CN106998120A - 制造用于发电机的改进激励器的方法 - Google Patents

制造用于发电机的改进激励器的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106998120A
CN106998120A CN201611213289.0A CN201611213289A CN106998120A CN 106998120 A CN106998120 A CN 106998120A CN 201611213289 A CN201611213289 A CN 201611213289A CN 106998120 A CN106998120 A CN 106998120A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stator
driver
exciter rotor
stack
annealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611213289.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106998120B (zh
Inventor
格温·约翰斯顿
埃里克·J·赫林斯基
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tengpu (Changzhou) Precision Machinery Co., Ltd.
Original Assignee
Tempel Steel Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tempel Steel Co filed Critical Tempel Steel Co
Publication of CN106998120A publication Critical patent/CN106998120A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106998120B publication Critical patent/CN106998120B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C21D8/1233—Cold rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1244—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1244—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest
    • C21D8/1272—Final recrystallisation annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/004—Very low carbon steels, i.e. having a carbon content of less than 0,01%
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/008—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/02—Details of the magnetic circuit characterised by the magnetic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2261/00—Machining or cutting being involved
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/16—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of sheets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Manufacturing Of Steel Electrode Plates (AREA)

Abstract

在一种制造用于发电机的改进激励器的方法中，所述激励器包括激励器转子和激励器定子，提供全硬冷轧电工钢卷，所述钢至少包括重量百分比大于0.60％的硅。在没有对全硬冷轧钢卷进行先前退火的情况下，将切割所述卷，以形成至少一个条带。对所述至少一个条带进行冲压，以从相同的条带中形成多个转子叠片和多个定子叠片。所述转子叠片与所述定子叠片分开，并且形成转子叠片组和定子叠片组。只将激励器转子叠片组退火。对退火的激励器转子叠片组进行组装以形成所述激励器转子，并且对未退火的激励器定子叠片组进行组装以形成所述激励器定子。

