ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА, НАБОР СЕРДЕЧНИКА СТАТОРА И СЕРДЕЧНИКА РОТОРА, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИСТА ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ ДЛЯ СТАТОРА И ЛИСТА ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ ДЛЯ РОТОРА, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАТОРА И РОТОРА И НАБОР ЛИСТОВ ИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ Российский патент 2024 года по МПК H02K1/02 H01F1/147 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001]

Настоящее изобретение относится к вращающейся электрической машине, набору сердечника статора и сердечника ротора, способу изготовления вращающейся электрической машины, способу изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора, к способу изготовления статора и ротора и к набору листов изотропной электротехнической стали.

Настоящая заявка испрашивает право приоритета на основании заявки на патент Японии №2021-061620, поданной в Патентное ведомство Японии 31 марта 2021 года, и заявки на патент Японии №2021-094807, поданной в Патентное ведомство Японии 4 июня 2021 года, содержание которых включается в настоящий документ посредством ссылки.

Уровень техники

[0002]

Известны различные методы улучшения характеристик двигателя, сердечник статора которого размещен в кожухе. Например, в Непатентном документе 1 описывается, что тепло, генерируемое из-за потерь в меди в обмотке, намотанной на зубцовую часть сердечника статора, излучается от кожуха, расположенного вдоль внешней периферии сердечника статора, в атмосферу или охлаждающую воду, протекающую через охлаждающую рубашку, через сердечник статора. Кроме того, в Непатентном документе 1 описывается, что в двигателе, установленном на транспортном средстве, в состоянии, когда часто используется область высокого крутящего момента, например, при подъеме по крутому склону, и преобладают потери в меди, повышение температуры на стороне обмотки с длинным путем теплопередачи к кожуху становится фактором, ограничивающим мощность двигателя.

[0003]

В Непатентных документах 2 и 3 описываются способы улучшения характеристик излучения со стороны обмотки посредством охлаждения двигателя с помощью ATF (Жидкости для автоматической коробки передач), которая смазывает силовую электродвижущую часть, подшипник и тому подобное, для подавления повышения температуры на стороне обмотки.

[0004]

Кроме того, известны различные методы формирования сердечника статора двигателя посредством пакетирования стальных листов, подвергнутых различным формовочным обработкам, таким как вырубка и обрезка. Например, в Патентном документе 1 описывается способ удаления области, соответствующей диапазону от 40% до 60% толщины листа листового материала, подлежащего обработке, посредством осуществления обрезки, при которой удаляется область, соответствующая диапазону от 5% до 25% толщины листа листового материала, подлежащего обработке, за один раз, на торцевой поверхности, подвергаемой вырубке. Согласно методике, описанной в Патентном документе 1, посредством удаления области, соответствующей заданному отношению к толщине листа обрабатываемого листового материала, можно получить вращающийся сердечник электрической машины с низкими потерями в железе без отжига сердечника вращающийся электрической машины. Однако при удалении области, соответствующей заданному соотношению, неизбежно небольшое снижение производительности.

Документы предшествующего уровня техники

Патентный документ

[0005]

Патентный документ 1 Патент Японии №5598062

Непатентный документ

[0006]

Непатентный документ 1 "Study on High Power Density of HV Drive Motor", Munehiro Kamiya, Doctoral Thesis, 2008

Непатентный документ 2 "Thermal Analysis of Motor Cooling Structure Using ATF of Hybrid Electric Vehicle (HEV)", Sadahisa Onimaru, Hirohito Matsui, Tomonari Taguchi, Kenji Otaka, Eiji Ichioka, Tatsuhiko Mizutani, Society of Automotive Engineers of Japan, Academic Lecture preprint, No. 68-06, P. 19-24, 20

Непатентный документ 3 'Development of a new hybrid transmission fc FWD sports Utility Vehicles", Hata, H., Kojima, M., Watanabe, Н., Mizutani, Т. et a SAE Technical Paper 2005-01-0272, 2005

Описание изобретения

Проблемы, решаемые изобретением

[0007]

Если температура повышается из-за потерь в железе и потерь в меди в двигателе, тогда становятся более вероятными различные проблемы, такие как возникновение диэлектрического пробоя, размагничивание магнита и увеличение потерь в меди, так что является предпочтительным, чтобы обмотки, сердечник статора и тому подобное, эффективно охлаждались. Поскольку теплопроводность или температуропроводность сердечника статора выше, чем теплопроводность или температуропроводность воздуха, большая часть тепла, выделяемого в обмотках, сердечнике статора и тому подобное, рассеивается наружу из двигателя через сердечник статора. В двигателе, сердечник статора которого размещен в кожухе, поскольку большая часть тепла, выделяемого в обмотках, сердечнике статора и тому подобное, рассеивается через кожух, является предпочтительным, чтобы имелись хорошие характеристики теплопроводности между сердечником статора и кожухом.

С другой стороны, если ротор имеет низкую теплопроводность или низкую температуропроводность, поскольку потери в железе уменьшаются из-за повышения температуры, с этой точки зрения является предпочтительным, чтобы теплопроводность или температуропроводность были низкими. Не существует двигателя, который использует преимущества характеристик теплопроводности или температуропроводности.

[0008]

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание метода повышения эффективности двигателя при одновременном улучшении характеристик теплопроводности или характеристик рассеивания тепла между сердечником статора и кожухом посредством повышения теплопроводности или температуропроводности статора с помощью медного провода для предотвращения увеличения потерь в меди, а также снижение теплопроводности или температуропроводности ротора для уменьшения потерь в железе из-за генерации тепла.

Средства решения проблем

[0009]

Настоящее изобретение имеет следующую сущность для решения указанных выше проблем.

(1) Первый аспект настоящего изобретения представляет собой вращающуюся электрическую машину, содержащую статор, ротор и кожух, который вмещает статор и ротор, в котором удовлетворяется, по меньшей мере, одно условие из

Условия 1: теплопроводность А листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, находится в диапазоне от 12 до 35 Вт/(м⋅К), теплопроводность В листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, находится в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К), и обе теплопроводности соответствуют соотношению согласно выражению (1) А>В, и

Условия 2: температуропроводность А1 листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, находится в диапазоне от 3,0×10^-6 до 9,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), температуропроводность В1 листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора находится в диапазоне от 2,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), и обе температуропроводности соответствуют соотношению согласно выражению (3) A1>В1.

(2) Во вращающейся электрической машине согласно указанному выше пункту (1) может выполняться Условие 1.

(3) Во вращающейся электрической машине согласно указанному выше пункту (1) может удовлетворяться Условие 2.

(4) Во вращающейся электрической машине в соответствии с любым из пунктов (1)-(3) химический состав в каждом из листов изотропной электротехнической стали, которые используются для сердечника статора и сердечника ротора, массовое содержание элементов, %, находится в следующих диапазонах: С: 0,0100% или менее, Si: 2,6% или более и 4,5% или менее, Mn: 0,1% или более и 3,0% или менее, Р: 0,15% или менее, S: 0, 0030% или менее, N: 0,0040% или менее, Аl: 0,1% или более и 2,0% или менее, один или оба элемента, выбранных из Sn и Sb: от 0% до 0, 200%, Cr: от 0% до 0,400%, Ni: от 0% до 5,0%, Cu: от 0% до 5,0%, Са: от 0% до 0,010%, Mg: от 0% до 0,0100%, редкоземельный элемент (REM): от 0% до 0,010%, В: от 0% до 0, 0050%, Ti: 0, 0030% или менее, О: 0,0200% или менее, а остаток состоит из Fe и примесей.

(5) Во вращающейся электрической машине в соответствии с указанным выше (4), значение выражения (2) ниже для листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, ниже значения выражения (2) для листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора.

Выражение (2): 9,9+12,4 × Si (мас. %)+6,6 × Mn (мас. %)+10,0 × Al (мас. %)

(6) Во вращающейся электрической машине в соответствии с указанным выше пунктом (4) или (5) химический состав листа изотропной электротехнической стали может содержать Р: менее 0,03 мас. %.

