CN102761175A - 轴向磁场用定子铁心及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴向磁场用定子铁心的制造方法，所述定子铁心为圆环体，并且在一个环形端面上具有多个轴向齿槽，所述制造方法包括下述步骤：使用辊剪装置将成卷的合金宽带沿着合金宽带的长度方向辊剪成宽度与成品定子铁心的高度相同的合金带材，并将所述合金带材进行重新卷绕以形成具有预定的内径和外径的环形合金铁心；将所述环形合金铁心粘结在环形的第一护盒中；通过切割加工方式将所述环形合金铁心与所述第一护盒一起进行齿槽加工，以形成具有轴向齿槽结构的合金定子铁心；将所述合金定子铁心进行退火处理；将经退火处理的合金定子铁心装入结构与所述合金定子铁心的轴向齿槽结构对应的第二护盒中并进行粘结固定，从而得到成品定子铁心。
Description
技术领域
本发明属于电机的磁路零部件领域，具体地讲，本发明涉及一种轴向磁场电机用非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心及其制造方法，这种定子铁心尤其适合应用在要求高效节能的高转速、高功率密度及高转矩密度电机。
背景技术
目前，电机的很多应用领域，例如电动汽车、航空航天、高速机床、高速压缩机等等，不仅要求电机具有高效率，还要求电机具有高功率密度、高转矩密度或者高转速等特性。传统硅钢电机的铁心损耗随着频率的升高迅速增加，很难甚至无法满足很多应用领域对电机提出的越来越苛刻的性能要求。非晶、微晶及纳米晶合金软磁材料一般都具有低损耗、高磁导率、高强度和耐腐蚀等特性，近年来用其替代硅钢应用于高频电机定子铁心的研究受到人们的高度重视。
一般，非晶、微晶及纳米晶合金带材都是具有恒定宽度的连续的薄带材料。在制作径向磁场定子铁心时，制作铁心的外径受到带材宽度的限制，而且材料的利用率也很低，一般在20％以内。然而，制作轴向磁场电机定子铁心时电机的最大功率受带材宽度的影响很小，材料的利用率也会大幅度提高，而且轴向磁场铁心还具有槽型简单且便于加工的优势。与径向磁场电机相比，轴向磁场电机具有功率密度和转矩密度高、轴向距离短而利于散热等优势，所以非晶、微晶及纳米晶合金应用于轴向磁场电机定子铁心更具优势。
1998年，美国LE公司的专利申请US005731649A尝试了使用卷绕后经树脂热固化成型的非晶块体组合成电机定子铁心。然而，由于直接使用卷绕的非晶圆柱作为定子铁心的齿部，铁心内部的涡旋电流构成环路，导致铁损较大。
2006年，美国LE公司在专利US7018498B2中公开了一种首先使用树脂热固化成型的方法制作出环形非晶合金块体，再铣削出轴向齿槽结构的制作非晶合金定子铁心的方法。由于经退火处理的非晶合金材料会变得很脆，尤其对于齿槽密集的铁心进行铣削加工容易发生齿部变形、损坏或者脱落的问题，从而会影响铁心成品率。此外，铣削加工将在铁心内部引入无法消除的加工引力，将在一定程度上导致铁心软磁性能下降。
2010年，日本株式会社日立产机系统的专利申请CN101741153A中也公开了一种轴向磁场电机用非晶合金定子铁心的制作方法。在该制作方法中，首先以树脂铸型的方式制作出环形非晶合金块，接着沿轴向切割成多个形状和大小完全相同的棒状非晶块，再使用圆盘状铁心保持部件将这些棒状非晶块组合成定子铁心。该方法制作的非晶合金定子铁心由多个小非晶块体组成，内部存在气隙，而且还需要使用铁心保持部件把分离的非晶铁心块体组合到一起，因此，工序复杂，结构稳定性也存在着隐患。
综上所述，现有轴向磁场非晶合金电机铁心的制作方法均采用树脂固化成型后再进行结构加工的方法，树脂成型会引入很强的粘结引力，导致铁心性能大幅度下降。
发明内容
为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提供了一种使用护盒成型制作高性能轴向磁场电机用非晶、微晶及纳米晶合金定子铁心的方法。
本发明的目的在于提供一种轴向磁场电机用非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心及其制造方法，该方法制造的非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心不仅软磁性能优异，而且生产工艺简单、产品成品率高。
