CN112421897B - 一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，确定硅钢片卷绕铁心的外径DFeo、内径DFei和槽宽BFes1；将硅钢片带材加工成闭口槽硅钢片卷绕铁心；贴上绝缘垫；垫上绝缘纸，再紧紧绑扎一起，将经过步骤四处理之后的硅钢片卷绕铁心进行真空浸渍绝缘漆，然后烘干固化，最后退出涨紧塞；沿槽中线将硅钢片卷绕铁心分解成为多个等大小的定子极。1）本发明的无轭分块电枢铁心制造方法利用现有的盘式电机定、转子铁心冲卷机即可生产，不需要开发新型专用机床。2）本发明的无轭分块电枢铁心在生产中省去了不同大小形状的冲片堆叠过程，提高了生产效率。3）本发明的无轭分块电枢铁心具有较好的绝缘强度和机械强度。
Description
技术领域
本发明属于轴向磁通电机技术领域，尤其涉及无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心和制造方法。
背景技术
无轭分块电枢(YASA)轴向磁通永磁电机相对于其他类的轴向磁通电机而言具有功率密度高、重量轻的优点。目前，无轭分块电枢铁心一般使用硅钢片、软磁复合材料SMC、非晶合金以及其他种类的导磁合金材料制作而成，由于硅钢片价格低、导磁能力强，在无轭分块电枢铁心中应用最为广泛。对于无轭分块电枢铁心，由于铁心要求在堆叠方向的截面轮廓一般是类似梯形的形状(也可以是其他不规则形状)。
现有技术中一种满足截面轮廓为梯形要求的铁心，通过采用不同形状尺寸的硅钢片叠压而成，斯洛文尼亚ENSTROJ公司的EMRAX型号的系列轴向磁通永磁电机电枢铁心就是采用该技术制作而成。该方案中，由于采用了多种不同规格的硅钢片，所以需要多种不同的冲片模具对每种不同的形状的冲片进行冲压，增加了冲片模具的制造费用；其次，多种不同形状规格的硅钢片在后期需要重新按照指定的顺序进行排列和装配，增加了装配的难度，生产效率非常低
专利(申请号JP2010136476A)中提到的铁心采用的硅钢片的规格形状较少，每种规格的硅钢片叠成一堆，然后将多种规格的硅钢片堆摞在一起形成阶梯状的梯形轮廓截面。该方法虽然提高了生产效率，并且一定程度降低了成本。但是，当绕组缠绕在铁心外表面时，绕组和铁心外表面存在空隙，造成铁心截面积利用率不高，降低了电机的功率密度。
专利(申请号CN201811022884.5)提出了一种新的无轭分块电枢铁心方法，该方法在同一铁心带材、沿长度方向上，冲裁出槽间距宽度渐增的矩形槽和折痕凹槽，经折叠压缩等工序，直接形成梯形结构的分段铁心，降低了分段铁心的加工难度，降低了成本，但该方法需要有一种新型的冲床。
因此，如何降低无轭分块电枢盘式电机的铁心制备难度，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容：
发明目的：本发明提供一种生产YASA轴向磁通永磁电机用无轭定子铁心的方法和工艺，其中所述方法执行起来相对比较容易，生产成本低、制造速度高、磁性能良好，其目的是解决以往所存在的问题。
技术方案：本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:
包括以下步骤：
步骤一：根据所设计电机的槽数Z、外径Do、内径Di、槽宽Bs1和槽口宽Bs0确定硅钢片卷绕铁心1的外径DFeo、内径DFei和槽宽BFes1；
步骤二：将硅钢片带材加工成外径DFeo、内径DFei、槽宽BFes1的闭口槽硅钢片卷绕铁心1；
步骤三：在硅钢片卷绕铁心1的齿2的内、外径侧贴上绝缘垫5；
步骤四：在槽4内的上下两个端面垫上绝缘纸6，再用热收缩带7(热收缩带7保证齿2及内、外径侧的绝缘垫5紧紧绑扎一起，同时，防止步骤六进行铁心分解时发生定子极9发生散落现象，由于定子极9是一片片的硅钢片叠压而成的)将每个齿2及内、外径侧的绝缘垫5紧紧绑扎在一起，然后在槽4中塞入涨紧塞8；
