CN1004527B - 可塑性磁性材料以及磁性槽楔的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种可塑性磁性材料，是一种应用于电机节能的新型材料，其中主要包含有导磁粉、高粘度树脂、石粉和（或）玻璃纤维及特殊的树脂硬化剂，这种可塑性磁性材料中磁粉含量可高达大约８５％（重），又可低至大约５５％（重）。这种材料可随电机槽型改变形状，与电机槽壁接触无间隙，并具有粘合牢固的特点，不但适用于小型及微型电机，而且可进一步提高中、大型电机的效率。本发明还涉及更简单地在电机槽口内形成磁性槽楔的为方法。

Description

可塑性磁性材料以及磁性槽楔的形成方法

本发明涉及可塑性磁性材料，以及在电机的定、转子的槽口上用这种材料形成槽楔的方法，这种磁性材料主要由导磁粉和高粘度树脂组成，是一种用作封闭电机槽口的物质，使用时成泥状，故又称为槽泥。

众所周知，电机为了将电能转化为机械能，必须在定、转子上开出槽孔并在槽孔内布置线圈，但由于槽口的存在，在电机内出现了槽齿效应，这就增加了电机自身的能耗，降低了电机的效率。并进而给电机带来一系列的问题，如温升增高，噪音加大，寿命缩短等等。因此，为了降低电机自身的损耗，提高电机的效率，就要设法减小槽齿效应。

目前，广泛采用的减小槽齿效应的方法是使用磁性材料作成的磁性槽楔，对于大中型高压电机来说，目前使用的是模压成型磁性槽楔，但这对于电机修理单位来说，需要库存各种各样的成型磁性槽楔，才能应付各种规格电机的检修需要，这不但要增加流动资金，而且有时也难免满足不了特殊规格电机的检修需要。成型磁性槽楔在使用过程中还有一个难于避免的缺点是，容易出现“脱楔”的问题。对于微型及小型低压电机来说，由于这类电机的槽孔形状复杂并且所需槽楔的断面又极小，致使成型磁性槽楔到目前为止，都无法在小型及微型低压电机上得到应用。目前，在小型及微型低压电机上是不用磁性槽楔的。

日本公开专利申请JP-59-21245记载的是制成电机磁性槽楔，其中是先向定，转子槽口内注入液状或油灰状磁性填充料，填充后硬化而得磁性槽楔。所用磁性材料包括磁粉，树脂和硬化剂以及无机填料和硬化促进剂等。其中的树脂为含至少一个环氧基的环氧树脂，而所用的硬化剂为4，4-二氨基二苯基甲烷或其诱导体单独或混合使用。硬化促进剂为对甲苯磺酸、水杨酸、叔胺和季铵等。但该日本专利申请所述发明达到的节能效果还不大理想。

因此，本发明的目的就是提供一种可塑性磁性材料，应用这种新型的磁性材料就可克服上述缺点。这种新型磁性材料的出现，不但能使新型电机的性能指标得到进一步的改善和提高，而且为社会上现有的大量旧电机的节能改造找到了一条有效的途径。在世界范围内，能源显得日益紧张的情况下，这一点就显得尤为重要。

按照本发明，这种可塑性磁性材料主要是由导磁粉和高粘度树脂组成的。不同槽型的电机需要不同导磁率的槽口封闭材料，调节这种磁性材料中导磁粉的含量就可达到不同的导磁率。当磁性材料中导磁粉的含量变化时，磁性材料的工艺适应性将发生变化，为了达到适应各种工艺条件的最佳稠度，可以加入适当量的石粉来调节可塑性磁性材料的稠度。也可在电机的定、转子上抹压本发明的这种可塑性磁性材料的过程中，使用酒精来调节其稠度。当将这种可塑性磁性材料用于封闭电机转子上的槽口时，可加入适宜量的玻璃纤维，以提高磁性槽材料的机械强度。

更具体地讲，在本发明提供的可塑性磁性材料中，导磁粉的含量为大约55～85%（重量），对于微型低压电机来说，建议优先选用低于大约65%（重量）的浓度;对于大型高压电机来说，建议优先选用高于大约80%（重量）的浓度。高粘度树脂的含量为大约7～15%（重量）;石粉的含量以不超过大约20%（重量）为好。在将本发明的磁性材料用于封闭电机转子上的槽口时，为了使磁性材料的强度达到使用要求，可加入适当量的玻璃纤维，其含量例如可高达大约3%（重量）。

