L'effetto dello stress del nucleo di ferro sulle prestazioni dei motori a magneti permanenti

L'effetto dello stress del nucleo di ferro sulle prestazioni diMotori a magneti permanenti

Il rapido sviluppo economico ha ulteriormente promosso la professionalizzazione del settore dei motori a magneti permanenti, imponendo requisiti più elevati in termini di prestazioni, standard tecnici e stabilità operativa del prodotto. Affinché i motori a magneti permanenti si sviluppino in un campo di applicazione più ampio, è necessario migliorarne le prestazioni sotto tutti gli aspetti, in modo che la qualità complessiva e gli indicatori di prestazione del motore possano raggiungere un livello più elevato.

Per i motori a magneti permanenti, il nucleo in ferro è un componente molto importante. Nella scelta dei materiali per il nucleo in ferro, è necessario valutare attentamente se la conduttività magnetica sia sufficiente a soddisfare le esigenze di funzionamento del motore a magneti permanenti. Generalmente, l'acciaio elettrico viene scelto come materiale per il nucleo dei motori a magneti permanenti, principalmente perché presenta una buona conduttività magnetica.

La selezione dei materiali del nucleo del motore ha un impatto molto importante sulle prestazioni complessive e sul controllo dei costi dei motori a magneti permanenti. Durante la produzione, l'assemblaggio e il funzionamento effettivo dei motori a magneti permanenti, si formano determinate sollecitazioni sul nucleo. Tuttavia, la presenza di sollecitazioni influirà direttamente sulla conduttività magnetica della lamiera di acciaio elettrico, causandone una diminuzione variabile, con conseguente riduzione delle prestazioni del motore a magneti permanenti e aumento delle perdite.

Nella progettazione e produzione di motori a magneti permanenti, i requisiti per la selezione e l'utilizzo dei materiali stanno diventando sempre più elevati, arrivando persino a raggiungere standard e prestazioni limite. Come materiale principale dei motori a magneti permanenti, l'acciaio elettrico deve soddisfare requisiti di precisione molto elevati nelle tecnologie applicative pertinenti e un calcolo accurato delle perdite nel ferro per soddisfare le esigenze effettive.

Il metodo tradizionale di progettazione dei motori utilizzato per calcolare le caratteristiche elettromagnetiche dell'acciaio elettrico è ovviamente impreciso, poiché questi metodi convenzionali si basano principalmente su condizioni convenzionali e i risultati di calcolo presentano ampie deviazioni. Pertanto, è necessario un nuovo metodo di calcolo per calcolare con precisione la conduttività magnetica e la perdita di ferro dell'acciaio elettrico in condizioni di campo di sollecitazione, in modo da aumentare il livello di applicazione dei materiali con nucleo in ferro e raggiungere un livello più elevato per indicatori di prestazione come l'efficienza dei motori a magneti permanenti.

Zheng Yong e altri ricercatori si sono concentrati sull'impatto dello stress del nucleo sulle prestazioni dei motori a magneti permanenti e hanno combinato l'analisi sperimentale per esplorare i meccanismi rilevanti delle proprietà magnetiche dello stress e delle prestazioni di perdita di ferro sotto stress dei materiali del nucleo dei motori a magneti permanenti. Lo stress sul nucleo di ferro di un motore a magneti permanenti in condizioni operative è influenzato da diverse fonti di stress, e ciascuna fonte di stress presenta proprietà completamente diverse.

Dal punto di vista della forma di sollecitazione del nucleo dello statore dei motori a magneti permanenti, le fonti della sua formazione includono punzonatura, rivettatura, laminazione, assemblaggio per interferenza dell'involucro, ecc. L'effetto di sollecitazione causato dall'assemblaggio per interferenza dell'involucro ha l'area di impatto maggiore e più significativa. Per il rotore di un motore a magneti permanenti, le principali fonti di sollecitazione includono stress termico, forza centrifuga, forza elettromagnetica, ecc. Rispetto ai motori tradizionali, la velocità normale di un motore a magneti permanenti è relativamente elevata e sul nucleo del rotore è installata anche una struttura di isolamento magnetico.

