0.0005%，更宜為0.0010%。上限較宜為0.0040%，更宜為0.0030%。
稀土族元素(REM)：0~0.010%
稀土族元素(REM)係會使硫化物粗大化並改善熱處理步驟中之晶粒成長性，而有助於低鐵損化之元素。稀土族元素(REM)並不一定要含有，其含量下限為0%。即便係微量也能獲得含有稀土族元素(REM)之效果，為了確實獲得含有之效果，含量宜設為0.0005%以上，較宜設為0.0010%以上。由防止磁特性劣化的觀點來看，含量上限為0.010%，且宜設為0.0050%，較宜設為0.0030%。
Ti：0.0030%以下
Ti係作為不純物而包含之元素。Ti會與基鐵中之C、N、O等鍵結形成TiN、TiC、Ti氧化物等微小析出物，進而阻礙退火中之晶粒成長使磁特性劣化，因此含量宜設為0.0030%以下。上限較宜為0.0020%，更宜為0.0010%。由於Ti並不一定要含有，其含量下限為0%。考慮到精煉成本，亦可將下限設為0.0003%或0.0005%。
B：0.0000%~0.0050%
少量的B有助於改善集合組織。因此，亦可含有B。欲獲得上述效果時，宜將B含量設為0.0001%以上。
另一方面，若B含量大於0.0050%，B之化合物會阻礙退火時之晶粒成長，結晶粒徑變得微細而會成為鐵損增加之主要原因。因此，B含量設為0.0050%以下。
O：0.0000%~0.0200%
O會與鋼中之Cr鍵結生成Cr2O3。該Cr2O3有助於改善集合組織。因此，亦可含有O。欲獲得上述效果時，宜將O含量設為0.0010%以上。
另一方面，若O含量大於0.0200%，Cr2O3會阻礙退火時之晶粒成長，結晶粒徑變得微細而會成為鐵損增加之主要原因。因此，O含量設為0.0200%以下。
化學組成之剩餘部分為Fe及不純物。所謂不純物，意指原材料所含之成分或在製造過程中混入之成分，且是指非刻意使鋼板含有之成分。
上述母材鋼板之化學成分係藉由一般的分析方法來測定即可。例如，鋼成分採用ICP-AES(感應耦合電漿原子發射光譜法；Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)來測定即可。另外，C及S採用燃燒-紅外線吸收法，N採用非活性氣體熔解-熱傳導率法即可。O採用非活性氣體熔解-非分散式紅外線吸收法即可。
第一實施形態中，係使用上述轉子及定子來製造旋轉電機。藉此，可使定子、轉子兩者皆具有良好磁特性並提升馬達效率。
本發明之第二實施形態係轉子用無方向性電磁鋼板及定子用無方向性電磁鋼板的製造方法，該等無方向性電磁鋼板係用於第一實施態樣之旋轉電機。第一實施形態之旋轉電機之定子與轉子的{111}<211>方位強度之關係亦可藉由在用於定子及轉子之無方向性電磁鋼板的製造步驟中，控制熱軋延板退火的退火溫度來獲得。
亦即，在藉由包含：製鋼、熱軋延、熱軋延板退火、酸洗、冷軋延及精加工退火之步驟來製造無方向性電磁鋼板時，將熱軋延板退火的退火溫度設定為2種，令轉子用無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度為860℃~1000℃，且令該退火溫度高於定子用無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度，藉此可獲得第一實施形態之旋轉電機之定子與轉子的{111}<211>方位強度之關係，該無方向性電磁鋼板係由以下所構成者：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.1%以上且3.0%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.1%以上且2.0%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、以及剩餘部分：Fe及不純物。由此，能獲得一種無方向性電磁鋼板的組合，該組合之特徵在於：定子用無方向性電磁鋼板的{111}<211>方位強度(A)為2~30，轉子用無方向性電磁鋼板的{111}<211>方位強度(B)為1~15，且兩者之方位強度滿足式(1)A>B之關係。
