(57)【要約】      （修正有）【課題】ステータコアの鉄損を十分に低減することができるステータコアの製造方法を提供する。【解決手段】モータなどで用いられる電磁鋼板のステータコアの製造方法は、レベラーＬにより焼鈍を前提とする電磁鋼板２に歪みを付与する歪み付与工程と、歪みが付与された電磁鋼板からステータコア用板材を打ち抜く打ち抜き工程と、ステータコア用板材を焼鈍する焼鈍工程と、を備えることを特徴とする。歪みが付与された電磁鋼板から打ち抜かれたステータコア用板材を焼鈍するため、歪み付与前の電磁鋼板から打ち抜かれたステータコア用板材を焼鈍する製造方法と比較して、焼鈍での結晶粒の成長を促進させることができる。【選択図】図１
2020124054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レベラーにより焼鈍を前提とする電磁鋼板に歪みを付与する歪み付与工程と、
前記歪みが付与された前記電磁鋼板からステータコア用板材を打ち抜く打ち抜き工程と、
前記ステータコア用板材を焼鈍する焼鈍工程と、
を備えることを特徴するステータコアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼鈍を前提とする電磁鋼板からステータコアを製造するステータコアの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業においては、ハイブリッド自動車や電気自動車のさらなる走行性能の向上を目指し、駆動用モータの高出力化、軽量化、小型化を目的とした開発が進められている。また、家電製品メーカーにおいても、各種家電製品に内蔵されるモータのさらなる小型化、高性能化を目的とした開発に余念がない。
【０００３】
モータの性能を向上させるためには、モータで発生する損失をいかに低減するかが課題である。モータで発生する損失としては、例えば、ステータコアやロータコアにおいて渦電流損失やヒステリシス損失に起因して生じる鉄損や、モータを構成するコイルにおいて導体抵抗損失に起因して生じる銅損等が知られており、これらの損失に応じてモータの効率やトルク性能が低下する。
【０００４】
ステータコア及びロータコアは、電磁鋼板から打ち抜かれたコア用板材から構成される。ロータコアは回転体であるために、一般的に高強度が求められ、その鉄損の影響はステータコアほど大きくはない。そこで、結晶粒を微細にした焼鈍を前提とする電磁鋼板からステータコア用板材及びロータコア用板材を打ち抜き、ステータコア用板材は焼鈍により結晶粒を成長させた上で用い、ロータコア用板材は結晶粒を微細にしたまま用いることで、ステータコアの鉄損を低減し、ロータコアの高強度を確保する方策が使用されている。
【０００５】
このような方策を使用されたステータコアの製造方法としては、例えば、特許文献１に記載されたステータコア及びロータコアからなるモータコアの製造方法が知られている。この製造方法においては、ステータコアを、ステータコア用板材が積層された積層体の全体を結晶粒が成長する温度で焼鈍することで製造するとともに、ロータコアを、ロータコア用板材が積層された積層体の外周側領域のみを結晶粒が成長する温度で焼鈍することで製造する。これにより、ステータコアについては、全体の結晶粒を成長させることで鉄損を低減させ、ロータコアについては、外周側領域の結晶粒を成長させ、かつ内周側領域の結晶粒を成長させないことで低鉄損及び高強度を両立させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−８５８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されたステータコアの製造方法のように、ステータコア用板材が積層された積層体の全体を結晶粒が成長する温度で焼鈍するだけでは、結晶粒を十分に成長させることができないために、ステータコアの鉄損を十分に低減することができない。
【０００８】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ステータコアの鉄損を十分に低減することができるステータコアの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決すべく、本発明に係るステータコアの製造方法は、レベラーにより焼鈍を前提とする電磁鋼板に歪みを付与する歪み付与工程と、上記歪みが付与された上記電磁鋼板からステータコア用板材を打ち抜く打ち抜き工程と、上記ステータコア用板材を焼鈍する焼鈍工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステータコアの鉄損を十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るステータコアの製造方法の一例を示す概略工程図である。
