Eine kurze Analyse des Materialbedarfs für Motorkernlaminierungen

Als Kernkomponente der elektromagnetischen Energieumwandlung bestimmen die Materialeigenschaften des Motorkerns direkt den Wirkungsgrad, den Temperaturanstieg, den Geräuschpegel und die langfristige Betriebszuverlässigkeit des Motors. Ob in rotierenden Motoren, industriellen Antriebssystemen oder als Grundstruktur für elektromagnetische Komponenten wie Relais-Eisenkerne und Elektromagnetkerne, die Auswahl und Verarbeitungsqualität des Kernmaterials sind immer entscheidende Aspekte bei der Konstruktion und Herstellung von Motoren.

 

Aus technischer Sicht konzentrieren sich die wichtigsten Qualitätsanforderungen an Laminierungsmaterialien für Motorkerne auf drei Aspekte: elektromagnetische Leistung, Bearbeitbarkeit und Kosteneffizienz. Dabei sind ein geringer Eisenverlust, eine hohe magnetische Permeabilität und eine gute Stanzanpassungsfähigkeit besonders wichtig.

 

 

Einer der Hauptindikatoren für Elektrostahlbleche ist der Kernverlust unter bestimmten Frequenz- und magnetischen Induktionsintensitätsbedingungen. Der Kernverlust besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: Hystereseverlust und Wirbelstromverlust.

 

Der Hystereseverlust entsteht durch den Energieverbrauch, der durch die wiederholte Magnetisierung und Entmagnetisierung von Materialien in einem magnetischen Wechselfeld verursacht wird. Seine Größe hängt eng mit der chemischen Zusammensetzung, der Korngröße und der magnetischen Domänenstruktur des Materials zusammen und wird normalerweise anhand der Hystereseschleifenfläche gemessen. Größere Körner und weniger Verunreinigungen führen zu einem geringeren Hystereseverlust.

 

Wirbelstromverluste hingegen werden durch den induzierten Strom im Eisenkern aufgrund des magnetischen Wechselflusses verursacht, der im Widerstand des Materials in Wärmeenergie umgewandelt wird. Seine Größe hängt maßgeblich vom spezifischen Widerstand und der Dicke des Materials ab. Eine geringere Dicke und ein höherer spezifischer Widerstand führen zu geringeren Wirbelstromverlusten. Daher werden in Motorkernen üblicherweise dünne -Elektrostahlbleche verwendet und durch Legierungen wird der spezifische Widerstand des Materials erhöht.

 

Bei energie-{0}} und reaktionsempfindlichen-Anwendungen wie weichmagnetischen Eisenkernen für Relais oder Kernen für elektromagnetische Relais ist die Eisenverlustkontrolle besonders wichtig und wirkt sich direkt auf die Einschaltgeschwindigkeit und Stabilität des Relais aus.

 

 

Eine hohe magnetische Permeabilität bedeutet, dass die Querschnittsfläche des Magnetkreises bei gleichen magnetischen Flussbedingungen reduziert werden kann, wodurch die in der Erregerwicklung verwendete Kupfermenge reduziert und eine Miniaturisierung des Motors sowie eine Gewichtsreduzierung erreicht werden. Diese Eigenschaft ist nicht nur bei mittelgroßen und großen Motoren von entscheidender Bedeutung, sondern auch bei kleinen elektromagnetischen Aktoren wie Relaisspulenkernen und reinen Eisenkernen.

 

Darüber hinaus sollte das Material eine mäßige Härte aufweisen. Zu hohe Sprödigkeit führt zu Stanzrissen, zu hohe Weichheit führt zu vermehrter Gratbildung und verminderter Maßhaltigkeit. Für die Oberflächenqualität muss das Stahlblech flach, glatt und gleichmäßig dick sein, um den Stapelfaktor zu verbessern und die Lebensdauer der Matrize zu verlängern. Die Praxis zeigt, dass kalt{3}gewalzte Elektrostahlbleche warm-gewalzten Materialien in Bezug auf Stanzkonsistenz und Matrizenlebensdauer deutlich überlegen sind und sich daher besonders für Präzisionsstanzanwendungen eignen.

 

 

Siliziumstahlbleche sind das am häufigsten verwendete Material für Motorkerne. Im Wesentlichen handelt es sich dabei um dünne Stahlbleche, die durch Zugabe eines bestimmten Anteils Silizium zu einer Eisenmatrix und anschließendes Walzen geformt werden. Abhängig vom Herstellungsverfahren können sie in warm-gewalzte Siliziumstahlbleche und kalt-gewalzte Siliziumstahlbleche unterteilt werden; Kalt-gewalzte Siliziumstahlbleche werden weiter in orientierte Siliziumstahlbleche und nicht-orientierte Siliziumstahlbleche unterteilt.

 

Um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern und den Stanzwiderstand zu verringern, müssen Siliziumstahlbleche nach dem Walzen typischerweise geglüht werden, um Bearbeitungsspannungen zu beseitigen und die Mikrostruktur zu stabilisieren. Diese Behandlung ist auch auf die anschließende Prozessoptimierung von weichmagnetischen Reineisenmaterialien wie DT4C Iron Core und Electrician Pure Iron Core anwendbar.