本發明之第二實施形態的製造方法係藉由包含：製鋼、熱軋延、熱軋延板退火、酸洗、冷軋延、精加工退火及視需求進行之平整軋延之步驟來進行製造，關於前述熱軋延板退火以外之步驟並無特別規定，各步驟中可採用以下所示條件。
熱軋延之扁胚加熱溫度為1000~1200℃之標準條件即可。然而，由熱軋延板之韌性方面來看，捲取溫度宜為600℃以下，更宜為550℃以下。
在防止後續的酸洗過板或冷軋延過板時之破裂或斷裂上，熱軋延板厚度盡可能越薄會越有利，故而可考量熱軋延板之韌性與生產效率等來適當調整。
由磁性的觀點來看，熱軋延板退火宜在800℃以上且1100℃以下 進行30秒以上，使冷軋延前之結晶粒徑進行晶粒成長至50~300μm左右。然而，由於熱軋延板之延性會下降，故而在考慮成分與生產性之後決定條件即可。
特別是關於熱軋延板退火，亦可視所需之{111}<211>方位強度來將退火溫度設定為2種。亦可令轉子用無方向性電磁鋼板之熱軋延退火的退火溫度為860℃~1000℃，且令該退火溫度高於定子用無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度。
熱軋延板退火的退火溫度係與所得之無方向性電磁鋼板的{111}<211>方位強度密切相關。已知{111}<211>方位的晶粒容易從冷軋延前的結晶晶界附近產生。若熱軋延板退火溫度高，則冷軋延前之結晶晶界面積減少，在後續的退火中{111}<211>方位的晶粒會變少。亦即，藉由將轉子用無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度設為高於定子用無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度之溫度，便能獲得兩者之{111}<211>方位強度的式(1)A>B之關係。
轉子用無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度範圍為860℃~1000℃，若低於860℃則會產生起皺(ridging)等的表面缺陷，故不佳。又，若高於1000℃則鋼板會變脆弱，製造性明顯受損故不佳。轉子用無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度的特佳範圍為900℃~950℃。另一方面，定子用無方向性電磁鋼板之熱軋延板退火的退火溫度亦可低於轉子用無方向性電磁鋼板。
第一實施形態之旋轉電機之定子與轉子的{111}<211>方位強度之關係，即便在用於上述定子及轉子之無方向性電磁鋼板的製造步驟中未特別控制熱軋延板退火的退火溫度，仍可藉由以下方式獲得該關係：藉由一般的包含：製鋼、熱軋延、熱軋延板退火、酸洗、冷軋延及精加工退火之步驟進行製造，從所得之無方向性電磁鋼板沖裁出用於定子的胚料與用於轉子的胚料並將其等積層，然後僅對定子進行弛力退火以滿足式(1)。
關於在沖裁加工後僅對定子實施之弛力退火，宜在700℃至900℃之溫度範圍內實施退火120分鐘以上，以釋放沖裁應力。藉由平整軋延而賦予有應力時，尤其宜在高溫且長時間下進行退火。藉由如所述這般僅對定子適當進行弛力退火，可在弛力退火後之定子的{111}<211>方位強度(A)與轉子的{111}<211>方位強度(B)中獲得式(1)A>B之關係。
實施例
以下，利用實施例進一步說明本發明之實施形態。
另外，實施例所使用之條件係其用以確認之一條件例，本發明並不限定於該例，只要不超出本發明且可達成本發明之目的則可採用各種條件。
圖1係旋轉電機之部分俯視圖。旋轉電機300係以電氣學會D模式為基礎所製作之IPM馬達。定子鐵芯3之外徑為112mm，轉子302之外徑為54mm，定子鐵芯3之層疊高度為100mm。槽數為24槽。定子鐵芯3係藉由收縮配合而被固定於殼體301。轉子302之外徑為54mmφ，定子鐵芯3之內徑為55mmφ，轉子302與定子鐵芯3之間的間隙為0.5mm。又，定子鐵芯3之外徑為112mmφ(=54mm+0.5mm×2+28.5mm×2)。定子鐵芯為24槽，捲繞於定子鐵芯之齒部之銅線的每一相之繞線數為35圈，轉子磁鐵之磁通密度Br為1.25T。
