CN117976404B - 一种粘胶式铁芯加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种粘胶式铁芯加工设备，属于铁芯加工技术领域。该粘胶式铁芯加工设备包括：加压加热装置，用于对位于加热工位的目标铁芯施加第一压力，并在第一压力下对目标铁芯进行加热，使得目标铁芯的胶层融化；加压冷却装置，用于对位于冷却工位处的目标铁芯进行施加第二压力，并在第二压力下和冷却温度下对目标铁芯进行冷却，使得目标铁芯的胶层固化，冷却工位位于加热工位的下游，其中，第二压力和冷却温度根据设定的目标冷却速率和胶层的材料确定，目标冷却速率大于第一速率阈值且小于第二速率阈值，第一速率阈值根据目标冷却时间确定，第二速率阈值根据胶层的材料确定。本发明的粘胶式铁芯加工设备能够保证胶层质量。

Description

一种粘胶式铁芯加工设备

技术领域

本发明涉及铁芯加工技术领域，尤其涉及一种粘胶式铁芯加工设备。

背景技术

粘胶式铁芯是指通过粘胶将硅钢片粘胶堆叠形成的铁芯结构，其制备过程主要包括切割和堆叠。首先，根据铁芯的截面形状对原材料进行切割，形成若干个硅钢片。然后将硅钢片通过粘胶一层一层堆叠粘接，粘胶形成相邻两个硅钢片之间的绝缘层。

在制造上述粘胶式铁芯时，通常需要先加热铁芯，使得粘胶融化，然后再进行冷却，使得粘胶固化。现有技术中通常采用自然冷却或水冷的方式对整个铁芯结构进行冷却，通过水冷方式进行冷却时，一般会通过设定一定的冷却温度，然后测量铁芯的实际温度，当铁芯的实际温度达到目标冷却温度后停止冷却。冷却过程中胶层可能会存在变形，也可能因为温度变化较大而导致内部质量变差，从而导致胶层质量变差。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种粘胶式铁芯加工设备，能够保证胶层质量。

特别地，本申请的实施例提供了一种粘胶式铁芯加工设备，包括：

加压加热装置，用于对位于加热工位的所述目标铁芯施加第一压力，并在所述第一压力下对所述目标铁芯进行加热，使得所述目标铁芯的胶层融化；

加压冷却装置，用于对位于冷却工位处的所述目标铁芯进行施加第二压力，并在所述第二压力下和冷却温度下对所述目标铁芯进行冷却，使得所述目标铁芯的胶层固化，所述冷却工位位于所述加热工位的下游，其中，

所述第二压力和所述冷却温度根据设定的目标冷却速率和所述胶层的材料确定，所述目标冷却速率大于第一速率阈值且小于第二速率阈值，所述第一速率阈值根据目标冷却时间确定，所述第二速率阈值根据所述胶层的材料确定。

可选地，所述加压冷却装置包括：

冷却加压机构，用于提供所述第二压力；

目标水冷模块，与所述目标铁芯的周侧面贴合，所述目标水冷模块内设有冷却流道，所述冷却流道与冷水机相连，所述冷却温度为所述冷水机的设定温度。

可选地，所述冷却流道包括沿高度方向依次间隔布置的多个水平流道和至少一个用于连通所有所述水平流道的竖直流道，所述水平流道的流道围绕所述目标铁芯设置，所述竖直流道设置于靠近所述目标铁芯的一侧。

可选地，所述目标水冷模块包括两个相对设置于所述目标铁芯的两侧的目标水冷结构，所述目标水冷结构设置可相互靠近或相互远离。

可选地，所述加压加热装置包括：

加热加压机构，用于提供所述第一压力；

目标感应线圈，用于加热所述目标铁芯。

可选地，所述加压加热装置和所述加压冷却装置沿第一水平方向依次布置；

所述粘胶式铁芯加工设备还包括移动定位工装，用于定位所述目标铁芯且可沿所述第一水平方向移动，以便带动所述目标铁芯依次移动至所述加热工位和所述冷却工位；

所述加热加压机构、所述冷却加压机构和所述目标感应线圈均可沿竖向移动；

两个所述目标水冷结构的移动方向为与所述第一水平方向垂直的第二水平方向。

可选地，所述加热加压机构包括目标加热压头，所述冷却加压机构包括目标冷却压头，所述移动定位工装、所述目标加热压头、所述目标冷却压头、所述目标感应线圈和所述目标水冷结构均为与所述目标铁芯对应的可替换结构。

