CN202180018973.6电磁钢板的加工方法、马达以及马达铁芯的制造方法

权利要求

1.一种电磁钢板的加工方法，对电磁钢板进行使用激光的熔断并将该电磁钢板加工成规定的形状，

所述电磁钢板的加工方法的特征在于，

使所述激光的扫描速度成为10000mm/min以上来进行所述熔断。

2.根据权利要求1所述的电磁钢板的加工方法，其特征在于，

所述电磁钢板的板厚为0.20mm以下。

3.根据权利要求1或2所述的电磁钢板的加工方法，其特征在于，

所述激光的输出P(W)与扫描速度s(mm/min)相对于所述电磁钢板的板厚t(mm)满足下式(1)：

500t+50≤P/s×12000≤2000t+100…(1)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电磁钢板的加工方法，其特征在于，

以脉冲状照射所述激光。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的电磁钢板的加工方法，其特征在于，

所述电磁钢板具有以质量％计包含C：0.01％以下、Si：2.0％以上7.0％以下、Al：0.001％以上4.0％以下以及Mn：0.5％以下的成分组成。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的电磁钢板的加工方法，其特征在于，

所述电磁钢板具有Si的浓度在板厚方向中心层比钢板表层低的Si浓度分布，所述板厚方向中心层中的Si浓度与所述钢板表层的Si浓度的差为0.5质量％以上5质量％以下。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的电磁钢板的加工方法，其特征在于，

所述电磁钢板的Si的板厚方向的平均含量为6.2质量％以上6.7质量％以下。

8.一种马达，其特征在于，

使用铁芯，所述铁芯通过权利要求1～7中任一项所述的电磁钢板的加工方法而被赋予铁芯形状。

9.一种马达铁芯的制造方法，具有将多张电磁钢板加工成铁芯形状的加工工序、和将该加工后的电磁钢板层叠的层叠工序，

所述马达铁芯的制造方法的特征在于，

所述电磁钢板的板厚为0.20mm以下，在所述加工工序中，使激光的扫描速度成为10000mm/min以上来进行基于该激光的熔断。

说明书

电磁钢板的加工方法、马达以及马达铁芯的制造方法

技术领域

本发明涉及电磁钢板的加工方法，例如为了对电磁钢板赋予所希望的形状而进行的电磁钢板的加工方法。另外，本发明涉及具有通过对电磁钢板进行加工而得到的铁芯的马达以及马达铁芯的制造方法。

背景技术

近年来，如在航空宇宙领域、无线吸尘器等使用的马达所代表的那样，对马达小型化的要求日益强烈。这种小型马达为了保持输出且以小型化为志向，而正在推进高速旋转化。由于马达的高速旋转化，马达铁芯的励磁频率变高。另外，为了补偿因马达的小型化而降低的马达扭矩，也存在使转子磁铁的极数增大的情况，另一方面铁芯的励磁频率日益提高。作为这样的高速马达的铁芯材料，要求高频下的低铁损特性，作为有效的手段公知有大量添加Si、Al等电阻率增加元素或减少板厚。

另一方面，公知有这样的大量合金元素的添加、薄厚化使对马达铁芯的冲裁加工变得困难。特别是，在如上述那样以马达的小型化为志向的情况下，由于马达铁芯非常小型，因此作为铁芯材料的电磁钢板的冲裁加工性差会使冲裁的成品率降低，存在成本增大等的问题。另外，由于合金添加量高的电磁钢板、非晶体等的硬度高，模具的磨损严重，所以模具的维护成本变高，生产率也降低的问题也越来越显著。

因此，例如在对板厚薄且合金量多的电磁钢板进行加工的情况下，若应用不具有如基于模具的冲裁加工那样的高生产率的激光加工，则成为能够相对于基于模具的冲裁加工而言发挥低成本等优点的状况。以上述的情况为背景，在专利文献1中，提出了不是使用模具的冲裁而是通过激光将钢板熔断的电磁钢板的加工法。

然而，公知有基于激光的加工伴随着向电磁钢板的热输入以及冷却而向钢板导入应变，结果导致铁芯材料的磁特性的劣化。因该激光的应变导入而引起的磁特性的劣化比冲裁的情况大，从而基于激光的加工作为马达铁芯的制造方法而存在课题。

专利文献1：日本特开2009-5539号公报

发明内容

本发明是鉴于上述的问题而完成的，特别是相对于板厚薄的电磁钢板提供不会导致磁特性的劣化的基于激光的加工方法。

发明人们关于激光加工条件对铁芯(Core)材料特性造成的影响及其机理，甚至激光加工所引起的对磁特性的影响小的电磁钢板的条件进行了调查。其结果，发现了激光的扫描速度、输出，甚至材料的板厚存在最佳的条件范围，从而完成了本发明。本发明的主旨结构如以下那样。

