JP7184226B1 - 回転電機、ステータの鉄心およびロータの鉄心のセット、回転電機の製造方法、無方向性電磁鋼板の製造方法、回転電機のロータおよびステータの製造方法並びに無方向性電磁鋼板のセット - Google Patents
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Abstract
この回転電機は、ステータと、ロータと、ステータおよびロータを収容する筐体とを有し、ステータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、ロータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする。
Description
本発明は回転電機、ステータの鉄心およびロータの鉄心のセット、回転電機の製造方法、無方向性電磁鋼板の製造方法、回転電機のロータおよびステータの製造方法並びに無方向性電磁鋼板のセットに関するものである。
本願は、２０２１年３月３１日に、日本に出願された特願２０２１－０６１７３４号及び２０２１年６月４日に、日本に出願された特願２０２１－０９４８０１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
本願は、２０２１年３月３１日に、日本に出願された特願２０２１－０６１７３４号及び２０２１年６月４日に、日本に出願された特願２０２１－０９４８０１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
回転電機（モータ）は、ステータ、ロータ、および筐体から構成されている。ステータコアは無方向性電磁鋼板を所定形状に打抜いた後に積層し、クランプ等により固着させることで形成される。そして、ステータコアは巻線処理が施された後に、焼き嵌め等で筐体が装着されている（例えば、特許文献１参照）。また、焼き嵌め以外にも冷やし嵌め、圧入、ボルト締結等の手段があるが、いずれもステータコアに圧縮応力がかかる。
通常、ステータは筐体からの圧縮応力受けるので、その鉄損が増加しやすいという課題を有している。一方、ロータは磁気トルクをステータに伝えるため、磁束密度が高い材料が望まれるという課題を有している。
圧縮応力により鉄損が増加しにくい無方向性電磁鋼板の結晶方位は｛１１１｝＜２１１＞方位である。しかし、｛１１１｝＜２１１＞方位の磁束密度は低下する傾向がある。本発明者は、ステータとロータで異なる結晶方位の材料を用いることで、ステータ、ロータの両方にとって良い特性を持たせることを検討した。
圧縮応力により鉄損が増加しにくい無方向性電磁鋼板の結晶方位は｛１１１｝＜２１１＞方位である。しかし、｛１１１｝＜２１１＞方位の磁束密度は低下する傾向がある。本発明者は、ステータとロータで異なる結晶方位の材料を用いることで、ステータ、ロータの両方にとって良い特性を持たせることを検討した。
圧縮応力に対する感受性を低くするために｛１１１｝＜２１１＞方位強度は高い方が好ましいが、｛１１１｝＜２１１＞方位強度が高いと、磁束密度は低くなる。
そこで、本発明は、筐体からの圧縮応力を受けるステータ材料の｛１１１｝＜２１１＞方位強度を高くして圧縮応力に対する感受性を高め、高い磁束密度を要するロータ材料の｛１１１｝＜２１１＞方位強度を下げて、磁束密度を確保することで、ステータ、ロータの両方にとって良い磁気特性持たせつつ、モータ効率を高める技術を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、筐体からの圧縮応力を受けるステータ材料の｛１１１｝＜２１１＞方位強度を高くして圧縮応力に対する感受性を高め、高い磁束密度を要するロータ材料の｛１１１｝＜２１１＞方位強度を下げて、磁束密度を確保することで、ステータ、ロータの両方にとって良い磁気特性持たせつつ、モータ効率を高める技術を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するため、以下を要旨とするものである。
（１）ステータと、ロータと、ステータおよびロータを収容する筐体とを有し、
前記ステータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、前記ロータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする回転電機。
（２）前記ロータの鉄心素材の｛４１１｝＜１４８＞方位強度（Ｃ）は、４未満であることを特徴とする、前記（１）に記載の回転電機。
（３）前記ステータの鉄心及び前記ロータの鉄心の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成ることを特徴とする、前記（１）または（２）に記載の回転電機。
（４）前記（１）～（３）の何れか１項に記載の回転電機に用いられるステータの鉄心及びロータの鉄心のセット。
（５）前記ステータの鉄心及び前記ロータの鉄心の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成ることを特徴とする、前記（４）に記載のステータの鉄心及びロータの鉄心のセット。
（６）前記（４）または（５）に記載のステータの鉄心及びロータの鉄心のセットを用いて回転電機を製造することを特徴とする、回転電機の製造方法。
（７）化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成る無方向性電磁鋼板を、製鋼、熱間圧延、熱間圧延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を含む工程で製造するに際し、前記熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を２種類設定し、前記ロータ鉄心用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を８６０℃～１０００℃とし、且つ前記ステータ鉄心用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度よりも高くすることを特徴とする、前記（１）に記載の回転電機のロータ鉄心用無方向性電磁鋼板およびステータ鉄心用無方向性電磁鋼板の製造方法。
（８）化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成る無方向性電磁鋼板を、製鋼、熱間圧延、熱間圧延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を含む工程で製造し、得られた無方向性電磁鋼板から前記ステータ鉄心に用いる鉄心素材とロータに用いる鉄心素材を打ち抜いてそれぞれ積層し、前記式（１）が満たされるようにステータのみに歪取り焼鈍を行う、前記（１）に記載の回転電機のロータおよびステータの製造方法。
（９）化学組成が、質量％で、Ｃｒ：０．００１～５．０００％を含有する前記（７）に記載の回転電機のロータ鉄心用無方向性電磁鋼板およびステータ鉄心用無方向性電磁鋼板の製造方法。