(7) Во вращающейся электрической машине в соответствии с любым из пунктов (4)-(6) химический состав листа изотропной электротехнической стали может содержать Cr: от 0,001% до 0,400 мас. % и удовлетворять выражению (4).

Выражение (4): Cr (%) масс × O (%) масс < 8,0×10^-5

(8) Во вращающейся электрической машине в соответствии с любым из указанных выше пунктов (1)-(7) размер зерен листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, может составлять менее 80 мкм.

[0010]

(9) Второй аспект настоящего изобретения представляет собой набор сердечника статора и сердечника ротора, который используются для вращающейся электрической машины в соответствии с любым из указанных выше пунктов (1)-(8).

[0010]

(10) Третий аспект настоящего изобретения представляет собой способ изготовления вращающейся электрической машины, включающий: изготовление вращающейся электрической машины с использованием набора сердечника статора и сердечника ротора в соответствии с указанным пунктом выше (9).

[0012]

(11) Четвертый аспект настоящего изобретения представляет собой способ изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины в соответствии с указанным выше пунктом (1), в котором, когда лист из изотропной электротехнической стали, в котором в химическом составе массовое содержание элементов, %, находится в следующих диапазонах: С: 0,0100% и менее, Si: 2,6% или более, и 4,5 или менее, Mn: или более и 3,0% или менее, Р: 0,15% или менее, S: 0, 0030% или менее, N: 0, 0040% или менее, Al: 0,1% или более и 2,0% или менее, один или оба элемента, выбранных из Sn и Sb: 0% - 0,200%, Cr: 0% - 0,400%, Ni: 0% - 5,0%, Cu: 0% - 5,0%, Са: 0% - 0,010%, Mg: 0% - 0,0100%, редкоземельный элемент (REM): 0% - 0,010%, В: 0% - 0, 0050%, Ti: 0, 0030% или менее, О: 0, 0200% или менее, а остаток, состоящий из Fe и примесей, получают с помощью способа, который включает выплавку стали, горячую прокатку, отжиг горячекатаного листа, травление, холодную прокатку и финишный отжиг, устанавливаются два типа температур отжига для финишного отжига, а температура финишного отжига листа изотропной электротехнической стали для ротора устанавливается как температура в диапазоне от 600°С до 900°С, которая ниже температуры финишного отжига листа изотропной электротехнической стали для статора, так что удовлетворяется, по меньшей мере, одно выражение из выражения (1) А>В и выражения (3) Al>Вl.

(12) В способе изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины согласно указанному выше (11), может удовлетворяться выражение (1).

(13) В способе изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины согласно указанному выше (11) может удовлетворяться выражение (3).

(14) В способе изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины по любому из указанных выше пунктов (11)-(13), химический состав листа изотропной электротехнической стали может содержать Р: менее 0,03 мас. %.

(15) В способе изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины по любому из указанных выше пунктов (11)-(14), химический состав листа изотропной электротехнической стали может содержать Cr: от 0,001% до 0,400 мас. %.

[0013]

(16) Пятый аспект настоящего изобретения представляет собой способ изготовления статора и ротора вращающейся электрической машины в соответствии с указанным выше пунктом. (1), включающий: изготовление листа изотропной электротехнической стали, в химическом составе которого массовое содержание элементов, %, находится в следующих диапазонах: С: 0,0100% или менее, Si: 2,6% или более и 4,5% или менее, Mn: 0,1% или более и 3,0% или менее, Р: 0,15% или менее, S: 0,0030% или менее, N: 0,0040% или менее, Аl: 0,1% или более и 2,0% или менее, один или оба элемента, выбранных из Sn и Sb: 0% - 0, 200%, Cr: 0% - 0, 400%, Ni: 0% - 5,0%, Cu: 0% - 5,0%, Са: 0% - 0,010%, Mg: 0% - 0,0100%, редкоземельный элемент (REM): 0% - 0,010%, В: 0% - 0, 0050%, Ti: 0,0030% или менее, О: 0,0200% или менее, а остаток, состоящий из Fe и примесей, с помощью способа, который включает выплавку стали, горячую прокатку, отжиг горячекатаного листа, травление, холодную прокатку и финишный отжиг; вырубку материала который используется для статора, и материала, который используется для ротора, из полученного листа изотропной электротехнической стали и пакетирование материалов; и осуществление отжига для снятия напряжения только на статоре так, что удовлетворяется, по меньшей мере, одно выражение из выражения (1) А>В и выражения (3) Al>Bl.

(17) В способе изготовления статора и ротора вращающейся электрической машины по указанному выше пункту (16) может выполняться выражение (1).

(18) В способе изготовления статора и ротора вращающейся электрической машины по (16) может удовлетворяться выражение (3).

(19) В способе изготовления статора и ротора вращающейся электрической машины по любому из указанных пунктов (16)-(18) химический состав листа изотропной электротехнической стали может содержать Р: менее 0,03 мас. %.

(20) В способе изготовления статора и ротора вращающейся электрической машины по любому из указанных пунктов (16)-(19) химический состав листа изотропной электротехнической стали может содержать Cr: 0,001% - 0,400 мас. %.

[0014]

(21) Шестой аспект настоящего изобретения представляет собой набор листов изотропной электротехнической стали, который используется для материала сердечника вращающейся электрической машины, в котором удовлетворяется, по меньшей мере, одно условие из

Условия 1: теплопроводность А листа изотропной электротехнической стали для статора находится в диапазоне от 12 до 35 Вт/(м⋅К), теплопроводность В листа изотропной электротехнической стали для ротора находится в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К), и обе теплопроводности соответствуют соотношению согласно выражению (1) А>В, и

Условия 2: температуропроводность Al листа изотропной электротехнической стали для статора находится в диапазоне от 3,0×10^-6 до 9,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), температуропроводность В1 изотропного листа ориентированной электротехнической стали для ротора находится в диапазоне от 2,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), и обе температуропроводности соответствуют соотношению согласно выражению (3) Al>Bl.

(22) В наборе листов изотропной электротехнической стали в соответствии с указанным выше пунктом (21) может удовлетворяться условие 1.

(23) В наборе листов изотропной электротехнической стали в соответствии с указанным выше пунктом (21) может удовлетворяться условие 2.

(24) В наборе листов изотропной электротехнической стали в соответствии с любым из указанных выше пунктов (21)-(23) в химическом составе массовое содержание элементов, %, находится в следующих диапазонах: С: 0,0100% или менее, Si: 2,6% или более и 4,5% или менее, Mn: 0,1% или более и 3,0% или менее может содержать мас. %, С: 0,0100% или менее, Si: 2,6% или более и 4,5% или менее, Mn: 0,1% или более и 3,0% или менее, Р: 0,15% или менее, S: 0,0030% или менее, N: 0,0040% или менее, Al: 0,1% или более и 2,0% или менее, один или оба элемента, выбранных из Sn и Sb: от 0% до 0, 200%, Cr: 0% - 0, 400%, Ni: 0% - 5,0%, Cu: 0% - 5,0%, Са: 0% - 0,010%, Mg: 0% - 0,0100%, редкоземельный элемент (REM): 0% - 0,010%, В: 0% - 0, 0050%, Ti: 0, 0030% или менее, О: 0,0200% или менее, а остаток состоит из Fe и примесей.

Воздействия изобретения

[0015]

Согласно настоящему изобретению, можно повысить КПД (коэффициент полезного действия) двигателя, улучшая при этом характеристики теплопроводности между сердечником статора и кожухом.

Краткое описание чертежей

[0016]

Фиг. 1 представляет собой частичный вид сверху двигателя, который используется в примерах.

Варианты осуществления настоящего изобретения

[0017]

Далее будут подробно описываться предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Если не указано иного, выражение «от а до Ь» для числовых значений а и b означает «а или более и b или менее». В таком выражении, в случае, когда единица относится только к числовому значению b, эта единица относится также к числовому значению а.

[0018]

Первый вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой вращающуюся электрическую машину, имеющую следующую конфигурацию.

Вращающаяся электрическая машина содержит статор, ротор и кожух, вмещающий статор и ротор, где теплопроводность А листа изотропной электротехнической стали, используемого для сердечника статора, находится в пределах от 12 до 35 Вт/(м -К), теплопроводность В листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, находится в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К), и обе теплопроводности соответствуют соотношению согласно выражению (1) А>В.

