Основные преимущества сегментированных сердечников двигателей
После многих лет практики настройки и применения сегментированные сердечники двигателей имеют очевидные преимущества перед интегральными сердечниками, особенно в высокопроизводительных, крупногабаритных и индивидуальных двигателях. Вот 6 наиболее заметных преимуществ:
-
Упрощенный процесс намотки и более высокая скорость заполнения слотов
Самой большой проблемой традиционных интегральных сердечников является сложность намотки, особенно в сценариях с малыми пазами и высокой плотностью намотки. Сегментированные сердечники можно наматывать отдельно для каждого сегмента перед сборкой, что не только делает операцию намотки более управляемой и точной, но и эффективно повышает скорость заполнения пазов. Например, в наших проектах по изготовлению сердечников двигателей NEV степень заполнения слотов сегментированных сердечников может достигать 70–75 %, тогда как у интегрального сердечника обычно составляет только 60–65 %. Более высокая скорость заполнения слотов напрямую повышает эффективность двигателя и удельную мощность, сокращая потери энергии во время работы.
-
Улучшение использования материалов и сокращение отходов
Традиционные цельные сердечники штампуются из цельного куска листа кремнистой стали, а материал вокруг пазов и центральной области становится отходом, что приводит к низкому использованию материала (обычно только 65–70%). Сегментированные сердечники штампуются из небольших листов кремнистой стали, соответствующих размеру каждого сегмента, что значительно снижает отходы при штамповке. Данные нашего завода показывают, что коэффициент использования материала сегментированных сердечников может достигать 85–90 %, что значительно снижает затраты на сырье, особенно для листов из высокоэффективной кремнистой стали (например, B5000 = 1,67T), на долю которых приходится более 30 % общей стоимости двигателя.
-
Упрощенная транспортировка и сборка
Для двигателей большого размера (например, промышленных двигателей мощностью более 100 кВт) встроенные сердечники имеют большие размеры, тяжелый вес, их трудно транспортировать и устанавливать, даже для подъема требуется специальное оборудование. Сегментированные сердечники имеют небольшой размер и легкий вес, их можно транспортировать отдельно и собирать на месте, что значительно снижает затраты на транспортировку и сборку и повышает эффективность строительства. Это преимущество особенно очевидно в крупногабаритном оборудовании, таком как ветряные генераторы и морские двигатели.
-
Гибкий выбор материалов и оптимизированные магнитные характеристики
Сегментация позволяет производителям использовать различные материалы из кремнистой стали (включая ориентированную кремниевую сталь) для разных частей статора и ротора, оптимизируя каждый компонент в соответствии с его конкретными функциональными требованиями. Например, для зубчатой части можно использовать листы кремнистой стали с высокой магнитной проницаемостью, чтобы повысить плотность магнитного потока, а для части ярма можно использовать листы кремниевой стали с низкими потерями, чтобы уменьшить потери на вихревые токи. Такое гибкое подбор материалов может повысить эффективность двигателя на 3–5 % по сравнению со встроенными сердечниками, в которых используется один материал.
-
Уменьшение потерь на вихревые токи и лучшее рассеивание тепла
Сегментированная структура в сочетании с изоляционными материалами (например, изоляционной бумагой) между соседними сегментами может эффективно уменьшать электромагнитные вихревые токи и турбулентность в сердечнике, тем самым уменьшая потери на вихревые токи и нагрев сердечника. В то же время зазоры между сегментами образуют естественные каналы отвода тепла, которые улучшают характеристики отвода тепла сердечника, что критически важно для поддержания оптимальной производительности двигателя в условиях высокой скорости или большой нагрузки, например, двигатели NEV, работающие со скоростью 20 000 об/мин.
-
Высокая адаптируемость к настройке
Как производитель нестандартных сердечников двигателей, мы обнаружили, что сегментированные сердечники больше подходят для индивидуальной настройки. Будь то конструкция паза специальной формы, нестандартный размер или особые требования к производительности (например, высокий крутящий момент, низкий уровень шума), сегментированные сердечники можно регулировать, изменяя форму, размер и количество сегментов без необходимости переделки большой цельной штамповочной матрицы, что значительно снижает затраты на настройку и сокращает цикл разработки.
Неизбежные недостатки сегментированных сердечников двигателей
Хотя сегментированные сердечники двигателей имеют множество преимуществ, они также имеют некоторые присущие им недостатки из-за их модульной структуры, на которые необходимо обращать внимание при практическом применении:
Повышенные требования к точности сборки
Полный сердечник формируется путем сборки нескольких сегментов, что требует чрезвычайно высокой точности сборки, особенно соосности и плоскостности сегментов. Если погрешность сборки превысит 0,1 мм, это приведет к неравномерному распределению магнитного потока, повышенному шуму и даже повлияет на нормальную работу двигателя. Это требует от производителей наличия передового сборочного оборудования и строгой системы контроля качества, что в определенной степени увеличит себестоимость продукции.