（１０）前記無方向性電磁鋼板の化学組成が、質量％で、Ｃｒ：０．００１～５．０００％を含有する前記（８）に記載の回転電機のロータおよびステータの製造方法。
（１１）回転電機の鉄心素材に用いられる無方向性電磁鋼板のセットであって、
ステータ用の無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、ロータ用の無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする無方向性電磁鋼板のセット。
（１２）前記ステータ用の無方向性電磁鋼板及び前記ロータ用の無方向性電磁鋼板の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成ることを特徴とする、前記（１１）に記載の無方向性電磁鋼板のセット。
（１）ステータと、ロータと、ステータおよびロータを収容する筐体とを有し、
前記ステータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、前記ロータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする回転電機。
（２）前記ロータの鉄心素材の｛４１１｝＜１４８＞方位強度（Ｃ）は、４未満であることを特徴とする、前記（１）に記載の回転電機。
（３）前記ステータの鉄心及び前記ロータの鉄心の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成ることを特徴とする、前記（１）または（２）に記載の回転電機。
（４）前記（１）～（３）の何れか１項に記載の回転電機に用いられるステータの鉄心及びロータの鉄心のセット。
（５）前記ステータの鉄心及び前記ロータの鉄心の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成ることを特徴とする、前記（４）に記載のステータの鉄心及びロータの鉄心のセット。
（６）前記（４）または（５）に記載のステータの鉄心及びロータの鉄心のセットを用いて回転電機を製造することを特徴とする、回転電機の製造方法。
（７）化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成る無方向性電磁鋼板を、製鋼、熱間圧延、熱間圧延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を含む工程で製造するに際し、前記熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を２種類設定し、前記ロータ鉄心用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を８６０℃～１０００℃とし、且つ前記ステータ鉄心用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度よりも高くすることを特徴とする、前記（１）に記載の回転電機のロータ鉄心用無方向性電磁鋼板およびステータ鉄心用無方向性電磁鋼板の製造方法。
（８）化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成る無方向性電磁鋼板を、製鋼、熱間圧延、熱間圧延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を含む工程で製造し、得られた無方向性電磁鋼板から前記ステータ鉄心に用いる鉄心素材とロータに用いる鉄心素材を打ち抜いてそれぞれ積層し、前記式（１）が満たされるようにステータのみに歪取り焼鈍を行う、前記（１）に記載の回転電機のロータおよびステータの製造方法。
（９）化学組成が、質量％で、Ｃｒ：０．００１～５．０００％を含有する前記（７）に記載の回転電機のロータ鉄心用無方向性電磁鋼板およびステータ鉄心用無方向性電磁鋼板の製造方法。
（１０）前記無方向性電磁鋼板の化学組成が、質量％で、Ｃｒ：０．００１～５．０００％を含有する前記（８）に記載の回転電機のロータおよびステータの製造方法。
（１１）回転電機の鉄心素材に用いられる無方向性電磁鋼板のセットであって、
ステータ用の無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、ロータ用の無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする無方向性電磁鋼板のセット。
（１２）前記ステータ用の無方向性電磁鋼板及び前記ロータ用の無方向性電磁鋼板の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成ることを特徴とする、前記（１１）に記載の無方向性電磁鋼板のセット。
本発明では、ステータ、ロータの両方にとって良い磁気特性を持たせて、モータ効率を向上させることができる。
以下に本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、特に断らない限り、数値ａおよびｂについて「ａ～ｂ」という表記は「ａ以上ｂ以下」を意味するものとする。かかる表記において数値ｂのみに単位を付した場合には、当該単位が数値ａにも適用されるものとする。
本発明の第一の実施形態は、以下の構成を備える回転電機である。
ステータと、ロータと、ステータおよびロータを収容する筐体とを有し、前記ステータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、前記ロータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする回転電機。
また、本発明の第一の実施形態は、この回転電機に用いられるステータの鉄心及びロータの鉄心のセットも含む。
また、本発明の第一の実施形態は、上記ステータの鉄心及びロータの鉄心のセットを用いて回転電機を製造する回転電機の製造方法を含む。
ステータと、ロータと、ステータおよびロータを収容する筐体とを有し、前記ステータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、前記ロータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする回転電機。
また、本発明の第一の実施形態は、この回転電機に用いられるステータの鉄心及びロータの鉄心のセットも含む。
また、本発明の第一の実施形態は、上記ステータの鉄心及びロータの鉄心のセットを用いて回転電機を製造する回転電機の製造方法を含む。
以下、本実施形態に係る回転電機について具体的に説明する。
本発明の回転電機は、少なくともステータと、ロータと、ステータおよびロータを収容する筐体とを有する。ステータ、ロータ、および筐体は、後述する構成（例えば｛１１１｝＜２１１＞方位強度）を除き、それらの形状、構成に関して特に限定されるものはなく、通常の形状、構成を備える。
