低鐵損劣化之薄型馬達矽鋼片成型製程技術研究

摘要：電磁損失約占總損失的70%，為馬達損耗的主要來源；且越大型的馬達，鐵損所佔比例越高。採用薄型且高品級的電磁鋼片，可有效改善鐵芯之電磁特性；然目前最常採用將其成形的沖壓方式，卻可能造成其鐵損值的劣化，而使其改善的成效不彰。本文目的即在探討如何透過沖壓參數的控制，減少電磁鋼片鐵損劣化值。

以中小型感應馬達而言，銅損較高，約占電磁損失之60~80%；但越大型馬達，其鐵損所占比例則會越來越高。電磁鋼片的鐵損，除了材料本身的厚度與等級所決定外，鐵芯的成形（如：沖壓、雷射切割、線切割等）、堆疊（如：鉚接、銲接、膠合等）與組裝（如：緊配、熱縮配等）製程，皆會使其電磁特性再劣化[1]。舉例來說，量產最常採用的沖壓成形，因過程中會使材料受到拉伸、擠壓等變形型態，在材料內部產生殘留應力造成鐵損劣化[2-4]；是故沖壓製程參數需妥善加以控制，才能降低鐵損劣化值，進而有效改善馬達效率。

電磁鋼片厚度變薄確實可降低渦流損，然通常薄型電磁鋼片也都為較高之等級，在經加工製程後，其鐵損劣化程度將更為嚴重。經粗估，若單純將材料升級，則由50CS290改為25CS1300 HF，估計鐵損值可改善約18%，馬達效率改善0.2~0.3%；但若25CS1300HF，在未採用優化之沖壓參數，則沖壓造成之鐵損劣化值，估計約為3成，反而可能使馬達效率低落。是故優化之沖壓參數，才可使薄型、高等級電磁鋼片帶來之低鐵損效益，得以彰顯。
本文用的材料是為25CS1500HF，以不同之沖壓參數，製作30 mm134 mm之沖壓試片。鐵損量測設備是為Soken DAC-IR3，設定磁通密度1.5 T、頻率50 Hz，非方向性（NGO）；此外，為減少鐵損值受到併接間隙或是併接力之影響，並設計了鐵損量測平台，提供試片固定之併接力量。實驗架構，是使磁路通過沖壓參數相同且兩兩併接的試片，量測磁路通過兩個沖壓邊後，鐵損值的劣化程度；而比較基準，是為同樣架構下，採用不產生殘留應力的電化學加工試片。而在改變沖壓成型的製程參數當中，常見的有：沖壓間隙、沖壓速度、壓料力、潤滑液種類、沖頭/模仁材料等；在此採用較常為業界所改變之參數[5]：

（1）沖壓間隙（板厚為0.25 mm，板厚的t%），介於一般與精密沖壓間之4種間隙：（a） 2%、（b） 4%、（c） 6%、（d） 8%。
（2）沖壓速度（stroke per minute, SPM）：（a） 250 SPM、（b） 380 SPM （一般速度）、（c） 510 SPM。
（3）壓料力（剪切力= 3131.9 Kgf，剪切力的f %）：（a） 10%、（b） 30%、（c） 50%。