CN113410963B - 一种铝镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，为：1、采用定子操作杆将电机定子从充磁头组件中抽出并拉入到保磁衬套中；该过程中，电机的定子磁钢与充磁铁芯或保磁衬套或二者构成闭合磁路；2、通过定位操作杆将置于保磁衬套中的电机定子推入到保磁座内；在该过程中，定子磁钢与保磁座或保磁衬套或二者构成了闭合磁路；3、在拆除保磁衬套和定位操作杆后，利用底盘座将电机转子同轴压固在底盘座与保磁座之间，利用定子压入件将保磁座内的电机定子压入到电机转子内，该过程中，定子磁钢与保磁座或导磁罩或转子铁芯或二者或三者构成了闭合磁路。本发明实现了铝镍钴类磁钢装配全过程保磁。

Description

一种铝镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法

技术领域

本发明属于特种电机的精密装配技术领域，涉及使用铝镍钴类磁钢的力矩电机的装配技术，具体涉及一种镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法。

背景技术

钕铁硼类稀土磁钢具有高的矫顽力、高的剩磁、高的磁能积，是当今应用最为广泛的一类永磁材料，但其存在明显的热线涨系数各向异性、剩磁温度系数高、居里温度低等缺陷。铝镍钴类磁钢具有较低的矫顽力、较高的剩磁、较低的磁能积，但其具有线涨系数各向同性、剩磁温度系数低、居里温度高的优点。因此在钕铁硼磁钢问世之前，铝镍钴类磁钢在永磁电机中大量应用，在当前要求使用温度高、强调磁稳定性、结构稳定性的一些场合仍得到大量应用。由于铝镍钴类磁钢的矫顽力低、磁能积小，在其使用的全过程需保持磁路的全闭路，否则磁性能会出现损失或较大的退磁，使得力矩电机的力学性能明显下降，不能满足使用要求。

力矩电机的磁路一般由定子、转子构成，即由定子磁钢-定子磁轭-磁路气隙-转子铁芯(铁芯齿和铁芯轭)构成，带磁钢的定子只有全部套入转子后，才构成了磁路全闭路，在其他状态下处于半闭路或开路，铝镍钴类磁钢存在退磁的风险；对于整装式电机建立了自己的轴系支撑，定子套入转子时应避免磁钢与转子铁芯间的吸力造成的定转子磕碰、装配偏心等问题。

在一些使用铝镍钴类磁钢的传感器类机电元件中，装载单片或辐射环磁钢的定子设计成内、外磁轭，定子可完成磁路自闭路，转子为无导磁铁芯的结构型式，在磁路上可视为空气隙，这种铝镍钴类磁钢的保磁可在充磁装置中采取措施予以解决。但整装式力矩电机为提高输出力矩性能，一般设计成转子上有铁芯的结构型式，转子铁芯是磁路构成的必不可少的一部分，因此上述的设计方法和技术措施不适合于整装式力矩电机的铝镍钴磁钢装配全过程保磁

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，该方法可实现这类整装式力矩电机的引导装配，从而在装配上可保证这类力矩电机的设计力学性能。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现:

一种镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、采用定子操作杆将电机定子从充磁头组件中抽出并拉入到保磁衬套中；其中，充磁头组件用于完成定子磁钢的饱和或定量充磁，其由环形外壳、安装在外壳内的充磁铁芯和缠绕在充磁铁芯上的槽内绕组和端部线包构成；充磁铁芯与保磁衬套以端面相接触的方式形成同轴定位配合，定子操作杆通过螺钉与电机定子同轴固定连接；将电机定子从充磁头组件移动至保磁衬套的过程由三个连续阶段构成，在第一阶段电机的定子磁钢与充磁铁芯构成闭合磁路，在第二阶段电机的定子磁钢、充磁铁芯及保磁衬套构成闭合磁路，在第三阶段电机的定子磁钢与保磁衬套构成闭合磁路；

