CN108448765B - 用于调节电气装置的电工钢铁芯的磁特性的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于调节电气装置的电工钢铁芯的磁特性的方法。还公开用于调节电机的特性的方法。用于降低铁芯损耗的方法包括：从一个或更多个电工钢片冲裁多个叠片，得到一个或更多个切割边缘。所述方法还包括：将叠片组装成铁芯，使得铁芯的外周表面由切割边缘限定。所述方法还包括：对所述外周表面进行喷丸以去除残余应力。

Description

用于调节电气装置的电工钢铁芯的磁特性的方法
技术领域
本申请总体上涉及对包括电机转子部件和定子部件的电气装置进行加工以改变磁特性。
背景技术
电机和电气装置用于电气化车辆中。车辆的总体性能可能受电气装置的操作特性影响。电气装置必须被设计为满足各种需求(包括每个车辆可能特定的功率和扭矩需求)。此外，可期望在满足功率和扭矩需求的同时对能量损耗进行优化。
发明内容
一种用于降低电气装置铁芯的铁芯损耗的方法包括：从一个或更多个电工钢片冲裁多个叠片，得到一个或更多个切割边缘。所述方法还包括：将叠片组装成电气装置铁芯，使得电气装置铁芯的外周表面由切割边缘限定。所述方法还包括：对所述外周表面进行喷丸以去除残余应力。
一种用于形成转子叠片的方法包括：使用冲头在转子叠片中冲裁多个开口以形成磁体开口，所述冲头具有：引导部，被构造为冲裁穿过转子叠片并进入转子叠片下面的模具；锥形部，被构造为在引导部进入模具时，在冲头和模具之间压挤限定磁体开口的边缘以增大所述边缘处的塑性变形。
一种用于调节电气装置铁芯的特性的方法包括：从电工钢冲裁叠片，使得叠片具有限定叠片的外周边缘的一个或更多个切割边缘。所述方法还包括：遮盖叠片以使紧邻外周边缘的表面暴露。所述方法还包括：对叠片的外周边缘进行喷丸。
一种用于降低电气装置铁芯的磁导率的方法包括：冲裁用于电气装置铁芯的叠片。所述方法还包括：在模具中使叠片变形以使叠片在叠片的一个或更多个预定区域中变形，在所述一个或更多个预定区域中变形使得电气装置铁芯的磁导率降低。
附图说明
图1是混合动力车辆的示意图，示出了包括电机的典型动力传动系和储能部件。
图2A是转子叠片的俯视图的示例。
图2B是由一系列转子叠片构成的转子的侧视图的示例。
图3是局部的转子叠片和局部的定子叠片的示例。
图4是定子叠片的一部分。
图5是转子叠片的一部分。
图6描绘了定子铁芯的喷丸表面的示例。
图7描绘了转子铁芯的喷丸表面的示例。
图8描绘了定子叠片的喷丸表面的示例。
图9描绘了转子叠片的喷丸表面的示例。
图10是用于基准电机和被构造为降低铁芯损耗的被喷丸的电机的根据磁极化强度的铁芯损耗的曲线图。
图11是基准电机和被构造为降低铁芯损耗的被喷丸的电机的根据磁极化强度的磁导率的曲线图。
图12是转子叠片的一部分，描绘了将要变形的区域的示例。
图13描绘了用于在叠片中产生凹入的压力机和模具。
图14描绘了用于在叠片的区域中产生弯曲截面轮廓的压力机和模具。
图15描绘了操作冲头之前的冲头和模具，所述冲头和模具用于在叠片中产生开口。
图16描绘了在冲头被施用时的冲头和模具，所述冲头和模具用于在叠片中产生开口。
图17描绘了用于降低电机中的铁芯损耗的一序列操作。
图18描绘了用于加工叠片以改进操作特性的一序列操作。
图19描绘了用于降低特定区域中的磁导率的一序列操作。
图20描绘了用于基准电机和被构造为降低磁导率的具有变形区域的电机的磁导率的曲线图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅为示例，并且其它实施例可以采用多种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出的特征相组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方式，可期望与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型。
图1描绘了插电式混合动力电动车辆(PHEV)。PHEV 12可包括机械地结合到混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14能够作为马达或发电机运转。此外，混合动力传动装置16机械地结合到发动机18。混合动力传动装置16还机械地结合到驱动轴20，驱动轴20机械地结合到车轮22。当发动机18开启或关闭时，电机14可提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且可以通过回收通常在摩擦制动系统中作为热损失掉的能量而提供燃料经济效益。电机14还可通过允许发动机18以更高效的速度运转并在某些情况下允许混合动力电动车辆12在发动机18关闭的电动模式下运转来降低车辆排放。
