电机损耗大致分为铜损耗(感应电机分为一次铜损耗和二次铜损耗)、铁损耗、机械损耗和杂散负荷损耗。在这些损失中,大部分损失是铜和铁。减少这两个损失可以达到高效率的电机。
关于铜的损坏,对于用于铁芯电机的电钢板,铁芯是由层合电钢板组成的二维结构。绕组和绕组时,铁芯两端的绕组对扭矩不起作用,造成铜的损坏。通过绕组的高密度和轴端的去除,可以减少铜的损伤。这表明电机的结构还有待进一步研究。在铁损耗中,使用压粉芯可以降低涡流损耗,使用非晶金属可以将铁损耗降低一个数量级。
带压粉芯的电动机
压电磁芯的结构是将包覆有绝缘膜的铁粉压缩。因此,它的特点是保证了各种铁粉之间的绝缘,这可以减少涡流损失,并可以在三维设计。缺点是如果成形密度不高,只能得到低渗透率和饱和通量密度的特征。因此,在压缩成形过程中必须施加高压,成形体的机械强度低,操作困难。
在电机结构研究中,提出了一种充分利用压粉芯三维各向同性磁特性的爪形磁极结构电机(爪形电机:日立制造有限公司设计专利注册)。该结构能达到上述绕组高密度和去除轴端,与传统槽式结构电机相比,有望实现小型化和高效率。该电机的结构和材料与传统的新电机结构概念完全不同。
单相定子核是三维结构的爪状铁核。它是由两个爪形铁芯组成的,它们手持成元环的高密度绕组。此外,转子是多极磁铁结构,在圆形方向有一个ns极。各相的定子核心独立配置于轴向,因此与转子的磁极以相同的距离叠加,形成三相爪铁核心。
磁芯的磁性取决于成形体的密度。密度越高,渗透率越大,电机越有利。为了达到高效率、小型和轻量化的马达,需要超过75mg/m3的密度。开发的爪牙结构有几个部分,在加压方向上有小截面,如爪的前端。由于冲压金属模冲头的加压面积小,当施加所需压力时,可能会发生金属模损伤。等待问题的出现。解决这个问题的方法是采用爪齿的形状和平衡电机的特性,以减少在成型过程中对金属模具的应力。
以上是200w爪电机试制的结果。与传统的槽式结构马达相比,马达的轴长度减少约1/2,马达的效率与传统马达相同。
以上是200w爪电机试制的结果。与传统的槽式结构马达相比,马达的轴长度减少约1/2,马达的效率与传统马达相同。
使用非晶态金属的电动机
非晶态金属的饱和通量密度低,但渗透率高,且铁的损耗比电气钢板低一个数量级以上。铁芯中使用非晶态金属可以大大减少铁的破坏,有望达到高效率。绕组线的高层压系数可降低铜的损耗。然而,非晶态金属比普通马达使用的电钢板更薄,小于钢板的1/10,而硬度则是电钢板的数倍。因此,处理复杂形状的铁芯是很困难的,因为它们没有得到广泛的应用。
为了将这种非晶态金属用于电机核心,必须克服非晶态金属的缺点。因此,研究了作为电机核心的电机的结构。
传统的槽结构电机在定子核心上具有径向磁通转子组合。采用绕组铁芯,磁极与磁轭部位和磁极前端的连接是弯曲的,绕组铁芯难以实现。为了使用盘绕的核心作为磁轭结构,使用了两侧有永久磁铁转子的结构。使用的永磁体不是稀土磁体,而是烧结的铁半氧化物磁体。
卷绕式铁芯的生产对电机的性能有很大的影响。作为轴向电机的卷绕核心,卷绕核心的形状是通过考虑卷绕开始的空间、卷绕半径和绕组空间等因素确定的。这个绕组可以变成一个排列体积。所用的非晶金属用厚度为25μm的箔片加工成指定尺寸。非晶金属的层压系数低,磁性差。因此,铝箔之间的间隙应尽可能小。插入绕组的盘芯呈圆形排列,定子可由树脂模形成。转子为磁性永久磁铁结构,与铁轭轴平行固定。与传统电机相比,200w无定形绕组铁芯的试制效率可以达到同一水平。
结论
在未来,工业和电器将迎来软磁材料的新时代,为了应对这一时代的到来,材料和电机制造商将进行非常重要的合作。