步骤2、通过定位操作杆将置于保磁衬套中的电机定子推入到保磁座内；保磁座与保磁衬套同轴接触配合，内部形成供电机定子移动的等径连通内孔；将电机定子从保持衬套移动至保磁座的过程由三个连续阶段构成，在第一阶段电机的定子磁钢与保磁衬套构成了闭合磁路，在第二阶段电机的定子磁钢、保磁衬套和保磁座构成了闭合磁路，在第三阶段电机的定子磁钢与保磁座构成了闭合磁路。

步骤3、在拆除保磁衬套和定位操作杆后，利用底盘座将电机转子同轴压固在底盘座与保磁座之间，并在电机转子与保磁座之间设置导磁罩；然后利用定子压入件将保磁座内的电机定子压入到电机转子内，将电机定子移至电机转子的过程由五个连续阶段构成，在第一阶段电机的定子磁钢与保磁座构成了闭合磁路，在第二阶段电机的定子磁钢、保磁座、导磁罩构成了闭合磁路，在第三阶段电机的定子磁钢、保磁座、导磁罩、转子铁芯构成闭合磁路，在第四阶段电机的定子磁钢、导磁罩和转子铁芯构成闭合磁路，在第五阶段电机的定子磁钢与转子铁芯构成了闭合磁路。

进一步的：所述保磁衬套由高导磁率、高饱和磁密的软磁材料制成，其形状为法兰套式结构，其内孔直径略大于电机定子磁钢的外径。

更进一步的：所述充磁铁芯的内孔由大直径内孔段和小直径内孔段构成；在充磁过程中，电机定子置于小直径内孔段内；大直径内孔段的底面与保磁衬套远离法兰的一端接触配合，大直径内孔段的外圆面与保磁衬套的套体部分的外圆面接触配合。

进一步的：所述保磁座由高导磁率、高饱和磁密的软磁材料制成；所述保磁座由外环壁、中心轴及连接外环壁和中心轴的底边构成；底边上沿圆周方向分布有三个通孔；中心轴为空心轴结构，所述外环壁的内环面由沿轴向连接的大直径段和小直径段构成，该两段之间的连接面为止档端面，小直径段直径与保磁衬套的内孔径一致；所述止档端面与保磁衬套的套体部分的端面接触，在大直径段的环面与保磁衬套的套体部分外之间设置有套环，套环的两端分别与止档端面及保磁衬套的法兰面接触；

更进进一步的：所述套环由钢或铝类材料制成。

进一步的：所述底盘座为设置有凸台的法兰盘式结构，底盘座与保磁座通过螺栓连接，使电机转子压装在中心凸台与保磁座的止档端面之间；所述定子压入件由压入底盘、固定在压入底盘一侧中心的中心输出芯轴及固定在压入底盘该侧的三根沿圆周方向均布的顶柱构成，中心输出芯轴与保磁座的中心轴内孔插装导向配合，三根顶柱分别插入到保磁座底边上的三个通孔内，三根顶柱的端部均与电机定子的端面顶压接触配合，将电机定子压入到电机转子中。

进一步的：所述导磁罩整体为母线成L形的环形罩，导磁罩同轴安装至转子铁芯绕组端部，并压紧在电机转子与保磁座的止档端面之间。

本发明具有的优点和积极效果为：

1、本发明保磁及引导装配方法，自电机定子完成饱和充磁至其套入电机转子的全操作过程保持了定子磁钢磁路的全闭路，实现了铝镍钴类磁钢装配全过程保磁。

2、本发明针对有铁芯转子的端部为非导磁物质这一固有特性，设计了超高饱和磁密的导磁罩，在定子磁钢进入转子端部时起到磁路补偿作用，最大限度地减小铝镍钴磁钢的磁性能损失；

3、针对电机转子绕组端部内径工程化上尺寸规格不一的问题，设计了不同径向厚度的导磁罩予以匹配，解决每个电机个体铝镍钴磁钢的保磁问题；

4、本保磁及引导装配方法在实施过程中，涉及的辅助工装件较少，在实现铝镍钴类磁钢的保磁装配的同时也实现了该类整装式电机的引导安装，避免定转子间的磕碰，并保证了同心安装。