根据本发明的上述特征、目的和优点通过提供一种轴向磁场用定子铁心的制造方法来实现，所述定子铁心为圆环体，并且在一个环形端面上具有多个轴向齿槽，其中，所述制造方法包括下述步骤：使用辊剪装置将成卷的合金宽带沿着合金宽带的长度方向辊剪成宽度与成品定子铁心的高度相同的合金带材，并将所述合金带材进行重新卷绕以形成具有预定的内径和外径的环形合金铁心；将所述环形合金铁心粘结在环形的第一护盒中；通过切割加工方式将所述环形合金铁心与所述第一护盒一起进行齿槽加工，以形成具有轴向齿槽结构的合金定子铁心；将所述合金定子铁心进行退火处理；将经退火处理的合金定子铁心装入结构与所述合金定子铁心的轴向齿槽结构对应的第二护盒中并进行粘结固定，从而得到成品定子铁心。
根据本发明，所述合金宽带为微晶合金宽带、非晶合金宽带或纳米晶合金宽带。根据本发明的一个实施例，所述合金宽带可以选自于铁基合金、铁镍基合金或钴基合金的微晶、非晶或纳米晶合金宽带。
根据本发明，所述第一护盒可以由能够承受380℃以上的退火温度的材料制成。根据本发明的一个实施例，所述第一护盒可以由硅钢、无磁不锈钢、铁、铁合金、铝、铝合金、铜、铜合金、钛或者钛合金制成。
根据本发明，可以利用第一粘结剂将所述环形合金铁心粘结在所述第一护盒中。根据本发明的一个实施例，所述第一粘结剂可以由能够承受380℃以上的退火温度的材料制成。
根据本发明，所述切割加工方式可以为电火花线切割、砂轮切割、激光切割、等离子切割和水切割中的一种。根据本发明，在进行齿槽加工的步骤中，当产生高温时，可以进一步执行冷却步骤，以形成具有轴向齿槽结构的合金定子铁心。根据本发明的一个实施例，所述冷却步骤为水冷、油冷或者惰性气体冷却。
根据本发明，在将所述环形合金铁心进行齿槽加工的步骤中，槽的形状可以为短形或上宽下窄的梯形，并且在所述环形合金铁心的端面上为开口槽。
根据本发明的一个实施例，在进行退火处理的步骤中，可以在氮气、氢气或氩气的保护气氛下进行。根据本发明的另一实施例，在进行退火处理的步骤中，可以在施加磁场的条件下进行，磁场方向沿所述环形合金铁心的圆周方向或沿所述环形合金铁心的齿的方向。
根据本发明，所述第二护盒由能够随电机稳定工作时的高温环境并且具有绝缘性的材料制成。根据本发明的一个实施例，所述第二护盒可以由高温塑料、硅胶、耐高温尼龙和耐高温树脂中的一种材料制成。
根据本发明，可以利用第二粘结剂使合金定子铁心粘结固定于第二护盒。根据本发明的一个实施例，所述第二粘结剂可以由能够承受电机稳定工作时的最高温度的材料制成。
根据本发明的一个实施例，所述第二护盒的齿端面的护盒壁是薄的。根据本发明的另一实施例，所述第二护盒的齿端面可以直接暴露于外部。
根据本发明的上述特征、目的和优点通过提供一种轴向磁场用定子铁心，所述定子铁心为圆环体，其中，由合金带材经辊剪、卷绕、齿槽加工及退火处理得到所述定子铁心，所述定子铁心由环形的护盒和具有轴向齿槽结构的护盒固定成型，在所述定子铁心的一个环形端面上具有多个轴向齿槽，所述多个轴向齿槽的端面处在同一圆面上，并且具有相同的大小和形状。
根据本发明，所述定子铁心具有低铁心损耗，适合用于频率高于400Hz的高频电机。
根据本发明，所述定子铁心可以为微晶合金定子铁心、非晶合金定子铁心或纳米晶合金定子铁心。根据本发明的一个实施例，所述合金定子铁心可以选自于铁基合金、铁镍基合金或钴基合金的微晶、非晶或纳米晶合金定子铁心。
附图说明
通过参照附图详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的实施例的上述和其它特征及方面将变得更加清楚。在附图中：
图1为示出了根据本发明的具有一定宽度的非晶合金薄带卷绕成具有预定内外径的环形非晶合金铁心的示意图；
图2为示出了根据本发明的环形非晶合金铁心护盒的示意图；
图3为示出了根据本发明的装入护盒的环形非晶合金铁心加工齿槽后得到的轴向磁场非晶合金定子铁心的外观示意图；
图4为示出了根据本发明的带有轴向齿槽结构的非晶合金定子铁心护盒的示意图；
图5为根据本发明实施例的轴向磁场用非晶合金定子铁心和根据现有技术的硅钢定子铁心在磁通密度为0.6T、频率在0.05～1.00kHz范围内的损耗曲线，其中，A表示根据现有技术的牌号为DR255的硅钢铁心，B表示根据本发明实施例的非晶合金定子铁心；