Кроме того, первый вариант осуществления настоящего изобретения также включает в себя набор сердечника статора и сердечника ротора, которые используются во вращающейся электрической машине.

Кроме того, первый вариант осуществления настоящего изобретения включает способ изготовления вращающейся электрической машины с использованием набора сердечника статора и сердечника ротора.

[0019]

Далее будет конкретно описываться вращающаяся электрическая машина согласно настоящему варианту осуществления.

Вращающаяся электрическая машина согласно настоящему варианту осуществления содержит, по меньшей мере, статор, ротор и кожух, вмещающий статор и ротор. Статор, ротор и кожух конкретно не ограничены в отношении их форм и конфигураций и имеют обычные формы и конфигурации, за исключением конфигураций, описанных ниже (например, теплопроводности и температуропроводности).

[0020]

В настоящем варианте осуществления лист из изотропной электротехнической стали, используемый для сердечника статора, имеет теплопроводность А в диапазоне от 12 до 35 Вт/(м⋅К), лист из изотропной электротехнической стали, используемый для сердечника ротора, имеет теплопроводность В в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К), и обе теплопроводности удовлетворяют соотношению согласно выражению (1) А>В (Условие 1). Здесь теплопроводность представляет собой отношение теплового потока на единицу площади к градиенту температуры.

В настоящем варианте осуществления теплопроводность листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, и листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, может измеряться следующим способом.

[0021]

Измерение теплопроводности осуществляется как изложено далее с использованием образцов, которые получают посредством разборки сердечника статора и сердечника ротора вращающейся электрической машины на множество деталей из материалов сердечника. В настоящей заявке теплопроводность относится к теплопроводности при комнатной температуре в плоскости листа изотропной электротехнической стали, который образует сердечник вращающейся электрической машины. Кроме того, в случае, когда лист из изотропной электротехнической стали имеет на своей поверхности изолирующую пленку, измерение осуществляют в присутствии изолирующей пленки.

[0022]

Теплопроводность не измеряется непосредственно, но получается с помощью следующего далее выражения.

Теплопроводность = температуропроводность × удельная теплоемкость × плотность

[0023]

Температуропроводность определяется методом лазерной вспышки. В частности, ее измеряют в атмосфере с помощью прибора для измерения теплофизических свойств методом лазерной вспышки LFA-502 производства Kyoto Electronics Industry Co., Ltd. Форма образца в это время представляет собой диск диаметром ϕ10 мм и с толщиной как у листа, и во время измерения образец измеряется в состоянии цельного стального листа без пакетирования образцов.

[0024]

Удельную теплоемкость получают с помощью метода дифференциального сканирующего калориметра (метод DSC). В частности, она измеряется в атмосфере аргона с помощью устройства DSC3500 Sirius производства NETZSCH. Скорость потока атмосферного газа устанавливается равной 50 мл/мин. Форма образца в это время представляет собой диск диаметром ϕ5 мм и с толщиной как у листа, и во время измерения образец измеряется с двумя листами образцов, наложенными друг на друга.

[0025]

Плотность получается посредством деления массы образца для измерения температуропроводности на его объем. При этом с помощью микрометра определяется толщина образца для измерения температуропроводности.

[0026]

Теплопроводность А листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, находится в диапазоне от 12 до 35 Вт/(м⋅К). Если теплопроводность А меньше 12 Вт/(м⋅К), температура статора повышается, вызывая увеличение потерь в меди, а если она превышает 35 Вт/(м⋅К), необходимо уменьшить количество сплава для его реализации, и это приводит к уменьшению потерь в железе. Теплопроводность А предпочтительно находится в диапазоне от 15 до 33 Вт/(м⋅К), а более предпочтительно в диапазоне от 17 до 26 Вт/(м⋅К).

[0027]

Теплопроводность В листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, находится в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К). Если теплопроводность В меньше 10 Вт/(м⋅К), тепло, генерируемое ротором, передается статору по воздуху или как-то в этом роде, вызывая увеличение потерь в меди, а если она превышает 33 Вт/(м⋅К), самому ротору становится трудно генерировать тепло, и эффект снижения потерь в железе не достигается. Теплопроводность В предпочтительно находится в диапазоне от 12 до 30 Вт/(м⋅К), а более предпочтительно в диапазоне от 15 до 24 Вт/(м⋅К).

[0028]

В настоящем варианте осуществления важно, чтобы листы из изотропной электротехнической стали, которые используются для сердечников статора и ротора, имели диапазоны теплопроводности, описанные выше, и чтобы обе теплопроводности удовлетворяли относительному соотношению выражения (1) А>В. В случае, когда обе теплопроводности удовлетворяют соотношению согласно выражению (1) А>В, теплопроводность статора больше, чем теплопроводность ротора, так что тепло статора легко высвобождается наружу через кожух и тому подобное, в результате чего можно предотвратить повышение температуры двигателя. В то же время, поскольку теплопроводность ротора меньше теплопроводности статора, температура ротора повышается больше, чем температура статора, и потери в железе, возникающие в роторе, уменьшаются. Из-за этих эффектов КПД двигателя становится больше, чем в предшествующем уровне техники. Более предпочтительно, чтобы удовлетворялось соотношение согласно выражению А>1,003×В.

[0029]

С другой стороны, в случае А=В описанный выше эффект не достигается. Кроме того, в случае, когда обе теплопроводности соответствуют соотношению А<В, температура статора повышается легче, чем температура у ротора, и невозможно подавить повышение температуры двигателя. В то же время, поскольку теплопроводность ротора больше, чем теплопроводность статора, эффект снижения потерь в железе из-за более высокой температуры ротора не может реализоваться.

[0030]

В качестве другого аспекта настоящего изобретения также является приемлемой конфигурация, в которой температуропроводность Al листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, находится в диапазоне от 3,0×10^-6 до 9,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), температуропроводность Bl листа изотропной электротехнической стали, используемой для сердечника ротора, находится в диапазоне от 2,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), и обе температуропроводности удовлетворяют соотношению согласно выражению (3) Al>Bl (Условие 2).

То есть, выполнив хотя бы одно из условий 1 и 2, можно повысить КПД двигателя.

[0031]

Температуропроводность Аl листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, находится в диапазоне от 3,0×10^-6 до 9,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К). Если температуропроводность Al меньше 3,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), температура статора повышается, вызывая увеличение потерь в меди, а если она превышает 9,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), для его изготовления необходимо уменьшить количество сплава, а это приводит к увеличению потерь в железе. Температуропроводность Аl предпочтительно находится в диапазоне от 3,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), а более предпочтительно в диапазоне от 4,0×10^-6 до 8,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К).

[0032]

Температуропроводность В1 листа изотропной электротехнической стали, используемой для сердечника ротора, находится в диапазоне от 2,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К). Если температуропроводность В1 меньше 2,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), тепло, выделяемое ротором, передается статору через воздух и тому подобное, вызывая увеличение потерь в меди, а если она превышает 8,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), самому ротору становится трудно генерировать тепло, и эффект снижения потерь в железе не достигается. Температуропроводность В1 предпочтительно находится в диапазоне от 3,0×10^-6 до 8,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), а более предпочтительно в диапазоне от 3,5×10^-6 до 7,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К).

[0033]

Важно, чтобы статор и ротор имели диапазоны температуропроводности, описанные выше, и обе температуропроводности удовлетворяли относительному соотношению выражения (3) Al>Bl. В случае, когда обе температуропроводности удовлетворяют соотношению согласно выражению (3) Al>Bl, температуропроводность статора больше, чем температуропроводность ротора, так что тепло статора легко передается наружу через кожух или что-либо подобное, и в результате можно подавить повышение температуры двигателя. В то же время, поскольку температуропроводность ротора меньше температуропроводности статора, температура ротора повышается больше, чем у статора, и потери в железе, происходящие в роторе, уменьшаются. Из-за этих эффектов КПД двигателя повышается больше, чем при предшествующем уровне техники. Более предпочтительно, чтобы удовлетворялось соотношение Al>1,005×Bl.

