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电驱铁芯损耗,怎么「解」?(一)

2024-03-29

导读:在驱动电机中,铁芯的价值量约占整个电机的20-25%,对应于双电机版本的单车,其价值量大约为1000-1200元,而单电机版本的单车价值量大约为500-600元。随着新能源行业的快速增长,电驱铁芯等市场的前景非常广阔,而且增长迅速。


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概述

铁芯(或称磁芯)在整个电机中扮演着至关重要的角色。它的作用是增加电感线圈的磁通量,以实现电磁功率的最大转换。电机的铁芯通常由定子和转子组合而成,其中定子铁芯是电机磁路的主要组成部分。

定子铁芯一般采用硅钢片冲压而成,并且它也承载着绕组部分。在发电机运行过程中,铁芯会受到机械力、热应力和电磁力的综合作用。 

对于从事电机制造的人来说,电工钢片是一个常见的材料。它还有其他多个名称,如硅钢片、矽钢片、冲片、叠片等。


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铁芯损耗源

随着电动汽车的发展,对电机性能提出了更高的要求,高能效和高功率密度变得越来越重要。而电机铁芯设计是其中一个重要的影响因素。

铁芯中存在着磁滞损耗和涡流损耗这两个重要的损耗源,而这两个损耗都随着电机频率的增加而增加(磁滞损耗与频率成正比,涡流损耗与频率的平方成正比)。

在追求电机高转速的今天,如何降低这两个损耗是需要考虑的关键问题。

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磁滞损耗

磁滞损耗是指在铁磁材料等在反复磁化过程中由于磁滞现象而消耗的能量。磁滞现象是指铁磁材料的磁性状态变化时,磁化强度滞后于磁场强度,即磁通密度B与磁场强度H之间呈现磁滞回线的关系。

在每一次磁化循环过程中,铁芯单位体积中的磁滞损耗与磁滞回线的面积成正比。这部分能量会转化为热能,导致设备温升和效率降低。磁滞损耗是电气设备中铁损的重要组成部分,而在交流电机等设备中,我们希望尽量减小磁滞损耗的影响。

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目前,可以通过优化硅钢片来改善各种类型的电机性能。这是因为电机的关键任务是利用永磁体产生的磁感线与硅钢片进行切割,但一旦磁场闭合在铁心内部,就会产生涡流并产生热量,相当于能量的浪费。

这也是铁损的一个来源。然而,在电机设计中存在一个权衡点,即束缚永磁体的边缘部分可以采用更窄的宽度,以实现更高的磁通饱和和更好的磁场效果。但如果设计得过于窄,这可能会导致强度下降。



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