为了防止地球变暖，强烈要求减少CO2排放量。在1997年的京都会议上，日本承担在2008～2012年间将温室气体排放量比1990年削减5％的义务。在日本国内CO2的总排放量中，交通运输部门约占20％，其中的90％是汽车排放的，故当务之急是减少汽车的尾气CO2排放量。
在此背景下，各汽车生产厂家在改善汽油动力车燃料消耗的同时，大力进行了电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FCEV)等的开发，特别是在HEV的开发中取得了极大的进展：以汽车的驱动马达为首，在发电机、电抗器、电动空调器等高频驱动的新电机及电器方面获得了令人惊喜的成果。
另一方面，即使在除HEV以外的汽油动力车上，为了提高其操作性、快捷性和安全性，也快速搭载了新的电机和电器。例如将原来的油压动力液压转向装置进行了电动化，从而降低了燃耗，故此装置现已由小型车向大型车扩大使用；而且，还陆续进行了电动闸轴、电磁吊架、电动动力液压转向装置等的技术开发，以及用这些电子机器控制汽车的研究。电工钢板作为这些电机和电器的铁芯等材料而被广泛使用，是促进设备小型化、高效化的关键材料。
1．HEV驱动马达用电工钢板
1．1驱动马达所要求的特性
自1997年在日本出售批量生产的HEV(混合动力汽车)以来，其产量年年增加。最近由于原油价格的高涨，以北美为中心的需求正进一步增长。在开发之初，在改善燃耗方面最强劲的就是HEV；而最近还开发了追求马达优良应答(即响应)特性和有效利用初始转矩行驶乐趣的HEV。
HEV驱动马达铁芯材料须有如下优良性能：车加速时须有高转矩，作为铁芯材的电工钢板须有高磁通密度；同时，当马达回转数增高时，在马达损耗中铁损所占比率就会增大。因此，在要求高频铁损低的材料的同时，为了散热还须有高导热系数；而且，在将磁铁插入转子槽沟的内部磁铁型IPM马达上，为了防止磁铁飞散，还要求电工钢板须有高强度和高疲劳强度。
虽然对电工钢板提出了多种要求，但一种材料很难完全具备这些特性，故总是按马达要求而分别使用各种材料。本节介绍磁通密度和铁损平衡优良的高效马达用电工钢板、高频低铁损用薄电工钢板和高强度电工钢板的特性。
表 1 开发钢板(0.20mm )与原钢板性能对比
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级别 铁损，W／kg 磁通密度 屈服强度
W10／400 W1／10k B50(T) MPa
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0.20mm 高强度钢板 38.3 26.3 1.63 841
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原来钢板 35A250 17 40.4 1.66 402
50A310 25.1 53.7 1.67 412
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1．2高效马达用电工钢板
在HEV马达铁芯用材中，为了使马达高效化，要求能达到低铁损、小型化、高转矩化的高磁通密度。为了减小电工钢板的铁损，从增大固有电阻和减少磁各向异性的观点，向钢中加Si是有效的，高级别电工钢板已将Si含量加到了3．0％的程度。另一方面，由于是非磁性元素，随着Si的加入，不可避免的会使磁饱和磁通密度变低，故采用原来的加Si方法难以制造出磁通密度和铁损特性二者都优良的材料。对此，一方面将Si、Al等合金元素加入量最佳化，同时增加磁特性好的(100)、(110)织构，并降低钢中杂质含量，结果制造出了能满足高效马达用的电工钢板，其磁通密度—铁损特性的平衡比原来材料更优良，从而促进了马达的高效化。
1．3高频用薄电工钢板
从今后MEV马达小型化的观点，预测其最高转数会增大，作为铁芯材料所用电工钢板的激磁频率也会增高。并且，仅在发动机高速运转时，马达变成了空转状态。但在使用永久磁铁的马达上，因用交变磁场而产生了高频铁损，从而增大了燃耗。为此，迫切要求降低电工钢板的高频铁损。此铁损虽由磁滞损失与涡流损失构成，但却如(1)式所示：其中的涡流损失与频率数的平方成正比，从而使高频激磁急剧增大。
We＝(πBmft)2／6ρ(1)
式中的Bm为最大磁通密度、f为频率数、t为钢板厚度、ρ为固有电阻。
为了减少涡流损失，考虑了减薄板厚和增大固有电阻两种方法，但从(1)式可知，涡流损失与板厚的平方成正比，故减少板厚最为有效；而且，减少板厚还不会降低磁饱和，故可以说是减少高频铁损的最佳方案。因此进行了薄电工钢板的开发。