1.一种电磁钢板的加工方法，对电磁钢板进行使用激光的熔断并将该电磁钢板加工成规定的形状，在上述电磁钢板的加工方法中，使上述激光的扫描速度成为10000mm/min以上来进行上述熔断。

2.在上述1所述的电磁钢板的加工方法中，上述电磁钢板的厚度为0.20mm以下。

3.在上述1或2所述的电磁钢板的加工方法中，上述激光的输出P(W)与扫描速度s(mm/min)相对于上述电磁钢板的板厚t(mm)满足下式(1)：

500t+50≤P/s×12000≤2000t+100…(1)。

4.在上述1～3中任一项所述的电磁钢板的加工方法中，以脉冲状照射上述激光。

5.在上述1～4中任一项所述的电磁钢板的加工方法中，上述电磁钢板具有以质量％计包含C：0.01％以下、Si：2.0％以上7.0％以下、Al：0.001％以上4.0％以下以及Mn：0.5％以下的成分组成。

6.在上述1～5中任一项所述的电磁钢板的加工方法中，上述电磁钢板具有Si的浓度在板厚方向中心层比钢板表层低的Si浓度分布，上述板厚方向中心层中的Si浓度与上述钢板表层的Si浓度的差为0.5质量％以上5质量％以下。

7.在上述1～6中任一项所述的电磁钢板的加工方法中，上述电磁钢板的Si的板厚方向的平均含量为6.2质量％以上6.7质量％以下。

8.一种马达，使用铁芯，上述铁芯通过上述1～7中任一项所述的电磁钢板的加工方法而被赋予铁芯形状。

9.一种马达铁芯的制造方法，具有将多张电磁钢板加工成铁芯形状的加工工序、和将该加工后的电磁钢板层叠的层叠工序，在上述马达铁芯的制造方法中，上述电磁钢板的板厚为0.20mm以下，在上述加工工序中，使激光的扫描速度成为10000mm/min以上来进行基于该激光的熔断。

根据本发明，能够不导致加工后的磁特性的劣化，而实现相对于电磁钢板的基于激光的加工。因此，在磁特性的方面适于小型且高速旋转驱动型的马达的铁芯，另一方面，通过加工的合格率比通常的冲裁加工高的激光加工，能够提供机械加工困难的薄壁且合金量多的电磁钢板。并且，如上述那样，通过抑制向电磁钢板的应变导入而使磁特性的劣化较小，因此能够实现马达特性也优异的马达。

附图说明

图1是包含用于铁芯制造试验(实施例1)的定子铁芯的马达的剖视图。

图2是包含用于铁芯制造试验(实施例2)的定子铁芯的马达的剖视图。

具体实施方式

在本发明的电磁钢板(以下，也简称为钢板)的加工方法中，重要的是在对电磁钢板进行使用激光的熔断并将该电磁钢板加工成规定的形状时，使上述激光的扫描速度成为10000mm/min以上。在本发明中，使激光相对于电磁钢板沿着规定的形状的轮廓线进行扫描，由此在该轮廓线进行熔断。以下，对该熔断的条件依次进行说明。

[激光的扫描速度：10000mm/min以上]

在上述的熔断处理中，激光的扫描速度越高，则投入钢板的加工的能量越少，从而向加工端面的应变导入得到抑制，磁特性的劣化也得到抑制。另外，扫描速度高从生产率的观点来看也有利，从而大大有助于生产成本的减少。具体而言，以激光的扫描速度：10000mm/min为界，若为10000mm/min以上，则能够在激光产生的来自表面的热向钢板面内方向扩散而对磁特性的影响区域扩大之前，进行电磁钢板的切断加工，若不足10000mm/min，则激光产生的来自表面的热向钢板面内方向扩散，由此对磁特性的影响变大，因此使激光的扫描速度成为10000mm/min以上较有效。优选为15000mm/min以上。

此外，激光的扫描速度的上限虽没有特别限定，但激光扫描速度越快则越难以确保电磁钢板的加工形状的精度，因此优选为40000mm/min以下。

[钢板的厚度：0.20mm以下]

在将电磁钢板用于马达的铁芯的情况下，从马达的小型化等观点来看，对铁芯材料要求高频的低铁损特性，因此优选为对涡流的减少有效的板厚亦即0.20mm以下。更优选为0.15mm以下，进一步优选为0.10mm以下。原本若是电磁钢板超过0.20mm的板厚，则冲裁的加工性不会很差，因此不需要通过激光进行加工，基于模具的冲裁在生产成本方面更有利。相反，若板厚过薄，则在激光加工后产生翘曲引起的形状不良，存在在之后的层叠工序中产生不良状况的担忧，因此优选为0.05mm以上。