Description

制造用于发电机的改进激励器的方法
背景技术
众所周知，电动机是通过电流在“定子”中的绕组中流动的电力借助于“转子”的旋转而转换成机械动力的装置，其中固定的机械轴插入穿过转子。发电机是电动机的反向。通过插入在转子中的固定机械轴的外部旋转或驱动的机械动力借助于在定子的绕组中产生电流而转换成电力，电力可用来为电气装置供电。在大多数情况下，用于构建定子和转子的材料是堆叠到铁心中以形成定子和转子的冲压叠片。
用于电动机或发电机的操作的物理学基本原理是“右手定则”，借此在绕组中沿一个方向(x方向)旋转的电流产生与电流成90°(y方向)的电场，继而在正交90°方向(z方向)产生力。因此，电动机和发电机的标准设计基于具有电绕组的固定或静止定子，定子借助于定子与转子之间的电场而与转子耦接。在电动机的情况下，电流在定子中流动会产生电场，电场与转子耦接以产生导致转子旋转的力，且因此产生机械动力。在发电机的情况下，转子的外部驱动旋转与转子中的电场和/或电流一起与定子耦接，以使定子的绕组中产生电流。转子的外部驱动或旋转本身不足以启动和操作发电机。转子的绕组中还必须有电场和/或电流。转子的绕组中的电流必须以某种方式启动。这个过程被称为“转子励磁”。
在用于小型、便携式或备用发电机的市场设计中，若干技术用来实现转子中的电场和/或电流，从而可以用来“激励”发电机中的转子(并且随后使定子中生成电流)：
·永磁体可与励磁绕组一起添加到转子。永磁体的旋转使励磁绕组中产生电流，继而使主转子绕组中感生电流，并且随后产生使定子绕组中产生电流的电场。
·闪光电路可与励磁绕组一起添加到转子。转子的旋转使闪光电路和绕组中产生电流(借助于外加电压)，继而使主转子绕组中感生电流，并且随后产生使定子绕组中产生电流的电场。
·具有保持小磁场的特性的硬电工钢可用作转子的设计的一部分，借此在闪光之后，硬电工钢保留永磁的特性。这种永磁场的旋转使绕组中产生电流，从而产生电场，以使定子中激励或产生电流。有2种硬钢用于发电机应用：(1)通过合金成分变硬的钢，和(2)通过加工实现的全硬钢。使用硬钢的这种设计的固有问题在于：尽管成本较低，但与使用磁体或闪光电路相比，永磁场的强度较低。此外，在高操作温度下，这个磁场可迟早减少，从而导致发电机启动失败。
本说明书中使用的术语“全硬”被定义成冷轧电工钢卷在充分冷轧之后并且在后续退火之前的冷轧电工钢的状态，经过退火后钢的硬度或拉伸强度没有进一步改变。
转子的设计的另一复杂之处在于，在一些情况下，转子可被设计成2部分，其中主转子和主转子绕组伴随单独的激励器和激励器绕组。替代的简单设计由具有主绕组和单独激励器绕组的一个转子结构组成。
图1通过透视图示出了具有主定子11的现有技术发电机10，主定子环绕内部主转子12，定子11内的内部主转子12以局部剖面图示出。转子12安装在轴13上。被激励器定子15环绕的激励器转子14也安装到轴13，激励器定子与激励器转子14一起形成激励器16。众所周知，在主转子和定子中、以及同样在激励器定子和转子中设有槽，以接纳各自的绕组。如图1所示，槽8用于接纳激励器定子绕组(未示出)并且槽9用于接纳相应的激励器转子绕组(未示出)。用于形成主转子和定子以及激励器转子和定子的叠片可经过冲压以具有相同或类似配置或者不同的配置。
图2的现有技术中的简化接线图示出适用于发电机的主转子和定子以及激励器转子和定子的绕组，其中激励器与主发电机分开。此处，激励器16由虚线框示意性地示出，它环绕用于闪光电路或残余磁场(磁体，或具有钢特性Hc的硬钢)的励磁电源17。图2示出激励器定子绕组18、转移磁场19(定子与转子之间的气隙)、激励器转子绕组20、主转子中的激励器绕组21、转移磁场22(转子电工钢)、主转子绕组23、转移磁场24(转子与定子之间的气隙)、主定子绕组25，以及定子中的电力输出26。主转子用虚线框12示出，并且主定子用虚线框11示出。
如上所示，将全硬钢用于发电机应用的实践已使用多年，尤其是在USA。然而，存在本技术的技术人员公知并且理解的复杂之处，尤其是针对在USA发展的实践和材料。工业惯例依赖于碱性冷轧电动机叠片(CRML)钢的使用，它具有通常由工业等级描述的化学成分，诸如，2型、3型或4型(特性的描述而非化学成分可在ASTM A726中找到)。这些等级的化学成分涵盖由下列重量百分比描述的元素的范围：
·碳小于0.04％
·锰0.10％到1.5％
·磷0.005％到0.12％
·硅0.10％到0.60％
