CN1336447A - 小型精密电机用非取向电工钢板 - Google Patents

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Abstract

用于小型精密电机的非取向电工钢板,能将钢板和铜线间连接发生率抑制至低水平,该钢板被冲成规定的形状、叠层并夹紧,仅靠涂覆铜线确保绝缘,省去绝缘纸或塑料件的绝缘,该钢板特征在于表面覆有由有机树脂和包括一种或二种磷酸系和铬酸系的无机组分组成的1.2到3.0g/m2的无机－有机覆层,钢板组成按重量为碳≤0.005%,硅0.05到4.0%,锰0.1到1.5%,磷≤0.15%,硫0.008到0.014%,可溶铝≥0.15%,氮≤0.01%,T.0≤0.02%,锡:0.01到0.3%,其余为铁和不可避免杂质。

Description

小型精密电机用非取向电工钢板
技术领域
本发明涉及一种小型精密电机用非取向电工钢板。
背景技术
非取向电工钢板被用来制作电气设备如电机等的铁心。电机的制造方法，包括将非取向电工钢板冲成规定的形状、叠层、夹紧这些冲制的电工钢板，然后，将铜线缠绕在铁心部位上。在绕线过程中，通过在铜线缠绕的部分使用绝缘纸、塑料件等，来使电工钢板和铜线相互绝缘。
目前，电机已在便携电话、游戏机控制器等中的振动元件里得到使用，直径等于或小于10mm的超小型电机也正在被大量使用。在超小型的电机里，有很多省略绝缘纸或塑料件，而仅靠铜线覆层绝缘确保电机绝缘的情况。
发明内容
然而，由于在铜线的覆层中存在针孔，以及不可避免地存在铜线没有覆层而使具裸露的部位，因此，存在电工钢板和铜线之间发生导电连通的情况。
本发明的目标，就是提供一种非取向电工钢板，使得电工钢板和铜线之间的连通发生率被抑制至低水平。
为解决上述问题，本发明的要点如下：
用来制作小型精密电机的非取向电工钢板，特征是将1.2～3.0g/m2的无机-有机覆层涂覆在一种钢板表面，这种覆层由有机树脂和无机组分组成，该无机组分包括一种或两种磷酸系和铬酸系组分，这种钢板由下列成分组成，按重量百分比(重量％)：
碳：等于或小于0.005％，
硅：0.05至4.0％，
锰：0.1至1.5％，
磷：等于或小于0.15％，
硫：0.008至0.014％，
可溶铝：等于或大于0.15％，
氮：等于或小于0.01％，
T.O(总氧含量)：等于或小于0.02％，
锡：0.01至0.3％，
其余为铁和不可避免的杂质。
附图说明
图1是钢板冲剪部位截面的示意图。
图2是剪切面比率同连接发生率的关系图。
图3是剪切面比率同硫和锡含量的关系图表。
图4是连接发生率同硫和锡含量的关系图表。
图5是铁心损耗(W15/50)同硫和锡含量的关系图表。
图6是绝缘覆层的涂覆量同连接发生率的关系图表。
优选实施方案描述
下面，将对本发明作详细说明。
本发明人进行了一系列研究，开发出了一种在电工钢板和铜线之间具有低连接发生率的非取向电工钢板，作为其结果，非常精确控制钢的化学成分和钢板表面的绝缘覆层，将是非常有效的。
这里，根据本发明，“连接发生率”被定义为：当铁心被安装好之后，立刻将铜线缠绕在铁心上，以及然后在电工钢板和铜线之间加上几百伏电压时，在某一确定数量，1千至1万量级的小型精密电机的铁心中，发生电工钢板和铜线之间连接的电机铁心数所占的比率。
图1是钢板冲剪部位截面的示意图。公知的是，冲剪部位截面由剪切下陷、剪切面、断裂面和飞边组成。本发明者研究了电工钢板和铜线之间不发生电连接的部位，发现，在铜线和剪切面之间不发生电连接。
所以，本发明者进行了一个试验，如下所示。