本発明の回転電機は、少なくともステータと、ロータと、ステータおよびロータを収容する筐体とを有する。ステータ、ロータ、および筐体は、後述する構成（例えば｛１１１｝＜２１１＞方位強度）を除き、それらの形状、構成に関して特に限定されるものはなく、通常の形状、構成を備える。
本発明に係るステータの鉄心素材は、２～３０の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）を有し、ロータの鉄心素材は、１～１５の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）を有し、且つ両者の｛１１１｝＜２１１＞方位強度は、式（１）Ａ＞Ｂの関係式を満たしている。
本発明における｛１１１｝＜２１１＞方位強度の測定は、まずステータ鉄心、ロータ鉄心として積層された複数の鉄心素材を１枚に分解する。ついで、いずれか１枚の鉄心素材の板厚中心が表出するように研磨し、その研磨面をＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）にて２５００μｍ2以上の領域について観察を行う。観察は合計面積が２５００μｍ2以上であれば、いくつかの小区画に分けた数か所で行っても良い。ステータ鉄心においては２５０００００μｍ２以上の領域について観察を行うことが望ましい。測定時のｓｔｅｐ間隔は１μｍとする。ＥＢＳＤの観察データから｛１１１｝＜２１１＞方位強度を求める。方位強度の単位は対ランダム比（Ｉ／Ｉ０）を用いる。
本発明における｛１１１｝＜２１１＞方位強度の測定は、まずステータ鉄心、ロータ鉄心として積層された複数の鉄心素材を１枚に分解する。ついで、いずれか１枚の鉄心素材の板厚中心が表出するように研磨し、その研磨面をＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）にて２５００μｍ2以上の領域について観察を行う。観察は合計面積が２５００μｍ2以上であれば、いくつかの小区画に分けた数か所で行っても良い。ステータ鉄心においては２５０００００μｍ２以上の領域について観察を行うことが望ましい。測定時のｓｔｅｐ間隔は１μｍとする。ＥＢＳＤの観察データから｛１１１｝＜２１１＞方位強度を求める。方位強度の単位は対ランダム比（Ｉ／Ｉ０）を用いる。
ステータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）は、２～３０の範囲である。ステータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が２未満であると、圧縮応力に関して鉄損の増加量が増え、モータ損が増加する。また３０を超えると結晶方位自体が鉄損を悪化させ、モータ損が増加する。｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）は、好ましくは４～１０の範囲である。
ロータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）は、１～１５の範囲である。ロータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が１未満であると、材料の異方性が強くなり、ロータの形状を打抜いた時に真円度が悪化し、モータ損が増加し、また１５を超えると磁束密度が低下し、モータ損が増加する。｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）は、好ましくは２～８の範囲である。
本発明に係るステータ、ロータの鉄心素材はそれぞれ、上述の｛１１１｝＜２１１＞方位強度範囲を有すると同時に、両者の｛１１１｝＜２１１＞方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係式を満たしていることが必要である。両者の｛１１１｝＜２１１＞方位強度がＡ＞Ｂの関係にある場合は、ステータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）は、ロータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）よりも大きいので、両者の磁気特性が向上して、モータ効率を高めることができる。
逆に、両者の｛１１１｝＜２１１＞方位強度がＡ≦Ｂの関係にある場合は、ステータではケースによる圧縮応力で鉄損が増加し、ロータの磁束密度が低下することで、回転電機の効率を高めることができない。
さらに、ロータの鉄心素材の｛４１１｝＜１４８＞方位強度（Ｃ）は、４未満であることが好ましい。この場合、ロータの形状を打抜いた時に真円度がより向上する効果が得られる。方位強度（Ｃ）は前述の方位強度（Ａ）と方位強度（Ｂ）を測定した方法（ＥＢＳＤ）によって測定することができる。
前記第一の実施形態の回転電機のステータとロータに用いることができる無方向性電磁鋼板の化学組成は、｛１１１｝＜２１１＞方位強度の式（１）の関係を提供できるものであれば、特に限定されない。以下に、本発明の無方向性電磁鋼板の好適な化学組成の例を示す。化学組成の説明の「％」は「質量％」を意味するものとする。
例えば、これらの無方向性電磁鋼板の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下を含有し、並びに残部：Ｆｅおよび不純物であることが好ましい。
Ｃ：０．０１００％以下
Ｃは不純物として含有される。鉄損低減のため、含有量は０．０１００％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは０．００２５％、さらに好ましくは０．００２０％である。
Ｃは不純物として含有される。鉄損低減のため、含有量は０．０１００％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは０．００２５％、さらに好ましくは０．００２０％である。
Ｓｉ：２．６％以上、４．５％以下
Ｓｉは鋼板の強度を高める元素である。また、比抵抗を増加させる元素であり、鉄損低減のために含有させる。また、鋼板の強度を向上させるのにも有効である。この効果と、飽和磁束密度の低下や鋼の脆化を防ぐ観点から、含有量は２．５～４．５％とするのが好ましい。下限はより好ましくは２．８％、さらに好ましくは３．０％である。上限はより好ましくは４．２％、さらに好ましくは４．０％である。
Ｓｉは鋼板の強度を高める元素である。また、比抵抗を増加させる元素であり、鉄損低減のために含有させる。また、鋼板の強度を向上させるのにも有効である。この効果と、飽和磁束密度の低下や鋼の脆化を防ぐ観点から、含有量は２．５～４．５％とするのが好ましい。下限はより好ましくは２．８％、さらに好ましくは３．０％である。上限はより好ましくは４．２％、さらに好ましくは４．０％である。
Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下
