世界最早批量生产的混合动力汽车（HEV）自销售以来，已经经过了15年，在此期间，市场有了扩大，车种也增加了许多。并且纯电动汽车（EV）和可外接充电式混合动力汽车也投入正式生产。与燃油发动机相比，混合动力汽车的电机应答性好、转矩控制精确度高，在汽车上的应用将会不断扩大。同时，也期待驱动电机用电工钢板对提高电机驱动性能和汽车能源效率发挥更大作用。本文对HEV和EV高性能驱动电机用电工钢板新产品及其应用技术进行介绍。
1、HEV和EV驱动电机特性及对电工钢板的性能要求
HEV和EV驱动电机不同于普通电机，要求在启动和爬坡时具有大转矩、高速行驶时具有高转速，在高密度行驶区具有高效率等特殊功能。此外，为降低电机成本，对HEV和EV驱动电机都有小型化的要求（图1）。
图1：HEV、EV驱动马达的特性和对电工钢板的性能要求
为使电机有大转矩，除了增大电机线圈中的电流，增加与线圈相交的磁通量也是十分重要的。此外，为实现电机小型化，还要求电工钢板具有高磁感应强度。为提高磁感应强度，应减小转子和定子之间的空隙以减少磁阻。电工钢板的加工精密度对提高磁感应强度也十分重要。
由于电机的输出功率是线圈转矩和转数的乘积，线圈转矩与电机体积成正比，减小电机体积还要保持高功率，就必须增加线圈的转动次数。由于线圈转动次数增加会使钢板的励磁频率增加，所以要求电工钢板在高频励磁条件下，具有低铁损。此外，由于线圈高速旋转会产生巨大的离心力，所以要求转子电工钢板具有高强度。
为应对上述要求，开发出新型无取向电工钢板系列产品。在与传统电工钢板铁损相同的情况下，开发品的磁感应强度B50（磁场强度为5000A/m时的磁感应强度）有了提高。与0.50mm、0.35mm厚的传统产品相比，薄规格电工钢板抑制了磁场强度H10/400的下降，实现了高频励磁条件下的W10/400低铁损。图2是高速转子用高强度电工钢板系列产品的电磁学特性和力学性能，其屈服强度是传统产品的2倍，同时将W10/400铁损的增加控制到最小程度。这些新型电工钢板系列产品正在被市场销售的HEV、EV的驱动电机所采用。
图2：高强度电工钢板系列的电磁学特性和力学性能
2、电工钢板的磁化过程和影响电磁特性的主要材质因素
市场销售的HEV、EV的驱动电机的主流类型是将永久磁铁装入转子的内置式永磁电机（IPM），但节省稀土资源的三相感应电机（IM）和开关磁阻电机（SRM）的开发也在不断地取得新进展，并在一些车型上得到应用。由于电机种类和电机设计的不同，对电机铁芯用电工钢板的要求也不同。以电机工作时的磁感应强度为例，内置式永磁电机的大部分情况是在1T磁场下就达到磁饱和状态，三相感应电机为了在转子的二次导体内产生感应电流，要在1.5T磁场下使用，而开关磁阻电机要在接近磁饱和的状态下工作（表1）。
表1：主驱动电机用电工钢板和工作磁感应强度
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转矩
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磁场
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转子
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磁感应强度
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IM
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洛仑滋力
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定子绕组
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涡流电流
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高（-1.5T）
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DC
BLM
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SPM
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铁氧体
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洛仑滋力
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PM
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定子绕组
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低（-0.8T）
到
高（-1.2T）
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IPM
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洛仑滋力+
磁阻转矩
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Nb-Fe-B
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SRM
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磁阻转矩
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定子绕组
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–
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高
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电工钢板的磁化过程可分为磁化初期与外磁场方向接近的180°畴壁的移动和之后的磁畴磁矩向外磁场方向转动的过程，影响这两个过程的因素不同（表2）。这些因素主要影响到铁损中的磁滞损耗，但在高频条件下涡流损耗变大，因此，应根据电机运转的磁感应强度和频率的具体情况，将这些影响因素控制到最佳状态。
表2：影响各磁化过程的材料因素
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磁化过程
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材料因素
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磁畴壁移动
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晶界（晶粒尺寸）、析出物、晶体缺陷、应变
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磁畴磁矩转动
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晶粒取向（织构）、磁各向常数
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磁饱和
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饱和磁化强度
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