步骤五：将经过步骤四处理之后的硅钢片卷绕铁心1进行真空浸渍绝缘漆，然后烘干固化，最后退出涨紧塞8；
步骤六：沿槽4中线将硅钢片卷绕铁心1分解成为多个等大小的定子极9。
步骤一中所设计电机的槽数Z，外径Do、内径Di、槽宽Bs1、槽口宽Bs0与硅钢片卷绕铁心1的外径DFeo、内径DFei以及卷绕铁心槽宽BFes1的关系为：
硅钢片卷绕铁心1具有Z个闭口槽4，槽4的截面为八边形，闭口桥3的高度为0.5～2mm。
热收缩带7绑扎齿2及绝缘垫5时，单层绕包将整个齿身201均缠满且单层绕包不能叠包。
热收缩带材质为聚酯纤维，厚度为0.1mm。
绝缘垫5为与被贴合的齿2的面相适应的弧形。
绝缘垫5的厚度为1-2mm(仅仅作为绝缘，后期需要在定子极9上缠绕线圈，绝缘垫5太厚，绕线圈时，导致线圈太大，不仅浪费铜材，也增加了电机的体积，太薄了，没有强度，绕线圈时，会造成绝缘垫5压碎)，材质为环氧玻璃布板。
绝缘纸6为U字型，底面6-1紧贴于槽底，侧面6-2贴于槽4的侧壁。
涨紧塞8的形状与槽4形状相同，在齿身201缠满热收缩带7后，涨紧塞8的尺寸刚刚能够满足其塞入槽4中；涨紧塞8的材质为聚四氟乙烯。
成套定子铁心10包含Z个定子极9；定子极9包含绝缘垫5、绝缘纸6和热收缩带7，除轴向(AX)两个端面外(被绝缘纸6覆盖的位置)，均被绝缘材料包裹。
本发明具体优点如下：
1)本发明的无轭分块电枢铁心制造方法利用现有的盘式电机定、转子铁心冲卷机即可生产，不需要开发新型专用机床。
2)本发明的无轭分块电枢铁心在生产中省去了不同大小形状的冲片堆叠过程，提高了生产效率。
3)本发明的无轭分块电枢铁心具有较好的绝缘强度和机械强度。
附图说明：
图1是本发明的硅钢片卷绕铁心结构图；
图2是本发明的硅钢片卷绕铁心绑扎及绝缘处理过程结构图；
图3是本发明的绝缘垫图；
图4是本发明的绝缘纸图；
图5是本发明的涨紧塞图；
图6是本发明的定子极图；
图7是本发明的复合圆环切割加工后的成品定子铁心图；
图8是本发明的闭口槽4的槽型图；
图9为轴向挡块303安装示意图；
附图标记说明：
1.硅钢片卷绕铁心；2.齿；3.闭口桥；4.槽；5.绝缘垫；6.绝缘纸；7.热收缩带；8.涨紧塞；9.定子极；10.成套定子铁心；201.齿身。
图中箭头AX表示轴向；箭头R表示径向方向。
具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：
一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:
包括以下步骤：
步骤一：根据所设计电机的槽数Z、外径Do、内径Di、槽宽Bs1和槽口宽Bs0确定硅钢片卷绕铁心1的外径DFeo、内径DFei和槽宽BFes1；
步骤二：将硅钢片带材加工成外径DFeo、内径DFei、槽宽BFes1的闭口槽硅钢片卷绕铁心1；
步骤三：在硅钢片卷绕铁心1的齿2的内、外径侧贴上绝缘垫5；
步骤四：在槽4内的上下两个端面垫上绝缘纸6，再用热收缩带7将每个齿2及内、外径侧的绝缘垫5紧紧绑扎在一起，然后在槽4中塞入涨紧塞8；
步骤五：将经过步骤四处理之后的硅钢片卷绕铁心1进行真空浸渍绝缘漆，然后烘干固化，最后退出涨紧塞8；
步骤六：沿槽4中线将硅钢片卷绕铁心1分解成为多个等大小的定子极9。
步骤一中所设计电机的槽数Z，外径Do、内径Di、槽宽Bs1、槽口宽Bs0与硅钢片卷绕铁心1的外径DFeo、内径DFei以及卷绕铁心槽宽BFes1的关系为：
硅钢片卷绕铁心1具有Z个闭口槽4，槽4的截面为八边形，闭口桥3的高度为0.5～2mm。
热收缩带7绑扎齿2及绝缘垫5时，单层绕包将整个齿身201均缠满且单层绕包不能叠包。
