电机铁损过大的核心原因可归结为材料特性、设计参数、制造工艺、运行工况四大维度,覆盖从硅钢片选型到电机实际运行的全链条,结合新能源汽车电机等高频、高温应用场景,具体根源如下:
一、材料层面:硅钢片性能不匹配或质量缺陷(铁损基线偏高)
1、硅钢片选型不当:
未根据电机工况(频率、温度)选用低损材料,比如高频工况(如 10kHz 以上)仍使用普通工频硅钢片,其涡流损耗随频率平方增长;或选用的硅钢片铁损等级(如 W15/50、W20/100)高于设计要求,直接导致铁损基准值偏高。
2、硅钢片质量问题:
材料本身存在晶粒不均匀、厚度偏差超标(过薄或过厚),或表面绝缘层破损、老化(导致片间短路,涡流损耗剧增);部分硅钢片磁滞回线宽、矫顽力大,或高温(120-150℃)下磁性能衰减严重,进一步加剧铁损。
3、加工损伤影响:
硅钢片冲裁、剪切过程中边缘产生塑性变形,形成 “边缘效应”,局部磁导率下降、矫顽力增大,导致局部铁损显著上升。
二、设计层面:参数不合理导致磁路损耗恶化
1、磁通密度与频率不匹配:
定子铁心齿部、轭部的磁通密度设计过高(如超过 1.5T,接近硅钢片饱和磁通密度),磁滞损耗随磁通密度的 1.6-2.0 次方增长,涡流损耗随磁通密度平方增长;高频工况下未选用薄规格硅钢片(如 25μm、35μm),涡流损耗无法有效抑制。
2、磁路结构设计缺陷:
定子槽型不合理(槽口过宽、齿宽不均匀)导致磁通分布畸变,漏磁增加;铁心叠压系数设计过低(叠片间隙过大),或转子磁钢槽结构导致漏磁严重,均会增大附加损耗;定转子气隙设计不均,加剧磁场波动。
3、谐波损耗未充分考虑:
逆变器供电的电机未预留谐波损耗余量,高次谐波(如 3 次、5 次)会产生谐波磁场,谐波铁损可能占总铁损的 30% 以上,尤其高频工况下更为突出。
三、制造层面:工艺偏差导致铁损额外增加
1、铁心加工与装配问题:
叠压时压力过大导致硅钢片绝缘层破损(片间短路),或压力不足导致叠片间隙过大;冲裁后未及时去毛刺、倒角,装配时划伤绝缘层;叠片对齐精度差,磁路不连续,漏磁损耗上升。
2、热处理工艺不当:
铁心冲裁、叠压后未进行退火热处理,或热处理温度、时间不合理,硅钢片内部应力无法释放,磁性能劣化,铁损显著上升。
3、绕组与磁路装配偏差:
绕组嵌线时损伤定子铁心,或匝间绝缘不良导致磁场畸变;定转子装配偏心、气隙不均匀(偏差超过 0.02mm),引发磁通波动,增加附加损耗。
四、运行层面:工况偏离设计要求或外部条件影响
1、极端工况长期运行:
电机长期超频(频率超过设计值 1.2 倍以上)、过载(负载超过额定负载 1.5 倍以上),导致磁通密度和频率同时升高,铁损呈非线性叠加增长;新能源汽车急加速、爬坡等工况易出现此类问题。
2、电源谐波含量过高:
逆变器输出波形畸变率大(如 THD>5%),高次谐波磁场加剧铁损;电机控制器算法不合理,也会导致谐波损耗增加。
3、温升恶性循环:
铁损过大导致铁心温度升高(超过 120℃),而高温会进一步恶化硅钢片磁性能(磁导率下降、铁损值上升),形成 “温升 - 铁损” 恶性循环,持续加剧损耗。
