Är järnkärnmaterialet i motorn så tunt som möjligt?

GNEE-stål kallvalsad kärna av elektriskt stål

Hur man väljer material som används i rotor- eller statorlaminat har en grundläggande och långtgående inverkan på motordesignen, och järnkärnmaterialet påverkar motorns effekt, värmelyft, vikt och kostnadsegenskaper.

Det första att vara tydlig med är att inget material är optimalt för varje applikation, och avvägningar måste göras mellan kostnad, vikt, storlek och andra faktorer. Dessutom har lamineringsprocessen efter tillverkning ett stort inflytande på prestandan hos den designade järnkärnan. Materialvalskriterier inkluderar kostnad, permeabilitet, elektromagnetisk förlust och mättnadsflödestäthet. Permeabilitet och kärnförlust varierar med flödesomkastningsfrekvens (i Hertz) och flödestäthet, och i vissa tillämpningar blir formen på hystereskurvan viktig. Varje tillgängligt material är optimerat för en eller flera av dessa egenskaper och mindre än perfekt i andra.

För närvarande är det vanligaste materialet för motorjärnkärna kallvalsat laminerat stål, vilket är det lägsta kostnadsmaterialet för batchapplikationer, och enkel stansning och lågt verktygsslitage hjälper till att minska kostnaderna för färdig laminering. I applikationer där höga kärnförluster (DC-poler, låg belastningscykel, etc.) och lågkostnadsutrustning är acceptabla,kolstålbör övervägas, naturligtvis är de magnetiska och mekaniska egenskaperna hos detta material en av de mer avgörande faktorerna. Ju tunnare materialet är, desto lägre är högfrekvent virvelströmsförlust och motorns effektivitet förbättras. Detta innebär i sin tur lägre strömförbrukning och därmed ett längre överföringsavstånd vid samma effektkapacitetsnivå.

Kornorienterat kiselstål i krafttransformator

Plåten är tunnare, produktionstiden är längre och produktiviteten minskar. I fallet med en motor med statorns ytterdiameter på 250 mm och en lamineringshöjd på 120 mm, ju tunnare plåttjockleken är, desto mer laminering krävs för att uppnå önskad totalhöjd. Stämplingshastigheten varierar mellan 220 slag/min (för 0,25 mm tjocka ark) och 250 slag/min (för 0,35 mm tjocka ark), beroende på arktjocklek. Med hänsyn till skrot, stillestånd och systemtillgänglighet kommer produktionen att ligga mellan 32 pålar (0,35 mm) och 19 pålar (0,25 mm) per timme, vilket motsvarar en 1,7 gångers ökning av stämplingstiden.

Tänk på maximal effektivitet, men inte applikationsoberoende. Starka elmotorer kan tillverkas med ett stort antal stålkvaliteter, och när man väljer en drivmotor som drivs rent elektriskt är den primära frågan hur mycket man kan spara genom att använda högre kvalitet, tunnare och därför dyrareelektriskt stål. Även en relativt liten skillnad i effektivitet kan påverka batteriets räckvidd och därmed mängden batterikapacitet som krävs. Om motorn endast används för att stödja förbränningsmotorn i ett mildhybridfordon, eller om fordonet är avsett att köras rent elektriskt över korta eller medellånga avstånd (som i ett hybrid- eller laddhybridfordon), gäller kraven för prestandakurvan är lägre. Förutom motorns materialbesparingar reduceras också den erforderliga batterikapaciteten avsevärt, varför det är vettigt att minska motoreffektiviteten i tjockleksintervallet 0.3 till 0.35 mm. Dessutom kan extremt tunt järnkärnstål förbättra effektiviteten hos höghastighetsmotorer, särskilt effektiviteten hos statorn, men i rotorn är det ofta nödvändigt att uppnå mycket hög hållfasthet snarare än tunnare tjocklek, och speciella sammanfogningsprocesser, t.ex. som all-ytor limning, gör att rotordesignen också har en positiv inverkan på effektiviteten.

Kallvalsad silikonstålkärna

Ur ett övergripande perspektiv är inte tunnare bättre. När vi överväger bearbetbarhet, kostnad, applikationsområden, effektivitet och andra tekniska faktorer vid motorkonstruktion, måste vi se på användningen av järnkärnstål på ett helt annat sätt.