Wpływ naprężeń rdzenia żelaznego na wydajnośćSilniki z magnesami trwałymi
Szybki rozwój gospodarki dodatkowo przyspieszył proces profesjonalizacji branży silników z magnesami trwałymi, stawiając coraz wyższe wymagania dotyczące osiągów silników, standardów technicznych i stabilności działania produktów. Aby silniki z magnesami trwałymi mogły rozwijać się w szerszym zakresie zastosowań, konieczne jest wzmocnienie ich osiągów pod każdym względem, tak aby ogólne wskaźniki jakości i wydajności silników mogły osiągnąć wyższy poziom.
W przypadku silników z magnesami trwałymi, rdzeń żelazny jest bardzo ważnym elementem silnika. Przy wyborze materiałów na rdzeń żelazny należy dokładnie rozważyć, czy przewodność magnetyczna jest wystarczająca do spełnienia wymagań eksploatacyjnych silnika z magnesami trwałymi. Zazwyczaj jako materiał na rdzeń silników z magnesami trwałymi wybiera się stal elektrotechniczną, a głównym powodem jest jej dobra przewodność magnetyczna.
Wybór materiałów rdzenia silnika ma bardzo istotny wpływ na ogólną wydajność i kontrolę kosztów silników z magnesami trwałymi. Podczas produkcji, montażu i formalnej eksploatacji silników z magnesami trwałymi, w rdzeniu powstają pewne naprężenia. Jednak występowanie tych naprężeń ma bezpośredni wpływ na przewodność magnetyczną blachy elektrotechnicznej, powodując jej spadek w różnym stopniu, co prowadzi do spadku wydajności silnika z magnesami trwałymi i wzrostu strat w silniku.
W projektowaniu i produkcji silników z magnesami trwałymi wymagania dotyczące doboru i wykorzystania materiałów są coraz wyższe, zbliżając się nawet do granicznych norm i poziomów wydajności materiałowej. Stal elektrotechniczna, jako materiał bazowy silników z magnesami trwałymi, musi spełniać bardzo wysokie wymagania dotyczące dokładności w odpowiednich technologiach zastosowań oraz dokładnego obliczania strat żelaza, aby sprostać rzeczywistym potrzebom.
Tradycyjna metoda projektowania silników stosowana do obliczania charakterystyk elektromagnetycznych stali elektrotechnicznej jest oczywiście niedokładna, ponieważ te konwencjonalne metody są przeznaczone głównie do konwencjonalnych warunków, a wyniki obliczeń charakteryzują się dużymi odchyleniami. Dlatego potrzebna jest nowa metoda obliczeniowa, aby dokładnie obliczyć przewodność magnetyczną i stratę żelaza w stali elektrotechnicznej w warunkach pola naprężeń, tak aby zwiększyć zakres zastosowań materiałów z rdzeniem żelaznym i poprawić wskaźniki wydajności, takie jak sprawność silników z magnesami trwałymi.
Zheng Yong i inni badacze skupili się na wpływie naprężenia rdzenia na wydajność silników z magnesami trwałymi i połączyli analizę eksperymentalną, aby zbadać istotne mechanizmy właściwości magnetycznych i strat żelaza pod wpływem naprężenia w materiałach rdzeni silników z magnesami trwałymi. Naprężenie rdzenia żelaznego silnika z magnesami trwałymi w warunkach pracy zależy od różnych źródeł naprężenia, a każde z nich charakteryzuje się wieloma, zupełnie odmiennymi właściwościami.
Z punktu widzenia formy naprężeń w rdzeniu stojana silników z magnesami trwałymi, źródłami ich powstawania są: wykrawanie, nitowanie, laminowanie, montaż obudowy w warunkach interferencyjnych itp. Naprężenia wywołane montażem obudowy w warunkach interferencyjnych mają największy i najbardziej znaczący obszar oddziaływania. W przypadku wirnika silnika z magnesami trwałymi, głównymi źródłami naprężeń, jakie ponosi, są naprężenia cieplne, siła odśrodkowa, siła elektromagnetyczna itp. W porównaniu ze zwykłymi silnikami, normalna prędkość obrotowa silnika z magnesami trwałymi jest stosunkowo wysoka, a rdzeń wirnika jest dodatkowo wyposażony w izolację magnetyczną.