 

 

1. Kontrolle des Siliziumgehalts und der Verunreinigungen

Silizium ist ein Schlüsselfaktor für die Leistung von Siliziumstahlblechen. Mit zunehmendem Siliziumgehalt steigt der Materialwiderstand, der Eisenverlust nimmt deutlich ab, aber die Intensität der magnetischen Induktion nimmt ab, während Härte und Sprödigkeit zunehmen, was das Walzen und Stanzen schwieriger macht. Daher wird in technischen Anwendungen der Siliziumgehalt normalerweise auf unter 4,5 % kontrolliert, um magnetische Eigenschaften und Verarbeitbarkeit in Einklang zu bringen.

 

2. Materialstärke

Der Wirbelstromverlust ist proportional zum Quadrat der Stahlblechdicke. Bei gleichem Materialsystem haben dünnere Bleche geringere Kernverluste, aber die Herstellungszeit verlängert sich und der Stapelfaktor kann sinken. Herkömmliche Elektromotoren verwenden typischerweise 0,5 mm-dicke Siliziumstahlbleche, während große-Stromerzeugungsanlagen mit extrem hoher Verlustkontrolle 0,35 mm dicke oder sogar dünnere Bleche verwenden.

 

3. Einfluss von Verarbeitungsstress

Beim Stanzen, Stapeln oder Wickeln entstehen zwangsläufig Restspannungen, die zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften und einem erhöhten Eisenverlust führen. In der Regel bildet sich in der Nähe des gestanzten Abschnitts eine Zone mit erheblicher Spannungskonzentration. Durch Glühen können diese Spannungen effektiv beseitigt werden, wodurch die magnetischen Eigenschaften des Materials nahezu in ihren ursprünglichen Zustand zurückgeführt werden. Bei leistungsstarken kaltgewalzten Siliziumstahlblechen reagieren ihre magnetischen Eigenschaften besonders empfindlich auf Spannungsänderungen.

 

4. Eigenschaften der Kornorientierung

Siliziumstahl ist ein kubisch-polykristallines Material, bei dem jedes Korn mehrere einfache Magnetisierungsrichtungen aufweist. Durch spezielle Verfahren lässt sich die Kornorientierung gleichmäßiger gestalten und so die Magnetisierungsleistung in einer bestimmten Richtung deutlich verbessern. Orientierte Siliziumstahlbleche haben optimale magnetische Eigenschaften entlang der Walzrichtung und eignen sich für Anwendungen mit unidirektionalem Fluss, wie z. B. Transformatoren; Nicht-orientierte Siliziumstahlbleche haben ausgewogenere magnetische Eigenschaften in alle Richtungen, wodurch sie besser für rotierende Motorkerne geeignet sind.

 

Darüber hinaus besitzen dual-orientierte Siliziumstahlbleche ausgezeichnete magnetische Eigenschaften in zwei zueinander senkrechten Richtungen, ihr Herstellungsprozess ist jedoch komplex und kostspielig, was ihre Verwendung derzeit auf bestimmte High-End-Anwendungen beschränkt.

 

 

Obwohl sich Motorkerne und Relaiskerne in Struktur und Größe unterscheiden, weisen sie ein hohes Maß an Konsistenz in der Materialauswahllogik auf. Ganz gleich, ob es sich um einen Relaisstahlkern, einen Relaiskern aus reinem Eisen oder einen Eisenkern für industrielle Steuerrelais handelt, alle legen Wert auf weichmagnetische Eigenschaften, geringe Verluste, geringe Remanenz und eine gute Verarbeitungskonsistenz.

 

Im Relaisbereich, insbesondere für kaltgeschmiedete Produkte wie z. BDT4C-Relais mit EisenkernBeim Kaltschmieden und Kaltschmieden des Relaiskerns sind die Anforderungen an Materialreinheit, Plastizität und magnetische Stabilität noch strenger, um eine langfristige Zuverlässigkeit des Eingriffs und eine konsistente elektromagnetische Reaktion sicherzustellen.

 

 

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Auswahl der Materialien für Motorkernbleche ein umfassendes technisches Projekt ist, das ein Gleichgewicht zwischen elektromagnetischer Leistung, Verarbeitungstechnologie, strukturellen Anforderungen und Kostenkontrolle erfordert. Siliziumstahlbleche sind mit ihrem ausgereiften Materialsystem und den stabilen magnetischen Eigenschaften nach wie vor die gängige Wahl für Motorkerne. In Relais, elektromagnetischen Aktuatoren und anderen Bereichen spielen weichmagnetische Eisenkerne für Relais und hochreine weichmagnetische Materialien gleichermaßen eine unersetzliche Rolle.

 

In praktischen technischen Anwendungen existieren Materialeigenschaften nicht isoliert. Eine systematische Bewertung unter Berücksichtigung des Stanzprozesses, der Glühbehandlung und der endgültigen Betriebsbedingungen ist unerlässlich, um die optimale Übereinstimmung zwischen Kernleistung und Gesamtzuverlässigkeit der Maschine zu erreichen.