·铝0.05％到0.35％
·铁剩余量，-正常炼钢实践中发现的传统杂质
用于电动机中的传统CRML应用的这种类型的电工钢的正常加工遵循下列顺序：
·熔化
·除气(任选)和合金添加
·铸造
·热轧
·酸洗
·冷轧
·退火(通常是箱式退火)
·回火轧制(temper rolling)
·切割并且冲压成叠片
·组装到电动机中之前的最终退火
这个工艺顺序加上上文定义的化学成分和等级的使用会产生铁心损耗较低并且磁导率优良的冷轧CRML电工钢，它们全部具有竞争成本结构。
本技术的技术人员公知的复杂之处在于，可改变使用相同化学成分或等级的这种钢的加工，其中消除了冷轧之后在炼钢厂退火的步骤。这个工艺步骤的消除导致在冲压成叠片之前形成全硬级的CRML。在由叠片冲压机退火之后，铁心损耗值比传统加工的叠片的铁心损耗高，但两种加工条件的磁导率类似。然而，如果叠片被冲压而没有退火，那么叠片具有高铁心损耗、低磁导率，但不拥有可根据矫顽力(Hc)和顽磁性(Br)的特性来测量和定义的少量残余磁性。这在图3的现有技术中示出。
在图3中，示出磁滞曲线的实例，或者不同感应处(以特斯拉为单位)的H(绕组中的施加磁场)与B(钢中的感生磁场)之间的关系。Br是残余的减少磁场(顽磁性)，其中H＝0，并且Hc是克服存留磁场所需的施加或强制磁场(矫顽力)，其中B＝0。
因此，所属领域的技术人员已知，如上文定义的一个等级的传统CRML钢的使用可由炼钢厂在全硬条件下供应，并且使用一个冲压模具可产生：
·定子叠片，其中基于冲压之后的退火而具有良好的铁心损耗和高磁导率，以及
·转子叠片，其中基于冲压之后缺少退火并且在炼钢厂冷轧之后缺少退火，残余磁性足够用于激励发电机应用中的转子绕组。
上述工艺和实践的主要优点是通过使用一个冲压模具和一种材料产生的低成本，而没有永磁体或闪光电路的额外成本。然而，缺点是残余磁性的值较低、经受可能的腐蚀，并且将转子与定子耦接不像将全部的电工钢等级用于转子和定子那样有效(因为全硬级的低磁导率)。
如上，存在使用全硬CRML电工钢的其他传统替代方案，包括使用被描述为高残余或高剩磁(remnance)钢等级的特别设计硬钢等级(参考TKES和安赛乐米塔尔(ArcelorMittal)文献)，尤其是用于除了主电动机之外还存在激励器的转子设计。这种设计方法的缺点是这些钢等级的成本明显比全硬CRML高，并且通常，由于定子和转子可需要不同的材料(和冲压模具)，因此存在显著的废料损耗/成本。使用化学成分来实现高硬度并且因此实现残余磁性的硬钢或高剩磁钢的进一步隐含缺点是无法实现低铁心损耗和高磁导率的组合(例如，在采用退火的全硬CRML钢的使用中)。然而，使用化学成分的硬钢的优点在于：与传统全硬CRML钢等级相比，可获得明显更高的矫顽力(Hc)，如上文。
按照惯例，在固定频率和固定感生水平处的矫顽力(Hc)的测量被用作不同钢等级中的残余磁性量的测量。因此，本公开的剩余部分中对矫顽力(Hc)的引用将用来描述和测量不同等级的钢的残余磁性。在本文中，单位A/m(安培/米)用于矫顽力的测量(注意，转换到诸如奥斯特或A/cm等其他单位同样有效)。
图4的现有技术中示出退火和未退火条件下的传统0.50mm全硬CRML钢的典型特性。
图4示出根据现有技术的在退火(820℃)和未退火条件下的0.50mm全硬CRML钢的典型磁特性。
图4清楚地示出在比较未退火和退火条件下的特性时，特性的主要差异或变化。退火条件下的电气特性表明低铁心损耗和优良的磁导率，与冷轧电工钢等级800类似或更好。就高铁心损耗和低磁导率而言，未退火条件下的电气特性较差。然而，矫顽力Hc或永磁性相对较高。
应注意，尽管铁心损耗取决于厚度，但对于不同的钢等级而言，矫顽力独立于厚度。
图5中示出根据现有技术的全硬CRML和典型等级的高残余磁性(高剩磁)商用钢的电气和磁特性的比较。
图5示出全硬CRML(0.50mm)和典型等级的高残余磁性(高剩磁)商用钢(1.00mm)(两者都代表现有技术)的电气和磁特性的比较。
从图5的数据中可立即明白两个结论：
1.全硬传统CRML钢的矫顽力(Hc)显著低于高剩磁商用钢的矫顽力(Hc)
2.全硬CRML钢退火之后的铁心损耗和磁导率明显比高剩磁商用钢退火之后的铁心损耗和磁导率要好，到了在电效率比较重要的情况下不应使用这种类型的钢的程度。
图5的重要性在于，它清楚地示出电气特性的唯一组合(退火条件之后的低铁心损耗和高磁导率连同未退火条件下的良好矫顽力)在全硬状态的传统CRML中是可能的，而在传统高剩磁硬钢中是不可能的。