Повышенный крутящий момент и риск шума
По сравнению с традиционными цельными сердечниками сегментированные сердечники могут иметь повышенный крутящий момент из-за зазоров между сегментами, что в некоторых сценариях может привести к более высоким уровням шума и снижению среднего крутящего момента. Хотя эту проблему можно облегчить за счет оптимизации формы сегмента и процесса сборки (например, технология сегментированных скошенных полюсов), ее нельзя полностью устранить, и она не подходит для двигателей со сверхнизким уровнем шума (например, двигателей медицинского оборудования).
Более высокие первоначальные производственные затраты для мелкосерийных заказов
Хотя сегментированные стержни могут сократить отходы материала, для каждого сегмента необходимо разработать штампы. Для небольших партий по индивидуальному заказу (например, менее 100 штук) стоимость матрицы на единицу продукции относительно выше, чем у цельных сердечников. Таким образом, сегментированные сердечники более рентабельны для крупносерийного производства, в то время как цельные сердечники могут быть более подходящими для мелкосерийных проектов двигателей стандартного размера.
Потенциальное влияние на прочность конструкции
Соединение между сегментами является слабым местом основной конструкции. При высокоскоростном вращении (например, в сердечниках роторов NEV) центробежная сила может вызвать ослабление сегментов, влияя на структурную стабильность сердечника. Хотя эту проблему можно решить за счет использования высокопрочных связующих или зажимных конструкций, это приведет к увеличению производственного процесса и стоимости.
Сегментированный сердечник двигателя и интегральный сердечник двигателя: подробная сравнительная таблица
Чтобы помочь вам лучше различать сегментированные ядра и интегральные ядра, мы составили подробную сравнительную таблицу, основанную на нашем фактическом опыте производства и настройки, охватывающую такие ключевые показатели, как производительность, стоимость и сценарии применения:
| Индикатор сравнения | Сегментированное ядро двигателя | Интегральное ядро двигателя |
|---|---|---|
| Сложность обмотки | Низкий, отдельная обмотка для каждого сегмента; заполняемость слотов 70%-75% | Высокая, встроенная обмотка; заполняемость слотов 60%-65% |
| Требование к точности сборки | Высокий (соосность 0,1 мм) | Низкая, одноразовая штамповка |
| Стоимость транспортировки и сборки | Низкие, маленькие и легкие сегменты, удобные в обращении. | Высокий, большой и тяжелый, требующий специального оборудования. |
| Потери вихревых токов | Низкая, изоляция между сегментами снижает вихревые токи | Высокая цельная конструкция приводит к увеличению вихревых токов. |
| Гибкость настройки | Высокая, легко регулируемая форма/размер сегмента; низкая стоимость штампа для настройки | Низкая, необходимо переработать большие штампы для индивидуальной настройки. |
| Крутящий момент и шум | Чуть выше, необходимо оптимизировать для снижения шума | Низкий, подходит для сценариев со сверхнизким уровнем шума |
| Себестоимость производства (большая партия) | Низкая экономия материала компенсирует стоимость матрицы. | Высокие, большие отходы материала |
| Себестоимость производства (малая партия) | Высокая, стоимость штампа за единицу высока | Низкая, нет необходимости в многосегментных матрицах |
| Подходящие сценарии применения | НЭМ, мощные промышленные двигатели, крупногабаритное оборудование, двигатели по индивидуальному заказу. | Малые и средние стандартные двигатели, мелкосерийные заказы, сверхмалошумное оборудование (медицинская, бытовая техника) |
Будущие тенденции сегментированных сердечников двигателей (2026–2030 гг.)
Благодаря быстрому развитию новой энергетики, промышленного интеллекта, политики энергосбережения и сокращения выбросов, сегментированные сердечники двигателей как высокоэффективный и энергосберегающий основной компонент продемонстрируют три четкие тенденции развития в ближайшие 5 лет:
Интеграция новых материалов для дальнейшего снижения потерь
В будущем в сегментированных сердечниках постепенно будут использоваться новые высокоэффективные материалы для оптимизации магнитных свойств и снижения потерь энергии. Например, полосы из неаморфного сплава (толщиной 0,02 мм) могут снизить потери на вихревые токи на 70% по сравнению с традиционными листами из кремнистой стали, а нанокристаллические материалы могут еще больше улучшить магнитную проницаемость. В то же время сочетание различных материалов (сегментированные сердечники из гибридных материалов) станет более распространенным, например, использование ориентированной кремниевой стали для зубчатой части и неаморфного сплава для ярма для достижения баланса между производительностью и стоимостью.
