Co to jest samoprzylepna stal krzemowa?
Najpierw musimy zrozumieć jego podstawowe elementy:
- : Efekt wiązania (wytrzymałość) w dużym stopniu zależy od trzech parametrów procesu: temperatury, ciśnienia i czasu. Nieodpowiednie parametry mogą prowadzić do słabego wiązania lub starzenia się powłoki.Stal krzemowa: Znana również jako stal elektrotechniczna, jest podstawowym materiałem do produkcji rdzeni silników. Dodanie krzemu zwiększa rezystywność materiału, redukując „straty wirowe” powstające w przemiennych polach magnetycznych, poprawiając w ten sposób wydajność silnika.
- : Efekt wiązania (wytrzymałość) w dużym stopniu zależy od trzech parametrów procesu: temperatury, ciśnienia i czasu. Nieodpowiednie parametry mogą prowadzić do słabego wiązania lub starzenia się powłoki.Warstwa samoprzylepna: Na powierzchnię blachy ze stali krzemowej nakładana jest specjalna powłoka izolacyjna o właściwościach adhezyjnych. Powłoka ta może zostać aktywowana w określonych warunkach (zwykle pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia), generując dużą siłę adhezji.
Połączenie tych dwóch elementów daje w efekcie samoprzylepną stal krzemową. Po wytłoczeniu w postaci laminatów stojana/wirnika jest on podgrzewany i poddawany działaniu ciśnienia, aby mocno połączyć arkusze ze sobą, tworząc bardziej wytrzymały rdzeń.
Podstawowe zalety samoprzylepnej stali krzemowej w samochodowych silnikach napędowych
W porównaniu z tradycyjnymi procesami laminowania wymagającymi nitowania lub spawania, samoprzylepna stal krzemowa oferuje liczne ulepszenia wydajności, które doskonale spełniają rygorystyczne wymagania pojazdów elektrycznych w zakresie dużej gęstości mocy, wysokiej wydajności, dużej prędkości oraz niskiego poziomu wibracji i hałasu w silnikach napędowych.
-
Znacząco poprawiona sztywność i wytrzymałość, dostosowująca się do dużych prędkości
Zalety: Połączony rdzeń staje się strukturą quasi-integralną, a siła wiązania międzywarstwowego zwykle osiąga 5-20 MPa. Znacząco poprawia to ogólną sztywność i wytrzymałość mechaniczną rdzenia.
Analiza: Silniki pojazdów elektrycznych ewoluują w stronę wyższych prędkości (np. od 12 000 obr./min do 20 000 obr./min lub nawet więcej). Przy dużych prędkościach na wirnik działają ogromne siły odśrodkowe. Tradycyjne rdzenie laminowane mogą ulegać wybrzuszeniom lub deformacjom, co prowadzi do tarcia o stojan (tarcie stojana) i uszkodzenia silnika. Rdzenie samoprzylepne skutecznie opierają się tym odkształceniom, zapewniając bezpieczną i niezawodną pracę silnika przy ekstremalnych prędkościach.
-
Zmniejszone straty żelaza, poprawiona wydajność silnika i zasięg
Zalety: Zmniejsza uszkodzenia naprężeniowe i degradację właściwości materiału blach ze stali krzemowej spowodowane tradycyjnymi metodami łączenia mechanicznego (takimi jak nitowanie i spawanie).
Analiza: Właściwości magnetyczne blach ze stali krzemowej (zwłaszcza straty żelaza) są bardzo wrażliwe na naprężenia mechaniczne. Procesy nitowania i spawania generują duże, zlokalizowane strefy naprężeń i wpływu ciepła, co prowadzi do pogorszenia struktury domeny magnetycznej w tych obszarach oraz zwiększonych strat prądów wirowych i histerezy. Technologia samoprzylepna wykorzystuje wiązanie fizyczne, co pozwala uniknąć takich uszkodzeń, a tym samym lepiej zachowuje właściwości materiału charakteryzujące się niską utratą żelaza. Pomaga to poprawić wydajność silnika, szczególnie w warunkach jazdy miejskiej z częstymi zmianami prędkości, pośrednio zwiększając zasięg pojazdu.
-
Doskonała wydajność NVH (zmniejszone wibracje i hałas)
Zalety: Wiązanie międzywarstwowe skutecznie tłumi cierne i wibracje pomiędzy warstwami.
