CN110932494A - 一种非晶电机铁芯的制造方法、非晶电机铁芯和非晶电机 - Google Patents

一种非晶电机铁芯的制造方法、非晶电机铁芯和非晶电机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种非晶电机铁芯的制造方法、非晶电机铁芯和非晶电机。所述方法包括：步骤S1，获取非晶带材，并对所述非晶带材进行剪切处理，以获得预定长宽尺寸的非晶片；步骤S2，对所述非晶片进行预处理，以释放所述非晶片的应力；步骤S3，获取硅钢片，其中所述硅钢片与所述非晶片具有相同的长宽尺寸，将所述硅钢片与所述非晶片制成叠片；步骤S4，对所述叠片进行成型处理，以形成铁芯。根据本发明的制造方法，通过将非晶带材与硅钢片结合制成铁芯，提升了铁芯的机械强度；同时，在将非晶带材与硅钢片形成叠片之前对非晶带材进行预处理，以释放非晶带材的应力，提升了形成的叠片的质量和机械加工性能，进而提供了非晶电机的性能和使用寿命。

Description

一种非晶电机铁芯的制造方法、非晶电机铁芯和非晶电机
技术领域
本发明涉及电机技术领域，具体而言涉及一种非晶电机铁芯的制造方法、非晶电机铁芯和非晶电机。
背景技术
非晶电机广泛应用于汽车、高速纺织机、氢气注入压缩机、储能器、无人机等高速、精确控制领域，非晶电机采用非晶材料作为电机铁芯的材料，其较传统的硅钢片电机具有优异的电磁性能，其效率高、能耗低，是目前电机的重要研究方向。
然而，非晶材料由于其材料本身厚度薄、硬度高，不易加工和切割，对机械应力敏感，使得电机加工难度大，加工工艺复杂，加工成本高，严重限制了非晶电机的应用。一种典型的非晶电机加工方法，是将非晶带材进行剪切处理后，通过形成叠片状非晶棒之后，对非晶棒进行切割成型处理之后进一步进行退火处理以消除铁芯中的应力，由于退火处理发生在切割成型处理之后，非晶材料本身的特性，其在退火之后往往变脆，导致非晶电机难以达到要求的机械强度，这影响了电机的使用寿命；同时由于形成叠片过程中往往产生孔洞和气泡，成型之后的退火步骤往往难以完全消除孔洞和气泡，这些孔洞和气泡将影响非晶电机的电磁系数、损耗等，从而影响非晶电机的性能。
为此，有必要提出一种新的非晶电机铁芯的制造方法、非晶电机铁芯和非晶电机，用以解决现有技术中的问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种非晶电机铁芯的制造方法，所述方法包括：
步骤S1，获取非晶带材，并对所述非晶带材进行剪切处理，以获得预定长宽尺寸的非晶片；
步骤S2，对所述非晶片进行预处理，以释放所述非晶片的应力；
步骤S3，获取硅钢片，其中所述硅钢片与所述非晶片具有相同的长宽尺寸，将所述硅钢片与所述非晶片制成叠片；
步骤S4，对所述叠片进行成型处理，以形成铁芯。
示例性地，在所述步骤S2中，对所述非晶片进行预处理的方法包括退火处理。
示例性地，在所述步骤S2中，对所述非晶带材进行预处理的方法还包括在所述退火处理之前进行张力预处理。
示例性地，在对所述非晶带材进行退火处理的方法包括：
将所述非晶带材在惰性气氛中进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度范围为200℃-300℃。
示例性地，在所述步骤S2中，所述低温热处理在渐变的温度下进行。
示例性地，所述低温热处理包括第一低温热处理和第二低温热处理；
所述第一低温热处理的温度范围为200℃-250℃；
所述第二低温热处理的温度范围为250℃-300℃。
示例性地，在所述步骤S3中，将所述硅钢片与所述非晶片以穿插层叠的方式制成所述叠片，其中，每一预定数量的非晶片上层叠一硅钢片。
示例性地，在所述叠片中所述非晶带材和所述硅钢片的数量比的范围为5:1-15:1。
示例性地，所述非晶电机铁芯包括定子和转子，在所述步骤S4中还包括在第一温度下将所述定子和所述转子装配成电机，所述第一温度的范围为100℃-150℃。
本发明还提供了一种非晶电机铁芯，采用如上任意一项所述的方法制造。
本发明还提供了一种非晶电机，包括如上所述的非晶电机铁芯。
