(57)【要約】【課題】モータやトランスのさらなる高効率化を可能とする異方性電磁鋼板を提供することにある。【解決手段】鋼板板面４に、圧延方向Ｌとは異なる角度θａ，　θｂに傾斜して延びる線分１ａ，　１ｂを少なくとも２本交差させた形状になる低透磁率域２を複数個形成してなることを特徴とする。【選択図】　　　　図３
2004103965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板板面に、圧延方向とは異なる角度に傾斜して延びる線分を少なくとも２本交差させた形状になる低透磁率域を複数個形成してなることを特徴とする異方性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータやトランスの高効率化に寄与可能な異方性電磁鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、モータの小型化・高効率化を目的として、材料の磁気的異方性を有効活用するために複数のコア部材を組み合わせて磁路を構成した、いわゆる分割コアとする試みが進められてきている。
たとえば、分割コア型モータコアとしては、特許文献１に記載された磁路形状がＵ型となる巻コアをカットしたコアセグメント１００をつなぎ合わせてステータ１０１を形成したタイプのものや、特許文献２に記載されたティース１０２とコアバック１０３の小片（固定子片）１０４をつなぎ合わせてステータ１０５を形成したタイプのものなどが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−８０１１６号公報（図１等）
【特許文献２】
特開２０００−２３２７４０号公報（図１等）
【０００４】
図１に従来の巻コアタイプの構造を、図２にティース・コアバック分割タイプの例を示しており、磁路に沿って磁束が流れやすくなるように構成されている。また、三相積み鉄心トランスは、端部が斜角切断されたコア材料を４５°につき合わせて磁気的結合を確保するいわゆるラップ接合法を用いて構成されるのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような分割型モータコアやトランスにおいては、入力電気エネルギーの有効利用の観点から磁化容易軸の最適活用による、効率的な電気−機械エネルギー変換や電圧変換が可能なように設計されている。
しかしながら、地球温暖化の観点から電気機器の格段の高効率化が必要とされている。
【０００６】
本発明の目的は、モータやトランスのさらなる高効率化を可能とする異方性電磁鋼板を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明は、鋼板板面に、圧延方向とは異なる角度で傾斜して延びる線分を少なくとも２本交差させた形状になる低透磁率域を複数個形成してなることを特徴とする異方性電磁鋼板である。
なお、本発明でいう「異方性電磁鋼板」とは、具体的には、一方向性電磁鋼板や二方向性電磁鋼板のように強い異方性を有する電磁鋼板を意味する。
これにより、材料の異方性を利用した分割型モータや積み鉄心トランスの効率を格段に向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明は、一方向性電磁鋼板や二方向性電磁鋼板のような強い磁気的異方性を有する材料において、鋼板板面に、圧延方向とは異なる角度で傾斜して延びる、好ましくは圧延方向から１０〜８０°の角度範囲内で傾斜して延びる線分を少なくとも２本交差させた形状になる低透磁率域を複数個形成し、異方性を強化するように構成した異方性電磁材料としたものであり、異方性のさらなる有効活用により、電気−機械エネルギー変換および電庄変換を効率化できるという作用を有する。
【０００９】
なお、このような線状の低透磁率域を鋼板板面に形成させると、素材の異方性が強化される理由は必ずしも明らかではないが、以下のメカニズムが考えられる。
モータやトランスの鉄心には、コイルや永久磁石に起因する磁化力により磁束が発生する。この磁束はスカラーではなくベクトル量であり、磁路の設計や材料の結晶方位の局所的な分散により、必ずしも狙い通りの方向に磁束が配向されていない。これに対し、本発明の電磁鋼板では、圧延方向以外もしくは圧延直角方向以外へ磁束が流れようとするとき、これを低透磁率域でブロックすることにより、磁化容易軸方向である圧延方向もしくは圧延直角方向への磁束の流れを強めることができるものと考えられる。そして、このような本発明の電磁鋼板を用いれば、磁気的異方性を有する電磁鋼板の磁化容易軸方向を優先的に磁路に用いることが可能となり、これにより鉄損も低減されて電気機器の効率も大きく改善されることになるのである。