Analiza: Podczas pracy silnika rdzeń poddawany jest magnetostrykcji („oddychaniu materiału”) i siłom elektromagnetycznym generowanym przez zmienne pole magnetyczne o wysokiej częstotliwości. W tradycyjnych rdzeniach laminowanych siły te powodują niewielkie względne ruchy i wibracje pomiędzy warstwami, co jest znaczącym źródłem szumu elektromagnetycznego w silnikach. Samoprzylepna powłoka wypełnia szczeliny pomiędzy warstwami niczym „klej”, pochłaniając i tłumiąc te drgania poprzez działanie tłumiące, dzięki czemu znacznie zmniejsza hałas pracy silnika i poprawia komfort jazdy pojazdem.
-
Poprawiona wydajność cieplna i równomierność rozpraszania ciepła
Zalety: Chociaż warstwa kleju zapewnia izolację, jej przewodność cieplna jest na ogół lepsza niż powietrze.
Analiza: W tradycyjnych rdzeniach pomiędzy warstwami występują niewielkie szczeliny powietrzne, a powietrze jest słabym przewodnikiem ciepła. Samoprzylepna powłoka zapewnia wydajniejszą ścieżkę przewodzenia ciepła pomiędzy płytami, pomagając w równomiernym i szybszym przewodzeniu ciepła powstałego wewnątrz rdzenia (szczególnie zębów) do obu końców rdzenia i obudowy, gdzie jest ono następnie odprowadzane przez układ chłodzenia. Poprawia to równomierność rozpraszania ciepła w silniku, pomaga obniżyć temperatury lokalnych gorących punktów i zwiększa ciągłą moc wyjściową silnika.
-
Uproszczony proces produkcyjny, poprawiona wydajność i spójność produkcji
Zalety: Eliminuje procesy nitowania lub spawania, upraszczając proces montażu rdzenia.
Analiza: Na zautomatyzowanych liniach produkcyjnych tłoczone arkusze stali krzemowej można bezpośrednio układać w stosy, a następnie łączyć w jednym piecu do ogrzewania i utwardzania. Zmniejsza to etapy produkcji i inwestycje w sprzęt, poprawiając wydajność produkcji. Jednocześnie pozwala uniknąć wahań wydajności spowodowanych nierówną jakością nitowania/spawania (takich jak nierówna siła nitowania i odpryski spawalnicze), poprawiając spójność i niezawodność produktu.
Kompleksowa analiza: wyzwania i rozważania
Pomimo znaczących zalet, przy stosowaniu samoprzylepnej stali krzemowej należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:
- : Efekt wiązania (wytrzymałość) w dużym stopniu zależy od trzech parametrów procesu: temperatury, ciśnienia i czasu. Nieodpowiednie parametry mogą prowadzić do słabego wiązania lub starzenia się powłoki.Wyższy koszt: Koszt materiału samoprzylepnej stali krzemowej jest wyższy niż zwykłej powlekanej stali krzemowej. Ponadto proces produkcyjny wymaga dodatkowego sprzętu do ogrzewania i utwardzania (takiego jak piece) oraz precyzyjnego systemu kontroli temperatury.
- : Efekt wiązania (wytrzymałość) w dużym stopniu zależy od trzech parametrów procesu: temperatury, ciśnienia i czasu. Nieodpowiednie parametry mogą prowadzić do słabego wiązania lub starzenia się powłoki.Surowe wymagania dotyczące kontroli procesu: Efekt wiązania (wytrzymałość) w dużym stopniu zależy od trzech parametrów procesu: temperatury, ciśnienia i czasu. Nieodpowiednie parametry mogą prowadzić do słabego wiązania lub starzenia się powłoki.
- : Efekt wiązania (wytrzymałość) w dużym stopniu zależy od trzech parametrów procesu: temperatury, ciśnienia i czasu. Nieodpowiednie parametry mogą prowadzić do słabego wiązania lub starzenia się powłoki.Słaba łatwość konserwacji: Kiedy rdzeń zostanie połączony w całość, jego demontaż i naprawa są prawie niemożliwe. Jeśli wystąpią wady produkcyjne, cały rdzeń może stać się bezużyteczny.