Ｍｎは、Ｓｉ、Ａｌと同様に比抵抗を増加させる作用を有しているので、鉄損低減のために含有させる。また、鋼板の強度を高める元素でもある。この効果と、飽和磁束密度の低下や鋼の脆化を防ぐ観点から、含有量は０．２０～３．００％とするのが好ましい。下限はより好ましくは０．３０％、さらに好ましくは０．６０％である。上限はより好ましくは２．８％、さらに好ましくは２．５％である。
Ｍｎは、Ｓｉ、Ａｌと同様に比抵抗を増加させる作用を有しているので、鉄損低減のために含有させる。また、鋼板の強度を高める元素でもある。この効果と、飽和磁束密度の低下や鋼の脆化を防ぐ観点から、含有量は０．２０～３．００％とするのが好ましい。下限はより好ましくは０．３０％、さらに好ましくは０．６０％である。上限はより好ましくは２．８％、さらに好ましくは２．５％である。
Ｐ：０．１５％以下
Ｐは鋼板の強度を向上させる元素である。鋼板の強度はＳｉやＭｎでも向上させることができるので、Ｐは含有させなくともよい。鋼板の脆化を防ぐ観点から、含有量は０．１５％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは０．０８％、さらに好ましくは０．０６％である。
Ｐは鋼板の強度を向上させる元素である。鋼板の強度はＳｉやＭｎでも向上させることができるので、Ｐは含有させなくともよい。鋼板の脆化を防ぐ観点から、含有量は０．１５％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは０．０８％、さらに好ましくは０．０６％である。
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｓは不純物である。鉄損低減のため、含有量は０．００３０％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは０．００２５％、さらに好ましくは０．００２０％である。
Ｓは不純物である。鉄損低減のため、含有量は０．００３０％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは０．００２５％、さらに好ましくは０．００２０％である。
Ｎ：０．００４０％以下
窒素（Ｎ）は不純物である。Ｎは、追加熱処理後の磁気特性を低下させる。したがって、Ｎ含有量は０．００４０％以下であることが好ましい。Ｎ含有量は、より好ましくは０．００２０％以下である。
窒素（Ｎ）は不純物である。Ｎは、追加熱処理後の磁気特性を低下させる。したがって、Ｎ含有量は０．００４０％以下であることが好ましい。Ｎ含有量は、より好ましくは０．００２０％以下である。
Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下
ＡｌはＳｉと同様に比抵抗を増加させる元素であり、鉄損低減のために含有させる。Ａｌが０．１０％未満ではこの効果が十分得られないため、下限を０．１０％とする。下限はより好ましくは０．１５％、さらに好ましくは０．２０％である。飽和磁束密度の低下を防ぐ観点から、含有量は２．０％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは１．８％、さらに好ましくは１．５％である。
ＡｌはＳｉと同様に比抵抗を増加させる元素であり、鉄損低減のために含有させる。Ａｌが０．１０％未満ではこの効果が十分得られないため、下限を０．１０％とする。下限はより好ましくは０．１５％、さらに好ましくは０．２０％である。飽和磁束密度の低下を防ぐ観点から、含有量は２．０％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは１．８％、さらに好ましくは１．５％である。
Ｓｎ及びＳｂから選択される１種以上：０～０．２００％
Ｓｎは磁気特性にとって好ましい結晶方位を発達させる元素である。Ｓｎは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｓｎ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。磁気特性の劣化を防ぐ観点から、含有量の上限は０．２００％とすることが好ましく、０．１００％とすることがより好ましい。
Ｓｂは磁気特性にとって好ましい結晶方位を発達させる元素である。Ｓｂは含有される必要はなく含有量の下限は０である。Ｓｂ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。磁気特性の劣化を防ぐ観点から、含有量の上限は０．２００％とすることが好ましく、０．１００％とすることがより好ましい。
Ｓｎは磁気特性にとって好ましい結晶方位を発達させる元素である。Ｓｎは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｓｎ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。磁気特性の劣化を防ぐ観点から、含有量の上限は０．２００％とすることが好ましく、０．１００％とすることがより好ましい。
Ｓｂは磁気特性にとって好ましい結晶方位を発達させる元素である。Ｓｂは含有される必要はなく含有量の下限は０である。Ｓｂ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。磁気特性の劣化を防ぐ観点から、含有量の上限は０．２００％とすることが好ましく、０．１００％とすることがより好ましい。
Ｃｒ：０～５．０％
Ｃｒは耐食性や高周波特性、集合組織を向上する元素である。Ｃｒは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｃｒ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．００１％以上とするのが好ましく、０．０１％以上とするのがより好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。製品コストの観点から、含有量の上限は５．０％であり、０．５％とすることが好ましく、０．４％とすることがより好ましい。
Ｃｒは耐食性や高周波特性、集合組織を向上する元素である。Ｃｒは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｃｒ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．００１％以上とするのが好ましく、０．０１％以上とするのがより好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。製品コストの観点から、含有量の上限は５．０％であり、０．５％とすることが好ましく、０．４％とすることがより好ましい。
Ｎｉ：０～５．０％
Ｎｉは鋼板の電気抵抗を高め、鉄損を低減する元素である。Ｎｉは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｎｉ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。製品コストの観点から、含有量の上限は５．０％であり、０．５％とすることが好ましく、０．４％とすることがより好ましい。
