Ảnh hưởng của ứng suất lõi sắt đến hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu

Ảnh hưởng của ứng suất lõi sắt lên hiệu suất củaĐộng cơ nam châm vĩnh cửu

Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế đã thúc đẩy hơn nữa xu hướng chuyên nghiệp hóa ngành công nghiệp động cơ nam châm vĩnh cửu, đặt ra những yêu cầu cao hơn đối với hiệu năng, tiêu chuẩn kỹ thuật và độ ổn định vận hành của sản phẩm. Để động cơ nam châm vĩnh cửu phát triển trong phạm vi ứng dụng rộng hơn, cần phải tăng cường hiệu năng liên quan từ mọi khía cạnh, nhằm nâng cao chất lượng và hiệu năng tổng thể của động cơ.

Đối với động cơ nam châm vĩnh cửu, lõi sắt là một bộ phận rất quan trọng bên trong động cơ. Khi lựa chọn vật liệu lõi sắt, cần phải xem xét kỹ lưỡng xem độ dẫn từ có đáp ứng được yêu cầu hoạt động của động cơ nam châm vĩnh cửu hay không. Thông thường, thép điện môi được chọn làm vật liệu lõi cho động cơ nam châm vĩnh cửu, và lý do chính là thép điện môi có độ dẫn từ tốt.

Việc lựa chọn vật liệu lõi động cơ có tác động rất quan trọng đến hiệu suất tổng thể và việc kiểm soát chi phí của động cơ nam châm vĩnh cửu. Trong quá trình sản xuất, lắp ráp và vận hành chính thức của động cơ nam châm vĩnh cửu, một số ứng suất nhất định sẽ hình thành trên lõi. Tuy nhiên, sự tồn tại của ứng suất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến độ dẫn từ của thép tấm cách điện, làm giảm độ dẫn từ ở các mức độ khác nhau, do đó hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu sẽ giảm và làm tăng tổn thất của động cơ.

Trong thiết kế và sản xuất động cơ nam châm vĩnh cửu, yêu cầu về lựa chọn và sử dụng vật liệu ngày càng cao, thậm chí gần đạt đến tiêu chuẩn giới hạn và mức hiệu năng vật liệu. Là vật liệu cốt lõi của động cơ nam châm vĩnh cửu, thép điện phải đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác rất cao trong các công nghệ ứng dụng liên quan và tính toán chính xác tổn hao sắt để đáp ứng nhu cầu thực tế.

Phương pháp thiết kế động cơ truyền thống dùng để tính toán đặc tính điện từ của thép điện rõ ràng là không chính xác, bởi vì các phương pháp truyền thống này chủ yếu áp dụng cho các điều kiện thông thường, và kết quả tính toán sẽ có sai lệch lớn. Do đó, cần một phương pháp tính toán mới để tính toán chính xác độ dẫn từ và tổn hao sắt của thép điện trong điều kiện trường ứng suất, nhằm nâng cao mức độ ứng dụng của vật liệu lõi sắt, và đạt được các chỉ tiêu hiệu suất cao hơn như hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu.

Zheng Yong và các nhà nghiên cứu khác đã tập trung vào tác động của ứng suất lõi lên hiệu suất của động cơ nam châm vĩnh cửu, và kết hợp phân tích thực nghiệm để khám phá các cơ chế liên quan đến tính chất từ ​​tính do ứng suất và hiệu suất tổn hao sắt do ứng suất của vật liệu lõi động cơ nam châm vĩnh cửu. Ứng suất trên lõi sắt của động cơ nam châm vĩnh cửu trong điều kiện hoạt động bị ảnh hưởng bởi nhiều nguồn ứng suất khác nhau, và mỗi nguồn ứng suất lại thể hiện nhiều đặc tính hoàn toàn khác nhau.

Từ góc độ ứng suất của lõi stato động cơ nam châm vĩnh cửu, các nguồn gây ra ứng suất bao gồm đột dập, tán đinh, ghép lá, lắp ráp ép chặt vỏ máy, v.v. Tác động của ứng suất do lắp ráp ép chặt vỏ máy gây ra có phạm vi ảnh hưởng lớn nhất và đáng kể nhất. Đối với rôto của động cơ nam châm vĩnh cửu, các nguồn ứng suất chính mà nó phải chịu bao gồm ứng suất nhiệt, lực ly tâm, lực điện từ, v.v. So với các động cơ thông thường, tốc độ quay bình thường của động cơ nam châm vĩnh cửu tương đối cao, và cấu trúc cách ly từ cũng được lắp đặt ở lõi rôto.