根据本发明的非晶电机铁芯的制造方法、非晶电机铁芯和非晶电机，通过将非晶带材与硅钢片结合制成铁芯，使得制备的铁芯保留了非晶材料的强度和磁参数特性，又保证铁芯的韧性，提升了铁芯的机械强度；同时，在将非晶带材与硅钢片形成叠片之前对非晶带材进行预处理，以释放非晶带材的应力，提升了形成的叠片的机械加工性能，进而提供了非晶电机的性能和使用寿命，成型后的铁芯不需要进一步的退火处理，减少了工艺步骤。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为根据本发明的一个实施例的一种非晶电机铁芯的制造方法的流程图；
图2为根据本发明的一个实施例的非晶电机铁芯的制造方法中形成的叠片的结构示意图；
图3A和图3B为根据本发明的一个实施例的非晶电机铁芯的制造方法中形成的铁芯的转子和定子的结构示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述的非晶电机铁芯的制造方法、非晶电机铁芯和非晶电机。显然，本发明的施行并不限于电机技术领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
实施例一
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种非晶电机铁芯的制造方法，包括：
步骤S1，获取非晶带材，并对所述非晶带材进行剪切处理，以获得预定长宽尺寸的非晶片；
步骤S2，对所述非晶片进行预处理，以释放所述非晶片的应力；
步骤S3，获取硅钢片，其中所述硅钢片与所述非晶片具有相同的长宽尺寸，将所述硅钢片与所述非晶片制成叠片；
步骤S4，对所述叠片进行成型处理，以形成铁芯。
下面参看图1、图2、图3A和图3B对根据本发明的一种非晶电机铁芯的制造方法进行示例性说明。其中，图1为根据本发明的一个实施例的一种非晶电机铁芯的制造方法的流程图；图2为根据本发明的一个实施例的非晶电机铁芯的制造方法中形成的叠片的结构示意图；图3A和图3B为根据本发明的一个实施例的非晶电机铁芯的制造方法中形成的铁芯的转子和定子的结构示意图。
首先，参看图1，执行步骤S1：获取非晶带材，并对所述非晶带材进行剪切处理，以获得预定尺寸的非晶片。
示例性的，在非晶带材生产线上将非晶带材剪切成具有预定尺寸的非晶片。具体的剪切过程可以采用切割机与非晶带材生产机配合进行，在生产非晶带材的过程中对非晶带材进行切割或者剪切。
根据本发明的一个示例，非晶带材采用Fe80Si9B11(at.％)的铁基非晶带材，其宽度为145mm，厚度为0.03mm。根据本发明的一个示例，将上述规格的铁基非晶带材剪切成长宽均为145mm的非晶片。
需要理解的是，本实施例采用铁基非晶带材以及上述尺寸进行介绍仅仅是示例性的，本领域技术人员应当理解，非晶带材包括多种成分与尺寸规格，在此并不限定，本领域技术人员可以根据要成型的铁芯大小采用相应的非晶带材并制作相应尺寸的非晶片。
接着，继续参看图1，执行步骤S2：对所述非晶片进行预处理，以释放所述非晶片的应力。
由于在步骤S1中，非晶带材本身较薄，剪切后形成的非晶片往往发生卷曲，并且在生产和剪切过程中往往在其内部残留应力，这些应力残留在非晶片中影响后续非晶片与硅钢片形成的叠片的机械加工性能和电磁性能。在本发明中，对非晶片进行预处理，释放非晶片的应力，使得非晶片具有更适合后续形成叠片的状态，同时，经过预处理之后的非晶片，表面光洁度高，机械加工性能好，使得非晶片可以直接进入后续形成叠片过程中的胶浸处理，减少叠片固化过程中的孔洞和气泡，也减少形成的叠片固化后的应力，避免对叠片的电磁性能造成影响。
示例性的，对所述非晶带材进行预处理的方法包括退火处理。经过退火处理后，非晶片的应力得到释放，提升了非晶片的机械加工性能；同时保证了后续铁芯成型过程中的机械加工性能，使铁芯能够进行线切割成型，避免成型过程中非晶片产生碎屑和裂纹。
示例性的，对所述非晶带材进行退火处理的方法包括：
将所述非晶带材在惰性气氛中进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度范围为200℃-300℃。
由于在200℃-300℃的温度范围内进行低温热处理，由于热处理温度在非晶材料的脆变温度以下，避免非晶片变脆，保证非晶片的韧性的同时释放应力，提升后续非晶片加工的性能。示例性的，低温热处理的时间范围是60min-120min。
进一步，示例性的，在所述步骤S2中，所述非晶带材在渐变的温度下进行所述低温热处理。在低温热处理过程中，使温度渐进变化，从而使非晶片中的应力逐渐释放，使非晶片中的应力能够释放完全。