热收缩带材质为聚酯纤维，厚度为0.1mm。
绝缘垫5为与被贴合的齿2的面相适应的弧形。
绝缘垫5的厚度为1-2mm，材质为环氧玻璃布板。
绝缘纸6为U字型，底面6-1紧贴于槽底，侧面6-2贴于槽4的侧壁。
涨紧塞8的形状与槽4形状相同，在齿身201缠满热收缩带7后，涨紧塞8的尺寸刚刚能够满足其塞入槽4中；涨紧塞8的材质为聚四氟乙烯。
成套定子铁心10包含Z个定子极9；定子极9包含绝缘垫5、绝缘纸6和热收缩带7，除轴向(AX)两个端面外，均被绝缘材料包裹。
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示，一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:
包括以下步骤：
步骤一：根据所设计电机的槽数Z、外径Do、内径Di、槽宽Bs1和槽口宽Bs0确定硅钢片卷绕铁心1的外径DFeo、内径DFei和槽宽BFes1；
步骤二：采用铁心自动冲卷设备将硅钢片带材加工成外径DFeo、内径DFei、槽宽BFes1的闭口槽硅钢片卷绕铁心1；
步骤三：在硅钢片卷绕铁心1的齿2的内、外径侧贴上绝缘垫5；
步骤四：在槽4内的上下两个端面垫上绝缘纸6，再用热收缩带7(热收缩带在受热后收缩，绑扎的更紧)将每个齿2及内、外径侧的绝缘垫5紧紧绑扎在一起，热收缩带7的结束端塞入齿2与绝缘垫5的贴合面处，然后在槽4中塞入涨紧塞8；
步骤五：将经过步骤四处理之后的硅钢片卷绕铁心1进行真空浸渍绝缘漆，然后烘干固化，最后退出涨紧塞8；(1.涨紧塞8是聚四氟乙烯材料，它不与浸渍漆相粘粘；2.涨紧塞8的尺寸略小于槽的尺寸，可以保证热收缩带7与绝缘纸6牢牢的贴合在卷绕铁心1上；3.避免热收缩带7与绝缘纸6挂漆太厚，占用较大槽空间，导致最终制作出的电机的槽满率偏低。)
步骤六：利用水刀切割机(或线切割，或激光切割，或铣削)沿槽4中线将硅钢片卷绕铁心1分解成为多个等大小的定子极9(如图7所示)。
步骤一中所设计电机的槽数Z，外径Do、内径Di、槽宽Bs1、槽口宽Bs0与硅钢片卷绕铁心1的外径DFeo、内径DFei以及卷绕铁心槽宽BFes1的关系为：
硅钢片卷绕铁心1具有Z个闭口槽4，槽4的截面为八边形(就是如图1所示的，从直径方向上看的形状，从图5中的涨紧塞的形状也可以看出，就是图8中的左侧的图形的形状)，闭口桥3的高度为0.5～2mm。(后期制作的定子极9上保留有部分闭口桥3，保证以后在定子极9上缠绕线圈时，线圈不会轻易的脱离；八边形槽的作用是：在后期制造电机时，能够安装上轴向挡块303)
热收缩带7绑扎齿2及绝缘垫5时，单层绕包将整个齿身201均缠满且单层绕包不能叠包(为了提高槽满率)。
热收缩带材质为聚酯纤维，厚度为0.1mm，具有强的绝缘能力和机械拉伸强度。
绝缘垫5为与被贴合的齿2的面相适应的弧形。
绝缘垫5的厚度(即如图6所示的径向方向(R)所示的距离)为1-2mm(仅仅作为绝缘，后期需要在定子极9上缠绕线圈，绝缘垫5太厚，绕线圈时，导致线圈太大，不仅浪费铜材，也增加了电机的体积，太薄了，没有强度，绕线圈时，会造成绝缘垫5压碎)，材质为环氧玻璃布板。
绝缘纸6为U字型(如图4所示)，底面6-1紧贴于槽底，侧面6-2贴于槽4的侧壁；绝缘纸6材质为耐温180℃的6650NHN绝缘纸。
涨紧塞8的形状与槽4形状相同，在齿身201缠满热收缩带7后，涨紧塞8的尺寸刚刚能够满足其塞入槽4中，能够保证热收缩带7在浸漆和烘干过程中平整、不散脱，且槽4侧壁不会粘粘上太多的绝缘漆而导致槽的面积减小过多；涨紧塞8的材质为聚四氟乙烯，能够保证浸漆烘干后涨紧塞8易脱模。