至今，除了借助高残余磁性商用钢的使用，现有技术中还不知道将全硬CRML钢的矫顽力值增加到接近高残余磁性的那些。这些等级(高剩磁硬钢)仍存在成本更高且磁性较差的缺点。
发明内容
在一种制造用于发电机的改进激励器的方法中，激励器包括激励器转子和激励器定子，提供全硬冷轧电工钢卷，钢至少包括重量百分比大于0.60％的硅。在没有对全硬冷轧钢卷进行先前退火的情况下，切割卷割，以形成至少一个条带。对至少一个条带进行冲压，以从相同的条带中形成多个转子叠片和多个定子叠片。转子叠片与定子叠片分开，并且形成转子叠片组和定子叠片组。只将激励器转子叠片组退火。对退火的激励器转子叠片组进行组装以形成激励器转子，并且对未退火的激励器定子叠片组进行组装以形成激励器定子。
附图说明
图1是现有技术发电机的透视图，该发电机具有主转子和定子以及激励器转子和定子；
图2是示出主发电机转子和定子以及激励器转子和定子的绕组的连接的接线示意图；
图3是根据现有技术的磁滞曲线的示例的图解；
图4是示出根据现有技术的在退火和未退火条件下的传统全硬CRML钢的典型磁特性的表格；
图5是示出根据现有技术的全硬CRML和典型等级的高残余磁性商用钢的电气和磁特性的比较的表格；
图6是本发明的一个示例性实施例中的方法的流程图；
图7是示出现有技术CRML和高剩磁钢与根据示例性实施例的全硬条件下的新改进冷轧电工钢(CRES)在退火之前和之后的磁特性的比较的表格；以及
图8是示出根据示例性实施例的在退火之后和在未退火条件下测量到的全硬条件下厚度为0.50mm和0.65mm的较高硅改进实践冷轧电工钢的磁特性的比较的表格。
具体实施方式
为了帮助理解本发明的原理，现在将参考附图所示的优选示例性实施例/最佳模式，并且将使用具体语言进行描述。然而将理解，并不意图借此限制本发明的范围，并且本发明所涉及的领域的技术人员将明白，本文中包括对所示实施例的此类修改和进一步更改以及所示的本发明的原理的此类进一步应用。
通过提出的示例性实施例的方法，使用半加工和全加工实践的改进较高硅冷轧电工钢(CRES)可用来实现比使用传统全硬半加工(CRML)等级的先前矫顽力值更高的残余磁性，如通过矫顽力(Hc)测量。在小型和备用发电机的一些设计中，这个特性对于实现启动条件或激励而言是重要的。全硬条件中使用的改进较高硅冷轧电工钢(CRES)的较高矫顽力(Hc)值类似于替代技术中的通过使用合金添加和加工来实现残余磁性的矫顽力值。然而，全硬条件中使用的改进较高硅冷轧电工钢的主要优点在于：通过在未退火条件下将改进CRES用于发电机的激励器的定子部件并且在退火条件下用于激励器的转子部件，可实现高矫顽力和优良的铁心损耗及峰值磁导率的唯一特性组合。对于小型和备用发电机而言，这个唯一特性组合导致通过节省材料来改进效率且减少成本。
图6的流程图中示出根据本发明的至少一个示例性步骤的方法步骤。在制造用于发电机的改进激励器的方法中，激励器包括激励器转子和激励器定子。激励器转子和激励器定子分别由相同电工钢的相应叠片组形成。为了形成这些叠片，在第一步骤27中，提供在冷轧之后随后没有退火的冷轧电工钢卷。电工钢是全硬钢，全硬指的是电工钢在充分冷轧之后并且在后续退火之前的状态，经过退火后钢的硬度或拉伸强度没有进一步改变。钢包括至少下列重量百分比的元素以及铁和杂质。
碳小于0.04％
锰0.10％到1.5％
磷0.005％到0.12％
硅大于0.60％
铝0.05％到1.0％
在第二步骤28中，在没有对全硬冷轧钢卷进行先前退火的情况下，切割卷，以形成至少一个条带。
之后在步骤29中，对至少一个条带进行冲压，以从相同的条带中形成多个激励器转子叠片和多个激励器定子叠片。
在步骤30中，将激励器转子叠片与激励器定子叠片分开，以形成激励器转子叠片组和激励器定子叠片组。
在步骤31中，只将激励器转子叠片组退火。这种退火在脱碳环境中执行，其中温度范围是1300°F到1650°F，优选在1500°到1580°F的范围内。
之后在步骤32中，对退火的激励器转子叠片组进行组装以形成激励器转子，并且对未退火的激励器定子叠片组进行组装以形成激励器定子。
硅的范围可优选在0.80％到1.60％的范围内。
上述方法的示例性实施例针对传统全硬CRML钢等级来改进现有技术的方法，以实现较高矫顽力(Hc)并且可概述如下：
