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簡(jiǎn) 介

電工鋼是電動(dòng)汽車(chē)牽引電機(jī)的核心磁性材料之一。但是由于飽和磁通密度和磁導(dǎo)率有限，傳統(tǒng)的非晶粒取向(NGO) 硅鋼逐漸難以滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)牽引電機(jī)的高功率密度和高扭矩密度的需求。因此在深入分析了牽引電機(jī)的磁飽和、功率損耗、熱導(dǎo)率和機(jī)械性能后，我們提出了一種能夠適應(yīng)高頻（50Hz-400Hz）和高扭矩運(yùn)行狀態(tài)的新型薄型各向異性晶粒取向（GO）硅鋼用于高速（高達(dá)14500rpm）牽引電機(jī)。它采用了NGO和GO鋼的組合設(shè)計(jì)，以避免橫向低磁導(dǎo)率。

取向硅鋼是一種軟磁材料，用作電力變壓器的磁芯材料。它的特點(diǎn)是具有明顯的Goss 織構(gòu)，即 110 <001> 優(yōu)先晶體取向。無(wú)取向硅鋼晶粒結(jié)構(gòu)雜亂無(wú)序，混雜著大量雜亂不同的紋理。目前，永磁同步電機(jī)（PMSM）的核心部件大部分是無(wú)取向硅鋼片層壓而成。因此，隨著電機(jī)系統(tǒng)小型化、高密度化的發(fā)展趨勢(shì)，未來(lái)對(duì)鐵芯硅鋼材料的高飽和磁通密度和低鐵損將成為主要要求。但由于NGO硅鋼本身硅含量低（硅含量低于3.5%）和金相組織的限制，NGO硅鋼將越來(lái)越難以滿(mǎn)足新型電機(jī)的設(shè)計(jì)要求。

截至目前為止，已經(jīng)進(jìn)行了多項(xiàng)研究來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：Tao.F等人使用非晶材料和NGO硅鋼作為鐵芯制造了一個(gè) 20kW永磁同步電機(jī)。優(yōu)化后的非晶電機(jī)體積減小了 31%，在相同功率條件下，功率密度提高了45%。實(shí)驗(yàn)表明，使用無(wú)定形材料作為定子鐵芯可以大大提高功率密度。Yu-dai.M 等人提出了一種新型開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)（SRM），其轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為 GO電工鋼的分段結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng) SRM 性能相比，GO鋼 SRM 輸出扭矩提高 4.1%，效率提高 2.8%，渦流損耗降低 7.0%，鐵損總共降低 19.2%。這些結(jié)果證明了新一代電機(jī)系統(tǒng)中，GO鋼作為鐵芯所具備的優(yōu)越性能。

因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種12 槽 8 極集中繞組的新型高速牽引電機(jī)。額定/峰值工況下功率為16kW/32kW，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)14500rpm。目前已經(jīng)完成了數(shù)值建模和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的研究。新原型機(jī)正在制造中，未來(lái)幾年可以量產(chǎn)。

與非取向硅鋼相結(jié)合的取向硅鋼定子設(shè)計(jì)

GO硅鋼的含硅量（含硅量3%-6.5%）高于NGO硅鋼，晶粒組織沿軋制方向呈現(xiàn)強(qiáng)取向。在偏離軋制方向0°到20°之間的磁性能明顯優(yōu)于NGO。也因此，導(dǎo)致GO硅鋼偏離軋制方向40°到 60°之間的電磁性能比 NGO硅鋼相差很多。為了驗(yàn)證結(jié)論，GO和NGO鐵芯在不同電流激勵(lì)下進(jìn)行了多次比較。在實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了不同的 B-H-P 曲線(xiàn)。

圖1證明了實(shí)驗(yàn)的結(jié)論與我們上面得出的結(jié)論是一致的。圖中GO鋼在偏離軋制方向52°時(shí)電磁特性最差，鐵損最高。其最低點(diǎn)的飽和磁通密度明顯低于同等級(jí)的NGO硅鋼。在最大偏離軋制角90度時(shí)，GO硅鋼的電磁性能略有恢復(fù)，但仍低于同等級(jí)的NGO硅鋼。

下一期內(nèi)容將繼續(xù)介紹取向與非取向硅鋼相結(jié)合的定子設(shè)計(jì)以及該新型電機(jī)經(jīng)過(guò)有限元分析所得到的結(jié)果，謝謝觀看！