维普资讯 http://www.cqvip.com 防爆电机 （ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ—ＰＲＯＯＦ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ） ２００４年第４期（总第１２１期） ２００４年１１月１５日出版 消除冲剪边缘效应恢复冷轧硅钢片的高导磁性能 吕 平 李振字。 李积继 佳木斯电机股份有限公司，黑龙江佳木斯（１５４００２） 绅骏动力（上海）有限公司，上海（２０１１０８） 摘要冷轧硅钢片的高导磁性能受“冲剪边缘效应”的影响而恶化，为降低其影响，分析了 将冲片退火、优化槽形结构等消除效应影响的方法，分析认为将冲片退火最能恢复冷轧硅钢片的 高导磁性能。 关键词 消除 冲剪边缘效应 冷轧硅钢片 导磁性能 Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ Ｃｏｌｄ—Ｒｏｌｌｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈｅｅｔ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ Ｍａｒｇｉｎａｌ Ｅｆｆｅｃｔ Ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｐｕｎｃｈｉｎｇ Ｌｖ Ｐｉｎｇ，Ｌｉ Ｚｈｅｎｙｕ，ａｎｄ Ｌｉ Ｊｉｊｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ ｉｓ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｒｇｉｎａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｐｕｎｃｈｉｎｇ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｓｏｍｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｅｌｅｍｉｎａｔｉｎｇ ｔｈｅｍ，ｅ．ｇ．ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｈｅ ｐｕｎｃｈｉｎｇ ｓｈｅｅｔ，ａｎｄ ｏｔｉｍｉｚｉｎｇ ｓｌｏｔ ｓｈａｐｅ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｉｓ ｔｈａｔ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ｔｈｅ ｐｕｎｃｈｉｎｇ ｓｈｅｅｔ ｉｓ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｅｃｏｖｅｒｙｉｎｇ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉ— ｔｙ ｏｆ ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ，ｍａｒｇｉｎａｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｕｎｃｈｉｎｇ，ｃｏｌｄ—ｒｏｌｌｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ，ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ． 导磁性能和损耗较冲剪前的冷轧硅钢片的性能偏 １ 引言 离较大，导致电机的性能试验值与设计值偏差很 国家经贸委１９９９年第１６令和２００２年第３４ 大，而且电机越小越严重，铁心外径ｑ￣１３０以下电 号公告《限期淘汰热轧硅钢片》，采用冷轧硅钢片。 机功率因数的偏差达６．５４ ～８．３４ ，电机效率 冷轧硅钢片一般都具有高导磁、低损耗、表面光洁 偏差达３．Ｏ３ ～５．５９ ］，而且偏差与电压呈正 度高和厚薄均匀等，但冷轧硅钢片对冲剪应力的 相关，见表１，造成一些电机性能吃容差或不合 敏感性和磁导性能的各向异性等，使电机冲片的 格。 表１ 效率、功率因数试验值与设计值的偏差 （ ） ３８ＯＶ ４ＯＯＶ ３８ＯＶ ４００Ｖ 型号 与效率设与功率因数 与效率设与功率因数 材料１ 与效率设与功率因数 与效率设与功率因数 材料２ 计值偏差设计值偏差 计值偏差设计值偏差 计值偏差设计值偏差 计值偏差设计值偏差 Ｙ２—６３１—４ —４．