DerRotorEin Gleichstrommotor besteht aus einem laminierten Stück Elektroblech. Wenn sich der Rotor im Magnetfeld des Motors dreht, erzeugt er eine Spannung in der Spule, die Wirbelströme erzeugt, eine Art magnetischer Verlust, und Wirbelstromverlust führt zu Leistungsverlust. Mehrere Faktoren beeinflussen die Wirkung von Wirbelströmen auf Leistungsverluste, beispielsweise das elektromagnetische Feld, die Dicke des magnetischen Materials und die Dichte des magnetischen Flusses. Der Widerstand des Materials gegenüber dem Strom beeinflusst die Art und Weise, wie Wirbelströme erzeugt werden. Wenn das Material beispielsweise zu dick ist, vergrößert sich die Querschnittsfläche, was zu Wirbelstromverlusten führt. Um die Querschnittsfläche zu minimieren, sind dünnere Materialien erforderlich. Um das Material dünner zu machen, verwenden Hersteller mehrere dünne Bleche, sogenannte Laminierungen, um den Ankerkern zu bilden. Im Gegensatz zu dickeren Blechen erzeugen dünnere Bleche einen höheren Widerstand, was zu weniger Wirbelströmen führt.
Die Wahl des für Motorbleche verwendeten Materials ist einer der wichtigsten Überlegungen im Motorkonstruktionsprozess. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit gehören kaltgewalzter Motorblechstahl und Siliziumstahl zu den beliebtesten Materialien. Stähle mit hohem Siliziumgehalt (2–5,5 Gew.-% Silizium) und dünne Bleche (0,2–0,65 mm) sind weichmagnetische Materialien für Motorstatoren und -rotoren. Die Zugabe von Silizium zu Eisen führt zu einer geringeren Koerzitivfeldstärke und einem höheren spezifischen Widerstand, und die Verringerung der Dicke der dünnen Platte führt zu geringeren Wirbelstromverlusten.
Kaltgewalzter laminierter Stahl ist eines der kostengünstigsten Materialien in der Massenproduktion und eine der beliebtesten Legierungen. Das Material lässt sich leicht prägen und verursacht weniger Verschleiß am Prägewerkzeug als andere Materialien. Motorenhersteller glühen motorlaminierten Stahl mit einem Oxidfilm, der den Zwischenschichtwiderstand erhöht und ihn mit Stählen mit niedrigem Siliziumgehalt vergleichbar macht. Der Unterschied zwischen laminiertem Motorstahl und kaltgewalztem Stahl liegt in der Stahlzusammensetzung und den Verarbeitungsverbesserungen (z. B. Glühen).
Siliziumstahl, auch Elektrostahl genannt, ist ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, dem eine kleine Menge Silizium zugesetzt wird, um Wirbelstromverluste im Kern zu reduzieren. Silizium schützt die Stator- und Transformatorkerne und reduziert die Hysterese des Materials, die Zeit zwischen der ersten Erzeugung des Magnetfelds und seiner vollständigen Erzeugung. Sobald das Material kaltgewalzt und richtig ausgerichtet ist, ist es für Laminierungsanwendungen bereit. Typischerweise sind Siliziumstahllaminate auf beiden Seiten isoliert und übereinander gestapelt, um Wirbelströme zu reduzieren. Der Zusatz von Silizium zur Legierung hat erhebliche Auswirkungen auf die Lebensdauer von Stanzwerkzeugen und -formen.
Siliziumstahl ist in verschiedenen Stärken und Güten erhältlich, wobei die optimale Sorte vom zulässigen Eisenverlust in Watt pro Kilogramm abhängt. Jede Sorte und Dicke wirkt sich auf die Oberflächenisolierung der Legierung, die Lebensdauer des Stanzwerkzeugs und die Lebensdauer der Matrize aus. Wie bei kaltgewalztem Motorlaminatstahl trägt das Glühen zur Festigkeit des Siliziumstahls bei, und der Glühprozess nach dem Stanzen beseitigt überschüssigen Kohlenstoff und reduziert so die Spannung. Abhängig von der Art des verwendeten Siliziumstahls ist eine zusätzliche Behandlung des Bauteils erforderlich, um die Spannung weiter abzubauen.
Der Herstellungsprozess von kaltgewalztem Stahl bietet dem Rohmaterial erhebliche Vorteile. Die Kaltwalzherstellung erfolgt bei oder leicht über Raumtemperatur, was dazu führt, dass die Stahlkörner in Walzrichtung länglich bleiben. Durch den hohen Druck, der während des Herstellungsprozesses auf das Material ausgeübt wird, werden die inhärenten Steifigkeitsanforderungen von Kaltstahl berücksichtigt, was zu einer glatten Oberfläche und präziseren und gleichmäßigeren Abmessungen führt. Durch den Kaltwalzprozess kommt es auch zu einer sogenannten Kaltverfestigung, die die Härte im Vergleich zu nicht gewalztem Stahl in den Güten vollhart, halbhart, viertelhart und oberflächengewalzt um bis zu 20 % erhöhen kann. Das Walzen ist in einer Vielzahl von Formen erhältlich, darunter rund, quadratisch und flach, und in verschiedenen Qualitäten, um den unterschiedlichsten Festigkeits-, Intensitäts- und Duktilitätsanforderungen gerecht zu werden. Aufgrund seiner geringen Kosten ist es nach wie vor das Rückgrat der gesamten Laminatherstellung.
DerRotorUndStatorin einem Motor bestehen aus Hunderten laminierter und verbundener dünner Elektrostahlbleche, die Wirbelstromverluste reduzieren und den Wirkungsgrad erhöhen. Beide sind auf beiden Seiten mit einer Isolierung beschichtet, um den Stahl zu laminieren und Wirbelströme zwischen den Schichten in der Motoranwendung abzuschneiden . Typischerweise wird das Elektroblech genietet oder geschweißt, um die mechanische Festigkeit des Laminats zu gewährleisten. Schäden an der Isolierbeschichtung durch den Schweißprozess können zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften, Veränderungen in der Mikrostruktur und der Entstehung von Eigenspannungen führen, was es zu einer großen Herausforderung macht, einen Kompromiss zwischen mechanischer Festigkeit und magnetischen Eigenschaften zu finden.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 28. Dezember 2021