图6为根据本发明实施例的轴向磁场用非晶合金定子铁心和根据现有技术对比例的硅钢定子铁心在磁通密度为1.0T时，频率在0.05～1.00kHz范围内的损耗曲线，其中，A表示根据现有技术的牌号为DR255的硅钢铁心，B表示根据本发明实施例的非晶合金定子铁心。
具体实施方式
在现有技术中，对于轴向磁场非晶合金电机铁心的制作，通常采用树脂固化成型然后再进行结构加工的方法，但是由于树脂成型会引入很强的粘结引力，会导致铁心性能大幅度下降。鉴于此，本发明提供了一种使用护盒成型制作高性能轴向磁场电机用非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心的方法。
具体地讲，根据本发明的轴向磁场用定子铁心的制造方法包括以下步骤：使用辊剪装置将成卷的合金宽带沿着合金宽带的长度方向辊剪成宽度与成品定子铁心的高度相同的合金带材，并将所述合金带材进行重新卷绕以形成具有预定的内径和外径的环形合金铁心；将所述环形合金铁心粘结在环形护盒中；通过切割加工方式将所述环形合金铁心与所述环形护盒一起进行齿槽加工，以形成具有轴向齿槽结构的合金定子铁心；将所述合金定子铁心进行退火处理；将经退火处理的合金定子铁心装入合金定子铁心护盒中并进行粘结固定，从而得到成品定子铁心。
本领域技术人员应该明白，非晶合金、微晶合金和纳米晶合金是三种不同结构的软磁合金材料，均可以从市场上直接获得，由于这三种合金一般都是具有一定宽度的长度方向连续的薄带，根据本发明的铁心的制作方法能够适合使用这三种软磁合金薄带制作铁心。使用非晶合金薄带制作的铁心称为非晶合金铁心，使用微晶合金薄带制作的铁心称为微晶合金铁心，使用纳米晶合金制作的铁心称为纳米晶合金铁心。
为了更好地解释本发明，下面将参照附图来充分地描述根据本发明的轴向磁场用定子铁心及其制造方法。
图1为示出了根据本发明的具有一定宽度的非晶合金薄带卷绕成具有预定内外径的环形非晶合金铁心的示意图，图2为示出了根据本发明的环形非晶合金铁心护盒的示意图，图3为示出了根据本发明的装入护盒的环形非晶合金铁心加工齿槽后得到的轴向磁场非晶合金定子铁心的外观示意图，图4为示出了根据本发明的带有轴向齿槽结构的非晶合金定子铁心护盒的示意图。
根据本发明的高性能轴向磁场电机用合金定子铁心为圆环体，并且在一个环形端面上具有多个径向开口齿槽(见图3中的标号9)。下面将结合图1至图4来详细地描述根据本发明的高性能轴向磁场电机用合金定子铁心的制造方法。
根据本发明的高性能轴向磁场电机用合金定子铁心的制造方法，首先，使用辊剪装置将成卷的合金宽带沿着其长度方向辊剪成具有固定宽度的合金带材，然后将合金带材进行重新卷绕以形成具有预定的内径和外径的环形合金铁心，其中，所述固定宽度与成品定子铁心的高度相同。图1示出的是在采用非晶合金宽带制造非晶定子铁心时的情形。如图1所示，利用辊剪装置将非晶合金宽带1沿着其宽度方向辊剪成宽度与成品定子铁心的高度相同的非晶合金带材，然后将其重新卷绕以形成具有预定内径r1和预定外径r2的环形合金铁心2。
应该理解的是，虽然图1示出的是非晶合金带材的情形，但是图1同样适用于微晶或纳米晶带材的情形。因此，为了便于描述，下面的附图以非晶合金铁心为示例，然而，本发明不限于此，同样适用于微晶合金或纳米晶合金铁心的实施例。根据本发明，合金宽带可以选自于铁基、铁镍基或者钴基非晶合金、微晶合金及纳米晶合金宽带。
接着，将卷绕好的环形合金铁心粘结在环形的第一护盒中，第一护盒的尺寸与环形合金铁心的尺寸基本相同。具体地讲，参照图2，第一护盒3由内壁4、外壁5和底部6三部分组成，用来容纳环形合金铁心，从而通过粘结剂与环形合金铁心形成一体。第一护盒3的内径、外径和高度分别与环形合金铁心2的内径r1、外径r2和高度相同或基本相同，以与环形合金铁心成为一体。
根据本发明的实施例，第一护盒3的材质必须能够承受≥380℃的退火温度，而且要便于与环形铁心同时进行齿槽切割加工。根据本发明的一个实施例，第一护盒3的材料可以选自于硅钢、无磁不锈钢、铁、铁合金、铝、铝合金、铜、铜合金、钛和钛合金中的一种。
