JP4028775B2 - 焼鈍鉄芯の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機モータ、トランス用鉄芯、特に電気ハイブリット自動車用に使用される電動機モータ、トランス用鉄芯に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギーの観点から各種電気機器、および電気ハイブリット自動車の効率向上が追求されている。特に、電気機器の効率は各種要因に影響されるが、モータやトランスの鉄芯で発生する損失である鉄損は比較的大きな比重を占めており、そのために、最近ではより鉄損の少ない電磁鋼板の使用が求められている。
【０００３】
このような電磁鋼板を用いてモータやトランス等の積層鉄芯を製造する方法としては、電磁鋼板を所望の鉄芯形状に打ち抜いた後、必要枚数を単位鉄芯として積層し、周囲をボルト締め、カシメ、溶接して固着して鉄芯とするのが一般的である。このようにして製造された積層鉄芯は、その性能を更に向上させるために、巻線コイルの組み立て工程前に焼鈍を施す。この焼鈍は、それまでに鉄芯に導入された打ち抜き、ボルト締め、カシメ、溶接等で加工歪みを除去し、かつ鉄芯を構成する電磁鋼板の結晶粒の粒径を適正化させるために行われ、これにより鉄芯としての性能向上を図るものである。その後、巻線コイルの組み立て工程を経て、最終的にモータやトランスの一部品として組み込まれる。
【０００４】
ところが、現実には、焼鈍により十分な熱を鉄芯に付与して、それまでに導入された打ち抜き、ボルト締め、カシメ、溶接等で加工歪みを除去したり、鉄芯を構成する電磁鋼板の結晶粒の粒径を適正化しても、鉄損特性が必ずしも改善されないという事態に直面している。
【０００５】
上記問題解決のために鉄芯の焼鈍方法について、様々な提案がなされている。例えば、特開昭５４−１８０３号公報では鉄芯を焼鈍後に接着する方法、特開昭６３−３９４４４号公報では真空中で、かつ還元雰囲気中で鉄芯を焼鈍後、プレス時に使用した油の炭化防止と絶縁皮膜の酸化劣化を防止する方法、特開平１１−２３４９７１号公報および特開平１１−２４３６７０号公報では８００℃以上の温度で水素およびアルゴン雰囲気中で鉄芯を焼鈍することによりＡｌＮの析出を防止する方法、特開２００１−３３８８２４号公報では積層接着鋼板の冷却速度を制御してコアの割れ、或いは皮膜剥離を防止する方法、および特開２００１−２９４９９９号公報ではＳｉ：４質量％以上の電磁鋼板の平坦度を制御してボルト締めした時の緩みを防止する方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、これら従来の方法においては、何れも焼鈍鉄芯の最終特性、特に鉄損値の改善効果を狙ったものでなく、このために本発明の目的である特に電気ハイブリット自動車用に使用される電動機モータ、トランス用鉄芯には適用できないという問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、これらの問題の原因について種々検討したところ、焼鈍された鉄芯を構成する電磁鋼板のヤング率が磁気特性改善に大きく影響することを知見し、更に、焼鈍鉄芯のヤング率は焼鈍後の鉄芯の冷却速度に依存することを知見し、焼鈍後の鉄芯の冷却速度を、鉄芯にする前の電磁鋼板の長手方向およびそれに直交する方向のヤング率に基づいて制御することで鉄芯のヤング率を高めることで、焼鈍後に大幅に鉄損が改善された焼鈍鉄芯を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その要旨は、電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、調整後、積層、或いは巻いて鉄芯形状に成形、溶接、カシメ、ボルト締めの工程を経て固定した鉄芯を焼鈍する焼鈍鉄芯の製造方法において、鉄芯にする前の電磁鋼板の電気抵抗値（Ωｍ×１０^-8）と（Ｌε＋Ｃε）／２の積を９７７６〜１０５００の範囲にし、かつ、前記焼鈍後の鉄芯を、冷却速度：Ｖ≦０．６×（Ｌε＋Ｃε）／２（℃／ｈｒ）で冷却することを特徴とする焼鈍鉄芯の製造方法である。
【０００９】
ただし、Ｌεは、電磁鋼板の鋼板圧延方向のヤング率、Ｃεは、電磁鋼板の鋼板圧延方向と直角方向のヤング率、である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明において使用される電磁鋼板は、方向性或いは無方向性電磁鋼板を使用することができる。この場合、これら電磁鋼板の鉄損特性は高磁束密度で、かつ低鉄損材であることが望ましい。すなわち、電気ハイブリット自動車用に使用されるモータやトランスでは局所的に磁束密度が２．０（Ｔ）近傍となり、しかも高速回転に対応した４００Hz以上という高周波駆動が要求される。それには上述したように素材自体が極めて磁気特性の優れたもので、かつ、強度のある電磁鋼板を使用する必要がある。このように、電気ハイブリット自動車用に使用されるモータやトランスでは小型化、軽量化された高出力モータが望まれている。
【００１１】
このような特性を有する電磁鋼板は、使用箇所の形状に応じて所定の形状に打ち抜かれた後、必要枚数を積層して積み鉄芯とするか、或いは巻いて巻き鉄芯の形状に成形される。次いで、この鉄芯は、必要箇所を溶接後、カシメまたはボルト締めでブロックにされる。次いで、この鉄芯は、その性能を更に向上させるために、巻線コイルの組み立て工程前に焼鈍を施こされる。この焼鈍は、それまでに鉄芯に導入された打ち抜き、ボルト締め、カシメ、溶接等で加工歪みを除去し、かつ鉄芯を構成する電磁鋼板の結晶粒の粒径を適正化させるために行われるもので、本発明においては、約７００〜８５０℃で１〜３時間均熱の焼鈍処理が行われる。この鉄芯焼鈍処理においては、焼鈍炉の定盤上に鉄芯を載置して焼鈍する。
【００１２】
本発明者らは、方向性或いは無方向性電磁鋼板が鉄芯製造過程において、鉄芯に導入された打ち抜き、ボルト締め、カシメ、溶接等で加工歪みの感受性がヤング率とは反比例することを知見した。一般的に鉄損は電気抵抗に反比例し、ヤング率とは比例するため、加工によって得られる鉄芯の鉄損値を低くするには最適条件があることが判明した。そこで本発明者らは、電気抵抗値とＬεとＣεの平均ヤング率の積が８０００〜１０５００の範囲であることを見い出した。上記積の下限値が８０００以下では鉄損が悪化し、また、上記積の上限値１０５００以上では加工性が劣化する。なお、固有抵抗（ｙ：μΩ−cm）は鋼板中に含有する成分との関係式（ｙ＝１０．４５＋１３．２Ｓｉ＋１１．３Ａｌ＋４５Ｍｎ＋１３．７Ｐ＋６Ｃｒ）で表される。
【００１３】
本発明者らは、更に、低鉄損を得るために種々検討したところ、鉄芯焼鈍工程において、焼鈍後の鉄芯の冷却速度が、鉄芯にする前の電磁鋼板のヤング率εと特定の関係にあることを見出した。すなわち、図１に示すように、鉄芯の焼鈍後の冷却速度をＶ≦０．６×（Ｌε＋Ｃε）／２（ただし、Ｌεは、鉄芯にする前の電磁鋼板の鋼板圧延方向のヤング率、Ｃεは、鉄芯にする前の電磁鋼板の鋼板圧延方向と直角方向のヤング率）とするとよい。すなわち、図２に示すように、冷却速度を約１００℃／ｈｒ以下に制御して冷却することで鉄損改善率を２０％以上改善することができる。
【００１４】
【実施例】
〈実施例１〉
電気抵抗値とヤング率の異なる０．３５mmの無方向性電磁鋼板を、外径：１２０mmφ、内径：８０mmφに打抜き、積層後、外周部を１２０°間隔でＴＩＧ溶接して鉄芯を製作した。次いで、還元雰囲気で７５０℃×２時間の均熱焼鈍を行い、引続き１４０℃／ｈの冷却速度で冷却を施した。その後コアパック部に巻線を施して磁気測定に供した。その結果を表１に示した。
【００１５】
【表１】