可选地，当所述目标铁芯的壁厚大于预设值时，所述目标感应线圈包括外感应线圈和内感应线圈，分别位于所述目标铁芯的周侧面外部和中心孔内。

可选地，粘胶式铁芯加工设备还包括目标脱模装置，位于所述冷却工位的下游的脱模工位处，所述移动定位工装还用于带动所述目标铁芯移动至所述脱模工位处，所述目标脱模装置用于将所述目标铁芯从所述移动定位工装处脱出。

可选地，所述第二压力和所述冷却温度根据以下公式确定：

；

其中，Vc为所述目标冷却速率，P为所述第二压力，T为所述冷却温度，k为所述胶层的导热系数，ρ为所述胶层的密度，a，b，c，d为拟合系数。

根据本发明的第一方面，粘提供一种粘胶式铁芯加工设备，该设备首先在加压状态下对目标铁芯进行加热，然后再在加压状态下对加热后的目标铁芯进行冷却，使得目标铁芯的加热和冷却均在一定压力下进行，使得形成的胶层均匀致密，同时提供了加热和冷却效率，进而提高了目标铁芯的加工效率。在冷却时，根据目标冷却速率和胶层的材料确定冷却时施加的第二压力和冷却温度，目标冷却速率的设定一方面考虑了温度变化速率对胶层固化效果的影响，另一方面还考虑了冷却效率问题，通过冷却时的温度和压力的控制可以进一步保证冷却效率和胶层质量。

根据本发明的第二方面，提供了一种具体的确定出第二压力和冷却温度的方式，同时考虑了胶层的密度、导热系数、冷却效率以及固化质量的因素，通过平方、开方和对数的非线性运算可以捕捉到上述各个参数之间的复杂关系，使得得出的第二压力和冷却温度为较佳的组合，能够更适应当前的胶层材料的特性，进而保证胶层质量和冷却效率。当胶层的材料改变时，上述公式仍然可以使用，通过重新得出的拟合系数，可以得到不同材料的胶层所对应的第二压力和冷却温度，使得目标铁芯的冷却调节与实际材料更匹配，固化效果更好，进而保证目标铁芯的质量。

根据本发明的第三方面，粘胶式铁芯加工设备的各个工位沿第一水平方向布置，通过移动定位工装可以将目标铁芯依次移动至各个工位。在加热工位处，加热加压机构和目标感应线圈从上方落下，以进行加压和加热，在冷却工位处，冷却加压机构从上方落下加压，目标水冷结构从两侧移动至与目标铁芯接触的状态，以进行冷却，提供了一种新的布置形式的粘胶式铁芯加工设备，布局简单流畅，有利于自动化加工的高效进行。

根据本发明的第四方面，通过将移动定位工装、目标加热压头、目标冷却压头、目标感应线圈和目标水冷结构设置为与目标铁芯相适配的可更换结构，使得设备具有一定的通用性，且能够更好地匹配各个类型的铁芯的结构特点。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备（隐去加热加压结构和冷却加压机构）的结构示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备的目标水冷模块与目标铁芯贴合时的结构示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备的目标水冷结构与目标铁芯贴合时的结构示意图；

图5示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备的冷却温度变化图；

图6示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备的加热原理图；

图7示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备的局部结构示意图；

图8示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备的目标感应线圈与目标铁芯的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备100的结构示意图。图2示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备100（隐去加热加压结构和冷却加压机构21）的结构示意图。如图1所示，一个实施例中，粘胶式铁芯加工设备100包括加压加热装置10和加压冷却装置20。加压加热装置10用于对位于加热工位101（参见图2）的目标铁芯200施加第一压力，并在第一压力下对目标铁芯200进行加热，使得目标铁芯200的胶层融化，例如通过气缸提供第一压力，可选地，气缸为气液增压缸，加热功能可以通过电磁加热，感应线圈加热等方式。加压冷却装置20用于对位于冷却工位102（参见图2）处的目标铁芯200进行施加第二压力，并在第二压力下和冷却温度下对目标铁芯200进行冷却，使得目标铁芯200的胶层固化，冷却工位102位于加热工位101的下游。同样地，可以通过气缸，例如气液增压缸提供第二压力，冷却可以采用设有冷却管道的水冷模块。本申请中所说的目标铁芯200均为粘胶式铁芯，即通过粘胶将金属层依次堆叠连接的铁芯。

