Il nucleo di ferro è il nucleo del circuito magnetico dei nuovi motori energetici e la scelta del materiale influisce direttamente sulla densità di potenza, sull'efficienza energetica, sull'affidabilità e sui costi del motore. Con lo sviluppo di nuovi motori energetici ad alta velocità, alta efficienza e leggerezza, la selezione dei materiali del nucleo di ferro è diventata più critica.
Indicatori fondamentali per la selezione dei materiali con nucleo in ferro per motori di nuova energia
Per selezionare ragionevolmente i materiali del nucleo di ferro, è necessario concentrarsi su 5 indicatori fondamentali per evitare la selezione cieca:
●Proprietà magnetiche: densità del flusso magnetico di saturazione (Bs maggiore o uguale a 1,4 T per i motori a nuova energia), perdita di ferro (P1,0/400 minore o uguale a 15 W/kg per motori ad alta- efficienza) e permeabilità magnetica sono il nucleo che determina l'efficienza energetica del motore.
●Proprietà meccaniche: limite di snervamento (σs maggiore o uguale a 500 MPa per rotori ad alta-velocità), fattore di impilamento (maggiore o uguale al 97% per motori ad alta-precisione) e perforabilità garantiscono la stabilità del motore durante il funzionamento ad alta-velocità.
●Proprietà elettriche e termiche: una resistività più elevata sopprime la perdita di correnti parassite e la temperatura di Curie maggiore o uguale a 200 gradi per adattarsi all'ambiente di lavoro dei motori a nuova energia.
●Precisione dimensionale: la tolleranza dello spessore dei materiali ultra-sottili è inferiore o uguale a ±0,01 mm e la superficie è priva di graffi per garantire l'isolamento e l'effetto di impilamento.
●Adattabilità dei costi e dei processi: bilanciare prestazioni e costi ed evitare costi di lavorazione elevati causati dalle caratteristiche dei materiali (come le fragili leghe amorfe).
Materiali tradizionali con nucleo in ferro per motori di nuova energia
Al momento, i materiali principali per i nuclei in ferro dei motori di nuova energia sono acciaio al silicio non-orientato, leghe amorfe e leghe nanocristalline, ciascuno con le proprie caratteristiche e scenari applicabili:
1)Acciaio al silicio non-orientato (scelta mainstream in termini di costi-effettivi)
Rappresentando oltre il 90% del mercato, è il materiale con nucleo in ferro più utilizzato per i nuovi motori energetici. Ha proprietà magnetiche e meccaniche bilanciate, processi di stampaggio e impilamento maturi e costi moderati. Il grado ultrasottile ad alta resistenza-da 0,20/0,25 mm (come B27AHV1500) è la prima scelta per i motori ad alte-prestazioni, mentre il grado da 0,30/0,35 mm è adatto per i modelli sensibili ai costi-. È ampiamente utilizzato nelle autovetture-prodotte in serie, nei veicoli commerciali e nei motori generali a nuova energia.
2)Lega amorfa (scelta Premium ultra-a bassa perdita)
Formato da un raffreddamento ultra-rapido, presenta una perdita di ferro estremamente bassa (1/5-1/10 dell'acciaio al silicio convenzionale) e un'elevata resistività, che può migliorare l'efficienza del motore fino a oltre il 98,5% e aumentare l'autonomia del veicolo. Lo svantaggio è che è duro e fragile, con costi elevati di materiale e lavorazione, adatto per autovetture di fascia alta-, veicoli elettrici di lusso e motori ad alta efficienza.
3)Lega nanocristallina (scelta emergente ad alta-bassa frequenza-perdita)
Ricotto da una lega amorfa, ha una resistività ultra-elevata e una bassa perdita di ferro ad alta frequenza (1-10kHz), con una buona stabilità della temperatura. Lo svantaggio è la densità del flusso magnetico a bassa saturazione (≈1,2 T) e il costo elevato, adatto per motori ausiliari ad alta-frequenza,-caricabatterie di bordo (OBC) e piccoli motori ad alta velocità.
Selezione basata su scenari-di materiali con nucleo di ferro
●Motori di azionamento per autovetture-di fascia alta (efficienza di picco maggiore o uguale al 97%, 15.000-20.000 giri/min): acciaio al silicio non orientato-ad alta-perdita-di 0,20/0,25 mm; i modelli premium possono utilizzare statori in lega amorfa + rotori in acciaio al silicio ad alta resistenza.
●Motori per veicoli commerciali/logistici: acciaio al silicio orientato non{3}}orientato di grado medio-alto da 0,30/0,35 mm, per bilanciare costi e affidabilità.
●Motori ausiliari ad alta-velocità (maggiore o uguale a 20.000 giri/min): acciaio ultrasottile-ad alto-silicio da 0,20 mm o lega nanocristallina.
● Piccoli motori a bassa-potenza: acciaio al silicio non orientato convenzionale da 0,35/0,50 mm, focalizzati sul controllo dei costi.
Suggerimenti chiave per il controllo dei costi e dei processi
① Ottimizzazione dello spessore: 0,25 mm è l'equilibrio ottimale tra perdita, resistenza e costo;
② Rivestimento isolante: scegli il rivestimento organico per i modelli convenzionali e il rivestimento composito inorganico per i modelli ad alta-velocità;
③ Classificazione dei materiali: utilizza materiali di alta-qualità per gli statori e materiali di media-gradazione per i rotori per ridurre i costi.
Conclusione
La selezione dei nuovi materiali per le anime in ferro dei motori energetici dovrebbe seguire il principio di "corrispondenza degli scenari, equilibrio degli indicatori e ottimizzazione delle prestazioni- dei costi". L'acciaio al silicio non-orientato è la prima scelta per la produzione di massa, mentre le leghe amorfe e nanocristalline sono adatte per scenari di fascia alta-e ad alta-velocità. Nella selezione effettiva, è necessario verificare le prestazioni del materiale attraverso test a campione per garantire il funzionamento affidabile a lungo termine del motore.