牵引电池或电池包24储存能够被电机14使用的能量。通常，车辆电池包24提供高电压直流(DC)输出。一个或更多个接触器42可在断开时将牵引电池24与高电压总线隔离，在闭合时将牵引电池24结合到高电压总线。牵引电池24经由高电压总线电结合到一个或更多个电力电子模块26。电力电子模块26还电结合到电机14并在高电压总线和电机14之间提供双向传递能量的能力。例如，牵引电池24可提供DC电压，而电机14可以利用三相交流(AC)电运转以起作用。电力电子模块26可将DC电压转换成三相AC电流以使电机14运转。在再生模式中，电力电子模块26可将来自用作发电机的电机14的三相AC电流转换成与牵引电池24兼容的DC电压。在此的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接到电机14的齿轮箱，并且可以不存在发动机18。
牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可提供用于其它车辆电气系统的能量。车辆12可包括电结合到高电压总线的DC/DC转换器模块28。DC/DC转换器模块28可以电结合到低电压总线56。DC/DC转换器模块28可以将牵引电池24的高电压DC输出转换成与低电压车辆负载52兼容的低电压DC供应。低电压总线56可电结合到辅助电池30(例如，12V电池)。低电压系统52可电结合到低电压总线56。
车辆12可以是可通过外部电源36对牵引电池24进行再充电的电动车辆或插电式混合动力车辆。外部电源36可以连接至电插座。外部电源36可以电结合到充电器或电动车辆供电装置(EVSE)38。外部电源36可以是由电力公司提供的配电网或电网。EVSE 38可提供用于调节和管理电源36和车辆12之间的能量传递的电路和控制件。外部电源36可以向EVSE38提供DC或AC电力。EVSE 38可以具有用于插入到车辆12的充电端口34的充电连接器40。充电端口34可以是被构造为将来自EVSE 38的电力传递到车辆12的任何类型的端口。充电端口34可以电结合到充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可调节从EVSE 38供应的电力以向牵引电池24提供合适的电压水平和电流水平。电力转换模块32可以与EVSE 38配合以调节至车辆12的电力传递。EVSE连接器40可具有与充电端口34的对应凹入配合的插脚。可替代地，被描述为电结合或电连接的各个部件可使用无线感应耦合传递电力。
一个或更多个车轮制动器44可被设置用于使车辆12减速并阻止车辆12运动。车轮制动器44可以是液压致动的、电致动的或其组合。车轮制动器44可以是制动系统50的一部分。制动系统50可包括用于操作车轮制动器44的其它部件。为简便起见，附图描绘了制动系统50和其中一个车轮制动器44之间的单个连接。隐含了制动系统50和其它车轮制动器44之间的连接。制动系统50可包括用于监控和调节制动系统50的控制器。制动系统50可监控制动部件并控制用于车辆减速的车轮制动器44。制动系统50可对经由制动踏板的驾驶员命令做出响应，还可自主操作以实现诸如稳定性控制的特征。当另一控制器或子功能请求制动力时，制动系统50的控制器可实施施加所请求的制动力的方法。
一个或更多个电负载46可结合到高电压总线。电负载46可具有关联的控制器，在适当的时候所述关联的控制器操作并控制电负载46。高电压负载46可包括压缩机和电加热器。
车辆12中的电子模块可以经由一个或更多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括多个用于通信的信道。车辆网络中的一个信道可以是诸如控制器局域网(CAN)的串行总线。车辆网络的一个信道可以包括由电气电子工程师协会(IEEE)802系列标准定义的以太网络。车辆网络的另外的信道可包括在模块之间的离散连接，并且可包括来自辅助电池30的电力信号。可通过车辆网络的不同信道传递不同的信号。例如，视频信号可以通过高速信道(例如，以太网)传递，而控制信号可通过CAN或离散信号传递。车辆网络可包括在模块之间辅助传递信号和数据的任何硬件和软件部件。虽然在图1中未示出车辆网络，但可能暗含的是车辆网络可连接到存在于车辆12中的任何电子模块。车辆系统控制器(VSC)48可存在以协调各个部件的操作。