Ｎｉは鋼板の電気抵抗を高め、鉄損を低減する元素である。Ｎｉは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｎｉ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。製品コストの観点から、含有量の上限は５．０％であり、０．５％とすることが好ましく、０．４％とすることがより好ましい。
Ｃｕ：０～５．０％、
Ｃｕは鋼板の電気抵抗を高め、鉄損を低減する元素である。Ｃｕは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｃｕ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。製品コストの観点、鋼の脆化を防ぐ観点から、含有量の上限は５．０％であり、０．５％とすることが好ましく、０．４％とすることがより好ましい。
Ｃｕは鋼板の電気抵抗を高め、鉄損を低減する元素である。Ｃｕは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｃｕ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０２％以上とするのがより好ましい。製品コストの観点、鋼の脆化を防ぐ観点から、含有量の上限は５．０％であり、０．５％とすることが好ましく、０．４％とすることがより好ましい。
Ｃａ：０～０．０１０％
Ｃａは硫化物を粗大化させ、熱処理工程での結晶粒の成長性を改善し、低鉄損化に寄与する元素である。Ｃａは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｃａ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．００５％以上とするのが好ましく、０．００１０％以上とするのがより好ましい。磁気特性の劣化を防ぐ観点から、含有量の上限は０．０１０％であり、０．００５０％とすることが好ましく、０．００３０％とすることがより好ましい。
Ｃａは硫化物を粗大化させ、熱処理工程での結晶粒の成長性を改善し、低鉄損化に寄与する元素である。Ｃａは含有される必要はなく含有量の下限は０％である。Ｃａ含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．００５％以上とするのが好ましく、０．００１０％以上とするのがより好ましい。磁気特性の劣化を防ぐ観点から、含有量の上限は０．０１０％であり、０．００５０％とすることが好ましく、０．００３０％とすることがより好ましい。
Ｍｇ：０～０．０１００％
Ｍｇは結晶粒の成長を促進する作用を通じて鉄損を低減させる元素であるとともに、介在物中の硫化物を、Ｍｇを含有するより硬化した介在物とし、疲労強度を向上させる元素である。この効果を得るために、コスト面を考慮し、含有量は０．００００～０．０１００％とするのが好ましい。下限はより好ましくは０．０００５％、さらに好ましくは０．００１０％である。上限はより好ましくは０．００４０％、さらに好ましくは０．００３０％である。
Ｍｇは結晶粒の成長を促進する作用を通じて鉄損を低減させる元素であるとともに、介在物中の硫化物を、Ｍｇを含有するより硬化した介在物とし、疲労強度を向上させる元素である。この効果を得るために、コスト面を考慮し、含有量は０．００００～０．０１００％とするのが好ましい。下限はより好ましくは０．０００５％、さらに好ましくは０．００１０％である。上限はより好ましくは０．００４０％、さらに好ましくは０．００３０％である。
希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％
希土類元素（ＲＥＭ）は硫化物を粗大化させ、熱処理工程での結晶粒の成長性を改善し、低鉄損化に寄与する元素である。希土類元素（ＲＥＭ）は含有される必要はなく含有量の下限は０％である。希土類元素（ＲＥＭ）含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０００５％以上とするのが好ましく、０．００１０％以上とするのがより好ましい。磁気特性の劣化を防ぐ観点から、含有量の上限は０．０１０％であり、０．００５０％とすることが好ましく、０．００３０％とすることがより好ましい。
希土類元素（ＲＥＭ）は硫化物を粗大化させ、熱処理工程での結晶粒の成長性を改善し、低鉄損化に寄与する元素である。希土類元素（ＲＥＭ）は含有される必要はなく含有量の下限は０％である。希土類元素（ＲＥＭ）含有の効果は微量であっても得られるが、含有の効果を確実に得るためには、含有量は０．０００５％以上とするのが好ましく、０．００１０％以上とするのがより好ましい。磁気特性の劣化を防ぐ観点から、含有量の上限は０．０１０％であり、０．００５０％とすることが好ましく、０．００３０％とすることがより好ましい。
Ｔｉ：０．００３０％以下
Ｔｉは不純物として含まれる元素である。Ｔｉは、地鉄中のＣ、Ｎ、Ｏなどと結合してＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ酸化物などの微小析出物を形成し、焼鈍中の結晶粒の成長を阻害して磁気特性を劣化させるので、含有量は０．００３０％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは０．００２０％、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｔｉは含有される必要はないので、含有量の下限は０％である。精錬コストを考慮し、下限を０．０００３％または０．０００５％としてもよい。
Ｔｉは不純物として含まれる元素である。Ｔｉは、地鉄中のＣ、Ｎ、Ｏなどと結合してＴｉＮ、ＴｉＣ、Ｔｉ酸化物などの微小析出物を形成し、焼鈍中の結晶粒の成長を阻害して磁気特性を劣化させるので、含有量は０．００３０％以下とするのが好ましい。上限はより好ましくは０．００２０％、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｔｉは含有される必要はないので、含有量の下限は０％である。精錬コストを考慮し、下限を０．０００３％または０．０００５％としてもよい。
Ｂ：０．００００％～０．００５０％
Ｂは、少量で集合組織の改善に寄与する。そのため、Ｂを含有させてもよい。上記効果を得る場合、Ｂ含有量を０．０００１％以上とすることが好ましい。
一方、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、Ｂの化合物が焼鈍時の粒成長を阻害し、結晶粒径が微細となり、鉄損増加の要因となる。そのため、Ｂ含有量は０．００５０％以下とする。
Ｂは、少量で集合組織の改善に寄与する。そのため、Ｂを含有させてもよい。上記効果を得る場合、Ｂ含有量を０．０００１％以上とすることが好ましい。
