CN109104055A - 一种非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机磁路零部件领域，涉及一种轴向磁通非晶合金电机定子制作方法。包括以下步骤：使用辊剪装置将非晶合金带材沿合金带材长度方向辊剪，使所辊剪的带材宽度与定子铁芯轭部高度和齿部高度相同。将非晶合金定子轭部用非晶合金带材根据所需内径外径单独卷绕。根据计算公式计算齿部卷绕的内径外径，并对齿部进行卷绕。对卷绕的两个定子环形件进行退火处理。将得到的两个环形件浸漆，对环形件进行固化处理。依照定子齿槽数对所卷绕的定子齿部圆环切割成块，切割方法为激光切割、线切割或水射流切割。将齿部与定子轭部用无机高温胶水粘连在对应位置或采用鸽尾等方式进行机械固定。

Description

一种非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法

技术领域：本发明属于电机磁路零部件领域，涉及一种轴向磁通非晶合金电机定子制作方法。

背景技术：随着电动汽车、高速机床等高端应用领域的快速发展，对电机有着越来越高的功率密度、转矩密度、工作效率要求。高频电机在高速、高功率密度、高转矩密度上有着很大优势，而传统硅钢铁芯随工作频率提高铁损急剧增加，严重降低电机效率甚至影响电机运行。非晶合金具有高磁导率、低铁芯损耗的优点，高频变压器、高速电机、多极高频电机中得到了越来越多的关注和应用。非晶合金带材薄、脆、硬，传统的冲压工艺会对非晶合金造成严重损坏，同时非晶合金对机械应力十分敏感，加工工艺直接影响了非晶合金性能。与径向磁场电机相比，轴向磁场电机具有高功率密度、高转矩密度、轴向距离短易于散热的优势，因此非晶合金在轴向磁通电机有很高的关注和应用。

不少学者和技术人员提出了适合于轴向磁通非晶合金定子的制作方法。

美国LE公司在专利US20040250940A1中提出了一种非晶合金铁芯的制作方法，对合金带卷绕成型后进行浸漆加热固化处理，再将得到的带环放入模具中对槽部进行铣削处理形成齿部。卷绕的方式有效解决了传统叠片冲压过程中过度的机械应力对非晶合金带材性能带来的损害问题，但是铣槽过程中对非晶合金材料带来的应力问题依旧影响着其性能。

美国专利US673795B1提出了将非晶带材叠加后进行加热固化处理，再将固化后的非晶合金切割成一面或者多面的非晶块，然后将这些非晶块重新排列构成完整的定子铁芯，这种方法切割了太多的非晶块，在非晶合金拼接处存在气隙，一定程度上影响了铁芯性能。

中国专利CN102510141A提出了一种轴向磁通电机用非晶合金定子铁芯制作方法，对带宽为两个单边定子高度的非晶合金带材的中心部位开槽，冲压出相连的两个单边定子槽。将其卷绕成铁芯后沿铁芯轴向垂直面切割成两个相同的单边非晶合金定子铁芯，最后对其进行退火处理。该方法一定程度上减少了由于非晶合金材料薄、脆且硬的特性导致的槽型难以加工的问题，但冲压过程中对开槽位置有较为苛刻的要求，工艺上比较复杂，且仅适用于单边定子，难以广泛应用。

中国专利CN102761175A也提出了一种轴向磁场用定子铁芯的制作方法，其定子铁芯由非晶合金带材卷绕而成，将所卷绕的非晶合金圆环固定在一个金属护盒中，对护盒及其内部的环形非晶合金铁芯一起进行齿槽加工，然后对其进行退火处理，并将其放入第二护盒中进行粘结固定，第二护盒由高温塑料或耐高温树脂等制成。发明中采用铁芯护盒对非晶合金定子铁心进行成型和保护，提高了开槽时精度和结构稳定性，可以避免铁芯出现开裂、掉渣损坏的安全隐患。但是该方法制作一个非晶合金定子需要制作两个对应护盒，准备工艺复杂，材料浪费比较严重。同时该发明也存在对齿部加工所带来的应力问题，影响非晶合金的材料性能。

发明内容：

发明目的：为了减小开槽过程中对非晶合金定子所受应力的影响，避免非晶合金在槽部的材料浪费，提高材料利用率，同时简化加工工艺、提高加工效率，进一步降低加工成本，本发明提出了一种将定子齿部和定子轭部分开卷绕，对定子齿部切割然后将其粘合或机械固定在轭部的轴向磁通非晶合金定子制作方法。