Pertanto, lo stress centrifugo è la principale fonte di stress. Lo stress del nucleo dello statore generato dal gruppo di interferenza dell'involucro del motore a magneti permanenti si manifesta principalmente sotto forma di stress compressivo e il suo punto di azione è concentrato nel giogo del nucleo dello statore del motore, con la direzione dello stress che si manifesta come circonferenziale-tangenziale. La proprietà di stress formata dalla forza centrifuga del rotore del motore a magneti permanenti è lo stress di trazione, che agisce quasi completamente sul nucleo di ferro del rotore. Lo stress centrifugo massimo agisce sull'intersezione tra il ponte di isolamento magnetico del rotore del motore a magneti permanenti e la nervatura di rinforzo, facilitando il degrado delle prestazioni in quest'area.

L'effetto dello stress del nucleo di ferro sul campo magnetico dei motori a magneti permanenti

Analizzando le variazioni di densità magnetica di componenti chiave dei motori a magneti permanenti, si è scoperto che, sotto l'influenza della saturazione, non si verificavano variazioni significative della densità magnetica in corrispondenza delle nervature di rinforzo e dei ponti di isolamento magnetico del rotore del motore. La densità magnetica dello statore e del circuito magnetico principale del motore varia significativamente. Questo può anche spiegare ulteriormente l'effetto dello stress del nucleo sulla distribuzione della densità magnetica e sulla conduttività magnetica del motore durante il funzionamento del motore a magneti permanenti.

L'effetto dello stress sulla perdita del core

A causa dello stress, la sollecitazione di compressione sul giogo dello statore del motore a magneti permanenti sarà relativamente concentrata, con conseguenti perdite significative e un degrado delle prestazioni. Esiste un significativo problema di perdita di ferro sul giogo dello statore del motore a magneti permanenti, in particolare nella giunzione tra i denti dello statore e il giogo, dove la perdita di ferro aumenta maggiormente a causa dello stress. La ricerca ha rilevato, tramite calcoli, che la perdita di ferro dei motori a magneti permanenti è aumentata del 40%-50% a causa dell'influenza della sollecitazione di trazione, un dato ancora piuttosto sorprendente, che porta quindi a un aumento significativo della perdita totale dei motori a magneti permanenti. Attraverso l'analisi, si può anche scoprire che la perdita di ferro del motore è la principale forma di perdita causata dall'influenza della sollecitazione di compressione sulla formazione del nucleo di ferro dello statore. Per il rotore del motore, quando il nucleo di ferro è sottoposto a sollecitazione di trazione centrifuga durante il funzionamento, non solo non aumenta la perdita di ferro, ma si ottiene anche un certo effetto migliorativo.

L'effetto dello stress sull'induttanza e sulla coppia

Le prestazioni di induzione magnetica del nucleo di ferro del motore si deteriorano sotto l'azione di stress del nucleo di ferro, con conseguente riduzione dell'induttanza dell'albero. In particolare, analizzando il circuito magnetico di un motore a magneti permanenti, si nota che il circuito magnetico dell'albero comprende principalmente tre componenti: traferro, magnete permanente e nucleo di ferro del rotore dello statore. Tra questi, il magnete permanente è il componente più importante. Per questo motivo, quando le prestazioni di induzione magnetica del nucleo di ferro del motore a magneti permanenti cambiano, non si possono verificare variazioni significative dell'induttanza dell'albero.

La parte del circuito magnetico dell'albero, composta dal traferro e dal nucleo del rotore dello statore di un motore a magneti permanenti, è molto più piccola della resistenza magnetica del magnete permanente. Considerando l'influenza dello stress sul nucleo, le prestazioni di induzione magnetica peggiorano e l'induttanza dell'albero diminuisce significativamente. Analizziamo l'impatto delle proprietà magnetiche di stress sul nucleo di ferro di un motore a magneti permanenti. Al diminuire delle prestazioni di induzione magnetica del nucleo del motore, il collegamento magnetico del motore diminuisce e anche la coppia elettromagnetica del motore a magneti permanenti diminuisce.