モーターの鉄損を減らすには

基本的な鉄の消費量に影響を与える要因

問題を分析するには、まず、理解を助けるいくつかの基本理論を知る必要があります。まず、2 つの概念を知る必要があります。1 つは交流磁化です。簡単に言うと、変圧器の鉄心とモーターの固定子または回転子の歯で発生します。1 つは、モーターのステーターまたはローター ヨークによって生成される回転磁化特性です。上記の解法に従って、2 つの点から開始し、さまざまな特性に基づいてモーターの鉄損を計算する記事が多くあります。実験により、ケイ素鋼板は 2 つの特性の磁化下で次の現象を示すことが示されました。
磁束密度が 1.7 テスラ未満の場合、回転磁化によって生じるヒステリシス損失は交番磁化によって生じるヒステリシス損失よりも大きくなります。1.7 テスラより高い場合はその逆になります。モーターヨークの磁束密度は一般に 1.0 ～ 1.5 テスラであり、対応する回転磁化ヒステリシス損失は交番磁化ヒステリシス損失よりも約 45 ～ 65% 大きくなります。
もちろん、上記の結論も使用されており、実際に私が個人的に検証したわけではありません。また、鉄心の磁界が変化すると、鉄心の中に渦電流と呼ばれる電流が誘導され、それによって生じる損失を渦電流損といいます。渦電流損を低減するため、モータ鉄心は通常ブロック化できず、軸方向に絶縁鋼板を重ねて渦電流の流れを妨げます。鉄消費量の具体的な計算式はここでは難しくありません。Baidu の鉄消費量計算の基本的な公式と重要性は非常に明確になります。以下は鉄消費量に影響を与えるいくつかの重要な要因の分析であり、誰もが実際の工学応用において問題を前進または後退して推測することができます。

上記を議論した後、なぜプレス加工の製造が鉄の消費量に影響を与えるのでしょうか?パンチング加工の特性は主にパンチングマシンの形状の違いに依存し、さまざまなタイプの穴や溝のニーズに応じて対応するせん断モードと応力レベルを決定し、それによって積層の周囲に浅い応力領域の条件が確保されます。深さと形状の関係により、鋭角の影響を受けることが多く、高い応力レベルにより浅い応力領域、特に積層範囲内の比較的長いせん断エッジで重大な鉄損が発生する可能性があります。具体的には、主に肺胞領域で発生しており、実際の研究過程ではこの領域が研究の焦点となることがよくあります。低損失ケイ素鋼板は、多くの場合、より大きな結晶粒径によって決まります。衝撃により、シートの下端に合成バリや引き裂きせん断が生じる可能性があり、衝撃の角度はバリや変形領域のサイズに大きな影響を与える可能性があります。高応力ゾーンがエッジ変形ゾーンに沿って材料の内部まで延びている場合、これらの領域の粒子構造は必然的に対応する変化を起こし、ねじれたり破断したり、境界の極端な伸びが引き裂き方向に沿って発生します。このとき、せん断方向の応力領域の粒界密度は必然的に増加し、それに応じてその領域内の鉄損が増加します。したがって、この時点で、応力領域の材料は、衝撃エッジに沿った通常の積層の上に位置する高損失材料とみなすことができます。このようにして、エッジ材料の実際の定数を決定することができ、鉄損モデルを使用してインパクトエッジの実際の損失をさらに決定することができます。
1.焼鈍工程が鉄損に及ぼす影響
鉄損の影響条件は主に珪素鋼板面に存在し、機械的応力や熱応力が珪素鋼板に影響を及ぼし、実際の特性が変化します。追加の機械的ストレスは鉄損の変化につながります。同時に、モーターの内部温度が継続的に上昇することにより、鉄損の問題の発生も促進されます。追加の機械的応力を除去するために効果的な焼きなまし措置を講じることは、モーター内部の鉄損の低減に有益な効果をもたらします。

2.製造工程における過剰な損失の原因

珪素鋼板はモーターの主要な磁性材料であり、設計要件への適合によりモーターの性能に大きな影響を与えます。また、同じグレードの珪素鋼板であってもメーカーが異なると性能が異なる場合があります。材料を選択する際には、優良なケイ素鋼メーカーから材料を選択するよう努める必要があります。以下は、これまでに遭遇した鉄消費量に実際に影響を与えた主な要因のいくつかです。

珪素鋼板は絶縁または適切な処理がされていません。この種の問題は、珪素鋼板の試験工程で検出できますが、すべてのモータメーカーがこの試験項目を持っているわけではなく、この問題はモータメーカーでもよく認識されていないことがよくあります。

