(57)【要約】【課題】高周波鉄損を効果的に低減でき、しかも低周波の磁束流れを阻害しない電磁鋼板を製造することのできる電磁鋼板の製造方法、この方法によってできる電磁鋼板、この電磁鋼板からなるロータコアおよびステータコアとモータを提供する。【解決手段】本発明の電磁鋼板の製造方法は、一方側の珪素濃度が他方側に比して高濃度となる面材３を用意する第１の工程と、２枚の面材３，３を、それぞれの珪素濃度の高い側３１、３１が外側となる姿勢で積層して面材積層体４を形成する第２の工程と、面材積層体４を圧延処理することによって電磁鋼板５を製造する第３の工程と、からなる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方側の珪素濃度が他方側に比して高濃度となる面材を用意する第１の工程と、
２枚の前記面材を、それぞれの珪素濃度の高い前記一方側が外側となる姿勢で積層して面材積層体を形成する第２の工程と、
前記面材積層体を圧延処理することによって電磁鋼板を製造する第３の工程と、からなる、電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】
前記第１の工程では、少なくとも珪素と鉄を含む溶湯を鋳込むとともに該珪素を重力偏析させてその一方側の珪素濃度が他方側に比して高濃度となる面材を形成する、請求項１に記載の電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程では、少なくとも珪素と鉄を含み、それぞれの珪素濃度が異なる２以上の溶湯を用意し、該溶湯を順次鋳込むことにより、その一方側の珪素濃度が他方側に比して高濃度となる面材を形成する、請求項１に記載の電磁鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程において、前記２枚の面材の間に、それぞれの面材の前記他方側の珪素濃度を有する別途の面材を介在させて面材積層体を形成する、請求項１〜３のいずれかに記載の電磁鋼板の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法によって製造される、電磁鋼板。
【請求項６】
請求項５に記載の電磁鋼板を積層してできるステータコア。
【請求項７】
請求項５に記載の電磁鋼板を積層してできるロータコア。
【請求項８】
請求項６に記載のステータコアと請求項７に記載のロータコアのいずれか一方もしくは双方を備えてなるモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁鋼板とその製造方法、この電磁鋼板が積層されてできるステータコアおよびロータコアと、これらのコアを備えてなるモータに関するものである。
【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て、駆動用モータの高出力化、軽量化、小型化への開発が日々進められている。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、高性能化への開発に余念がない。
【０００３】
モータの性能を向上させるには、モータ内部で発生する各種損失を如何に低減できるかが課題である。例えば、電気入力後においては、モータを構成するコイルにおいて導体抵抗損失に起因する銅損が生じ、ロータやステータには渦電流損失やヒステリシス損失に起因する鉄損（または高周波鉄損）が生じ、これらの損失に応じてモータ効率やトルク性能が低下することとなる。上記するモータの小型化により、モータ性能を高めるために高回転化が鋭意研究されているが、この高回転化に伴ってモータ損失は大きくなることから、低鉄損化は急務の課題となっているのが現状である。
【０００４】
ところで、ロータコアやステータコアを製造するための電磁鋼板に関し、その鉄損を低減すべくＣＶＤ法（浸珪処理法）を適用して電磁鋼板表面からその成分であるシリコンを拡散させて表層のシリコン濃度を高め、その高周波特性を改善せんとする技術が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、３層構造のクラッド材、具体的には、両側にシリコン濃度の高い鋼板、中央にシリコン濃度の低い鋼板を配置してこれらを圧着焼鈍することにより製造されるクラッド材からなる電磁鋼板が特許文献２に開示されている。