８５ —６．５４ —５、５９ —８．１ ９ 宝３ —３．０３ ～６．６７ —３．８Ｏ 一８．３４ 太４ Ｙ２—８ＯＭ２—２ —２．３４ —４．１８ —３．２５ —５、６５ 宝３ —１、Ｏ８ —４．２６ —２．１５ —５、８２ 太４ Ｙ２—８ＯＭ２—２ —０，２６ —４．１８ —１，５１ —６．８Ｏ 宝３ —０．５６ —３，１３ 一１．８５ —５．８２ 宝４ Ｙ２—８ＯＭ２—４ —２，９３ —３．ＯＯ 一４．２８ —４，Ｏ３ 宝３ —２．２３ —３，７３ —３．７５ —４，６１ 太４ Ｙ２—８ＯＭ２—４ 一２，９２ —４．１３ —４，３５ —５．８１ 武３ —３，０３ —４，２３ —４．７２ —７．１９ 宝４ Ｙ２—９ＯＬ一２ 一ｌ＿１０ —３，８５ 一１．７４ —４．９１ 宝３ 一Ｏ．４６ —３，６８ —１．０４ —４，５５ 太４ 收稿日期：２００４—０７—０９． 吕 平 男 ｉ９６８年生；毕业于哈尔滨理工大学电机专业，现从事电机产品开发工作 １２ 维普资讯 http://www.cqvip.com 。 荤 ‘ 蓄 （ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ—ＰＲＯＯＦ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ） 防爆电机 ３ 降低冲剪边缘效应的影响。恢复 以前我们用中型电机冷轧冲片的边料制造 Ｈ８０一Ｈ９０等小电机也曾出现过效率、功率因数 吃容差甚至不合格的现象。 冷轧硅钢片的高导磁性能 ３．１ 冲片进行退火处理 ２ 冲剪边缘效应对设计电磁参数的 影响 电磁负荷的选取在电机设计中是很重要的一 个环节，它影响到电机的主要尺寸、电机的参数、 运转的性能、使用寿命和产品成本等。冷轧硅钢 片一般都具有良好的导磁性能。为充分利用这一 难能可贵的优势，在电磁设计中冷轧硅钢片采用 的磁密比热轧硅钢片高很多。由于冷轧硅钢片磁 性能好，所以励磁电流小的多，一般是热轧硅钢片 的８５ ～９０ 。因此，功率因数的计算值比采用 热轧硅钢片的计算值高很多，这是十分合理的，也 是很必要的。 但是，硅钢片在冲剪时冲切应力使冲片局部 产生塑性变形，沿分离线约０．５～ｌｍｍ的边缘晶 粒歪曲和品格畸变，磁畴受到破坏等，使硅钢片导 磁性能恶化，铁损增加，本文把这种现象称之为 “冲剪边缘效应”。 冷轧硅钢片比热轧硅钢片对冲剪应力更敏 感，而且冲剪处尺寸越小恶化越严重。冷轧硅钢 片经冲剪后，由于上述“冲剪边缘效应”的影响，冲 剪分离线边缘处磁阻增大，导磁率下降，磁通被排 挤离开冲剪线边缘，齿部的磁通趋向齿中心线，导 致齿中心磁密增大，槽口和气隙有效尺寸加大，励 磁电流增加，功率因数下降，铁耗加大，效率下降。 由于电磁结构的影响，在Ｈ１００以下的小电 机中磁路尺寸偏小，冲片齿部宽度不足５ｒａｍ，齿 顶高度特别是槽口高只有０．４～ｌｍｍ，而且受冲 剪边缘效应影响后，齿部和轭部的有效导磁宽度 相当于减小１～２ｍｍ，若齿宽度为５ｒａｍ，则齿部磁 密增大２０ 以上；若轭宽为ｌＯｍｍ，轭部磁密则至 少增加１０ ；槽口受冲剪效应的影响．磁阻增大， 相当于有效导磁槽口加宽，等效气隙长度加大，因 而激磁电流增加，导致功率因数下降。同时因各 部磁密增高，使齿部等部分磁路产生不同程度的 饱和，使铁耗增加，效率下降，越小的电机下降越 明显。必须设法消除冲剪边缘效应对冲片导磁带 来的影响，恢复冷轧硅钢片的高导磁性能。 冲剪应力使硅钢片的冲剪边缘产生晶粒歪曲 和品格畸变，破坏了硅钢片的磁畴分布等使导磁 性能恶化，在冷轧硅钢片中更为明显。可将冲片 在８００℃左右的温度下采用气体保护，通氮气或 氮氢混合或采用砂封等方法退火，消除冲剪应力， 使冲剪周边歪曲的晶粒、畸变的品格、凌乱的磁畴 得以复原或改善，使磁性能得到适当恢复，消除或 减轻冷轧硅钢片的冲剪边缘效应。退火还可烧掉 冲片的毛刺，降低铁耗，减少杂散损耗。退火也可 在铁心上进行，美国ＧＥ公司的定子铁心退火温 度就是在８７５℃温度下进行几小时的退火处理。 冷轧冲片采取高科技的退火措施可消除或削 弱冲片的冲剪边缘效应，使冲片的高导磁性能得 到恢复，由此新制做电机的电压电流关系试验曲 线将与原冷轧硅钢片的磁化曲线相接近或吻合， 这给电磁设计采用高磁密创造了可靠的保证，能 充分发挥冷轧硅钢片磁性能的优势，冲片的冲剪 边缘０．５～ｌｍｍ得到充分有效的利用，这０．５～ １ｍｍ对分马力电机来说不算少，不容忽视，其作 用可谓举足轻重，它对节约电磁材料和缩小电机 主要尺寸创造了条件。 ３．