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采用超薄電工鋼帶制造的纏繞層疊鐵心磁特性評(píng)價(jià)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2023-08-30  瀏覽次數(shù)：3544
近年來全球環(huán)境面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，提高電機(jī)效率和降低電機(jī)損耗迫在眉睫。此外，隨著新型移動(dòng)技術(shù)的興起，電機(jī)的使用環(huán)境和規(guī)格需求也發(fā)生了變化，需要更小巧、更高功率輸出的電機(jī)。為了滿足這些要求，提高電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度成為一種解決方法，即使是小型電機(jī)，通過提高轉(zhuǎn)速也能提高輸出功率。然而，隨著轉(zhuǎn)速的增加，電機(jī)鐵心的鐵損也會(huì)急劇增加，導(dǎo)致效率下降。

電機(jī)鐵心通常采用無取向電工鋼板制成，常見的板厚為0.5毫米和0.35毫米。選擇這種材料是因?yàn)殡姍C(jī)的高速旋轉(zhuǎn)與鐵心中磁場(chǎng)的高頻化有關(guān)，電工鋼板的鐵損會(huì)隨頻率增加而增加。這主要是由于渦流損耗引起的。渦流損耗可以用頻率、磁通密度和板厚的平方來表示。

為了抑制頻率引起的鐵損增加，人們開發(fā)了極薄電工鋼板，該材料可以在維持無取向電工鋼板的高飽和磁通密度等特性的同時(shí)，大幅降低渦流損耗相對(duì)于頻率的增加。據(jù)報(bào)道，極薄電工鋼板是通過再軋制現(xiàn)有無取向電工鋼板制造而成的。這種極薄電工鋼板的開發(fā)有望在小型高速電動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域發(fā)揮有效作用。

然而，制作寬幅的極薄電工鋼板依舊存在困難，如何有效利用極薄電工鋼板來制造大型化的電機(jī)鐵心成為一個(gè)課題。為此，人們研發(fā)了一種名為“纏繞層疊鐵心”的極薄電工鋼帶制卷鐵心，即使寬度較窄，也能實(shí)現(xiàn)電機(jī)鐵心的大型化目標(biāo)。這種鐵心的板厚僅為0.08毫米，非常薄，可以制作成卷繞形狀，通過增加卷繞次數(shù)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)于徑向的大型化。

一般來說，“纏繞鐵心”是指將現(xiàn)有電工鋼板進(jìn)行纏繞制造的鐵心，而“纏繞層疊鐵心”則是指將板厚較薄的極薄電工鋼帶進(jìn)行卷繞制造的鐵心。這種鐵心通過卷繞附有絕緣被膜的極薄電工鋼帶，實(shí)現(xiàn)了層間絕緣的保持。

當(dāng)前盡管已經(jīng)開發(fā)使用板厚較薄的非晶材料卷繞鐵心的方法，但由于非晶材料本身沒有絕緣涂層，無法保持鐵心的層間絕緣性能。相比之下，纏繞層疊鐵心采用附有絕緣被膜的極薄電工鋼帶進(jìn)行卷繞，因此能夠保持層間絕緣性能。

日本文理大學(xué)若林大輔等研究人員通過比較纏繞層疊鐵心和傳統(tǒng)層疊鐵心的結(jié)構(gòu)，研究了鐵心結(jié)構(gòu)引起的變化。同時(shí)，通過評(píng)價(jià)使用不同板厚的極薄電工鋼帶制成的纏繞層疊鐵心，探索了最佳的板厚及進(jìn)一步降低鐵損的制造條件。

他們認(rèn)為，新開發(fā)的極薄電工鋼帶制造的纏繞層疊鐵心具有與以往的層疊鐵心相當(dāng)?shù)拇盘匦?。通過增加卷繞次數(shù)，可以在徑向上實(shí)現(xiàn)大型化，這有助于高速旋轉(zhuǎn)電機(jī)的低損耗化和大型化。

因此，人們可以提供不同大小的鐵心，進(jìn)一步擴(kuò)大極薄電工鋼板的有效利用范圍。特別是板厚為0.08mm的層疊鐵心，在頻率為50Hz至1kHz的范圍內(nèi)能夠保持低鐵損耗和高導(dǎo)磁率的特性，是最適合降低磁滯損耗和渦流損耗的鐵心材料。

在超過1kHz的頻率范圍內(nèi)，由于渦流損耗的增加，可以考慮選擇0.05mm的材料。研究人員表示計(jì)劃將極薄電工鋼帶制造的層疊鐵心加工成電機(jī)定子的形狀，以進(jìn)一步明確定子的特性以及在電機(jī)應(yīng)用中的效果。


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