JFE 技報 No. 8（2005 年 6 月）p. 7–10

分割コアモータ用として優れた磁気性能を有する電磁鋼板とその評価
Newly Developed Grain-Oriented Electrical Steel Sheet
Suitable for the Application to Segmented Core Motor
今村猛

IMAMURA Takeshi

JFE スチール

スチール研究所

電磁鋼板研究部主任研究員（副課長）寺島敬

TERASHIMA Takashi

JFE スチール

スチール研究所

電磁鋼板研究部主任研究員（係長）早川康之

HAYAKAWA Yasuyuki JFE スチール

スチール研究所

電磁鋼板研究部主任研究員（課長）・工博

要旨
フォルステライト被膜を有しない加工性に優れた方向性電磁鋼板「JGE」を開発した。JGE は従来の方向性電磁鋼板と比較して打抜性に優れており，複雑な形状に打抜いて作製するモータ製品に適した材料である。モータの中でも分割コア型モータは，磁気特性の良好な圧延方向に磁束が集中するティース方向を揃えて打抜いたセグメントを組み合わせて作製することが可能であることから，JGE の適用が特に有利であると期待される。分割型モータのセグメントを模した T 型形状のサンプルによる磁気特性評価の結果，JGE は高級無方向性電磁鋼板「JN210」と比較して低鉄損であった。さらに，分割コア型ブラシレス DC モータを作製し，モータ評価を行った結果でも，JGE は高級無方向性電磁鋼板と比較して最大モータ効率が高く，特に高トルク，高回転数領域において高いモータ効率を示した。

Abstract:
Grain-oriented electrical steel sheet “JGE” without forsterite (Mg2SiO4) undercoating has been developed. Since JGE has nohard coat like forsterite, the working abilities such as the lifetime of blanking dies is superior to conventional grain-oriented
steel sheet. Magnetic property test using a T-shaped sample that imitates a part of a segmented motor core shows the iron lossof JGE is remarkably low compare to high grade of non-oriented steel sheet, JN210. The maximum motor efficiency of thesegmented core motor using JGE is higher than that of non-oriented steel sheet of high grade, especially in the range of higher
torque and higher rotational speed.

束の集中するティース方向の磁気特性を改善すればモータ

1. 緒言全体の性能改善に寄与すると考えられる。そのため圧延方向の磁気特性に優れた方向性電磁鋼板を用いることにより，環境問題への関心が地球規模で高まるなか，産業機器分分割型モータの高効率化が実現できると期待される。とこ野においても，エネルギーロスを削減すべく駆動を担うろが，従来の方向性電磁鋼板には表面に硬質なフォルステモータなどで高効率化が図られている。モータには，さまライト被膜が存在するため，打抜金型の磨耗が激しいためざまなタイプがあり固有の特徴を有しているが，最近ではにモータ用途として使用されることは稀であった。

高効率を達成可能なブラシレス DC モータに注目が集まり，

JFE スチールでは，このような分割モータ用途に適した，電気自動車やハイブリッド車の駆動モータとしても採用さ加工性を大幅に改善した方向性電磁鋼板「JGE」を開発しれている。さらには，従来はモータ形状をその形状のままた打抜く一体打抜が主流であったが，モータをいくつかのセ有しない加工性に優れた材料であり，また圧延方向には汎グメントに分けて打抜き，最終的に組み合わせる分割型が用方向性電磁鋼板なみの磁気特性を有し，かつ圧延直角方開発された

1,2)

3,4)

。この材料は，フォルステライトのような硬質被膜を。分割型は各セグメントに巻線を施してから向の鉄損は従来の方向性電磁鋼板と比較して大幅に改善しコアに組み合わせるため，巻線占積率の向上や巻線径を太ている。本稿では，JGE を用いて分割型のブラシレス DCくすることによる銅損の低減が可能となる。さらに，各セモータを作製し，そのモータ特性を評価した結果について