电机14可以是包括定子铁芯122和转子铁芯120的内置式永磁(IPM)电机。图2A描述了示例性的转子叠片138，图2B描述了具有以轴向堆叠的关系布置的多个转子叠片138和多个定子叠片136的定子铁芯122和转子铁芯120构造的侧视图。转子叠片138和定子叠片136可涂覆有绝缘涂层以辅助防止感应电流在叠片之间流动。转子叠片138可限定用于容纳传动轴的圆形中央开口160，所述传动轴具有可容纳传动键162的键槽。转子叠片138可限定多个磁体开口142，所述多个磁体开口142相对于邻近的成对磁体开口142对称地设置。磁体开口142可成对地分组，每一对形成V形形状。
与转子的磁极对应的多个转子扇区124可以由从中心旋转轴线170发出到转子叠片138的外表面150的多个极间轴线(例如，180、184)限定。每个扇区124可包括一对磁体开口142。成对的磁体开口可限定V形形状。此外，桥区域146可限定在一对磁体开口142的基部处。桥区域146可以是每一对磁体开口形成V形形状的开口之间的表面区域。桥区域146可被限定为V形形状的基部处的表面，在所述基部处形成一对磁体开口的相关联的磁体开口142处于彼此最接近的距离。桥区域146还可被限定为相关联的磁体开口142几乎接触的区域之间的表面区域。外桥区域148可被限定为外表面150与磁体开口142的远端(相对于基部而言)之间的表面区域。极间轴线(例如，180、184)可定位成在相邻的磁体开口142之间居中。需要注意的是，图2A仅示出了可能的极间轴线中的两条极间轴线180、184，并未示出所有可能的极间轴线。图2B描绘了沿着中心轴线170堆叠的一系列轴向堆叠的转子叠片138，其中，转子铁芯120被构造为绕中心轴线170旋转。
图3描绘了转子铁芯120和定子铁芯122的可能构造的局部径向截面视图。在图3中描绘了局部的定子叠片136和局部的转子叠片138。转子叠片138和定子叠片136可以包括铁合金。小气隙140位于定子叠片136的内周和转子叠片138的外周150之间。定子叠片136可限定径向延伸的开口134，以形成围绕定子铁芯122的内周的齿。
转子叠片138可在每个转子叠片138的外周150附近限定对称地定位的磁体开口142。每个磁体开口142可被构造为容纳磁体144。根据设计选择，在给定的设计中可使用任意数量的叠片。转子叠片138和定子叠片136可沿着旋转轴线170布置成堆。轴向堆叠的转子叠片138和磁体144可限定绕轴线170分布的多个磁极。
定子铁芯122可包括设置在径向延伸的开口134中的导体以形成绕组。定子铁芯122可以包括由堆叠的定子叠片136制成的铁芯和用于承载励磁电流的导体的绕组布置。流过定子绕组的电流产生定子电磁通量。可以通过调节流过定子绕组的电流的幅值和频率来控制定子磁通。
转子铁芯120可以包括由堆叠的转子叠片138组成的铁基铁芯和插入在由铁芯限定的孔或腔142内的成组的永磁体144。转子铁芯120中的永磁体144可产生转子电磁通量。由于离散的永磁体的形状和尺寸，转子磁通可包括谐波磁通。定子磁通和转子磁通可分布在气隙140中。定子磁通和转子磁通之间的相互作用使转子铁芯120绕轴线170旋转。
转子铁芯120的磁极在几何上可被定义成与由转子叠片138限定的扇区124对应。每个磁极可以由扇区124表示。磁极位置可以大体上由磁极中心轴线182限定，所述磁极中心轴线182沿着相邻磁体开口142之间的中点从轴线170朝向转子叠片138的外表面150径向地延伸。极间轴线(例如，180、184)可以在相邻磁极之间从轴线170朝向转子叠片138的外表面150径向地延伸。两个相邻磁极之间的角距离可以限定极距参数。转子的两个相邻磁极之间的转子圆周表面150上的弧长可称为极距。可以绕着相邻的磁极中心轴线182之间的转子外表面150来周向地测量极距。每个磁极在转子铁芯120的转子外周表面150上可具有关联的表面区域。每个磁极可以由在相邻的极间轴线180、184之间的表面上的弧长来表示。
在电气应用中使用电工钢来构造电气装置，诸如电力变压器、配电变压器和电机(马达和发电机)。电工钢可包含一些铁合金，这些铁合金具有对电机构造有利的磁特性。适于电工钢的铁合金可包含一定百分比的硅。电工钢通常成型为可被切割或冲裁以形成叠片的片材。在使用期间，施加的磁场的周期性变化消耗电工钢中的能量，这被称作铁芯损耗。可通过降低电工钢中的铁芯损耗来获得装置效率的提高。
