電機鐵心的案例
定子鐵心混合疊壓再制造電機的齒槽轉矩分析
做價值的傳播者，一路同行，一起成長
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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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。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 電機行業 2025 爆發：專利突圍、IPO 潮涌與全球化破局時刻
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 軸向磁通與徑向磁通永磁同步電機性能對比
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。
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基于MARC的鑄鐵散熱片熱機耦合分析
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)
展開 AnsysWB-基于過盈配合的BWM_i3電機轉子應力仿真 ￥10
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
三相異步電動機低諧波繞組的特點及應用
3
結論
根據之前低諧波繞組在諸多規格電機中的運用效果以及部分規格的型式試驗報告來看，可以認為低諧波繞組完全可廣泛運用到中心高 H160及以上機座號，且每極每相槽數q大于等于3的電機中，即低諧波繞組可用于任何系列單速電機以及變頻系列電機中，特別是在變頻電機中，因變頻器輸出電壓含有較多高次諧波，低諧波繞組降低高次諧波的效果在變頻器供電時會極好地得到體現。
從以前在多個規格電機產品運用低諧波繞組的實際運用效果看，低諧波繞組在使用中有兩種方式：1、在原合格的電機上推廣應用，保持原有性能不降低，它的節材效果特別明顯，在鐵心長度不調整的前提下，僅需新做一套繞線模，就可以達到7%以上的節銅率，節銅效果明顯，如我司160M-4-11，原漆包線重量7.23（車間實際稱重），低諧波繞組計算銅重6.5Kg，節省漆包線0.73Kg（占原銅重的10%多），溫升降低11K;280S-4 75KW電機，采用低諧波繞組方案投入批量生產，每臺節省漆包線3.46Kg（車間實際稱重對比）。如結合型式試驗數據，根據溫升及效率裕量，再適當調整鐵心長度，可以使產品性能更加優化，成本更低，可獲得非常可觀的經濟效益；若不考慮節材，采用低諧波繞組方案，則可以明顯提高電動機產品的性能，比如效率提高，溫升降低等，用于高效電機生產，可以在滿足性能指標的前提下，不需要增加很多成本，有利于以較低價格占領市場或者獲取較大利潤。節材或提效兩種計算方法根據產品的實際需要靈活應用。
展開 干貨 | 永磁電機關鍵技術分析：材料、損耗、失效、驅控......
當電機工作在高溫、高速、高功率密度等極限條件下，其發熱溫升更嚴重。
電機溫升過高造成永磁體出現不可逆失磁、漆包線絕緣層破壞甚至電機讓繞組燒毀等事故，因此，損耗與溫升的準確計算是耐高溫永磁電機設計與分析的關鍵技術之一，并且電機發熱溫升也是影響電機可靠性和壽命的最主要因素。
目前，對永磁電機熱問題的研究，主要集中在對熱計算方法的研究上。
熱計算方法主要有五種:公式法、等效熱路法、熱網格法、溫度場法和參數辨識法，其中溫度場法是目前最常用的方法。
溫度場計算中對熱源 ( 電機損耗) 的計算是基礎。
銅耗的計算應主要考慮繞組電阻值受外界環境 ( 如濕度、溫度等) 的影響，以及槽內導體的集膚效應等影響。
而電機鐵心損耗的計算，目前較準確的鐵心損耗計算方法是依據分離鐵耗模型，根據產生原因的不同將鐵耗分為磁滯損耗、渦流損耗和雜散損耗，考慮電機內的旋轉磁化和交變磁化分別加以計算 。
在計算中，對鐵心損耗系數及修正系數的確定至關重要。
展開 電機振動噪聲的產生以及控制：振動和噪聲的來源
鐵心支架松動，斜鍵、銷釘失效松動，轉子綁扎不緊都會造成轉動部分不平衡。
聯動部分軸系不對中，中心線不重合，定心不正確。這種故障產生的原因主要是安裝過程中，對中不良、安裝不當造成的。
聯動部分中心線在冷態時是重合一致的，但運行一段時間后由于轉子支點，基礎等變形，中心線又被破壞，因而產生振動。
