微電機(jī)結(jié)構(gòu)工藝系列講座
第二講 軟磁鐵心的結(jié)構(gòu)與工藝
宋立偉，尚 靜．張子忠
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150001)
軟磁鐵心是電機(jī)主要的功能部件之一，它的性能直接影響電機(jī)的性能，因此軟磁鐵心的結(jié)構(gòu)與工藝是微電機(jī)結(jié)構(gòu)工藝中的重要組成部分。
l軟磁鐵心材料的主要種類、性能與選用
在微電機(jī)中，常用的軟磁鐵心材料包括：硅鋼片、電工純鐵、鐵鎳合金、鐵鋁合金和軟磁鐵氧體等，與硬磁材料不同，軟磁材料的矯頑力Hc值都很小。在這些軟磁材料中，硅鋼片是應(yīng)用****泛的，按制造工藝的不同，硅鋼片可分為冷軋和熱軋兩大類，熱軋硅鋼片分低硅鋼片和高硅鋼片，低硅鋼片含硅量在百分之一點(diǎn)八～百分之二點(diǎn)八，高硅鋼片含硅量在百分之二點(diǎn)八～百分之四點(diǎn)八；冷軋硅鋼片分各向同性(無(wú)取向)和各向異性(有取向)兩種，冷軋無(wú)取向硅鋼片按含硅量分為低硅鋼片和高硅鋼片，低硅鋼片含硅量低于百分之零點(diǎn)五，高硅鋼片含硅量高于百分之零點(diǎn)五。
軟磁材料的基本磁性能由磁化曲線、磁導(dǎo)率曲線和磁滯回線等3條曲線來(lái)說(shuō)明。磁化曲線是指磁性材料在磁化過(guò)程中磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H變化的關(guān)系曲線。在磁化曲線上任意一點(diǎn)的B和H的比值為該點(diǎn)的磁導(dǎo)率μ，磁導(dǎo)率曲線是指μ和H的關(guān)系曲線，磁導(dǎo)率曲線上的****值μm和初始值μi分別稱為****磁導(dǎo)率和初始磁導(dǎo)率，如圖1所示。當(dāng)連續(xù)緩慢地改變外磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度一個(gè)循環(huán)周期，形成的B—H閉合磁化曲線，即為材料的磁滯回線，當(dāng)H=O時(shí)，B有剩磁Br,使B降為0時(shí)所加的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度的****值為材料的矯頑力Hc，如圖2所示。軟磁材料有小的磁滯回線面積、小的Br和Hc值，因而有較小的磁滯損耗。
軟磁材料的物理機(jī)械性能包括材料的密度、電阻率、導(dǎo)熱系數(shù)、機(jī)械強(qiáng)度、彈性、硬度和延伸率等，不同種類的軟磁材料物理機(jī)械性能有很大差異，常用軟磁鐵心的材料種類、特點(diǎn)和應(yīng)用如表1所示。
在選用軟磁鐵心材料時(shí)應(yīng)從以下兒方而考慮：
(1)磁場(chǎng)性質(zhì)。電機(jī)鐵心磁路中的磁場(chǎng)有恒定磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)兩類，工作在恒定磁場(chǎng)中的鐵心，可用磁導(dǎo)率和飽和磁密高的電工純鐵或10號(hào)鋼等；工作在交變磁場(chǎng)中的鐵心應(yīng)考慮既保證磁導(dǎo)率和飽和磁密，又保證鐵損的要求。
(2)沖片鐵心磁導(dǎo)率的方向性和均勻性。硅鋼片又有取向和無(wú)取向兩類，通常電機(jī)鐵心采用無(wú)取向硅鋼片，但即使是無(wú)取向硅鋼片，相對(duì)軋制方向不同，材料的磁性能也有一定差異，因此對(duì)于各向同性要求較高的電機(jī)鐵心，應(yīng)采取設(shè)置記號(hào)槽和沖裁后錯(cuò)槽疊片等措施。
(3)電機(jī)鐵心工作磁密的高低。電機(jī)鐵心工作磁密可分高低兩類，功率電機(jī)鐵心工作磁密高．信號(hào)電機(jī)鐵心工作磁密低，對(duì)工作磁密高(如B)1～1．5T)的鐵心可選用硅鋼片或電工純鐵，對(duì)工作磁密低(如B<0．75T)的控制及信號(hào)類微電機(jī)鐵心可選用鐵鎳臺(tái)金材料等。
(4)鐵心損耗的大小。結(jié)構(gòu)工藝對(duì)鐵心損耗的影響應(yīng)從兩方面考慮，一是硅鋼片厚度的選擇，薄片鐵損小，但疊片數(shù)增加，沖裁和疊壓的工作量增加；厚片鐵損增加，但沖裁和疊片的工作量減小，因此應(yīng)綜合考慮；二是電機(jī)欽心重量大小的考慮，對(duì)大功率電機(jī)應(yīng)選用小鐵損值的軟磁材料，對(duì)小功率電機(jī)鐵心總質(zhì)量小，鐵心材料的單位鐵損值可以適當(dāng)放寬。
(5)價(jià)格。材料的價(jià)格也是很重要的一個(gè)方面，選用時(shí)應(yīng)根據(jù)電機(jī)的成品價(jià)格選擇棚應(yīng)價(jià)格水平的鐵心材料。
2鐵心沖片與鐵心的結(jié)構(gòu)與技術(shù)要求
2．1沖片與鐵心的結(jié)構(gòu)
軟磁鐵心是微電機(jī)的主要功能部件，其結(jié)構(gòu)型式對(duì)整臺(tái)電機(jī)的總體結(jié)構(gòu)有重要影響，微電機(jī)的軟磁鐵心從結(jié)構(gòu)上可分為整體式鐵心和疊片式鐵心。
(1)整體式鐵心是由整體軟磁材料加工而成的，其中一類工作在恒定磁場(chǎng)中，一般采用電工純鐵或鐵鎳合金棒料、鍛材等加工而成；另一類工作在交變磁場(chǎng)中，一般采用欽鎳臺(tái)金、煅壓型材或粉末壓制軟磁鐵氧體等加工而成。
(2)疊片式鐵心由娃鋼片等板利首先經(jīng)冷沖壓加工成沖片，然后根據(jù)要求疊壓成鐵心，疊片式鐵心按沖裁及疊壓方式不同又可分為疊裝式、卷疊式和卷繞式等，其中疊裝式鐵心應(yīng)用****。疊裝式鐵心常用的幾種定轉(zhuǎn)子沖片見(jiàn)圖3、圖4， |
