電機損耗大致分為銅損耗(感應電機分為一次銅損耗和二次銅損耗)、鐵損耗、機械損耗和雜散負荷損耗。在這些損失中,大部分損失是銅和鐵。減少這兩個損失可以達到高效率的電機。
關于銅的損壞,對于用于鐵芯電機的電鋼板,鐵芯是由層合電鋼板組成的二維結(jié)構(gòu)。繞組和繞組時,鐵芯兩端的繞組對扭矩不起作用,造成銅的損壞。通過繞組的高密度和軸端的去除,可以減少銅的損傷。這表明電機的結(jié)構(gòu)還有待進一步研究。在鐵損耗中,使用壓粉芯可以降低渦流損耗,使用非晶金屬可以將鐵損耗降低一個數(shù)量級。
帶壓粉芯的電動機
壓電磁芯的結(jié)構(gòu)是將包覆有絕緣膜的鐵粉壓縮。因此,它的特點是保證了各種鐵粉之間的絕緣,這可以減少渦流損失,并可以在三維設計。缺點是如果成形密度不高,只能得到低滲透率和飽和通量密度的特征。因此,在壓縮成形過程中必須施加高壓,成形體的機械強度低,操作困難。
在電機結(jié)構(gòu)研究中,提出了一種充分利用壓粉芯三維各向同性磁特性的爪形磁極結(jié)構(gòu)電機(爪形電機:日立制造有限公司設計專利注冊)。該結(jié)構(gòu)能達到上述繞組高密度和去除軸端,與傳統(tǒng)槽式結(jié)構(gòu)電機相比,有望實現(xiàn)小型化和高效率。該電機的結(jié)構(gòu)和材料與傳統(tǒng)的新電機結(jié)構(gòu)概念完全不同。
單相定子核是三維結(jié)構(gòu)的爪狀鐵核。它是由兩個爪形鐵芯組成的,它們手持成元環(huán)的高密度繞組。此外,轉(zhuǎn)子是多極磁鐵結(jié)構(gòu),在圓形方向有一個ns極。各相的定子核心獨立配置于軸向,因此與轉(zhuǎn)子的磁極以相同的距離疊加,形成三相爪鐵核心。
磁芯的磁性取決于成形體的密度。密度越高,滲透率越大,電機越有利。為了達到高效率、小型和輕量化的馬達,需要超過75mg/m3的密度。開發(fā)的爪牙結(jié)構(gòu)有幾個部分,在加壓方向上有小截面,如爪的前端。由于沖壓金屬模沖頭的加壓面積小,當施加所需壓力時,可能會發(fā)生金屬模損傷。等待問題的出現(xiàn)。解決這個問題的方法是采用爪齒的形狀和平衡電機的特性,以減少在成型過程中對金屬模具的應力。
以上是200w爪電機試制的結(jié)果。與傳統(tǒng)的槽式結(jié)構(gòu)馬達相比,馬達的軸長度減少約1/2,馬達的效率與傳統(tǒng)馬達相同。
以上是200w爪電機試制的結(jié)果。與傳統(tǒng)的槽式結(jié)構(gòu)馬達相比,馬達的軸長度減少約1/2,馬達的效率與傳統(tǒng)馬達相同。
使用非晶態(tài)金屬的電動機
非晶態(tài)金屬的飽和通量密度低,但滲透率高,且鐵的損耗比電氣鋼板低一個數(shù)量級以上。鐵芯中使用非晶態(tài)金屬可以大大減少鐵的破壞,有望達到高效率。繞組線的高層壓系數(shù)可降低銅的損耗。然而,非晶態(tài)金屬比普通馬達使用的電鋼板更薄,小于鋼板的1/10,而硬度則是電鋼板的數(shù)倍。因此,處理復雜形狀的鐵芯是很困難的,因為它們沒有得到廣泛的應用。
為了將這種非晶態(tài)金屬用于電機核心,必須克服非晶態(tài)金屬的缺點。因此,研究了作為電機核心的電機的結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)的槽結(jié)構(gòu)電機在定子核心上具有徑向磁通轉(zhuǎn)子組合。采用繞組鐵芯,磁極與磁軛部位和磁極前端的連接是彎曲的,繞組鐵芯難以實現(xiàn)。為了使用盤繞的核心作為磁軛結(jié)構(gòu),使用了兩側(cè)有永久磁鐵轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)。使用的永磁體不是稀土磁體,而是燒結(jié)的鐵半氧化物磁體。
卷繞式鐵芯的生產(chǎn)對電機的性能有很大的影響。作為軸向電機的卷繞核心,卷繞核心的形狀是通過考慮卷繞開始的空間、卷繞半徑和繞組空間等因素確定的。這個繞組可以變成一個排列體積。所用的非晶金屬用厚度為25μm的箔片加工成指定尺寸。非晶金屬的層壓系數(shù)低,磁性差。因此,鋁箔之間的間隙應盡可能小。插入繞組的盤芯呈圓形排列,定子可由樹脂模形成。轉(zhuǎn)子為磁性永久磁鐵結(jié)構(gòu),與鐵軛軸平行固定。與傳統(tǒng)電機相比,200w無定形繞組鐵芯的試制效率可以達到同一水平。
結(jié)論
在未來,工業(yè)和電器將迎來軟磁材料的新時代,為了應對這一時代的到來,材料和電機制造商將進行非常重要的合作。