[0034]

С другой стороны, в случае А1=В1 описанный выше эффект не достигается. Кроме того, в случае, когда обе температуропроводности соответствуют соотношению A1<В1, температура статора повышается легче, чем температура ротора, и невозможно подавить повышение температуры двигателя. В то же время, поскольку температуропроводность ротора больше, чем температуропроводность статора, не может реализоваться эффект снижения потерь в железе из-за более высокой температуры ротора.

[0035]

Более предпочтительно, чтобы теплопроводность А листа изотропной электротехнической стали, используемого для сердечника статора, находилась в диапазоне от 12 до 35 Вт/(м⋅К), теплопроводность В листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, находилась в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К), и обе теплопроводности удовлетворяли соотношению согласно выражению (1) А>В (Условие 1), и чтобы температуропроводность А1 листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, находилась в диапазоне от 3,0×10^-6 до 9,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), температуропроводность В1 листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, находилась в диапазоне от 2,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), а обе температуропроводности удовлетворяли соотношению согласно выражению (3) Al>Bl (Условие 2).

В этом случае тепло статора легче отводится наружу.

[0036]

Зависимость между теплопроводностью или температуропроводностью статора и ротора описанной выше вращающейся электрической машины может быть получена, например, посредством контроля химического состава листов изотропной электротехнической стали, которые используются для статора и ротора.

[0037]

То есть химический состав каждого из этих листов изотропной электротехнической стали содержит, в мас. %, С: 0,0100% или менее, Si: 2,6% или более и 4,5% или менее, Mn: 0,1% или более и 3,0% или менее, Р: 0,15% или менее, S: 0, 0030% или менее, N: 0,0040% или менее, Al: 0,1% или более и 2,0% или менее, один или оба элемента, выбранных из Sn и Sb: от 0% до 0,200%, Cr: от 0% до 0, 400%, Ni: от 0% до 5,0%, Cu: от 0% до 5,0%, Са: от 0% до 0,010%, Mg: от 0% до 0,0100%, редкоземельный элемент (REM): 0% до 0,010%, В: от 0% до 0,0050%, Ti: 0, 0030% или менее, О: 0,0200% или менее, и остаток, состоящий из Fe и примесей, и значение следующего далее выражения (2) для листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, ниже, чем значение следующего далее выражения (2) для листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора.

Выражение (2): 9,9+12,4 × Si (мас. %)+6,6 × Mn (мас. %)+10,0 × Al (мас. %)

[0038]

С: 0,0100% или менее

С содержится в виде примеси. Для уменьшения потерь в железе содержание предпочтительно устанавливают на уровне 0,0100% или менее. Более предпочтительно, верхний предел составляет 0,0025%, а более предпочтительно 0,0020%.

[0039]

Si: 2,6% или более и 4,5% или менее

Si представляет собой элемент, который повышает прочность стального листа. Кроме того, он представляет собой элемент, который повышает удельное сопротивление и содержится в листе для снижения потерь в железе. Кроме того, он также является эффективным для повышения прочности стального листа. С точки зрения этого эффекта и предотвращения снижения плотности магнитного потока насыщения или охрупчивания стали содержание предпочтительно устанавливают в диапазоне от 2,6 до 4,5%. Более предпочтительно, нижний предел составляет 2,8% и еще более предпочтительно 3,0%. Более предпочтительно, верхний предел составляет 4,2% и еще более предпочтительно 4,0%.

[0040]

Mn: 0,1% или более и 3,0% или менее

Mn увеличивает удельное сопротивление, подобно Si и Al, и содержится для уменьшения потерь в железе. Кроме того, он также представляет собой элемент, который повышает прочность стального листа. С точки зрения этого эффекта и предотвращения снижения плотности магнитного потока насыщения или охрупчивания стали содержание предпочтительно устанавливают в диапазоне от 0,1 до 3,0%. Более предпочтительно, нижний предел составляет 0,6% и еще более предпочтительно 0,8%. Более предпочтительно, верхний предел составляет 2,8% и еще более предпочтительно 2,5%.

[0041]

Р: 0,15% или менее

Р представляет собой элемент, который повышает прочность стального листа. Поскольку прочность стального листа также может улучшаться с помощью Si или Mn, в содержании фосфора необходимости нет. С точки зрения предотвращения охрупчивания стального листа содержание предпочтительно устанавливается равным 0,15% или менее. Более предпочтительно, верхний предел составляет 0,08%, еще более предпочтительно 0,06% и еще более предпочтительно 0,03%.

[0042]

S: 0,0030% или менее

S содержится в виде примеси. Для уменьшения потерь в железе его содержание предпочтительно устанавливают на уровне 0,0030% или менее. Более предпочтительно, верхний предел составляет 0,0025% и еще более предпочтительно 0,0020%.

[0043]

N: 0,0040% или менее

Азот (N) представляет собой примесь. N снижает магнитные характеристики после дополнительной термической обработки. По этой причине, содержание N составляет 0,0040% или менее. Содержание N предпочтительно составляет 0,0020% или менее.

[0044]

Al: 0,1% или более и 2,0% или менее

Al представляет собой элемент, который увеличивает удельное сопротивление, подобно Si, и содержится для уменьшения потерь в железе. Поскольку эффект снижения потерь в железе можно получить даже с помощью Si, нет необходимости в содержании Al. С точки зрения предотвращения уменьшения плотности магнитного потока насыщения его содержание предпочтительно устанавливают равным 2,0% или менее. Более предпочтительно, верхний предел составляет 1,8% и еще более предпочтительно 1,5%.

[0045]

Один или оба элемента, выбранные из Sn и Sb: от 0% до 0,200%

Sn представляет собой элемент, который развивает предпочтительную ориентацию кристаллов для магнитных характеристик. В содержании Sn нет необходимости, и нижний предел содержания составляет 0. Хотя эффект от содержания Sn может получаться даже при следовых количествах, содержание предпочтительно устанавливается равным 0,01% или более, а более предпочтительно 0,02% или более, чтобы надежно получить эффект от содержания Sn. С точки зрения предотвращения ухудшения магнитных характеристик верхний предел содержания предпочтительно устанавливается равным 0,200% и более предпочтительно 0,100%.

Sb представляет собой элемент, который развивает предпочтительную кристаллическую ориентацию для магнитных характеристик. В содержании Sb необходимости нет, и нижний предел содержания равен 0. Хотя эффект от содержания Sb может получаться даже при следовых количествах, его содержание предпочтительно устанавливается равным 0,01% или более, а более предпочтительно 0,02% или более, чтобы надежно получить эффект от содержания Sb. С точки зрения предотвращения ухудшения магнитных характеристик верхний предел содержания предпочтительно устанавливается равным 0,200% и более предпочтительно 0,100%.

[0046]

Cr: от 0% до 0,400%

Cr представляет собой элемент, который улучшает коррозионную стойкость или высокочастотные характеристики. Cr не обязательно должен содержаться, и нижний предел содержания равен 0. Хотя эффект от содержания Cr может получаться даже при следовых количествах, его содержание предпочтительно устанавливается равным 0,01% или более, а более предпочтительно 0,02% или более, чтобы надежно получить эффект от содержания Cr. С точки зрения стоимости продукта верхний предел содержания составляет 0,400%, предпочтительно 0,300% и более предпочтительно 0,200%.

Кроме того, когда содержание Cr составляет 0,001% или более, тогда теплопроводность и температуропроводность ротора и статора могут увеличиваться, и такое его содержание является более предпочтительным.

[0047]

Ni: от 0% до 5,0%

Ni представляет собой элемент, который увеличивает электрическое сопротивление стального листа и снижает потери в железе. В содержании никеля необходимости нет, и нижний предел содержания составляет 0. Хотя эффект от содержания никеля может получаться даже при следовых количествах, его содержание предпочтительно устанавливают при 0,01% или более, а более предпочтительно при 0,02% или более, чтобы надежно получить эффект от содержания Ni. С точки зрения стоимости продукта верхний предел содержания составляет 5,0%, предпочтительно 0,5% и более предпочтительно 0,4%.