本實施例中，係以相位角30度來流通峰值3A之繞線電流，並以1500RPM之轉數驅動60分鐘，求算此時之旋轉電機中所產生之損耗作為馬達損耗(W)。
(實施例1)
進行熔鋼之連續鑄造，準備具有下述表1所示化學組成(剩餘部分為鐵及不純物)之250mm厚的扁胚。接著，對上述扁胚實施熱軋延，製作出熱軋延板。此時之扁胚再加熱溫度為1200℃，精整軋延中之精加工溫度為850℃，捲取時之捲取溫度為650℃，精加工板厚為2.0mm。接著，針對上述熱軋延板以表1所記載之溫 度進行退火1分鐘作為熱軋延板退火，再藉由酸洗將鏽皮去除並冷軋延成0.35mm厚。然後，在800℃下進行精加工退火30秒。
接著，測定磁特性之鐵損W15/50(最大磁通密度1.5T、頻率50Hz時之鐵損)。測定試料係採取55mm見方之試料片，求算軋延方向與寬度方向之特性的平均值。磁測定係使用依據JIS C 2556(2015)所記載之電磁電路且可測定55mm見方之試驗片或更微小的試驗片之裝置來進行測定。將測定結果列示於表1。又，進行材料之{111}<211>方位強度的測定。測定方法係以上述方法來進行。
作為旋轉電機(馬達)之定子、轉子各自使用之胚料，係各自準備表1所示A~Z的各胚料、以及以具有相同組成及相同鐵損且{111}<211>方位強度低之材料準備A'~Z'的材料。A'~Z'的材料係將熱軋延退火的退火溫度設為高於A~Z的各胚料的退火溫度。
由該等胚料製作定子、轉子之鐵心，並製作旋轉電機(馬達)。於表2列示定子所使用之胚料、轉子所使用之胚料、式(1)之成立/不成立及馬達損耗。發明例之旋轉電機(馬達)103、106、109、112、115、118、121、124、127、130、133、136、139、142、145、148、151、154、157、160、163、166、172及175，其等之馬達損耗低於使用相同鐵心胚料之其他旋轉電機(馬達)(比較例)的馬達損耗。旋轉電機(馬達)169雖滿足式(1)，但由於轉子所使用之胚料的{111}<211>範圍落在本發明範圍外，故而馬達損耗差。
Figure 111112331-A0305-02-0018-1
Figure 111112331-A0305-02-0019-2
Figure 111112331-A0305-02-0020-3
Figure 111112331-A0305-02-0021-4
Figure 111112331-A0305-02-0022-5
Figure 111112331-A0305-02-0023-6
(實施例2)
如表3所示，針對旋轉電機(馬達)之定子、轉子係準備與實施例1所使用者相同的胚料A'~Z'。從該等胚料將鐵心胚料進行沖裁加工後，以表3所示條件進行弛力退火。此時，弛力退火係在800℃下退火2小時。胚料的{111}<211>方位強度、馬達損耗係以與實施例1同樣方式來求算。發明例之旋轉電機(馬達)203、206、209、212、215、218、221、224、227、230、233、236、239、242、245、248、251、254、257、260、263、266、272及275，其等之馬達損耗低於使用相同鐵心胚料之其他旋轉電機(馬達)(比較例)的馬達損耗。旋轉電機(馬達)269雖滿足式(1)，但由於轉子所使用之胚料的{111}<211>範圍落在本發明範圍外，故而馬達損耗差。
Figure 111112331-A0305-02-0025-7
Figure 111112331-A0305-02-0026-8
Figure 111112331-A0305-02-0027-9
產業上之可利用性
本發明可使定子、轉子兩者皆具有良好磁特性並提升馬達效率，因此在產業上之可利用性極高。
3:定子鐵芯
300:旋轉電機
301:殼體
