WO2014024746A1 - 電磁鋼板、及び電磁鋼板の積層体からなる電動モータのステータコア - Google Patents

電磁鋼板、及び電磁鋼板の積層体からなる電動モータのステータコア Download PDF

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electrical steel
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iron loss
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宜郎 川下
保田　芳輝
粕川　実
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日産自動車株式会社
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    • C21D2261/00—Machining or cutting being involved

Definitions

  • the present invention relates to an electrical steel sheet used in a state where compressive stress acts as a core material for electrical equipment.
  • magnetic steel sheets used as iron cores for electric motors and the like are required to have excellent magnetic properties such as low iron loss and high magnetic flux density.
  • an electromagnetic steel sheet is used as an iron core of an electric motor or the like, generally, a plurality of non-oriented electrical steel sheets are laminated, and bolting, caulking, or the like is performed on the laminated body.
  • shrink fitting is often employed as a method for fixing the iron core of the stator portion composed of this laminate to the motor housing.
  • a compressive stress is generated in the iron core, and in particular near the outer peripheral portion of the stator portion due to shrink fitting, a compressive stress parallel to the plate surface of the electromagnetic steel sheet. Act.
  • JP2010-252463A discloses a structure control technique that makes an electromagnetic steel sheet an in-plane isotropic texture in which the magnetic moment can be distributed in the same direction in order to suppress deterioration of iron loss characteristics under compressive stress. .
  • iron loss reduction under compressive stress is proposed by surface processing of electrical steel sheets, but in any case, it is an essential requirement to provide grooves by surface processing. And, by providing the groove, it is expected to reduce the so-called classical eddy current loss caused by the induced current, but in actuality, the stress increases not only the eddy current but also the hysteresis loss. In some cases, the increase in iron loss may not be sufficiently suppressed.
  • an object of the present invention is to provide an electrical steel sheet in which an increase in iron loss is suppressed even under compressive stress.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a yoke type iron loss evaluation apparatus.
  • FIG. 2A is a plan view of the test piece.
  • FIG. 2B is an enlarged view of a portion A surrounded by a broken line in FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view of a test piece subjected to MRF processing.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of a test piece subjected to grinding.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view of the test piece subjected to etching.
  • FIG. 4 is a table summarizing the results of the iron loss evaluation test.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the processing-affected layer depth and the iron loss.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a part of a cross section of the electric motor perpendicular to the rotation axis.
  • the inventors evaluated the iron loss under compressive stress for the electromagnetic steel sheets subjected to various surface treatments.
  • FIG. 1 is a diagram showing a yoke type iron loss evaluation apparatus 10 used for iron loss evaluation of the present embodiment.
  • a stage 11 for fixing the test piece 1 is disposed in the exciting coil 12, and a yoke 13 is disposed so as to connect both ends of the exciting coil 12 in the axial direction. Further, a fixed clamp 15 and a movable clamp 16 for fixing the test piece 1 are arranged on the outer side of the connection portion of the yoke 13 with the exciting coil 12. A load cell 17 is connected to the movable clamp 16. The axial length of the exciting coil 12 is shorter than the longitudinal length of the test piece 1.
  • a buckling prevention plate 14 is disposed so as to face the stage 11.
  • the buckling prevention plate 14 is moved in the direction of the stage 11 by the pneumatic cylinders 18 disposed at both ends of the exciting coil 12 and presses the test piece 1 against the stage 11. This can prevent the test piece 1 from buckling when a compressive load is applied to the test piece 1. Although pressing was 200 kgf, it was confirmed that the presence or absence of pressing did not affect the iron loss.
  • FIG. 2A and FIG. 2B are diagrams showing an example of the test piece 1.
  • Specimen 1 was a single strip of electromagnetic steel sheet. Specifically, an electrical steel sheet equivalent to JIS35A300 having a thickness of 0.35 [mm] is cut into 180 [mm] ⁇ 30 [mm] with the rolling direction as the longitudinal direction, and surface processing is performed on one side of the cut steel sheet. The iron loss was evaluated. The processing conditions will be described later.
  • the test piece 1 is set on the stage 11 so that both ends protrude from the exciting coil 12, and one end of the test piece 1 is fixed by a fixed clamp 15 and the other end is fixed by a movable clamp 16. Further, the test piece 1 is pressed toward the stage 11 by the buckling prevention plate 14.