附图说明

图1a是铝镍钴类磁钢整装式电机的纵向剖视图；

图1b是铝镍钴类磁钢整装式电机的左视图；

图2a是电机定子、充磁头组件及保磁衬套三者的配合纵向剖视图；

图2b是电机定子、充磁头组件及保磁衬套三者的配合的右视图；

图3a是保磁衬套、保磁座及电机定子三者的配合纵向剖视图；

图3b是保磁衬套、保磁座及电机定子三者配合的右视图；

图4a是电机定子压入电机转子的初始阶段的结构示意图；

图4b是电机定子压入电机转子的处于退磁风险A处结构示意图；

图4c是电机定子压入电机转子的处于退磁风险B处结构示意图

图4d是电机定子压入电机转子的终端位置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

本发明的具体实施例中，为较好地描述实施方法和过程，对铝镍钴磁钢类的整装式电机、充磁头装置做出一般性必要的结构描述和说明，不排除其包含其他结构和零组件，本发明对其内部的详细设计和结构不做限定，铝镍钴类磁钢的整装式电机和充磁头装置的结构型式及技术方案满足本发明实施例的相关要求即可。

如图1a和1b所示：所述的铝镍钴类磁钢整装式电机由转子1、定子2、定子锁母3、轴承4和转子锁母5构成。所述转子1由转子铁芯1-2上绕制线圈，形成槽内绕组和端部线包1-3，之后装入转子壳体1-1，灌封环氧树脂胶，机加后形成转子。所述定子2由多极的铝镍钴磁钢2-1粘接在定子磁轭2-2上形成。定子磁轭的内孔小间隙定位安装了轴承4，采用定子锁母3予以锁紧，电机的轴承4的内圈与转子壳体1-1伸出轴小间隙定位配合，定子2套入转子1中，利用转子锁母5实现轴承4内圈锁紧。

如图2a所示：充磁头组件6由充磁头线包6-1、充磁头壳体6-2、充磁头铁芯6-3组成。叠装好的充磁头铁芯上绕制线圈，形成充磁头线包，之后一起装入充磁头壳体；充磁头绕组通电形成的磁极数与电机的定子磁钢极数相同。

如图2a和2b所示，装载轴承4和定子锁母3的定子2利用连接螺钉9与定子操作杆8固定连接，将其放置在充磁头组件6中，进行饱和充磁，充磁完毕，将保磁衬套7同轴装入充磁头的铁芯6-3中，充磁头铁芯6-3输出周向和轴向的定位与保磁衬套7配合，操作时按压住保磁衬套7，利用定子操作杆8沿充磁头铁芯6-3内孔和保磁衬套7的内孔将电机的定子2拉入保磁衬套7中，定子2不超出保磁衬套7的另侧端面，整个过程中，电机的定子磁钢2-1与充磁铁芯6-3或保磁衬套7或二者构成闭合磁路，实现保磁。电机的定子2完全进入保磁衬套7后，已构成了闭合磁路，电机的定子2临时放置在保磁衬套7内。

如图3a和3b所示，平放保磁座10，将套环11同轴装入保磁座10中，电机的定子2、轴承4、定子锁母3及定子操作杆8、连接螺钉9在上一步中已成为一个组合体放置在保磁衬套7内，该组合体与保磁衬套7一起再同轴安放于套环11中，保磁座10的输出轴与轴承4小间隙滑动配合，按压住保磁衬套7利用定子操作杆8将定子2沿保磁座10的输出轴轴线向里推入，直到电机的定子磁轭2-2端面与保磁座10的内端面接触，电机的定子磁钢2-1沿轴向向里行进时由保磁座10或保磁衬套7或二者构成了闭合磁路，实现了保磁。电机的定子2全部进入保磁座10后，已构成了闭合磁路。电机的定子2推入到位后，拆卸连接螺钉9、定子操作杆8，取出套环11和保磁衬套7，即电机的定子2保磁安放在保磁座10中。