【００１０】
のち、連続鋳造によりスラブとする。その後、熱間圧延により、２〜３ｍｍの厚みに仕上げられた後、１回の冷間圧延もしくは、中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延により、最終製品厚みに仕上げられたのち、８００〜９００℃の一次再結晶焼鈍、さらには、最高１２００℃までの二次再結晶焼鈍により製造される。二次再結晶焼鈍は、連続焼鈍によってもよいが、通常箱焼鈍により行われる。箱焼鈍の場合は、焼鈍後に巻ぐせが残留しており、８００℃程度での平坦化焼鈍が施される。
【００１１】
そして、異方性電磁鋼板の技術の眼目は、
二次再結晶開始前に
１）最終的に得る二次再結晶方位を得やすい一次再結晶集合組織を形成させること、および、
２〉鋼中微細析出物、粒界偏析により適度な一次再結晶粒成長抑制効果を得ること、もしくは、逆に、高純度化により最終的に得る結晶方位の粒の移動度の相対的優位性を高めること、
にある。
【００１２】
したがって、上記１）および２）の条件が得られておれば、上に例示した圧延工程や焼鈍工程は必ずしも全て必須でなく、鋳造の方法、圧延の回数、焼鈍の温度などは、特に問わない。
【００１３】
さて、本発明において鋼板板面に形成される低透磁率域は、破束の流れを制御するために設けられる。
かかる低透磁率域の付与の方法としては、いかなる手法を用いてもよい。以下に代表的な低透磁率域の付与方法の好適例を列挙する。
【００１４】
１）平坦化焼鈍前に線状歪みを導入し、平坦化焼鈍の熱により、局所的に生成する一次再結晶組織を利用して低透磁率域を付与する。
２）平坦化焼鈍後に、プラズマジェット、レーザーにより線状の熱歪み部を形成して低透磁率域を付与する。
３）冷間圧延後に、印刷技術を駆使した電解研磨のマスク処理を施し、さらに電解法により線状溝を形成して低透磁率域を付与する。
４）冷間圧延後に、突起ロールにより線状溝を形成して低透磁率域を付与する。
５）平坦化焼鈍後に、突起ロールにより、線状歪みを形成して低透磁率域を付与する。
【００１５】
ここで線状の低透磁率域を構成する各線分の幅は、母材の磁化容易軸方向についての特性を損なわないために５００μｍ　以下とすることが望ましい。また、線状溝を設ける場合には、占積率低下の防止の観点から、幅５０μｍ以下、深さ７０μｍ以下とすることが望ましい。
【００１６】
また、線状の低透磁率域を構成する各線分の長さは、５〜１００ｍｍとするのが好ましい。５ｍｍ未満では、圧延方向以外もしくは圧延直角方向以外への磁束の流れをブロックするのが困難となり、磁束流れ制御の効果に乏しく、１００ｍｍ超えでは磁化容易軸方向の特性が劣化する傾向があるからである。
【００１７】
さらに、線状の低透磁率域は、電磁鋼板１ｍ２の当たり、１００〜１００００個形成するのが好ましい。１００個未満では、圧延方向以外もしくは圧延直角方向以外への磁束の流れをブロックするのが困難となり、磁束流れ制御の効果に乏しく、１００００個よりも多いと磁化容易軸方向の特性が劣化するからである。
【００１８】
線状の低透磁率域を構成する各線分の圧延方向に対する角度は、１０〜８０°が好ましい。
前記角度が１０°未満および８０°超えだと、圧延方向以外もしくは圧延直角方向以外への磁束の流れをブロックするのが困難となり、磁束流れ制御の効果に乏しいからである。
さらに、例えば図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、低透磁率域が圧延方向Ｌもしくは圧延直角方向Ｃに沿って周期的に配設することが、磁束の流れＭを圧延方向Ｌもしくは圧延直角方向Ｃに揃えることができる点で好ましく、このような周期配列した列を、鋼板板面に複数本配設することがより好ましい。