1.作为矫顽力(Hc)的主要控制中之一，增加了硅含量。标准等级的增加硅含量的冷轧电工钢(CRES)用在退火条件下(ASTM A726和ASTM 683中定义的半加工等级)和未退火条件下(ASTM A677中定义的全加工等级)是众所周知的。然而，先前尚未使用全硬条件下的这些等级的知识、使用和应用，尤其是用于发电机应用的矫顽力(Hc)的控制。
2.如上，基于消除冷轧之后在炼钢厂退火，通过使用全硬条件下的半加工和全加工电工钢等级或实践，可实现矫顽力的改进(更高)。基本标准在于：硅含量增加，如上文定义，并且应>0.60％。在未退火和退火条件下，硅含量更高的半加工CRML钢和具有类似硅含量的全加工电工钢的磁特性大约相同。先前尚未使用全硬条件下的这些等级的全加工电工钢的知识、使用和应用，尤其是用于发电机应用中的矫顽力(Hc)的控制。
3.将热带退火增加到上文规定的工艺顺序。这个步骤是本技术的专家已知的，并且如果退火条件下的优良磁特性的组合需要与使用相同材料的未退火条件下的改进矫顽力(Hc)相结合(先前未知或不理解这种特性组合)，则该步骤是必需的。热带退火的增加是优选而非必要的。
4.与上述(1)、(2)和(3)相结合，而不是排他部件相结合，优选冷轧机％减少>75％，而用于传统CRML半加工等级和全加工电工钢等级的传统冷轧机％减少是>70％，但最大是75％。
图7的表格中示出具有高于0.60％的硅含量并且如上文所规定般进行加工的钢等级的特性的实例和比较。
图7示出根据示例性实施例的现有技术CRML-FH(0.50mm)和高剩磁钢(1.0mm)与全硬条件下的新改进实践冷轧电工钢(0.50mm)在退火之前和之后的磁特性的比较。
如在图7中看出，与先前的现有技术实践中使用的传统全硬CRML的矫顽力值(545A/m)相比，改进实践的冷轧电工钢(CRES)的矫顽力(Hc)值明显更高(610A/m)(其中A/m表示安培每米)。图7也清楚地示出更高的矫顽力值(在未退火条件下)与显著低于传统CRML-FH的铁心损耗独特地组合。在退火后条件下，改进CRES的铁心损耗和磁导率值等于或比全加工600级更好(在1.5特斯拉、50Hz下，最大铁心损耗6.00瓦特/kg)，而传统CRML-FH的铁心损耗和磁导率值只实现等于全加工800级的那些值(在1.5特斯拉、50Hz下，最大铁心损耗8.0瓦特/kg)。
如先前，矫顽力Hc独立于厚度，而铁心损耗依赖于厚度。使用较高硅的改进实践全硬CRML，可建立针对不同厚度的退火和未退火条件下的改进特性的组合，如图8的表格所示。
图8示出根据示例性实施例的在退火之后和在未退火条件下测量到的全硬条件下厚度为0.5mm和0.65mm的较高硅的改进实践冷轧电工钢的磁特性的比较。
图8的目的是说明不论厚度任何，在改进CRES的退火之后可结合良好磁特性获取矫顽力的改进值。根据厚度，基于在全硬条件下加工的钢的使用，退火之后的铁心损耗稍微高于使用传统工艺加工钢时的铁心损耗的值。这应用于半加工和全加工等级和加工条件。
这些等级的改进冷轧电工钢等级(CRES)的化学成分的范围涵盖由下列重量百分比描述的元素的范围：
·碳小于0.04％
·锰0.10％到1.5％
·磷0.005％到0.12％
·硅大于0.60％
·铝0.05％到1.0％
·任选在一些实践中，可添加最大0.12％的锡或锑
·铁剩余量，-正常炼钢实践中发现的传统杂质
在可选的优选实施例中，硅的范围可以是从0.80％到1.60％。
用于将硬钢用作转子的一部分的传统现有技术实践(尤其且更一般地，其中硬钢用在单独的激励器模块中，激励器模块是转子的部件)是将适当全加工的电工钢用于转子，同时将硬钢用于定子(在激励器中)。如先前，为了减少废料损耗，对这个实践的进一步更改将硬钢用于转子和定子。示例性实施例的改进实践较高硅钢全硬电工钢的主要优点是：
·在未退火条件下使用这个等级的钢，在激励器的定子中获取较高矫顽力；
·在退火条件下使用这个相同等级的钢，在激励器的转子中产生的高磁导率和低损耗导致转子中的较低加热，和激励器转子绕组中的较高电流；
·上述的组合导致较低的成本，包括转子质量的减少，并且引入更可靠的励磁设计；以及
·从实践角度讲，出于供应高矫顽力等级的目的，可从计划生产中释放传统现有技术的半加工或全加工电工钢的单独卷，而无需不同的化学成分或额外加工的成本。
尽管在附图和前述说明中详细示出并描述了优选示例性实施例，但它们应被视作单纯示例性的，而不限制本发明。应注意，只示出并描述了优选示例性实施例，并且应保护当前或将来落入本发明的保护范围内的所有变化和更改。