【図２】本実施形態に係るステータコアの製造方法の一例を示す概略工程図である。
【図３】電磁鋼板の平均結晶粒径（電磁鋼板の種類）ごとに歪み付与無し品の鉄損の値を１００とした場合における歪み付与有り品の鉄損の相対値を示したグラフである。
【図４】歪み付与前の電磁鋼板ａ及び歪みが付与された電磁鋼板ａの表面の形状の測定結果を示す画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るステータコアの製造方法の実施形態について説明する。
【００１３】
本実施形態に係るステータコアの製造方法は、レベラーにより焼鈍を前提とする電磁鋼板に歪みを付与する歪み付与工程と、上記歪みが付与された上記電磁鋼板からステータコア用板材を打ち抜く打ち抜き工程と、上記ステータコア用板材を焼鈍する焼鈍工程と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
まず、本実施形態に係るステータコアの製造方法について、例示して説明する。
ここで、図１（ａ）〜図２（ｄ）は、本実施形態に係るステータコアの製造方法の一例を示す概略工程図である。
【００１５】
本例のステータコアの製造方法においては、まず、図１（ａ）に示されるように、最終製品を構成する板材よりも結晶粒を微細にした焼鈍されることを前提とする電磁鋼板２を巻いたコイル材１を準備し、アンコイラＡに装着する。
【００１６】
次に、図１（ａ）に示されるように、アンコイラＡによりコイル材１から巻きほぐされた電磁鋼板２を、送り装置ＦによりレベラーＬに送り込み、レベラーＬにより電磁鋼板２を変形し、電磁鋼板２に歪みを付与する。
【００１７】
次に、図１（ａ）に示されるように、送り装置Ｆにより、歪みが付与された電磁鋼板２´をレベラーＬからプレス機Ｐに送り込む。そして、プレス機Ｐにおいて、電磁鋼板２´からプレス加工により複数のステータコア用板材４を打ち抜く。
【００１８】
次に、図１（ｂ）に示されるように、複数のステータコア用板材４を積層することで積層体８を形成する。
【００１９】
次に、図２（ｃ）に示されるように、積層体８を焼鈍炉Ｓ内に載置し、焼鈍炉Ｓにおいて、積層体８を焼鈍する。これにより、図２（ｄ）に示されるように、複数の焼鈍後のステータコア用板材４´の積層体８´から構成されるステータコア１０を製造する。
【００２０】
本例のステータコアの製造方法では、レベラーにより歪みが付与された電磁鋼板２´から打ち抜かれた複数のステータコア用板材４の積層体８を焼鈍する。このため、歪み付与前の電磁鋼板２から打ち抜かれた複数のステータコア用板材の積層体を焼鈍する従来の製造方法と比較して、焼鈍での結晶粒の成長を促進させることができる。この結果、ステータコア１０を構成するステータコア用板材４´の結晶粒を従来よりも粗大にすることができる。これにより、ステータコア１０の鉄損を十分に低減することができる。さらに、レベラーＬにより電磁鋼板２を変形するため、電磁鋼板２の形状が適正でない場合には、電磁鋼板２の形状を矯正することができる。
【００２１】
従って、本実施形態によれば、本例のように、歪みが付与された電磁鋼板から打ち抜かれたステータコア用板材を焼鈍するため、歪み付与前の電磁鋼板から打ち抜かれたステータコア用板材を焼鈍する従来の製造方法と比較して、焼鈍での結晶粒の成長を促進させることができる。この結果、ステータコアを構成する板材の結晶粒を従来よりも粗大にすることができる。これにより、ステータコアの鉄損を十分に低減することができる。さらに、レベラーにより電磁鋼板を変形するため、電磁鋼板の形状が適正でない場合には、電磁鋼板の形状を矯正することができる。
【００２２】
続いて、本実施形態に係るステータコアの製造方法について、その条件を中心に詳細に説明する。
【００２３】
１．歪み付与工程
歪み付与工程においては、レベラーにより焼鈍を前提とする電磁鋼板に歪みを付与する。
【００２４】
ここで、焼鈍を前提とする電磁鋼板とは、最終製品のステータコアを構成する板材よりも結晶粒を微細にした電磁鋼板であって、ステータコアの製造に際して焼鈍されることを前提とする電磁鋼板を指す。
