L'effet de la contrainte du noyau de fer sur les performances des moteurs à aimants permanents

L'effet de la contrainte du noyau de fer sur les performances deMoteurs à aimant permanent

Le développement rapide de l'économie a encore favorisé la tendance à la professionnalisation de l'industrie des moteurs à aimants permanents, mettant en avant des exigences plus élevées en matière de performances liées aux moteurs, de normes techniques et de stabilité de fonctionnement des produits. Pour que les moteurs à aimants permanents se développent dans un champ d'application plus large, il est nécessaire de renforcer les performances pertinentes sous tous les aspects, afin que les indicateurs globaux de qualité et de performance du moteur puissent atteindre un niveau plus élevé.

Pour les moteurs à aimants permanents, le noyau de fer est un composant très important du moteur. Pour la sélection des matériaux de noyau de fer, il est nécessaire de déterminer pleinement si la conductivité magnétique peut répondre aux besoins de fonctionnement du moteur à aimant permanent. Généralement, l'acier électrique est sélectionné comme matériau de base pour les moteurs à aimants permanents, et la raison principale est que l'acier électrique a une bonne conductivité magnétique.

La sélection des matériaux du noyau du moteur a un impact très important sur les performances globales et le contrôle des coûts des moteurs à aimants permanents. Lors de la fabrication, de l'assemblage et du fonctionnement formel des moteurs à aimants permanents, certaines contraintes se formeront sur le noyau. Cependant, l'existence de contraintes affectera directement la conductivité magnétique de la tôle d'acier électrique, provoquant une diminution de la conductivité magnétique à des degrés divers, de sorte que les performances du moteur à aimant permanent diminueront et augmenteront la perte du moteur.

Dans la conception et la fabrication de moteurs à aimants permanents, les exigences en matière de sélection et d'utilisation des matériaux sont de plus en plus élevées, même proches de la norme limite et du niveau de performance des matériaux. En tant que matériau de base des moteurs à aimants permanents, l'acier électrique doit répondre à des exigences de précision très élevées dans les technologies d'application pertinentes et à un calcul précis de la perte de fer afin de répondre aux besoins réels.

La méthode traditionnelle de conception de moteur utilisée pour calculer les caractéristiques électromagnétiques de l'acier électrique est évidemment inexacte, car ces méthodes conventionnelles sont principalement destinées aux conditions conventionnelles et les résultats du calcul présenteront un écart important. Par conséquent, une nouvelle méthode de calcul est nécessaire pour calculer avec précision la conductivité magnétique et la perte de fer de l'acier électrique dans des conditions de champ de contrainte, de sorte que le niveau d'application des matériaux à noyau de fer soit plus élevé et que les indicateurs de performance tels que l'efficacité des moteurs à aimant permanent atteignent un niveau supérieur.

Zheng Yong et d'autres chercheurs se sont concentrés sur l'impact de la contrainte du noyau sur les performances des moteurs à aimants permanents et ont combiné des analyses expérimentales pour explorer les mécanismes pertinents des propriétés magnétiques de contrainte et des performances de perte de fer sous contrainte des matériaux du noyau des moteurs à aimants permanents. La contrainte exercée sur le noyau de fer d'un moteur à aimant permanent dans les conditions de fonctionnement est influencée par diverses sources de contrainte, et chaque source de contrainte présente de nombreuses propriétés complètement différentes.

Du point de vue de la forme de contrainte du noyau de stator des moteurs à aimants permanents, les sources de sa formation comprennent le poinçonnage, le rivetage, le laminage, l'assemblage par interférence du boîtier, etc. L'effet de contrainte provoqué par l'assemblage par interférence du boîtier a le plus grand et zone d’impact la plus importante. Pour le rotor d'un moteur à aimant permanent, les principales sources de contraintes qu'il supporte comprennent les contraintes thermiques, la force centrifuge, la force électromagnétique, etc. Par rapport aux moteurs ordinaires, la vitesse normale d'un moteur à aimant permanent est relativement élevée et une structure d'isolation magnétique est également installé au niveau du noyau du rotor.