示例性的，在低温热处理过程中，温度以阶梯型变化的形式实现上述渐进变化。
示例性的，所述低温热处理包括第一低温热处理和第二低温热处理；
所述第一低温热处理的温度范围为200℃-250℃；
所述第二低温热处理的温度范围为250℃-300℃。
在根据本发明的一个示例中，上述第一低温热处理的时间范围15min-60min，上述第二低温热处理的时间范围是60-90min。
由于非晶带材本身较薄，剪切后形成的非晶片往往发生卷曲，根据本发明的一个示例，在进行上述退火工艺之前，还进行张力预处理工艺，以使卷曲的非晶片舒展，这一过程可以进一步形成适于形成叠片的非晶片，减少后续叠片固化过程中形成的气泡和空洞，同时，通过对非晶片的舒展释放其中的张力，也能够减少非晶片中的应力。
示例性的，对非晶片执行所述张力预处理工艺的方法包括在室温下对非晶片施加一个水平方向向外的张力，使之向外舒展。在根据本发明的一个实施例中，对非晶片执行张力预处理的过程中，对非晶片施加一个水平方向向外的张力的同时，在垂直方向上施加一个压力，进一步提升张力预处理的效果。
接着，继续参看图1，执行步骤S3：获取硅钢片，其中所述硅钢片与所述非晶片具有相同的尺寸，将所述硅钢片与所述非晶片制成叠片。
在根据本发明的一个示例中，硅钢片采用厚度为0.5mm，其具有与非晶片相同的长度与宽度。在本实施例中，非晶片的长宽均为145mm，从而硅钢片的长宽均为145mm。
将非晶片与硅钢片制成叠片的方法包括将硅晶片和硅钢片按照同一方向堆叠。示例性的，采用夹具将非晶片与硅钢片进行堆叠，保证堆叠的叠片高度在预定的范围内(误差不超过±1mm)。示例性的，将硅钢片与非晶带材以穿插层叠的方式制成所述叠片。示例性的，每一预定数量的非晶片上层叠一硅钢片，使得硅钢片与非晶片均匀分布，形成的铁芯具有均匀的成分和机械性能。
示例性的，在叠片中非晶片和硅钢片的数量比的范围为5:1-15:1，在这一数量比下，保证了形成的铁芯具有加好的机械性能以及电磁性能。
示例性的，在堆叠形成叠片的过程中加入固化剂进行固化处理。示例性的，采用环氧树脂固化剂进行固化处理，固化后形成叠片块体。
示例性的，在堆叠非晶片和硅钢片的过程中，在每一非晶片和硅钢片两面涂覆胶水，经过夹具的层压后将叠片整体放入装有固化剂的真空含浸机内进行含浸处理，最后在烘箱内进行烘烤固化。
由于在步骤S2中，对非晶片进行预处理，释放了其中的应力，其表面状态平整，光洁，无水渍油渍，并且保持干燥状态，使得在进行涂覆胶水的过程中，胶水能够完整的覆盖非晶片的表面，减少了叠片形成过程中胶水中的气孔、气泡，避免了叠片成型成铁芯之后，气孔、气泡对铁性的电磁性能的影响，进一步提升了电机的机械性能。
参看图2，示出了根据本发明的实施例的非晶电机铁芯的制造方法中形成的叠片的结构示意图。
叠片200由穿插层叠的非晶片201和硅钢片202构成块体状。其中，多片非晶片201中穿插一片硅钢片202，并且，在叠片200的最外层两端设置为硅钢片202，这样的设置下，改善叠片表面的机械性能，使之容易加工成型为铁芯。
接着，继续参看图1，执行步骤S4：对所述叠片进行成型处理，以形成铁芯。
在根据本发明的一个实施例中，对叠片进行成型处理形成的铁芯，包括定子和转子。
具体的，首先，对叠片进行穿孔处理。从最外侧的硅钢片的中部用电火花方法轴向加工小圆孔。接着，采用线切割的方法按照定子、转子的尺寸，对叠片进行线切割，切割出所需的定子和转子的形状。由于非晶材料的硬度较大，示例性的，采用金刚石线进行线切割，提高加工效率，同时满足电机尺寸的误差在0.01mm内的加工精度要求。
参看图3A和图3B，示出了根据本发明的一个实施例的非晶电机铁芯的制造方法中形成的铁芯的转子和定子的结构示意图。其中，图3A为非晶电机铁芯的转子301的结构示意图，图3B位非晶电机铁芯的定子302的结构示意图。
叠片进行成型加工成铁芯后，进行定子绕组设计。最终进行装配，完成电机的制作。示例性的，在装配过程中进行加温装配，例如将定子和转子的温度升高到100-150℃的情况下进行装配。由于非晶材料硬度大，通过在高温下装配可以满足过盈装配的需求。在根据本发明的一个示例中，在120℃下将定子和转子装置成非晶电机。
同时，由于在步骤S2中，对剪切后的非晶片已经进行了去应力处理，在步骤S4中，铁芯线切割成型后，不需要对铁芯进行进一步热处理，就能使铁芯达到机械性能要求，节省了工艺步骤的同时，提升了铁芯的质量。