制备一种化学成分包括0.002％的碳、0.3％的硅、0.18％的锰、0.07％的磷、0.002％的硫、0.3％的铝、0.0031％的T.N(总氧含量)和0.001％的锡的非取向电工钢板作为试验材料，其表面覆有由铬酸和有机树脂组成的、1g/m2的无机-有机覆层。安装好随冲模间隙变化而使剪切面比率变化的铁心后，铜线被立即缠绕在铁心上，这样，电工钢板和铜线之间的连接发生率就可以被研究了。
图2表示了剪切面比率和连接发生率的关系。从图2可以看到，剪切面比率越低，连接发生率越低。尽管已经清楚，通过调整冲模可以降低连接发生率，但另一方面，存在一个问题，即如果间隙被做的过大，那么，飞边和剪切下陷就会变得更大。此外，既然调整冲模是一个复杂的工作，而且，剪切面比率也依赖于冲模的磨损程度而变，因此，它就不可能使剪切面比率总稳定在一个低水平上。换句话说，在前述的用于试验的非取向电工钢板中，即使调整冲模间隙，使得开始时的剪切面比率为35％，总保持连接发生率为0.8％是困难的。
为了解决这个问题，本发明者开发了一种钢板，使它的剪切面比率总稳定在一个低水平。对钢的化学成分影响作用的研究结果表明，将硫和锡的含量控制在一个窄的范围，是非常有效的。
更确且地说，产品通过下述工艺加工而成：冷轧含有0.002％碳、0.3％硅、0.18％锰、0.07％磷、0.002到0.03％的硫、0.3％铝、0.0031％T.N和0.001到0.1％锡的热轧钢板，在850℃，对冷轧钢板连续退火，并在其表面涂覆由铬酸和有机树脂组成的、1.0g/m2的无机-有机覆层。
对于每种情况，采用作为试验材料如此制成的钢板，以及采用设为5％的冲模间隙，加工1000件电机用铁心，然后，立即将铜线缠绕在铁心上，来研究电工钢板和铜线之间的连接发生率。
图3表示了，在每种情况下加工成1000件电机铁心后，剪切面比率与硫和锡含量的关系。图4表示了连接发生率与硫和锡含量之间的关系。可以看到，随着硫含量的增加，剪切面比率降低，但是，如果组合加入锡，在低硫含量时，剪切面比率仍降低。因此，随着剪切面比率的降低，连接发生率降低。
图5表示了，铁心损耗(W15/50)与硫和锡含量之间的关系。可以看到，随着硫含量增加，铁心损耗变差，但是，如果锡含量保持在0.01％或更多，铁心损耗变差程度将被抑制。还可以看到，含有0.01％或更多的锡和0.008到0.014％的硫的试件的铁心损耗值，几乎等于含有0.002％的硫和0.001％的锡的试件的铁心损耗值。
下面，将研究绝缘覆层对钢板表面的影响作用。
产品通过下述工艺加工而成：冷轧含有0.002％碳、0.3％硅、0.18％锰、0.07磷、0.011％硫、0.3％铝，0.0031％T.N及0.020％锡的热轧钢板，在850℃连续退火冷轧钢板，并在其表面涂覆由铬酸和有机树脂组成的0到3g/m2的无机-有机覆层。对于每种情况，采用作为试验材料如此制成的钢板，以及采用设为5％的冲模间隙，加工1000件电机用铁心，然后，立即将铜线緾绕在铁心上，来研究电工钢板和铜线之间的连接发生率。
图6表示了绝缘覆层的涂覆量和连接发生率之间的关系。从图6可以观察到，当绝缘覆层的涂覆量等于或大于1.2g/m2时，连接发生率明显降低。可以认为，当绝缘覆层的涂覆量等于或大于1.2g/m2时，绝缘覆层进入了剪切面并且充当了绝缘层，使连接发生率明显降低。
根据本发明，用于小型精密电机的非取向电工钢板参数的确定原因，将在下面予以说明。
下面各组分以钢中含量给出(按质量百分比)。
碳的含量被控制在等于或小于0.005％，这是由于当碳含量超过0.005％时，磁性老化引起磁性能变差。
硅含量低于下限0.05％时，会增大涡流损耗，并且，不能获得优良的铁心损耗，但是，如果它的量超过4.0％，它会明显有害于加工性能。
添加等于或大于0.1％的锰，可以增加钢板的硬度，提高其冲压性能。基于经济方面的原因，它的上限被定为1.5％。
添加磷可以增加钢板的硬度，提高其冲压性能。磷的量超出上限0.15％时会使钢板明显变脆。