【００２５】
焼鈍を前提とする電磁鋼板の平均結晶粒径は、特に限定されないが、例えば、５μｍ〜５０μｍの範囲内が好ましく、中でも１０μｍ〜３０μｍの範囲内が好ましい。平均結晶粒径が小さ過ぎないことで、焼鈍での結晶粒の成長の促進によりステータコアの鉄損を低減させ易くなるからである。また、平均結晶粒径が大き過ぎないことで、焼鈍での結晶粒の成長を促進させ易くなるからである。なお、電磁鋼板の平均結晶粒径は、ＪＩＳ  Ｇ０５５１に記載の切断法により求められるものである。
【００２６】
歪み付与前の電磁鋼板の板厚は、特に限定されないが、例えば、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内が好ましく、中でも０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内が好ましい。板厚が薄過ぎないことで、薄板化に伴う剛性の低下により中伸び等が生じ、鋼板の形状が悪化する結果、ステータコアの占積率が低下することを抑制できるからであり、鋼板の積層枚数が増加する結果、側波等の鋼板の形状に起因するステータコアの占積率の低下の影響が大きくなることを抑制できるからである。また、板厚が厚過ぎないことで、ステータコアの低損失化を実現できるからである。なお、電磁鋼板の材料は、特に限定されないが、通常は、ケイ素鋼である。
【００２７】
レベラーにより電磁鋼板に歪みを付与する際の圧下率は、特に限定されないが、０．５％〜１％の範囲内が好ましい。圧下率が小さ過ぎないことで、焼鈍での結晶粒の成長を促進させ易くなるからである。また、圧下率が大き過ぎないことで、焼鈍により歪みを除去し易くなるからである。なお、圧下率とは、レベラーにより電磁鋼板を変形する前後の板厚変化率を指し、具体的には、「（変形後の板厚−変形前の板厚）／変形前の板厚×１００％」を指す。
【００２８】
２．打ち抜き工程
打ち抜き工程においては、上記歪みが付与された上記電磁鋼板からステータコア用板材を打ち抜く。
【００２９】
電磁鋼板からステータコア用板材を打ち抜く方法は、特に限定されないが、例えば、プレス加工等が挙げられる。
【００３０】
３．焼鈍工程
焼鈍工程においては、上記ステータコア用板材を焼鈍する。これにより、ステータコア用板材の結晶粒を成長させることで鉄損を低減することができる。
【００３１】
ステータコア用板材を焼鈍する温度は、ステータコア用板材の結晶粒を成長させることができる温度であれば特に限定されず、ステータコア用板材の材料等に応じて適宜定めることができるが、材料がケイ素鋼である場合には、例えば、８００℃〜８５０℃の範囲内が好ましい。焼鈍温度が低過ぎないことで、焼鈍での結晶粒の成長を効果的に促進させることができるからであり、焼鈍温度が高過ぎないことで、結晶粒が過剰に粗大になることを抑制できるからである。
【００３２】
ステータコア用板材を焼鈍する時間は、ステータコア用板材の結晶粒を成長させることができる時間であれば特に限定されず、ステータコア用板材の材料及び焼鈍温度等に応じて適宜定めることができるが、材料がケイ素鋼であり、焼鈍温度が上記の範囲内である場合には、例えば、０．５時間〜２時間の範囲内が好ましい。焼鈍時間が短過ぎないことで、焼鈍での結晶粒の成長を効果的に促進させることができるからであり、焼鈍時間が長過ぎないことで、結晶粒が過剰に粗大になることを抑制できるからである。
【００３３】
４．ステータコアの製造方法
本実施形態に係るステータコアの製造方法は、歪み付与工程、打ち抜き工程、及び焼鈍工程を備えるものであれば、特に限定されないが、通常は、図１及び図２に示される例のように、打ち抜き工程において、歪みが付与された電磁鋼板から複数のステータコア用板材を打ち抜き、当該複数のステータコア用板材を積層することで積層体を形成する積層体形成工程をさらに備える。これにより、複数のステータコア用板材の積層体から構成されるステータコアを製造することができる。
【００３４】
ステータコアの製造方法が積層体形成工程をさらに備える場合、ステータコアの製造方法は、図１及び図２に示される例のように、積層体形成工程において、焼鈍工程前に複数のステータコア用板材を積層することで積層体を形成し、焼鈍工程において、当該積層体を焼鈍することで複数のステータコア用板材を焼鈍する製造方法でもよいし、焼鈍工程において、積層工程前に複数のステータコア用板材を焼鈍し、積層体形成工程において、当該焼鈍後の複数のステータコア用板材を積層することで積層体を形成する製造方法でもよいが、通常は、積層体形成工程において、焼鈍工程前に複数のステータコア用板材を積層することで積層体を形成し、焼鈍工程において、当該積層体を焼鈍することで複数のステータコア用板材を焼鈍する製造方法となる。複数のステータコア用板材を同時に焼鈍できるからである。