如图4a、4b、4c和4d所示,平放底盘座12，电机的转子1内孔与底盘座12输出的芯轴定位配合，将转子1同轴安装至底盘座12上，导磁罩13同轴安装至转子铁芯绕组端部1-3，选择适宜厚度的导磁罩13，其端部与绕组端部1-3紧贴，保磁座10的输出轴前端阶梯小径与电机转子1内孔小间隙定位配合，装载了电机定子2的保磁座10同轴安装至电机转子1内孔中。可利用螺栓将底盘座12、电机转子1、保磁座10固定连接，并压实导磁罩13。定子压入件14的中心输出芯轴14-1与保磁座10的中心孔小间隙滑动配合，其三个顶柱14-2通过保磁座10上的三个通孔，定子压入杆14同轴装入保磁座10中，利定子压入件14推电机定子2，沿着保磁座10的输出轴和转子1的输出轴轴线引导行进，定子压入件14亦沿着保磁座10的中心孔行进，电机定子2逐渐脱离保磁座10，当轴承4的左端面与转子1的输出轴止档端面接触时，电机的定子2压入到位。移去定子压入件14、保磁座10、保磁罩13、底盘座12，利用转子锁母5将轴承4锁紧，电机即完成了保磁和引导装配。

本发明的工作原理如下：

整个装配过程可分为三步，都实现了引导和保磁装配；第一步为从充磁头铁芯中抽出电机铝镍钴磁钢的定子；第二步为将定子装入保磁座中；第三步为将定子套入电机转子中。

在第一步中，饱和充磁后，定子磁钢与定子磁轭、气隙、充磁铁芯构成了闭合磁路，保磁衬套为高性能软磁导磁材料，利用定子操作杆沿着充磁铁芯内孔和保磁衬套内孔抽出定子，过程中，定子磁钢与定子磁轭、气隙(磁钢与充磁铁芯/保磁衬套间)、充磁铁芯/保磁衬套构成了闭合磁路，直到进入保磁衬套，整个过程实现了保磁。

在第二步中，电机的轴承与保磁座的输出轴实现引导定位安装，在行进过程中，定子磁钢与定子磁轭、气隙(磁钢与保磁衬套/保磁座间)、保磁衬套/保磁座构成了闭合磁路，直到全部进入保磁座，整个过程实现了保磁。

在第三步中，保磁座输出轴前端阶梯小径与电机转子1内孔小间隙定位配合，电机的轴承沿保磁座输出轴和转子的向内伸出轴的轴线行进，同时定子压入件沿保磁座的中心孔轴线行进，实现了定子套入转子的引导装配。当定子磁钢的左侧到达转子绕组右端部绕组的右端面前，全轴向长度定子磁钢都在保磁座内。继续行进，则有部分长度的定子磁钢在绕组端部内，当定子磁钢的左侧达到定子铁芯的右侧时，见图4b，定子磁钢部分位于保磁座内，部分处于转子绕组端部内；亦或，定子磁钢的右侧到达了绕组右端部的右端时，见图4c，此时，定子磁钢部分位于转子铁芯内，部分处于转子绕组端部内。而绕组端部由铜线及胶类非导磁物质构成，此时定子磁钢处于非全磁路闭路的状态，存在失磁的风险(这里视转子铁芯长度与转子绕组单侧端部长度的比值，经验认为比值若在5:1以上，失磁的风险较小，但力矩电机一般制成扁平的结构型式，比值一般在1.5～3左右)。导磁罩在这里起到关键的磁路补偿作用，其与气隙、定子磁钢、定子磁轭、转子铁芯/保磁座构成了闭合磁路。超高饱和磁密的导磁罩紧贴绕组的端部，尽管其径向厚度较薄，还是尽最大磁性能饱和能力补偿了定子磁钢的磁性损失，将退磁的程度降低到最低。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、采用定子操作杆将电机定子从充磁头组件中抽出并拉入到保磁衬套中；其中，充磁头组件用于完成定子磁钢的饱和或定量充磁，其由环形外壳、安装在外壳内的充磁铁芯和缠绕在充磁铁芯上的槽内绕组和端部线包构成；充磁铁芯与保磁衬套以端面相接触的方式形成同轴定位配合，定子操作杆通过螺钉与电机定子同轴固定连接；将电机定子从充磁头组件移动至保磁衬套的过程由三个连续阶段构成，在第一阶段电机的定子磁钢与充磁铁芯构成闭合磁路，在第二阶段电机的定子磁钢、充磁铁芯及保磁衬套构成闭合磁路，在第三阶段电机的定子磁钢与保磁衬套构成闭合磁路；

