[发明专利]IPM马达的转子铁芯用钢板的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及主要使用于电动汽车、混合动力汽车或机床等的永磁铁嵌入型马达(以下记作“IPM马达”)的转子铁芯用钢板的制造方法。

背景技术

一般来说，IPM马达虽然由于使用了高价的永磁铁而成本变高，但与感应电动机相比效率高。因此，IPM马达在例如混合动力汽车以及电动汽车的驱动用马达和发电用的马达、家电产品、以及各种机床以及产业机械用的马达等中被广泛使用。

IPM马达的铁芯分为定子(stator)和转子(rotor)。由于通过绕组直接对定子侧的铁芯赋予交流磁场，因此为了提高效率，对定子侧的铁芯要求在为高导磁率的同时还能提高体积电阻率，并能减少铁损。因此，在定子侧的铁芯中使用了在超低碳钢中添加Si而改善了软磁特性的电磁钢板(例如参照专利文献1和2)。

另一方面，因为在转子侧的铁芯中嵌入了永磁铁，所以转子侧的铁芯主要承担作为磁轭提高磁通密度的作用。转子侧的铁芯虽然会微弱地受到从定子侧产生的交流磁场的影响，但该影响是有限的。因此，从特性的观点来看，无需在转子侧的铁芯中使用有利于铁损特性的电磁钢板。然而，由于当仅对定子使用电磁钢板时，会降低电磁钢板的产品成品率，而提高马达的制造成本，所以通常在转子侧的铁芯中也使用和定子侧相同的电磁钢板。

在IPM马达被装载于汽车中的情况下，从汽车的小型轻型化的需求出发对IPM马达也要求小型化。在这种情况下，为了即使小型化也能得到和以往同等以上的马达输出(转矩)而提高转子的转数。一般来说，转子的旋转速度越高马达的效率越好。但是，在IPM马达中，因嵌入的永磁铁的旋转，会在定子绕组中产生感应电动势。该感应电动势会随着旋转速度的上升而增加。而且，即便感应电动势超过输入电压马达也会变得无法旋转。因此，例如专利文献3所示那样，在IPM马达中，在高速旋转范围内运转时，进行从定子侧产生抵消永磁铁磁通量的方向的磁通量来抑制感应电动势的弱磁控制。通过该弱磁控制，一方面可进行在高速旋转范围内的运转，而另一方面为了抵消永磁铁的磁通量而使用电力，所以马达转矩会下降。此外，在专利文献3中，通过在磁铁的形状上想办法，从而实现减少在弱磁控制上使用的电量。

另一方面，当为了即使将IPM马达小型化也能得到和以往同等以上的转矩而提高转子的转数时，存在作用于嵌入转子的永磁铁的离心力增大以致转子破损的问题。为了不引起破损，优选屈服强度高的材料作为转子的原材料。例如在含有3％左右的Si的无方向性电磁钢板(35A300)的情况下，磁性退火后的屈服强度大约为400N/mm²左右。因此，在转子的直径为80mm以上的较大型IPM马达的情况下，虽然根据转子的构造不同会有差异，但可以认为20000rpm左右是不会引起破损的旋转速度的极限。以往，尽管进行了各种基于电磁钢板来提高铁芯的屈服强度的研究，但屈服强度也至多为780N/mm²左右。因此，作为抑制因为高速旋转化而造成转子铁芯的破损的方法，例如在专利文献4中，提出了作为转子铁芯用的原材料，不使用电磁钢板，而使用高强度且高饱和磁通密度的钢板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-133175号公报

专利文献2：日本特开2005-60811号公报

专利文献3：日本特开2000-278900号公报

专利文献4：日本特开2009-46738号公报

发明内容

发明所要解决的问题

然而，在专利文献3中，虽然通过在磁铁的形状上想办法从而实现减小在弱磁控制中使用的电量，但没有考虑到调节原材料钢板的剩余磁通密度以及矫顽力这一点。另外，专利文献4虽然利用高强度化而能高速旋转，但是未获得关于剩余磁通密度以及矫顽力的知见，关于弱磁控制时的高转矩化的可能性不明。

因此，本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种在用作IPM马达的转子用铁芯时，能使高速旋转范围内的输出转矩更大，能使最大转数更高的钢板的制造方法。

用于解决问题的方案

因此，本发明人为了解决上述问题，以各种钢板为原材料试制了IPM马达，进行马达的性能评价的结果是，发现：为了降低来自永磁铁的漏磁而增加对磁矩有效的磁通量，并且在进行弱磁控制的高速旋转范围内获得大的输出转矩，调节具有特定的成分组成的原材料钢板磁通密度以及剩余磁通密度是有效的，调节原材料钢板的磁通密度、剩余磁通密度以及矫顽力更加有效。