【００１６】
表１から分かるように、鉄芯にする前の無方向性電磁鋼板の電気抵抗値（Ωｍ×１０^-8）と（Ｌε＋Ｃε）／２の積が８０００〜１０５００（Ωｍ×１０^-8・ＭＰａ）の範囲の場合、鉄損特性が優れていることが分かる。
【００１７】
〈実施例２〉
質量％で、Ｓｉ：３．０％、Ａｌ：０．０３％含有する０．３５ｍｍ厚の無向性電磁鋼板を、外径：６０ｍｍφ、内径：３５ｍｍφ、コアバック幅６ｍｍ、ティース幅３ｍｍ、スロット数２０のモータコア形状に打ち抜き、カシメを実施後、還元性雰囲気で７５０℃×２時間の均熱後、様々な冷却速度でＶで冷却し、種々の温度で脱炉した。この実施例で用いた無方向性電磁鋼板のヤング率は（Ｌε＋Ｃε）／２＝１８５であった。その後コアバック部に巻線を施して鉄損測定を行った。なお、焼鈍前の鉄損値Ｗ１０／４００は１５．９Ｗ／ｋｇ、平均粒径は焼鈍前後ともに１５０μｍであった。この結果を表２に示した。
【００１８】
【表２】

【００１９】
表２から分かるように、鉄芯焼鈍後の冷却速度を１１１（＝０．６×１８５）℃／ｈｒ以下で冷却することで、鉄損値（Ｗ１０／４００：Ｗ／ｋｇ）が大幅に改善されることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、鉄損特性の優れた電動機モータ、トランス用鉄芯、特に電気ハイブリット自動車用に使用される電動機モータ、トランス用鉄芯を提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄芯ヤング率と鉄芯焼鈍後の冷却速度との関係を示す図。
【図２】鉄芯焼鈍後の冷却速度と鉄損改善率との関係を示す図。

Claims (1)

1. 電磁鋼板を所定の形状に打ち抜き、調整後、積層、或いは巻いて鉄芯形状に成形、溶接、カシメ、ボルト締めの工程を経て固定した鉄芯を焼鈍する焼鈍鉄芯の製造方法において、鉄芯にする前の電磁鋼板の電気抵抗値（Ωｍ×１０^-8）と（Ｌε＋Ｃε）／２の積を９７７６〜１０５００の範囲にし、かつ、前記焼鈍後の鉄芯を、冷却速度：Ｖ≦０．６×（Ｌε＋Ｃε）／２（℃／ｈｒ）で冷却することを特徴とする焼鈍鉄芯の製造方法。
   ただし、Ｌεは、電磁鋼板の鋼板圧延方向のヤング率、Ｃεは、電磁鋼板の鋼板圧延方向と直角方向のヤング率

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