永磁電機(jī)自粘接磁極鐵心疊壓粘接技術(shù)研究

時(shí)興華

摘 ?要：文章針對(duì)永磁電機(jī)自粘接磁極鐵心的特點(diǎn)，詳細(xì)介紹了磁極鐵心的疊壓粘接技術(shù)、工藝及裝備。經(jīng)過對(duì)永磁電機(jī)磁極鐵心疊壓粘接技術(shù)的探索、研究、試驗(yàn)，對(duì)該類永磁電機(jī)磁極鐵心制造提供一種可行的解決方案。

關(guān)鍵詞：永磁電機(jī);磁極鐵心;自粘接鋼片;粘接溫度;疊壓壓力

中圖分類號(hào)：TM341 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）01-0143-02

Abstract： According to the characteristics of self-bonding pole core of permanent magnet motor， the laminated bonding technology， technology and equipment of magnetic pole core are introduced in detail. Through the exploration， research and test of the laminated bonding technology of the magnetic pole core of the permanent magnet motor， a feasible solution is provided for the manufacture of the magnetic pole core of this kind of permanent magnet motor.

Keywords： permanent magnet motor; magnetic pole core; self-bonding steel sheet; bonding temperature; stack pressure

引言

隨著全球能源消費(fèi)劇增，煤炭、石油、天然氣等資源消耗速度加快，人們對(duì)環(huán)保、節(jié)能、無污染認(rèn)識(shí)的逐步提高和技術(shù)發(fā)展，風(fēng)電作為一種可再生能源，在我國得到迅速發(fā)展。

由于國家對(duì)風(fēng)力發(fā)電入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步提高，全功率永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能較好的滿足電網(wǎng)新的要求。目前永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)向安全、高效發(fā)展的趨勢越發(fā)明顯，已成為風(fēng)電行業(yè)的重要發(fā)展方向。其中緊湊型大功率永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)以體積小、重量輕、組裝工藝簡單、高可靠性、成本低和較好的電磁性能等特點(diǎn)備受風(fēng)電設(shè)備制造廠商青睞，更多的風(fēng)電設(shè)備制造廠商致力于該類電機(jī)的研究。

我公司制造的一款3MW緊湊型永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)，為了在有限的空間里實(shí)現(xiàn)高輸出，轉(zhuǎn)子鐵心采用自粘接磁極鐵心結(jié)構(gòu)。磁極鐵心疊壓粘接尺寸穩(wěn)定性直接影響轉(zhuǎn)子磁極鐵心和永磁體裝配，因此磁極鐵心自粘漆的選型、粘接工藝及成型裝置等是自粘漆磁極鐵心成型的關(guān)鍵。本文將針對(duì)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其疊壓粘接技術(shù)進(jìn)行探討。

1 自粘接磁極鐵心疊壓粘接技術(shù)

1.1 自粘接磁極鐵心的特點(diǎn)及工藝要求

磁極鐵心是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上的重要部件之一，在很大程度上決定了電機(jī)的性能與質(zhì)量。傳統(tǒng)的磁極鐵心一般由鐵心片、端板、壓板及緊固件組成，通過焊接、鉚接、螺栓等方式連接。為了實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高效輸出，減少電機(jī)鐵心長度，降低渦流損耗，提高電機(jī)功率。磁極鐵心采用自粘性無取向磁性鋼帶疊壓粘接而成，去除了端板、壓圈及緊固件等配件，在有效的空間增大了有效鐵心長度，提高了磁極鐵心的導(dǎo)磁性能，減少鐵心的渦流損失，降低電機(jī)的發(fā)熱及溫升，提高了效率。

如何在一定溫度范圍內(nèi)及一定的機(jī)械壓力作用下，磁極鐵心不脫膠、不開裂，還能保證鐵心密實(shí)度，這是磁極鐵心制造的關(guān)鍵。因此，我們對(duì)自粘接涂層涂料、疊壓粘接工藝及疊壓粘接工裝進(jìn)行了一定的探索研究和試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果比較理想，經(jīng)粘接疊壓后的磁極鐵心在電機(jī)組裝及運(yùn)行過程中性能穩(wěn)定、可靠，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

1.2 磁極鐵心疊壓力參數(shù)確定

磁極鐵心由于其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合其機(jī)械強(qiáng)度及密實(shí)度等因素考慮，其片間壓力與經(jīng)驗(yàn)系數(shù)取值與普通鐵心均有不同。

鐵心疊壓力可用以下經(jīng)驗(yàn)公式（1）[1]表示：

P=9.8K1*S*N*Ψ（1）

式中：P-鐵心疊壓力（單位：N）;K1-經(jīng)驗(yàn)系數(shù)（磁極鐵心經(jīng)驗(yàn)值：2-3）;S-磁極沖片凈面積（單位：mm2）;ψ-片間

壓力（磁極鐵心經(jīng)驗(yàn)值：2-4N/mm2）

磁極鐵心疊壓力可由壓力機(jī)或施壓工裝提供。

1.3 自粘性無取向磁性鋼帶表面涂層參數(shù)確定

自粘性無取向磁性鋼帶是一種良好的具有特殊涂層的導(dǎo)磁材料，經(jīng)過沖制成鐵心片后用于制造電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵心、磁極、端板等電機(jī)核心零部件，在電磁轉(zhuǎn)換中起著重要作用。