與電機相聯的齒輪、聯軸器有故障，齒輪咬合不良，輪齒磨損嚴重，對輪潤滑不良，聯軸器歪斜、錯位，齒式聯軸器齒形、齒距不對、間隙過大或磨損嚴重，都會造成一定的振動。
電機本身結構的缺陷，軸頸橢圓，轉軸彎曲，軸與軸瓦間間隙過大或過小，軸承座、基礎板、地基的某部分乃至整個電機安裝基礎的剛度不夠。
安裝的問題，電機與基礎板之間固定不牢，底腳螺栓松動，軸承座與基礎板之間松動等。
軸與軸瓦間間隙過大或過小不僅可以造成振動還可使軸瓦的潤滑和溫度產生異常。
電機拖動的負載傳導振動，比如說電機拖動的風機、水泵振動，引起電機振動。
交流電機定子接線錯誤、繞線型異步電動機轉子繞組短路，同步電機勵繞組匝間短路，同步電機勵磁線圈聯接錯誤，籠型異步電動機轉子斷條，轉子鐵心變形造成定、轉子氣隙不均，導致氣隙磁通不平衡從而造成振動。
展開 基于整車工況的電動汽車動力總成系統效率優化設計方法
圖7 方案二電機效率MAP 圖分布
基于整車NEDC 工況效率最優動力總成成本優化設計
參考電機設計，在電機的主要尺寸、功率、轉速和電磁負荷之間存在著一定的關系，即滿足：
式中，P'為計算功率（W）；n為額定轉速（r/min)；K φ 為氣隙磁密波形系數；K dp 為繞組系數，由極槽配合和繞組形式決定；D a為電樞直徑（mm）；B av 為平均氣隙磁密（T）；A 為定子電負荷有效值（A/mm）；lef 為鐵心計算長度（mm）。
由于受整車廠的安裝尺寸及定轉子沖片模具的限制，一般D a 不會改變，并且在一定功率范圍內，對于相同系列的電機，Bav、K φ、Kdp 及A 變化不大，且T ∝P'/n，所以Lef ∝ T。
對同樣輪邊轉矩和轉速的要求，速比越大，所需要的電機的轉矩T 越小，因此尺寸越小，即電機體積越小。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。
2）電機的高效區間與NEDC 工況能耗分布區吻合度進一步提升，通過計算可得方案三電機的平均效率為0.91，因此NEDC 工況的平均效率基本與方案二一致。
展開 基于整車工況的電動汽車動力總成系統效率優化設計方法
圖7 方案二電機效率MAP 圖分布
基于整車NEDC 工況效率最優動力總成成本優化設計
參考電機設計，在電機的主要尺寸、功率、轉速和電磁負荷之間存在著一定的關系，即滿足：
式中，P'為計算功率（W）；n為額定轉速（r/min)；K φ 為氣隙磁密波形系數；K dp 為繞組系數，由極槽配合和繞組形式決定；D a為電樞直徑（mm）；B av 為平均氣隙磁密（T）；A 為定子電負荷有效值（A/mm）；lef 為鐵心計算長度（mm）。
由于受整車廠的安裝尺寸及定轉子沖片模具的限制，一般D a 不會改變，并且在一定功率范圍內，對于相同系列的電機，Bav、K φ、Kdp 及A 變化不大，且T ∝P'/n，所以Lef ∝ T。
對同樣輪邊轉矩和轉速的要求，速比越大，所需要的電機的轉矩T 越小，因此尺寸越小，即電機體積越小。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。
2）電機的高效區間與NEDC 工況能耗分布區吻合度進一步提升，通過計算可得方案三電機的平均效率為0.91，因此NEDC 工況的平均效率基本與方案二一致。
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商用電動車用永磁同步電機電磁振動噪聲削弱方法
此電機為一臺雙＞ 型轉子內置式永磁同步電機，電機的主要參數如表1所示。
2 電機電磁分析
2.1 電磁力計算
由麥克斯韋應力張量法可知，施加到定子鐵心的徑向電磁力密度的解析式為
式中，fr為徑向電磁力密度，單位為N/m2 ；Br為電機氣隙磁通密度的徑向分量，單位為T；Bt為電機氣隙磁通密度的切向分量，單位為T；μ0為真空磁導率，其值為4πX10-7H/m。
由于磁力線在進入定轉子鐵心時，主要沿垂直于定轉子鐵心方向進入。而且定子鐵心所用的硅鋼片的磁導率一般在2000'?6000'之間，遠大于空氣磁導率。因此，徑向氣隙磁密所造成的影響遠遠超過切向氣隙磁密，切向氣隙磁密可忽略不計，定子鐵心的徑向電磁力可近似為以下解析式
Brδ和Bsδ分別表示此電機雙U型轉子永磁磁動勢作用于電機氣隙處所產生的磁密、定子電樞反應磁動勢作用于電機氣隙處產生的磁密，單位均為T；λδ為等效氣隙磁導 單位為H-1.
