Электродвигатели, используемые в самых разных областях — от электромобилей и промышленных роботов до бытовой техники и систем возобновляемой энергии, — в значительной степени зависят от выбора материала для ламинирования.
Хотя разработчики сосредотачиваются на обмотках и стратегиях управления, материалы ламинирования в корне определяют магнитные характеристики, потери в железе, эффективность, шум, теплоотвод, а также общую стоимость и надежность.
Краткое сравнение
| Материал | Магнитная проницаемость | Плотность потока насыщения (Т) | Потери в керне | Частотные возможности | Термостойкость | Уровень затрат | Типичные области применения |
| Кремниевая сталь | Высокий | ~1,5–2,0 | Низкий–Средний | Средне-высокий | Хороший | Середина | Промышленность, электромобили, General Motors |
| Кобальтовые сплавы | Очень высокий | ~2,0–2,4+ | Очень низкий | Высокий | Отличный | Очень высокий | Аэрокосмические, высокоскоростные, высококачественные двигатели |
| Никелевые сплавы | Очень высокий | ~0,8–1,6 | Низкий | Низкий–Средний | Очень хороший | Высокий | Прецизионные двигатели, датчики |
| Железные сплавы | Середина | ~1,8–2,2 | Высокий | Низкий | Умеренный | Низкий | Низкоскоростные двигатели устаревшего типа |
Кремниевая сталь
Наиболее распространенный материал для ламинирование двигателяЭто кремнистая сталь, часто называемая электротехнической сталью. Легирование железа 1–3,5% кремния улучшает электрическое сопротивление и магнитные характеристики, эффективно снижая потери от вихревых токов и потери в сердечнике.
Материал предлагается в неориентированном (NO) и ориентированном по зернам (GO) вариантах. Неориентированная кремнистая сталь в основном используется в двигателях, поскольку она обеспечивает однородные магнитные свойства во всех направлениях, что идеально подходит для вращающихся магнитных полей.
| Плюсы | Минусы |
| Превосходное соотношение цены и качества. | Не самые высокие показатели магнитной чувствительности. |
| Низкие потери в сердечнике при типичных скоростях. | Менее подходит для экстремальных температур |
| Широко доступен и прост в обработке. | Потери увеличиваются с частотой. |
| Хорошие механические свойства | На низких частотах может потребоваться более толстый слой стеков. |
Приложения
- Промышленные асинхронные двигатели
- Тяговые и вспомогательные электродвигатели для электромобилей
- Бытовая техника (стиральные машины, вентиляторы, компрессоры)
- Двигатели для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, а также насосные двигатели
- генераторы электроэнергии
Кобальтовые сплавы
Кобальтовые сплавы, в частности железо-кобальтовые (CoFe) сплавы, являются высокоэффективными материалами для ламинирования, обладающими очень высокой магнитной насыщенностью, проницаемостью и термической стабильностью, что позволяет достичь более высокой удельной мощности и эффективности.
Хотя кобальтовые сплавы значительно дороже кремниевой стали из-за стоимости материалов и обработки, их использование оправдано в тех областях, где критически важны размер, вес и эксплуатационные характеристики.
| Плюсы | Минусы |
| Очень высокая степень магнитного насыщения | Очень высокая стоимость материалов |
| Превосходные характеристики при повышенных температурах. | Ограниченное предложение на мировом рынке |
| Сниженные потери в сердечнике на высоких частотах | Сложно обработать/проштамповать |
| Позволяет создавать компактные и легкие двигатели. | Требуется специализированный инструмент. |
Приложения
- Аэрокосмические и оборонные двигатели
- Высокоскоростные шпиндели
- Высокочастотные машины
- Сверхкомпактные электродвигатели с высокой удельной мощностью для электромобилей.
- Специализированные промышленные приводы
Никелевые сплавы
Никелевые сплавы, особенно железо-никелевые, такие как пермаллой, обладают очень высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитивной силой. Хотя их насыщающий магнитный поток ниже, чем у кобальтовых сплавов, они хорошо подходят для применений, требующих высокой чувствительности, низких потерь на гистерезис и стабильных магнитных характеристик.
Поэтому они широко используются в прецизионных двигателях, датчиках и измерительных приборах, где крайне важна стабильная работа с низким уровнем шума.
| Плюсы | Минусы |
| Чрезвычайно высокая проницаемость | Сниженная плотность потока насыщения |
| Минимальная потеря гистерезиса | Дороже, чем кремниевая сталь. |
| Стабильная и воспроизводимая производительность | Менее подходит для мощных двигателей. |
| Отлично подходит для систем высокой точности. | Может потребоваться изготовление по индивидуальному заказу. |
Приложения
- Прецизионные серводвигатели
- Исполнительные механизмы и системы управления
- Магнитные датчики
- Аэрокосмическая аппаратура
- Медицинские и научные приборы
Железные сплавы
Железные сплавы, в основном почти чистое или низкоуглеродистое железо, относятся к числу первых материалов для ламинирования электродвигателей. Они обеспечивают высокую плотность магнитного потока насыщения при низкой стоимости, но имеют высокие потери на вихревые токи из-за низкого электрического сопротивления, что ограничивает их использование экономически чувствительными или устаревшими приложениями.
Хотя в современных высокоэффективных двигателях сплавы железа в значительной степени вытеснены кремниевой сталью, они по-прежнему используются там, где приоритетами являются простота и минимизация затрат.
| Плюсы | Минусы |
| Высокая плотность потока насыщения | Высокие потери от вихревых токов |
| Низкая стоимость сырья | Низкая производительность на высоких частотах. |
| Высокие механические свойства | Двигатели с низкой эффективностью |
| Простая цепочка поставок | В современных проектах в значительной степени заменен. |
Приложения
- Низкоскоростные промышленные двигатели
- Устаревшие и отремонтированные двигатели для рынка
- Некоторые крупные синхронные машины
- Экономичные, низкоэффективные приложения
Правильный выбор материалов
Выбор подходящего материала для ламинирования электродвигателя требует согласования требований к применению с ограничениями по производительности и объему производства.
Эффективность против стоимости
Если приоритетом является снижение потерь в сердечнике и повышение эффективности в больших масштабах, особенно в электромобилях или промышленных приводах, кремнистая сталь часто является наиболее сбалансированным выбором. Развитая цепочка поставок и совместимость с технологиями делают её основой современного производства электродвигателей.
Высокоэффективная премиум-класса
Для двигателей, где вес, диапазон рабочих температур и удельная мощность важнее стоимости, например, для аэрокосмической отрасли или высокоскоростных двигателей премиум-класса, кобальтовые сплавы обеспечивают непревзойденные магнитные характеристики.
Точность и контроль
Двигатели, используемые в прецизионных измерительных приборах или системах управления в аэрокосмической отрасли, выигрывают от стабильности и низких потерь на гистерезис никелевых сплавов, несмотря на более низкий поток насыщения.
Наследие и низкий бюджет
В тех областях применения, где бюджет или простота важнее производительности, например, в производстве крупных, медленно работающих промышленных двигателей или на рынках ремонта устаревших систем, сплавы железа остаются практичным и экономически выгодным выбором.