硫被控制在0.008到0.014％的范围，来抑制短路发生和获得优异的铁心损耗值(参考图3到图5)。
添加等于或大于0.15％的可溶铝可以提高磁性能，减少氧化物型夹杂。
氮被控制在小于或等于0.01％，这是由于它能够形成如A1N型的氮化物，使铁心损耗变差。
T.O(氧的总量)被控制在小于或等于0.02％，这是因为氧能形成氧化物，使铁心损耗变差。
添加等于或大于0.01％的锡，能够抑制短路发生，获得极佳的铁心损耗值(参考图3到图5)。基于经济上的原因，它的上限值被定于0.3％。
由于锑、铜、钼、锗、硼、碲、砷、铬和铋可以提高磁性能，如果需要的话，每种元素可以添加到等于或大于0.003％。基于经济原因，其上限被定为0.3％。可以添加一种或多种上述元素。
绝缘覆层是由有机树脂和一种或两种磷酸系以及铬酸系的混合物组成的涂层。包含一种或两种磷酸系以及铬酸系的原因是为了减小表面张力，提高湿润性、粘附性及绝缘性。包含有机树脂的原因是为了提高冲压性能。
这里，磷酸系是：任何一种或由两种或更多种例如以下材料组成的混合物：磷酸钙、磷酸镁、磷酸铝或磷酸锌；其中溶解有钙、镁、铝、锌等的二价或三价的氧化物、氢氧化物或碳酸盐的磷酸：或其中还添加有一种或多种氧化钛、胶体硅石、胶态氧化铝、硼酸等的磷酸盐和/或磷酸。
铬酸系是：任何一种或由两种或更多种例如以下材料组成的混合物：重铬酸钙、重铬酸镁或重铬酸锌；和其中溶解有钙、镁、锌等的二价的氧化物、氢氧化物或碳酸盐的铬酸酐：或其中还添加有一种或多种氧化钛、胶体硅石、胶体氧化铝、硼酸、有机还原剂等的重铬酸盐及/或铬酸酐。
为了抑制连接发生率，设定绝缘覆层的涂覆层为1.2到3.0g/m2(参照图6)。
正如上面所描述的，通过在钢板中添加0.008到0.014％的硫和0.01到0.3的锡，本发明可以同时获得稳定的低剪切面比率和优良的铁心损耗，并且，通过控制钢板绝缘覆层的涂覆层到1.2到3.0g/m2，可进一步抑制连接发生率。
根据本发明，生产非取向电工钢板的方法如下：
将钢水浇铸成钢坯或直接铸成钢带。在浇铸成钢坯的情况下，用传统的热轧方法将钢坯制成卷材。之后，将钢带或热轧卷材冷轧、或热带退火之后冷轧，达到最终厚度，再连续退火和最后涂覆，形成成品。
例1
产品通过下述工艺加工而成：冷轧含有0.002％碳、0.5％硅、0.19％锰、0.07％磷、0.0020到0.0223％硫、0.3％铝、0.0029％总氮含量(T.N)和0.001到0.020％锡的热轧钢板，对冷轧钢板连续退火，并在其表面涂覆由铬酸和有机树脂组成的0到3g/m2的无机-有机覆层。
对于每种情况，采用作为试验材料如此制成的钢板，以及采用设为5％的冲剪模间隙，加工10000件电机用铁心，然后，立即将铜线缠绕在铁心上，来研究电工钢板和铜线之间的短路发生率。表1给出了连接发生率同硫和锡的含量以及绝缘膜涂覆量之间的关系。从表1可以看到，在本发明的范围，连接发生率被明显降低。
                     表1
Figure A0112445800081
Figure A0112445800082
表示数据在本发明规定范围之外。

Claims (1)

1.一种用于小型精密电机的非取向电工钢板，其特征在于这种钢板的表面覆有由有机树脂和包含一种或两种磷酸系和铬酸系的无机组分组成的1.2到3.0g/m2的无机-有机覆层，该钢板由下列化学成分组成，按重量百分数重量％计：
碳：等于或小于0.005％，
硅：0.05到4.0％，
锰：0.1到1.5％，
磷：等于或小于0.15％，
硫：0.008到0.014％，
可溶铝：等于或大于0.15％，
氮：等于或小于0.01％，
T.O：等于或小于0.02％，
锡：0.01到0.3％，
其余为铁和不可避免杂质元素。
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