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深度解析 | 齒軛過盈配合對拼接電機(jī)性能有何影響

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2025-02-06  瀏覽次數(shù)：2640
 作為電機(jī)定轉(zhuǎn)子的主要組成材料，硅鋼片在磁性能上對電機(jī)整機(jī)的動力性和可靠性有重要影響。永磁電機(jī)工作時常常會處于多種應(yīng)力的同時作用，這些應(yīng)力包括整機(jī)裝配過程中電機(jī)機(jī)殼與定子過盈配合產(chǎn)生的壓應(yīng)力，以及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中磁鋼對其產(chǎn)生的電磁作用力等。近年來，為了追求更高的功率密度，部分學(xué)者提出將單一方向上電磁性能更優(yōu)的取向硅鋼應(yīng)用于電機(jī)定子齒部，并與無取向硅鋼定子軛部進(jìn)行拼接的方案。這種拼接的電機(jī)相較普通電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩有所提升，并有著更低的鐵損。拼接電機(jī)通常采用過盈配合的方式將定子齒部與軛部固定在一起，此時定子軛部會同時受到來自電機(jī)機(jī)殼過盈配合帶來的壓應(yīng)力與齒部過盈配合帶來的壓應(yīng)力。這些應(yīng)力通過改變硅鋼片的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變其電磁性能。為了探究壓應(yīng)力對定子硅鋼材料性能的影響，沈陽工業(yè)大學(xué)徐士博等研究人員深入分析了拼接電機(jī)中齒軛部分采用過盈配合方式對硅鋼片產(chǎn)生的應(yīng)力及其對電機(jī)性能的影響，通過有限元仿真分析和實驗驗證的方法，對比了過盈配合與間隙配合兩種不同的齒軛拼接方式對電機(jī)性能的具體影響，旨在揭示壓應(yīng)力如何改變硅鋼片的微觀結(jié)構(gòu)和電磁性能，以及這些變化如何影響電機(jī)的電磁性能和效率，為電機(jī)材料的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了科學(xué)依據(jù)。首先對某種牌號的硅鋼片進(jìn)行了不同壓應(yīng)力下的電磁性能測試。測試結(jié)果表明，由于受壓應(yīng)力的影響，硅鋼在不同磁場強(qiáng)度下的磁通密度均有所降低，且隨著壓應(yīng)力的增大，磁通密度降低程度增加。同時，壓應(yīng)力會使硅鋼電磁性能惡化，且惡化程度隨著壓應(yīng)力的增大而增大。

為了深入探究齒部與軛部之間的過盈力對電機(jī)性能所帶來的影響，研究人員設(shè)計了一款新能源車用驅(qū)動電機(jī)，此電機(jī)的定子采用無取向硅鋼軛部、配合取向硅鋼齒部的拼接設(shè)計。通過Maxwell軟件對兩種電機(jī)方案的效率進(jìn)行仿真分析，得到它們在全運(yùn)行工況下的效率Map對比圖。仿真結(jié)果表明，在同一工況點，方案A（齒軛采用間隙配合）的效率高于方案B（齒軛采用過盈配合），且方案A的高效區(qū)占比更大。

通過對兩個定子鐵心實物的測試，其中一個鐵心采用了齒軛過盈配合，另一個鐵心采用了齒軛間隙配合，二者除拼接配合方式外，其余均保持一致。測試結(jié)果表明，在加工成電機(jī)定子后，兩種齒軛配合方式在較低磁場強(qiáng)度下，磁通密度差距明顯，同場強(qiáng)下過盈配合的鐵心相較間隙配合鐵心磁通密度最高降低8%，且在磁場強(qiáng)度超過200A/m后，兩者的B-H性能趨近一致。通過樣件實驗測試、有限元仿真以及定子實物電磁性能實驗的方法，研究驗證了硅鋼在不同大小壓應(yīng)力下的電磁性能變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，在相同的外部條件下，硅鋼的電磁性能會隨著所受切向壓應(yīng)力的增大而不斷惡化。過盈配合的應(yīng)力會使拼接電機(jī)定子的整體電磁性能惡化，鐵損值增加。在不考慮拼接定子結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的條件下，齒軛間隙配合定子相較齒軛過盈配合定子有著更好的電磁性能表現(xiàn)，齒軛拼接電機(jī)采用間隙配合方案整機(jī)效率更高。綜上所述，齒軛過盈配合對拼接電機(jī)性能有顯著影響，研究結(jié)果對于電機(jī)設(shè)計和材料選擇具有重要的參考價值。

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