ผลกระทบของความเค้นในแกนเหล็กต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

ผลกระทบของความเค้นแกนเหล็กต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

การพัฒนาเศรษฐกิจอย่างรวดเร็วได้ส่งเสริมแนวโน้มการพัฒนาสู่ความเป็นมืออาชีพของอุตสาหกรรมมอเตอร์แม่เหล็กถาวรมากยิ่งขึ้น ส่งผลให้มีความต้องการด้านประสิทธิภาพ มาตรฐานทางเทคนิค และความเสถียรในการทำงานของผลิตภัณฑ์มอเตอร์ที่สูงขึ้น เพื่อให้มอเตอร์แม่เหล็กถาวรสามารถพัฒนาไปสู่การใช้งานที่กว้างขึ้น จำเป็นต้องเสริมสร้างประสิทธิภาพที่เกี่ยวข้องในทุกด้าน เพื่อให้คุณภาพโดยรวมและตัวชี้วัดประสิทธิภาพของมอเตอร์อยู่ในระดับที่สูงขึ้น

สำหรับมอเตอร์แม่เหล็กถาวร แกนเหล็กเป็นส่วนประกอบที่สำคัญมากภายในมอเตอร์ ในการเลือกวัสดุแกนเหล็ก จำเป็นต้องพิจารณาอย่างถี่ถ้วนว่าค่าการนำแม่เหล็กสามารถตอบสนองความต้องการในการทำงานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรได้หรือไม่ โดยทั่วไปแล้ว เหล็กกล้าทางไฟฟ้าจะถูกเลือกใช้เป็นวัสดุแกนสำหรับมอเตอร์แม่เหล็กถาวร เนื่องจากเหล็กกล้าทางไฟฟ้ามีค่าการนำแม่เหล็กที่ดี

การเลือกใช้วัสดุแกนมอเตอร์มีผลกระทบอย่างมากต่อประสิทธิภาพโดยรวมและการควบคุมต้นทุนของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ในระหว่างการผลิต การประกอบ และการใช้งานอย่างเป็นทางการของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร จะเกิดความเค้นบางอย่างขึ้นบนแกน อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของความเค้นจะส่งผลโดยตรงต่อการนำแม่เหล็กของแผ่นเหล็กไฟฟ้า ทำให้การนำแม่เหล็กลดลงในระดับต่างๆ ส่งผลให้ประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรลดลง และการสูญเสียพลังงานในมอเตอร์จะเพิ่มขึ้น

ในการออกแบบและการผลิตมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ข้อกำหนดสำหรับการเลือกและการใช้งานวัสดุนั้นสูงขึ้นเรื่อยๆ จนใกล้เคียงกับมาตรฐานและระดับประสิทธิภาพของวัสดุที่กำหนดไว้ เหล็กกล้าไฟฟ้าซึ่งเป็นวัสดุหลักของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความแม่นยำสูงมากในเทคโนโลยีการใช้งานที่เกี่ยวข้อง และการคำนวณการสูญเสียเหล็กอย่างแม่นยำ เพื่อตอบสนองความต้องการที่แท้จริง

วิธีการออกแบบมอเตอร์แบบดั้งเดิมที่ใช้ในการคำนวณคุณลักษณะทางแม่เหล็กไฟฟ้าของเหล็กไฟฟ้าเห็นได้ชัดว่าไม่แม่นยำ เนื่องจากวิธีการแบบดั้งเดิมเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้กับเงื่อนไขแบบดั้งเดิม และผลการคำนวณจะมีความคลาดเคลื่อนสูง ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีวิธีการคำนวณใหม่เพื่อคำนวณค่าการนำแม่เหล็กและการสูญเสียเหล็กของเหล็กไฟฟ้าภายใต้สภาวะสนามความเค้นได้อย่างแม่นยำ เพื่อให้ระดับการใช้งานของวัสดุแกนเหล็กสูงขึ้น และตัวชี้วัดประสิทธิภาพ เช่น ประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรอยู่ในระดับที่สูงขึ้น

เจิ้ง หยง และนักวิจัยคนอื่นๆ มุ่งเน้นไปที่ผลกระทบของความเค้นในแกนเหล็กต่อประสิทธิภาพของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร และผสมผสานการวิเคราะห์เชิงทดลองเพื่อสำรวจกลไกที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติทางแม่เหล็กภายใต้ความเค้นและประสิทธิภาพการสูญเสียเหล็กภายใต้ความเค้นของวัสดุแกนมอเตอร์แม่เหล็กถาวร ความเค้นบนแกนเหล็กของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรภายใต้สภาวะการทำงานได้รับอิทธิพลจากแหล่งความเค้นต่างๆ และแต่ละแหล่งความเค้นก็แสดงคุณสมบัติที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง

จากมุมมองของรูปแบบความเค้นของแกนสเตเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร แหล่งที่มาของการเกิดความเค้น ได้แก่ การเจาะ การตอกหมุด การลามิเนต การประกอบแบบอัดแน่นของตัวเรือน เป็นต้น ผลกระทบจากความเค้นที่เกิดจากการประกอบแบบอัดแน่นของตัวเรือนมีพื้นที่ผลกระทบที่ใหญ่ที่สุดและสำคัญที่สุด สำหรับโรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร แหล่งที่มาหลักของความเค้นที่โรเตอร์รับ ได้แก่ ความเค้นจากความร้อน แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง แรงแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นต้น เมื่อเทียบกับมอเตอร์ทั่วไป ความเร็วปกติของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรค่อนข้างสูง และยังมีการติดตั้งโครงสร้างแยกสนามแม่เหล็กไว้ที่แกนโรเตอร์ด้วย