技术方案：

一种非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法，其特征在于：

所述定子铁芯为圆环体；圆环端面设置有齿槽，齿槽深度方向为圆环体轴向；

所述定子铁芯的制作方法包括的步骤如下：

步骤1：将非晶合金带材沿合金带材长度方向辊剪，使所辊剪的带材宽度分别与定子铁芯轭部高度和齿部高度相同；

步骤2：将非晶合金定子轭部用非晶合金带材根据所需内径外径单独卷绕；

步骤3：计算齿部卷绕的内径外径，并对齿部进行卷绕；

上述步骤2、3中使用非晶合金带材分别卷绕成两个非晶合金圆环作为定子齿部和定子轭部；

所述定子齿部圆环内半径为：

上式中：

R_{in_t}为所卷绕定子齿部圆环内半径，R_{in_y}为所卷绕定子轭部内半径即定子内半径，L_s为定子槽部所对应内周处弧长，Z为电机槽数；

所述L_s的值为：

上式中：

θ为定子槽所对应的角度，其计算公式为：

上式中：b_s1为电机定子槽宽；

所述定子齿部圆环外半径计算公式为R_{o_t}＝R_{o_y}-R_{in_y}+R_{in_t}，其中R_{o_t}为所卷绕定子齿部圆环外半径，R_{o_y}为所绕定子轭部外半径即定子外半径；

步骤4：对定子齿部圆环进行切割，得到预定数量的大小形状相同的多个定子齿块；通过齿部安装模具将定子齿块与定子轭部粘连。

所述的非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法，其特征在于：制作过程中，对定子齿部圆环和轭部圆环进行浸漆处理，定子齿部内环和定子轭部内环始终限制在定子齿部圆环和定子轭部圆环内，粘结剂以透过所卷绕圆环的形式施加在定子齿部圆环和定子轭部圆环上，浸漆过程在真空下进行以助于粘结剂渗入非晶合金圆环层中；

粘结剂选用树脂、环氧树脂或清漆；

在粘合剂充分渗入定子齿部圆环和定子轭部圆环之后，对其进行加热固化；所述固化处理的温度为90-300℃。

所述的非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法，其特征在于：对制成的齿部圆环和轭部圆环进行退火处理，退火时对定子铁心施加轴向磁场，并在惰性气体保护下进行。

所述的非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法，其特征在于：所述定子铁芯适用于200Hz以上的高频电机。

优点及效果：

本发明直接对定子齿部切割加工，省去了开槽过程，有效简化了工艺步骤，降低了精度要求，易于制造，生产效率高，生产成本大幅降低。

本发明利用齿部放置形成槽部，避免了非晶合金定子受开槽过程的应力影响，有效降低了槽处理过程中对非晶合金材料性能的损伤。

本发明对定子齿部的直接处理节省了槽部非晶合金的消耗，没有传统制作过程中产生的槽部废料，整个铁芯整个制作工艺过程中没有任何非晶合金铁芯废料，有效地减少了非晶合金材料的用量，降低制作成本。

附图说明：

图1为本发明的单边非晶合金结构示意图。

图2为本发明的双边非晶合金结构示意图。

图3为非晶合金定子齿部定子轭部卷绕示意图。

图4为单槽对应内周处弧长示意图。

图5为非晶合金定子齿部切割示意图。

图6为非晶合金定子齿部块粘结模具与齿块示意图。

附图标记说明：

1、定子齿部；2、定子轭部；3、定子槽部；4、卷绕定子齿部圆环；5、卷绕定子轭部圆环；6、单槽槽宽；7、单槽对应的内径处弧长；8、槽部对应角度；9、定子齿部切割处；10、定子齿部内环；11、定子轭部内环；12、定子齿块；13、齿部固定模具。

具体实施方式：

本发明提供一种轴向磁通非晶合金定子制作方法，其结构如图1图2所示。下面将结合图对本发明制作方法做进一步说明：

(1)对非晶合金定子齿部1、轭部分别卷绕2，如图3所示。使用辊剪装置将成卷的非晶合金带材沿着合金宽带长度方向辊剪成宽度与定子齿部、轭部高度分别相等的合金带材，并将合金带材卷分别在内环10和内环11上绕成预定内径、外径的非晶合金定子齿部圆环和定子轭部圆环。其中定子轭部圆环内径、外径与电机定子内径、外径相等，定子齿部圆环内半径为：

式中：R_{in_t}为所卷绕定子齿部圆环内半径(mm)，R_{in_y}为所卷绕定子轭部内半径即定子内半径(mm)，L_s为定子一个槽所对应内周处弧长(mm)，Z为电机槽数。