グメントはティースとヨークから構成されており，特に磁述べる。

− 7 −分割コアモータ用として優れた磁気性能を有する電磁鋼板とその評価

このような方向性電磁鋼板の打抜性における不利な点

2. 材料の加工性と磁気特性は，従来の方向性電磁鋼板の主用途である大型の変圧器を作製する際には大きな問題とはならなかったが，モータコ

Table 1 に商用周波数 50 Hz で励磁した場合の JGE，汎アのように複雑な形状に打抜いて作製する場合には極めて用方向性電磁鋼板「JG155」，高級無方向性電磁鋼板「JN210」

重要な必要特性であることから，それらの特性が良好なの鉄損および磁束密度を示す。表中の W10/50 は 50 Hz の周JGE はモータに適した材料であると言える。

波数で測定試料を 1.0 T に励磁したときの鉄損を表しており，B8 は磁化力 800 A/m で測定試料を励磁したときの磁3. T 型サンプルを用いた磁気特性評価束密度を表している。また，磁気測定方向は圧延方向をRD（rolling direction）， 圧 延 直 角 方 向 を TD
（transverse

分割型ブラシレス DC モータのステータコアは，T 型をdirection）で 示 し た。 測 定 し た 供 試 材 の 板 厚 は す べ てしたセグメントを円形に並べた構造であり，T 型の横方向0.35 mm である。JGE の圧延方向（RD）における鉄損およびがステータコアのヨーク部，縦方向がティース部を形成す

磁束密度は JG155 と比較してほぼ同程度であるが，JN210る。製品の開発段階においては，開発素材のモータ特性をと比較すると極めて優れている。また圧延直角方向（TD）に迅速かつ簡便な方法で行うことが必要となることから，分おいては，JGE の鉄損が JG155 と比較して極めて優れてお割モータコアの磁気特性を見積もるべく，T 型の形状をしり，さらに低磁束密度（1.0 T）で励磁した場合の鉄損（W10/50）

たサンプルで磁気特性評価を行った。本稿では便宜上，分は JN210 に近い値である。高周波での磁気特性は JGE の割コアにおける部位と対応させるため，T 型サンプルの横優位性が際立つ結果となり，Table 2 に示すように 400 Hz，方向をヨーク，縦方向をティースと称す。

5 000 Hz での鉄損は JGE が最小である。JGE が高周波におT 型サンプルの磁気特性評価は，Fig. 1 に示す実験装置

ける磁気特性が優れているのは，フォルステライト被膜がを用いて行った。サンプルの 3 つの端部それぞれに励磁コ存在しないことに起因して表面の平滑性が良好であるこイルを取り付け，独立して励磁できる設計である。励磁パと，二次再結晶粒の中に粒径数百 µm の微細な粒が存在しターンは，実際の分割モータの励磁状態を測定して，得らて，局所的な磁区細分化が生じていることが原因であるとれたパターンを本実験で適用した。サンプル形状は，ティー3)

考えられる 。

ス，ヨークともに幅 30 mm，長さ 100 mm である。供試材JGE は従来の方向性電磁鋼板に備わる硬質のフォルステライト被膜を有していないことから，打抜加工性に優れては JGE と JN210 を採用した。JGE は磁気特性の優れた圧延方向をサンプルのティース方向に揃えている。

いる。打 抜 加 工 性を評 価 するため，試 料を円形に打 抜

Fig. 2 に T 型サンプルでの鉄損測定結果を示す。JGE はき，一定の試料かえり高さ（50 µm）になるまでの打抜回数

高級無方向性電磁鋼板の JN210 と比較して約 8 割と鉄損がを調査したところ，JGE は硬質のフォルステライト被膜を有する汎用方向性電磁鋼板と比較して約 10 倍の打抜回数

Exciting coil3)を示し，打抜性が良好であることが示された 。
Magnetic properties of samples at 50 Hz frequency
Iron loss
Specimen Direction

JGE
JG155
JN210

Table 2Magnetic flux density

W10/50(W/kg)

W15/50(W/kg)

B8 (T)

B50 (T)