电气装置(例如，电机14)可由电工钢片堆来构造。电气装置可包括电机、变压器、电感器和由堆叠铁芯组成的其它装置。电工钢片可通过冲头和模具而被切割成成品形状。例如，可通过从电工钢片冲裁或切割期望形状而形成转子叠片138和定子叠片136。成品形状可堆叠并层叠在一起以形成铁芯(例如，定子铁芯122、转子铁芯120)。冲裁工艺涉及形状的切割边缘处的强剪切力，因此塑性变形存在于这些区域中。塑性变形或应变影响铁芯的磁特性。具体地，铁芯损耗增大，这影响电气装置的性能。
多种技术可用于去除由切割工艺导致的残余应力。例如，可使用去应力退火(SRA)。SRA涉及以升高的温度对冲裁的电工钢或组装后的铁芯进行热处理持续一段较长的时间段。在SRA期间需要真空环境或保护气体环境以防止电工钢的氧化。虽然SRA在降低残余应力和铁芯损耗方面是有效的，但是针对具体应用SRA由于加热时的高能量成本、在受控的气氛退火炉中的大笔额外资本投入、用于铁芯的加热、均热和冷却的较长处理时间以及铁芯在加热和冷却期间的变形而不具有吸引力。
此外，过去的处理技术得到具有均匀特性的叠片。然而，为了改进电气装置性能，叠片的局部区域可被处理为在那些局部区域获得不同的特性。这种处理可通过调节电气装置的特性而改进电气装置总体性能。例如，优选的是，电气装置铁芯的一些区域具有低磁导率以降低电气装置的磁通泄漏并增大扭矩密度。对于电气装置铁芯的其它区域，优选的是具有高磁导率以确保用于高扭矩密度的较大磁感应强度。这些影响可通过对叠片和/或电气装置铁芯进行局部处理来获得。
一种用于处理电工钢的方法可包括以下步骤。可将电工钢冲裁成成品形状。成品形状可以是用于电气装置铁芯的叠片。例如，成品形状可以是用于电机14的转子叠片138或定子叠片136。成品形状可以是变压器铁芯叠片。各个叠片可堆叠并层叠以制成铁芯(例如，转子铁芯120、定子铁芯122、变压器铁芯)。在切割边缘处可通过喷丸工艺对组装的铁芯进行处理，喷丸工艺机械地减小切割边缘处的残余应力。喷丸工艺可包括喷射喷丸、激光喷丸、空化喷丸和湿喷射喷丸。可使用喷丸和包括机械振动、抛光、喷砂、弹道冲击、振动去应力技术和使电工钢材料加工硬化的其它方法的其它机械去除应力工艺。
图4描绘了定子叠片136的一部分。如之前所讨论的，定子叠片136可限定形成齿的径向延伸的开口134。在定子叠片136的定子叠片内周表面202处，齿可沿着定子叠片内周表面202限定开口或槽。此外，定子叠片136还可限定定子叠片外周表面200。
图5描绘了转子叠片138的一部分。转子叠片138可限定围绕转子叠片138的外周延伸的转子叠片外周表面204。
图6描绘了由定子叠片136形成的组装的定子铁芯122。定子外周表面206可包括每个定子叠片136的定子叠片外周表面200。定子外周表面206可以是圆柱形的。定子内周表面208可包括每个定子叠片136的定子叠片内周表面202。定子内周表面208可以是大致圆柱形的，其具有由齿沿着表面限定的轴向开口或槽。定子内周表面208可包括定子叠片136的邻近于限定的开口的表面。
图6还描绘了一种用于对定子铁芯122的表面进行喷丸的技术。对表面进行喷丸的一种方法是喷射喷丸。喷射喷丸是小颗粒与表面撞击的技术。小颗粒可以是由金属、玻璃和/或陶瓷材料组成的球形颗粒。颗粒可以被空气推动。每个颗粒用作小的击打锤，以在表面上产生小的凹入。例如，增压的空气可使颗粒加速通过喷嘴250以形成颗粒流252。颗粒流252可撞击定子外周表面206。颗粒的撞击使定子外周表面206发生塑性变形。与球形介质的撞击引起定子铁芯表面中的残余压应力。由喷丸导致的压缩塑性变形去除由切割或冲裁导致的拉伸残余应力，并还使叠片加工硬化以增大机械强度。可基于叠片的机械特性和厚度选择喷丸介质。诸如强度、暴露时间、气压、撞击角度和喷嘴性能的喷丸参数可被选择以优化该工艺并最大程度地降低铁芯损耗。为了对整个定子外周表面206进行喷丸，喷嘴250可以以受控的方式运动以围绕定子铁芯122进行轴向运动和旋转运动。可替代地，定子铁芯122可相对于喷嘴250运动以使颗粒流252撞击整个定子外周表面206。在其它构造中，可使用多个喷嘴处理定子铁芯。