なお、低透磁率域は片面のみの配設でもよいが、両面に配設すれば改善効果はより大きくなる。ただし、表裏の低透磁率域の配設位置は、相互に作用を打ち消し合わないようにするため、表裏で同じ位置とするかもしくは表裏で近傍の位置とすることが好ましい。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図３（ａ）は、圧延方向Ｌに対し±４５°の傾斜角度θａ、θｂで延びる２本の線分１ａ、１ｂを交差させて低透磁率域２を複数個形成したときの一方向性電磁鋼板３の板面４の状態を示す模式図であり、図３（ｂ）は、同図（ａ）の電磁鋼板３を含む複数枚の電磁鋼板を曲げて、特許文献１の図１に示されているようなモータステータのステータコアを構成する複数個のＵ型コアセグメントのうちの１個のコアセグメント５を示した模式図である。
【００２０】
図３において、一方向性電磁鋼板３は、圧延方向Ｌに磁化容易軸を有しており、低透磁率域２は、この磁化容易軸を有効に利用する作用を行うもので、線分１ａ、１ｂは、幅４００μｍ　の線状の一次再結晶組織から構成されている。この組織は、平坦化焼鈍前に、突起ロールにより歪みを加えることにより平坦化焼鈍中に形成させた。
なお、線分１ａ、１ｂの圧延方向Ｌに対する傾斜角度θａ、θｂは、圧延方向Ｌと圧延直角方向Ｃとを座標軸とする直交座標系を考えたとき、線分が第１象限と第３象限に延在する場合、例えば図３（ａ）では線分１ａの前記角度θａを正の角度とし、線分が第２象限と第４象限に延在する場合、例えば図３（ａ）では線分１ｂの前記角度θｂを負の角度として示す。
【００２１】
（実施の形態２）
図４（ａ）は、圧延方向Ｌに対し±６０°の傾斜角度θａ、θｂで延びる２本の線分１ａ、１ｂを交差させて低透磁率域２を複数個形成したときの二方向性電磁鋼板６の板面７の状態を示す模式図であり、図４（ｂ）は、同図（ａ）の電磁鋼板６を擬Ｔ型に切り出した複数の部材８を組み合わせて、特許文献２の図１に示されているような分割コアとしたモータステータ９を構成したときの一部について示した模式図である。
【００２２】
図４において、二方向性電磁鋼板６は、圧延方向Ｌに磁化容易軸を有しており、線状低透磁率域２は、二つの磁化容易軸を有効に利用する作用を行うもので、線分１ａ、１ｂは、幅３００μｍ　の線状溝から構成されている。この溝は、最終冷間圧延後に、電解研磨に対するマスク処理となるグラビア印刷技術と電解研磨により形成させた。
【００２３】
（実施の形態３）
図５は、圧延方向Ｌに対し±４５°の傾斜角度θａ、θｂで延びる２本の線分１ａ、１ｂを交差させて低透磁率域２を形成したときの一方向性電磁鋼板１０を用いて、三相積みトランス鉄心１１を構成したときの模式図である。
【００２４】
図５において、一方向性電磁鋼板１０は、圧延方向Ｌに磁化容易軸を有しており、低透磁率域２は、この磁化容易軸を有効に利用する作用を行うもので、線分１ａ、１ｂは、幅３５０μｍ　の線状の熱歪み部から構成されている。この組織は、平坦化焼鈍後に、レーザーにより熱歪みを加えることにより形成させた。
【００２５】
なお、以上の説明では、低透磁率域２を、線状一次再結晶組織や線状溝や熱歪み部で構成した例で説明したが、その他の局所歪み付与についても同様に実施可能である。
【００２６】
【実施例】
次に、本発明の具体例を説明する。
（実施例１）
圧延方向のＢ８（磁化力８００Ａ／ｍに対する磯束密度）が、１．９２Ｔである一方向性電磁鋼板（素材Ａ）と、圧延方向および圧延直角方向のＢ８がいずれも１．８０Ｔの二方向性電磁鋼板（素材Ｂ）をそれぞれスリットコイルで準備した。準備した素材Ａのうちの半数については、平坦化焼鈍前に圧延方向に対して±４５°の角度で傾斜しかつ交差した小線分状圧下を施したのち、平坦化焼鈍し、線状の一次再結晶領域を形成した。小線分状の一次再結晶領域の幅は３００μｍ　、長さは３０ｍｍであり、鋼板の片面に、３００個／ｍ２の密度となるよう均等に形成した。なお、素材Ａの残りの半数については、従来通りの処理とした。また、準備した素材Ｂのうちの半数については、圧延方向および圧延直角方向の双方に対して±４５°の角度で傾斜しかつ交差した小線分状の線状溝を最終冷間圧延後に形成した。小線分状溝の幅は３５０μｍ　、長さは２５ｍｍであり、鋼板に３００個／ｍ２の密度となるよう均等に形成した。素材Ｂの残りの半数については、従来通りの処理とした。そして、これら４種類の電磁鋼板を用いてブラシレスＤＣモータ用ステータを作製した。ロータは、市販の表面磁石タイプのものを用いた。ブラシレスＤＣモータの定格出力はいずれも５００Ｗであり、各モータの３０００ｒｐｍ付近での最大効率（＝（出力／入力）×１００（％））を評価した。表１に、最大効率の評価結果を示す。
【００２７】
【表１】
2004103965.tif 000003
【００２８】
