Automobilindustrie: Je dünner das Motorkernmaterial, desto besser?
Als Erstes muss klar sein, dass kein einzelnes Material für jede Anwendung optimal (oder sogar verwendbar) ist, und es müssen Kompromisse zwischen Kosten, Gewicht, Größe und anderen Faktoren eingegangen werden. Außerdem hat der Laminierungsprozess nach der Fertigung einen großen Einfluss auf die Leistung des entworfenen Kerns. Kriterien für die Materialauswahl umfassen Kosten, Permeabilität, elektromagnetische Verluste und Sättigungsflussdichte. Permeabilität und Kernverluste variieren mit der Flussumkehrfrequenz (in Hertz) und der Flussdichte, und bei einigen Anwendungen wird die Form der Hysteresekurve wichtig. Jedes verfügbare Material ist für eine oder mehrere dieser Eigenschaften optimiert und in anderen weniger als perfekt.
Bei der Auswahl des geeigneten Stahls für einen Motor müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden.
Das derzeit am häufigsten verwendete Material für Motorkerne ist kaltgewalzter laminierter Stahl, der für Massenanwendungen das kostengünstigste Material ist, und die einfache Stanzbarkeit und der geringe Werkzeugverschleiß tragen dazu bei, die Kosten für die fertige Laminierung zu senken. Bei Anwendungen, bei denen höhere Kernverluste (DC-Polschuhe, niedriger Arbeitszyklus usw.) und kostengünstige Endgeräte akzeptabel sind, sollte Kohlenstoffstahl in Betracht gezogen werden, obwohl natürlich die magnetischen und mechanischen Eigenschaften dieses Materials entscheidendere Faktoren sind. Je dünner das Material, desto geringer die hochfrequenten Wirbelstromverluste und desto höher der Wirkungsgrad des Motors. Dies wiederum bedeutet einen geringeren Stromverbrauch und somit eine größere Übertragungsreichweite bei gleicher Leistungskapazität. Gemäß der untenstehenden Kraftformel ist die beste Materialstärke so dünn wie möglich.
Dünnere Bleche, längere Produktionszeiten und reduzierter Durchsatz
Am Beispiel eines Motors mit einem Statoraußendurchmesser von 250 mm und einer Stapelhöhe von 120 mm gilt: Je dünner die Blechdicke, desto mehr Blechdicke ist erforderlich, um die gewünschte Bauhöhe zu erreichen. Die Stanzgeschwindigkeit variiert je nach Blechdicke zwischen 220 Hüben/min (für 0,25 mm dickes Blech) und 250 Hüben/min (für 0,35 mm dickes Blech). Unter Berücksichtigung von Ausschuss, Ausfallzeit und Anlagenverfügbarkeit liegt der Durchsatz zwischen 32 Stapeln (0,35 mm) und 19 Stapeln (0,25 mm) pro Stunde, was eine 1,7-fache Erhöhung der Stanzzeit bedeutet.
Betrachten Sie die Effizienzmaximierung, aber nicht anwendungsunabhängig
Starke Elektromotoren lassen sich mit einer Vielzahl von Stahlsorten herstellen und bei der Wahl eines Antriebsmotors für den reinen Elektrobetrieb stellt sich vor allem die Frage, wie viel man durch den Einsatz von hochwertigerem, dünnerem und damit teurerem Elektroband einsparen kann. Schon ein relativ kleiner Unterschied im Wirkungsgrad kann sich auf die Reichweite der Batterie und damit auf die benötigte (sehr teure) Batteriekapazität auswirken.
Die Leistungskurve ist weniger anspruchsvoll, wenn die elektrische Maschine nur zur Unterstützung des Verbrennungsmotors in einem Mild-Hybrid-Fahrzeug eingesetzt wird oder wenn das Fahrzeug auf kurzen oder mittleren Strecken rein elektrisch betrieben werden soll (wie bei einem Hybrid oder Plug-in-Hybrid Fahrzeug). Neben der Motoreinsparung an Material wird auch die benötigte Batteriekapazität deutlich reduziert, weshalb es sinnvoll ist, den Motorwirkungsgrad im Dickenbereich von 0.3 bis 0.35 mm zu reduzieren.
Darüber hinaus kann extrem dünner Kernstahl den Wirkungsgrad von Hochgeschwindigkeitsmotoren verbessern, insbesondere der Stator, aber im Rotor sind oft, um sehr hohe Festigkeiten zu erreichen, statt dünnerer Dicke, spezielle Fügeverfahren, wie zum Beispiel vollflächiges Verkleben, erforderlich Zusammen wirkt sich das Rotordesign auch positiv auf den Wirkungsgrad aus.
abschließend
Dünn ist nicht immer besser, die Verwendung von Kernstahl muss unter dem Gesamtgesichtspunkt von Bearbeitbarkeit, Kosten, Anwendungsbereichen, Wirkungsgrad und anderen technischen Faktoren des Motordesigns sehr unterschiedlich betrachtet werden, wobei viele Bedingungen deutlich darauf hinweisen, dass es die Verwendung erleichtert aus unterschiedlichen Stahlstärken.
Die Auswahl des für die Rotor- oder Statorbleche verwendeten Materials hat einen grundlegenden und weitreichenden Einfluss auf die Motorkonstruktion, wobei das Kernmaterial Eigenschaften wie Leistung, Wärmegewinn, Gewicht und Kosten beeinflusst (der Begriff „Motor“ wird hier lose verwendet einschließlich Generatoren, Tachometer, Resolver, Lichtmaschinen usw.). Nur wenige Ingenieurschulen nehmen sich die Zeit, sich mit dieser Materialauswahl zu befassen, und da die verschiedenen Materialien von mehreren Lieferanten stammen, kann es schwierig sein, einen Überblick über alle an einem Ort zu finden.