按照类似的方式，增压的空气可使颗粒加速经过弯曲的喷嘴254以形成撞击定子内周表面208的另一颗粒流256。为了对整个定子内周表面208进行喷丸，喷嘴254可以以受控的方式运动，以在由定子铁芯122限定的开口内进行轴向运动和旋转运动。可替代地，定子铁芯122可相对于喷嘴254运动以使颗粒流256撞击整个定子内周表面208。弯曲的喷嘴254的孔可被选择为使得颗粒流256能够进入由齿限定的开口中。此外，弯曲的喷嘴254可相对于定子内周表面208轴向地倾斜，以防止颗粒堆积在由齿限定的开口中。此外，在由齿限定的开口内可沿轴向提供气流以防止颗粒积聚在这些空间中。
图7描绘了由转子叠片138组装的组装后的转子铁芯120。转子外周表面210可包括每个转子叠片138的转子叠片外周表面204。转子外周表面210可以是圆柱形形状。按照与关于定子铁芯122所描述的方式类似的方式，喷嘴258可朝向转子外周表面210引导颗粒流260。为了对整个转子外周表面210进行喷丸，喷嘴258可以以受控的方式运动以围绕转子铁芯120进行轴向运动和旋转运动。可替代地，转子铁芯120可相对于喷嘴258运动以使颗粒流260撞击整个转子外周表面210。
在磁体开口142内限定的表面也可被喷丸。例如，另一喷嘴262可被构造为将颗粒流264引导至磁体开口142中以对在磁体开口142内限定的表面进行喷丸。另一喷嘴262可在由磁体开口142限定的开口内运动并旋转，以对整个表面进行喷丸。喷丸工艺可配置有多个类似的喷嘴以同时对每个磁体开口142进行喷丸。在其它构造中，另一喷嘴262可在磁体开口142之间运动，或转子铁芯120可旋转以将磁体开口142定位在合适的位置。
图6和图7描绘了对应用于电机的转子和定子的组装的铁芯进行处理的示例。在其它应用中，喷丸过程可应用于由叠片的切割边缘组成的所有表面。这可包括外周表面、内周表面和由铁芯内的开口或槽限定的任何表面。
图6和图7描绘了对组装后的定子铁芯122和转子铁芯120进行喷丸的工艺。可替代地，可在组装之前对每个叠片进行处理。图8描绘了在定子叠片136组装成定子铁芯122之前对定子叠片136进行喷丸的示例。定子掩模(mask)300可放置在定子叠片136与喷嘴350之间。掩模可允许仅对定子叠片136的切割边缘进行喷丸。在这种情况下，切割边缘可包括定子叠片外周表面200和定子叠片内周表面202。定子掩模300可使位于定子叠片136的一面上的定子边缘表面304暴露，定子边缘表面304邻近于定子叠片外周表面200和定子叠片内周表面202。定子叠片内周表面202可包括限定槽的齿的边缘。
掩模可被构造为使得仅定子边缘表面304被颗粒流352撞击。喷嘴350可运动以使颗粒流撞击整个定子边缘表面304。需注意的是，定子叠片136具有可被处理的两面表面。定子叠片136可旋转以暴露背面并且可重复喷射喷丸。可替代地，定子叠片136的两面可通过在另一面的一侧增设另一喷嘴和另一掩模而被处理。
图9描绘了在转子叠片138组装成转子铁芯120之前对转子叠片138进行喷丸的示例。转子掩模302可放置在转子叠片138的一面上。掩模可允许仅对转子叠片138的切割边缘进行喷丸。转子的切割边缘可包括转子叠片外周表面204。转子掩模302可使位于转子叠片138的一面上的转子边缘表面306暴露，该转子边缘表面306邻近于转子叠片外周表面204。喷嘴354可将颗粒流356引导至转子叠片138和转子掩模302处。转子掩模302防止颗粒流356撞击转子叠片138的被转子掩模302遮盖的部分。颗粒流356可撞击转子边缘表面306以引起转子叠片138的这个区域中的塑性变形。掩模可由不将撞击传递到下面的材料的硬化材料制成。掩模302还可被构造为使围绕每个磁体开口142的边缘表面暴露。
上述示例描绘了应用到转子叠片和定子叠片的掩模。这个处理可应用到用于任意电气装置的叠片。此外，掩模可被构造为使下面叠片的预定区域暴露。可基于电气铁芯的特性的分析来选择预定区域。例如，预定区域可以是在被喷丸时导致电气装置的铁芯损耗降低的区域。
图10描绘了根据其外周表面和内周表面被喷丸(如之前所述)的电机铁芯的磁极化强度(polarization)的相对铁芯损耗的曲线图中。磁极化强度表示材料的磁感应强度并以单位特斯拉来表示。在对电工钢铁芯的侧边缘进行喷丸之后，测试数据示出了铁芯损耗的显著降低。相对铁芯损耗是按照如上所述的方式喷丸后的铁芯的铁芯损耗与喷丸之前的铁芯的铁芯损耗之比。描绘了多个频率下的铁芯损耗。第一曲线400由在50Hz的频率下操作电机产生。第二曲线402由在400Hz的频率下操作电机产生。第三曲线404由在1000Hz的频率下操作电机产生。需注意的是，在大多数的磁极化强度下，相对铁芯损耗小于1，这表明被处理的铁芯的铁芯损耗低于未被处理的铁芯的铁芯损耗。