一方、Ｂ含有量が０．００５０％を超えると、Ｂの化合物が焼鈍時の粒成長を阻害し、結晶粒径が微細となり、鉄損増加の要因となる。そのため、Ｂ含有量は０．００５０％以下とする。
Ｏ：０．００００％～０．０２００％
Ｏは、鋼中のＣｒと結合し、Ｃｒ２Ｏ３を生成する。このＣｒ２Ｏ３は集合組織の改善に寄与する。そのため、Ｏを含有させてもよい。上記効果を得る場合、Ｏ含有量を０．００１０％以上とすることが好ましい。
一方、Ｏ含有量が０．０２００％を超えると、Ｃｒ２Ｏ３が焼鈍時の粒成長を阻害し、結晶粒径が微細となり、鉄損増加の要因となる。そのため、Ｏ含有量は０．０２００％以下とする。
Ｏは、鋼中のＣｒと結合し、Ｃｒ２Ｏ３を生成する。このＣｒ２Ｏ３は集合組織の改善に寄与する。そのため、Ｏを含有させてもよい。上記効果を得る場合、Ｏ含有量を０．００１０％以上とすることが好ましい。
一方、Ｏ含有量が０．０２００％を超えると、Ｃｒ２Ｏ３が焼鈍時の粒成長を阻害し、結晶粒径が微細となり、鉄損増加の要因となる。そのため、Ｏ含有量は０．０２００％以下とする。
化学組成の残部はＦｅおよび不純物である。不純物とは、原材料に含まれる成分、または製造の過程で混入する成分であって、意図的に鋼板に含有させたものではない成分をいう。
上述した母材鋼板の化学成分は、一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、鋼成分は、ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すればよい。なお、ＣおよびＳは燃焼－赤外線吸収法を用い、Ｎは不活性ガス融解－熱伝導度法を用いればよい。Ｏは不活性ガス融解－非分散型赤外線吸収法を用いればよい。
第一の実施形態では、上述したロータ及びステータを用いて回転電機を製造する。これにより、ステータ、ロータの両方にとって良い磁気特性を持たせて、モータ効率を向上させることができる。
本発明の第二の実施形態は、第一の実施態様の回転電機に用いるロータ用無方向性電磁鋼板およびステータ用無方向性電磁鋼板の製造方法である。第一の実施形態の回転電機のステータとロータの｛１１１｝＜２１１＞方位強度の関係は、ステータおよびロータに用いられる無方向性電磁鋼板の製造工程における熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を制御することによっても得ることができる。
すなわち、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１％以上３．０％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１％以上２．０％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成る無方向性電磁鋼板を、製鋼、熱間圧延、熱間圧延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を含む工程で製造するに際し、熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を２種類設定し、ロータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を８６０℃～１０００℃とし、且つステータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度よりも高くすることによって、第一の実施形態の回転電機のステータとロータの｛１１１｝＜２１１＞方位強度の関係を得ることができる。したがって、ステータ用の無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、ロータ用の無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする無方向性電磁鋼板のセットが得られる。
本発明の第二の実施形態の製造方法は、製鋼、熱間圧延、熱間圧延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍、および必要に応じて行われるスキンパス圧延を含む工程で製造されるものであり、前述の熱間圧延板焼鈍以外の工程については特に規定するものではないが、各工程において次のような条件が採用できる。
熱間圧延のスラブ加熱温度については１０００～１２００℃の標準的な条件でよい。ただし巻取り温度については熱間圧延板の靭性の点から６００℃以下が好ましく、更に好ましくは５５０℃以下である。
極力熱間圧延板の厚みについては薄い方が、後の酸洗通板や冷間圧延通板時の割れや破断防止に有利であるため、熱間圧延板の靭性と生産効率等を勘案して適宜調整できるものとする。
熱間圧延板焼鈍については磁性の観点からは、８００℃以上１１００℃以下で３０秒以上行ない、冷間圧延前の結晶粒径を５０～３００μｍ程度まで粒成長させることが好ましい。ただし熱間圧延板の延性が低下するため、成分と生産性を考慮した上で条件を決定すればよい。
特に、熱間圧延板焼鈍については所要の｛１１１｝＜２１１＞方位強度に応じて焼鈍温度を２種類設定してもよい。ロータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延焼鈍の焼鈍温度を８６０℃～１０００℃とし、ステータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度よりも高くしてもよい。
熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度は、得られる無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度に密接に関連している。｛１１１｝＜２１１＞方位の結晶粒は、冷間圧延前の結晶粒界近傍から発生しやすいことが知られている。熱間圧延板焼鈍温度が高いと冷間圧延前の結晶粒界面積が減少し、その後の焼鈍で｛１１１｝＜２１１＞方位の結晶粒が少なくなる。即ち、ロータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を、ステータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度よりも高い温度にすることによって両者の｛１１１｝＜２１１＞方位強度の式（１）Ａ＞Ｂの関係を得ることができる。
熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度は、得られる無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度に密接に関連している。｛１１１｝＜２１１＞方位の結晶粒は、冷間圧延前の結晶粒界近傍から発生しやすいことが知られている。熱間圧延板焼鈍温度が高いと冷間圧延前の結晶粒界面積が減少し、その後の焼鈍で｛１１１｝＜２１１＞方位の結晶粒が少なくなる。即ち、ロータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を、ステータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度よりも高い温度にすることによって両者の｛１１１｝＜２１１＞方位強度の式（１）Ａ＞Ｂの関係を得ることができる。
ロータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度範囲は、８６０℃～１０００℃であるが、８６０℃未満であると、リジング等の表面欠陥が発生するため、好ましくない。また１０００℃を超えると、鋼板が脆くなり、製造性を著しく損なうため好ましくない。ロータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度の特に好ましい範囲は、９００℃～９５０℃である。一方、ステータ用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度は、ロータ用の無方向性電磁鋼板より低くても良い。
第一の実施形態の回転電機のステータとロータの｛１１１｝＜２１１＞方位強度の関係は、上述のステータおよびロータに用いられる無方向性電磁鋼板の製造工程で、特に熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を制御しなくても、通常の、製鋼、熱間圧延、熱間圧延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を含む工程で製造して得られた無方向性電磁鋼板から、ステータに用いる素材とロータに用いる素材を打ち抜いて積層し、その後、ステータのみに式（１）を満たすように歪取り焼鈍を行うことによっても得ることができる。
打ち抜き加工後にステータのみに実施する歪取焼鈍については、打ち抜き歪を開放するために７００℃から９００℃の温度範囲で１２０分以上の焼鈍を施すのが好ましい。スキンパス圧延によって歪を付与した場合は、特に高温かつ長時間で焼鈍することが好ましい。このように、ステータのみに歪取焼鈍を適切に行なうことで、歪取焼鈍後のステータの｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）とロータの｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）において、式（１）Ａ＞Ｂの関係を得ることができる。
以下、実施例を用いて、本発明の実施形態をさらに説明する。
なお、実施例に用いた条件はその確認のための一条件例であり、本発明は、この例に限定されるものではなく、本発明を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて種々の条件を採用し得るものである。
なお、実施例に用いた条件はその確認のための一条件例であり、本発明は、この例に限定されるものではなく、本発明を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて種々の条件を採用し得るものである。
図１は、回転電機の部分平面図である。回転電機３００は、電気学会Ｄモデルをベースとして作製されたＩＰＭモータである。ステータコア３の外径は１１２ｍｍであり、ロータ３０２の外径は５４ｍｍであり、ステータコア３の積み高さは１００ｍｍである。スロット数は２４スロットである。ステータコア３は、筐体３０１に焼き嵌めにより固定される。ロータ３０２の外径は５４ｍｍφであり、ステータコア３の内径は５５ｍｍφであり、ロータ３０２とステータコア３との間のギャップは０．５ｍｍである。また、ステータコア３の外径は１１２ｍｍφ（＝５４ｍｍ＋０．５ｍｍ×２＋２８．５ｍｍ×２）である。ステータコアは２４スロットであり、ステータコアのティース部に巻き回す銅線の１相当たりの巻線数は３５ターンであり、ロータ磁石の磁束密度Ｂｒは１．２５Ｔである。
本実施例において、波高値３Ａの巻線電流を位相角３０度で流して、１５００ＲＰＭの回転数で６０分駆動した時の回転電機で発生した損失をモータ損（Ｗ）として求めた。
(実施例１）
溶鋼の連続鋳造を行い、下記表１に示す化学組成（残部は鉄及び不純物）を有する２５０ｍｍ厚のスラブを準備した。次いで、上記スラブに対し、熱間圧延を施し、熱間圧延板を作成した。その時のスラブ再加熱温度は１２００℃、仕上げ圧延での仕上げ温度は８５０℃、巻取り時の巻取り温度は６５０℃で仕上げ板厚は２．０ｍｍであった。次に、上記熱間圧延板において、熱間圧延板焼鈍として、表１に記載の温度で１分間の焼鈍を行い、酸洗によりスケール除去し、０．３５ｍｍ厚に冷間圧延を行った。そして、８００℃で３０秒の仕上焼鈍を行った。
溶鋼の連続鋳造を行い、下記表１に示す化学組成（残部は鉄及び不純物）を有する２５０ｍｍ厚のスラブを準備した。次いで、上記スラブに対し、熱間圧延を施し、熱間圧延板を作成した。その時のスラブ再加熱温度は１２００℃、仕上げ圧延での仕上げ温度は８５０℃、巻取り時の巻取り温度は６５０℃で仕上げ板厚は２．０ｍｍであった。次に、上記熱間圧延板において、熱間圧延板焼鈍として、表１に記載の温度で１分間の焼鈍を行い、酸洗によりスケール除去し、０．３５ｍｍ厚に冷間圧延を行った。そして、８００℃で３０秒の仕上焼鈍を行った。
次に、磁気特性の鉄損Ｗ１５／５０（最大磁束密度１．５Ｔ、周波数５０Ｈｚ時の鉄損）を測定した。測定試料は５５ｍｍ角の試料片を採取し、圧延方向と幅方向の特性の平均値を求めた。磁気測定は、ＪＩＳ Ｃ ２５５６（２０１５）に記載の電磁回路に準じた５５ｍｍ角の試験片や更に微小な試験片を測定できる装置を用いて測定した。測定結果を表１に示す。また、材料の｛１１１｝＜２１１＞方位強度の測定を行った。測定の方法は上述した方法で行った。
回転電機のステータ、ロータに用いたそれぞれの素材として、表１に示すＡ～Ｚの各素材と、同じ組成および同じ鉄損を有し、かつ、｛１１１｝＜２１１＞方位強度の低い材料として、Ａ‘～Ｚ’の材料とをそれぞれ用意した。Ａ‘～Ｚ’の材料は、熱間圧延焼鈍の焼鈍温度をＡ～Ｚの各素材の焼鈍温度よりも高くした。
これらの素材から、ステータ、ロータの鉄心を作成し、回転電機（モータ）を作成した。表２にステータ、ロータに使用した素材、式（１）の成立/不成立、及びモータ損を示す。発明例である回転電機１０３、１０６、１０９、１１２、１１５、１１８、１２１、１２４、１２７、１３０、１３３、１３６、１３９、１４２、１４５、１４８、１５１、１５４、１５７、１６０、１６３、１６６、１７２、１７５は、同じ鉄心素材を用いた他の回転電機（比較例）よりもモータ損が低かった。回転電機１６９は式（１）を満たすものの、ロータに使用した素材の｛１１１｝＜２１１＞範囲が当発明範囲から外れたため、モータ損は悪かった。
これらの素材から、ステータ、ロータの鉄心を作成し、回転電機（モータ）を作成した。表２にステータ、ロータに使用した素材、式（１）の成立/不成立、及びモータ損を示す。発明例である回転電機１０３、１０６、１０９、１１２、１１５、１１８、１２１、１２４、１２７、１３０、１３３、１３６、１３９、１４２、１４５、１４８、１５１、１５４、１５７、１６０、１６３、１６６、１７２、１７５は、同じ鉄心素材を用いた他の回転電機（比較例）よりもモータ損が低かった。回転電機１６９は式（１）を満たすものの、ロータに使用した素材の｛１１１｝＜２１１＞範囲が当発明範囲から外れたため、モータ損は悪かった。