[0048]

Cu: от 0% до 5,0%

Cu представляет собой элемент, который увеличивает электрическое сопротивление стального листа и снижает потери в железе. Cu не обязательно должна содержаться, и нижний предел ее содержания составляет 0. Хотя эффект от содержания Cu может получаться даже при следовых количествах, содержание предпочтительно устанавливается при 0,01% или более, а более предпочтительно при 0,02% или более, чтобы надежно получить эффект от содержания Cu. С точки зрения стоимости продукта и предотвращения охрупчивания стали верхний предел содержания составляет 5,0%, предпочтительно 0,5% и более предпочтительно 0, 4%.

[0049]

Са: от 0% до 0,010%

Са представляет собой элемент, который укрупняет сульфиды, улучшает рост кристаллических зерен на этапе термообработки и способствует снижению потерь в железе. Са не обязательно должен содержаться, и нижний предел его содержания равен 0. Хотя эффект от содержания Са может получаться даже при следовых количествах, содержание предпочтительно устанавливается при 0,005% или более, а более предпочтительно при 0,0010% или более, чтобы надежно получить эффект от содержания Са. С точки зрения предотвращения ухудшения магнитных характеристик верхний предел содержания составляет 0,010%, предпочтительно 0,0050% и более предпочтительно 0,0030%.

[0050]

Mg: от 0% до 0,0100%

Mg представляет собой элемент, который снижает потери в железе за счет стимулирования роста кристаллических зерен, а также представляет собой элемент, который превращает сульфиды во включениях в более твердые включения, содержащие Mg, тем самым повышая усталостную прочность. Чтобы получить этот эффект, содержание предпочтительно устанавливается в диапазоне от 0% до 0,0100% с учетом стоимости. Более предпочтительно, нижний предел составляет 0,0005% и еще более предпочтительно 0,0010%. Более предпочтительно, верхний предел составляет 0,0040% и еще более предпочтительно 0,0030%.

[0051]

Редкоземельный элемент (REM): от 0% до 0,010%

Редкоземельный элемент (REM) представляет собой элемент, который укрупняет сульфиды, улучшает рост кристаллических зерен на этапе термообработки и способствует снижению потерь в железе. Редкоземельный элемент (REM) не обязательно должен содержаться, а нижний предел содержания равен 0. Хотя эффект от содержания редкоземельного элемента (REM) может получаться даже при следовых количествах, его содержание предпочтительно устанавливается при 0,005% или более и более предпочтительно 0,0010% или более, чтобы надежно получить эффект от содержания редкоземельного элемента (REM). С точки зрения предотвращения ухудшения магнитных характеристик верхний предел содержания составляет 0,010%, предпочтительно 0,0050% и более предпочтительно 0,0030%.

REM представляет собой аббревиатуру для редкоземельного металла, и относится к элементам, принадлежащим к ряду Sc, Y и к лантанидам.

[0052]

Ti: 0,0030% или менее

Ti представляет собой элемент, который содержится в виде примеси. Ti объединяется с С, N, О или с чем-либо подобным в основном металле с образованием мелкодисперсных выделений, таких как TiN, TiC, TiN или оксиды Ti, и ингибирует рост кристаллических зерен во время отжига, ухудшая магнитные характеристики, и, по этой причине, его содержание предпочтительно устанавливают равным 0,0030% или менее. Более предпочтительно, верхний предел составляет 0,0020% и еще более предпочтительно 0,0010%. Поскольку содержания Ti не требуется, нижний предел содержания равен 0. Нижний предел может устанавливаться на 0,0003% или 0,0005% с учетом стоимости очистки.

[0053]

В: от 0% до 0,0050%

В способствует увеличению теплопроводности или температуропроводности при малом количестве. По этой причине, В может содержаться. В случае получения вышеуказанного эффекта содержание В предпочтительно устанавливается равным 0,0001% или более. Поскольку В нет необходимости в его содержании, нижняя граница содержимого равна 0.

С другой стороны, если содержание В превышает 0,0050%, соединение В ингибирует рост зерен во время отжига, уменьшая размер зерен и вызывая увеличение потерь в железе. Таким образом, содержание В устанавливается равным 0,0050% или менее.

[0054]

О: 0,0200% или менее

О объединяется с Cr в стали с формированием Cr₂O₃. Cr₂O₃ способствует увеличению теплопроводности или температуропроводности. По этой причине, О может содержаться. В случае получения указанного выше эффекта содержание О предпочтительно устанавливается равным 0,0010% или более.

С другой стороны, в случае, когда содержание О превышает 0,0200%, Cr₂O₃ подавляет рост зерен во время отжига, уменьшая размер зерен и вызывая увеличение потерь в железе. Таким образом, содержание О устанавливается равным 0,0200% или менее.

[0055]

Кроме того, является предпочтительным, чтобы содержание Cr и О удовлетворяло следующему далее выражению (4).

Выражение (4): Cr (мас. %) × О (мас. %) < 8,0×10^-5

В случае, когда выражение (4) не удовлетворяется, Cr₂O₃ ингибирует рост зерен во время отжига, уменьшая размер зерен и вызывая увеличение потерь в железе. Поэтому предпочтительно, чтобы его содержание удовлетворяло выражению (4).

[0056]

Остальную часть химического состава составляет Fe и примеси. Термин «примесь» относится к компоненту, содержащемуся в исходном материале, или к компоненту, который примешивается во время производственного процесса и не включается намеренно в стальной лист.

[0057]

Химический состав основного стального листа, описанного выше, может измеряться с помощью общих методов анализа. Например, компоненты стали могут измеряться с использованием ICP-AES (атомно-эмиссионной спектроскопии индуктивно связанной плазмы). Для измерений С и S можно использовать метод поглощения инфракрасного излучения при сжигании, для N можно использовать метод плавления в инертном газе-теплопроводности, а для О можно использовать метод плавления в инертном газе - недисперсионного инфракрасного поглощения.

[0058]

Статор и ротор вращающейся электрической машины по первому варианту осуществления представляют собой листы изотропной электротехнической стали, имеющие указанный выше химический состав, и значение следующего далее выражения (2) для листа изотропной электротехнической стали, используемого для сердечника статора, ниже, чем значение следующего далее выражения (2) листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора.

Выражение (2): 9,9+12,4 × Si (мас. %)+6,6 × Mn (%масс) + 10,0×Al (мас. %).

[0059]

Значение выражения (2) тесно связано с теплопроводностью (или температуропроводностью) полученного листа изотропной электротехнической стали. То есть выражение (2) является грубой оценкой значения сопротивления листа изотропной электротехнической стали при комнатной температуре. Что касается металла, свободные электроны отвечают как за электропроводность, так и за теплопроводность (или температуропроводность), и они взаимосвязаны. Формулировка этой зависимости представляет собой закон Видемана-Франца, который означает, что теплопроводность (или температуропроводность) и значение сопротивления обратно пропорциональны при одной и той же температуре.

[0060]

По этой причине, посредством контроля химического состава каждого листа изотропной электротехнической стали, используемой для статора и ротора, и определения значения выражения (2) для листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора как более низкого чем значение выражения (2) для листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, можно более достоверно получить соотношение согласно выражению (1) А>В для обеих теплопроводностей.

[0061]

В первом варианте осуществления изготавливается вращающаяся электрическая машина с использованием ротора и статора, описанных выше. Таким образом, и статор, и ротор могут иметь хорошие магнитные характеристики, что позволяет улучшить КПД двигателя.

[0062]

Второй вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой способ изготовления листа из изотропной электротехнической стали для ротора и листа из изотропной электротехнической стали для статора, которые используются во вращающейся электрической машине, описанной в первом варианте осуществления. Взаимосвязь между значениями теплопроводности или температуропроводности статора и ротора вращающейся электрической машины по первому варианту осуществления также может быть получена посредством контроля температуры финишного отжига в способе изготовления листов изотропной электротехнической стали, которые используются для статора и ротора.