【０００６】
上記するＣＶＤ法による製造方法では、シリコンを高温雰囲気で時間をかけて拡散させることにより、その結晶粒径が粗大化してしまい、このことは渦電流損を大きくする原因となる。また、シリコン拡散のために高温雰囲気で長時間を要することから、従来一般の電磁鋼板の製造方法に比してその製造コストが高騰することは必至である。
【０００７】
一方、３層構造のクラッド材からなる電磁鋼板の場合には、シリコン濃度が相違する鋼板同士、すなわち、異種鋼板同士を合わせて圧着焼鈍することから、鋼板界面で剥がれが起き易いという問題がある。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−３０２４４９号公報
【特許文献２】特開２００２−３０２７４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、電磁鋼板成分の結晶粒径を粗大化させることなく、また、製造された電磁鋼板内部で剥がれが生じ難く、さらには製造コストを高騰させることのない、電磁鋼板の製造方法と、この製造方法によって製造される電磁鋼板、この電磁鋼板を積層してなるステータコアおよびロータコアとこれらコア材からなるモータ（電動機）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成すべく、本発明による電磁鋼板の製造方法は、一方側の珪素濃度が他方側に比して高濃度となる面材を用意する第１の工程と、２枚の前記面材を、それぞれの珪素濃度の高い前記一方側が外側となる姿勢で積層して面材積層体を形成する第２の工程と、前記面材積層体を圧延処理することによって電磁鋼板を製造する第３の工程と、からなるものである。
【００１１】
本発明の電磁鋼板の製造方法は、たとえば、鉄と珪素（シリコン）を少なくとも含む面材であって、その一方側は珪素濃度が相対的に高く、他方面は珪素濃度が相対的に低い面材を２枚用意し、珪素濃度の高い側を外側にして２枚の面材を積層し、これを圧延処理することにより、両側の珪素濃度が高く、内側の珪素濃度が低い電磁鋼板を製造するものである。なお、上記する面材は、鉄、珪素のほかにアルミニウムなどもその成分に含まれているものであってもよい。
【００１２】
ここで、２枚の面材は、それらが当接する上記他方側の珪素濃度が同濃度もしくは同程度の濃度となるように調整されており、したがって、２枚の面材が積層した状態において、同素材の面材が当接されるようになっている。このようにすることで、面材積層体が圧延処理された際に、２つの面材界面での剥離を抑止することができる。
【００１３】
圧延処理することによってできる所定厚みの上記する電磁鋼板は、その両側に珪素濃度が高く、内側に珪素濃度の低い鋼板となっており、このことは、高周波磁界が鋼板表面を流れ易いという、いわゆる表皮効果に基づいて鋼板表面で鉄損が生じ易くなるという課題に対し、鋼板表面の比抵抗を高めることでこの鉄損低減を図ることができること、鋼板の内側（内部）は珪素濃度が低いことから、低周波の磁束の流れを促進できること、という２つの効果を得ることができる。
【００１４】
ここで、１枚の面材の両側においてその珪素濃度を変化させる該面材の製造方法としては、次のような製造方法を挙げることができる。
【００１５】
その一つは、少なくとも珪素と鉄を含む溶湯を鋳込むとともに該珪素を重力偏析させ、その一方側の珪素濃度が他方側に比して高濃度となる面材を形成する方法である。
【００１６】
鋳型内に溶湯を流し込み、所定時間経過させると、鉄に比して重量の軽い珪素が上方に浮遊し、上方には珪素濃度の高い層が形成される一方で、相対的に重量の重い鉄は下方に沈降し、下方には鉄濃度が高く、珪素濃度が相対的に低い層が形成される（重力偏析）。
【００１７】
なお、溶湯温度は、その融点以上に調整されていればよく、たとえば１５００℃以上に設定しておくことができる。また、重力偏析に要する時間は、製造する面材の厚み等によって調整されるものである。