  • an alternating current is passed through the exciting coil 12 to measure the magnetization characteristics of the test piece 1.
  • measurement was performed by alternating magnetization at a magnetic flux density of 1.0 [T] and a frequency of 1.0 [kHz].
  • Processing method is as follows. Blasting and grinding have been adopted as processing classified as “no groove, with influence layer” where the cross section after processing is flat, has no grooves or irregularities, and the surface processing influence layer described later is formed. . Press processing, cutting processing, micro roll forming (MRF) processing is adopted as processing classified as “grooved, with affected layer” where the processed cross-section has grooves and irregularities and a surface processing affected layer is formed did. Etching and laser processing were adopted as the processing classified as “having a groove and no influence layer” in which a groove is formed in the cross section after processing but a surface processing influence layer is not formed.
  • MRF micro roll forming
  • the blasting process used microblasting using alumina beads.
  • the blasting device is MB2-ML-300 type manufactured by Shinto Kogyo Co., Ltd., and the alumina beads are white fused alumina WA grit NO.
  • the test piece was processed using a nozzle diameter of 150 [ ⁇ m], a nozzle feed rate of 2.0 [mm / s], a projection pressure of 0.4 [MPa], and a projection distance of 50 [mm].
  • the depth of the processing-affected layer was measured by processing the cross-sectional structure of the structure with an electron beam imaging microscope (EP-SIM: Electron Probe-Surface Imaging Microscope). In the observed image shown in FIG. The depth of the range that is being measured was measured as a processing-affected layer.
  • the EP-SIM used was ULTRA55 manufactured by Carl Zeiss.
  • FIG. 3 shows an example of an observation image by EP-SIM.
  • FIGS. 3A to 3C show cross sections when MRF processing, grinding processing, and etching are performed, respectively.
  • MRF processing not only grooves are formed on the surface, but also lattice strain is confirmed in the structure around the grooves. That is, a processing influence layer based on lattice distortion is confirmed in addition to the groove.
  • grinding no groove is formed on the surface, but a processing-affected layer based on lattice distortion is confirmed.
  • etching grooves are formed on the surface, but a processing-affected layer based on lattice distortion is not confirmed.
  • the grinding wheel was CBN80N100B, the grinding wheel rotation speed was 2850 [rpm], the grinding wheel peripheral speed was 1834 [rpm], and the grinding amount was 20 [ ⁇ m].
  • a single-edged blade-shaped jig having a 30 ° inclination is made of cemented carbide, and grooves 21 are formed at a pitch of 0.5 [mm] using a press with a stage capable of controlling the indentation depth and feed. .
  • the correlation between the indentation depth and the groove cross-sectional depth was investigated in advance, and the indentation depth was controlled with a target groove depth of 10 [ ⁇ m].
  • the groove cross-sectional depth for correlation investigation was measured with the three-dimensional shape measuring instrument.
  • Cutting was performed at a cutting depth of 10 [ ⁇ m] and a cutting speed of 100 [mm / min].
  • a cemented carbide tool capable of machining 10 grooves with a pitch of 0.5 [mm] is manufactured, and each time one pass machining is performed using this tool, the workpiece is shifted by 10 [mm] in the lateral direction. Groove processing was applied to the entire surface.
  • the correlation between the load and the groove cross-sectional depth was investigated, and the load was set so that the indentation depth could be controlled with a groove depth of 10 [ ⁇ m] as a target.
  • the groove cross-sectional depth for the correlation investigation was measured with a three-dimensional shape measuring instrument.
  • Table 1 shows the above test results.
  • the value of the iron loss evaluation is shown as a relative value where 1 is the case without processing.
  • “Surface effect layer including irregularities” in Table 1 is the depth and plate thickness ratio of “groove + work effect layer” in FIG. 3A, and the depth and plate thickness of the process effect layer in FIG. In FIG. 3C, the thickness ratio of the groove depth.
  • Table 2 shows the test results for the test piece 1 obtained by performing MRF processing while changing the load and the number of passes, and having different depths of the processing-affected layer based on the groove depth and lattice distortion.
  • Table 3 shows the test results of the test piece 1 that has been grooved by etching and laser processing, for comparison. Both etching processing and laser processing are performed by a processing manufacturer, and grooves perpendicular to the magnetization direction are formed on the entire surface at a pitch of 0.5 [mm]. The groove depth was set to 15, 20, and 30 [ ⁇ m] as target values.