根据本发明，采用粘结剂将环形合金铁心粘结在环形护盒中，其中，该粘结剂也必须能够承受≥380℃的高温。根据本发明的一个实施例，粘结剂可以选用有机粘结剂，例如，有机硅类胶、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、耐温环氧胶或聚酰亚胺胶等。根据本发明的另一实施例，粘结剂可以选用无机粘结剂，比如型号为TW-1011、SL8303、SL8301、SL8302以及ZS-1071的无机粘结剂等。然而，本发明不限于此，本领域技术人员可以根据实际情况选用能够耐受380℃以上高温的粘结剂。此外，在将环形合金铁心粘结在环形护盒中时，要控制粘结剂的使用量，既要保证粘结强度，又要防止使用粘结剂过量造成多余的粘结剂浸入环形铁心层间缝隙影响铁心性能。
然后，通过切割加工方式将环形合金铁心与环形的第一护盒一起进行齿槽加工，以形成具有轴向齿槽结构的合金定子铁心。图3示出了具有轴向齿槽结构的非晶合金定子铁心7。参照图3，非晶合金定子铁心7由本体8和围绕着本体8的上表面设置的齿槽9构成。根据本发明，齿槽9的形状可以为矩形或者为上宽下窄的梯形，但是本发明不限于此。
根据本发明的一个实施例，切割加工方式可以为电火花线切割、砂轮切割、激光切割、等离子切割以及水切割等各种常规的加工方式，但是如果切割过程会产生高温的话必须附加冷却，冷却方式可以为水冷、油冷或者惰性气体冷却。根据本发明，在对环形铁心加工轴向齿槽时，槽的形状不做具体限制，可以是矩形或者上宽下窄的梯形，但是在铁心环形端面上必须为开口槽。
接下来，对具有轴向齿槽结构的合金定子铁心进行高温退火处理，退火的目的是消除微晶、非晶或纳米晶合金带材的内部应力以及铁心制作过程中引入的加工应力，以进一步提高微晶、非晶或纳米晶合金定子铁心的软磁性能。根据本发明的一个实施例，为了防止微晶、非晶或纳米晶合金定子铁心在高温时发生氧化造成磁性下降，退火处理步骤可以在氮气、氢气或者氩气等保护气氛下进行。根据本发明的另一实施例，可以在施加磁场的条件下进行退火处理，加磁场退火的目的是进一步提高合金铁心的软磁性能。根据本发明的优选实施例，非晶合金铁心，例如成分为Fe80Si9B11的非晶合金铁心，在执行退火处理时施加的磁场强度为2-500mT，磁场方向可以沿铁心圆周方向，也可以沿铁心齿的方向。非晶、微晶及纳米晶合金铁心的具体的退火工艺根据材料成分及结构的不同，可以做相应调整。
最后，将经退火处理的合金定子铁心装入具有轴向齿槽结构的第二护盒中并进行粘结固定，从而得到成品定子铁心。在制造非晶定子铁心的情况下，参照图4，将图3所示的经退火处理的合金定子铁心7装入具有轴向齿槽结构的第二护盒10中并进行粘结固定，其中，为防止制作电机的轴向气隙过大，第二护盒10的齿端面11的护盒壁厚可以很薄，也可以完全去掉(即，使得第二护盒10的齿端面11直接暴露在外部)。带有轴向齿槽结构的护盒10的槽侧面12和槽底面13的厚度要适当，既要保证铁心的结构稳定性，又要保证铁心的槽宽能容纳电机的铜线圈。在本发明中，第二护盒10的材质应当满足两方面的要求：第一，能够承受电机稳定工作时高温环境(80～180℃)，第二，是能够起到绝缘作用，防止线圈和铁心之间发生短路。因此，第二护盒的材料只要满足上述条件，本发明不对其进行特殊限制。根据本发明的一个实施例，第二护盒10可以由高温塑料、硅胶、耐高温尼龙和耐高温树脂等中的一种制成。
根据本发明，将带有轴向齿槽结构的第二护盒和经退火处理的铁心进行粘接固定的粘结剂应当能够承受电机稳定工作时的最高温度，一般在180℃以下。根据本发明，将带有轴向齿槽结构的第二护盒和经退火处理的铁心进行粘接固定的粘结剂可以选用有机粘结剂，比如有机硅类胶、酚醛树脂胶、脲醛树脂胶、耐温环氧胶、聚酰亚胺胶等，也可以选用无机粘结剂，比如型号为TW-1011、SL8303、SL8301、SL8302以及ZS-1071的粘结剂等；然而，本发明不限于此。
参照图4，本发明的轴向磁场合金定子铁心由第一护盒3和第二护盒10固定成型而成，第一护盒3具有环形形状以将环形合金铁心2容纳在第一护盒3中并且可以通过粘结剂与环形合金铁心固定在一起，第二护盒10具有轴向齿槽结构，以将一体化的具有轴向齿槽结构的第一护盒3和环形合金铁心2容纳在第二护盒10中。本发明的轴向磁场合金定子铁心为圆环体，并且在一个环形端面上具有多个轴向齿槽，这些轴向齿槽的端面处在同一个圆面上，并且所有的齿槽结构的大小和形状完全一致。铁心的轴向槽内放置铜线圈，可以在轴向齿中形成轴向的磁场，环形铁心的另一个闭合的环形端面是铁心的轭部，内部可以形成沿圆环方向的磁路。