本实施例中，第二压力和冷却温度根据设定的目标冷却速率和胶层的材料确定，目标冷却速率大于第一速率阈值且小于第二速率阈值，第一速率阈值根据目标冷却时间确定，第二速率阈值根据胶层的材料确定。目标冷却时间可以是用户设定的一个可以接受的时间，也可以是与前面的加热时间相匹配的时间，例如与加热时间相同的时间，以便匹配各工位加工速度，提高加工效率。当然，在冷却时，需要获知进入冷却工位102时目标铁芯200的初始温度以及期望的最终冷却温度，一个实施例中，最终冷却温度为室温，通过最终冷却温度和初始温度的差除以目标冷却时间得到一个速率值，第一速率阈值可以等于或大于该速率值。对于不同的胶层材料，其固化的效果与其冷却速率也有一定的关系，过快或过慢的冷却速率可能会导致胶层质量变差，例如，如果在固化过程中存在大的温度梯度，可能会导致胶层内部的热应力，影响固化效果。冷却速率可能对胶层的最终物理性能产生影响，例如，较快的冷却速率可能导致较高的交联密度，从而影响硬度和耐热性等性能。因此，通过实验标定或数字模拟等方式，可以得出较佳的冷却速率，即上述的第二速率阈值。

本实施例提供一种粘胶式铁芯加工设备100，该设备首先在加压状态下对目标铁芯200进行加热，然后再在加压状态下对加热后的目标铁芯200进行冷却，使得目标铁芯200的加热和冷却均在一定压力下进行，使得形成的胶层均匀致密，同时提供了加热和冷却效率，进而提高了目标铁芯200的加工效率。在冷却时，根据目标冷却速率和胶层的材料确定冷却时施加的第二压力和冷却温度，目标冷却速率的设定一方面考虑了温度变化速率对胶层固化效果的影响，另一方面还考虑了冷却效率问题，通过冷却时的温度和压力的控制可以进一步保证冷却效率和胶层质量。

一个实施例中，第二压力和冷却温度根据以下公式确定：

；

其中，Vc为目标冷却速率，P为第二压力，T为冷却温度，k为胶层的导热系数，ρ为胶层的密度，a，b，c，d为拟合系数，ln为对数函数。

一般地，胶层可以采用环氧树脂材料制成的粘胶形成，其导热系数和密度是确定的。目标冷却速率可以通过上述实施例中的方式确定，a，b，c，d可以通过实验数据或模型拟合的方式拟合得出。

在运算上述公式时，可能会得出多组第二压力和冷却温度的解，这里需要考虑胶层推荐的固化压力范围和加压冷却装置20的冷却温度的可调范围，从而选择合理的解。

本实施例提供了一种具体的确定出第二压力和冷却温度的方式，同时考虑了胶层的密度、导热系数、冷却效率以及固化质量的因素，通过平方、开方和对数的非线性运算可以捕捉到上述各个参数之间的复杂关系，使得得出的第二压力和冷却温度为较佳的组合，能够更适应当前的胶层材料的特性，进而保证胶层质量和冷却效率。当胶层的材料改变时，上述公式仍然可以使用，通过重新得出的拟合系数，可以得到不同材料的胶层所对应的第二压力和冷却温度，使得目标铁芯200的冷却调节与实际材料更匹配，固化效果更好，进而保证目标铁芯200的质量。

图3示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备100的目标水冷模块22与目标铁芯200贴合时的结构示意图。一个实施例中，加压加热装置10包括加热加压机构11和目标感应线圈12。加热加压机构11用于提供第一压力，目标感应线圈12用于加热目标铁芯200。加压冷却装置20包括冷却加压机构21和目标水冷模块22。冷却加压机构21用于提供第二压力。如图4所示，目标水冷模块22与目标铁芯200的周侧面贴合，目标水冷模块22包括两个相对设置于目标铁芯200的两侧的目标水冷结构221，目标水冷结构221设置可相互靠近或相互远离，两个目标水冷结构221可以互相靠近至与目标铁芯200的周侧面贴合的位置。目标水冷结构221内设有冷却流道，冷却流道与冷水机相连，冷却温度为冷水机的设定温度。冷却流道包括沿高度方向依次间隔布置的多个水平流道和至少一个用于连通所有水平流道的竖直流道，水平流道的流道围绕目标铁芯200设置，竖直流道设置于靠近目标铁芯200的一侧。