本发明还涉及在电机的定、转子的槽口上形成磁性槽楔的方法，其中包括，首先制备一种均匀磁性混合物，然后将此均匀磁性混合物充填入电机的定、转子上槽孔内封闭绝缘层之后留出的槽口内，最后使这种磁性材料凝固下来。在使用冷凝型材料时，就不需要这最后的凝固步骤。在该方法中所用原料为一种可塑性磁性材料，也就是说，在所制得的原料混合物中主要包括导磁粉和高粘度树脂，在需要时，还可加入石粉和（或者）玻璃纤维。其中的玻璃纤维只在电机的转子上形成磁性槽楔时，才加入到预制成的混合物中去，或者在制备混合物时与其它成分同时加入。

在上述混合物中，导磁粉的含量为大约55～85%（重量），对于微型低压电机来说，建议优先选用低于大约65%（重量）的浓度;对于大型高压电机来说，建议优先选用高于大约80%（重量）的浓度，高粘度树脂的含量为大约7～15%（重量）;石粉的含量以不超过大约20%（重量）为好。在将本发明的磁性材料用于封闭电机转子上的槽口时，为了使磁性材料的强度达到使用要求，可加入适当量的玻璃纤维，其含量例如可高达大约3%（重量）。

在制备本发明的磁性材料时，所用铁粉不用加热。首先是用一种溶剂将高粘度树脂稀释开，并搅拌均匀。然后按比例加入导磁粉，一般为铁粉，待搅拌混合均匀后成为泥状物。将这样制得的泥状物经挥发（自然）或者蒸发（加温）将溶剂除掉之后，就使原有的泥状物成为粉状物，此为甲组份。再将树脂的硬化剂（或者叫凝固剂）溶于少量热水中，然后再加入适量酒精，配制成为乙组份。这甲、乙组份可作为商品运输。在现场配制并即时使用时，可将硬化剂直接加入溶剂中，配制成泥状物进行使用。

在制备本发明的磁性材料时，所用导磁粉的具体实施例子例如为二次还原铁粉，含铁量大于大约98%，粒度为大约75微米。所用高粘度树脂的具体例子为环氧树脂，例如型号为6101的环氧树脂，其环氧当量约为220克。所用石粉的具体例子为工业用滑石粉。这些原料都能在市场上买到，来源很方便。很明显，也可以使用其它型号的铁粉，高粘度树脂以及石粉。

本发明中所用溶剂为酒精和苯的1∶1混合物，在磁性材料的制备过程中，可使用机械的办法进行封闭操作。

而作为本发明的磁性材料中高粘度树脂的硬化剂，如果想配制成热凝型的磁性材料，用的是工业用乌洛托品;如果想配制成冷凝型的磁性材料，用的是三乙撑四胺。对于热凝型的磁性材料，其凝固条件为80～100℃+4～5小时左右;而对于冷凝型的磁性材料，其凝固条件为常温+8小时左右。在将热凝型的磁性材料进行加热凝固之前，先让其凉干大约3小时，这样可得到好结果。

本发明的可塑性磁性材料可用于封闭各种类型电机的定、转子上的槽口，包括大型、中型、小型以及微型电机，同步电机、异步电机以及直流电机的槽口。而且无论电机的槽型为何种型式，断面小到何种程度，例如家用微型电器以及小型仪器仪表上电机定、转子上的槽口，应用本发明的这种新型磁性材料后均可获得良好的工艺性、牢固性和耐久性。

本发明另一重要特点是可以使用乌洛托品（CH₂）₆N₄作为环氧树脂的硬化剂，这在到目前为止的文献中还未见记载过。而且一般常识认为，这是不大可能的，因为这种硬化剂一般都是用于使酚醛树脂凝固的。与常用的硬化剂比较，这种硬化剂还非常便宜，大约比常用硬化剂的价格低10倍左右，市场来源方便。此外，迄今为止所用的环氧树脂的硬化剂或者凝固剂都具有某种程度的毒性。而就制成热凝型的磁性材料来说，本发明就完全克服了这方面的缺点，这完全是出人意料的。这无论对于树脂的凝固技术来说，还是对于采用这种技术生产其它的产品，例如用高粘度环氧树脂生产本发明的可塑性磁性材料来说，都是一项重大的突破。这一新技术的应用范围远不止于生产本发明的磁性材料，还将在其它更为广阔的领域中得到应用。