根据本发明，由于采用本发明的方法制作轴向磁场电机用非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心的方法是相同的，只需要对相应的薄带材料进行替换，以及根据不同材料的性能选择不同的工艺参数，即可制备出非晶、微晶或纳米晶等不同材料的合金定子铁心。因此，下面仅以制备非晶合金定子铁心为例，结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
实施例1
在本实施例中，制作电机用非晶定子合金铁心，使用名义成份为Fe80Si9B11(at.％)的非晶合金带材，带材的厚度为30±1μm，带材的宽度为142mm，带材的表面平整光洁。
根据本发明的制备方法，首先，使用非晶合金带材辊剪设备等常规的切割装置将成卷的非晶合金宽带沿带长方向进行纵向切割成预定宽度并卷绕成非晶合金带材卷，其中，辊剪后带材的宽度为39.5mm。对非晶合金带材及生产该种合金带材的方法不作特别的限制。
接下来，如图1所示，将辊剪得到的宽度39.5mm的非晶合金带材进行重新卷绕，形成内径r1＝123mm、外径r2＝197mm的环形非晶铁心2。接着，将环形非晶铁心2装入如图2所示的环形护盒3中，环形护盒的壁厚为0.5mm，材质为硅钢片，内径为122mm、外径为198mm、高为40mm。为了保证非晶合金环形铁心与环形护盒结合为一体，在装入环形非晶合金铁心前要在护盒内壁涂上适量的耐高温胶(耐温≥400℃)。
然后，使用电火花线切割方式，将装入护盒的环形非晶合金铁心进行切割加工，形成具有轴向齿槽结构的非晶合金定子铁心7。切割槽的深度为30mm，切割槽的宽度为5mm，每个槽的中心线均指向环形铁心的圆心，这些槽均匀分布在圆周上，如图3所示。
然后，对加工出齿槽的非晶合金定子铁心进行高温退火处理，以消除非晶合金带材的内部应力以及铁心制作过程中引入的加工应力，进一步提高非晶合金定子铁心的软磁性能。
热处理工艺的具体步骤如下：1)将所述非晶合金定子铁心放入炉体内，对炉体抽真空后充入氮气再以30℃/min的加热速率升温至390℃，在该温度保温120min；2)然后启动快冷装置对炉体降温，以20℃/min的速率降温至80℃后取出铁心。至此，完成了轴向磁场电机用非晶合金定子铁心的退火工序。
值得说明的是，非晶合金定子铁心的退火温度一般在300℃～560℃之间，保温时间一般为0～5小时。所述退火处理可以在氮气或者氩气等保护气氛中完成，也可以在加磁场的条件下完成。
接着，在如图4所示的第二护盒10的内壁涂上环氧类粘结剂，将经退火处理的非晶合金定子铁心装入第二护盒10中，从而完成了具有轴向齿槽结构的非晶合金定子铁心的制作。其中，护盒10的内径为120mm、外径为200mm、高为40mm，齿端面11为开口。第二护盒10的为聚四氟乙烯，壁厚为1mm。
值得说明的是，第二护盒10的材质不仅可以选用聚四氟乙烯，还可以选用高温塑料、硅胶、耐高温尼龙和耐高温树脂等。选用的材料必须满足两方面的要求，一能够承受电机稳定工作时的最高温度(100～180℃)，二能够起到绝缘作用，防止线圈和铁心之间发生短路。
对比例1
使用厚度为0.35mm、牌号为DR255的硅钢片制作定子铁心。其制作方法如下：
将宽度为40mm的硅钢片条带卷绕成内径为120mm、外径为200mm、高为40mm的环形铁心，接着在一个环形面上进行焊接成型，在另一端切割出宽度为5mm、深度为30mm的轴向槽结构，每个槽的中心线均指向环形铁心的圆心，这些槽均匀分布在环形面上。
表1列出了根据现有技术的对比例1的硅钢定子铁心与根据本发明的实施例1制作出的非晶合金定子铁心的直流磁性。从表1中可以看出，根据本发明的实施例1的非晶合金定子铁心的磁导率比对比例1的硅钢铁心高出10倍以上；励磁强度仅为100A/m时磁通密度就可达1.38T，是相同励磁强度下硅钢铁心的2.6倍。可见，根据本发明的方法制作的轴向磁场非晶合金定子铁心的直流磁性能明显优于硅钢铁心。
表1根据现有技术的硅钢片制作的定子铁心和根据本发明的
非晶合金定子铁心的直流软磁参数对比
在表1中，B100指的是励磁磁场强度在100A/m时的磁通密度，B400指的是励磁磁场强度在400A/m时的磁通密度，B800指的是励磁磁场强度在800A/m时的磁通密度，B2000指的是励磁磁场强度在2000A/m时的磁通密度，Br是剩磁，Hc是矫顽力，μi和μm分别是初始磁导率和最大磁导率，没有单位。
