旋叠片电机定子铁心用无取向电磁钢板范文

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摘要：交流发电机的定子铁心采用了一种新的、高效叠片方法制作。将电磁钢带以平面弯曲成螺旋方式加以叠片，这种铁心被称为“螺旋铁心”，使用越来越广泛。其材料是具有低铁损的无取向电磁钢板，通过控制钢的化学成分和铁素体晶粒度，使钢的屈服强度σs，抗拉强度Rm，屈强比（σs／Rm）等机械性能都适应螺旋加工要求。

关键词：定子铁心；螺旋叠片；机械性能；折痕

1螺旋叠片的电机定子铁心

汽车用交流发电机的定子铁心近年来采用一种新的、高效叠片方法制作。将电磁钢带以平面弯曲成螺旋方式加以叠片，像蛇一样盘旋来制成铁心。这种铁心被称为“螺旋铁心”，使用越来越广泛。螺旋铁心的材料是具有低铁损的无取向电磁钢板，通过控制钢的化学成分和金相组织，使钢的屈服强度σs，抗拉强度Rm，屈强比（σs／Rm）等机械性能都适应螺旋加工所要求的范围，同时还具有较低的铁损。

2钢的化学成分

C最佳范围：0～0．005％（质量分数，下同）；Si最佳范围：0．5％～1．0％；S、N、O及Ti、Nb、V、Zr、Mg等元素会形成析出物，使铁损劣化，应全部控制在0．01％以下。Al：0～0．07％，最佳范围为0～0．03％。Al含量高会降低磁感强度，其影响磁感甚于Si的影响。此外Al含量增高也会降低屈强比，因此Al＋Si应在0．3％～2．5％的范围内。如果单纯地提高屈服强度σs或抗拉强度Rm等机械性能，都会影响到屈强比（σs／Rm）。图1，图2，图3，均为铁素体的晶粒平均尺寸20μm时，Al＋Si含量与σs，Rm，屈强比之间的关系。后面将叙述具有良好的螺旋加工性，要求其σs为320MPa以下，Rm为400MPa以下，屈强比在0．82以下，那么所对应的Al＋Si含量，从图1～图3可知分别为对于σs在1．8％以下，对于Rm在1．1％以下，对于屈强比在0．6以上。由此可确认良好的螺旋加工性能Al＋Si含量，但这是在铁素体平均晶粒尺寸为20μm时的含量。如果铁素体晶粒平均尺寸偏离20μm时如何控制Si和Al的成分，经过反复试验和研究确定为0．3％～2．5％，较好的范围为0．5％～1．5％，最佳的范围为0．5％～1．0％。Mn起到改善热加工性的作用，还可以使硫化物粗大化而降低不良影响，其范围为0．05％～0．6％，最佳范围为0．1％～0．3％。为了使S无害化还要添加Ca和稀土组元素REM（0．0005％～0．005％）以防止铸造中生成粗大的柱状晶。还要添加改善磁性能的元素，如Cu，Sn，Sb，Ni，Cr，B等。从降低成本角度看应控制在0．5％以下为好。

3钢的组织

钢的组织不含没有再结晶的组织，是单一的铁素体组织，平均晶粒尺寸为10～60μm。如果有非再结晶组织存在，或平均晶粒尺寸小于10μm，铁损劣化，σs，Rm以及屈强比升高。而平均晶粒尺寸大于60μm，螺旋加工特性劣化，特别是冲剪性能劣化，毛刺大，因此最佳晶粒尺寸为10～30μm。

