电机材料：硅钢片（一）

硅钢片，这种常见于电机或变压器的产品中，主要作为传导磁力的媒介，其重要性不容小觑。虽然硅钢片主要只是负责传导磁力的工作，并非绝对必要的材料，毕竟，空气也能进行磁力的传递。然而，实际上，空气与硅钢片的磁通量承载能力存在着三倍的落差，空气的磁通量仅0.6T(Tesla)，而硅钢片能达到1.8T。因此，在绝大多数的电机中，硅钢片都被选为磁力的传导介质。有趣的是，如今电机设计中最需花费时间处理的就是硅钢片的尺寸及形状，显得反客为主。

硅钢片之所以被视为电机中的重要材料，除了其磁通量承载能力强大外，还因为它的磁性能迅速转换。这一特性有一个专有名词叫做"软磁材料" (Soft Magnetic Material)。主要是因为硅钢片的磁化曲线中的保磁能力较弱，如图中的Hc即是矫顽力 (coercivity)，该值越小，保磁能力就越弱。为了避免与磁力强弱的混淆，我们选择用"软硬"来描述保磁能力的差异。换句话说，硅钢片可以很容易地被外部磁场所影响，NS极能够随时进行转换。

硅钢片的保磁能力弱，这其实也带来了它在铁损中的磁滞损较小的优点。这实际上是材料配方的结果。从"硅钢片"的名称中，我们可以看出硅元素在其中占据了重要的地位。同时，为了减小由涡流损引起的影响，硅钢片特别做成了薄片型态。目前常见的硅钢片厚度尺寸有0.5、0.35、0.25、0.2mm，而最薄的我见过的是0.1mm。这些持续降低厚度的硅钢片，其目的都是为了降低涡流损。

由以上的探讨，我们可以总结硅钢片在电机中的几个显著特性：

1.高磁通量

2.软磁特性

3.低磁滞损

4.可调整厚度以控制涡流损

因此，当您向硅钢片供货商咨询时，他们基本上会提供您这三项关键信息：硅钢片的厚度、磁通量以及铁损。如果您对硅钢片的具体规格想要了解得更深入，您可以参考中钢的网络数据。

除此之外，在一些硅钢片的规格表中，我们可以看到一个称为占积率的数值。这个数值实际上是描述硅钢片两面所覆盖的绝缘漆层所占的比例，有点像是漆包线的绝缘处理。对于减少涡流损，如果没有这层绝缘处理，即使将硅钢片制作得更薄，电流仍可能跨越两片形成大的涡流回路，使涡流损的减少并未达到预期。

因此，当占积率为95%时，代表这两层绝缘漆占了5%的空间。在电机设计中，我们将这称为"堆栈因子"，也就是说，即使我们迭了100mm厚的硅钢片，实际能承载磁力的部分其实只有95mm。设计中的堆栈因子还会考虑堆栈不紧实的空气缺隙和绝缘层的占比等因素。

然而，值得注意的是，磁通量和铁损之间存在互斥的关系：磁通量越大，铁损就越大。这与铁损的数学计算理论相吻合，但这也增加了电机设计者的挑选难度。他们需要在损耗与磁通转矩之间进行平衡，选择最适合的硅钢片规格，而不是直接选择性能最好的硅钢片。

总结：

硅钢片的特性已经成为电机发展突破的一个瓶颈。