步骤2、通过定位操作杆将置于保磁衬套中的电机定子推入到保磁座内；保磁座与保磁衬套同轴接触配合，内部形成供电机定子移动的等径连通内孔；将电机定子从保持衬套移动至保磁座的过程由三个连续阶段构成，在第一阶段电机的定子磁钢与保磁衬套构成了闭合磁路，在第二阶段电机的定子磁钢、保磁衬套和保磁座构成了闭合磁路，在第三阶段电机的定子磁钢与保磁座构成了闭合磁路；

步骤3、在拆除保磁衬套和定位操作杆后，利用底盘座将电机转子同轴压固在底盘座与保磁座之间，并在电机转子与保磁座之间设置导磁罩；然后利用定子压入件将保磁座内的电机定子压入到电机转子内，将电机定子移至电机转子的过程由五个连续阶段构成，在第一阶段电机的定子磁钢与保磁座构成了闭合磁路，在第二阶段电机的定子磁钢、保磁座、导磁罩构成了闭合磁路，在第三阶段电机的定子磁钢、保磁座、导磁罩、转子铁芯构成闭合磁路，在第四阶段电机的定子磁钢、导磁罩和转子铁芯构成闭合磁路，在第五阶段电机的定子磁钢与转子铁芯构成了闭合磁路。

2.根据权利要求1所述的镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，其特征在于：进一步的：所述保磁衬套由高导磁率、高饱和磁密的软磁材料制成，其形状为法兰套式结构，其内孔直径略大于电机定子磁钢的外径。

3.根据权利要求2所述的镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，其特征在于：所述充磁铁芯的内孔由大直径内孔段和小直径内孔段构成；在充磁过程中，电机定子置于小直径内孔段内；大直径内孔段的底面与保磁衬套远离法兰的一端接触配合，大直径内孔段的外圆面与保磁衬套的套体部分的外圆面接触配合。

4.根据权利要求3所述的镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，其特征在于：所述保磁座由高导磁率、高饱和磁密的软磁材料制成；所述保磁座由外环壁、中心轴及连接外环壁和中心轴的底边构成；底边上沿圆周方向分布有三个通孔；中心轴为空心轴结构，所述外环壁的内环面由沿轴向连接的大直径段和小直径段构成，该两段之间的连接面为止档端面，小直径段直径与保磁衬套的内孔径一致；所述止档端面与保磁衬套的套体部分的端面接触，在大直径段的环面与保磁衬套的套体部分外之间设置有套环，套环的两端分别与止档端面及保磁衬套的法兰面接触。

5.根据权利要求4所述的镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，其特征在于：所述套环由钢或铝类材料制成。

6.根据权利要求4所述的镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，其特征在于：所述底盘座为设置有凸台的法兰盘式结构，底盘座与保磁座通过螺栓连接，使电机转子压装在中心凸台与保磁座的止档端面之间；所述定子压入件由压入底盘、固定在压入底盘一侧中心的中心输出芯轴及固定在压入底盘该侧的三根沿圆周方向均布的顶柱构成，中心输出芯轴与保磁座的中心轴内孔插装导向配合，三根顶柱分别插入到保磁座底边上的三个通孔内，三根顶柱的端部均与电机定子的端面顶压接触配合，将电机定子压入到电机转子中。

7.根据权利要求1所述的镍钴类磁钢整装式力矩电机的保磁及引导装配方法，其特征在于：所述导磁罩整体为母线成L形的环形罩，导磁罩同轴安装至转子铁芯绕组端部，并压紧在电机转子与保磁座的止档端面之间。

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