近年来,地球变暖和大气污染等环境问题及能源短缺问题受到全世界高度关注。为抑制地球持续变暖,必须提高能源利用效率,减排以CO2为主的温室气体。日本的马达约消耗日本国内总电力的50%,特别是工业领域的马达消耗70%以上的电力。并且,在汽车业界,混合动力车(以下简称HEV)和电动车(以下简称EV)、燃料电池车的开发及实用正在取得进展。对于这些工业用的驱动马达的高性能化、高效率化的要求正变得越来越严格,因此,要求作为铁芯材料使用的无取向电工钢板进一步实现高性能化。
至今为止,JFE钢铁公司按日本工业标准开发JN系列、高磁通密度·低铁损的JNE系列、消除应力退火后能获得高磁通密度·低铁损的JNA系列、高频低铁损(厚0.2mm)的JNHF系列等。为满足上述的市场要求,还开发铁损与JNE系列相同、而磁通密度更高的高效马达用JNP系列无取向电工钢板。
JFE钢铁公司JNP系材料特性及开发
开发材的磁特性如表1所示。其板厚与JN、JNE系列相同,有0.35mm和0.5mm两种。并且,为给不同用途的马达提供最佳材料,开发成分不同、分别称作JNP5(含Si较低)及JNP7(含Si较高)低铁损材。
表1 JNP铁芯的磁特性
名称
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板厚,mm
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W15/50,W/kg
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W10/400,W/kg
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B50,T
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35JNP5
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0.35
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2.50
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20.0
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1.75
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37JNP7
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0.35
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2.10
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17.0
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1.70
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50JNP5
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0.50
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3.00
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32.0
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1.75
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50JNP7
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0.50
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2.60
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26.0
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1.71
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开发材在EV及HEV马达中的应用
由于开发材磁通密度高,故特别有望作为要求高转矩的EV、HEV马达的铁芯材料使用。为EV马达,研究各种各样的形式和配置,其中之一就是直接传动。此传动方式在广泛利用车内空间的同时,将电池容纳空间置于座位之下,特别适用于小电动车的传动方式。
在直接传动的马达上,由于不通过齿轮而直接使车轮旋转,故要求马达有高转矩。并且与采用齿轮而高速旋转的马达相比,因为转速低,故铁损占马达损失比率低。因此,对于直接传动马达用电工钢板,虽然对铁损要求不那么严,但却强烈要求高磁通密度。
为了确认开发材用于直接传动马达的优越性,制作输出功率1.6kW的IPM(内埋磁铁)型马达,并评价了马达特性。与原来材JIS35A250(相当于35JN250)相比,在应用时开发材35JNP5马达的转矩和效率都更高。
开发材中的35JNP7即使作为HEV马达的铁芯材料,也具有优良特性,已被上市销售的HEV采用。
在感应马达中的应用
由于感应马达不使用磁铁,而是使用由转子的二次导体产生的感应电流磁场,与无电刷的直流马达相比,前者的铜损比率较高,故利用材料B50的改善,高效化的效果会更强烈地表现出来。开发材比JNE材大幅度改善B50,所以可以期待将开发材作为铁芯材料而显著提高感应马达的效率。
利用开发材JNP5、JNP7提高感应马达效率的效果,将会在更高磁通密度的设计中得到更大的体现,特别有利于大型高电压马达和更小型化、高转矩化的马达。
由于开发的JNP系列无取向电工钢板的磁通密度高,故特别适用于要求高扭转力矩的电动车、混合动力车等电动马达铁芯材,并正用在批量生产的车种中。而且,有望在无电刷直流马达中使用,进而应用于感应马达。另外,约有10件以上新产品的专利正在申请中。
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