其中L_s如图4所示为：

式中：θ为定子槽所对应的角度(°)，

其计算公式为：

式中：b_s1为电机定子槽宽(mm)。

其中定子齿部圆环外半径为：

R_{o_t}＝R_{o_y}-R_{in_y}+R_{in_t}

式中：R_{o_t}为所卷绕定子齿部圆环外半径(mm)，R_{o_y}为所绕定子轭部外半径即定子外半径(mm)。

(2)对所得到的非晶合金定子齿部圆环4和定子轭部圆环5进行退火处理，退火的目的是可以消除卷绕过程中对非晶合金定子铁芯内部的应力影响，提高非晶合金定子铁芯的软磁能力，其中退火过程需在惰性气体的保护下完成，同时可以在退火阶段中对非晶合金定子圆环施加轴向磁场，以增强非晶合金定子铁芯的性能。

(3)对上一步中制作的非晶合金定子齿部圆环和轭部圆环进行浸漆处理，内环10和内环11始终限制在定子齿部圆环4和定子轭部圆环5内，粘结剂以透过所卷绕圆环的形式施加在圆环4和圆环5上，浸漆过程在真空下进行以助于粘结剂渗入非晶合金圆环层中。作为选择粘结剂可以使用树脂、环氧树脂、清漆等粘合剂。在粘合剂充分渗入圆环4和圆环5之后，对其进行加热固化。

(4)对所得到的定子齿部圆环进行切割，得到Z(定子槽数)块定子齿部非晶合金块，如图5所示。切割时可用操作台每旋转沿定子齿部圆环轴向垂直方向切割，得到Z个大小相等尺寸相同的非晶合金齿部。

将切割定子齿部圆环得到的Z个非晶合金块12放入预制模具13中，如图6所示，并与定子轭部圆环5的轴向面相粘合固定。粘合固定过程中保证齿部角度相差度，齿与齿之间形成的槽部大小形状相同。得到轴向磁通非晶合金定子铁芯。

Claims (4)

1.一种非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法，其特征在于：

所述定子铁芯为圆环体；圆环端面设置有齿槽，齿槽深度方向为圆环体轴向；

所述定子铁芯的制作方法包括的步骤如下：

步骤1：将非晶合金带材沿合金带材长度方向辊剪，使所辊剪的带材宽度分别与定子铁芯轭部(2)高度和齿部(1)高度相同；

步骤2：将非晶合金定子轭部用非晶合金带材根据所需内径外径单独卷绕；

步骤3：计算齿部卷绕的内径外径，并对齿部进行卷绕；

上述步骤2、3中使用非晶合金带材分别卷绕成两个非晶合金圆环作为定子齿部(1)和定子轭部(2)；

所述定子齿部(1)圆环内半径为：

上式中：

R_{in_t}为所卷绕定子齿部圆环内半径，R_{in_y}为所卷绕定子轭部内半径即定子内半径，L_s为定子槽部所对应内周处弧长，Z为电机槽数；

所述L_s的值为：

上式中：

θ为定子槽所对应的角度，其计算公式为：

上式中：b_s1为电机定子槽宽；

所述定子齿部圆环外半径计算公式为R_{o_t}＝R_{o_y}-R_{in_y}+R_{in_t}，其中R_{o_t}为所卷绕定子齿部圆环外半径，R_{o_y}为所绕定子轭部外半径即定子外半径；

步骤4：对定子齿部圆环进行切割，得到预定数量的大小形状相同的多个定子齿块；通过齿部安装模具将定子齿块与定子轭部粘连。

2.根据权利要求1所述的非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法，其特征在于：制作过程中，对定子齿部圆环和轭部圆环进行浸漆处理，定子齿部内环(10)和定子轭部内环(11)始终限制在定子齿部圆环(4)和定子轭部圆环(5)内，粘结剂以透过所卷绕圆环的形式施加在定子齿部圆环(4)和定子轭部圆环(5)上，浸漆过程在真空下进行以助于粘结剂渗入非晶合金圆环层中；

粘结剂选用树脂、环氧树脂或清漆；

在粘合剂充分渗入定子齿部圆环(4)和定子轭部圆环(5)之后，对其进行加热固化；所述固化处理的温度为90-300℃。

3.根据权利要求1所述的非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法，其特征在于：对制成的齿部圆环和轭部圆环进行退火处理，退火时对定子铁心施加轴向磁场，并在惰性气体保护下进行。

4.根据权利要求1所述的非晶合金轴向磁通电机定子铁芯制作方法，其特征在于：所述定子铁芯适用于200Hz以上的高频电机。