- : Efekt wiązania (wytrzymałość) w dużym stopniu zależy od trzech parametrów procesu: temperatury, ciśnienia i czasu. Nieodpowiednie parametry mogą prowadzić do słabego wiązania lub starzenia się powłoki.Wysokie wymagania dotyczące wydajności powłoki: Powłoka samoprzylepna musi utrzymywać dobrą izolację, odporność na ciepło (zwykle musi wytrzymywać temperatury powyżej 180°C), przyczepność i zdolność do przetwarzania metodą tłoczenia, a jednocześnie posiadać wysoką siłę wiązania.
Podsumowując
zastosowanie samoprzylepnej stali krzemowej w samochodowych silnikach napędowych jest doskonałym przykładem połączenia innowacji materiałowych z optymalizacją procesów. Sprytnie rozwiązuje liczne sprzeczności między wytrzymałością mechaniczną, wydajnością elektromagnetyczną i wydajnością NVH w silnikach o dużej prędkości, wysokiej wydajności i dużej gęstości mocy poprzez podejście „łączenie zamiast nitowania/spawania”.
|
Wymiary porównawcze |
Tradycyjna stal krzemowa (nitowanie/spawanie) |
Samoprzylepna stal silikonowa |
|
Wytrzymałość mechaniczna |
Ogólnie rzecz biorąc, podatny na rozszerzanie arkusza przy dużych prędkościach |
Doskonała, silna integralność, odpowiednia do dużych prędkości |
|
Utrata żelaza/wydajność |
Duży wpływ naprężeń obróbczych |
Niższe prędkości pozwalają zachować oryginalne właściwości magnetyczne materiału |
|
Wydajność NVH |
Miniaturowy ruch pomiędzy arkuszami, powodujący stosunkowo wysoki poziom hałasu |
Doskonałe tłumienie i redukcja drgań, niski poziom hałasu |
|
Wydajność rozpraszania ciepła |
Ogólnie rzecz biorąc, izolacja powietrzna jest zapewniona pomiędzy arkuszami |
Lepsza, ulepszona ścieżka przewodzenia ciepła |
|
Proces produkcyjny |
Wymaga nitowania/spawania i obejmuje wiele procesów |
Uproszczone, jednostopniowe ogrzewanie i formowanie po ułożeniu w stosy |
|
Koszt |
Niski koszt materiału, umiarkowany koszt procesu |
Wysoki koszt materiałów, wymagana inwestycja w sprzęt |
Wniosek
Ponieważ wymagania dotyczące wydajności pojazdów elektrycznych stale rosną, samospajalna stal krzemowa staje się stopniowo jednym z preferowanych materiałów do wysokiej klasy silników napędowych. Pomimo wyzwania, jakim są wyższe koszty, jego wszechstronne korzyści w zakresie wydajności – zwłaszcza w zakresie zapewnienia niezawodności przy dużych prędkościach i poprawy efektywności energetycznej – sprawiają, że jest to kluczowy materiał napędzający rozwój technologii napędów elektrycznych nowej generacji. W przypadku pojazdów, dla których liczy się najwyższa wydajność, duży zasięg i niski poziom hałasu, zastosowanie samospajalnej stali krzemowej jest bardzo cennym wyborem technologicznym.
O Youyou Technology
Youyou Technology Co., Ltd. specjalizuje się w produkcji samospajalnych rdzeni precyzyjnych wykonanych z różnych miękkich materiałów magnetycznych, w tym samospajalnej stali krzemowej, ultracienkiej stali krzemowej i specjalnych samospajających miękkich stopów magnetycznych. Wykorzystujemy zaawansowane procesy produkcyjne precyzyjnych komponentów magnetycznych, dostarczając zaawansowane rozwiązania dla miękkich rdzeni magnetycznych stosowanych w kluczowych komponentach mocy, takich jak silniki o wysokiej wydajności, silniki o dużej prędkości, transformatory średniej częstotliwości i reaktory.
Produkty firmy Self-bonding Precision Core obejmują obecnie szeroką gamę rdzeni ze stali krzemowej o grubości taśmy 0,05 mm (ST-050), 0,1 mm (10JNEX900/ST-100), 0,15 mm, 0,2 mm (20JNEH1200/20HX1200/B20AV1200/20CS1200HF) i 0,35 mm (35JNE210/35JNE230/B35A250-Z/35CS230HF), a także rdzenie ze specjalnego miękkiego stopu magnetycznego, w tym 1J22 i 1J50.