本实施例设置了两个可以相对移动的目标水冷结构221，两个目标水冷结构221能够形成与目标铁芯200的周侧面贴合的状态，从而增加冷却面积，提供冷却效率。

进一步地，目标水冷结构221的水平流道围绕目标铁芯200设置，竖直流道设置于靠近目标铁芯200的一侧，能够使得冷却流道与目标铁芯200在轴向和周向上更接近，从而进一步提高冷却效率。

图4示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备100的目标水冷结构221与目标铁芯200贴合时的结构示意图。图5示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备100的冷却温度变化图。如图4所示，一个实施例中，采集了目标铁芯200的内表面T1、外表面T2处的温度，以及目标水冷结构221的出水口处的温度T3，在初始进水口温度为15℃、流速为24L/min，内径、外径和高度分别为0.12024m、0.08304m和0.07m，热传导系数为31W/(m·K)的目标铁芯200的来说，实验发现45秒后，上述目标铁芯200的内表面T1处的温度可以从150℃将至70℃以下，平均冷却速度约1.8℃/s。

图6示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备的加热原理图。一个实施例中，对于内径、外径和高度分别为220mm、135mm和120mm的目标铁芯200来说，采用以下加热方式：电流频率为8-12Hz、电流大于400A，目标感应线圈12与目标铁芯200高度比H为90-120%之间（H=Hc/Hs，具体参见图6）、目标感应线圈12与目标铁芯200之间的距离D处于10-30mm，目标感应线圈12的匝数为于7-11中任一值，线圈不等间距布置（如图6中端部间距小，中部间距大），能够在不到2min的时间内将目标铁芯200的温度加热至150-250℃之间。并且根据实验发现，不等间距的线圈布置形式相较于等间距的线圈布置形式的加热效果更佳。

采用上述冷却方式和加热方式制得的目标铁芯200，经精密三维测量平台检测，目标铁芯200的平面度、圆柱度、垂直度和同心度等参数均不大于0.05mm，满足外形公差要求，并且目标铁芯200的胶层的粘结力达到5.944Mpa，高于粘结力要求。

一个实施例中，如图2示，粘胶式铁芯加工设备100还包括目标脱模装置40（未示出）和移动定位工装30，目标脱模装置40位于冷却工位102的下游的脱模工位103处。加压加热装置10、加压冷却装置20和目标脱模装置40沿第一水平方向依次布置。移动定位工装30，用于定位目标铁芯200且可沿第一水平方向移动，以便带动目标铁芯200依次移动至加热工位101、冷却工位102和脱模工位103处，目标脱模装置40用于将目标铁芯200从移动定位工装30处脱出。加热加压机构11、冷却加压机构21和目标感应线圈12均可沿竖向移动。两个目标水冷结构221的移动方向为与第一水平方向垂直的第二水平方向。

本实施例中的粘胶式铁芯加工设备100的各个工位沿第一水平方向布置，通过移动定位工装30可以将目标铁芯200依次移动至各个工位。在加热工位101处，加热加压机构11和目标感应线圈12从上方落下，以进行加压和加热，在冷却工位102处，冷却加压机构21从上方落下加压，目标水冷结构221从两侧移动至与目标铁芯200接触的状态，以进行冷却，提供了一种新的布置形式的粘胶式铁芯加工设备100，布局简单流畅，有利于自动化加工的高效进行。

图7示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备100的局部结构示意图。如图7所示，另一个实施例中，加热加压机构11包括目标加热压头111，冷却加压机构21包括目标冷却压头222，移动定位工装30、目标加热压头111、目标冷却压头222、目标感应线圈12和目标水冷结构221均为与目标铁芯200对应的可替换结构。

也就是说，移动定位工装30、目标加热压头111、目标冷却压头222、目标感应线圈12和目标水冷结构221都是根据目标铁芯200的类型可以进行更换的，例如对于电机铁芯来说，其一般包括转子铁芯、内定子铁芯和外定子铁芯，这三个铁芯的形状都有一些差异，为了更好地对各种类型的铁芯进行加工，本实施例中与目标铁芯200接触的部件都是与其适配的部件。

本实施例通过将移动定位工装30、目标加热压头111、目标冷却压头222、目标感应线圈12和目标水冷结构221设置为与目标铁芯200相适配的可更换结构，使得设备具有一定的通用性，且能够更好地匹配各个类型的铁芯的结构特点。