4机械性能

机械性能与螺旋加工性能的关系可通过试验来评价，以获取良好的螺旋加工性能所对应的机械性能。首先对具有不同机械性能的无取向电磁钢板螺旋加工性能加以评价。其方法是从钢板上剪取宽度10mm×长度100mm的试样，再准备一个直径为Φ300mm的钢柱，将试样钢带沿钢柱横向螺旋缠绕，同时记录钢带从内圈到外圈发生折痕的数量。对于不同成分、不同铁素体晶粒度就有不同的机械性能，所对应的σs，Rm也不相同，与其相应的折痕产生个数的关系如图4和图5所示。图4屈服强度与折痕发生的关系图5抗拉强度与折痕发生的关系从图5可知σs，Rm越小，折痕个数就越少，其螺旋加工特性就越好。从图4和图5中可知对应的屈服强度σs小于320MPa，抗拉强度Rm小于400MPa。但是从加工时防止座屈（局部凸起）缺陷发生的观点看，σs应该在250MPa以上，Rm在350MPa以上为好。此外没有规定延伸率δ特性，但是要保证螺旋加工特性良好，其延伸率δ应在30％以上为好，如果延伸率过大，冲剪加工时会产生较大的毛刺，希望在40％以下。对于化学成分C：0．003％，Si：0．7％，Mn：0．2％，Al：痕迹的的钢板，改变晶粒度，得到不同屈强比的钢板，以评价螺旋加工特性。σs在290～320MPa范围内变化，Rm在350～400MPa范围内变化，以使屈强比变化，那么屈强比与折痕个数的关系如图6所示。屈强比在0．82以下时，折痕数量减少了，螺旋加工性能良好，但是过小，剪切毛刺过大，因此屈强比应大于0．65。

5制造方法

将符合该发明化学成分的板坯热轧成热轧板，然后酸洗，冷轧，再结晶退火，其再结晶退火与其他无取向电磁钢板一样采用连续退火，使再结晶晶粒度均匀一致，晶粒尺寸为10～60μm，是单相的铁素体，退火温度为700～900℃。也可以采用间歇式炉子退火，由下式来确定退火温度（开氏温度）与退火时间，二者的积LMP一般控制在17000～21000之间可获得最适宜的晶粒度。LMP＝T×（20＋Logt）式中，T为退火温度，K；t为退火时间，h。其后是涂布绝缘涂层和干燥。但是从降低成本上考虑也可以不涂。

6实施例

6．1例1

按表1所示化学成分的钢坯作为试验材料，经1150℃加热后热轧成厚度为2．5mm的热轧板，再经酸洗后冷轧成厚度为0．5mm的冷轧板。脱脂后经850℃×30s的连续退火，获得成品钢板。按JISG0552标准测定钢板的晶粒尺寸。按JISC2556标准测定钢板的磁性能，采用55mm×55mm试样进行单片测定，L方向和C方向各一次，取其平均值。按JISZ2241标准对钢板L方向和C方向进行拉伸试验，取其平均值。此外还要进行螺旋加工性能测试，其方法是从钢板上剪取宽度10mm×长度100mm的试样，再准备一个直径为Φ300mm的钢柱，将试样钢带沿钢柱横向螺旋缠绕1圈，同时记录钢带从内圈到外圈发生折痕的数量。其结果列于表1。凡是符合该发明条件的均获得良好的螺旋加工性和低的铁损。

6．2例2

化学成分（质量分数）C：0．003％，Si：0．7％，Mn：0．18％，P：0．073％，Al：0．001％，以上述成分的钢坯为试验材，经1150℃加热后热轧成厚度为2．5mm的热轧板，再经酸洗后冷轧成厚度为0．5mm的冷轧板。脱脂后按表2所示的条件退火，获得成品钢板。再按例1同样的方法测定晶粒尺寸、磁性能、机械性能，以及螺旋加工特性。其结果列于表2。凡是符合该发明条件的均获得良好的螺旋加工性和低的铁损。

7要点归纳

1）螺旋叠片铁心是近年来开发的新技术，叠片自动化，效率高，铁心导磁率高，无漏损。是今后的发展方向，应引起我们的重视。2）要使无取向电磁钢板适宜于螺旋叠片加工，无折痕产生，必须从钢的成分上，生产工艺上采用相适宜的方案，使最终产品的机械性能合乎要求，即屈服强度、抗拉强度、屈强比及延伸率在所规定的范围内。3）钢的再结晶退火的组织也同样重要，应是完全的铁素体再结晶组织，其晶粒最佳尺寸为10～30μm。

作者：藤仓 昌浩 牛神 义行 大神正浩 曽根健 蝋山 隆司 单位：新日铁住金株式会社