以上是对根据本发明的非晶电机铁芯的制造方法的示例性介绍，根据本发明的非晶电机铁芯的制造方法，通过将非晶带材与硅钢片结合制成铁芯，使得制备的铁芯保留了非晶材料的强度和磁参数特性，又保证铁芯的韧性，提升了铁芯的机械强度；同时，在将非晶带材与硅钢片形成叠片之前对非晶带材进行预处理，以释放非晶带材的应力，提升了形成的叠片的机械加工性能，进而提供了非晶电机的性能和使用寿命，成型后的铁芯不需要进一步的退火处理，减少了工艺步骤。
实施例二
本发明还提供了一种非晶电机铁芯，其采用如实施例一所述的方法制造。
由于根据本发明的非晶电机铁芯的制造方法，通过将非晶带材与硅钢片结合制成铁芯，使得制备的铁芯保留了非晶材料的强度和磁参数特性，又保证铁芯的韧性，提升了铁芯的机械强度；同时，在将非晶带材与硅钢片形成叠片之前对非晶带材进行预处理，以释放非晶带材的应力，提升了形成的叠片的机械加工性能，进而提供了非晶电机的性能和使用寿命，成型后的铁芯不需要进一步的退火处理，减少了工艺步骤。因而，根据本发明的非晶电机铁芯具有较高的机械强度，和使用寿命。
实施例三
本发明还提供了一种非晶电机，其包括如实施例二所述的非晶电机铁芯。
由于根据本发明的非晶电机铁芯，通过将非晶带材与硅钢片结合制成铁芯，使得制备的铁芯保留了非晶材料的强度和磁参数特性，又保证铁芯的韧性，提升了铁芯的机械强度；同时，在将非晶带材与硅钢片形成叠片之前对非晶带材进行预处理，以释放非晶带材的应力，提升了形成的叠片的机械加工性能，进而提供了非晶电机的性能和使用寿命，成型后的铁芯不需要进一步的退火处理，减少了工艺步骤。因而，根据本发明的非晶电机具有较高的机械强度，和使用寿命。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (11)

1.一种非晶电机铁芯的制造方法，其特征在于，包括：
步骤S1，获取非晶带材，并对所述非晶带材进行剪切处理，以获得预定长宽尺寸的非晶片；
步骤S2，对所述非晶片进行预处理，以释放所述非晶片的应力；
步骤S3，获取硅钢片，其中所述硅钢片与所述非晶片具有相同的长宽尺寸，将所述硅钢片与所述非晶片制成叠片；
步骤S4，对所述叠片进行成型处理，以形成铁芯。
2.根据权利要求1所述的非晶电机铁芯的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述非晶片进行预处理的方法包括退火处理。
3.根据权利要求1所述的非晶电机铁芯的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2中，对所述非晶带材进行预处理的方法还包括在所述退火处理之前进行张力预处理。
4.根据权利要求2所述的非晶电机铁芯的制造方法，其特征在于，在对所述非晶带材进行退火处理的方法包括：
将所述非晶带材在惰性气氛中进行低温热处理，其中，所述低温热处理的温度范围为200℃-300℃。
5.根据权利要求4所述的非晶电机铁芯的制造方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述低温热处理在渐变的温度下进行。
6.根据权利要求5所述的非晶电机铁芯的制造方法，其特征在于，所述低温热处理包括第一低温热处理和第二低温热处理；
所述第一低温热处理的温度范围为200℃-250℃；
所述第二低温热处理的温度范围为250℃-300℃。
7.根据权利要求1所述的非晶电机铁芯的制造方法，其特征在于，在所述步骤S3中，将所述硅钢片与所述非晶片以穿插层叠的方式制成所述叠片，其中，每一预定数量的非晶片上层叠一硅钢片。
8.根据权利要求7所述的非晶电机铁芯的制造方法，其特征在于，在所述叠片中所述非晶带材和所述硅钢片的数量比的范围为5:1-15:1。
9.根据权利要求1所述的非晶电机铁芯的制造方法，其特征在于，所述非晶电机铁芯包括定子和转子，在所述步骤S4中还包括在第一温度下将所述定子和所述转子装配成电机，所述第一温度的范围为100℃-150℃。
10.一种非晶电机铁芯，其特征在于，采用如权利要求1-9中任意一项所述的方法制造。
11.一种非晶电机，其特征在于，包括如权利要求10所述的非晶电机铁芯。
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