[0063]

То есть взаимосвязь между значениями теплопроводности или температуропроводности статора и ротора вращающейся электрической машины по первому варианту осуществления может быть получена посредством задания двух типов температур отжига для финишного отжига и задания температуры финишного отжига листа изотропной электротехнической стали для ротора до температуры в диапазоне от 600°С до 900°С, который ниже температуры финишного отжига листа из изотропной электротехнической стали для статора, так что выражение (1) А>В или выражение (3) Al>Bl выполняется, когда лист из изотропной электротехнической стали, содержащий, в мас. %, С: 0,0100% или менее, Si: 2,6% или более и 4,5% или менее, Mn: 0,1% или более и 3,0% или менее, Р: 0,15% или менее, S: 0,0030% или менее, N: 0,0040% или менее, Al: 0,1% или более и 2,0% или менее, один или несколько, выбранный от Sn и Sb: от 0% до 0, 200%, Cr: от 0% до 0, 400%, Ni: от 0% до 5,0%, Cu: от 0% до 5,0%, Са: от 0% до 0,010%, Mg: от 0% до 0,0100%, редкоземельный элемент (REM): от 0% до 0,010%, В: от 0% до 0, 0050%, Ti: 0, 0030% или менее, О: 0,0200% или менее, а остаток, состоящий из Fe и примесей, изготавливают с помощью способа, который включает выплавку стали, горячую прокатку, отжиг горячекатаного листа, травление, холодную прокатку и финишный отжиг.

Таким образом, получают набор листов изотропной электротехнической стали, в котором теплопроводность А листа изотропной электротехнической стали для статора находится в диапазоне от 12 до 35 Вт/(м⋅К), теплопроводность В листа изотропной электротехнической стали для ротора находится в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К), и обе теплопроводности удовлетворяют соотношению согласно выражению (1) А>В, или

набор листов изотропной электротехнической стали, в котором температуропроводность Аl листа из изотропной электротехнической стали для статора находится в диапазоне от 3,0×10^-6 до 9,0×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), температуропроводность Bl листа изотропной электротехнической стали для ротора находится в диапазоне от 2,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/сек⋅Вт/(м⋅К), и обе температуропроводности удовлетворяют соотношению согласно выражению (3) Al>Bl.

[0064]

Способ изготовления по второму варианту осуществления настоящего изобретения осуществляется с помощью способа, включающего выплавку стали, горячую прокатку, отжиг горячекатаного листа, травление, холодную прокатку, финишный отжиг и дрессировку, которая осуществляется по мере необходимости, и, хотя этапы, отличные от описанного выше финишного отжига, конкретно не указаны, в каждом способе могут быть приняты следующие условия.

[0065]

Стандартные условия в диапазоне от 1000°С до 1200°С могут использоваться в качестве температуры нагрева сляба для горячей прокатки. Однако температура смотки предпочтительно составляет 600°С или ниже и более предпочтительно 550°С или ниже с точки зрения ударной вязкости горячекатаного листа.

[0066]

Поскольку толщина горячекатаного листа предпочтительно должна быть как можно меньше, чтобы предотвратить растрескивание или разрушение во время прохождения травления или прохождения холодной прокатки, толщину горячекатаного листа можно соответствующим образом отрегулировать с учетом ударной вязкости горячекатаного листа, эффективности производства и тому подобное.

[0067]

С точки зрения магнетизма является предпочтительным, чтобы отжиг горячекатаного листа осуществлялся при температуре 900°С или выше и 1100°С или ниже в течение 30 секунд или дольше, а размер зерна перед холодной прокаткой увеличивался до размера зерна в диапазоне примерно от 50 до 300 мкм. Однако, поскольку пластичность горячекатаного листа снижается, желательно, чтобы эти условия определялись с учетом компонента и производительности.

[0068]

Что касается финишного отжига после холодной прокатки, устанавливаются два типа температуры отжига в зависимости от требуемой теплопроводности или температуропроводности. Температура финишного отжига листа из изотропной электротехнической стали для ротора устанавливается при температуре в диапазоне от 600°С до 900°С, что ниже, чем температура финишного отжига листа из изотропной электротехнической стали для статора.

Температура финишного отжига тесно связана с теплопроводностью или температуропроводностью получаемого листа изотропной электротехнической стали. То есть, когда температура финишного отжига листа изотропной электротехнической стали для ротора устанавливается при температуре в диапазоне от 600°С до 900°С, который ниже температуры финишного отжига листа изотропной электротехнической стали для статора, размер зерна листа изотропной электротехнической стали для ротора становится меньше, дефекты решетки (границы зерен) в стали увеличиваются, а теплопроводность или температуропроводность уменьшаются. Следовательно, делая температуру финишного отжига листа изотропной электротехнической стали, используемой для ротора, более низкой, чем температура финишного отжига листа изотропной электротехнической стали для статора, можно получить соотношение согласно выражению (1) А>В для обеих теплопроводностей, или соотношение согласно выражению (3) Al>Bl для обеих теплопроводностей.

Для повышения прочности и магнитных характеристик размер зерна листа изотропной электротехнической стали для ротора предпочтительно устанавливается менее 80 мкм и более предпочтительно менее 70 мкм. Что касается размера зерна, можно использовать среднее значение размера зерна, измеренное методом секущих на фотографии структуры поперечного сечения в направлении по толщине листа и продольного сечения в направлении прокатки. В качестве фотографии структуры продольного сечения можно использовать оптическую микроскопическую фотографию, а также, например, фотографию, сделанную при увеличении в 50 раз.

[0069]

Диапазон температур финишного отжига листа изотропной электротехнической стали для ротора составляет от 600°С до 900°С. Если температура финишного отжига ниже 600°С, тогда остаются деформации, возникающие при холодной прокатке, и стальной лист становится хрупким, а это нежелательно. Кроме того, если температура финишного отжига превышает 900°С, тогда размер зерна увеличивается, а теплопроводность или температуропроводность становится выше, а это является нежелательным. Особенно предпочтительный диапазон температур финишного отжига листа из изотропной электротехнической стали для ротора составляет от 750°С до 850°С.

[0070]

Соотношение между значениями теплопроводности или температуропроводности статора и ротора вращающейся электрической машины по первому варианту осуществления можно также получить посредством вырубки материала, который используется для статора, и материала, который используется для ротора, из листов изотропной электротехнической стали, изготовленные и полученные с помощью обычных стадий, включающих выплавку стали, горячую прокатку, отжиг горячекатаного листа, травление, холодную прокатку и финишный отжиг, а также пакетирование материалов и выполнение отжига для снятия напряжений только на статоре таким образом, чтобы удовлетворять выражению (1) А>В или выражению (3) Al>В1, даже без особого контроля температуры финишного отжига в процессе изготовления листов изотропной электротехнической стали, которые используются для статора и ротора, описанных выше.

[0071]

Что касается отжига для снятия напряжений, который осуществляется только на статоре после вырубки, является предпочтительным осуществлять отжиг при температуре в диапазоне от 700°С до 900°С в течение 120 минут или дольше, чтобы снять деформацию вырубки. В случае, когда деформация создается дрессировкой, является особенно предпочтительным осуществлять отжиг при более высокой температуре в течение более длительного времени. Таким образом, осуществляя соответствующим образом отжиг для снятия напряжений только на статоре, возможно получить соотношение согласно выражению (1) А>В или соотношение согласно выражению (3) Al>Bl для статора и ротора после отжига для снятия напряжений.

Примеры

[0072]

Далее варианты осуществления настоящего изобретения будут дополнительно описываться с использованием примеров.

Условия, использованные в примерах, представляют собой примеры условий для их подтверждения, и настоящее изобретение не ограничивается этими примерами, и могут быть приняты различные условия без отклонения от настоящего изобретения, если только достигается цель настоящего изобретения.

[0073]

Фиг. 1 представляет собой частичный вид сверху двигателя. Двигатель 300 представляет собой двигатель IPM, изготовленный на основе модели D Institute of Electrical Engineers of Japan. Сердечник 3 статора имеет внешний диаметр 112 мм, ротор 302 имеет внешний диаметр 54 мм, а высота пакетирования сердечника 3 статора составляет 100 мм. Количество слотов 24 слота. Сердечник 3 статора крепится к кожуху 301 термоусадкой. Внешний диаметр ротора 302 составляет 54 мм, внутренний диаметр сердечника 3 статора составляет 55 мм, а зазор между ротором 302 и сердечником 3 статора составляет 0,5 мм. Кроме того, сердечник 3 статора имеет внешний диаметр 112 мм (= 54 мм+0,5 мм × 2+28,5 мм × 2). Сердечник статора имеет 24 прорези, число витков медного провода, намотанного на зубчатую часть сердечника статора, составляет 35 витков, а плотность магнитного потока Br магнита ротора составляет 1,25 Тл.