硅钢片卷绕铁心1经过绑扎及绝缘处理过程后，将各部件初步固定在一起；再经真空浸漆和烘干处理后，实现各部件完全成为一体，保证切割出的的定子极9不散脱；成套定子铁心10包含Z个定子极9；定子极9包含绝缘垫5、绝缘纸6和热收缩带7，除轴向(AX)两个端面外，均被绝缘材料包裹，后期可直接在定子极9上缠绕电枢绕组。
如图1和图7所示，所设计电机的槽数Z，外径Do、内径Di、槽宽Bs1和槽口宽Bs0与硅钢片卷绕铁心1的外径DFeo、内径DFei和槽宽BFes1的关系符合下列三个关系式：πDi≈πDFei+ZBs0；πDo≈πDFeo+ZBs0；BFes1＝Bs10-Bs0。如设计一台槽数Z＝18的电机，其外径Do＝245mm，内径Di＝135mm，槽宽Bs1＝20mm，槽口宽Bs0＝4mm，则硅钢片卷绕铁心1的外径DFeo＝222mm，内径DFei＝112，BFes1＝16mm。
Claims (7)
1.一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:
包括以下步骤：
步骤一：根据所设计电机的槽数Z、外径Do、内径Di、槽宽Bs1和槽口宽Bs0确定硅钢片卷绕铁心(1)的外径DFeo、内径DFei和槽宽BFes1；
步骤二：将硅钢片带材加工成外径DFeo、内径DFei、槽宽BFes1的闭口槽硅钢片卷绕铁心(1)；
步骤三：在硅钢片卷绕铁心(1)的齿(2)的内、外径侧贴上绝缘垫(5)；
步骤四：在槽(4)内的上下两个端面垫上绝缘纸(6)，再用热收缩带(7)将每个齿(2)及内、外径侧的绝缘垫(5)紧紧绑扎在一起，然后在槽(4)中塞入涨紧塞(8)；
步骤五：将经过步骤四处理之后的硅钢片卷绕铁心(1)进行真空浸渍绝缘漆，然后烘干固化，最后退出涨紧塞(8)；
步骤六：沿槽(4)中线将硅钢片卷绕铁心(1)分解成为多个等大小的定子极(9)；
步骤一中所设计电机的槽数Z，外径Do、内径Di、槽宽Bs1、槽口宽Bs0与硅钢片卷绕铁心(1)的外径DFeo、内径DFei以及卷绕铁心槽宽BFes1的关系为：
；
硅钢片卷绕铁心(1)具有Z个闭口槽(4)，槽(4)的截面为八边形，闭口桥(3)的高度为0.5～2mm；
热收缩带(7)绑扎齿(2)及绝缘垫(5)时，单层绕包将整个齿身(201)均缠满且单层绕包不能叠包。
2.根据权利要求1所述的一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:热收缩带材质为聚酯纤维，厚度为0.1mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:绝缘垫(5)为与被贴合的齿(2)的面相适应的弧形。
4.根据权利要求3所述的一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:绝缘垫(5)的厚度为1-2mm，材质为环氧玻璃布板。
5.根据权利要求1或2所述的一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:绝缘纸(6)为U字型，底面(6-1)紧贴于槽底，侧面(6-2)贴于槽(4)的侧壁。
6.根据权利要求1所述的一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:涨紧塞(8)的形状与槽(4)形状相同，在齿身(201)缠满热收缩带(7)后，涨紧塞(8)
的尺寸刚刚能够满足其塞入槽(4)中；涨紧塞(8)的材质为聚四氟乙烯。
7.根据权利要求1所述的一种无轭分块电枢轴向磁通电机定子铁心的制造方法，其特征在于:成套定子铁心(10)包含Z个定子极(9)；定子极(9)包含绝缘垫(5)、绝缘纸(6)和热收缩带(7)，除轴向(AX)两个端面外，均被绝缘材料包裹。
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