图11描绘了喷丸后的电机铁芯与在喷丸之前的电机铁芯的根据磁极化强度的磁导率。电机被处理(如之前所述的)以降低铁芯损耗。需注意的是，与参考样例相比，喷丸后的电机铁芯的磁导率增大。在对电机铁芯的切割边缘进行喷丸之后电工钢的磁特性发生变化。第一磁导率曲线500表示未被喷丸的参考电机铁芯的磁导率。第二磁导率曲线502表示被喷丸的铁芯的磁导率。测试表明对电机铁芯的切割边缘进行喷丸使得铁芯的总磁导率增大。由于喷丸(例如，喷射喷丸)是具有高处理量的室温工艺且是比传统SRA技术更加划算的，所以可获得进一步的益处。
可实施一种如上所述的用于降低电气装置铁芯的铁芯损耗的方法。该方法可包括：从一个或更多个电工钢片冲裁叠片，这导致叠片中的一个或更多个切割边缘。可将叠片组装成铁芯，使得通过切割边缘限定铁芯的外周表面。可对铁芯的外周表面进行喷丸以通过上述的任何技术去除残余应力。这种处理可应用到转子铁芯120和定子铁芯122两者。可向定子铁芯122应用额外的处理。例如，可对由切割边缘进一步限定的内周表面进行喷丸。内周表面可限定在内周表面中轴向延伸的多个槽，可在限定的槽上执行喷丸。通过包括喷射喷丸、激光喷丸、空化喷丸和湿喷射喷丸的方法执行喷丸。
在组装铁芯之前可实施按照类似的方式处理叠片的其它方法。这些方法可包括从一个或更多个电工钢片冲裁叠片，这导致叠片中的一个或更多个切割边缘。可将掩模放置在叠片之上以使叠片的预定表面暴露。例如，掩模可使紧邻外周边缘的表面暴露。被掩模暴露的预定表面可通过上述技术而被喷丸。针对定子叠片136，掩模还可使由切割边缘限定在内周边缘中的齿的边缘暴露。可在齿的边缘和内周边缘上执行喷丸。可将掩模应用到叠片的背面，可在该背面(例如，叠片具有顶面和底面)上执行喷丸。随后可将叠片组装成铁芯。
上述的方法旨在降低电机的铁芯损耗。针对一些应用，可对电气装置铁芯进行处理以降低该装置的磁导率。塑性变形改变电气装置的磁特性。例如，在叠片存在塑性变形的情况下，磁导率降低。具体地，可通过使叠片在预定位置变形而引入塑性变形，以降低叠片的所选择区域中的磁导率。
如上所述，叠片可由电工钢片形成。电工钢片可具有预定厚度。电工钢片可被冲裁以产生转子叠片138和定子叠片136。叠片可从一个或更多个电工钢片获得。叠片的被构造为用作隔磁磁桥的特定区域可被处理以抑制磁导率。为了降低特定区域的磁导率，在这些区域引入塑性变形。可通过变形工艺引入塑性变形。
图12描绘了转子叠片138的一部分，描绘了可变形以降低磁导率的示例性区域。桥区域146可限定为组成一个V形对的磁体开口142之间的表面区域。如之前所描述的，桥区域146是电工钢在V形基部处的区域，在该点处与一对相关联的磁体开口142具有最接近的距离。此外，外桥区域148可限定为叠片的位于磁体开口142的远端与外周表面204之间的表面。如所描绘的，每个V形的一对磁体开口142具有两个外桥区域148。
为了获得降低的磁导率，可通过将要描述的方法来使预定区域变形。可通过对期望的电气装置特性进行分析来确定预定区域。例如，对于转子叠片，预定区域可包括桥区域146和外桥区域148。可通过之前所讨论的喷丸方法对桥区域146和外桥区域148进行局部处理，所述喷丸方法包括喷射喷丸和激光喷丸。可产生掩模并将掩模放置在叠片之上以仅暴露桥区域146和/或外桥区域148而用于变形。这种处理仅改变暴露区域中的材料的特性。需注意的是，可基于给定电气装置的期望特性来选择其他预定区域。预定区域可以是叠片的变形使得电气铁芯磁导率减小的那些表面区域。
使叠片变形的另一方法可用于冲压预定区域(例如，桥区域146和外桥区域148)以在预定区域中形成一个或更多个凹入。图13描绘了被构造为在电工钢片中形成一个或更多个凹入的模具的一部分的示例。压力机可被配置有上模604和下模606。上模604可固定到上压力机构件608。下模606可固定到下压力机构件610。上模604和下模606可被构造为协作以在放置在这两者之间的叠片600中形成一个凹入或多个凹入。上压力机构件608和下压力机构件610可被构造为相对于彼此运动。叠片600可定位在模具以及上压力机构件608和下压力机构件610中。压力可施加到上压力机构件608和/或下压力机构件610。压力迫使上模604和下模606运动到一起，以使得凹入602形成在叠片600中。凹入的尺寸、形状和深度可被构造为优化每个电机设计的磁导率的降低。其它形状的凹入也是可行的。例如，模具可具有波形截面。根据所期望的具体特性，凹入可被构造为具有倒圆边缘、方形/矩形边缘或锥形形状。