  • both the etching process and the laser processing are processing methods in which a processing influence layer does not occur, and therefore the numerical values in the column “surface processing influence layer including unevenness” in Table 3 are the depth of the groove and the plate thickness. Is the ratio.
  • FIG. 4 summarizes the relationship between the processing methods in Tables 1 and 3 and the iron loss reduction effect.
  • FIG. 5 summarizes the relationship between the depth of the processing-affected layer including the irregularities in Tables 1 and 2 and the iron loss reduction effect.
  • the domain structure When under the influence of compressive stress, the domain structure changes so that the magnetic domain orthogonal to the stress direction is enlarged due to the inverse effect of the magnetostriction (billy effect), and the domain wall becomes difficult to move. If a certain degree of processing-affected layer is provided in this state, the magnetic domain structure changes and a large number of magnetic domains having an orientation close to the stress direction are generated. For this reason, it is particularly advantageous in the rotation of the magnetization direction and the motion of the domain wall in a region where the magnetization is small, and an effect of reducing iron loss can be obtained.
  • the electrical steel sheet according to this embodiment is an electrical steel sheet used in an environment where compressive stress acts, and at least one surface of a region where compressive stress that affects iron loss acts acts on lattice distortion. Has a processing impact layer based. By having the processing-affected layer, the iron loss reduction effect can be obtained as described above.
  • the electromagnetic steel sheet is a non-oriented electrical steel sheet that is used as a stator core of a motor.
  • shrink fitting is performed in the manufacturing process, the effect of compressive stress is inevitable, so the iron loss reduction effect according to this embodiment is effective. It is.
  • the depth of the surface processing-affected layer including unevenness by machining is 1 [%] or more and 50 [%] or less of the plate thickness. If it is greater than 50 [%], the effect of increasing iron loss due to processing becomes larger than the effect of reducing iron loss due to the provision of a work-affected layer, so that it is difficult to obtain the effect of reducing iron loss under compressive stress. is there. In addition, if it is less than 1 [%], there is a problem that the effect of reducing the iron loss may not be obtained due to variations in the depth of the processing-affected layer.
  • the electrical steel sheet of the present embodiment may be a flat electrical steel sheet in which only a processing-affected layer is provided without providing a groove by blasting or grinding. Even if the surface is flat, there is variation in the surface shape after processing, but the size of the variation is much smaller than the variation in shape caused by groove processing. Accordingly, the space factor can be improved when the core is formed by laminating the electromagnetic steel sheets provided with the surface processing-affected layer in the range of 1 [%] to 50 [%] of the plate thickness. Further, when the groove is provided, the groove portion becomes a gap, but since no gap is generated by not providing the groove, the magnetic flux density can be improved. Furthermore, since no grooving is involved, an increase in iron loss due to excessive deepening of the work-affected layer cannot occur. In addition, since processing becomes easy, it is particularly advantageous when processing a large area.
  • the above “flat steel plate” preferably has a 10-point average roughness Rz of 30 [ ⁇ m] or less, a reference length of 25 [mm], and an evaluation length of 40 [mm] or more.
  • Rz is preferably 20 [ ⁇ m] or less, more preferably 10 [ ⁇ m] or less.
  • the electrical steel sheet of this embodiment can be used for an electric motor.
  • FIG. 6 shows a part of a cross section orthogonal to the rotation axis of the electric motor 30 using the non-oriented electrical steel sheet of the present embodiment described above as a stator core.
  • the electric motor 30 includes an annular back yoke 32, a stator core 34 having a plurality of teeth 33 protruding from the back yoke 32 toward the inner peripheral side, and a rotor 36 disposed coaxially within the stator core 34. .
  • a slot 35 is formed between adjacent teeth 33, and a coil wound around the teeth 33 is stored therein.
  • the stator core 34 is fitted with the stator core 34 in a state in which the case 31 is expanded by heating, so-called shrink fitting, or is fitted in the case 31 in a state in which the stator core 34 is contracted by cooling, so-called cold fitting. To fix.
  • the iron loss reduction effect under compressive stress by surface processing tends to be large when the magnetic flux density is low. Therefore, by providing a work-affected layer on the back yoke 32 of the stator core 34 fixed by shrink fitting, an increase in iron loss due to shrink fitting can be suppressed, and a small and highly efficient electric motor 30 can be obtained. Further, the increase in iron loss can be similarly suppressed by using the non-oriented electrical steel sheet of the present embodiment for the stator core 34 to be placed under compressive stress by being fitted by cold fitting.