根据本发明另一方面的特点，加三乙撑四胺可制成冷凝型的可塑性磁性材料，也就是说，与美国专利3，447，009比较起来，不需对铁粉进行加热，而后又无需加热凝固操作就可很方便地作成磁性槽楔，这种冷凝型磁性材料只需在常温下放置大约8小时就可凝固成型。既使是对于热凝型材料，也降低了加热温度并缩短了加热时间，如上所述只需在80～100℃加热大约4～5小时即可达到。

此外，在小型及微型电机中，一般来说是不用磁性槽楔的，而本发明提供的可塑磁性材料不但能有效地用在大、中型电机上，而且可有效地用在微型电机上，这为小型及微型电机应用磁性槽楔找到了行之有效的办法，电机应用这种磁性材料之后，对其起动转矩的影响没有超过规定的幅度。

虽然美国专利3，447，009中谈到的也是可塑性磁性材料，但其中的铁粉含量为至少大约70%（重量），这对于微型低压电机来说，是不合适的。因为应用这种材料之后，微型电机在运转时，起动转矩太低，甚至几乎不能转动，例如，用在电风扇上，就不能使电风扇以低转速转动。而在本发明中，可塑性磁性材料中的导磁粉含量可低至大约55%（重量），在微型电机上的使用效果仍然很好，还没有发现电机转矩有明显下降的现象。

在形成磁性槽楔时，既可用机械的方法，也可用手工的方法将本发明的可塑性磁性材料充填入电机的定、转子的槽口内。一般来说，比较大的电机制造厂家适宜于采用机械的办法制备可塑性磁性材料并形成可塑性磁性槽楔。对于一般的电机修理厂家以及其它临时的应用场合，可以采用手工的办法进行各项操作。

制备本发明的可塑性磁性混合材料时可以采用手工办法或者机械的办法将各组分充分混合，制成槽泥，只要混合均匀即可。而在随后将如此制得的磁性材料抹压入电机定、转子上的槽口内形成磁性槽楔时，也可以采用如上所述的手工或者机械的办法达到。使抹压形成的磁性槽楔凝固下来的方法是，对于热凝型的材料来说，先让其在常温下放置大约3小时，然后送入烘炉在80～100℃下加热大约4～5小时即可使其凝固下来。而对于冷凝型材料来说，只需在常温下放置几小时就可自然凝固成型。

本发明提供的可塑性磁性材料为可塑性的泥状物质，不论电机定、转子的槽型如何，只要将此材料抹压入电机定、转子槽口内就可达到节能的效果，这种磁性材料与槽孔的壁之间具有极强的粘合力，凝固下来之后，结合牢固，不易脱落。

在实施本发明的过程中，还可根据需要，在本发明的可塑性磁性材料中加入其它的添加剂。

正如上面所述，按照本发明提供的可塑性磁性材料，可在电机制造以及电机修理业中得到广泛的应用，经济效果是很显著的，这在下面的实施例中明显地表现出来了。特别是在电机修理业中，为各种类型的电机应用可塑性磁性材料制成的磁性槽楔提供了方便。并且可避免在电机应用模压成型槽楔时出现的“脱楔”现象。对大中型电机来说，应用这种材料后，其节能效果更好。更为重要的是为小型及微型低压电机应用磁性槽楔提供了可能和方便。而且更进一步简化了制备可塑性磁性材料以及形成磁性槽楔的方法。在本技术领域中，到目前为止，都未曾注意解决这些问题。

本发明的可塑性磁性材料应用于电机的具体实施方案示于附图中，其中表明了在不同槽型的电机定子上用本发明的可塑性磁性材料形成磁性槽楔的示意图。

图1为本发明的可塑性磁性材料应用在闭口槽电机定子上形成的磁性槽楔示意图。

图2为本发明的可塑性磁性材料应用在开口槽电机定子上形成的磁性槽楔示意图。

图3为本发明的可塑性磁性材料应用在半开口槽电机定子上形成的磁性槽楔示意图。

如附图所示，序号1为应用本发明的可塑性磁性材料形成的磁性槽楔;序号2为压紧线圈用的玻璃丝布层压板薄片，起压紧和绝缘的作用;序号3为电机线圈;序号4为电机定子铁心。还可在磁性槽楔的形成过程中开出槽口或者插入阻磁板，达到定向导磁的目的。

