磁損耗通常出現(xiàn)在磁通量可變的磁路部分。硅鋼中的主要磁損耗包括磁滯損耗和渦流損耗，還有額外的表面和紋波損耗等。為了減少硅鋼中的磁滯損耗，一般會(huì)使用具有窄磁滯回線和增加電阻的特殊硅鋼。為了減少電動(dòng)機(jī)中的渦流損耗，會(huì)選用厚度在0.1 - 0.2毫米的薄規(guī)格硅鋼用于頻率高達(dá)1千赫的鐵心，厚度0.025毫米的硅鋼用于更高頻率的鐵心。
近年來已經(jīng)有研究通過氣相沉積法與硅形成合金來生產(chǎn)梯度硅產(chǎn)品，他們采用擴(kuò)散退火的工藝，用常規(guī)硅鋼在浸入硅-鋁中進(jìn)行退火，從而形成硅元素在材料中的不均勻分布，硅在內(nèi)部含量低，而在表面的含量高達(dá)6.5%；此外還有研究通過單級(jí)剪切加工(國外鋼種10JNEX900、10JNF600)開發(fā)高硅鋼板。鈷鐵CoFe合金是所有已知的軟磁材料(例如Vacoflux 50、Hiperco 50A合金)中具有最高的磁飽和的產(chǎn)品，磁感可達(dá)到2.4 T，也可以用于具有良好特性的電機(jī)磁路中。因此，當(dāng)使用這種合金時(shí)，可以最小化磁路的尺寸和重量。此外還有鎳鐵合金NiFe，含有40-50%的鎳，這種高鎳含量增加了磁導(dǎo)率并降低了磁矯頑力。與SiFe和CoFe合金相比，NiFe合金由于低矯頑力而具有較高的相對(duì)磁導(dǎo)率，但飽和感應(yīng)降低，這些軟磁材料更適用于低飽和的電機(jī)，如對(duì)噪音要求較高的電機(jī)。此外使用非晶和納米晶材料，其具備低鐵損和低成本特性，以及具有三倍高的電阻率，比傳統(tǒng)的硅鋼具有更低的渦流損耗，常規(guī)的非晶材料成分包括硅、鐵和硼等，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度一般在1.5-1.6T。圖1顯示了各種軟磁材料的磁化曲線，其中具有較高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的材料被認(rèn)為是最有前途的材料，其允許在較小的體積內(nèi)傳導(dǎo)較大的磁通量。
根據(jù)圖2可以看出，為了減少高飽和高速電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子組件中的損耗，一些軟磁材料中使用了高含量的昂貴金屬如Co、Ni、Nb等元素，如坡莫合金、非晶、Finemet等，但也帶來了一些成本問題。
圖2 不同感應(yīng)下的鐵損
圖3組裝定子:1–外殼；2針；3–定子齒；4–定子背面
為了有效降低成本的同時(shí)提升整體性能，國內(nèi)外的研究也提供了一些解決方案，例如可以通過使用拼接材料制作定子或轉(zhuǎn)子來實(shí)現(xiàn)(圖3)。其中定子齒與定子背部分開制造，定子齒采用更具性能優(yōu)勢(shì)的新型軟磁材料如坡莫合金、非晶等材料，而后將定子齒與定子背部連接起來(據(jù)了解本田雅閣采用過此種方案)，這種解決方案不僅可形成更大的磁通量以更小鐵心尺寸，還可以簡(jiǎn)化定子齒的制造，以及在其上纏繞繞組的麻煩。還有一些研究發(fā)現(xiàn)，由取向硅鋼分段制造定子齒和背部，使得鋼的最佳磁性的方向與定子背部的分段中的磁通線的方向一致，也可以有效改善電機(jī)的磁特性，增加定子制造中的材料利用率，以及降低定子的成本和重量。此外用不同厚度的材料分別作背封裝和齒封裝，以最小化它們的尺寸和元件損耗，根據(jù)飽和特性可以實(shí)現(xiàn)感應(yīng)的最佳分布。也有可能不僅使用插入背部的齒部，而且使用它們的須部來達(dá)到相同的目的，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂懈叽鸥袘?yīng)值。總的來說，設(shè)計(jì)具有高能量飽和度的牽引電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須考慮各種技術(shù)方面。一方面，使用具有高磁性和能量特性的磁性材料，這使得獲得高特定特性成為可能。另一方面，磁體是一種昂貴的材料，其價(jià)格強(qiáng)烈地依賴于各種因素，包括政治因素，因此它們的使用并不總是經(jīng)濟(jì)可行的。還必須努力減少轉(zhuǎn)子和定子鐵心中的損耗。為此，使用具有高飽和感應(yīng)并且能夠在高頻下工作的軟磁材料是未來發(fā)展的趨勢(shì)。
摘自《Analysis of the Tendentious Developing of the New Materials Used in the Production of Traction Electric Motors》
文章來源：鐵心視界
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