RD

0.51

1.24

1.79

1.95

TD

1.14

2.89

1.35

1.55

RD

0.41

1.02

1.83

1.97

TD

1.57

3.58

1.38

1.47

RD

0.85

1.86

1.52

1.69

TD

1.04

2.06

1.46

1.64

Yoke

Fig. 1

Magnetic properties of samples at high frequencies

SpecimenDirection

JGE

Iron loss
W10/400 (W/kg)

W1/5 000 (W/kg)

RD11.411.2

JG155RD

12.9

14.4

JN210RD14.5

11.9

JFE 技報 No. 8（2005 年 6 月）

Experimental apparatus

1.2
Normalized iron loss

Table 1Search coilT-shapedsample

10.8
0.6
0.4
0.20JGE

Fig. 2− 8 −JN210

Normalized iron losses of T-shaped samples made of
JGE and JN210分割コアモータ用として優れた磁気性能を有する電磁鋼板とその評価大幅に低く，分割モータコアを模した磁気測定結果においがって，JN210 の場合は磁束量に比例して鉄損が増大し，ては，JGE が優れていることが分かる。

JGE の局所鉄損よりも大幅に高くなったと考えられる。

5)を用い，T 型サンプルの局所磁気特性

JGE が 45° 方向に磁束が流れ難いのは鋼板が Goss 方位粒および局所励磁状態を調査した。測定箇所は Fig. 3 に示すによって占められており，45° 方向は磁化困難軸である6 ヶ所（No. 1 〜 6）であり，その箇所での鉄損測定結果を＜111＞軸が集積している方向に近いためであると考えられTable 3 に示す。どの箇所においても JGE は JN210 よりもる。

さらに，探針法

鉄損が低かった。Fig. 4 に本測定で得られた No. （2 ティース部）と No. （4 接合部）における各方向の最大磁束密度を表

4. 分割コアモータ特性評価した局所磁束密度軌跡を示す。No. 2 では局所磁束密度軌跡が JGE と JN210 とでほぼ同じ大きさであり，ティース方近年，環境問題への対応として電気自動車やハイブリッ向に伸長した形状である。No. 2 での局所鉄損に差が生じド車の開発に拍車がかかっているが，日本においてはこれたのは，ティース方向は鋼板の RD 方向であり，Table 1 でらの駆動系を担うモータはブラシレス DC モータが主流と示したように JGE は JN210 よりも RD 方向の鉄損が大幅になっている6〜8)。そこで，本測定においてもブラシレス DC低いことが原因であると考えられる。No. 4 では JGE の局モータタイプの分割コアを用いて評価を行った。Photo 1

所磁束密度軌跡が JN210 に比べて小さく，かつ JGE はひに本実験で使用したモデルモータ測定装置，ブラシレスし形をなしているのに対し，JN210 は長方形をなしている。

DC モータの仕様を Table 4 に示す。定格出力は 300 W，このことは，JGE はティース方向とヨーク方向に主としてロータは希土類磁石表面型（8 極）である。テストモータの磁束が流れるが，JN210 はティース - ヨーク間の方向（45°駆動電圧を PWM パルス幅によって調整し，一定の無負荷方向）にも多くの磁束が流れることを意味している。した回転数に設定した後，負荷モータによりトルクを印加して回転数スイープによりモータ特性を測定した。モータ特性

20 mm

としては，モータ効率とトルク - 回転数特性を測定した。

15 mm

また，供試材は JGE と JN210 とした。

30 mm

Fig. 5 に最大モータ効率の測定結果を示す。この結果か

15 mm 20 mm
No. 515 mm

ら，JGE は JN210 よりも最大モータ効率が高いことが分か

No. 6る。Fig. 6 にトルクおよび回転数を変化させて得られた

No. 4
15 mm

15 mm

No. 3

モータ効率マップを示す。JGE は JN210 と比較して効率のNo. 2高い領域が広範囲に広がっており，特に高回転数側でそのNo. 1差が顕著である。Fig. 7 に回転数が 1 500 rpm でのトルクモータ効率曲線を示す。これより，JGE は 2.3 Nm 以上の

30 mm

Fig. 3 Illustration of the measured points on a T-shaped sample

Table 3高トルク側で JN210 よりも高効率であることが分かる。

Magnetic properties of samples at high frequencies
Local iron loss (W/kg)