【００３５】
積層体におけるステータコア用板材の積層枚数は、特に限定されないが、ステータコア用板材の材料等に応じ、例えば、モータで所望のトルクが得られることを目的として適宜定めることができる。また、積層体の厚さも、特に限定されないが、ステータコア用板材の材料等に応じ、所望のトルクが得られるように適宜定めることができる。また、積層体形成工程では、通常は、積層体を加締めや溶接により結束させる。
【００３６】
ステータコアの製造方法における打ち抜き工程は、電磁鋼板からステータコア用板材を打ち抜く工程であれば特に限定されないが、電磁鋼板からステータコア用板材と一緒にその内側の領域からロータコア用板材を一組として打ち抜いてもよい。電磁鋼板の廃棄部分を低減でき、材料の歩留まりを高めることができるからである。なお、電磁鋼板からステータコア用板材と一緒にロータコア用板材を打ち抜いた場合でも、ロータコア用板材は、通常は、焼鈍しない。結晶粒を微細にしたロータコア用板材をそのままロータコアに用いることで、高強度のロータコアを製造するためである。
【実施例】
【００３７】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本実施形態に係るステータコアの製造方法をさらに、具体的に説明する。
【００３８】
［実施例１］
まず、Ｓｉ：３．０質量％以上４．０質量％以下、Ｍｎ：０．２質量％以上１．０質量％以下、Ａｌ：０．３質量％以上１．０質量％以下、Ｃ：０．０１質量％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成Ａを有し、平均結晶粒径が約１０μｍであり、板厚が０．２５ｍｍである焼鈍を前提とする電磁鋼板ａを、レベラーに送り込み、レベラーにより０．６％の圧下率で電磁鋼板ａを変形し、電磁鋼板ａに歪みを付与した。
【００３９】
次に、歪みが付与された電磁鋼板ａをレベラーからプレス機に送り込み、プレス機において、歪みが付与された電磁鋼板ａからプレス加工により４０枚のステータコア用板材を打ち抜いた。次に、当該４０枚のステータコア用板材を積層することで積層体を形成した。
【００４０】
次に、積層体を焼鈍炉内に載置し、焼鈍炉において、積層体を８５０℃で１時間焼鈍した。これにより、当該４０枚の焼鈍後のステータコア用板材の積層体から構成されるステータコアを作製した。
【００４１】
［比較例１］
歪み付与前の電磁鋼板ａをそのままプレス機に送り込み、歪み付与前の電磁鋼板ａからステータコア用板材を打ち抜いて、当該ステータコア用板材を積層することで積層体を形成した点を除いて、実施例１と同様にステータコアを作製した。
【００４２】
［実施例２］
Ｓｉ：組成ＡのＳｉ含有量以上４．０質量％以下、Ｍｎ：組成ＣのＭｎ含有量以上組成ＡのＭｎ含有量以下、Ａｌ：組成ＣのＡｌ含有量以上組成ＡのＡｌ含有量以下、Ｃ：０．０１質量％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成Ｂを有し、平均結晶粒径が約３０μｍであり、板厚が０．２５ｍｍである焼鈍を前提とする電磁鋼板ｂを、電磁鋼板ａの代りに用いた点を除いて、実施例１と同様にステータコアを作製した。
【００４３】
［比較例２］
歪み付与前の電磁鋼板ｂをそのままプレス機に送り込み、歪み付与前の電磁鋼板ｂからステータコア用板材を打ち抜いて、当該ステータコア用板材を積層することで積層体を形成した点を除いて、実施例２と同様にステータコアを作製した。
【００４４】
［比較例３−１］
組成Ａを有し、平均結晶粒径が約１００μｍであり、板厚が０．２５ｍｍである電磁鋼板ｃを、電磁鋼板ａの代りに用いた点を除いて、実施例１と同様にステータコアを作製した。
【００４５】
［比較例３−２］
歪み付与前の電磁鋼板ｃをそのままプレス機に送り込み、歪み付与前の電磁鋼板ｃからステータコア用板材を打ち抜いて、当該ステータコア用板材を積層することで積層体を形成した点を除いて、比較例３−１と同様にステータコアを作製した。
【００４６】
［比較例４−１］
