新型軟磁符合材料SMC

軟磁復(fù)合材料(SMC)是一種由涂有電絕緣材料的純鐵粉末納米顆粒組成的材料，如圖1所示。全球利用SMC代替電工鋼疊片作為轉(zhuǎn)子和定子鐵芯材料的研究已經(jīng)做過大量研究。SMC鐵芯的制造成本比傳統(tǒng)的由EM鋼疊片制成的鐵芯低得多，并且可以實現(xiàn)更復(fù)雜的鐵芯形狀，幾乎沒有材料浪費。用于制造SMC的壓縮成型工藝包括將材料壓入成型夾具，然后利用高溫高壓將材料壓縮成最終產(chǎn)品的形狀。與電工鋼相比，除了高磁飽和之外，鐵納米顆粒的絕緣涂層還具有極低渦流和整體鐵芯損耗的額外優(yōu)勢。低渦流損耗使基于SMC的電機更適合高頻應(yīng)用，并具有更大的比功率和扭矩。SMC的磁各向同性和熱各向同性允許3D磁通路徑，這與在具有EM鋼芯的PMSMs中看到的傳統(tǒng)2D磁通路徑形成對比。

SMC的基本組成成分

形成3D磁通路徑性能推動了新型電機的發(fā)展，例如爪極電機、軸向磁通電機和橫向磁通電機利用這種能力創(chuàng)造更高性能的同步設(shè)計，未來還會有更多創(chuàng)新型機器問世。SMC嚴(yán)格的制造公差也有效減小了氣隙長度。

盡管SMC具有用作轉(zhuǎn)子和定子鐵芯材料的所有優(yōu)點，但與傳統(tǒng)的電工鋼相比，這種復(fù)合材料有三個主要缺點。一是由于壓縮成型過程中出現(xiàn)的機械應(yīng)力導(dǎo)致的高滯后損失、低滲透性(約為EM鋼的25%)和低機械強度，這可能使零件容易受到應(yīng)力或永久損壞。電機設(shè)計人員必須從戰(zhàn)略上解決所有這些不利因素，以確保在沒有太多不利因素的情況下充分利用SMC的優(yōu)勢?？偟膩碚f，在PMSM定子和轉(zhuǎn)子鐵芯中，SMC鐵芯可以有效替代傳統(tǒng)的無取向電工鋼板。SMC鐵芯能夠生產(chǎn)幾何形狀復(fù)雜、重量輕、價格低廉、易于制造、鐵損低且損害有限的鐵芯。這種材料將繼續(xù)為同步電機設(shè)計帶來未來的創(chuàng)新，因為它產(chǎn)生3D磁通路徑的能力已經(jīng)讓位于各種有待開發(fā)的新型鐵芯。

SMC作為電工鋼疊片的有效替代物表現(xiàn)出最大的潛力，因為它極大地降低了渦流損耗，并且易于制造、便宜、重量輕且損害有限。其他創(chuàng)新材料雖然提供了顯著的性能優(yōu)勢，但也表現(xiàn)出相當(dāng)大的缺點，例如非晶材料的制造工藝?yán)щy以及納米晶材料的極端成本。在替代銅的高級定子繞組材料方面，對碳納米管和鋁都進行了研究。目前，這兩種材料作為同步電機設(shè)計的銅繞組替代物仍然是不完善的解決方案。鋁繞組提供了強大的重量和成本激勵，但對性能的損害較小，但不容忽視。然而，基于碳納米管的繞組提供了極大的重量和性能激勵，但目前仍然極其昂貴且難以制造。在磁體材料技術(shù)方面，最具潛力的未來磁體致力于去除其成分中的稀土金屬，因為這將為下一代電機提供巨大的成本降低優(yōu)勢。

總的來說，下一代材料在提高機器操作性能的同時降低重量和成本方面具有巨大的潛力。電機設(shè)計師應(yīng)根據(jù)具體情況分析每種先進材料的優(yōu)缺點，以確保選擇最適合其設(shè)計約束的材料。