因此，与根据现有技术的对比例1的硅钢铁心相比，通过上述方法制备的实施例1的非晶合金定子铁心具有高磁导率、低损耗等优异的软磁性能。
表2列出了根据现有技术的对比例1的硅钢定子铁心与根据本发明的实施例1制作出的非晶合金定子铁心的损耗数据，图5和图6分别给出了在磁通密度为B＝0.6T和1.0T时两种铁心的铁损随频率f变化的曲线图，在图5和图6中，A表示根据现有技术的对比例1的牌号为DR255的硅钢铁心，B表示根据本发明的实施例1的非晶合金定子铁心。
表2根据现有技术的硅钢片制作的定子铁心和根据本发明的非晶合金定子铁心的损耗数据对比
从图5和图6中可以看出，根据本发明实施例1的非晶合金定子铁心的损耗不到根据现有技术的对比例1的硅钢定子铁心损耗的七分之一，而且频率越高非晶合金定子铁心的节能优势越明显。可见，根据本发明的方法制作的轴向磁场非晶合金定子铁心具有优异的直流软磁性能和很低的铁心损耗，非常适合应用于在高频下工作的高速电机、高功率密度以及高转矩密度电机。
根据本发明，轴向磁场电机用非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心，具有很低铁心损耗，适合应用于频率高于400Hz的高频电机。
本发明与现有的轴向磁场非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心的制备技术相比具有以下优点：
(1)本发明制作非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心时，齿槽加工在高温退火之前，避免了合金带材因退火变脆造成齿槽加工时容易损坏的问题，在很大程度上提高了铁心的成品率和生产效率；
(2)本发明所述非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心的制备方法可以省去树脂热固化成型工序，缩短了生产流程、节省生产成本，而且使铁心的生产更加环保节能；
(3)本发明所述非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心的制作使用了铁心护盒(3)和(10)进行成型和保护，取代了树脂热固化粘接成型，提高了非晶、微晶或纳米晶铁心的结构稳定性，可以避免铁心出现开裂、掉渣损坏的安全隐患；
(4)本发明所述非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心的制备方法不使用粘结剂进行层间粘接，避免了由于粘接应力的引入导致铁心软磁性能大幅度下降的问题；
(5)本发明的非晶、微晶或纳米晶合金定子铁心和硅钢定子铁心相比，具有损耗低、磁导率高的特点，所以应用于电机后具有低温升、高效率的优势，尤其应用于高转速、高功率密度和高转矩密度电机时效果更加明显。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员将明白，在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出各种形式和细节上的改变。
Claims (23)
1.一种轴向磁场用定子铁心的制造方法，所述定子铁心为圆环体，并且在一个环形端面上具有多个轴向齿槽，其特征在于所述制造方法包括下述步骤：
使用辊剪装置将成卷的合金宽带沿着合金宽带的长度方向辊剪成宽度与成品定子铁心的高度相同的合金带材，并将所述合金带材进行重新卷绕以形成具有预定的内径和外径的环形合金铁心；
将所述环形合金铁心粘结在环形的第一护盒中；
通过切割加工方式将所述环形合金铁心与所述第一护盒一起进行齿槽加工，以形成具有轴向齿槽结构的合金定子铁心；
将所述合金定子铁心进行退火处理；
将经退火处理的合金定子铁心装入结构与所述合金定子铁心的轴向齿槽结构对应的第二护盒中并进行粘结固定，从而得到成品定子铁心。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述合金宽带为微晶合金宽带、非晶合金宽带或纳米晶合金宽带。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于所述合金宽带选自于铁基合金、铁镍基合金或钴基合金的微晶、非晶或纳米晶合金宽带。
