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除了低电阻铜绕组和强大的永磁体外，定转子铁芯深系驱动电机的性能和效率。随着电机持续挖掘效率潜力，将损耗尽可能地降低，定转子铁芯在材料和叠压工艺上均为满足电动汽车不断变化的需求向前探索。那么硅钢片及叠压工艺是如何发展的？EME杂志推出的关于铁芯发展趋势的内容和国内硅钢片企业近年来发布的新方案能够给出一些答案。 薄规格硅钢片降低铁损 定转子铁芯在随时间变化的电流磁场中会产生涡旋状的感应电流，从而发热造成损耗（俗称铁损），降低了电机的效率。 最大程度地降低铁损的方法是用尽可能薄的硅钢片，将涡流限制在狭小的薄片之间，加大回路的电阻，从而减小涡流，降低铁损。这也是为什么电机不采用整块的铁芯，而是由表面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。 虽然工业电机的硅钢片通常由0.35至0.5 mm厚的钢制成，但驱动电机的趋势是使用更薄的硅钢片来降低涡流损耗。不少企业已经开发出 0.2 mm的硅钢片，并且仍在开发更薄的硅钢片。
图片来源于EME杂志 问题是，电机设计的复杂性根源在于，关键参数之间需要相互平衡。因此整个行业也不可能定义一套标准的简单规则来为不同类型的电机打造硅钢片。面对定子对低铁损的需求和转子对高强度的要求，硅钢片企业需要提供不同的方案来应对。 对于永磁同步电机而言，更薄的硅钢片的机械强度可能达不到2万转高转速电机的需求。马钢曾指出，在充分考虑驱动电机的定子和转子在电机中的实际功用，既考虑到降低定子的损耗又关注转子的高转速下材料的强度及高周疲劳性，马钢分别制造了定子材料和转子材料，薄硅钢高磁感硅钢M27HV1400和600MPa级别的高强度硅钢。 不同于尤其重视涡流损耗的永磁同步电机，感应异步电机对这种损耗不那么敏感，因此可以使用较厚的硅钢片，通常厚度为0.35 mm。 轴向磁通电机和横向磁通电机的磁通路径有所不同，有时磁感线在三维空间中移动。在这种情况下，可以使用软磁复合材料或其他3D助焊剂材料。 自粘结更有利于超薄硅钢片叠压 具有非常高功率和扭矩密度的电机对硅钢片的要求特别高。电工钢生产商指出，这种性能通常被设计成以更高的转速运行的紧凑型电机，从而导致更高的内部开关频率以及更大的机械应力。较高的频率导致更大的损耗，必须在钢中用更好的磁性进行补偿，而较高的机械应力可导致塑性变形和疲劳，需要更强的材料来抵抗这些力。 为了实现高磁导率，必须限制钢的合金含量，这使得将铁损保持在最低限度更具挑战性。然而，根据铁芯制造商的说法，即使在合金含量较低的钢中，也可以通过减少铁芯厚度来降低损耗，尽管不可能实现高强度。 叠压模具专家指出，在过去的十年中，为了追求更高的效率和更高的转速，自粘结被用来确保铁芯叠压结构的完整性，解决超薄规格硅钢片更难以叠压组装的难题。
最薄的牌号更难加工叠压。例如，在厚度小于0.25 mm时，层间的紧密连接越难实现，而对于给定的铁芯高度，需要更多的硅钢片叠压而成，因此需要更长时间的精细化工作。 叠压工艺已经向前发展，这得益于对紧凑性以及降低噪音和振动的需求。一般情况下，叠压方式主要有铆接、激光焊接等。然而，超薄硅钢片难以形成铆接点，激光焊接也会产生局部导通，对电机性能不利。这时，自粘结成为一种非常有吸引力的替代方案。 自粘结方案主要有两种主要的粘合技术：点胶粘合和全面粘合。顾名思义，点胶仅将每个硅钢片固定在胶点所在的位置的相邻位置，因此它不像全面粘合那样坚固或稳定，全面粘合可以产生具有非常精细公差和高机械稳定性的铁芯。 该方案提供了很大的设计自由度，允许最薄的硅钢片和最严格的公差，而无需考虑焊缝和铆接点，不会改变基材性能，钢也保留了其理想的磁性。而且还有机械稳定性，降低噪音和振动等优势。 一家电工钢制造商表示，预计更薄、强度更高的硅钢片将继续发展下去，自粘结技术将拥有更大的市场空间。如果它们的成本足够低，制造速度足够快，就可以取代铆接、焊接。 国内，去年9月，太钢新能源汽车驱动电机用薄规格电工钢快速自粘结涂层产品下线。该产品厚度小于0.3毫米，不仅降低了电工钢加工过程导致的性能损失，提升了铁芯钢度，提升可驱动电机性能，还因为粘结时间小于1分钟的快速粘结特性，更好地适应了驱动电机铁芯高速冲压工艺，具备产业化应用条件。 宝钢已开发普通AV，高效AHV和高磁感APV三代新能源汽车驱动电机用钢产品，厚度涵盖从0.35mm到极薄0.20mm，涂层有H（含Cr）、M（无Cr环保）和Z（自粘结）三类。其自粘结Z涂层可避免铁芯铆接和焊接时在硅钢片中产生的应力和层间短路等对电机的不利影响，提高了电机效率，并且将噪音降低3分贝。
鸿达模具将其自粘结铁芯与常规焊接铁芯作对比试验，自粘结铁芯在磁感应强度为1.5T、50Hz状态下试验的磁性结果，铁芯损耗降低了约5%，励磁电流降低了9%。在相同试验条件下产生的噪音，自粘结铁芯在磁感应强度相同的情况下比焊接型铁芯降低约5dB。在相同试验条件下铁芯在励磁状态下的轴向振动速度, 自粘结铁芯几乎无振动, 而焊接型铁芯有不同程度的振动, 定子铁芯的径向振动试验有同样的结果。 今年8月，鸿达模具、中汽研、首钢子公司智新电磁、卧龙集团、宁波吉利汽车研究开发有限公司等联合发布了《自粘结电机铁芯》团体标准，加速自粘结铁芯的应用推广。 资料来源：E-mobility Engineering杂志，宝钢、太钢、鸿达模具官网以及相关方案介绍 |
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