Интеллект производственных и сборочных процессов
Чтобы решить проблему высоких требований к точности сборки, сегментированное производство стержней постепенно будет реализовывать полную автоматизацию и интеллект. Наш завод уже тестирует интеграцию технологий роботизированной сборки, лазерного позиционирования и онлайн-обнаружения, что позволяет сократить ошибки сборки до менее 0,05 мм, повысить эффективность производства на 40 % и обеспечить стабильное качество продукции. Кроме того, технология 3D-печати может применяться для производства сегментированных сердечников специальной формы небольшими партиями, что еще больше снижает затраты на штампы и сокращает цикл настройки.
Более широкое применение в области новой энергетики и высоких мощностей
С ускорением глобального распространения NEV и модернизацией промышленных двигателей до высокой эффективности и энергосбережения сегментированные сердечники станут основным выбором в этих областях. Например, в NEV сегментированные сердечники могут повысить эффективность двигателя и удельную мощность, увеличивая запас хода; В ветроэнергетическом и солнечном оборудовании сегментированные сердечники могут адаптироваться к конструкциям крупногабаритных двигателей и суровым рабочим условиям. В то же время с развитием двигателей с осевым магнитным потоком сегментированные сердечники будут более широко использоваться из-за их преимуществ в плане плоскостности и оптимизации распределения магнитного потока.
Развитие в сторону облегчения и миниатюризации
В таких областях, как НЭМ и аэрокосмические двигатели, важными направлениями развития являются облегчение и миниатюризация. Сегментированные сердечники позволяют реализовать оптимальную конструкцию конструкции сердечника (например, полые сегменты, тонкостенную конструкцию) исходя из обеспечения прочности конструкции, снижая вес сердечника на 10–15 % по сравнению с цельными сердечниками. Это поможет снизить общий вес двигателя и оборудования, повысить энергоэффективность и эксплуатационные характеристики.
Вывод: подходит ли сегментированный сердечник двигателя для вашего проекта?
Как профессиональная фабрика по производству сердечников двигателей по индивидуальному заказу, мы считаем, что не существует абсолютного «хорошего» или «плохого» между сегментированными и цельными сердечниками — есть только «подходящие» или «неподходящие». Если ваш проект представляет собой крупносерийный, высокопроизводительный, крупногабаритный или индивидуальный двигатель (например, двигатели NEV, промышленные двигатели высокой мощности), сегментированные сердечники определенно являются более экономичным выбором, который может помочь вам снизить затраты, повысить эффективность и повысить конкурентоспособность на рынке.
Если ваш проект представляет собой мелкосерийный двигатель стандартного размера или сверхмалошумящий двигатель (например, двигатели медицинского оборудования, двигатели небольшой бытовой техники), то интегральные сердечники могут оказаться более подходящими. Конечно, благодаря постоянному совершенствованию нашей производственной технологии мы также можем предоставлять индивидуальные решения для небольших партий сегментированных основных заказов, сокращая ваши первоначальные инвестиционные затраты.
Если у вас есть какие-либо вопросы по выбору, настройке или применению сегментированных сердечников двигателя, пожалуйста, свяжитесь с нами. Наша профессиональная команда инженеров предоставит вам индивидуальное техническое руководство и ценовые услуги в зависимости от потребностей вашего конкретного проекта.
О технологии Youyou
Компания Youyou Technology Co., Ltd. специализируется на производстве прецизионных самосвязывающих сердечников из различных магнитомягких материалов, включая самосвязывающуюся кремниевую сталь, ультратонкую кремниевую сталь и специальные самосвязывающиеся магнитно-мягкие сплавы. Мы используем передовые производственные процессы для прецизионных магнитных компонентов, предоставляя передовые решения для магнитомягких сердечников, используемых в ключевых силовых компонентах, таких как высокопроизводительные двигатели, высокоскоростные двигатели, среднечастотные трансформаторы и реакторы.
В настоящее время компания производит прецизионные сердечники из кремниевой стали с толщиной полос 0,05 мм (ST-050), 0,1 мм (10JNEX900/ST-100), 0,15 мм, 0,2 мм (20JNEH1200/20HX1200/ B20AV1200/20CS1200HF) и 0,35 мм (35JNE210/35JNE230/ B35A250-Z/35CS230HF), а также сердечники из специальных магнитомягких сплавов, включая Hiperco 50 и VACODUR 49, а также 1J22 и 1J50.
