一種新型雙線制電樞鐵芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

左 林， 李 進(jìn)

（星宇電子（寧波） 有限公司， 浙江 寧波 315504）

1 前言

隨著社會(huì)對(duì)汽車節(jié)能減排要求的不斷提升， 節(jié)能減排將成為社會(huì)主流設(shè)計(jì)思想， 減輕汽車質(zhì)量成為其中一個(gè)設(shè)計(jì)方向。 汽車起動(dòng)機(jī)是汽車起動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件， 輕量化、大扭矩起動(dòng)機(jī)成為汽車起動(dòng)機(jī)研制的主要方向。 其中電樞繞組有單線制和雙線制兩種狀態(tài)， 在定子尺寸、 磁鋼性能固定不變的情況下， 雙線制結(jié)構(gòu)電樞能輸出更大的扭矩，滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的需求。 普通結(jié)構(gòu)的雙線制電樞鐵芯嵌入雙層導(dǎo)線后， 為了確保電樞在高轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)線不被甩出，需要使用特制工裝在鐵芯槽口邊上進(jìn)行鉚點(diǎn)處理， 工藝復(fù)雜、 生產(chǎn)效率低， 又存在品質(zhì)隱患。 本文闡述開發(fā)設(shè)計(jì)的一種新型電樞鐵芯， 使用該新型電樞鐵芯的汽車用永磁起動(dòng)機(jī)能提高輸出功率。

2 新型電樞鐵芯的開發(fā)技術(shù)背景

汽車永磁起動(dòng)機(jī)具有低壓、 大電流、 電樞反應(yīng)強(qiáng)烈等特點(diǎn)。 電樞導(dǎo)線較粗， 一般分為單線制和雙線制。 電樞鐵芯片上均設(shè)置繞組槽， 其繞組槽形基本上可分為半開口槽（圖1）、 全開口槽 （圖2） 兩種形式。 槽口寬度尺寸大于導(dǎo)線直徑是全開口槽型， 槽口寬度尺寸約為導(dǎo)線的1/3為半開口槽型。 槽內(nèi)導(dǎo)線數(shù)是2根的為單層線結(jié)構(gòu)， 槽內(nèi)導(dǎo)線數(shù)是4根的為雙層線結(jié)構(gòu)。 電樞鐵芯的槽寬尺寸和槽內(nèi)導(dǎo)線的層數(shù)對(duì)起動(dòng)機(jī)性能參數(shù)有著關(guān)鍵影響。 槽口寬度尺寸過大會(huì)存在高轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)線被甩出的品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)， 槽口寬度尺寸過小會(huì)影響鐵芯沖片成型的工藝和浸絕緣漆的效果， 一般以半開口槽為最佳。 導(dǎo)線層數(shù)越多， 參與切割磁力線的導(dǎo)線就越多， 性能就越好。 雙層線結(jié)構(gòu)的電機(jī)具有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、電機(jī)輸出性能好的優(yōu)點(diǎn)。 半開口槽電樞鐵芯在導(dǎo)線進(jìn)入槽內(nèi)時(shí)只能用插入法， 只限于單層線結(jié)構(gòu)， 工藝比較簡(jiǎn)單。雙層線結(jié)構(gòu)的電樞在導(dǎo)線進(jìn)入槽內(nèi)時(shí)只能用嵌入法， 所以必須選用全開口槽的電樞鐵芯結(jié)構(gòu)， 導(dǎo)線進(jìn)入全開口槽的槽內(nèi)后， 為了防止電樞在高轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)線被甩出， 需要使用特制工具在鐵芯槽口邊上進(jìn)行鉚點(diǎn)處理， 工藝復(fù)雜， 生產(chǎn)效率低， 又存在品質(zhì)隱患。

圖1 半開口槽鐵芯

圖2 全開口槽鐵芯

由于全開口槽鐵芯片雙線制電樞生產(chǎn)效率低， 又存在品質(zhì)隱患， 不適合大批量生產(chǎn)作業(yè)。 半開口槽鐵芯片槽口小、 機(jī)械強(qiáng)度高、 品質(zhì)穩(wěn)定， 但只限于劈拉成型或沖壓成型的發(fā)卡形導(dǎo)線繞組 （圖3）， 故只能用于單層繞組結(jié)構(gòu)的電樞， 由于雙層繞組 （圖4） 成型后是O形封閉的， 無(wú)法滿足雙層繞組結(jié)構(gòu)電樞的制作工藝， 需要設(shè)計(jì)新型的電樞鐵芯來(lái)解決這一問題。

