電機鐵心
關注創建者：匿名 創建時間：2022-01-06
電機鐵心的實例教程
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正文部分
電機鐵心是電機內的關鍵部件，其性能的改善對電機整體性能的提升具有重要意義。永磁電機本身性能較為優異，同時與一般的電機設計相比，再制造電機還受到原有鐵心結構的限制，因此其性能難以提升。傳統電機鐵心材料一般選用冷軋硅鋼片，而非晶合金材料與硅鋼片相比，其加工過程更加環保，且具有更低的鐵心損耗，應用于電機鐵心可以使電機鐵耗顯著降低，從而提高效率。
1 電機參數及混合疊壓方法
1.1 定子材料
原電機所用的硅鋼材料牌號為B35AV1900，所用非晶合金材料牌號為Metglas2605SA1。圖1為由湖南聯眾MATS-2010S軟磁測量裝置測得的硅鋼材料和非晶合金試樣的磁化曲線。對比兩者磁化曲線可知，硅鋼材料的飽和磁通密度（簡稱“磁密”）約為1.80 T，非晶合金的飽和磁通密度約為1.44 T，在相同磁場強度情況下，非晶合金對應的磁通密度小于硅鋼材料的磁通密度。
圖1 硅鋼和非晶合金的磁化曲線
Fig.1 Magnetization curves of silicon steel and amorphous alloy
1.2 電機參數
以一臺8極48槽內置式永磁同步電機為例進行定子混合疊壓再制造。電機的參數見表1。
表1 電機主要參數
Tab.1 Main parameters of motor
1.3 混合疊壓方法
受到原鐵心材料和結構的限制，再制造的電機鐵心性能較差。利用性能優異的非晶材料替換原鐵心，可以顯著降低鐵心的損耗，但非晶材料飽和磁密較小，且成本較高。通過合理選擇材料比例，將非晶材料與硅鋼材料組合使用，既能降低電機損耗、提升電機綜合性能，又能充分利用零部件，降低再制造成本。
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電機鐵心是電機內的關鍵部件，其性能的改善對電機整體性能的提升具有重要意義。永磁電機本身性能較為優異，同時與一般的電機設計相比，再制造電機還受到原有鐵心結構的限制，因此其性能難以提升。傳統電機鐵心材料一般選用冷軋硅鋼片，而非晶合金材料與硅鋼片相比，其加工過程更加環保，且具有更低的鐵心損耗，應用于電機鐵心可以使電機鐵耗顯著降低，從而提高效率。
1 電機參數及混合疊壓方法
1.1 定子材料
原電機所用的硅鋼材料牌號為B35AV1900，所用非晶合金材料牌號為Metglas2605SA1。圖1為由湖南聯眾MATS-2010S軟磁測量裝置測得的硅鋼材料和非晶合金試樣的磁化曲線。對比兩者磁化曲線可知，硅鋼材料的飽和磁通密度（簡稱“磁密”）約為1.80 T，非晶合金的飽和磁通密度約為1.44 T，在相同磁場強度情況下，非晶合金對應的磁通密度小于硅鋼材料的磁通密度。
圖1 硅鋼和非晶合金的磁化曲線
Fig.1 Magnetization curves of silicon steel and amorphous alloy
1.2 電機參數
以一臺8極48槽內置式永磁同步電機為例進行定子混合疊壓再制造。電機的參數見表1。
表1 電機主要參數
Tab.1 Main parameters of motor
1.3 混合疊壓方法
受到原鐵心材料和結構的限制，再制造的電機鐵心性能較差。利用性能優異的非晶材料替換原鐵心，可以顯著降低鐵心的損耗，但非晶材料飽和磁密較小，且成本較高。通過合理選擇材料比例，將非晶材料與硅鋼材料組合使用，既能降低電機損耗、提升電機綜合性能，又能充分利用零部件，降低再制造成本。定子混合疊壓是將不同材料沿電機軸向間隔疊壓制成定子鐵心，規定相同材料的每段疊片段長度相等。
