电机材料：硅钢片（三）

在这篇文章中，我们将探讨方向性硅钢片（也称为Grain-oriented Electrical Steel）。该材料以其高导磁性和低铁损特性而受到注目。通过以下两张表格的比较，我们可以发现，方向性硅钢片的导磁能力从无方向性硅钢片的1.65T提升到1.88T，这样的增长达到了约14%。在铁损上，方向性硅钢片每公斤的损失从5.6W降低到了1.78W，这个降幅达到了近70%。这种在提升导磁能力的同时，大幅降低损耗的特性，使得方向性硅钢片在变压器领域已经成为主流。然而，该材料在电机领域的应用并不广泛，主要的问题在于其方向性。

关于方向性硅钢片的导磁力，并非在所有方向上都有所提升，其实际表现如下图所示。无方向性硅钢片的磁力可以向任何方向传递，传递的能量阻力是相同的，就像蜂巢结构一样，通过六边的每一侧，都需要付出相同的能量代价。然而，方向性硅钢片却像是将蜂巢压扁，造成能量如果沿着特定方向传递，可以传递的距离会变长，但垂直于该方向的距离则会相对缩短，这意味着当要传递到正交方向时，反而需要付出更大的能量代价。从数据比例来看，原本无方向性硅钢片的磁通密度为1.65T，而方向性硅钢片的磁通密度增加到1.88T，这意味着方向性硅钢片的正交方向磁通密度将会降至1.42T，以达到等价交换的原则。

此外，这种强化的方向基本上与压延方向一致，如下图的蓝色箭头所示。如果磁路沿这个方向走，就会有提高磁通量和降低铁损的效果。

在电机的应用中，磁通方向大致都以径向（朝向圆心）为主，如下图所示。只有两个齿齿走向左右的磁通路径，其他齿的磁力方向并不符合左右轴方向。这种情况不仅没有带来额外的好处，反而可能产生负面影响。因此，方向性硅钢片在电机的应用上，其效果会大幅降低，导致其在电机应用中的使用率非常低。

然而，就像没有卖不出去的商品，只有做不好的销售一样，方向性硅钢片有其明显的优点和缺点。不能我们就不能善加利用其优点，同时规避其缺点，以此达到实用的可能性呢？实际上，对我而言，至少有三种电机很适合使用方向性硅钢片。不过，如果考虑到经济价值，可能只有一种最为合适。性能上适合使用方向性硅钢片的电机包括：串激电机的定子部分，但由于只有定子部分，加上串激电机的效率和单价都不理想，因此使用高效能材料的经济价值并不高。第二种适合的电机是蔽极电机的定子部分，但其经济效益与串激电机相同，并不理想。最适合的选择是Poki-Poki电机，方向性硅钢片的优点完全符合Poki-Poki电机追求最高效率的目标。

然而，如同之前提到的，方向性硅钢片并未受到电机业界的重视，因此也少有人选用，这实在是相当遗憾。