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Abstract

　圧縮応力が作用する環境で使用する電磁鋼板において、少なくとも鉄損特性に影響を与える程度の圧縮応力が作用する領域の、少なくとも一方の面に、ブラスト加工や研削砥石による平面研削加工等といった機械加工を施すことによって、格子歪みに基づく表面加工影響層を設ける。

Description

電磁鋼板、及び電磁鋼板の積層体からなる電動モータのステータコア
　本発明は、電気機器の鉄心材料として、圧縮応力が作用する状態で使用される電磁鋼板に関する。
　各種電気機器の高効率化を図るうえで、電動モータ等の鉄心として使用される電磁鋼板には、低鉄損や高磁束密度等といった優れた磁気特性が求められる。
　ところで、電動モータ等の鉄心として電磁鋼板を使用する際には、一般的には複数の無方向性電磁鋼板を積層し、この積層体にボルト締めや、かしめ等が施される。また、製造工程の合理化等の観点から、この積層体で構成されるステータ部の鉄心をモータハウジングに固定する方法として焼き嵌めが多く採用されている。このようにボルト締め、かしめ、または焼き嵌め等された状態では、鉄心に圧縮応力が発生し、特に焼きばめによって、ステータ部の外周部近傍には、電磁鋼板の板面に平行な圧縮応力が作用する。
　電磁鋼板は歪みが生じると磁気特性が変化し、圧縮応力が作用する場合には鉄損が増大、つまり鉄損特性が劣化することが知られている。
　そこで、圧縮応力下における鉄損特性の劣化を抑制するために、電磁鋼板を磁気モーメントが等方向に分布できる面内等方的な集合組織にする組織制御技術がＪＰ２０１０－２５２４６３Ａに開示されている。
　ＪＰ２０１０－２５２４６３Ａによれば、電磁鋼板の表面加工により、圧縮応力下での鉄損低減が提案されているが、いずれも表面加工により溝を設けることが必須の要件となっている。そして、溝を設けることで、いわゆる、誘導電流に起因する古典的渦電流損失の低減が期待されているが、実際には応力によって、渦電流だけでなくヒステリシス損失も増大しているため、溝を設けることでは鉄損増加を十分に抑制できない場合がある。
　そこで、本発明では、圧縮応力下においても鉄損の増加が抑制される電磁鋼板を提供することを目的とする。
図１は、継鉄型鉄損評価装置の構成図である。 図２Ａは、試験片の平面図である。 図２Ｂは、図２Ａの破線で囲んだ部分Ａを拡大した図である。 図３Ａは、ＭＲＦ加工を施した試験片の断面図である。 図３Ｂは、研削加工を施した試験片の断面図である。 図３Ｃは、エッチングを施した試験片の断面図である。 図４は、鉄損評価試験の結果をまとめた図である。 図５は、加工影響層深さと鉄損との関係を示す図である。 図６は、電動モータの、回転軸に直交する断面の一部を示す図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
　本発明をするにあたり、発明者らは、種々の表面加工を施した電磁鋼板について、圧縮応力下での鉄損を評価した。
　図１は、本実施形態の鉄損評価に用いる継鉄型鉄損評価装置１０を示す図である。
　試験片１を固定するステージ１１が励磁コイル１２内に配置され、励磁コイル１２の軸方向の両端を接続するように継鉄１３が配置される。そして、継鉄１３の励磁コイル１２との接続部よりさらに外側には、試験片１を固定するための固定クランプ１５及び可動クランプ１６が配置される。可動クランプ１６にはロードセル１７が接続されている。なお、励磁コイル１２の軸方向長さは試験片１の長手方向長さよりも短い。
　励磁コイル１２内には、ステージ１１と対向するように座屈防止板１４が配置される。この座屈防止板１４は、励磁コイル１２の両端に配置された空気圧シリンダ１８によってステージ１１方向に可動し、試験片１をステージ１１に押圧する。これにより試験片１に圧縮荷重をかけた際に試験片１が座屈することを防止できる。押圧は２００ｋｇｆとしたが、押圧の有無は鉄損に影響を与えないことを確認した。
　図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、試験片１の一例を示す図である。
　試験片１は、短冊形の電磁鋼板の単板を用いた。具体的には、板厚０．３５［ｍｍ］、のＪＩＳ３５Ａ３００相当の電磁鋼板を、圧延方向を長手方向として１８０［ｍｍ］×３０［ｍｍ］に切り出し、切り出した鋼板の片面に表面加工を施して鉄損評価に供した。なお、加工条件については後述する。