【００１８】
また、上記面材の他の製造方法において、前記第１の工程では、少なくとも珪素と鉄を含み、それぞれの珪素濃度が異なる２以上の溶湯を用意し、該溶湯を順次鋳込むことにより、その一方側の珪素濃度が他方側に比して高濃度となる面材を形成するものである。
【００１９】
この製造方法によれば、上記する重力偏析の場合に比して、製造時間を短縮することができる。また、珪素濃度の異なる溶湯をそれぞれ流し込んだとしても、たとえば、珪素濃度の低い（鉄濃度の高い）溶湯をはじめに鋳型に流し込み、次いで珪素濃度の高い溶湯を流し込むことにより、双方の溶湯内で成分移動（鉄の沈降や珪素の上昇）はほとんど生じないことから、その硬化を待つことで所望の面材を製造することが可能となる。
【００２０】
また、上記する２枚の面材から電磁鋼板を製造する方法のほかに、本発明による電磁鋼板の製造方法の他の実施の形態は、前記第２の工程において、前記２枚の面材の間に、それぞれの面材の前記他方側の珪素濃度を有する別途の面材を介在させて面材積層体を形成するものである。
【００２１】
この製造方法は、電磁鋼板の厚みを厚くする際に適用されるものであり、既述する２枚の面材の間に、これら面材の珪素濃度の低い側と同じもしくは同程度の珪素濃度の面材を介在させることにより、この中央の面材とその両側の面材間の界面剥離を生じさせずに、その両側に珪素濃度の高い電磁鋼板を製造することが可能となる。
【００２２】
なお、この中央に介在する面材は、１枚であってもよいし、２枚以上であってもよく、所望の厚みの電磁鋼板を製造するために必要な枚数に調整されればよい。
【００２３】
前記製造方法によって製造された電磁鋼板を所定形状に打ち抜き加工し、加工後の電磁鋼板を所定数積層し、たとえばその両端部をかしめたりスポット溶接等することにより、モータ用のステータコアやロータコアを製造することができる。
【００２４】
このステータコアおよび／またはロータコアを具備するモータは、これらコア材の高周波鉄損が抑止され、しかも低周波の磁束流れを阻害しない電磁鋼板にて形成されていることより、回転性能、トルク性能に優れ、モータ効率の高いモータとなる。
【００２５】
したがって、このモータは、近時その量産が盛んとなっていて、かつ、その高性能化、小型化が叫ばれているハイブリッド車や電気自動車の駆動用モータに好適である。
【発明の効果】
【００２６】
以上の説明から理解できるように、本発明の電磁鋼板の製造方法によれば、高周波鉄損を効果的に低減でき、しかも低周波の磁束流れを阻害しない電磁鋼板を製造することができる。さらに、この電磁鋼板からなるステータコアおよび／またはロータコアを具備する本発明のモータは、回転性能、トルク性能に優れ、高いモータ効率を備えたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の製造方法に係り、図１ａは鋳型に溶湯を流し込んでいる状況を説明した図であり、図１ｂは溶湯が硬化してできた面材を示した図である。図２ａは２枚の面材を積層してなる面材積層体を示した図であり、図２ｂは３枚の面材を積層してなる面材積層体を示した図であり、図３は面材積層体を熱間圧延している状況を説明した図である。なお、面材積層体は、図示する実施の形態以外にも、面材３，３の間に２枚以上の面材３’が介在するものであってもよい。
【００２８】
図１〜３に基づいて、本発明の電磁鋼板の製造方法を概説する。
まず、鉄と珪素（シリコン）からなる溶湯２またはさらにアルミニウムを含有する溶湯２を用意し、これを図１ａのごとく製造するべき形状の内空を有する鋳型１内に流し込む。
【００２９】
溶湯２を流し込んだ後、所定時間を経過させ、溶湯２内の珪素を上方に浮遊させ、鉄を下方に沈降させながら（重力偏析）その硬化を待つ。
【００３０】
溶湯２が硬化し、脱型された面材３を図１ｂに示す。重力偏析させることにより、面材３は、その上方が珪素濃度の高い側３１、その下方が珪素濃度の低い側３２からなる２層構造を呈する。たとえば、珪素濃度の高い側３１でＦｅ−６重量％Ｓｉ、下方でＦｅ−２重量％Ｓｉの面材３を製造することができる。