[激光的扫描速度以及输出的关系]

向钢板导入的应变由激光的输出与扫描速度的平衡来决定，因此从磁特性的观点出发，在激光的输出以及扫描速度存在优选的范围。例如，即便激光输出高，若扫描速度快则投入钢板的加工的能量也得到抑制，从而对磁特性的影响变少。另一方面，若扫描速度快而激光输出小，则入射能量不足，从而存在产生因加工端面的性状恶化而无法确保尺寸精度等的问题。因此，优选限制激光的扫描速度以及输出的关系。即，优选激光的扫描速度s(mm/min)以及输出P(W)关于电磁钢板的板厚t(mm)满足下式(1)：

500t+50≤P/s×12000≤2000t+100·····(1)。

这是因为，式(1)的(P/s×12000)是入射能量的指标，为了可靠地熔断，优选使其成为下限(500t+50)以上。另一方面，为了防止不必要的向钢板的应变导入所引起的加工端面的性状恶化，优选成为上限(2000t+100)以下。而且，该上下限的范围取决于板厚。

[以脉冲状照射激光]

作为抑制在基于激光的加工时向钢板导入的应变的方法，应用脉冲激光是有效的。这是因为，若使用脉冲激光则能够使热影响部变小，从而能够更加抑制应变的导入。

[电磁钢板的成分组成]

电磁钢板优选是包含C：0.01质量％以下、Si：2.0质量％以上7.0质量％以下、Al：0.001质量％以上4.0质量％以下以及Mn：0.5质量％以下的成分组成。此处，如后述那样，电磁钢板也包括具有例如Si浓度在板厚方向变动的浓度分布的情况，但即便在具有此种浓度分布的情况下也优选位于上述的含量范围内。此外，剩余部分优选是铁以及不可避免的杂质。以下，对各成分的添加理由进行叙述。

C：0.01质量％以下

若C过度地存在于钢板，则会引起磁时效，使磁特性劣化，因此优选成为0.01质量％以下。更优选为0.001％以下。下限越低越优选，因此不需要特别限制。

Si：2.0质量％以上7.0质量％以下

Al：0.001质量％以上4.0质量％以下

Mn：0.5质量％以下

上述的3种元素均是为了使电磁钢板的电阻率增大并减少涡流损耗，而优选以Si为2.0质量％以上，Al为0.001质量％以上以及Mn为0.005质量％以上的量来进行添加。而且，若Si的添加量不足2.0％，则原本就不会产生使用了模具的冲裁加工所引起的困难性，因此不需要使用激光加工。另一方面，若3种元素均过度添加，则导致电磁钢板的饱和磁通密度的降低，因此分别成为Si：7.0质量％以下、Al：4.0质量％以下、Mn：0.5质量％以下。此处，Mn的添加量的上限比其他2种元素显著地低的原因，是若添加Mn则钢板的热膨胀率增大，从而激光加工所引起的应变的导入范围变大。

[Si浓度分布]

电磁钢板优选具有Si的浓度在板厚方向中心层比钢板表层低的Si浓度分布，板厚方向中心层中的Si浓度与钢板表层的Si浓度的差为0.5质量％以上5质量％以下。即，通过在钢板的板厚方向具有Si浓度在板厚方向中心层比钢板表层低的分布，能够抑制涡流损耗，从而有利于减少高频铁损。这是因为，涡流的损耗因表皮效应而集中于板厚的表层，因此板厚的表层中的电阻率高会对涡流的减少有效地发挥作用。为了发挥该效果，需要钢板的表层与中心层的Si浓度差为0.5质量％以上。另一方面，若Si浓度差超过5质量％，则表层与中心层的磁致伸缩差变大，从而磁滞损耗增大。因此，钢板表层与中心层的Si浓度差优选为0.5质量％以上5质量％以下。更优选为1.5质量％～3.5质量％。

此处，关于上述的Si浓度差，将钢板在板厚方向分割成三份时的从表背面至板厚的1/3为止的层定义为表层，将夹着其之间的包含板厚方向中心部的板厚的1/3的层定义为中心层。各层的Si浓度由厚度方向的平均值定义。该浓度差可以使用EPMA(电子探针显示分析)评价钢板截面Si浓度分布，也可以通过以将钢板的一面或者两面利用化学研磨等而使板厚成为1/3的样本进行湿式分析的结果来判定。

[其他]