4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述第一护盒由能够承受380℃以上的退火温度的材料制成。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述第一护盒由硅钢、无磁不锈钢、铁、铁合金、铝、铝合金、铜、铜合金、钛或者钛合金制成。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于利用第一粘结剂将所述环形合金铁心粘结在所述第一护盒中。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于所述第一粘结剂由能够承受380℃以上的退火温度的材料制成。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述切割加工方式为电火花线切割、砂轮切割、激光切割、等离子切割和水切割中的一种。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于在进行齿槽加工的步骤中，当产生高温时，进一步执行冷却步骤，以形成具有轴向齿槽结构的合金定子铁心。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于所述冷却步骤为水冷、油冷或者惰性气体冷却。
11.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于在将所述环形合金铁心进行齿槽加工的步骤中，槽的形状为短形或上宽下窄的梯形，并且在所述环形合金铁心的端面上为开口槽。
12.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于在进行退火处理的步骤中，在氮气、氢气或氩气的保护气氛下进行。
13.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于在进行退火处理的步骤中，在施加磁场的条件下进行，磁场方向沿所述环形合金铁心的圆周方向或沿所述环形合金铁心的齿的方向。
14.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述第二护盒由能够随电机稳定工作时的高温环境并且具有绝缘性的材料制成。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其特征在于所述第二护盒由高温塑料、硅胶、耐高温尼龙和耐高温树脂中的一种材料制成。
16.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于利用第二粘结剂使合金定子铁心粘结固定于第二护盒。
17.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于所述第二粘结剂由能够承受电机稳定工作时的最高温度的材料制成。
18.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述第二护盒的齿端面的护盒壁是薄的。
19.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述第二护盒的齿端面直接暴露于外部。
20.一种轴向磁场用定子铁心，所述定子铁心为圆环体，其特征在于由合金带材经辊剪、卷绕、齿槽加工及退火处理得到所述定子铁心，所述定子铁心由环形的护盒和具有多个轴向齿槽的护盒固定成型，其中，所述多个轴向齿槽设置在所述定子铁心的一个环形端面上，所述多个轴向齿槽的端面处在同一圆面上，并且具有相同的大小和形状。
21.根据权利要求20所述的轴向磁场用定子铁心，其特征在于所述定子铁心具有低铁心损耗，适合用于频率高于400Hz的高频电机。
22.根据权利要求20所述的轴向磁场用定子铁心，其特征在于所述定子铁心为微晶合金定子铁心、非晶合金定子铁心或纳米晶合金定子铁心。
23.根据权利要求22所述的轴向磁场用定子铁心，其特征在于所述合金定子铁心选自于铁基合金、铁镍基合金或钴基合金的微晶、非晶或纳米晶合金定子铁心。
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