展開 此次認證依據國際標準ISO/IEC 17025:2017進行，認可范圍涵蓋自粘結電機鐵心生產的關鍵檢測環節，包括電工鋼比總損耗、粘度、涂層厚度、涂層絕緣電阻、剝離及剪切強度、高低溫、鐵心磁性能等檢測項目。
通過CNAS認可，表明寧波鴻達檢測中心在軟硬件設施、專業技術能力及質量管理體系等方面均達到國家及國際公認標準，可為客戶提供合規、精準、權威的專業檢測服務，有力支撐自粘結電機鐵心產品的質量保障和技術創新。
12. 中國牽頭立項國際電機標準，填補全球空白
2025年5月24日，我國提交的《風能發電系統 風力發電機組發電機設計要求》國際標準提案在國際電工委員會（IEC）成功獲批立項，填補了風能發電系統領域發電機國際標準的空白。該標準涵蓋發電機設計驗證、運行維護、安全與綠色設計等內容，為通過變流器并網的發電機設計提供了清晰路徑。這一成果恰逢我國風電產業加速“出海”的關鍵時期，我國攜手國際專家共同制定標準，直面高海拔、強臺風、變負荷、電網波動等復雜環境挑戰，引領全球風電產業向高效、智能發展。
數據顯示，2024年我國風電整機出口達5.5吉瓦，同比增長71.9%，覆蓋24個國家。作為全球風電裝備制造與應用的領導者，我國牽頭制定此標準，彰顯了深厚的技術實力，將“中國智慧”融入全球風電產業高質量發展，助力全球能源轉型，為世界能源發展貢獻中國力量。
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展開 為了研究增程器用AFPM電機設計的可行性與合理性，本文對AFPM與RFPM同步電機的電磁性能進行了對比分析。首先，對兩種不同拓撲結構電機的磁通路徑進行概述；其次，利用有限元方法對電機進行優化設計；最后，對電機空載、負載工況下的電磁性能進行對比及分析，可為增程器發電機的設計提供一定的參考依據。
1 軸向磁通與徑向磁通永磁電機
AFPM與RFPM電機雖同屬于永磁同步電機，但兩者在電機結構、磁通路徑方向以及定子制造方面存在較大差異。
1.1 電機結構
圖1為AFPM與RFPM電機模型，兩種電機的主要部件均由定子部分(定子鐵心與繞組)與轉子部分(永磁體與轉子鐵心)組成。AFPM電機定子鐵心與轉子鐵心的外徑與內徑保持一致，軸向長度不同，定子部分與轉子部分軸向方向相對裝配；而RFPM電機轉子部分裝配于定子部分內部，這種結構的定子鐵心與轉子鐵心的軸向長度保持一致。兩種拓撲結構電機裝配方式的不同，導致兩者在結構上差異較大。
展開 2.4 約束與載荷
本次分析計算的鑄鐵機殼約束及載荷以實驗數據為準，該機殼電機鐵心溫度、表面溫度及試驗環境溫度見表2。
由于鐵心與機殼內表面接觸，故在進行熱分析的時候可將機殼內表面直接輸入鐵心溫度。機殼外表面溫度及散熱片與空氣之間以對流換熱為主，也有少量輻射散熱，但一般機殼表面溫度不是很高，在實際計算中可以省略輻射散熱的影響，因此可以在機殼外表面和散熱片表面上直接輸入對流載荷的表面傳熱系數及試驗環境溫度。如圖6所示。
3 分析結果
3.1 熱分析
在MENTAT里對模型進行熱分析。分析結果如圖7所示。
從分析結果來看，電機散熱片頂部溫度為51.07℃，與實驗值50.7攝氏度基本吻合。證明MARC的分析功能較好的反映了機殼的散熱能力。
3.2 熱流量分析
圖8為散熱片熱流量分析云圖。
從分析結果來看，電機散熱片在根部溫度變化最大，相對集中。根據分析結果，我們可以在實際生產中調整散熱片外形尺寸，使散熱片各部分熱流量均勻，溫度變化合理，達到更好地散熱效果。
4 結語
計算機軟件給工程實踐帶來了極大的方便。本例中，采用了有限元方法對電機機殼進行散熱分析，所得結果符合實際，且過程準確、快捷，這種方法為我們設計鑄鐵機殼散熱片提供了一個理論參考依據，通過該方法我們可以在鑄鐵機殼模具開發前，在滿足鑄造工藝性的前提下使機殼的尺寸更趨于合理，節省研制成本。(轉)
