超薄軟磁鋼和先進的層壓工藝有望提升電機的性能?

2020-12-17 老趙說製造

無論是用於小型或大型家用電器,還是用於驅動混合動力和/或電動汽車,或者應用於工業領域,電機以一個前所未有的全球增長趨勢。電機效率一直是一個關鍵的發展因素,長期以來,家用電器、汽車等領域對電機的高效性越來越重視。 組件製造商、生產商和最終用戶關注電機技術的創新和應用,他們不僅致力於降低成本,而且致力於優化性能和追求最高效率。這一挑戰直接涉及構成電動汽車核心的材料, 鐵芯作為電機的重要活動部件,影響電機的電、磁、機械性能。

超薄材料的挑戰

與過去相比,對價值較低的原材料(低含量矽)和「高」厚度(甚至0.65毫米)需求的減少。用於旋轉機械的材料,必須保證在構成鐵磁芯的疊片平面圖的所有方向上以各向同性方式,依靠改進的晶體結構意味著提高磁導率以達到更高的應用效率。在「白色商品」領域,晶片厚度在0.5至0.35mm之間,鋼的矽含量更高。除了選擇清潔/純淨的鋼(即不含第二非金屬相)之外,還包括對晶體微觀結構的更高關注和控制。內部低水平材料的清潔和純度,加上缺陷和第二相的分布,增加了在磁化過程中限制磁疇運動的可能性,這意味著磁損耗、功率損耗的損失增加,導致電機效率降低。

材料的厚度與純度

厚度和電阻率(由於矽、鋁和錳的含量)是汽車環境中的決定因素,在其他領域,通常考慮可變頻率和高頻,層壓特性的參考係數達到400赫茲。傳統的最佳磁鋼材料具有磁損耗(在1.5特斯拉–50赫茲的工作感應下測量,參考厚度為0.35毫米),其值約為2瓦/千克。相反,參考類似材料的特性,為汽車應用優化(在400赫茲下測量),該值顯著增加,高達14-15瓦/千克。因此,總的趨勢是在損耗和晶體結構方面尋求更好的解決方案,以提高它們的極化率,即磁導率。

所有材料似乎都傾向于越來越薄的材料,但其機械性能較差,因此在某些環境下可能更難應用。另一個方面由提高材料中所含電阻率(首先是矽)的元素百分比表示的,合金含量高的材料來改善損耗,這在本質上阻礙了提高磁導率的機會。

疊片後處理對材料的影響

設計電機時,實際上往往通過選擇極數、齒數等來獲得最佳性能,從而製造出一塊毛坯來實現定子組,甚至是複雜的(有多個切口、槽等),體積小巧。材料必須在儘可能好的狀態下生產,不存在對磁性產生負面影響的內部殘餘機械應力。很明顯,在衝裁操作和裝配過程,產生機械應力和殘餘變形,它們惡化了材料,其作用與原料的高磁質量成比例地嚴重化。以較低成本製造的材料,通常矽含量相對較低,不是以成品狀態供應,而是經過退火、未脫碳和進一步冷軋,變形水平非常低。用戶對組裝好的芯進行連續靜態退火,以完成材料淨化並獲得所需的晶體顯微結構。通過退火(根據法律規定的特殊處理和參數進行)改善了固有特性,從而改變內部結構,解決了由切割和組裝操作引起的殘餘應力問題。

鐵芯層壓技術

鐵芯層壓的生產在過去已經面臨著創新和發展,在衝壓技術已經採取了通過切割、腐蝕或衝孔來生產層壓件,疊片的最後的工作是鉚接。後來,焊接和聯鎖技術發展了起來。衝壓技術遵循這一趨勢,現在在電機產品組合中採用這些層壓技術。

目前,疊片疊層的粘接越來越普遍,粘合層壓疊層的優點是:疊層精度高,機械剛度高,便於搬運,甚至加工疊層(例如鑽孔),疊層之間絕緣,很少有短路,無緩衝,液體和吸油量少。由於採用了新的生產工藝,疊片疊層更能滿足客戶的要求。它從層壓幾何開始,考慮衝壓工藝和層壓技術,繼續到裝配加工,不是單一層壓的特性,而是整個疊層的特性。

結論

開發具有改進織構的產品,可能限制合金含量以獲得更好的磁導率,在其他方面採取措施,如鋼材清洗、厚度和表面質量等,以改善損失。由於有時需要進行關鍵的必要加工和更複雜的工藝管理,市場上並不總是積極採用「超薄」的趨勢。

疊層工藝對電機性能的影響與疊層材料的選擇相同,疊片領域的專業技術和層壓技術能夠同批量生產的工藝相結合,不僅在技術上,而且在商業上,都將使電動機具有競爭優勢。一個早期和全面的觀點也將降低成本,因為更好的工藝設置,更少的廢品,更少的質量控制,更少的存儲條件。

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