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采用薄型电工硅钢片牌号的高效电动汽车

今天的电机虽然基本设计保持不变,但在许多技术细节方面更为复杂,其中包括所使用的电工硅钢片,电工硅钢片在很大程度上决定了电机的性能和效率。对这种应用而言,极薄、高性能牌号带钢的需求很大。就电池驱动汽车中电力驱动装置的定子的高效使用而言,NO 20牌号已经被证明是针对电动汽车的一个极好的选择。

有许多观点支持在电动汽车的驱动系统中使用特别薄的电工硅钢片牌号——比如紧凑型设计。电机的可用空间通常很有限,在混合动力汽车中尤其如此,因为该装置位于内燃机和变速器之间,或者集成在皮带驱动装置而不是起动器中。

但与此同时,薄型硅钢片必须强度极高,这样才能承受速度高达20,000 rpm的离心力。对此,威尔斯材料技术部负责特殊产品电工硅钢片的Norbert Brachthäuser解释道:“即使是我们公称厚度仅为0.20毫米的NO 20牌号的薄型电工硅钢片,采用了屈服强度为500 MPa (Rp 0.20) 的高强度版本生产,同时仍能保留了完美的电磁特性。因此,我们可以让客户确信,该材料可以可靠地承受外力,包括在细杆或转子齿等高压力应用场景中使用。”

最重要的是,电工硅钢片的厚度对电机的性能和效率有着重要的影响。这主要与被称为铁损的效应有关。电机在运行时,转子中电工硅钢片的极性变化频率极高。根据电工硅钢片专家Brachthäuser的说法,“当磁场方向交替时,一部分供给的能量以热量的形式损耗。 这些损耗随着电工硅钢片厚度的增加而增加。因此,材料每变薄百分之一毫米,就会产生不同的效果。”因此,像NO 20这样的薄型牌号耗电更少,而这又会扩大电动汽车的电池里程。

图1:电工硅钢片厚度对铁损的影响

另一个影响电机性能的因素是所使用的电工硅钢片牌号的磁通密度。在这种情况下,威尔斯NO牌号同样能提供优异的性能,这可以通过在不同磁场强度下的磁极化作用来测评。

薄型电工硅钢片的专业技术

威尔斯凭借其特殊的专业技术,可以可靠地生产低至NO 10的薄型牌号产品,即带钢厚度可以低至0.10毫米。Brachthäuser表示:“我们供应的这些极薄型电工硅钢片主要用于特殊高端应用,如心脏起搏器、无人机或其他特殊驱动系统等。在汽车行业,带钢厚度为 0.20毫米 至0.30毫米 (NO 20 – NO 30牌号)的规格已成为标准,这是基于技术和商业方面的双重理由。” 生产NO 20对冷轧带钢制造商来说是一个挑战,只有少数公司才能可靠地胜任。“传统的五机架轧机只用于厚度最低至0.30毫米(0.012英寸)的电工硅钢片。对于更薄的钢片,则需要具有较小工作辊直径的专用可逆式机架。而且还必须针对薄型钢片专门设计连续退火炉,因为炉内的材料像黄油一样柔软。薄型牌号很快就有撕裂或翘曲的风险。多年来,我们在这一领域开发了特殊的工艺技术。”Brachthäuser表示。在这种情况下,威尔斯确保材料的尺寸公差保持在千分之几毫米以内,而这又确保了转子和定子叠厚尺寸的高度精确。如果考虑到电机的高转速,这一点为何如此重要就立即变得显而易见——即使在高频率下,电机部件仍然必须平稳地运行。

用Backlack高效粘合电工硅钢叠片

通常,电工硅钢叠片是通过冲压、焊接或铆接粘合在一起的。但是,这对电机的性能有很大影响,因为这些粘合技术会对材料造成机械损伤,扰乱磁通量,对性能造成不利影响。而威尔斯的Backlack技术是针对这个问题的完美解决方案(见图2)。在这种方法中,电工硅钢片被施用了一种特殊涂层,该涂层仍然是粘合剂。

在进一步的加工过程中,客户冲压的硅钢叠片在炉内受到采用Backlack技术进行的烘烤,形成一个紧凑的叠层。这一工艺将单个硅钢叠片均匀地粘合在一起,而又不会对材料的属性造成不利的影响。

图2: 电工硅钢叠片的涂层与粘合工艺

该工艺还有其他的好处。比如,造出来的叠层很紧凑,不会渗透液体。也没有产生叠层噪音的风险,而这种情况在使用其他粘合方法时经常发生。此外,Backlack也使材料更容易冲压,从而容易制造出各种复杂的形状。这意味着,威尔斯凭借其薄型NO牌号电工硅钢片和Backlack技术,让制造商占据了最佳的优势,使其可以生产高效、高性能电力驱动系统。

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