Claims (13)

1.一种制造用于发电机的改进激励器的方法，所述激励器包括激励器转子和激励器定子，所述激励器定子和所述激励器转子各自由相同电工钢的相应叠片组形成，所述方法包括下列步骤：
提供在冷轧之后没有随后退火的冷轧电工钢卷，所述电工钢是全硬钢，所述全硬是所述电工钢在充分冷轧之后并且在后续退火之前的状态，经过所述退火后所述钢的硬度或拉伸强度没有进一步改变，所述钢包括至少下列重量百分比的元素以及铁和杂质
在没有对全硬冷轧钢卷进行先前退火的情况下，切割所述卷以形成至少一个条带；
对所述至少一个条带进行冲压，以从相同的条带形成多个激励器转子叠片和多个激励器定子叠片；
将所述激励器转子叠片与所述激励器定子叠片分开，并且形成激励器转子叠片组和激励器定子叠片组；
只将所述激励器转子叠片组退火；以及
对退火的激励器转子叠片组进行组装以形成所述激励器转子，并且对未退火的定子叠片组进行组装以形成所述激励器定子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳小于0.008％。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅重量百分比大于0.80％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅重量百分比在0.80％至1.60％的范围内。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述激励器转子叠片的所述退火在1300°F至1650°F的温度范围内的脱碳环境中执行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述温度范围是1500°F至1580°F。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅重量百分数大于0.60％改进所述激励器定子的矫顽力，并且所述只将所述激励器叠片组退火的步骤通过减少功率损耗并增加磁导率从而改进所述激励器定子与所述激励器转子之间的场的耦合，改进所述激励器转子的效率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述激励器定子的矫顽力是至少560安培/米。
9.根据权利要求1所述的方法，其中通过在所述冷轧的步骤之前执行热带退火，形成在冷轧之后没有随后退火的全硬冷轧电工钢卷。
10.根据权利要求1所述的方法，其中通过执行大于75％的冷轧机减少，形成在冷轧之后没有随后退火的全硬冷轧电工钢卷。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在所述切割之前，对在冷轧之后没有随后退火的所述全硬冷轧电工钢卷进行回火轧制。
12.一种制造用于发电机的改进激励器的方法，所述激励器包括激励器转子和激励器定子，所述激励器定子和所述激励器转子各自由相同电工钢的相应叠片组形成，所述方法包括下列步骤：
提供在冷轧之后没有随后退火的冷轧电工钢卷，所述电工钢是全硬钢，所述全硬是所述电工钢在充分冷轧之后并且在后续退火之前的状态，经过所述退火后所述钢的硬度或拉伸强度没有进一步改变，所述钢包括至少下列重量百分比的元素以及铁和杂质
在没有对全硬冷轧钢卷进行先前退火的情况下，切割所述卷，以形成至少一个条带；
对所述至少一个条带进行冲压，以从相同的条带形成多个激励器转子叠片和多个激励器定子叠片；
将所述激励器转子叠片与所述激励器定子叠片分开，并且形成激励器转子叠片组和激励器定子叠片组；
只将所述激励器转子叠片组退火；
对退火的激励器转子叠片组进行组装以形成所述激励器转子，并且对未退火的定子叠片组进行组装以形成所述激励器定子；以及
其中所述硅重量百分比在0.80％至1.60％之间改进所述激励器定子的矫顽力，并且所述只将所述激励器叠片组退火的步骤通过减少功率损耗并增加磁导率从而改进所述激励器定子与所述激励器转子之间的场的耦合，改进所述激励器转子的效率。
13.一种制造用于发电机的改进激励器的方法，所述激励器包括激励器转子和激励器定子，所述激励器定子和所述激励器转子各自由相同电工钢的相应叠片组形成，所述方法包括下列步骤：
提供在冷轧之后没有随后退火的冷轧电工钢卷，所述电工钢是全硬钢，所述全硬是所述电工钢在充分冷轧之后并且在后续退火之前的状态，经过所述退火后所述钢的硬度或拉伸强度没有进一步改变，所述钢包括至少下列重量百分比的元素以及铁和杂质
硅 大于0.60％；
在没有对全硬冷轧钢卷进行先前退火的情况下，切割所述卷，以形成至少一个条带；
对所述至少一个条带进行冲压，以从相同的条带形成多个激励器转子叠片和多个激励器定子叠片；
将所述激励器转子叠片与所述激励器定子叠片分开，并且形成激励器转子叠片组和激励器定子叠片组；
只将所述激励器转子叠片组退火；以及
对退火的激励器转子叠片组进行组装以形成所述激励器转子，并且对未退火的定子叠片组进行组装以形成所述激励器定子。
CN201611213289.0A 2016-01-26 2016-12-23 制造用于发电机的改进激励器的方法 Active CN106998120B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/006,262 2016-01-26
US15/006,262 US10374497B2 (en) 2016-01-26 2016-01-26 Method to manufacture improved exciter for an electrical generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106998120A true CN106998120A (zh) 2017-08-01
CN106998120B CN106998120B (zh) 2021-01-08

