在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的能量損耗列表中，除了有上期內(nèi)容聊到主要由繞組線圈引發(fā)的銅損耗，還有和其命名十分相像的鐵損耗。鐵損耗的來源和銅損耗大致相同，都是因?yàn)榻饘倬哂械膶傩蕴匦圆艑?dǎo)致的，對于使用交流電獲得驅(qū)動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，渦流損耗和磁滯損耗是最讓人頭疼的兩個(gè)問題，這兩種損耗也被統(tǒng)稱為鐵損耗。

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【鐵損耗】渦流損耗和磁滯損耗是什么？

金屬材料作為制造機(jī)械的重要組成部分，這點(diǎn)是毋庸置疑也是不可避免的市場現(xiàn)象，為了降低驅(qū)動(dòng)電機(jī)在正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的能量損耗，除了繞組線圈的材料要進(jìn)行精挑細(xì)選，同為驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)鍵零部件的定子和轉(zhuǎn)子的鐵心也是如此。

當(dāng)下市場中制作驅(qū)動(dòng)電機(jī)鐵心常見的材料為冷軋硅鋼片，這也是經(jīng)過工程師們的苦心研究后所采用的材料。可能有些細(xì)心的同學(xué)又要問了，硅比銅的電阻值要大，不是說電阻越大能量損耗越大嗎？

其實(shí)繞組線圈和鐵心在選取制作材料時(shí)，它們所關(guān)注的重心是不太一樣的，前者可能是礙于金屬材料電阻值的考究，后者則更注重材料通電后的渦流損耗和磁滯損耗。導(dǎo)體在非均勻磁場中移動(dòng)或處在隨時(shí)間變化的磁場中時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部會(huì)形成類似閉合圓圈狀的電流線，形成這一現(xiàn)象的過程中會(huì)消耗掉電能，在物理學(xué)中它的學(xué)名叫渦流損耗。

這就相當(dāng)于我們平時(shí)跑步，正常勻速跑動(dòng)雖然會(huì)消耗體力，但也屬于是人體可以接受的范圍之內(nèi)，畢竟只要是運(yùn)動(dòng)都會(huì)消耗自身的體能，可如果開跑之后并不是勻速跑動(dòng)，而是一會(huì)跑的飛快，一會(huì)又跑的很慢，這樣快慢不一且不斷循環(huán)下去，身體可能就負(fù)擔(dān)不了這種負(fù)荷了。

磁滯損耗是金屬材料作為一種磁介質(zhì)，通電后在反復(fù)磁化、去磁化的過程中，它的磁性狀態(tài)在不斷變化，同時(shí)磁化強(qiáng)度要滯后于磁場的整體強(qiáng)度，這種磁滯現(xiàn)象會(huì)消耗額外的電能產(chǎn)生額外的熱量，要想降低這些損耗就必須使用高導(dǎo)磁率材料。

通俗點(diǎn)說就像短跑運(yùn)動(dòng)員在比賽，起跑時(shí)由靜止?fàn)顟B(tài)逐漸加速至自身奔跑的最高速度，當(dāng)運(yùn)動(dòng)員以最高速度沖過終點(diǎn)線后，并不能立刻處于靜止的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而是會(huì)繼續(xù)向前跑一段距離才能停下來，雖然這段距離是不納入比賽成績的，但仍然在消耗運(yùn)動(dòng)員的體能。

冷軋硅鋼片是“渦-磁”的克星？

金屬材料那么多，為什么工程師們要選擇冷軋硅鋼片呢？這是因?yàn)槔滠埞桎撈瑢儆跓o取向電工鋼中的一種類型，其獨(dú)特之處在于材料自身具有磁各向異性，即磁性沒有固定方向且能隨著方向變動(dòng)的現(xiàn)象，因此也就鑄就了它高磁感、高導(dǎo)磁率和低鐵損等優(yōu)秀屬性。

再者就是硅鋼自1900年被英國人發(fā)現(xiàn)以后，一百多年來經(jīng)過熱軋、冷軋等歷史進(jìn)程的磨礪后，它的生產(chǎn)制作工藝可以說是非常成熟了，并且在工業(yè)和軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，使用這種材料是從可靠程度和成本等綜合考慮下的決策。因?yàn)槔滠埞桎撈哂辛己玫膶?dǎo)磁性，這項(xiàng)屬性對降低磁滯損耗有著積極的作用。

從相關(guān)的物理學(xué)公式能夠得知，當(dāng)確定了導(dǎo)體材料和電磁場運(yùn)動(dòng)形態(tài)的情況下，渦輪損耗數(shù)值的大小和導(dǎo)體形狀有著很大關(guān)系，并且導(dǎo)體橫截面積越厚那么能量的損耗數(shù)值就越大。有趣的是，如果導(dǎo)體的電阻值越大，那么渦輪損耗所消耗的電能便會(huì)減少，這點(diǎn)倒是和銅損耗有點(diǎn)對著干的意思，這也解釋了為什么鐵心要使用電阻值相對較大的硅作為原材料。

上文也提到了，在其它條件已經(jīng)確定的情況下，導(dǎo)體橫截面積越厚那么能量的損耗數(shù)值就越大，反之如果把鐵心做成薄片的形狀，那么渦流損耗的數(shù)值就會(huì)相對變小了嗎？

答案確實(shí)是這樣，為了能降低渦流損耗的數(shù)值，工程師們把硅等金屬材料先制成冷軋硅鋼片，再把數(shù)量眾多的冷軋硅鋼片疊放在一起，最后通過壓力機(jī)等裝置壓制成驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的鐵心。

綜合來看能夠做到厚度薄、電阻大，且還要具備良好的導(dǎo)磁性等屬性，同時(shí)還要滿足合理的生產(chǎn)制作成本，在整個(gè)工業(yè)制造領(lǐng)域中進(jìn)行篩選的話，冷軋硅鋼片就成了一個(gè)很好的選擇。

寫在最后：

定子和轉(zhuǎn)子是驅(qū)動(dòng)電機(jī)不可或缺的重要組成部分，組成這兩者所必需的鐵心卻受到渦流損耗和磁滯損耗的影響，為了降低能量的損耗在選材上就必須非常謹(jǐn)慎，材料不僅要具有高磁感、高導(dǎo)磁率和低鐵損等屬性，還要具有可靠的成熟技術(shù)和相對合理的生產(chǎn)制作成本，綜合來看冷軋硅鋼片算是一個(gè)比較合理的解決辦法。說完了鐵損耗，下期內(nèi)容將繼續(xù)和大家一起聊聊驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)械損耗，有興趣的朋友記得持續(xù)關(guān)注《拆車坊》。