Ｓｉ：３．０質量％以上組成ＡのＳｉ含有量以下、Ｍｎ：０．２質量％以上組成ＢのＭｎ含有量以下、Ａｌ：０．３質量％以上組成ＢのＡｌ含有量以下、Ｃ：０．０１質量％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成Ｃを有し、平均結晶粒径が約１１０μｍであり、板厚が０．２５ｍｍである電磁鋼板ｄを、電磁鋼板ａの代りに用いた点を除いて、実施例１と同様にステータコアを作製した。
【００４７】
［比較例４−２］
歪み付与前の電磁鋼板ｄをそのままプレス機に送り込み、歪み付与前の電磁鋼板ｄからステータコア用板材を打ち抜いて、当該ステータコア用板材を積層することで積層体を形成した点を除いて、比較例４−１と同様にステータコアを作製した。
【００４８】
［評価］
実施例及び比較例で作製したステータコアの鉄損（Ｗ１０／４００）［Ｗ／ｋｇ］を測定した。具体的には、ステータコアのステータヨーク部に励磁用コイル及び検出用コイルを巻線し、４００Ｈｚの周波数、１．０Ｔの磁束密度で励磁した時の鉄損（Ｗ１０／４００）を測定した。その結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
2020124054.tif 000003
【００５０】
また、比較例１、比較例２、比較例３−２、及び比較例４−２で歪み付与前の電磁鋼板の積層体を焼鈍することにより作製したステータコア（以下、「歪み付与無し品」と略すことがある。）の鉄損の値をそれぞれ１００とした場合において、実施例１、実施例２、比較例３−１、及び比較例４−１で歪みが付与された同一種類の電磁鋼板の積層体を焼鈍することで作製したステータコア（以下、「歪み付与有り品」と略すことがある。）の鉄損の相対値を求めた。図３は、電磁鋼板の平均結晶粒径（電磁鋼板の種類）ごとに歪み付与無し品の鉄損の値を１００とした場合における歪み付与有り品の鉄損の相対値を示したグラフである。
【００５１】
さらに、歪み付与前の電磁鋼板ａ及び歪みが付与された電磁鋼板ａの表面の形状を、それぞれ三次元非接触形状測定機（ＡＴＯＳ社製ＴｒｉｐｌｅＳｃａｎ）を用いて計測した。図４は、歪み付与前の電磁鋼板ａ及び歪みが付与された電磁鋼板ａの表面の形状の測定結果を示す画像である。
【００５２】
表１及び図３に示されるように、平均結晶粒径が約１０μｍである電磁鋼板ａが用いられた実施例１及び比較例１を比較すると、実施例１で作製した歪み付与有り品の鉄損は、比較例１で作製した歪み付与無し品に対して低減した。同様に、平均結晶粒径が約３０μｍである電磁鋼板ｂが用いられた実施例２及び比較例２を比較すると、実施例２で作製した歪み付与有り品の鉄損は、比較例２で作製した歪み付与無し品に対して低減した。これらの結果は、結晶粒を微細にした電磁鋼板に歪みを付与することにより、焼鈍での結晶粒の成長が促進されたことによるものと推定される。
【００５３】
一方、表１及び図３に示されるように、平均結晶粒径が約１００μｍである電磁鋼板ｃが用いられた比較例３−１及び比較例３−２を比較すると、比較例３−１で作製した歪み付与有り品の鉄損は、比較例３−２で作製した歪み付与無し品に対して増加した。同様に、平均結晶粒径が約１１０μｍである電磁鋼板ｄが用いられた比較例４−１及び比較例４−２を比較すると、比較例４−１で作製した歪み付与有り品の鉄損は、比較例４−２で作製した歪み付与無し品に対して増加した。これらの結果は、電磁鋼板の結晶粒が粗大であるために、焼鈍での結晶粒の成長の促進による鉄損低減の作用が得られず、歪みによる鉄損増加の影響があるためであると推定される。
【００５４】
さらに、図４に示されるように、歪みが付与された電磁鋼板ａは、歪み付与前の電磁鋼板ａに対して、表面の形状が矯正され、中伸び量が０．８ｍｍから０．３ｍｍに低減した。
【００５５】
以上、本発明に係るステータコアの製造方法の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００５６】
Ｌ      レベラー
Ｐ      プレス機
２      電磁鋼板（歪み付与前）
２´    電磁鋼板（歪み付与後）
４      ステータコア用板材（焼鈍前）
４´    ステータコア用板材（焼鈍後）
８      積層体（焼鈍前）
８´    積層体（焼鈍後）
１０    ステータコア
【図１】
2020124054.tif 000004
【図２】
2020124054.tif 000005
【図３】
2020124054.tif 000006
【図４】
2020124054.tif 000007