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AnsysWB-基于過盈配合的BWM_i3電機轉子應力仿真
1.模型包含電機轉子鐵心和轉軸
2.轉子鐵心與轉軸施加過盈接觸配合
3.轉軸施加峰值扭矩250Nm的載荷
4.評估轉子鐵心和轉軸的應力和變形情況
5.參考時請考慮仿真模型與實際模型存在的偏差
寧波鴻達檢測中心獲國內首家自粘結電機鐵心CNAS認證
2025年6月9日，寧波鴻達電機模具有限公司檢測中心正式獲得中國合格評定國家認可委員會（CNAS）實驗室認可證書（注冊號：CNAS L23249），成為國內自粘結電機鐵心領域首家獲此認證的實驗室。
張哲［8］建立了考慮材料磁致伸縮特性的磁-機械耦合模型，相比于硅鋼片電機，非晶合金電機鐵心振動量更大，且磁致伸縮受應力影響程度更加明顯。張鵬寧等［9］從直流偏磁機理和振動噪聲基本原理著手，將電磁場、結構力場和聲場進行耦合計算完成直流偏磁下鐵心振動和噪聲問題的研究，分析了偏磁狀態下鐵心本體的振動情況，得到了一般性結論。
本文通過有限元仿真軟件對電機定子鐵心進行模態分析，并得到電機定子鐵心前8階模態振型和固有頻率如圖6所示。
因為電機定子結構的形變程度與定子所受到徑向電磁力階數的四次方成反比，所以只需要考慮階數低，幅值高的電磁力波。由模態分析的仿真結果可以看出，定子前8階模態的固有頻率與徑向電磁力的主要頻率相比，其頻率范圍并不接近，不滿足電機發生共振的條件，因此電機的設計是合理的。
先從電機的噪聲說起，電機噪聲根據其產生機理的不同，大致可分為三類：電磁噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲
1
電磁噪聲
電磁噪聲來源于電磁振動，電磁振動由電機氣隙磁場作用于電機鐵心產生的電磁力所激發
PMSM電磁力可分為切向電磁力和徑向電磁力2種，前者主要用于輸出電磁轉矩，但會引起轉矩脈動，使定子齒部彎曲變形；后者使電機的定子鐵心產生周期性形變而引起振動噪聲，是引起電機振動噪聲的主要原因[4-5]。
電機的振動噪聲涉及電磁、機械、力學、聲學等多個領域，研究方法主要有解析法、有限元法和試驗法[6]。
從圖8仿真結果可知，動力總成機身附近的聲功率較大，這是由于徑向電磁激振力直接作用在電機定子鐵心內表面，而隨著聲場的擴大，聲場呈射線狀散開。
圖8 動力總成殼體結構輻射聲場聲壓級分布
圖9(a)為電機表面某點的聲壓曲線，可以看出，切向電磁力對電機表面的聲壓級貢獻不大，只是在2400Hz左右有4dB的差別。
NAKAHAMA等提出了適用于開啟式風冷散熱系統車用電機的定子鐵心內部及外部雙冷卻通路的強化散熱方案。KIM等建立了開啟式風冷散熱感應電機的熱網絡模型，該模型計算得到的定子、繞組溫度誤差不超過2 ℃。GRAB OWSKI等對額定功率為7.5 kW的封閉式外通風散熱電機的溫升性能進行了有限元仿真，仿真結果與測試結果之間的誤差不超過10%。
在此基礎上，為使電機的設計更為接近實際應用要求，進一步提升電機的轉矩密度，考慮適當增大永磁轉矩占比，當提升首層釹鐵硼用量時，意味著磁障間隔處磁密飽和程度增加，為了更好地分配永磁轉矩與磁阻轉矩，縮減電機磁障層數為兩層；同時，在滿足使用要求下，適當增加電機的鐵心長度，將混合式永磁電機體積與原型機保持一致，電機的模型和計算結果如圖10所示。
正是就基于此，我們在減速器原中心距不變的情況下，將減速比由6.736 提高到9.28，電機鐵心長由110mm 縮短到80mm，其效率如圖8 所示，并可得出以下結論：
1）電機的最高效率略有降低，這是因為電機的轉速提高，目前的電機長徑比并不是最佳值。如果同時改變長徑比，電機的最高效率會跟方案二相當，但是在實際設計中，這可能會導致需要重新制作定轉子沖片模具，而導致模具費用增加，經濟性不佳。
