[發(fā)明專(zhuān)利]IPM馬達(dá)的轉(zhuǎn)子鐵芯用鋼板的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380018668.2
• 申請(qǐng)日: 2013-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104254629A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巖津智永;片桐幸男;藤原進(jìn);川本明人
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 日新制鋼株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): C22C38/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C38/00;C21D8/12;C22C38/06;C22C38/58;H01F1/16
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 呂琳;楊生平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及主要使用于電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)或機(jī)床等的永磁鐵嵌入型馬達(dá)(以下記作“IPM馬達(dá)”)的轉(zhuǎn)子鐵芯用鋼板的制造方法。

背景技術(shù)

一般來(lái)說(shuō)，IPM馬達(dá)雖然由于使用了高價(jià)的永磁鐵而成本變高，但與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比效率高。因此，IPM馬達(dá)在例如混合動(dòng)力汽車(chē)以及電動(dòng)汽車(chē)的驅(qū)動(dòng)用馬達(dá)和發(fā)電用的馬達(dá)、家電產(chǎn)品、以及各種機(jī)床以及產(chǎn)業(yè)機(jī)械用的馬達(dá)等中被廣泛使用。

IPM馬達(dá)的鐵芯分為定子(stator)和轉(zhuǎn)子(rotor)。由于通過(guò)繞組直接對(duì)定子側(cè)的鐵芯賦予交流磁場(chǎng)，因此為了提高效率，對(duì)定子側(cè)的鐵芯要求在為高導(dǎo)磁率的同時(shí)還能提高體積電阻率，并能減少鐵損。因此，在定子側(cè)的鐵芯中使用了在超低碳鋼中添加Si而改善了軟磁特性的電磁鋼板(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1和2)。

另一方面，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子側(cè)的鐵芯中嵌入了永磁鐵，所以轉(zhuǎn)子側(cè)的鐵芯主要承擔(dān)作為磁軛提高磁通密度的作用。轉(zhuǎn)子側(cè)的鐵芯雖然會(huì)微弱地受到從定子側(cè)產(chǎn)生的交流磁場(chǎng)的影響，但該影響是有限的。因此，從特性的觀點(diǎn)來(lái)看，無(wú)需在轉(zhuǎn)子側(cè)的鐵芯中使用有利于鐵損特性的電磁鋼板。然而，由于當(dāng)僅對(duì)定子使用電磁鋼板時(shí)，會(huì)降低電磁鋼板的產(chǎn)品成品率，而提高馬達(dá)的制造成本，所以通常在轉(zhuǎn)子側(cè)的鐵芯中也使用和定子側(cè)相同的電磁鋼板。

在IPM馬達(dá)被裝載于汽車(chē)中的情況下，從汽車(chē)的小型輕型化的需求出發(fā)對(duì)IPM馬達(dá)也要求小型化。在這種情況下，為了即使小型化也能得到和以往同等以上的馬達(dá)輸出(轉(zhuǎn)矩)而提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度越高馬達(dá)的效率越好。但是，在IPM馬達(dá)中，因嵌入的永磁鐵的旋轉(zhuǎn)，會(huì)在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。該感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)速度的上升而增加。而且，即便感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)超過(guò)輸入電壓馬達(dá)也會(huì)變得無(wú)法旋轉(zhuǎn)。因此，例如專(zhuān)利文獻(xiàn)3所示那樣，在IPM馬達(dá)中，在高速旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)行從定子側(cè)產(chǎn)生抵消永磁鐵磁通量的方向的磁通量來(lái)抑制感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的弱磁控制。通過(guò)該弱磁控制，一方面可進(jìn)行在高速旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)，而另一方面為了抵消永磁鐵的磁通量而使用電力，所以馬達(dá)轉(zhuǎn)矩會(huì)下降。此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，通過(guò)在磁鐵的形狀上想辦法，從而實(shí)現(xiàn)減少在弱磁控制上使用的電量。

另一方面，當(dāng)為了即使將IPM馬達(dá)小型化也能得到和以往同等以上的轉(zhuǎn)矩而提高轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)，存在作用于嵌入轉(zhuǎn)子的永磁鐵的離心力增大以致轉(zhuǎn)子破損的問(wèn)題。為了不引起破損，優(yōu)選屈服強(qiáng)度高的材料作為轉(zhuǎn)子的原材料。例如在含有3％左右的Si的無(wú)方向性電磁鋼板(35A300)的情況下，磁性退火后的屈服強(qiáng)度大約為400N/mm²左右。因此，在轉(zhuǎn)子的直徑為80mm以上的較大型IPM馬達(dá)的情況下，雖然根據(jù)轉(zhuǎn)子的構(gòu)造不同會(huì)有差異，但可以認(rèn)為20000rpm左右是不會(huì)引起破損的旋轉(zhuǎn)速度的極限。以往，盡管進(jìn)行了各種基于電磁鋼板來(lái)提高鐵芯的屈服強(qiáng)度的研究，但屈服強(qiáng)度也至多為780N/mm²左右。因此，作為抑制因?yàn)楦咚傩D(zhuǎn)化而造成轉(zhuǎn)子鐵芯的破損的方法，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)4中，提出了作為轉(zhuǎn)子鐵芯用的原材料，不使用電磁鋼板，而使用高強(qiáng)度且高飽和磁通密度的鋼板。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2005-133175號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2005-60811號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本特開(kāi)2000-278900號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)4：日本特開(kāi)2009-46738號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

然而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，雖然通過(guò)在磁鐵的形狀上想辦法從而實(shí)現(xiàn)減小在弱磁控制中使用的電量，但沒(méi)有考慮到調(diào)節(jié)原材料鋼板的剩余磁通密度以及矯頑力這一點(diǎn)。另外，專(zhuān)利文獻(xiàn)4雖然利用高強(qiáng)度化而能高速旋轉(zhuǎn)，但是未獲得關(guān)于剩余磁通密度以及矯頑力的知見(jiàn)，關(guān)于弱磁控制時(shí)的高轉(zhuǎn)矩化的可能性不明。

因此，本發(fā)明是為了解決上述那樣的問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種在用作IPM馬達(dá)的轉(zhuǎn)子用鐵芯時(shí)，能使高速旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的輸出轉(zhuǎn)矩更大，能使最大轉(zhuǎn)數(shù)更高的鋼板的制造方法。

用于解決問(wèn)題的方案

因此，本發(fā)明人為了解決上述問(wèn)題，以各種鋼板為原材料試制了IPM馬達(dá)，進(jìn)行馬達(dá)的性能評(píng)價(jià)的結(jié)果是，發(fā)現(xiàn)：為了降低來(lái)自永磁鐵的漏磁而增加對(duì)磁矩有效的磁通量，并且在進(jìn)行弱磁控制的高速旋轉(zhuǎn)范圍內(nèi)獲得大的輸出轉(zhuǎn)矩，調(diào)節(jié)具有特定的成分組成的原材料鋼板磁通密度以及剩余磁通密度是有效的，調(diào)節(jié)原材料鋼板的磁通密度、剩余磁通密度以及矯頑力更加有效。