シート間の絶縁損傷、またはシート間のショート。このような問題は鉄心の製造過程で発生します。鉄心を積層する際の圧力が高すぎて、シート間の絶縁が損傷する場合。また、打ち抜き後のバリが大きすぎる場合は、研磨によってバリを除去することができ、打ち抜き面の絶縁に重大な損傷を与える可能性があります。鉄心の積層が完了した後、溝は滑らかではないため、やすり工法が使用されます。あるいは、ステータのボアが不均一であることや、ステータのボアと機械のシートリップが同心でないことなどの要因により、修正のために旋削加工を使用することもあります。これらのモーターの製造および加工プロセスの従来の使用法は、実際にモーターの性能、特に鉄損に大きな影響を与えます。

巻線を焼いたり電気で加熱するなどの方法で分解すると、鉄心が過熱して磁気伝導率が低下し、シート間の絶縁が損傷する可能性があります。この問題は主に、生産および加工プロセス中の巻線およびモーターの修理中に発生します。

積層溶接やその他のプロセスによっても、積層間の絶縁が損傷し、渦電流損失が増加する可能性があります。
鉄の重量が不十分であり、シート間の圧縮が不完全です。最終的には鉄心の重量が足りず、電流が許容値を超えることが最も直接的な結果ですが、鉄損が規格を超えることも考えられます。
珪素鋼板の皮膜が厚すぎるため、磁気回路が飽和しすぎます。このとき、無負荷電流と電圧の関係曲線は大きく曲がります。これも珪素鋼板の製造・加工工程において重要な要素です。

鉄心の製造および加工中に、珪素鋼板の打ち抜きおよびせん断面の取り付け部分の結晶方位が損傷し、同じ磁気誘導下で鉄損が増加する可能性があります。可変周波数モーターの場合、高調波によって生じる追加の鉄損も考慮する必要があります。これは設計プロセスにおいて総合的に考慮する必要がある要素です。

上記の要素に加えて、モータの鉄損の設計値は実際の鉄心の製造および加工に基づいて決定し、理論値が実際の値と一致するようにあらゆる努力を払う必要があります。一般的な材料メーカーが提供する特性曲線はエプスタイン角形コイル法で測定されていますが、モーター内部の各部位の磁化方向が異なるため、この特殊な回転鉄損は現時点では考慮できません。これにより、計算値と測定値の間にさまざまな程度の不一致が生じる可能性があります。

工学設計における鉄損低減方法
工学分野で鉄の消費を減らす方法はたくさんありますが、最も重要なことは状況に応じて薬を調整することです。もちろん、これは鉄の消費だけでなく、他の損失についても同様です。最も基本的な方法は、高磁束密度、高周波、過度の局所飽和など、鉄損が大きくなる原因を知ることです。もちろん、通常の方法では、一方ではシミュレーション側から可能な限り現実に近づける必要があり、他方では、追加の鉄の消費を削減するためにプロセスをテクノロジーと組み合わせる必要があります。最も一般的な方法は、良質な珪素鋼板の使用を増やすことであり、コストに関係なく、輸入されたスーパー珪素鋼板を選択することができます。もちろん、国内の新エネルギー主導技術の開発は、上流と下流の発展も促進しました。国内製鉄所も珪素鋼の特殊製品を投入している。Genealogy には、さまざまなアプリケーション シナリオ向けに製品が適切に分類されています。ここでは、遭遇する可能性のあるいくつかの簡単な方法を示します。

1. 磁気回路の最適化

磁気回路の最適化とは、正確に言うと磁場の正弦を最適化することです。これは、固定周波数誘導電動機だけでなく、非常に重要です。可変周波数誘導モーターと同期モーターは非常に重要です。私が繊維機械業界にいた頃、コスト削減のため性能の異なるモーターを2つ作りました。もちろん、最も重要なことは、偏った磁極の有無であり、その結果、エアギャップ磁場の正弦波特性が一貫しなくなります。高速で動作するため、鉄損の割合が大きくなり、2 つのモータの損失に大きな差が生じます。最後に、いくつかの逆算の結果、制御アルゴリズムに基づくモーターの鉄損の差は 2 倍以上増加しました。これはまた、可変周波数速度制御モーターを再度作成するときに制御アルゴリズムを結合することを全員に思い出させます。

2.磁気密度を下げる
磁束密度を下げるには鉄心を長くしたり、磁気回路の磁気伝導面積を増やしたりしますが、その分モーターに使用する鉄の量が増えます。

3.鉄片の厚みを薄くして誘導電流損失を低減
熱延珪素鋼板を冷間圧延珪素鋼板に置き換えると、珪素鋼板の板厚を薄くすることができますが、鉄片が薄いと鉄片の数が増加し、モータの製造コストが増加します。

4.ヒステリシス損失を低減するために、優れた磁気伝導性を備えた冷間圧延ケイ素鋼板を採用します。
5.高性能鉄チップ絶縁コーティングを採用。
6.熱処理・製造技術
鉄片処理後の残留応力はモータの損失に重大な影響を与える可能性があります。珪素鋼板を加工する場合、切断方向と打ち抜きせん断応力が鉄心の損失に大きく影響します。珪素鋼板の圧延方向に沿って切断し、熱処理を施すことにより、損失を10～20%低減できます。