表１に示す評価結果から、板面に低透磁率域を形成した本発明の異方性電磁鋼板を用いて作製したモータ（Ｎｏ．１とＮｏ．３）は、板面に低透磁率域を形成しない比較鋼板を用いて作製したモータ（Ｎｏ．２とＮｏ．４）に比べて効率が優れている。
【００２９】
（実施例２）
圧延方向のＢ８が、１．９５Ｔである一方向性電磁鋼板（素材Ｃ）と、圧延方向および圧延直角方向のＢ８がいずれも１．８３Ｔの二方向性電磁鋼板（素材Ｄ）をそれぞれスリットコイルで準備した。準備した素材Ｃのうちの半数については、平坦化焼鈍後に圧延方向に対して±４５°の角度で傾斜しかつ交差した小線分状の熱歪み部を形成する処理を施した。小線分状の熱歪み部の幅は４００μｍ　、長さは５０ｍｍであり、鋼板の両面に、２００個／ｍ２の密度となるよう均等に形成した。なお、素材Ｃの残りの半数については、従来通りの処理とした。また、準備した素材Ｄのうちの半数については、圧延方向および圧延直角方向の双方に対して±４５°の角度で傾斜しかつ交差した小線分状の線状溝を最終冷間圧延後に形成した。小線分状溝の幅は４００μｍ　、長さは１０ｍｍであり、鋼板に１０００個／ｍ２の密度となるよ
う均等に形成した。素材Ｄの残りの半数については、従来通りの処理とした。そして、これら４種類の電磁鋼板を用いて三相積みトランスを作製し、ビルディングファクター、すなわち、鋼板で測定した鉄損値に対するトランスを製造して測定した鉄損値の比を評価した。表２に、ビルディングファクターの評価結果を示す。なお、表２中に示すビルディングファクターの数値は、１に近いほど効率が優れていることを意味する。
【００３０】
【表２】
2004103965.tif 000004
【００３１】
表２に示す評価結果から、板面に低透磁率域を形成した本発明の異方性電磁鋼板を用いて作製したトランス（Ｎｏ．５とＮｏ．７）は、板面に低透磁率域を形成しない比較鋼板を用いて作製したモータ（Ｎｏ．６とＮｏ．８）に比べて効率が優れている。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明の異方性電磁鋼板を用いてモータやトランスを製造することによって、モータやトランスの効率を格段に向上できるという有利な効果が得られる。特に、分割鉄心のような材料の異方性を有効に活用するコアにおいて顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の分割型モータコアの一例を示したものであり、左半部が側面図、右半部が断面図である。
【図２】従来の分割型モータコアの一例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態を示したものであり、
（ａ）は、板面に低透磁率域を形成したときの一方向性電磁鋼板の様子を示す平面図、
（ｂ）は、（ａ）の電磁鋼板を含む複数枚の電磁鋼板を曲げてＵ型の巻コアタイプのモータステータとしたときの斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示したものであり、
（ａ）は、板面に低透磁率域を形成したときの二方向性電磁鋼板の様子を示す平面図であり、
（ｂ）は、（ａ）の電磁鋼板を擬Ｔ型に切り出した複数の部材を組み合わせて分割コアとしたモータステータとしたときの平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示したものであり、板面に低透磁率域を形成したときの一方向性電磁鋼板を用いて形成した三相積みトランス鉄心の平面図である。
【図６】鋼板板面に低透磁率域を圧延方向もしくは圧延直角方向に沿って周期的に配設したときの磁束の流れを説明するための図であり、
（ａ）は、低透磁率域を圧延方向と圧延直角方向の双方に整列させた場合、
（ｂ）は、低透磁率域を圧延方向に整列させた場合、
（ｃ）は、低透磁率域を圧延直角方向に整列させた場合を示す。
【符号の説明】
１ａ、　１ｂ　線分
２　低透磁率域
３、１０　一方向性電磁鋼板
４、７　板面
５　コアセグメント
６　二方向性電磁鋼板
８　部材
９　モータステータ
１１　三相積みトランス鉄心
【図１】
2004103965.tif 000005
【図２】
2004103965.tif 000006
【図３】
2004103965.tif 000007
【図４】
2004103965.tif 000008
【図５】
2004103965.tif 000009
【図６】
2004103965.tif 000010