ดังนั้น แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจึงเป็นแหล่งกำเนิดความเครียดหลัก ความเครียดในแกนสเตเตอร์ที่เกิดจากการประกอบแบบอัดแน่นของตัวเรือนมอเตอร์แม่เหล็กถาวรส่วนใหญ่อยู่ในรูปของแรงอัด และจุดที่กระทำจะกระจุกตัวอยู่ที่โครงของแกนสเตเตอร์มอเตอร์ โดยทิศทางของความเครียดปรากฏเป็นแนวสัมผัสตามแนวเส้นรอบวง คุณสมบัติความเครียดที่เกิดจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของโรเตอร์มอเตอร์แม่เหล็กถาวรคือแรงดึง ซึ่งกระทำต่อแกนเหล็กของโรเตอร์เกือบทั้งหมด แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางสูงสุดกระทำที่จุดตัดระหว่างสะพานแยกแม่เหล็กของโรเตอร์มอเตอร์แม่เหล็กถาวรและซี่โครงเสริมแรง ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานในบริเวณนี้ลดลงได้ง่าย

ผลกระทบของความเค้นในแกนเหล็กต่อสนามแม่เหล็กของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

จากการวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กในชิ้นส่วนสำคัญของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร พบว่าภายใต้สภาวะอิ่มตัว ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กที่ซี่โครงเสริมแรงและสะพานฉนวนแม่เหล็กของโรเตอร์มอเตอร์ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่ความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กในสเตเตอร์และวงจรแม่เหล็กหลักของมอเตอร์มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ซึ่งสามารถอธิบายเพิ่มเติมถึงผลกระทบของความเค้นในแกนต่อการกระจายความหนาแน่นของสนามแม่เหล็กและการนำไฟฟ้าของมอเตอร์ในระหว่างการทำงานของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรได้

ผลกระทบของความเครียดต่อการสูญเสียแกนกลาง

เนื่องจากความเครียด ความเครียดอัดที่บริเวณแกนของสเตเตอร์มอเตอร์แม่เหล็กถาวรจะกระจุกตัวค่อนข้างมาก ส่งผลให้เกิดการสูญเสียและประสิทธิภาพลดลงอย่างมาก นอกจากนี้ยังมีปัญหาการสูญเสียเหล็กอย่างมากที่บริเวณแกนของสเตเตอร์มอเตอร์แม่เหล็กถาวร โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่จุดเชื่อมต่อระหว่างฟันสเตเตอร์และแกน ซึ่งการสูญเสียเหล็กจะเพิ่มขึ้นมากที่สุดเนื่องจากความเครียด จากการวิจัยพบว่า การสูญเสียเหล็กของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรเพิ่มขึ้น 40% -50% เนื่องมาจากอิทธิพลของความเครียดดึง ซึ่งยังคงน่าตกใจมาก ส่งผลให้การสูญเสียโดยรวมของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรเพิ่มขึ้นอย่างมาก จากการวิเคราะห์ยังพบว่า การสูญเสียเหล็กของมอเตอร์เป็นรูปแบบหลักของการสูญเสียที่เกิดจากอิทธิพลของความเครียดอัดต่อการก่อตัวของแกนเหล็กสเตเตอร์ สำหรับโรเตอร์มอเตอร์ เมื่อแกนเหล็กอยู่ภายใต้ความเครียดดึงแบบแรงเหวี่ยงในระหว่างการทำงาน ไม่เพียงแต่จะไม่ทำให้การสูญเสียเหล็กเพิ่มขึ้นเท่านั้น แต่ยังจะมีผลดีในระดับหนึ่งด้วย

ผลกระทบของความเครียดต่อค่าเหนี่ยวนำและแรงบิด

ประสิทธิภาพการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของแกนเหล็กมอเตอร์จะเสื่อมลงภายใต้สภาวะความเครียดของแกนเหล็ก และค่าความเหนี่ยวนำของเพลาจะลดลงในระดับหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อวิเคราะห์วงจรแม่เหล็กของมอเตอร์แม่เหล็กถาวร วงจรแม่เหล็กของเพลาส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ ช่องว่างอากาศ แม่เหล็กถาวร และแกนเหล็กสเตเตอร์-โรเตอร์ ในบรรดาส่วนเหล่านี้ แม่เหล็กถาวรเป็นส่วนที่สำคัญที่สุด ด้วยเหตุนี้ เมื่อประสิทธิภาพการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของแกนเหล็กมอเตอร์แม่เหล็กถาวรเปลี่ยนแปลงไป จึงไม่ทำให้ค่าความเหนี่ยวนำของเพลาเปลี่ยนแปลงไปอย่างมีนัยสำคัญ

ส่วนวงจรแม่เหล็กของเพลาที่ประกอบด้วยช่องว่างอากาศและแกนสเตเตอร์-โรเตอร์ของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรนั้นมีขนาดเล็กกว่าความต้านทานแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวรมาก เมื่อพิจารณาถึงอิทธิพลของความเค้นในแกน ประสิทธิภาพการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะลดลง และค่าความเหนี่ยวนำของเพลาจะลดลงอย่างมาก จึงทำการวิเคราะห์ผลกระทบของความเค้นต่อคุณสมบัติแม่เหล็กของแกนเหล็กในมอเตอร์แม่เหล็กถาวร เมื่อประสิทธิภาพการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของแกนมอเตอร์ลดลง การเชื่อมโยงแม่เหล็กของมอเตอร์ก็จะลดลง และแรงบิดแม่เหล็กไฟฟ้าของมอเตอร์แม่เหล็กถาวรก็จะลดลงด้วย