Family

ID=57460419

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611213289.0A Active CN106998120B (zh) 2016-01-26 2016-12-23 制造用于发电机的改进激励器的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10374497B2 (zh)
EP (1) EP3199658B1 (zh)
CN (1) CN106998120B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2810085A (en) * 1955-01-31 1957-10-15 Gen Electric Hysteresis motors
US3034035A (en) * 1959-01-19 1962-05-08 Gen Electric Brushless synchronous machines
EP2385147A2 (en) * 2010-05-04 2011-11-09 Tempel Steel Company An electrical steel, a motor, and a method for manufacture of electrical steel with high strenght and low electrical losses
CN102888559A (zh) * 2011-07-22 2013-01-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 包括硅钢板的电磁机和系统
CN103066768A (zh) * 2013-01-04 2013-04-24 湖南雪豹电器有限公司 采用半工艺钢生产电机转子和定子的生产工艺
CN103849822A (zh) * 2012-12-03 2014-06-11 坦普尔钢铁公司 具有减少的老化和改进的电气性能的冷轧电机层合电工钢
CN104158313A (zh) * 2014-08-22 2014-11-19 台州市格特电机有限公司 步进电机的定子片及定子片的制造方法
US20150318093A1 (en) * 2012-01-12 2015-11-05 Nucor Corporation Electrical steel processing without a post cold-rolling intermediate anneal

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112014017264B1 (pt) 2012-01-12 2020-12-08 Nucor Corporation partes estampadas formadas de um aço elétrico e métodos de fabricação das mesmas