Do đó, ứng suất ly tâm là nguồn ứng suất chính. Ứng suất lõi stato sinh ra do sự lắp ráp ép chặt của vỏ động cơ nam châm vĩnh cửu chủ yếu tồn tại dưới dạng ứng suất nén, và điểm tác động của nó tập trung ở gọng stato của động cơ, với hướng ứng suất biểu hiện là tiếp tuyến chu vi. Tính chất ứng suất hình thành bởi lực ly tâm của rôto động cơ nam châm vĩnh cửu là ứng suất kéo, tác động gần như hoàn toàn lên lõi sắt của rôto. Ứng suất ly tâm lớn nhất tác động lên điểm giao nhau giữa cầu cách ly từ của rôto động cơ nam châm vĩnh cửu và gân gia cường, khiến cho sự suy giảm hiệu suất dễ xảy ra ở khu vực này.

Ảnh hưởng của ứng suất lõi sắt lên từ trường của động cơ nam châm vĩnh cửu

Phân tích sự thay đổi mật độ từ của các bộ phận quan trọng trong động cơ nam châm vĩnh cửu cho thấy, dưới ảnh hưởng của hiện tượng bão hòa, mật độ từ tại các gân gia cường và cầu cách ly từ của rôto động cơ không thay đổi đáng kể. Mật độ từ của stato và mạch từ chính của động cơ thay đổi đáng kể. Điều này cũng có thể giải thích thêm ảnh hưởng của ứng suất lõi lên sự phân bố mật độ từ và độ dẫn từ của động cơ trong quá trình hoạt động của động cơ nam châm vĩnh cửu.

Ảnh hưởng của căng thẳng đến sự suy giảm cơ lõi

Do ứng suất, ứng suất nén tại gọng stato của động cơ nam châm vĩnh cửu sẽ tập trung tương đối, dẫn đến tổn thất đáng kể và suy giảm hiệu suất. Có một vấn đề đáng kể về tổn thất sắt tại gọng stato của động cơ nam châm vĩnh cửu, đặc biệt là tại điểm nối giữa răng stato và gọng, nơi tổn thất sắt tăng cao nhất do ứng suất. Nghiên cứu đã chỉ ra thông qua tính toán rằng tổn thất sắt của động cơ nam châm vĩnh cửu đã tăng 40% - 50% do ảnh hưởng của ứng suất kéo, điều này vẫn khá đáng kinh ngạc, dẫn đến sự gia tăng đáng kể tổng tổn thất của động cơ nam châm vĩnh cửu. Thông qua phân tích, cũng có thể thấy rằng tổn thất sắt của động cơ là dạng tổn thất chính gây ra bởi ảnh hưởng của ứng suất nén lên sự hình thành lõi sắt stato. Đối với rôto động cơ, khi lõi sắt chịu ứng suất kéo ly tâm trong quá trình hoạt động, nó không những không làm tăng tổn thất sắt mà còn có tác dụng cải thiện nhất định.

Ảnh hưởng của ứng suất lên độ tự cảm và mô-men xoắn

Hiệu suất cảm ứng từ của lõi sắt động cơ bị suy giảm dưới điều kiện ứng suất, và độ tự cảm trục sẽ giảm đến một mức độ nhất định. Cụ thể, khi phân tích mạch từ của động cơ nam châm vĩnh cửu, mạch từ trục chủ yếu bao gồm ba phần: khe hở không khí, nam châm vĩnh cửu và lõi sắt stato rôto. Trong đó, nam châm vĩnh cửu là phần quan trọng nhất. Dựa trên lý do này, khi hiệu suất cảm ứng từ của lõi sắt động cơ nam châm vĩnh cửu thay đổi, nó không thể gây ra những thay đổi đáng kể trong độ tự cảm trục.

Phần mạch từ trục bao gồm khe hở không khí và lõi stato rôto của động cơ nam châm vĩnh cửu có điện trở từ nhỏ hơn nhiều so với điện trở từ của nam châm vĩnh cửu. Xét đến ảnh hưởng của ứng suất lõi, hiệu suất cảm ứng từ suy giảm và độ tự cảm trục giảm đáng kể. Bài báo này phân tích tác động của ứng suất lên tính chất từ ​​của lõi sắt động cơ nam châm vĩnh cửu. Khi hiệu suất cảm ứng từ của lõi động cơ giảm, liên kết từ của động cơ giảm, và mômen điện từ của động cơ nam châm vĩnh cửu cũng giảm.