其他的激光条件、例如激光的直径、辅助气体的条件等没有限制，只要在能够得到所希望的端面性状等的条件下进行即可。例如，在将电磁钢板加工成铁芯的情况下，若加工成铁芯的齿前端等微细的形状，则只要成为较细的激光直径即可，若需要抑制加工端面的氧化，则辅助气体只要使用N
₂、Ar而非O
₂即可。另外，关于激光加工装置，只要实现规定的激光条件，则也可以使用任何加工装置以及激光源。

另外，向钢板涂绝缘被膜的必要性与通常的电磁钢板相同，在钢板的一面或者两面也可以预先具备具有充分的绝缘性的绝缘被膜。另外，用于本发明的电磁钢板的加工方法的电磁钢板只要成为满足上述条件的钢板，则没有其他特别的限制。例如，也可以为高合金材料、复合钢，另外，为了得到板厚方向的Si浓度差，也可以实施包含CVD(化学气相沉积)工艺的浸硅处理。

[马达铁芯的制造方法]

本发明的电磁钢板的加工方法特别有利地适合于制作马达铁芯。即，在具有将多张电磁钢板加工成铁芯形状的加工工序、和将该加工后的电磁钢板层叠的层叠工序的马达铁芯的制造方法中，在加工工序中，使激光的扫描速度成为10000mm/min以上来进行基于该激光的熔断，由此能够提供适于马达的高效率化的马达铁芯。此外，层叠工序中的加工后的钢板的层叠只要通过铆接、粘合等将钢板相互固定即可，该方法没有特别限制。

在本发明中，不仅制造成本高，而且设备投资成本也高，但具有不需要在上述铁芯形成后实施消除应变退火的优点。例如，若对使Si浓度倾斜的材料进行退火，则Si扩散，从而对于磁特性而言较佳的Si浓度差受损，因此不实施消除应变退火是有利的。

实施例1

使用具有包含表1所示的成分且剩余部分为铁以及不可避免的杂质的组成的板厚0.20mm的无方向性电磁钢板，制作图1所示的截面形状的2极3相的无刷DC马达，评价其马达效率。即，在表2所示的条件下，对无方向性电磁钢板照射激光来进行按照图1所示的定子铁芯的形状的熔断加工，之后将加工后的多张钢板层叠并通过浸渍粘合而相互固定，得到15mm厚的层叠体铁芯。此外，表2所示的除激光条件以外的马达制造条件全部相同。

此处，马达特性的评价通过驱动电压25.2V的PWM(脉冲宽度调制)正弦波通电而统一实施80000rpm-20mNm的驱动条件。在表2中，与激光条件一并汇总表示马达效率的评价结果。如表2所示，在激光的扫描速度为10000mm/min以上的条件下认为马达效率得到改善。另外，在激光扫描速度为10000mm/min以上且激光输出P(W)相对于电磁钢板的板厚t(mm)满足500t+50≤P/s×12000≤2000t+100的条件下，认为马达效率得到更大幅度的改善。另外，在激光输出为150W、扫描速度为12000mm/min的条件下得到最大的马达效率，另一方面在激光输出为100W、扫描速度为12000mm/min的条件下无法加工电磁钢板，从而无法制作马达。

[表1]

表1

[表2]

表2

实施例2

使用具有包含表3所示的成分且剩余部分为铁以及不可避免的杂质的组成的无方向性电磁钢板，制作图2所示的截面形状的4极6槽的无刷DC马达，评价其马达效率。即，在表4所示的条件下，对无方向性电磁钢板照射激光来进行按照图2所示的定子铁芯的形状的熔断加工，之后将加工后的多张钢板层叠并通过浸渍粘合而相互固定，得到20mm厚的层叠体铁芯。此外，表4所示的除激光条件以外的马达制造条件全部相同。

此处，在评价马达特性时，通过驱动电压25.2V的PWM正弦波通电，在105000rpm-25mNm的驱动条件下统一实施。在表4中汇总表示激光条件、材料条件以及马达效率的评价结果。在表4中，激光的振荡方式一栏中的“连续”是表示连续振荡激光条件，“脉冲”是表示脉冲宽度为30μsec，发射间隔为12μm的脉冲振荡。

如表4所示，在激光的扫描速度低于10000mm/min的条件下，在任何材料中马达效率均没有超过85％。另一方面，在激光的扫描速度为10000mm/min以上的条件下，马达效率大幅提高。其提高量因材料而明显不同，明确在具有板厚方向的Si浓度分布的材料中提高量较大。另外，通过使激光条件为脉冲振荡而非连续振荡，可观察到马达效率进一步提高。

[表3]

表3