进行的磁特性测试表明：较之0．35mm厚的最高级别电工钢板材料，新开发的0．20mm薄电工钢板的铁损下降了25％～30％，且频率越高的下降铁损越显著。薄钢板降低高频铁损的效果不仅提高了马达效率，还减少了马达发热量和永久磁铁热负荷，从而可以使用不含Dy等高价稀土元素的磁铁。
1．4转子用高强度电工钢板
从防止磁铁飞散的观点，IPM马达转子用材应具有在高速旋转时耐离心力的强度和耐交变载荷的疲劳强度；并且，在集中卷的马达上，因产生了源于转子表面谐波的铁损，故还须降低高频铁损。为了能同时满足高频低铁损和高强度2项要求，开发了薄的高强度无取向电工钢板。为了降低其高频铁损，将板厚减薄至0．20mm；同时以固溶强化为主体进行了高强度化。从表1所示的开发钢板与原来钢板的磁特性与机械性能对比可知：开发钢板将高频铁损降至钢板以下，而其屈服强度比原来钢板提高了1倍。
2．电抗器用高硅钢板
为了在HEV上进行电力变换和变频，须设置高频电抗器，这是在回路中伴随转换动作而进行电能蓄积、释放的回路电流整流化构件。所用铁芯材料要求高频低铁损、小型化需要的高磁通密度以及为了降低噪音必有的低磁致伸缩。能满足这样多方面要求的材料是6．5％Si电工钢板。由于向钢中加入了6．5％的Si，故其磁致伸缩基本为零，导磁率和铁损也显示了最佳值。然而因Si高致使其延伸率急剧下降，从而给轧制薄钢板造成困难，故原来将最高级别的Si钢板的Si含量限制在3．5％以下。近年因采用了CVD（化学气相真空镀膜）法代替轧制法，可以批量生产6．5％Si钢板。
表 2 6.5％Si钢板与相关材料的磁特性对比
——————————————————————————————— 材料 厚度 磁通密度 铁损，W／kg 最大相对 磁致伸缩
mm B8(T) W10／50 W10／400 W1／10k 导磁率
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6.5％Si钢板 0.1 1.29 0.51 5.7 8.3 23000 0.1
取向电工钢板 0.1 1.85 0.72 7.2 18 24000 －0.8
(3％Si) 0.23 1.92 0.29 7.8 30 92000
无取向电工钢板 0.2 1.51 0.74 10.4 24 15000 7.8
(3％Si) 0.35 1.50 0.7 14.4 33 18000
Fe基非晶质材 0.03 1.38 0.11 1.5 3 300000 27
铁氧体 松散料 0.37 － － 2 3500 21
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表2对比了6．5％Si钢板及其对比材料的磁特性。由表中数据可知：6．5％Si钢板的铁损比同厚度的取向电工钢板更低，特别是其磁致伸缩极小；另外，开发钢板的其它性能也较优良。
为了测试6．5％Si开发钢板的磁致伸缩性能，分别将0．1mm厚的开发钢板、原取向电工钢板和0．025mm厚非晶质材用于高频电抗器，在激磁基本频率50Hz、载波频率16kHz、磁通密度同为0．6T条件下，在距铁芯10cm处分别测定其各自的噪音水平结果：非晶质材料为60dB、原取向钢板为47dB，而开发钢板只有30dB，充分表明开发钢板具有独特的降低噪音效果。
另外，由于在采用CVD过程中，将板厚方向的Si浓度梯度进行了最佳化，成功开发了能明显降低高频铁损的倾斜磁性材料，在10KHz以上的频率范围，其铁损比6．5％Si钢板更低。这是由于其Si的最佳化分布减少了涡流损失的缘故。
3．电动液压转向装置马达用电工钢板
作为汽车用马达的新领域，在上述的HEV马达以外，电动液压装置(EPS)引人注目，因其燃耗比油压转向装置下降了2％～3％，故正快速普及。然而，EPS的驾驶操纵感较油压差。之所以存在此需改善的课题，是因其马达的轴承损耗和电刷损耗而引起转矩损耗之故。
在DC(直流)电刷马达上采用材料特性不同的电工钢板，调查了磁滞损耗与转矩损耗的关系，结果表明，转矩损耗随磁滞损失的下降而减少，即高效马达用电工钢板的使用，减少了DC电刷马达的转矩损耗。
4．点火线圈用电工钢板
点火线圈是为了产生点火所需的高电压的部件，是遮断一次电流时在二次侧产生高电压。因一次电流铁芯磁能量大，要求遮断一次电流时应答性优良，故采用了磁通密度和导磁率都高的取向电工钢板。
5．结语
为了充分发挥所介绍的电工钢板优良性能的作用，既要把握各自的材料特性，同时还应考虑到因加工、装配等而引起特性的劣化，以便在设计时将之降至最低限度。今后将加强新材料的研发，以便为汽车用电气设备的小型化、高性能化作出更多贡献。