La contrainte centrifuge est donc la principale source de contrainte. La contrainte du noyau du stator générée par l'ensemble d'interférence du boîtier du moteur à aimant permanent existe principalement sous forme de contrainte de compression, et son point d'action est concentré dans la culasse du noyau du stator du moteur, la direction de la contrainte se manifestant comme tangentielle circonférentielle. La propriété de contrainte formée par la force centrifuge du rotor du moteur à aimant permanent est une contrainte de traction, qui agit presque entièrement sur le noyau de fer du rotor. La contrainte centrifuge maximale agit sur l'intersection du pont d'isolation magnétique du rotor du moteur à aimant permanent et de la nervure de renforcement, ce qui facilite la dégradation des performances dans cette zone.

L'effet de la contrainte du noyau de fer sur le champ magnétique des moteurs à aimants permanents

En analysant les changements de densité magnétique des pièces clés des moteurs à aimants permanents, il a été constaté que sous l'influence de la saturation, il n'y avait aucun changement significatif de densité magnétique au niveau des nervures de renforcement et des ponts d'isolation magnétique du rotor du moteur. La densité magnétique du stator et du circuit magnétique principal du moteur varie considérablement. Cela peut également expliquer davantage l'effet de la contrainte du noyau sur la distribution de la densité magnétique et la conductivité magnétique du moteur pendant le fonctionnement du moteur à aimant permanent.

L'effet du stress sur la perte de base

En raison des contraintes, la contrainte de compression au niveau de la culasse du stator du moteur à aimant permanent sera relativement concentrée, ce qui entraînera une perte et une dégradation des performances significatives. Il existe un problème important de perte de fer au niveau de la culasse du stator du moteur à aimant permanent, en particulier à la jonction des dents du stator et de la culasse, où la perte de fer augmente le plus en raison des contraintes. La recherche a montré par calcul que la perte de fer des moteurs à aimants permanents a augmenté de 40 à 50 % en raison de l'influence de la contrainte de traction, ce qui est encore assez étonnant, conduisant ainsi à une augmentation significative de la perte totale des moteurs à aimants permanents. Grâce à l'analyse, on peut également constater que la perte de fer du moteur est la principale forme de perte causée par l'influence de la contrainte de compression sur la formation du noyau de fer du stator. Pour le rotor du moteur, lorsque le noyau de fer est soumis à une contrainte de traction centrifuge pendant le fonctionnement, non seulement cela n'augmentera pas la perte de fer, mais cela aura également un certain effet d'amélioration.

L'effet de la contrainte sur l'inductance et le couple

Les performances d'induction magnétique du noyau de fer du moteur se détériorent dans les conditions de contrainte du noyau de fer et son inductance d'arbre diminuera dans une certaine mesure. Plus précisément, en analysant le circuit magnétique d'un moteur à aimant permanent, le circuit magnétique de l'arbre comprend principalement trois parties : l'entrefer, l'aimant permanent et le noyau de fer du rotor du stator. Parmi eux, l’aimant permanent est la partie la plus importante. Pour cette raison, lorsque les performances d'induction magnétique du noyau de fer du moteur à aimant permanent changent, cela ne peut pas provoquer de changements significatifs dans l'inductance de l'arbre.

La partie du circuit magnétique de l'arbre composée de l'entrefer et du noyau du rotor du stator d'un moteur à aimant permanent est beaucoup plus petite que la résistance magnétique de l'aimant permanent. Compte tenu de l'influence de la contrainte du noyau, les performances d'induction magnétique se détériorent et l'inductance de l'arbre diminue considérablement. Analysez l'impact des propriétés magnétiques de contrainte sur le noyau de fer d'un moteur à aimant permanent. À mesure que les performances d'induction magnétique du noyau du moteur diminuent, la liaison magnétique du moteur diminue et le couple électromagnétique du moteur à aimant permanent diminue également.