Zatem głównym źródłem naprężeń jest naprężenie odśrodkowe. Naprężenie w rdzeniu stojana, generowane przez zespół interferencyjny obudowy silnika z magnesami trwałymi, występuje głównie w postaci naprężenia ściskającego, a jego punkt działania koncentruje się w jarzmie rdzenia stojana silnika, a kierunek naprężenia jest obwodowo-styczny. Naprężenie generowane przez siłę odśrodkową wirnika silnika z magnesami trwałymi to naprężenie rozciągające, które niemal w całości oddziałuje na żelazny rdzeń wirnika. Maksymalne naprężenie odśrodkowe działa na styku mostka izolacji magnetycznej wirnika silnika z magnesami trwałymi i żebra wzmacniającego, co sprzyja pogorszeniu wydajności w tym obszarze.
Wpływ naprężenia rdzenia żelaznego na pole magnetyczne silników z magnesami trwałymi
Analizując zmiany gęstości magnetycznej kluczowych elementów silników z magnesami trwałymi, stwierdzono, że pod wpływem nasycenia nie nastąpiła istotna zmiana gęstości magnetycznej na żebrach wzmacniających i mostkach izolacji magnetycznej wirnika silnika. Gęstość magnetyczna stojana i głównego obwodu magnetycznego silnika ulega znacznym zmianom. Może to również dodatkowo wyjaśnić wpływ naprężeń w rdzeniu na rozkład gęstości magnetycznej i przewodność magnetyczną silnika podczas jego pracy.
Wpływ stresu na utratę rdzenia
Z powodu naprężenia, naprężenie ściskające na jarzmie stojana silnika z magnesami trwałymi będzie stosunkowo skoncentrowane, co spowoduje znaczne straty i pogorszenie wydajności. Występuje znaczny problem strat żelaza na jarzmie stojana silnika z magnesami trwałymi, szczególnie na styku zębów stojana z jarzmem, gdzie straty żelaza rosną najbardziej z powodu naprężenia. Badania wykazały poprzez obliczenia, że straty żelaza w silnikach z magnesami trwałymi wzrosły o 40%-50% z powodu wpływu naprężenia rozciągającego, co jest nadal dość zdumiewające, co prowadzi do znacznego wzrostu całkowitych strat silników z magnesami trwałymi. Poprzez analizę można również stwierdzić, że straty żelaza w silniku są główną formą strat spowodowanych wpływem naprężenia ściskającego na formowanie rdzenia stojana. W przypadku wirnika silnika, gdy rdzeń żelazny jest poddawany naprężeniu rozciągającemu odśrodkowemu podczas pracy, nie tylko nie zwiększy to strat żelaza, ale będzie miało pewien efekt poprawiający.
Wpływ naprężenia na indukcyjność i moment obrotowy
Parametry indukcji magnetycznej żelaznego rdzenia silnika pogarszają się pod wpływem naprężeń w rdzeniu, a indukcyjność wału silnika ulega pewnemu zmniejszeniu. Analizując obwód magnetyczny silnika z magnesami trwałymi, obwód magnetyczny wału składa się głównie z trzech części: szczeliny powietrznej, magnesu trwałego oraz żelaznego rdzenia stojana i wirnika. Najważniejszym z nich jest magnes trwały. Z tego powodu, zmiana parametrów indukcji magnetycznej żelaznego rdzenia silnika z magnesami trwałymi nie może powodować znaczących zmian indukcyjności wału.
Część obwodu magnetycznego wału, składająca się ze szczeliny powietrznej i rdzenia stojana-wirnika silnika z magnesami trwałymi, jest znacznie mniejsza niż rezystancja magnetyczna magnesu trwałego. Biorąc pod uwagę wpływ naprężenia rdzenia, indukcja magnetyczna ulega pogorszeniu, a indukcyjność wału znacząco spada. Przeanalizuj wpływ naprężeniowych właściwości magnetycznych na rdzeń żelazny silnika z magnesami trwałymi. Wraz ze spadkiem indukcji magnetycznej rdzenia silnika maleje siła sprzężenia magnetycznego silnika, a tym samym maleje moment elektromagnetyczny silnika z magnesami trwałymi.
Czas publikacji: 07-08-2023