圖3 發(fā)卡形開口導(dǎo)線

圖4 O形封閉導(dǎo)線

3 雙線制鐵芯槽傳統(tǒng)電樞結(jié)構(gòu)

全開口槽鐵芯片由于槽口開口相對(duì)較大， 通常用于雙層繞組結(jié)構(gòu)的電樞 （圖5）， 但因槽口尺寸大電樞在高轉(zhuǎn)速時(shí)導(dǎo)線容易被甩出， 需要使用特制工具 （圖6） 在鐵芯槽口邊上進(jìn)行鉚點(diǎn)處理， 通過鉚點(diǎn)使電樞槽口局部變窄， 鉚點(diǎn)處鐵芯擠壓絕緣紙固定住導(dǎo)線 （圖7）， 防止電樞在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)線被甩出。 如壓機(jī)行程穩(wěn)定性控制得不好， 容易造成槽絕緣紙受損， 導(dǎo)致鐵芯槽壁與導(dǎo)線短路， 工藝可靠性差、 品質(zhì)不穩(wěn)定、 報(bào)廢率高， 將會(huì)增加制造成本， 降低產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

圖5 傳統(tǒng)全開口鐵芯槽

圖6 鉚點(diǎn)工具

圖7 鉚點(diǎn)后傳統(tǒng)電樞結(jié)構(gòu)

4 新型雙線制電樞鐵芯結(jié)構(gòu)圖

圖8所示是新型雙線制電樞鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。 其特征在于： 全開口槽的槽口二側(cè)分別設(shè)置向外凸起的耳朵型部位（圖9）， 繞組槽中完成雙層導(dǎo)線繞組后， 所述2個(gè)耳朵型部位的自由端可向槽口內(nèi)側(cè)移動(dòng)而使全開型槽變成半開口型槽， 這一點(diǎn)不同于傳統(tǒng)的電樞鐵芯。

圖8 新型電樞鐵芯結(jié)構(gòu)

圖9 二側(cè)向外凸耳朵型結(jié)構(gòu)

5 新型雙線制電樞結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)及電樞制造工藝

5.1 新型雙線制電樞結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

全開口型槽的槽口二側(cè)分別設(shè)置向外凸起的耳朵型部位， 槽口尺寸大于導(dǎo)線直徑， 導(dǎo)線繞組在嵌入電樞槽內(nèi)時(shí)不會(huì)受到干擾， 可方便地嵌入 （圖10）； 然后在外壓力作用下， 將耳朵型部位的自由端向槽口內(nèi)側(cè)移動(dòng)而使全開型槽變成半開口型槽， 得到新型雙線制電樞鐵芯 （圖11）。 由此集成了半開口槽和雙層線結(jié)構(gòu)二者之優(yōu)點(diǎn)， 其不但去除了鐵芯與導(dǎo)線短路的隱患， 而且還大大提高了生產(chǎn)效率， 使電機(jī)具有更好的性能、 更低的成本。

圖10 新型鐵芯嵌入導(dǎo)線

圖11 新型電樞鐵芯結(jié)構(gòu)

5.2 新型雙線制電樞制造工藝

本設(shè)計(jì)的新型雙線制電樞制造時(shí)， 電樞嵌線過程分2個(gè)步驟： 第1步先將繞組嵌入電樞槽內(nèi)， 第2步再整型成半開口狀。 因此， 導(dǎo)線繞組制作及嵌入保持傳統(tǒng)成熟的工藝，省略了鉚點(diǎn)處理工藝， 只增加一道整型工序， 使產(chǎn)品就可以保留半開口槽和雙層線結(jié)構(gòu)的功能優(yōu)點(diǎn)， 其既能解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)子雙層繞組困難的問題， 又能解決因開口槽寬存在影響電機(jī)氣隙磁場(chǎng)、 導(dǎo)致空載鐵損增加的問題， 從而大幅度提高生產(chǎn)效率， 而且能提高電機(jī)的性能。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要是針對(duì)傳統(tǒng)雙線制全開口槽電樞生產(chǎn)效率低、工藝可靠性差、 品質(zhì)不穩(wěn)定、 報(bào)廢率高， 提出一個(gè)切實(shí)可行、 不增加成本的解決方法。 該新型雙線制鐵芯槽在設(shè)計(jì)上需要注意： 兩則向外凸起的耳朵避免出現(xiàn)尖角， 要考慮耳朵根部強(qiáng)度， 避免整型后耳朵斷裂； 耳朵根部角度大小要適中， 要考慮整型后工藝上的可行性。