[0074]

В настоящем примере потери, возникающие в двигателе, когда ток обмотки с пиковым значением 3 А протекает при фазовом угле 30 градусов, и двигатель работает со скоростью вращения 1500 об/мин в течение 60 минут, получаются как потери двигателя (Вт).

[0075]

(Пример 1)

Расплавленную сталь разливают непрерывно, чтобы получить сляб толщиной 2 50 мм, химический состав которого показан в Таблицах 1 и 2, ниже. Затем сляб подвергают горячей прокатке для получения горячекатаного листа. Температура повторного нагрева сляба в это время составляет 1200°С, конечная температура чистовой прокатки составляет 850°С, температура смотки во время смотки составляет 650°С, а толщина готового листа составляет 2,0 мм. Далее для горячекатаного листа по мере отжига горячекатаного листа осуществляют отжиг при температурах, указанных в Таблицах 1 и 2, в течение 1 минуты, удаляли окалину травлением и осуществляют холодную прокатку до толщины 0,35 мм. Затем осуществляют финишный отжиг при 800°С в течение 3 0 секунд.

[0076]

Затем измеряют потери магнитных характеристик в железе W15/50 (потери в железе при максимальной плотности магнитного потока 1,5 Тл и на частоте 50 Гц). В качестве образца для измерения берут образец квадратной формы площадью 55 мм, и получают среднее значение характеристик в направлении прокатки и направлении по ширине. Магнитное измерение осуществляется с использованием устройства, способного измерять исследуемый образец площадью 55 мм или меньший исследуемый образец в соответствии с электромагнитной схемой, описанной в JIS С 2556 (2015). Результаты измерений представлены в Таблицах 1 и 2. Далее измеряют теплопроводность и температуропроводность материала. Метод измерения был описан выше.

[0077]

В качестве материалов, используемых для каждого узла из статора и ротора двигателя, приготавливают материалы А - X, показанные в Таблицах 1 и 2, и материалы А' - X', которые имеют по существу такую же композицию и такие же потери в железе, как материалы А - X, и имеющие низкую теплопроводность. В материалах А' - X' температура отжига для финишного отжига устанавливается выше, чем температура отжига каждого материала А - X. В материалах А - X размер зерна составляет примерно 30 мкм, а в А' - X' размер зерна составляет примерно 4 0 мкм.

Из этих материалов изготавливаются сердечники статора и ротора и изготавливаются двигатели. Материалы, используемые для статора и ротора, соответствие или несоответствие выражениям (1)-(3) и потери двигателя показаны в Таблицах 3 и 4. В двигателях, которые представляют собой примеры по настоящему изобретению, потери двигателя были ниже, чем у других двигателей (Сравнительные примеры), использующих материал с такими же с потерями в железе.

В Сравнительных примерах 167-169, несмотря на то, что материалы (W, W') имеют хорошие потери в железе, теплопроводность и температуропроводность были вне диапазонов по настоящему изобретению, и в случае работы в качестве двигателя тепло возрастает, и потери двигателя усугубляются. В частности, из Сравнительного примера 168 можно увидеть, что даже если выражения (1) и (3) выполняются, потери двигателя усугубляются в случае, когда теплопроводность и температуропроводность выходят за диапазоны по настоящему изобретению.

[0078]

[0079]

[0080]

[0081]

[0082]

(Пример 2)

Финишный отжиг осуществляют на холоднокатаных материалах из материалов А, В, С, D и М, показанных в примере 1, при температурах, указанных в Таблицах 5 и 6, в течение 30 секунд. Материал А используется для двигателей с 201 по 203 и двигателей 216-224, материал В используется для двигателей 204-206, материал С используется для двигателей 207-209, материал D используется для двигателей 210-212, и материал М используется для двигателей 213-215. Потери в железе, теплопроводность, температуропроводность и потери двигателя материала получаются таким же образом, как в Примере 1. Материал с температурой финишного отжига 600°С имеет средний размер зерна примерно 20 мкм, материал с конечной температурой отжига 700°С имеет средний размер зерна примерно 25 мкм, материал с температурой финишного отжига 800°С имеет средний размер зерна примерно 30 мкм, материал с температурой финишного отжига 900°С имеет средний размер зерна примерно 65 мкм, а материал с температурой финишного отжига 1000°С имеет средний размер зерна примерно 120 мкм.

[0083]

Двигатели 203, 206, 209, 212, 215, 218, 221 и 224, которые представляют собой примеры по настоящему изобретению, имеют меньшие потери двигателя, чем другие двигатели (Сравнительные примеры), использующие такие же компоненты.

[0084]

[0085]

[0086]

(Пример 3)

Как показано в Таблице 7, материалы А, В, С, D и М, используемые в Примере 1, используются для статора и ротора двигателя. Сердечники вырубают из этих материалов методом вырубки, и отжиг для снятия напряжения осуществляют в условиях, показанных в Таблице 7. При этом отжиг для снятия напряжения осуществляется при 800°С в течение 2 часов. Что касается условий, при которых осуществляют отжиг для снятия напряжений, то отжиг для снятия напряжений также осуществляется на образцах для измерения термоэлектрической эффективности и потерь в железе. Потери в железе, теплопроводность, температуропроводность и потери в материале двигателя были получены таким же образом, как и в примере 1. Средний размер зерна материала, который не подвергается отжигу для снятия напряжений, составляет примерно 30 мкм, а средний размер зерна материала q, подвергнутого отжигу для снятия напряжений, составляет примерно 120 мкм.

[0087]

Двигатели 303, 306, 309, 312 и 315, которые представляют собой примеры по настоящему изобретению, имеют меньшие потери в двигателе, чем другие двигатели (Сравнительные примеры), использующие материалы с такими же потерями в железе.

[0088]

Краткое описание ссылочных номеров

[0089]

3: сердечник статора

300: двигатель

301: кожух

302: ротор

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение эффективности работы машины. Вращающаяся электрическая машина содержит статор, ротор и кожух, который вмещает статор и ротор, причем удовлетворяется по меньшей мере одно из следующих далее условий 1 и 2. Условие 1: теплопроводность А листа изотропной электротехнической стали, используемого для сердечника статора, находится в диапазоне от 12 до 35 Вт/(м⋅К), теплопроводность В листа изотропной электротехнической стали, используемого для сердечника ротора, находится в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К) и A>B. Условие 2: температуропроводность А1 листа изотропной электротехнической стали, используемого для сердечника статора, находится в диапазоне от 3,0×10^-6 до 9,0×10^-6 м²/с⋅Вт/(м⋅К), температуропроводность B1 листа изотропной электротехнической стали, используемого для сердечника ротора, находится в диапазоне от 2,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/с⋅Вт/(м⋅K) и A1>B1. 6 н. и 18 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Вращающаяся электрическая машина, содержащая:

статор;

ротор и

кожух, который вмещает статор и ротор,

причем удовлетворяется по меньшей мере одно условие из

условия 1: теплопроводность А листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, находится в диапазоне от 12 до 35 Вт/(м⋅К), теплопроводность В листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, находится в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К) и обе теплопроводности соответствуют соотношению согласно выражению (1) А>В, и

условия 2: температуропроводность А1 листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, находится в диапазоне от 3,0×10^-6 до 9,0×10^-6 м²/с⋅Вт/(м⋅К), температуропроводность В1 листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, находится в диапазоне от 2,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/с⋅Вт/(м⋅К) и обе температуропроводности соответствуют соотношению согласно выражению (3) A1>В1.

2. Вращающаяся электрическая машина по п. 1, в которой удовлетворяется условие 1.

3. Вращающаяся электрическая машина по п. 1, в которой удовлетворяется условие 2.