　上記のような構成の継鉄型鉄損評価装置１０による鉄損評価方法について説明する。
　試験片１を両端が励磁コイル１２から突出するようにステージ１１上にセットし、試験片１の一方の端部は固定クランプ１５により、他方の端部は可動クランプ１６により固定する。さらに座屈防止板１４により試験片１をステージ１１方向に押圧する。
　そして、ロードセル１７により圧縮荷重をかけることによって試験片１に圧縮応力を発生させた状態で、励磁コイル１２に交番電流を流して試験片１の磁化特性を測定する。ここでは、試験片１の長手方向に３０[ＭＰａ]の圧縮応力が作用した状態で、磁束密度１．０[Ｔ]、周波数１．０[ｋＨｚ]で交番磁化させて測定を行った。
　次に、試験片１に施す表面加工の加工条件について説明する。
　表面加工は、溝形状を付与する場合は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、０．５［ｍｍ］ピッチで全面に磁化方向に対して直交する溝を付与した。
　加工方法は、次の通りである。加工後の断面が平坦で溝や凹凸を有せず、かつ、後述する表面加工影響層が形成される「溝なし、影響層有」に分類される加工として、ブラスト加工と研削加工を採用した。加工後の断面に溝や凹凸があり、かつ表面加工影響層が形成される「溝有、影響層有」に分類される加工として、プレス加工、切削加工、マイクロロールフォーミング（ＭＲＦ）加工を採用した。加工後の断面に溝は形成されるものの、表面加工影響層が形成されない「溝有、影響層無し」に分類される加工として、エッチング、レーザ加工を採用した。
　ブラスト加工は、アルミナビーズを用いたマイクロブラスト処理を採用した。ブラスト装置は新東工業株式会社製ＭＢ２－ＭＬ－３００型、アルミナビーズは白色溶融アルミナＷＡグリットＮＯ．１５０、粒子径約１００[μｍ]を用い、ノズル送り速度２．０［ｍｍ／ｓ］、投射圧力０．４［ＭＰａ］、投射距離５０［ｍｍ］として試験片を加工した。
　加工影響層深さは、電子線表面イメージング顕微鏡（ＥＰ－ＳＩＭ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｐｒｏｂｅ－Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｉｍａｇｉｎｇ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により加工断面組織観察を行ない、後述する図３に示す観察像において、溝の底面から格子歪が導入されている範囲の深さを加工影響層として計測した。なお、使用したＥＰ－ＳＩＭは、カールツアイス社製ＵＬＴＲＡ５５である。
　図３は、ＥＰ－ＳＩＭによる観察像の例を示している。図３（Ａ）－（Ｃ）は、それぞれ、ＭＲＦ加工、研削加工、エッチングを施した場合の断面を示している。ＭＲＦ加工の場合には、表面に溝が形成されるだけでなく、溝周辺の組織に格子歪が確認される。つまり溝の他に格子歪みに基づく加工影響層が確認される。また、研削加工を施した場合には、表面に溝は形成されないが、格子歪みに基づく加工影響層が確認される。これらに対して、エッチングを施した場合は、表面に溝は形成されるものの、格子歪みに基づく加工影響層は確認されない。
　研削加工は、平面研削盤を用いて実施した。研削砥石はＣＢＮ８０Ｎ１００Ｂ、砥石回転数は２８５０［ｒｐｍ］、砥石周速度は１８３４［ｒｐｍ］、研削量は２０［μｍ］とした。
　プレス加工は、３０°傾斜を有する片刃の刃物状冶具を超硬にて作製し、押し込み深さと送りを制御できるステージ付きのプレスを用いて、０．５［ｍｍ］ピッチで溝２１を成形した。予め、押し込み深さと溝断面深さとの相関を調査し、溝深さは１０［μｍ］を目標として押し込み深さを制御した。なお、相関調査のための溝断面深さは、３次元形状測定器により測定した。
　切削加工は、切り込み深さ１０［μｍ］、切削速度１００［ｍｍ／ｍｉｎ］で実施した。
　ＭＲＦ加工は、０．５［ｍｍ］ピッチの１０本の溝加工が可能な超硬製工具を作製し、これを用いて１パス加工する毎に横方向へ１０［ｍｍ］ずらし、試験片の全面に溝加工を施した。プレス加工の場合と同様に、荷重と溝断面深さの相関を調査し、溝深さ１０［μｍ］を目標に押し込み深さを制御できるよう、荷重を設定した。相関調査の為の溝断面深さは、３次元形状測定器により測定した。