下面，将通过实施例并同时参照附图来详细说明本发明的可塑性磁性材料以及用此材料在电机定、转子上形成磁性槽楔的方法，但应当注意，如下所述不应理解为是对本发明的限制，而只是本发明的部分实施方案。

实施例1

配制可塑性磁性材料

在本实施例中，配制了本发明的6种可塑性磁性材料，成为CC系列节能材料，其中CC-101的配制过程如下。

①将12.2%（重量）的环氧树脂与5%（重量）的溶剂（酒精与苯的1∶1混合液）相混合，待搅拌均匀后，再逐渐加入82%（重量）的铁粉，经搅拌均匀后使其成为泥状物。

②将经过上述过程制得的泥状物，经挥发（自然）或蒸发（加温）将溶剂除掉，使原来的泥状物变成粉状物，此为甲组份。

③将0.8%（重量）的乌洛托品溶于少量70～80℃的热水中，热水用量以通过搅拌能将乌托品全部溶解为限，然后加入酒精使该混合液的重量百分比达到5.8%，此为乙组份。

④上述甲乙两组份可分别方便地进行包装和运输。使用时，再将这两组份混合起来，搅拌均匀后即可使用。这最后一步是在使用现场进行的。

按照上述的配制过程，配制了其它5种本发明的可塑性磁性材料，只是其中的原料组分不同而已。这5种材料所用原料及上述材料组分列于表1，表中各组分为如上所述的具体例子。

表1

CC系列材料配比

在这样配制出的一系列可塑性磁性材料中，如表1所示，CC-101，CC-102，CC-103为热凝型磁性材料，CC-201，CC-202，CC-203为冷凝型材料。其中，CC-103与CC-203可在微型电机上使用，CC-102以及CC-202可在小型异步电机上使用，而CC-101和CC-201可在中、大型异步电机上使用。本实施例的几种可塑性磁性材料及其性质列在表2里。

实施例2

在电机的定、转子的槽口上形成磁性槽楔

在本实施例中，以CC-101材料为例，说明了CC-101的使用方法以及在电机定、转子的槽口上形成磁性槽楔的方法。

①当电机在槽孔内嵌线完毕后，在上部线圈上垫一张1～2毫米厚的绝缘纸板，然后在槽的中部和两端分别打入三段压紧槽楔（槽楔用环氧玻璃丝布板制成，厚3毫米，已磨成30℃角，中部用的长20毫米，两端用的长40毫米）。

②待电机全部嵌线和安装压紧槽楔完毕并连线及绑扎完毕之后，用1.5～2毫米的绝缘纸板剪成与电机的幅向通风道同宽度（紧配合）的纸条，压入风道，以将风道全部堵死。

③用抹子将配制好的CC-101材料抹压入电机的各个槽口内，抹压入的CC-101材料超过槽口平面，然后用薄金属片铲平，该过程的操作顺序是，先操作电机的上部，后操作下部，否则，会在操作上部时将已操作完成的下部毁掉。

④电机抹压CC-101材料的操作全部完成之后，取下堵死风道的纸条，凉干3小时，然后送入烘炉加热（100℃左右）大约4小时，CC-101材料即可完成硬化过程，从而形成电机的磁性槽楔。对于冷凝型材料来说，这最后一步只需在常温下放置8小时左右即可达到。

在修理旧电机时，先取下已废旧的槽楔，然后用绝缘层预封槽口，这时要在上部留出1.5～2毫米的空高，再用抹压法将CC-系列材料充填入留出的槽口内。

在现场用预先配制好的甲、乙两组分调制CC-系列材料时，是用酒精来调节其稠度的。

本发明的CC系列节能材料的凝固条件也列在表2之中。

表2

本发明的可塑性磁性材料具有很强的粘合力，待凝固之后，本发明的CC系列磁性材料与电机定、转子上的槽口壁之间结合牢固，在随后的电机运转过程中，可与B级绝缘的电机同寿命。

实施例3

在本实施例中，试验了本发明提供的可塑性磁性材料用于各种类型电机的情况，试验结果列于表3，该表中的数据是这样得来的，即在抹压本发明的CC系列材料前、后，对电机各作一次损耗测试，以获得一系列表明本发明可塑性磁性节能材料的节能效果数据。在实施本发明的过程中，无测试手段的用户，可通过测量电机的例如温升来进行对比，当然也可以测试其它的性能指标来确定本发明磁性材料的使用效果。

