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。为了抑制地球持续变暖，必须提高能源利用效率，减排以CO2为主的温室气体。日本的马达约消耗了日本国内总电力的50%，特别是工业领域的马达消耗了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了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。为了满足上述的市场要求，还开发了铁损与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。
1 高效马达用材料的要求
在家电产品中，作为顶级转子产品和HEV中的无电刷直流马达要实现高性能化、高效率化，就要选择特殊的铁芯材料。
由于无电刷直流马达的功率损失受马达铁芯的损失支配，故原料材铁损对马达效率的影响大，有研究报告指出，最大效率与在1.0T、400Hz的铁损W10/400相关。并且，材料磁通密度对马达效率的影响虽小，但对于扭转力矩而言，却发现了材料B50（在磁场5000A/m时的磁通密度）的影响：B50越高的材料，其扭转力矩常数就越增加。因此，电工钢板的高磁通密度.低铁损化将会促进马达的高性能化。
由于加速时必须要高扭转力矩，故作为铁芯材料而使用的电工钢板就要求在高磁场范围有高磁通密度。另一方面，在马达旋转速度高的场合，由于铁损占马达功率损失的比率大，故要求使用高频低铁损的材料。尽管不同驱动条件下对电工钢板的要求不同，但电工钢板的高磁通密度.低铁损化可以全面提高马达性能。
在感应马达上，由于转子发生二次铜损，故较无电刷直流马达，前者的铜损占马达损失的比率较大；并且，在采用铁损低的高Si材料情况下，马达铁损虽然减少了，但马达的铜损却增加了。这是由于材料Si含量的增加使铁损减少，饱和磁通密度减少而高磁场的材料磁通密度下降，从而使激磁电流增加。因此，在马达设计磁通密度和驱动条件时，与其使用高Si低铁损材，不如选择较低Si含量而磁通密度高的材料更能够提高马达的效率。
归纳以上可以得出以下观点：由于马达铁损与材料铁损强烈相关，而铜损和材料磁通密度强烈相关，故在相同铁损下的高磁通密度材料能提高马达效率。因此，开发Si含量较低而磁通密度高的材料是必要的。
2 JNP系材料特性及开发
其板厚与JN、JNE系列相同，有0.35mm和0.5mm两种。并且，为了给不同用途的马达提供最佳材料，开发了成分不同、分别称作JNP5（含Si较低）及JNP7（含Si较高）低铁损材。
比较了JNP、JN、JNE系列材在1.5T、50Hz下的铁损W15/50和磁通密度（B50）的关系，结果是JNE铁芯、JNP铁芯在大致相同的铁损下，后者比前者的磁通密度约提高了0.02T。
此JNP系材料在进行Si、Al、Mn等合金元素加入量最佳化试验的同时，还进行了降低钢中S、N等杂质含量及缓解杂质负面影响的技术开发。
另外，由于对晶界偏析元素的有效利用和中间工序的最佳化，还使用了在磁特性方面减少有害的（111）织构、增加（100）、（110）织构的技术。对比了35JNP7（B50-1.70T）及与之有基本相同铁损值的35JNE230（B50-1.68T）的再结晶织构。结果表明，对35JNP7的磁特性产生负面影响的{111}<112>的方位减少了。
3 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。为了EV马达，研究了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，制作了输出功率1.6kW的IPM（内埋磁铁）型马达，并评价了马达特性。在马达旋转速度1250rpm（相当于车速60km/h）的马达效率和转矩之间的关系。结果是，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。
4 在感应马达中的应用
由于感应马达不使用磁铁，而是使用了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材大幅度改善了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。
采用输出功率400W的小型马达（三相六极感应电机），评价了B50改善对感应马达的影响。一般工业机械等的感应马达所用铁芯材料，由于多使用厚0.5mm板材，故将开发材50JNP5、50JNP7和原来材50JNE300（W15/50-2.70W/kg，B50-1.69T）3种材料制作的定子铁芯进行了对比试验。输入电压波形为正弦波，将电压波高值和频率数作为可变数而控制（无负载时）铁芯的磁通密度，并测定了马达效率。
在动作磁通密度<1.4T时，使用50JNP5、50JNP7的效率改善效果小；当动作磁通密度>1.6T时，磁通密度越高，则效率改善效果越大，特别是50JNP5获得了1%以上的效率改善。即使在其他的旋转速度.扭转力矩条件下，也是在达到一定值以上的磁通密度时，就有马达效率改善的倾向。磁通密度越高，伴随原料材B50的效率差就越明显，其原因主要是磁通密度越高，铜损所占能量损失的比率就越高，所以，利用提高B50降低铜损的效果就表现得更显著。
从以上实验结果可以预测，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。
5 结语
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。由于这些设备的高效化，可以期待对保持地球环境做出大的贡献。
信息来源：冶金信息网
