电机效率:为什么软磁粉打败层压板材料

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哪一种更容易被信任——是性能不稳定的1300个部件的装配,还是数据可靠的10个部件的装配?

许多制造商已经使用标准冲压层压钢几十年了。工程师们知道与之相关的障碍,并将其视为法律。但粉末基软磁材料的出现不应该被那些寻求提高电动机效率的人忽视。

那些寻求真正独特,非凡的部分的人可能会受益于软磁复合材料(SMC)或烧结软磁材料,粉末冶金专用的材料工艺。smc如何与层压钢竞争?让我们来看看。

剧透:只有使用基于粉末的电机核心材料,你才能将产品从1300个减少到5个。

磁粉vs.层压板电机效率:基本的FYIs

电磁电机设计通常涉及三个材料过程之一。两个来自粉末冶金(PM)的世界,一个使用层压板(通常通过冲压成型)。

软磁复合材料理想情况下是铁磁粉颗粒上涂有一层均匀的电绝缘膜。smc是理想的交流电机设计。由smc形成的零件就像任何传统的粉末金属零件一样被压缩,但经历了“不太热”的热处理过程。

...烧结软磁材料你猜对了,它们是烧结的。与smc一样,它们本质上是粉末和添加剂。与中小企业不同,先进的制造商可以将SSM材料加热至2500°F,以更好地平衡磁性和强度性能.烧结粉末是理想的直流电机磁体材料。

钢复合材料然而,它们不是由粉末金属工艺形成的。相反,它们来自于制造商冲压或制成条状的实心粗钢块。想想你的浴室或炉子上的排气扇吧。那马达里面有6-7块叠片。每一个都要薄一点,以弥补层压板无法形成圆形的缺陷。

DYK吗?热量=厚度的平方是一个很好的经验法则。厚度为另一分量2倍的分量会产生4倍的热量。但有了粉末金属,我们就把这些规则扔出窗外了。我们取每个粒子,在组件中制作一个微型分层。)

电机层压材料的局限性

自电发明以来,层压钢就已经出现了。然而,它们也有影响电动机效率的限制因素。

想想一块被轧薄并冲压的钢板。你被限制在二维形状。你可以叠床单来获得3d效果,但这仍然不是真正的3d。

电机效率——软磁粉定子

例子:假设你的圆形零件设计需要100个贴片。你必须让每一个都比前一个窄一点。(想想一个蹒跚学步的孩子的玩具戒指。)这往往使电机装配工艺复杂。将叠片叠在一起以做出正确的形状可能是一种巨大的痛苦。

另一个例子请看这个设计。你怎么能在分层中做到这一点呢?根本没有办法轻易地把它组合在一起。制作这种形状的复杂性非常高。

软磁在高效电机设计中的蓬勃发展

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软磁复合材料不仅仅是一系列薄片。相反,它可以成为一个真正独特的形状e。

用金属粉末制作圆形部件很容易。事实上,你可以用单冲程

在如上所述的情况下,使用smc,设计阶段变得更加高效。你在外面有一个形状,里面有一个下降的区域,然后里面有另一个高的形状。这在覆膜上几乎是不可能做到的。可以用粉末金属来做。

为什么圆角这么重要?smc形成这些的能力允许你减少

  • 铜的成本
  • 铜损
  • 电机绕组材料
  • 端绕组

你可以用铜线很好地缠绕这些部件——没有空气间隙!气隙对磁性没有贡献,所以smc摆脱了气隙。

软磁可以让工程师在设计电机或变压器时把金属放在对电路有益的地方。

是什么空间和重量?通过要求更少的材料和促进更圆润的设计,软磁可以给你一个更紧凑的总装。比如说,在一辆电动汽车或一架无人机中,你可以减轻车辆的重量或腾出空间来增加其他功能。

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粉末冶金成形工艺的二次优势

有几种方法来组装叠层零件。每一种都有它擅长的地方,但没有一种能与软磁粉末组件的可能性相比。

除了我们已经详细介绍的内容外,它们还包括:

  • 95%+材料使用——因为你从头开始制造粉末金属零件,所以废料的浪费最小。
  • 扩展电机设计选项-粉末金属可以让你考虑更高性能的替代品,比如轴向和横向磁通电机
  • 降低核心损失——滞后和涡流损失增加磁性材料中的热量。而热=低效的电动机。
  • 高频应用——一旦你开始堆叠它们,叠片在低至60 Hz时落在smc后面.即使是与叠层结构长度相似的SMC部件,也会产生与小得多的SMC部件相似的性能。粉末金属是一个高达10,000 Hz的选择…甚至可能超越!

根据应用的不同,由PM制成的软磁部件也可能表现更好铸件:通过机械加工、铸造和锻造制成的类似零件

粉末金属软磁可能的局限性

软磁复合材料并不适用于所有的电机应用。这些薄而小的部件确实有一些注意事项:

  • 最终材料强度低(含smc)——旋转组件的应用将是有限的。通过选择SSM材料,可以大大提高强度,同时仍能获得具有竞争力的磁性能。
  • 不透水与层压相比,磁导率取决于密度,需要更大的电流才能达到相同的磁感应水平。注意,铁粉的线性响应实际上可能是有利的在某些地方。
  • 低磁饱和度纹理。
  • 较慢的按下运行这并不一定意味着粉末金属比层压板更不省时。是的,分层压力机以每分钟100次冲程的速度运行,但如果您需要大量的分层来制造一个组件,单次冲程粉末金属工艺可能仍然更快。

优化电机效率的更多提示

到目前为止,将软磁粉末与电机冲压材料区分开来的最大因素是前者的三维形状制造能力。

一个电动机的定子或转子设计将使用更少和更容易制造的部件,将您的成本和空间效率提升到一个新的水平。

您甚至可以将软磁复合材料与层压板或烧结部件相结合,以实现最高效的电机设计。通过不同的思考,不接受一成不变的东西,设计的可能性会呈指数级增长。

如果您需要更多帮助来推进您的电机或其他电磁设计,请咨询我们的软磁资源中心:

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(编者注:本文最初发布于2018年5月,最近进行了更新。)

主题:粉末冶金磁学材料设计烧结纹理钢组装


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