Specimen

No. 1

No. 2

No. 3

No. 4

No. 5

No. 6JGE

3.5

3.59

2.17

1.24

1.69

1.63

JN210

5.39

5.35

4.27

2.78

2.63

1.94

Test motor

Tachometer

Photo 1
Tooth
direction
1.5Toothdirection
JGE
JN210

1.00.50Table 4

JGE
JN210

1.0Yoke

0.5 1.0 1.5 direction

0Yoke

0.5 1.0 1.5 direction

No. 4

Illustrations of the local flux distributions on JGE andJN210− 9 −Break motor

Model motor testing machine

Specifications of tested brushless DC motor

Motor typeSurface permanent magnet type brushless DCmotor

Rated power

300 W

Input voltage

48 V (DC)

Stator dimensions

φ140 (OD)  φ84 (ID)  66 (H) mm

Number of slots

12Rotor dimensions

φ83 (OD)  66 (H) mm

Number of poles

8

0.5

No. 2

Fig. 4

1.5

Torque meter

JFE 技報 No. 8（2005 年 6 月）

分割コアモータ用として優れた磁気性能を有する電磁鋼板とその評価

Maximum motor
efficiency (%)

92.7

92.5

新規に開発した方向性電磁鋼板（JGE）の T 型サンプル磁92.4

性評価およびモータ特性評価を行い，以下の知見を得た。

92.3
92.2

Fig. 55. 結言92.6（1） T 型 サ ン プ ル に よ る 磁 気 特 性 評 価 を 行 い，JGE はJGE

JN210 と比較して鉄損が低い。これは，JGE は Goss

JN210

方位粒でありティース方向とヨーク方向にのみ効率的

Maximum motor efficiency of the model motor made of
JGE and JN210に磁束が流れるが，JN210 はそれ以外の方向にも磁束が流れることに起因する。

Motor efficiency (%)
87.5
8582.59092.5342
1003

モータ効率が高くかつ広いトルク - 回転数領域で高効率を達成している。

10(a) JGE

Fig. 6

特性を評価したところ，JGE は JN210 と比較して最大82.5 85 87.5
9092.520500 1 000 1 500 2 000
Revolution (min1)（2） 分割型でブラシレス DC モータを作製し，そのモータ

Motor efficiency (%)

82.5

Torque (Nm)Torque (Nm)

4500 1 000 1 500 2 000
Revolution (min1)

参考文献(b) JN210

1） 福田幸一，藤村章，斉藤政昭，角田和彦，瀧口士郎．Honda R&D
Technical Review．vol. 11，no. 2，1999，p. 1．
2） 三宅展明．三菱電機技報．vol. 76，no. 6，2002，p. 426．
3） 早川康之，今村猛，平嶋浩一．川崎製鉄技報．vol. 35，no. 1，2003，

Motor efficiency maps obtained from the model motor
measurement

p. 11．
4） 河野雅昭，千田邦浩，早川康之．川崎製鉄技報．vol. 35，no. 1，2003，
p. 1．
5） 千田邦浩，石田昌義，小 松 原道 郎．川崎 製 鉄 技 報．vol. 29，no. 3，

Motor efficiency (%)

95

1997，p. 159．
6） 近藤康宏． 未来自動車のゆくえ ．日本金属学会セミナーテキスト．

901998，p. 37．
7） 阿部眞一．特殊鋼．vol. 51，no. 5，2002，p. 7．

858） 松木正人，若城輝男，神山敏宏，佐藤利行，賀来嘉昭，神田正浩．
Honda R&D Technical Review．vol. 14，no. 1，2002，p. 39．

80
75
70

JGE
JN210
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Torque (Nm)Fig. 7Torque dependence of the motor efficiency at 1 500 rpm
revolution

以上の結果から，JGE はブラシレス DC モータに多く使用されている高級無方向性電磁鋼板と比較しても高トルク・高回転数領域で優れたモータ効率が得られ，分割型モータ用途として適した材料であると言える。

今村− 10 −猛寺島敬

早川康之