图8示出了根据本发明一个实施例的粘胶式铁芯加工设备100的目标感应线圈12与目标铁芯200的结构示意图。一个实施例中，当目标铁芯200的壁厚大于预设值时，例如目标铁芯200为转子铁芯时，如图8所示，目标感应线圈12包括外感应线圈121和内感应线圈122，分别位于目标铁芯200的周侧面外部和中心孔内。

需要说明的是，图1至图3中的目标感应线圈12以及图5中的外感应线圈121和内感应线圈122均简化表示为圆筒状，而非真实形状，实际上目标感应线圈12、外感应线圈121和内感应线圈122应该是轴向为竖向的螺旋形状。

本实施例中的加工设备根据目标铁芯200的壁厚提供了不同类型的目标感应线圈12，针对壁厚较厚的目标铁芯200，其相应的目标感应线圈12包括外感应线圈121和内感应线圈122，使得加热更均匀且提高了加热效率。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种粘胶式铁芯加工设备，其特征在于，包括：

加压加热装置，用于对位于加热工位的目标铁芯施加第一压力，并在所述第一压力下对所述目标铁芯进行加热，使得所述目标铁芯的胶层融化；

加压冷却装置，用于对位于冷却工位处的所述目标铁芯进行施加第二压力，并在所述第二压力下和冷却温度下对所述目标铁芯进行冷却，使得所述目标铁芯的胶层固化，所述冷却工位位于所述加热工位的下游，其中，

所述第二压力和所述冷却温度根据设定的目标冷却速率和所述胶层的材料确定，所述目标冷却速率大于第一速率阈值且小于第二速率阈值，所述第一速率阈值根据目标冷却时间确定，所述第二速率阈值根据所述胶层的材料确定；

所述加压冷却装置包括：

冷却加压机构，用于提供所述第二压力；

目标水冷模块，与所述目标铁芯的周侧面贴合，所述目标水冷模块内设有冷却流道，所述冷却流道与冷水机相连，所述冷却温度为所述冷水机的设定温度；

所述冷却流道包括沿高度方向依次间隔布置的多个水平流道和至少一个用于连通所有所述水平流道的竖直流道，所述水平流道的流道围绕所述目标铁芯设置，所述竖直流道设置于靠近所述目标铁芯的一侧；

所述目标水冷模块包括两个相对设置于所述目标铁芯的两侧的目标水冷结构，所述目标水冷结构设置可相互靠近或相互远离；

所述第二压力和所述冷却温度根据以下公式确定：

其中，Vc为所述目标冷却速率，P为所述第二压力，T为所述冷却温度，k为所述胶层的导热系数，ρ为所述胶层的密度，a，b，c，d为拟合系数。

2.根据权利要求1所述的粘胶式铁芯加工设备，其特征在于，所述加压加热装置包括：

加热加压机构，用于提供所述第一压力；

目标感应线圈，用于加热所述目标铁芯。

3.根据权利要求2所述的粘胶式铁芯加工设备，其特征在于，所述加压加热装置和所述加压冷却装置沿第一水平方向依次布置；

所述粘胶式铁芯加工设备还包括移动定位工装，用于定位所述目标铁芯且可沿所述第一水平方向移动，以便带动所述目标铁芯依次移动至所述加热工位和所述冷却工位；

所述加热加压机构、所述冷却加压机构和所述目标感应线圈均可沿竖向移动；

两个所述目标水冷结构的移动方向为与所述第一水平方向垂直的第二水平方向。

4.根据权利要求3所述的粘胶式铁芯加工设备，其特征在于，所述加热加压机构包括目标加热压头，所述冷却加压机构包括目标冷却压头，所述移动定位工装、所述目标加热压头、所述目标冷却压头、所述目标感应线圈和所述目标水冷结构均为与所述目标铁芯对应的可替换结构。

5.根据权利要求4所述的粘胶式铁芯加工设备，其特征在于，当所述目标铁芯的壁厚大于预设值时，所述目标感应线圈包括外感应线圈和内感应线圈，分别位于所述目标铁芯的周侧面外部和中心孔内。

6.根据权利要求5所述的粘胶式铁芯加工设备，其特征在于，还包括目标脱模装置，位于所述冷却工位的下游的脱模工位处，所述移动定位工装还用于带动所述目标铁芯移动至所述脱模工位处，所述目标脱模装置用于将所述目标铁芯从所述移动定位工装处脱出。