２优化槽形结构 为减轻冷轧硅钢片的冲剪边缘效应，定转子 槽形（如凸形槽、平底槽、梨形槽的槽肩等）若有尖 角应最大程度的采用圆角加以改善，减少尖角处 产生晶粒歪曲、品格畸变和磁畴凌乱，圆角半径不 宜小于Ｒ２，小槽形也应大于Ｒ１。定转子槽口高 度应尽量大于１。定转子槽形应创造条件，使齿 部构成平行。 考虑冲剪边缘效应的特点和波及的范围，优 化槽形结构可减轻冷轧冲片的冲剪边缘效应的影 响，是电磁设计中很实用而且又简单易行的措施 之一。 ３．３冷轧冲片氧化 将冲片垂直穿入水平的杠中，分层置于氧化 炉内，调至５２０～５５０℃保持一定温度并通入一定 压力的水蒸气，保护２ｈ使其进行化学反应，在冲 片表面和切口周边即生成一层均匀细密的灰色氧 】３ 维普资讯 http://www.cqvip.com 防爆电机 （ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ－－ＰＲＯＯＦ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＭＡＣＨＩＮＥ） ２００４年第４期（总第１２１期） ２００４年１１月１５日出版 化膜，冲片氧化也可在退火后把炉温降至５５０℃ 左右或把冲片转移到氧化炉内进行，这可充分利 用冲片退火的余热，节约能源。 冲片最好进行氧化处理把冲剪、去毛刺、退火 破坏的硅钢片防潮膜重新建立成绝缘膜。减少铁 有得到充分利用，不利于节约材料；解决冷轧硅钢 片对冲剪工艺的敏感性问题有待工艺措施的支持 和重视。 ３．５加大性能参数计算控制值 在电磁设计中参照极数相同、容量相近、结构 相似、槽数相近、钢片型号相同的冷轧硅钢片电机 性能试验值和设计计算值的偏差（如表１中差值 或经验值），加大功率因数和效率等性能的计算控 心涡流损耗和横向电流损耗等。值得注意的是冷 轧冲片若不经退火只进行氧化，５００多度的氧化 温度则不足以消除冲剪边缘效应和烧掉冲剪形成 的毛刺，只能略微减弱冲剪边缘效应的影响，不足 以改善和恢复其高导磁性能。 ３．４修正电磁设计程序口 考虑冷轧硅钢片受冲剪应力产生边缘效应等 影响，根据试验数据及理论分析的结果对电磁计 算程序进行修正，用修正后的程序进行设计计算， 使计算结果和试验值基本一致。值得注意的是： 该试验值和用原冷轧硅钢片的磁化曲线对应值计 算的设计值并不一致。 采取修正电磁设计程序作为系列电机的设计 原则，可规范设计和样机的试制，设计数据与试验 数据较为接近，这也算是一种规范化的可行方案。 如果不采取什么措施，消除或减少冲片受冲剪边 缘效应的影响，而是允许它的存在，冲剪边缘效应 的影响依旧。程序修正的核心是修正冷轧硅钢片 电机的电压电流关系曲线，调整冷轧硅钢片计算 工作点。修正的实质是把冷轧硅钢片的高磁感优 良性能（曲线）修正为受冲剪边缘效应降低了的冲 片（整机）试验性能（曲线见图１）。 ②计算③修正①试验 １．２ １ 二＝＝ 矿 ｎ８ Ｑ６ ／／ 薯叫 ｎ ２ ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ’７ ８ ９ 电流Ｉ／Ａ 图１修正后性能曲线 因为，实际上冷轧冲片仍存在冲剪边缘效应， 齿部等磁通分布不均匀、不合理，相当于有效截面 缩小，导致具备高磁感优良性能的冷轧硅钢片没 １４ 制值，以保证新设计的电机性能试验值合乎标准 要求。 采用加大性能参数计算的控制值来承受冲剪 边缘效应对电机性能的影响，保证电机试验值合 乎出厂标准，这也算是一种可行的简化生产的经 验设计方法。但它默认定转子冲片受冲剪边缘效 应的影响和存在，加大参数计算的控制值必然降 低电磁负荷的设计值和增加硅钢片和铜线的用 量。因其没消除冲剪边缘效应的影响，没恢复冷 轧硅钢片的高导磁性能，这不能算是好的方法。 ４ 结束语 对冲片采取退火处理是恢复冷轧硅钢片高导 磁性能的高科技措施。如将冲片退火和优化槽形 结构等一并综合进行，一定能收到理想的效果。 它能使冲片恢复冷轧硅钢片的导磁性能，给电磁 设计采用高磁密提供了可靠保证，使具有高导磁 性能的冷轧硅钢片在设计中进一步得以充分利 用，这更节约材料；另一方面，给高能效电机特别 是分马力电机和众多冲片及铁心的生产厂，再提 高性能或减少用料、提高电机品质、加大“中国制 造”在国内和国际市场的竞争力提供技术支持。 参考文献 ［１］李秀英等．Ｙ３系列三相异步电动机设计程序的修 正．《中小型电机》．２００３．６． ［２］孙振宇，李积继．冷轧硅钢板与冲片的绝缘处理．《防 爆电机》．２００２．１． ［３］佳木斯电机厂赴德国西门子纽伦堡电机厂考察、培 训返厂报告．１９８９．１１． ［４］ 傅丰礼．美国高效电机的现状和发展趋势．《电机技 术》．２００３．３．
