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電機定子和轉子中疊片用的材料有哪些?

學術研究2021.05.11
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直流電機轉子由電工鋼疊片構成,當轉子在電機磁場中旋轉時,它會在線圈內產生電壓,從而產生渦流, 渦電流是一種磁損耗,渦流損耗會導致功率損耗。幾個因素會影響渦流對功率損耗的影響,例如電磁場、磁性材料的厚度以及磁通量的密度。材料對電流的抵抗力會影響渦流的產生方式,例如,當材料太厚時,橫截面積增加,導致渦流損耗。需要使用更薄的材料以最小化橫截面積, 為了使材料更薄,制造商使用了幾片稱為疊片的薄片來構成電樞鐵芯,與厚片不同,較薄的片材會產生較高的電阻,從而導致較少的渦流。


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選擇用于電機疊片的材料是電機設計過程中最重要的考慮因素之一,由于它們的多功能性,一些最流行的選擇是冷軋電機疊層鋼和硅鋼。高硅含量(2–5.5 wt%的硅)和薄板 (0.2–0.65 mm)鋼是電機定子和轉子的軟磁材料,在鐵中添加硅會導致矯頑力降低和電阻率升高,薄板厚度的減小導致渦流損耗的減小。

冷軋層壓鋼是批量生產中成本最低的材料之一,是最受歡迎的合金之一。與其他材料相比,該材料易于沖壓,并且在沖壓工具上產生的磨損更少。電機制造商對電機疊層鋼進行氧化膜退火,該氧化膜可增加層間電阻,使其可與低硅鋼媲美, 電機疊層鋼和冷軋鋼板之間的區別在于鋼的成分和加工改進(例如退火)。

硅鋼也稱為電工鋼,添加了少量硅以減少鐵芯渦流損耗的低碳鋼,硅保護定子和變壓器的磁芯并減少材料的磁滯,磁滯是從最初產生磁場到完全產生之間的時間。一旦冷軋適當地定向,該材料就可以用于層壓應用。通常,硅鋼疊片的兩面都絕緣且彼此疊置以減小渦流,將硅添加到合金中對沖壓工具和模具的壽命產生顯著影響。

硅鋼有各種厚度和等級,最佳類型取決于允許的鐵損,單位為瓦/千克。每種等級和厚度都會影響合金的表面絕緣性,沖壓工具的壽命以及模具的壽命。像冷軋電機疊層鋼一樣,退火有助于增強硅鋼,沖壓后退火工藝消除了多余的碳,從而減輕了應力。根據所用硅鋼的類型,需要對組件進行額外的處理以進一步緩解應力。

冷軋鋼制造過程為原材料增加明顯的優勢,冷軋制造在室溫下或略高于此溫度下制造,導致鋼的晶粒在軋制方向上保持拉長狀態。在制造過程中在材料上施加高壓處理冷鋼固有的剛性要求,形成光滑的表面和更精確的一致尺寸。冷軋過程還會引起所謂的“應變硬化”,與非軋制鋼相比,其硬度最高可提高20%,硬度等級稱為全硬,半硬,四分之一硬和表面滾軋。滾動可有多種形狀,包括圓形、正方形和扁平形,有多種等級可供選擇,以適應各種強度、強度和延性要求,它的低成本使其繼續成為所有疊片制造的支柱。

結論

電機中的轉子和定子由數百個層壓并連接的薄電工鋼板制成, 這樣可以減少渦流損耗,提高效率,兩者的兩側都有絕緣涂層 ,在電機應用中將鋼層壓并切斷層間渦流。通常,電工鋼是為了確保疊片的機械強度,進行鉚接或焊接過程。焊接過程對絕緣涂層的損壞,會導致磁性能下降、微觀結構的改變、殘余應力的引入等,在機械強度和磁性能之間取得折中是一個巨大的挑戰。

(資料來源:網絡、今日電機編輯整理


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