4. Вращающаяся электрическая машина по любому из пп. 1-3, в которой в химическом составе каждого из листов изотропной электротехнической стали, используемых для сердечника статора и сердечника ротора, массовое содержание элементов, %, находится в следующих диапазонах:

С: 0,0100 или менее,

Si: 2,6 или более и 4,5 или менее,

Mn: 0,1 или более и 3,0 или менее,

Р: 0,15 или менее,

S: 0,0030 или менее,

N: 0,0040 или менее,

Al: 0,1 или более и 2,0 или менее,

один или оба элемента, выбранных из Sn и Sb: от 0 до 0,200,

Cr: 0-0,400,

Ni: 0-5,0,

Cu: 0-5,0,

Са: 0-0,010,

Mg: 0-0,0100,

редкоземельный элемент (REM): от 0 до 0,010,

В: 0-0,0050,

Ti: 0,0030 или менее,

О: 0,0200 или менее, и

остаток состоит из Fe и примесей.

5. Вращающаяся электрическая машина по п. 4, в которой значение выражения (2) ниже для листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника статора, ниже, чем значение выражения (2) для листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора.

Выражение (2): 9,9+12,4×Si (мас. %)+6,6×Mn (мас. %)+10,0×А1 (мас. %).

6. Вращающаяся электрическая машина по п. 4 или 5, в которой химический состав листа изотропной электротехнической стали содержит Р: менее 0,03 мас. %.

7. Вращающаяся электрическая машина по любому из пп. 4-6, в которой химический состав листа изотропной электротехнической стали содержит Cr: от 0,001 до 0,400 мас. % и удовлетворяет выражению (4):

Выражение (4): Cr (мас. %)×О (мас. %)<8,0×10^-5.

8. Вращающаяся электрическая машина по любому из пп. 1-7, в которой размер зерен листа изотропной электротехнической стали, который используется для сердечника ротора, меньше 80 мкм.

9. Набор сердечников статора и ротора, который используется для вращающейся электрической машины по любому из пп. 1-8.

10. Способ изготовления вращающейся электрической машины, включающий:

изготовление вращающейся электрической машины с использованием набора сердечников статора и сердечника ротора по п. 9.

11. Способ изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины по п. 1, в котором, когда лист из изотропной электротехнической стали, в котором в химическом составе массовое содержание элементов, %, находится в следующих диапазонах:

С: 0,0100 или меньше,

Si: 2,6 или более и 4,5 или менее,

Mn: 0,1 или более и 3,0 или менее,

Р: 0,15 или менее,

S: 0,0030 или менее,

N: 0,0040 или менее,

Al: 0,1 или более и 2,0 или менее,

один или оба элемента, выбранных из Sn и Sb: от 0 до 0,200,

Cr: 0-0,400,

Ni: 0-5,0,

Cu: 0-5,0,

Са: 0-0,010,

Mg: 0-0,0100,

редкоземельный элемент (REM): 0-0,010,

В: 0-0,0050,

Ti: 0,0030 или менее,

О: 0,0200 или менее, и

остаток состоит из Fe и примесей, изготавливают с помощью способа, который включает выплавку стали, горячую прокатку, отжиг горячекатаного листа, травление, холодную прокатку и финишный отжиг, устанавливаются два типа температур отжига для финишного отжига, и температура финишного отжига листа изотропной электротехнической стали для ротора устанавливается как температура в диапазоне от 600°С до 900°С, который ниже температуры финишного отжига листа изотропной электротехнической стали для статора, так что удовлетворяется по меньшей мере одно выражение из выражения (1) А>В и выражения (3) A1>В1.

12. Способ изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины по п. 11, в котором удовлетворяется выражение (1).

13. Способ изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины по п. 11, в котором удовлетворяется выражение (3).

14. Способ изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины по любому из пп. 11-13, причем химический состав листа изотропной электротехнической стали содержит Р: менее 0,03 мас. %.

15. Способ изготовления листа изотропной электротехнической стали для статора и листа изотропной электротехнической стали для ротора вращающейся электрической машины по любому из пп. 11-14, причем химический состав листа изотропной электротехнической стали содержит Сr: 0,001-0,400 мас. %.

16. Способ изготовления статора и ротора вращающейся электрической машины по п. 1, включающий:

изготовление листа изотропной электротехнической стали, в химическом составе которого массовое содержание элементов, %, находится в следующих диапазонах:

С: 0,0100 или менее,

Si: 2,6 или более и 4,5 или менее,

Mn: 0,1 или более и 3,0 или менее,

Р: 0,15 или менее,

S: 0,0030 или менее,

N: 0,0040 или менее,

Al: 0,1 или более и 2,0 или менее,

один или оба элемента, выбранных из Sn и Sb: 0-0,200,

Cr: 0-0,400,

Ni: 0-5,0,

Cu: 0-5,0,

Са: 0-0,010,

Mg: 0-0,0100,

редкоземельный элемент (REM): 0-0,010,

В: 0-0,0050,

Ti: 0,0030 или менее,

О: 0,0200 или менее, и

остаток, состоящий из Fe и примесей, с помощью способа, который включает выплавку стали, горячую прокатку, отжиг горячекатаного листа, травление, холодную прокатку и финишный отжиг;

вырубку материала, который используется для статора, и материала, который используется для ротора, из полученного листа изотропной электротехнической стали и пакетирование материалов и

осуществление отжига для снятия напряжения только на статоре, так что удовлетворяется по меньшей мере одно выражение из выражения (1) А>В и выражения (3) A1>В1.

17. Способ изготовления статора и ротора по п. 16, в котором удовлетворяется выражение (1).

18. Способ изготовления статора и ротора по п. 16, в котором удовлетворяется выражение (3).

19. Способ изготовления статора и ротора вращающейся электрической машины по любому из пп. 16-18, в котором химический состав листа изотропной электротехнической стали содержит Р: менее 0,03 мас. %.

20. Способ изготовления статора и ротора вращающейся электрической машины по любому из пп. 16-19, в котором химический состав листа изотропной электротехнической стали содержит Cr: 0,001%-0,400 мас. %.

21. Набор листов изотропной электротехнической стали, который используется для материала сердечника вращающейся электрической машины, в котором удовлетворяется по меньшей мере одно условие из

условия 1: теплопроводность А листа изотропной электротехнической стали для статора находится в диапазоне от 12 до 35 Вт/(м⋅К), теплопроводность В листа изотропной электротехнической стали для ротора находится в диапазоне от 10 до 33 Вт/(м⋅К) и обе теплопроводности соответствуют соотношению согласно выражению (1) А>В, и

условия 2: температуропроводность А1 листа изотропной электротехнической стали для статора находится в диапазоне от 3,0×10^-6 до 9,0×10^-6 м²/с⋅Вт/(м⋅К), температуропроводность В1 изотропного листа ориентированной электротехнической стали для ротора находится в диапазоне от 2,5×10^-6 до 8,5×10^-6 м²/с⋅Вт/(м⋅К) и обе температуропроводности соответствуют соотношению согласно выражению (3) A1>В1.

22. Набор листов изотропной электротехнической стали по п. 21, в котором удовлетворяется условие 1.

23. Набор листов изотропной электротехнической стали по п. 21, в котором удовлетворяется условие 2.

24. Набор листов изотропной электротехнической стали по любому из пп. 21-23, в котором в химическом составе массовое содержание элементов, %, находится в следующих диапазонах:

С: 0,0100 или менее,

Si: 2,6 или более и 4,5 или менее,

Mn: 0,1 или более и 3,0 или менее,

Р: 0,15 или менее,

S: 0,0030 или менее,

N: 0,0040 или менее,

Al: 0,1 или более и 2,0 или менее,

один или оба элемента, выбранных из Sn и Sb: 0-0,200,

Cr: 0-0,400,

Ni: 0-5,0,

Cu: 0-5,0,

Са: 0-0,010,

Mg: 0-0,0100,

редкоземельный элемент (REM): 0 - 0,010,

В: 0-0,0050,

Ti: 0,0030 или менее,

О: 0,0200 или менее, и

остаток, состоящий из Fe и примесей.