我公司一般采用自粘性無取向磁性鋼帶產(chǎn)品50W400，表面涂層使用的是蘭布倫廷（Rembrandtin）公司的EB548涂料，專門用于粘結(jié)鐵心疊片的自粘結(jié)涂層涂料。其性能參數(shù)如下（表1、表2、表3）：

1.4 疊壓粘接工藝

1.4.1 設(shè)備及工裝

100T自加熱塑壓機(jī)、粘接疊壓工裝、保溫裝置、定位棒、整形棒、通槽棒、刮刀、游標(biāo)卡尺、木榔頭、鋼絲刷等。

1.4.2 材料及工藝準(zhǔn)備

鐵心片、設(shè)計(jì)圖紙及工藝文件，熟悉產(chǎn)品圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求及制造工藝方法，清理檢查各產(chǎn)品配件及工藝裝備。

1.4.3 疊壓成型

將疊壓粘接工裝放置在疊壓平臺(tái)上，以磁鋼方孔及外鍵槽定位，將鐵心片套入定位棒上，使鐵心片與疊壓粘接工裝底面貼緊，用木榔頭沿軸向均勻敲打、使鐵心片彼此貼緊，將工裝頂板將鐵心片周向頂齊，用整形棒整形，再用工裝壓板用螺栓均勻緊固防止鐵心片松動(dòng)，通槽棒通槽檢查。

1.4.4 粘接固化

將疊壓粘接工裝放置在100T自加熱塑壓機(jī)工作臺(tái)中心，安裝保溫裝置后加熱、加壓。保溫2h后在保溫裝置中緩冷至室溫。粘接工藝參數(shù)如表4。

1.4.5 清膠

用鋼絲打磨工具清理鐵心表面溢膠。

1.4.6 質(zhì)量檢查

磁極鐵心記號(hào)槽是否對(duì)齊一致;目測檢查片間是否有開裂現(xiàn)象;用槽形檢查規(guī)檢查槽型;磁極鐵心高度差在規(guī)定范圍內(nèi);磁極鐵心垂直度誤差在規(guī)定范圍內(nèi);最后清除鐵心沖片間的溢膠。

2 疊壓粘接工裝設(shè)計(jì)

為保證磁極鐵心疊壓粘接時(shí)既要滿足鐵心片壓制成型前疊放定位、校正以及疊壓成型后順利從工裝中脫出，同時(shí)要滿足成型后厚度的一致性、不齊度、垂直度，工裝設(shè)計(jì)采用以底板為基體，水平X、Y方向設(shè)置定位裝置和移動(dòng)式夾緊裝置。通過磁極鐵心鍵槽定位裝置，選擇合理合適尺寸;并與柔性頂緊裝置有機(jī)結(jié)合，既可滿足疊壓片疊放工裝中定位、校正獲得一定的防偏離推緊力;還能化解疊壓磁體鐵心在加壓、高溫狀態(tài)下熱膨脹時(shí)與定位板間產(chǎn)生過大膨脹應(yīng)力而產(chǎn)生成型產(chǎn)品疊片間開裂報(bào)廢。疊壓粘接工裝示意圖如圖1所示：

3 應(yīng)用實(shí)例

3MW半直驅(qū)緊湊型永磁發(fā)電機(jī)有24極共96件磁極鐵心，電機(jī)轉(zhuǎn)子采用內(nèi)置永磁體凸極結(jié)構(gòu)，自粘接磁極鐵心制造為該電機(jī)制造的關(guān)鍵重要部件項(xiàng)點(diǎn)。

研制時(shí)為保證磁極鐵心疊壓粘接壓應(yīng)力的均勻性、尺寸厚度的一致性和高質(zhì)量的粘接強(qiáng)度，在工藝上進(jìn)行如下改進(jìn)：

（1）疊壓固化成型后采取保溫緩冷的方法，避免壓應(yīng)力快速釋放，致使磁極鐵心成型后開裂、變型等情況發(fā)生。

（2）鐵心片間選擇對(duì)半反疊的疊放方式，消除了鐵心片厚度差、沖裁毛刺不均勻?qū)﹁F心長度的影響。既保證了壓應(yīng)力均勻性，又保證了厚度尺寸的一致性，并且還保證了鐵心片間抵消疊片間變型內(nèi)應(yīng)力，從而得到足夠粘接強(qiáng)度。

4 結(jié)束語

面對(duì)市場競爭壓力，電機(jī)呈現(xiàn)單機(jī)大容量、永磁全功率等特點(diǎn)。緊湊型電機(jī)以體積小、重量輕、組裝工藝簡單、高可靠性、成本低和較好的電磁性能等特點(diǎn)備受電機(jī)設(shè)備制造廠商青睞。自粘接磁極鐵心制造水平的提升，順應(yīng)了市場發(fā)展的需要，將為該類電機(jī)的推廣打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳世坤.電機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.

[3]張兆強(qiáng).MW級(jí)直驅(qū)永磁同步發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)[M].上海：上海交通大學(xué)，2007.