可在冲裁叠片600之后执行冲压操作。此外，冲压操作可与冲裁操作结合在一起。冲头和模具可被构造为冲裁叠片的开口，并在同一操作期间，在预定区域中形成凹入。模具可被构造为在叠片600的预定位置形成凹入。例如，预定图案的凹入可形成在桥区域146和/或外桥区域148中。所述图案可被选择为将所述区域的磁导率调节至预定值。
图14描绘了被构造为使叠片在预定区域中变形的模具的一部分的另一示例。压力机可被配置有固定到上压力机构件706的第一模具702和固定到下压力机构件708的第二模具704。冲压叠片可在整个预定区域上产生塑性变形。叠片700可插入在第一模具702和第二模具704之间并被冲压。得到的叠片可在那些预定区域中形成弯曲的截面轮廓。可调节形状和弯曲度以改变预定区域中的磁导率。
图20描绘了电机的磁导率变化的示例。基准曲线980描绘了不进行任何处理的电机的磁导率。变形后的曲线982描绘了由具有凹入的转子叠片构建的电机的磁导率。需注意的是，变形后的部件的磁导率示出了磁导率的降低。
可通过冲裁工艺引入塑性变形。传统冲裁工艺在切割边缘处施加产生塑性变形的剪切力。在冲裁工艺期间可获得额外的塑性变形。图15描绘了处于冲裁之前的位置的用于冲裁叠片802的冲头800和模具804。模具804可限定开口806，该开口806被构造为接纳冲头800的端部并排出被冲裁的材料。冲头800可具有引导部814，该引导部814被构造为冲裁穿过叠片802并进入叠片802下方的模具804。冲头800可具有锥形部816，该锥形部816被构造为在引导部814进入模具804时压挤叠片802。
图16描绘了处于冲裁操作期间的位置的冲头800和模具804。引导部814经由通过模具804限定的开口806进入模具804。冲头800和模具804的操作使材料808将被从叠片802移走并经由模具开口806排出。当引导部814经由模具开口806进入模具804时，锥形部816进一步压挤在叠片802中产生的开口的边缘。额外的压挤导致限定叠片802中的开口的边缘发生塑性变形。锥形部816可被构造为向开口的整个边缘施加等量的力。锥形部816还可被构造为向预定边缘施加更大的力。例如，针对多个开口，锥形部816的斜率可围绕冲头800而变化。例如，锥形部816可被构造为向桥区域146和/或外桥区域148施加较大量的塑性变形。
在冲裁工艺之后将叠片进行组装。在组装之前，可向每个叠片涂覆绝缘涂层。绝缘涂层可涂覆到变形区域，在变形区域中之前沉积的绝缘材料在变形工艺期间可能已被移除。
图17描绘了用于降低电气装置中的铁芯损耗的方法的示例性处理流程。在操作900处，通过冲裁电工钢片以得到一个或更多个切割边缘来形成铁芯叠片。在操作902处，可将叠片组装成铁芯，使得铁芯的外周表面由切割边缘限定。在操作904处，可通过之前所描述的技术对预定表面进行喷丸。例如，预定表面可包括铁芯的外周表面、内周表面和/或形成在铁芯中的开口(例如，磁体开口)。
图18描述了用于在组装之前对电气装置铁芯叠片进行加工的示例性处理流程。在操作920处，通过冲裁电工钢片以得到一个或更多个切割边缘来形成铁芯叠片。在操作922处，将掩模放置在叠片之上以暴露叠片的预定表面区域。例如，掩模可被构造为暴露紧邻由切割边缘限定的外周边缘的表面。在操作924处，可(例如，通过喷射喷丸)对叠片的暴露表面进行喷丸。所述处理可在叠片的两侧上同时地重复发生或作为另一操作而重复发生。在操作926处，可将叠片组装成铁芯。得到的铁芯特性的变化可取决于被喷丸的预定表面区域。例如，对一些选定的表面区域进行喷丸可导致铁芯损耗降低，而对其他选定的表面区域进行喷丸可导致磁导率增大。
图19描述了用于处理电气铁芯以改变磁导率的示例性序列。在操作950处，通过冲裁电工钢片来形成铁芯叠片以限定铁芯的最终形状。在操作952处，使叠片的预定表面变形。例如，可使用压力机来执行叠片的预定表面的变形，该压力机被配置有用于在预定表面区域中形成一个或更多个凹入的模具。作为示例，对于转子叠片，预定表面可包括位于V形磁体开口的基部处的磁体开口之间的表面，在该基部处相关的磁体开口最接近。在操作954处，可将叠片组装成电气铁芯。
虽然上面的描述应用到车辆应用中的电机，但是所描述的方法适用于在任何应用领域中使用的电气装置。所述方法也适用于电感器铁芯和变压器铁芯。所描述的方法适用于对电气装置铁芯的磁特性进行调节。通过选择将要通过喷丸或变形进行处理的区域，磁导率和/或铁芯损耗可被改变。将要使用的方法可取决于期望的调节结果、降低的铁芯损耗或降低的磁导率。
公开的方法有利于使电机的特性适于满足操作目标。所述方法可用于降低电机的铁芯损耗。所述方法还可降低铁芯的选定区域中的磁导率，以进一步调节电机的操作特性。