　表１は、上記の試験結果を示している。鉄損評価の値は、加工無しの場合を１とした相対値で示している。
　表１の「凹凸を含む表面加工影響層」は、図３（Ａ）では「溝＋加工影響層」の深さ及び板厚比、図３（Ｂ）では加工影響層の深さ及び板厚比、図３（Ｃ）では溝深さの板厚比、ということになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　上記の結果によれば、溝や凹凸が発生しないブラスト加工や研削加工でも、表面加工影響層が板厚の1［％］以上に及べば、圧縮応力下で鉄損が低減することがわかる。
　表２は、ＭＲＦ加工を荷重とパス回数を変化させて実施することで得られる、溝深さ及び格子歪みに基づく加工影響層の深さが異なる試験片１についての試験結果を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記の結果によれば、凹凸を含む加工影響深さが板厚比の５０［％］以下であれば、圧縮応力下で鉄損が低減することがわかる。
　表３は、比較の為に行った、エッチング加工とレーザ加工により溝加工を施した試験片１についての試験結果を示している。エッチング加工とレーザ加工は、いずれも加工メーカに依頼し、磁化方向に対して直交する溝を０．５［ｍｍ］ピッチで全面に形成したものである。溝深さは、１５、２０、３０［μｍ］を目標値とした。
　なお、上述したように、エッチング加工とレーザ加工は、いずれも加工影響層が生じない加工方法なので、表３の「凹凸を含む表面加工影響層」欄の数値は、溝の深さ及び板厚比である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　上記の結果によれば、溝が深くても、格子歪みに基づく加工影響層が無い場合には、鉄損低減効果はほとんど得られないことがわかる。
　図４は、表１、表３の加工方法と鉄損低減効果の関係をまとめたものである。また、図５は、表１、表２の凹凸を含む加工影響層の深さと鉄損低減効果の関係をまとめたものである。
　図４に示すように、表面加工により溝を設けるか否かによらず、加工影響層を有していれば、すなわち、格子歪みによる加工影響層を有していれば、鉄損低減の効果が得られる。一方、溝を設けた場合でも、加工影響層が無ければ鉄損低減の効果は得られない。
　図５に示すように、溝の深さを含む加工影響層の深さが、板厚の５０［％］を超えると、鉄損低減効果は得られない。これは、圧縮応力に起因する鉄損増加は加工影響層を設けることで抑制できるものの、加工度合が高まることで加工による鉄損増大の影響が大きくなるためと考えられる。
　なお、加工影響層を設けることによる鉄損低減効果については、明確な原理は不明であるが、以下のように考えることができる。
　圧縮応力の影響を受けると、磁歪の逆効果（ビラリ効果）によって、応力方向に対して直交する磁区が肥大化するように磁区構造が変化して、磁壁が動きにくくなる。その状態で、ある程度の加工影響層を設けると、磁区構造が変化し、応力方向にも近い方位を有する磁区が多数発生する。そのため、特に、磁化が小さい領域での磁化方向の回転や磁壁の運動において有利になり、鉄損低減効果が得られる。
　次に、上述した実験結果及び考察に基づいて決定した本実施形態の電磁鋼板について説明する。
　本実施形態の電磁鋼板は、圧縮応力が作用する環境で使用する電磁鋼板であって、少なくとも、鉄損に影響を与える程度の圧縮応力が作用する領域の、少なくとも一方の面に、格子歪みに基づく加工影響層を有する。加工影響層を有することにより、上述したように鉄損低減効果が得られる。
　特に、電磁鋼板がモータのステータコアとして用いられる無方向性電磁鋼板であり、製造工程において焼き嵌めを行なう場合には、圧縮応力の影響が不可避となるので、本実施形態による鉄損低減効果が有効である。
　本実施形態の電磁鋼板は、機械加工による凹凸を含む表面加工影響層の深さが、板厚の１［％］以上５０［％］以下である。５０［％］より大きい場合には、加工影響層を設けることによる鉄損低減効果よりも、加工による鉄損増大の影響が大きくなるため、圧縮応力下における鉄損低減効果が得られにくいからである。また、１［％］未満の場合には、加工影響層深さのバラツキによって、鉄損低減効果が得られないおそれがあるという問題が生じるからである。