（実施例２）
表３に示すように、回転電機のステータ、ロータには実施例１で用いたのと同じ素材Ａ’～Ｚ’を用意した。これらの素材から、鉄心素材を打抜き加工をしたのち、表３に示す条件で歪取り焼鈍を行った。この際、歪取り焼鈍は８００℃で２時間焼鈍した。素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度、モータ損は実施例１と同様にして求めた。発明例である回転電機２０３、２０６、２０９、２１２、２１５、２１８、２２１、２２４、２２７、２３０、２３３、２３６、２３９、２４２、２４５、２４８、２５１、２５４、２５７、２６０、２６３、２６６、２７２、２７５は、同じ鉄心素材を用いた他の回転電機（比較例）よりもモータ損が低かった。回転電機２６９は式（１）を満たすものの、ロータに使用した素材の｛１１１｝＜２１１＞範囲が当発明範囲から外れたため、モータ損は悪かった。
表３に示すように、回転電機のステータ、ロータには実施例１で用いたのと同じ素材Ａ’～Ｚ’を用意した。これらの素材から、鉄心素材を打抜き加工をしたのち、表３に示す条件で歪取り焼鈍を行った。この際、歪取り焼鈍は８００℃で２時間焼鈍した。素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度、モータ損は実施例１と同様にして求めた。発明例である回転電機２０３、２０６、２０９、２１２、２１５、２１８、２２１、２２４、２２７、２３０、２３３、２３６、２３９、２４２、２４５、２４８、２５１、２５４、２５７、２６０、２６３、２６６、２７２、２７５は、同じ鉄心素材を用いた他の回転電機（比較例）よりもモータ損が低かった。回転電機２６９は式（１）を満たすものの、ロータに使用した素材の｛１１１｝＜２１１＞範囲が当発明範囲から外れたため、モータ損は悪かった。
本発明では、ステータ、ロータの両方にとって良い磁気特性を持たせて、モータ効率を向上させることができるので、産業上の利用可能性は極めて高い。
Claims (12)
- ステータと、ロータと、前記ステータおよび前記ロータを収容する筐体とを有し、
前記ステータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、前記ロータの鉄心素材の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする回転電機。 - 前記ロータの前記鉄心素材の｛４１１｝＜１４８＞方位強度（Ｃ）は、４未満であることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
- 前記ステータの鉄心及び前記ロータの鉄心の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成ることを特徴とする、請求項１または２に記載の回転電機。
- 請求項１～３の何れか１項に記載の回転電機に用いられるステータの鉄心及びロータの鉄心のセット。
- 前記ステータの鉄心及び前記ロータの鉄心の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成ることを特徴とする、請求項４に記載のステータの鉄心及びロータの鉄心のセット。
- 請求項４または５に記載のステータの鉄心及びロータの鉄心のセットを用いて回転電機を製造することを特徴とする、回転電機の製造方法。
- 化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成る無方向性電磁鋼板を、製鋼、熱間圧延、熱間圧延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を含む工程で製造するに際し、前記熱間圧延板焼鈍の焼鈍温度を２種類設定し、ロータ鉄心用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍温度を８６０℃～１０００℃とし、且つステータ鉄心用の無方向性電磁鋼板の熱間圧延板焼鈍温度よりも高くすることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機のロータ鉄心用無方向性電磁鋼板およびステータ鉄心用無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成る無方向性電磁鋼板を、製鋼、熱間圧延、熱間圧延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を含む工程で製造し、得られた無方向性電磁鋼板から前記ステータ鉄心に用いる鉄心素材とロータに用いる鉄心素材を打ち抜いてそれぞれ積層し、前記式（１）が満たされるようにステータのみに歪取り焼鈍を行う、請求項１に記載の回転電機のロータおよびステータの製造方法。
- 前記無方向性電磁鋼板の化学組成が、質量％で、Ｃｒ：０．００１～５．０００％を含有する請求項７に記載の回転電機のロータ鉄心用無方向性電磁鋼板およびステータ鉄心用無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記無方向性電磁鋼板の化学組成が、質量％で、Ｃｒ：０．００１～５．０００％を含有する請求項８に記載の回転電機のロータおよびステータの製造方法。
- 回転電機の鉄心素材に用いられる無方向性電磁鋼板のセットであって、
ステータ用の無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ａ）が、２～３０であり、ロータ用の無方向性電磁鋼板の｛１１１｝＜２１１＞方位強度（Ｂ）が、１～１５であって、且つ両者の方位強度が、式（１）Ａ＞Ｂの関係を満たしていることを特徴とする無方向性電磁鋼板のセット。 - 前記ステータ用の無方向性電磁鋼板及び前記ロータ用の無方向性電磁鋼板の化学組成は、質量％で、Ｃ：０．０１００％以下、Ｓｉ：２．６％以上４．５％以下、Ｍｎ：０．１０％以上３．００％以下、Ｐ：０．１５％以下、Ｓ：０．００３０％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ａｌ：０．１０％以上２．００％以下、Ｓｎ及びＳｂから選択される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％及び、希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％、Ｔｉ：０．００３０％以下、Ｂ：０．００００％～０．００５０％、Ｏ：０．００００％～０．０２００％、並びに残部：Ｆｅおよび不純物から成ることを特徴とする、請求項１１に記載の無方向性電磁鋼板のセット。
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