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創(chuàng)新式模塊化徑向高效定子鐵心設(shè)計，引領(lǐng)未來電機技術(shù)潮流

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-10-21  瀏覽次數(shù)：3250
電機效率的提升不僅關(guān)系到能源節(jié)約，更關(guān)系到減少溫室氣體排放，對抗全球氣候變化。在這背景下，電機設(shè)計和制造領(lǐng)域的專家們一直在尋求創(chuàng)新的解決方案，以提高電機的性能和效率。傳統(tǒng)的驅(qū)動電機設(shè)計中，定子鐵心通常采用軸向?qū)訅旱姆绞街圃?。這種設(shè)計已經(jīng)實現(xiàn)了較高的技術(shù)成熟度，在效率提升上已接近極限。為了實現(xiàn)顯著的效率提升，必須對電機概念進行根本性改變。這種改變不僅需要在電機的設(shè)計上進行創(chuàng)新，還需要在制造工藝上進行革新。來自德國弗勞恩霍夫機床和成形技術(shù)研究所的Mirko Bach博士及其團隊提出了一種全新的電機概念——資源高效型定子。這一概念的核心在于通過采用徑向?qū)訅耗K和磁通屏障來優(yōu)化電機性能，從而提高電機的效率和材料利用率。

從圖1中可以看出，這種創(chuàng)新的電機拓撲結(jié)構(gòu)將經(jīng)典軸向疊片式鐵心結(jié)構(gòu)（圖1a）升級為數(shù)個單個鐵心模塊(圖1b)組合而成，大小相同的模塊式鐵心結(jié)構(gòu)可以組成不同外徑的定子，這種定子鐵心的模塊化設(shè)計促進了經(jīng)濟而靈活的電機制造，同時也提高了效率。此外為了進一步降低定子鐵心的損耗，設(shè)計者還把無取向硅鋼制作成的軸向疊片鐵心模塊改換為由取向硅鋼制成的徑向疊片鐵心u型模塊（圖1c）。這種設(shè)計不僅有助于減少渦流損耗，提高電機的效率，還擴大了槽面積，從而可以在槽中放置更多的銅線，進一步提高電機效率。同時，這種設(shè)計還通過增加最外層板材的表面積，改善了電機的熱管理，使得電機在運行過程中產(chǎn)生的熱量可以更有效地散發(fā)，提高了電機的可靠性和耐用性。U型鐵心模塊是通過特殊工藝彎曲加工形成（圖2），該工藝主要技術(shù)點包括彎曲半徑的選擇、鐵心模塊精確制造以及材料的優(yōu)化利用。這種彎曲工藝和加工可以一次性彎曲10片硅鋼片，從而疊片制作成鐵心模塊，與傳統(tǒng)的鐵心加工工藝相比，可顯著降低刀具成本，工具更加簡單靈活，制造成本大幅降低，與傳統(tǒng)定子生產(chǎn)材料利用率50-60%相比，新型U型模塊式設(shè)計的鐵心材料利用率可達到95%以上。同時獨創(chuàng)的具有旋轉(zhuǎn)夾爪的工具設(shè)計，可以溫和地處理材料，避免損壞硅鋼片表面絕緣涂層，最大程度保護材料性能。




圖3 比較單層和3層硅鋼片彎曲堆疊成鐵心模塊后的應(yīng)力應(yīng)變分布圖；a.應(yīng)力模擬分布圖；b.應(yīng)變模擬分布圖；c.彎曲曲線與回彈的關(guān)系
研究人員表示，未來的研究將包括實施完整的制造過程鏈，減少生產(chǎn)流程，并模塊化電機原理應(yīng)用于其他尺寸的電機。此外，還需要對這種新結(jié)構(gòu)的電機進行詳細的性能測試和優(yōu)化，以確保其在實際應(yīng)用中的可靠性和效率。



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