这一系列试验表明了使用本发明的CC系列材料所获得的节能效果。使用本发明的节能材料能使低效率电机变成高效率电机，使Y系列的电机的效率再提高0.5%左右，这对于各

表3

采用CC系列节能材料前后电机性能对比表

表3（续）

采用CC系列节能材料前后电机性能对比表

种类型的新、旧电机来说，都具有非常明显的经济价值。

试验中发现，使用本发明的CC系列材料之后，电机的起动力矩略有下降，但未超过国家规定允许的10%的裕度。

更具体地讲，从表3中可更清楚地看到本发明的如下特点。

①使用本发明的CC系列材料后达到的节能效果显著。使用CC系列材料之后，电机损耗可平均下降15.4%。一台Jo₂系列75千瓦电机，使用此材料后，空载电流I。比改造前下降了7.5%，若按负荷率75%，每日运转16小时计算，年节电6000多度。一台120瓦家用洗衣机的电机，用此材料改造之后，总损耗可减少6瓦。一台44瓦家用电风扇的电机，用此材料改造之后，总损耗可减少5瓦。

②本发明的CC系列材料应用范围之泛。CC系列节能材料根据不同使用对象和使用条件设计为多种型号，适用于各种类型电机，尤其适用于Jo、Jo₂、Jo₃、JR、JS类型的中型及微型电机。应用本发明的磁性材料改造之后的以上类型电机，空载电流可下降5～6%，总损耗下降5～15%，电机效率提高0.5～2%，温升降低5～15℃，绝缘寿命相应延长，噪声和振动也都明显降低。既使是Y系列高效率电机，应用本发明的磁性材料之后，效率亦可提高0.5%左右。

③本发明的可塑性磁性槽材料使用方便。可在普通作业场地和常温条件下得到应用，也就是说，该材料具有广泛的适应性和实用性，一般的工矿企业，包括电机制造厂家、电机修理单位以及电机使用单位，在不增加设备投资和使用场地的情况下就能使用本发明的可塑性磁性槽材料以及实施本发明的方法。

④制备本发明的可塑性磁性槽材料所用的原材料范围很广泛，可以应用如上所述的各种原料。

⑤使用了本发明的可塑性磁性材料之后，电机运转稳定可靠，CC系列材料的设计性能和实际应用效果均证明，此材料可以满足电机各项性能指标和技术要求。在65℃条件下，应用本发明的磁性材料的电机经过2000次正反转起动试验之后，证明效果良好。已应用本发明的可塑性磁性材料并按本发明的方法形成磁性槽楔的电机，运转近两年之后，仍然安全可靠。

Claims (7)

1、用于在电机定、转子槽口内形成磁性槽楔的可塑性磁性材料，组成中55-85%（重量）为磁性组分、7-15%（重量）为环氧树脂组分，余量为硬化剂和溶剂，其特征在于所说的硬化剂是鸟洛托品（CH₂）₈N₄。

2、根据权利要求1所述的可塑性磁性材料，其特征在于，所说的磁性组分含量为80-85%（重量）。

3、根据权利要求1所述的可塑性磁性材料，其特征在于，所说的磁性组分含量为55-65%（重量）。

4、根据权利要求1、2或3所述的可塑性磁性材料，其特征在于，所说的磁性组分为含铁量为98%的二次还原铁粉，其粒度为大约75微米。

5、根据权利要求1所述的可塑性磁性材料，其特征在于，所说的磁性材料中可进一步包括石粉和（或者）玻璃纤维。

6、用根据权利要求1-5中的任何一项所述的可塑性磁性材料在电机的定、转子上开出槽孔并布置线圈之后余下的槽口内形成磁性槽楔的方法，其特征在于，该方法包括，制备一种均匀的磁性混合物料，该混合物料中包括磁性组分，环氧树脂组分，树脂硬化剂，还可加石粉和（或者）玻璃纤维，将该混合物抹压入所说的槽口内，在此之后，使抹压的物料凝固下来。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，使抹压物料凝固下来的方法是，对于热凝型材料来说，为常温·3小时+80-100℃·4-5小时左右。

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