　本実施形態の電磁鋼板は、ブラスト加工や研削加工により溝を設けずに加工影響層のみを設けた平坦な電磁鋼板としてもよい。平坦であっても加工後の表面形状にはバラツキはあるが、そのバラツキの大きさは、溝加工により生じる形状のバラツキに比べれば大幅に小さい。したがって、板厚の１［％］以上５０［％］以下の範囲の表面加工影響層を設けた電磁鋼板を積層してコアを成形する場合に、占積率を向上させることができる。また、溝を設けると溝部分が空隙になるが、溝を設けないことで空隙が発生しないので、磁束密度を向上させることができる。さらに、溝加工を伴わないので、加工影響層が過度に深くなることによる鉄損増大が生じ得ない。なお、加工が容易になるため、特に大面積を加工する場合に有利である。
　上記の「平坦な鋼板」とは、十点平均粗さＲｚで３０［μｍ］以下、基準長さ２５［ｍｍ］、評価長さ４０［ｍｍ］以上であることが望ましい。好ましくはＲｚで２０［μｍ］以下、より好ましくは１０［μｍ］以下である。
　また、本実施形態の電磁鋼板は電動モータに用いることができる。
　図６は、上述した本実施形態の無方向性電磁鋼板をステータコアに使用した電動モータ３０の、回転軸に対して直交する断面の一部を示している。電動モータ３０は、円環状のバックヨーク３２及びバックヨーク３２から内周側に突出する複数のティース３３を有するステータコア３４と、ステータコア３４の内部に同軸に配置されたロータ３６を含んで構成される。隣り合うティース３３の間にはスロット３５が形成され、ここに、ティース３３に巻き回されたコイルが格納される。
　この電動モータ３０において、ステータコア３４は、ケース３１を加熱により膨張させた状態でステータコア３４を嵌めこむ、いわゆる焼き嵌め、またはステータコア３４を冷却により収縮させた状態でケース３１に嵌めこむ、いわゆる冷やし嵌めにより固定する。
　ところで、表面加工による、圧縮応力下での鉄損低減効果は、磁束密度が低い場合に大きい傾向がある。そこで、焼き嵌めにより固定されるステータコア３４のバックヨーク３２に加工影響層を付与することにより、焼き嵌めによる鉄損の増大を抑制し、小型高効率な電動モータ３０を得ることができる。また、冷やし嵌めにより嵌め込まれることで圧縮応力下におかれることになるステータコア３４に本実施形態の無方向性電磁鋼板を用いることでも、同様に鉄損の増大を抑制できる。
　なお、上記説明では、試験片１の片面に機械加工等を施した場合について説明したが、両面に機械加工を施した場合も、同様に表面加工影響層による鉄損低減効果が得られる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　本願は２０１２年８月６日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－１７３７９５に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (7)

  1. 　圧縮応力が作用する環境で使用する電磁鋼板において、
    　少なくとも鉄損特性に影響を与える程度の圧縮応力が作用する領域の少なくとも一方の面に、格子歪みに基づく表面加工影響層を有する電磁鋼板。
  2. 　請求項１に記載の電磁鋼板において、無方向性である電磁鋼板。
  3. 　請求項１または２に記載の電磁鋼板において、
    　前記表面加工影響層は機械加工により設けたものであって、
    　前記表面加工影響層の深さは、機械加工により表面に形成した凹凸の深さを含めて、板厚の１％以上５０％以下である電磁鋼板。
  4. 　請求項３に記載の電磁鋼板において、
    　前記機械加工により加工面を平坦に仕上げることによって、前記表面加工影響層を表面にも設けた電磁鋼板。
  5. 　請求項４に記載の電磁鋼板において、
    　表面加工影響層の板表面からの深さが、板厚の１％以上５０％以下である電磁鋼板。
  6. 　請求項１から５のいずれかに記載の電磁鋼板において、
    　電動モータのステータとして使用し、前記表面加工影響層を有する部分をバックヨーク部とする電磁鋼板。
  7. 　請求項１から６のいずれかに記載の電磁鋼板の積層体からなる電動モータのステータコア。
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