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2810085A (en) * 1955-01-31 1957-10-15 Gen Electric Hysteresis motors
US3034035A (en) * 1959-01-19 1962-05-08 Gen Electric Brushless synchronous machines
EP2385147A2 (en) * 2010-05-04 2011-11-09 Tempel Steel Company An electrical steel, a motor, and a method for manufacture of electrical steel with high strenght and low electrical losses
CN102888559A (zh) * 2011-07-22 2013-01-23 通用汽车环球科技运作有限责任公司 包括硅钢板的电磁机和系统
US20150318093A1 (en) * 2012-01-12 2015-11-05 Nucor Corporation Electrical steel processing without a post cold-rolling intermediate anneal
CN103849822A (zh) * 2012-12-03 2014-06-11 坦普尔钢铁公司 具有减少的老化和改进的电气性能的冷轧电机层合电工钢
CN103066768A (zh) * 2013-01-04 2013-04-24 湖南雪豹电器有限公司 采用半工艺钢生产电机转子和定子的生产工艺
CN104158313A (zh) * 2014-08-22 2014-11-19 台州市格特电机有限公司 步进电机的定子片及定子片的制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
COCKE等: "《Composite Center Core for Reduction of Stray Magnetic Fields in Disk File Actuators》", 19 February 2005 *
卢凤喜等: "中牌号无取向电工钢生产方法解析 ", 《电工材料》 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20170214299A1 (en) 2017-07-27
EP3199658A1 (en) 2017-08-02
CN106998120B (zh) 2021-01-08
US10374497B2 (en) 2019-08-06
EP3199658B1 (en) 2020-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210021162A1 (en) Stator core and motor equipped with the same
US9627116B2 (en) Method for producing a non-grain-oriented higher-strength electrical strip and use thereof
JP2012036459A (ja) 無方向性電磁鋼板およびその製造方法
Vandenbossche et al. Impact of mechanical stresses on the magnetic performance of non-oriented electrical steels and its relation to electric machine efficiency
JP2004183002A (ja) 自動車用無方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP5671872B2 (ja) 無方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP5876210B2 (ja) 圧縮応力下での鉄損劣化の小さいモータコア
JP5671871B2 (ja) 無方向性電磁鋼板およびその製造方法
CN106998120A (zh) 制造用于发电机的改进激励器的方法
JP6024919B2 (ja) 焼き嵌めによる鉄損劣化の小さいモータ
EP3435520A1 (en) Non-oriented electrical steel sheet manufacturing method and claw pole motor
JP6554805B2 (ja) 電磁鋼板およびその製造方法とクローポールモータ
JP2006249555A (ja) 高周波域での鉄損が低い電磁鋼板およびその製造方法
JPH1075542A (ja) 圧縮機駆動用電動機
CN105871084B (zh) 一种发电机的励磁组件以及制造方法
JP5561148B2 (ja) 圧縮応力下での鉄損劣化の小さいモータコア
KR20230137416A (ko) 무방향성 전자 강판, 철심, 철심의 제조 방법, 모터 및 모터의 제조 방법
JP2012161138A (ja) 圧縮応力下での鉄損劣化の小さいモータコア
JP5338082B2 (ja) 無方向性電磁鋼板およびその製造方法
JP4844139B2 (ja) 永久磁石モータ用電磁鋼板および永久磁石モータ
JP5561094B2 (ja) 圧縮応力下での鉄損劣化の小さいモータコア
JP2012092446A (ja) 磁気特性に優れたｉｐｍモータのロータ鉄心用鋼板
JP2012161139A (ja) 圧縮応力下での鉄損劣化の小さいモータコアとその製造方法
US20220385118A1 (en) Rotor core, rotor, and rotating electric machine
JP5671870B2 (ja) 無方向性電磁鋼板およびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20180629

Address after: Xinbei District, Jiangsu Province, Xinbei District, San well industrial park

Applicant after: Tengpu (Changzhou) Precision Machinery Co., Ltd.

Address before: Illinois

Applicant before: TEMPEL STEEL COMPANY

TA01 Transfer of patent application right
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant