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电机定子和转子中叠片用的材料有哪些?

学术研究2021.05.11
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直流电机转子由电工钢叠片构成,当转子在电机磁场中旋转时,它会在线圈内产生电压,从而产生涡流, 涡电流是一种磁损耗,涡流损耗会导致功率损耗。几个因素会影响涡流对功率损耗的影响,例如电磁场、磁性材料的厚度以及磁通量的密度。材料对电流的抵抗力会影响涡流的产生方式,例如,当材料太厚时,横截面积增加,导致涡流损耗。需要使用更薄的材料以最小化横截面积, 为了使材料更薄,制造商使用了几片称为叠片的薄片来构成电枢铁芯,与厚片不同,较薄的片材会产生较高的电阻,从而导致较少的涡流。


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选择用于电机叠片的材料是电机设计过程中最重要的考虑因素之一,由于它们的多功能性,一些最流行的选择是冷轧电机叠层钢和硅钢。高硅含量(2–5.5 wt%的硅)和薄板 (0.2–0.65 mm)钢是电机定子和转子的软磁材料,在铁中添加硅会导致矫顽力降低和电阻率升高,薄板厚度的减小导致涡流损耗的减小。

冷轧层压钢是批量生产中成本最低的材料之一,是最受欢迎的合金之一。与其他材料相比,该材料易于冲压,并且在冲压工具上产生的磨损更少。电机制造商对电机叠层钢进行氧化膜退火,该氧化膜可增加层间电阻,使其可与低硅钢媲美, 电机叠层钢和冷轧钢板之间的区别在于钢的成分和加工改进(例如退火)。

硅钢也称为电工钢,添加了少量硅以减少铁芯涡流损耗的低碳钢,硅保护定子和变压器的磁芯并减少材料的磁滞,磁滞是从最初产生磁场到完全产生之间的时间。一旦冷轧适当地定向,该材料就可以用于层压应用。通常,硅钢叠片的两面都绝缘且彼此叠置以减小涡流,将硅添加到合金中对冲压工具和模具的寿命产生显着影响。

硅钢有各种厚度和等级,最佳类型取决于允许的铁损,单位为瓦/千克。每种等级和厚度都会影响合金的表面绝缘性,冲压工具的寿命以及模具的寿命。像冷轧电机叠层钢一样,退火有助于增强硅钢,冲压后退火工艺消除了多余的碳,从而减轻了应力。根据所用硅钢的类型,需要对组件进行额外的处理以进一步缓解应力。

冷轧钢制造过程为原材料增加明显的优势,冷轧制造在室温下或略高于此温度下制造,导致钢的晶粒在轧制方向上保持拉长状态。在制造过程中在材料上施加高压处理冷钢固有的刚性要求,形成光滑的表面和更精确的一致尺寸。冷轧过程还会引起所谓的“应变硬化”,与非轧制钢相比,其硬度最高可提高20%,硬度等级称为全硬,半硬,四分之一硬和表面滚轧。滚动可有多种形状,包括圆形、正方形和扁平形,有多种等级可供选择,以适应各种强度、强度和延性要求,它的低成本使其继续成为所有叠片制造的支柱。

结论

电机中的转子和定子由数百个层压并连接的薄电工钢板制成, 这样可以减少涡流损耗,提高效率,两者的两侧都有绝缘涂层 ,在电机应用中将钢层压并切断层间涡流。通常,电工钢是为了确保叠片的机械强度,进行铆接或焊接过程。焊接过程对绝缘涂层的损坏,会导致磁性能下降、微观结构的改变、残余应力的引入等,在机械强度和磁性能之间取得折中是一个巨大的挑战。

(资料来源:网络、今日电机编辑整理


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