虽然上面描述了示例性实施例，但这些实施例并不意在描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，可将各个实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (16)

1.一种用于降低电气装置铁芯的铁芯损耗的方法，包括：
从一个或更多个电工钢片冲裁多个叠片，得到一个或更多个切割边缘；
将所述多个叠片组装成电气装置铁芯，使得电气装置铁芯的外周表面由切割边缘限定；
对所述外周表面进行喷丸以降低电气装置铁芯的铁芯损耗并提高电气装置铁芯的总磁导率。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：对进一步由切割边缘限定的内周表面进行喷丸以去除残余应力。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述内周表面限定多个槽，所述方法还包括：对所述多个槽进行喷丸以去除残余应力。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：对进一步由切割边缘限定的磁体开口表面进行喷丸以去除残余应力。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述喷丸通过喷射喷丸、湿喷射喷丸、空化喷丸和激光喷丸中的一种或更多种来执行。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个叠片为转子叠片，并且从一个或更多个电工钢片冲裁多个叠片的步骤包括：
使用冲头在转子叠片中冲裁多个开口以形成磁体开口，所述冲头具有：引导部，被构造为冲裁穿过转子叠片并进入转子叠片下面的模具；锥形部，被构造为在引导部进入模具时，在冲头和模具之间压挤限定磁体开口的边缘以增大所述磁体开口的边缘处的塑性变形。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，锥形部被构造为压挤磁体开口的预定边缘。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，锥形部被构造为压挤磁体开口的邻近于桥区域的边缘，桥区域限定相邻的磁体开口之间的表面。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，锥形部被构造为压挤磁体开口的邻近于转子叠片的外周边缘的边缘。
10.一种降低转子铁芯的铁芯损耗的方法，包括：
从电工钢冲裁多个叠片，使得每个叠片具有一个或更多个切割边缘；
将所述多个叠片组装成转子铁芯，所述转子铁芯具有由切割边缘限定的外周表面并具有相对的端表面；
对转子铁芯的外周表面进行喷丸以在外周表面上产生凹入，从而降低转子铁芯的铁芯损耗并提高转子铁芯的总磁导率。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，切割边缘还限定多个磁体开口，所述方法还包括：对所述多个磁体开口的表面进行喷丸。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，所述喷丸通过喷射喷丸、激光喷丸、空化喷丸和湿喷射喷丸中的一种或更多种来执行。
13.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：在从电工钢冲裁所述多个叠片之后，在模具中使叠片变形以使叠片在叠片的一个或更多个预定区域中变形，在所述一个或更多个预定区域中变形使得转子铁芯的磁导率在所述一个或更多个预定区域中降低。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，模具被构造为使叠片在预定区域中变形为弯曲的截面轮廓。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，模具被构造为通过在叠片的预定区域中形成凹入来使叠片变形。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，模具还被构造为通过在预定区域中以预定图案形成多个凹入而使叠片在预定区域中变形。
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