鉄心応力が永久磁石モータの性能に与える影響

鉄心応力が性能に与える影響永久磁石モーター

経済の急速な発展は、永久磁石モータ業界の専門化の流れをさらに促進し、モータ関連の性能、技術基準、製品の運転安定性に対する要求をさらに高めています。永久磁石モータがより広範な応用分野で発展するためには、あらゆる側面から関連性能を強化し、モータ全体の品質と性能指標をより高いレベルに引き上げる必要があります。

永久磁石モータにとって、鉄心はモータ内部において非常に重要な部品です。鉄心材料の選定においては、その磁気伝導性が永久磁石モータの動作要件を満たすかどうかを十分に考慮する必要があります。一般的に、永久磁石モータの鉄心材料には電磁鋼板が選択されますが、その主な理由は電磁鋼板の優れた磁気伝導性です。

モーターコア材料の選択は、永久磁石モーターの全体的な性能とコスト管理に非常に重要な影響を与えます。永久磁石モーターの製造、組立、そして正式な運転過程において、コアには一定の応力が発生します。しかし、この応力の存在は電磁鋼板の磁気伝導率に直接影響を与え、磁気伝導率を様々な程度まで低下させます。その結果、永久磁石モーターの性能が低下し、モーター損失が増加します。

永久磁石モータの設計・製造において、材料の選定と利用に対する要求はますます厳しくなり、材料性能の限界基準とレベルに近づいています。永久磁石モータの中核材料である電磁鋼板は、実際のニーズを満たすために、関連する応用技術において非常に高い精度の要件を満たし、鉄損を正確に計算する必要があります。

従来のモータ設計手法では、電磁鋼板の電磁特性の計算に用いられてきましたが、従来の手法は主に従来の条件を想定しており、計算結果に大きな偏差が生じるため、明らかに不正確です。そのため、応力場条件下での電磁鋼板の磁気伝導率と鉄損を正確に計算できる新たな計算手法が必要であり、これにより鉄心材料の適用レベルが向上し、永久磁石モータの効率などの性能指標がより高いレベルに到達します。

鄭勇らの研究チームは、永久磁石モータの性能に対するコア応力の影響に焦点を当て、実験解析を組み合わせることで、永久磁石モータコア材料の応力磁気特性と応力鉄損特性の関連メカニズムを解明しました。動作条件下での永久磁石モータの鉄心にかかる応力は、様々な応力源の影響を受け、それぞれの応力源は全く異なる特性を示します。

永久磁石モーターのステーターコアの応力形態の観点から見ると、その形成源としては、打ち抜き加工、リベット打ち、積層、ケーシングの干渉組み付けなどが挙げられます。ケーシングの干渉組み付けによる応力影響は、最も大きく、最も影響範囲が広い領域です。永久磁石モーターのローターが受ける主な応力源としては、熱応力、遠心力、電磁力などが挙げられます。一般的なモーターと比較して、永久磁石モーターの常用回転速度は比較的高く、ローターコアにも磁気分離構造が設けられています。

そのため、遠心応力が主な応力源となります。永久磁石モータケーシングの干渉アセンブリによって発生するステータコア応力は、主に圧縮応力の形で存在し、その作用点はモータステータコアのヨークに集中し、応力方向は円周接線方向として現れます。永久磁石モータロータの遠心力によって形成される応力特性は引張応力であり、ほぼ完全にロータ鉄心に作用します。最大の遠心応力は、永久磁石モータロータの磁気分離ブリッジと補強リブの交差点に作用するため、この領域で性能劣化が発生しやすくなります。

永久磁石モータの磁場に対する鉄心応力の影響

永久磁石モータの主要部品の磁化密度の変化を解析した結果、飽和の影響下でもモータ回転子の補強リブと磁気分離ブリッジの磁化密度に大きな変化は見られないことが分かりました。モータの固定子と主磁気回路の磁化密度は大きく変化します。これは、永久磁石モータの運転中にコア応力がモータの磁化密度分布と磁気伝導率に及ぼす影響をさらに説明することができます。

応力がコア損失に与える影響

応力の影響により、永久磁石モーターのステータヨークに圧縮応力が相対的に集中し、大きな損失と性能低下を引き起こします。永久磁石モーターのステータヨーク、特にステータ歯とヨークの接合部では、応力の影響で鉄損が最も増加するため、鉄損の問題が大きくなります。研究によると、計算により、永久磁石モーターの鉄損は引張応力の影響で40％～50％増加しており、これは依然として非常に驚くべき値であり、永久磁石モーターの総損失の大幅な増加につながっています。また、分析により、モーターの鉄損は、圧縮応力がステータ鉄心の形成に及ぼす影響によって引き起こされる主な損失形態であることがわかりました。モーターローターの場合、運転中に鉄心が遠心引張応力を受けると、鉄損が増加しないだけでなく、一定の改善効果もあります。

応力がインダクタンスとトルクに与える影響

モータ鉄心の磁気誘導性能は、鉄心の応力条件下で劣化し、軸インダクタンスもある程度低下します。具体的には、永久磁石モータの磁気回路を解析すると、軸磁気回路は主にエアギャップ、永久磁石、ステータ・ロータ鉄心の3つの部分で構成されており、その中でも永久磁石が最も重要な部分です。このため、永久磁石モータ鉄心の磁気誘導性能が変化しても、軸インダクタンスに大きな変化は生じません。

永久磁石モータの空隙と固定子回転子鉄心で構成される軸磁気回路部は、永久磁石の磁気抵抗よりもはるかに小さいため、鉄心の応力の影響を考慮すると、磁気誘導性能が低下し、軸インダクタンスが大幅に低下します。永久磁石モータの鉄心に対する応力磁気特性の影響を解析します。モータ鉄心の磁気誘導性能が低下すると、モータの磁気結合力が低下し、永久磁石モータの電磁トルクも低下します。