302:轉子

Claims (12)

  1. 一種旋轉電機，特徵在於： 其具有：定子、轉子及殼體，該殼體係用以容置前述定子及前述轉子； 前述定子之鐵心胚料的{111}＜211＞方位強度(A)為2~30，前述轉子之鐵心胚料的{111}＜211＞方位強度(B)為1~15，且兩者之方位強度滿足式(1)A＞B之關係。
  2. 如請求項1之旋轉電機，其中前述轉子之前述鐵心胚料的{411}＜148＞方位強度(C)小於4。
  3. 如請求項1或2之旋轉電機，其中前述定子鐵心及前述轉子鐵心的化學組成係由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
  4. 一種定子鐵心及轉子鐵心的組合，係使用於如請求項1至3中任一項之旋轉電機。
  5. 如請求項4之定子鐵心及轉子鐵心的組合，其中前述定子鐵心及前述轉子鐵心的化學組成係由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
  6. 一種旋轉電機的製造方法，其特徵在於：使用如請求項4或5之定子鐵心及轉子鐵心的組合來製造旋轉電機。
  7. 一種如請求項1之旋轉電機之轉子鐵心用無方向性電磁鋼板及定子鐵心用無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於： 在藉由包含：製鋼、熱軋延、熱軋延板退火、酸洗、冷軋延及精加工退火之步驟來製造無方向性電磁鋼板時，將前述熱軋延板退火的退火溫度設定為2種，令轉子鐵心用之無方向性電磁鋼板的熱軋延板退火溫度為860℃~1000℃，且令該退火溫度高於定子鐵心用之無方向性電磁鋼板的熱軋延板退火溫度，該無方向性電磁鋼板的化學組成由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
  8. 一種如請求項1之旋轉電機之轉子及定子的製造方法， 該方法係藉由包含：製鋼、熱軋延、熱軋延板退火、酸洗、冷軋延及精加工退火之步驟來製造無方向性電磁鋼板，從所得之無方向性電磁鋼板沖裁出前述用於定子鐵心的鐵心胚料與用於轉子的鐵心胚料，並分別進行積層，且僅對定子進行弛力退火以滿足前述式(1)，該無方向性電磁鋼板的化學組成由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
  9. 如請求項7之旋轉電機之轉子鐵心用無方向性電磁鋼板及定子鐵心用無方向性電磁鋼板的製造方法，其中前述無方向性電磁鋼板之化學組成以質量%計含有Cr：0.001~5.000%。
  10. 如請求項8之旋轉電機之轉子及定子的製造方法，其中前述無方向性電磁鋼板之化學組成以質量%計含有Cr：0.001~5.000%。
  11. 一種無方向性電磁鋼板的組合，係用於旋轉電機之鐵心胚料； 該無方向性電磁鋼板的組合之特徵在於： 定子用無方向性電磁鋼板的{111}＜211＞方位強度(A)為2~30，轉子用無方向性電磁鋼板的{111}＜211＞方位強度(B)為1~15，且兩者之方位強度滿足式(1)A＞B之關係。
  12. 如請求項11之無方向性電磁鋼板的組合，其中前述定子用無方向性電磁鋼板及前述轉子用無方向性電磁鋼板之化學組成係由以下所構成：以質量%計，C：0.0100%以下、Si：2.6%以上且4.5%以下、Mn：0.10%以上且3.00%以下、P：0.15%以下、S：0.0030%以下、N：0.0040%以下、Al：0.10%以上且2.00%以下、選自Sn及Sb之1種以上：0~0.200%、Cr：0~5.0%、Ni：0~5.0%、Cu：0~5.0%、Ca：0~0.010%、Mg：0~0.0100%、及稀土族元素(REM)：0~0.010%、Ti：0.0030%以下、B：0.0000%~0.0050%、O：0.0000%~0.0200%、以及剩餘部分：Fe及不純物。
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