電機雙U型轉子永磁體產生的永磁磁動勢為
定子通入三相對稱電流時，定子電樞反應磁動勢為
式中，p為電機極對數；t為時間，單位為s ；θ和?μ，3分別為轉子機械角度和磁動勢初相角，單位均為rad；F￡和FR*s分別為vR次氣隙諧波磁勢幅值、 電機定子繞組所通三相正弦電流產生的諧波磁動勢幅值，單位均為A；vR 、μ、vS分別為轉子永磁磁場諧波次數、 電機定子所通入三相正弦電流諧波次數、電樞反應磁場諧波次數，其大小分別為2K+ 1 ( k =0，1，2 ……)、6Kμ +1 ( k y0，±1，±2 ……)、6Kr +1 (k =0，±1，±2……)，其正、負號則分別表示諧波磁場旋轉方向的正負，諧波磁場的次數由其絕對值所代表。
展開 變壓器鐵心電磁振動仿真及影響因素研究
目前城市建設的供電需求很大，電力部門一般采用具有更高負載能力的變壓器，變壓器的負載等級越高，鐵心的振動噪聲越大，會在不同程度上干擾附近居民的生活和學習。因此，變壓器運行過程中的振動噪聲問題一直是變壓器生產制造企業面臨的嚴峻挑戰。
自 20 世紀 70 年代以來，中外針對電力變壓器鐵心的振動特性開展了大量實驗與仿真研究，且研究規模不斷擴大［1］。趙莉華等［2］通過實驗研究分析了變壓器鐵心的振動，得到了不同工況下鐵心的振動頻譜特性。韓芳旭等［3］基于磁致伸縮力-熱應力比擬的數值計算方法建立電磁場數值模型，求解鐵心每個節點不同時刻的磁密值，加載試驗測得的硅鋼片磁致伸縮特性曲線，仿真得到鐵心每個時間步各個節點的磁致伸縮力，導入到結構場計算模型中求得鐵心本體的振動位移。在鐵心振動模型的研究方面，朱葉葉等［4］、張黎等［5］建立了鐵心材料磁致伸縮的本質模型，利用彈性力學原理描述硅鋼片材料的本構關系，將不同磁感應強度下的磁致伸縮應變轉化為應力，采用弱耦合的形式對鐵心應力場進行仿真分析。祝麗花［6］采用方圈法測試硅鋼片磁化特性以及材料的磁致伸縮數據，建立電磁-結構耦合模型，仿真獲得了鐵心磁場與振動位移。王佳音［7］詳細測量了多種取樣方向硅鋼片的磁化曲線與磁致伸縮曲線，獲得了比較詳細的材料各向異性數據，便于模擬各種情形下的仿真條件。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。
展開 高功率密度電機的熱仿真分析
作者：駱 苗，王洪武丨中國電子科技集團
摘 要：根據高功率密度電機裝置結構類型，結合高空環境特點，采用FloEFD軟件對某型號高空飛行器驅動電機的散熱情況進行仿真分析，確保電機組件在高空環境下的可靠運行。
高功率密度電機的熱量產生原因復雜，包括定子銅耗、定子鐵耗、轉子鐵耗、機械損耗等。發熱過度會導致磁鋼局部失磁、鐵心局部過熱等影響安全性的因素，因此必須進行熱仿真分析研究。通過FloEFD軟件對電機進行熱仿真分析，根據仿真結果優化電機結構，提高電機的散熱能力，避免局部過熱，這對延長電機壽命、提高電機可靠性、減輕冷卻系統壓力都有重要意義。
1 電機結構與熱仿真建模
永磁同步電機及其驅動組件系統作為高空飛行器的主要動力元件，必須使飛行器在不同溫度、氣壓及風力環境下均能保持良好的驅動控制能力。以某型號高空飛行器螺旋槳驅動電機為例，將電機與減速器實行一體化設計，以滿足電機高功率密度的要求，并且合理地設計電機的外形結構尺寸，確保電機在高空低溫低氣壓的條件下，具有良好的散熱能力。利用Inventor軟件進行電機3D建模，其結構如圖1所示，此結構為經FloEFD熱仿真軟件優化后的電機結構。
圖1 電機三維結構圖
本文采用三維熱仿真軟件FloEFD對電機散熱情況進行仿真分析，仿真參數按照電機處于高空環境中的額定運行狀態進行設定，通過分析比較仿真結果，對電機外殼散熱筋的結構尺寸進行調整，進而不斷優化電機組件的散熱能力。
展開 高功率密度電機的熱仿真分析
作者：駱 苗，王洪武丨中國電子科技集團
摘 要：根據高功率密度電機裝置結構類型，結合高空環境特點，采用FloEFD軟件對某型號高空飛行器驅動電機的散熱情況進行仿真分析，確保電機組件在高空環境下的可靠運行。
高功率密度電機的熱量產生原因復雜，包括定子銅耗、定子鐵耗、轉子鐵耗、機械損耗等。發熱過度會導致磁鋼局部失磁、鐵心局部過熱等影響安全性的因素，因此必須進行熱仿真分析研究。通過FloEFD軟件對電機進行熱仿真分析，根據仿真結果優化電機結構，提高電機的散熱能力，避免局部過熱，這對延長電機壽命、提高電機可靠性、減輕冷卻系統壓力都有重要意義。
1 電機結構與熱仿真建模
永磁同步電機及其驅動組件系統作為高空飛行器的主要動力元件，必須使飛行器在不同溫度、氣壓及風力環境下均能保持良好的驅動控制能力。以某型號高空飛行器螺旋槳驅動電機為例，將電機與減速器實行一體化設計，以滿足電機高功率密度的要求，并且合理地設計電機的外形結構尺寸，確保電機在高空低溫低氣壓的條件下，具有良好的散熱能力。利用Inventor軟件進行電機3D建模，其結構如圖1所示，此結構為經FloEFD熱仿真軟件優化后的電機結構。
圖1 電機三維結構圖
本文采用三維熱仿真軟件FloEFD對電機散熱情況進行仿真分析，仿真參數按照電機處于高空環境中的額定運行狀態進行設定，通過分析比較仿真結果，對電機外殼散熱筋的結構尺寸進行調整，進而不斷優化電機組件的散熱能力。
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