【００３１】
なお、図示を省略するが、面材３の他の製造方法として、珪素濃度の異なる２種類の溶湯（一方の溶湯は珪素濃度の高い側３１と同濃度の珪素を有し、他方の溶湯は珪素濃度の低い側３２と同濃度の珪素を有する）を用意し、鋳型１にそれらを順次流し込むことにより、図１ｂで示す面材３を製造する方法であってもよい。
【００３２】
次いで、図２ａで示すように、面材３を２枚用意し、双方の珪素濃度の低い側３２、３２を当接させて面材積層体４を製作する。
【００３３】
なお、図２ｂは、面材３，３の間に、該面材３の珪素濃度の低い側３２と同濃度の珪素濃度を有する面材３’を介在させて面材積層体４Ａを製作したものである。この面材積層体４Ａは、面材４よりも厚めの電磁鋼板を製造したい場合の実施例である。
【００３４】
次いで、図３で示すように、たとえば、図２ａで示す面材積層体４を再度加熱し、ローラ６，６間を通して（Ｘ方向）熱間圧延処理を施し、冷間処理を施して電磁鋼板５が製造される。
【００３５】
圧延処理されてできる電磁鋼板５は、その両表面５１，５１の珪素濃度が高く、その内部の珪素濃度が低い鋼板となっている。
【００３６】
以上で概説する製造方法によって電磁鋼板を製造し、この電磁鋼板を所定の形状、たとえば円盤状、円環状に打ち抜き加工し、加工された電磁鋼板を所定高さに積層し、スポット溶接等することにより、モータ用のロータコアやステータコアを製造することができる。
【００３７】
[従来の電磁鋼板（比較例）と、本発明の製造方法によってできた電磁鋼板（実施例）に関し、双方の鉄損を比較した解析とその結果]
本発明者等は、Ｆｅ−４重量％Ｓｉの電磁鋼板およびＦｅ−６重量％Ｓｉの電磁鋼板（それぞれ比較例１，２であり、Ｓｉ濃度は鋼板内で均一）と、上方がＦｅ−６重量％Ｓｉ，下方がＦｅ−２重量％Ｓｉの２枚の面材を使用して図１〜３の製造方法で製造された電磁鋼板（実施例であり、電磁鋼板内全体のＳｉ含有量は比較例と同じ）とで、双方の鉄損を解析にて求めた。なお、本解析では、双方の電磁鋼板を０．３ｍｍの厚みとしている。
【００３８】
解析結果を図４に示しており、図では、比較例の鉄損を１．０に正規化している。
【００３９】
解析の結果、比較例１に対して実施例の電磁鋼板を使用した場合には、鉄損がおよそ２０％低減できることが分かった。また、比較例２と比較して、ほぼ同等の鉄損低減効果が得られることが分かった。本発明によれば、実施例の電磁鋼板では、比較例１に比してその表面の珪素濃度が高いことから比抵抗が高くなり、高周波鉄損の低減効果が高められたものと特定されている。
【００４０】
その一方で、実施例にかかる電磁鋼板の内部では比較例１，２に比して珪素濃度が低くなっており、このことは、低周波磁束の流れがより促進されることを意味している。したがって、全体として、モータ効率を向上させること、モータの回転性能とトルク性能の双方を向上させること、を実現できるものである。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の製造方法に係り、（ａ）は鋳型に溶湯を流し込んでいる状況を説明した図であり、（ｂ）は溶湯が硬化してできた面材を示した図である。
【図２】（ａ）は２枚の面材を積層してなる面材積層体を示した図であり、（ｂ）は３枚の面材を積層してなる面材積層体を示した図である。
【図３】面材積層体を熱間圧延している状況を説明した図である。
【図４】従来の電磁鋼板（比較例１，２）と、本発明の製造方法によってできた電磁鋼板（実施例）とで、双方の鉄損を比較した解析結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１…鋳型、２…溶湯、３，３’…面材、３１…珪素濃度の高い側、３２…珪素濃度の低い側、４，４Ａ…面材積層体、５…電磁鋼板、５１…表面、５２…内部、６…ローラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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